本書是在《光電技術》(第3版)的基礎上精簡而成的,書中系統地介紹了光電技術的基本概念、各種光電器件的工作原理與特性、發展與典型應用等。內容涵蓋光電技術基礎知識;光電導器件,光生伏特器件,光電發射器件,熱輻射探測器件,發光器件與光電耦合器件,光電信息變換,圖像信息的光電變換,光電信號的數據采集與計算機接口技術、光電技術典型應用,光電技術課程設計與光電信息綜合實驗等內容。編寫過程盡量貼合新工科理念與專業群建設思想,努力為培養高素質工程技術人才而編寫。本書可為光電信息科學與工程、測控技術與儀器、計量測試儀器、機械電子工程等專業的本科生教材,也可為從事光電技術領域科技人員的技術參考書。
新工科引導高校教育改革的深入,《光電技術》課程將隨著教育改革的深入而被更多的專業選用。綜合考慮不同類型專業對《光電技術》課程內容的需要,編寫出適當減少理論推導,注重實際應用的簡明教材是必要的。
本書在《光電技術第3版》的基礎上進行簡化、精煉,強化實用性,引導學生加深對重點內容的理解與掌握,提高創新設計的能力。希望老師在使用教材時貫徹以教師為主,以教材為輔的原則,讓學生在掌握基本理論基礎上提高分析問題,解決問題的能力。每章后面配有思考題與習題,既便于消化基本理論,又能為實際應用提供參考。其中一些題目是校企合作中企業教師提出來的,有很強的實用價值,需要學生在深入學習領會內容之后才能完成,一些題目的答案不是唯一的。也希望選用本教材的教師不要追求標準答案。
本書共分11章,第1章介紹光電技術基礎理論,第2章至第5章分別介紹光敏電阻、光生伏特器件、光電發射器件和熱電器件等各種光電傳感器的基本工作原理、特性、變換電路和應用,第6章介紹發光器件與光電耦合器件,第7章講述光電信息變換的基本方式、方法與分類,第8章講述圖像信息的光電變換,第9章是光電信號的數據采集與計算機接口技術,第10章講述光電技術的典型應用,第11章為光電技術課程設計與光電信息綜合實驗的內容。
本教材是作者在閩南理工學院與福建中策光電有限公司(省級創新企業)、福建晶安光電有限公司、福建天電光電有限公司、福建富達精密科技有限公司、晉江興翼機械有限公司和福建省石獅市通達電器有限公司等企業開展校企合作育人,尤其是與石獅市通達電器有限公司共建質量工程班(校企共同培養質量工程師)教學合作過程中編寫出的,參加編寫工作的還有天津工業大學理學院的尚可可副教授和天津大學精密儀器與光電子學院的黃占華教授。本書編寫由劉偉(第5章)、李百明(第8章)、王仰江(第4章)、尚可可(第7章)、郝玉良(第3章)和黃占華(第11章部分內容),其余章節均由主編編寫。這些教師分別承擔過光電技術、圖像傳感器應用技術、數字圖像處理技術、光電顯示技術與機器視覺技術等課程的教學工作,指導過學生做光電技術課程設計、大學生創新創業訓練項目、光電大賽項目以及與光電相關課題的畢業設計工作,使簡明教程與實際應用結合得更加緊密。
感謝閩南理工學院光電與機電工程學院及地方合作企業的同事們給予本書編寫的大力支持和幫助。感謝天津工業大學理學院與天津大學的支持與幫助。
感謝電子工業出版社韓同平編輯在本書編輯、校對與出版過程中的辛勤工作與熱情幫助!
因作者水平有限,時間倉促,書中難免出現錯誤和不足,誠望讀者批評指正。
作者聯系方法:wqy@tju.edu.cn
天津大學精儀學院教授。中國光學學會光電專業委員會任光電專業委員會委員。出版了光電技術、CCD應用技術等多本教材。
第1章光電技術基礎
11光輻射的度量
111與光源有關的輻射度參數與光度參數
112與接收器有關的輻射度參數及光度參數
12光譜輻射分布與量子流速率
121光源的光譜輻射分布參量
122量子流速率
13物體熱輻射
131黑體輻射定律
132輻射體的分類
14輻射度參數與光度參數的關系
141人眼的視覺靈敏度
142人眼的光譜光視效能
143輻射體光視效能
15半導體對光的吸收
151物質對光吸收的一般規律
152半導體吸收光的規律
16光電效應
161內光電效應
162光電發射效應
思考題與習題1
第2章光電導器件
21光敏電阻的原理與結構
22光敏電阻的基本特性
23光敏電阻的變換電路
231基本偏置電路
232恒流電路
233恒壓電路
234例題
24光敏電阻的應用實例
241照明燈的光電控制電路
242火焰探測報警器
243照相機電子快門
思考題與習題2
第3章光生伏特器件
31硅光電二極管
311硅光電二極管的工作原理
312光電二極管的基本特性
32其他類型的光生伏特器件
321PIN型光電二極管
322雪崩光電二極管
323硅光電池
324光電三極管
325色敏光生伏特器件
326光生伏特器件組合件
*327光電位置敏感器件(PSD)
33光生伏特器件的偏置電路
331反向偏置電路
332零伏偏置電路
34半導體光電器件的特性參數與選擇
341半導體光電器件的特性參數
342半導體光電器件的應用選擇
思考題與習題3
第4章光電發射器件
41光電發射陰極
411光電發射陰極的主要特性參數
*412光電陰極材料
42真空光電管與光電倍增管的工作原理
421真空光電管的原理
422光電倍增管的基本原理
423光電倍增管的結構
43光電倍增管的基本特性
44光電倍增管的供電電路
45光電倍增管的典型應用
451光譜探測領域的應用
*452時間分辨熒光免疫分析中的應用
思考題與習題4
第5章熱輻射探測器件
51熱輻射的一般規律
511溫度變化方程
512熱電器件的最小可探測功率
52熱敏電阻與熱電堆探測器
521熱敏電阻
522熱電偶探測器
*523熱電堆探測器
53熱釋電器件
531熱釋電器件的基本工作原理
532熱釋電器件的靈敏度
533熱釋電器件的噪聲
534熱釋電器件的類型
535典型熱釋電器件
54熱探測器概述
思考題與習題5
第6章發光器件與光電耦合器件
61LED的基本工作原理與特性
62LED的應用
621LED綠色照明光源
622LED在顯示方面的應用
63光電耦合器件
631光電耦合器件的結構與電路符號
632光電耦合器件的特性參數
64光電耦合器件的應用
思考題與習題6
第7章光電信息變換
71光電信息變換的分類
711光電信息變換的基本形式
712光電信息變換的類型
72光電變換電路的分類
721模擬光電變換電路
722模-數光電變換電路
73幾何光學方法的光電信息變換
731長、寬尺寸信息的光電變換
732位移信息的光電變換
733速度信息的光電變換
74物理光學方法的光電信息變換
741干涉方法的光電信息變換
742衍射方法的光電信息變換
75時變光電信息的調制
751調制的基本原理與類型
752信號的調制
753調制信號的解調
思考題與習題7
第8章圖像信息的光電變換
81圖像傳感器簡介
82光電成像原理與電視制式
821光電成像原理
822電視制式
83電荷耦合器件
831線陣CCD圖像傳感器
832面陣CCD圖像傳感器
84CMOS圖像傳感器
841CMOS成像器件的結構原理
842典型CMOS圖像傳感器
85熱成像器件
851點掃描式熱釋電熱像儀
852熱釋電攝像管的基本結構
853典型熱像儀
86圖像的增強與變像
861工作原理及其典型結構
862性能參數
*863像增強器的級聯
思考題與習題8
第9章光電信號的數據采集與計算機接口技術
91光電信號的二值化處理
911單元光電信號的二值化處理
912序列光電信號的二值化處理
92光電信號的二值化數據采集與接口
921硬件二值化數據采集電路
922邊沿送數法二值化數據電路
93光電信號的量化處理與A/D數據采集
931單元光電信號的量化處理
932單元光電信號的A/D數據采集
933序列光電信號的A/D數據采集與計算機接口
思考題與習題9
第10章光電技術的典型應用
101用于長度量的測量與控制
1011板材定長裁剪系統
1012鋼板寬度的非接觸自動測量
102光電準直技術測量物體的直線度與同軸度
1021激光準直測量原理
1022不直度的測量
1023不同軸度的測量
103階梯面高度差的非接觸測量技術
1031階梯面高度差的定義
1032利用一字線激光突顯階梯面高度差
1033階梯面高度差測量精度、穩定性與測量范圍
104表面粗糙度的檢測方法
1041測量原理
1042檢測實驗裝置
1043實驗方法
105激光多普勒測速技術
1051多普勒測速原理
1052激光多普勒測速儀的組成
1053激光多普勒測速技術的應用
1054多普勒全場測速技術
106光電搜索、跟蹤與制導應用
1061搜索儀與跟蹤儀
1062激光制導
1063紅外跟蹤制導
107光學系統透過率測試技術
1071透過率
1072望遠系統透過率的測量
1073照相物鏡透過率的測量
108光電技術在印刷出版工業中的應用
1081激光照排系統
1082激光雕刻凸版和凹版機
1083激光打印機和復印機
1084光盤存儲
思考題與習題10
第11章光電技術課程設計與光電信息綜合實驗
111光電技術課程設計
1111輻射體光譜分布與探測器
1112光纖光功率計的課程設計
1113典型光電技術課程設計案例
112光電信息綜合實驗
1121非接觸測量物體位置與振動參數實驗系統的原理
1122非接觸測量物體位置與振動參數實驗的內容
1123數據分析與實驗總結
思考題與習題11
參考文獻