光电检测技术及应用

前言上篇 基础理论篇第1章 绪论第2章 光电效应2.1 半导体物理基础2.1.1 半导体的特性2.1.2 能带理论2.1.3 半导体的导电结构2.1.4 载流子的运动2.1.5 半导体的PN结2.1.6 半导体对光的吸收2.2 内光电效应2.2.1 光电导效应2.2.2 光生伏特效应2.3 外光电效应思考题与习题第3章 光电检测器件3.1 光电导器件3.1.1 光敏电阻的原理与结构3.1.2 典型光敏电阻3.1.3 光敏电阻的基本特性3.2 光生伏特器件3.2.1 光敏二极管3.2.2 硅光电池3.2.3 光敏晶体管3.2.4 色敏光生伏特器件3.2.5 光生伏特器件组合件3.2.6 光电位置敏感器件3.3 光电发射器件3.3.1 光电倍增管3.3.2 真空光电管3.4 热辐射探测器件3.4.1 热敏电阻3.4.2 热电偶探测器3.4.3 热电堆探测器3.5 热释电器件3.5.1 热释电器件的基本工作原理3.5.2 热释电器件的电压灵敏度3.5.3 热释电器件的噪声、响应时间与阻抗特性3.5.4 快速热释电探测器3.6 光耦合器件3.6.1 光耦合器件的结构与电路符号3.6.2 光耦合器件的特性参数3.6.3 光耦合器件的应用3.7 图像传感器3.7.1 图像传感器的分类3.7.2 真空摄像管3.7.3 电荷耦合器件3.7.4 CMOS图像传感器3.7.5 红外热成像3.7.6 图像的增强与变像思考题与习题第4章 半导体发光管与激光器4.1 发光二极管4.1.1 发光二极管的发光机理4.1.2 发光二极管的应用4.2 半导体激光器4.2.1 半导体激光器的发光原理4.2.2 半导体激光器的结构4.3 几种典型的激光器4.3.1 气体激光器4.3.2 固体激光器4.3.3 染料激光器思考题与习题第5章 辐射信号检测5.1 直接探测法5.1.1 光学系统5.1.2 调制盘5.1.3 调制盘对背景信号的空间滤波5.2 光外差探测法5.2.1 光外差探测原理5.2.2 光外差探测的特性5.3 白噪声中的脉冲探测5.3.1 探测阈值及信噪比5.3.2 滤波器带宽的选择5.4 几何光学方法的光电信息变换5.4.1 长、宽尺寸信息的光电变换5.4.2 位移信息的光电变换5.4.3 速度信息的光电变换5.5 温度检测5.6 莫尔条纹思考题与习题第6章 光电检测系统典型电路6.1 光敏电阻的变换电路6.1.1 基本偏置电路6.1.2 恒流电路6.1.3 恒压电路6.2 光生伏特器件的偏置电路6.2.1 反向偏置电路6.2.2 零伏偏置电路6.3 光电管的偏置电路6.4 CCD器件驱动电路6.4.1 CCD驱动电路时序方法6.4.2 可编程器件产生CCD驱动时序6.5 视频信号二值化处理电路6.5.1 阈值法6.5.2 微分法6.6 光电信号辨向处理与细分电路6.6.1 光电信号辨向处理6.6.2 电子细分思考题与习题下篇 技术应用篇第7章 光学相关检测7.1 基本概念7.1.1 能量信号与功率信号7.1.2 相关函数7.1.3 相关接收7.1.4 相敏检波器7.2 互相关器7.2.1 互相关器的工作原理7.2.2 互相关器的典型电路7.3 光学相关检测与识别7.3.1 光学相关检测概况7.3.2 光学相关检测原理7.3.3 实时联合变换相关器的结构7.3.4 光学相关器主要部件的确定7.3.5 光学相关器的应用思考题与习题第8章 外形尺寸检测8.1 概述8.2 模拟变换检测法8.3 光电扫描检测法8.3.1 光学扫描法8.3.2 电扫描法8.4 CCD自扫描检测法思考题与习题第9章 位移量检测9.1 激光干涉位移检测9.1.1 激光干涉原理9.1.2 激光干涉仪原理9.2 光栅线位移检测9.2.1 光栅位移传感器（光栅尺）的光电读数头9.2.2 光源和光强调制9.2.3 四相交流信号和前置放大器9.2.4 光栅位移检测装置（光栅尺）9.3 光栅角位移检测9.3.1 概述9.3.2 增量式轴角编码器9.3.3 绝对式光电轴角编码器的基本原理9.3.4 读数和细分9.3.5 狭缝及光电信号9.3.6 编码器误差9.4 轴向位移测量9.5 激光测距9.5.1 脉冲法测距9.5.2 相位法测距9.5.3 典型仪器简介思考题与习题第10章 外观检测10.1 外观检测的方式和原理10.1.1 反射式与透射式外观检测10.1.2 正反射式与非正反射式（漫反射式）检测10.1.3 扫描方式10.2 光电变换器10.2.1 疵病信号10.2.2 光源选择10.3 信号处理及检测装置10.3.1 通量式疵病信号的处理方法10.3.2 检测装置10.4 表面粗糙度检测10.4.1 概述10.4.2 激光外差法检测粗糙度原理10.5 内表面疵病检测10.5.1 管道内表面疵病检测系统组成10.5.2 检测系统工作原理与特点思考题与习题第11章 光纤传感测量11.1 光导纤维的基本知识11.1.1 光纤传光原理11.1.2 光纤的分类11.1.3 光纤的基本特性11.2 光纤传感器原理及应用11.2.1 分类与特点11.2.2 光纤传感器11.2.3 光变换器与光纤兼容思考题与习题第12章 光电检测技术的综合应用12.1 光电多功能二维自动检测系统12.1.1 测量系统的总体结构12.1.2 同轴度误差测量系统12.1.3 环距测量方法的研究12.2 曲臂光电综合测量系统12.2.1 系统的组成与总体布局12.2.2 被测参数测量原理12.3 激光扫描圆度误差测量系统12.3.1 圆度误差测量原理12.3.2 工件安装偏心误差的检测12.3.3 实验结果与分析12.4 飞轮齿圈总成圆跳动非接触检测系统12.4.1 测量系统原理12.4.2实验结果和分析12.5 座圈尺寸光电非接触测量系统12.5.1 总体结构与工作原理12.5.2 直径测量原理12.5.3 数据处理系统设计12.5.4 测量结果与分析12.6 管道直线度光电检测系统12.6.1 直线度光电检测的结构与工作原理12.6.2 检测系统的组成思考题与习题部分习题参考答案参考文献

　　《光电检测技术及应用》为高等工科院校“测控技术与仪器”、“光电信息工程”、“光学工程”、“光信息科学与技术”、“光电子技术”、“计量技术”、“电子技术”等专业的“光电检测技术”课程的通用教材。　　本书分为上下两篇：上篇主要讲述了光电检测系统的组成、基本概念、基础知识，对光电检测技术中的光源、光电检测器件的结构、原理、特性参数和使用方法进行了详细说明，并对辐射信号检测的原理与方法及与典型器件对应的检测电路的设计进行了系统论述；下篇结合作者光电检测技术方面的科研成果，具体与系统地描述了光电检测系统的应用，如光学相关检测、外形尺寸检测、位移量检测、外观检测、光纤传感检测以及光电检测技术综合应用的具体实例。　　本书具有理论和实际密切结合、论述系统深入而又通俗易懂的特点，既可以作为相关专业的大学本科教材，也可以作为研究生教材和相关工程技术人员设计光电检测系统的参考资料。　　为方便教学，本书配有免费教学课件，各章节后的思考题和习题配有免费的参考答案，欢迎选用本书作教材的老师索取。