在环境监测中的应用生物芯片技术已成功应用到环境监测中的水质控制、病原细菌瞬时检测、细菌基因表达水平测量及菌种鉴定等方面，法国一家水管理企业开发的生物芯片可随时监测公共饮用水中微生物的变化；RhodeIsland大学开发的一种生物芯片技术可瞬时检测出水中的沙门氏菌和大肠杆菌；利用DNA芯片建立的细菌检测及鉴定系统，可快速（＜4h）监测细菌的种类和浓度，且该系统的精确性、检测范围和鉴定能力能通过在芯片上增加更多的寡核苷酸探针得到持续扩展［2］。
生物传感技术
工作原理生物传感器是一类特殊的化学传感器，是利用生物感应元件的专一性和一个能够产生与待测物浓度成比例的信号传导器结合起来的分析装置。其工作原理主要决定于生物敏感元件与待测物质之间的相互作用，通过这种作用，电子组分能将待测对象检出并转化为可测量的电子信号。当待测物质经扩散作用，进入固定化生物敏感膜时，经分子识别，发生生物学反应，产生的信息被相应的化学或物理学转换器转变成可定量和可处理的电信号，再经仪表二次放大并输出，以电子计算机处理后，即完成对产生信号的检测程序。由此，可获得待测物质的种类及浓度的结果。特点与分类生物传感器的主要特点体现在三个方面：首先，发生的生物学反应具有特异性和多样性，故在理论上能制成可以检测所有生物物质的传感器；其次，生物传感技术是在无试剂条件下操作，故比传统的生物学及化学法的操作更简便、快速、准确，且可反复使用；另外，生物传感器可连续分析、联机操作。根据生物传感器中分子识别元件即敏感元件可分为五类：酶传感器、微生物传感器、细胞传感器、组织传感器和免疫传感器等；根据生物传感器的换能器即信号转换器可分为生物电极传感器、半导体生物传感器、光生物传感器、热生物传感器、压电晶体生物传感器等。在环境监测中的应用生物传感技术可用来测定水体中的BOD、酚、NO3－－、有机磷。利用该技术研制的BOD测定仪可直接测量水中BOD含量；用酶电极安培传感器可以检测溶液和有机介质中的酚类化合物；以不同的NO3－－还原酶做生物催化剂，通过测量电流的生物传感装置可测定水中NO3－－含量［3］。另外，该技术还可以用来分析大气中的CO2、SO2、NOx的含量及浓度等。利用自养微生物和氧电极制成的电位传感器，可抗各种离子和挥发性酸的干扰，连续自动在线分析大气环境中CO2的含量，灵敏度高；以硫杆菌属和氧电极制作安培型生物传感器，可用来检测酸雨酸雾样品中SO2的含量；用多孔气体渗透膜、固定化硝化细菌和氧电极组成微生物传感器，可通过测定样品中亚硝酸盐含量，从而推知空气中NOx的浓度［3］。除此之外，该技术还可监测水体中的赤潮、检测残留有毒有害物质、测定持久性有机污染物、评价污染物毒性和测定细菌总数等。叶绿素a自动监测仪可以通过对水中叶绿素a的监测来监视赤潮和水华现象的发生，从而可对水质环境状况进行评价；免疫传感器利用抗体和抗原之间的免疫化学反应可以测定环境中的持久性有机污染物；利用生物传感技术研制的一种新型伏安型细菌总数生物传感器可用来测定细菌总数［3］。上述生物传感器具有快速、连续在线监测等优点，所以，在环境分析与监测方面得到了广泛应用。
流式细胞测定技术
工作原理流式细胞测定技术是一种对液流中排成单列的细胞或其它生物微粒（如微球、细菌、小型模式生物等）逐个进行快速定量分析和分选的技术。其工作原理是将待测样品经荧光染料染色后制成样品悬液，在一定压力下通过壳液包围的进样管而进入流动室，排成单列的细胞，由流动室的喷嘴喷出而成为细胞液流，并与入射激光束相交。细胞被激发而产生荧光，由放在与入射的激光束和细胞液流成90°处的光学系统收集。光学系统中的阻断滤片用于阻挡激发光；二色分光镜及另一些阻断滤片则用于选择荧光波长。荧光检测器为光电倍增管。散射光检测器是光电二极管，用以收集前向散射光。小角度前向散射与细胞大小有关。整个仪器用多道脉冲高度分析器处理荧光脉冲信号和光散射信号。测定的结果用单参数直方图、双参数散点图、三维立体图和轮廓（等高）图来表示。特点流式细胞测定技术具有测量速度快、可进行多参数测量等特点，同时也是一门综合性的高科技方法（综合了光学、电子学、流体力学、细胞化学、免疫学、激光和计算机等多门学科和技术），既是一种细胞分析技术，又是一种精确的分选技术。在环境监测中的应用流式细胞测定技术目前主要应用于海洋生物的监测。该技术与同位素示踪技术相结合，可监测不同类别的浮游生物对浮游植物群落总生产力的贡献；与DNA分子探针相结合，可对海洋异养细菌及光合原核生物细胞循环进行监测与分析；另外，将该技术与高效液相色谱技术相结合，还可监测海洋含不同色素的浮游植物对海洋光学的作用与影响，从而可大大扩展水色遥感监测与应用的范围［4］。
单细胞凝胶电泳技术
工作原理单细胞凝胶电泳（SCGE）技术是一种快速检测单细胞DNA损伤的实验技术，适用于多种细胞，能够灵敏地检测DNA断裂，在检测诱变剂、射线等对DNA的损伤、监测环境污染物对机体的遗传损害、研究毒物致癌机制等方面有广泛的应用价值。因其细胞电泳形态颇似彗星，又称彗星实验（cometassay）。一般认为，在通常情况下，DNA双链以组蛋白为核心盘旋形成核小体，在核小体中DNA呈负超螺旋结构，如果有去污剂进入细胞，白被浓盐提取，DNA便形成残留的类核，如果类核中DNA断裂，就会在核外形成一个DNA晕轮，DNA断裂将引起超螺旋松散，电泳时DN段向阳性伸展，形成特征性彗星尾，这时彗星尾可能还与头部有秩序的结构以单链相连。在中性电泳液中，核DNA仍保持双螺旋结构，虽偶有单链断裂，但并不影响DNA双螺旋大分子的连续性。只有当DNA双链断裂时，其断片方进入凝胶中，电泳时断片向阳极迁移，形成荧光拖尾现象，形似彗星。而在碱性电泳液中，DNA双链解螺旋变性为单链，单链断裂的碎片分子量小可进入凝胶中，电泳时断裂的碎片离开核DNA向阳极迁移，形成拖尾。细胞DNA受损愈重，产生断裂断片就愈多，其断链或断片也就愈小，在电场作用下迁移的DNA量多，迁移的距离长，表现为尾长增加和尾部荧光强度增强。因此，通过测定DNA迁移部分的吸光度或迁移长度可定量的测定单个细胞DNA损伤的程度。特点与分类单细胞凝胶电泳技术是一种测定和研究单个细胞DNA链断裂的新电泳技术，与传统DNA损伤检测方法相比，具有简便、快速、灵敏、样品量少、无需放射性标记等特点。单细胞凝胶电泳技术主要包括Olive等建立的测定DNA双链断裂中性微凝胶电泳技术和Singh等建立的测定DNA单链断裂的碱性微凝胶电泳技术。在环境监测中的应用单细胞凝胶电泳技术可把大气污染物、重金属、醛类污染物及辐射等对DNA的损伤程度作为环境监测的一个重要指标，以此判断上述物质的污染程度。利用SCGE技术研究空气中重要污染物SO2对小鼠DNA的损伤效应发现，SO2可对小鼠脑细胞DNA造成损伤，应用该技术还发现NiCl2能诱导人血淋巴细胞DNA单链断裂，硒能诱发大鼠肝细胞DNA的损伤，因此，该技术可通过检测机体的损伤情况来判断污染物和重金属的污染程度。另外，该方法还可用于DNA交联物的检测，以此来判断醛类物质的污染程度［5］。同时，该技术还可用于环境生态监测以及环境流行病学研究等方面。通过SCGE技术检测水中铜绿微囊藻（MCE）的遗传毒性，结果发现MCE可使大鼠原代肝细胞DNA损伤增加，这对研究水中蓝藻细菌的污染同地方性肝癌高发率之间的联系提供了理论基础；利用SCGE检测鱼类红细胞的变化可监测水污染情况，还可用SCGE分析采集的不同土壤样本中蚯蚓的体腔细胞DNA损伤情况，作为土壤污染的监测指标［5］。
微核技术
工作原理微核技术是利用环境污染因子引起生物细胞染色体畸变产生微核而建立的一种新生物学检测技术。所谓微核是指由于生物受到内外环境因素的影响，染色体的结构发生异常变化，形成无着丝粒断片或染色体在后期时移动滞后现象。细胞分裂后期，无着丝粒断片或滞后染色体不能向细胞的两极运动，而是残留在细胞中央的赤道板附近，当子代细胞形成时，游离于细胞质中形成微核。特点与分类微核技术最大的优点是经济、简单、快速，而国内外大量的试验研究表明，该技术在敏感性、特异性和准确性方面，与经典的染色体畸变分析方法基本相当。因而，特别适合作为大量化合物和现场人群初筛的实验方法。近年来，随着分子生物学技术的迅速发展和渗透微核试验的检测和应用范围得到了广泛的拓展，已发展成为能同时检测染色体断裂、丢失、分裂延迟、分裂不平衡、基因扩增、不分离、DNA损伤修复障碍、凋亡、细胞分裂不平衡等多种遗传学终点的检测，因而近年来国际上有人提出了新微核试验概念，从而大大拓展了微核试验的应用范围。微核技术的种类很多，包括常规微核试验、细胞分裂阻滞微核分析法、荧光原位杂交试验与DNA探针与抗着丝粒抗体染色等方法。在微核检测技术中可以利用的实验材料主要有：动物的骨髓红细胞系、外周血淋巴细胞、上皮脱落细胞以及植物中的蚕豆或紫露草的根尖或茎尖细胞等。在环境监测中的应用微核的形成体现了环境的污染状况，常常以微核出现的频率计算污染指数，测定环境的污染状况。利用水花生根尖微核技术对马鞍山市废水进行监测发现，水花生根尖微核可作为监测水体污染的新材料，其根尖细胞微核率MCN（‰），不仅可用于监测不同废水的污染程度，而且由于该植物长期生活在污染水体中，还能反映不同废水的污染物富集程度及现状；根据蚕豆根尖微核试验结果，扬中市水体的遗传毒物污染可分为重污染状态的排污河道、中轻污染的沟塘及基本没有污染的河道和通江闸口等3种类型，且发现大河大港等流动水体的水质好于河沟及塘水的水质；另外，大蒜根尖和紫露草的微核也已成功用于水体污染的监测［6］。
PCR技术
工作原理PCR技术又称聚合酶链反应技术，是一种在体外扩增核酸的技术。该技术模拟体内天然DNA的复制过程。其基本原理是在模板、引物、4种dNTP和耐热DNA聚合酶存在的条件下，特异扩增位与两段已知序列之间的DNA区段的酶促合成反应。每一循环包括高温变性、低温退火、中温延伸三步反应。每一循环的产物作为下一个循环的模板，如此循环30次，介于两个引物之间的新生DNA片段理论上达到230拷贝（约为109个分子）。特点与分类PCR技术具有以下特点：①操作简便。目前PCR技术采用耐高温TaqDNA聚合酶，并且在有电脑控制的DNA扩增仪中进行，使操作大为简化，一次加入的酶即可满足反应全过程。②快速。一般常取用20～30个周期能使目的DNA达到数百万倍扩增的反应只要数小时即可完成。③灵敏度高。PCR方法可用单、双倍体细胞、一根头发、甚至单一进行DNA定型。④特异性强。TaqDNA聚合酶耐高温的性质使反应中引物与模板退火的步骤可以在较高的温度下进行，结合的特异性大大增加，被扩增的目的片段也能保持很高的正确程度。⑤对原始材料质量要求低。由于PCR技术有较高的灵敏度和特异性，故仅含微量（pg，ng）的目的DNA的粗制品就可以用做反应起始材料来获取目的产物。PCR技术种类很多，包括反向PCR、锚地PCR、不对称PCR、反转录PCR、修饰引物PCR、巢式PCR、等位基因特异性PCR、单链构型多态性PCR、复合PCR、重组PCR、定量PCR、竞争性PCR、原位PCR及免疫PCR技术等。在环境监测中的应用因PCR方法能快速、准确地检测外环境致病性细菌和有害生物，已逐渐取代了长期以来检测外环境（水样中的霍乱弧菌、空气中产气荚膜杆菌、海洋中已知病菌及有害生物如藻类等）所采用的传统的分离培养法，使得监测效率大大提高。用该技术检测水体中病原微生物比常用的细菌指标法更快速、灵敏，且水中绝大部分病原体都可以被扩增，所以，即使在浓度很小的情况下依然可以被检出［7］；而用实时PCR监测水体中嗜肺军团杆菌的结果与传统标准方法一致，但它的检测灵敏性和重现性均比传统方法高，这种方法为确定流行病的污染源和评价水体污染程度提供了一种新的技术手段［8］。近年来，依据PCR分析突变的相关技术在环境监测中也得到了广泛应用。如变性梯度凝胶电泳（PCR－DGGE）技术可用于分析土壤中分解蛋白酶的细菌群落，以确定无机和有机肥对植物根系附近及其周围土壤中蛋白酶活性的影响［9］。
酶联免疫吸附检测
工作原理酶联免疫吸附法（ELISA）是把抗原抗体的免疫反应和酶的高效催化作用原理有机地结合起来的一种检测技术。ELISA的基础是抗原或抗体的固相化及抗原或抗体的酶标记。结合在固相载体表面的抗原或抗体仍保持其免疫学活性，酶标记的抗原或抗体既保留其免疫学活性，又保留酶的活性。在测定时，受检标本（测定其中的抗体或抗原）与固相载体表面的抗原或抗体起反应。用洗涤的方法使固相载体上形成的抗原抗体复合物与液体中的其他物质分开。再加入酶标记的抗原或抗体，也通过反应而结合在固相载体上。此时固相上的酶量与标本中受检物质的量呈一定的比例。加入酶反应的底物后，底物被酶催化成为有色产物，产物的量与标本中受检物质的量直接相关，故可根据呈色的深浅进行定性或定量分析。特点与分类ELISA法具有灵敏、特异、简单、快速、稳定及易于自动化操作等特点，不仅适用于临床标本的检验，而且由于一天之内可以检查几百份甚至上千份样品，因此也适合于血清流行病学调查。ELISA常用的方法主要包括双抗体夹心法、间接法、竞争法以及BAS－ELISA等。在环境监测中的应用ELISA因具有特异性高、敏感性强、结果易于检测，已广泛应用于环境监测等领域。利用间接ELISA的灵敏性和特异性跟踪监测不同土壤中苏云金芽孢杆菌的Bt杀虫蛋白的含量，结果证实ELISA可用于生防菌杀虫蛋白的监测；利用间接竞争ELISA分析方法来检测稻田土壤中除草剂毒莠定残留，结果表明，毒莠定的检出下限可达5ng／mL，样品基质对检测结果没有干扰。近年来，ELISA在农药残留检测方面的应用也得到迅速发展，该技术已成功应用于甲胺磷、甲基对硫磷、菊酯类农药、氟虫腈杀虫剂、除虫脲农药等的检测。
液体镜头和曲面镜头
液体镜头技术由法国Varioptic和瑞士Optotune等欧美部分厂商开发，这种液体镜头与人眼晶状体的工作原理极为相似，它将导电水溶液和油密封在金属筒中，通过电压的调整，控制两种液面交界的曲面半径，进而实现变焦和聚焦的控制。与传统镜头相比，液体镜头的体积小、耗电量小、价格也较低且变焦和对焦速度快，是理想的内窥镜、激光加工设备以及手机摄像头的镜头替代方案。
另外，部分日本光学厂商，如柯尼卡美能达和索尼，还研发出了曲面成像镜头技术，该镜头必须与可变形传感器配合使用，达到改善广角镜头畸变、减小像场弯曲以及提高边缘画质的目标。目前，索尼的曲面成像镜头对应的是1.4规格的影像传感器，而柯尼卡美能达的曲面成像镜头则可对应1.7、4/3、APS-C以及全画幅等规格的影像传感器。
新型传感器技术
与镜头技术类似，影像传感器也有新技术在不断推陈出新。其中，富士胶片的混合式有机CMOS影像传感器和索尼的传感器变形技术颇具特色，二者分别在影像传感器的内部和外形上进行了革新。
有机影像传感器
富士胶片的有机CMOS影像传感器使用了一种光电有机涂层代替了传统CMOS中的硅光电二极管，有机涂层可直接将光信号转换为电子，再由下方的CMOS电路获取并最终转换成图像。该技术的优势在于，有机层可以覆盖整个传感器的表面，明显增加了感光面积；无需微透镜引导光线至光电二极管中，而且也无需将感光层分割为独立的像素。同时，由于该有机涂层仅接收可见光，所以可省去影像传感器前的红外滤镜。尤为重要的是，有机CMOS影像传感器的原生影像噪点数量将大为减少，高感光度下的噪点控制表现将相当出色。
无独有偶，今年年初德国慕尼黑工业大学的科学家也研发出了类似的有机影像传感器。与传统CMOS相比，这种有机影像传感器可提升约3倍的感光性能。不仅如此，有机影像传感器还具有生产工艺简单、成本较低的特点。这种有机影像传感器可通过涂布不同的有机涂层，定制生产出不同类型的传感器。例如，涂布捕捉可见光有机材料，制成用于照相和摄像的传感器；也可通过涂布捕捉红外光的涂层，制成特殊的红外摄影传感器。但是，此种传感器还存在难以寻觅更合适的高分子材料的困难。
传感器变形技术
继堆栈式CMOS技术之后，索尼研发了影像传感器变形技术。该技术将一块可变型图像传感器放置在带有内倾结构的基座上，采用电磁、热胀冷缩、真空等外力，使传感器产生内凹变形，以修正镜头成像的像场弯曲，达到改善广角镜头边缘画质的目标。而当更换边缘变形小的镜头后，通过减小外作用力，传感器也可恢复平面状态以配合镜头。
此种可变形传感器还有一些技术需要验证，例如，传感器变形控制的精度和耗电量以及与之配套镜头成像面的曲率等等。
防抖技术
防抖技术在很大程度上减小了画面出现模糊的可能性，除了常见的通过硬件实现的防抖技术之外，还有通过软件算法实现的防抖技术。
照片防抖处理
微软在图片防抖技术中，将陀螺仪和加速度传感器等硬件与专用去模糊的算法相结合，对拍摄完成的照片进行后期处理。其具体原理是：计算芯片记录三维陀螺仪和加速度传感器的数据，感知快门开启时相机的运动轨迹和加速度，然后利用算法模型对这些参数进行反向计算，回溯出最初的影像。此技术最大的优点是，可将已经模糊不清的照片恢复成清晰影像。此外，在图片防抖方面，著名的Adobe公司也研发出了后期去模糊技术，由于该技术通过Photoshop软件实现，因此也简称为“PS防抖”。它主要通过图像算法计算出拍摄设备的位移量和方向的数据，再根据此数据进行反向图片处理，达到消除照片模糊的目标。
视频防抖技术
在视频防抖方面，现阶段较为先进的产品普遍使用镜头防抖技术，索尼的部分高清DV还采用了影像传感器与镜头一体化的设计。如今，随着软件技术突飞猛进的发展，即使在前期拍摄出抖动的视频，通过软件也同样可实现去模糊和消除抖动的目的。
微软视频防抖技术的具体原理是：将已拍摄完成的视频视为连续的图片帧序列，利用算法找出对图片序列中相对静止的物体，如建筑物、树木等。该软件对这些静止物体在画面抖动中的位移量和方向进行计算，得出机身的抖动轨迹。再依据这些轨迹数据，将所有图像帧进行对齐，实现消除抖动的目的。但在图像帧的对齐过程中，由于画面边缘会出现错位，因此还需要剪裁掉10%～15%的画面边缘并拉伸画面，保证视频可维持原尺寸。
影像去雾技术
在雾霾天气中拍摄，图片和视频中的景物皆是灰蒙蒙的，这给拍摄带来了极大的不便。近年来，影像界已开始专门对影像去雾方法进行广泛研究，虽然去雾方法有所不同，但皆可在不同程度上去除画面中的雾霾。
静态图像去雾技术
在静态图像的去雾技术中，目前有多种处理方法以及软件算法，但效果较好的当属“基于暗原色先验的方法”（微软亚洲研究院）。
通常在户外照片的非天空区域里会存在暗像素（DarkPixel），并至少有一个颜色通道的强度值极低，但在被雾霾干扰的图像中，这些暗像素的强度值会因受到大气的白光成分所干扰而变为较高的值。这些暗像素可用于评估雾光的透射参数，将该参数与已有的雾成像模型和插值法抠图修复技术相结合后，即可获得雾气层并加以去除，进而还原出高质量的影像。
该技术是一种基于暗像素的统计规律，在应用时也存在一定的局限性：在景物主体与天空较接近且无阴影覆盖等极限情况下，暗原色先验的方法即告失效。但是对于大部分景物图像来说，暗原色先验方法的最终效果均较为理想。
实时视频去雾技术
雾霾天气会对安防监控摄像机和车载摄像等系统造成不利影响，为此，富士通技术开发中心研发出了一种可实时进行影像去雾处理的技术。该技术采用了“雾霾图像=清晰图像+雾霾浓度”的原理，实际的工作流程是：通过单幅输入图像，先估算出每个像素周边范围的雾霾浓度，生成一张粗映射图。然后，再估算每个像素的雾霾浓度，生成一张细映射图。最后，通过对粗细两张映射图进行比对，来决定每个像素的最终雾霾浓度。
该技术最初由horiguchi[10]等人提出。基于该技术的传感器典型结构如图2所示。处于光纤两端的可调谐激光器分别将一脉冲光（泵浦光）与一连续光（探测光）注入传感光纤，当泵浦光与探测光的频差与光纤中某区域的布里渊频移相等时，在该区域就会产生布里渊放大效应（受激布里渊），两光束相互之间发生能量转移。由于布里渊频移与温度、应变存在线性关系，因此，对两激光器的频率进行连续调节的同时，通过检测从光纤一端耦合出来的连续光的功率，就可确定光纤各小段区域上能量转移达到最大时所对应的频率差，从而得到温度、应变信息，实现分布式测量。
在botda中，当泵浦光的频率高于探测光的频率时，泵浦光的能量向探测光转移，这种传感方式称为布里渊增益型；当泵浦光的频率低于探测光的频率时，探测光的能量向泵浦光转移，这种传感方式成为布利渊损耗型。在光纤温度或应变分布均匀的情况下，布里渊增益型传感方式中的泵浦脉冲光随着在光纤中的传播其能量会不断的向探测光转移，在传感距离较长的情况下会出现泵浦耗尽，因此该传感方式难以实现长距离传感；而对于布里渊损耗型，能量的转移使泵浦光的能量升高，不会出现泵浦耗尽情况，从而使得传感距离大大增加。
在基于botda的分布式光纤传感技术研究中，horiguchi[11]等人首先利用一个dfb-ld和一个nd:yag激光器在波长1.32mm处实现了botda的分布式应变测量，取得了空间分辨率100m、应变精度104的实验结果。此后，基于botda的分布式传感技术得到广泛研究，并且扩展到了分布式温度、分布式温度/应变复合传感技术的研究。在众多研究中，x.bao等人将botda传感系统的性能大大提高，他们采用布里渊损耗的方式最终实现了长达51km、温度分辨率1℃和空间分辨率5m的传感测量[12]。另外，x.bao、shimizu等人在分布式温度／应变复合传感技术方面也做了大量工作并取得了理想的实验结果。在国内，重庆大学、天津大学等均有botda系统的理论研究报道，但相关实验方面的报道目前还没有。和botdr相比，在botda系统中信号的检测较容易，在世界范围内的研究投入较大一些，技术也较为成熟，但双光源的使用以及光源的两端入射使它的应用受到一定的限制。
3、基于布里渊光频域分析技术（bofda）的分布式光纤传感技术
基于布里渊频域分析技术（bofda）的分布式光纤传感技术是由德国的d.garus等人提出的一种新型的分布式光纤传感技术[13]，实验系统基本框图如图3所示。
和botdr、botda相比，bofda同样利用布里渊频移来实现温度和应变的传感，但被测量空间定位不是传统的光时域反射法，而是通过得到传感光纤的复合基带传输函数来实现的。由于不采用光时域反射法来实现空间定位，因此传感光纤两端所注入的光为频率不同的连续光，其中探测光（）与泵浦光（）的频差约等于传感光纤的布里渊频移。
为了实现传感光纤复合基带传输函数的测量，探测光首先经过频率fm可变的信号源进行幅度调制，其调制强度为注入光纤的探测光与泵浦光在光纤中相互作用的边界条件。对于每一个调制信号频率fm，在耦合器的两个耦合输出端同时检测注入光纤的探测光is(l)和泵浦光强度ip(l,t)，这样，通过和检测器相连的网络分析仪就可以确定传感光纤的基带传输函数。
作为一个线性系统，通过基带传输函数便可以得到系统的冲激响应，系统的冲激响应便反映了沿光纤分布的温度/应变信息。在bofda系统中，系统的空间分辨率由调制信号的最大（fm，max）、最小(fm，min,)调制频率决定，传感距离由调制信号频率的变化步长（dfm）决定。
基于上述原理，d.garus等人做了基于bofda的分布式光纤传感系统实验方面的研究，并取得了温度分辨率5℃、频率分辨率0.01%和空间分辨率3m的实验结果[13]。
在基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的研究中，除了上面所论述三种主要研究技术外，还提出了其它的研究方案，如日本学者保利和夫所提出的基于相干域测量技术等。这些研究方案的提出，为分布式光纤传感技术的研究注入了活力，具有极高的学术和应用价值。
四、应用与发展。
分布式光纤传感器具备提取大范围测量场的分布信息的能力，能够解决目前测量领域的众多难题。其中分布式光纤温度传感器可用于如大型电力变压器、高压电力网、高层建筑等大的或长的设备的温度分布测量和监控；分布式光纤应变传感器在多层建筑、桥梁、水坝、飞行器、压力容器等重大结构与设备的形变监测方面有广阔应用前景。近年来，分布式光纤传感技术在复合材料中的应用，开辟了智能化材料新领域。然而，要提供实时性、稳定性、可靠性好以及高精度的分布式传感系统，还需要多方面的研究，随着基于布里渊散射的分布式光纤传感技术研究的不断深入，这些应用要求将逐步得到实现。
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thebrillouinscatteringanddistributedopticalfibersensingtechnique
关键词：光电检测技术；精密测量技术
中图分类号：TN247文献标识码：A文章编号：
1.概论
世界已进入信息时代，人们在利用信息的过程中，首先要解决的就是获取可靠的信息，因此传感器技术越来越受到人们的重视。而随着传感器技术的发展，传感器所要面向的应用范围从纳米尺度到天文尺度两段都在不断扩展，精密测量技术已经得到了越来越多的研究和重视，这就使得作为现代精密测量的核心技术的光电检测技术的重要性与日俱增，因为传统的检测方法已经无法满足这些工作条件下的特殊要求。因此，光电检测技术的教学和研究已越来越受到国内为高等院校、科研机构和相关企业的重视。
现在一起科学技术是机械、光学、电学、计算机以及控制技术的综合化，光、机、电、算一体化已经成为仪器发展的趋势。传感器的微型化、纳米技术的发展，也对现代精密测量技术提出了越来越高的要求。在这种情况下，光电检测技术的重要性越来越明显。然而，在目前的测控技术月仪器体系中，光电检测技术的重要性并没有得到足够的重视。本文首先介绍了现代精密测量技术的发展现状，随之介绍了光电检测技术的基本内容及其面临的问题，最后提出应当突出光电检测技术的重要性，使之在测控技术与仪器专业体系中占有重要地位，这对培养具有创新能力和前瞻意识的高素质人才具有良好的促进作用。
2.现代精密测量技术的发展现状
现代精密测量技术是一门集光学、电子、传感器、图像、制造机计算机技术为一体的综合叉学科，涉及广泛的学科领域，它的发展需要众多相关学科的支持。在现代工业制造技术和科学研究中，测量仪器具有精密化、集成化、智能化的发展趋势。
科学技术向微小领域发展，由毫米级、微米级继而涉足到纳米技术，即微/纳米技术。微/纳米技术研究和探测物质结构的功能尺寸与分辨能力达到微米至纳米级尺度，使人类在改造自然方面深入原子、分子级纳米层次。
纳米级加工技术可分为加工精度和加工尺度两方面。加工精度由本世纪初的最高精度微米级发展到现在的几个纳米数量级。金刚石车床加工的超精密衍射光栅精度已达1nm，实验室已经可以制作10nm以下的线、柱、槽。
在这一大背景下，传统的测量方式已经很难发挥大的作用。因此，与精密测量技术的发展需求相对应，光电检测技术得到了越来越多的重视和应用。由于光电检测技术在工业测控、精密测量和计量方面的重要作用，特别是随着社会对产品质量意识的逐步提高。
3.测控技术与以其专业及其只是结构组成
测控技术与仪器技术隶属于信息技术领域的仪器科学与技术学科，其内容主要涉及测量控制与仪器仪表技术领域。随着科学技术尤其是电子信息技术的飞速发展，测量控制欲仪器仪表技术领域也发生了很大的变化。其自身结构已从单纯机械结构或机电结合或机光电结合的结构发展成为集传感技术、计算机技术、电子技术、现代光学、精密机械等多种高新技术于一身的系统，其用途也从单纯数据采集发展为集数据采集、信号传输、信号处理以及控制为一体的测控国产。特别是进入21世纪以来，随着计算机网络技术、软件技术、微纳米技术的发展，测量控制与仪器仪表呈现出虚拟化、网络化和微型化的发展趋势，从而使仪器科学与技术学科的多学科综合及多系统集成的属性越来越明显。
由此可见，测控技术与仪器专业的学生其知识面必须比较宽，横跨了传感器、通讯、控制、计算机等多方面的内容。
光电检测技术的简介
技术的业务培养目标是：培养具备精密仪器设计制造以及测量与控制方面基础知识与应用能力，能在国民经济各个部门从事测量与控制领域内有关技术、仪器与系统的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等方面的高级工程技术人才。
技术的业务培养要求是：主要学习精密仪器的光学、机械与电子学基础理论、测量与孔子理论和有关测控仪器的设计方法，手奥现代测控技术和仪器应用的训练，具有本专业测控技术及仪器系统的应用级设计开发能力。
光电检测技术的基本内容及其面临的问题
光电检测技术是测控技术与仪器专业能使技术人员了解和掌握光电转换的基本原理及光电检测技术所必须的各种知识，了解和掌握常用光电测量方法及常用测量仪器的使用，具备进行各种基本光电测量所需技能和设计简单光电检测电路的能力。
光电检测技术基本内容包括三方面的内容。
掌握与光电技术有关的基础知识、基本原理和基础效应。如：阴极光电效应，半导体光电效应，PN结的光电效应：光电池及光电二三极管工作原理，光电成像原理，CCD工作原理，直接检测的典型光路。
理解光电技术的基本应用。了解常用光电器件如光电培正管、摄像管、CCD器件、光电池、光电二三极管等的特性参数。了解基本光电检测系统的主要参数。
了解光电检测的基本方法及光电检测电路的设计思想。了解光电技术的发展及广泛应用。掌握各种基本光电检测方法的有关技术。
6.光电检测技术在测控技术与仪器专业体系中的作用
综上所述，《光电检测技术》课程在测量控制与仪器仪表技术领域的重要性在不断增加。然而，在目前的测控技术与仪器专业课程体系中，《光电检测技术》课程的重要性并没有得到足够的重视。因此，我们需要对《光电检测技术》在测控技术与仪器专业课程体系中的作用进行重新认识。
光电检测技术在测控技术与仪器专业课程体系中的作用可以概括为四个字：承前启后。“承前”是指光电检测技术是传感器技术、工程光学、测控电路等内容的深入和拓展，“启后”则是指光电检测技术的内容是后续如光电仪器设计、智能仪器设计等环节的重要知识基础。没有对光电检测技术知识的良好掌握，要实现对各种现代精密测量技术的整体把握、实现符合要求的具有良好性能价格比的精密测量系统是不可能的。
7.结束语
因此，本文认为，在测控技术与仪器技术学习中，应当突出光电检测技术的重要性，在实验设备、授课学时、人员配置、科研技术等方面予以重点支持，使之在测控技术与仪器专业课程体系中占有与其在测量控制与仪器仪表技术领域的重要性相称的重要地位，这对于培养具有创新能力和前瞻意识的高素质人才具有良好的促进作用。
参考文献：
[1]叶声华，王仲，曲兴华。精密测试技术展望。机电一体化。2001，6:6―7.
[2]曲兴华。仪器制造技术。北京：机械工业出版社，2005.
关键词：传感器；发展；种类；应用
1.传感器
传感器将被测物理量（如噪声，温度）检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。
2.传感器的发展
传感器技术是在20世纪的中期才刚刚问世的。在国外，传感器技术是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，早期多用于部级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究。近代，随着各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业的迅猛发展，以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。
我国从上世纪中期开始传感技术的研究与开发，已经初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器、信号处理和识别系统仍然依赖进口。同时，我国传感技术产品的市场竞争力优势尚未形成，产品的改进与革新速度慢，生产与应用系统的创新与改进少。
随着科学技术的迅猛发展以及相关条件的日趋成熟，利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器会层出不穷的而出现。当今传感器技术的研究与发展，特别是基于光电通信和生物学原理的新型传感器技术的发展，已成为推动国家乃至世界信息化产业进步的重要标志与动力。
3.传感器的种类及应用
3.1光纤传感器
上世纪70年代中期，人们开始意识到光纤不仅具有传光的特性，而且本身就可以构成一种新的直接交换信息的元件。光纤能把待测的量与它的各种参数联系起来，从而将被测信号的状态，以光信号的形式传出。另外，光纤不仅是一种敏感元件，而且是一种优良的低损耗传输线。光纤传感器具有传统传感器所不可比的优点：灵敏度高、动态范围大、响应速度快、不受电磁干扰、防爆防燃、易于远距离遥测、保密性好、重量轻、机械强度高等。从光纤传感器问世至今，已有了上百个品种，在许多领域获得了广泛应用。例如，光纤流速传感器以其高的灵敏度、耐高压耐腐蚀、频带宽等特点，逐步取代传统的传感原理及测试方法。
光纤传感器按其传感原理可分为两大类：一类是传光型传感器，另一类是传感型传感器。在传光型光纤传感器中，光纤仅作为传播光的介质，对外界信息的“感觉”是依靠其它的功能元件来完成的。传光型传感器中的光纤是不连续的，中间有敏感元件；传感型光纤传感器是利用对外界信息具有敏感能力和检测功能的光纤作为敏感元件，把“传”和“感”合为一体的传感器。在这类传感器中，光纤不仅起传光的作用，而且起调制器的作用。因此，传感器中光纤是连续的，目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。传感型传感器主要又分为：强度调制型传感器和相位调制型传感器。
3.2生物传感器
生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。各种生物传感器有以下共同的结构：包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器），二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。
按照其感受器中所采用的生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等。
按照传感器器件检测的原理分类，可分为：热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等。
按照生物敏感物质相互作用的类型分类，可分为亲和型和代谢型两种。
3.3集成化多功能传感器
集成化是指传感器同一功能的多元件并列以及功能上的一体化。前一种集成化使传感器的检测参数实现“点、线、面、体”多维图像化，甚至能加上时序控制等软件，变单参数检测为多参数检测；后一种集成化使传感器由单一的信号转换功能，扩展为兼有放大、运算、补偿等多功能的传感器。在实际运用中，常做到硬件与软件两方面的集成，它包括：传感器阵列的集成、多功能和多传感参数的复合传感器；传感系统硬件的集成；硬件与软件的集成；数据集成与融合等。
而多功能是指“一器多能”，即一个传感器可以检测两个或两个以上的参数。这样可大大节省工程成本，并使项目复杂度降低，提高了工作效率。
运用集成化多功能理论研制出的传感器可以应用到更广泛的领域，并发挥出更加强大的功能效用。利用集成化多功能原理，现代传感技术已制成带温度补偿的集成压力传感器，频率输出型集成压力传感器，霍尔集成传感器，半导体集成色敏传感器，多维化集成气敏传感器等。
关键词:光纤传感器土木工程建筑
随着科技的发展，在当今社会出现越来越多的大型、特大型工程，这些工程在人们的日常生活中带来了巨大的方便的同时也承担着巨大的安全风险。所以对这些工程的安全性、可靠性、稳定性要进行全方位的监测，把安全隐患降低到最小，做到防患于未然，保障人民的生命财产安全。光纤传感技术可以对结构的整体性和受力进行实时监测，而且可以进行设备的控制。光纤传感技术在我国应用在土木工程和建筑项目的工程案例还不是很多。一方面是由于我国相对于西方欧美发达国家在光感技术方面发展较晚，科技不成熟的原因;另一方面是由于光感核心技术被西方大的科技公司垄断，卖给中国的光纤技术设备的价格过高。
1光纤传感器的发展
在1989年美国布朗大学的Mendez等人首次将光纤传感器埋入混凝土结构中进行安全监测，接着欧美等发达国家的一些学者开始将这一高新技术用在了建筑工程的研究，并取得了很好的成果［1］。为了检测应力分布，Hendriek等［2］人把单模光纤埋入混凝土和土壤的飞行跑道上。美国多伦多大学Measure等人在1993年建于Calgurg市的世界首座预应力碳纤维高速公路桥上埋人Bragg光栅传感器，并对其内部的应力变化状况进行了监测。Wolff和Miesseler［3］在一座53米长的桥梁上将光纤传感器埋入桥面内，测量了延伸率和拉应力。光纤延伸率的测量揭示了桥梁内温度和蠕变的影响因素。美国Vermont大学的Hustin．Fuhr等人在该校的一栋6000m2大楼的建造过程中埋人光纤传感器，用来监测结构的安全状况。他们还在一些人行天桥、州际公路桥、铁路桥及大坝中埋人光纤传感器，监测其应力应变、结构振动、结构损伤程度、裂纹的发生与发展等内部状态，取得了较好的测试效果。在国内，这项新技术也被应用于许多重要工程。上海紫珊公司将光纤光栅传感器成功应用于上海卢浦大桥［4］。香港理工大学的研究人员设计和建立的光纤光栅传感网络用于香港青马大桥［4］。三峡工程中也使用了分布式光纤传感器监测裂缝和大体积混凝土的温度。另外，在古洞口面板堆石坝和重庆鱼跳电站混凝土面板堆石坝中均应用了分布式光纤传感器监测坝体裂缝［5］。
2光纤传感器在土建工程中的应用［6－7］
因为混凝土具有徐变特性，刚浇筑的混凝土收缩量大导致许多传感器都不能检测混凝土的收缩应变，但是光纤传感器可以。建筑工程实体在建筑过程中埋设光纤传感器可以对结构内部的应力、应变进行实时监测，并且可以方便的确定受损部位的位置及混凝土强度的非破坏性测量。并且可以通过在建筑实体的关键部位铺设光纤传感器来监测混凝土中裂缝、钢筋、空洞发展变化情况。目前光感技术也运用到了建筑结构的基坑中。由于光纤传感器在埋入时混凝土的固化、振捣等原因导致光感器失灵，所以在实际操作上有待进一步的研究。光纤传感器在土木工程中对结构的监测变得越来越活跃，实测得出的数据对道路桥梁等工程的维护、安全有重要的作用。铺设的光感器和裂缝方向有接触，在不需知道裂缝方向的前提下，可以通过计算对形成裂缝的原因进行详细分析。在大体积混凝土浇筑时释放大量的热，光纤温度传感器可以检测混凝土内部的温度，可以实时监测控制温度预防温度裂缝的产生。光纤感温传感器因其具有较高的灵敏度，不受电磁干扰，长久的耐用性以及较精准的定位性等优点被应用在隧道的消防安全保护工作中［7］。光纤气体传感器可以对对空气中气体进行检测。在沥青路面铺设光纤光栅得到的应力应变波形图通过模拟与实测对比可以进一步的对沥青路面的病害进行研究。
3结论
光感技术已发展20年有余，在很多的领域都发挥了重要的作用，但是在工程应用领域特别是国内，传感器还处于初步的研究和开发阶段，其自身的技术、材料、耐久性、准确性以及造价等一些问题有待解决。尽早的让光纤技术成熟化和商业化对现代社会的建筑、公路、桥梁等的研究有巨大的帮助。使用光纤传感技术可以对桥梁、公路、建筑等进行长期检测，进而可以有效地降低安全事故的发生，有效的保障人民的生命财产安全;也可以合理地分析各方面的病害对工程实体造成影响的原因。未来越来越多的智能技术会应用到土建工程中来，光纤传感技术在土建工程中拥有较为广阔的前景，它不仅可以给土建工程检测带来全新的发展方向，而且也具有重大的科学意义和社会效益。
参考文献
［4］武林，潘文娜，殷宗敏，等．光纤光栅的应用研究［J］．光纤与电缆及其应用技术，2005(1):6－10．
［5］蔡德所．光纤传感技术在大坝工程中的应用［M］．北京:中国水利水电出版社，2002．
［6］薛伟辰，郑乔文．光纤传感器在建筑工程中的应用研究［J］．建筑技术，2006，37(11):833－835．