光学工程的应用范文

导语：如何才能写好一篇光学工程的应用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：环压，不锈钢管，锁紧环，施工工艺，经济分析

 

现代给水系统管材材质种类繁多，随着科学技术的进步和高科技技术的运用，新型、快捷、耐用的高标准要求日见卓著。免费论文参考网。不锈钢管材和管件(简称不锈管)，经久耐用，外表精美，属节能环保产品，已被国内外工程界所公认。国外应用薄壁的不锈管起始于上世纪60年代，目前，发达国家在建筑给水、水处理系统的应用日趋普遍。

不锈管有厚壁和薄壁两种，在一般工程中采用薄壁的居多，压缩式管件等多种成熟的连接方式，安装简便，安全可靠，在减少壁厚降低成本方面，更具有开发和推广应用的意义。免费论文参考网。

广州大学城广州大学二期工程建设项目在冷热水系统中的管材均采用环压式不锈钢管，并在整个大学城得到了广泛的运用。通过在工程中的实践证明，其管材的质量、施工的快捷、完工后工程质量的过硬都得到了各方的认可，在今后的工程中值得推广和运用。

1.工程概述

广州大学城广州大学二期工程建设机电安装项目总投资约3.6亿元，共38栋单体，总建筑面积约48万平方米，其中教学区11栋单体，生活区27栋单体。

环压式不锈钢管在冷热水系统中主要为单体楼内的安装，首层架空层内主管道水平吊装，管道井内或洗手间内立管明装，热水管采用聚氨脂发泡外包聚氯乙稀保温，埋墙暗敷管采用包胶管。整个系统的不锈钢均采用环压连接方式。

其工艺流程为：环压前准备→下料断管→预装密封圈→第一次环压（管件间的角度定位）→第二次环压→检查（维修补压）→支吊架固定。

2.工艺特点及施工工艺

2.1 机具

(1)手动液压泵:加压杠杆上下往复工作使液压油(46号)流经油管、钳头，油缸推动活塞滑块向上移动与上钳口接触直到合拢为止。

(2)油缸钳头：钳头分油缸、活塞、弹簧、下滑块、上钳口、模块。免费论文参考网。上下模块标色要统一对称，弄清模块的内部结构，使用时管件与模块规格一定相匹配。

2.2 安装方法

(1) 准备工作：先检查上下钳口模块规格与所压管件的规格是否相匹配，模块方向是否一致，空压查看上下模块能否合拢，模块前后左右是否对称平齐，液压泵工作是否正常，有无漏油现象。

(2) 下料断管:用断管工具（不锈钢锯条弓形锯、石材切割机等）按需要长度垂直断管。切割后的管材端面要平齐，除去管口内外毛刺并整圆。应保持断口平整，其倾斜度≤2mm。

(3) 预装：将切断好的管材插入将要安装的管件（一定要插到底），在管件上与管件端口齐平处划线。

(4) 装密封圈：采用硅橡胶密封圈，将其套入所需安装管材的前端，且靠近所划标记。管材插入管件时，应确保划线标记到管件接口端面的距离在2mm以内，密封圈装入过程中不得使用任何剂，且密封圈不得扭曲。密封圈上不允许有油污、沙粒、破损。

(5) 环压管件管材：将管件放入钳口中，并且管件指向模块有标色的一放，管件端口放置在模块密封段台阶上，进行两次以上环压，当第一次加压模块间隙约为2-3毫米时，管件外端口略微拱起时，立即泄压（在进行第一次环压之后，这时应进行管件之间角度的校正，然后再进行第二次环压定位）；将环压钳头相对管件轴线旋转30°～90°后，再用液压泵使两个半环压模块完全合拢，此时通过环压工具产生的压力，使管材与管件局部内缩形成凹槽，达到所需的连接强。同时密封圈产生压缩变形而充分填充管材管件间的空隙，是管件端口内收至紧贴管材，从而达到密封效果，进行第二次环压成形（在第二次环压时，在上下模块未合拢之前，注意察看管件端口是否拱起，如果没有拱起，可环压到位，稳压3秒即可，如果在第二次环压模块合拢之前，管件端口起皱，拱起过大，立即泄压，进行第三次旋转、环压）。

(6) 维修补压：管件环压成形后目测管件与管材之间有无间隙，密封圈是否完全剪断，进行二次补压修复。

(7) 大管件DN80-100管件环压第二个锁紧环的操作方法：当第一个环压环定形后，将钳口平行后移至锁紧槽后边缘处，将管材管件与钳口上下保持平行，左右与钳头呈90°，进行环压一次到位即可。

2.3 系统试压

环压式不锈钢管冷水管道试验压力为管道系统工作压力的1.5倍,但不得小于0.6MPa.热水管道试验压力为管道系统顶点的工作压力加0.1MPa.但系统顶点的试验压力不得小于0.3MPa.各系统的升压时间不应小于10min,升至试验压力后,观察各接点部位,不应出现渗、漏水现象，并且10min内压力降不得超过0.02MPa.然后压力降至工作压力后,压力应不下降,更不应该出现渗、漏水现象.

2.4 管道特点

该工程中管道特点主要为以直管为主，管件不多，管径较小，一般为DN50以下为主，主管为DN80和DN100。

系统中所接器具较多，与卫生器具连接和设备连接的过渡连接配件，均采用螺纹式连接的不锈钢软管。

3.经济分析

3.1 耐用性分析

不锈管是使用寿命最长的管种之一，能永保管道洁净的水质。意大利米兰Canegrate水处理厂，对其采用碳钢和不锈钢的寿命成本逐项剖析，由此得出结论：在30年寿命周期中，其维修和更新费用是企业成本的主要因素：采用不锈钢比采用碳钢更加经济的转换点是使用到10年。

3.2 安装费用分析

从连接方式上比较,以前的工程中，不锈钢管道均采取氩弧焊接的连接方式，对工艺要求高，施工难大大，进度慢，使用大量的焊条和氩气，且氩弧焊接人工工资很高，大大加大了安装成本。相比而言，该工程中采用的是环压式连接，压接快，施工工艺简单，不需要配备技术要求高的氩弧焊工种，经济实用。

3.3 材料成本分析

对于大型的商业和公用建筑，相对别墅和住宅来说，给排水管道材料中直管道的比例较多，配件较少。从材料成本方面考虑，与铜管比较，不锈钢管道直管便宜，配件贵。铜管配件价格是按照重量计算，所以配件价格约为直管的10%左右，不锈钢管道的配件价格计算口径与铜管不同，是按照件计算，不锈钢管件价格基本等于一米管道。所以对于一些大型的商业和公用建筑，管道配件少的用不锈钢管道比较经济，对于管道配件较多的小别墅和住宅，采用铜管比较经济。

3.4 维修成本

在不锈钢管应用较早的日本，出于饮用水的二次污染问题而应用了不锈钢管，从实践中得出了不锈管能有效控制城市管网漏损率的结论。如日本东京管网应用不锈钢管比率从1983年的11%提高到2000年的80%以上，城市管网漏损率却从14.7%降至7%。

在广州大学城广州大学的后期工程实际维修工作中发现，一期工程中给排水系统采用的是铜管，给水管道的维修单很多，吸取教训后二期工程中采用的是不锈钢管，相对维修单明显减少了很多。

4.小结

综合所述，通过对环压式不锈钢管在实际工程中的应用分析和经济分析，环压式不锈钢管是新型、快捷、耐用的高标准的管道，在大型的商业和公用建筑中使用更加经济实用。

参考文献

[1]日本、美国及欧洲不锈钢水管的使用概况.中国联合钢铁网.

[2]胡文红.卡压式薄壁不锈钢管材应用技术要求初探[M].福建建筑科技, 2005,(06).

[3]工业金属管道工程施工及验收规范.GB50235-1997.

[4]建筑给水薄壁不锈钢管管道工程技术规程.CECS153-2003.

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随着光学技术的开展，对光学仪器和光电仪器设计的请求也越来越高，这就请求设计者具备扎实的理论根底、较高的设计技巧和现代光学系统设计计算才能。目前，社会上对光学设计的专业人才有着越发迫切的需求，为此，高校肩负着培育具有良好光学设计才能的工程型人才的重担。

 

为了协助学生稳固应用光学专业根底学问，控制评价光学系统的根本办法，进步学生对光学系统的应用才能和设计才能，该校在光学工程学科研讨生教学中开设了“光学工程与系统设计”课程。该课程在本科工程光学的根底上，系统、全面地解说光学工程的理论、应用和系统设计办法，协助学生进步在工程应用中处理实践问题的才能。

 

“光学工程与系统设计”课程针对光学工程学科研讨生开设，请求学生具有一定的光学工程根底学问，教学目的是培育光学工程的高级应用人才。授课内容除注重于根本概念的解说和根本原理的剖析外，拟经过大量丰厚的光学系统应用实例，培育和进步学生发现和处理工程问题的才能。

 

因而，该门课程在较短的课时内，既要有对专业根底学问的深化了解，又要结合工程消费理论，以处理实践设计问题为目的，使学生在系统、全面地控制光学设计理论和设计办法根底上，可以独立完成大多数典型光学部件和系统的设计工作。因而，要到达较好的授课效果，对授课教员提出了较高的请求。

 

在“光学工程与系统设计”的授课中，如何将理论与实践相结合，充沛调动学生学习兴趣，使学生逐渐顺应从习气于科学理论、理想假定的学习者到光学工程专业技术人员的转变，培育和进步学生发现和处理工程问题的才能，是重点思索的问题。该文将对教学中遇到的问题及经历进行做出总结。

 

1 “光学工程与系统设计”教学中面临的主要问题

 

在该课程的教学过程中，主要存在的问题有以下几点。

 

1.1 学时少，相应配套课程不完善，学生根底学问程度不平衡

 

“光学工程与系统设计”课程涵盖光学成像理论、典型现代光学系统的构造原理和光学特性、光学系统设计办法等等方面，触及学问内容十分普遍。在有限的学时内，要完成一切的教学内容，到达使学生系统、全面地控制光学设计理论和办法，进步学生现代光学系统设计才能，培育学生工程素质的目的，对学生的根底学问、综合才能的请求都较高。而在实践教学中，由于学生可能来自于不同的本科专业，在光学工程类根底课程方面的学问程度表现出很不平衡，相应的配套课程也不够完善。因而，如何在本课程的教学中，如何缓这些矛盾，补偿这些缺陷，到达好的授课效果，对教员提出了很大应战。

 

1.2 学生工程认识淡薄，入手才能差，不能将理论与实践相结合

 

学生对工程设计的特性仍旧缺乏认识，对工程问题较为陌生，工程认识十分淡薄，因而形成了入手才能差，不能将所学的理论学问与实践应用有机结合的问题。而本课程正是以培育具有良好光学设计才能的工程型人才为目的，因而，如何理论结合实践，在对实践问题的剖析与讨论中，培育学生学习与开展的才能和发明性处理工程问题的才能，是重点要处理的一个问题。

 

1.3 学生的学习积极性问题

 

教育学以为：兴趣是学习最好的教师。学生对所学习的课程产生了兴趣，才干愈加认真、愈加投入地吸取课程的学问，更好地发挥思想和智力的潜能，做出发明和创造。正是由于本课程触及内容普遍，学生根底学问程度不平衡，假如不可以采取合理措施，将理论与理论相结合，充沛调动起学生学习的主动性，就更容易形成局部学生对课程丧失兴趣，消极学习。因而，作为专业课程教师，怎样培育学生的学习兴趣，不使学生觉得学习过程无聊、无用而索然无味，是授课教员必需认真考虑的问题。

 

2 教学变革理论与探究

 

针对以上问题，我们在教学过程中，从教学体系、教材、课件、教学办法等多方面进行变革探究，以完善教学内容、创新教学办法为动身点，从进步学生兴趣，增强师生互动，解说深化浅出，理论结合实践，融入科研内容等多方面着手，改善教学效果，获得了较好的效果。主要采用了以下手腕后。

 

2.1 精心规划授课内容，留意衔接，对症下药

 

该课程许多内容触及到几何光学、物理光学、激光原理等根底课程学问，希望学生可以具有一定的相关根底，在授课时才干产生较好的效果。但是，如前所述，在教学中存在学生根底学问程度不平衡，配套课程不够完善的问题。为处理这一矛盾，在授课体系与授课内容方面，进行了精心的规划，力图合理。

 

首先，在授课内容方面，注重教材内容的科学组织，在内容的编排上留意学问自身的内在规律性、系统性及互相联络，加强课程各个局部之间的逻辑性，对症下药，从而俭省学时，处理课程容量大与学时有限的矛盾。其次，在讲授必要内容的根底上，留意与前期课程的衔接，但并不完整依赖于前期课程学问的控制，而是注重启示、引导学生自主的温习、控制、扩展原有学问，例如经过布置考虑标题、提供参考文献、课上讨论等方式，协助和鼓舞学生经过主动学习，来处理根底学问程度不平衡的问题。同时，在授课中并不简单的依照教材施教，而是及时结合科研项目，充沛应用与课程有关的最新研讨成果，补充身手域的前沿技术。

经过合理的规划授课内容，并在授课过程中，留意衔接，对症下药，鼓励学生课下主动学习的方式，进步了教学质量。

 

2.2 理论结合实践，重在才能培育

 

本课程除了具有学问的系统性、理论性强的特性外，更重要的特性是应用性强。在工程设计中，需求灵敏地运用学过的理论学问，用理论指导理论，才干使设计朝着胜利的方向行进。当设计过程呈现问题时，怎样应用理论学问和理论经历，来有效地进行修正，最终得到满足运用请求的系统设计，这种处理工程问题的才能的进步，是本课程最中心要处理的问题。

 

为此，我们在根底理论讲授后，经过抛出一个或几个实践工程设计问题，引导学生进行深化考虑与讨论，完成自主设计。例如在学习了像差理论及典型显微光学系统后，请求学生设计一款高倍率显微系统，针对该系统设计过程中发作的各种问题，包括怎样从低倍率系统逐渐过渡到高倍率系统，怎样完成复消色差，以及工程实践中如何完成系统装调等等问题，逐个进行讨论和剖析，经过引导学生发现问题，鼓舞学生自主剖析处理问题，进步学生的理论才能。

 

这样的理论与实践相结合的过程，深受学生好评，学生们分歧以为，经过这样的练习，不但加深了对理论学问的了解，更大大进步了他们发现和处理工程问题的才能。

 

2.3 创新授课办法，刺激学生主动学习

 

由于授课内容的更新以及理论与实践相结合的请求，教员在授课办法上也必需进行相应的创新，才干够到达预期的效果。学生是课堂教学的主体，只要激起学生求知的动力，课堂教学才有可能胜利。除了传统的讲授方式外，在本课程的授课过程中，愈加注重启示式教学和讨论式教学。启示式教学办法，是指经过具有启示式的发问，鼓励学生学习的兴趣，从而培育学生的发明性思想才能。讨论式教学办法，是指经过讨论问题，积极引导学生进行独立考虑，培育学生的自主学习才能。

 

在详细做法上，除了采用布置考虑标题，引荐参考文献的方式外，还经过将学生分为协作小组，针对某一任务进行组内协作，然后组织各小组就各自研讨成果在全班进行交流，鼓舞学生之间就技术问题进行讨论、质疑与争辩，加深了解。

 

经过启示式与讨论式教学办法的引入，加强了师生互动，进步了学生的学习兴趣，刺激学生主动学习的愿望。

 

3 结语

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关键词：光电信息;实践教学;学生

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）20-0000-02

一、中北大学光电信息类专业简介

目前，中北大学光学工程学科管理部（隶属于中北大学信息与通信工程学院）有两个本科专业，“光电信息科学与工程”（2013年前为光信息科学与技术，2002年开始招生，山西省特色专业）和“电子信息科学与技术”（2001年开始招生，本专业侧重于光电信息的获取与处理方面，所以归到“光学工程”学科管理部）。相对于国内高水平光电类专业的学校，中北大学在光电信息类专业方面招生较晚，再加之扩招以及光电类专业的实验设备较贵等多方面的原因，实践教学（课程实验、课程设计、毕业设计、学生动手创新环节等）在2013年以前各方面条件差，甚至一些重要的专业基础课程实验也只能用一台实验仪器给几十名学生演示一下或计算机简单仿真，也没有形成完整的实践教学体系。2012年教育部本科专业更新调整后，学校也提出了抓内涵建设，并且把本科专业建设和学科建设统筹考虑，2013年成立了学科管理部，这两年进行了较大的改革和建设。

二、近两年的实践教学改革思想

随着教育部2012年版新专业目录招生的变化以及中北大学抓本科教学内涵建设，学校从管理、资金投入、专业评估方式等多方面对促进本科建设进行了较大的改变。中北大学的光电信息类专业归口到“光学工程”学科管理部这个基层单位，结合学校学科建设、科研方向项目、研究生教学，充分发挥学科优势、教师科研优势（包括科研仪器设备、教师在课程设计、毕业设计等方面结合科研），这两年在实践教学方面进行了建设和改革。

结合本类专业十多年的建设与探索，结合学校学科建设、科研方向项目，相关学科带头人、教授、多年从事教学与实验的相关教师广泛讨论、交流。首先在2013年初对培养方案也进行了修订，增加了实践教学环节，多种途径申请学校在本科实验室的投入，也鼓励教师科研和教学集合，构建了较完善的、适合于本校专业方向和定位的实践教学体系，初步形成了光电类专业的实践教学体系建设思路（之所以说是思路是因为有些因为经费、场地、人员等方面的原因还没有完全实现）。

三、光电信息类专业实践教学体系构建

1.中北大学的“光电信息科学与工程”、“电子信息科学与技术”两个专业都属于“电子信息类”本科专业，其培养方案中的专业基础课和专业课主要包括以下几方面的知识：①电子技术基础（如电路分析、电子线路、数字电子技术）;②信息基础（如信号与系统、通信原理等）;③计算机类知识（如c语言、单片机、微机原理等）;④光电信息类（这部分内容较多）。实践性环节包括：课程内实验、实验课程（一般16学时以上单独设课）、大型实验周、课程设计（2～3周）、毕业实习、毕业设计等环节。其中前三个内容（电子技术基础、信息基础、计算机基础）在我院由相关教师与相关的学科部实验室共同完成。另一个主要的光电信息类的实践环节由“光学工程”学科部来规划、设计和实践。

2.结合本类专业的方向构建光电信息类实验室主要设置有：①激光原理与技术实验室;②光纤技术与光通信实验室;③工程光学与光信息处理实验室;④光电检测与综合应用实验室;⑤光电信息系统仿真及软硬件联调实验室;⑥专业特色与光电创新平台实验室。其中各实验室主要完成实验及涉及的课程如表1所示。表1中含盖了本学科下设的两个专业的光学、光电类课程及课程设计、综合实践等方面的内容，其中有些是两个专业共有的专业基础课和专业选修课（激光原理与技术、应用光学、物理光学、光电信息处理、光电检测技术、单片机原理及用、光电信息课程设计等），有些主要是为一个专业服务，但为另一个专业选修或毕业设计等共用（如信息光学、机器视觉、光谱分析与测试等）。有些实验室主要是提供课程实验（如激光原理、应用光学、物理光学等课程实验），有些实验室除提供课程内实验外，还为综合性课程设计、毕业设计、学生课外创新训练（比赛）等提供条件。

中北大学光电信息科学与工程专业是山西省特色专业，在实践教学体系建设方面、实验室建设方面，结合本校“光学工程”、“信息与通信工程”学科师资情况及科研情况，构建了光电信息类方面四个层次的实践环节，如表2所示。包括专业基础实验、专业实验、设计综合性实验、光电综合课程设计、毕业设计、光电创新与比赛。

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科交叉的边缘科学，它是用现代科学技术的理论和方法，研究新材料、新技术、新

仪器设备，用于防病、治病、保护人民健康，提高医学水平的一门新兴学科。

生物医学工程在国际上做为一个学科出现，始于20世纪50年代，特别是随着宇

航技术的进步、人类实现了登月计划以来，生物医学工程有了快速的发展。在我

国，生物医学工程做为一个专门学科起步于20世纪70年代，中国医学科学院、中

国协和医科大学原院校长、我国著名的医学家黄家驷院士是我国生物医学工程学

科最早的倡导者。1977年中国协和医科大学生物医学工程专业的创建、1980年中

国生物医学工程学会的成立，有力地推进了我国生物医学工程的发展。目前，我

国许多高校科研单位均设有生物医学工程机构，从事着生物医学的科研教学工作

，在我国生物医学工程科学事业的发展中发挥着重要作用。

显微镜的发明“解剖”一词由希腊语“Anatomia”转译而来，其意思是用

刀剖割，肉眼观察研究人体结构。17世纪LeeWenhock发明了光学显微镜，推动了

解剖学向微观层次发展，使人们不但可以了解人体大体解剖的变化，而且可以进

一步观察研究其细胞形态结构的变化。随着光学显微镜的出现，医学领域相继诞

生了细胞学、组织学、细胞病理学，从而将医学研究提高到细胞形态学水平。

普通光学显微镜的分辨能力只能达到微米(μm)级水平，难以分辨病毒及细胞

的超微细结构、核结构、DNA等大分子结构。而20世纪60年代出现的电子显微镜，

使人们能观察到纳米(nm)级的微小个体，研究细胞的超微结构。光学显微镜和电

子显微镜的发明都是医学工程研究的成果，它们对推动医学的发展起了重要作用

。

影像学诊断飞跃进步影像学诊断是20世纪医学诊断最重要发展最快的领域

之一。50年代X光透视和摄片是临床最常用的影像学诊断方法，而今天由于X线CT技

术的出现和应用，使影像学诊断水平发生了飞跃，从而极大地提高了临床诊断水

平。即计算机体断层摄影(computedtomographyCT),即是利用计算机技术处理人

体组织器官的切面显像。X线CT片提供给医生的信息量，远远大于普通X线照片观

察所得的信息。目前，螺旋CT(spiralCT或helicaletCT)已经问世，能快速扫描

和重建图像，在临床应用中取代了多数传统的CT，提高了诊断准确率［1］。医学

工程研究利用生物组织中氢、磷等原子的核磁共振(nuclearmagneticresonanc

e)原理。研制成功了核磁共振计算机断层成像系统(MRI)，它不仅可分辨病理解剖

结构形态的变化，还能做到早期识别组织生化功能变化的信息，显示某些疾病在

早期价段的改变，有利于临床早期诊断。可以认为MRI工程的进步，促进了医学诊

断学向功能与形态相结合的方向发展，向超快速成像、准实时动态MRI、MRA、FM

RI、MRS发展。根据核医学示踪，利用正电子发射核素(18F，11C，13N)的原理，

创造的正电子发射体层摄影(PET)，是目前最先进的影像诊断技术。美国新闻媒体

把PET列为十大医学生物技术的榜首。PET问世不过30年历史，但它已显示出对肿

瘤学、心脏病学、神经病学、器官移植，新药开发等研究领域的重要价值［2］。

影像学诊断水平的不断提高，与20世纪生物医学工程技术的发展密切相关。

介入医学问世介入医学是一种微创伤的诊疗技术。Dotter和Judkin(1964年

)是最早使用介入技术治疗疾病的创始人，他们用导管对下肢动脉阻塞性病变进行

扩张治疗取得成功。1967年Margulis首先使用过介入放射学(InterventionalRa

diology)，这是医学文献出现“介入”一词的最早记载。1977年Gruenzing成功

地进行了首例冠状动脉球囊扩张术获得成功以后，介入性诊疗技术由于其创伤小

、患者痛苦少，安全有效而倍受临床欢迎。20世纪80年代随着生物医学工程的发

展，高精度计算机化影像诊查仪器、数字减影血管造影(DSA)、射频消融技术以及

高分子(high-polymer)新材料制成的介入技术用的各种导管相继问世，使介入性

诊疗技术发生了飞速进步，临床应用范围不断扩大，从心血管、脑血管、非血管

管腔器官到某些恶性肿瘤等都具有使用介入诊疗的适应证，并使诊疗效果明显提高

，患者可减免许多大手术之苦。有人把介入诊疗技术视为与药物诊疗、手术诊疗

并列的临床三大诊疗技术之一，也有人把介入诊疗技术称之为20世纪发展起来的

临床医学新领域--介入医学［3，4］。

人工器官的应用当人体器官因病伤已不能用常规方法救治时，现代临床医

疗技术有可能使用一种人工制造的装置来替代病损器官或补偿其生理功能，人们

称这种装置为人工器官(artificialorgan)。如20世纪50年代以前，风湿性心脏

瓣膜病的治疗，除了应用抗风湿药物、强心药物对症治疗外，对病损的瓣膜很难

修复改善，不少患者因心功能衰竭死亡。而今天可以应用人工心肺机体外循环技

术，在心脏停跳状态下切开心脏，进行更换人工瓣膜或进行房、室间隔缺损的修

补，使心脏瓣膜病、先天性心脏病患者恢复健康。心外科之所以能达到今天这样

的水平，主要是由于人工心肺机的问世和使用了人工心脏瓣膜、人工血管等新材

料、新技术的结果［5］。

肾功能衰竭、尿毒症患者愈后不良，而人工肾血液透析技术已挽救了大量肾病

晚期患者的生命，肾病治疗学也因此有了很大进步。

现代生物医学工程中人工器官的发展也非常迅速，除上述人工器官外，人工关

节、人工心脏起搏器、人工心脏、人工肝、人工肺等在临床都得到应用，使千千

万万的患者恢复了健康。可以说，人体各种器官除大脑不能用人工器官代替外，

其余各器官都存在用人工器官替代的可能性。

此外，放射医学、超声医学、激光医学、核医学、医用电子技术、计算机远程

医疗技术等先进的医疗技术和仪器设备都是现代医学工程研究开发的成果，综上

可见，20世纪生物医学工程的发展，显著提高了医学诊断和治疗水平，有力地推

动着医学科学的进步。

21世纪生物医学工程展望纵观医学新技术诞生和发展的历史，从伦琴发现

X线到今天X射线诊疗技术的发展，从朗兹万发现超声波到今天B超诊断的广泛应用

，从布洛赫和伯塞尔发现核磁共振到今天MRI的问世，从赫斯费尔德发明CT到今天

CT成像系统的应用，都是以物理学工程技术为基础、医学需求为前提发展起来的

医学新技术。循着20世纪医学发展的轨迹，我们有理由预测21世纪新的医学诊疗

技术可能在以下10个方面有重大突破和创新：

(1)各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化，远程医疗信息网络化，

诊疗用机器人将被广泛应用。［6］

(2)介入性微创，无创诊疗技术在临床医疗中占有越来越重要的地位。激光技

术，纳米技术和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。

(3)医疗实践发现单一形态影像诊查仪器不能满足疾病早期诊断的需要。随着

PET的问世和应用，形态和功能相结合的新型检测系统将有大发展。非影像增显剂

型心血管、脑血管影像诊查系统将在21世纪问世。

(4)生物材料和组织工程将有较大发展，生物机械结合型、生物型人工器官将

有新突破，人工器官将在临床医疗中广泛应用。

(5)材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展，植入型药物长效

缓释材料，药物贴覆透入材料，促上皮、组织生长可降解材料，可逆抗生育绝育

材料、生物止血材料将有新突破。

(6)未来医疗将由治疗型为主向预防保健型医疗模式转变。为此，用于社区、

家庭、个人医疗保健诊疗仪器，康复保健装置，以及微型健康自我监测医疗器械

和用品将有广泛需求和应用。

(7)除继续努力加强生物源性疾病防治外，对精神、心理、社会源性疾病的防

治诊疗技术和相应仪器设备的研制受到越来越多的重视与开发，研制精神分析、

心理安抚、生物反馈型诊疗技术和设备将是生物医学工程的新起点。

(8)创伤是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型创伤防护装置、生命急救

系统是未来生物医学工程的重要课题。

(9)即将迎来的21世纪是分子生物学时代，有关分子生物学的诊疗新技术将快

速发展，遗传、疾病基因诊疗技术，生物技术和微电子技术相结合的DNA芯片、雪

白芯片和诊疗系统将被广泛应用。

(10)空气污染、环境污染严重危害着人类健康，研究和开发劳动保护、家庭保

健、个人防护用的人工气候微环境是未来不能忽视的问题。

1997年我国了关于卫生工作改革与发展的决定，提出了奋斗目标：“到2

000年，基本实现人人享有初级卫生保健”，到2010年国民健康的主要指标在经济

发达地区达到或接近世界中等发达国家水平，在欠发达地区达到发展中国家的先

进水平。1999年国家科技部召开了“发展生物医学工程技术战略研讨会”，国家

工程院开展了有关发展我国医疗器械工业战略研究等，对推动生物医学工程产业

发展、落实创新工程战略布置起着重要作用。20世纪人类与疾病做斗争，在医学

诊疗技术上取得了重大成就；但面向21世纪的巨大挑战，我们要动员起来，调整

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1948年刘正东教授生于南昌，1982年他以优异的成绩考入江西师院，毕业后到南京大学进修，后再赴北京大学物理系、美国纽约州立大学布法罗分校做访问学者。1988年他被晋升为副教授，由省教委批准为理论物理硕士生导师。1992年从美国回国后刘正东即晋升为正教授并获得国务院特殊津贴。他组织并申报了光学硕士点并获得国务院学位办批准，成为了当时江西仅有的两个物理类理论物理、光学硕士点的负责人。

1994年12月，浙江大学通过各种努力，第一次破例从地方大学引进人才。1995年他被批准为理论物理博士生导师，由他组织并领衔申报的光学博士点获得了批准。刘正东还历任浙江大学光学与应用技术研究所所长、浙江大学专业技术职务评审组成员、浙江大学“211工程”重点建设学科工作委员会委员。四校合并后他任浙江大学学部(理学学部)学位委员会委员、浙江大学学科学位委员会委员(物理学科、光学工程学科)，浙江省重点学科“光学学科”带头人，两届浙江省物理学会副理事长。

刘正东以身作责，每天上班，来的最早的是他，走的最晚的也是他。长期的辛勤研究累垮了他的身体。2000年下半年，从香港回浙江大学不久，刘正东被检查出患了肺癌。

这次诊断使他的生死观、价值观有了脱胎换骨变化，他以平静坦然的心态直面病后的种种打击和痛苦，积极配合各种治疗，加强身体锻炼。在治疗的时候，刘正东仍然没有放弃工作，忘记学生，他常常一边输液，一边看学生的论文。在各方的努力下，刘正东的病情终于得以好转。2002年他获得香港包氏奖到美国密西西比州立大学做访问教授。

2003年刘正东被南昌大学引进，兼任南昌大学近代物理研究所所长，他领衔申报的江西省“光学工程”一级硕士点和江西省光学重点学科成功，并由他担任学科带头人。刘正东参与申报的材料物理一级学科博士点获得成功，他参与《半导体照明技术》国家教育部创新团队也获得了成功。

来到南昌大学，刘正东没有向学校提出任何要求，他只是用自己申请的科研基金简单装修布置了一下办公室。从刘正东来到南昌大学以后，他所在的教学楼开始亮了起来。在学生心目中，刘正东是治学严谨，为人亲切的导师。

这些年刘正东主持国家自然基金项目6项，国家863子项目2项，省部级项目多项。在PHYS REV、CHIN PHYSLETT、《物理学报》等国内外权威学术刊物一百八十多篇。由他培养的博士硕士有近三十名。

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关键词：实验教学；激光应用；光学信息技术；开放式教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）12-0136-02

一、引言

实验是学生从实践中学习的重要手段，如何在有限的时间内让学生学到更多的知识，掌握更新的技能是实验教学必须考虑的问题[1]。光电信息类各专业的学生必须具备较强的工程实践能力和研究创新能力，才能适应时展需求[2]。传统的以课堂为中心，学生围着教师转的教学方法已经不再适应新形势的需要，如何转变传统人才培养模式，是摆在实验教学工作者面前的问题，这就要求我们不断地开发新的实验，积极探索提高实验教学效果的方法和途径，使学生的实践能力得到更大的提高。在光学工程专业的实验教学中，加强实验教学改革，创新实验教学模式，设立开放探索性实验教学平台，以学生独立操作为主，教师辅导为辅，自主地进行实验设计与探索，这样的实验教学模式可以让学生感到自己是在真正地做实验，而不是年复一年地重复别人的实验[3]。

在激光与光学信息技术应用实践教学体系建设的过程中，我们在基础光学实验中增加了现代光学的内容，注重了定性观察、定量研究和结果思考。设计型、科研型和创新型实验的引入，可以让学生自己设计、独立操作和分析结果，允许实验失败，不以实验结果论成绩，这种实验教学模式力图激发学生兴趣，使过去被视为既伤眼睛又枯燥乏味的光学实验，变成了兴趣盎然、富有挑战性的课程。同时，我们加入了开放式实验教学的元素，学生的主动性被充分调动起来，激发了其潜在好奇心和求知欲，从而培养学生的科学精神、创新思维以及自主分析问题、解决问题的能力，为今后走向就业岗位和自主创业打下良好的基础[4]。

二、激光与光学信息技术应用实践教学体系的建立

激光与光学信息技术实验中心是一个不断发展与进步的实验教学基地，伴随着精品课程的建设，我们更新教学手段，注重启发式教学，通过网络答疑等形式，加强师生间的互动交流，并将最新的科研工作和教学相结合，建立了新的教学评价体系，将理论考核、实验动手能力和科研创新能力结合起来，综合考虑评价学生的成绩。同时，我们注重配套实验室的建设，重点加强科研型和创新性实验的设置与建立，将最新的光电产品引入实验教学，结合学术导师的课题内容，搭建起综合性创新型实验平台，以便于学生了解光学产业前沿及创新思维的培养。同时，我们探究并实现了开放式实验教学模式，实现了实验室资源共享，培养了同学之间的团队合作意识。

1.严格化实验室教学和管理制度。激光与光学信息技术实验中心是一个系统性强的实验教学基地，其内容全面，体系合理，结构科学。激光应用光学实验室中，光学仪器的造价比较高、精密度高，在日常实验教学中，要求实验仪器保存和维护状况良好。在实验操作过程中，实验环境和客观人为等因素都可能影响实验结果，所以，加强实验设备的管理与维护，建立完善的实验规章制度是非常必要的。我们要求每位同学必须穿鞋套进入实验室，实验全程注意卫生，实验室内不能随意搬动仪器设备。在做实验之前，必须首先熟悉光学元件和仪器设备的使用规则和维护措施，预习好实验内容，做好实验的准备，实验前实验教师会针对实验内容做随机提问和简短答辩，实验操作期间不得随意进出实验室，如果恶意损坏仪器应照价赔偿，等等。

2.实验体系的分层次教学。根据理论教学内容及专业培养目标，实验课程中各个实验项目的具体实现形式可以采用验证型、操作型、演示型、设计型中的一种或多种。为了保证实验课程的教学质量，该实验课程实行小班上课，以组为单位，每组使用一套实验系统，每组人数和小班人数根据具体的实验内容和学时长短确定。实验课程在设计时，采用分层次教学的思想。整个教学内容包括两大类：一是基础实验环节，二是实验提高环节。基础实验环节是根据培养目标，对所有学生实施的基本实验教学内容，以配合理论教学顺利进行。实验提高环节是针对能够轻松完成基础实验环节，又有进一步提高愿望的部分学生实施的实验教学内容，以实现培养优秀工程技术人员及研究型人才的目标。根据学生的个性和发展需求，按研究型、应用型、特长型三类模式培养，对不同类型学生按照不同的培养方法，培养不同的能力，鼓励个性化发展。加强具有探索性原理实验环节的建设，夯实专业理论基础。光电信息类课程理论性比较强，内容比较抽象，学生理解有一定的难度。为此，国内许多高校往往会有针对性地开设一些原理性课程实验，但是这类实验多为验证性的演示实验，教学效果并不理想。针对这一现状，激光应用实验室准备系统性地开设一些具有探索性原理的科研型实验环节，切实保证本科教学效果。这在国内同类专业院校实验室建设中是一次新的大胆尝试。实验课是使学生加深理解课程内容、提高实践能力的重要环节。在实验教学中，我们突破传统的实验课模式，设置了大型综合性设计型实验，对于综合性设计实验，教师只提出方向，不规定具体的实验题目，由学生自己创意、制订方案，论证其可行性，然后由教师审核。审核通过后学生自行搭建光路，编制软件，调试实验。在实验报告中，要求阐明题目的意义、方案的可行性以及调试的结果，最后谈自己的感想，需要改进的方面及措施。这些创新型实验调动了学生的学习积极性，发挥了学生的想象力，培养了学生的创新意识和能力。

3.实验考核评价体系。在实验教学中，确立公平、公正的实验考核评价体系也是对学生成绩公平性的体现。我们尝试着把实验成绩划分为三部分：实验预习成绩、实验操作成绩和实验结果报告成绩。其中，实验预习成绩主要来自于学生的预习实验报告以及实验开始之前的随机提问抽查；实验操作成绩的评定主要依据学生在实验过程中的具体表现，包括对实验仪器的熟悉程度、对实验过程和实验现象的了解和理解情况以及实验过程中排除操作故障的能力，并对学生的表现进行记录作为考核的依据，在学生离开实验室之前，检查每组学生的实验数据是否完整合理；实验报告成绩依赖于学生的实验报告是否完整、准确，误差分析是否合理，实验现象分析是否正确，实验误差是否在允许范围之内以及误差的处理和分析情况来评定。

4.关于开放式实验教学的探索和实践。开放式实验教学是一个系统工程，是从封闭的教学模式中走出来，为学生提供一个能够充分发挥自主性、创造性的学习环境，提供更为丰富的、可以留给学生更大思考空间的教学模式[4]。同时，开放实验室可以实现实验设备的共享，相关领域知识的渗透，加强同学之间的合作、交流、讨论与提高。开放实验项目向本专业或相关专业的学生公布，主要面向本科优等生和低年级研究生，学生对感兴趣的项目提出申请，由指导教师及相关实验教师共同做好录取工作，学生的实验项目确定后，制订出实验方案，再将方案提交给指导教师和实验技术人员，共同商定实验日程。在学生进入实验室时，先由实验技术人员对学生培训，培训内容包括实验室规章制度、实验室仪器设备使用、低值耗材使用及日常排列要求等。在培训过程中尽量细节化，这样做即让学生对实验室布局和仪器设备有了更深的了解，也能最大限度的提高仪器设备的使用安全性，保证实验的顺利进行。当学生在实验中遇到各种困难、障碍时，可以自由讨论，也可以和教师一起研究和讨论，共同寻求解决问题的方法，这样能对培养学生的创新思维起到重要的作用，为今后从事科学研究与开发奠定基础，同时也完善了实验教材中实验项目的知识结构，丰富了实验教学内容，适应新时代人才培养的要求[5，6]，实现师生互动、教学相长，对实验教学工作者的业务能力也提出了更高的要求。

三、结语

在传统光电实验中增加现代内容，注重定性的观察与定量分析，理解实验过程，探究实验结果，加入开放性实验教学元素，让学生自己设计和研究，提高实验兴趣和挑战性，这样的教学改革受到学生的普遍欢迎，并在日常教学实践中起到良好效果。综合性实验教学体系使学生的视野开阔了，实验技能提高了，不仅培养了他们对光学探究的能力，并且在一定程度上提高了学生的创新思维能力、实践能力和科研能力。在不断的探索过程中，激光与光学信息技术应用实践教学体系已经基本建立，基础型、设计型、科研型和创新型元素相结合，能够合理安排实验资源，同时也实现了因材施教。在不断的建设、总结和教学实践过程中，我们认真思考，勇于开拓，也体会到实验教学改革是多方面的，也是系统性的。我们将在不断探索、研究的基础上，继续更新与完善。

参考文献：

[1]巫建坤，赵双琦.工程光学基础课程的实验教学改革[J].实验室研究与探索，2007，20（1）：39-40.

[2]余厚全，吴凌云.电子信息类专业实验教学的几点思考[J].实验室研究与探索，2009，28（6）：102-104.

[3]张明霞.高等院校光学实验教学模式改革与实践研究[J].天水师范学院学报，2007，27（5）：72-74.

[4]田丽娟，陶波.开放式实验教学模式培养创新人才[J].黑龙江教育学院学报，2010，29（3）：67-70.

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哈尔滨工业大学研究生院专业有计算数学、概率论与数理统计、应用数学、运筹学与控制论、物理学、理论物理、粒子物理与原子核物理、原子与分子物理、等离子体物理、凝聚态物理、声学、光学、无线电物理、无机化学等专业。

哈工大研究生院国家重点培育学科2个；博士学位授权一级学科27个，硕士学位授权一级学科41个，博士专业学位授权点1个，硕士专业学位授权点10个，博士后科研流动站24个。

在教育部第三轮学科评估中，哈尔滨工业大学研究生院有10个一级学科排名位居全国前五位，其中力学学科排名全国第一。材料科学、工程学、物理学、化学、计算机科学、环境与生态学、数学、生物学与生物化学等8个学科进入ESI全球前百分之1的研究机构行列，其中材料科学、工程学已进入全球前千分之1的研究机构行列。

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教材的选择应符合我院专业培养的要求并且应具有光电工程的专业特色，针对后续专业课程如“光电检测技术”、“光学测量”、“自动控制原理”等要求学生具备一定的检测技术方面的知识，再加上我院学生整体上电路方面的知识相对薄弱的特点，经过更换几次教材，最后我们选定的是自编的《传感与检测原理》。根据教学大纲32个课时的要求，我们对教学内容做了如下调整：适当控制光电传感器的学时，避免与光电检测技术课程重复的内容（如光电导、光生伏特器件等），结合专业特色，增加一些新型的传感器的介绍比如红外探测器、图像传感器、智能传感器等。一方面使光电学院的学生能够及时了解当下热门传感器的发展动态，其能达到的性能指标，以及一些新型的传感器的发展，紧跟时展，为学生在以后的毕业设计奠定一定的检测技术方面的基础，对专业知识的完善起到一定的辅助作用。结合专业特点，突出知识体系的重点和难点，特别是针对光电学院的学生以后做毕业论文或工作中可能会遇到的传感器（如光纤传感器、霍尔传感器等）做重点详细的介绍。

二、教学方法的改革探索

按照课程大纲的要求，在讲授过程中，分别介绍了应变式、电容式、电感式、压电式、霍尔式、光纤、CCD、温度传感器等一些经典传感器的基本原理、特性、测量电路及其应用。各种传感器章节相对独立，可以适当地调整讲授的顺序。传感器的讲授基本遵循从组成结构、工作原理、分类、等效电路、特性参数到应用这一思路。另外结合较常见的被测量，教师适当地总结归纳常用的传感器的使用要点及其选择依据，如都是测量位移的传感器，应变式传感器、电容式传感器或电感式传感器在使用的时候区别在哪；又比如都是做开关，电容式传感器和电感式传感器在原理上是否有区别，等等。以前我校的教学模式是以课堂讲授为主，根据教学内容开设少量的验证性试验。这种教学模式过于注重原理的分析，学生只是机械化地记住了传感器的一些基本概念和工作原理，但是当要解决实际问题时却感觉无从下手，缺乏对传感器的直观认识，甚至有学生体会不到传感器的实际应用价值。鉴于此，我们有必要对传统的教学模式进行探讨，通过教学方法、教学模式的改革让学生切身感受到将“传感与检测技术”的知识学以致用的快乐，实现传统教学方法所未能达到的效果。

1.调动学生的积极性，激发学生学习的兴趣。

教学方法改革的一个关键问题就是如何吸引学生的注意力，培养学生对课程的学习兴趣。在《传感器与检测原理》课程的教学过程中，我们通过平时生活中比较常见的现象来引出相应的教学内容，如通过对吊扇和空调的对比，举出温度传感器的作用；又如教室里的自动感应灯、审讯室的监听设备、家用的电磁炉都是怎样工作的；又如医学上的进步：X照影技术、内窥镜手术等如何实施；机器人如何识别周围环境；最新研制的无人驾驶汽车怎么实现在高速路上的行驶；等等。通过分析吊扇和空调工作原理的区别，引出传感器的重要性。这些实例大大激发了学生的学习兴趣，使学生认识到了学习该课程的重要性，为学生学习该课程后续内容作了准备。

2.充分运用现代教学手段合理使用教具。

传感与检测技术课程的特点是原理多，公式复杂，推理较多。在传统以往的教学中，教师在黑板画原理图或组成图时，一方面图形较为复杂占用很多时间，另一方面图形缺乏立体感，无法形象地描述检测过程，无法激发学生的学习热情。因此在教学过程中，我们通过运用多媒体，让传感器参与的控制/检测系统的过程和结果比较形象化、立体化，让学生对其工作原理有了感性的认识；通过PPT，学生了解了各种不同类型传感器的形状，对传感器有了比较直观的印象。多媒体课件的引入充分激发了学生的学习兴趣，活跃了课堂气氛，使学生对检测系统有了比较全面的认识。

3.教学与实验相结合。

为加强学生的动手能力、创新意识并促进学生对课堂知识的消化吸收，我们设置了相应的实验环节。通过实验学生自己动手接触各种不同类型传感器并搭建其相应的检测系统，一方面通过实验来验证原理，加强对基本定义的理解，另一方面增强了学生的测试技能、动手能力及实际问题的分析能力。

4.教学与科研相结合。

重视教学和科研的结合提高了学生的学习兴趣并拓展了学生的知识面，比如在讲霍尔传感器时，结合实际科研，采用霍尔传感器来定位，通过实际检测系统，对霍尔传感器的应用，包括霍尔元件的电路处理等进行介绍说明，加深学生对霍尔效应和对霍尔传感器工作原理的理解。又比方说，要设计一个测温系统，我们根据不同的测量温度和精度要求会选用不同的温度传感器。又比方结合我校光学工程的特色，在他们比较熟悉的光学类的科研项目中，通过具体的项目介绍各种不同光电类传感器的选取依据，包括不同类型的光源的选取。通过传感与检测原理知识在实际科研中的应用，学生可以更了解传感与检测原理课程学习的重要性。这种模式使学生认识到了传感与检测技术在科研中的重要性，并激发了学生学习的热情。

5.教学与生活、社会需求相结合。

目前，部分同学缺乏对课程学习的兴趣，不了解对本课程学习的意思，光学工程专业部分同学甚至认为跟他们以后的工作、研究方向没有关系，缺乏上课的积极性，不能很好地集中注意力。再加上枯燥理论的学习让他们很难集中精神听课，因此，在课程的讲授中最为重要的就是如何培养学生的学习兴趣，激发他们对本课程的学习热情。在知识点的讲授过程中，根据专业方向的不同，要有侧重点，通过一些热门的话题或他们比较感兴趣的话题引出知识点，如在介绍一种传感器的时候，通过列举一些现实生活中较常见的现象或者仪器，比如在介绍应变式传感器的时候，首先向学生介绍他们较为熟悉的电子秤重计的工作原理等，在介绍电感式传感器时可以先给大家介绍窃听器、拾音器等他们比较感兴趣的设备和比较感兴趣的话题。让学生比较直观地了解不同传感器的工作原理以及它的应用，让学生认识到，传感器在我们平时生活中随处可见，提高其学习的积极性。

三、结语

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本文阐述了电荷耦合器件（CCD）的原理，分析了CCD技术的发展及现状，并对今后的发展进行展望。

【关键词】CCD 势阱 工业摄像机 异性纤维

1 引言

电荷耦合器件（CCD）是美国贝尔实验室在1970年左右发明的新型半导体器件，CCD（Charge Coupled Device）是电荷耦合器件的简称，CCD是一种金属-氧化物-半导体结构的新型器件，其基本结构是一种密排的MOS电容器，能够存储由入射光在CCD像敏单元激发出的光信息电荷，并能在适当相序的时钟脉冲驱动下，把存储的电荷以电荷包的形式定向传输转移，实现自扫描，完成从光信号到电信号的转换。这种电信号通常是符合电视标准的视频信号，可在电视屏幕上复原成物体的可见光像，也可以将信号存储在磁带机内，或输入计算机，进行图像增强、识别、存储等处理。

2 线阵CCD在工业上的应用现状

2.1 用于轨道振动的非接触式测量

振动测量与实验一直是工程技术中的难题，对于航空航天，动力机械，交通运输，能源工业，土木建筑等尤为重要，振动直接影响机器的运行的稳定性，安全性和人体感觉的舒适性，直接影响生产的有效性和精确性。在交通运输中，铁轨对于火车来说相当重要，尤其现在随着经济发展，火车的提速对铁轨的要且相当高，铁轨受到列车的激励会产生手破振动，当振动级过大时时铁轨产生裂纹，断裂，接触面磨损，紧固件松动，从而提前报废，严重时会产生车毁人亡的事故，因此在对铁轨振动测量中采用线阵CCD，运用光学技术，电子学技术，CCD传感技术并同计算机数据处理技术相结合，克服接触是测量的缺点，能同时测量任意5点的振动，灵敏度高，价格低廉等优点。根据对标准振动态测量得到的波形分析，振幅测量范围为0.1-200mm，测量精度优于0.1mm。实验证明此方法测量速度快，精度高，抗干扰能力强，性能稳定，对被测物没有机械，电磁等干扰，因此可适用于多种现场振动检测的许要。

2.2 用于钢管内径的测量

在钢铁工业生产中，为保证钢铁质量，不仅要检测钢管的外径，而且还要检测钢管的内径，以便及时调整轧钢设备减少材料的浪费。尤其在火炮的加工中，对跑堂的直径和形状误差的精确检查时比不得少的。用线阵CCD传感器的测量钢管内景的光电检测装置来代替传统的量规检测方法，在一些发达的国家已经开始采用。在装置能测量的范围内，仪器的分辨率为0.001mm，测量误差在-0.02-+0.02mm。同时次装置在测量范围内对各种有色金属和非金属管类产品的内径均可以测量。

2.3 用于异性纤维的检测

在纺织领域中，可用线阵CCD作为检测异性纤维，杂质的装置。在原棉中除棉纤维以外，混有一些杂质，他们中的大多数可在开清梳阶段被清理出去，还有一些被打击成细小的杂质，这些细小的杂质是我们要控制的一个重要的指标，而与棉纤维性能接近的异性纤维及被污染的纤维，在一般的纺织工艺中，很难被去除掉。他们的危害性将在后道德印染工序及最终产品中显现出来。因此采用线阵CCD传感器的工业摄像机检测通过传送带上的棉花，再将图像信号送到计算机中经过特殊的算法进行图形处理，检测到混在棉花中的杂质，该装置采用光图像识别方法根据异性纤维的色相，饱和度，强度三大光学要素进行判断，可自动识别有色尼龙，塑料，麻线以及无色透明或与棉花颜色相近的杂物。其最小分辨率≤1mm。对于提高纺织工业的自动化水平有相当重要的意义。

2.4 其他方面

在军事工业领域，利用线阵CCD系统利用交汇测试原理来测量于动物体的位置尺寸。它利用TDI-CCD来进行测试，对于高速运动的物体的检测受到很好的效果，已经在军事及工业部门有着广泛的应用。另外，在公路路面的裂缝等的检测技术也随着CCD数字摄像技术的发展，逐步由人工检测向自动化检测方向发展，利用CCD相机借助光学系统将路面信号经观点转换成视频信号，再在计算中利用数字图像处理技术进行处理，从而可对路面的裂纹进行汉好的识别，提高对路面质量的监测、评估和病害分析。

3 结论

本文简要介绍了CCD的工作原理，并就其在工业检测中的应用及发展作了阐述。由于CCD图像传感器是一种高精度检测传感器，其应用已经渗透到工业各部门，并在国名经济生产中有广泛的应用，随着CCD传感器制作技术的提高，图像处理软件的进一步发展，CCD传感器与集成电路的应用前景进一步集成，CCD传感器的应用前景将更加广阔，其在工业测控系统中也会越来越占有重要的位置。

参考文献

[1]王以铭.电荷耦合器件原理与应用[M].北京：科学出版社，1987.

[2]王庆有.CCD应用技术[M].天津：天津大学出版社，2000.

[3]单锦安，尚世铉.电荷耦合器件（CCD）[J].物理实验，2000.

[4]宋培华，朱玉渊.在线检测中机器视觉的CCD方案[J].计算机工程，2001.

作者简介

孙亚英，女，乌兰察布市人，现供职于内蒙古工业大学工程训练中心，从事先进制造技术方面的研究。

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关键词：研究生实验课程；教学；创新能力

中图分类号：G642.4？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）50-0177-02

自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来是我党提出的建设创新型国家的指导方针。建设创新型国家需要技术创新作为核心驱动力，需要培养高水平的创新型人才做支撑。研究生是教育体系中最为重要的一环，已经掌握了本学科的基础理论知识，思维活跃，精力充沛，创造力强，是形成高水平成果的黄金时期。研究生创新能力的培养，不仅需要深入扎实的理论功底，而且需要具备较强的工程实践能力。因此，研究生实验课程的设置，对提高研究生的动手能力、创新能力具有举足轻重的作用。光电类研究生实验课程可以进一步深化书本上所学的理论知识，提高和深化自身对物理本质的认识，提高研究生的实验技能，增强实验能力。

文献指出[1]：美国麻省理工学院（MIT）的电气工程与计算机科学系（全美同类学科排名中名列第一）和伊利诺斯大学香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）开设了非常丰富的光电类实验课程，并建立了非常完善的考核评价体系。国内浙江大学、华中科技大学和天津大学等多所光电学科排名靠前的大学在研究生阶段都开设了光电类实验课程。国防科技大学光学工程一级学科是“十一五”国家重点建设学科，在2012年全国光学工程学科评估中综合排名第四，学院以光电技术在国防现代化中的重要作用为牵引，主要从事国防现代化建设中的关键技术攻关研究和光电学科领域的科学研究、工程技术应用以及高素质人才的培养工作。鉴于光电类研究生实验的重要性，2010年，学校与学院投入了大量的人力、物力、财力，重点建设了学校“十一五”重点建设课程《高等光电技术实验》，结合几年的实验教学，浅谈自己的几点体会与思考。

一、研究生实验设置应与所学基础理论知识相结合

结合我院人才培养的目标和光电类学员的特点，学院于2012年修订了新的培养方案[2]，方案中强调了加强基础理论知识的培养，更加注重实践能力的培养，大力提倡和鼓励光电创新实践活动。结合学院专业设置，本科阶段开设了《激光原理》、《激光技术》、《应用光学》、《光纤传感技术》、《光电技术》等一系列专业基础课程。《高等光电技术实验》结合本科所学习的基础理论课程，优选和设计实验，开设了“光学技术”、“激光技术”和“光纤技术”3个单元共9类实验[3，4]。“光学技术”单元主要侧重成像光学系统、非成像光学系统与各种类型的工程干涉仪；“激光技术”单元主要侧重典型的三种激光器：气体激光器、半导体激光器和固体激光器，以及气体激光器的一个典型应用，也是学院一个特色学科——激光陀螺。“光纤技术”单元主要侧重于光纤的性能测试，单模光纤特性与干涉仪实验以及光纤通信技术。以“激光技术”单元为例，4个子实验分别让学员熟悉和掌握了典型的激光器，实验中对法珀腔的参数调节、测量、性能分析，半导体激光器参数的测量，激光二极管泵浦的Nd：YAG固体激光器调谐及工作参数测量等均涉及到本科课程《激光原理》的知识，氦氖激光器横模、纵模的选择、KTP晶体倍频、主动调Q、被动调Q等均涉及到本科课程《激光技术》的知识。激光陀螺实验可以使学员具备运用激光技术的基本概念和方法解决工程实际问题的能力。由此可以看出，研究生实验与本科基础课程的紧密结合，有利于加深学员对激光的理解，提高和深化学员对光电类基础知识的掌握，对研究生学员后续开展科研工作、提高创新能力具有重要作用。

二、在实验教学中提高研究生的创新能力

美国教育家杜威早就指出：“任何知识的学习，既是为某一理论提供依据，又是创建和形成新理论的素材。”这种思想就更加促进我们对光电类研究生创新能力的培养，同时也要求教员投入更多的精力在实验教学中加强对学生创新意识和创新能力的培养[5，6]。《高等光电技术实验》教学中充分体现了这一点，教学中每一个教员负责一个实验，实验中首先介绍基本原理和理论知识，促使学员回忆和巩固以前学过的基础知识，结合特定的实验方法，引导学员从多个角度和多个层面对实验现象进行分析，认识实验中出现的物理现象，体会其中的物理奥妙和物理本质。完成每一个子实验后，对实验结果进行研究性、启发性探讨，提出优化的实验方案，倡导结合实验进行创新性实验，提高学员的创新能力和动手能力。将光电技术综合实验中心设置为开放性实验室，鼓励学员到实验室来完成自己新的想法、新的思路和新的创意。利用光电技术综合实验中心这一优良的平台，搭建实验系统，积极参加各种创新竞赛。为将来进入各个教研室从事科研工作提供便利。

三、建立完善的考核机制

根据《高等光电技术实验》这一实验课的特质，不像其他教学课程，评定学员成绩不能完全依赖于期末考试和实验报告，借鉴国外高水平院校的经验，实验课程的考核由平时成绩和实验报告两部分构成，加大平时成绩的比重，平时成绩占60%，实验报告占40%。平时成绩包括实验操作规范、实验操作记录情况和实验完成情况。其中实验操作规范、实验操作记录情况占平时成绩的15%，实验完成情况占平时成绩的45%。若在实验过程中，对实验建设和实验安排及新的创意等提出合理的建议的，可适当加分。由于实验系统有限，故在《高等光电技术实验》中需要将学员分配为固定的若干组，这样在实验中往往发现有个别学员很少参与讨论，并且自己动手的机会都少了，不主动与其他学员合作，由于与其他学员一组，最后完成的实验报告也与其他学员一致，这样就会产生弊端。需要教员在实验过程中及时提醒学员，合理安排实验顺序，请每个学员对物理现象等进行阐述，并强调实验报告需要独立完成。学员通过这样的学习过程，提高了实际解决问题的能力和团队合作能力。

四、结论

研究生的实验教学是培养研究生创新能力的重要手段，在实验教学中如何提高研究生的创新能力，需要不断的摸索和尝试。本文作者结合近几年《高等光电技术实验》的教学经验，浅谈了几点自己的教学体会，但还有很多问题需要解决和探索，需要我们所有教员共同努力，共同搭建一个优秀的研究生实验创新平台。

（致谢：本文作者们诚挚感谢光电技术综合实验中心和梁永辉教授等为课程《高等光电技术实验》所付出的艰辛劳动，感谢他们为作者们提供了有一个很好的研究生实验课程的教学平台和实践机会。）

参考文献：

[1]郑晓东，闻春敖，王晓萍，刘向东，刘旭.世界著名大学光电类实验课成绩评价体系初探[J].实验室研究与探索，2011，30（7）：115-118.

[2]国防科学技术大学研究生院.国防科学技术大学研究生2012年培养方案[Z].2012.

[3]谭中奇，姜广文，谢文科，张斌，汪之国.浅谈研究生课程《高等光电技术实验》的教学体会[J].高等教育研究学报，2012，35（1）：68-70.

[4]胡浩军，梁永辉，马浩统，谢文科，毛宏军.关于改进光电工程类本科专业实践能力培养环节设置的思考[J].高等教育研究学报，2012，35（1）：57-59.