導語：如何才能寫好一篇光學傳感技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

賽普拉斯.產品營銷副總裁/張朔

在過去5年，光學導航傳感器已逐步取代計算機鼠標的機械式軌跡球傳感器。雷射導航傳感器技術具備優異的表面追蹤效能加上更高的精確度，進一步提升計算機鼠標的效能。隨著業界持續追求更好的效能、更低的功耗、以及更容易組裝的制程，賽普拉斯半導體特地推出OvationONS 光學導航傳感器(如圖1)，采用全新的OptiCheck專利技術。此項技術采用的方法，完全有別于影像擷取與校正的傳感器，能完全針對導航感測帶來許多實際的效益，并能支持計算機鼠標以外的其他應用。

OptiCheck 技術

賽普拉斯的OptiCheck專利技術采用有別以往的全新導航方式。OptiCheck技術舍棄影像擷取與校正的方式，改采一種“光學棋盤”式技術，即一種連結一個具專利2D梳形偵測器組態的感光組件數組。偵測器的輸出信號，透過在一個獨特配置中的放大與整合，能產生4個輸出信號，以完整描述傳感器的動作。這4個輸出信號經過數字化之后，傳送到小型數字信號處理器，可在此產生x與y的動態數據。如圖2所示，顯示梳形偵測器各組件之間的互連，以及所產生的4個輸出結果。

OptiCheck方法有下列幾項重點值得一提。第一，OptiCheck技術的設計出發點，是提供高精準且高分辨率的追蹤功能。用戶可以1 dpi為遞增單位，自行設定分辨率，提供最高的精確度。第二，OptiCheck僅需4個數據輸入，就能計算出x與y軸的偏移，提供更高的數據處理效率。效率提高，意謂傳感器能在各種高速追蹤應用上發揮效率與精確度。高處理效率則意謂信號處理模塊在功耗方面的改變不大，所以系統所耗用的電流值幾乎不會受到速度與表面追蹤的效能影響。此外，OptiCheck的處理需求，不受傳感器分辨率所影響。這讓用戶能以更簡單且更低廉的方式來擴充產品，這些產品需要高速與高分辨率的追蹤效能。

為精準擷取傳感器的追蹤性能，并提供流暢運作的使用經驗，最近推出第二代OvationONS II雷射導航傳感器即整合了一個可編程微控制器，內含OptiCheck傳感器技術。此傳感器是一個完全整合的系統，包括鏈接至USB的數據輸出信道。作為速度達1000Hz的真正硬件式USB接口，傳感器能提供準確的感測動作解釋功能，并提供最直覺化的用戶接口經驗。

OptiCheck技術的表面追蹤機制

對于雷射導航傳感器的大多數應用而言，其中一項主要使用者要求，就是能在幾乎絕大多數的表面上追蹤動作，并為使用者的手部動作提供精準的反應。運用雷射光點作為表面偵測圖案，讓OvationONS II傳感器能在各種表面上偵測到清晰的信號包括一般木質桌面、花崗石柜臺、以及高反射率的工作長臺，都能輕易使用鼠標；在醫療應用方面，則能偵測各種人類皮膚；并且在工業應用方面能支持各種形狀的表面(圓弧、平面等)。OvationONS II傳感器的特殊光學信道設計，亦能有效率地運用雷射功率來追蹤反射率不佳的表面。此技術的這項特性，除了讓裝置能有效追蹤人類皮膚，也讓各種裝置能搭載手指導航功能，像是手機、游樂器、以及遙控器等。

OptiCheck技術的追蹤速度與分辨率

OptiCheck技術獨特的光學導航模式，帶給鼠標與其他追蹤裝置許多直接的好處。其中兩項效益就是把每秒追蹤次數增加到最高，以及把對動作變動的反應延遲降至最低。OptiCheck技術輸出的4個信號，完整定義了傳感器的動作。這些輸出信號之后會經過一個數字信號處理器，該處理器采用一個和傳感器速度或分辨率無關的算法。因此，OptiCheck能同時支持全速動作(每秒/英)與全分辨率(每/次數)模式。由于許多影像校正傳感器在速度提高時，其分辨率會下降，因為其處理器的速度無法及時處理大量的影像數據。而在全速模式下降低分辨率，則會降低鼠標光標移動的速度，這會讓計算機游戲玩家立即發現并且感到厭煩。搭載OptiCheck的鼠標具備極高的每秒量測速度，且完全不會出現延遲的現象。下圖3顯示比較采用OptiCheck技術以及一般市面上采用影像校正技術的鼠標，其分辨率的量測數據和速度呈函數關系。

OptiCheck技術對動作變化的反應速度遠遠勝過影像校正傳感器，其畫面更新率通常為10 kHz。由于縮短反應的延遲，可以創造出更流暢、靈敏更高的循跡效果。OptiCheck技術的此項特性，讓像是游戲鼠標、打印機、掃瞄器等，需要極高的循跡精確度與速度的應用產品獲益良多。

OptiCheck的高效率電源管理

OptiCheck技術所減少的信號處理需求，讓雷射鼠標的功耗大幅降低，提供一個高效率的內建可編程電源管理系統。光學功率管理與占空系數亦可自行調整，以配合各種特殊應用，達到優化的效能與功耗。在無線鼠標應用方面，OvationONS傳感器能讓游戲鼠標的效能達到桌上型鼠標功耗的水平。

運用可編程系統單芯片進行研發

OvationONS II 是一款可編程的系統單芯片解決方案。此組件結合了一個OptiCheck傳感器以及一個可編程M8C處理器，內含全速USB功能。其精心設計的智能型電源管理系統，能為無線鼠標與其他無線應用提供所需電源，并且還能整合一個可用來支持觸控接口，包括按鈕、滑桿、以及開機啟動功能的電容傳感器。

此組件將垂直共振腔表面放射雷射功能(Vertical Cavity Surface Emitting Laser ；VCSEL)整合至同一封裝。雷射與雷射驅動器的整合設計，為鼠標制造商帶來可觀的利益。由于不需要外部雷射組件，故能降低組裝時間、復雜度、以及因故障雷射組件所產生的良率損失。雷射組件的輸出功率可在出廠前就調整至眼睛安全防護的標準，系統制造商將不必進行任何調整。如此不但節省制造時間，亦讓制造商省下光學功率測試與制造設備的成本。其內部的雷射組件讓整個制程立達到2000V ESD的功率水平。獨立的雷射組件通常為50V至200V，廠房則需要特殊的防護設施。

OvationONS II 組件提供充裕的彈性，能整合額外的功能。例如，可把微控制器加入到芯片，用來讀取鼠標按鈕與滾輪的動作、控制LED燈號、以及建構報告封包以傳至PC主控端。亦可加入USB收發器與串行接口引擎，以提供鏈接主控端的鏈路，并可加入無線電組件，以設計出無線鼠標。透過整合，為開發高效能有線與無線鼠標的單芯片廠商，留下更多可供發揮的空間。

篇2

關鍵詞：光纖傳感；軍隊人才培養；課程建設與改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）09-0065-04

一、引言

光纖傳感技術是一門基礎理論與工程應用緊密結合、理論與實踐能力并重的系統學科，既要求學員有扎實的光學、電學基礎，又要求學員能夠擺脫課本的束縛、根據實際工程應用靈活運用已學到的知識。為適應這一形勢，2006年以來，我們針對技術類本科生、軍事指揮類本科生、碩士研究生和博士研究生的不同特點和未來適應部隊工作的不同要求，建立了光纖傳感技術系列課程。

作為一門應用學科，“學以致用”是光纖傳感技術系列課程的特色之一。為此，課程建設非常注重學員對課程知識的實踐應用能力培養，在教學實踐中，結合課程特點和授課對象的學習特點，大力推進教學方法與手段的研究改革，在多層次一體化課程體系建設、教學方法與手段改革、創新人才培養、教師隊伍建設等方面取得了較大成績，下面分別進行介紹。

二、光纖傳感技術多層次一體化課程建設

我校早在上世紀90年代就開設了《光纖傳感技術》課程，并作為光纖傳感專業研究生的必修專業基礎課，為培養光纖傳感技術人才起到了不可替代的作用。然而隨著光纖傳感技術在現代化信息戰爭中的應用越來越廣泛，部隊對光纖傳感專業的人才數量和質量要求越來越高。我校原有的只針對研究生展開的《光纖傳感技術》課程已經遠遠不能適應培養部隊所需人才的緊迫要求。從2004年開始我院開始醞釀對光纖傳感技術課程進行深入改革，將授課對象拓展到全校本科生和本院研究生，并從2006年開始實行。經過6年多的系統建設，最終建立起了完備的多層次光纖傳感系列課程。

由于本科生和研究生、本專業和非本專業學員、技術類和軍事指揮類學員的知識基礎和應用方向差異太大，如何科學劃分課程層次、清晰明確課程內容、準確定位課程目標是光纖傳感系列課程建設的重點和難點。

在廣泛調研軍隊需求、不同類別學員的知識積累和興趣及國內外學校同專業的課程設置基礎上，我們建立起了分別面向本科生和研究生、技術類和軍事指揮類、本院專業和全校學員的光纖傳感系列課程。新增了技術類《光纖傳感技術》、軍事指揮類《光纖傳感技術》，面向全校本科生專題研討課《基于虛擬儀器的光纖傳感技術》三門課程，原有針對研究生的《光纖傳感技術》則改為《光纖傳感系統》[1，2]。

（一）建立起針對本院技術類本科生的《光纖傳感技術》課程內容體系，以“扎實廣泛的技術基礎為核心，典型的系統應用為亮點”

考慮到授課學員在學習本課程之前已經在《光纖通信》、《光電檢測技術》等課程中對光纖和光纖器件等有初步了解，在本課程中首先介紹光纖傳感技術的概念和內涵，然后針對光纖傳感系統的特點，介紹光纖、光纖器件、光纖傳感原理和光纖傳感信號解調原理。這四部分內容涵蓋了強度型、偏振型、波長型、相位型和分布式光纖傳感的系統構成、傳感原理和關鍵技術，為光纖傳感基礎知識，具有信息量大、知識點多、覆蓋范圍廣泛的特點；最后以2-3種典型的光纖傳感系統為例，向學員示范在系統中如何對基礎知識進行靈活應用，啟發學員根據學到的基礎知識來分析理解新型光纖傳感系統。

（二）研究生的《光纖傳感系統》課程以“系統應用技術為核心，系統設計為亮點”

與原有的研究生《光纖傳感技術》相比，新的課程內容和標準進行了大幅度的改革，突出“系統應用”，大幅度削減了光纖傳感基礎知識，而是以四大類典型光纖傳感系統為授課重點。課程中的四大類典型光纖傳感系統選取了目前應用最為廣泛或技術難度較高的光纖水聽器系統、光纖陀螺系統、分布式光纖傳感系統和光纖光柵傳感系統，針對每一類對其應用背景、系統組成、系統指標和關鍵技術進行詳細分析，構建課本知識到實際工程應用的技術橋梁。在講解完每一類典型光纖傳感系統后，特別設計了光纖傳感系統設計環節，要求學員以分組的形式，根據特定應用背景設計出光纖傳感系統，闡明系統特色和關鍵技術。

課程調整所面臨的最大難題在于：學習本課程的研究生既包括本校本專業的學員，也包括來自于外院和外校的本科非光信息專業的學員。對于前者，通過本科生階段的《光纖傳感技術》學習已經具備了良好的基礎，在新課程學習中應盡量避免內容重復；對于后者，直接學習典型光纖傳感系統中的關鍵技術存在一定難度，需要對光纖傳感基礎知識進行介紹。為此，在研究生的《光纖傳感系統》課程中，首先設定了3個課時對光纖傳感基礎知識進行回顧和總結，并點明各部分基礎知識所涉及的參考書。同時由于使用了與本科生《光纖傳感技術》課程同一系列的教材，為解決學員基礎參差不齊的難題提供了有效的解決辦法，而面向全校的《基于虛擬儀器的光纖傳感技術》則為畢業于本校其他專業的研究生學員提供了學習本課程的基礎。

（三）軍事指揮類本科生的《光纖傳感技術》課程以“完善學員知識結構為重點，突出軍事應用特色為亮點”，為學員提供裝備相關知識基礎

課程針對軍事指揮類本科學員培訓的主要目標，將軍事指揮類本科生《光纖傳感技術》課程的主要任務確定為拓展軍事指揮類學員的知識面，完善知識結構，了解最新軍用傳感器技術，一方面可以充分發揮我軍現有裝備的作戰效能，另一方面可以掌握外軍作戰手段，有效克敵制勝。課程簡化了基礎知識部分內容，擴充了典型光纖傳感部分，特別是注重光纖水聽器、光纖陀螺和分布式光纖傳感器在軍事中的應用，并拓展光纖水聽器在聲納系統應用中的相關知識，讓學員在進行工作崗位后可以更快的掌握相關裝備的使用和維護。

（四）面向研究生的《虛擬光纖傳感技術》以“引導學員自主學習為核心，激發學員獨立思考為亮點”

課程以光纖傳感技術中相干檢測技術為背景，以虛擬儀器技術為手段，通過一個具體實例為研討對象，讓學員一邊學習新知識，一邊動手做實驗，一邊學會自主學習。課程首先在學員高中已經具備的光學知識基礎上講解干涉型光纖傳感的基本內容，然后引導學員自習LabVIEW虛擬儀器語言，通過研討學習心得讓學員掌握LabVIEW基本知識，最后要求學員利用所學知識和工具完成光纖傳感中一個典型信號處理問題。整個課程以學員自己動手動腦為主，精選了一門易學好用的虛擬儀器語言LabVIEW，使學員可以在四到五次課的時間內學會，并結合光纖傳感技術系列課程的建設成果，讓學員可以在課程上針對典型的干涉型光纖傳感系統進行信號處理實驗，一方面提升了學員的學習的積極性，另一方面加強了學員的自信心，并為學員以后的創新實踐奠定了基礎。

三、教學方法與手段改革

在教學過程中，在教學方法和教學手段上也進行了一系列的改革，使用了大量的新技術、新手段、和新的教學方式。主要體現在以下幾個方面：

（一）充分運用科研成果和虛擬儀器技術的特點，增加了大量的課堂演示實驗環節

在光纖傳感技術系列課程中引入堂演示實驗，對于加深學員對知識的理解效果最為明顯。在課程建設中，充分利用所在實驗室在光纖傳感技術研究上的優勢，在每門課程講授中都加入了1～2個課堂演示實驗。

與專門的實驗課不同，課堂演示實驗的側重點在實驗效果上，通常都是完整的光纖系統，包括光源、光傳輸鏈路、光接收模塊、顯示模塊等等，并注重演示效果。以往的光纖系統雖然功能性明顯，但結構復雜。近年來，課題組所在的實驗室在光纖傳感系統的工程可靠性研究上投入了大量精力，一些便攜式高可靠性的光纖傳感集成模塊在科研項目中得到廣泛應用；這些科研成果的突破使得在課堂上演示一些復雜的光纖傳感系統實驗成為可能[5]。另一方面，由于虛擬儀器技術在光纖傳感技術中的廣泛應用，復雜的信號解調可以通過電腦直觀的顯示在課堂多媒體系統中，“所見即所得”的方式使得課堂演示實驗的效果非常直觀和可信。以研究生的《光纖傳感系統》課程為例，我們選取了光纖光柵應變系統作為課堂演示實驗內容。在硬件上，這套系統的光收發模塊為集成化的便攜式光纖光柵解調儀，采用法蘭盤對接可串接起多個光纖傳感陣列；而復雜的信號解調系統則全部通過虛擬儀器技術在電腦上軟件實現，解調結果直接顯示在電腦程序界面中。通過這套系統，我們完整地演示了光纖傳感器設計、光纖傳輸鏈路構成、復用光纖傳感網絡、和光纖傳感信號解調等多項知識內容，學員普遍反映通過這一演示實驗對光纖傳感系統有了清晰深刻的了解。

（二）借鑒國外大學相關專業的教學模式，在考核中引入小型綜合設計環節，充分考察學員的綜合素質

課題組的兩位教員具有國外留學的經歷，在課程建設中充分參考國外大學在光纖傳感技術課程的教學方法，在作業環節引入小型光纖傳感綜合設計內容，并將其作為課程考核評價標準的一部分，實現對學員綜合素質的培養和考核評價。

光纖傳感綜合設計參考了香港理工大學和英國南安普頓大學的教學經驗，以對知識的綜合運用為主要考察目標。本科生光纖傳感技術采用適當的綜合設計題目難度，重視對知識融會貫通和綜合應用能力的考察，一般在授課過程中只進行1次；研究生除了要求基礎知識綜合應用能力，更注重對實際工程應用系統的完整性和前沿問題的拓展性考察[6]，一般則開設2～3次。綜合設計作業由學員分組完成，小組內成員根據資料調研、方案設計、報告撰寫等工作內容的不同進行明確分工，并推選一位組員參加課堂專門設置答辯環節。

（三）針對授課內容的層次劃分和授課對象的學習特點，科學合理設置研討專題

研討式教學我校近年來大力推廣的教學方式之一。由于光纖傳感技術具有經典與前沿相結合、理論與工程應用相結合的特點，在系列課程建設中，課題組在原有研究生《光纖傳感技術》的研討式專題內容基礎上，進行了深入的思考和大膽的拓展，將課程中的研討專題劃分為三大類：經典理論知識的研討、前沿研究的研討和學位論文研究方法的研討。

經典理論知識的研討要求學員在授課之前對相關內容進行預習，并在課堂上對全體學員講解自己對該問題的理解。如在進行“光纖干涉儀傳感系統”的授課時，要求學員預習時弄明白兩個問題：什么是隨機相位衰落？什么是偏振誘導信號衰落？進行研討時不要求學員對這兩個問題進行深入剖析，但要求學員用精煉的語言闡明問題的物理含義。學員普遍認為這種研討專題不是特別復雜，通過預習教材即可，但大部分學員會準備PPT課件，且自愿上講臺講述的學員一般在以往的學習過程中接觸過與該專題相關的研究工作，因此在其課件上還會加入自己以往的工作、自己對該問題的擴展認知及自己尚未弄明白的問題等。這種教學效果是在深入了解學員的知識積累基礎上，通過巧妙設置研討專題取得的。

前沿研究的研討要求學員進行大量的資料查閱，特別是光纖傳感前沿研究課題的查閱。對于某一個問題，由于課堂講授的時間受限或者教材中沒有系統的描述，對該問題的課堂講授可能不夠全面，在這種情況下，教師會提供相關信息，要求學員查閱該文獻并進行精讀，然后在課堂上進行研討。這種研討專題分為兩種：一種是教師提供明確的檢索信息，由學員查閱到該文獻后精度文獻，分析文獻的精華及不足；另一種則是教師提供所要解決的問題，由學員對該問題進行解讀，提煉關鍵檢索信息，進行檢索后，對檢索文獻進行初步分析，總結該問題的研究現狀。學員反映這種研討專題的難度稍大于第一種，但一般稍花時間都能解決。

學位論文研究方法的研討目的在于：無論是本科生還是研究生，在學習完相應的光纖傳感技術課程后馬上就要投入到學位論文工作中。通過對這類問題的研討，學員逐漸掌握了在未來從事學位論文研究中必須具備的研究方法，這類的研討主要培養學員的仿真計算能力和光纖傳感系統的設計能力。例如在講授完光纖光柵的基本理論之后，學員反映耦合模理論的公式很繁瑣，難以一眼看出其中的物理特性，為此，我們安排了相關理論的仿真計算研討，要求學員根據課堂講授的公式進行理論仿真，計算光纖光柵反射光譜，并繪制帶寬、反射率等關鍵參數隨著光柵參數的變化曲線。學員在課堂研討時要講述自己的關鍵參數設置和仿真結果。通過這種研討方式，學員對光纖光柵的反射譜特性建立了深入的了解，效果遠遠好于課堂直接講授相關結論。

根據光纖傳感課程層次劃分，不同的光纖傳感技術課程對三種研討專題的應用程度也不相同，本科生的光纖傳感技術課程以經典理論知識的研討為主，并設置1～2次前沿研究的研討；研究生的光纖傳感技術課程則以前沿研究的研討專題和學位論文研究方法的研討專題為主，對特別重要的概念設置少量經典理論知識的研討專題。

四、以光纖傳感技術課程為支撐的創新型人才培養

光纖傳感技術的應用范圍極廣，一套實用的光纖傳感系統可以很龐大很復雜，也可以很小巧靈活。針對這一特點，課題組教師在學院本科生和研究生的各項教學活動中，積極開展與光纖傳感技術相關的各項活動。

針對本科生的光纖傳感技術系列課程，在授課結束后，在光電設計大賽、畢業設計等教學活動中開設了大量關于光纖傳感技術應用的課題，引起學員濃厚的興趣和廣泛的參與熱情。一方面，參與光纖傳感技術相關的本科畢業設計學員數量大幅度提高。以技術類本科畢業設計為例，2013、2014年參與光纖傳感技術相關課題的學生均達到光信息專業學員總數的50%以上。另一方面，學員完成課題的質量也得到大幅度提升，近年來有8名本科生獲得學校創新資助，從側面反映出光纖傳感技術課程教學效果的日漸提高。這些競賽成果也作為評價授課效果的標準之一，并將學員在課外延拓活動中的效果和意見及時反饋到教學過程中[3，4]。

針對研究生的光纖傳感技術系列課程，一方面鼓勵學員在課程學習的基礎上努力拓展研究深度，在光纖傳感研究領域不斷創新。在課題組所在實驗室所培養的研究生中，有3名研究生獲得學校創新資助，1名研究生獲得湖南省創新資助，其課題都是光纖傳感領域的研究重點和難點。此外還有5項研究生參與申請的光纖傳感技術相關專利；另一方面，鼓勵學員積極參與到與光纖傳感技術相關的科研項目中，在實際工程環境中對課程知識進行融會貫通。目前在光纖信息專業的畢業研究生中，參加過光纖傳感相關的湖上或海上試驗的學員達到95%以上，為其真正走向工作崗位后充分適應部隊對光纖傳感技術人才的需要積累了寶貴的經驗。

五、高素質教師隊伍建設

作為教育的重要媒介，教師是活動中的主要因素。教員整體素質的高低，直接影響著教學質量的高低。因此，建立一支教學水平高、結構合理的高素質師資隊伍顯得尤為重要。

（一）從教學和科研兩個方面錘煉教師隊伍，使教師的教學水平和科研能力相互促進共同提高

科學研究是教師工作的重要組成部分，是提高教學水平的重要手段，也是提高自身素質的重要途徑。對于光纖傳感技術系列課程而言，學即能致用是其重要特點之一，教學和科研的相互促進作用尤為明顯。課題組全部教員均參加了多個重大科研項目。通過重大科研項目的歷練，教員的學術水平得到很大的提高，一方面教員接觸了學術前沿，開拓了學術視野，經歷了科研實踐，在課堂教學中自然會將科研最新成果、專業發展動向帶進課堂，另一方面，教員在參與重大科研項目時對光纖傳感的技術內容有了更加深刻的認知，對于在課堂上清楚明白的講好各個知識點至關重要。同時，通過教學活動中對課程內容的反復推敲及與學員之間展開的研討交流，可以加深教員對技術環節的領悟，甚至激發教員的靈感。通過在科研和教學兩個方面同時錘煉，促進教師知識更新和自身進步，提高教師的創新能力和教學質量，將真正做到科研教學一體化。

（二）鼓勵教員進行對外交流，充分借鑒國內外同類專業課程的教學經驗

課題組有兩名教員具有國（境）外留學經歷，其他教員也多次參加國內外的學術活動和教學活動交流，在課程建設過程中充分利用了這一優勢。在教員已經帶回的國外大學教學經驗的基礎上，鼓勵教員在回到學校后仍然定期與留學單位交流，及時獲取留學單位最新的課程設置和教學安排信息，并通過交流，不斷補充自身的不足，更新課程內容，豐富教學手段，提高自身教學水平。在對外學術活動交流中，有意識的了解其他院校同類專業課程的教學情況，對于感興趣的單位積極主動與對方聯系進行實際考察。活躍的對外交流活動極大地激發了教師的教學熱情，并不斷提高其教學水平。

（三）加強青年教師的教學技能培訓

目前，課題組教員是一支相對年輕化的隊伍，很多才剛剛博士畢業，青年教師充滿熱情，思想活躍，比較了解學員的思想，與學員進行交流方面具有優勢。但是，他們大多沒有經過系統的教學技能訓練，普遍缺乏教學經驗。為了使青年教師盡快掌握教學技能，提高業務能力與水平，課題組指定認真負責、教學經驗豐富的老教師擔當青年教師的導師，對青年教師實行“一對一”的“傳、幫、帶”指導，指導青年教師備課、編寫教案；采取措施督促教員投入足夠的精力。教員上崗前，必須經過教研室、系所、學院三級試講，每次授課必須重新編寫教案、編寫課件、編制教學日歷；在教學過程中，教學指導委員會、督導組、院系領導經常性聽查課，督促教學水平的提高。

通過從科研和教學兩方面錘煉教學隊伍，課題組教員自身水平得到了大大提高，多次在全軍和全校獲得教學優秀獎，其中獲軍隊院校育才獎1人次，優秀研究生導師獎3次，校本科“研究型”教學比賽三等獎1人次，校研究生教學優秀三等獎1人次，教員在國內教學期刊上發表高水平教學論文10篇，課題組已經成為了一支能獨立承擔授課任務的高水平教師隊伍。

參考文獻：

[1]孟洲，胡永明，姚瓊，宋章啟.《光纖傳感技術》研究生課程改革探討[J].中北大學學報（社會科學版），2007，23（2）：98-100.

[2]孟洲，姚瓊，曹春燕，梁迅，張學亮.光纖信息技術本碩博系列課程體系研究與實踐探索[J].高等教育研究學報，2012，35（1）：50-53.

[3]周建華，邱琪，周曉軍，光纖通信實驗教學改革探討[J].電子科技大學學報社科版，2003，5（2）：89-91.

[4]胡昌奎，楊應平，黎敏，劉辛，易迎彥，光電信息類專業光纖系列課程教學內容與課程體系的改革[J].高等理科教育，2008，（2）：16-18.

篇3

【摘要】 生物傳感器涉及多個研究領域，在醫學中有著廣泛的運用，在現代醫學中有著舉足輕重的作用，尤其是在基礎醫學研究和臨床診斷運用中相當廣泛。本文作者系統的闡述了生物傳感器在醫學中的運用。

【關鍵字】 生物傳感器 醫學

生物傳感器是一種新型的高科技產品，它涉及到多個研究領域。其中包括微電子學、化學、現代生物技術。生物傳感器在發酵工程、環境監測、食品檢驗、醫學工程這一系列領域中都有廣泛的應用。特別是在醫學工程，生物傳感器的應用更加廣泛，在醫學發展中有著重要的作用。生物傳感技術在基礎醫學研究和臨床診斷有著巨大的優勢，近年來醫學界越來越重視生物傳感技術發展，生物傳感技術已經成為醫學研究領域的一個熱點。

生物傳感器是利用酶、抗體、微生物等生物活性物質，來檢測與識別生物體內的化學成分，生物傳感器主要是由生物敏感膜和信號轉換器兩部分構成，生物敏感膜在與被檢測物質接觸的時候會與其發生物理或者是化學反應，從而進行分子識別。信號轉化器就是將發生在生物化學反應中的化學信號轉換成為可以檢測到的光信號或者是電信號。

生物傳感器只會與特殊的物質發生生物化學反應，因而生物傳感器具有較強的專一性。在發生生物化學反應時，將捕捉到的反應物與敏感膜的反映強烈程度通過信號轉換器轉換成可檢測的電信號或者是光信號，再根據一定的分析就可以得出被檢測物質樣品的濃度。

根據生物傳感器的工作原理的不同，可以將生物傳感器分為光學生物傳感器、電化學生物傳感器、壓電生物傳感器。根據生物活性物質的不同，可以將生物傳感器分為酶傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細胞器傳感器、免疫傳感器。

光學生物傳感器是將光信號通過信號轉換器轉換成為可以檢測到的電信號，光學轉換器在使用的時候，速度比較快，靈敏度也很高，抗干預能力較強，因而具有較高的可靠性，在醫學中廣泛使用，熒光光纖傳感器以及消失波生物傳感器是光學生物傳感器的兩個重要的分支。

熒光光纖傳感器主要是用于臨床生化檢驗。熒光光纖傳感器在無機物的測定方面可以用于pH值的測定、氧的測定、電解質的測定。通過測定熒光劑與質子發生可逆反應時，熒光強度的變化來測定pH值，經常使用的熒光劑主要有7 - 羥基三羧基香豆素、4 - 甲基- 7 - 羥基香豆素及四溴熒光素等。熒光光纖傳感器還可以用于葡萄糖測定，膽固醇測定。膽固醇氧化酶與膽固醇作用時會導致氧的消耗，通過光纖檢測氧的消耗引起對氧敏感的熒光劑的熒光猝滅。當pH=7.25的時候，這種光纖傳感器對膽固醇濃度的檢測范圍是0.2~3nmol/L，穩定時間長達7~12分鐘，檢測時間更長，因而準確度更高。熒光光纖傳感器還可以用于檢測土霉素，維生素和蛋白C等。消失波光纖傳感器一方面用于DNA雜交技術分析，目前消失波光纖傳感器已經用于分析基因突變、DNA三倍體、基因表達等領域中。消失波光纖傳感器采用集束光束光纖進行檢測，利用DNA探針技術來檢測不同的DNA分子，可以大大提高DNA分析效率。另一方面用于免疫分析，可以檢測鼠疫抗原，檢測內毒素，以及檢測肉毒桿菌毒素，消失波光纖傳感器為的檢測提供了新的方法。

電化學生物傳感器由于精度不高，因而在醫學領域中運用不是十分廣泛。主要是用于檢測DNA的雜交識別，測定DNA序列，還可以用于檢測基因突變以及損傷。

壓電生物傳感器，在操作時簡便，制作成本低，容易攜帶，因而在醫學領域有較大的發展潛力，尤其是方便醫學檢驗工作，將會不斷地取代繁瑣的操作、龐大的儀器和眾多的實驗室。壓電生物傳感器在病原體檢測方面可以用于艾滋病病毒的檢測、白色念珠菌的檢測、腸道菌的檢測。艾滋病是當前人類面臨的一個重大威脅，將HIV合成多肽物質，如果被檢測樣品中好友HIV抗體兩者進行反應將會導致晶體頻率發生改變。除此之外壓電生物傳感器還可以用于血沉及凝血時間的檢測、基因檢測、激素免疫球蛋白等蛋白物質的定性定量檢測，比如說壓電生物傳感器就廣泛用于胰島素的檢測，免疫球蛋白的檢測。用3 - APTES、PEI 和SPA方法固定抗胰島素抗體,使用SPA固定法在檢測胰島素的濃度時具有更好的敏感性和穩定性，最低的檢測濃度為1ug/L。壓電石英晶體阻抗傳感器能夠用來檢測紅細胞的凝集時間和沉降速率，并且使用這種生物傳感器操作起來簡便，還可以排除熱效應的干擾。

在臨床醫學領域，生物傳感器可以用來檢測各種化學成分，監測許多種細菌、病毒以及毒素。抗體是生物傳感器中最常使用的一種生物活性物質。因為抗體具有較強的選擇性，只會與相應的抗原發生反應。就是利用抗原與抗體的特異性反應來進行微量物質的檢測。SPR免疫傳感器主要是用于糖尿病以及腎病的監測，在疾病早期進行檢測可以做到提前治療，防止病情的進一步惡化。HCG免疫傳感器就是用于診斷早期妊娠，通過檢測尿液中的HCG的含量可用于妊娠診斷，操作簡單快捷，大大提高醫務人員的工作效率。生物傳感器還用于藥物分析，預知疾病發作。生物傳感器在癌癥藥物研究方面有著舉足輕重的作用。將癌癥患者的癌細胞提取出來進行培養，利用生物傳感器可以準確的檢測出治療癌癥的物質對于這種癌細胞的作用效果，最終篩選出效果最好的治療癌癥的藥物。

生物傳感器在醫學中的運用是越來越廣泛，傳感器產業是一個具有較大發展潛力的產業，隨著科學技術的不斷發展，生物傳感器的研發運用要不斷的向前邁進，使生物傳感器趨于小型化、智能化、功能多樣化。但是要使生物傳感器成為一種廣泛普及的常規檢測分析工具，還有很長的一段路要走。

參考文獻

［1］ 謝國明.臨床檢驗中的生物傳感器［J］.現代醫學與儀器與應用.2005

［2］ 佟巍.生物傳感器在醫藥領域中的應用研究［J］.中國臨床康復.2006,2

［3］ 霍希琴.王柯敏.基于熒光內濾效應的熒光增強型納光子光纖維傳感器［J］.高等學校化學學報，1995,16（4）：518

篇4

關鍵詞： 《檢測與傳感技術》 教學改革 教學實踐

1.課程性質

《檢測與傳感技術》是高等院校電氣測控類專業本科生必修專業基礎課程。傳感技術是一門邊緣學科。主要講授把各種非電量轉換成電信號的裝置和手段，通過教學掌握與傳感技術有關的基礎理論，掌握各種傳感器的工作原理、主要性能及特點，并在以后的工作中合理選擇與使用傳感器，了解傳感器的發展方向。通過學習，對檢測與傳感技術有整體的了解，為未來的工作打下扎實的基礎。在測控技術領域，《檢測與傳感技術》課程教學受到了普遍重視。我校測控專業于2006年起開設的本課程作為本科三年級學生的專業必修課程。

2.課程教學現狀

《檢測與傳感技術》涉及材料、機械、電子、光學、聲學等多學科，內容相對獨立分散，每一類傳感器自成章節，缺乏連續性和系統性，多數教材注重理論而不實用。導致教學內容中理論居多，實踐環節偏少，理論與實踐嚴重脫節，學生對過多的理論知識不感興趣，覺得枯燥而缺乏學習主動性和積極性。因此，學好這門課程需付出更大更多的努力。

課時與內容的矛盾比較突出。我校電氣與測控類專業開設該課程學時較少的40課時。《檢測與傳感技術》主要研究自動檢測系統中的信息獲取、信號轉換和信息處理的技術方法。要使學生根據工程測試的具體要求進行傳感器的選用、測量線路的設計與實現。如何充分利用較少課時講授好這些內容，無疑給檢測與傳感技術課程教學帶來了挑戰。

3.教學環節的改革與實踐

雖然我校電氣測控類專業開設《檢測與傳感技術》面臨諸多困難與挑戰，但是通過多年不懈的努力，結合我校的實際情況與時俱進地對教學環節進行了改革，并取得了較好的教學效果。

（1）教學理念的改變。

隨著社會的發展，工廠企業對大學生的創新和技術應用實踐能力的要求越來越高。傳統的填鴨式教學已經不適合現代的培養目標。樹立“以人為本”的思想必須遵循“學生為主，教師引導”的教學理念。學生作為知識傳承的主體，在教師的引導下積極參與到課程教學實踐中，真正做到學有所用，學有所長，實現活力的“動”，體現真實的“用”。教師在教學過程中是導航者、指導者和幫助者，解決學生在實踐中碰到的難題。無論課內、課外，教師要引導學生自主思考、自我挖掘、自主創新、相互探討、協作學習，調動學生的主動性、積極性，培養創新能力，將理論知識和創新應用能力融入學生的思維和工程實踐中。目前我校本科生《檢測與傳感技術》課程教學采用的教材是中南大學出版社出版的周繼明主編的。該教材內容豐富，面面俱到。因此，在教學過程中，教師根據學生對本專業知識點和重復內容的掌握狀況及時篩選并精簡內容，剔除偏難的內容和過時的陳舊知識點，加入最新檢測與傳感技術的發展及工程應用實例。在介紹新檢測與傳感技術的同時增加近五年來國際上最新的檢測技術、傳感技術的運用。將檢測與傳感新技術、新方法融入原有教學內容中，密切聯系高速發展的科技技術，保持課程與時俱進。

（2）課程內容的教學設計與優化。

現代信息技術的三大基礎是傳感技術、通信技術和計算機技術。傳感技術位于信息技術之首，是信息技術的源頭。《檢測與傳感技術》所涉及的專業學科較多，不同的專業有不同的專業培養目標，因此，在教材的選取、教學的內容安排、重點內容和重點章節的學習上側重點會有所區別。避免知識點過多過雜而使學生出現抵觸情緒。隨著科學技術的進步，課程教學必須緊跟時代的步伐，在新原理、新技術、新材料、新工藝不斷涌現的今天，及時把新知識補充進來，把最新的科學技術成果包括最新的傳感器類型和檢測技術、檢測手段及工程應用、生產和科研實踐中遇到的各種檢測問題作為教學案例加入課堂內容。同時在課堂教學中，教師應考慮不同層次的學生對基礎知識掌握情況的差異，做到因材施教，將講課內容按照側重點不同分為講授課和復習課兩種，《檢測與傳感技術》很多章節內容需要用到前序課程知識點，在講課之前教師應提前復習授課將涉及的知識點或者要求學生課前復習相關知識，比如在第5章壓電傳感器中要求學生對大學物理中的晶格、電偶極矩、電疇、極化等概念必須理解，復習好相關知識才有助于學生理解壓電效應的工作原理。

優化課程體系，建立課程架構。針對每一類傳感器，基本的知識點包括傳感器的基本結構、工作原理、主要的特性參數、典型的測量電路、典型工程應用。這些也是每一類傳感器或者每一章節中最核心的內容。授課時，根據專業特點讓學生析具體的學習思路、合理的學習重點。加上對實際應用案例的討論，通過典型應用案例的分析，讓學生將理論知識與實踐應用有效結合起來，激發學習興趣，提高學習主動性和積極性，從而取得良好的教學效果，優化課程教學。

（3）教學手段與方法探討。

在課堂教學中，采用多媒體教學與板書相結合的授課方式，且以多媒體為主，板書為輔。只對基本原理的講解和基本方法的應用證明采用板書的授課方式，這樣不會過多依靠電腦，也不會像放電影一樣，既易控、靈活、互動性強，又可以使學生跟隨教師的思路深入理解；利用Flas、視頻、聲音、圖像等多種形式生動形象地模擬和展示各類傳感器的結構、工作原理、相關測量電路與應用演示那些需要形象理解、圖示舉例說明的內容，在多媒體教學的基礎上，充分利用學校的網絡教學平臺，學生可以通過網絡進行遠程的自主輔助學習，可以瀏覽更多的教學資源，包括多媒體課件、課程論壇、實踐教學、網上答疑、自測試題、課后習題等，進行有效師生互動的同時又不受時間與空間的限制。教師根據課程知識點新增的微課課件放在相應網站上供學生下載學習，提高學生的積極性和主動性，使學生輕松愉快地學習知識，達到良好的教學效果。

（4）實踐教學的改進。

實踐教學是《檢測與傳感技術》教學中十分重要的環節。傳統的實驗大多是驗證性的，學生自主設計、研究的空間非常小，教學效果并不理想。為此我校在《檢測與傳感技術》課程實踐教學進行改革：a.新購浙江天煌公司的檢測與傳感技術試驗臺10臺，測控技術綜合實驗平臺8臺，硬件設備與軟件配置完整覆蓋本課程主要教學內容，并且可以開設創新型的綜合性、設計性實驗項目。b.加大了設計型、綜合型實驗的比重。對驗證性實驗項目的要求是常規的測量手段，我們增加對傳感器的實物裝置進行分解、拆裝，讓學生感性認識各部件在傳感器中的作用，以及如何合理選定、確定參數值；對設計、綜合性實驗的要求，要求學生在拆裝的基礎上自己設計相應的電路裝置來進行檢測。c.通過加強課程設計環節、開展實訓項目等提高學生的動手操作能力。并根據不同學生的興趣、愛好和就業方向，適當安排不同難度系數和不同種類的工程實訓項目。在現代檢測與傳感技術課程實訓中，如智能小車項目、紅外測距項目等，增加PCB板的設計、制作、焊接、調試。同時，學生熟悉了傳感器信號與測控電路信號之間傳輸過程與控制過程，靈活地使用各類傳感器。d.參加各類競賽，提高學生興趣，提高創新能力。創新實驗室是我系在學校的亮點，自2008年建立創新實驗室以來，已經獲得校級獎多項、省部級一等獎、二等獎共6項、國家級三等獎1項；鼓勵能力強的學生積極參與各類競賽，如兩年一度的全國大學生電子設計大賽、建模競賽、學校舉行的技能比賽等，鍛煉學生的實踐操作能力，開闊學生的眼界、拓展學生的知識，提高學生的專業興趣，加強實驗室建設；教師組織學生參加競賽，將學生獲獎的設計作品作為課堂教學實例，能起到模范、榜樣的作用，同時提高學生的工程實踐和創新能力。

（5）網上評教，良性互動。

教師在《檢測與傳感技術》每一堂課后都和學生進行有效的交流和溝通。全面細致地了解教學中可能出現的問題，譬如板書內容是否清楚，書寫是否規范、合理，語音、語速大小是否合適，語言是否精簡，講授是否精準無誤，重點、難點是否突出，邏輯思維是否嚴謹等。課后學校安排學生進行反饋式網上評教活動，教師根據學校提供的學生反饋意見適時調整，改進授課方式方法，及時把準教學方向，師生間進行良性互動，靈活多樣，從而獲得較好的教學效果。

多年的教學實踐證明了教學改革具有良好的教學效果。教師和學生的每次授課后交流，對師生雙方都有益，學生可以更好地理解知識內容，教師依據學生的反饋意見與建議及時調整、完善授課方案；對不同的學生采用不同的答疑方式，包括不定期、定期集中答疑和一對一答疑的形式，課堂上課程內容講完，及時批改完學生作業，有目的性、針對性地給學生上輔導課、習題課，對過程中出現的典型問題進行全面細致的分析、講解，既培養了學生的學習能力，又提高了教學質量。

4.結語

雖然在電氣測控類專業開設《檢測與傳感技術》面臨很多問題與挑戰，但是我們根據地方本科院校的特點、本校專業建設的實際情況對教學理念、教學內容、教學方法、實踐教學、學生網上評教等方面進行了教學改革探索。多年的實踐表明，在教學過程能始終把握方向并注重培養學生創新能力。學生的學習興趣、專業能力就會有大幅提高。

參考文獻：

[1]周玲.《傳感原理與檢測技術》課程教學改革的探討[J].黑龍江科技信息，2015，（23）：134.

[2]秦瑤.《檢測與傳感技術》課程教學改革探索[J].教育教學論壇，2015，（48）：101-102.

[3]劉保軍.傳感檢測技術課程的教學改革與實踐[J].中國現代教育裝備，2010，（7）：98-100.

篇5

關鍵詞： 光纖傳感器； 宏彎損耗； 溫度變化； 光斑旋轉角度

中圖分類號： TP212.1 文獻標志碼： A doi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2016.03.002

文章編號： 1005-5630（2016）03-0200-05

Abstract： In order to research the temperature sensitivity of optical fiber sensor based on two faculae rotation，a new optical fiber sensor system based on the monitoring of facula rotation angle is designed.Firstly，one fiber is coiled into two fiber loops （Loop 1 and Loop 2）.Then the radius of the Loop 1 is changed to incur macros bending loss and two faculae is realized.Meanwhile，Loop 2 is put into water temperature monitor box and temperature changes are observed relate to facula rotation angles.The experiment also shows how temperature changes relate to three faculae rotation angles for comparison.Finally，the principle of optical fiber macros bending loss and fiber optic ring coupling is analyzed.MATLAB is used to process the collected data of the experiments and the result shows that two faculae optical sensor is thermally stable.

Keywords： optical fiber sensor； bending loss； temperature change； facula rotation angle

引 言

光纖傳感技術是20世紀70年代伴隨著光纖通信技術的發展而迅速發展起來的新型傳感技術。光纖傳感器以其高靈敏度、抗電磁干擾、耐腐蝕、可彎曲、體積小、結構簡單以及與光纖傳輸線路相容等獨特優點受到世界各國的廣泛關注[1]。如今，光纖傳感技術日益成熟和完善，可傳感角速度、壓力、溫度、電場、振動等物理量，被廣泛地應用于遠程控制以及醫療、生物、化學、電力檢測等方面。其中，利用光纖傳感技術的溫度測量也越來越受到人們的重視[2]。

光纖傳感器可以分為非功能型（傳光型或強度調制型光纖傳感器）和功能型（傳感型光纖傳感器）2類，光纖溫度傳感器是一種新型的溫度傳感器，目前主要的光纖溫度傳感器有分布式光纖溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器、光纖熒光溫度傳感器、干涉型光纖溫度傳感器等[3-4]。

本文介紹一種基于光斑旋轉角度調制的光纖傳感系統，光纖所在環境的溫度變化會導致光斑旋轉，從而改變出射端的光斑的角度。所以通過一個簡單的CCD獲得光斑圖像，再經過MATLAB處理獲得所得圖像中的光斑角度，達到間接測量的目的。

1 基本原理及系統結構

光纖的宏彎損耗主要來源于光纖彎曲產生的空間濾波、模式泄露及模式耦合[5]，其中以空間濾波效應造成的損耗為主。光纖不同程度的彎曲將伴隨著不同程度的空間濾波。受到光纖彎曲的影響，光纖中的全反射的條件受到破壞，高階模將折射到包層中，較高階模式進入截止狀態，導致纖芯傳導模式減少。光纖的宏彎損耗主要包括輻射損耗和過渡損耗[6]，可以表示為：

經式（1）、式（2）大量計算可得，由曲率半徑的改變而引起的過度損耗遠遠小于輻射損耗[7]。由式（1）可以看出，光纖彎曲程度（R/a）越大，空間濾波效應越明顯，輻射損耗也大，纖芯傳輸的模式數就越少，導致出射光斑數量的減少。

實驗裝置如圖1所示，激光器（DH-HN250P）發出的光經過聚焦透鏡耦合進單模傳感光纖中，激光先經過光纖環1（光纖環1為單模光纖繞制的一定半徑的單圈光纖環，起空間濾波作用），再通過光纖環2（光纖環2為單模光纖緊密繞制在一定半徑的圓柱海綿體上形成的光纖環，作為傳感光纖環，并放在水溫控制箱中），CCD接收光纖輸出端的激光光斑，最終將光斑圖像傳至PC。

2 實驗現象

2.1 光斑數變化

2個級聯的光纖環：光纖環1的直徑為20 mm；光纖環2直徑為20 mm，有6圈且緊密繞在圓柱形海綿體上。初始光斑為4個，減小光纖環1的直徑到16 mm后，光斑減少為3個，繼續減少光纖環1的直徑到10 mm，光斑變為2個。經實驗觀察得到，縮小光纖環1的直徑，由于壓縮使光纖結構和光纖傳播常數發生變化，導致光波模式的耦合、損耗變大，進而減少了出射光斑的數量。

2.2 光斑旋轉

2個級聯的光纖環：光纖環1直徑為10 mm；光纖環2緊密繞著圓柱形海綿體6圈，直徑為20 mm。實驗中逐漸降低水溫控制箱的溫度，獲得圖2所示的光斑圖（圖2中的（a）至（h）分別表示從90℃每隔10 ℃依次降到20 ℃時兩光斑角度變化的光斑效果圖），改變水溫控制箱的溫度，兩光斑繞整體中心點旋轉的角度基本不變。另一組對比實驗中，改變光纖環1的直徑為16 mm，光纖環2緊密繞著圓柱體海綿6圈，直徑仍為20 mm，PC中顯示3個光斑。利用實驗裝置獲得圖3所示的光斑圖（圖3中的（a）至（h）分別表示從90 ℃每隔10 ℃依次降到20 ℃時三光斑角度變化的光斑效果圖），改變水溫控制箱的溫度，三光斑繞整體中心點旋轉的角度發生了一定的變化。此現象為下面的兩光斑位移傳感器具有溫度穩定性的實驗提供了依據。

3 實驗結果分析

3.1 光斑圖處理

將攝像頭CCD讀取到的視頻轉化為圖片，接著就用MATLAB進行處理。具體過程是先進行灰度化和壓縮處理，再對光斑均勻化，接著計算出各光斑的中心點和整個光斑圖的中心點，最后再計算光斑的旋轉角[8]。對圖2、圖3各光斑圖進行灰度化、壓縮和光斑均勻化處理，得到如圖4、圖5所示的光斑圖。

3.2 光斑旋轉角度的計算及分析

通過MATLAB處理分別獲得2個光斑的特征點質心，再通過變換坐標方式可以方便快捷地測出2個光斑質心相連線與水平位置的角度，從而獲得溫度變化與特定直徑傳感光纖環光斑旋轉角度的關系，測得數據如表1所示。三光斑角度的計算與兩光斑不同，因為三光斑中心點組成的等邊三角形的結構是穩定的，而且三角形中心點是相對固定不動的，通過MATLAB處理分別獲得3個光斑的特征點質心，取其中兩光斑連線的中心點坐標值，再計算該點和第3個光斑中心點的連線與水平位置的角度，從而獲得三光斑旋轉角度與傳感光纖所處環境溫度變化的關系，測得數據如表2所示。

實驗獲得的數據經過MATLAB最小二乘法處理，得到圖6所示的兩光斑旋轉角度與溫度變化的關系圖，對應于表1中的數據；圖7所示的是三光斑旋轉角度與溫度變化的關系圖，對應于表2中的數據。

通過圖6與圖7的比較得出，改變傳感光纖所處環境的溫度，三光斑的旋轉角度隨著溫度的變化而改變，且存在很好的線性關系：θ=0.852 6T，線性度為-3.613 2。然而在一定的誤差范圍內，改變傳感光纖所處環境的溫度，兩光斑旋轉角度基本保持不變，即外界溫度參量并不影響兩光斑彎曲線性實驗的靈敏度，從而證實了基于兩光斑旋轉的光纖傳感器具有溫度穩定性。

4 結 論

本文提出了測量溫度變化的光纖傳感系統，通過實驗獲得了兩光斑旋轉角度與傳感光纖所處環境變化的關系，得出了基于兩光斑旋轉角度的光纖傳感器具有溫度穩定性的結論。此外根據耦合模理論，也可以從理論上分析出兩光斑與三光斑低階模的受溫旋轉性。此傳感系統結構簡單、使用方便，還具有很好的重復性。由于光斑旋轉方向的特定性，此系統可以用來做溫度的測量，此外還可以拓展至頻率、重量等多種變量的測量。

參考文獻：

[1] 郭培源， 付揚. 光電檢測技術與應用[M]. 北京： 北京航空航天大學出版社， 2006： 105-113.

[2] 周順斌， 劉瑩. 光纖位移傳感器的研究進展及其應用[J]. 煤礦機械，2008， 29（6）： 10-11.

[3] YUAN Y F， WU G， LI X， et al. Effects of twisting and bending on LP21 mode propagation in optical fiber[J]. Optics Letters， 2011， 36（21）： 4248-4250.

[4] FAN Y Q， WU G， WEI W T， et al. Fiber-optic bend sensor using LP21 mode operation[J]. Optics Express，2012， 20（24）： 26127-26134.

[5] 王華， 隨攏 吳俊， 等. 基于光斑旋轉的光纖溫度傳感器[J]. 光學儀器， 2014， 36（4）： 311-314.

[6] 何國財. 多模光纖的彎曲損耗實驗研究[D]. 吉首：吉首大學，2011： 9-18.

篇6

關鍵詞：機電一體化;應用領域;發展方向

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A

一、機電一體化概述

機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術。它是基于上述群體技術有機融合的一種綜合技術，而不是機械技術、微電子技術以及其它新技術的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區別。機電一體化”涵蓋“技術”和“產品”兩個方面。機電一體化產品不僅是人的手與肢體的延伸還是人的感官與頭腦的延伸，具有智能化的特征。現代化的自動生產設備幾乎可以說都是機電一體化設備。

二、機電一體化技術的應用領域

1.數控機床

我國機床擁有量高居全球之首，2010年產值達1260億元人民幣，超過意大利排名世界第三。數控機床代表了一個國家機床生產的水平。目前，我國生產的數控機床約占國內市場份額的31 %，其余從境外進口。時下我國中高端數控機床市場的絕大部分被境外產品占領，其中高端數控機床國內產品的市場占有率僅4%左右。經過多年發展，我國機床生產雖然取

得了很大成績，但就技術水平和整體實力而言，在世界上僅處于第二梯隊的中前位置，美歐日排在第一梯隊。數控機床具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。

2.自動機與自動生產線

在國民經濟生產和生活中廣泛使用的各種自動機械、自動生產線及各種自動化設備，是當前機電一體化技術應用的又一具體體現。如:2000一80000瓶/h的啤酒自動生產線;18000一120000瓶/h的易拉罐灌裝生產線;各種高速香煙生產線;各種印刷包裝生產線;由B政信函

自動分撿處理生產線;易拉罐自動生產線;FEBOPP型三層共擠雙向拉伸聚丙烯薄膜生產線等等，這些自動機或生產線中廣泛應用了現代電子技術與傳感技術。如可編程序控制器，變頻調速器，人機界面控制裝置與光電控制系統等。

3.機器人

機器人是20世紀人類最偉大的發明之一。從某種意義上講，一個國家機器人技術水平的高低反映了這個國家綜合技術實力的高低。機器人已在工業領域得到了廣泛的應用，而且正以驚人的速度不斷向軍事、醫療、服務、娛樂等非工業領域擴展。毋庸質疑，21世紀機器人技術必將得到更大的發展，成為各國必爭的知識經濟至高點。

在計算機技術和人工智能科學發展的基礎上，產生了具有感知、思維和行動功能的智能機器人，是機構學、自動控制、計算機、人工智能、微電子學、光學、通訊技術、傳感技術、仿生學等多種學科和技術的綜合成果。智能機器人可獲取、處理和識別多種信息，自主地

完成較為復雜的操作任務，比一般的工業機器人具有更大的靈活性、機動性和更廣泛的應用領域。智能機器人作為新一代生產和服務工具，在制造領域和非制造領域具有更廣泛、更重要的位置，如核工業、水下、空間、農業、工程機械(地上和地下)、建筑、醫用、救災、排驗、軍事、服務、娛樂等方面，可代替人完成各種工作。同時，智能機器人作為自動化、信息化的裝置與設備，完全可以進入網絡世界，發揮更多、更大的作用，這對人類開辟新的產

業，提高生產水平與生活水平具有十分現實的意義。

4. 汽車電子化產品

汽車上比較常用的一般有5種儀表和3種相應的傳惑器，即電流表、機油壓力表、水溫表、燃油表、車速里程表等指示儀表和機油壓力傳感器、水溫傳感器和油量傳感器。

目前，電子化儀表已經取代機械式儀表。這是由于機械式儀表一旦出現故障將很難處理，而電子化儀表則不同。采用電子化儀表不僅可以改進駕駛員的目視性，還有助于汽車儀表的多樣化。

三、機電一體化技術的發展方向

1.光、機、電一體化

一般的機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、機械結構等部件組成的。因此，引進光學技術，實現光學技術的先天優點能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源(動力)系統和信息處理系統。光機電一體化是機電產品發展的重要趨勢。

2.自律分配系統化(柔性化)

今后的機電一體化產品，控制和執行系統有足夠的“冗余”，更“靈活”，能更好地應付突發事件，被設計為“自律分配系統”。在自律分配系統中，各系統相互獨立工作，子系統為總系統服務，有其自身的“自律性”。根據不同的環境條件的不同反應。它的特點是，系統可以生成自己的信息和附加信息，在總的前提下，可以改變的“行動”。在這種方式中，顯著提高了系統的適應性，靈活的，而不是因為對整個系統的一個子系統的故障。

3.全息系統化(智能化)

機電產品的“全息”功能將越來越明顯，智能化程度也越來越高。這主要是由于模糊技術，信息技術，特別是軟件和芯片技術的發展。此外，從簡單的“自上而下”系統的層次結構的情況已經變成了一個復雜的，有更多的雙向鏈路冗余。

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以進行任意剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能的大大加強，一般除RS232外，還有RS485,DCS人格化。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，機電一體化的人格化有兩層含義:一是機電一體化產品的最終使用對象是人，如何賦予機電一體化產品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機器人，其最高境界就是人機一體化。二是模仿生物機理，研制各種機電一體化產品。事實上，許多機電一體化產品都是受動物的啟發研制出來的。

4.微型機電化

目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，，在實驗室中產生的亞微米的機械部件。當我們把這個結果用于實際產品，沒有必要區分機械部分和控制器。將機械和電子的“融合”在一起，機體、執行器、傳感器等CPU可以集成在一起，體積很小，一個自我調控元件的形成的微觀機制是機電一體化的重要發展方向。

四、機電一體化技術的發展策略

一是機械本體技術的改善。

改善機械本體必須分別從性能的改善和質量的減輕以及精度的提升等方面著手，當前很多機械產品的原材料是鋼鐵，為減輕本體質量應改進本體結構，并適當考慮應用非金屬復合型的材料，減輕本體重量是實現小型化的驅動系統的關鍵。

二是注重傳感技術的提升。

提升傳感技術必須從靈敏度、可靠性和精確度等方面的提高著手，尤其是可靠性和抗干擾性的高低，直接關系到傳感技術水平的高低。因而為預防電干擾，當前大都采用較為先進的光纖電聯傳感器，而如果是外部信息傳感器，那么則主要采用發展中的非接觸性的檢測技術。

三是信息處理技術水平的提升

機電一體化技術水平的提升與微電子學的進度、微型設備的普及和應用密不可分，為促進機電一體化的發展，就必須著力提升信息處理技術水平，提升處理速率的同時解決諸如抗干擾性能低和標準化程度不一的問題。

四是驅動技術的提升

電機的響應速率方面尚存諸多不足。值得期待的是當前電機內部裝備編碼和專用控制組件、傳感器以及電機三位一體化的伺服驅動單元正在積極地發展且日臻成熟當中，相信在不久的將來，驅動技術水平就能得到有效的提升

結束語

機電一體化是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，是機械工業發展的必然趨勢。是21世紀機械工業的主角，在各方面均可帶來顯著的經濟效益和社會效益，具有廣闊的發展前景。

參考文獻

篇7

金屬絲微結構光纖的研究進展

隨機分布反饋光纖激光器研究進展

利用多波長放大抑制窄線寬光纖放大器中受激布里淵散射效應的研究進展

高分辨率投影光刻機光瞳整形技術

熒光壽命成像技術及其研究進展

硫系玻璃光波導研究進展

中紅外光纖激光器的研究進展

基于光學成像技術的針灸鎮痛機理研究

低雙折射均勻光纖布拉格光柵斯托克斯參量的研究

基于擴展二次同余碼/單重合序列的二維光碼分多址系統仿真

光纖參數對弱導階躍光纖線偏振模式特性的影響

矩形晶格微結構光纖偏振拍長穩定性的優化

基于綜合灰度梯度法的數字全息焦平面定位研究

基于數字散斑的彎管殘余應力測量系統的誤差分析

基于激光散斑照相術的三維變形測試

激光熔覆綠色再制造快速工藝規劃技術研究

大能量窄脈寬高平均功率綠光激光器

脈沖式半導體激光器端面抽運主振蕩-功率放大器及腔外倍頻系統

高能量激光二極管側面抽運風冷Nd∶YAG脈沖激光器

基于聚合物納米光纖的微光子學器件及其應用

高亮度窄線寬的激光二極管陣列研究進展

高功率半導體激光器光束非相干合成技術進展

高功率摻銩光纖激光的研究進展

埋入式光纖智能金屬結構研究進展

貓眼效應用于激光主動探測技術的研究現狀與發展趨勢

大數值孔徑聚焦的特性研究

多點光纖瓦斯傳感技術

圓柱霧屏承載相息圖光電再現三維影像的實驗研究

圖像融合算法性能分析與評價效果研究

空域中基于Rudin-Osher-Fatemi模型的小波圖像修補方法

人造衛星光學可見期實時預測方法

激光熔覆過程殘余應力的數值模擬

“神光Ⅱ”裝置三倍頻離線調試系統設計與測試精度分析

激光表面處理對NiAl/納米Al_2O_3復合鍍層組織及其耐磨性的影響

礦物發光材料Ca_3(Zr,Ti)Si_2O_9的合成與光學性能研究

綠輝石玉的光譜學特征

基于光學相干層析成像技術的光老化皮膚嫩膚實驗觀察

篇8

關鍵詞：光纖在線監測；隧道；效益

1 概述

鋼鐵工業是在上個世紀二十年代隨著鐵礦的開采和煉制等工業的發展而形成的一項工業，在現在的生活中隨著社會和經濟的發展，鋼鐵工業系統對國家的經濟和人民群眾的日常生活中的地位就顯得更加的重要。在鋼鐵工業系統的穩定、安全、可靠的運行維護工作中，電氣設備安全運行的可靠性是首要考慮的問題[1]。

這些年來隨著科學技術的發展以及供電用電部門使用要求的提高，鋼鐵行業系統向高電壓、大規模、網絡技術信息化方面的發展，傳統檢修維護方法己不太適用于當今迅速發展的大型鋼鐵企業，其主要原因在于：（1）某些重要裝置設備的檢修和維護工作需要停電操作，而很多情況下為了能夠使生產生活安全平穩可靠的連續運行，重要電氣設備退出運行狀態非常困難；（2）停電后檢查電氣設備時，設備試驗檢查狀態往往與電氣設備單獨運行時狀態不一致，如設備運行電流、振動值、溫度等物理量，都會在一定程度上影響對設備運行狀態的準確判斷；（3）受到檢修S護周期的影響，有一些并不是連續運行的電氣設備的檢修維護工作主要由我維修人員憑經驗來進行判斷，由于業務能力和經驗上的差別，檢修維護時間選擇無法做到準確可靠，使得相鄰兩次檢修期間發生的電氣設備問題沒有很好的解決方法[2]。

鋼鐵企業電氣設備涵蓋廣泛，包括各種變壓器、高低壓開關設備、高低壓發電機、電動機、高低壓電容器、電抗器、UPS不間斷電源、高低壓變頻器、電流電壓互感器和高低壓電力電纜等。由于這些電氣設備經常處于大電壓、大電流和強磁場工作環境中，在實際監控中要求狀態監測儀器與監控對象之間進行適當隔離，在某些場合傳統監測技術手段往往會受到一定限制[3]，而先進光纖傳感技術能夠廣泛適應于高電壓環境、抗電磁干擾、耐腐蝕和實現實時在線監測電氣設備特征物理量（如電流電壓波動、設備溫度和應變等）的系統。

2 系統概述

分布式光纖在線溫度監測系統是針對研發的基于分布式光纖傳感技術的新型溫度監測及火災報警系統，通過實時檢測測溫光纜中反射光信號隨溫度的變化情況，實現分布式光纖在線溫度監測系統是根據電纜夾層、電纜隧道、電纜橋架、高壓電氣設備內部多個測點的溫度在線監測和火災報警。

測溫光纜具有體積小、重量輕、無源檢測、防電磁干擾、阻燃防爆、易于遠程監測等優點，采用測溫光纜的火災監測系統具備以下獨特優點：（1）將測點的溫度變化轉換成測溫光纜中拉曼散射光信號的變化，通過對兩個拉曼散射光信號的差分檢測，從本質上消除了系統光功率波動、傳輸鏈路損耗變化對測量精度的影響。（2）測溫光纜的每一點都是溫度傳感器，真正實現了分布式溫度測量，整個測溫范圍無盲區。（3）測量精度高，響應時間短。測溫精度可達±1℃，對5Km測溫光纜的檢測時間不超過5秒。（4）傳感器不受環境濕度、應力應變的影響，測量結果具有良好的重復性，長期穩定性好。

分布式光纖在線溫度漸監測主機通過以太網絡與監控計算機進行通信，可實現遠程集中監控；通過RS232/RS485接口與報警控制器相連，實現分區過溫報警；通過多級可配置報警溫度設置，實現火災預警與報警。另外，系統的調試、區域設置、報警參數設置等操作均可在測溫主機或遠程監控計算機上完成，操作、維護方便。

3 工作原理

分布式光纖在線溫度監測系統基于分布式光纖傳感技術，利用光纖中拉曼散射光信號對溫度的敏感特性，實現對溫度變化的精確測量。

分布式光纖溫度傳感是將整條傳輸光纖作為傳感器，光纖（光纜）上的每一點都兼具“傳”和“感”的功能。在分布式光纖溫度傳感系統中，一束較強的脈沖激光信號在光纖（光纜）中傳輸時，光纖中的每一點都會對激光信號產生極其微弱的散射，散射光信號的特性與該點所處位置的溫度有關，通過檢測每一點散射光信號的光學特性，獲得改點的溫度信息，進而得到整條光纖（光纜）上的溫度分布。

根據所檢測的反射光信號的不同，分布式光纖溫度傳感系統可分為瑞利（Rayleigh）散射系統、拉曼（Raman）散射系統和布里淵（Brillouin）散射系統。激光脈沖信號在光纖中傳輸時，由于激光與光纖材料的相互作用，會產生三種不同的散射光：瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射，其中瑞利散射光對溫度變化較不敏感，拉曼散射光對溫度變化較為敏感，布里淵散射光對溫度和應變都敏感，因此拉曼散射和布里淵散射都可以用來測量溫度。另一方面，由于布里淵散射和瑞利散射在頻譜上靠的非常近，很難通過濾波器分開，同時布里淵散射受應力、應變的影響也較大，因此應用最多的還是采用拉曼散射實現溫度傳感。

4 系統組成

光纖光柵隧道火災監測系統主要由以下五部分組成：

測溫光纜；測溫主機；監控軟件；火災報警控制器（可選）；光纖通信模塊（可選）。

5 系統軟件功能

系統軟件包括13個主要功能：數據采集、數據顯示、數據交換、數據存儲、數據備份、用戶管理、報警輸出、分區設置、日志記錄、曲線圖保存、短信報警、歷史溫度查詢，顯示火災蔓延方向。

6 運行管理

6.1 安全事項

使用光纖在線監測系統時，為了人身安全以及減少火災、觸電或人員傷害的危險起見，請遵守以下安全規則：（1）仔細閱讀并理解光纖傳感器全部說明，按照說明書操作相應儀器；（2）請勿將眼睛直接對準機箱光纖出口處；（3）請使用接地良好的插座供電；（4）請將儀器放在通風處，請勿在儀器的通風口堆放物品，以免散熱不良造成機器過熱，損壞儀器；（5）為了防止觸電或火災，請勿將儀器暴露在雨水中；（6）應使儀器避開灰塵、高溫和振動；（7）請勿將儀器直接暴露在陽光照射下；（8）勿在儀器上放置重物；（9）勿用濕手觸摸插頭；（10）如果要搬運儀器，務必小心輕放，請勿受壓，避免潮濕，避免劇烈振動。

6.2 儀器維護

產品屬于貴重精密光學儀器，請妥善使用。請勿用手指或其它物品直接接觸光纖接頭端面。平時要注意儀器的維護，主要包括以下幾個方面：（1）光纖頭的清潔。清潔光纖頭時要謹慎小心，采用無水酒精浸泡的棉花球或光纖端面專用清潔器，輕輕擦拭APC光纖接頭上的灰塵，注意要沿一個方向，不可來回擦拭，以免損壞光纖端面，且每次光纖頭和酒精棉（或專用清潔器）的接觸位置都不能相同，以免二次污染。（2）外殼清洗。儀器運行一段時間后需要外殼清洗，清洗時請拔下本機的電源插頭。不要使用液體或者噴霧清潔器。使用濕布進行清潔。（3）儀器供電采用220V交流供電，切勿亂動機柜內部走線，以防漏電造成的傷害。

7 結束語

光纖在線監測技術大大減少了人工成本，電纜維護避免事故，起到了不可估量的作用。

參考文獻

[1]黃雅羅，黃樹紅.發電設備狀態檢修[M].北京：中國電力出版社，2000.

篇9

關鍵詞： 石油生產； 流量； 光纖； 湍流； 振動

中圖分類號： TN 253文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.02.003

Study of optical fiber fluid flow monitoring system

using pipe vibration frequency characteristic

LIU Xiaohui1， LIU Suxiang2， SHANG Ying1， WANG Chang1

（1.Key Laboratory of Optical Fiber Sensing Technology of Shandong Province，

Laser Institute of Shandong Academy of Sciences， Jinan 250014， China；

2.Shandong Academy of Sciences， Jinan 250014， China）

Abstract： Fluid flow is an extremely important parameter in the oil production field. Realtime monitoring of fluid flow parameter provides a scientific basis for increasing reservoir recovery. An optical fiber fluid flow monitoring system based on pipe vibration frequency characteristic is proposed. The vibration of the pipe is induced by turbulent flow when fluid flow passes through the pipe. The fiber optic sensors wrapped around the pipe outside the wall are used to detect the vibration information. The frequency characteristics of the vibration of the pipe are summarized. Then the relationship between mean flow rate and standard deviation of the vibration of the pipe induced by turbulence is determined.

Keywords： oil production； fluid flow； fiber optic； turbulent flow； vibration

引言石油生產中，流量是油氣井下的重要物理量，實時流量監測能夠為提高原油采收率提供可靠的科學依據。石油工業中被測流體的成分復雜，流態多種多樣，工作現場的條件十分惡劣，傳統電子傳感器在井下惡劣環境諸如高壓、高溫、腐蝕、電磁干擾下無法正常工作。與傳統電子傳感器比較，光纖流量傳感器具有如下優點：（1）靈敏度高，動態范圍廣，準確性高；（2）易于遠距離測量；（3）耐高壓高溫，電氣絕緣性好，抗電磁干擾，安全可靠；（4）體積小，質量輕，集傳感與傳輸于一體[15]。本文利用湍流誘發振動特性以及光的相位特性，提出了一種光纖流量監測系統，該系統的光信號在光纖傳輸的過程中會受到管壁振動信號調制，采用相位載波（phase generated carrier，PGC）調制解調技術完成流量信號的提取。光纖作為感知流量信號的傳感器，結構簡單可靠，靈敏度高，在石油測試儀器中具有廣闊的應用前景。1光纖流量監測系統原理

1.1管壁振動測試原理研究表明，流體分子到達管壁時具有的動能有90%以上轉化為壓力的形式，故壓力是流體與管壁傳遞能量的主要形式[6]。關于圓管湍流的研究表明，壓力脈動和流速脈動成正比[7]，即p∝u―v―（1）式中：u―為軸向平均速度；v―為徑向平均速度。充滿液體的油管可以簡化為一維梁，具有關系p′（x）=d2Mdx2=dVdx（2）式中：V為剪切力；M為彎矩；x為軸向位移；p′（x）為單位長度載荷函數。光學儀器第37卷

第2期劉小會，等：基于管壁振動頻率特性的光纖流量監測系統

由工程力學可知p′（x）=EId4ydx4（3）式中：y為徑向位移；EI為抗彎強度。由梁的振動式可以得出2yt2=-gAγEI4yx4（4）式中：t為時間；g為重力加速度；A為截面積；γ為比重。結合式（3）和式（4）得出p′（x）∝2yt2（5）式（5）表明管壁振動的加速度和壓力脈動成正比。根據文獻[8]中湍流強度的推導可以得出1N-1∑Ni=1ui（t）-u―2∝u―（6）式中N為采樣點數。由式（6）可以看出管道振動的標準方差和平均流速成正比。由于平均流量和平均流速成正比，故管道振動的標準方差和平均流量成正比。由以上公式的推導可以得出平均流量與振動加速度標準方差有定量關系，這是光纖流量測量系統的理論基礎。

1.2光纖相位調制原理光相位信息由光纖波導的總物理長度、折射率及其分布、光纖波導的橫向幾何尺寸決定。假定光纖波導折射率分布保持恒定，并已知施加在光纖上的擾動（外界信號），光通過長度為L的光纖后，出射光波相位延遲為[9]φ=2πnLvc（7）圖1光纖流量傳感單元

Fig.1Optical flow sensing unit式中：n為光纖纖芯折射率；c為真空中光速；v為光頻。由此得出光相位的變化式為Δφ=2πnLvcΔnn+ΔLL+Δvv（8）引起相位變化的因素可分為溫度效應和應力應變效應。溫度效應所引起的相位變化較為緩慢，可采用信號處理的辦法消除其引起的相位變化，因此本文的光纖流量監測系統主要采用應力應變效應。光纖流量傳感單元如圖1所示，在油管外壁選擇流量監測點，在流量監測點處纏繞特定長度的高靈敏傳感光纖，并在傳感光纖末端焊接光纖光柵組成光纖流量傳感單元。當流體經過油管時，光纖流量傳感單元感應湍流引起的壓力脈動，經過PGC技術解調出相應的流量信息。

1.3相位載波調制解調原理邁克爾遜干涉儀干涉信號可表示為I=A+BcosΦ（t）（9）式中：A為平均光功率；B=κA，κ≤1為干涉條紋可見度；Φ（t）為干涉儀的相位差。設Φ（t）=Ccos（ω0t）+φ（t），則式（9）可寫為[10]I=A+Bcos[Ccos（ω0t）+φ（t）]（10）式中：C為調制深度；ω0為相位載波角頻率；φ（t）=Dcos（ωst）+Ψ（t），其中，D為傳感器信號幅值，ωs為傳感器信號的角頻率，Ψ（t）是擾動信號等引起初始相位的緩慢變化。根據Bessel函數，式（10）可表示為I=A+BJ0（C）+2∑∞k=0（-1）kJ2k（C）cos（2kω0t）cosφ（t）-

2∑∞k=0（-1）kJ2k+1（C）cos（（2k+1）ω0t）sinφ（t）（11）圖2PGC解調原理圖

Fig.2Diagram of PGC圖2是PGC解調原理圖，邁克爾遜干涉儀的輸出信號I分別與二倍頻、基頻相乘，為了克服信號畸變和消隱現象，分別對兩路相乘后的信號進行了微分交叉相乘（DCM），微分交叉相乘后的信號經過差分放大、積分運算后變換為信號S1，即S1=B2GHJ1（C）J2（C）φ（t）（12）式中：G為基頻系數；H為倍頻系數。將φ（t）=Dcos（ωst）+Ψ（t）代入式（12）可以得出信號S2，即S2=B2GHJ1（C）J2（C）[Dcos（ωst）+Ψ（t）]（13）由式（13）可以看出，積分后得到的信號包含傳感信號Dcos（ωst）和外部干擾信號，后者通常是慢變信號，通過高通濾波器（HPF）消除外部干擾信號，光纖流量監測系統的最后輸出信號S為S=B2GHJ1（C）J2（C）Dcos（ωst）（14）2新型光纖干涉流量計實驗系統

2.1光路設計連續穩定的激光被聲波調制器調制為重復頻率為100 Hz、脈寬為1 μs的脈沖激光，脈沖激光信號在經過馬赫曾德爾干涉儀后形成兩個脈沖激光信號，如圖3所示，兩個脈沖激光信號依次注入光纖流量傳感器，經過一系列光纖光柵反射，在接收端信號形成含有傳感信號的脈沖序列。

2.2實驗系統設計液體循環系統如圖4所示，系統主要由油管、閥門、注水口、出水口、水泵、光纖流量傳感器以及電磁流量計組成。首先通過注水口往油管內注入液體，使得液體充滿整個循環系統，然后開動水泵，使得液體在油管內循環流動起來，通過調節閥門A和閥門B控制流過光纖流量傳感器的流量，在光纖流量傳感器附近安裝一個電磁式流量計用于標定光纖流量傳感器。本系統為了能夠檢測到0～40 kHz的傳感信號，在實驗中采用了頻率為80 kHz的載波頻率。通過分析解調油管中傳感信號的頻率特性，確定流體振動信號頻率范圍主要集中于10～30 kHz，實驗結果如圖5所示，在此頻率范圍內光纖流量監測系統能較好地完成流量監測。圖3光纖流量監測系統光路圖

Fig.3Schematic diagram of the fluid flow monitoring system

圖4流量測試實驗系統

Fig.4Schematic diagram of the

experimental system圖5頻率范圍10～30 kHz下的光強與流量關系圖

Fig.5Relationship between light intensity and

flow in the frequency range between 10 kHz and 30 kHz

3結論采用光纖傳感技術將湍流振動產生的動態壓力信號轉化為光相位信號，確立了光相位信號與流量的二次曲線關系。通過研究流體流過管道時湍流引起的振動信號的頻率特性，提出了一種光纖流量監測系統，成功實現了非浸入式測量范圍為5～50 m3/h流量的在線測量。通過實驗發現，在大流量的情況下測量精度較高，測量精度為±5%，為進一步實施油井實地實驗提供了參考。 參考文獻：

[1]楊斌，田杰，江健武，等.分布式光纖載流量/溫度安全監測系統的研究[J].光學儀器，2013，35（1）：7579.

[2]吳紅艷，肖倩，吳媛，等.基于載波調制的光纖振動傳感復用系統[J].光學儀器，2014，36（1）：4045.

[3]周正仙，段紹輝，田杰，等.分布式光纖振動傳感器及振動信號模式識別技術研究[J].光學儀器，2013，35（6）：1115.

[4]胡玉瑞，唐源宏，李川.光纖Bragg光柵流量傳感器[J].傳感技術學報，2010，23（4）：472474.

[5]唐璜，繆璇，趙棟.基于微分干涉原理的全光纖水下偵聽技術[J].光學儀器，2014，36（2）：107110.

[6]EVANS R P，BLOTTER J D，STEPHENS A G.Flow rate measurements using flow induced pipe vibration[J].Journal of Fluids Engineering.2004，126（2）：280285.

[7]李昆，湯榮銘，許宏慶.基于振動原理的無接觸流量測量實驗及模擬研究[J].實驗流體力學，2007，21（1）：7781.

[8]PITTARD M T，EVANS R P，MAYNES R D，et al.Experimental and numerical investigation of turbulent flow induced pipe vibration in fully developed flow[J].Review of Scientific Instruments，2004，75（7）：23932041.

篇10

關鍵詞：光電互感器；羅夫斯基線圈；泡克而斯效應；法拉第效應

中圖分類號：TP183文獻標識碼：Adoi:10.3969/j.issn.1003-6970.2010.10.006

The Analysis of Optical Transformer Technology

Lv PengHuang YuanliangJin Zhuoyun

(Electric automatization institute of Jinan University, Zhuhai,519070)

Abstract：Optical Transformer bases on Photonics technology and optical fiber sensing technology, it is fit for the constantly developing and progressing of the voltage degree and current quality in electrical industry due to its perfect performance. In addition, it will take the place of traditional transformer gradually. Optical transformer is constituted of Optical Current Transformer, Optical Voltage Transformer and the Combined Optical Transformer. This paper mainly introduces the principle, current problems, solutions and the usage of Optical Transformer, and prospecting the future develop trend.

Key words: Optical Transformer; Rogowski coil; Pockels effect; Faraday effect

1．引 言

光電互感器是利用光電子技術和光纖傳感技術來實現電力系統電壓、電流測量的新型互感器它是光學電壓互感器、光學電流互感器、組合式光學互感器等各種光學互感器的通稱。隨著電力工業的不斷發展，電網電壓等級的不斷提高，電力工業對電壓、電流的測量要求也在不斷提高。互感器作為輸電線路中最基本最重要的檢測設備，其暴露出來的一系列缺點迫使一種安全、可靠、理論完善性能優越的新方法來實現高電壓和高電流的測量。基于光學傳感技術的光學電流互感器（Optical Current Transformer, OCT)和光學電壓互感器（Optical Voltage Transformer, OVT)能有效地克服傳統電磁式互感器所固有的缺點，同時更適應電力系統的智能化，并為計算機高速網絡在實時系統中的開發利用，為變電站信息的采集、傳輸實現數字化處理提供了條件。光電互感器的諸多優點，近三十年來引起了世界各國的關注，尤其美國、法國、日本和中國的學者和工程技術人員都進行了深入的研究。

2.光電互感器的產生與歷史

早在20世紀60十年代，國外的諸多電氣公司就開始了對光電互感器的相互研究，最早研制成功的是美國的西屋電氣公司。但當時研制的基于法拉第光效應（電流互感器）和電光效應（電壓互感器）的光電互感器還僅僅是純光學式的光電元件，他受到溫度限制無法達到戶外環境下0.2級精度的要求。到了60年代，在世界范圍內興起了對光電式電流互感器應用的研究，70年代一度形成，但當時仍處于初級階段，溫度等影響仍未得到較好的解決，精度比較低。直到上世紀80年代，隨著電子技術的飛速發展，光電子技術、PC微機、單片機及數字處理器技術的興起與成熟，為研制出高性能的光電互感器奠定了堅實的基礎，電子式光電互感器得以研制成功，并逐漸開始投入使用。

1992年ABB公司的光電互感器在巴西電力系統投入應用，至今運行良好。SIMENS、ALSTOM等公司也相繼研制成功并投入運行。到2000年，ABB公司已經研制出可用于69kV到765kV電壓等級的光電電流互感器，測量電流范圍為5A~2000A，準確度達到±0.2%。同時，他們研制了用于GIS中的復合電子式電壓、電流互感器，電流測量范圍為5A~2000A，電壓測量范圍為69~500kV，準確度都達到±0.2%，電壓測量是直接使用電容環測量，不用分壓器。法國的Alstom公司利用Faraday效應研制了一套電子式電流互感器，在-30~50℃的范圍內準確度達到±0.2%。

我國最早對光電互感器的研究是在20世紀80年代的一些大學進行的，當時也是以光學式的光電互感器為研究方向，目前已改為主攻電子式的光電互感器。盡管一些高科技公司的某些產品已經進入掛網試運階段，但是對光電互感器的研究仍處于初級階段，與國外還有一定的距離。國內許多科研機構和大專院校的研究人員也正致力于新型光電互感器的研究，從事這方面的主要研究單位有清華大學、華中科技大學、上海大學、西安同維公司、廣州偉鈺光電科技有限公司等，經過幾年的努力，研制工作已逐步向實用化階段發展。光電互感器的高壓以及電氣絕緣特性使得它更加適合我國電力工業的發展，在將來的超高壓以及特高壓系統中將發揮巨大的作用。

3. 光電互感器的工作原理及其分類[1]

簡單的來說OCT工作原理是Faraday磁光效應，OVT工作原理是Pockels線性電光效應，光學電流傳感頭和光學電壓傳感頭位于絕緣套管的高壓區，控制室內的發光二極管發出光信號經絕緣材料制成的光纜傳輸至兩個傳感頭，經高壓母線和電壓調制后，光信號又經光纜從高壓區傳輸回主控室，最后經光電轉換、數據采集和信號處理系統得出被測電流、電壓信號。根據高壓部分是否采用有源器件將光電互感器分為兩類：高壓部分不采用有源器件的稱為無源型光電電流（電壓）互感器，采用有源器件的稱為有源型光電電流（電壓）互感器。

3.1 有源型OCT工作原理[2]

有源型OCT又稱混合式光學電流互感器，它的原理是利用有源器件調制技術,把羅夫斯基線圈測量出的信號經過積分運算得出電流模擬信號,模/數轉換(A/D)電路將積分器輸出的信號轉換成數字信號,然后通過電一光轉換裝置將電信號轉換成光信號,再通過光纖傳輸。到互感器低壓側信號處理電路,有源型OCT原理示意圖如圖1所示。

有源型OCT的關鍵部件為羅夫斯基線圈及積分器。羅夫斯基線圈是一種繞制在非磁性骨架上的空心線圈,具有精度高、穩定性好、抗干擾能力強、動態范圍寬、體積小、重量輕、造價低廉、線性度好等一系列優點。其工作原理如圖2所示。

羅夫斯基線圈直接套在被測量的導體上,從而導體中流過的交流電流在導體周圍產生一個交替變化的磁場,從而在線圈兩端感應出一個與電流變化成比例的交流電壓信號e(t):

其中,di/dt則是電流的變化率, 而L為線圈的電感,i(t)為還原電流,通過對交流電壓信號積分并運算得出所要測量的電流值,其數學表達式為:

有源型OCT的傳感器和A/D轉換部件是需要電源供電的,目前常用的供能方式主要有利用特制電流互感器(CT)或電容分壓器從母線上取電能,激光供能,太陽能供電及蓄電池供電等。

3.2 無源型OCT的工作原理

無源型OCT與有源型OCT不同,其傳感器部分無需電源供電。無源型OCT以法拉第磁光效應理論為基礎,其實質是光波在通過磁光材料時,電流產生的磁場使光波在通過磁光材料時其偏振面會發生旋轉,測量其旋轉角度的大小即可確定被測電流。法拉第旋轉角θF的表達式為：

其中,V為代表光纖材料特性的維爾德常數；H為光傳播方向上的磁場強度；L為光路長度線；μ0為磁導率；N為繞載流體的光圈數；I為被測電流。

無源型電流互感器的存在問題是其本身的光學系統折射效應隨環境因素而變化,光學傳感頭中存在著各種形式的雙折射,影響了整個系統的精度和穩定性。

3.3 有源型OVT工作原理

有源型OVT的傳感頭部分仍采用傳統的傳感技術,即電容分壓技術。如圖3所示,被測對象通過電容分壓測量單元后形成一較低的電壓,刀轉換單元對電容分壓測量單元的輸出信號進行模擬量與數字量的轉換,形成光電信號,由于電容分壓測量單元和A/D轉換單元都需要供電模塊提供工作電源,有源型OVT的名稱由此而來。

有源型是當前掛網運行時間最長而且最為常見的光電電壓互感器,一方面其原理相對簡單,與傳統的電壓互感器結構相近,容易實現另一方面其生產成本較低,便于制造。但是這種型式的光電互感器只是把傳感器的模擬信號轉換為光電信號,不是真正意義上的光電化產品,它一方面沒有充分體現光學傳感的優越性,另一方面電容分壓器的長期運行會引進額外的測量誤差,因此具有一定的局限性,是一種為了實現光電信號傳輸的過渡性產品。

3.4 無源型OVT

無源型的原理是將高電壓直接加在電光晶體上,應用先進的光學傳感原理一效應來測量電壓的全光纖型光電電壓互感器“泡克爾斯效應”是描述電場對透明晶體影響的電光效應,某些透明的光學介質也稱壓電晶體在外加電場作用下,晶體將變為各向異性的雙軸晶體,從而導致其折射率和通過晶體的偏振光特性發生變化,產生雙折射,使一束光變為兩束相位不同的直線偏振光。圖4為無源型的原理圖,一束線性偏振光照射到壓電晶體表面時分裂成振動方向相互垂直的兩束光,其相位差大小與所加電壓和材料有關。

雙折射后兩束偏振光的相位差可用以下公式計算：

其中：U=Usinωt,λ為入射光波波長；n0為晶體的折射率孔, γ41為晶體(BGO)線性電光系數口為被測電壓是電壓幅值。ω是角頻率。

通常利用偏光干涉的方法將轉變為輸出光強的變化來檢測它,利用1/4波片使兩束光的相位差增加90°,總的相位差為δ+π/2。出射光強可以表示為：

其中,I0是入射光強,U0為半波電壓。

可見,利用出射光強和電壓的關系,通過光電變換和信號處理就能得到被測電壓。

3.5 光學組合式互感器工作原理

光學組合式互感器是基于電光晶體的Pockels效應和磁光玻璃的Faraday效應研制出的可以同時測量高壓輸電線電流及電壓的組合式互感器。它絕緣結構簡單，電壓測量與電流測量間無相互干擾。非線性誤差小于0.3%，在24～33℃溫度范圍電壓傳感器24h內的波動在±0.3%內。

4.光電互感器的優點[3]

與常規的電磁式互感器相比較,光電互感器的突出優點是：

(1)高低壓完全隔離,安全性高,具有優良的絕緣性能和優越的性價比

由于光電互感器是通過由絕緣材料制成的光導纖維將高壓信號傳輸到二次設備，巧妙的避開了傳統互感器絕緣性能差的缺點，大大簡化了絕緣結構，節省資源的同時，提高了互感器電氣絕緣性能。它的適合高壓的特性使它在不斷提高電壓的電力工業中顯示出越來越高的性價比。利用光纜代替電纜作為信號傳輸工具,又實現了高低壓的徹底隔離,不存在電壓互感器二次回路短路或電流互感器二次開路給設備和人身造成的危害,安全性和可靠性也大大地提高。

(2)沒有鐵芯,不存在磁飽和鐵磁諧振等現象

光電互感器在原理上與傳統互感器有著本質的區別,它一般不用鐵芯完成磁藕合,因此,不存在傳統互感器磁飽和及鐵磁諧振現象,使得互感器運行暫態響應好,穩定性好,確保了系統運行的高可靠性。

(3)功能齊全，可靠性高

光電互感器能不但可以用于電壓電流測量，還可以用作保護功能。不必使用多個不同用途的鐵芯線圈,便可同時滿足計量和繼電保護的需要,同時還可以將電壓、電流組合在一起,構成組合式光電互感器。這些對于傳統互感器是無法達到的。目前,光電互感器的測量精度最高可以達到0.2級和0.2S級。

(4)頻率響應寬，動態范圍大

光電互感器傳感頭部分的頻率響應取決于光纖在傳感頭上的渡越時間,實際能測量的頻率范圍主要決定于電子線路部分。光學傳感部件已經用于測量高壓電力線路上的諧波和脈沖暫態電壓。

(5)沒有因充油而潛在的易燃、易爆等危險

由于光電互感器的絕緣結構相對簡單,一般不采用油作為絕緣介質,不會引起火災、爆炸等危險.

(6)體積小、重量輕、減少占地面積

因無鐵芯及絕緣油等，光電互感器的重量一般只有電磁式CT、VT重量的1/10，且體積小，占地面積小，便于運輸和安裝。

(7)無污染、無噪音，具有優越的環保性能

由于光電互感器中信號是通過光來傳輸的,因此不會產生噪音、電磁波等污染源,同時,可采用硅橡膠絕緣子和SF6氣體作為絕緣介質,替代傳統的磁套絕緣子和絕緣油,甚至可以做成無油無氣的OCT,這樣可大大降低這些配套設備生產過程中帶來的環境污染,具有優越的環保性能。

(8)適應了電力系統數字化、智能化和網絡化的需要

光電互感器可以根據需要輸出低壓模擬量和數字量,這可直接用于微機保護和電子式計量設備,而且能實現在線檢測和故障診斷,在變電站綜合自動化中具有明顯的應用優勢。綜上所述,光電互感器以其優越的特性以及明顯的經濟效益和社會效益,使得它在電力工業中占據了一席之地，同時對于保證日益龐大和復雜的電力系統安全可靠運行,并提高其自動化程度具有深遠的意義。光電互感器是世紀電力系統的更新換代產品,盡快使其實用化已經成為電力系統發展的迫切需要。

5.光電互感器的缺點及目前的改進方法

5.1OCT的缺點[4]

根據我國第一臺OCT掛網運行數據顯示，在小電流時OCT輸出的讀數波動較大，線性度較差，準確度也略超出計量要求。一方面是由于小電流引起的法拉第旋轉角非常小，有限的傳感器靈敏度導致被測信號被噪聲所淹沒；另一方面機械振動、溫度變化以及由于光纖偏振特性等因素使得輸出光強的變化，降低了檢測的靈敏度，不過可以通過檢測電路的交直流分離等辦法消除此影響。然而對于有兩種特殊情況會使光強發生很大的變化，因而會對測量產生很大的影響：1.光強波動較快時，直流通道的響應時間遠遠慢于交流通道,采用交流除以直流的方法明顯存在不同步的問題2.當光強急劇下降衰減而超過PIN光電管的探測靈敏度時,OCT無法正常工作。

5.2OCT的改進方法

針對以上諸多影響光電互感器的不利因素，我國許多研究人員做了大量的工作，并取得了一定的成果。

降低溫度影響：為了克服溫度對互感器帶來的影響，清華大學對種8國產光學玻璃磁光系數和溫度特性進行了深入的研究，ZF6在降低溫度影響方面最能滿足OCT的要求。

提高系統抗外場干擾能力：在提高系統抗外場干擾方面有幾種方法，改進由Sato等人提出的雙正交反射方案，將原光路設計中的第三角上第一次反射由向上改為向下（見圖4），使傳感頭內光路在小載流導體平行及垂直的兩個面上的投影形成閉合回路來改善系統抗外場干擾能力。相比而言，鍍膜技術在此方面具有的優點是簡化傳感頭使之易于加工，同時光路在任何平面內的投影均及接近完全閉合，傳感頭厚度比雙正交反射方案減小一半以上。目前的保偏膜有兩種：多層介質膜和單層介質膜，多層介質膜可以有效的解決相移問題，但對傳感頭的加工與安裝需十分精細，單層介質膜在具有鍍膜技術的共同有點之外，相比多層介質膜，更節省膜材料和膜加工所需時間，但此方法對膜厚度的控制要求更高的鍍膜工藝。利用多模光纖的消偏與消除相干擾性能，同時結合選用低相干光源，可以有效的一直有振動引起的光線中的噪聲干擾。

Rogowski線圈在OCT中的應用：Rogowski線圈能夠很好的解決以上由于溫度、外場以及振動引起的光電互感器靈敏度以及準確度降低等問題。國內外都已有0.2級Rogowski線圈，清華大學開發了以DSP為核心，集合光纖、通信、微機技術的實用化設計方案。OCT集電流測量和諧波分析于一體,同時還提供遠程計算機接口和繼電保護接口。試驗表明,此種結構簡單、安裝方便、抗干擾能力強和準確度高（優于0.5%）。

5.3OVT的缺點

光電電壓互感器晚于光電電流互感器，經過各國的不斷努力，在理論上和技術上都取得了很大的進展，與光電電流互感器類似，光電電壓互感器也遇到了溫度影響穩定性問題，和長期運行的可靠性問題。其中運行環境的溫度變化是影響光電電壓互感器穩定性和可靠性的重要因素。

5.4OVT的改進方法

目前主要采用雙光路檢測技術來消除熱力效應對光電電壓互感器的溫度穩定性的影響，但是仍然存在無法改變晶體的熱光效應。晶體的熱光效應使得互感器在工作溫度范圍內的準確度只有2.1%，距離實用所需的1%要求還有一段距離。為了避免因晶體的旋光性和自然雙折射會直接對光波引入的附加相位差，目前一般選用立方晶體的BGO材料，它穩定性好，無旋光性和自然雙折射。研究發現，BOG晶體的純度越高，光電電壓互感器的穩定性越好。對于光源發射的光波波長由溫度影響而造成的系統穩定性減弱情況，采用軟件補償技術消除波長變化的影響，明顯的提高了光電電壓互感器的穩定性。通過對光線受到振動和其他機械擾動產生線性雙折射，且單模光纖產生噪聲更為嚴重的現象發現，光線的芯徑越大，噪聲越小，通過使用低相干光源和線偏振光沿光纖的偏振軸輸入，來達到有效抑制噪聲對系統穩定性帶來的嚴重影響

6. 光電互感器在電力工業中的應用[8]

基于西昌地區多高耗能用戶,該類用戶的電爐設備功率大,負荷波動大,產生大量大功率低次諧波污染,同時沖擊電流造成電磁式互感器鐵心飽和,有可能造成繼保誤動作,并使二次電流、電壓產生畸變,影響計量的準確性等情況，2006年4月，安裝了35kV數字式光電互感器及其保護和計量裝置及其二次系統的設計、安裝、運行和運行效果的對比分析,來為西昌地區尋找一條可靠先進的電網技術革新之路。將該組光電互感器安裝于一個對電鐵及高耗能工業園區供電的110kV變電站內一條35kV出線間隔,該線路對冶煉企業供電,日均負荷為1.2萬KW。該線路原裝有電磁式電流互感器,準確級0.2級。35kV母線電壓互感器亦采用JDJJ2-35型電磁式電壓互感器。在出線間隔安裝了一組組合式光電電流電壓互感器,并裝配一套線路保護和一塊具有光纖以太網接口的電能表,以便將光電互感器的采集數據與電磁式互感器采集的模擬量在數據采集、電量及所接保護功能等方面進行對比。同時,南自廠在合并器報文讀取中加進了諧波分析部分,采集了當地的諧波污染情況。截止2007年的數據顯示，該組光電互感器運行狀況良好。

母線保護由于其保護特殊性,需要接入大量的交流量。基于OET700數字式光電互感器的母線保護采用光纖接入來自多個合并器的電流量、電壓量。開入量(接入母線保護的隔離刀閘輔助接點、失靈啟動開入節點等)和開出量(包括出口跳閘接點、信號接點等)則仍采用傳統的輸入輸出方案,如圖2所示。

若一次系統采用光TV,則電壓模擬量同電流輸入類似。若采用光TA與傳統電磁式混用則通過合并器進行采集一并打包給保護。在技術成熟條件下,開關量輸入、開關量輸出也可通過光纖進行傳輸,以實現整個變電站全部設備的數字化。

同傳統的微機母線保護一樣,基于光電互感的母線保護配置以下保護:差動保護、母聯失靈保護、母聯死區保護、母聯充電保護、母聯過流保護、母聯非全相保護、斷路器失靈保護、復合電壓閉鎖等。所有保護功能均為邏輯圖設計,保護流程可視化、圖形化、模塊化。可根據系統接線要求進行選擇配置,配置和維護方便靈活。

7. 光電互感器的發展趨勢

隨著電力系統智能化、數字化的產生和發展，人們對所采集數據的準確度要求越來越高，新型的OCT都將向著靈敏度更高的方向發展，同時更簡單更節約能源。全反射結構的OCT比相同尺寸的金屬膜結構OCT的輸出響應更加靈敏。全光纖結構的OCT將是未來發展的方向，目前，日本已經開發出0.3級的全光纖OCT。

光電電壓互感器的主要發展方向也是新型全光纖OVT，因為不論從穩定性準確性以及能源的節省和環境的保護方面，它都較傳統電壓互感器有很大的優勢。采用石英晶體和光纖作為敏感元件，通過光纖來檢測和傳輸信號，生產工藝更為簡單，不再需要自動聚焦透鏡、起（檢）偏器、波片、電光晶體等光學元件，節省資源的同時提高了系統的穩定性。全光纖OVT的諸多有點引起了廣泛的關注，在光電互感器方面起領頭作用ABB公司已經開發出類似的產品，我國很多高校也投入了積極的研究。

8. 結 語

經過三十余年的發展，國內的光電互感技術不斷進步。但是相比于國外上世紀60年代就開始研究，90年代就開始掛網運行并將產品推廣到市場還有很長的一段路要走。隨著現代電力工業對電壓級別、電流強度要求的不斷提高，光電互感技術作為一種新技術越來越引起研究人員的關注。電力系統的數字化、智能化、網絡化也都促進了光電互感技術的快速發展。當然光電互感技術目前還存在著很多問題，但隨著測量要求逐步提高，測量技術的逐漸成熟，光電互感技術必定有著非常廣闊的發展空間。光電互感器將作為下一代互感器的主流產品，其不可替代的技術優勢和價格優勢已經凸現出來，隨著當前光電互感器的市場化進程，必將帶來電力系統測量、保護和監控的革命性變化。

參考文獻

[1] 崔文廣.光電式互感器的研究探討．中國科技信息廣東輸電與變電技術[J],2007,8（2）,2005,6（9）.

[2] 許斌斌．光電互感器的原理及應用前景[J]．

[3] 葉妙元,肖霞．光電互感器(一)―21世紀電力系統電壓電流測量的基本設備[J]．

[4] 平紹勛,于波,黃仁山.光電互感器的現狀和發展[J].高電壓技術,2003,29(1):21-23.

[5] 易本順.光電式互感器的研究和發展及其在電力系統中的應用[J]．武漢大學學報(信息科學版),2002, 27(2):57-63．

[6] 李旭光,秦松林,肖登明．光電互感器在特高壓電網

中的應用技術分析[J]．高電壓技術,2007,

6(33):13-15.

[7] 于蓬勃.光電互感器.天津電力技術[J]，

2005，1:30-32．

[8] 范壽寧,黃瓊輝．數字式光電互感器的應用[J].四川電力技術，2008，31(3):60