綜合利用近代各種先進技術,采用光電方法對多種光的、非光的物理量進行檢測是光電檢測技術的基本內容。全書從基本原理到工程應用,系統地介紹了光電檢測技術的組成,主要組成部分的功能、實際應用和當前發展的情況。主要內容包括:光電檢測技術基礎、光源及輻射源、光電探測器及其校正技術、光學系統及專用光學元件、光電信號的變換及檢測技術、光纖技術及應用、非光物理量的光電檢測、現代光電檢測技術與系統。
本
光電檢測技術是建立在現代光、機、電、計算機等科技成果基礎上的綜合學科,它所涉及的基礎理論和工程技術內容十分廣泛,是對光量及大量非光物理量進行測量的重要手段。隨著相關學科的進步和發展,光電檢測技術領域也在不斷地涌現出新思想、新器件、新方法,并且已滲透到軍事技術、空間技術、環境科學、天文學、生物醫學及工農業生產的許多領域中,已成為適應信息社會需求而迅速發展的新興分支學科。
本書第2版于2009年出版,為北京市高等教育精品教材立項項目,并于2013年入選工業和信息化部“十二五”規劃教材。
這次的第3版,在保持第2版基本特色、框架結構的基礎上,結合目前光電檢測技術發展現狀,主要補充了以下內容:光電檢測器件的基本物理效應;光源的基本特性參數、標準照明體和標準光源、新型半導體光源;光子計數器、微光像增強器、位敏傳感器;光電圖像檢測技術的應用。
本書總體上,具有以下幾個方面的特色:
(1)體系結構清晰,內容全面,敘述簡明扼要。本書從光電檢測系統的基本要求出發,簡明闡述測量誤差及數據處理、輻射度學和光度學等基礎理論;針對典型光電檢測系 光電檢測技術是建立在現代光、機、電、計算機等科技成果基礎上的綜合學科,它所涉及的基礎理論和工程技術內容十分廣泛,是對光量及大量非光物理量進行測量的重要手段。隨著相關學科的進步和發展,光電檢測技術領域也在不斷地涌現出新思想、新器件、新方法,并且已滲透到軍事技術、空間技術、環境科學、天文學、生物醫學及工農業生產的許多領域中,已成為適應信息社會需求而迅速發展的新興分支學科。
本書第2版于2009年出版,為北京市高等教育精品教材立項項目,并于2013年入選工業和信息化部“十二五”規劃教材。
這次的第3版,在保持第2版基本特色、框架結構的基礎上,結合目前光電檢測技術發展現狀,主要補充了以下內容:光電檢測器件的基本物理效應;光源的基本特性參數、標準照明體和標準光源、新型半導體光源;光子計數器、微光像增強器、位敏傳感器;光電圖像檢測技術的應用。
本書總體上,具有以下幾個方面的特色:
(1)體系結構清晰,內容全面,敘述簡明扼要。本書從光電檢測系統的基本要求出發,簡明闡述測量誤差及數據處理、輻射度學和光度學等基礎理論;針對典型光電檢測系統的基本組成,對各環節分章節進行分析和介紹;針對應用特點,對光量及非光物理量的光電檢測進行分類描述。力求主線突出,使學生能夠把握光電檢測技術的總體框架。
(2)注重內容的先進性與科學性。本書凝聚了作者數十年教學科研經驗,注重理論與實際相結合,理論方面力求簡明易懂,選材方面力求緊跟技術發展動向。例如,此次修訂,理論方面增加了光電探測器的基本物理效應和標準光源的介紹,系統方面增加了一些新型的光源和探測器以及應用實例。
(3)根據光電信息科學與工程類專業課程結構特點和要求,注重與其他基礎課程內容的銜接,例如,第5章就涉及到應用光學的知識,第6章涉及模擬與數字電路技術相關知識,一些典型應用還涉及到物理光學的知識。因此本書在編寫過程中,力求內容深入淺出、應用性強和可讀性好,適宜組織教學。
全書共9章。第1章緒論,介紹了光電檢測系統的基本工作原理、主要應用范圍和現代發展;第2章光電檢測技術基礎,介紹了檢測量的誤差及數據處理、輻射度光度基礎和光電檢測器件的基本物理效應及其特性參數;第3章光源及輻射源,介紹了光源基本要求及選用原則和常用光源的基本原理及特性;第4章光電探測器及其校正技術,介紹了常用光電探測器的基本原理及特性,闡述了光電探測器在應用中的校正技術;第5章光學系統及專用光學元件,介紹了光電檢測系統中的常用光學系統、計量部件和專用元件;第6章光電信號的變換及檢測技術,介紹了光電信號檢測電路的噪聲、常用電路、調制技術和光學圖像的掃描;第7章光纖技術及應用,介紹了光學纖維的基本工作原理及分類、主要參量檢測方法、智能光纖傳感技術和光纖傳感器的應用;第8章非光物理量的光電檢測,介紹了采用光強、脈沖、相位、頻率和物理光學原理進行非光物理量的檢測實例;第9章現代光電檢測技術與系統,介紹了光譜儀器原理、光度量輻射度量測量方法、莫爾形貌測試技術、條形碼技術、三角法測試技術、光電圖像檢測技術。
本書第1、2 章由王霞編寫,第3、4、5、6章由王霞、高岳編寫,第7、8章由王吉暉編寫,第9章由王霞、金偉其編寫,全書由王霞統稿。課程建議48學時,其中36學時為課堂講授,12學時為實驗。本書可供信息工程類理工科本科生、研究生作教材選用,并可以兼顧從事光電檢測技術研究的科技工作者的需要。
感謝裝甲兵學院張智詮教授和北京理工大學林家明教授對本書的指導與建議。同時,本書在編寫過程中參考了大量國內外優秀教材和文獻,再次向被引文獻作者表示衷心的感謝。本書在撰寫過程中,得到電子工業出版社、北京理工大學教務處和光電學院有關老師和同學的支持與幫助,在此一并表示感謝。
光電檢測技術是一門重要的工程基礎學科,技術發展迅速,應用廣泛滲透到各個領域,因此,要編寫一本全面、完整、成熟的教材是比較困難的。因水平有限,書中的缺點和錯誤誠懇希望讀者批評指正。
作者E-mail:wx_may@263.net
王霞,北京理工大學光電信息與工程學院教授、博士,教育部光電信息科學與工程類專業分教指委協作委員,主要研究光電類,主講光電檢測課程,編寫的《光電檢測技術與系統》教材,為北京市高等教育精品教材,工業和信息化部“十二五”規劃教材。
第1章 緒論
1.1 光電檢測系統的基本工作原理
1.2 光電檢測技術的主要應用范圍
1.3 光電檢測技術的現代發展
習題與思考題
第2章 光電檢測技術基礎
2.1 檢測量的誤差及數據處理
2.1.1 檢測過程及誤差分類
2.1.2 隨機誤差
2.1.3 系統誤差
2.2 輻射度量與光度量基礎
2.2.1 輻射度量
2.2.2 光度量
2.2.3 朗伯輻射體及其輻射特性
2.3 光電檢測器件的特性參量 第1章 緒論
1.1 光電檢測系統的基本工作原理
1.2 光電檢測技術的主要應用范圍
1.3 光電檢測技術的現代發展
習題與思考題
第2章 光電檢測技術基礎
2.1 檢測量的誤差及數據處理
2.1.1 檢測過程及誤差分類
2.1.2 隨機誤差
2.1.3 系統誤差
2.2 輻射度量與光度量基礎
2.2.1 輻射度量
2.2.2 光度量
2.2.3 朗伯輻射體及其輻射特性
2.3 光電檢測器件的特性參量
2.3.1 響應度
2.3.2 噪聲及其評價參數
習題與思考題
第3章 光源及輻射源
3.1 光源選擇的基本要求和光源的分類
3.2 熱光源
3.2.1 黑體及黑體光強標準器
3.2.2 白熾燈
3.2.3 其他
3.3 氣體放電光源
3.3.1 開放式氣體放電光源
3.3.2 氣體燈
3.4 固體發光光源
3.4.1 電致發光屏
3.4.2 發光二極管
3.5 激光光源
3.5.1 氣體激光器
3.5.2 固體激光器
3.5.3 可調諧染料激光器
3.5.4 半導體激光器
3.6 新型電調制紅外光源
習題與思考題
第4章 光電探測器及其校正技術
4.1 概述
4.2 光電倍增管
4.3 光電導器件
4.4 光電池和光電二極管
4.5 CCD圖像傳感器的工作原理
4.6 熱電探測器
4.7 光電探測器的校正
4.7.1 變光度的實現
4.7.2 漫射體及其在光電檢測中的應用
4.7.3 光譜校正及應用
習題與思考題
第5章 光學系統及專用光學元件
5.1 光電檢測中的光學系統
5.2 常用物鏡簡介
5.3 探測器輔助光學系統
5.4 光電檢測中的計量部件
5.4.1 計量光柵
5.4.2 電子細分技術的基本原理
5.4.3 光學碼盤及編碼
5.5 角反射器與極性分析器
習題與思考題
第6章 光電信號的變換及檢測技術
6.1 光電信號檢測電路的噪聲
6.1.1 噪聲的分類及性質
6.1.2 主要的噪聲類型
6.1.3 噪聲等效參量
6.1.4 前置放大器的噪聲
6.2 前置放大器
6.3 常用電路介紹
6.3.1 選頻放大器
6.3.2 相敏檢波器(相敏整流器、相敏解調器)
6.3.3 相位檢測器(鑒相器)
6.3.4 鑒頻器
6.3.5 脈寬鑒別器
6.3.6 積分,微分運算器
6.3.7 鎖相環及鎖相放大器
6.4 光電技術中的調制技術
6.4.1 一般光電信號的調制
6.4.2 專用調制盤
6.4.3 利用物理光學原理實現的光調制技術
習題與思考題
第7章 光纖技術及應用
7.1 光學纖維的基本工作原理及分類
7.1.1 光纖的基本工作原理及分類
7.1.2 主要的光纖制品
7.1.3 光纖的耦合
7.2 光纖器件主要參量的光電檢測
7.2.1 光纖器件數值孔徑的測量
7.2.2 光纖器件透射比的測量
7.2.3 光纖器件刀口響應的測量
7.2.4 光纖器件色散特性的測量
7.3 光纖制品的一般應用
7.3.1 光纖通信
7.3.2 光纖在直接導光方面的應用
7.3.3 光纖制品在傳像方面的應用
7.4 智能光纖傳感技術
7.4.1 智能結構
7.4.2 光纖傳感器在智能結構中的應用
7.4.3 光纖智能結構的應用
7.5 光纖傳感器及其應用
7.5.1 光纖傳感器的優點及類型
7.5.2 光強調制型光纖傳感器
7.5.3 相位干涉型光纖傳感器
7.5.4 偏振態型光纖傳感器
7.5.5 分布式光纖傳感器
7.5.6 用于構成分布式光纖傳感器的主要技術
7.5.7 其他光纖傳感器及應用
習題與思考題
第8章 非光物理量的光電檢測
8.1 光強型光電檢測系統
8.1.1 直接測量法
8.1.2 差動測量法
8.1.3 補償測量法
8.1.4 補償式軸徑檢測裝置
8.1.5 利用比較法檢測透明薄膜的厚度
8.1.6 利用α射線測量塊規厚度的裝置
8.1.7 圓形物體偏心度的光電檢測
8.1.8 利用補償法測量線材直徑
8.1.9 對圓柱形零件的外觀檢查
8.2 脈沖型光電檢測系統
8.2.1 物體長度分檢裝置原理
8.2.2 液位高度控制器
8.2.3 光電探測信號碼的工作原理
8.2.4 氣體流量自動檢控裝置
8.2.5 利用測量脈沖頻率測定轉盤轉速
8.2.6 利用脈沖持續時間測定零件尺寸
8.2.7 全脈沖法測定零件尺寸
8.2.8 光柵數字測徑儀
8.2.9 脈沖激光測距
8.3 相位型和頻率型光電檢測系統
8.3.1 激光相位測距法
8.3.2 激光光波比長儀
8.3.3 雙頻激光干涉測長系統
8.3.4 激光流速計
8.4 利用物理光學原理的光電檢測系統
8.4.1 利用衍射測量細絲的直徑
8.4.2 利用全反射檢測液面的裝置
8.4.3 利用偏振光全反射檢測液面的裝置
8.4.4 利用雙折射和干涉原理的測力計
8.5 其他光電檢測系統
8.5.1 利用示波器檢測線材直徑的方案
8.5.2 光電跟蹤裝置的工作原理
8.5.3 石英沙色選機
習題與思考題
第9章 現代光電檢測技術與系統
9.1 光譜儀器
9.1.1 單色光的產生
9.1.2 光譜儀器的分類
9.1.3 分光光度計
9.1.4 傅里葉變換光譜儀
9.1.5 成像光譜儀
9.2 光度量和輻射度量檢測技術
9.2.1 照度的測量
9.2.2 亮度的測量
9.2.3 輻射測量與測溫
9.3 莫爾形貌(等高線)測試技術
9.3.1 照射型莫爾法
9.3.2 投影型莫爾法
9.3.3 莫爾條紋級次與凹凸判斷
9.3.4 幾何可測深度
9.4 條形碼技術
9.5 三角法測試技術
9.5.1 三角法測試技術基礎
9.5.2 三角法測試技術的應用
9.6 光電圖像檢測技術
9.6.1 圖像的預處理技術
9.6.2 光電圖像檢測技術的應用
習題與思考題
參考文獻