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绪论 1

第1章　光波干涉传感技术 6

1.1　光波传感技术基本知识 6

1.1.1　光的电磁场理论 6

1.1.2　光波的合成与干涉 14

1.2　激光光束 21

1.2.1　激光器基本结构与模式 21

1.2.2　激光光束的特性 24

1.2.3　高斯光束 26

1.3　干涉传感技术与应用实例 37

1.3.1　外差干涉计量 37

1.3.2　准外差干涉计量 40

1.3.3　激光干涉测量应用实例 45

习题与复习思考题 51

第2章　光电传感技术 53

2.1 电磁波谱 53

2.2　辐射源特性及其度量 54

2.3　光电效应 55

2.3.1　光电导效应 55

2.3.2　光生伏特效应 58

2.3.3　光电发射效应 58

2.4　光电探测传感器件 59

2.4.1　光电探测传感器件的基本特性参数 60

2.4.2　描述噪声的基本参数 62

2.4.3　半导体光电探测传感器件 65

2.4.4　光电探测传感器件主要特性比较与选用原则 68

2.5　光电位置传感器 70

2.6　光电传感技术应用 73

2.6.1　光电传感技术的应用类型 73

2.6.2　光电传感技术应用实例 74

习题与复习思考题 77

第3章　图像传感技术 78

3.1 CCD图像传感器 78

3.1.1 CCD的MOS结构及存储电荷原理 78

3.1.2 CCD图像传感器基本特征参数 81

3.1.3 CCD摄像器件 83

3.2 CMOS图像传感器 86

3.2.1 CMOS传感器结构与工作原理 87

3.2.2 CMOS图像传感器的性能指标 89

3.2.3　典型CMOS图像传感器 94

3.3 CCD与CMOS传感器的比较 99

3.4　图像测量技术 100

3.4.1 CCD图像测量系统结构与测量原理 101

3.4.2 CCD视频信号处理与数据采集系统 104

习题与复习思考题 108

第4章　计量光栅传感技术 109

4.1　计量光栅结构的基本特点与种类 109

4.2　光栅测量的基本原理与莫尔条纹的基本特性 110

4.2.1　莫尔条纹的形成 110

4.2.2　莫尔条纹测量原理与基本特性 110

4.3　常见的光栅光学系统 116

4.3.1　光强调制型光学系统 116

4.3.2　相位调制型光学系统 118

4.4　莫尔条纹信号处理方法 121

4.4.1　信号采集与运动方向辨别 121

4.4.2　信号处理——差分放大器 124

4.5　高倍细分技术 126

4.5.1　细分技术种类 126

4.5.2　电子细分技术 126

4.5.3　微控制器细分技术 133

4.6　计量光栅传感技术应用实例 138

4.6.1　虚拟光栅Moire形貌测试系统 139

4.6.2　光栅闭环数控机床位置检测装置 142

习题与复习思考题 143

第5章　光纤传感技术 144

5.1　光纤的基础知识 144

5.1.1　光纤波导的原理 144

5.1.2　光纤的分类 145

5.1.3　光纤的特性 146

5.2　强度调制型光纤传感器 148

5.2.1　非功能型光强调制 148

5.2.2　功能型光强调制 153

5.3　相位调制型光纤传感器 156

5.3.1　晶体的电光效应 156

5.3.2　晶体的弹（声）光效应 158

5.3.3　晶体的热光效应 159

5.3.4　晶体的磁光效应 160

5.3.5　相位调制型光纤传感器 161

5.4　波长调制型光纤传感器 161

5.4.1　光纤光栅调制原理 161

5.4.2　光纤光栅的分类 162

5.4.3　布拉格光纤光栅 163

5.4.4　长周期光纤光栅 165

5.4.5　LPFG传感器 166

5.5　偏振调制型光纤传感器 170

5.5.1　基于旋光效应的偏振调制 170

5.5.2　基于磁光效应的偏振调制 171

5.5.3　基于普克尔效应的偏振调制 172

5.5.4　基于克尔效应的偏振调制 175

5.5.5　基于光弹效应的偏振调制 175

5.6　频率调制型光纤传感器 177

5.6.1　光学多普勒概念 177

5.6.2　光纤多普勒系统 177

5.7　光子晶体光纤传感器 179

5.7.1　光子晶体 179

5.7.2　光子晶体光纤的结构与制备 181

5.7.3　光子晶体光纤的特性 184

5.7.4　光子晶体光纤传感器 185

5.8　分布式光纤传感器 186

5.8.1　非本征式光纤传感器 187

5.8.2　分布式光纤传感器 188

习题与复习思考题 189

第6章　基于MEMS的微传感技术 190

6.1　用于微传感器的MEMS器件制作技术 190

6.1.1　超精密加工及特种加工 191

6.1.2　表面微加工技术 191

6.1.3　体微加工技术 192

6.1.4　LIGA技术 193

6.2　力学微传感器 193

6.2.1　微压力传感器 193

6.2.2　微加速度计 195

6.2.3　微陀螺仪 198

6.3　光学微传感器 200

6.3.1　微红外线传感器 200

6.3.2　微光开关 201

6.3.3　微光机电系统型光开关 205

6.4　微流量传感器 208

习题与复习思考题 209

第7章　化学和生物医学传感器 210

7.1　化学传感器 210

7.1.1　化学传感器的结构与分类 210

7.1.2　气体传感器 211

7.1.3　湿度传感器 213

7.2　生物传感器 217

7.2.1　生物传感器的工作原理 217

7.2.2　酶传感器 218

7.2.3　微生物传感器 220

7.2.4　免疫传感器 221

7.2.5　生物传感器的发展趋势 223

7.3　生物芯片 224

7.3.1　生物芯片概述 224

7.3.2　生物芯片的分类 225

7.3.3　生物芯片的应用 228

7.4　化学与生物医学传感器的应用——嗅觉传感器 229

7.4.1 嗅觉器官基本结构与嗅觉识别气味机理 229

7.4.2　嗅觉传感器的基本组成 231

7.4.3　嗅觉传感器的发展趋势 233

习题与复习思考题 234

第8章 多传感器融合与数据融合技术 235

8.1　多传感器融合系统 235

8.1.1　多传感器融合基本概念 235

8.1.2　多传感器融合技术 236

8.2　多传感器数据融合技术概述 238

8.2.1　多传感器数据融合 238

8.2.2　多传感器数据融合的特点 238

8.3　多传感器数据融合系统 239

8.3.1 多传感器数据融合处理模型 239

8.3.2　多传感器数据融合层次 240

8.4　多传感器数据融合的系统结构形式 242

8.5　多传感器数据融合的理论方法 245

8.5.1　随机类方法 246

8.5.2　人工智能类方法 247

8.6　多传感器数据融合技术应用实例 248

8.6.1 多传感器数据融合技术在图像融合中的应用 248

8.6.2　多传感器数据融合在线检测系统中的应用 249

习题与复习思考题 252

参考文献 253

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