光电传感器应用技术 第2版PDF电子书下载

第1章 光电传感器技术基础 1

1.1 光辐射的度量 1

1.1.1 与辐射源有关的参数 2

1.1.2 与接收器有关的参数 4

1.1.3 辐射源的光谱辐射分布 6

1.1.4 量子流速率 7

1.2 物体热辐射 8

1.2.1 黑体辐射定律 8

1.2.2 辐射体的分类 10

1.3 辐射度量参数与光度量参数的关系 10

1.3.1 人眼的光视效率 11

1.3.2 人眼的光谱光视效能 11

1.3.3 两种辐射体光视效能的计算 14

1.4 半导体对光的吸收 15

1.4.1 光吸收的一般规律 15

1.4.2 半导体对光的吸收 15

1.5 光电效应 17

1.5.1 内光电效应 17

1.5.2 光电发射效应 21

思考题与习题1 22

第2章 光源 24

2.1 光源的分类 24

2.2 钨丝灯 26

2.2.1 钨丝白炽灯 26

2.2.2 卤钨灯 30

2.3 气体放电灯 31

2.3.1 气体放电 31

2.3.2 氙灯 33

2.4 金属蒸气灯 34

2.4.1 水银蒸气灯 34

2.4.2 钠灯 36

2.5 半导体发光二极管光源 36

2.5.1 发光二极管的发光机理 36

2.5.2 发光强度－电流特性 37

2.5.3 发光光谱和发光效率 38

2.6 激光光源 40

2.6.1 激光的产生机理 40

2.6.2 氦－氖激光器 42

2.6.3 半导体激光器 44

2.7 光电传感器应用系统中光源与照度的匹配 45

2.7.1 光源的选择 45

2.7.2 照度匹配 46

思考题与习题2 47

第3章 光电导器件 49

3.1 光敏电阻的原理与结构 49

3.1.1 光敏电阻的基本原理 49

3.1.2 光敏电阻的基本结构 49

3.1.3 典型光敏电阻 50

3.2 光敏电阻的基本特性 52

3.2.1 光电特性 52

3.2.2 伏安特性 53

3.2.3 温度特性 53

3.2.4 时间响应 54

3.2.5 噪声特性 56

3.2.6 光谱响应 57

3.3 光敏电阻的偏置电路 58

3.3.1 基本偏置电路 58

3.3.2 恒流电路 59

3.3.3 恒压电路 60

3.3.4 举例 60

3.4 光敏电阻的应用实例 62

3.4.1 照明灯的光电控制电路 62

3.4.2 火焰探测报警器 63

3.4.3 照相机电子快门 64

思考题与习题3 65

第4章 光生伏特器件 67

4.1 硅光敏二极管 67

4.1.1 硅光敏二极管的工作原理 67

4.1.2 光敏二极管的基本特性 68

4.2 其他类型的光生伏特器件 71

4.2.1 PIN型光敏二极管 71

4.2.2 雪崩光敏二极管 72

4.2.3 硅光电池 74

4.2.4 光敏晶体管 77

4.2.5 色敏光生伏特器件 81

4.2.6 光伏器件组合器件 83

4.2.7 光电位置敏感器件 88

4.3 光生伏特器件的偏置电路 92

4.3.1 反向偏置电路 92

4.3.2 零伏偏置电路 95

思考题与习题4 95

第5章 光电发射器件 97

5.1 光电发射阴极 97

5.1.1 光电发射阴极的主要参数 97

5.1.2 光电阴极材料 98

5.2 真空光电管与光电倍增管的工作原理 100

5.2.1 真空光电管的原理 100

5.2.2 光电倍增管的原理 100

5.3 光电倍增管的基本特性 102

5.3.1 灵敏度 102

5.3.2 电流放大倍数 103

5.3.3 暗电流 104

5.3.4 噪声 105

5.3.5 伏安特性 106

5.3.6 线性 107

5.3.7 疲劳与衰老 108

5.4 光电倍增管的供电电路 109

5.4.1 电阻链分压型供电电路 109

5.4.2 末级的并联电容 110

5.4.3 电源电压的稳定度 110

5.5 光电倍增管的典型应用 111

5.5.1 光谱探测领域的应用 112

5.5.2 时间分辨荧光免疫分析中的应用 113

思考题与习题5 115

第6章 红外与THz的探测 116

6.1 热辐射的一般规律 116

6.1.1 温度变化方程 116

6.1.2 热电器件的最小可探测功率 117

6.2 热敏电阻与热电堆 118

6.2.1 热敏电阻 118

6.2.2 热电偶探测器 122

6.2.3 热电堆探测器 124

6.2.4 热敏电阻的用途 124

6.2.5 典型热敏电阻简介 125

6.3 热释电器件 126

6.3.1 热释电器件的基本工作原理 126

6.3.2 热释电器件的电压灵敏度 130

6.3.3 热释电器件的噪声 130

6.3.4 响应时间 131

6.3.5 热释电探测器的阻抗特性 132

6.3.6 热释电器件的类型 132

6.3.7 典型热释电器件 134

6.4 红外与热辐射探测技术 135

6.5 太赫兹波的探测技术 136

6.5.1 太赫兹波脉冲探测 137

6.5.2 太赫兹连续波探测 139

6.5.3 太赫兹波单光子探测 140

思考题与习题6 142

第7章 图像扫描与图像显示技术 143

7.1 图像解析原理 143

7.1.1 图像的解析方法 143

7.1.2 图像传感器的基本技术参数 146

7.2 图像的显示与电视制式 147

7.2.1 CRT电视监视器及其扫描方式 147

7.2.2 电视制式 149

7.3 图像显示器的分类 150

7.3.1 阴极射线管显示器 150

7.3.2 液晶显示器 150

7.4 典型图像显示器 151

7.4.1 TFT-LCD器件 151

7.4.2 TFT-LCD图像显示器 152

7.4.3 LED图像显示器 153

思考题与习题7 154

第8章 CCD光电图像传感器 155

8.1 电荷存储 155

8.2 电荷耦合 157

8.3 CCD电极结构 158

8.3.1 三相CCD的电极结构 158

8.3.2 二相CCD 159

8.3.3 四相CCD 160

8.3.4 体沟道CCD 161

8.4 电荷的注入和检测 162

8.4.1 光注入 162

8.4.2 电注入 163

8.4.3 电荷的检测 164

8.5 典型线阵CCD图像传感器 164

8.5.1 单沟道线阵CCD图像传感器 165

8.5.2 双沟道线阵CCD图像传感器 170

8.5.3 线阵CCD类型与发展 175

8.6 典型面阵CCD图像传感器 175

8.6.1 概述 175

8.6.2 典型帧转移型面阵CCD器件 178

思考题与习题8 186

第9章 CMOS光电图像传感器 188

9.1 MOS与CMOS场效应晶体管 188

9.1.1 MOS场效应晶体管的基本结构 188

9.1.2 场效应晶体管的主要性能参数 189

9.2 CMOS图像传感器的原理与结构 193

9.2.1 CMOS图像传感器的组成 193

9.2.2 CMOS图像传感器的像敏单元结构 194

9.2.3 CMOS图像传感器的工作流程 197

9.2.4 CMOS图像传感器的辅助电路 198

9.3 CMOS图像传感器的特性参数 203

9.4 典型CMOS图像传感器 208

9.4.1 IBIS4 6600型CMOS图像传感器 208

9.4.2 IBIS5-B-1300型CMOS图像传感器 210

9.4.3 高速CMOS图像传感器 213

9.5 CMOS图像传感器的应用实例 215

9.5.1 IM28-SA型CMOS摄像机 216

9.5.2 MC1300高速CMOS摄像机 218

思考题与习题9 220

第10章 彩色图像传感器与彩色数码相机概述 221

10.1 彩色线阵CCD图像传感器 221

10.1.1 ILX522K器件 221

10.1.2 TCD2252D器件 223

10.2 彩色面阵CCD图像传感器 226

10.3 彩色面阵CCD摄像机概述 230

10.3.1 三管彩色面阵CCD摄像机 231

10.3.2 两管彩色面阵CCD摄像机 234

10.3.3 单管CCD彩色摄像机 235

10.4 彩色面阵CCD数码相机概述 239

10.5 彩色面阵CMOS数码相机概述 242

思考题与习题10 243

第11章 光电传感器输出信号的数据采集 245

11.1 光电传感器信号的二值化处理 245

11.1.1 单元光电信号的二值化处理 245

11.1.2 序列光电信号二值化处理 247

11.2 光电信号二值化数据采集 249

11.3 光电信号的量化处理与A/D数据采集 251

11.3.1 单元光电信号的量化处理 251

11.3.2 单元光电信号A/D数据采集 256

11.3.3 序列光电信号的量化处理 258

11.3.4 序列光电信号的A/D数据采集与计算机接口 261

11.4 面阵CCD的数据采集与计算机接口 264

11.4.1 基于PC总线的图像采集卡 265

11.4.2 典型图像数据采集卡 268

11.4.3 基于USB2.0的计算机接口 276

11.4.4 基于嵌入式系统的CCD图像数据采集 278

思考题与习题11 279

第12章 特种图像传感器 281

12.1 微光图像传感器 281

12.1.1 微光图像传感器的发展概况 281

12.1.2 微光电视摄像系统 283

12.1.3 微光电视摄像系统观察距离的估算 285

12.1.4 微光CCD摄像器件 287

12.2 红外CCD图像传感器 296

12.2.1 主动红外电视摄像系统 296

12.2.2 被动红外电视摄像系统 298

12.3 X射线CCD图像传感器 300

12.3.1 X射线像增强器 301

12.3.2 医用X射线电视CCD摄像系统 303

12.3.3 工业用X射线光电检测系统 304

思考题与习题12 305

第13章 光电传感器应用实例 306

13.1 光电传感器用于一维尺寸的测量 306

13.1.1 玻璃管内、外径尺寸测量控制仪器的技术要求 306

13.1.2 仪器的工作原理 306

13.1.3 线阵CCD的选择 307

13.1.4 光学系统设计 308

13.1.5 外径、壁厚的检测电路 310

13.1.6 微机数据采集接口 313

13.1.7 讨论 313

13.2 CCD的拼接技术在尺寸测量系统中的应用 313

13.2.1 CCD的机械拼接技术在尺寸测量中的应用 313

13.2.2 线阵CCD的光学拼接 315

13.3 线阵CCD传感器用于二维位置的测量 317

13.3.1 高精度二维位置测量系统 317

13.3.2 光学系统误差分析 319

13.4 CCD在BGA引脚三维尺寸测量中的应用 320

13.4.1 测量原理 320

13.4.2 数学模型 321

13.4.3 系统的标定 322

13.4.4 BGA芯片测量实验 323

13.5 CCD图像传感器用于平板位置的检测 324

13.5.1 平板位置检测的基本原理 324

13.5.2 平板位置检测系统 325

13.6 利用线阵CCD非接触测量材料变形量的方法 326

13.7 激光光斑的尺寸测量系统 329

13.7.1 激光光斑的尺寸测量原理 330

13.7.2 系统的总体设计 330

13.7.3 系统的基本组成及工作流程 331

13.7.4 系统硬件设计 332

13.7.5 系统软件设计 332

13.8 CCD图像传感器用于物体振动的非接触测量 333

13.8.1 工作原理 334

13.8.2 振动测量的硬件电路 335

13.8.3 软件设计 335

13.8.4 振动台测试实验结果 336

13.9 利用激光准直技术测量物体的直线度与同轴度 336

13.9.1 激光准直测量原理 336

13.9.2 不直度的测量 338

13.9.3 不同轴度的测量 338

13.10 光电信息变换技术在搜索、跟踪与制导中的应用 339

13.10.1 搜索仪与跟踪仪 339

13.10.2 激光制导 341

13.10.3 红外跟踪制导 342

13.11 CCD光电传感器用于ICP-AES光谱探测 345

13.11.1 ICP-AES探测器的基本原理 345

13.11.2 实验结果分析 347

13.12 扫描成像技术在表面质量检测中的应用 349

13.12.1 宽幅面物体表面质量的检测与分析 349

13.12.2 汽车制动钳内凹槽表面质量的检测 352

13.13 面阵CCD图像传感器用于钢板长宽尺寸测量系统 353

13.14 医用电子内窥镜系统 356

13.14.1 工作原理 356

13.14.2 系统的设计 357

13.14.3 CCD驱动、图像采集、编码电路 358

13.14.4 内窥镜视频驱动亮度控制系统的研制 359

13.14.5 电子内窥镜标准视频图像的畸变实时校正 360

13.14.6 基于PCI总线的内窥镜图像实时采集系统 360

13.14.7 电子内窥镜图像处理软件系统的设计 361

思考题与习题13 361

第14章 课程设计与毕业设计 362

14.1 辐度学和光度学物理量测量的波长问题 362

14.1.1 被测辐射体的光谱分布与探测器的光谱响应 362

14.1.2 辐射量的测量 363

14.1.3 光度学参数的测量 364

14.1.4 辐度学和光度学参数测量的精度影响因素 365

14.2 光功率测量方法与光功率计的设计 365

14.2.1 主要掌握的内容 365

14.2.2 光功率 365

14.2.3 光纤光功率的测量方法 366

14.2.4 光纤光功率计的设计 366

14.2.5 课程设计内容 367

14.3 照度测量方法与照度计的设计 368

14.3.1 主要内容 368

14.3.2 照度的概念 368

14.3.3 照度的测量方法 369

14.3.4 照度计的设计原则 369

14.3.5 照度计的设计内容 370

14.4 发光强度测量仪设计 370

14.4.1 发光强度 370

14.4.2 发光强度的测量方法 371

14.4.3 发光强度测量仪的设计内容 371

14.4.4 发光强度测量中应注意的问题 372

14.5 亮度测量方法与亮度计的设计 373

14.5.1 亮度的概念 373

14.5.2 亮度的测量方法 373

14.5.3 亮度计的设计原则 375

14.6 红外遥控开关的设计 376

14.6.1 设计思路 376

14.6.2 密码的编制方法 377

14.6.3 红外遥控多功能开关的技术要求 378

14.6.4 对器材的需求 379

14.6.5 密码光电遥控多功能开关的设计 379

14.6.6 典型红外遥控发射器 382

14.6.7 典型红外遥控接收器 384

14.6.8 译码与功能控制器 387

14.7 红外测温仪的设计 388

14.7.1 物体热辐射的概念 388

14.7.2 红外测温方法 389

14.7.3 红外测温仪的设计原则 390

14.7.4 红外测温仪的设计内容 390

参考文献 392