光电传感器在信息自动检测领域的应用探讨

…………………………一　研发　＿（（（（＿－　光电传感器在信息自动检测领域的应用探讨　中国航空工业洛阳电光设备研究所　肖保良　【摘要】随着科技的迅猛发展，复杂多样、瞬息万变的各种信息充斥着人们日常生活的方方面面；信息的自动检测、迅速获取已成为现代信息科学的一个新兴研究领域。　鉴于光电半导体器件具有体积小、重量轻、结构简单、可靠性高等特点，使得其在工业、农业、医学、军事和空间科学技术等领域都得到了广泛的应用；随着光电器件、　徽电子技术的不断完善和成熟，为适应信息时代的发展需求，基于光电器件的信息自动检测技术因其分辨率高、非接触、信息容量大、自动化程度高且反应快等特点发展　十分迅速。本文则着重介绍了光电传感器的探测原理及其在信息自动检测领域的应用。　【关键词】光电传赙器；信息检测；光电效应　现代信息科学是伴随着信息时代的到来而产　生的新兴学科，随着社会经济和科技水平的不断　发展，各种Ｔ业生产的自动化水平不断提高、系　统集成的复杂性不断增加．需要获取的信息量越　来越多，传感器技术作为信息检测的重要基础技　术也在不断的发展，已渗透到工业生产、日常生　活、医学诊断、环境保护等各个领域。　光电传感器是利用光敏器件的光电效应实　现光电信号转换，从而达到有效信号获取的一种　信息检测元件：通常由光源、接收通道、光敏器　件、电路处理部件四部分组成。光电传感器通过　监测光强、光照度、辐射测温等光量特征来实现　对零件外形尺寸、表面粗糙度、运动特性等信息　的检测，具有感应灵敏、分辨率高、反应速度快　等优点　随着微电子技术的发展，微型电路板及　片集成的不断应用，使得光电传感器的电路处　理部分日趋成熟，体积小、功耗低且可靠性高。　因而广泛应用于信息自动检测领域。　１．光电传感器的原理　光电效应是指光照射到物体上后，光子能　量被电子吸收导致其状态发生变化而产生电效　应的现象，一般有外光电效应、光导效应、光　生伏特效应。若电子因吸收光子能量而克服束　缚脱离物体表而而进入外界空间，从而改变材　料的导电性．这种现象称为外光电效应。基于　外光电效应的传感器是一种小型的电子设备，　能够检测出接受到的光强的变化。在早期的应　用中，光电传感器可以用来检测物体的存在，　通过将光聚焦，通过接收通道入射到真空管放　大器上，通过简单的电路信号处理、闽值判别　实现信息的检测，这就是光电传感器的早期原　型。原理图如图１所示。　２．２现状　３．３光电测速仪　近年来，随着光电传感器在各领域的广泛应　用，其特点和优点也在不断的充分展现，其应用领　域也在不断拓展　在民用上，光电传感器已与我　们的生活密不可分，比如传真机、复印机、扫描仪　等：在军事应用上，则主要包括水下探测、航空监　测、空间测量等。在国外，西方国家研究应用较为　成熟，其中邦纳公司拥有当今世界上最完善的光电　传感器产品流水线；而在２０世纪９０年代．日本电气　等ｌ５家公司也研发出了多款民用的光电传感器。国　内光电传感器在民用领域起步也相对较早，截止到　目前。已经形成了研究、生产和应用体系，产品和　研发成果在各个领域得到应用，在石油高温、高压　等非接触类传感检测系统等应用中已涌现出与国际　接轨的先进研究成果：相比发达国家而言，国内的　技术水平和工程化能力仍存在较大差距，这主要体　现在成熟的货架产品和产业化生产上，传统传感器　更新换代较慢、微型化发展不足，在集成化、智能　化方面与国外差距较大。　３．应用实例　基于光电传感器的信息自动检测技术的将光　学技术和现代电子技术相结合，扩展了人类的视　觉能力，使被感知的波长由可见光扩展到了整个　常用波段，在工业自动化生产过程在线检测、日　常生活的公共设施、医疗用温度计液压计及各种　检测仪等方面都得到了较为成熟的应用。　３．１光电探纬仪　光电探纬仪又称光电式纬线探测器是一种　广泛应用于喷气织机上的光电传感器，主要用　于在喷气织机正常工作过程中自动对纬线是否　断线进行实时检测。其原理为：在织机正常工　作时，探测器的红外射线管主动发出红外光，　当纬线前进时在喷气的影响下，红外光经过纬　线反射，很容易被光电池迅速感应。如果光电　池没有感应信号，这表明纬线已经断裂。　由于纬线非常细，又是通过摆动前进，易形　用调制盘与待测转轴一起联动，将转速变　化等效为光通量的变化，再经光电传感器转换　为电信号，通过检测电信号的规律变化即可实　现对转速的实时监控。如图３所示。被测转轴　上装有调制盘，调制盘的一侧设置发光光源，　另一侧设置光电器件。调制盘随转轴转动，当　光线通过小孔或齿缝时．光电器件就产生　个　电脉冲。转轴连续转动，光电传感器就产生一　列与转速及调制盘』－的孔数正成正比的脉冲序　列，在孔数一定时，脉冲数就和转速整正比，　脉冲经放大整形电路处理送数字频率计显示。　词制珊　－－Ｄ：：　光　光哇土器住碴嚣１人婚　…‘圈　奄涮速　成光的漫反射和背景杂散光，对光电池接收回波　的处理及有效信号的提取提出了较高的要求，探　围１光电传感器原理圈　由此可见，光电传感器是借助光源将被测量　的变化转换或等效为光信号的变化，光信号经接收　通道汇聚到光敏元件上，经光电效应变换为电信　号，通过对电信号的处理实现有效信息的检测。　２光电信息自动检测技术的特点及应用现状　２．１特点　分辨率高。光电传感器的光学接收通道可　通过高度集成设计使入射光束高效汇聚或通过　特殊的光学材料设计灵敏的光学系统，实现高　分辨率　从而可实现微小细节的检测和高灵敏　运动特性的捕捉、跟踪。　可实现非接触榆测。因光电传感器利用光　源为输入信号和媒介进行信息的采集和检测，　可实现无机械接触检测，不会对被检目标和传　感器本身造成损伤。　信息容量大。随着信息科学技术的发展和　产品设计的高度集成。光电传感器可通过光源　数据融合和频谱细分实现对待检测目标的多方　位信息检测。　应用范围广。基于光电的信息检测技术因　其成熟的技术和高可靠性、低功耗的光电元件　而得到了广‘泛的应用，在工业控制、环境、医　疗、军用及民用等各个领域都有成熟的产品。　纬仪一般要求有较高的分别率及探测灵敏度。　３．２条形码扫描笔　扫描条形码时，扫描笔主动发射红光，当笔　头在条形码上移动时，如果遇到黑色的线条则发　光二极管的光线会被黑色线条所吸收，此时光敏　三极管不会接收到反射光，从而呈现出高阻抗，　处于截止状态；如果遇到白色间隔时，则发光二　极管发出的光线能够被三极管接收。因产生光电　效应而导通：黑白相间的条纹产生典型的脉冲信　号，在整个条形码扫描完成后形成独特的脉冲序　列，脉冲序列经过计算机的处理及库存信息匹配　可以迅速给出所需信息。　条形码扫描技术已在超市购物、真伪验证　等方面得到了广泛的应用，给人们的生活带来　了极大的便利。如图２所示。　图２条形码扫描　４．光电信息自动检测技术的发展趋势　４．１传感器的发展方向　微电子技术和芯片集成设计技术的成熟和工　程化应用能力的提升给传感器的发展提供了有力　的支持，光电传感器冈其结构简单、可靠性高、　功耗低等优势，逐渐向小型化、集成化、多功能　化及智能化方向发展。主要表现在以下几个方　面：　（１）开发新型传感器：随着应用领域的不　断拓展和科技化程度的提高．对光电传感器新的　使用需求剧增。加强新型传感器的原理研究、实　验验证，不断推陈出新已成大势所趋。　（２）开　发新材料：传感器功能性能指标的提升需求，也　推动的材料方面的发展，从单材料到复合材料、　原子（分子）型材料人工合成、智能材料的应用等　成为提升传感器本身性能的必由之路．也成为今　后的发展方向之一　（３）新技术、新工艺的应　用：科技的变革推动了技术、工艺的创新，对传　统的传感器设计、加工制造提出了全新的挑战，　只有不断加强对新技术、新工艺的研究和工程化　应用，才能在竞争中立于不败之地。　４．２信息检测技术的发展趋势　随着光电传感器的不断发展，基于光电传　感器的信息检测技术也在向着高精度、微型化、　综合化及职能化的方向发展，简要阐述如下：　（１）高精度：随着产品功能性能指标的不断提　升，相应的检测精度要求向高精度方向发展，纳　米、单光子等高精度光电测量技术是今后的发展　热点；　（２）微型化：随着核心的电子元器件、　电路向高集成化发展，基于微型光电传感器的信　息检测也朝着小型、快速的微型光、机、电一体　化方向发展；　（３）综合化：产品的复杂性及高　度集成性要求检测功能向综合性、多参数、多维　测量等多元方向发展；　（４）智能化：智能化发　展己成为当今科技的发展潮流．光电跟踪、扫描　等智能技术也在不断的成熟、完善。　５．总结　光电传感器在各行业已得到广泛应用，随　着现代信息科学的不断发展，光电相关的新材　料、新技术也在不断的涌现，还有很多等待着　我们去发展、探究。基于光电传感器的信息自　动检测技术的应用已经给我们工作、生活带来　了很大的便利，同时也促进了社会进步和科技　的发展。我们有理由相信，光电传感器及其相　关的信息检测技术不断创新、发展必将为当今　电早Ｉ￣＇Ｒ－一８３一　Ｉ＿）》一　婴发展…………………………一　敏捷开发在嵌兀式编程巾硇应用与实践　广州海格通信集团股份有限公司　吕金华　韦　卉　【摘要】本文介绍了敏捷开发方法在嵌入武软件项目中的应用与实践。敏捷开发方法是当前业内流行的软件开发方法，本文主要通过模拟对讲机项目（嵌入式软件项目）　中的串口调试信息模块的实施来探讨敏捷开发的工程实践。　【关键词】敏捷开发；测试驱动开发；重构；迭代　表１基于＾ＲＭ平台的串口调试信息模块需求分析跟踪表　１．敏捷开发简介　敏捷开发是一种以用户的需求进化为核　心，迭代、循序渐进的开发方法。在敏捷开发　中，软件项目的构建被切分成多个子项目，各　个子项目的成果都经过测试，具备集成和可运　行的特征。敏捷开发是针对传统的瀑布开发模　式的弊端而产生的一种新的开发模式，目标是　提高开发效率和响应能力。　敏捷开发中常见的思想有：计划游戏；　结对编程；简单设计；测试驱动开发；持续集　成；代码重构等。　本文将以模拟对讲机项目（嵌入式软件项　目）中串口调试信息模块的实施作为例子，实　践敏捷开发的过程。　２敏捷过程实践　２．１需求　模拟对讲机项目中的串口调试信息模块，　为模拟对讲机系统提供标准输出功能，根据需　要输出系统的运行信息，方便开发、测试人员　对系统进行跟踪分析。此模块的实现对项目的　成功开展较为紧急和重要，且功能相对独立，　适用于选用敏捷开发方法。　开展敏捷开发实践项目的第一期活动：搜　集用户素材。邀请部门的相关领导、测试人员　作为客户，与开发人员共同确定用户素材。　需求收集过程：与客户讨论，共同确认　素材；分解已有素材，过大的素材需要进行分　解，过小的素材需要进行合并；以一周为一个　迭代周期，确定四个迭代周期所执行的素材。　根据用户素材，制定任务与时间的跟踪　表，跟踪项目进度，如表ｌ所示。　２．２实践过程　２．２．１艰难的第一步一一测试驱动开发　在以往的项目开发中，开发工程师一般是　先写代码，然后用测试用例覆盖代码，写测试代　码的工程师与开发代码的工程师是不同的人员，　因此在测试用例的覆盖上会有遗漏的可能。　敏捷开发方法中，推荐测试驱动开发的开　发方法，在设计程序前先设计测试方案，除非　缺少某行代码将导致测试失败，否则决不在程　序中增加一行代码。使用测试驱动开发方法有　几个好处：　（１）程序中每一项功能都有测试来验证　它的操作的正确性；　（２先编写测试用例可以迫使开发工程师　使用不同的观察点：　（３）迫使开发工程师把程序设计为可测　的，解除软件中的耦合；　（４）测试可以作为一种无价的文档形　式，这样的文档是可编译和执行的，因此它是　准确和可靠的。　两位工程师首次一起坐到电脑面前，开始　结对编程的“旅程”。开始让工程师们非常迷　茫，一般开发工程师都惯于在了解大概需求后　需求　具体说明　第一周　时间周期　第二周　第三周　第四周　串口输出　打印接输出为ＡＳＣＩＩ格式　支持打印字符串　支持打印变量　√　√　√　口　按照ＨＥＸ格式打印调试信息　类｛￣ｐｒｉｎｔｆ０的打印函数　√　√　功能性　时间精确度　输出内容可解释　过滤机制　基准为毫秒级　√　需求　直接打印ＡＳＣＩＩ字符　附加标题说明　分模块　分级别　√　√　√　√　流程信息可打印　打印程序执行的具体过程信息　√　保存在ｆｌａｓｈ中　不影响系统　性需求　将信息保存在ｆｌａｓｈ中　例如系统本身程序的执行时间、效率等　串口接口、√　非功能　资源占用　可移植性　可读性　用ＴＩ、约２Ｋ的Ｒ删、约的ＲＡＭＭ　非功能性需求贯穿于整个开发周期　便开始写代码，写代码的过程再考虑周详。而　敏捷开发方法却需要先写测试用例。　在探索下，开发工程师努力抑制了“先写　代码实现试试看”的想法，完成了第一个接口的　测试用例。开发工程师发现编写测试用例的时间　远比代码编写的时间长。开发工程师困惑了，要　牺牲时间来换取质量是否值得？答案是肯定的。　随着项目的推进，编写测试用例越来越熟练，测　试用例的编写不再被认为浪费时间，相反它一直　在提高程序编写的速度，原因是开发工程师把每　次添加新代码后的测试时间省下来了。由于每个　测试用例都是可编译可运行的，在每次添加新代　码后，要测试新代码是否对原接口造成冲击，开　发工程师只需要运行测试用例，就可以查看是否　出错，加快了调试的速度，而且代码越庞大，测　试用例的优越性越能体现。　这第一步走得很艰难，但是也是最有价值　的，这个步骤让开发工程师留下了一份准确可　靠的文档——测试用例，测试用例是一份与代　码保持同步更新的文档。　２．２．２走出“能用”的误区——重构　在每天完成代码后，开发工程师会先运行　测试用例，测试通过后，开始进入代码重构的　环节。重构过程包括去除重复，简化复杂逻辑　和澄清模糊的代码。重构时，需要对代码进行　无情的针砭，以改进其设计。　这种做法，与以往的做法又造成了一定的　对比和冲击，以往写完代码，只要验证能用，　迫于进度要求，就交付使用了。后续添加到代　码越多，修改代码时发现原来的代码有很多冗　余，甚至出现逻辑太复杂，看不懂的情况。重　构让代码朝健康简洁的方向发展，重构投入的　时间和一次性修正过于冗余复杂的代码需要的　时间相比是非常少的。　２．２．３短周期持续集成——迭代　迭代是一次又一次循环逼近的过程。每次　迭代结束时会给客户演示当前可以运行的程序，　要求客户对程序的功能和性能进行评价，客户会　以新的用户素材的方式进行反馈。通过一次次迭　代，项目进入可以预测和舒适的开发节奏。开发　人员看到的是可估算和可度量的开发计划。　本模块共进行四次迭代，成功完成预计内　的功能，目前已成功投入使用。在每次迭代完成　时，开发工程师会给客户演示程序，以确定程序　是符合客户预期的，如与客户的意图出现偏差，　则可以及时调整，确保满足客户的需求。　３．结语　在本次实践的过程中，工程师犯了不少错　误（涵盖需求、设计、编码各方面），但重要　的是，采用敏捷方法进行迭代非常方便地快速　识别并修正了错误。开发工程师第一次进行结　对编程，所有代码都是由结对的开发工程师共　同完成的。结对编程使编写程序不再是一项枯　燥的个人奋斗，而是多人协作共同的成果。在　结对工作的过程中，各位开发者从对方学到了　不少知识，促进了团队知识的传播，加强了团　队成员的沟通，提高了团队工作效率的工作能　力，这是一次愉快的实践。　参考文献　【１］挟］Ｒｏｂｅｒｔ　Ｃ．Ｍａｒｔｉｎ．敏捷软件开发：原则、模式与实践　邓辉，译．北京：清华大学出版社，２００３．　．［２１【美ｌＪｏｓｈｕａ　Ｋｅｒｉｅｖｓｋｙ．重构与模式【Ｍ］．杨光，刘基诚：　译．北京：人民邮电出版社，２００６．　［３儿美］Ｍｉｋｅ　Ｃｏｈｎ．Ｓｃｒｕｍ敏捷软件开发口咽．廖靖斌，吕梁　岳，陈争云，阳陆育，译．北京：清华大学出版社，２０１０．　作者简介：　吕金华（１９８２一），女，广东江门人，大学本科，软　件设计师，现供职于广州海格通信集团股份有限公　司，研究方向：嵌入式软件设计。　韦卉（１９８１一），女，广西梧州人，大学本科，软件　测试师，现供职于广州海格通信集团股份有限公司，　研究方向：嵌入式软件测试。　信息时代的科技进步带来崭新的活力与动力。　参考文献　【１】耿楠光电传感器在变电站通信控制系统中的应用［１］．　中国高新技术企业，２０１３（８）：２５—２６　ｆ２】任海萍光电传感器的应用与发展Ⅱ］科技风，２０１１（１）：１９７—１９８　［３］胡天骄浅议光电传感器的应用与发展１３］中国电子商　务，２０１２［２）：１３５—１３６．　８４一电子世界　【４Ｊ徐伟．光电传感器的研究与应用Ⅱ］．科技创新导报，２０１０（１２）　【５】谢忠志，胡慧之．光电传感器的应用Ⅱ】．装备制造，２００９（０９）．　『６１陈津．传感器技术应用综述及发展趋势探讨Ⅱ］．科技创　新导报，２００８（１０）．　［７１张燕，曾光宇．光电式传感器的应用与发展Ⅱ］．科技情报　开发与经济，２００６（１３）．　Ｉ　８】颜晓河，董玲娇，苏绍兴．光电传感器的发展及其应用　ＩＪ］．电子工业专用设备，２００６（０１）．　［９］张国才．光电传感器的应用与发展趋势Ⅱ］．科技信息　（学术研究），２００８（３２）．　ｎ　０］谢望．光电传感器技术的新发展及应用１３］．仪器仪表　用户，２００５（０５）　作者简介：肖保良（１９８１一），男，硕士，工程师　主要研究方向：光电系统设计与数据处理。