关键词：光电传感器，光电检控技术，应用
0.引言
随着科学技术的迅猛发展和信息时代的到来，作为现代信息技术三大支柱技术之一的传感器技术，已然成为监测和控制领域获取物理信息的重要手段，在国民经济建设中占据着极其重要的地位。比如，在工农业生产领域，工厂的自动流水生产线，全自动加工设备，许多智能化的检测仪器设备，都大量地采用了各种各样的传感器；在矿产资源、海洋开发、生命科学、生物工程等领域传感器的应用也是无处不在。可以说，没有传感器这个载体，任何先进的科学技术要实现这样那样的功能是不可能的。
1.光电传感器及测控技术简介
1.1基本概念
光电传感器是以光电效应为基础，是一种将光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。论文参考网。光电传感器是在各种光电检测系统中采用光电元件作为检测元件的传感器，它一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器。其中，模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值关系，主要包括有透射(吸收)式、漫反射式、遮光式(光束阻档)三大类型；脉冲(开关)式光电传感器中，光电元件接收的光信号是断续变化的，因此光电元件处于开关工作状态，它输出的光电流通常只有两种稳定状态的脉冲形式的信号，多用于光电计数和光电式转速测量等场合。
光电检测技术：是利用光电传感器实现各类检测。它将被测量的量转化成光通量，再转化成电量，并综合利用信息传送和处理技术，完成在线和自动测量。它具有高精度、高速度、远距离和大量程、非接触式检测、寿命长、数字化和智能化的特点。
1.2光电传感器工作原理
主要是把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，其物理基础是光电效应。它是由于物体吸收到光子能量后产生的电效应，通常把光电效应分为三类：
1.2.1外光电效应
在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。基于该效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。
1.2.2内光电效应
在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光电效应，又称光电导效应。基于该效应的光电器件有光敏电阻、光敏晶体管等。
1.2.3半导体光生伏特效应
在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的称为半导体光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。
1.3光电传感器特点
1.3.1 检测距离长。
1.3.2 对检测物体的限制少
由于以检测物体的遮光和反射为检测原理，所以都可以对金属、玻璃、塑料、液体等几乎所有物体进行检测。
1.3.3 响应时间短
光本身为高速，并且传感器的电路全都由电子零件构成，所以不包含机械工作时间，响应时间短。
1.3.4 分辨率高
能够通过高级设计技术使投光光束集中在小光点上，或通过构成特殊的受光光学系统来实现高分辨率，也可进行微小物体检测和高精度的位置检测。
1.3.5可实现非接触的检测
可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对传感器和检测物体造成损伤，因此，传感器能长期使用。
1.3.6可实现颜色辨别
通过检测物体形成的光的反射率和吸收率，根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这个特性，可对检测物体进行颜色的检测。
1.3.7便于调整
在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。
2.光电传感器的研究应用
光电传感器可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。论文参考网。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。本文就光电传感器最常见的应用实例来进一步说明。
2.1 在烟尘浊度监测仪上的应用
防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。
2.2 光电池在光电检测和自动控制方面的应用
光电池作为光电探测使用时，其基本原理与光敏二极管相同，但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压；光电转换效率高，光谱范围宽，频率特性好，噪声低等，它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。
2.3 CCD图像传感器（电荷耦合器件）的应用
CCD传感器应用时是将不同光源与透镜、镜头、光导纤维、滤光镜及反射镜等各种光学元件结合，应用了光、机、电和计算机相结合的高新技术，作为一种非常有效的非接触检测方法，CCD被广泛用于在线检测尺寸、位移、速度、定位和自动调焦等方面。
2.3.1 利用CCD测量几何量，CCD诞生后，首先在工业检测中制成测量长度的光电传感器，物体通过物镜在CCD光敏元上造成影像，CCD输出的脉冲表征测量工件的尺寸或缺陷。
2.3.2 用于传真技术，文字、图象识别。例如用CCD识别集成电路焊点图案，代替光点穿孔机的作用。论文参考网。
2.3.3 自动流水线装置，机床、自动售货机、自动监视装置、指纹机。
2.3.4 CCD固态图像传感器作为摄像机或像敏器件，取代摄像装置的光学扫描系统（电子束扫描），与其它摄像器件相比，尺寸小、价廉、工作电压低、功耗小，且不需要高压。
2.3.5 M2A摄影胶囊（Mouthanus）,由发光二极管做光源，CCD做摄像机，每秒钟两次快门，信号发射到存储器，存储器取下后接入计算机将图像进行下载。
2.3.6 CCD是数码相机的电子眼，它革新了摄影术，现在光可以被电子化地记录下来，取代了胶片。这一数字形式极大地方便了对图像的处理和发送，”诺贝尔奖评选委员会称赞说，“无论是我们大海中深邃之地，还是宇宙中的遥远之处，它都能给我们带来水晶般清晰的影像。”
2009年10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予华人科学家高锟以及两名美国科学家韦拉德-博伊尔(Willard Boyle)和乔治-史密斯(George Smith)，以奖励他们在光纤和半导体领域上的开创性研究。高锟的获奖理由为——“在光学通信领域光在光纤中传输方面所取得的开创性成就”。两位美国科学家的获奖理由为——“发明了一种成像半导体电路，即CCD(电荷耦合器件)传感器”。
3.结束语
光电传感器及检控技术两者间的有效结合，提高了工农业领域、军用器械等等领域的生产率，降低了生产成本。可以预见，随着信息技术和自动化技术的快速发展，光电传感器、微/ 纳米光电测控技术等在国民经济建设中将继续得到越来越广泛的应用。
【参考文献】
[1] 彭军.传感器与检测技术.西安:西安电子科技大学出版社,2003.
[2] 谢向花.光电传感器检测技术研究.中国科技信息,2005 年第7 期.
[3] 钟丽云.光电检测技术的发展及应用.激光杂志,2000年03期.
论文摘要：文章论述了国内外变压器在线监测的基础研究领域近期的 发展 现状，介绍了变压器在线监测涉及的基本概念，以及两种基本的检测方法、局部放电法和变压器油色谱分析法，讨论了这两种方法的机理及性质，同时论述了局部放电模式识别的过程、所采用的各种方法的优缺点，以及变压器油色谱分析法的现状及发展状况。
随着国民 经济 的发展，电力事业迅速增长，装机容量和电网规模日益增大，人们对电力系统中设备的运行可靠性的要求不断提高，在 现代 电力设备的运行和维护中，电力变压器不仅属于电力系统中最重要的和最昂贵的设备之列，而且是导致电力系统事故最多的设备之一，它的故障可能对电力系统和用户造成重大的危害和影响。因此国内外一直把电力变压器在线检测与诊断技术作为重要的科研攻关项目，现今大多数运用的技术有局部放电法，和变压器油色?分析法等。
一、变压器在线监测研究现状
（一）变压器局部放电（pd）在线监测
1．原理：变压器故障的主要原因是绝缘损坏，在故障前有局部放电产生，且伴随下列信号：电流脉冲，电波、超声波，c2h2，c2h4，c2h6，ch4，h2，co等气体，光信号，超高频电磁波。对上述五种信号进行测量，可以确定变压器内部局部放电的严重程度。因此五种信号的监测都有人研究。在这些检测方法中，电流脉冲法是最灵敏的。但是变电站现场电信号的干扰也是比较大的，因此采用常规的电流脉冲法，很难进行测量。超声波法及油中气体分析法现场干扰较少，但超声波法灵敏度低，对于那些深藏在绝缘内部的放电往往检测不到。同时超声波信号的传播时延大多是用电流脉冲信号触发计时器来获得。在现场使用时，局部放电产生的脉冲电流信号，往往淹没于高的干扰脉冲之中而无法分辨，难以触发计时器工作，从而导致监测系统作出错误的判断。
2．方法：（1）差动平衡法：比较进入测量系统的两个信号，一个来自中性点传感器，另一个来自变压器铁芯接地传感器。当变压器内部产生局部放电信号，它在变压器中性点及铁芯接地传感器上，产生两个方向相反的电流脉冲。而当变压器外部存在干扰信号时，他在这两个传感器上产生的电流脉冲方向相同，适当选择频率，对这两个电信号进行比较，就可以对电晕干扰加以抑制。（2）超声波检测法：利用超声波传感器，在变压器外壳上检测局部放电产生的声信号。一方面当变压器内部发生局部放电时，所产生的电流脉冲信号就被检测到，另一方面分布在油箱壁上的几个超声波传感器也会检测到声波信号。但它要比电脉冲延迟某个时间，根据这个延迟时间，就能确定传感器和放电发生点之间的距离，从而确定放电点的位置。（3）电气定位法：利用超声波传播的方向和时间以及放电脉冲在绕组中的传输过程来确定放电位置的定位方法。
（二）变压器油中溶解气体（dga）在线监测
用油中溶解气体气相色谱分析判断变压器内部故障：
1．原理：油浸电力变压器中主要绝缘材料是变压器油和绝缘油纸。这两种材料在放电和热作用下，会分解产生各种气体。而变压器内部故障都伴随着局部过热和局部放电的现象，使油或纸或油和纸分解产生c2h2，c2h4，c2h6，ch4，h2，co和co2等气体。当故障不太严重，产气量较少时，所产生的气体大部分溶解于绝缘油中。此外，发热和放电的严重程度不同，所产生的气体种类、油中溶解气体的浓度、各种气体的比例关系也不相同。因此，对油中溶解的气体进行气相色谱分析便可发现变压器内部的发热和放电性故障。
2．方法及其发展
（1）一般采用常规气相色谱仪进行变压器油率溶解气体的定期检侧，即试验人员到变电站抽取部分脱出气体注入气相色谱仪的进样口，用气相色谱仪检测，输出结果，最后将结果与标准进行比较判断。
（2）为了克服常规油色谱分析法的繁琐而复杂的作业程序，人们研制出了油中气体自动分析装置，即将常规色谱分析仪的脱气和气体浓度检测两部分置于变压器安装现场，在技术上实现自动化分析，显然，这种油色谱自动化分析装置的功能与常规色谱分析法相仿，结构上未发生根本变革，仅是作业程序上实现了自动，从技术 经济 上限制了它的推广应用前景。
（3）人们不得不研究在原理结构上有所变革创新的在线监测装置。在变压器油中溶解气体在线监测装置的研究中，人们首先想到的是在油气分离上作变革，为此采用由仅使气体分子通过的高分子透气膜组成油气分离单元，从而不仅大大简化了油中气体自动分析装置的结构，而且实现了在线监测。
（4）气体检测单元上作出变革，不用复杂的色谱仪，而用气敏传感器对分离气体检测。由于气敏传感器的敏感度与所添加的贵重金属有关，工艺上还很难做到一种气敏传感器对多种气体都具有相同的敏感度，因此，人们最先研究成功的在线监测装置是监测变压器油中的氢气量。由于不论变压器内部故障种类如何，氢气是故障产生气体的主要成份之一，在线监测油中的氢气量就能判断变压器有无异常，然后通过常规色谱分析法来进一步判断故障种类和程度，因此，虽然这种只能判定有无异常而不能诊断故障种类的在线监测装置功能有限，但因其比常规色谱法进了一步而得到了广泛应用。
二、变压器在线监测研究 发展 趋势及研究方向
1．仪器上：发展了光学器件如分红气体分析器，红外气体分析器的特点是能测量多种气体含量。测量范围宽，灵敏度高精度高，响应快，选择性良好可靠性高，寿命长，可以实现连续分析和自动控制。红外气体分析器的工作原理基于吸光度定律（i．amhert-beer定律），从物理特征上可以划分为不分光型、分光型、傅立叶红外（ftir，fourier transform infrared）型以及基于微机电系统（mems micro-electro-mechanical system）技术的微型红外气体分析器。分光型红外气体分析器是利用分光系统从光源发出的连续红外谱中分出单色光，使通过介质层的红外线波长与被测组分的特征吸收光谱相吻合而进行测定的。不分光型红外气体分析器（ndir）指光源发出的连续红外谱全部通过固定厚度的含有被测混合气体的气体层。由于被测气体的含量不同，吸收固定红外线的能量就不同。
2．理论工具上：模糊理论，人工神经 网络 ，专家系统及灰色理论在dga的分析中都有应用。
三、结语
变压器作为发变电系统中重要设备，安装在线监测系统的必要性已渐渐成为电力行业的共识，电力变压器的工作效率代表了电力部门的财政收益，变压器的在线监测提高了运行的可靠性，延缓了维护费用的投入，延长了检修周期和变压器寿命，由此带来的经济效益是非常可观的。电力设备的在线监测技术是今后的发展方向，具有广阔的前景。
参考 文献
[1]徐杰．浅谈电力变压器故障的在线监测 ．技术与市场（上半月）[j]．technology and market，2006，（6）．
[2]游荣文．变压器早期故障在线监测[d]． 全国大中型水电厂技术协作网第二届年会全国大中型水电厂技术协作网第二届年会 论文 集，2005．
关键词：平行度；检测；CCD
1辊轴平行度检测系统简介
随着重型工业的不断发展，为了保证产品质量，使得精密计量与测试技术在大、中型工件形位误差的检测领域的应用已经成为迫切需要解决的问题。诸如大型盘类零件、轴类零件（如轧钢设备中的轧辊）的加工过程中，都要涉及车刀与工件的接触点距离圆心的长度变化情况。对于轴类零件其圆柱面上沿一直线距离轴线的长度变化称为平行度。以往此类测量工作由工人用游标卡尺和大型卡钳进行动态测量。对于像轧钢机轧辊，因其直径较大，长度较长，阶梯变化多，用原来的方法测量其平行度尤为不易。
图像传感器用于尺寸测量的技术是非常有效的非接触测量检测技术，被广泛地应用于各种加工件的在线检测和高精度、高速度的检测技术领域。由于线阵CCD图像传感器具有高分辨率、高灵敏度、像素位置信息强、结构紧凑及其自扫描等特性，因而，由线阵CCD、光学成像系统、计算机数据采集和处理系统构成的一维尺寸测量仪器，具有测量精度高、速度快、应用方便灵活等特点，是现有机械式、光学式、电磁式测量仪器所无法比拟的。这种测量方法往往无需配置复杂的机械运动机构，从而减少了产生误差的来源，使测量更准确、更方便。
步进电动机又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移。近十几年来，数字技术和电子计算机的迅速发展为步进电动机的应用开辟了广阔的前景。目前，我国已较多地将步进电动机用于机械加工的数字程序控制机床中（即数控机床）；在绘图机、轧钢机的自动控制，自动记录仪表和数模变换等方面也得到很多应用。
EDA技术是依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合(布局布线)，以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。EDA技术使得设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。用HDL对数字电子系统进行抽象的行为与功能描述到具体的内部线路结构描述，从而可以在电子设计的各个阶段、各个层次进行计算机模拟验证，保证设计过程的正确性。可以大大降低设计成本，缩短设计周期。
2 国内外研究现状
自CCD于1970年在贝尔实验室诞生以来，CCD技术随着半导体微电子技术的发展而迅速发展，CCD传感器的像素集成度、分辨率、几何精度和灵敏度大大提高，工作频率范围显著增加，可高速成像以满足对高速运动物体的拍摄，并以其光谱响应宽、动态范围大、灵敏度和几何精度高、噪声低、体积小、重量轻、低电压、低功耗、抗冲击、耐震动、抗电磁干扰能力强、坚固耐用、寿命长、图像畸变小、无残像、可以长时间工作于恶劣环境、便于进行数字化处理和与计算机连接等优点，在图像采集、非接触测量和实时监控方面得到了广泛应用，成为现代光电子学和测试技术中最活跃、最富有成果的研究领域之一。
随着半导体材料与技术的发展，特别是超大规模集成电路技术的不断进步，CCD图像传感器的性能也在迅速提高，将CCD技术、计算机图像处理技术与传统测量方法相结合，能获取被测对象的更多信息，实现快速、准确的无接触测量，显著提高测量技术水平和智能化水平，因此，CCD技术必将以其突出的优点而在工业测控、机器视觉、多媒体技术、虚拟现实技术及其他许多领域得到越来越广泛的应用。
目前市面上的绝大多数消费型机种及高端数码相机都使用CCD作为图像传感器，而CMOS传感器以往都是作为低端产品应用于摄像头和简易电脑相机上，是否采用CCD传感器一度成为人们判断数码相机档次的标准之一．目前有能力生产CCD的公司分别为：SONY、Philips、Kodak、Matsushita、Fujisu、SANYO和Sharp。图像传感器用于尺寸测量的技术是非常有效的非接触检测技术，被广泛地应用于各种加工件的在线检测和高精度、高速度的检测技术领域。由于线阵CCD图像传感器具有高分辨率、高灵敏度、像素位置信息强、结构紧凑及其自扫描等特性，这种测量方法往往无需配置复杂的机械运动机构，从而减少了产生误差的来源，使测量更准确、更方便。
CCD检测技术作为一种能有效实现动态跟踪的非接触检测技术，被广泛应用于尺寸、位移、表面形状检测和温度检测等领域。由CCD传感器、光学成像系统、数据采集和处理系统构成的尺寸测量装置，具有测量精度高、速度快、应用方便灵活等特点，是现有机械式、光学式、电磁式测量仪器所无法比拟的。在尺寸测量中，通常采用合适的照明系统使被测物体通过物镜成像在CCD靶面上，通过对CCD输出的信号进行适当处理，提取测量对象的几何信息，结合光学系统的变换特性，可计算出被测尺寸。
图像测量技术的出现仅仅20余年，但在国内外发展很快，已经广泛应用到几何量的测量、航空遥感测量、精密复杂零件的微尺寸测量和外观检测、医学图像观测辅助诊断以及光波干涉图，应力应变场状态图等许多方面。目前，国外许多大学、科研机构都把CCD和光学仪器相结合，研制了许多应用CCD来实现光电转换的新型光电测量仪器。
近年来，国内图像测量技术在工业生产尤其是在机械工业中的应用研究也在迅速发展。其应用主要集中于对小尺寸零件几何量的快速测量（如对细丝、小孔直径等微小集合尺寸的测量）；精密复杂零件（如微电子器件、微型齿轮）的微尺寸测量；软质、易碎物体的测量（如绒毛丝直径、液滴尺寸的测量）；大型工件尺寸的测量（如在轧钢生产线上在线测量钢板的长、宽或线材的直径，在线检测判断钢板头尾的最优剪切位置等）；以及零件表面缺陷的判断、零件表面平整度、粗糙度的检测、圆轴类零件的圆度检测等方面。
综上所述，CCD应用技术已成为集光学、电子学、精密机械与计算机技术为一体的综合性技术，并被广泛应用于现代光学和光电测试技术领域。
3 系统主要指标要 求
本系统以轧钢机辊轴检测为模型，进行辊轴平行度检测系统的设计与研究，系统主要技术指标：
(一) 轧钢机工作辊外形轮廓尺寸：
辊面尺寸：1850mm；
轧辊全长：3720mm；
最大直径：546mm；
最小直径：495mm；
(二) 轧钢机工作辊加工面平行度检测：
检测方式：单向或双向；
检测精度：±3μm；
检测范围：0.05~数米；
采样频率：200次/秒~2000次/秒；
显示方式：实时显示。
4 检测系统的组成
该轧辊平行度检测系统由平行光产生单元、CCD及驱动电路单元、CCD 视频信号前置放大单元、信号采集及处理单元、步进电机及驱动电路单元、系统总控制单元等部分组成。平行光产生单元由半导体激光器及棱镜组构成。CCD及驱动电路单元由两相线阵CCD及产生CCD所需的驱动脉冲的电路组成。CCD视频信号前置放大器的作用是把CCD 输出和补偿信号输出进行差分放大，去除共模干扰及温度变化的影响，放大器输出的信号经电平转换电路后送至信号采集及处理单元。信号采集及处理单元的功能是将信号数字化并存储在存储器中；然后由系统总控制单元采用适当的算法对其进行处理得到被测物体的尺寸。系统总控制单元除完成数据处理工作以外，还担负着模拟误差信号输出、数据存储、PC数据传输和控制、步进电机控制信号输出等工作。
5 检测系统工作原理
系统采用了光学放大成像（实像）和前面光照射方式。轧辊在平行光照射下，轧辊的外形轮廓通过放在CCD和轧辊之间的棱镜组放大成像在CCD光敏面上。受到光照的光敏元的视频输出为高电平；而没受到光照的光敏元的视频输出为低电平。于是CCD输出信号端可得到与辊轴平行度成比例的光电脉冲信号，通过计算脉冲的个数就可得出测量结果。
先在该系统中测量标准轧辊，得出结果D作为基准，然后用公式
式（1）
通过微处理器计算就可以得出待测轴辊的平行度D，加工人员可以通过屏幕随时掌握加工情况。其中
N：系统没有放轧辊时CCD输出的脉冲个数；
N：放入待测轧辊后CCD输出的脉冲个数；
α ：CCD的脉冲当量（CCD的空间分辨率即一个像元的长度）；
β ：放大率。
6 检测系统方案论证
系统中光电转换器件使用当前在工业在线检测领域使用十分广泛的线阵CCD光电传感器，其独特的结构特性和自扫描特性，能够将光学图像变换成按空间域分布的离散电压信号，继而通过微处理器(单片机)对其进行采集和处理。而数据采集与处理核心器件采用STC公司生产的STC89LE52RC单片机，它是一款性价比非常高的工业单片机，性能稳定、完全兼容ATMEL公司的5l单片机。由于步进电机速度人为可控，所以本装置对处理速度要求不是很高，而单片机具有系统简单、开发容易、功能易扩展、测控能力强、可靠性高的优点，所以采用单片机无疑是经济适用的选择。
对于信号采集部分，现有的信号采集结构按其是否与信号处理部分分离可分为以下几类：第一种是模拟输入专用信号采集系统，该类系统将采集卡放置在计算机内部，采集卡的作用是进行A／D转换并通过计算机总线将数据送入计算机内存，用软件实现处理；第二种是模拟输入采集处理一体化结构，此种结构是将采集、量化集成到一块板卡上，一般由输入输出接口、A／D转换数字化单元、高速缓冲区和微处理单元构成，这种结构设计大大减轻了计算机的处理负荷，但增加了电路设计实现的难度；第三种是数字输入，是采集和处理部分分离的采集系统，这类系统的前端是数字输出的CCD器件，输出的数字化信号直接接入处理器，这种采集结构传输距离长、受外部干扰小、开发简单。经过对上述几种采集结构的分析，了解到第一种耗费计算机资源，实时性不高，不适合大量数据的实时处理；第二种是基于母板的二次开发，仍然受到一定的限制；第三种处理结构是为线阵CCD器件专门设计的处理系统，用户接口考虑到与相机积分时间同步，采用LVDS格式的数据串行传输，开发相对简单、成本低，因此，我们采用第三种数据采集结构。
单片机采集到的信号含有复杂的噪声，首先需要对信号进行滤波和平滑处理，剔除噪声和斜置判别等处理。这些算法在单片机上均可以实现，最后将计算得到的尺寸参数通过RS232协议送上位机进行显示，达到在线检测的目的。
参考文献：
[1] 王庆有. 《图像传感器应用技术》. 2003年9月第1版.北京：电子工业出版社，2003年.
[2] 林伸茂. 《8051单片机彻底研究入门篇》.2007年5月第1版. 北京：中国电力出版社，2007年.
[3] 陈小忠 黄宁 赵小侠. 《单片机接口技术实用子程序》.2005年9月第1版. 北京：人民邮电出版社，2005年.
关键词： 检测技术； 制造工业； 在线检测； 发展方向
中图分类号： th186 文献标识码： b 文章编号： 1009-8631（2013）01-0041-01
1 引言
检测技术是现代制造业的基础技术之一，是保证产品质量的关键。随着现代制造业的发展，许多传统的检测技术已不能满足其需要，表现在：现代制造产品种类有很大的扩充，现代制造强调实时、在线、非接触检测，现代产品的制造精度大大提高。现代加工工业正在向高速、精密、自动化、大批量生产的方向发展，传统的制造技术及生产管理模式正发生巨大变革。目前，在工业发达的国家里，一般工厂能稳定掌握lum的加工精度，通常将加工精度在0.1-lum的加工方法称为精密加工，而将0.lum的加工方法称为超精密加工。由于精密加工和超精密加工技术是固体电子元件、航天机械、激光用光学元件、核聚变装置零件等加工的主要技术，许多工业发达国家都极为重视精密和超精密加工技术的发展。在我国，精密加工与超精密加工技术越来越受到重视，同时，制造过程中的自动化与高速化程度也越来越得到提高，这就要求与之相适应的高精度、高速度的自动化检测设备和先进的检测手段。我国机械行业中测量技术大部分限于静态测量，缺乏动态检测技术，尤其在大、微、特殊形状、特殊位置的测试上与国际先进水平相差较大。
2 常用的检测基本形式
2.1手工检测技术。手工检测是使用千分尺、卡尺等常规量具、量仪人工校正测量，其效率低下，精度容易受到人为因素的影响，而且还导致了宝贵的机床机时的浪费，影响机床的利用及产品的加工质量。
2.2离线检测技术。加工工序之间、加工完成之后，将工件从机床上取下，利用其它检测设备（如三坐标测量机）进行检测。该方法一方面所采用的检测设备投资较大，由于我国大部分企业财力有限，因而难以具备高精度检测设备，这就给企业带来许多不变。另一方面，工件的多次装夹降低了生产效率，增加了重复定位误差，给生产和检测带来了诸多不变。
2.3 在线检测技术。通过为机床配备一个触发式测头以及相应的检测宏程序，构成机床在线检测系统。该技术将加工和检测集成在一起，实现了加工过程中的自动检测，是一项很有发展潜力的检测技术。
3 在线检测技术的优势及发展方向
3.1检测技术的发展历程。自然科学是人类认识世界和改造世界的强有力的武器，而自然科学的产生与发展都离不开测量。元素周期表的发明者门捷列夫说过：从开始有测量的时候起，才开始有科学。没有测量，精密科学就没有意义。新的测量方法标志着真正的进步，测试技术的水平是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之十八世纪末期，由于欧洲工业的发展，要求统一长度单位。经过一百年的变迁，在1889年第一届国际计量大会上，规定了铂铱合金制成的具有刻线的基准尺（含铂90%，铱10%）作为国际米原器。1960年第十一届国际计量大会规定了采用x86在真空中的波长定义米。随着激光技术的发展，光速测量精确度的提高，现已用光速来定义米，即米是平面电磁波在真空中1/2997924585内所行进的距离。伴随着长度基准的发展，几何量测量器具也在不断改进。在十九世纪中叶以前，机械制造业中的主要测量工具是钢板刻线尺，测量精度为11nrn。机械式测量器具，如游标卡尺和千分尺的出现，将测量精度提高到了0.01～1nrn。测量实现了检测的自动化，是一种基于计算机自动控制的在线检测技术。随着数控机床在生产中的广泛应用，在线检测技术将会成为一项很有发展前景的技术。在线检测是一个动态测试过程。动态测试的工作条件和工作环境比静态测试要恶劣得多，而对测试技术的要求则很高，涉及到如传感器技术、通信技术、自动控制技术及计算机应用技术等多学科、多技术领域，同时也需建立新的测试理论和测试方法。国内外从事精密计量的学者、专家自七十年代后期开始进行研究，对其测试方法、评定准则、评定理论提出了自己的看法，并建立了数学模型、理论研究日臻完善和成熟。
3.2在线检测技术的优势。在线检测技术的发展为数控加工过程的质量检测提高了一套行之有效的方法。数控机床目前广泛应用的是触
发式测头，具有价格低、可靠性强、自身精度高等特点。加工与检测在同一台设备上完成，避免了多次装夹、重复定位精度差及辅助时间长等问题。更为重要的是，其检测过程由数控程序来控制，械的空气轴承的回转精度，在半径方向为0.02um，轴向为0.02um；德国perthometerssp及英国talysuris轮廓计可测粗糙度等各种参数，测量结果数字显示并可绘图记录，显示范围为0.001-125um[4]，国内生产的轮廓仪可测量参数较少，最高测到 ra0.05-0.025um；德国克林贝格公司制造的pnc65型齿轮测量中心，可适应din，agma，150及自定义的评定标准，该机是直接在机上自动校调三维测头，使测量元件绝对位置精确，具有较高的机械精度和良好的稳定性。由此可见，我国在测量方面综合利用新技术、新原理、新方法上不如先进的国家，为了赶超国际先进水平，我国的不少科研机构和院校都在积极地探索先进的检测原理和方法，如由天津大学和南京依维柯汽车有限公司联合研制的依维柯白车身三维激光视觉检测系统，采用激光技术、ccd技术，利用基于三角法的主动和被动视觉检测技术实现被测点三维坐标尺寸的准确测量，其性能指标达到国际先进水平。
3.3目前国内外在线检测技术发展的主要方向。第一，在线检测系统的研究。从单参数检测向多参数综合检测；从单机检测向全生产线以及全车间全厂的在线检测，从单纯检测向检测与控制的闭环系统，从应用于大批量生产向应用于中小批量生产的柔性检测系统发展； 第二，微机化智能化。采用微机智能功能来保证在线检测系统能满足生产线上各种参数变化及外界条件干扰时，系统能迅速适应变化和排除干扰；第三，在线检测系统的可靠性。生产线要求长期连续运行，因此要求从可靠性设计开始，保证元器件制造、调试安装各环节的可靠性，并在系统中加入故障自检自诊断功能，从而提高在线检测系统的可靠度；第四，在线检测装置产业化。使装置模块化、通用化、标准化，以利于降低成本，推广应用。我国的在线检测技术，特别是光学、光电在线检测的应用，虽然起步较晚，但是随着光机电一体化仪器和装置及光电技术、计算技术的发展，在线检测技术已获得重大进展。采用微电子技术装备及改造新、老机床设备是当今科学技术发展的趋势，是用新技术改造传统工业的主攻方向，也是符合我国国情的一项有力措施。我国金属切削机床的拥有量已超过300万台，在数量上居世界第二位，但其技术状态很差，老机床、普通机床多，高效、精密机床少。作为工业生产过程中最重要生产手段的机床设备处于这种状况则难以提高产品质量、劳动生产效率和经济效益。因此利用在线检测技术可在现有的设备上提高产品的质量，提高生产率。
参考文献：
[关键词]天然气 管道防腐层检测 泄漏检测定位技术
中图分类号：TU996.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0396-01
1 前言
城市燃气作为一种清洁、高效能源，与人们的日常生活和企业生产息息相关。随着燃气应用领域的不断拓展，城市燃气管网覆盖面积扩大，燃气供应管网的压力、管径逐步提高，管网长度逐年增加，如何有效防止燃气供应管网泄漏事故发生，也就是燃气管网泄漏事故预防预警技术关系到居民生活、社会稳定和一个城市的管理水平。
燃气管网泄漏事故主要是由自然因素、外力或人为破坏、施工质量问题和管道外防腐层腐蚀等原因发生的，其中管道外防腐层腐蚀造成燃气管道泄漏是泄漏事故发生的主要原因。提高燃气管道的腐蚀检测技术，可以有效的预防燃气泄漏事故的发生。一旦发生燃气泄漏，选择哪种的泄漏检测技术能及时的检测到泄漏点并准确定位，是提高燃气管道预防预警技术的关键。
2 燃气管网事故预防预警技术现状
（1） 管道外防腐层检测技术现状
埋地金属管道外防腐层检测技术方法很多，但就其信号源来说，都可归纳为
交流电流、直流电流和近间距管/ 地检测技术。
交流电流（磁场衰减）检测法
这是一种利用交流电流的检测技术。通过在管道上施加交变信号，在管道周围形成磁场，磁场强度与信号强度成正比。用此检测技术检测防腐层完好的地下管道时，管道产生的磁场信号随着距信号源距离的增加，以一定的斜率呈线性衰减。若管道某处的防腐层出现破损，则信号电流在此处有流失，导致此点磁场强度发生突变。该方法优点是不需沿线步行检测，可在检测人员难以到达的区域使用。缺点是不能准确检测定位防腐层缺陷的位置，且易受管道附近磁性体和杂散电流的影响。
直流电流（电位梯度）检测法DCVG
也称直流脉冲技术-DCVG，它使用频率为非对称的直流脉冲信号加载到管道上，通过两根相距电极在地面上进行电位测量，由于信号电流在防腐层破损处流失，电流流过土壤电阻，在管道漏点附近就形成电压梯度。一般破损面积越大，电流密度越大，而形成的电压梯度也就越大。该方法优点是可提供缺陷尺寸大小，不易受管道上方电网干扰。缺点是不能远距离测量且受环境因素及管道覆盖层绝缘性影响较大。
近间距管/ 地检测技术 CIPS
这是一种控制管道外腐蚀、监控阴极保护效果的测试技术。通常在阴极保护状态下，在1 m～5 m间距读取电位数据。该方法优点是可定出缺陷的位置、尺寸大小，指出阴极保护区域，也可计算机自动沿线采样。但缺点是测试人员工作强度相应增大，并且由于需要拖拉电缆而大大限制使用范围，尤其不适应野外操作。这种方法对防腐层破损点的定位精度在±1m范围内。
（2）燃气泄漏检测定位技术现状
根据燃气管道泄漏检测的原理不同，目前使用的检测方法可以分成直接检测法与间接检测法，在燃气管道泄漏检测中使用最为广泛的直接检测法是可燃气体检测法和火焰电离检测法，而漏点定位技术为洞孔检测法。
可燃气体检测法：可燃气体检测法是利用燃气的扩散作用从空气中进行取样，然后利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度，当可燃气体进入探测器时，通过继电器驱动信号就传递到控制面板上的报警器进行报警。此种方法只能检测到燃气泄漏，但不能定位泄漏点。
火焰电离检测法：烃类气体在纯氢火焰的灼烧下产生带电碳原子，由电极板搜集检测，当电极板检测到的碳原子数量超过了预定的警戒值时检测器会立刻报警。此种方法灵敏度高，检测浓度的范围大，定位精准，系统反应时间也较快，但单独使用时不能长距离的连续检测。
泄漏点定位技术：目前，燃气泄漏点定位技术为路面打孔检测定位法，初步判断泄漏路段，用地下管线检测仪定出燃气管道准确位置，并每隔一定间距用路面打孔定位，在孔内检测燃气浓度，燃气检测浓度最高处判断为泄漏点，确定泄漏点后，在燃气管道位置处开挖马路，查看该点是否为漏点。
3 燃气管网事故预防预警技术发展趋势
（1）管道外防腐层检测技术发展趋势
电桥检测技术：电桥检测技术是一种管内电流法的改进方法，它是从两个方向向管道通电，利用电流值、电位差及管道电阻计算出损伤部位。优点是适于柏油路面，检测精度较高。
电流排放检测技术：这是一种确定地下管道阴极保护所需电流量以及从某一点所能保护的范围，或确定防腐层已破损管道阴极保护所需增加电流量的技术。使用便携电源和临时阳极作为临时阴极保护系统，调节输出使之达到所需的汇流点电位，然后距汇流点不同距离测量电位变化，直到丧失保护，确定出保护范围。也可用来确定管道防腐层的平均电阻率，间接反映防腐层破损情况，该种方法适用于高压带有阴极保护的管道。
（2）燃气泄漏检测、定位技术发展趋势
红外线吸收检测法：是通过检测气体透射光强或反射光强的变化来检测气体浓度的方法。当某物质受到红外光束照射时，该物质分子就要吸收一部分光能量，并将其转换为分子的振动和转动能量，通过传感器装置变成声音信号和视觉信号传输到显示器上。红外线吸收法具有选择性好、灵敏度高、系统的精确度高等优点。
激光扫描检测法：激光扫描泄漏检测法是根据气体对激光束辐射选择性吸收的原理进行的。当输气管道发生泄漏并在管道上方形成甲烷云团时，甲烷云团会吸收激光束的某一频域的谱线，造成该频域光谱的衰减，当该频域谱线的衰减超过一定值时，激光甲烷分析仪的指示器会发出泄漏报警信号。该方法灵敏度高，响应时间短，适合场站、架空及埋地天然气管道检测。
红外线成像法：当天然气发生泄漏时，泄漏点土壤周围温度场会发生变化，通过红外线遥感摄像装置，可以记录管道周围地热辐射效应，再利用光谱分析就可检测出燃气泄漏位置。这种方法可以精确定位泄漏点，灵敏度也很高。缺点是不适用于埋地较深的燃气管道，另外红外热成像仪成本较高。
钟罩吸附定位技术：钟罩吸附定位技术是路面打孔定位技术的延伸，在初步判断泄漏管段上方按一定间距打孔，打孔深度相同、直径相同的空洞，用带吸附的橡胶钟罩倒扣在打孔位置处的上方，将孔内燃气、空气混合体吸附、排放后，在相同时间、体积内检测孔内聚集的燃气浓度，浓度最高的空洞点，为泄漏点的可能性最高。
4 结论
本文介绍了燃气供应管网泄漏事故的预防预警技术的现状和发展趋势，阐述了各种技术的优点和缺点。城市管道事故的预防预警技术选择需要考虑管道敷设方式以及敷设的管道是否有阴极保护，同时满足适合野外和柏油路面条件的检测、泄漏定位技术。针对不同情况采取不同的预防预警技术。
参考文献
现有主要重金属含量检测支撑技术
目前重金属的定量分析和检测方法主要有光谱法、电化学方法以及新型检测技术等。光谱法是比较传统的方法，主要有原子吸收法（AAS）、原子荧光法（AFS）、电感耦合等离子体法（ICP）、X荧光光谱（XRF）、电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）、紫外可见分光光度法（UV）等。日本和欧盟国家部分采用电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）进行标准检测，但对国内用户而言，仪器成本过高，很难推广。也有部分采用X荧光光谱（XRF）分析，优点是无损检测，可直接分析成品，但检测精度和重复性不好。电化学检测方法是目前比较流行的检测方法，包括极谱法、电位分析法、伏安法等，检测速度较快，精度较高，但在其他离子的抗干扰测量方面有待提高。另外，一些比较新的检测技术，如酶抑制法、免疫分析法、生物传感器法和太赫兹光谱法等，相关学者也展开了探索研究。在《中国土壤环境质量标准》(GB15618-1995)[16]中，国家规定了用于土壤重金属含量检测的标准方法，如表1内容所示，该方法主要是采用强酸消解后，运用光谱法进行重金属含量的定性定量检测。光谱法是比较传统的检测方法，它能以较高灵敏度对样品中的重金属离子含量进行有效分析，但大多需要大型仪器设备，分析方法成本高。样品前处理过程中需要经过消解，操作复杂，分析时间长，很难用于土壤重金属的现场快速检测。光谱法较为成熟，这里只对其原理及优、缺点做简单介绍。原子吸收光谱法(AtomicAbsorptionSpectrometry,AAS)是基于气态的基态原子外层电子对紫外光、可见光范围的对应原子共振辐射线的吸收强度来定量被测元素含量为基础的分析方法[17-18]。具有检出限低（可达μg/cm–3级）、准确度高（相对误差小于1%），选择性好、分析速度快、应用范围广等优点。缺点主要表现在，不能多元素同时分析，测定元素不同时必须更换光源灯。而且标准工作曲线的线性范围较窄，在低含量样品测定任务中，测量精度下降。如何进一步提高检测灵敏度和降低干扰，是今后原子吸收光谱分析工作者研究的重要课题。3.1.2原子发射光谱法原子发射光谱法(AtomicEmissionSpectrometry，AES)是依据各种元素的原子或离子在热激发或电激发下，发射特征的电磁辐射，而进行元素的定性与定量分析的方法[19-20]。由于各种元素的原子结构不同，在光源的激发作用下，样品中每种元素都发射自己的特征光谱，根据特征光谱的谱线强度进行定量分析。优点是分析速度快、选择性好，可同时检测一个样品中的多种元素。缺点是成套仪器设备昂贵，被测元素含量较大时，准确度较差。在经典分析中，影响谱线强度的因素较多，尤其是试样组分的影响较为显著，所以对标准参比的组分要求较高。3.1.3电感藕合等离子体-原子发射法电感藕合等离子体光源(InductivelyCoupledPlasma,ICP)可以产生稳定的光源，是目前应用最为广泛的AES光源之一[21-23]。相较于其他方法，ICP-AES分析速度快，干扰低，可同时读出多种元素的特征光谱并进行定性、定量分析。该方法的缺点是设备较为昂贵，操作费用也高。原子荧光光谱法(AtomicFluorescenceSpectrometry,AFS)[24-26]是介于原子发射光谱（AES）和原子吸收光谱（AAS）之间的光谱分析技术。原子蒸汽吸收一定波长的光辐射后被激发，随之发射出一定波长的光辐射，即为原子荧光，在一定的试验条件下，荧光辐射强度与分析物的原子浓度成正比，根据荧光波长分布可进行定性分析。此方法具有较高的灵敏度，校正曲线线性范围宽，能进行多元素的同时测定。但许多物质，包括金属在内，本身不会产生荧光，需要加入某种试剂才能达到荧光分析的目的，所以其应用范围不够广泛。质谱法(MassSpectrometry,MS)是用电场和磁场将运动的离子按质荷比分离后进行检测的方法。测出离子准确质量即可确定离子的化合物组成[27-28]。二十世纪八十年代痕量元素及同位素分析的一项重要进展就是等离子体质谱法(ICP-MS)的应用。ICP-MS检测限低，分析精度高，速度快，干扰少，可同时测定多种元素并获得精确的同位素信息。但仪器造价高，预处理过程繁琐，仪器自动化实现比较困难。紫外可见分光光度法(Ultravioletandvisiblespectrophotometer,UV)检测原理是：显色剂通常为有机化合物，通过特殊化学键，与重金属发生络合反应，生成有色分子团，溶液颜色深浅与浓度成正比[29-30]。在特定波长下，通过比色检测。大多数有机显色剂本身为有色化合物，与金属离子反应生成的化合物一般是稳定的螯合物。分光光度分析有两种，一种是利用物质本身对紫外及可见光的吸收进行测定；另一种是生成有色化合物，即“显色”，然后测定。虽然不少无机离子在紫外和可见光区有吸收，但因一般强度较弱，所以直接用于定量分析的较少。加入显色剂使待测物质转化为在紫外和可见光区有吸收的化合物来进行光度测定，这是目前应用最广泛的测试手段。该方法具有较好的重金属检测应用前景。X射线荧光光谱法(X-rayfluorescencespectrometry,XRF)是利用样品对X射线的吸收随样品中的成分及其多少变化而变化来定性、定量测定组成成分的方法[31]。具有分析速度快、样品前处理简单、可分析元素种类广、光谱干扰少，样品测定时的非破坏性等特点。它可用于常量元素和微量元素的测定，其检出限可达10-6数量级。多通道分析设备可在几分钟之内同时测出20多种元素的含量。但X射线的使用会给操作者和样品带来电离辐射危险。激光诱导击穿光谱技术(LaserInducedBreakdownSpectroscopy,LIBS)是利用高功率脉冲激光聚焦到待测样表面激发等离子体，通过直接观察等离子体中的原子或离子光谱来实现对样品中元素的分析[32-33]。与目前常见的X-ray，AAS、ICP-AES等检测手段相比，其优势在于无须对样品预先处理，可对多种成分并行快速分析，实现对微量污染物无接触在线探测，是一种具有良好发展前景的元素分析技术。电化学分析法是基于物质在溶液中和电极上的电化学性质建立起来的分析方法。电化学分析的测量信号是电量、电位、电流、电导等电信号，不需信号转化就能直接记录。其仪器装置比光分析、核化分析仪器装置小而且简单，便于连续分析，易于实现自动化。电化学方法应用于水环境重金属污染分析目前已有相关报道[34]，但将其应用在土壤重金属快速检测中还面临着很多关键问题需要解决。从1976年电化学溶出分析法开始用于环境、临床样品的痕量检测，具有较好的灵敏度[35]；Baumbach[36]于1981年将丝网印刷技术应用于电化学传感器的制作过程；JosephWang[37]于1992年采用汞膜修饰丝网印刷电极，在水环境中对重金属离子进行检测；由于汞本身就是一种危害很大的重金属成分，R.O.Kadara[38]在2005年提出采用氧化铋修饰丝网印刷电极进行重金属离子的检测；浙江大学平剑锋等[39]利用铋膜制作丝网印刷电极进行了水中的铅和镉检测研究，取得了较好的检测结果。电化学分析法在进行土壤重金属离子检测方面具有一定的应用研究潜力，但是土壤体系复杂，检测时采用普通浆料的电极极易受到诸如表面活性剂、有机物、大分子颗粒等污染物的影响，灵敏度高、抗干扰能力强的电化学传感器有待于进一步研发。
近年来，一些结合生物学的检测方法也被应用于重金属的检测研究中，这些新的检测方法还在深入研究中。其工作原理是金属离子与固定在电极材料上的特异性蛋白结合后，使蛋白构象发生变化，通过灵敏的电容信号传感器定量检测这种变化。近年来，人们不断开发多种生物传感器用于测定水溶液中的毒性化合物（包括重金属络合物），如特异性蛋白生物传感器[40]等。生物传感器寿命主要取决于生物活性，受环境、时间限制较大，一般寿命很短，制约了其应用和发展。酶抑制法是重金属离子与形成酶活性中心的甲琉基或琉基结合后，改变其结构、性质，引起酶的活力下降，从而使显色剂的颜色、电导率和吸光度等发生变化，然后借助光电信号放大、显示，建立重金属浓度与酶系统变化对应数学关系。该方法可用于环境、食品、水和蔬菜中重金属的定性检测。柳畅先等[41-42]通过镉离子对醇脱氢酶的抑制作用检测Cd2＋，检出限为2.00μg/L，可应用于蔬菜中Cd2＋的分析，进行了这方面的初步探索。酶抑制法具有方便、快速、经济等优点，可用于现场快速检测，但是它的灵敏度和准确性低于传统检测技术。免疫分析法是一种具有高度特异性和灵敏度的分析方法，用免疫分析法对重金属离子进行分析，首先必须进行两方面的工作：第一是选用合适的络合物与金属离子结合，使其获得一定空间结构，从而产生反应原性；第二是将结合了金属离子的化合物连接到载体蛋白上，产生免疫原性，其中与金属离子结合的化合物的选择是能否制备出特异性抗体的关键。Johnson[43]和Darwish[44]应用该方法实现了对Cd2+离子的有效检测。筛选特异性好的新型螯合剂、单克隆抗体将是今后的发展方向。免疫分析法检测速度快、灵敏度高、选择性强，在重金属快速检测方面有一定的研究前景。太赫兹光谱是近年来发展起来的一种国际前沿科技，它可用来探测分子间或分子内部介于氢键和微弱的内部相互作用（范德华力等）之间的激励带来的振动引起的能量吸收特性，对重金属络合物的分子振动特性有一定的探测作用。本文作者于2010年在美国俄克拉荷马州立大学公派留学期间，开展了太赫兹光谱技术用于土壤重金属污染检测问题的初步研究，通过设计大量的实验，获取数据进行建模分析，初步探索到土壤样品主要重金属含量与对应的太赫兹吸收谱之间存在一定的对应关系，得出利用太赫兹光谱技术进行土壤主要重金属含量检测具有可行性的结论，目前正在进一步研究中[45-46]。
农产品产地土壤重金属污染检测主要问题分析及结论
关键词：火电安装工程 无损检测技术 质量 管理 控制 程序图 文件
中图分类号： TU712 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2015）02（b）-0000-00
火电是当前电力的重要形式，发展电力行业应该从加速火电建设入手。火电安装工程是建设火电的重要环节，对火电机组的安全和正常的电力生产息息相关，由于火电安装工程中来自器材、设备、工艺等方面的影响，会在火电机组的安装和组装过程中形成问题和隐患，不但造成了火电安装工程的质量问题，也会给火电机组带来运行风险。当前行业一般通过无损检测技术对火电安装工程进行全面而深入地检测，应该在把握无损检测技术火电安装工程应用的关键，建立起管理和控制无损检测技术的应用体系，通过对无损检测技术的经验和讨论形成火电安装工程检测技术的要点，进而做到无损检测技术更好地应用于火电安装工程的质量和效果保障。
1火电安装工程中无损检测技术的概述
1.1火电安装工程无损检测技术的概念
无损检测技术是利用不同材料和结构在声学、光学和电学上表现出的不同特征，在不伤害被检测物体的情况下，展开对缺陷、隐患、不均匀等问题的检测，并给出缺陷的位置、隐患的大小、问题的数量等一系列信息，进而为判别检测物体的状况提供技术支持。在火电安装工程中无损检测技术就是利用渗透、超声、X光线等介质的声光电不同特征，对机组的关键部位进行检测，做到对火电安装工程的质量监督和功能保障。
1.2火电安装工程无损检测技术的价值
一方面，无损检测技术在火电安装工程应用具有的效率价值，在火电安装工程中利用无损检测技术可以提高火电安装工程的效率，通过无损检测技术的有效应用，可以降低火电安装工程的检查工作，进而做到火电安装工程效率的提升。另一方面，无损检测技术在火电安装工程中有经济价值，无损检测技术可以以全过程和全方位的方式在火电安装工程中得到应用，使火电安装工程施工得到规范，控制火电安装工程中不必要的浪费和成本，进而做到对火电安装工程经济效益的保证。
2火电安装工程做好无损检测质量管理与控制的方法
2.1建立火电安装工程应用无损检测技术的指标
要结合ISO9000标准，采用全面质量管理与控制的措施，展开无损检测技术在火电安装工程实际应用的研讨，建立起无损检测技术应用的技术指标。一方面，要实现无损检测技术运用的程序化，在火电安装工程中通过程序控制是无损检测技术得到全面地运用。另一方面，要实现无损检测技术应用的条件控制，要建立起火电安装工程的技术监督机制，使无损检测技术的应用环节和步骤得到全面地监控，在确保技术科学、准确应用的基础上，保障火电安装工程的质量。
2.2建立火电安装工程应用无损检测技术的程序图
无损检测技术包含的方法有很多，不能在火电安装工程中采用笼统的方法对无损检测技术的应用与实施进行管理，否则将会引起火电安装工程的质量问题。要根据火电安装工程的设计目标，结合实际应用的无损检测技术的类型，建立起适于无损检测技术实施的程序图，通过程序图控制达到确保无损检测技术合理运用和无损检测质量提升的目标。火电安装工程无损检测技术程序图应充分考虑无损检测工艺的特点和有关标准规范的要求，程序图中规定了各活动之间的先后和接口关系。
3无损检测技术应用于火电安装工程的措施和要点
3.1做好无损检测人员的控制
火电安装工程无损检测检测人员的控制主要是依据国家和有关部门关于无损检测人员资格及其责任的规定来实施的，即持证上岗，其职责权限有严格划分，必须根据无损检测活动的要求进行实际配置，一般从事火电安装工程的无损检测人员应受过培训，并有一定的火电安装工程实践经历，通过了电力系统无损检测人员资格考试委员会的考核合格，取得相应的资格证，方可从事该项工作；在资料归档之前，实行报告审核制度，以强化责任人员的职责，减少因缺乏监督而引发的人为错误。
3.2做好无损检测设备和材料的控制
在火电安装工程无损检测的过程中所使用的设备、材料应符合所进行的检测工作的要求，即性能参数和指标都应符合标准规范，对仪器的使用、保养、维修、周期测试及定期检定以文件方式作出规定，以保证仪器检测的可靠性，如有计量要求的应得到检定并在检定有效期内。
3.3严格进行无损检测文件和资料的管理
建立与无损检测活动相关的文件档案，包括：管理文件、质量手册、质量计划、程序文件、质量记录（检验报告、底片等）和有关技术标准和规范，建立仪器设备和检测人员档案，编制各种检验、试验活动作业指导书，确保每一样事情都有依
据，每一个活动都有证据。
4结语
火电安装工程是火电机组从分散状态到功能状态的重要工程，在火电安装工程中受到零部件质量、安装工艺、人为操作等方面的影响，会出现火电机组结构、状态和功能上的隐患，直接或间接影响火电机组的安全。无损检测技术可以在不损伤火电机组结构，降低对火电机组影响的基础上，对火电安装工程的质量和火电机组的状态进行检测，是当前火电安装工程中重要的保障技术。应该立足于火电事业发展，探寻火电安装工程中无损检测技术的应用要点，遵循无损检测技术运用的规律，在做好无损检测技术的实际应用前提下，提高火电安装工程的整体质量。
参考文献
[1]石锋，谢建平，梁桠东.超声波探伤检测的影响因素分析及监督与控制[J].科学技术与工程.2012（25）
[2]刘庆珍.无损检测技术质量管理中的过程控制技术[J].无损检测.2012（03）
[3]李文强，马福昌，张英梅，杨录.新型超声无损检测方法的研究[J].太原理工大学学报.2011（02）
关键词：电子科学与技术；光电子技术；教学改革；实践创新
作者简介：邸志刚（1975-），男，河北唐山人，河北联合大学电气工程学院，讲师；贾春荣（1977-），女，河北唐山人，河北联合大学电气工程学院，副教授。（河北 唐山 063009）
基金项目：本文系河北联合大学教育教学改革重点项目的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）07-0059-02
21世纪，随着现代科学技术的飞速发展，人类历史即将进入一个崭新的时代──信息时代。其鲜明的时代特征是，支撑这个时代的诸如能源、交通、材料和信息等基础产业均将得到高度发展，并能充分满足社会发展及人民生活的多方面需求。信息科学的基础是微电子技术和光电子技术，它们同属于教育部本科专业目录中的一级学科“电子科学与技术”。专家预言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命和进步。因此，本世纪将是微电子和光电子共同发挥越来越重要作用的时代，是电子科学与技术飞速发展的时代。
电子科学与技术对于国家经济发展、科技进步和国防建设都具有重要的战略意义。为了我国电子科学与技术事业的可持续发展和抢占该领域制高点，必须统筹教育、科研、人才等各种资源和要素，而其中的人才培养是极其重要的环节。经过对比研究其他院校对电子科学与技术专业的教改研究，本文根据当前的社会现状，结合河北联合大学实际对电子科学与技术专业的培养方案进行改革初探。
一、培养方案制订的原则
目前，我国高等教育正从精英教育转向大众化教育。招生规模扩大的同时，教育质量正遭受严峻的考验。高等教育的目的是为国家培养具有良好的思想道德素质、扎实的基础理论知识、宽广的科学技术知识面、良好的创新意识和创新能力的高素质人才，以适应社会发展的需要。为此，加强人才培养是一个复杂而重大的工程。
培养方案主要包含专业培养目标和专业建设思路两大部分。专业培养目标首先要符合当前社会发展需要，其次要符合学校本专业的实际情况，最后再考虑专业、师资情况。
目前，电子科学与技术专业的毕业生基本上是供不应求，特别是高层次人才稀缺。但是，电子科学与技术产业存在着分布不均、分类较细、进展迅速、产业结构多样化等特点。因此，社会需求与本专业毕业生层次结构之间的供需矛盾会持续一段时间。此外，光电子技术产业得到了国际社会的极大关注，经过光电子技术市场产品的整合，目前光电子技术市场重新步入上升轨道，后期发展将主要受市场影响。[2]我国对光电子技术的发展高度重视，2010年我国以光电子技术为指导的信息产业形成了5万亿美元的规模。
河北联合大学电子科学与技术专业自2002年开始招生，到目前为止共培养出10届本科毕业生。毕业生的反馈意见成为专业培养目标制订的重要影响因素。此外，在学生培养方面，注重学生综合素质的提高，特别加强对学生实践创新能力的培养。
电子科学与技术专业教师中光电子方向占大多数，微电子方向占少数，另有电子材料、自动化控制等研究方向。
二、培养方案的制订
培养方案的制订在综合考虑社会需求、学校及专业实景情况的基础上，首先进行充分的社会调研、分析，然后通过对天津大学、清华大学、燕山大学等院校充分调研，最终确定合理的专业培养方案。
1.培养目标
以培养研究应用型高级人才为目标，以适应当前社会主义现代化建设及信息产业化的发展需要，使学生具有良好的思想道德和科学文化素质；拥有扎实的自然科学基础知识和宽广的专业知识；具备创新、实践及跟踪掌握新理论、新知识、新技术的能力，能够在光纤传感、光电检测及半导体制造等领域从事系统研发与设计、运行维护等工作。
2.专业建设思路
针对电子科学与技术专业现状，综合考虑社会市场需求、专业师资及毕业生反馈意见，提出关于“增强光电子特色，优化专业课程体系改革”的建设思路。
（1）专业课程体系建设。专业课程体系的建设，首先以专业培养目标为准绳，进行模块化课程设置，调整课程内容，形成以光电子技术为主、微电子技术为辅的专业方向，以光纤传感体系和光电检测体系为核心，从而使专业课程体系具有前瞻性、针对性和可操控性，进而保障人才培养目标的实现。
1）优化培养方案。根据国家对光电子、微电子人才培养内容和方式的要求，不断优化培养方案，使其既符合教育部颁布的“电子科学与技术专业规范”，又能充分体现学校的特色。优化的出发点是：光电子和微电子产业及工程应用对人才的需求；遵循专业发展规律；突出知识面、素质和能力的培养；制订与时俱进的培养方案和体系。
2）课程教学内容建设。为使课程教学建设与专业特色一致，体现光电子、光纤传感与检测的专业特色，由教授和学科带头人牵头建设光纤传感与光电检测课程体系。光纤传感课程体系包括传感器原理及应用、应用光学、激光原理与技术、光纤技术、光纤传感技术等课程；光电检测课程体系包括传感器原理及应用、传感器原理及应用、应用光学、激光原理与技术、光电技术和光电检测技术等课程。此外，为使课程内容充分反映相关产业和领域的新发展、新要求，减少陈旧内容，删掉了热力学统计物理、数理方法、物理电子学、集成电路设计基础、集成电路工艺仿真等课程。
3）教学方法及手段改革。为了实现专业人才培养目标，专业教师发挥各自才智，加强与学生沟通，集思广益，对教学方法和手段进行改革探索。例如对晦涩难懂的专业基础课、深奥抽象的专业课进行多媒体教学，以加深学生的理解，促进学生理论知识的学习。另外，对光纤传感技术课程进行双语教学，让学生学习理论知识的同时，加强专业英语的学习和运用，为后期阅读国外资料进行充分的准备。
（2）专业特色。河北联合大学电子科学与技术专业为适应现代化信息技术产业的发展，形成以光电子技术为主、微电子技术为辅的专业方向，具体特色如下：
1）课程体系设置。课程体系分为通识教育平台、学科基础平台和专业教育平台三大部分，包含光纤传感技术、光电检测技术及半导体制造技术三个主干学科，所有课程共198.5学分。其中通识教育思想政治教育类课程、大学英语课程、体育、大学语文、计算机基础及学科导论共55.5学分，占28%；学科基础平台主要指公共基础课和专业基础课，共74学分，占37%；专业教育平台是专业课，共63学分，占32%；另外还有创新实践环节，6学分，占3%。
2）学生培养。在夯实专业基础知识、拓宽专业知识的基础上促进学生的个性发展，加大力度培养学生的创新意识及能力，定期聘请校外专家为学生作学术前沿报告，使学生掌握本专业科研动态的同时，在开设专业英语及双语教学的基础上鼓励学生阅读外文一手文献，以激发学生的创新意识，使其创新能力得到大幅提高，培养学生在光纤传感、光电检测及半导体制造等领域的研发能力和应用实践能力，并能够进行相关的系统分析、设计、优化及维护。
3）实践教学。突出光电子技术应用，加强学生实践能力的培养。在培养方案中增加电子技术、光电子技术系统设计的实践训练。电子技术实践训练包括电工电子实训、电子技术课程设计和专业生产实习。光电子技术实践训练包括光电工艺实习、专业生产实习、光纤传感系统课程设计以及综合性课程设计。通过这几项实践训练，学生能够在电子技术领域、光纤传感及光电检测领域具备足够的实践能力。此外，为了让学生尽快将理论知识转换为实践能力，学校组织学生参加飞思卡尔智能车大赛、光电兴趣小组大赛等活动，从而培养学生的知识综合运用能力、创新能力和解决实际问题的能力。
三、改革效果
1.优化了课程体系，提高了教学质量
专业的培养目标及方向确定以后，围绕培养目标组建了课程建设小组，并请天津大学电子科学与技术专业专家教授进行指导，进而建立结构合理、条理清晰、方案可行的课程体系，相对而言大大提高了课程的教学质量。
2.学生夯实了专业基础，拓宽了专业知识，加强了实践技能
课程体系优化以后，学生入学后对培养方案及目标非常明确，从而使得学生能够妥善处理各门课程之间的关系，抓住核心，适当拓展，使所学理论知识成为体系。与此同时，通过竞赛及光电兴趣小组引起学生的求知欲，以此激励学生加强理论知识的学习，促使学生自发地将理论知识和实践环节有机结合起来，使二者相辅相成、相互促进。
3.培养了学生的创新能力及科研思维
在教学过程中强调基础知识的灵活运用及实践创新案例讲解。其次，组织并指导学生参加飞思卡尔智能车大赛、光电兴趣小组及各项实践环节。这样有效提高学生对专业知识的理解与应用能力，从而使得学生的创新能力及科研思维得到了培养及提高。在2012年飞思卡尔智能车大赛中，电子科学与技术专业的组队获得了国家一等奖的好成绩。
4.提高了就业率和考研率
通过加强学生的理论基础知识、完善其知识结构，并且实践能力及创新能力都得到很大提高，使得学生的竞争力得到大大加强，并得到企业和其他高校的认可，刺激了学生的求知欲和创新欲，从而提高了就业率和考研率。
四、结论
电子科学与技术专业作为教育部为适应市场需要而确定的一个新专业，其发展任重而道远。结合河北联合大学本专业的实际情况，提出关于“增强光电子特色，优化专业课程体系改革”的建设思路，“夯实专业基础、拓宽专业知识、加强实践技能、突出光电子应用”的培养主线，对本专业的建设方案及培养体系进行优化改革，加强了师资队伍建设、专业课程体系建设，并在此基础上对教学方法和手段进行改革，从而提高教师的教学水平，加强学生的理论基础，完善其知识结构，提高其实践及创新能力，实现了教学科研相辅相成、教学相长的目的。
参考文献：
[1]电子科学与技术专业教学指导分委员会.电子科学与技术专业发展战略研究报告[J].理工科通讯，2007，（6）.
[2]徐文彬.应用型电子科学与技术专业人才培养方案的思考[J].新课程研究，2011，（8）：20-21.
【关键词】机器视觉；啤酒；空瓶；图像采集
一、啤酒空瓶检测系统介绍
啤酒生产厂商使用的啤酒瓶大多采用可以回收利用的啤酒瓶。回收的啤酒瓶可能非常脏或者存在许多缺陷，必须在灌装前进行清洗，清洗之后需要检测是否洗干净。随着啤酒工业的迅速发展，对啤酒生产效率的要求越来越高，啤酒生产速度可以达到每秒钟10瓶以上，单靠人工检测啤酒瓶是否干净效率低、漏检率高，检测人员很容易产生视疲劳。而基于机器视觉技术的啤酒空瓶检测能够实现速度快、精度高的自动化检测。
采用机器视觉系统的目的就是给机器或自动化生产线添加一套视觉系统，其原理是由计算机或图像处理器以及相关设备来模拟人的视觉行为，完成得到人的视觉系统所得到的信息。人的视觉系统是由眼球、神经系统及大脑的视觉中枢构成，计算机视觉系统则是由图像采集系统、图像处理系统及信息综合分析处理系统构成。如图1所示为机器视觉系统基本结构。
二、啤酒空瓶检测流程
采用机器视觉技术啤酒空瓶检测流程如图2所示。被检啤酒瓶进入检测系统后首先触发输入光电开关，系统将开关信号传递给控制器，控制器通过编码器记录脉冲信号，经过固定的脉冲之后瓶身检测摄像机、瓶口检测摄像机、瓶底检测摄像机、瓶身内壁检测摄像机相继工作，分别对瓶身、瓶口、瓶底、瓶身内壁进行拍照。将拍得的图像信息送入图像处理模块进行的图像处理，控制系统判断空瓶图像是否合格。如果控制系统判断瓶子不合格，控制器会输出一个信号给踢出器。当次瓶运动到踢出器时，踢出器动作将次瓶击出。最后合格的啤酒瓶被送入下一道工序。
三、啤酒空瓶检测系统软件设计
图3为基于机器视觉技术啤酒空瓶检测系统软件框图。啤酒瓶视觉检测系统是高速实时控制系统，因而对软件要求速度快、控制及时。在连续检测时，PC机使用特殊的图像采集卡和CCD摄像机连续地对被检啤酒瓶进行准确地拍照，获得图像的数字化信息，并通过数字图像处理与判断模块获得啤酒瓶检测的决策信息，并将其传送给可编程控制器，完成对执行设备击出器的控制。在系统待命时，PC机接收用户的指令，完成对系统的软件参数配置、硬件的检测等，包括图像处理与判断模块参数的设置，传送系统电机转速设置，系统各个传感器检测，击出器检测，CCD摄像机检测等。
本系统选用PLC作为底层控制器，它通过I/O口与光电传感器，编码器，击出器，图像采集子系统等相连，通过图像采集子系统控制CCD摄像机的拍摄以及直接控制击出器的动作。同时PLC通过485总线与工控机连接，接收工控机传来的控制信息和系统参数等。
在系统运行过程中，PLC负责及时地通知图像采集子系统启动CCD摄像机，抓拍处于拍摄位置的空瓶。为了达到这一目的，需要使用光电传感器来检测空瓶的位置。在系统中使用了反射式光电传感器，这种光电传感器在没有接收到从反光板反射回来的光束时，就会输出触发信号。将光电传感器安装到CCD摄像机拍摄位置旁，把输出接到PLC的I/O输入口上。当没有空瓶经过时，光电传感器可以接收到反射光束，没有输出信号，而当有空瓶经过时，光电传感器无法接收到返回的光束，于是输出触发信号。PLC从输入口接收到此信号后，即可判定空瓶已到达拍摄位置，从I/O输出口输出启动信号给图像采集系统，启动CCD摄像机，摄像机及时进行拍摄，获取被检空瓶的图像。
在专门的信息处理模块对获取的图像信息进行分析处理后，将得出空瓶质量是否合格的结论。如果不合格，主控的工控机就会通过485总线发出控制命令，要求PLC控制击出器击出该空瓶。PLC在接到击出命令后，需要标定不合格空瓶，并追踪其位置，当不合格空瓶到达击出器所在位置时控制击器动作，击出不合格空瓶。为了确定需击出空瓶位置，在系统中使用一个编码器与驱动传送带的电机相连，当电机转动时，编码器相应发出脉冲。计算脉冲的数目，即可知道传送带运动的距离。这样一来，如果能测出不合格空瓶要运动多长距离才到达击出位置就能将其准确击出。可以在事先把编码器的脉冲输出与PLC的I/O输入口相连，然后在传送带上放一空瓶，让其依次经过检测位置和击出位置，PLC使用计数器记下此过程中脉冲的数目，这一数值即对应着检测位置和击出位置之间的距离。
四、结语
基于机器视觉的啤酒空瓶检测系统是我国目前啤酒行业急需的高科技设备之一。本系统从啤酒瓶视觉检测的相关基础技术、电气控制系统等进行了说明，是PLC、视觉系统、传感器、上位机的灵活结合应用，系统采用视觉传感器拍摄和处理实时图象，最终达到去除不合格啤酒瓶的目的。
我国的工业化、现代化还刚刚起步，图像和机器视觉技术的应用也刚刚开始。随着我国工业化进程的加快，工业体系的完善，劳动力成本的上升，参与国际竞争必定要求产品质量和生产效率不断提升、自动化程度不断提高，机器视觉技术的应用领域和应用水平也会随之发展，机器视觉技术将会大显身手。
参考文献
段峰，王耀南，刘焕军.基于机器视觉的智能空瓶检测机器人研究.仪器仪表学报，2004，25（5）：624—627.
宋学勇，赵敏.机器视觉系统的关键技术.计算机世界，2007/7/23/第B11版.
董瑞翔.用机器视觉技术提高生产率.机器人技术与应用，2002（5）.
关胜晓.机器视觉及其应用发展.自动化博览，2005（3）.
钟权龙，许积飙.西门子机器视觉系统在烟草行业的应用.现代制造，2004（22）.
Hui—min Ma，Guang—da Su，Jun—yan Wang et al.A Glass Bottle Defect Detection System Without Touching.In：Proceedings of the first International Conference on Machine Learning and Cybernetics，Beijing，China，2002，628—632.
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