光电传感器件与应用技术/全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郝晓剑 编

图书标签:

• 光电传感器
• 传感器技术
• 光电器件
• 检测技术
• 自动化
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• 光电子学
• 应用技术
• 高等教育
• 教材

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121251016

版次：1

商品编码：11658936

包装：平装

丛书名： 全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材

开本：16开

出版时间：2015-01-01

用纸：铜版纸

页数：300

正文语种：中文

编辑推荐

　　《光电传感器件与应用技术/全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材》特色：
　　图标式讲解：读者能准确操作软件、见效快；
　　从零开始，实用为主：从易于上手和快速掌握的实用角度出发；
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内容简介

　　《光电传感器件与应用技术/全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材》以编者多年从事光电传感技术及其应用方面的研究为基础，结合编者在光电传感技术领域的最新研究成果，参考近年来光电传感技术的最新进展，主要讲述了光电传感系统中所涉及的基础理论、光（辐射）源、光电导器件、结型光电器件、光电发射器件、光电成像器件、平板显示器件及各种光电器件的典型应用。《光电传感器件与应用技术/全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材》内容丰富，概念清晰，能引导读者正确掌握光电传感器件的基本原理、使用技巧和光电测试系统的设计思想和方法。《光电传感器件与应用技术/全国高等院校仪器仪表及自动化类“十二五”规划教材》力求为测控技术与仪器、光电信息科学与工程、电子信息工程等专业的本科生及仪器科学与技术、光学工程、信息与通信工程等学科的研究生和工程技术人员提供光电传感系统分析、设计的基本理论、先进的前沿技术和最新方法。

作者简介

　　郝晓剑，中北大学教授，中国计量测试学会会员，长期从事光电仪器与动态测试技术教学与研究，编写教材多部，并获得相关教材优秀奖。

目录

第1章 光电传感技术基础
1.1 光电传感系统的描述
1.2 辐射度学和光度学
1.2.1 辐射度学
1.2.2 光度学
1.2.3 辐射度与光度学的基本定律
1.2.4 黑体辐射
1.3 半导体基础
1.3.1 半导体结构
1.3.2 半导体中的载流子
1.4 半导体的光电效应
1.4.1 光电导效应
1.4.2 光伏效应
1.4.3 光电发射效应
1.5 光热效应
1.6 光电传感器的噪声和特性参数
1.6.1 光电传感器的噪声
1.6.2 光电传感器的主要特性参数
思考与计算题

第2章 光电传感系统中的常用光源
2.1 光源的基本特性参数
2.1.1 辐射效率和发光效率
2.1.2 光谱功率分布
2.1.3 空间光强分布
2.1.4 光源的颜色
2.1.5 光源的色温
2.2 热辐射源
2.2.1 太阳与黑体模拟器
2.2.2 白炽灯与卤钨灯
2.3 气体放电光源
2.4 发光二极管
2.4.1 普通亮度的LED
2.4.2 超高亮度的LED
2.4.3 白光LED
2.5 激光器
2.5.1 激光器的基本原理
2.5.2 激光器的分类及应用
2.5.3 激光的特性
思考题与计算题

第3章 光电发射器件
3.1 光电发射阴极
3.1.1 光电发射阴极的主要参数
3.1.2 常用光电阴极材料
3.2 光电管与光电倍增管结构原理
3.2.1 光电管
3.2.2 光电倍增管
3.3 光电倍增管的主要特性参数
3.4 光电倍增管的供电和信号输出电路
3.4.1 高压分压电路
3.4.2 信号输出方式
3.5 微通道板光电倍增管
3.5.1 微通道板的结构和工作原理
3.5.2 微通道板光电倍增管
3.6 像增强器
3.7 应用
3.7.1 光电倍增管的典型应用
3.7.2 像增强器的典型应用
思考题与计算题

第4章 光电导探测器
4.1 光电导探测器的工作原理
4.2 光电导材料及结构特点
4.2.1 材料及分类
4.2.2 结构特点及原理
4.3 光电导探测器的主要特性参数
4.3.1 光电流及光电导增益
4.3.2 光电特性
4.3.3 光谱特性
4.3.4 伏安特性
4.3.5 时间响应及频率特性
4.3.6 前历效应
4.3.7 温度特性
4.4 光电导探测器的变换电路
4.4.1 基本偏置电路
4.4.2 恒流电路
4.4.3 恒压电路
4.5 光电导探测器的应用实例
4.5.1 自动调光台灯光电控制电路
4.5.2 火焰探测报警器
4.5.3 热电制冷型红外测温仪
思考及计算题

第5章 半导体结型光电器件
5.1 结型光电器件基本原理
5.1.1 热平衡状态下的P-N结
5.1.2 光照下的P-N结
5.2 硅光电池
5.2.1 硅光电池的基本结构
5.2.2 硅光电池的工作原理
5.2.3 硅光电池的特性参数
5.3 硅光电二极管
5.3.1 硅光电二极管基本结构
5.3.2 硅光电二极管的工作原理
5.3.3 光电二极管的电流方程
5.3.4 光电二极管的基本特性
5.4 硅光电三极管
5.4.1 硅光电三极管基本结构
5.4.2 硅光电三极管工作原理
5.4.3 光电三极管的特性
5.5 结型光电器件的偏置电路
5.5.1 反向偏置电路
5.5.2 零伏偏置电路
5.5.3 其他光电变换电路
5.6 特殊结型光电二极管
5.6.1 PIN光电探测器
5.6.2 雪崩光电二极管
5.7 象限探测器和光电位置传感器
5.7.1 象限探测器
5.7.2 光电位置传感器（PSD）
5.8 半导体光电器件的特性参数与选择
5.8.1 半导体光电器件的特性参数
5.8.2 半导体光电器件的应用选择
思考题与计算题

第6章 光电成像器件
6.1 真空成像器件
6.1.1 像管
6.1.2 摄像管
6.2 固体成像器
6.2.1 电荷耦合器件（CCD）
6.2.2 CMOS图像传感器
6.2.3 工业相机介绍
6.2.4 机器视觉系统及其应用
思考题与计算题

第7章 红外探测器概述
7.1 红外探测器分类
7.1.1 热敏探测器
7.1.2 光子型探测器
7.1.3 红外探测器的工作条件与性能指标
7.2 常用红外探测器
7.2.1 光电导型红外探测器工作原理与性能分析
7.2.2 光电导型红外探测器——SPRITE探测器原理与结构
7.2.3 光伏型红外探测器的工作原理与性能分析
7.2.4 肖特基势垒光电探测器－工作原理
7.2.5 量子阱红外探测器
7.3 常用热探测器
7.3.1 热敏电阻
7.3.2 热电偶和热电堆
7.3.3 热释电探测器
7.3.4 高莱管
7.4 其他红外探测器
7.4.1 锑化铟红外探测器
7.4.2 碲镉汞探测器
7.4.3 碲锡铅探测器
7.4.4 砷化镓探测器
7.4.5 光子牵引探测器
7.4.6 MOS探测器
7.5 红外探测器的应用——红外夜视系统
7.5.1 红外夜视仪的原理
7.5.2 红外热成像仪的原理
思考与练习题

第8章 平板显示器件
8.1 液晶显示器件（LCD）
8.1.1 基本概念
8.1.2 光电特性
8.1.3 动态散射型液晶显示器件
8.1.4 扭曲向列液晶显示器件
8.1.5 超扭曲向列液晶显示器件
8.1.6 有源矩阵液晶显示器件
8.1.7 LCD工作环境及特点
8.2 等离子体显示器件
8.2.1 彩色AC-PDP的工作原理
8.2.2 彩色AC-PDP的特点和应用
8.3 有机发光器件
8.3.1 OLED器件发光原理
8.3.2 OLED器件的分类
8.4 数字微反射镜器件（DMD）
8.4.1 DMD结构和工作原理
8.4.2 DLP投影显示及特点
思考题与计算题

第9章 典型光电传感系统
9.1 瞬态表面高温测量及校准系统
9.1.1 瞬态表面高温光电传感系统
9.1.2 可溯源瞬态表面温度传感器动态校准系统
9.1.3 瞬态超高温测试的外推方法探索
9.2 激光光幕靶光电传感系统及校准
9.2.2 分离型激光光幕靶
9.2.3 激光光幕靶的校准
9.2.4 激光光幕靶的应用拓展
9.3 其他光电传感系统
9.3.1 归一化植被指数光电传感系统
9.3.2 光纤传像元件光学特性光电传感系统
9.3.3 基于PSD的自动机运动参数光电传感系统
9.3.4 导弹轨上运动参数光电传感系统
9.3.5 纯镁与镁合金燃点比色测温系统
思考题与计算题

第10章 光电传感新技术及应用
10.1 光电薄膜技术
10.1.1 光电薄膜技术概述
10.1.2 光电薄膜的制作
10.1.3 光电薄膜器件的技术特点
10.1.4 光电薄膜器件的应用
10.2 光MEMS，MOEMS
10.2.1 MEMS器件概述
10.2.2 MOEMS器件——MEMS与光的结合
10.2.3 MOEMS的应用
10.3 激光散斑测试技术
10.3.1 散斑的数学描述
10.3.2 激光散斑测量方法
10.4 太赫兹技术的应用
10.4.1 太赫兹频段及特点
10.4.2 THz成像技术的应用
10.5 光存储技术
10.5.1 光存储器概述
10.5.2 光盘存储器的工作原理
10.5.3 超高密度光存储技术
10.6 太阳能技术
10.6.1 太阳能电池
10.6.2 太阳能电池的种类
10.6.3 太阳能新技术
10.6.4 应用领域
习题与思考题
参考文献

前言/序言

　　UG是德国西门子公司推出的一款功能强大的三维CAD/CAM/CAE软件系统，其内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图输出，到生产加工成产品的全过程，应用范围涉及汽车、机械、航空航天、造船、通用机械、数控加工、医疗、玩具和电子等诸多领域。UGNX8.0版本在易用性、数字化模拟、知识捕捉、可用性等方面进行了创新，对以前版本进行了大量的以客户为中心的改进。
　　本书是学习UGNX8.0数控加工快速入门、进阶与精通的教程，其特色如下：
　　内容全面。本书所讲解的UG数控加工内容是目前市场上同类书籍中最全面的，包括UG数控加工基本操作流程、UG铣削加工基本参数、平面铣、面铣加工、孔铣削与螺纹铣削、车削加工、型腔粗加工、曲面轮廓深度加工、曲面轮廓固定轴铣削、3D轮廓铣削、可变轴加工、线切割、后置处理和UG数控加工高级功能。
　　实用性强。书中融入了UG一线数控高手多年的经验和技巧，因而本书具有很强的实用性。
　　范例丰富。对软件中的主要命令和功能，先结合简单的范例进行讲解，然后安排一些较复杂的综合范例和实际应用帮助读者深入理解，灵活运用。
　　讲解详细，条理清晰，保证自学的读者能独立学习和运用UGNX软件。
　　写法独特。采用UGNX中文版中真实的对话框和按钮等进行讲解，使初学者能够直观、准确地操作软件，从而大大提高学习效率。
　　附加值高。本书附1张多媒体DVD学习光盘，制作了94个数控加工与编程和具有针对性实例的教学视频并进行了详细的语音讲解，（时长8.1小时），可以帮助读者轻松、高效地学习。

现代光电技术：原理、器件与前沿应用 引言 光电技术，作为现代科学技术的核心驱动力之一，早已渗透到我们生活的方方面面，并以前所未有的速度重塑着社会的面貌。从工业生产的自动化升级，到医疗诊断的精准革新，再到信息通信的飞速发展，甚至到我们日常使用的智能手机和相机，光电技术的触角无处不在。其核心在于利用光与物质的相互作用，将光信号转化为电信号，或将电信号转化为光信号，并在此基础上实现信息的获取、传递、处理和控制。 本书旨在深入剖析现代光电技术的核心原理，全面介绍各类光电器件的特性与工作机制，并重点探讨其在各个领域的广泛应用及其发展趋势。我们力求以严谨的科学态度，清晰的逻辑结构，丰富的实例，为读者提供一个系统、深入的学习平台，帮助读者深刻理解光电技术的精髓，掌握其关键技术，并展望其未来的无限可能。 第一部分：光电技术基础理论 光电技术的基础建立在对光和电相互作用的深刻理解之上。本部分将从基础的物理光学出发，逐步深入到半导体物理和量子力学在光电器件中的应用。 光的本质与传播： 我们将回顾光的基本属性，包括光的波动性与粒子性。光的干涉、衍화、衍射等现象是理解光信号处理和信息编码的基础。光的吸收、反射、透射等特性则直接影响着光电器件的效率和性能。掌握光的传播特性，对于设计光学系统，如透镜、棱镜、光纤等，实现光信号的引导和聚焦至关重要。 光与物质的相互作用： 光与物质的相互作用是光电器件工作的核心。我们将详细阐述光子的能量如何与物质中的电子能级发生耦合，导致光子的吸收或发射。例如，半导体材料的禁带宽度决定了其对不同波长光的吸收和发射能力，这是半导体光电器件的基础。同时，我们也将探讨光电效应，包括外光电效应（如光电管）、内光电效应（如光导效应、光伏效应）以及光致发光等，这些效应是各种光电器件的物理基础。 半导体物理基础： 半导体是现代光电器件的核心材料。本部分将介绍半导体的能带结构，区分导体、半导体和绝缘体的差异。我们将深入理解本征半导体和杂质半导体的导电机制，介绍载流子的产生与复合，以及p-n结的形成与特性。p-n结是二极管、三极管等电子器件的基础，也是绝大多数光电器件（如LED、光电二极管、太阳能电池）的核心结构。理解载流子的扩散、漂移以及在外加电场下的行为，对于分析光电器件的工作原理至关重要。 量子力学在光电领域的应用： 量子力学为理解光与物质的相互作用提供了更深层次的视角。我们将介绍光子作为能量量子，及其与电子能级跃迁的关系。半导体中的激子、激子-极化子等概念，以及量子阱、量子点等纳米结构的光电特性，都离不开量子力学的解释。这些概念对于理解新型高性能光电器件的设计和性能优化具有关键意义。 第二部分：光电器件原理与特性 基于上述基础理论，本部分将聚焦于各类光电器件的结构、工作原理、性能参数以及选择与应用方法。 发光器件： 发光二极管（LED）： 详细介绍LED的p-n结结构，以及在正向偏压下载流子注入、复合发光的过程。分析LED的电-光转换效率、光谱特性（色温、显色指数）、亮度和寿命等关键参数。探讨不同材料体系（如GaAs、GaN、InGaN）LED的发光机理和应用领域，包括照明、显示、指示等。 激光器（Laser）： 介绍激光产生的三要素：粒子数反转、受激发射和光学谐振腔。阐述不同类型的激光器，如半导体激光器、气体激光器、固体激光器等的工作原理和特性。重点分析半导体激光器的结构（如双异质结、量子阱激光器）和工作机制，讨论其阈值电流、输出功率、光束质量、波长等参数。激光器在光通信、激光加工、医疗、科学研究等领域有着不可替代的作用。 其他发光器件： 简要介绍如电致发光器件（ELD）等其他发光原理和应用。 光电探测器件： 光电二极管（Photodiode）： 详细讲解光电二极管的光伏模式和光导模式工作原理。分析其响应度、量子效率、带宽、暗电流、噪声等关键参数。介绍PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APD）的结构和工作特点，以及它们在光通信、距离测量、光谱分析等领域的应用。 光电导管（Photoconductor）： 解释光电导管在光照下电阻变化的机理，即内光电效应。介绍其灵敏度、响应时间、光谱响应范围等参数。光电导管常用于低成本、大面积光检测场合。 光电倍增管（PMT）： 阐述光电倍增管的工作原理，即光电效应与二次电子发射的结合，实现对微弱光的放大。讨论其极高的灵敏度和快速的响应速度，以及在科学测量、医学成像、粒子探测等领域的应用。 CCD与CMOS图像传感器： 深入分析电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器的结构和工作原理。介绍其光电转换、电荷传输、读出机制，以及它们在数码相机、扫描仪、安防监控、科学成像等领域的广泛应用。对比分析CCD和CMOS传感器的优缺点，如灵敏度、噪声、功耗、集成度等。 光电器件的集成与封装： 讨论光电器件的封装技术，如何保护器件免受环境影响，同时实现与外部电路的光电连接。介绍光电器件的集成技术，如何将多个光电器件或光电器件与电子器件集成在同一芯片上，以实现更复杂的功能和更高的性能。 第三部分：光电器件在关键领域的应用 本部分将聚焦于光电器件在现代科技和工业中的具体应用，展示光电技术如何驱动各行业的创新与发展。 光通信： 光纤通信系统： 介绍光纤作为信息传输媒介的优势，如带宽大、损耗低、抗干扰强。阐述光通信系统的基本组成，包括光源（LED/激光器）、光纤、光探测器（PIN/APD）和光放大器。讨论光信号的调制解调技术，以及光网络的发展，如DWDM（密集波分复用）技术。 光互连： 随着电子器件集成度的提高，传统电互连面临瓶颈。介绍光互连技术，利用光信号在芯片之间、板卡之间进行高速信息传输，以及其在高性能计算、数据中心等领域的应用前景。 工业自动化与智能制造： 传感器与测量： 光电传感器在工业自动化中扮演着“眼睛”的角色。介绍各类光电传感器，如光电开关、接近传感器、编码器、激光测距仪、机器视觉系统等。阐述它们如何实现物体的检测、定位、尺寸测量、速度测量、形状识别等功能，以及在自动化生产线、机器人、质量检测等方面的应用。 激光加工： 激光在材料加工领域展现出独特的优势，如高精度、高效率、非接触式加工。介绍激光切割、焊接、打标、表面处理等工艺，以及不同类型激光器在这些应用中的作用。 医疗健康： 生物医学成像： 光电技术在医学成像方面发挥着至关重要的作用。介绍如内窥镜、X射线成像、CT、MRI（虽然MRI不直接使用光电原理，但其辅助设备和图像处理广泛应用光电技术）、PET等成像技术。重点讲解基于光电探测器的荧光成像、共聚焦显微镜、光学相干断层扫描（OCT）等技术，它们在疾病诊断、病理研究、微创手术等方面具有重要价值。 生理信号监测： 如血氧仪（利用光吸收特性）、心电图（辅助设备）、体温计（红外测温）等，都间接或直接应用了光电原理。 信息显示与存储： 平板显示技术： LED背光液晶显示器、OLED显示器等，都是光电器件在显示领域的重要应用。介绍它们的显示原理、驱动技术以及在电视、电脑、手机等产品中的广泛应用。 光学存储： 光盘（CD、DVD、Blu-ray）的读写技术，基于激光照射和光电探测来实现数据的存储与读取。 环境监测与科学研究： 光谱分析： 利用光电器件（如光谱仪）分析物质对光的吸收、透射、反射或发射特性，实现物质的成分分析和定量检测。广泛应用于化学、材料科学、环境科学等领域。 遥感技术： 利用卫星、飞机等平台搭载的光电传感器，获取地表信息，用于资源勘探、气象监测、灾害预警等。 基础科学研究： 激光雷达（LIDAR）用于大气探测和三维建模，高灵敏度光电探测器用于天文观测和粒子物理实验等。 第四部分：光电技术的发展趋势与未来展望 光电技术是一个充满活力和创新性的领域，其发展前景广阔。 新材料与新器件： 探索新型半导体材料（如钙钛矿、二维材料）、有机光电材料，以及新型光电器件结构，以提升器件的效率、性能和功能。例如，柔性光电器件、可穿戴设备中的光电传感器。 光电集成与芯片级光子学： 随着信息处理需求的激增，将光电功能集成到单个芯片上，实现片上光网络，将是未来重要的发展方向，有望带来更快的速度和更低的功耗。 人工智能与光电融合： 将人工智能技术与光电传感器相结合，实现更智能化的信息感知、分析和决策。例如，基于深度学习的机器视觉系统，能够更精准地识别和理解图像信息。 量子光电技术： 量子通信、量子计算等领域的发展，对高性能、高精度的光电器件提出了更高的要求。量子点、量子阱等纳米结构在量子信息处理中具有重要应用潜力。 可持续发展与能源应用： 太阳能电池技术的不断进步，以及高效LED照明的普及，都体现了光电技术在可持续能源发展中的关键作用。 结语 光电技术的发展，是一场不断探索光与电之间奥秘的征程。本书的编写，旨在为广大读者，特别是从事仪器仪表、自动化、电子工程、物理学、材料科学等相关专业的师生和工程技术人员，提供一个全面、深入的学习工具。我们希望通过对光电技术原理、器件和应用的系统阐述，激发读者对该领域的浓厚兴趣，培养其解决实际问题的能力，并为未来的科技创新贡献力量。光电世界的奇妙与无限，正等待着我们去发掘和创造。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书的内容非常系统和全面。作者在编写过程中，显然花费了大量的心思来梳理知识体系。从传感器的工作原理，到具体的选型、设计、应用，再到一些相关的配套技术（比如光源、信号处理电路等），都覆盖得相当到位。我尤其喜欢书中关于不同类型传感器比较的章节，清晰地列出了它们的性能参数、优缺点以及适用范围，这对于初学者来说，可以避免在众多选择中迷失方向。而且，书中还附带了不少的参考资料和拓展阅读建议，这为我进一步深入研究提供了宝贵的线索。

评分☆☆☆☆☆

这本书的讲解方式非常循序渐进，对于像我这样基础相对薄弱的读者来说，非常友好。作者并没有一开始就抛出很难懂的概念，而是从最基本的物理原理讲起，然后一步步深入。我特别欣赏书中对各种干扰和噪声的处理方法，这在实际应用中往往是容易被忽视但又至关重要的一环。比如，书中详细讲解了如何通过屏蔽、滤波等技术来提高光电传感器的抗干扰能力，并给出了一些实用的电路图。另外，书中关于传感器校准和标定的章节也很有价值，这直接关系到测量精度，对提高最终产品的性能有着直接影响。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最深刻的印象是它的前瞻性。它不仅涵盖了当前主流的光电传感器技术，还对一些新兴的技术和发展趋势有所提及。我记得其中有一部分讨论了 MEMS 光电传感器，以及它们在微小型化、集成化方面的优势。书中还对一些特定应用场景下的传感器选择给出了建议，比如在恶劣环境下工作的传感器应该具备哪些特殊的防护和设计。这种对未来技术发展的洞察力，让我感觉这本书不仅是一本教材，更是一本能够指导我未来学习和研究方向的参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，它更侧重于实践指导。虽然也有理论基础，但更多的是围绕着如何去应用这些知识。我之前对光电传感器的一些概念总是模模糊糊，看了这本书之后，很多以前不理解的地方都豁然开朗。它列举了很多具体的实验电路和设计方案，例如如何选择合适的传感器来满足特定的检测需求，如何进行信号调理和处理，以及如何集成到整个系统中。我尤其喜欢书中关于图像传感器的一些内容，对CCD和CMOS的工作原理、像元结构、读出方式等都做了详细的介绍，还提到了它们的优缺点和适用场景。这对于我正在进行的机器视觉项目来说，简直是雪中送炭。

评分☆☆☆☆☆

这本书我看了几天了，整体感觉非常扎实。作为一本高等院校的规划教材，它在理论深度和广度上都做得相当不错。我特别欣赏它对光电传感器工作原理的讲解，从基础的光电效应到各种主流传感器（如光电二极管、光电三极管、光敏电阻、CCD、CMOS等）的详细剖析，都梳理得非常清晰。书中不仅介绍了理论模型，还结合了大量的实际案例，比如在工业自动化、医疗器械、消费电子等领域的应用。我记得其中有一个章节详细介绍了光电耦合器的设计和应用，包括隔离、信号传输等关键技术，这对于理解一些复杂的电路设计非常有帮助。