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目錄
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前言
上篇基礎理論篇
第1章 緒論
思考題與習題
第2章 光電檢測技術基礎
2 1輻射度量和光度量
2 1 1光的基本概念
2 1 2輻射度量
2 1 3光度量
2 2半導體物理基礎
2 2 1半導體的特性
2 2 2能帶理論
2 2 3半導體的導電結構
2 2 4載流子的運動
2 2 5半導體的PN結
2 2 6半導體對光的吸收
2 3光電效應
2 3 1光電導效應
2 3 2光生伏特效應
2 3 3外光電效應
2 4光電器件的基本參數
2 4 1有關響應方面的特性參數
2 4 2有關噪聲方面的特性參數
2 4 3其他參數
思考題與習題
第3章 光電檢測器件
3 1光電導器件
3 1 1光敏電阻的原理與結構
3 1 2典型光敏電阻
3 1 3光敏電阻的基本特性
3 2光生伏特器件
3 2 1光電二極管
3 2 2硅光電池
3 2 3光電晶體管
3 2 4色敏光生伏特器件
3 2 5光生伏特器件組合件
3 2 6光電位置敏感器件
3 3光電發射器件
3 3 1光電倍增管的原理與結構
3 3 2光電倍增管的基本特性
3 3 3光電倍增管的供電電路
3 4熱輻射探測器件
3 4 1熱敏電阻
3 4 2熱電偶探測器
3 4 3熱電堆探測器
3 5熱釋電器件
3 5 1熱釋電器件的基本工作原理
3 5 2熱釋電器件的電壓靈敏度
3 5 3熱釋電器件的噪聲、響應時間與阻抗特性
3 5 4快速熱釋電探測器
3 6光電耦合器件
3 6 1光電耦合器件的結構與電路符號
3 6 2光電耦合器件的特性參數
3 6 3光電耦合器件的應用
3 7圖像傳感器
3 7 1圖像傳感器的分類
3 7 2真空攝像管
3 7 3電荷耦合器件
3 7 4CMOS 圖像傳感器
3 7 5紅外熱成像
3 7 6圖像的增強與變像
思考題與習題
第4章 半導體發光管與激光器
4 1發光二極管
4 1 1發光二極管的發光機理
4 1 2發光二極管的應用
4 2半導體激光器
4 2 1半導體激光器的發光原理
4 2 2半導體激光器的結構
4 3幾種典型的激光器
4 3 1氣體激光器
4 3 2固體激光器
4 3 3染料激光器
4 3 4光纖激光器
思考題與習題
第5章 光信號的變換與檢測
5 1幾種典型光學系統
5 1 1攝遠物鏡
5 1 2反攝遠透鏡
5 1 3轉像系統(中繼系統)
5 1 4短距離望遠鏡
5 1 5125倍顯微鏡
5 1 6Brueke 125×放大鏡
5 2直接探測法
5 2 1光學系統結構
5 2 2調製盤
5 2 3調製盤對背景信號的空間濾波
5 3光外差探測法
5 3 1光外差探測原理
5 3 2光外差探測的特性
5 4幾何光學方法的光電信息變換
5 4 1長、寬尺寸信息的光電變換
5 4 2位移信息的光電變換
5 4 3速度信息的光電變換
5 5空間分佈光信號的檢測方法
5 5 1光學目標和空間定位
5 5 2幾何中心檢測法
5 5 3亮度中心檢測法
思考題與習題
第6章 光電檢測系統典型電路
6 1光敏電阻的變換電路
6 1 1基本偏置電路
6 1 2恒流電路
6 1 3恒壓電路
6 2光生伏特器件的偏置電路
6 2 1反向偏置電路
6 2 2無偏置電路
6 3CCD器件驅動電路
6 3 1CCD驅動電路時序方法
6 3 2可編程器件產生CCD驅動時序
6 4視頻信號二值化處理電路
6 4 1閾值法
6 4 2微分法
6 5光電信號辨向處理與細分電路
6 5 1光電信號辨向處理
6 5 2電子細分
思考題與習題
下篇技術應用篇
第7章 微弱光信號檢測
7 1基本概念
7 1 1能量信號與功率信號
7 1 2相關函數
7 1 3相關接收
7 1 4相敏檢波器
7 2鎖相放大器
7 2 1鎖相放大器的工作原理
7 2 2鎖相放大器的應用及特點
7 3取樣積分器
7 3 1取樣積分器的原理和工作方式
7 3 2取樣積分器的應用和特點
7 4光子計數器
7 4 1光子計數器原理
7 4 2光子計數器的應用及特點
思考題與習題
第8章 外形尺寸檢測
8 1概述
8 2模擬變換檢測法
8 3光電掃描檢測法
8 3 1光學掃描法
8 3 2電掃描法
8 4CCD自掃描檢測法
8 5光電三維形貌檢測法
8 5 1雙目機器視覺三維形貌檢測法
8 5 2結構光三維形貌檢測法
8 5 3白光干涉輪廓儀
思考題與習題
第9章 位移量檢測
9 1激光干涉位移檢測
9 1 1激光干涉原理
9 1 2激光干涉儀原理
9 2光柵線位移檢測
9 2 1莫爾條紋
9 2 2光柵位移傳感器(光柵尺)的光電讀數頭
9 2 3光源和發光強度調製
9 2 4四相交流信號和前置放大器
9 2 5光柵位移檢測裝置(光柵尺)
9 3角位移檢測
9 3 1概述
9 3 2增量式軸角編碼器
9 3 3讀數和細分
9 3 4絕對式軸角編碼器
9 3 5狹縫及光電信號
9 3 6編碼器誤差
9 4軸向位移測量
9 5激光測距
9 5 1脈衝法測距
9 5 2相位法測距
9 5 3典型儀器簡介
思考題與習題
第10章 光電外觀檢測
10 1外觀檢測的方式和原理
10 1 1反射式與透射式外觀檢測
10 1 2正反射式與非正反射式(漫反射式)檢測
10 1 3掃描方式
10 1 4視覺圖像方式
10 2光電變換器
10 2 1疵病信號
10 2 2光源選擇
10 3信號處理及檢測裝置
10 3 1通量式疵病信號的處理方法
10 3 2檢測裝置
10 3 3共焦顯微檢測裝置
10 4內表面疵病檢測
10 4 1管道內表面疵病檢測系統組成
10 4 2檢測系統工作原理與特點
10 5表面粗糙度檢測
思考題與習題
第11章 光纖傳感測量
11 1光導纖維的基本知識
11 1 1光纖傳光原理
11 1 2光纖的分類
11 1 3光纖的基本特性
11 2光纖傳感器原理及應用
11 2 1分類與特點
11 2 2光纖傳感器
11 3光纖傳感器應用技術分析
思考題與習題
第12章 光電檢測技術的綜合應用
12 1光電多功能二維自動檢測系統
12 1 1測量系統的總體結構
12 1 2同軸度誤差測量系統
12 1 3環距測量方法的研究
12 2曲臂光電綜合測量系統
12 2 1系統的組成與總體佈局
12 2 2被測參數測量原理
12 3激光掃描圓度誤差測量系統
12 3 1圓度誤差測量原理
12 3 2工件安裝偏心誤差的檢測
12 3 3實驗結果與分析
12 4飛輪齒圈總成圓跳動非接觸檢測系統
12 4 1測量系統原理
12 4 2實驗結果與分析
12 5座圈尺寸光電非接觸測量系統
12 5 1總體結構與工作原理
12 5 2直徑測量原理
12 5 3數據處理系統設計
12 5 4測量結果與分析
12 6管道直線度光電檢測系統
12 6 1直線度光電檢測系統的結構與工作原理
12 6 2檢測系統的組成
思考題與習題
參考文獻
前言/序言
前言
光電檢測技術是現代檢測技術最重要的手段和方法之一,是計量檢測技術的一個重要的發展方向,是測控技術與儀器、光電信息科學與工程專業的重要課程。為適應當前光電技術和光電檢測技術的發展,滿足當前信息化社會對高等學校人才培養的需要,結合多年來教學實踐和科研成果並汲取相關書刊資料的精華,於2012年編寫了《光電檢測技術及應用》教材。教材自出版以來,深受廣大師生的好評,被包括985、211在內的60多所兄弟院校選作教材,2015年被評為”十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材,2016年再版,現修訂第3版。
本書力求做到思想性、實用性、先進性和創新性四者有機結合,在理論方面力求簡明易懂,選材方面力求緊跟技術發展動向,思政方面突出從古至今我國勞動人民和科技工作者充分發揮聰明才智在檢測儀器方面做出的突出貢獻。
為了幫助學生及教師瞭解光電檢測系統的組成,理解光電檢測器件的性能及應用,掌握運用各種光電器件進行檢測的方法,書中引入了大量工程實例,並且各章 都給出了思考題與習題。
本書分為上下兩篇,共12章 。上篇(第1~6章 )主要是光電檢測技術的基礎理論部分:第1章 介紹了光電檢測系統的組成及特點;第2章 介紹了輻射度量和光度量的基本概念、各類光電效應以及光電器件的基本特性參數;第3章 介紹了光電導器件、光生伏特器件、光電發射器件、熱輻射探測器件、熱釋電器件、光電耦合器件和圖像傳感器等各種光電傳感器的結構、工作原理、特性參數和使用方法;第4章 介紹了發光二極管、激光器等常用光源的工作原理、特性及其應用;第5章 介紹了幾種典型光學系統和光信號檢測常用的方法,如直接探測、光外差探測、基於幾何光學方法的光電信息變換檢測以及空間分佈光信號檢測,並結合實際舉例說明如何使用調製盤檢測、投影放大法、光三角法、光焦點法等進行長、寬尺寸測量的原理;第6章 介紹了常用的光電傳感器如光敏電阻、光電二極管、CCD電荷耦合器件等對應的典型電路,並舉例說明使用可編程邏輯器件進行CCD驅動的方法、視頻信號的二值化處理方法、光電信號常用的辨向處理和細分電路。下篇(第7~12章 )結合長春理工大學光電工程學院光電檢測技術方面的科研成果,具體且系統地描述了光電檢測技術的應用:第7章 講述了光學相關檢測的基本概念和應用、微弱光信號檢測的原理和典型電路;第8~10章 講述了光電檢測技術在外形尺寸檢測、位移量檢測、外觀檢測方面的應用;第11章 講述了光導纖維的基本知識以及光纖傳感器原理及應用;第12章 講述了光電檢測技術的綜合應用,如光電多功能二維自動檢測系統、曲臂光電綜合測量系統、激光掃描圓度誤差測量系統、飛輪齒圈總成圓跳動非接觸檢測系統、座圈尺寸光電非接觸測量系統、管道直線度光電檢測系統。
本書在第2版的基礎上更注重思想性、實用性、先進性和創新性,增加了介紹我國檢測儀器的發展歷程的內容,引入了我國科研人員在相關領域獲得的光電檢測技術方面的科研成果。為達到更好的學習效果,本書增加了46個視頻資源,掃描對應位置的二維碼就可以觀看相應知識點的講解視頻;課件中增加了選擇題和填空題,並附有答案;第5章 內容增加了對幾種典型光學系統的介紹,並對第10章 內容進行了適當調整。
本書內容全面,理論與實踐緊密結合,既可以方便本科生學習光電檢測技術的理論知識,為今後科研、生產解決光電檢測技術問題打下基礎,又可以給相關專業研究生和科研工作者開拓思維,提供參考。
本書由長春理工大學徐熙平教授(下篇)和張甯教授(上篇)編著,主要注重光電檢測技術及系統原理與應用,特別是對光電檢測系統總體技術進行了詳細介紹。
本書視頻由長春理工大學光電檢測技術課程組鄭茹老師、李英老師、王淩雲老師、齊立群老師、滕雲