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1.引言

光電對抗是指敵對雙方在紫外、可見光、紅外波段范圍內，利用光電設備和器材對敵方光電制導武器和光電偵測設備等光電武器裝備進行偵察干擾，使敵方光電制導武器和光電偵測設備等光電武器裝備失去或降低其作戰技能，并保護己方光電設備和人員免遭敵方的偵察干擾，正常發揮作用所采取的各種戰術技術措施的總稱。

在軍事應用中，光電精確制導技術和光電偵測技術發展迅速；應用廣泛，目前已形成較完善的裝備體系。許多現代軍事作戰平臺（飛機、艦船、坦克及裝甲車等），普遍裝備了前視紅外系統、紅外熱像儀、激光測距機、微光夜視儀等光電偵測設備，使現代戰爭沒有了白天和黑夜之分。同時，在軍事平臺中還裝備了激光制導導彈和炸彈、電視制導導彈和炸彈以及紅外制導導彈等光電精確制導武器，這些光電精確制導武器具有命中精度高、全天候、全時段使用的特點，使得現代戰爭作戰模式發生了巨大的變革。

光電對抗的作戰對象主要是來襲光電制導武器和敵方光電偵測設備。光電制導武器和光電偵測設備都有兩個敏感單元：信息獲取單元（光電傳感器）和信息處理單元（計算機），這就像是人的眼睛和大腦。光電對抗技術就是針對敵方光電制導武器和光電偵測設備的“眼睛”和“大腦”，采用強光致盲、致眩干擾使其“眼睛”變瞎，采用煙霧遮蔽干擾使其“眼睛”看不見目標，采用光電迷惑干擾使其“大腦”無法識別目標，采用光電欺騙干擾使其“大腦”產生錯誤判斷而攻擊假目標，從而有效對抗敵方光電制導武器和光電偵測設備。

2.光電對抗的內涵和作用

2.1 光電對抗的內涵

光電對抗是指為削弱、破壞敵方光電設備的使用效能.保護己方光電設備正常發揮效能而采取的各種措施和行動的統稱。具體而言，就是指敵對雙方在光波段范嗣內，利用光電設備和器材.對敵方的光電武器進行偵察告警并實施干擾，使敵方的光電武器削弱、降低或喪失作戰效能；同時利用光電設備和器材，有效地保護己方光電設備和人員免遭敵方的偵察告警和干擾。通常，光電對抗按波段分類包括激光對抗、紅外對抗和可見光對抗；按平臺分類包括車載光電對抗裝備、機載光電對抗裝備、艦載光電對抗裝備。

2.2 光電對抗的地位及其作用

隨著紅外和激光技術在軍事上的應用，特別是光電探測和光電制導技術的發展。光電對抗技術和裝備在現代戰爭中發揮著越來越重要的作用，各軍事強國在光電對抗領域的競爭也日愈激烈。有軍事分析家預言：“在未來戰爭中。誰失去制譜權。就必將失去制空權、制海權，處于被動挨打、任人宰割的境地；誰先奪取制光電權，誰就將奪取制空權、制海權、制夜權.由此也可以認為，誰擁有

了更先進的光電對抗技術和裝備，誰就掌握了戰場的主動權。光電對抗在軍事上的作用主要表現在：

1）為防御及對抗提供及時的告警和威脅源的精確信息

實現有效防御的前提是及時發現威脅。光電偵察告警設備能夠查明和收集敵方軍事光電情報.為及時采取正確的軍事行動、實施有效干擾或火力摧毀提供依據。美軍非常重視戰場信息采集及綜合處理技術的研究，已連續多年把它列為國防關鍵技術和重點研究內容，并且在大的軍事項目中加以應用。

2）擾亂、迷惑和破壞敵光電探測設備和光電制導系統的正常工作

通過有效的干擾使它們降低效能或完全失效，以保障己方裝備和人員免遭敵方光電偵察、干擾或火力摧毀，為己方的對抗行動創造條件。光電干擾技術和裝備作為對抗敵方光電探測和制導的有效手段，是各軍事強國重點研究的內容。

3.電對抗的基本特征

光電對抗是否有效必須符合如下4個基本特征：光電頻譜匹配性、干擾視場相關性、最佳距離有效性和干擾時機實時性。

3.1 光電頻譜匹配性

在此指干擾光電頻譜必須覆蓋或等同擾目標的光電頻譜。如對沒有明顯紅外輻射特征的地面重點目標防護，一般容易受到具有目標指示功能的激光制導武器的攻擊，因此激光欺騙干擾和激光致盲干擾都選用1.06微米和10.6微米來對抗相應的敵方激光裝備；對具有明顯紅外輻射特征的動目標（如飛機）一般受到紅外制導導彈的攻擊，紅外誘餌及紅外有源干擾波段與紅外制導光電頻譜相同，一般選在l～3微米和3～5微米。

3.2 干擾視場相關性

光電偵察、光電制導和光電對抗均具有方向性較好的光學視場，干擾信號必須在被對抗的敵方裝備光學視場范圍內，否則敵方光電裝備探測不到干擾信號，干擾將是無效的。尤其是激光對抗，由于激光的方向性好，導致對抗的難度非常大。例如在激光欺騙干擾中，激光假目標的布設距離必須根據激光導引頭視場范圍而設定。

3.3 最佳距離有效性

光電對抗最佳的干擾效果就是將來襲光電制導武器引偏，使光電制導武器導引頭在其視場內看不到被攻擊的目標。在一定引偏距離內是否引偏至導引頭視場之外，主要取決于距來襲光電制導武器的距離，因此干擾距離的選擇也是能否有效干擾的關鍵問題。例如紅外干擾導彈在距來襲紅外制導導彈一定距離范圍內發射才具有最佳的誘騙干擾效果。

3.4 干擾時機實時性

戰術光電制導導彈末段制導距離一般在幾公里至十公里范圍內，而導彈速度很快，一般在l～2.5馬赫左右，從告警到實施有效干擾時間必須在很短的時間內完成，否則敵方來襲導彈將在未形成有效干擾前就已命中目標，因此對光電對抗要求的實時性要求比較強。

4.結束語

本文對光電對抗的內涵及在戰爭中作用的主要表現進行了論述。對光電對抗的光電頻譜匹配性、干擾視場相關性、最佳距離有效性和干擾時機實時性這4個基本信息進行了詳細的說明，為光電對抗武器的研發和使用提供了一定的理論基礎。

參考文獻

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[2]付偉.光電無源干擾技術的發展現狀[J].應用光學，2000，2l（6）：l-5.

[3]葉盛祥，謝德林，楊虎等.光電對抗技術[J].光電工程，2001，28（1）：67-72.

篇（2）

納米科學與技術,有時簡稱為納米技術,是研究結構尺寸在0.1至100納米范圍內材料的性質和應用。它主要包括納米材料、納米動力學、納米生物學和納米藥物學、納米電子學等四個方面。納米級材料工程是指用于納米技術的材料開發,主要應用于功能織物、醫學生物工程、電子工業、催化劑、超微傳感器等幾個方面。納米級加工技術納米加工技術在納米技術的各領域也起著關鍵作用,包含機械加工、能量束加工、化學腐蝕以及掃描隧道顯微鏡加工等許多方法。然而,納米級的測控技術是制約納米技術發展的關鍵。

我國測控領域的科研人員經過四十多年長期探索,不斷研究,克服了各種困難,利用光、機、電、算多學科綜合,發展了一整套微/納米光電測控新技術,研制出新一代測控儀器,已經成功地應用于軍用、民用很多領域,取得了明顯效果。

一、納米光電測控技術

納米光電測控技術以納米計量光柵為核心元件,配以光電轉換、信號讀取、信號處理以及超精機械,形成各種測量儀器,可直接用于測量或控制長度、位移等多種幾何量。具有測量精度高、量程大、環境適應能力強、穩定性好等優點。該項技術主要由傳感器和數顯裝置兩部分組成。利用該項技術所生產的產品具有自動求最大值、最小值、峰峰值、公英制轉換、置數、打印、復位、自檢等功能,同時還具有RS232串行通訊接口,與計算機、單片機等連接后可進行自動測量、自動數據處理和自動控制等優點。納米測控技術包括納米級的測量技術和納米級的定位控制技術兩個方面。

1.納米測量技術

目前,納米級測量技術的主要發展方向有光干涉測量技術和掃描顯微技術等,以表面粗糙度和表面形貌等為測量對象。

(1) 光外差干涉儀

光外差探測是一種對光波振幅、頻率和相位調制信號的檢波方法,可以對于光強度調制信號。光外差干涉儀是使用兩種不同頻率的單色光作為測量光束和參考光束,通過光電探測器的混頻,輸出差頻信號(受光電探測器頻響的限制,頻差一般在100兆赫以內)的儀器。被測物體的變化如位移、振動、轉動、大氣擾動等引起的光波相位變化或多普勒頻移載于此差頻上,經解調即可獲得被測數據的儀器。目前,通常使用的干涉條紋圖的測量方法,在進行納米級測量時有非常大的局限性。因此利用外差干涉測量技術,可以得到0。1nm的空間分辨率,測量范圍可達50mm,促進了納米技術的進一步發展。

(2) X射線干涉儀

X射線干涉儀以非常穩定的單晶硅晶格作為長度單位,可以實現亞納米精度的微位移測量。

可見光和縈外光的干涉條紋間距為數百納米,這種間距不易測量。而利用射線的超短波長干涉測量技術,可以實現0。005nm分辨率的位移測量,測量范圍可達200μm,是一種測量范圍大較易實現的納米級測量方法。近年來,又產生了X射線形貌測量儀,它采用掠人射角的射線來測量超光滑表面形貌。

(3) 激光頻率分裂測長

激光頻率分裂的值與分裂元件的位移有關。通過測頻率測位移,精度已達到1nm,進一步穩定激光頻率可達到0.01nm,測量范圍為150μm。

(4) 掃描探針顯微(SPM)技術

SPM實際上是一個很大的家族,它包括掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、磁力顯微鏡、激光力顯微鏡、光子掃描隧道顯微鏡及掃描近場光學顯微鏡等等,利用它們可以用來測量非導體、磁性物質,甚至有機生物體的納米級表面。

掃描探針顯微(SPM)技術是在掃描隧道顯微鏡(STM)發明取得巨大成就的基礎上發展起來的各種新型顯微鏡。它們的原理都是通過檢測一個非常微小的探針(磁探針、靜電力探針、電流探針、力探針),與被測表面進行不接觸各種相互作用(電的相互作用、磁的相互作用、力的相互作用等),借助納米級的三維位移定位控制系統,測出該表面的三維微觀立體形貌,在納米級的尺度上研究各種物質表面的結構以及各種相關的性質。

掃描探針顯微技術(SPM)具有以下特點:(1)具有原子級的高分辨率。STM的橫向分辨率可達到0.1nm,垂直表面方向分辨率可達0.01nm,這是目前所有顯微技術當中分辨率最高的。(2)可以觀察單個原子層的局部表面結構。STM觀察的是表面的一個或兩個原子層,即幾個納米的局域信息,而不是像光學顯微鏡和電子束顯微鏡只能獲得平均信息。(3) STM配合掃描隧道譜(STS),可以得到表面電子結構的有關信息,可以通過調節隧道結偏壓來觀察不同位置電子態密度分布,觀察電荷轉移的情況,還可以得到電子結構的信息。(4)STM可以實時、實空間地觀察表面的三維圖像。而不像其他,例如各種衍射方法所得到的只是倒易空間的圖像,不是實空間的,而且只有進行 “傅里葉變換”才能得到實空間圖像。(5) STM可以在不同條件下工作,例如真空、大氣、常溫、低溫、高溫、熔溫,不需要特別的制樣技術,而且探測過程對樣品無損傷,因而擴展了研究對象的范圍。(6) STM不僅可用于成像,還可以對表面的原子、吸附的原子或分子進行操縱,從而進行納米級加工,這是其他技術所不具備的一種功能。

2. 納米定位控制技術

在納米級加工與測量中,需要納米級的三維定位與控制。目前,用一個執行元件來實現大范圍的納米級定位是比較困難的。因此,實際的定位機構多采用大位移用的執行元件和納米級定位用的執行元件相結合方式來實現。實現三維定位與控制,目前普遍采用壓電陶瓷致動器件,它在納米級的極小范圍內,通過控制系統能實現近似的三維驅動。此外,利用電致材料、靜電或磁軸承式結構,以及靜電致動的高精度定位控制技術,也向納米級精度發展,也可采用摩擦驅動裝置及絲杠定位元件,通過特殊的方法進行納米級的定位。

二、納米光電測控技術特點

光電測控技術采用的光電自動測量方法是為適應我國高速發展的測控領域的現狀而逐步研究、開發形成的,并以其獨特的優點逐步成為當今世界范圍內的一種新型、高精度的測試手段。它采用現代高科技手段,測試精度涵蓋了微米、亞納米及納米領域。

這種新型測控技術,具有許多重要的特點:

(1)首先,它的應用覆蓋面特別寬,既可用于微米、亞微米量級,也可用于納米量級;既可用于傳統機械、傳統儀器的更新改造,又可用于尖端科技的高層突破;

(2)其次,技術上綜合性很強,光、機、電、算容為一體,具備了純機械、純電學、純光學等傳統測量技術很難達到的優越性;

(3)再次,它的應用范圍特別寬廣,軍用上,如常規武器的改造提高;航空航天的各種測控等;民用上,傳統產業上的更新改造、制造業的技術提高等。

三、最近研究成果

目前世界上已出現了一些能達到納米量級的測量儀器,但在測量范圍和實用性上尚不能完全滿足實際要求。中國青旅實業發展有限公司所屬標普納米測控技術有限公司開發的兩項科技成果在很大程度上彌補了這一領域存在的不足,對微/納米測控技術和相關領域的發展起到了促進作用。這不僅表明我國微/納米光電測控技術處于世界領先水平,而且對解決目前制約我國高新技術、傳統制造業發展及新材料研制過程中的計量問題,推動世界精密計量儀器的升級換代也具有重要意義,同時標志著世界微/納米測控技術向更精微邁進了重要一步。

“納米測長儀”是一種通用長度傳感器,它的研制成功表明長度通用量具已經提高到了納米量級,并且從靜態人工讀數發展到數字化自動顯示。其數顯分辨率達到1納米,測量重復性(標準偏差)為0.8-1.2nm,在未作誤差修正的前提下,10mm測量范圍內示值誤差優于±0.06μm。與國際上同類儀器相比,它在分辨率、重復性、準確度和短時穩定性等主要技術指標上,都處于國際領先水平。它用途廣泛,技術獨特,生產成本遠低于國外同類產品,推廣應用前景廣闊。

“量塊快速檢測儀”是一種新型的量塊檢測儀器,它成功的將納米測長儀應用到量塊檢測上,將直接測量與比較測量結合起來,對名義尺寸10mm及10mm以下的量塊實現了直接測量。該儀器測量分辨率達到1nm,直接測量范圍10mm,比較測量范圍110mm,與國外同類儀器相比,主要技術指標達到了國際先進水平。該儀器還可以與計算機連接通訊,實現數據自動處理,從而提高了量塊檢驗速度,減輕了檢測人員的勞動強度。由于其對環境溫度不敏感,現有基層計量室不必提高溫控要求即可推廣使用。該儀器經濟實用,適合基層計量室檢測三等及三等以下量塊。該科技成果在納米光柵的制造與檢測、納米光柵的信號讀取、光電信號的高質量處理和超精機構的加工改進等四方面均具有獨創性,集光學、機械、電子、計算機多學科于一體,開發難度大。國內外多家科研單位曾致力于該種儀器的研究,但都沒能取得突破性進展。

四、結論與建議

納米光電測控技術的應用,將極大地促進我國新材料技術的研發,對于各種新型材料的加工、檢測及生產高精度新型材料的機械設備的制造等都有著舉足輕重的意義。同時,納米光電測控技術解決了當代高新技術發展在測控方面面臨的十分棘手的難題,具有劃時代的意義。

參考文獻:

篇（3）

    姓名:婁展卿 學號: 院系:新聞傳播院

    摘要:光電顯示技術的簡介。分析中國光電顯示市場現狀以及發展趨勢。介紹光電顯示技術的類型及其主流產品。介紹一些有較好發展前景的未成熟技術。

    關鍵字:光電顯示;顯像管技術;液晶顯示技術;等離子顯示技術; 發展現狀;前景。

    一 光電顯示技術簡介:光電顯示技術是多學科的交叉綜合技術,主要有:

    1、陰極射線管(cathode ray tube-crt)。是傳統的光電信息顯示器件,它顯示質量優良,制作和驅動比較簡單,有很好的性能價格比,但同時它也有一些嚴重的缺點,如有電壓高、軟x-射線、體積大、笨重、可靠性不高等。

    2、液晶顯示(liquid crystal-lc)。液晶是一種介于固體于液態之間的有機化合物,兼有液體的流動性與固體的光學性質,即現在的液晶顯示器lcd。

篇（4）

0 引言

隨著光電技術的迅速發展以及人們對紡織品更新的需求，光電技術在紡織品的設計以及紡織生產過程中都具有新的應用。這對于增加紡織品的功能，提高紡織的生產效率和產品質量具有重要的作用。

1 光電技術在高性能紡織纖維設計中的應用

紡織行業中，除了傳統的服裝使用以及遮蓋用的紡織品外，光電技術在高性能、多功能紡織品中的應用正在不斷拓展。在設計紡織材料的過程中，除了在紡織材料中嵌入各種光電材料之外，還可以與太陽能技術整合起來，作為一個重要的紡織結構材料。由此看來，可以采用光電技術將纖維和紡織材料制成為光電池。因些，可以利用光電技術制成的光電紡織物制作成輕便的新產品，或者是采用電子設備的形式將光電紡織材料整合起來，形成新的應用產品。最終，使用光電技術應用在紡織中制造出新復合材料之外，還可以生產出更具有柔軟性的光電結構產品，諸如柔韌性極高的高效光電纖維等。

生產這些高效能的光電纖維，其主要是采用特殊的材料和生產工藝。尤其是隨著銅、銦、鎵和硒等化合物光電材料的迅速發展，而且這些材料更加環保，在柔性的紡織材料中太陽能電池中得到廣泛的應用，在太空科技中有更高的應用，而使得傳統的硅基材料使用程度有所減小。

在當前各種形式的太陽能電池中，在考慮柔韌性、經濟性以及使用性能等多個特征的基礎上，這種基于紡織纖維的高性能電池更適合于在織物中使用。當前，已經有文獻對在紡織材料中添加光電太陽能電池方面進行了研究。而且對這種光電織物在推廣過程中需要注意的問題進行了分析，諸如在設計的過程中更具有針對性，以市場的需求為導向，以客戶的要求為基準，以免產生負面的商業影響。同時，光電膜也應該設置在織物或者是紡織產品的外層，這樣可以最大程度的接受來自太陽的能量。與傳統的樹脂基太陽能電池相比，這種基于纖維的光電池將更加的輕質和柔韌，而且可以添加到織物的土層當中，便于其推廣和應用。例如，可以將之設置到野營的帳篷或者是遮蔽材料中，有時還可以設置到戶外背包中，使得在野外也可以獲得電能。

2 光電檢測技術在大容量棉纖維長度檢測中的應用

當前的棉纖維長度檢測設備主要可以分為三個基本類型：光電檢測設備、分組稱量型設備以及全自動測量設備。其中，分組稱量型設備雖然具有原理簡單、明了的特點，但是其操作過于繁瑣、勞動強度較大，導致其誤差的來源較多，難以控制；而光電檢測設備則具有測量速度快、檢測效率高以及靈敏度高的特點，在精密測試設備中得到了廣泛的應用。其基本的原理就是對被測量的變化而引起的光參數變化，諸如光強度、相位、偏振以及頻率等的變化，最終獲得被測量數據的變化。

2.1 系統測試原理

在對棉纖維的長度進行測試的過程中，光電檢測設備需要從松散的棉纖維樣品中抽取大約120g的棉纖維樣品，然后采用螺旋式梳夾將其鎖緊，在經過梳刷的初步處理之后，將其中的浮游纖維去掉，通過這個過程保證棉纖維的伸直和平行。然后，在一定的拉伸張力之下使得棉纖維伸展開來，然后將其通過光電檢測設備。之后，使用棉纖維跟隨梳夾在支架上伴隨移動，隨著棉纖維的移動會使得光源透射到光電接收設備之上，然后利用光電轉換設備將表示纖維長度的光信號轉變成為電信號，最終得到所有棉纖維的長度分布曲線圖，最終統計得到棉纖維長度的各種指標曲線。這種棉纖維長度檢測技術是典型的透射式光強度信號檢測技術，其具有技術原理簡單，操作方便，檢測的靈敏度、可靠度以及精度較高的特點。

2.2 棉纖維長度光電檢測系統基本組成框圖

根據上面對棉纖維長度光電檢測系統檢測原理的表述，在對實際的檢測電路進行設計的過程中，首先要設計出該系統的光電檢測系統框圖，其基本的流程如下圖1所示。

1）檢測設備光學部分的設計流程。該檢測系統的光學部分主要包括光源、光源導光板、接收光線的聚光透鏡以及光電接收設備pa與pb等構成的兩條基本管線通路，如下圖2所示。

其中，光源是采用通過精心選擇，且光線強度經過嚴格匹配之后獲得的多種發光二極管，最終形成了條狀的光源。在檢測工作進行的過程中，由于發光二極管的發射角通常比較小，這導致立體角方向的光能量得到迅速的提高，能夠保證棉纖維束所得到的光線強度也對應的提高，便于檢測設備捕獲到光信號的變化。而光源導光板則是利用特殊的材料制成，保證通過該設備可以將光源所發出的光便變成一道均勻而平行的光束，且光源能夠平行的照射到被檢測的棉纖維之上，使得檢測精度得到有效控制。

而變化光源的聚光接受透鏡則是利用光的全反射原理，將透鏡制作成為一個梯形的形狀，使得經過棉纖維束的光線在有效寬度之內能夠有效的聚集到光電接收設備的接收器Pa之上。其中，光電接收設備中利用光電二極管制成Pb，而Pa則是線性的噪聲度較低，且能夠在光源波長處具有最大接收靈敏度的光電池。光源中發出的光在經過光源導板之后，直接照射到被檢測的棉纖維束上，而透過的光則通過接收聚光透鏡，將處于有效測量寬度之內的透射光聚焦到光電接收設備Pa之上。這時，被檢測的纖維束是處于光源導光板以及光線接收透鏡之間的通道之中的，形成了一條測量的光路。而另外一部分光線則是直接傳輸到光電接收設備Pb之上，進而形成一條參考光通路。同時，將參考光路之上的光源以及光電接收設備Pb封裝在一起。其中，在測量光通路上，光源導光板、光電接收設備Pa以及接收透鏡，一起對場角的大小進行控制，這樣可以將進入光電接收設備Pa的雜散光線，進而對背景噪聲的大小進行有效控制，提高光電檢測系統的信噪比，確保光學部分的信號傳輸盡可能的準確。

2）檢測設備光電轉換部分的設計。測量光路傳輸過來的光信號包含了被檢測纖維束不同長度處的光信號，在經過光電池之后可以將之轉換成為電壓信號，便于分析和處理。與此同時，在參考光路上直接傳輸過來的光信號在經過光電二極管的處理之后也形成電壓變化信號。

其次，在檢測設備的設計過程中，光電池的長度要適當長出接收聚光透鏡光面長度大約4mm。這樣，能夠盡可能的降低光電池在光電轉換的過程中出現可能存在的邊緣效應。確保光電池能夠很好的使用電信號描述出光強度的變化。

3）調制和解調電路的設計。對于光強度檢測系統的調制設備而言，導致信號的檢測出現誤差的重要因素是由于光源強度的漂移以及光信號受到干擾。為了達到有效去除由于測量現場光污染出現的干擾光以及光強的漂移問題，需要對光源進行調制處理，然后在兩個光電接收設備的輸出處進行解調，實現快速高效地提高設備的檢測精度。

在長度檢測系統當中，脈沖發生器產生的脈沖能夠對產生光源的電源電壓進行通斷操作，實現對光源的調制。然后利用和輸入信號同頻率、同相，而且幅值足夠大的方波信號作為檢測光源信號的參考信號，利用相敏解調電路來對光電轉換信號進行解調，達到對噪聲進行抑制的目的，有效的提高了系統的信噪比，進一提高檢測的精度。

3 結語

本文對紡織纖維的高性能光電池，光電檢測技術在大容量棉纖維長度檢測中的應用進行了較為詳細的論述，分析了光電技術在紡織中的應用，拓寬了光電技術在紡織過程中的應用起到了一定的促進作用。

參考文獻：

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假如說微電子技術推動了以計算機、因特網、光纖通信等為代表的信息技術的高速發展，改變了人們的生活方式，使得知識經濟初見端倪，那么隨著信息技術的發展，大容量光纖通信網絡的建設，光電子技術將起到越來越重要的功能。美國商務部指出摘要：“90年代，全世界的光子產業以比微電子產業高得多的速度發展，誰在光電子產業方面取得主動權，誰就將在21世紀的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評論摘要：“21世紀具有代表意義的主導產業，第一是光電子產業，第二是信息通信產業，第三是健康和福利產業……”，可以斷言，光電子技術將繼微電子技術之后再次推動人類科學技術的革命。

1世界光電子技術和產業的發展

光纖通信技術的發展速度遠遠超過當初人們的預料，光纖已經成為通信網的重要傳輸媒介，現在世界上大約有60%的通信業務經光纖傳輸，到20世紀末將達到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級階段，光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發出來。目前，各種新技術層出不窮，密集波分復用技術（DWDM，在同一根光纖內傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術（EDFA，可將光信號直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優點）已取得突破性進展并得到廣泛的應用。現在DWDM系統和光傳輸設備中，光電技術的比例將從過去比重不到10%達到90%。一種全新的、無需進行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復用技術和摻鉺光纖放大器技術的進展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統上首次使用，給全球的通信業帶來蓬勃生氣。為此提供支撐的就是半導體光電子器件和部件。光電子器件和技術已形成一個快速增長的、巨大的光電子產業，對國民經濟的發展起著越來越大的功能。美國光電子產業振興協會估計，到2003年，光電子產業的總產值將達2000億美元。

Internet應用的飛速增長對電信骨干網帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長，人們可以鋪設更多的光纖，或靠提高單路光的信息運載量（現在主干網可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設備）。但更主要的方法卻是靠發展波分復用技術，增加光纖內通光的路數（光波分復用的實驗記錄已經達到2.64Tbps）。波分復用技術的普遍運用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長的市場。無限戰略公司的報告指出摘要：“信號傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場1999年達到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號放大用激光器1999年市場份額達到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號放大用激光器銷售額達2.9億美元，比去年增長121%。整個激光器市場的份額1999年達18億美元，預期2003年將達到30億美元”。美國通信工業探究公司（CIR）的探究猜測，北美市場光電子部件的市場規模將由目前的28億美元增長到2003年的61億美元，約每年增長18.5%。密集波分復用設備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報告稱雖然10年內全光通信還不會全面商業化，但是全光交換將在幾年內成為市場主流，報告也指出盡管光學部件市場被大公司所占據，但仍有創新性公司進入的可能。

2我國的光電子技術和產業

近10年來我國光電子技術探究在國家“863”計劃和有關部門的支持下有了突飛猛進的進展，在很多領域同國外先進國家只有兩三年的距離，個別領域還處于世界領先地位。

國內光電子有關產業基地在光電子器件、部件和子系統（如激光器、探測器、光收發模塊、EDFA、無源光器件）等已經占領了國內較大的市場份額，初步具備同國外大公司競爭的能力，在毫無市場保護的情況下，靠自己的力量爭得了一席之地，市場營銷逐年有較大的增長，個別產品還取得國際市場相關產品中的銷量最大的成績。我國相應探究發展基地和本領域高技術公司的許多產品填補了國內相關產品的空白，打破國外產品在市場上的壟斷地位，同時爭取進入國際市場。

摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統必需的關鍵部件，國內企業產品占國內市場40%的份額。我國也是目前國際上少數幾個有能力研制PIC和OEIC的國家。808nm大功率激光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產品化和商品化并批量占領國際市場。國內移動通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國產器件，國產1.55μmDFB激光器戰勝了國外器件，占領了100%的國內市場。

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中圖分類號：TP20 文獻標識碼：A

1 概述

自準直儀[1]是利用光學自準直原理實現的小角度測量的重要儀器，是角度測量最重要的儀器之一，應用非常廣泛，在精密、超精密測量方面有極為重大的作用。尤其是在實現小角度的多維測量、非接觸測量中具有顯著的優點，被廣泛應用于導軌平臺的直線度、精密平臺的平面度等精密測量領域，是機械、計量、科學研究、工業生產等部門必備的常規測量儀器之一，各級計量的定標都是需要通過自準直儀作為參考標準之一，還經常被用作各種零部件生產控制和質量檢測的計量工具[2]。

目前，國內自主研制的光電自準直儀還尚未有成熟的產品上市，各研究所使用的多為國外進口產品。國外的自準直儀雖然精度高、性能好，但是價格昂貴且維護不便。本文基于工程實踐自主研發了一種寬量程、高分辨率的雙線陣光電自準直儀，其分辨率可達0.8″量程±0.6°，有著非常重大的實際工程應用價值。

2 整體結構設計

雙線陣光電自準直系統利用了自準直原理，將測量反射鏡反射光束分光分別照射在兩個不同的線陣CCD器件上，使反射鏡的二維角度變化轉化為對應于兩個線陣CCD器件上的線量變化，通過對CCD器件輸出信號的采集，經過數據處理計算出線量變化量，利用自準直原理公式計算角度變化，從而實現高精度二維角度變化的測量。系統主要由光學部分，硬件電路部分和計算機軟件部分組成。整個系統結構如圖1所示。

系統的測量原理是：光源發出的光束經光學透鏡組后形成平行光射向反射鏡（反射鏡位于被測物體上），反射鏡將入射光束反射回光學透鏡組，并照射在CCD器件上，在驅動電路的作用下，CCD器件將內部像素信號順序輸出，數據采集電路對CCD器件輸出信號進行調理和采集，實現模擬信號數字化，最后將采集數據傳入計算機，在計算機內進行數據處理和顯示（或通過DSP處理核心對數據進行處理然后將最終結果通過液晶屏顯示）。

3 光路結構設計

光源是光電自準直系統的重要組成部分，光源的發光強度、光強穩定性及光源的發熱量等特性對于儀器的測量距離和測量精度都有很大的影響。光電自準直儀的光路原理如圖2所示：

當光源發出光線照明位于物鏡焦平面上的分劃板，o點在物鏡光軸上，那么由它發出的光線通過物鏡后，成一束與光軸平行的平行光束射向反射鏡，當反射鏡面垂直于光軸時，光線仍然按原路返回，經物鏡后仍成像在分劃板上o處，與原目標重合。如圖3所示。

當反射鏡面與光束不垂直，而是有小偏轉角度α，當平行光軸的光線射向反射鏡時，光線按反射定律與原光線成2α返回，通過物鏡后成像在分劃板上的o′處，與原目標不重合而有X的位移量。根據三角關系可推算出： X=2f*tanα （1）

式中，α為反射鏡偏轉角，X為光斑回像位移，f為物鏡焦距。

因為物鏡是固定的，所以f是一固定常數。如果已知了X的數值，就可以根據式（1）計算出反射偏角α的大小。

基于此，本文采用的自準直系統結構進行一些調整。為了避免光路干涉，必須將光源從水平光軸上調離，故此應用分光棱鏡使光源光路與探測器件位于分光棱鏡相互垂直的兩條光路上而互不干擾；為了實現測量反射鏡二維角度變化，要增加一塊分光棱鏡，將回射光路分成兩路，每一路上安裝探測器件用來單獨測量相應一維角度變化，原理圖如圖4所示：

從光源射出的光線經分光棱鏡分光后，透過物鏡為平行光并射向反射鏡；反射光線再次經過物鏡形成匯聚光線，通過分光棱鏡1后被分光棱鏡2分成光強相同、光路垂直的兩路。兩塊探測器件（CCD）安裝在分光棱鏡光束輸出的兩路上，并且位于物鏡的共扼焦面，反射光正好成像在探測器件（CCD）上。當反射鏡垂直主光軸時，反射光線正好匯聚在兩個探測器件（CCD）的中心位置；當反射鏡有一個空間偏轉時，反射光線的匯聚點都將偏離探測器件的中心位置，測量匯聚點偏離中心位置的距離，利用式（1）即可求出兩個偏轉角α、β的角度值。

4數據處理單元

圖5為實際光點局部的灰度分布圖。

光點中心的位置的確定有許多方法，本文采用四種方法：重心法、改進重心法、高斯分布擬合法、橢圓擬合法進行分析比較。

4.1重心法

重心法即灰度重心法，屬于比較簡單的一種定位算法，理論上計算出的結果有很高的精確程度，但實際的精度情況很復雜，容易受各種不確定因素的干擾影響精度，如背景干凈程度、光點內灰度分布、光點形狀、光點區域識別準確程度等，所以使用灰度質心作為定位亞像素中心精度略有欠缺。重心法原理如下式：

其中為信號的重心位置，為第i個像元的敏感電壓值（與灰度值成正比）。實際算法編寫時，需要設置相應的閾值，只把高于閾值電壓的像素點進行加權，可以提高算法精度，有效濾除噪聲。

4.2改進重心法

一般來講，灰度值越大，像素對光點定位的貢獻也就越大。在此基礎上，把重心法所采用的線性關系推廣為非線性關系，以灰度的平方作為權重來計算，即

其中為信號的重心位置，為第i個像元的敏感電壓值（與灰度值成正比）。這種方式讓灰度的權重達到了2次從而更加接近實際情況，在不增加多少算法復雜度的情況下使結果更接近實際情況。

重心法與改進重心法將光點區域的所有點都以加權的方式進行平均容易受到噪聲的干擾，任意一個噪聲點就有可能對結果造成比較大的影響，適合在噪聲較低情況下的定位。

4.3高斯擬合

對于一個LED光源來說，能量分布可以用理想高斯模型來描述，如圖6所示：

其在x、y方向上的投影均為高斯分布。以x方向為例，發光點的能量分布數學模型為

解超定矩陣的最小二乘解，通過即可解得拋物線中心點位置。

同理，可得到y方向中心位置。

這種測量方法用拋物面來近似能量分布，比用直接灰度或灰度的直接變換作為權重更加接近實際，且計算過程中沒有計算對數，相對減少了計算量和誤差累計；但仍需要進行廣義逆矩陣求解，適用于實時性要求不高的情況。

4.5實際測量與真實值比較

圖7中，波形為5340個像素點的電壓值，橫軸為像素點個數，縱軸為像素點對應的電壓值。可以看到，除重心法外，幾種方法的測量結果差距在1個像素點以內，轉換為角度在1″之內。

5 硬件電路設計及實現

目前，常用的光學傳感器主要有以下幾類：線陣CCD、面陣CCD、四象限探測器、PSD、CMOS等。本文采用雙線陣CCD光電自準直儀系統，利用自準直原理，將測量反射鏡反射光束分光分別照射在兩個不同的線陣CCD器件上，使反射鏡的二維角度變化轉化為對應于兩個線陣CCD器件上的線量變化，通過對CCD器件輸出信號的采集，經過數據處理計算出線量變化量，利用自準直原理公式計算角度變化，從而實現高精度二維角度變化的測量。這樣，就完美地解決了線陣CCD作二維測量時可能會不精確的問題。

本文擬選用TOSHIBA公司生產的TCD1500C型線陣CCD圖像傳感器，其基本指標如表1所示：

物鏡焦距為870mm，自準直儀分辨率為

光電自準直儀的整體電路結構如圖8所示：

光學系統部分透過分光棱鏡的光線照射在CCD芯片上，通過CCD驅動電路正常工作的CCD產生相應的5340個敏感電壓值并將這些數據發送給基于DSP2812的數據處理、采集電路，DSP2812將這些數據存放在片外RAM中并進行處理，將最終得到的角度數據通過RS-422轉232發送到89C51單片機上；單片機起一個串口轉并口的作用，把數據原封不動通過并口發送至液晶屏加以顯示。

5.1 CCD驅動電路

CCD芯片的管腳中，SH是轉移脈沖，它將感光元件產生的電荷信號轉移到轉移柵中；SP是像元同步脈沖信號，一位SP對應一個CCD光敏元輸出信號；Φ是移位脈沖，它將轉移柵當中的信號逐位轉移出來；RS是復位信號；DOS是CCD信號輸出；OS是輸出信號補償。

本文擬采用CPLD芯片，結合TCD1500C的時序圖設計實現CCD驅動電路。圖9為TCD1500C的時序圖。

5.2 基于DSP2812的數據采集和處理電路

由于線陣CCD產生的輸出信號是由DOS（信號輸出）和OS（輸出信號補償）兩部分組成的，故此，在將信號輸入DSP2812之前要先對2路信號進行差分放大，再將得到的數據經由DSP2812存放于片外RAM中；將數據存好后，再應用上文中的各種軟件算法對數據進行處理得到角度值，并通過RS-422轉RS-232發送給液晶屏顯示電路。

5.3 基于89C51的液晶屏顯示電路

由于DSP2812輸出的數據是通過RS-422串口發送的，而本論文選用的240128液晶屏模塊只有并口接口，故此要用89C51作為一個串口-并口的過渡。89C51不對數據做任何處理，只是單純的作為一個數據中轉站，將數據發送至液晶屏模塊顯示。

結語

本文設計并制作一個基于線陣CCD的光電自準直儀專用檢測儀器。此自準直儀將使用兩塊線陣CCD傳感器進行二維角度的測量，并采用DSP芯片進行數據采集和處理，并將數據傳輸到上位機上進行顯示。DSP中將采用一些算法進行數據處理，上下位機之間的通信采用RS-422串口進行通信。仿真和試驗結果都表明該光電自準直儀已經達到預定設計指標。

參考文獻

[1] 林玉池， 于建. 光電自準直儀現狀與展望[J]. 宇航計測技術， 1999， 19（6）： 30-32.

[2] 陳穎， 張學典， 逯興蓮，等. 自準直儀的現狀與發展趨勢[J]. 光機電信息， 2011， 28（001）： 6-9.

[3] 張繼友， 范天泉， 曹學東. 光電自準直儀研究現狀與展望[J]. 計量技術， 2004， 7： 27-29.

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（2）信息儲存。在進行信息儲存的時候，主要采用的是DVD、CD等方式，其主要采用的技術就是利用光儲存信號來進行儲存的，而儲存的容量大小則需要由寫入的光源來進行決定，光盤儲存量則和光斑之間具有反比的關系。從剛開始的時候，對于光電子激光器來說，主要采取的是氣體激光器，隨著社會的發展，逐漸發展成為半導體激光器。此時，當寫入的光源產生的光斑則會與激光波的平方產生反比例的關系，使VCD、CD的儲存量得到有效擴大。

（3）通信技術。在通信技術領域中，應用光電子技術具有保密性高、信號容量大、結構輕便、通信距離遠等優點，主要是利用激光技術，將信息都加載于激光束之上，利用激光束快速傳播的方式來進行通信，與無線電技術相比，激光通信多了光電和光電轉換過程，經由信號的轉變其，將已有的影像、聲音等進行轉換，使其轉成為電信號之后，將信號利用調制器進行調制成為一束激光，由于此調制成的激光參數會受到信號控制的影響，從而使信號在激光上得到加載。此時將激光利用發射端進行發射，在接收端進行接收，利用光檢測器對電信號檢測，最終使用調節器對信號進行還原。

2光電子技術科學應用于軍事領域

（1）激光測距儀。在飛機、坦克、火炮和艦艇中，激光測距儀是這些武器裝備的重要組成技術裝備，使各戰術武器裝備在系統上具有更強的攻擊力，并且具有更高的準確性。通常情況下，能夠使其首發的命中率高于80%，使各武器裝備能夠充分發揮自身的作用。

（2）熱攝像儀。在目前的熱攝像儀中，GaAlAs/GaAaQWIRFPA是熱攝像儀應用最為廣泛的技術，而非制冷IRFPA的熱攝像技術，不僅使在極度低溫冷卻的工作問題得到解決，而且還使熱像儀在密度和成本上更具優勢。在目前，非制冷熱像儀主要應用在低中擋的傳感器中，其所采用的陣列主要分為640×480、320×240，其可以進行探測的溫差為0.05K。

（3）預警和干擾設備。利用飛機對目標進行一系列的偵測，其主要利用的是加載在飛機上的光電子預警設備，其可以對空間坐標、技術參數等進行確定和偵測，經過相關判斷之后，對存在的危險目標進行預警。其主要是利用在不同的物質上、背景上所產生的光電子電磁波存在不一致的反射，將四周反射出來的電磁波與目標進行差異性的比較，以此來得以識別和發現目標之后對其進行跟蹤、預警。目前在火箭、導彈中的紅外預警器得到應用。

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Internet應用的飛速增長對電信骨干網帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長，人們可以鋪設更多的光纖，或靠提高單路光的信息運載量（現在主干網可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設備）。但更主要的方法卻是靠發展波分復用技術，增加光纖內通光的路數（光波分復用的實驗記錄已經達到2.64Tbps）。波分復用技術的普遍運用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長的市場。無限戰略公司的報告指出：“信號傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場1999年達到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號放大用激光器1999年市場份額達到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號放大用激光器銷售額達2.9億美元，比去年增長121%。整個激光器市場的份額1999年達18億美元，預期2003年將達到30億美元”。美國通信工業研究公司（CIR）的研究預測，北美市場光電子部件的市場規模將由目前的28億美元增長到2003年的61億美元，約每年增長18.5%。密集波分復用設備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報告稱雖然10年內全光通信還不會全面商業化，但是全光交換將在幾年內成為市場主流，報告也指出盡管光學部件市場被大公司所占據，但仍有創新性公司進入的可能。

2我國的光電子技術和產業

近10年來我國光電子技術研究在國家“863”計劃和有關部門的支持下有了突飛猛進的進展，在很多領域同國外先進國家只有兩三年的距離，個別領域還處于世界領先地位。

國內光電子有關產業基地在光電子器件、部件和子系統（如激光器、探測器、光收發模塊、EDFA、無源光器件）等已經占領了國內較大的市場份額，初步具備同國外大公司競爭的能力，在毫無市場保護的情況下，靠自己的力量爭得了一席之地，市場營銷逐年有較大的增長，個別產品還取得國際市場相關產品中的銷量最大的成績。我國相應研究發展基地和本領域高技術公司的許多產品填補了國內相關產品的空白，打破國外產品在市場上的壟斷地位，同時爭取進入國際市場。

摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統必需的關鍵部件，國內企業產品占國內市場40%的份額。我國也是目前國際上少數幾個有能力研制PIC和OEIC的國家。808nm大功率激光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產品化和商品化并批量占領國際市場。國內移動通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國產器件，國產1.55μmDFB激光器戰勝了國外器件，占領了100%的國內市場。

但是，我們應當認識到在我國光電子技術發展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲等高技術產業的關鍵部分，但在整個系統和設備成本中所占的比重較小，其產值較低，目前科研開發主要處于跟蹤和小批量生產階段，光電子產業所需的規模化、產業化生產技術目前還未有實質突破；國內研究生產的光電器件和部件有相當部分還未能滿足整機和系統的要求，導致國外器件占據國內市場相當多的份額；在機制上仍未擺脫科研、生產、市場相互脫離的狀況。

我國在光電子技術方面是與國際水平差距相對較小的一個領域，與世界發達國家幾乎同時起步。但是我們應該清醒地認識到我國制造技術的落后和材料水平有限，而國際上光電子產業已經進入加速發展階段，留給我們的時間只有三到五年，如果我們不在目前產業化的技術發展階段進入，就會失去大好時機。機不可失，時不再來，到產業化后期時將要花數倍的力量才能彌補，也許會徹底失去時機，受制于人。

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隨著科技日新月異地發展，光電池在人們的生產生活中產生了越來越重要的作用。光電池是利用光生伏特效應把光直接轉變成電能的器件。由于它可把太陽能直接變電能，也稱為太陽能電池。它有較大面積的PN結，當光照射在PN結上時，在結的兩端出現電動勢，是發電式有源元件。

1.光電池概述

1.1光電池的分類

光電池按照材料分為：硒光電池、砷化鎵光電池、硅光電池等。硅光電池價格便宜，轉換效率高，壽命長，適于接受紅外光。硒光電池光電轉換效率低、壽命短，適于接收可見光，最適宜制造照度計。砷化鎵光電池轉換效率比硅光電池稍高，光譜響應特性則與太陽光譜最吻合，主要應用于宇宙飛船、衛星、太空探測器等電源方面。

1.2硅光電池的工作原理

硅光電池是目前的主要研究方向。它是在一塊N型硅片上用擴散的辦法摻入一些P型雜質（如硼）形成PN結。當足夠的光照到PN結區時，將在結區附近激發出電子―空穴對，在N區和P區之間出現電位差。電路中有電流流過，電流的方向由P區流至N區。若將外電路斷開，就可測出光生電動勢。

2.光電池的應用

光電池主要有兩方面的應用：（一）太陽能電池，光伏作用直接將太陽能轉換成電能，太陽能電池目前在航空、通信、太陽能發電站等方面得到應用。例如現在普遍使用的太陽能熱水器，正是利用太陽能，把太陽能裝換成電能而加熱水。隨著太陽能電池技術的不斷發展，其成本會逐漸下降，在生產生活各領域將發揮越來越大的作用。（二）光電轉換器件，要求光電池具有靈敏度高、響應時間短的特點，有特殊的制造工藝，用于光電檢測和自動控制系統中。

2.1太陽能電池電源

2.1.1太陽能電池的發電方式

太陽電池電源系統主要由太陽電池方陣、蓄電池組、調節控制和阻塞二極管組成。太陽能發電有兩種方式，一種是光―熱―電轉換方式，另一種是光―電直接轉換方式。光―熱―電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光―熱轉換過程；后一個過程是熱―電轉換過程。光―電直接轉換方式，該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光―電轉換的基本裝置就是太陽能電池。

2.1.2太陽電池電源系統框圖

太陽能電池電源系統

2.2光電池在光電檢測和自動控制方面的應用

2.2.1光電池在光電檢測和自動控制的工作原理

光電池作為光電探測使用時，其基本原理與光敏二極管相同：當光不照射時，光電池處于截止狀態；受光照射時，PN結吸收其能量而產生電子―空穴對，從而使P區和N區的少數載流子濃度大大增加，并形成了光電流。由于光電池工作時不需要外加電壓，光電轉換效率高，光譜范圍寬，頻率特性好，噪聲低，它已廣泛地用于光電耦合、光柵測距、激光準直、電影還音、紫外光監視等方面。

2.2.2光電池的三種基本應用電路

2.2.2.1光電池構成的光電跟蹤電路，用兩只性能相似的同類光電池作為光電接收器件。當入射光通量相同時，執行機構按預定的方式工作或進行跟蹤。當系統略有偏差時，電路輸出差動信號帶動執行機構進行糾正，以此達到跟蹤的目的。電路圖如下：

2.2.2.2光電開關多用于自動控制系統中。無光照時，系統處于某一工作狀態，如通態或斷態。當光電池受光照射時，產生較高的電動勢，只要光強大于某一設定的閾值，系統就改變工作狀態，達到開關目的。電路圖如下：

2.2.2.3光電池放大電路。在測量溶液濃度、物體色度、紙張的灰度等場合，可用該電路作前置級，把微弱光電信號進行線性放大，然后帶動指示機構或二次儀表進行讀數或記錄。在實際應用中，主要利用光電池的光照特性、光譜特性、頻率特性和溫度特性等，通過基本電路與其他電子線路的組合可實現或自動控制的目的。電路圖如下：

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Abstract: in the high speed development of today, with the world energy crisis and serious jeopardy of the earth's environment pollution condition, caused the deterioration of the human condition. People awareness of the importance of saving energy. In our social total energy consumption, energy consumption accounted for a large proportion, among them the majority will belong to the building. Therefore, only the development of the science of new energy can continue to solve the problems facing mankind.

Keywords: photoelectric curtain wall; New energy; Application; advantage

中圖分類號：P754.1文獻標識碼：A 文章編號：

1、光電幕墻的簡介

光電幕墻的產生是在二十世紀初期，由于世界經濟的高速發展 ，在部分國家出現能源危機，因此科學家開始對光電幕墻進行研究。那么什么是光電幕墻呢？它是一種集發電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一體的新型建筑幕墻，它是用光電池、光電板技術，把太陽光轉化為電能，它關鍵的技術是太陽能光電池技術。太陽能光電池是利用太陽光的光子能量，使得被照射的電解液或者半導體材料的 電子 移動，從而產生電壓，這稱為光電效應。

2、光電幕墻的構成

多個太陽能光電池經加固處理，鑲嵌在特殊的透明度極高的低鐵玻璃中，彼此之間經過其背面的導線相連，從而構成了一個整體的光電板。光電板的尺寸規格可以根據實際工程的幕墻分格方案進行量體定型制作，在陽光照射下產生直流電，所有光電極產生的電能，通過多極集成電路整流，變壓等過程，轉化成供使用的交流電，送入用戶電網。此幕墻體現了智能化特點，把太陽能光電技術集成到幕墻中不占有建筑面積，且太陽能光電板優美的外觀，具有特殊的裝飾效果，更賦予建筑物鮮明的色彩。

3、光電幕墻與普通幕墻的比較：

3.1光電幕墻的優勢

可就地發電、就地使用，減少電力輸送過程的費用和能耗、省去輸電費用；自發自用，有削峰的作用，帶儲能可以用作備用電源。分散發電，避免傳輸和分電損失（5-10%），降低輸電和分電投資和維修成本；并使建筑物的外觀更有魅力。因日照強時恰好是用電高峰期，BIPV系統除可以保證自身建筑內用電外，在一定條件下還可能向電網供電，舒緩了高峰電力需求，解決電網峰谷供需矛盾，具有極大的社會效益；杜絕了由一般化石燃料發電所帶來的嚴重空氣污染，這對于環保要求更高的今天和未來極為重要。在傳統的發電廠內，最常見的是用化石類燃料發電，而用光電模板發電100千瓦時，可省油26升或省煤50千克，這也意味著少排放57千克的二氧化碳、71克的二氧化硫和75克氮的氧化物。

3.2、光電幕墻(屋頂)產生電能的計算公式

PS=H×A×η×K

PS—光電幕墻（屋頂）每年生產的電能（兆焦/年） （MJ/a）

H—光電幕墻（屋頂）所在地區，每平方米太陽能一年的總輻射（MJ/m2a）

可參照表一查取。

A—光電幕墻（屋頂）光電面積（m2）

η—光電電池效率，

建議如下：單晶硅：η=12%；多晶硅：η=10%；非晶硅：η=8%

K—參正系數

K = K1 • K2 • K3 • K4 • K5• K6

各分項系數建議值如下：

K1——光電電池長期運行性能參正系數，K1=0.8

K2——灰塵引起光電板透明度的性能參正系數，K2=0.9

K3——光電電池升溫導致功率下降參正系數，K3=0.9

K4——導電損耗參正系數，K4=0.95

K5——逆變器效率，K5 =0.85

K6——光電模板朝向修正系數，其數值可參考表二選取。

3600J=3600W/s=3.6kW/s=0.001度

表一 我國太陽輻射資源帶

表二 光電板朝向與傾角的修正系數K6

3.3光電幕墻經濟效益

(1)、以ⅹⅹ巷南立面單晶硅光電幕墻裝機容量為50KWP，年發電量如下表 ：

(2)、薄膜光電幕墻投入產出計算 ：

二零零九年三月二十三日財建[2009]129號《太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行辦法》的頒布，其中明確指出“2009年補助標準原則上定為20元/Wp” ；以裝機容量為50KWP計算，國家的財政補助為20X50000=100萬人民幣；光電幕墻每平米的容量為100WP，容量為50KWP需（50000/100=）500平米光電幕墻，每平面光電幕墻4000元，光電幕墻造價為： 500X4000=200萬人民幣；如此處安裝常規幕墻的費用為500X1000=50萬；安裝光電幕墻比安裝普通幕墻前期多投入200-100-50=50萬人民幣；光電幕墻年產電量價值（度）42998 （度）X0.8=3.44萬人民幣。

4、在超高層建筑應用中考慮的幾個問題：

4.1建筑審美和視覺效果

幕墻設計堅持光電系統功能優先設計原則：首先保證光電系統設計功能的要求；二是在保證光電幕墻功能前提下，解決PV板與幕墻的風格、性能相融合的問題。PV板的分格尺寸應與幕墻風格協調，PV板安裝部位是最大面積、最長時間接受日照而不被遮擋的部位，同時又要滿足室內采光要求。在滿足二者的條件后，最大限度保證建筑審美和視覺效果。具體的工程應根據具體情況考慮，在充分利用太陽能的基礎上，必須滿足室內采光的建筑要求。

4.2 超高層建筑在雨量較大情況下對光電單元幕墻的影響

4.2.1 由于南方地區的降水多，所以當光電構件在室外懸挑，線路需要穿過單元體幕墻引入室內，與控制室的集線器連接，形成光電系統。光電板線路采用向上延伸的幕墻構造設計（室內比室外要高），防止雨水沿著線路導向室內，破壞幕墻整體的水密性。

圖1光電幕墻系統布線示意

篇（11）

中圖分類號：TN2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0005-02

光電子技術學科涉及了光學、電子學、光電子學、計算機等技術理論，是一種由多學科相互交叉并滲透形成的一項技術。光電子技術是將光子學為研究核心，電子學為研究支撐的新型技術，兼容了電子技術，而且還具有微電子技術不能相比的優越性，有了更廣闊的應用領域和發展空間。21世紀是一個光電子共同作用的時代，光電子技術的高效發展有利于促進世界相關技術的融合、滲透，有利于各科學技術之間相互作用，更好的為社會經濟發展做貢獻。

1 光電子技術概述

光電子技術更加確切的應該稱為光電子信息技術，實現光能與電能的轉換是它的核心內容，是指利用光子激發電子或者電子躍遷來產生光子物理現象所提供的一種技術方法。光電子技術是信息技術中一個重要的硬件設備，加大了把全世界計算機進行聯系的可能性，也給和衛星或外星聯系組成網絡提供了希望，是因特網的支柱技術。光電子技術從20世紀60年代產生以來，在眾多高新技術發展中它的發展最為迅速，在我國的眾多領域內均已被應用、推廣。

隨著社會經濟的快速發展，時代的信息容量不斷增加，反映出了信息發展的高容量性以及高速度性在電子學與微電子學技術發展上的局限，而光的高頻率與高速度的信息處理特點逐漸在信息技術發展中取得突破性的發展，將信息的探測、傳輸、顯示、運算、儲存和處理都使用光子與電子技術相結合來參與完成，確定了光電子技術在信息領域的地位。

2 光電子技術的發展態勢與應用實踐

1）在傳統領域中，光電子技術的發展與應用。光電子技術對改造我國傳統產業技術和發展新興技術產業都有積極作用，對產業結構優化也有促進作用。光電子技術具有準確、快速、精密、高效等優勢，能夠有效的提高產業的加工水平，增加產業的競爭力和附加值。以激光加工技術為例分析，激光加工技術通常應用在我國重點發展領域，飛機、航天、汽車、通信等領域，其生產特點有加工效率高、速度快、變形小、質量高、易控制，有助于實現自動化生產。能夠很大程度的降低生產成本，提高產品的質量，對提高國際競爭力也有重要的積極作用。

2）現代能源結構中，光電子技術的發展與應用。在美國、日本等眾多國家都制定了光伏技術的長久發展計劃。各國將提高光電池轉換效率與穩定性為技術開發方向，逐漸降低產品的生產成本，提高產業效率，擴大產業發展。目前在世界范圍內，商業化和半商業化的生產模式已經有80多個國家和地區形成，增長值已經達到16%，市場的開拓也從空間開拓轉向了地面的系統應用，甚至在驅動交通工具的領域也逐漸被應用。據相關報道，在世界發展中，對太陽能住宅的建造投資已經達到了600億美元，光電子技術在建造太陽能住宅中主要是將用光伏技術制作的光電池作為住宅屋頂、墻面、窗戶等建材，隨著經濟和技術的發展，這種新型能源的應用規模也在不斷擴大，相關人員分析到2016年，在太陽能住宅的投資規模會擴大一倍，投資將達1300億

美元。

太陽能光伏技術的應用形成了一種新型能源，太陽能光纖技術發電系統主要是利用太陽電池半導體材料的一種光纖效應，主要是將太陽光輻射能轉化為電能的新型的一種發電系統。因世界經濟的快速發展，能源出現供不應求現象，經濟發展與能源短缺之間的矛盾越來越嚴重，于是世界各國逐漸的將發展目標統一轉向了光伏發電，制定了長期的光伏技術發展計劃。光電子技術為光伏發電創造了高性能的材料與電子元件，很大程度的提高了光能的轉化率。光電子技術的不斷發展擴大了光伏發電的應用范圍，上到航天器，下到家用電器，大到兆瓦級電站，小到兒童玩具，都充滿著光伏電源，21世紀注定了是光伏技術的發展時代。

3）軍事領域中，光電子技術的發展與應用。光電子技術的獨特優勢可以應用在毀滅性武器、精密制導、監測、瞄準、頻譜分析等技術領域。光電子技術能夠提高國防的反應能力和準確攻擊的能力，為軍事領域提供又準又快的信息。光電子技術目前已經成為了軍事領域發展的主流技術，逐漸成為了國防軍事現代化的發展支柱。

在軍事領域，光電子技術的發展主要體現在兩個方面：①激光聚變的應用。激光聚變是一種未來能源，它有巨大的軍用價值，它能夠模仿氫彈爆炸的過程，代替了成本高、危險性大的空中或地下核試驗，有效解決了改進核武器的性能的難題。到目前為止，激光致盲武器已經逐漸裝備到部隊，艦載與機載激光反導器也已經走出了實驗室；②電光技術目前已經發展成為了軍方的核心技術。隨著世界光電子技術的快速發展，美國國防防務水平也呈遞增的形勢發展，美國平均每年用在防務光電技術開發上的費用就能達到50億美元。

4）在硅材料中，光電子技術的發展與應用。把硅當材料制造的光電子元器件稱為硅光電子學，這是一門新興技術，具有很大的發展前景。用硅晶體當作材料制造的光電二極管有量子效率高、響應快、噪聲低、體積小、動態工作范圍大、壽命長等優勢，通常被應用在微弱、快速光信號探測等方面。硅光電子學技術的應用能夠給世界帶來更先進的數字設備，在性能方面能得到前所未有的突破，硅光電子學是未來發展的重點。

5）在尖端科學技術領域中，光電子的發展與應用。光電子技術對科學技術的發展有積極作用，光電子技術所涉及到的科學領域都是未來發展的尖端科技，如兆兆紀元，這是1996年由惠普公司提出的，是為了滿足人類在信息時代的不斷增加的新需求，是人們想要在10到15年內實現的一個夢想。具體兆兆紀元技術在傳輸技術上，每秒兆兆位千線，運用遠程的傳輸網絡；處理技術上，每秒運算萬億次計算；存儲技術上，有兆兆字節的數據庫，有數兆兆字節的盤片驅動和數千兆位的記憶芯片。光纖傳輸的容量、光處理的能力和光儲存的密度都在快速提高，光電子技術的發展態勢能夠充分實現這個夢想，

再如HIV免疫系統的檢測技術。相關人員已經使用光學生物醫學儀器在研究艾滋病病毒上取得了巨大成果，有利于研制出能夠有效抵抗艾滋病病毒的新藥。在尖端的生物學實驗室中應用光學探測，比如研究定量衍生的DNA與定量化的聚合酶鏈反應PCR，對人類抵抗HIV病毒有非常重要的作用。

3 結束語

光電子技術在這個信息化時代的作用越來越重要，現如今，光電子學的應用已經發展到了經濟、軍事、科技與社會發展的各個領域，信息的傳輸、探測、運算、顯示、處理與存儲等都需要光子技術與電子技術共同參與完成。在世界范圍內，光電子技術現已被確定為是未來經濟發展的制高點，是未來經濟建設中推動傳統產業的技術改造工程、結構優化和新產的發展的關鍵力量，所以各國要加強對光電子技術的研究，推動光電子技術在各個領域中的應用范圍，促進世界經濟現代化的發展