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第1章 光电测试用光源1

1.1辐射度学和光度学基本概念1

1.1.1辐射度学基本物理量1

1.1.2光度学基本物理量2

1.1.3其他基本概念5

1.2光的产生7

1.2.1光的辐射7

1.2.2光的产生方法8

1.2.3光源选择的基本要求9

1.3发光二极管10

1.3.1概况10

1.3.2外形和结构11

1.3.3LED发光机理12

1.3.4LED的特性及参数13

1.3.5LED驱动电路16

1.3.6LED的应用18

1.4激光光源19

1.4.1激光的特点20

1.4.2激光的形成21

1.4.3激光的模式24

1.4.4激光器的类型26

1.5其他光源29

1.5.1热辐射光源29

1.5.2气体放电光源31

思考题与习题35

参考文献35

第2章 光电探测器36

2.1光电探测器的原理及特性36

2.1.1光电探测器的种类36

2.1.2光电探测器的原理37

2.1.3光电探测器的特性参数39

2.1.4光电探测器的噪声41

2.2光电子发射器件42

2.2.1光电管42

2.2.2光电倍增管46

2.3光电导探测器件53

2.3.1光敏电阻的结构与原理53

2.3.2光敏电阻的偏置电路与噪声56

2.3.3典型光敏电阻与应用58

2.4光伏探测器件59

2.4.1硅光电池60

2.4.2光电二极管61

2.4.3其他类型的光电二极管64

2.4.4光电三极管66

2.5PSD位置探测器69

2.5.1PSD工作原理69

2.5.2PSD的特性74

2.5.3PSD的应用76

2.6电荷耦合器件80

2.6.1CCD工作原理80

2.6.2CCD摄像原理85

2.6.3面阵CCD摄像器件的特性89

2.6.4面阵CCD的电荷积累时间与电子快门93

2.6.5CCD摄像机的分类96

2.7自扫描光电二极管阵列103

2.7.1光电二极管阵列的结构与原理103

2.7.2SSPA线阵106

2.7.3SSPA面阵106

2.7.4SSPA的主要特性参数107

2.7.5SSPA的信号输出与放大电路109

2.8CMOS图像传感器110

2.8.1CMOS图像传感器的结构110

2.8.2CMOS图像传感器的特点112

2.8.3CMOS图像传感器的性能参数114

思考题与习题121

参考文献121

第3章 激光干涉测量122

3.1光干涉基本原理122

3.2激光干涉测量长度和位移123

3.2.1激光干涉测量长度、位移的基本原理123

3.2.2干涉条纹的信号处理125

3.2.3典型测量系统129

3.3激光外差干涉测量141

3.3.1测量原理141

3.3.2外差干涉测量应用142

3.4激光多波长干涉测量147

3.4.1多波长测量原理147

3.4.23.39μm多波长激光干涉仪151

3.5激光全息干涉测量155

3.5.1全息基本原理155

3.5.2全息干涉测试技术161

3.5.3全息干涉测试技术的应用165

3.6激光散斑干涉测量170

3.6.1散斑的性质171

3.6.2激光散斑干涉测量技术及应用174

思考题与习题180

参考文献181

第4章 激光衍射测量182

4.1激光衍射测量原理182

4.1.1惠更斯-菲涅尔原理182

4.1.2菲涅尔-基尔霍夫公式183

4.1.3近场衍射与远场衍射185

4.1.4巴俾涅原理187

4.1.5衍射测量技术特点189

4.2激光衍射测量方法189

4.2.1夫琅和费单缝衍射和圆孔衍射189

4.2.2基本方案——测量输入参数的选择和分析195

4.2.3典型衍射测量方法198

4.2.4测量精度与最大量程202

4.3激光衍射测量的实际应用204

4.3.1应变测量204

4.3.2刀刃表面质量检测和磁盘系统间隙测量205

4.3.3薄膜涂层厚度测量205

4.3.4漆包线激光动态测径仪207

4.3.5喷丝头孔径测量209

4.3.6角度精密测量210

思考题与习题212

参考文献212

第5章 典型光电测试系统213

5.1光电开关与光电转速计213

5.1.1光电开关213

5.1.2光电转速计216

5.2莫尔条纹测长仪217

5.2.1莫尔条纹218

5.2.2莫尔条纹测长原理221

5.2.3细分判向原理221

5.2.4置零信号的产生225

5.3激光测距仪225

5.3.1脉冲激光测距仪225

5.3.2相位激光测距仪228

5.4激光准直仪231

5.4.1激光准直仪原理231

5.4.2准直激光器232

5.4.3准直光束的抖动和折射233

5.5光弹效应测力计235

5.5.1光弹效应235

5.5.2光弹效应测力计的结构与原理236

5.6激光多普勒测速仪237

5.6.1光学多普勒频移238

5.6.2频率检测239

5.6.3激光多普勒测速仪的组成239

5.6.4激光多普勒测速技术的特点和应用243

5.7红外线气体分析仪243

5.7.1朗伯-比尔吸收定律244

5.7.2空间双光路气体分析仪245

5.7.3时间双光路气体分析仪248

思考题与习题249

参考文献250

第6章 视觉测量251

6.1视觉测量概述251

6.1.1视觉测量系统的组成251

6.1.2视觉测量关键技术253

6.1.3针孔成像模型255

6.2双目立体视觉测量258

6.2.1测量原理与数学模型258

6.2.2两幅图像对应点匹配261

6.3结构光三维视觉测量263

6.3.1测量原理与数学模型263

6.3.2光条信息提取方法267

6.4视觉测量标定270

6.4.1摄像机标定270

6.4.2双目立体视觉测量标定274

6.4.3结构光三维视觉测量标定276

6.5典型视觉测量系统277

6.5.1轿车白车身视觉测量系统277

6.5.2无缝钢管直线度视觉测量系统278

6.5.3车轮视觉测量定位系统279

6.5.4光笔式三坐标测量机281

6.5.5钢轨磨耗车载动态视觉测量系统282

思考题与习题283

参考文献284

第7章 激光雷达及探测285

7.1概述285

7.1.1激光雷达的基本原理及构成285

7.1.2激光雷达的分类及特点291

7.2激光雷达方程292

7.2.1激光雷达方程的标准形式292

7.2.2激光雷达方程的能量形式293

7.3激光雷达的性能294

7.3.1信噪比SNR294

7.3.2探测概率296

7.4激光雷达目标的特性297

7.4.1目标激光横截面297

7.4.2两类目标的激光横截面297

7.5激光雷达的发射系统和接收系统299

7.5.1激光雷达的发射系统300

7.5.2激光雷达的接收系统305

7.6典型激光雷达系统309

7.6.1非相干激光雷达系统309

7.6.2相干激光雷达系统316

7.6.3相干激光多普勒测速雷达318

7.6.4合成孔径激光雷达320

7.6.5相控阵激光雷达320

7.6.6激光雷达的应用323

思考题与习题329

参考文献329

第8章 光电导航与制导330

8.1红外方位探测系统330

8.1.1基于调制盘的方位探测原理330

8.1.2基于调制盘的红外方位探测系统结构333

8.1.3基于多元点源探测的红外导引系统335

8.2光电成像制导337

8.2.1红外成像制导337

8.2.2激光成像制导342

8.2.3电视制导344

8.2.4复合成像制导346

8.3光学陀螺技术348

8.3.1Sagnac效应348

8.3.2激光陀螺350

8.3.3光纤陀螺353

8.4图像匹配导航359

8.4.1景象匹配导航359

8.4.2地形匹配导航366

8.5天文导航374

8.5.1天文导航的基本原理374

8.5.2天文导航系统的组成376

8.5.3基于径向和环向特征的星图识别378

思考题与习题382

参考文献383