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张广军 著

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出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512400221

商品编码：29691431342

包装：平装

出版时间：2010-03-01

基本信息

书名：光电测试技术与系统(十一五)

定价：45.00元

作者：张广军

出版社：北京航空航天大学出版社

出版日期：2010-03-01

ISBN：9787512400221

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.522kg

编辑推荐

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随着光学、光电子技术、电子及微电子学、计算机技术和信号处理理论等相关技术的发展，光电测试技术得到了迅速发展，并以其非接触、高精度和快速性等特点广泛应用于工业、农业、医学、军事、国防和空间科学等领域，受到了各行业的高度重视。本书系统介绍了光电测试的基本原理、方法及系统。本书可作为高等院校光电信息工程、测控技术与仪器等专业本科生和研究生的教材，也可供相关专业的技术人员参考。

内容提要

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本书系统介绍了光电测试的基本原理、方法及系统。主要内容包括光电测试用光源、光电探测器件、激光干涉测量、激光衍射测量、典型光电测试系统、视觉测量、激光雷达及探测和光电导航与制导。
本书可作为高等院校光电信息工程、测控技术与仪器等专业本科生和研究生的教材，也可供相关专业的技术人员参考。

目录

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章 光电测试用光源
1.1 辐射度学和光度学基本概念
1.1.1 辐射度学基本物理量
1.1.2 光度学基本物理量
1.1.3 其他基本概念
1.2 光的产生
1.2.1 光的辐射
1.2.2 光的产生方法
1.2.3 光源选择的基本要求
1.3 发光二极管
1.3.1 概况
1.3.2 外形和结构
1.3.3 LED发光机理
1.3.4 LED的特性及参数
1.3.5 LED驱动电路
1.3.6 LED的应用
1.4 激光光源
1.4.1 激光的特点
1.4.2 激光的形成
1.4.3 激光的模式
1.4.4 激光器的类型
1.5 其他光源
1.5.1 热辐射光源
1.5.2 气体放电光源
思考题与习题
参考文献
第2章 光电探测器
第3章 激光干涉测量
第4章 激光衍射测量
第5章 典型光电测试系统
第6章 视觉测量
第7章 激光雷达及探测
第8章 光电导航与制导

作者介绍

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文摘

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序言

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现代光学测量与传感技术：精密、智能与融合 本书旨在系统介绍现代光学测量与传感技术的核心原理、关键技术、典型应用及其发展趋势。随着科学技术的飞速发展，光学测量与传感技术已成为推动各学科领域进步不可或缺的重要力量。从基础科学研究到高端工业制造，从生命科学探索到环境监测预警，精密、可靠、智能的光学测量与传感系统，正以前所未有的广度和深度，拓展着人类的认知边界，并为解决实际问题提供了强有力的工具。 本书内容涵盖了光学测量的基础理论、主要技术流派、先进传感器的设计与实现、以及复杂系统的集成与应用。我们深入浅出地剖析了光的干涉、衍射、散射、偏振等基本光学现象在测量中的应用，并详细阐述了如何利用这些现象构建高精度、高灵敏度的测量平台。同时，我们也关注了激光技术、LED技术等光源的发展及其对光学测量的影响。 第一部分：光学测量的基本原理与核心技术 本部分将从光学测量的基本物理原理出发，逐步深入到具体的技术细节。 第一章：光的波动性与干涉测量 光的干涉原理 revisited： 重新审视杨氏双缝干涉、迈克尔逊干涉、马赫-曾德尔干涉等经典干涉实验，深入分析干涉条纹的形成机制，包括相干性、光程差、相位差等关键概念。 干涉在测量中的应用： 表面形貌测量： 详细介绍白光干涉显微镜、激光扫描干涉仪等技术，如何通过分析干涉条纹的相位变化，实现纳米级表面粗糙度、形貌轮廓的高精度测量。 折射率与厚度测量： 讲解利用干涉法测量透明薄膜的厚度、折射率，以及测量液体、气体的折射率变化。 位移与形变测量： 介绍光纤干涉传感器、光栅干涉测量等，如何将微小位移、形变转化为可见的干涉信号。 相干光技术及其挑战： 探讨提高光源相干性（如使用单色性好的激光）以及克服环境干扰（如振动、温度变化）以获得稳定干涉信号的技术策略，包括主动补偿和被动隔离技术。 第二章：光的衍射现象与测量应用 惠更斯-菲涅尔原理与衍射： 深入理解光的衍射现象，包括夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射，以及不同形状孔径的衍射规律。 衍射在测量中的应用： 光栅尺与编码器： 详细介绍光栅尺的工作原理，如何将线性或角度位移转化为数字信号，是高精度位移测量的重要组成部分。 衍射成像技术： 探讨全息术在信息存储、三维成像中的应用，以及计算全息技术在精密光学元件设计与制造中的作用。 激光衍射粒度分析： 介绍利用激光通过颗粒物散射后产生的衍射图样，快速测量颗粒物粒度分布的方法。 衍射光学元件（DOE）： 介绍衍射光栅、衍射透镜等DOE的设计原理和应用，它们在光束整形、激光扫描、信息处理等领域具有重要意义。 第三章：光的散射与光谱测量 拉曼散射与荧光： 深入理解拉曼散射和荧光现象，它们能够提供物质的分子振动和电子能级信息，是物质成分和结构分析的重要手段。 光谱测量技术： 分光器原理： 介绍棱镜、光栅等分光元件的工作原理，以及它们在构建光谱仪中的作用。 不同类型的光谱仪： 详细介绍紫外-可见分光光度计、红外光谱仪、拉曼光谱仪、荧光光谱仪等，及其各自的测量原理和适用范围。 光谱在物质识别与定量分析中的应用： 阐述如何利用物质的独特光谱指纹来识别物质成分、判断浓度、研究分子结构。 光散射在颗粒物检测中的应用： 除了粒度分析，还包括颗粒物浓度、形貌等信息的测量。 第四章：光的偏振及其测量 偏振光基础： 介绍线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光，以及偏振状态的描述（如斯托克斯矢量、穆勒矩阵）。 偏振在测量中的应用： 应力光学效应： 讲解透明材料在应力作用下产生双折射的现象，以及如何利用偏振光测量材料内部的应力分布，例如在航空航天、土木工程领域的应用。 偏振传感技术： 介绍基于偏振光变化（如偏振度、偏振角度）的传感器，用于测量液体、气体、薄膜的性质，以及生物分子检测。 3D显示技术： 简要介绍基于偏振光学的3D显示原理。 第二部分：先进光学传感器的设计与实现 本部分将重点介绍构成光学测量系统的关键部件——传感器的设计、制造及其工作原理。 第五章：激光光源及其在测量中的应用 激光器基本原理： 介绍受激辐射、粒子数反转、谐振腔等激光产生机制。 不同类型激光器的特点： 详细介绍气体激光器、半导体激光器、光纤激光器、固体激光器等的特点、性能参数及其适用领域。 激光在测量中的优势： 突出激光的高单色性、高方向性、高相干性、高亮度等特性如何提升测量精度和性能。 激光测量技术： 激光三角测量： 介绍激光三角测量原理，用于非接触式距离和三维形貌测量。 激光雷达（LiDAR）： 深入讲解激光雷达的工作原理，包括测距、扫描、点云生成，以及在自动驾驶、测绘、环境监测中的应用。 激光诱导击穿光谱（LIBS）： 介绍LIBS技术，用于快速元素分析。 第六章：光学探测器与图像传感器 光电转换原理： 介绍光电二极管、光电倍增管、CCD（电荷耦合器件）、CMOS（互补金属氧化物半导体）等探测器的光电转换机制。 不同探测器的特性比较： 分析探测器的响应范围、灵敏度、噪声、动态范围、响应时间等关键参数，以及它们如何影响测量系统的性能。 图像传感器及其应用： CCD与CMOS成像原理： 深入解析CCD和CMOS图像传感器的像素结构、读出机制，以及它们的优缺点。 机器视觉中的应用： 介绍图像传感器在工业检测、质量控制、自动化生产线上的应用，包括目标识别、尺寸测量、缺陷检测等。 非可见光探测： 探讨红外探测器、紫外探测器在特定应用场景下的重要性。 第七章：光纤传感技术 光纤的基本原理： 介绍光在光纤中的全反射传播机制，以及光纤的种类（单模光纤、多模光纤）。 光纤传感器的分类： 强度型光纤传感器： 通过光信号强度变化来测量物理量，如光纤光栅传感器。 相位型光纤传感器： 通过光信号相位变化来测量物理量，如干涉型光纤传感器。 偏振型光纤传感器： 通过光信号偏振态变化来测量物理量。 光纤传感器的优势： 强调光纤传感器在抗电磁干扰、绝缘性、小型化、远程监测等方面的优越性。 典型应用： 介绍光纤传感器在温度、压力、应变、液位、气体浓度、生物传感等领域的应用。 第八章：微纳光学与生物传感 微纳光学器件： 介绍微透镜阵列、衍射光学元件、光子晶体等微纳结构在光学测量中的应用，如何实现光路的集成和功能的增强。 生物传感器的基本原理： 结合生物识别分子（如抗体、酶）与光学信号转换的机制。 光学生物传感器： 表面等离子体共振（SPR）传感器： 介绍SPR的工作原理，以及其在蛋白质相互作用、DNA杂交、药物筛选等方面的应用。 荧光共振能量转移（FRET）传感器： 讲解FRET在分子相互作用、生物过程监测中的应用。 光学显微技术在生物成像中的应用： 简要介绍共聚焦显微镜、超分辨显微镜等，它们在观察细胞结构、动态过程中的作用。 第三部分：光学测量系统的集成与应用 本部分将关注如何将各种光学测量原理和传感器有机地结合起来，构建出满足实际需求的测量系统，并探讨其在各个领域的典型应用。 第九章：光学测量系统的设计与集成 系统构架设计： 介绍光学测量系统的基本组成部分，包括光源、光学元件、被测对象、探测器、信号处理与数据采集单元、控制与显示单元等。 光学元件的选型与配置： 强调根据测量需求选择合适的透镜、反射镜、滤光片、棱镜、光栅等，以及如何进行合理的光路设计。 信号处理与数据分析： 介绍信号的滤波、放大、解调，以及如何利用数字信号处理技术从复杂的测量信号中提取有用信息。 数据可视化与用户界面： 强调直观、易懂的数据呈现方式，以及友好的用户操作界面对提高测量效率和易用性的重要性。 误差分析与系统标定： 深入探讨系统误差的来源，并介绍各种标定方法以提高测量精度和可靠性。 第十章：精密位移与角度测量系统 激光干涉测量系统： 详细介绍激光干涉仪在精密机床、坐标测量机（CMM）、半导体制造设备等领域的应用，实现亚纳米级位移测量。 光栅尺与编码器系统： 讲解其在工业自动化、数控机床、机器人等领域的广泛应用，提供高精度的位置反馈。 角度测量技术： 介绍基于光电编码盘、激光陀螺、光学角度尺等技术实现的精密角度测量系统。 动态测量与实时反馈： 关注系统在高速运动或动态变化场景下的测量能力和实时反馈能力。 第十一章：三维形貌与表面检测系统 立体视觉测量系统： 介绍基于多摄像头或结构光投影的立体视觉原理，实现非接触式三维扫描和形貌测量。 激光扫描测量： 再次强调激光三角测量和LiDAR在三维形貌获取中的优势。 工业表面检测系统： 基于机器视觉的表面缺陷检测： 介绍如何利用高分辨率图像传感器和先进图像处理算法，检测产品表面的划痕、污点、气泡等缺陷。 基于干涉和衍射的精密表面测量： 结合前述的干涉显微镜和衍射测量技术，用于评估抛光质量、微纳结构精度等。 在产品质量控制中的作用： 强调这些系统在提高产品质量、降低废品率方面的重要性。 第十二章：光谱分析与环境监测系统 便携式光谱仪的应用： 介绍小型化、集成化的光谱仪在现场物质成分快速检测中的应用，如食品安全、文物保护、矿产勘探等。 远程光谱遥感： 探讨卫星、无人机搭载的光谱仪在地球科学、大气监测、植被研究等领域的作用。 气体传感与环境污染物监测： 介绍基于吸收光谱、拉曼光谱、荧光光谱等技术的气体传感器，用于监测空气质量、工业排放等。 水质监测系统： 介绍利用光学方法（如浊度、色度、特定污染物光谱特征）进行水质检测。 第十三章：光学测量技术的发展趋势与未来展望 智能化与网络化： 探讨人工智能、机器学习与光学测量的融合，实现测量过程的自动化、智能化决策，以及多传感器网络的协同工作。 微型化与集成化： 介绍微机电系统（MEMS）技术在光学传感器和测量系统集成中的应用，以及光子芯片的发展。 超高精度与超快响应： 展望未来在原子级精度测量、飞秒甚至阿秒尺度时间分辨测量方面的突破。 多模态信息融合： 强调结合不同光学测量原理（如同时进行形貌和光谱测量）以获取更丰富、更全面的信息。 新兴应用领域： 探索光学测量在量子信息、生物医学工程、先进制造（如增材制造）等前沿领域的潜在应用。 通过对本书内容的研读，读者将能够建立起对现代光学测量与传感技术全面而深入的理解，掌握其基本原理、核心技术、关键设备，并能洞察其在各个领域的应用前景和发展趋势。本书致力于为相关领域的科研人员、工程师、技术人员以及在校学生提供一本高质量的学习与参考资料。

评分☆☆☆☆☆

从书籍的整体装帧和排版来看，出版方确实下了大功夫。纸张的质量很好，即便是长时间在实验室强光下阅读，也不会感到刺眼。更重要的是，书中的插图质量达到了专业级水平，线条清晰，标注明确，尤其那些复杂的系统架构图和电路原理图，没有出现任何模糊不清或信息缺失的情况。这在很多同类技术书籍中是比较少见的，毕竟复杂的工程图表要做到清晰还原，对印刷工艺要求很高。另外，书末附带的参考文献和术语索引也做得非常详尽，方便读者进行更深层次的延伸阅读和快速查阅。总而言之，这本书不仅仅是一本知识的载体，它本身也体现了对“高精度、高质量”的追求，这与光电测试领域所倡导的精神是高度契合的。它为我们提供了一个坚实可靠的知识基础，足以支撑我们在面对未来更复杂的光电挑战时，能够自信地迎难而上。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实吸引人，那种深邃的蓝色调配合着科技感的线条，让人一眼就能感受到它蕴含的专业与严谨。我原以为这会是一本晦涩难懂的教科书，但翻开目录才发现，它的内容组织非常巧妙。开篇就对光电效应的基本原理进行了深入浅出的阐述，即便是初次接触这个领域的读者，也能很快建立起扎实的理论基础。特别是关于传感器技术的那几个章节，作者似乎下足了功夫，不仅详细介绍了各类光电传感器的结构、工作机制，还结合了实际应用案例，比如在工业检测、医疗成像中的具体部署和优化方案。我印象最深的是关于噪声抑制技术的部分，它不像其他书籍那样仅仅罗列公式，而是通过图示和对比分析，清晰地展示了如何从硬件设计和软件算法两方面入手，有效提升测量精度。这种注重实践操作和工程思维的讲解方式，对于我这种既需要理论深度又渴望实战经验的工程师来说，简直是如获至宝。总的来说，它提供了一个从宏观到微观，从原理到应用的完整学习路径，结构清晰，内容翔实，绝对值得放在案头时常翻阅。

评分☆☆☆☆☆

我花费了大量时间阅读了关于光电测量精度分析的部分，这绝对是全书的精华所在。作者采用了一种非常严谨的误差树分析法，将最终测量结果的不确定性层层分解，追溯到每一个子模块——从光源的亮度波动、透镜的像差，到探测器的量子效率变化，无一遗漏。这种精细的拆解，使得原本令人望而生畏的系统误差分析变得逻辑清晰、步骤分明。书中还穿插了一些趣味性的小实验建议，比如建议读者利用廉价的LED光源和普通CMOS相机，通过控制曝光时间和光照强度，亲手验证线性响应范围和动态范围的测量方法。这种“边学边做”的引导，极大地增强了学习的主动性和对知识的内化程度。读完这一部分，我对自己目前正在使用的某套精密测量系统中的误差来源有了全新的认识，并立刻着手进行了一次全面的系统校准，效果立竿见影。这本书无疑是一本极佳的“能力培养手册”，它教授的不是知识点，而是解决问题的思维路径。

评分☆☆☆☆☆

这本书的笔触如同经验丰富的老教授在娓娓道来，它没有那种生硬的公式堆砌感，反而充满了对学科发展脉络的深刻洞察。我特别欣赏作者在探讨复杂系统集成时的那种系统性思维。例如，在讲解光电系统设计时，作者不仅关注了光源的选择和探测器的匹配，更深入剖析了数据采集和处理环节中的瓶颈问题，并给出了多种成熟的解决方案。我记得其中有一章专门讨论了高速光电信号的同步与时序控制，这在许多前沿研究中都是至关重要的环节。作者运用大量的流程图和时序图，把原本复杂的时钟域交叉和相位对齐问题描述得一清二楚。更难能可贵的是，书中对新兴技术的跟进非常及时，对于近年来兴起的基于机器学习的光电图像增强算法也有所涉猎，虽然篇幅不长，但足以勾勒出未来的发展方向。这种既立足经典理论，又放眼未来技术的平衡感，使得这本书的价值远超一般的教材范畴，更像是一部结合了历史回顾与前瞻预测的行业白皮书。

评分☆☆☆☆☆

初次接触这本书时，我最大的疑虑在于其“系统”二字的内涵。很多书籍专注于某一个器件或某一种理论，但光电技术涉及光学、电子、控制等多个学科的交叉融合。令人惊喜的是，这本书完美地驾驭了这种跨学科的复杂性。在描述整个测试平台的搭建时，作者展现出极高的工程素养。他们没有回避实际工程中经常遇到的电磁干扰、温漂等问题，反而将其作为重要的讨论内容。书中提供了一些非常实用的调试技巧和排故思路，比如如何利用频谱分析仪来诊断系统中的周期性噪声源，或者在光路设计中如何通过优化遮光罩结构来减少杂散光的影响。这些内容对于一线技术人员而言，其价值堪比一次系统的在职培训。它教会我们如何“像工程师一样思考”，即在追求完美性能的同时，也要考虑到成本、可行性和可靠性之间的权衡。这本书真正体现了理论指导实践，实践反哺理论的良性循环，让读者能够真正建立起一个完整的、可运行的测试系统概念框架。