【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2016）02-0069-02
随着现代科学技术的快速发展，光电检测技术作为一门研究光与物质相互作用的新兴技术，因其测量精度高、速度快、非接触、频宽与信息容量极大、传递信息效率高、自动化程度高等突出特点，成为现代检测技术最重要的手段和方法之一。在工业、农业、军事、航空航天以及日常生活中应用得非常广泛，是现代信息类工科学生必须掌握的知识。
自2004年起，光电检测技术课程成为北京信息科技大学光信息科学与技术和测控技术与仪器两个专业共同的一门重要专业课。该课程将光学检测技术与现代微电子技术、计算机技术紧密结合起来，深入讲解各种光电转换技术及器件的原理、特性和基本用法，结合具体应用，详细介绍各种激光干涉、衍射，光纤传感等光电检测方法、技术及系统，最终让学生深入理解光电技术的基础理论和基本知识，对各种光电器件和光电检测技术有一个全面的认识，并且掌握多种光电检测方法，以便在实践中熟练应用，为学生今后的工作打下坚实的基础。理解和掌握这门课程，对于提高学生素质和培养分析能力、创新能力都有重要意义。
同时由于光电检测技术以光电子学为基础，以光电子器件为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用，这正是学院仪器科学与技术和光学工程两个一级学科共同的研究方向。学院众多教师在该方向的长期科学研究过程中，不断加深对光电检测技术的基本理论、实施方法、系统和关键技术的理解和应用，在光、机、电、计算机相结合的激光干涉测量、激光衍射测量、激光跟踪测量、光纤传感检测、光电多自由度监测等各种物理参数测量仪器和系统方面展开了深入研究，取得了丰硕的研究成果并积累了丰富的科研经验。
2013年开始，以精品课程为目标，我们深入开展了光电检测技术课程建设，涉及课程教学内容的更新、实验环节的改进和考核方式的改革等。
一 教学内容
如图所示，一个典型的光电检测系统包括光学处理部分、电子学处理部分，两者通过光电转换部分有机连接成一个整体。与之相对应，光电检测技术课程内容多、发展快、涉及知识面广。为此，我们首先对授课内容进行比较分析和归纳总结，提炼出最基础的关键原理，同时吸取众家之长，结合专业特点，补充有代表性的最新应用。
首先对应用光学、物理光学、信息光学等课程已经讲授的内容大幅度减少授课学时，例如光电检测中常见光源、光学系统和设备相关内容的学时压缩一半；但鉴于辐射度和光度学是专业选修课，一部分学生没有选修，一部分学生选修后掌握不够多，将该部分知识的讲解课时适当增加，补充了一些与学生日常生活关联度高的内容，增强学生学习的兴趣；强化光电转换器件部分，如前所述，该部分所介绍的各种光电转换器件是光电检测技术的关键环节，深入介绍了各种光电子发射探测器、光电导探测器、光伏探测器、光电成像器件的原理、特性和基础应用，还专门介绍了应用日益广泛的红外热成像探测器；同时考虑到调制解调技术在光电检测系统中的广泛使用，专门对此技术做了重点讲解。调整后整体内容更丰富，兼顾了基础原理和实际应用，学生反馈良好。
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* 北京信息科技大学课程建设项目资助
我们还将课程内容与后续的专业综合实践环节相配合。因为学院两个专业都开设有专业综合实践环节，该环节主要培养学生综合运用所学知识掌握某些光机电系统的设计能力，将所学与实际应用有机结合起来，最终提高学生分析问题和解决问题的能力，培养他们的创新意识及创新能力。光电检测技术正是与专业综合实践相对应的一门重要的综合性课程，我们在授课过程中有意识地将后期综合实践可能涉及的内容经提炼后引入到课程教学中，前期培养学生的综合应用意识和能力，为后续的综合实践环节打好基础。
二 实验环节
课程设有8个学时的实验。通过较充分的实验，使学生在掌握光电检测技术基本理论知识的基础上，培养设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析。
但我们发现，学生在综合运用理论和技术手段设计系统的能力有所欠缺，主动性不足。为此，我们特别增加了学生自主设计实验，例如让学生自主设计一个光强自动控制装置，能够探测环境的光强，当环境光暗到一定程度后（根据环境情况，制定特定的照度值），能点亮LED。并且环境光越暗，LED越亮。通过此实验，促使学生了解各种光强探测原理及传感器，选择合适的光强探测传感器并设计其驱动电路，掌握输出光强控制方法并设计相关电路，掌握实验调试方法和实验数据分析处理方法。整个实验由学生自主设计，在设计方案审核通过后自主搭建系统并完成功能调试，最终提交完整的设计报告，包括任务分析、调研、系统方案设计、成本核算、具体电路设计、调试过程和测试结果处理。这样的实验学生参与度高、效果更好，对提高学生知识的综合运用能力和手脑结合的能力有较大帮助。
三 考核方式
该课程加强了过程考核，增加了平时作业、课堂表现、小组专题宣讲和实验部分在总成绩中的占比，特别是对于平时表现和实验部分成绩优秀的学生，本人申请获批后，可以免书面考试，以实物作品、论文、竞赛来代替。
对于大多数学生的期末考试，在出题过程中有意识地与课程目标紧密呼应。本课程的课程目标按照工程教育认证标准，主要涉及了通用标准毕业要求各种能力的培养，因此试卷题目也从各个角度对学生的以上能力进行考核。例如，为考核学生了解光电检测技术的现状和发展趋势情况，我们出了让学生填写近年来诺贝尔物理奖主要内容的题目。又比如，为了考核学生掌握基本的创新方法，具有追求创新的态度和意识；具有综合运用理论和技术手段设计系统的能力，设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素的情况，我们在考试中有针对性地出了分值较高的光电检测系统综合设计型题目，加强了对学生综合分析和设计能力的考核。
四 结束语
借助光电检测技术课程建设，我们对该课程展开了全面探索和改进，紧密结合工程教育专业认证的要求，梳理了课程教学的内容，增加了学生自主综合实验，改进了课程考核方式，增强了学生的学习兴趣，提高了学生的综合分析和设计能力，初步达到了建设目标。
参考文献
[1]雷玉堂.光电检测技术（第2版）[M].北京：中国计量出版社，2009
1 概述
微弱光信号检测技术及其相应的光电检测技术可应用于各个领域，如在军事领域，用于隐形目标侦查、武器制造和目标距离检测以及无线通信等；在工业领域，可用于检测产品质量、控制环境污染量及产品计量等方面；在化学分析领域，可用于鉴定物质结构、检测分析药物成分等：在医学领域，可用于分析医学电子图像，通过回测微弱信号检测疾病等[1]。微弱光信号检测技术的研究意义重大。
2 微弱光信号检测技术研究现状
对于微弱光信号检测来说，其难点在于微弱信号采集部分的设计以及转换电路的设计。近些年来，随着现代光电技术的发展，关于微弱光信号的检测、采集与处理技术的研究也取得巨大发展。在采集检测系统的设计与实现方面，众多学者从不同角度进行了尝试和探索。
如采通过在信号处理电路中设置信号通道和参考通道方式，利用微处理器将广义白噪声滤除，开发出“BHJ-400”型红外测温仪。该红外测温设备即使在强噪声的背景下也能实现对微弱光的检测[2]；文献[3]基于信号的相关性原理，设计一锁相放大器并用于检测微弱光信号的测量系统中。从而研制出红外多光谱辐射温度测量系统，同时采用将方法与函数模型法相结合并根据自动化原理设计出双向反射分布函数自动测量系统[3]；采用在同一测量装置上集成非接触式光学成像CCD传感器和接触式光纤传感器方式测量工件的孔径，由于测量技术的科学先进性，该测量设备的测量精度可以达微米级[4]；文献[5]以采用高精度运算放大器及FLASH型芯片核心进行硬件系统和软件系统设计，其测量输出光功率的稳定度可达±0.01nW，有效实现了在光纤通讯领域中对传输终端的微弱光信号功率的高精度测量[5]。
可以看出现有方法多数基于相关检测原理设计锁相放大器，实现对微弱光信号的检测。然而这类方法都有实现成本高、流程和结构比较复杂等不足。寻找一种精度较高、成本较低且结构简单的微弱光信号检测系统十分必要。近期许多学者提出了一些改进的检测方法，取得了较好检测效果。
如文献[6]对传统的全部采用专用集成电路来检测微弱光信号的方法进行改造，将传统方法中不能适用于多变场合的缺点进行优化。该系统采用部分集成电路与相对分立元件相结合的方式形成两种放大器，系统中的光电转换电路以低输入偏置电流放大器AD549 为主。实验证明，分立电路既保留了传统检测系统抗干扰能力强等优点，且具有可操作性强和测量方式多变等优点[6]。文献[7]采用S2387系列光电二极管，结合多级放大路与T型反馈电阻网络，设计了一种放大倍率可编程的微弱光强信号采样电路。基于对实验数据的分析，通过对前后级放大倍数的合理分配，实现对光强或波长变化比较大的微弱光信号的最优放大，使得到的图像波形更加便于分析、研究。同时该电路兼顾了提高响应速度与降低噪声的要求，简洁可靠，测量精度高[7]。文献[8]通过设计下位机将待测光信号进行光电转换、放大和滤波等处理，下位机由光电转换电路、前置放大电路、多级放大电路、有源滤波电路和数据传输电路构成。通过采集卡将下位机采集到的信号送到上位机处理，提出一种自适应窄带功率谱滤波方法[8]。
此外，微弱光信号检测方法的理论研究也得到了较快发展，如文献[9]采用最优混沌模型李亚普诺夫指数法定量检测微弱光电信号幅值方法。基于最优混沌模型，解决了传统混沌方法检测时出现的可检测信噪比高、检测阈值误差大等问题[9]。文献[10]基于相关检测理论，设计微弱光纤陀螺信号检测系统，实现对开环背景噪声中微弱光纤陀螺信号的精确检测[10]。文献[11]基于数字正交相关检测方法，设计用于微弱激光信号检测的光电检测装置，在数字相关检测基本原理的基础上完成对光电检测系统的整体设计开发。仿真和实验结果验证了该方法的有效性[11]。
3 结束语
综上所述，国内外科研领域对微弱光信号检测技术的关注度较高，为开发高精度、低成本的微弱光信号检测装置，进行了探索并取得了显著成效。另一方面众多学者也将传统集成元件检测方法改进以适应不同检测场合，促进了微弱光信号检测技术的发展。微弱光信号检测技术在各个领域都占据着比较重要的地位，未来微弱光信号检测技术在相关领域的应用会越来越广泛，同时也将向智能化、数字化方向发展。
参考文献
[1]杨晓娅.微弱光信号检测系统的设计与研究[D].郑州：郑州大学，2014：3-5.
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[5]陈永泰，徐晓东.微弱光信号功率的高精度测量技术[J].武汉理工大学学报，2006，28（11）：123-124.
[6]李常青，梅欣丽，明奇，等.微弱光信号检测电路的实现[J].应用光学，2010，31（5）：725-726.
[7]佘明，陈锋，李抄，等.微弱光强信号采样电路设计[J].光学仪器，2014，36（3）：254-255.
[8]董静微.基于LabVIEW的微弱光电信号检测系统设计[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2013：2-5.
[9]徐艳春.基于混沌振子的微弱光电信号检测技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010：8-11.
0 绪论
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，它首先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，光电传感器一般由光源，光学通路和光电元件三部分组，光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
1 光电传感器原理
光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，由三部分构成：发送器、接收器和检测电路。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。
槽型光电传感器把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。
对射型光电传感器若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。
反光板型光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。
2 光电传感器的应用
2.1 透射式光电传感器在烟尘浊度检测上的应用
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。
为了检测出烟尘中对人体危害性最大的亚微米颗粒的浊度和避免水蒸气与二氧二碳对光源衰减的影响，选取可见光作光源。光检测器光谱响应范围为400-600nm的光电管，获取随浊度变化的相应电信号。为了提高检测灵敏度，采用具有高增闪、高输入阻抗、低零漂、高共模抑制比的运算放大器，对信号进行放大。刻度校正被用来进行调零与调满刻度，以保证测试准确性。显示器可显示浊度瞬时值。报警电路由多谐振荡器组成，当运算放大器输出浊度信号超过规定时，多谐振荡器工作，输出信号经放大后推动喇叭发出报警信号。
2.2 漫射聚焦型传感器
漫射-聚焦型传感器是效率较高的一种漫射型光电传感器。发光器透镜聚焦在传感器前面固定的一点上。接收器透镜也是聚焦在同一点上。敏感的范围是固定的，取决于聚焦点的位置。这种传感器能够检测在焦点上的物体，允许物体前后偏离焦点一定距离，这个距离称作“敏感窗口”。当物体在敏感窗口以外，在焦点之前或者之后时便检测不到。敏感窗口取决于目标的反射性能和灵敏度的调节状况。因为所射出来的光能是聚焦在一个点上面，增益增大了很多，于是传感器很容易地就检测到窄小的物体或者反射性能差的物体。
具有背景光抑制功能的漫射型光电传感器只能检测一定距离的目标物体，在这个距离以外的物体它便检测不到。在各种漫射型光电传感器中，这种类型的传感器敏感目标物体颜色的灵敏度是最低的。这种传感器的一个主要优点是，它不会检测背景物体。而普通的漫射型光电传感器往往会把背景物体误认为是目标物体。
对于具有机械式背景光抑制功能的漫射型光电传感器，它里面有两个接收元件：一个接收来自目标物体的光，另一个接收背景光。目标接收器E1上的反射光的强度超过背景光接收器E2上的反射光时，便把目标检测出来，产生输出信号。当背景光接收器上的反射光的强度超过目标接收器上的反射光时，不检测目标，输出状态不发生变化。在距离可变的传感器中，焦点可以用机械的方法进行调节。
对于具有电子式背景光抑制功能的漫射型传感器，在传感器中使用一只位置敏感元件（PSD）而不是使用机械元件。发光器发出一束光线，光束反射回来，从目标物体反射回来的光线和从背景物体反射回来的光线到达位置敏感元件的两个不同位置。
3 光电传感器的发展前景
光电式传感器可非接触地探测物体，广泛用于自动化领域，如管理系统、机械制造、包装工业等。当然，光电式传感器也有它的缺点，它是以光为媒介进行无接触检测，光是一种频率很高的电磁波，光干扰也算一种电磁干扰，它是导致传感器误动作的主要因素之一。环境光、背景光和周围其他光电式传感器所发出的光都是光干扰源。故设计时，采用偏振光及高频调制的脉冲光，采用同步检波方式，有利于抑制光干扰。
在各行业、各领域中，光电传感器都得到了广泛的应用，尤其是在电力、工业、军事、农业及生活领域，光电传感器的应用不达标有利于电力电子设备的升级与改造，而且客观促进了社会生产力水平的提高。随着现代科学技术的不断发展，光电传感器的应用展现了更为广阔的发展空间，我们应注重对于国内外相关技术研究成果的积累和借鉴，并且加强与现代计算机技术、网络技术、电力电子技术的有机结合，从而不断拓展光电传感器的应用范围，更好的服务于现代社会的发展。
4 结论语
以上对光电传感器的检测技术和部分光电传感器的应用做了分析说明，在现展中，光电技术有很多种，同时工作方式也又很多。在多方面考虑，应该仔细的选择性能比较稳定价格适应的技术和类型，实施好设计方案。
参考文献：
中图分类号：TK514 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0065-02
太阳能发电技术中，最具技术含量的一项莫过于光伏发电技术，近年来随着太阳能发电产业的迅猛发展，光伏发电技术已成为该行业的技术热门。我国自2005年颁布《可再生能源法》以来，逐步加强了全国高新技术院校、研究所等对光能发电技术渗透研究。尤其是在十八届一中全会以来，全国人民在的坚强领导下，坚持走绿色环保道路，深化企业改革，积极引进研究高新技术。太阳能发电在我国迎来春天，经过几年的努力，我国太阳能发电产量已占据世界40%的份额。尽管光伏发电产业规模在不断扩大，但是产业核心技术却一直掌握在西方国家手里。目前最为业界人士重视的光伏逆变器的测试研究在我国就存在着重大的技术瓶颈。在国家政策的支持下，国内光能发电产业中也已成就不少逆变器生产企业，并且均在逆变器性能检测技术方面涉足多年。因为我国工业技术起步晚，初期又缺乏技术人才和理论支持，就技术层面讲，国内大部分企业的结构工艺、智能化程度、转化效率等方面与西方国家还存在很大的差距。
1 我国光能发电产业的发展现状
在全球环境持续恶化，不可再生资源消耗殆尽的今天，太阳能发电无疑是彻底解决“能源危机”“环境污染”的人类救星。应对可持续发展的全球战略，光能发电成为世界最前沿的尖端技术。为了大力坚持鼓励光伏发电产业在我国的发展，政府分别于2009年和2010年颁布了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》《关于加快培育和发展战略性新型产业的决定》，该政策都明确了我国将坚定发展多元化太阳能发电市场的决心，“十二五计划”以来太阳能发电等新能源产业再次被提上重要议题[1]。
据国家能源统计局数据报告显示，仅截至到2013年我国太阳能发电的电源装机量就达到了335.1%的增幅。借助国家政策对太阳能发电产业的强大扶持力度，整个光伏发电产业链发生巨大变革，光能发电生产材料多硅晶及组件的成本降低又进一步推动了我国光伏发电工程、装机规模的迅猛发展[2]。2013年的数据显示在我国光伏发电的装机数量已突破1500万kW。
光伏发电整个产业链及相关产业在我国已初具规模，主要包含了光能发电主要材料多晶硅的制造生产，太阳能电池的制造封装，光能专用材料、设备的制造安装维护等。与我国飞速发展的光伏制造业相比，在光伏应用领域的前进步伐明显滞后于我国光伏制造业。2000年，我国太阳能电池产量仅为3 MW，到2007年年底达到1088 MW，超过欧洲（1062.8 MW）和日本（920 MW），跃居世界第一位。2010年，我国太阳能电池产量达到8GW，约占全球光伏电池产量的一半，但2010年，我国新增光伏发电装机约500 MW，累计仅800 MW。中国要达到国际能源署技术路线图中提出的光伏发电比例的全球平均水平，累计光伏安装量在2020年前需要达到60 GW光伏，2030年达270 GW[3]。
随我国光伏市场外部环境的不断变化，我国光伏产业的发展局限性日益凸显出来，具体表现在如下几方面。
（1）规模庞大实力软弱，因为我国工业化程度低科研力量薄弱，我国光伏产业在国际市场难以挣得话语权，虽然全年产品出口量巨大，但不能把握产品的价格走势，短期内会因全球市场的需求消耗而占据大部分市场份额，但这样的情况会随着技术落后差距逐渐消失。
（2）专业技术薄弱，我国的光伏产业一直受制于西方国家，其根本原因就是相关高新技术的缺失，在我国尚未建立一套全面完整的光伏科研创新体系，全国范围内与光伏相关的支撑产业如精密仪器、多晶硅材料等几乎全部依赖于进口，这就使得整个光伏产业只能屈服于整个产业链的低端，缺乏国际竞争力的产品往往只能获得薄弱的利润[4]。
（3）国内需求不足，技术薄弱导致大部分生产原材料依靠进口，这大大增加了国内光伏发电成本，加之相关国家政策的短缺，目前为止我国当年装机量还不能达到全年产能的10%，这显示出我国国内光伏发电应用市场的严重不足。
2 国内光伏逆变器检测平台的应用与存在的问题
光能发电创造可再生节能能源，符合全球应对坏境恶化的整体趋势，将成为世界技术领域最炙手可热的科研项目是毋庸置疑的。在光伏发电系统中最为关键的一个组成部件叫做“光伏逆变器”，其功能用最专业的解释为：将光伏发电产生的直流电源通过内部结构的调整转换为交流电，以便将光能转换来的电接入实际应用中的电力网络和负载[5]。近年来受生产组件价格的大幅降低和国内标杆电价政策的出台，光伏逆变器产业的发展得到了巨大的提升。据业界专家介绍，逆变器是光伏发电系统中起功率调节的核心器件，因其特殊的功能地位使得行业对逆变器的生产加工等质量的要求极高，仅造价成本就占据了整个系统15%左右的费用。逆变器市场在我国虽具有光明的前景，但是国内逆变器的生产质量却令人担忧。在不完善的市场体制下，层次不齐的生产厂家根据不同的客户需求及应用要求生产质量水准不一致的产品，逆变器的技术改进一直得不到市场推动，缓慢的产品更新速度严重制约着我国整个光伏发电行业的飞跃。展望光伏产业未来的无限前景，立足国际市场，我国的逆变器生产不仅仅需要量的激增，更加迫切需要质的提高。
中国光伏专业委员介绍说，光伏发电系统能否长期稳定运行很大部分上取决于逆变器的工作性能，其综合性能直接关系到光伏系统的安全可靠性、能源利用率和负载供电质量等[6]。为保证光伏系统的安全运行，逆变器在投入使用前都会进行性能检测实验，目前国内的逆变器性能检测平台多是采用室内实验室的检测方案。即通过利用人工模拟的光伏电池组进行输出试验，该模拟光伏电源可以简便帮助实验人员完成逆变器的功率转换实验。而实际上，逆变器在被应用到光伏系统中去后将要应对各种复杂的外界环境，比如：阳光强度，空气湿度，环境温度，电网及设备的运行状况等因素。实验室中人工设定的实验环境和电网条件根本无法模拟逆变器实际应用中的各种客观问题。这就导致国内大部分逆变器出现能通过国实验室质量认证却能以长期稳定的保证光伏系统运行的情况发生。为保证光能产业长期安全的发展，尽快展开逆变器的室外研究、检测是我们不能逃避的路障。但是在我国，逆变器的室外检测平台技术几乎属于空白内容，由此可见，深化发展我们新能源技术尤其是光伏发电技术，当务之急是加快逆变器的室外检测平台建设。
3 光伏逆变器户外检测技术方案
3.1 逆变器户外检测平台设计方案
平台的设计建设应当依托现有光伏电站开展，整个平台系统由三部分组成：光伏发电系统即光伏电站，逆变器测试设备和逆变器综合性能的分析系统。
其中光伏发电系统包括了光伏电站的部分内容，光伏阵列、光伏防雷汇流箱、变压器、负载电网等。对逆变器性能的检测设备包括：气象站、电能质量分析仪、功率分析仪等。逆变器性能综合分析系统将采集电站运行及被检测逆变器的测试信息，通过分析处理有效数据对逆变器在室外实际工作环境的性能表现做出评价。
3.2 逆变器综合性能分析系统
逆变器综合性能分析系统将采用LabVIEW和QT等软件开发工具进行开发设计。在该平台做逆变器检测时，分析系统可以根据检测要求调整出符合条件的具体工作环境，同时，分析系统还将自动收集、分析、处理相关数据。测试结束后，整个实验过程的实际数据都将储存在分析系统中，由系统根据预定的性能要求标准给予被检测逆变器综合评分。
3.3 逆变器户外测试方案
目前专业的光伏测试系统对逆变器的监测项目包括：逆变器跟踪太阳辐照度，转换效率，功率因数、输出电压稳定度、输出电能质量，软启动，通讯功能等，该文就几项重要性能测试方案给予阐述。
3.4 逆变器跟踪太阳辐照度的性能测试
按照逆变器的功能要求设计，逆变器应当对发生剧变的气象参数尤其是辐照度及时有效的做出相应，以满足光伏系统的发电要求。但是辐照度急剧的变化会产生震荡功率，这将冲击逆变器内部元件甚至导致逆变器跳机情况发生[7]。逆变器如果响应迟钝失效最终将影响光伏系统的产量。测试方案是利用分析系统对比分析气象监测系统和功率分析仪、电能分析仪的三方数据。通过系统对比辐照度和功率波形之间的变化关系最终评定逆变器跟踪辐照度的性能指数。
3.5 转换效率实验
转换效率最直接的代表了逆变器的本质功能，即光能转换的直流电再转换为交流电的效率。目前业界普遍采用的是“欧洲效率”进行计算测试，欧洲效率是加和逆变器分别在i%额定输出功率下的转换效率的一种加权平均值[8]。功率试验利用分析系统综合计算、分析功率分析仪实时监测到的全部数据，并最终给予功率转换性能指数。
3.6 输出电压稳定度测试
输出电压稳定度表征了逆变器输出稳定电压的能力。当前大部分逆变器的性能要求中普遍存在电压调整率一项，电压调整率表示给逆变器输入在允许范围内的波动电压时，逆变器得到的输出电压的偏差百分比。而工作要求严格的逆变器还需要提供一项敷在调整率的参数，表示逆变器负载在0%到100%范围内变动时，其输出电压的偏差百分比。
3.7 谐波测试
按照国际要求，逆变器在额定功率负载下运转，注入电流谐波的总畸变概率不得超过5%，其他负载状况下，逆变器注入电网的各次谐波电流值不得逆变器额定功率运转时可接受的各次谐波电流值[9]。在该检测平台中将利用电能质量分析仪实时监测并记录逆变器的谐波情况，最后将数据输送给逆变器综合性能分析系统，并对逆变器的谐波性能做出分析评价。
4 光伏逆变器户外检测平台建设目标
长期以来，我国光伏发电产业具有巨大发展潜能，无论时经济市场融资组建光伏产业，还是我国丰富的光照资源，都为光伏产业的扩展奠定了物质基础。但是因我国工业化进程起步晚，专业人才缺失，大部分理论知识被欧美国家垄断，我国光能事业的进一步拓展被紧紧的捆绑在技术落后的小辫子上。逆变器室外检测平台作为国内技术空白的突破性科研项目，其被赋予和寄托了多方面的目标和希望。
技术目标：光伏逆变器户外测试平台的建立不仅弥补了我国在太阳能利用方面的技术空白，通过户外测试平台的测试研究将进一步完善光伏产业整体产品质量和服务水准[10]。户外测试平台将彻底解决逆变器室内检测达标实际应用不过关的情况，在对逆变器的整体测试实验中，逆变器与光伏电站运营变化的对应反映，将有助于电站的进一步提升，所得实验数据是将成为光能开发利用理论研究的宝贵资料。
经济目标：户外测试平台一旦开发建设成功，可将其投入商业运作，开放式的管理模式既能规范我国逆变器生产市场又能带动一大批新的高科技产业。户外检测平台将被纳入到光伏产业链中，立足于前景无限的新能源市场，户外检测平台将引领新一批的光能产业经济高潮。
社会效益目标：光伏逆变器检测平台在研究之初就被赋予众望，我国光伏市场仍处于杂散乱多的状况中，市场的深化改革需要技术的支持，只有不断保障逆变器的性能指标，整个光伏市场才能够向更高更科学的远方前进。
5 结语
光伏发电在我国还有很远的路要走，就目前国际形势来看，光伏发电无论是在中国还是在全世界都有广阔的发展前景，但是我国的光伏产业不仅仅需要政府、政策的积极引导和支持，广大科研人员应当担负起重任，励志攻克技术难关，突破国外产权枷锁，为我国的光伏产业塑造强劲的“发动机”，作为光伏产业的一员，光伏企业更应当积极配合国家相关法律法规的实施要求，承担社会责任，努力营造良好的光伏发展氛围。
参考文献
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1.前言
无损检测技术是一门新型技术，技术使用主要是压力容器检测。该技术的使用是基于设备检测时，不能影响到设备整体性能的要求而产生。在检测过程中，不会导致设备结构分解，物理外观发生改变，检测准确率高。
2.激光无损检测
压力容器检测方法，方法局限性比较大，应该综合使用，才能使得检测技术得到保障。就当前发展而言，压力容器检测方法非常多，常用的技术主要有超声检测、渗透检测以及磁粉等等。这些检测技术有各自缺陷和优势。激光散斑技术是借助散光斑图分析检测结果，对被检测的物体进行激光处理，有缺陷的位置会出现条纹，从而判断异常存在位置。激光本身能量比较高度集中，单色性较好，在使用时方向性很强。在无线损检测领域，使用的范围逐渐扩大，有激光散斑、激光全熄以及激光超声波等等新技术。激光全息技术的使用，针对的是超声波施加负荷。存在缺陷的位置会出现形变，激光会记录下该形变量，最终的数值同其他材料对比有差异，这就可以判断出材料的特性。激光超声波有着突出优势，最关键的优势是能实现非接触检测，能够避免耦合剂的影响。使用该技术进行检测，可以检测到设备的特性，该检测技术被使用于压力容器焊缝表面检查使用。
3.激光无损检测新技术在压力容器检测中的运用
3.1在压力容器检测中应用低频率电磁技术
低频率电磁技术已经成为压力容器检测最常选择的检测技术，该检测技术借助激发探头设备，在压力容器检测中输入低频率电磁信号。该信号一旦遇到压力容器有缺陷存在时会及时的进行信号反射，信号的原有性会发生改变。使用该技术定位出压力容器缺陷位置，借助回波信号情况，做好定量分析工作。掌握压力容器实际情况，这在进行生产中，保障了生产质量。根据相关调研发现，低频率电磁技术的使用取得了良好成效。该检测技术，一般都会从压力容器表面逐渐深入到内部，一般表面的检测进行中，遇见缺陷时，该技术会快速的定位出病害所在，从而更有力的进一步优化设备生产。这是一种非接触性的检测技术，将其放置容器中进行检测时，不会造成污染，更不会影响检测结果。
3.2磁粉检测技术在压力容器检测中的应用
磁粉检测技术在压力容器检测中的应用方法主要是磁轭法，这种方法操作简单便捷，活动关节磁轭能够对压力容器的角焊缝进行较为深人的检测。在压力容器检测过程中，要对压力容器各个方向上有可能存在的缺陷进行检测，应在同一检测位置进行相互垂直的探伤操作。为了保证检测的精确度，可以将压力容器焊缝划分为多个检测部分，另外，检测时应具备一定的重叠。磁轭检测方法具有多种优点，但也具有一定的局限性。该检测技术存在的最大的缺陷是效率相对较低，在检测过程中会导致漏检问题出现，但是这样的情况在后期检测中是可以避免的。在进行检测时，还可以选择交叉磁轭的方式进行检测，这是压力容器最常选择的检测方法。在检测中，会产生大量的旋转磁场，不过检测灵敏度比较高，整个操作过程简单方便。进行检测时，一旦发现有较大的缺陷粗壮你就爱，会及时定位出来。这样检测技术最常使用于深度较大的部位，但是不合适使用于压力容器角焊缝探测。该检测方法对电压有较高的要求，一般情况下，需要提供380v的电压，如果检测条件有局限时，不能提供要求的电压，该检测方法将不能使用。因此，可以看出该检测方法存在一定的缺陷。该检测方法对于压力容器检测，使用效果比较明显，适应性也比较强。这个方法和与磁轭方法存在一定共性。简单而言，就是进行在压力容器检测时，需要对某个部位进行两次检测，这样才能保障检测的准确率。
3.3激光全息无损检测技术
激光全息无损检测技术被推广使用是在70年代，激光本身尤其独特的其特性性能，因此被推广使用。随着科技水平不断进步，逐渐发展成激光全息、激光超声波技术。这些技术的使用，使得检测更加准确，拓展检测领域新天地。在激光检测领域，激光全息是使用最早的一项技术，也是使用最广泛之技术。根据统计显示，激光全息技术占据技术重要组成部分。其实它的检测原理非常简单，借助对检测物体外加荷载，当检测物体出现形变量时，就可以确定缺陷位置。在未来发展中，激光全息无损检测技术有以下重要发展方面。一，将全息图直接记载在材料上，就可以对图像进行干涉，从而浮现出新的图像。二，在进行图像处理时，要获得更多的干预条纹的实时定量数据。三，选择新的干预技术，例如选择了相移干涉技术，总体使用上，会进一步提升全息技术检测质量。
3.4激光超声无损检测技术
超声检测技术检测成本比较高，安全性比较差，在当前发展中，规模还比较小，属于发展阶段。但是超声检测技术的使用，却有良好的前景。一，可以在高温条件下进行检测，例如进行热钢材在线检测。二，使用于方便面接近的物体检测。例如：放射性样品检测。三，超声波检测可以射到检测物体任何部位。因此，可以使用于检测外形不规则的样品。四，借助超声波可以对超薄样品表面进行检测。在近几年发展中，超声波检测的范围在逐渐扩大。
4.结束语
激光无损检测技术相对于传统检测技术而言，该检测准确率高。使用新技术进行检测，能够准确的定位出容器缺陷所在，从而及时进行调整。压力容器检验对于保证压力容器的正常安全运行具有重要意义，在实际工作过程中应该高度重视压力容器的检测工作。当前压力容器检验过程中还存在着不少问题，这些问题如果得不到有效解决就会严重影响到检验效果。
参考文献：
中图分类号：X830 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0318-01
VOC是挥发性有机化合物（Volatile Organic Comounds）的英文缩写，但是这里主要指的是对人类身体和环境造成不利影响的挥发性有机物。在常温下容易挥发的有机物主要包括苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醇、乙醇、十四碳烷、酮类等。这些化合物由于其易挥发和亲油的特性被人们广泛用于烟草、纺织、玩具、装修、汽车配件、电子电气、化妆品等行业。该物质的易挥发性质使其融入空气，造成空气污染，从而危害人体健康，下面简要分析VOC的检测方法以及未来的研发方向。
一、 VOC的检测方法
目前VOC的检测方法主要分为两类：一类是气相色谱法；另一类是高效的PID检测法。
1 气相色谱法
1.1原理
气相色谱法即利用气体作为移动相的色谱法。该技术是气相色谱仪的核心技术。气象色谱仪中有一根流通型的狭长管道，被人们称为色谱柱。选中7种样品作为参照物，利用气相色谱技术将混合挥发性有机化合物进行分离，即有机化合物随着气流的运动而运动，逐渐被吸附剂吸附或被固体液溶解，由于不同物质的吸附和溶解速度的不同而被分离。有机化合无分离后从管道流出，被检测仪检测，反射出不同的信号，再将其信号传变成电信号输出。
1.2空气中甲醛的检测
甲醛是室内常见的有害有机化合物，对人体健康造成不利影响。在酸性环境下，空气中的甲醛吸附于二硝基苯的但体形成稳定的甲醇腙，再经过二硫化碳洗脱和色谱柱分离，并利用氢焰离子化检测仪对其进行检测，根据甲醛在色谱柱中保留时间的长短和峰值的高低来判断甲醛的性质和含量。
气相检测法师目前检测空气中甲醛含量较为先进的检测方法。利用该技术选取顶空气相色谱法来对其进行测定，该方案的高效性、灵敏度和回收率都适于检测汽车空气中的甲醛含量。该方案在0.2L/min流量和20L样品的条件下，其测定范围为0.02-1.00mg/m3。
1.3空气中苯系物的检测
苯系物被世界卫生组织认定为强烈致癌物质，其挥发性和有毒性极易被人们吸收，会产生头晕、恶心等不适现象，长期接触会引起慢性中毒，导致人体神经衰弱等症状。苯系物中甲苯、二甲苯做为装修的化工原材料，使其成为室内空气检测的重点。
空气中的苯系物经过活性炭的吸附，将水分、氧气等杂质去除，然后经过二硫化碳提取，再通过气相色谱法将其分离，其中色谱柱为6%腈丙苯基和94%聚二甲基硅氧烷的毛细管柱，进样口温度控制在250℃，然后经过检测仪检测定性，最后根据色谱峰的面积确定苯系物的含量。
2 PID检测法
PID指的是光离子检测仪，简单来说可以将其看做没有分离柱的气相色谱仪，相对于气相色谱仪而言能够得到更为精确的数据，特别是对PPM级有毒化合物具有较好的灵敏度和准确度，但是其选择性不大的缘故，被人们认为很难普及推广。实际上VOC常用的检测方法的选择性也并不宽广，PID检测法的优势在于它的针对性，小巧轻便，可连续测量，其可以为检测者提供实时数据，该检测仪还具有记录功能，可以对相关数据进行回放，便于检测者对其动态数据进行分析。PID检测是目前较为先进的挥发性有机化合物检测法，其检测达到0.1ppm分辨率，测量0-1000ppm的有机物质，PID测量技术为预防长期中毒提供可能，也是应急事故处理的最佳测量仪。
二、 空气中VOC检测方法的发展方向
空气中VOC传统的检测方法都有着自身的优缺点，未来检测法必然走向多元化的发展方向，提高数据的精确度和灵敏度。将电子技术、计算机技术与检测技术相结合，共同促进VOC检测法的进步。
1. 远红外便携光谱技术
结合现代分子运动与量子力学理论的研发成果，各个分子和原子被分成不同的能级，其释放的能量各不相同，对光谱的吸收特征也各不相同，从而判断空气中是否具有VOC成分，但是其检测原理由于受到光源的限制，传统的激光器输出的波长在紫外线的波长范围内，而这一波段中的有机化合物吸收的光谱有部分重叠的部分，因此需要针对多个色谱峰的面值进行计算。根据根据各个有机化合物的色谱峰特征的观察，可以发现大多数的色谱特征都体现在远红外波段内，利用这一特征，科学家致力于研发远红外波的激光器，从而增加气相色谱法的灵敏度和精确度。将远红外波激光器与二次谐波锁的探测技术相结合实现提升有机化合物检测的灵敏度。
2. 高场不对称波形离子迁移谱技术
波形离子迁移谱技术具有检测速度快、灵敏度高、微型化的优势，在各个领域内被广泛应用前景。该技术的原理是利用离子在高电场中迁移率的非线性变化将离子进行分离，即因为离子的质量和截面积的不同使其在高电场中的迁移率的不同，在电场条件保持一致的前提下，不同的离子有不同的运行轨迹，从而实现离子的分离。该技术与微电子机械系统相结合，实现对VOC检测的速率、分辨率和灵敏度等的提升。
3. 薄膜光波导技术
薄膜光波导技术具有高灵敏度、高精确度、简易操作、携带方便的优势，适用于需要快速检测的应急事故现场使用。光波导气敏传感元件是以光波导技术为核心的先进技术，该元件能够高效率的检测出挥发性有机化合物的气体。例如SnO2薄膜与玻璃光波导相组合有效检测空气中二甲苯的含量。
4. 激光光谱技术
激光光谱技术使用激光激发某类物质，物质被激发后会释放出其它的波段，再用光谱仪检测器光谱，从而判定其物质的性质与含量，该技术具有密度高、高亮度、方向性强和单色性强等优势。该技术推动气相色谱技术的灵敏度和分辨率得到很大的提升，例如荧光光谱、拉曼光谱等。
结束语
综上所述，目前空气中VOC检测法都具有自身的优缺点，根据自身技术的特点运用在不同的领域，但是该检测技术的应用存在一定的不足之处。针对未来VOC检测技术没有具体的发展方向，而是根据目前检测技术的现状与当下先进的科学与其它现代技术相结合，促进其检测技术的多元化，实现VOC检测技术的检测速率、灵敏度和精确度的提升，从而推动我国VOC检测技术的进一步发展。
参考文献
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1.前言
随着我国科学技术和经济的发展，光电检测技术被广泛应用到机械设计制造中。主要是因为其特点是可以实现无接触检测，因而可以将机械动态检测变成光电静态检测，从而可显著简化机械结构。除此之外在很多场合还可省去调整操作，本文首先对阐述光电检测的基本原理;然后对光电检测在机械设计制造中的应用进行了分析和探究。
2.光电检测的基本原理
电管的基本结构简图如图1所示，具体选择哪一种结构的光电管与设备具体结构和使用要求有关。透射式光电管的工作原理是发光二级管发出的光信号直接照射到接收三级管的基极，三极管基级接收到光信号后在发射极或集电极上产生一个输出信号，然后后续电路再对所接收到的信号进行处理去控制相应部件.显然光电流的强弱直接影响到输出信号的强弱，当发光管和接收管之间没有任何物体时，输出信号最强;反之当有物体夹在中间时，输出信号就开始减弱，中间物体的厚度越厚，透明度越差，则输出信号就越弱，因此用这种光电管即可进行物置检测，也可进行物体厚度检测。
透射式光电管在印刷机上主要用于位置检测和双.张检测，其位置检测实际结构示意图如图2（A）所示.图中光电管1是通用的槽形光祸，控制圆盘2用来控制光电管1发光管和接收管之间的通与断，控制圆盘2固定在回转轴3上，因而可以用来检测回转轴3的相对位置，从而根据工艺要求发出相应的控制信号，厚度检测如图2（B）所示，由发光管1发出的信号经过纸张2到达接收管3，纸张厚度或透明度发生变化后，接收管3输出的信号强度也随之变化，因而在用一张纸调试好后当有两张纸或多张纸通过发光管和接收管之间时，接收管的输出信号强度减弱，从而发出双张或多张控制信号。
3.光电检测在机械设计制造中的应用
在实际应用过程中，光电检测这一种技术能够在机械设计中所应用的位置比较多，它所具有的特点就是可以实施没有接触性、不触摸式的检测，并且能够在动态环境下实施检测，还能够取得比较好的效果，这样就能够表现机械结构比较简单，同时在检测过程中，还能够将这些不必要的场合省略。由于印刷机的纸张一旦检测中，采取先进的光电检测技术以后，其纸张厚度就有着非常大的变化，这样就不用去调整所检测的零部件。如果单单的应用机械检测，所检测的纸张一旦出现变化，就会出现机械检测工作不正常。
3.1印刷机上的应用
光电检测技术在的印刷机上应用是现今发展的必然趋势，在技术上只有紧密的与计算机信息技术联系在一起，才能够提高印刷机的操作效率。从现在设计与实践中分析，在一些小型的印刷机中应用光电检测技术系统是比较难的，其价格昂贵，一般是这些业主难以承担。目前，国内的一些印刷机的企业自行研发了一些专业性的控制装置，虽然价格低廉，但是可操作性差，具有不稳定性，安全性能值得考虑。透射式光电管在印刷机上主要用于位置检测和双.张检测，由于发光管1在发出需要的信号后，在历经这些纸张2后，就可以直到接收管3了，同时纸张的透明度与厚度，都会因此产生变化，这样接收管3所输出的必要信号，在此基础上，其强度也会发生变化，对此，在调试纸张后，注意纸张的厚度与接收管的距离，时刻关注接收管的接受信号的强度。而对于射式光电管而言，它主要是进行位置上的检测。在光电管1的上面，妥善的装好一个接收管，一个发光管，一旦发现纸张在达到光电管的下面时，这些纸张所反应的信号，就会直接的传导光电管1中，这样就能够在接收管的，形成了一个信号。
3.2在包装机械制造中的应用
光电检测的技术在包装机械制造中的应用是必然发展的趋势，在技术上只有紧密的与计算机信息技术联系在一起，才能够提高包装机械的操作效率。从现在设计与实践中分析，在一些小型的包装机械中应用光电检测技术系统是比较难的其价格昂贵，一般是这些业主难以承担。光电检测技术应用的范围比较广泛，在包装机械中的应用也是如此，例如料面控制就是其成功之处，它的优点就是能完成没有触摸式的检测，还能够就动态性的检测，直接转变成一个静态式的检测，这样就极大地简化了机械的操作结构，应用经典的例子就是牙膏灌装机，由于牙膏管尾的端是夹扁的，就应当与这些的商标图案，时刻处在一个平面上，此时就应当采取反射型的光电性的控制装置。一旦发现牙膏已经灌装好，就直接的传送到该工位，这样凸轮就能够透过杠杆将这些牙膏的带底座直接的从需要的位置中直接的托起，由此能够起到步进电动机的带动其慢速中的旋转。在具体应用中一般包含两大方面：一是整合了工程企业信息资源，提高了它的利用效率。通过计算机的应用到工程企业实务中，减少了工程企业人员的工作时间，又提高了工程企业核算的精确度和监管力度，这些变化也促使我国工程企业组织结构的变化，工作部门和人员工作的重新分工，大幅度的提高了我国的工程企业信息资源利用效率、精确度。
4.结束语
综上所述，从光电检测技术的工作过程看，这实际上是一个机电一体化的典型范例.也就是说，对设计人员来说既要掌握机械结构的基本知识，又要对光电器件的工作原理有所了解这样才能充分发挥光电技术的作用。同时从实际生产中可看出，只要所设计电路本身具有良好的抗干扰能力，在工作中就不会有问题。本文主要对光电检测的基本原理和光电检测在机械设计制造中的应用进行了探究，从而知道在制造的过程中应该注意的问题和要求。
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中图分类号：TP212.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0117-01
在高度发达的现代社会中，科技突飞猛进，信息瞬息万变，生产过程自动化已成为社会发展的必然趋势。而这些必须建立在强大的信息产业基础之上，人们只有获取大量准确、可靠的信息，再经过一系列科学分析、加工、处理，才能正确认识和掌握自然界的发展规律，带动科学技术的发展。生产过程中，我们主要依靠检测技术获取、筛选和传输信息，实现自动控制。
随着现代信息技术的发展，光子以其独特的优点：响应速度快，频宽、信息容量大，信息效率高，具有越大越大的竞争力，光子技术与微电子技术相互结合、相互渗透，已成为现代信息技术的支柱之一。应用这种技术做成的光电传感器具有精度高、反应快、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、形式灵活等优点，在自动检测技术中得到了广泛的应用。
光电传感器是一种以光电效应为理论基础，采用光电元件作为检测器件的传感器。它可以把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件，把光信号转换成电信号输出。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
1 理论基础——光电效应
光电效应分为外光电效应和内光电效应。外光电效应是指当光照射到某些物体上，电子从这些物体表面逸出的现象，外电光效应也称为光电发射效应。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。内光电效应指的是物体在光线作用下，其内部的原子释放电子，但是这些电子并不逸出物体表面，仍然留在物体内部，从而使物体的电阻率发生变化或产生电动势。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光电池等。
1.1 外光电效应
光照在光电材料上，材料表面的电子吸收能量。如果电子吸收的能量足够多，电子就会克服束缚逸出表面而进入外界空间，这就是外光电效应。
根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每个光子的能量为h（h为普朗克常数，h=6.63×1034 J/HZ，为光波频率）。不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子的能量就越大。如果光子的能量全部交给电子，那么电子的能量就会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律：式中m为电子质量，v为电子逸出的初速度；w为逸出功。
因此，要使光电子逸出物体表面，前提是。不同材料具有不同的逸出功，对每一种材料，入射光都有一个确定的频率限，只有当入射光的频率大于此频率限时，才会有光电子发射，否则，不论光强多大，都不会有光电子发射，此频率限称为“红限”。
2 内光电效应
半导体材料的价带与导带之间有一个带隙，能量间隔为。一般情况下，价带中的电子不会自发地跃迁到导带，所以半导体材料的导电性远不如导体。但是，如果通过某种方式给价带中的电子提供能量，就可以将其激发到导带中，形成载流子，增加导电性。光照就是一种激励方式。当入射光的能量时，价带中的电子就会吸收光子的能量，跃迁到导带，而在价带中留下一个空穴，形成一对可以导电的电子—— 空穴对。这里的电子虽然没有逸出形成光电子，但显然存在着由于光照而产生的电效应。这就是内光电效应。
要使价带中的电子跃迁到导带，也存在一个入射光的极限能量，即（是低频限）或者。入射光的频率大于或者波长小于时，才会发生电子的带间跃迁。光入射光能量较小，不能使光子由价带跃迁到导带时，也可能在一个能带内的亚能级结构间跃迁。
3 光电传感器的应用
光电传感器可以直接检测光量变化和引起光量变化的非电量，在检测技术、工业自动化及智能控制等领域都得到了广泛的应用，下面我们就来举例说明这种传感器在生产和生活中的应用。
3.1 光电隔离器
光电隔离器是由发光二级管和光敏晶体管安装在同一个管壳内构成的。发光二级管辐射能量能有效地耦合到光敏晶体管上。可以有多种形式，比如：发光二级管—光敏晶闸管、发光二极管—光敏电阻、发光二极管—光敏三极管。其中发光二级管—光敏三极管应用最为广泛，常应用于一般信号的隔离；发光二级管—光敏晶闸管常用在大功率的隔离驱动场合；发光二级管—达林顿管或者复合管常用在低功率负载的直接驱动场合。
3.2 文具盒的测光电路
学生在光线不均的环境中学习，很容易损害视力。应用光电池这种光电元件做成的文具盒测光电路能显示光线的强弱，指导学生保护视力。把硅光电池安装在文具盒的表面，直接感受光的强弱，用两只发光二极管作为光照强弱的指示灯。当光照小于100 lx时，光电池产生的电压比较小，两只发光二级管都不亮；当光照在100～200 lx时，其中一个发光二级管点亮，表示光照适中；当光照大于200 lx时，光电池产生的电压比较高，两只发光二级管都点亮，表示光照太强了。
3.3 条形码扫描笔
当扫描笔笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈现高阻抗，处于截止状态。当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光线，被反射到光敏三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通。
整个条形码被扫描之后，光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，就完成了对条形码信息的识别。
3.4 光电式纬线探测器
光电式纬线探测器是应用于喷气织机上，判断纬线是否断线的一种探测器。当纬线在喷气作用下前进时，红外发射管发出红外光，经纬线反射，被光电池接收，如果光电池接收不到反射信号，则说明纬线已断。因此，利用光电池的输出信号，通过后续电路放大、脉冲整形等，控制机器是正常运转还是关机报警。
由于纬线很细，又是摆动着前进，形成光的漫反射，削弱了反射光的强度，还伴有背景杂散光，因此要求探纬器具备高的灵敏度和分辨力。为此，红外发光管采用占空比很小的强电流脉冲供电，这样既保证发光管使用寿命，又能在瞬间射出强光，以提高检测灵敏度。
光电传感器用途广泛，还有一些等待我们去研究、去发现。比如我们在阳光下看不清手机和电脑，这时我们可以利用光敏器件来改变手机和电脑的屏幕亮度。再如我们的空调，可以通过检测红外线自动调节至人体的舒适温度，当温度过高或者过低时，开启空调调节装置，而当人体处在舒服范围内，则可关闭调节装置，以节省能源。随着科学技术的发展，光电传感器会使我们的生活更加方便。
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）36-0196-02
“穿戴式智能设备”是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如智能手表或智能眼镜等，以及只专注于某一类应用功能，需要和其他设备如智能手机配合使用，如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等。早期的手环如Jawbone、Fitbit都仅仅具有记步、睡眠的功能，随着技术的进步以及用户需求的变迁，可穿戴式智能设备的形态与应用热点也在不断变化，最近推出的小米手环2已经具有心率检测功能，相信在不远的将来手环或手表这样的标准穿戴式设备将具备更多的检测检测功能。
本文将主要探讨智能心电率检测的问题。心率指的是每分钟心跳的次数，相比于静止心率我们更关注于动态心率。运动过程中的心率我们叫做运动心率。在运动过程中，心率数据可以反映我们的运动强度、运动性质、能量代谢、氧气消耗、乳酸积累、机体疲劳程度等。因此，在运动中如果能及时了解自己的心率状态，就能及时掌握自己的身体情况，并以此进行相应调整。这样既可以大大减少因过度运动对身体的损伤，也可以在运动效率过低时提醒自己自己提高运动效率。
1各种心率检测技术的介绍
1.1 生物电势检测法
如图1左一所示，传统的心率带产品是基于心电ECG的检测方法，典型产品如Polar心率带。心电检测需要测量两个电极间的电势差，因此胸前靠近心脏的位置最为理想，这里心电信号强而且运动时肢体运动造成的误差较小。此外，由于人在运动时躯干的运动幅度相对于四肢要小的多，最新的心率带往往带有步态检测功能，可以提醒用户错误的跑步姿势并作出建议。主要的问题是佩戴的舒适感较差，长时间的运动产生的汗液会使心率带松动甚至汗液短路影响检测，而且需要同时使用手机等智能设备搜集数据，使用不方便。但基于生物电势法测量的心率带产品是现有产品中实时性最强的、最精确的产品，仍然是不可或缺的应用，下面介绍的检测法都需要用电势法检测产品作为校准参考。
1.2光电式心率检测法
如图1左二所示，光电式心率检测法是新型的应用，典型产品为Apple Watch心率检测。光电式心率检测技术利用光反射的原理检测心率，人体中的血液由心脏推动周期性地在血管中循环，具体体现为肺循环和体循环，肺循环通过肺部氧气交互将空气中的氧气溶入血红蛋白，然后通过体循环输送至身体各个组织器官，氧气在肢体和器官中与细胞进行交互后消耗。上述过程随着心跳周而复始地进行着，体现在组织血液中含氧血红蛋白数量的周期性变化。光电式心率检测就是将一束光打到组织里并检测返回光强，由于血液中的氧合血红蛋白含量随着脉动呈周期性变化，光的吸收率发生了变化导致检测到光强也随之变化，这等于心率的变化。
光电式心率检测相对于生物电势法只需要单点测试，如手腕，测试简单而且不需要用户配合，具有非常好的用户体验，但由于测量的光信号非常微弱，该测量技术容易收到肢体运动及自然光的干扰，实际使用时需要配合运动去除算法才行。
由于光电式心率检测的原理是基于传统的容积描记波（PPG）技术，从PPG信号中可以提取血氧饱和度（SPO2）、心率（HR）、心率异性分析（HRV）以及最大摄氧量（VO2 Max）等信息。心率对信号的要求最低最容易实现，最大摄氧量其次，血氧饱和度测量较难。传统的血氧饱和度的测量主要是在信号较好的指甲端或耳垂上，手腕上的应用受制于肤色、毛发等因素的影响测试精度难以保证。但作为一个基于PPG信号的衍生应用，血氧饱和度、最大摄氧量、心率变异性分析仍有很大的发展空间
1.3生物复阻抗式心率检测法
如图1右二所示，这是一台 Inbody出品的身体成分分析仪，主要用于检测身体水分、肌肉、脂肪等组织成分，用于健康指导。这是基于生物复阻抗检测的技术，主要是利用身体不同成分（水分、肌肉、脂肪）在不同激励频率下体现的生物复阻抗特性来区分不同成分极其含量。目前的产品主要是体检仪或者人体秤的产品样式，采用双手或者双脚接触检测。但随着技术进步、精度的提高，在检测复阻抗的同时检测心率和呼吸率将不是问题，甚至可以在手腕上直接检测。其原理是血液在心脏的驱动下在血管中周而复之地流动，心脏的波动和血液的流动会使组织的阻抗也产生了周而复始的变化，这就是心率检测的理论基础。它也需要电极接触，因此可以与电势法测量心电复用电极测量，这样一个传感器可以输出多个结果。但目前的精度仍需完善，而且容易受到运动干扰。
1.4机械震动心率检测法
如图1右一所示，这是Fukuda Denshi出品的心动图检测设备，检测Ballistocardiograph（BCG心脏射血容量描记器）。检测原理是利用精密加速度传感器检测心脏跳动的震动频率，理想位置自然是靠近心脏。但如果将传感器放于手腕上的话检测难度将大大增加，因为人体运动会对传感器造成极大的干扰，体现在运动、走路的震动频率将会完全淹没心率信号。
2技术对比
从下面表1可以看出，生物电势和光电式心率检测方案是相对成熟的方案，目前市场上已经有相应的穿戴式产品出现，而基于复阻抗和机械振动检测的方法还处于概念阶段，方案尚未成熟，但具有非常大的市场潜力。尤其是复阻抗式检测方法，它与皮电活动检测是一个范畴而且还可以与心电检测复用电极，具有广阔的市场潜力。
生物电势法的功耗虽然低但是它需要两电极参与，对产品工业设计的要求较高，而且需要用户的测试电极相隔一定距离。心率带产品是最成功的应用，由于放置位置靠近心脏，但是如果用户在手腕上佩戴设备，采集心电必须靠双手操作，如右手手指搭到左手手表上，使用不方便。光电式检测法只要单点接触皮肤组织就好，使用简单，可以对用户进行连续持续检测，这一特性非常利于在手环、手表等单手设备上普及。由于它的精度提高依赖于发光二极管及接受光电管的灵敏度，整个设备的功耗及成本较高，另外设备依赖精密的光学结构，设备容易受环境光的干扰。当用户运动时，整个信号会受到很大干扰，因此需要复杂的运动去除算法，这对处理器的要求较高，同样引入了额外的功耗及系统演示，这与生物电势法实时检测不同，运动时的光电心率检测技术往往具有较大的延时，这可用于趋势分析但每个时刻的心率仅代表过去一段时间的平均值或者典型值。
3 结论
本文讨论了几种心率检测技术，及其优缺点。主要有四种方法：生物电势法、光电式检测法、复阻抗式检测法以及机械振动检测法，前两种检测方法已经是成熟方法，而后两种方法仍有待完善。
而且，这些方法还能排列组合衍生出不少新的应用。例如，
1） 结合电势法测量心电图（ECG）可以与光电法测量容积描记波（PPG）结合用来实现连续无创血压检测。
2）电势法测量和复阻抗测试可以共享电极测量，这可以最大限度地利用有限的穿戴式设备体积测量更多的参数。
上述多传感器融合的方法将也为我们后续的研究方向。
参考文献：
[1] 王庆友.光电传感器技术[M].北京：机械工业出版社，2009.
[2] 杨玉星.生物医学传感器与检测技术[M].北京：化学工业出版社，2009.
[3] 杨金红.指夹式光电脉搏传感器[J].科技信息，2009（36）：87.
【中图分类号】TM615 【文献标识码】A
1、引言
随着全球能源形势的日益紧张和环境污染的加剧，光伏发电以其环境友好而成为了世界各国争相发展的能源新宠。本文在详细分析并网型光伏发电系统运行中的孤岛效应基础上，对三类孤岛检测方法进行了对比介绍。
2、孤岛效应
如图1所示，并网光伏发电系统（Grid-connected PV System）经过断路器1接至公共连接点（point of common coupling，PCC），R、L、C为光伏发电系统负载。孤岛效应是指电网从PCC处断开，进而使得分布式电源（Distributed Generation，DG）与其负载形成封闭系统的现象[1]。一般情况下，因为DG输出功率和负载的不匹配，电网和DG系统间都会有能量的流动，即。当孤岛产生时，突变为0，这将导致PCC处电压和频率发生突变，进而出现过电流等现象，威胁到系统运行、设备及人员的安全，因此，孤岛的快速有效检测对保护控制尤为重要[1]。
图1光伏发电系统运行原理图
3、孤岛检测
孤岛检测方法主要分为基于电力线路通信的检测方法、被动式孤岛检测方法和主动式孤岛检测方法三种。
3.1基于电力线路通信的检测方法
基于电力线路通信的检测方法有：基于SCADA系统的断路器和重合闸装置状态检测方法和电力线路载波方法[2]。这种方法的可靠性较强，但因为成本较高，联动操作复杂及延时较长，基于电力线路通信的检测方法未被广泛应用。
3.2被动式孤岛检测方法
被动式孤岛检测方法是通过检测PCC处电压、频率等电参量来完成孤岛检测的。主要有：过/欠电压和高/低频率检测法（Over/Under Voltage and Over/Under Frequency，OUV and OUF）、电压相位跳变检测（Phase Jump Detection，PJD）和电压谐波检测法（Harmonic Detect，HD）[3]。被动式孤岛检测方法的优点是不会对系统产生影响；缺点是系统检测盲区（No-detection Zone，NDZ）较大，易出现误动。
3.3主动式孤岛检测方法
主动式检测方法主要思想是通过分布式电源的控制器向电网中注入小的扰动，根据电网对此扰动的响应来检测孤岛。主要有：阻抗测量检测法、主动频率偏移法（Active Frequency Drift，AFD）、Sandia频率漂移检测法（Sandia frequency shift，SFS）和Sandia电压漂移检测法（Sandia Voltage shift，SVS）等[4]，本文重点介绍AFD及其改进检测方法。
1）主动频率偏移法（Active Frequency Drift，AFD）
主动频率偏移法[5]是通过控制逆变器来改变PV系统输出电流的半波周期，如图2所示，在每个半波周期结束时加入一个死区时间，则半周期频率偏移量为。基于系统稳定运行的需要，电流的整波周期认为0.02s。定义截断系数，为电网电流周期。
正常情况下，光伏逆变器为单位功率因数运行。当电网与PV系统断开时，电流和电压的相位差会逆变器增大输出电流的频率；另一方面，死区时间的设置会使得电流频率不断的增大，直至频率增大至触动过频率保护。这种孤岛检测方法对感性负载中检测效果最好，电阻性负载检测效果一般，但是由于容性负载对PCC电压频率的一直作用使得孤岛检测失败，即有一定的检测盲区。
2）Sandia频率漂移检测法（Sandia frequency shift，SFS）
基于AFD的Sandia频率漂移检测法[6]是在AFD的基础上进行了正反馈的线性放大处理，如式（1）所示，重新定义截断系数为：
cfk=cf0+k（（fk-1）―f0） （1）
式中：为截断系数初值，K是反馈系数，是第k-1次检测到的PCC处的频率，是电网工频（50Hz）。
未形成孤岛时，和相等，即公式（1）括号内部分为0；当PV系统和电网断开时，逐渐增大，公式（1）等号右侧后半部分不断增大，直至越过频率保护限值。反馈系数K的控制可以实现检测速度的调节、频率负向变化的检测，同时也减小了NDZ的范围。
较被动式孤岛检测技术，主动式的孤岛检测方法检测盲区更小、检测速度更快；不足是会向电网注入少量的谐波，对系统电能质量产生一定的影响。
4、结束语
本文对孤岛效应的形成原因及其对光伏发电系统的影响做了深入的分析，对比阐述了三类孤岛检测技术的原理和技术性能。此外，未来在开发新孤岛检测方法的基础上，多种检测技术的组合使用方法也是一个提高孤岛检测效率及性能的研究方向。
【参考文献】
[1]郭小强，赵清林，邬伟扬.光伏并网发电系统孤岛检测技术[J].电工技术学报，2007，4（22）：157-162.
[2]鹿婷，段善旭，康勇.逆变器并网的孤岛检测方法[J].通信电源技术，2006，23（3）：38-41.
[3]Z. Ye， R. Walling， L. Garces， R. Zhou， L. Li and T. Wang， “Study and development of anti-islanding control for grid-connected inverters，” NREL/SR-560-36243. Golden， CO： National Renewable Energy Laboratory， May 2004.
