光电技术范例

一、纳米光电子的相关概念

纳米光电子主要是研究在所有纳米结构中各个电子以及光子存在的相互作用。将光电子以及纳米电子的相关技术相互结合共同组成了纳米光电子技术。传统的半导体硅并不具备发光的基本功能，但是引进了纳米技术以后，能够发出一种非常耀眼的光，同时开设了一门新兴的纳米光电子。

二、纳米光电子技术的发展

新时代的纳米电子技术能够快速的制作各种单电子存储，同时还可以制作一些非常精巧完美的微电子机械以及电机械系统。随着现代纳米技术的不断进步与发展，集成电路也将成为一种比较先进的半导体器件，并成为了未来发展的新方向。如今的信息社会对于所有使用的集成电路具有的集成度的各种要求也逐渐增高，这就导致人们不断突破尺寸具有的极限途径。在新的社会形势下，纳米电子以及纳米电子光技术应运而生，并成为了半导体科学以及各种工程研究的重要领先技术。光电子技术属于电子技术以及光电子技术的结合体。二十世纪以后，光电子技术逐渐发展，并取得了一定的进步。将光电子技术以及纳米技术巧妙的相互融合最终形成了纳米光电子技术，成为了未来电子技术不断发展的新领域。如今的二十一世纪，也为光电子技术以及纳米光电子技术发展提供了新的机遇。

三、纳米光电子各个器件的具体分类

3.1纳米光电技术探测器

如今的纳米光电技术探测器主要是利用纳米光电子的基本材料进而不断发展而来。这种微型的探测器主要由纳米丝以及各种纳米棒共同组成，例如，超高灵敏度红外探测器等。

摘要：

随着社会经济的不断发展，在各个领域当中，特种设备的应用范围越来越广，特别是在一些医院、医疗设备制造企业、冷冻食品制造企业、危化品生产企业当中，更是十分常见。但是在实际应用中，由于各方面因素的影响，时常会发生特种设备的使用事故，造成了极大的损失。对此，将光电信息技术应用在特种设备当中，能够有效的提升特种设备的使用性能和使用安全，因此具有十分重要的意义。

关键词：

光电信息技术；特种设备；应用研究

前言

随着科技的发展，光电信息技术得到了很大的进步，因而在各个领域当中都得到了良好的应用。其中融合了光学、微电子、红外遥感、超声波、光电子等都想技术，同时涉及到了光信息的探测、传输、辐射，以及广电信息的存储、显示、转换、处理等方面的内容。在特种设备领域当中，光电信息技术正在得到越来越广泛的应用，有效的提高了特种设备的安全性能。

一、特种设备与光电信息技术的基本概述

摘要：激光-电弧复合焊是一种结合激光焊和电弧焊两种工艺的一种新型焊接方法。本文从专利文献的视角对激光-电弧复合焊技术的发展进行了研究，分析了激光-电弧复合焊的专利申请发展趋势及技术分支。

激光焊接具有高质量、高精度、低热输入及良好的柔韧性等优点，但成本高昂，且难以焊接高反射或高导热金属，接头间隙公差要求相对高，深熔焊中易形成气孔等缺陷，电弧焊接广泛用于各种材料连接，便宜易操作，焊接过程稳定，但速度慢，精度低，激光电弧复合焊接可以利用激光和电弧两个特性，来补偿激光焊接和电弧焊接的缺点，激光电弧复合焊接的原理如图1所示，在电弧作用下，可以提高工件对激光的吸收率，使激光能量传输效率提高，增加焊接熔深。激光电弧复合焊接综合了激光焊接的高精度、高效率、低热输入和电弧焊接良好的桥连性，具有“1+1>2”的增殖效果，是一种潜力巨大的焊接方法，成为近年来焊接领域的一个研究热点。

1.激光电弧复合焊接专利发展趋势分析

全球的激光电弧复合焊接技术最早出现在1976年，其后20多年里呈缓慢增长趋势，其中日本申请量最多，主要申请人为株式会社大亨、三菱重工业株式会社、松下电器产业株式会社、新日本制铁株式会社。进入21世纪以来，全球专利申请量呈快速攀升趋势，2000-2004年第一次出现发展高潮。2008年之后，在全面推进国家知识产权战略的大好环境下，中国专利申请量出现了迅猛发展，且占全球申请总量的比重越来越重，而此时也迎来了全球的激光电弧复合技术的第二次发展高潮，且在2013年左右，中国和全球专利申请量都达到了年申请量的最大值。中国的早期申请都是国外来华申请，之后高校申请和研究院申请开始缓慢增加，其中高校的专利申请量比重最大，其次是公司申请，而公司申请量直到2011年开始才有了大幅上涨，并在2013年达到最大申请量，这从侧面也反映出中国的激光电弧复合焊接技术是在近几年内才开始进入工业化应用阶段，前期主要还是以理论研究为主。高校申请中，以哈尔滨工业大学的申请量最多，其次是大连理工大学、北京工业大学和华中科技大学；公司申请中，主要有鞍山煜宸科技有限公司、中国石油天然气集团公司、中国石油天然气管道局；研究院申请中以机械科学研究院哈尔滨焊接研究所的申请量最多。而国外来华申请的数量都比较少。专利申请以发明专利申请为主，一方面是由于激光电弧复合焊接技术主要涉及焊接方法，另一方面也体现了激光电弧复合焊接技术能达到一定的发明高度，具备突出的实质性特点和显著的进步。激光电弧复合焊接技术的发明专利申请在2008年之前的授权率比较高，2008年之后授权率有所下降，但总授权率在50%左右。

2.激光电弧复合焊接专利技术分支

激光电弧复合焊接技术涉及的内容比较多而且杂，主要涉及以下四个技术分支：（1）涉及电弧类型（如激光-MIG复合焊、激光-TIG复合等）；（2）涉及工件性质（如工件的材质、厚度等）；（3）涉及焊接参数（如激光与电弧的相对位置，激光和电弧的参数等）；（4）焊接装置（如焊枪的结构等）。下面将对上述四个技术分支进行详细分析。

2.1电弧类型

摘要:本次分析了什么是光电信息技术，条形码的识别原理以及应用优势，并提出光电信息技术在条形码识别系统中的具体应用.

关键词:光电信息技术;条形码识别系统

1引言

信息技术的飞速发展，给人们的生产生活方式带来很大改变，大大提升了生产生活效率和便利性，比如说现在常见的条形码的应用，促进了对商品的识别效率和缴费效率。在这个背景下，光电信息技术在很多领域得到广泛推广和应用。本次就对光电信息技术在条形码识别系统中的应用进行分析和研究。

2光电信息技术概述

光电信息技术就是有光学、电子技术、微电子技术等汇总起来形成的多学科综合技术，主要涉及到光与电子的转换和应用。广义上的光电信息技术就是在光频段的微电子技术，涉及到光信息传输、光电子信息储存、辐射等内容。光电子信息技术的出现，大大促进了光与电子信息处理的结合，具有极大的应用优势，响应速度快、信息容量庞大、频宽十分大等，对于现代信息技术的发展造成极大的推动作用，也使得光电子信息技术产业在市场中的占比越来越高。基于光电信息技术的发展，光电子设备朝向集成化、经济化发展，而且更新换代十分快；为现实问题的解决提供更多的方案。

3条形码的识别原理及应用优势

摘要：在惯性空间中，采用光电搜跟技术能够保持稳定探测视轴，精确跟踪目标。但在实际应用过程中，雷达探测结果容易受到扰动，使系统性能受到影响。基于此，对人工智能用于改进光电搜跟技术的思路进行了探讨，对基于人工智能的光电搜跟系统、智能算法、航迹跟踪等内容展开了研究，为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：人工智能；光电搜跟技术；航迹跟踪；目标跟踪分析

伴随着人工智能的发展，机器人、图像识别、专家系统等在内的理论和技术日渐成熟，促使人工智能应用领域不断扩大。而在光电搜跟技术中引入人工智能算法，能够使系统数据处理能力增强，通过减少延迟和误差保证跟踪效果，使光电搜跟动态观测精度得到提高。因此，还应该加强人工智能在光电搜跟技术中的应用研究，从而推动该种探测技术的发展。

1人工智能与光电搜跟技术

1.1人工智能。人工智能又被称之为AI，能够对人的智能理论、方法等进行模拟、延伸及扩展，属于计算机学科分支。从人工智能实现上看，主要包含两种途径，一种为通过计算机编程使系统拥有智能分析效果，无需考虑运用的方法是否与人相同；另一种则是对人采用的逻辑分析方法进行模拟，如人工神经网络、遗传算法等，需要对生物的遗传-进化机制或脑细胞互动进行模拟。其中，第一种人工智能算法属于工程学方法，需要对程序逻辑进行规定，一旦逻辑复杂就需进行烦琐编程，并且出错后需要重新编译、调试[1]；而第二种算法具有自适应能力，可以通过自我不断修正应付各种复杂情况。现阶段，为了使机器视、听、触等感觉和思维模拟人，人工智能在人脸识别、虹膜识别、智能搜索、逻辑推理等多个领域得到了应用。

1.2光电搜跟技术。所谓的光电搜跟技术，其实就是利用红外、激光、微光等不同光学探测设备实施光电跟踪的一门技术，能够对空中或地面目标进行搜索、跟踪，完成脱靶量计算，从而通过控制伺服系统运行达到实时跟踪目标的要求。作为现代化的侦察探测技术，光电搜跟技术在航天、军事等各领域都得到了广泛应用。通过对光学、电学技术手段进行集成应用，光电搜跟技术可以在完成光学探测后，对得到的图像进行处理，实现检测和识别，根据得到的信息有效捕获目标[2]。对疑似目标进行搜索，则要完成各种各样目标特征图像信息记录，然后结合图像特征和运动特征做到精准化识别。将伪目标剔除后，可以使真实目标得到跟踪。在信息源捕获方面，目前主要采用雷达探测方式，需要利用光电跟踪设备完成目标精细化跟踪。由于雷达拥有较大宽视场范围，能够完成广角探测，因此可以快速进行目标搜索。

1.3二者结合的意义在光电搜跟系统中，随着反跟踪技术的发展，采用雷达探测方法容易遭到打击，促使系统内部产生杂波干扰，无法对目标进行有效捕获与跟踪。采用人工智能方法进行系统改进，能够利用图像探测技术进行场景信息获取，之后转化为数字信号进行传输。利用系统程序完成信息处理，可以使图像重要信息得到提取，包含目标相对位置、大小等。根据预设信息完成图像深度处理，能够得到精准的相对位置信息，自动模拟人做出科学决策。因此采用人工智能，无需人工干预就可以快速完成目标数据信息选取，在伺服机电控制方面形成速度闭环，在使系统操作得到简化的同时，达到自动化、精准化跟踪效果。不同于传统光电搜跟技术，采用人工智能对图像信息进行智能化处理，可以通过智能识别高效提供精准数据信息，为自我行为分析提供智能辅助决策，因此能够推动技术的转型升级。

本文作者：罗彬彬 赵明富 舍丽 周登义 曹阳 全晓莉 单位：重庆理工大学电子信息工程与自动化学院

20世纪70年代以来,由于半导体激光器和光纤技术的重要突破，推动了以光纤传感、光纤传输、光盘信息存储与显示、光计算以及光信息处理等技术的蓬勃发展，从深度和广度上促进了光学和电子学及其他相应学科(数学、物理、材料等)之间的相互渗透，形成了一个边缘的研究领域。光电子学一经出现就引起了人们的广泛关注，反过来又进一步促进了光电子学及光电子技术的发展。光电子技术包括光的产生、传输、调制、放大、频率转换和检测以及光信息存储和处理等。因此，可以这么说，现代信息技术的支撑学科是微电子学和光学，光电子学则是由电子学和光学交叉形成的新兴学科，对信息技术的发展起着至关重要的作用。光电子技术是光频段的电子技术，是电子技术与光学技术相结合的产物，光电子技术是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科，其技术广泛应用于光电探测、光通信、光存储、光显示、光处理等高新技术光电信息产业。同时，随着生物医学、生命科学等新兴学科的发展，其中的信息获取手段对光电子技术的依赖程度越来越高，加快了这些学科之间的交叉融合，从而诞生了很多边缘学科，比如生物光子学、光医学等。综上所述，可见光电子技术在现代信息产业技术中的重要地位，因此，光电子技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程，也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。

电子信息工程专业的光电子技术课程的基础理论知识包括：光度学基本知识、光辐射传播、光束调制与解调、光辐射探测技术等。其中，光度学基本知识是最基础的内容，包括：电磁波波谱、辐射度学、光度学、热辐射基本定律、激光原理、典型激光器等。光辐射传播包括：光辐射的电磁理论、光波在大气中的传播规律与特性、光波在电光晶体中的传播规律与特性、光波在声光晶体中的传播规律与特性、光波在磁光晶体中的传播规律与特性、光波在光纤波导中的传播规律与特性、光波在水中的传播特性、光波在非线性介质中的传播等。光度学基本知识和光辐射传播这两个基础内容可以说是光电子技术课程基础中的基础，而对于电子信息工程专业的学生来说，这些知识点比较抽象，为了便于该专业学生对光电知识的接受和激发他们的兴趣，因此，在课堂上有必要多花时间重点讲解这部分的知识点，同时在制作PPT教案时尽可能使用图片或动画描述一些原理性的知识。

比如：在讲解激光是如何产生的时候，可制作动画描述自发辐射、受激吸收、受激辐射的原理；在讲解激光器的结构和工作原理时，可制作多色图片对激光在各种光学谐振腔中的受激放大过程进行描述；在介绍各种典型的激光器时，最好收集到它们的实物照片进行讲解；在讲解光波在各种光学晶体中的传播特性与规律时，最好能制作三维立体的图片描述光学晶体的各向异性的特性，相应的公式表达尽量简洁化，然后结合动画描述光波在其中传播时所发生的变化。光束的调制、扫描和解调技术的理论教学内容包括：光束调制的基本原理、电光调制技术、声光调制技术、磁光调制技术、直接调制技术、光束机械扫描技术、光束电光扫描技术、光束声光扫描技术、空间光调制器等。这些知识点的理论基础都是“光辐射在光学晶体中的传播规律和特性”。其中光束调制的基本原理移植了微电子学中微波调制中的很多概念，电子信息工程专业的学生易于理解，但是光束调制和扫描的实现技术中，除了需要使用各种光学晶体以外，还需要使用半波片、全波片、起偏器、检偏器共同组成一个系统完成光束的调制和扫描。这些光学器件对于没有光学工程基础的电子信息工程专业的学生来说比较陌生，因此，在讲解过程中应该通过动画或图片等手段形象地描绘线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光等基本光学概念，并借用相关的光学参考资料对这些光学器件的功能和原理进行简单介绍。

只有这样，才有利于电子信息工程专业的学生深刻理解光束的调制、扫描、解调等技术。光辐射探测技术的理论教学内容主要包括：光电探测的物理效应、光电探测器的性能参数、光电探测器的噪声、光电导探测器—光敏电阻、PN结光伏探测器的工作模式、硅光探测器、光电二极管、光热探测器、直接光电探测系统、光频外差探测的基本原理等。由于电子信息工程专业的学生已经具备了较好的半导体器件理论基础知识，而光电子器件本身也属于半导体器件，因此学生只要掌握了爱因斯坦的光电效应原理，就很容易理解各种光电子器件的工作原理、性能特点及应用领域。该部分所介绍的各种光电半导体器件很可能会在学生将来从事信息产业技术的相关工作中用到，也可能会在将来某些学生跨到光电信息或光学工程相关专业进一步深造时从事相关科研课题研究时用到，比如：PN结光伏探测器、光敏电阻、光电二极管、光电三极管等，都会经常用到。因此，建议在理论教学过程中，除了结合图片等多媒体教学手段介绍相关光电子器件的工作原理外，最好能够给学生展示光电子器件的实物，以便给学生一些感官认识。电子信息工程专业光电子技术课程的系统方面的知识点包括：光电成像系统、光电显示系统等。

其中，光电成像系统的基本器件是电荷耦合摄像器件(CCD)，CMOS摄像器件和电荷注入器件(CID)。目前，CCD摄像器件的应用最为成熟和广泛，主要包括线阵CCD和面阵CCD等，其原理基础仍然是光电半导体器件和两相或三相电极电路的结合。因此，教学中应结合脉冲数字电路知识重点讲解CCD的原理和特点。光电成像系统的内容包括：系统基本结构、基本参数、红外成像系统、红外成像中的信号处理及综合特性等。其中红外成像系统涉及很多应用光学方面的知识，这对没有应用光学基础知识的电子信息工程专业的学生来说比较陌生，而且属于光学工程专业学生的研究方向之一，因此，这部分内容简单介绍即可。而红外成像中的信号处理都涉及电子电路方面的知识，属于电子信息工程专业的范畴，这部分内容可以重点讲解。光电显示系统包括阴极射线管原理、液晶显示原理、等离子体显示原理、电致发光显示原理及多色激光显示原理等，其中前三类显示技术的应用已很广泛和成熟，可以重点讲解，而后两类显示技术比较前沿，可以简单介绍，以便让电子信息工程专业的学生了解当今光电显示技术的发展趋势。电子信息工程专业光电子技术课程应用方面的内容包括：光纤通信、激光雷达、激光制导、红外遥感、红外跟踪制导、光纤传感技术等。这些应用技术可以分别举一个相应的实际应用系统进行介绍，让学生体会到光电子技术的重要性和广泛性，激发他们对这门技术的兴趣。#p#分页标题#e#

对于电子信息工程本科专业而言，毕竟培养的学生不属于光学工程或光电子技术领域的人才，而且电子信息工程专业已有很多属于本专业的实验课程及课程设计，笔者认为光电子技术课程的实验教学应根据该专业学生的理论基础和将来他们最可能需要的工程能力而设置。在该课程中，各种光电子器件和原理、功能及应用最易于电子信息工程专业的学生理解，而且也是电子信息工程师应该具备的基本知识，因此，笔者建议开设一些光电子器件的相关实验课。由于光电子技术课程的总学时设置为48学时，所以建议理论教学为40学时，8学时为实验教学(共4个实验)。

随着人类对健康越来越重视，医药行业将成为21世纪最具增长潜力的行业之一。医药行业的快速发展，不仅依靠于高超的医疗技术，也得益于医疗机械的快速发展。当前，随着工业自动化技术的不断发展，制药企业对制药设备制造业提出了很高的要求，对制药生产线的装瓶和计数精度提出了严格的要求。自动装瓶的工作过程是将空药瓶转移到自动计数机上。精确计数后，药瓶将被转移到标签和棉塞上，最后被送至自动封盖过程以进行瓶盖密封。在整条装瓶、包装自动化生产过程中，除了自动计数之后，其他的自动工序效率以及准确率都是比较高的，因此，自动计数数粒机是整条包装生产过程中关键环节和关键设备。而且，对于药品企业来说，药品的质量至关重要，人工计数装瓶的低效检测工作不但违反了GMP标准还不利用药品企业的全面长远发展。因此，本设计在满足《制药装备》行业标准的情况下，使用单片机和FGGA构成双核控制器技术，在达到卫生标准的前提下，提高药品装瓶的准确率和速度。

一、现有数粒机计数方法及关键技术

目前，药品的计数方法通常采用光电计数。近几年，随着计算机技术与单片机、FPGA技术的融合发展，通过单片机、FPGA技术等加快药品计数的速度，再辅助计算机触摸屏技术对计数的数据进行分析处理，可以极大地减轻相关科研人员的工作量，提高检测精度。MagillPJ引入了先进的小型光电计数系统，使其具有自动增益控制的优点，具有稳定的频率调节光并能抵抗各种干扰，保证了整个系统的准确性。TroupGJ在两个独立理想的激光模式计算其强度概率分布和声子计数分布，相比之前的方法该方法的计数准确了得到了提升。ChenY采用自调节能力和高灵敏度的程控自动补偿功能使窄脉冲间隔和双光子峰减小，达到了计数效率的提高。CooperEB用光电设备对移动的物品进行计数并根据颜色对其进行分类。曲兴华等利用激光器和光电管设计了激光光电传感器，在线式光电自动计数仪，能对激光光源进行缩束准直，解决了小工件计数的难点。综上所述，基于光电式数粒技术目前使用研究方法教多、表达类型多，更能很好的达到计数准确和稳定，因而成为当前的研究热点。为了提高数粒机系统的计数准确度和计数速度，本论文提出基于FPGA的双层光电数粒机计数系统。

二、双层光电计数数粒机的工作原理

双层光电计数数粒机包括光电发射模块和光电接收模块，其中光电发射板模块在设计上实现两组同板，光电接收板模块在设计上实现两组异板。根据要检测药品的最小直径，通过模拟测试调整光电发射模块和光电接收模块之间的联系，最后确定每个通道电眼采集宽度。在设计上，电眼模块中的接收模块和控制模块设计在一起，同时为了简化电路的设计，节省硬件资源，并在硬件上改变以往数字电路的冗杂设计方式，改用CPLD集中处理，并行处理数据。控制信号的输出和检测信号的输入同步进行，由电眼控制模块上的CPLD的I/O口进行信息采集，整理，把药粒通过上下的时间，与通过时间，经过计算与整形转换为bit的单线信号传输到主控制模块，由主控制模块上的FPGA通过消隐延时进行计算，通过查表等方式计算出药粒的状态，数量，直径，延时插板时间进行二次数据整合，最终确定每个电眼模块的工作状态，记录下落药品的数量同时控制插板气缸与踢废信号，同时负责与上位机通讯，传出必要的上位机信号和上位机的设置所用数据。在计数中剔废药瓶是根据药品通过上层光电时间、通过下层光电时间，通过上下光电之间距离的时间，先通过上下通过时间计算出初速度，再计算出上通过速度与下通过速度，速度*时间计算出上检测药丸直径和下检测药丸直径，在合乎标准时取平均值给出计算药丸直径，否择给出踢废信号。

三、系统电路设计

3.1主控核心模块。系统的主控核心模块是以单片机和FPGA进行的，主要接收双层光电检测模块的数据并进行处理，同时还与上位机进行通信，将所计的药品数量结果发送到上位机中，随时掌握药品的数量。主控核心模块还要能够设定计数标准参数和设备的工作模式。经验证分析，最终选择了采用型号为STC8A8K64SA12的单片机和型号为EP3C5E144C8N的FPGA为核心，建立一个基于计算机总线的双核控制系统。

【摘要】随着纳米技术的不断发展，微电子技术正在不断地突破发展的瓶颈。集成电路的设计和制作方法也在此过程中不断地被革新。可以说，纳米技术本身属于一场新的电子技术的革命。虽然纳米技术在我国出现的时间较短，但是各类纳米电子产品的出现革新了人们认识上的突破。为了提高国家的综合竞争力，对纳米电子器件和纳米电子技术分析显得尤为重要。本文主要就纳米电子器件和纳米电子技术进行全面的分析。

【关键词】纳米电子器件;纳米电子技术;分析策略

引言：

随着科学技术的不断发展，微电子技术也在此过程中不断进步，甚至随着理论的进步不断地突破进入新的领域。将真空电子器件和纳米技术更好地融合起来，同时在内部融合一些精细加工技术和其他类型的工艺，将会有助于在今后形成一种新型的技术。

一、纳米电子技术产生的背景

早在20世纪就已经出现的纳米电子技术对我们的生活和工作已经产生了非常深远的影响。遵循摩尔定律的集成芯片电路每隔3年就已经以4倍的速度在增加，其尺寸在不断缩小的基础上持续运行了30年。电子元件的尺寸不断地缩小，使得集成电路集成的要求也变得越来越高。而在未来如何制造出更加低成本和低消耗的半导体芯片成了大家需要知道的当务之急。为了能够使得尺寸逐渐变小的电子器件能够运行的更加稳定，将纳米技术注入电子元件成为大势所趋。纳米级电子器件不仅器件的尺寸进一步减小，而且其最终的质量及将会和器件的量子性能有十分密切的关系[1]。与纳米电子器件相关的量子器件将能够通过电子波相位的控制来更好地实现相关的功能，并在此过程中拥有更高的速度和更低的消耗，从而从根本上解决日益严重的功耗问题。

二、纳米电子技术的基本概念