光机电一体化在电子科学与技术专业中的应用
一．引言
光机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、控制技术、光学技术与机械技术的相互交叉与融合，是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它包括产品和技术两方面：光机电一体化产品是集光学、机械、微电子、自动控制和通信技术于一体的高科技产品，具有很高功能和附加值；光机电一体化技术是指其技术原理和使光机电一体化产品得以实现，使用和发展的技术。
光机电一体化技术是由光学，光电子学，电子信息和机械制造及其他相关技术交叉与融合构成的综合性高新技术是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它丰富和拓宽了光机电一体化技术的内涵和外延。
各国都十分重视光机电一体化技术及其产品的研发，在我国，不少地方成立了光机电一体化高科技园区。北京市政府于2001年7月23日批准正式成立了北京市光机电一体化产业基地，预计到2010年北京市光机电一体化产业总产值将达到336亿元。各高等院校也相继设立了机电一体化或光机电一体化专业。
二．光机电一体化产品--光标阅读器
1.光标阅读器产生的背景
计算机处理数据往往是从高速收集原始数据开始。由于计算机处理速度，效率，可靠性飞速提高，需要找出一个能与之相适应数据收集和输入系统，即解决数据进入计算机的"瓶颈"问题。光标阅读器是解决上述问题的途径之一，它作为一种光机电一体化高速数据录入设备，具有高速、高效和准确的特点。
2.工作原理
光标阅读器可识别人们在信息卡上限定位置的涂写状态，用有和无两种状态来确定该位置是被涂写还是未被涂写。它利用光电传感器高速采集信息卡上的涂写信号的有无，根据光电变换原理，把光信号转换为电信号，由处理器对信号进行判断处理和识别。
光标阅读器涉及光学原理、光电转换、计算机技术、数据处理和识别，精密机械等方面，其结构主要由机械传动，光电传感器、微处理器、控制面板以及处理，控制、识别软件等部分组成。
3.组成部分分析
（1） 光电传感器
光电传感器由发光管（LED）和光敏管（PT）组成。发光管是光源，常用半导体红外管，它体积与晶体灯相似。当加上电压时，就从一端的窗口发出光线。光敏管是接收红外光的器件，外形与发光管类似，当加上电压并有光照射到窗口时，电路中电流就发生变化，电流大小随照射光的强弱而变化。从发光管发出的光线形成光束，照射在信息卡上，产生反射、透射，漫射等各种光线，光敏管放在不同的位置上可接收到信息卡上的反射光或透射光。
当发光管光线照射到信息卡上涂黑的符号时，透过光线减弱，反射光线也减弱，光敏管接受的光强度减弱，导致光敏管电流变小，输出信号电压变小。反之，光束照射到信息卡上没涂黑的符号时，光敏管接收到的透射光和反射光强，产生电压信号大。这样信息卡上是否有涂黑符号变成了电信号传送给处理器去处理，就完成了对涂黑符号的识别。由于透射方式因信息卡纸张内有杂质及厚度不均因造成透射光不一致，因此目前一般不采用，绝大部分采用反射方式。
光电探头分单面探头和双面探头两种。双面探头要求信息卡双面印刷，同时读取两面信息，它对信息卡纸张要求严格，而且要有双套处理器同时处理。一个或两个发光管和一个光敏感组成一个光电传感器（也称光电探头）。每个光电探头需要多少个单元组成，由信息卡列数决定。列与列之间距离我国暂定为5.00mm。信息卡尺寸分别为64K、32K、16K、10K几种。由此即可决定探头的单元总数。
（2） 执行装置
执行装置部分是直流微电动机，直流电动机通过变速装置驱动分纸装置和导纸轮将信息卡送入光电探头下，直流微电动机可以是直流电动机、伺服电动机或步进电动机、要求电动机启动和停止延迟时间小，转速均匀，并且速度可以控制。
执行装置部分的功能是把一叠信息卡，每次自动分拣出一张，由传动系统平稳，平直，迅速地使信息卡顺利通过光电探头，然后整齐地放置在托盘上。平板式一般只有一个输出托盘，它输出信息卡的顺序与输入信息卡的顺序相反，当错卡通过探头被检测出时，自动停止运送，发出信号报警，由人把错卡取出，再重新启动。环绕式输出卡的顺序与输入卡的顺序相同，信息卡要环绕 ，设置上下两个托盘，当发现错卡时，传动系统不停止运送，自动分拣错卡装入另一托纸盘。
（3）机械本体
机械本体包括变速装置，分纸装置，导纸驱动部分，环绕部分和托纸盘等。分置装置把信息卡一张一张的分开送给导纸轮，要求尽量减少或不发生双张或空转搓不动纸的情况。导纸轮把分纸装置送来的信息卡继续向前搓动，保证信息卡走直、走正。
（4）信息处理部分
信息处理部分由中央处理器（CPU）、存储器、，数模转换器（A/D）或模数转换器（D/A）装置，驱动电动机和接口组成。
信息处理部分的功能如下所述。
1) 对信息卡进行识别 首先是读卡，通过D/A或A/D在信息卡移动时一行行读取它上面的全部信息位将其处理后存放于RAM中，然后进行识别，按卡格式要求从RAM中提取有用信息，对其进行比较判断等分析处理选择所需信息，以字符串形式送到主机系统中去。
2) 系统自检 脱机走纸，进行同步信号检测，改变电动机速度。
3) 接收主机命令进行处理给出相应 微处理器是光标阅读器的核心部分；有它控制光标阅读器协调各部分动作并执行识别，处理功能。
4) 面板
操作面板分为前面板和后面板，前面板有字码显示和按键。显示光标阅读器工作状态和读卡计数值。按键用来设置光标阅读器的工作方式，工作状态并进行自检。后面板设置电源插座、开关、指示灯、接口插座等。
机电一体化未来的发展趋势是什么样的？
1、传真机
传真机将需发送的原件按照规定的顺序，通过光学扫描系统分解成许多微小单元（称为像素），然后将这些微小单元的亮度信息由光电变换器件顺序转变成电信号，经放大、编码或调制后送至信道。
2、空调
空调一般包括冷源/热源设备，冷热介质输配系统，末端装置等几大部分和其他辅助设备。主要包括，制冷主机、水泵、风机和管路系统。末端装置则负责利用输配来的冷热量，具体处理空气状态，使目标环境的空气参数达到要求。
3、电磁炉
电磁炉的原理是电磁感应现象，即利用交变电流通过线圈产生方向不断改变的交变磁场，处于交变磁场中的导体的内部将会出现涡旋电流，这是涡旋电场推动导体中载流子运动所致；涡旋电流的焦耳热效应使导体升温，从而实现加热。
4、微波炉
微波炉由电源，磁控管，控制电路和烹调腔等部分组成。电源向磁控管提供大约4000伏高压，磁控管在电源激励下，连续产生微波，再经过波导系统，耦合到烹调腔内。
5、电冰箱
电冰箱由电动机提供机械能，通过压缩机对制冷系统作功。制冷系统利用低沸点的制冷剂，蒸发汽化时吸收热量的原理制成的。
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光机电一体化技术已经渗透到各个学科、领域，成为一种新兴的学科，并逐渐成为一种产业，而这些产业作为新的经济增长点越来越受到高度重视。
从世界科学技术的发展情况来看，光机电一体化技术的未来技术热点主要包括：
1、激光技术
1）高单色性，利用激光高单色性作精密测量时，可极大地提高测量精度和量程。
2）高方向性，因具有很远距离传输光能和传输控制指令的能力，从而可以进行远距离激光通信、激光测距、激光雷达、激光导航以及遥控。
3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦点附近可产生几千到几万度的高温，可使照射点物体熔化或汽化，对各种各样材料和产品进行特种加工。
4）相干性，由于激光速频率单一、相位方向相同。适用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光学计算机的研制，而在实际运用中也会通过一些激光技术改变激光辐射的特性，应用范围更广。
2、传感检测技术
1）激光准直，能够测量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三维空间的基准测量。
2）激光测距，其探测距离远，测距精度高，抗干扰性强，体积小，重量轻，但受天然影响大。
3）光纤探测器，在目标很小，间隔受限或危险的环境中，最常选用的是光纤探测器。其他还有激光打孔、刻槽=标记、光化学沉积等加工技术。
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