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上世纪50年代末晶闸管在美国问世,标志着电力电子技术就此诞生。第一代电力电子器件主要是可控硅整流器(SCR),我国70年代将其列为节能技术在全国推广。然而,SCR毕竟是一种只能控制其导通而不能控制关断的半控型开关器件,在交流传动和变频电源的应用中受到限制。70年代以后陆续发明的功率晶体管(GTR)、门极可关断晶闸管(GTO)、功率MOS场效应管(PowerMOSFET)、绝缘栅晶体管(IGBT)、静电感应晶体管(SIT)和静电感应晶闸管(SITH)等,它们的共同特点是既控制其导通,又能控制其关断,是全控型开关器件,由于不需要换流电路,故体积、重量较之SCR有大幅度下降。当前,IGBT以其优异的特性已成为主流器件,容量大的GTO也有一定地位[1][2][3]。
许多国家都在努力开发大容量器件,国外已生产6000V的IGBT。IEGT(injectionenhancedgatethyristor)是一种将IGBT和GTO的优点结合起来的新型器件,已有1000A/4500V的样品问世。IGCT(integratedgateeommutatedthyristor)在GTO基础上采用缓冲层和透明发射极,它开通时相当于晶闸管,关断时相当于晶体管,从而有效地协调了通态电压和阻断电压的矛盾,工作频率可达几千赫兹[2][3]。瑞士ABB公司已经推出的IGCT可达4500一6000V,3000一3500A。MCT因进展不大而引退而IGCT的发展使其在电力电子器件的新格局中占有重要的地位。与发达国家相比,我国在器件制造方面比在应用方面有更大的差距。高功率沟栅结构IGBT模块、IEGT、MOS门控晶闸管、高压砷化稼高频整流二极管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在国外有了最新发展。可以相信,采用GaAs、SiC等新型半导体材料制成功率器件,实现人们对“理想器件”的追求,将是21世纪电力电子器件发展的主要趋势。
高可靠性的电力电子积木(PEBB)和集成电力电子模块(IPEM)是近期美国电力电子技术发展新热点。GTO和IGCT,IGCT和高压IGBT等电力电子新器件之间的激烈竞争,必将为21世纪世界电力电子新技术和变频技术的发展带来更多的机遇和挑战。
二、变频技术的发展过程
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。电力电子器件的更新促使电力变换
技术的不断发展。起初,变频技术只局限于变频不能变压。20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代,作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣,并得出诸多优化模式,如:调制波纵向分割法、同相位载波PWM技术、移相载波PWM技术、载波调制波同时移相PWM技术等。
VVVF变频器的控制相对简单,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较小,受定子电阻压降的影响比较显著,故造成输出最大转矩减小。
矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相——二相变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iml、Itl,然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。
直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。
VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流回路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行。为此,矩阵式交—交变频应运而生。
三、变频技术与家用电器
20世纪70年代,家用电器开始逐步变频化,出现了电磁烹任器、变频照明器具、变频空调、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等[4]。
20世纪末期期,家用电器则依托变频技术,主要瞄准高功能和省电。
首先是电冰箱,由于它处于全天工作,采用变频制冷后,压缩机始终处在低速运行状态,可以彻底消除因压缩机起动引的噪声,节能效果更加明显。其次,空调器使用变频后,扩大了压缩机的工作范围,不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制,达到降低电力消耗,消除由于温度变动而引起的不适感。近年来,新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化,而且利用高速运行能实现快速冷冻。
在洗衣机方面,过去使用变频实现可变速控制,提高洗净性能,新流行的洗衣机除了节能和静音化外,还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容;电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热,没有燃气和电加热的炽热部分,因此不但安全,还大幅度提高加热效率,其工作频率高于听觉之上,从而消除了饭锅振动引起的噪声。
四、电力电子装置带来的危害及对策
电力电子装置中的相控整流和不可控二极管整流使输入电流波形发生严重畸变,不但大大降低了系统的功率因数,还引起了严重的谐波污染。
另外,硬件电路中电压和电流的急剧变化,使得电力电子器件承受很大的电应力,并给周围的电气设备及电波造成严重的电磁干扰(EM1),而且情况日趋严重。许多国家都已制定了限制谐波的国家标准,国际电气电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。我国政府也制定了限制谐波的有关规定[5]。
(一)谐波与电磁干扰的对策
1、谐波抑制
为了抑制电力电子装置产生的谐波,一种方法是进行谐波补偿,即设置谐波补偿装置,使输入电流成为正弦波[3]。
传统的谐波补偿装置是采用IC调谐滤波器,它既可补偿谐波,又可补偿无功功率。其缺点是,补偿特性受电网阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧毁。此外,它只能补偿固定频率的谐波,效果也不够理想。
电力电子器件普及应用之后,运用有源电力滤波器进行谐波补偿成为重要方向。其原理是,从补偿对象中检测出谐波电流,然后产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流,从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。
大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术:将多个方波叠加以消除次数较低的谐波,从而得到接近正弦的阶梯波。重数越多,波形越接近正弦,但电路结构越复杂。小容量变流器为了实现低谐波和高功率因数,一般采用二极管整流加PWM斩波,常称之为功率因数校正(PEC)。典型的电路有升压型、降压型、升降压型等。
2、电磁干扰抑制
解决EMI的措施是克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt,目前比较引入注目的是零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。方法是:
(1)开关器件上串联电感,这样可抑制开关器件导通时的di/dt,使器件上不存在电压、电流重叠区,减少了正关损耗;
(2)开关器件上并联电容,当器件关断后抑制du/dt上升,器件上不存在电压、电流重叠区,减少了开关损耗;
(3)器件上反并联二极管,在二极管导通期间,开关器件呈零电压、零电流状态,此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。
目前较常用的软件开关技术有部分谐振PWM和无损耗缓冲电路。
(二)功率因数补偿
早期的方法是采用同步调相机,它是专门用来产生无功功率的同步电机,利用过励磁和欠励磁分别发出不同大小的容性或感性无功功率。然而,由于它是旋转电机,噪声和损耗都较大,运行维护也复杂,响应速度慢。因此,在很多情况下已无法适应快速无功功率补偿的要求。
另一种方法是采用饱和电抗器的静止无功补偿装置。它具有静止型和响应速度快的优点,但由于其铁心需磁化到饱和状态,损耗和噪声都很大,而且存在非线性电路的一些特殊问题,又不能分相调节以补偿负载的不平衡,所以未能占据静止无功补偿装置的主流。
随着电力电子技术的不断发展,使用SCR、GTO和IGBT等的静止无功补偿装置得到了长足发展,其中以静止无功发生器最为优越。它具有调节速度快、运行范围宽的优点,而且在采取多重化、多电平或PWM技术等措施后,可大大减少补偿电流中谐波含量。更重要的是,静止无功发生器使用的抗器和电容元件小,大大缩小装置的体积和成本。静止无功发生器代表着动态无功补偿装置的发展方向。
五、结束语
我们相信,电力电子技术将成为21世纪重要的支柱技术之一,变频技术在电力电子技术领域中占有重要的地位,近年来在中压变频调速和电力牵引领域中的发展引人注目。随着全球经济一体化及我国加人世界贸易组织,我国电力电子技术及变频技术产业将出现前所未有的发展机遇。
参考文献:
[1]周明宝.电力电子技术[M].北京:机制工业出版社,1985.
[2]陈坚.电力电子学-电力电子变换和控制技术.北京:高等教育出版社,2002.
[3]王兆安黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2003.
[4]陈国呈,周勤利.变频技术研究[J].上海大学自动化学院学报,1995(6):23-26.
1.1技术人员严重不足
近些年来,我国电子信息技术的发展速度很大程度上受到相关技术人员缺乏的限制。虽然国内多数高校都开设有电子信息技术的相关课程,其专业人才的数量相对较为充足。然而在这些专业人才当中,绝大部分属于单一型人才,其所能完成的工作也仅仅局限在自己所学的或者所负责的方面,对于其他相关领域的涉足相对较少。由于单一型人才数量较多,复合型人才的数量相对较少,因而这就使得我国的电子信息技术的发展很大程度上受到这方面原因的制约。同时,在我国电子信息技术的从业人员当中,其能够胜任高端技术的人才较为匮乏,很大程度上制约着我国电子信息技术的发展。
1.2环境资源缺乏
目前,电子信息技术的发展也在某种程度上受到环境资源的限制。一方面在我国电子信息技术产业领域当中,存在着假冒伪劣产品充斥市场、剽窃他人知识成果以及领域中企业恶性竞争等现象。这极大的消耗了我国电子信息技术的竞争力,不单单是企业在国内中的竞争力,也极大的影响了我国电子信息技术领域在国际社会的竞争力。因而只有肃清电子信息技术产品领域中存在的不正当现象,才能使得我国的电子信息技术得到较好的发展,提升我国电子信息领域在国际社会中的竞争力。
1.3电子信息技术产业结构合理性欠缺
相对而言,我国的电子信息技术的起步时间相对较短,因而该领域中很多方面存在着不合理的情况,其中包括市场结构的合理性。目前在电子信息技术领域当中,其各个产业结构的设置存在着较大的不合理性,也在很大程度上制约着国内电子信息技术的发展。因而只有将目前国内电子信息技术领域中存在的不合理转变为合理,才能使得该领域获得长久的发展。纵观国内电子信息技术领域,其已经具备了跻身世界前列的规模,然而其发展能力等其他方面与发达国家之间的差距相对较大。
2我国电子信息技术发展未来趋势的展望
针对上述我国电子信息技术发展中存在问题的分析,结合笔者自身的实践经验,就我国电子信息技术发展的未来趋势作出如下展望:
2.1全球化、层次化发展
在电子信息技术发展的过程中,需要国内各个企业以及国家之间进行合理的交流沟通,其中包括技术创新、产品设计、设备更新以及产品销售等问题。在相对较为发达的地域,部分发展情况较为良好的企业凭借着自身较为优秀的实力以及发展经历,对自身存在的产业结构进行合理的优化,最终形成合理的研发以及设计产业。尤其是技术含量相对较高的产业一般都留在欧洲地区,而技术含量较低的工作通常转移到亚洲的部分国家进行。而在我国,经济情况较为良好的地区通常将产业向着西部地区进行转移。从此可以看出,电子信息技术的发展也将逐步呈现全球化以及层次化发展的趋势。
2.2产业化、集群化的发展
在国内如火如荼的经济发展浪潮当中,具有一定联系的产业通常会逐步演化为一个较大规模的产业链。然而对于电子信息技术领域而言,只有相关领域联合成为一个整体之后,才能够使得该领域获得稳步长久的发展。相对而言,我国的电子信息技术的起步时间相对较晚,目前其依旧处于发展的过程中。然而在此期间,形成产业化的发展模式,完成集群化的发展路线,将会使得该领域的生存能力得以大幅度的提升,在遭遇巨大挑战的过程中能够拥有较强的抵御风险的能力。
2.3多媒体、智能化的发展
随着我国科学技术的不断进步,电子信息技术也将向着多媒体以及智能化的方向发展。其中网络技术、计算机技术走向了多媒体的发展道路。这也就说明国内的电子信息技术向着多媒体的方向发展。相对而言,在电子信息技术发展的过程中,多媒体技术也是其中较为重要的技术手段之一。
3结束语
随着电子技术创新能力的发展,尤其是计算机网络通信技术的出现,各行各业都应用到了电子技术,同样,网络电视同样也是电子技术应用的使用者,本文将结合电子技术在工作生活中的实际应用,就电子技术在电视媒体中的应用进行探讨。
【关键词】电子技术 媒体管理 工作方式
社会的发展因为高新电子技术的出现迎来了黄金时期,其中,计算机技术的作用尤其突出,他与以往的生产力完全不同,而应该在另一个层面进行解释,对科学技术的应用已经占据了生产力的主流。比如,创新性和战略性是旧式的生产力所不具备的,超高的辐射性和人工智能技术同样是本世纪的新兴产物,作为一种新的的生产力,他是人们的生产和生活方式产生了翻天覆地的变化,丰富了业余生活,使电视可以连接网络使用,而告别了楼顶电线杆的时代,这都大大提高了人们的生活质量,是电子技术发展史上里程碑式的标志。本文在这个方面探讨电子技术在电视媒体中的应用以及对电视媒体的影响。
1 电子技术与电子计算机技术的发展
1946年,世界上第一台计算机在美国诞生,从20世纪50年代以后,计算机的应用就逐渐蔓延开来,它既包含了物理逻辑学的严谨,又赶上了电子技术飞速发展的时代,于是在仅仅几十年的时间就全球普及。电子技术经过六十多年的发展,从最初的电子管计算机,到晶体管计算机、小规模集成电路计算机、大规模与超大规模集成电路计算机,最后是网络计算机。更新换代程度越来越频繁,技术越来越先进,计算机的运算速度得到了大大的提高,包含的程序和功能越来越多,现阶段已经到了研发纳米级的程度了,其运行速度已经超越前面任何一个阶段的速度,到了纳秒以下。越来越多的生活领域应用到这项技术,对人类生活的提高文明的进步产生了极大的影响。
2 电子技术在电视媒体中的应用
电视媒体的发展依靠于电子技术的发展,上文提到,网络电子通信技术为多媒体电视的发展提供了强有力的技术支持,电视媒体的信息传播依赖于网络通讯技术,因此人们生活水平的提高离不开电子通信技术的发展。近些年的电视媒体越来越多姿多彩,形式新颖,足够吸引人的眼球,高传播性同样可以使它的影响范围大大加强。首先,电视应用的信号离不开卫星传播,加强地面覆盖建设,可以使信号覆盖范围大大加强,同时,媒体间的良性竞争也有利于推动技术的发展。其次,有线电视的发展得到了大力推动。因为原有的电视通讯传输介质是电缆,电缆的传输条件并不好,传输途中会损失掉好多电视信号,因此近些年光缆一出现,就迅速替代了电缆作为媒体传输介质。当前电视媒体的传播形式主要有三,一是有线电视,二是卫星信号,三是网络电视。其中有线电视的特点十分独特:
(1)频道内容丰富,采用卫星信号传输,无线网络传播,因此多媒体音质,画质都达到了现有技术的最高水平,能同时传送多达120套电视节目。预计未来可以同时传播多达500套电视节目。
(2)光缆信号稳定,受干扰性小之又小,播出质量可以保证。
(3)光缆的特征可以将信号双向传输,不仅可以连接有线电视,还能将网络引入到电视中来,电视上可以点播网络节目观看,扩大了电视媒体功能领域。
3 电子技术在电视媒体发展中的作用
3.1 电子技术的发展提高了媒体创作与媒体接收设备质量
电视媒体的发展是媒体技术的整体发展,环环相扣,都是必不可少的。每个环节都是为了将媒体技术向更高的技术水平推进,朝着数字化,动力化,智能化发展。电子元件的发展是整个发展过程的先决条件,只有基础设施完备,才能将技术发展推进到更高的发展水平。创新研发能力越强,技术进步就越大。当前电视媒体技术已实现了五个转变:
(1)电视摄像器材由摄像管向CCD的转变。
(2)电视录像器材同3/4模拟分量向1/2模拟分量转变;
(3)ENG由分体式向一体化转变;
(4)播出方式从计算机控制人工上带的半自动化播出向计算机控制机械手上带的全自动播出方式转变;
(5)从模拟播出系统向数字播出系统转变。新技术还不断丰富着新闻媒介的报道手法,开拓着新闻媒介的业务领域。如利用先进的传送设备进行现场报道。
3.2 电子技术拓展电视媒体功能
技术的发展使得元器件的功能和作用都得到了很大程度的拓展,网络电视和智能电视机的出现就是很好的佐证,利用技术进步制造出电视制式之间的相互兼容,通过模拟分量技术将数字信号间的传输变得更快,新型的传输媒介的使用为传输速度提供了更优质的渠道,在各方面共同作用下,我们才能在家里享受丰富多彩的电视节目,提高了生活水平。在电视节目制作中,我们不再采用以往的媒体工作模式,电视节目的播出时间段和组织方式也随着时代的发展在变化,节目越来越“接地气”,追求高收视率,这就需要网络技术和电视技术的多方面配合,是的多媒体技术更能满足人们的日常需求,由单一模式变为多样模式。
3.3 电子技术的发展对电视新闻传播的有效影响
电子技术的高速发展有效地拉近时间和空间的距离。时间与空间不再是限制人们的桎梏,而是超越了时空的界限,今天可以收看昨天的电视节目,而大规模的传播特性也可以坐在家里收看大洋彼岸的实况直播。随着电子技术和无线网络传输技术的发展,无论是在什么地方,什么场合中都可以将现场的情况真实有效及时的传送到电视观众面前。另一方面,电子技术的以展改进了图像符号。使图像更清晰,音质更保真,近些年出现的3D,4D技术就是多媒体的进步,具有强烈的现场感。同时在字幕制作特效方面,电子技术的发展也为其提供了技术支持。通过图像,音效与特效三者结合,极大了发挥了电视新闻的传播效果。同时,录像机,摄像机的发明和使用,也有效的节约了人力和物力的,提高了工作效率。
参考文献
[1]顾涛.数字技术的发展对电视媒体的影响研究[J].大连理工大学硕士毕业论文.
[2]孙彬.消费电子技术发展对广播影视新媒体的影响[J].消费电子.
[3]杨辉.对电子信息技术的应用分析[J].中国新技术新产品,2012,12.
[4]张向宏,张少彤.互联网新技术在媒体传播中的应用[M].北京:清华大学出版社.
[关键词]电子信息科学技术;发展现状;发展方向;概况;光电子技术;微电子技术;网络技术
按照现阶段电子信息科学技术的发展现状与发展趋势分析,西方发达国家电子信息科学与技术产业体系以逐渐成熟。伴随市场经济发展速度地提升及大量外资涌入,我国电子信息科学技术产业也得到了极大发展。“十二五”规划中明确指出,应将信息产业列为重点扶植产业,电子信息科学技术的发展必将带动相关行业及国民经济的发展。作为一门理工学科,电子信息科学技术是原有电子学、信息系统、无线电物理学及信息、电子科学的整合,以此构成全面新型学科。因我国电子信息科学技术发展起步晚,为充分发挥电子信息科学技术的作用,相关工作人员及单位必须重视该技术的实际应用与发展,只有这样才能推动国民经济的可持续发展。
一、电子信息科学技术的概况
数学家香农在其1948年发表的论文―通讯的数学理论中指出“信息是用来消除随机不定性的东西”。作为一种普遍联系形式,在所有通讯与控制系统内,信息是一切宇宙万物创建的最基本万能单位。电子信息科学技术是指利用电子技术获取、传递、处理及应用信息的一项技术,传感技术、通信技术、计算机技术与信号处理技术等都是电子信息科学技术的的重要组成部分。伴随电子信息产业的快速发展,电子信息科学技术已经成为现阶段最活跃、渗透能力最强的一项科学技术。在计算机发展的基础上,电子信息科学技术的特点如下:
首先,智能化、集约化。在科学的基础上进行计算机智能研究的建立,其中计算机发展的重要方向就是智能化,现代网络信息技术科对人的感觉行为与思维活动等进行模拟,并进行集约化逻辑分析、综合处理信息。其次,网络化、数字化。伴随计算机技术的不断发展,网络已经成为现代信息技术、计算机技术发展的产物。在信息资源共享、交流互动中,利用计算机高清晰数字处理技术、网络化运行等即可实现。最后,高效化、敏捷化。在开发、研究与应用现代计算机网络技术的同时,可整合、存储各类信息资源,并利用计算机信息处理技术,达到高效、快捷处理信息的目的。
二、电子信息科学技术的现状与发展方向
1、电子信息科学技术的现状
作为19世纪末、20世纪初发展的新兴技术,电子技术在20世纪得到了快速发展,因其应用范围地不断扩大,使电子技术已经成为近代科学技术发展的重要标志。伴随信息时代的到来,信息社会逐渐以微电子技术、电子计算机与互联网为发展趋势。目前电子信息科学技术在国防、科学、工业、医学、通讯等多个领域得到了广泛地应用,其已经成为人们生产、生活及社会经济发展的重要组成部分。作为国民经济支柱产业,现阶段我国信息技术总体水平和发达国家相比,仍存有一定差距。为转变我国信息产业核心技术受控于人的窘境,必须始终坚持建设创新型国家,将掌握装备制造业、信息产业核心技术作为提升国家竞争力的重点。本文以微电子技术为例分析,在不断突破CMOS(金属氧化物半导体)技术极限的基础上,我国微电子技术始终遵循摩尔定律(集成度每18个月平均多一倍,30年尺寸减小1000倍,提升性能1万倍),推动我国集成电路市场的快速发展。但现阶段我国市场自给率较低(25%以下),特别是在以计算机中央处理器(CPU)为代表的IC发展中,发展水平远远低于西方发达国家。
2、电子信息科学技术的发展方向
(1)未来信息技术的核心―光电子技术。电子学、光电子学、光子学为现代信息技术的主要发展阶段。作为信息、能量的载体,光子可产生信息光子学与能量光子学,根据以上两者自身规律与市场发展需要,可进行现代光电子交叉学科与光电子信息产业的建立与发展。(2)微电子―系统集成化发展。作为电子信息硬件产品的重点,集成电路制造技术具有广泛地应用空间,从计算机CPU至各类IC卡都与集成电路息息相关。大规模(LSI)、超大规模(VLSI)、特大规模(ULSI)集成时代已经成为微电子技术的过去,伴随信息时代的到来及电子信息科学技术的快速发展,集成电路将以硅基CMOS电路为主,向加工细微化、硅片大直径化方向发展。(3)多媒体、智能化成为计算机技术发展方向。计算机技术、PC机、服务器与其外部设备设计开发技术等为计算机技术的主要内容。伴随科学技术水平的不断进步,并行处理技术也得到了高速发展,平均每2年计算机性提升一个数量级。产品结构由计算机为核心逐步向因特网网络设备为核心进行转变,在系统内部存储设备所占比重也逐渐增加,逐步发展为海量存储。计算机、通信与家电设备通过多媒体逐渐融为一体,语言、数字图像交互技术也以实用化的方式呈现在人们面前,促使计算机技术逐渐向多媒体、智能化发展全面发展。(4)通信、网络技术的发展。伴随社会经济的快速发展,人们也越来越依赖网络,促使信息安全的重要性、紧迫性日渐突出,同时也加快了密码理论、密码算法、安全协议、网络安全和信息隐藏等技术的研究与发展。作为全球拥有最大规模移动通信网的国家,现阶段我国移动通信网普及率也有待提升。互联网与移动通信技术的发展,为无线技术发展提供了可靠地保障,同时,由无线局域网(WLAN)扩展到无线城域网(WMAN)的发展为电子信息科学技术的发展也提供了数据信息依据。在通信技术逐步发展为宽带化、个性化与综合化的同时,网络技术也逐步向多业务、高性能与大容量等方向发展。通过将网络信息技术提供给用户,可实现信息通讯的快捷性,推动信息技术的高速发展。
三、结束语
综上所述,作为科技革命重要标志的信息技术,电子信息科学技术已经广泛应用于社会、经济和人们生活的各个方面,作为市场竞争的重要手段,电子信息科学技术发展水平的高低将直接影响到国民经济的发展为此,我们必须正视与发达国家在信息科学和技术方面的差距,加大自主创新力度,大力发展信息产业并重视推动信息技术在产业的应用,进一步提升我国的综合竞争力。
参考文献
[1]冶明福.关于电子信息科学技术发展现状的思考[J].科技致富向导,2011年08期
[2]刘中华;浅析电子信息工程专业、电子科学与技术专业的发展现状[J].现代物业(上旬刊),2015年06期
案例教学法的可行性
案例教学法是一种先进的教学方式,教师根据工程生产实际给出若干案例,学生分成若干研究小组,在教师地引导下组织文献查阅、研究和讨论,在规定时间内完成案例的设计后,通过报告的形式汇报研究成果,汇报完成后由教师和学生共同进行对相关问题的讨论。在这种教学方式下,学生由被动的接受者转变为知识的发掘者,实现教师与学生、学生与学生间的互动。与传统教学方式相比,案例教学法的优势十分突出,大大改善了教学效果,因此已经在我国高校的课堂教学中得到应用。[6,7]电力电子技术在工业生产和国民生活中应用广泛,同时也综合了电子技术、电路、自动控制等多个学科,因此具有很强的工程性和综合性。同时,“电力电子技术”强调理论联系实际,因此必须重视实践性教学。在“电力电子技术”的教学中引入案例教学法,对于达到课程的实践性和综合性要求,调动学生学习的自觉性和主动性,提高学生自学能力和实践能力,改善教学效果,大有裨益。
案例教学法的实施过程
新型教学法的实施步骤为:1.提出课题(案例)将全班学生分为5个课题小组,小组可由教师划定,学生也可以自由组合。根据“电力电子技术”教学大纲和教学目标要求,选取实践性较强的5个案例,分配给5个课题小组,每个小组负责1个课题,课题的选择由各组自行协商。由于学生刚刚接触“电力电子技术”,因此教师在选择案例时需注意案例的难度,案例不能过于简单,需具有挑战性,但也不能难度过大,占用学生过多的时间,甚至令学生失去兴趣。经过实践,笔者给出的第一批5个案例为:级联式晶闸管整流器的设计、高功率因数PWM整流器的设计、SPWM逆变电源的设计、矩形波交流电源的设计、高频高压脉冲电源的设计。当然,案例的选择并不是一成不变的,为了防止部分学生向上一届学生索要案例设计结果,同时考虑到电力电子技术发展迅速,每一届教学中都将对案例进行修改或更换.2.研究学习各课题小组根据案例的要求,进行分工合作,首先要充分理解教材,判断案例涉及教材中的哪部分章节的内容,深入阅读教材,然后根据教师提供的文献资料及学习方法,通过图书馆、期刊网等文献检索工具的帮助,查阅相关文献,对课题进行拓展学习。由于课题涉及的电路、自动控制等方面的理论较多,需要学生阅读较多的文献。小组成员之间需要经常沟通和讨论,并进行材料的整合并为报告做准备。3.仿真研究由于学时以及实验条件所限,学生无法对每个设计出的电路进行实验研究,为了检验设计结果的正确性,可采用仿真验证的方法。目前,有多种仿真软件可以仿真电力电子电路,其中最常用的是Matlab/Simulink和PSIM。这两种软件已被许多教师用于课堂教学中,但学生动手使用的并不多,实际上,这两种软件易学易用,学生无需在学习软件的使用方法上花费太多的时间。在案例设计过程中,学生可以随时用设计的仿真程序验证设计的正确性;设计完成后,要给出不同拓扑结构、不同控制策略、不同电路参数和控制参数下的主要波形,并由此确定最佳拓扑和参数。在第二和第三阶段,学生可通过网络课程平台与教师交流。4.报告讨论报告和讨论是案例教学法的重要环节,一般安排在课程结尾阶段进行。由于学时的限制,为每个案例分配的时间为20分钟~30分钟。课题组推举一位报告人,报告人应在报告前做好PowerPoint讲稿,报告时用5分钟的时间介绍案例的要求和设计结果。余下时间由全体学生讨论设计的合理性,学生也可以提出各种问题,由报告人进行解答,报告人解答不了的,由该课题组的其他成员解答。教师在此过程中应对讨论的深度和广度加以把握,最后对案例设计的结果进行点评,并记录学生在报告和讨论过程中的表现,作为考核的依据。5.撰写小论文通过一个学期的学习与实践,每个学生提交一份与案例相关的研究性小论文,教师应要求每个课题组内各成员间的小论文内容有区别,即应侧重于自己所研究的那一部分。6.期末考核期末考核的成绩由三部分组成:报告和讨论过程中的表现以及小论文的质量。为了保证考核的公平性,教师在布置任务时要为课题组的每个成员分配不同的工作。以“SPWM逆变电源的设计”为例,可将案例拆分为若干子课题,如:单相逆变电源的设计、三相逆变电源的设计、常规SPWM调制方法研究、梯形波SPWM调制方法研究、鞍形波SPWM调制方法研究等几个子课题。在小组成员较多的情况下,可令其中一部分同学用Matlab/Simulink仿真,其余同学用PSIM仿真,这样不仅使每个学生都有相互独立的任务,还可将不同仿真软件得到的结果进行相互验证。
案例举例
论文摘要:机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。此简述机电一体化技术的基本情况和发展背景,综述国内外机电一体化技术的现状,分析机电一体化技术的发展趋势。
现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。
1机电一体化概述
机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不断发展,还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术及电力电子技术,根据系统功能目标要求,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值,并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。因此,“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术,而不是机械技术、微电子技术及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术由纯技术发展到机械电气化,仍属传统机械,其主要功能依然是代替和放大的体系。但是,发展到机电一体化后,其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还被赋予许多新的功能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。也就是说,机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的延伸,智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
2机电一体化的发展状况
机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:(1)20世纪60年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间,战争刺激了机械产品与电子技术的结合,这些机电结合的军用技术,战后转为民用,对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时,研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广。(2)20世纪70-80年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是:mechatronics一词首先在日本被普遍接受,大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认;机电一体化技术和产品得到了极大发展;各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。(3)20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。一方面,光学、通信技术等进入机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。
我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组,并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作,取得了一定成果。但与日本等先进国家相比,仍有相当差距。
3机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:
3.1智能化
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。转3.2模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元,以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品,同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的,还需要制定各项标准,以便于各部件、单元的匹配。
3.3网络化
由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络(homenet)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computerintegratedappliancesystem,CIAS),能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此,机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3.4微型化
微型化兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小,耗能少,运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
3.5环保化
工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。于是,人们呼吁保护环境资源,回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中,符合特定的环境保护和人类健康的要求,对生态环境无害或危害极少,资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指,使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。
3.6系统化
未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义:一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等,显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化;另一层是模仿生物机理,研制出各种机电一体化产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。
综上所述,机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然,与机电一体化相关的技术还有很多,并且随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显,机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。
参考文献
1.完善实践教学条件“电力电子技术”课程具有很强的工程性和实用性,而实验是培养学生理论联系实际、动手能力、严谨的态度和科学研究方法的重要手段。因此,以营造真实的、先进的工程环境为目标,紧密结合工程实际应用,投入100多万元建设和完善了电力电子技术实验室。现实验室拥有实验设备24台套,开发了电力电子技术仿真研究平台,构建了电力电子技术实践教学体系(包括课内实验、课外实验、课程设计、生产实习和毕业设计等),编制相关的教学文件。实验室向学生全面开放,学生以团队的形式开展自主性实验和学科竞赛培训,并为学生提供实际工程技术资料、仿真实训教学软件,培养工程实践应用能力。
2.精心设计实验内容课程组精心设计了实验教学项目和内容,引导学生从问题出发,逐步由基础实验走向设计性和综合性实验,再过渡到创新性实验。开设了晶闸管整流、逆变的验证性实验,使学生对本课程的应用有初步认识;对直流斩波、交交变换以及PWM控制技术部分的实验,则由教师给出电路参数要求,由学生自行设计主电路、驱动电路等,完成设计性实验,培养学生分析问题,解决问题的能力;软开关技术的实现等具有较高实用价值的实验项目,密切联系着当今电力电子技术发展的最前沿技术,并且在国民经济发展中起着重要作用。通过实验学生了解了电力电子新技术的发展动态,同时对本课程的应用领域、可以解决的问题有了更直观感性的认识。实验项目与科研、工程、社会应用实践密切联系,形成良性互动,实现基础与前沿、经典与现代的有机结合,有利于学生创新能力的培养和自主训练。
3.增设课程设计与调试环节开设了1周“电力电子技术”课程设计与调试实践环节,以完整的电力电子系统为载体,将电力电子器件选择以及电力电子主电路、驱动电路、保护电路、检测电路、控制电路等内容有机地结合起来,使学生通过设计、组装、实验和调试“四位一体”的训练,培养学生的实践能力和创新能力。同时,在教学中使用计算机仿真软件Matlab/Simulink搭建各种常用电力电子电路,且可方便地调整电路的参数进行仿真,培养学生应用计算机处理复杂电力电子电路的能力,也为日后从事工程设计和科学研究打下良好的基础。
二、改进教学方法与手段,调动学生学习主动性和积极性
在实际教学实践中,笔者始终坚持以学生为主体、教师为主导、能力为主线的教育理念,根据课程内容合理采用不同的教学方法组织课堂教学,将“理论+实践+应用能力”的教学模式贯穿在整个教学活动中,由传统的教师满堂灌唱独角戏变成了教师学生共同参与的互动学习,教与学融为一体。教师有所教,学生有所学,极大地调动了学生的学习积极性,加深了学生的理解,加快了学习步伐。通过启发教学法、案例教学法、任务驱动教学方法等,增强学生主观能动性,活跃课堂气氛,挖掘学生潜力,增强专业素养,逐渐让学生由“学会”变成“会学”,由被动变主动汲取知识。
为了分析电力电子器件和电路的工作状态,使学生弄清电路中能量的变换和传递,笔者制作了本课程比较完善的多媒体教学课件。利用多媒体技术将实际应用中的电路和电力电子装置做成影音资料带到课堂上,结合典型工程实例,并把电力电子前沿的研究状况、最新的研究成果以图表、图片等方式充实到教学课件中,提高学生的感性认识,激发学生学习的兴趣,不断提高教学效果及教学质量。同时,建设了本课程的教学网站,网站资料丰富,包括教学资料和典型工程实例等,学生可以在网上学习,教师可以在网上进行答疑,激发了学生学习的兴趣,提高了教学效果。
三、改革考核方式,提高学生对知识的综合运用能力
1.考试过程全程化教师根据“电力电子技术”课程性质和不同阶段的教学要求,通过课堂提问、讨论、平时作业、单元测验、实际操作、撰写报告或论文等方式加强形成性考试评价,并安排阶段性考试以强化学生平时对课程教学内容的学习和掌握,弱化期末终结性考核。
2.考核内容能力化考核内容围绕应用能力和工程素质培养为核心这个目标设置,结合新的“电力电子技术”教学内容体系,加大电力电子器件特性分析、实际电路分析、应用案例分析、实践技能的比例,侧重考查学生对知识的综合运用、解决问题的能力。
3.考核方式多元化根据不同阶段的教学要求,考核采取口试、笔试(开卷、闭卷)、开发设计相结合的形式,变单一形式的考核为多种形式的考核。
四、组织课外科技创新活动,探索课内与课外培养的有效机制
按照课内培养与课外培养相结合的原则,把培养学生实践创新能力固化在教学任务中,成立了课外科技活动小组,注意引导和鼓励学生积极参加各种科技竞赛活动。依托电力电子实验室的硬件设施,积极组织学生参加全国大学生电子设计大赛和“挑战杯”竞赛,以培养和提高学生的自学能力、实践能力和创新意识。在运行中,加强课外实践活动的组织和管理,制订《大学生课外科技创新实践活动运行管理办法》和《实验室开放运行管理办法》,对大学生第二课堂教育的条件保障、激励政策、管理办法、评价办法等做了明确规定,形成了有效的大学生科技创新实践活动保障体系。
五、加强青年教师培养,提高课程组教师整体水平
师资队伍建设是课程建设的关键,课程组教师的理论教学水平、工程实践能力、科研水平直接关乎“电力电子技术”课程建设水平。按照校内培养与校外培养相结合、教学培养和科研培养相结合的原则,通过建立青年教师“导师制”、定期开展教学研讨和教学观摩、实行青年教师实验室坐班制、深入工业企业生产实际、选派教师参加新技术培训等措施,不断提高青年教师教学水平、学术水平和实践能力。
六、结语
论文摘要:数字化教学资源建设是高校教育教学的方向,为学生自主学习提供了条件。结合电子技术类课程的实际,本文提出构建数字化教学资源的意义、内容和方法,有利于该类课程的建设,提高教育教学质量,时数字化教学资源全面支撑下的新的人才培养模式的确立必将产生深远影响。
1.引言
随着信息技术的迅猛发展,人类社会信息化进程明显加快,特别是电子技术正向数字化、集成化、网络化、综合化和智能化方向发展,电子技术应用领域不断拓宽,新技术、新知识、新工艺、新器件不断出现,对电子技术类相关的人员需求十分巨大。这对于高等教育来讲既是机遇又是挑战,如何培养适应社会需求的高素质电子技术类人才是高校电子技术相关专业教学改革的重点。
随着计算机技术、网络技术和多媒体技术等信息技术的发展及其在教育中的应用,数字化教学资源日益受到人们的青睐,开发高质量的数字化教学资源已成为教育信息化的迫切需要。随着电子技术教学改革的深人发展,基于计算机和网络为特征的数字化教学已经成为电子技术教学改革的主要方向。
2.数字化教学资源建设的意义
高校是培养现代化人才的摇篮,其最终目标就是培养高素质创新人才。以计算机为核心的现代教育技术向人们展示了其多媒体化、人工智能和全球网络化的发展特性,正是这种特性可以便于创设一种全新的教育环境,创造出有利于培养创新人才的教育环境。
信息数字化有效地促进了教育教学手段的多样化,教学模式的多元化。它强调学生的自主创新学习,让学生获得更大的学习空间和自由,培养学生的自主学习能力和创新思维能力;易于实现人际之间的广泛交流和协作,支持人际之间的智能互;易于实现学习环境的虚拟化,提供给学生更多的创造空间和实践的自由。
创建信息化教学环境的首要条件就是建设内容丰富的数字化教学信息资源库。利用多媒体和网络技术与现代教育技术的结合,创建数字化教学资源库,搭建教育信息化平台,建设现代教育技术的应用环境,充分调动教师和学生互动教学的主动性和积极性,反映了当代教育教学的迫切需求。
3.电子技术类课程数字化教学资源的建设
3.1数字化教学资源建设的内容
数字化教学资源是指经过数字化处理,可以在多媒体计算机上或网络环境下运行的,可以实现共享的多媒体学习材料。它具有多样性、共享性、扩展性、工具性等特点。数字化教学资源涵盖的内容十分广泛,有多媒体课件库、多媒体素材库、视频资源库、网络课程、数字化图书馆、教师教学网站群、专业课程资源库等多方面。
电子技术类课程是电子信息工程、通信工程、计算机科学与技术、电气工程等多学科应用型本科专业的专业基础课程,具有理论性强、实践性强、发展速度快、多学科交叉、应用领域广泛等特点,学生对该课程内容掌握程度直接关系到人才培养的质量。针对电子技术类课程的特点,其数字化教学资源的建设应重点放在多媒体课件库、视频资源库、网络课程、虚拟实验、试题库和习题库等方面的建设。主要构建一个以电子技术课程全方位、开放性的数字化教学资源支撑下的理论课教学、实验课教学和网络自主学习的全新的教学体系和模式,以网络教学平台资源建设为核心,为学生搭建一个自主学习的平台。
在建立数字化教学资源体系的系统模型时,教师应该以学生为主体,以建构主义为理论基础,以现代教育理念为指导思想,重视学生的学习过程和师生双方的共同活动。电子技术类课程主要包括《模拟电子技术》、《脉冲数字电路》等课程,我们将结合我校实际,在校园网基础上,借助局域网络、多媒体制作工具和网络编程工具,针对教学的授课、自学、考试、答疑和实验五个环节,利用基于Web的网络教学平台,构建相关课程的理论教学资源、实践教学资源、习题库、试卷库、答疑讨论系统等,整合和完善电子技术类课程的教学资源,丰富教学内容,完善教学手段,形成全方位、立体化、开放式教学模式。
结合电子技术类课程的要求和特点,我们可以构建出相关教学资源库的框图:(如图1)
3.2电子技术类课程数字化教学资源建设的方法
数字化教学资源应该结合网络教学平台进行建设,利用多媒体信息技术和计算机网络技术,在相关课程建设基础上,建设全方位、立体化、开放性的课程教学数字资源。具体建设方法如下。
3.2.1平台构建
首先应充分调研该类课程数字化教学资源建设情况,并结合本校实际,初步构建一个网络教学平台,提出总体设计思路。
3.2.2整合资源
将电子技术类相关课程进行梳理,在原有课程建设的基础上,按照总体框架,补充、完善、整合各种理论和实践教学资源,形成系列教学资源库,完成具有“渐近性”与“多层次”性、能满足不同层次学生要求的习题库建设,建立高质量的电子技术类课程试题库,并进行数字化处理。在资源整合过程中应注意规范化、规划性和协调性。
3.2.3运行调试
当数字化教学资源库建设完成后,应该进行网络教学试运行,同时根据师生提出的问题进行修改和完善。
3.2.4评价与维护
数字化教学资源的建设是长期的过程,需要对教学资源不断地积累和更新,同时应支持教学过程的跟踪统计,具有对教学过程的评价展示,才能充分体现师生互动功能,才能极大地拓宽课程教学空间,达到预期的效果。
依托课程网络教学综合平台,通过教学资源建设和教学手段现代化建设,力争在课程建设方面取得突破。
3.3电子技术类课程数字化教学资源建设需考虑的问题
3.3.1发挥网络教学的优势和利用多媒体的属性。电子技术类课程相对较为枯燥,学生学习兴趣不够浓厚,而网络和多媒体具有集成性、控制性、交互性、多元性等特点,能把符号、文字、声音、图形、动画和视频图像等信息集于一体。因此教师应采用视频、动画模拟演示等多种方法,使得学生更易于理解和接受。
3.3.2网络教学资源的设计开发应具有科学性、知识性和趣味性。教师既要考虑教学的需要,坚持实用的原则,又要不断创新,兼顾学生的兴趣。
3.3.3注意理论联系实际。电子技术课程的实践性很强,因此教师不仅要注重理论教学资源的建设,而且要重视实践教学资源,通过构建虚拟实验室,使学生通过电脑即可像在实验室中操作实验设备般对电路进行验证和设计。同时将大学生科技创新实践活动资料及对学生进行职业培训的项目资料也放在网络平台上,供广大学生学习参考,由此激发学生自主创新学习的学习兴趣。
3.3.4注意教学资源库的更新和发展。电子技术发展迅速,教学资源库要紧跟时代的发展,不断更新知识体系,始终将最新的科技动态和发展方向展示给学生。
【论文摘要】:介绍了光机电一体化技术特征,研究了国内外技术现状和发展趋势,指出了未来发展前景和一些重要技术热点。
近些年来,光机电一体化技术得到迅猛发展,在民用工业和军事领域得到广泛地应用。因此,光机电一体化技术成为当今机械工业技术发展的一个主要趋势。
1.光机电一体化技术特征
光机电一体化系统主要由动力、机构、执行器、计算机和传感器五个部分组成,相互构成一个功能完善的柔性自动化系统。其中计算机软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素。与传统的机械产品比较,光机电一体化产品具有以下技术特征。
1.1 体积小,重量轻,适应性强,操作更方便
光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节后频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式,可以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序,任何一台光机电一体化装置的动作,可由预设的程序一步一步控制实现,甚至实现操作全自动化和智能化。
1.2 功能增加,精度大幅提高
光机电一体化系统包括以激光、电脑等现代技术集成开发的自动化、智能化机构设备、仪器仪表和元器件。电子技术的采用使得包馈控制 水平提高,运算速度加快,通过电子自动控制系统可精确按预设动作,其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差,达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。同时,由于机械传动部件减少,机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。
1.3 部分硬件实现软件化,智能化程度提高
传统机械设备一般不具有自维修或自诊断功能。光机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序,指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能,使机械控制功能内容的确定和变化趋势向"软件化"和"智能化"。
1.4 产品可靠性得到提高,使用寿命增长
传统的机械装置的运动部分,一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差,导致可动摩擦、撞击、振动等加重,严格影响装置寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用,使装置的可动部件减少,磨损也大为减少,像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此,装置的寿命提高,故障率降低,从而提高了产品的可靠性和稳定性。
1.5 融合了多种学科新技术,衍生出许多功能更强、性能更好的新产品
光机电一体化产品的研究开发涉及到许多学科和专业知识,包括数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等。例如人们很熟悉的静电复印机、彩色印像机等,就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品。光机电一体化技术将光电子技术、传感器技术、控制技术与机械技术各自的优势结合起来,衍生出许多功能更强、性能更好的新一代技术装备。
1.6 产品系统性增强,各部分系统间协调性要求提高
光机电一体化是一门学科的边缘科学技术,多种技术的综合及多个部分的组合,使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求,这就要求各种技术扬长避短,提高系统协调性。
2.研究现状和发展趋势
2.1研究现状
自从我国实行改革开放以来,科技领域急起直追,我国的光机电一体化技术已取得明显的成效,数控产品有了很大的提高,尤其是经济型灵敏数控装置发展很快,是我国特有的经济实用产品,不但适用国内市场的需要,部分产品还随主机配套出口。国内的机械产品采用可编程控制器(PC)和微电子技术控制设备也越来越多,覆盖面也日益扩大,从纺织机械、轴承加工设备、机床、注塑机到橡胶轮胎成型机、重型机械、轻工业机械都是如此,我国自行研制和生产的光机电设备,在质量上也有重大突破,为今后的推广应用打下了良好的基础。
2.2 发展趋势
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。
(3)激光快速成型技术
激光快速成型是利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层,将热塑性塑料粉末或胶粘衬底片材纸张烧结,由点、线构造零件的面(层),然后逐层成型。激光快速成型技术可使新产品及早投放市场,极大地提高了汽车生产企业对市场的适应能力和产品的竞争能力。
(4)光能驱动技术
利用光致变形材料可制作光致动器和光机器人。现已研制成功一种光致动器,其工作原理是将光照在形状记忆合金上,反复地通、断使材料伸缩,再利用感温磁性体的温度特性,将材料末端吸附在衬底上。利用材料本身的伸缩和端部的吸附特性,加上光的通断便能实现所要求的动作。实验验证,该致动器能可在顶面步行。这种状态目标处于初级阶段,如果能发现具有优异光作用特性的动态物质,则可使光能驱动技术广泛应用。
3.结语
技术上的改革和与之相配套的技术支持是创新技术的基础。开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引入电子技术,产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化,便具有很高的功能水平和附加价值,将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益。
参考文献
[1] 刘志,朱文坚. 光机电一体化技术,现代制造工程,2001(12)
[2] 梁进秋. 微光机电系统国内外研究进展. 光机电信息,2000(8)
[3] 宋云夺编译. 光机电一体化业的未来. 光机电信息,2003(12)