上篇 基础理论篇 1
第1章 绪论 1
第2章 光电效应 4
2.1 半导体物理基础 4
2.1.1 半导体的特性 4
2.1.2 能带理论 4
2.1.3 半导体的导电结构 6
2.1.4 载流子的运动 8
2.1.5 半导体的PN结 10
2.1.6 半导体对光的吸收 12
2.2 内光电效应 13
2.2.1 光电导效应 13
2.2.2 光生伏特效应 15
2.3 外光电效应 17
思考题与习题 18
第3章 光电检测器件 19
3.1 光电导器件 19
3.1.1 光敏电阻的原理与结构 19
3.1.2 典型光敏电阻 20
3.1.3 光敏电阻的基本特性 21
3.2 光生伏特器件 26
3.2.1 光敏二极管 26
3.2.2 硅光电池 31
3.2.3 光敏晶体管 33
3.2.4 色敏光生伏特器件 37
3.2.5 光生伏特器件组合件 39
3.2.6 光电位置敏感器件 43
3.3 光电发射器件 47
3.3.1 光电倍增管 47
3.3.2 真空光电管 56
3.4 热辐射探测器件 56
3.4.1 热敏电阻 57
3.4.2 热电偶探测器 60
3.4.3 热电堆探测器 62
3.5 热释电器件 64
3.5.1 热释电器件的基本工作原理 64
3.5.2 热释电器件的电压灵敏度 67
3.5.3 热释电器件的噪声、响应时间与阻抗特性 68
3.5.4 快速热释电探测器 69
3.6 光耦合器件 70
3.6.1 光耦合器件的结构与电路符号 70
3.6.2 光耦合器件的特性参数 71
3.6.3 光耦合器件的应用 74
3.7 图像传感器 76
3.7.1 图像传感器的分类 76
3.7.2 真空摄像管 77
3.7.3 电荷耦合器件 80
3.7.4 CMOS图像传感器 90
3.7.5 红外热成像 93
3.7.6 图像的增强与变像 94
思考题与习题 99
第4章 半导体发光管与激光器 101
4.1 发光二极管 101
4.1.1 发光二极管的发光机理 101
4.1.2 发光二极管的应用 106
4.2 半导体激光器 107
4.2.1 半导体激光器的发光原理 107
4.2.2 半导体激光器的结构 109
4.3 几种典型的激光器 113
4.3.1 气体激光器 113
4.3.2 固体激光器 115
4.3.3 染料激光器 116
思考题与习题 118
第5章 辐射信号检测 119
5.1 直接探测法 119
5.1.1 光学系统 119
5.1.2 调制盘 120
5.1.3 调制盘对背景信号的空间滤波 122
5.2 光外差探测法 123
5.2.1 光外差探测原理 123
5.2.2 光外差探测的特性 124
5.3 白噪声中的脉冲探测 125
5.3.1 探测阈值及信噪比 125
5.3.2 滤波器带宽的选择 127
5.4 几何光学方法的光电信息变换 128
5.4.1 长、宽尺寸信息的光电变换 128
5.4.2 位移信息的光电变换 134
5.4.3 速度信息的光电变换 137
5.5 温度检测 140
5.6 莫尔条纹 141
思考题与习题 143
第6章 光电检测系统典型电路 144
6.1 光敏电阻的变换电路 144
6.1.1 基本偏置电路 144
6.1.2 恒流电路 145
6.1.3 恒压电路 146
6.2 光生伏特器件的偏置电路 147
6.2.1 反向偏置电路 147
6.2.2 零伏偏置电路 150
6.3 光电管的偏置电路 150
6.4 CCD器件驱动电路 152
6.4.1 CCD驱动电路时序方法 154
6.4.2 可编程器件产生CCD驱动时序 154
6.5 视频信号二值化处理电路 157
6.5.1 阈值法 157
6.5.2 微分法 159
6.6 光电信号辨向处理与细分电路 159
6.6.1 光电信号辨向处理 160
6.6.2 电子细分 162
思考题与习题 174
下篇 技术应用篇 176
第7章 光学相关检测 176
7.1 基本概念 176
7.1.1 能量信号与功率信号 176
7.1.2 相关函数 176
7.1.3 相关接收 177
7.1.4 相敏检波器 179
7.2 互相关器 180
7.2.1 互相关器的工作原理 180
7.2.2 互相关器的典型电路 183
7.3 光学相关检测与识别 184
7.3.1 光学相关检测概况 184
7.3.2 光学相关检测原理 184
7.3.3 实时联合变换相关器的结构 188
7.3.4 光学相关器主要部件的确定 188
7.3.5 光学相关器的应用 190
思考题与习题 191
第8章 外形尺寸检测 192
8.1 概述 192
8.2 模拟变换检测法 192
8.3 光电扫描检测法 194
8.3.1 光学扫描法 194
8.3.2 电扫描法 198
8.4 CCD自扫描检测法 200
思考题与习题 205
第9章 位移量检测 206
9.1 激光干涉位移检测 206
9.1.1 激光干涉原理 206
9.1.2 激光干涉仪原理 208
9.2 光栅线位移检测 211
9.2.1 光栅位移传感器（光栅尺）的光电读数头 211
9.2.2 光源和光强调制 214
9.2.3 四相交流信号和前置放大器 214
9.2.4 光栅位移检测装置（光栅尺） 216
9.3 光栅角位移检测 217
9.3.1 概述 217
9.3.2 增量式轴角编码器 218
9.3.3 绝对式光电轴角编码器的基本原理 219
9.3.4 读数和细分 223
9.3.5 狭缝及光电信号 224
9.3.6 编码器误差 226
9.4 轴向位移测量 227
9.5 激光测距 229
9.5.1 脉冲法测距 230
9.5.2 相位法测距 232
9.5.3 典型仪器简介 236
思考题与习题 238
第10章 外观检测 239
10.1 外观检测的方式和原理 239
10.1.1 反射式与透射式外观检测 239
10.1.2 正反射式与非正反射式（漫反射式）检测 240
10.1.3 扫描方式 241
10.2 光电变换器 242
10.2.1 疵病信号 242
10.2.2 光源选择 244
10.3 信号处理及检测装置 245
10.3.1 通量式疵病信号的处理方法 245
10.3.2 检测装置 246
10.4 表面粗糙度检测 250
10.4.1 概述 250
10.4.2 激光外差法检测粗糙度原理 251
10.5 内表面疵病检测 252
10.5.1 管道内表面疵病检测系统组成 252
10.5.2 检测系统工作原理与特点 254
思考题与习题 255
第11章 光纤传感测量 256
11.1 光导纤维的基本知识 256
11.1.1 光纤传光原理 256
11.1.2 光纤的分类 256
11.1.3 光纤的基本特性 257
11.2 光纤传感器原理及应用 259
11.2.1 分类与特点 259
11.2.2 光纤传感器 259
11.2.3 光变换器与光纤兼容 261
思考题与习题 262
第12章 光电检测技术的综合应用 263
12.1 光电多功能二维自动检测系统 263
12.1.1 测量系统的总体结构 263
12.1.2 同轴度误差测量系统 264
12.1.3 环距测量方法的研究 265
12.2 曲臂光电综合测量系统 268
12.2.1 系统的组成与总体布局 269
12.2.2 被测参数测量原理 271
12.3 激光扫描圆度误差测量系统 278
12.3.1 圆度误差测量原理 278
12.3.2 工件安装偏心误差的检测 279
12.3.3 实验结果与分析 280
12.4 飞轮齿圈总成圆跳动非接触检测系统 280
12.4.1 测量系统原理 280
12.4.2 实验结果和分析 281
12.5 座圈尺寸光电非接触测量系统 281
12.5.1 总体结构与工作原理 282
12.5.2 直径测量原理 282
12.5.3 数据处理系统设计 283
12.5.4 测量结果与分析 284
12.6 管道直线度光电检测系统 284
12.6.1 直线度光电检测的结构与工作原理 284
12.6.2 检测系统的组成 285
思考题与习题 288
部分习题参考答案 289
参考文献 291