传感器原理与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:东北林业大学出版社

作者:张佳薇

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2003-08-01

价格:25.0

装帧:

isbn号码:9787810765107

丛书系列:

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• 传感器
• 原理
• 应用
• 测量
• 控制
• 电子技术
• 自动化
• 仪器仪表
• 物理学
• 工程技术

《光电转换的奥秘：从光敏元件到智能感知》 内容简介： 本书旨在深入浅出地揭示光电转换这一现代科技基石的内在原理，并系统阐述其在各个领域广泛而深刻的应用。我们将一同穿越光与电交织的奇妙世界，探索那些能够捕捉光线、将其转化为电信号的“感光精灵”的构造、工作机制及其背后的物理法则。全书结构严谨，逻辑清晰，从基础的光学和电学概念出发，逐步深入到复杂的光电器件的设计、制造与性能分析，最终落脚于其在物联网、自动驾驶、医疗成像、环境保护乃至太空探索等前沿领域的实际应用。 第一部分：光电转换的物理基石 本部分将为读者构建理解光电器件的坚实理论基础。我们将从光的本质开始，介绍光的波动性和粒子性，以及光与物质相互作用的基本规律，如吸收、反射、折射和散射。在此基础上，我们将深入探讨半导体材料的光电特性，重点解析光生伏特效应、光电导效应和光电发射效应等核心物理现象。 光的性质与相互作用： 深入剖析光的电磁波理论，理解光的波长、频率、能量与颜色的关系。探讨不同介质对光的传播速度、方向的影响，以及光与物质表面、内部的相互作用模式。 半导体基础： 回顾半导体材料的能带理论，阐述电子与空穴在半导体中的行为。讲解本征半导体与杂质半导体的区别，以及 PN 结的形成原理和特性，这是许多光电器件的灵魂所在。 核心光电效应： 光生伏特效应 (Photovoltaic Effect)： 详细介绍当光子能量大于半导体禁带宽度时，会在 PN 结两端产生电动势的原理，这是太阳能电池的核心原理。 光电导效应 (Photoconductivity Effect)： 阐释光照导致半导体导电能力增强的机制，即光激发产生的载流子增多。 光电发射效应 (Photoelectric Emission Effect)： 探讨光子能量足以使电子脱离金属或半导体表面而发射出来的现象，这是光电倍增管等器件的基础。 第二部分：核心光电器件原理与设计 本部分将聚焦于各类关键光电器件，详细解析它们的工作原理、关键技术指标以及设计考量。我们将从最基础的光敏电阻、光电二极管入手，逐步深入到光电倍增管、CCD 和 CMOS 图像传感器、光敏晶体管以及激光器和 LED 等。 光敏电阻 (Photoresistor)： 剖析其依赖光电导效应工作的原理，介绍不同光敏材料（如硫化镉、硒化镉）的特性，以及影响其灵敏度、响应速度和工作温度的因素。 光电二极管 (Photodiode)： 深入讲解其 PN 结或 PIN 结结构，分析在反向偏压下，光电流与光强之间的线性关系，以及其在光通信、光检测等领域的应用。我们将探讨不同类型的光电二极管，如 PIN 光电二极管、雪崩光电二极管 (APD) 及其各自的优势。 光电倍增管 (Photomultiplier Tube, PMT)： 揭示其利用光电发射和二次电子发射实现极高灵敏度放大的原理，介绍光阴极、倍增极（打拿极）的设计与工作方式，以及其在微弱光检测中的不可替代性。 图像传感器： CCD (Charge-Coupled Device)： 详细阐述其通过电荷转移机制实现图像采集和读出的过程，分析其在图像质量、量子效率方面的优势，以及其在科学成像、高端摄像机中的应用。 CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)： 介绍其像素内直接信号读出技术，分析其在功耗、集成度、读出速度方面的优势，以及其在消费级数码相机、手机摄像头中的普及。 光敏晶体管 (Phototransistor)： 讲解其将光信号转换为电流信号并进行放大的功能，分析其与光电二极管相比的更高灵敏度，及其在接近开关、光隔离等应用中的便捷性。 发光器件： 发光二极管 (Light-Emitting Diode, LED)： 深入解析其电致发光原理，介绍不同材料（如 GaAs、GaN）发光的颜色差异，以及其在照明、显示、指示等领域的广泛应用。 激光器 (Laser)： 探讨激光的产生机制，包括受激辐射、光腔共振等，介绍不同类型激光器（如半导体激光器、气体激光器）的特点，以及其在通信、测量、医疗、工业加工等领域的高精度应用。 第三部分：光电检测技术与系统设计 本部分将从应用的角度出发，探讨如何将光电器件集成到实际的检测系统中，并介绍相关的信号处理、校准与误差分析技术。 光电检测系统的组成： 分析一个典型光电检测系统应包含的光源、光学元件（透镜、滤光片）、光电器件、信号调理电路、数据采集与处理单元等关键模块。 光学设计基础： 介绍基本的成像原理、衍射、干涉现象，以及如何选择合适的透镜、反射镜来控制光路，聚焦光线，或者实现特定成像效果。 信号调理与放大： 讲解如何对光电器件输出的微弱电信号进行滤波、放大、偏置等处理，以提高信噪比和信号强度，使其能够被后续电路有效识别。 数据采集与处理： 介绍模数转换 (ADC) 的原理，以及如何利用微控制器或专用芯片对采集到的数字信号进行分析、计算，并最终得出有意义的测量结果。 系统校准与误差分析： 讨论影响光电检测系统精度的各种因素，如器件的非线性、环境变化（温度、湿度）、光源波动等，并介绍常用的校准方法和误差补偿技术，以确保测量结果的准确性和可靠性。 光电集成与小型化： 探讨如何将多个光电器件和相关电路集成到微型化、低功耗的模块中，以适应日益增长的便携式设备和嵌入式应用需求。 第四部分：光电技术的前沿应用 本部分将带领读者领略光电技术在当今科技浪潮中的无限可能，展望其在未来社会发展中的关键作用。 物联网 (IoT) 中的光感知： 介绍光传感器在智能家居（如光照感应自动开关灯）、智能农业（如光照强度监测植物生长）、智能安防（如红外人体感应）等领域的应用，实现万物互联的“感知”能力。 自动驾驶与智能交通： 阐述激光雷达 (LiDAR)、摄像头、红外传感器等在车辆环境感知、障碍物检测、车道保持、交通信号识别等方面的核心作用，推动交通智能化进程。 医疗影像与诊断： 探讨光电技术在 CT、MRI、内窥镜、生物显微镜、荧光检测等医疗设备中的应用，实现对人体内部结构的无创或微创可视化，以及疾病的早期诊断。 环境保护与监测： 介绍气体传感器、水质传感器、光谱分析仪等光电技术在环境污染监测、大气成分分析、水体质量评估、森林火灾预警等领域的应用，守护绿色家园。 工业自动化与精密制造： 讲解光电传感器在产品检测、尺寸测量、定位引导、机器人视觉、无损检测等工业场景中的应用，提高生产效率和产品质量。 太空探索与科学研究： 介绍空间望远镜、遥感卫星、天文探测器等装备中先进的光电探测器和成像系统，帮助人类探索宇宙奥秘，研究地球环境。 人机交互与虚拟现实： 探讨光电技术在触摸屏、手势识别、眼球追踪、VR/AR 设备中的应用，构建更加直观、沉浸式的人机交互体验。 本书力求在保持科学严谨性的同时，融入生动翔实的案例，并通过丰富的图示辅助理解，使读者能够系统地掌握光电转换的原理，深入理解各类光电器件的特性，并能够初步构思和设计基于光电技术的新型应用。我们相信，通过本书的学习，读者将能深刻体会到光电技术在驱动现代社会进步和塑造美好未来中所扮演的关键角色，并激发探索和创新的热情。

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作为一本工具书式的参考资料，这本书的深度和广度都超出了我的预期。我主要关注的是其中关于数据采集和初步处理的部分。很多书籍往往在模数转换（ADC）之后就草草收尾，留给读者自己去琢磨如何应对噪声和干扰。然而，这本书却用接近三分之一的篇幅详细探讨了滤波器设计、数字信号处理的基本流程，甚至还引入了现代控制理论中关于状态估计的基础概念。我发现自己过去在项目里用“拍脑袋”决定的采样率和滤波参数，在这本书里都能找到详实的理论依据和最佳实践建议。它不是那种只告诉你“怎么做”的书，它更倾向于解释“为什么这么做才是最优解”。这种对底层逻辑的深挖，使得读者在遇到非标准问题时，能够快速地从原理层面构建出解决方案，而不是被动地去寻找现成的代码库。这本书更像是一位经验丰富的老工程师在旁边手把手指导你，告诉你每一步背后的权衡取舍。

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这本书，拿到手里感觉挺厚实的，封面设计也挺现代感的，一看就知道是专业领域的硬货。我本来对这个领域了解不多，主要是因为工作需要想恶补一下基础知识，所以选择了这本被朋友推荐的“权威教材”。刚翻开目录，心里咯噔一下，这深度可不是我预想的那么“入门”。内容覆盖面广得惊人，从最基础的电学原理到复杂的信号处理算法，几乎把一个工程师从零培养到能独立设计系统的知识点都堆进去了。比如讲到光电器件时，它没有停留在教科书式的公式推导，而是花了大量篇幅去解释不同材料在特定波长下的响应特性差异，甚至还对比了不同封装形式对测量精度的影响，这点非常实用。我尤其喜欢它在案例分析部分，不是那种生硬的理论套用，而是结合了工业自动化、医疗检测等多个前沿应用场景，把抽象的原理具象化了。唯一美中不足的是，对于完全小白的读者来说，前几章的理论密度有点太大了，需要反复阅读才能消化，感觉自己像是在攀登一座陡峭的山峰，每一步都得踩稳了才能往上走。

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坦白说，这本书的内容难度对自学者来说是个不小的挑战，但它的结构组织却体现了作者极高的教学智慧。全书的逻辑推进非常流畅，似乎作者预设了读者的知识增长路径。它从物理量的测量基础出发，逐步引入到电学转换、接口电路，最后上升到系统集成和应用。每一个新的章节都会在前一章节知识的基础上进行构建，很少出现知识点的跳跃。我注意到，作者在每章末尾设置的“思考题”设计得非常巧妙，它们不是简单的公式套用，而是需要你结合前后章节的知识点进行综合分析。我花了整整一个周末的时间去攻克其中一道关于温度漂移补偿的习题，解答过程让我对热敏电阻的非线性校正有了全新的认识。这本书的价值不在于你读了多少页，而在于你真正理解了多少个核心概念，它强迫你进行深度思考，而不是走马观花地翻阅。

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这本书的出版质量本身就透露着一种对学术严谨性的坚持。纸张的韧性很好，即使我频繁地在关键地方做标记、折角，书本结构依然稳固。更让我印象深刻的是它对标准和规范的引用，几乎每一个重要的公式或模型背后，都能找到对应的国际标准编号或者被广泛接受的行业共识。这对于我准备未来参与一些国际合作的项目来说，无疑是极大的便利。它不仅仅是一本技术手册，更像是一份行业规范的缩影。此外，书中对不同代际技术的演变趋势也有所涉及，比如从传统的电阻式到如今的智能、网络化传感器，作者的视野非常开阔，不会局限于某一种单一技术路线。阅读过程中，我能清晰地感受到作者在努力平衡理论的深度与工程的实用性，使得这本书既能满足科研人员的钻研需求，也能服务于一线工程师的快速查找与应用，是一种难得的平衡艺术。

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这本书的排版和插图质量绝对是顶级的，这一点必须要点个赞。很多技术书籍的图示都是那种黑白线条，看着让人昏昏欲睡，但这本书不一样，它大量使用了高分辨率的彩图和流程图，对于理解复杂系统的内部结构和信号流向起到了决定性的作用。特别是讲到MEMS技术那几个章节，那些微观结构的剖视图简直是艺术品，让我这个远程学习者都能清晰地想象出那些精密的机械振子是如何工作的。我过去读别的书时，常常需要对照着网上的视频或仿真动画来辅助理解，但这本书本身就提供了足够的视觉信息。而且它的语言风格非常严谨又不失清晰，作者似乎很擅长把晦涩难懂的物理现象用非常直观的数学模型和工程语言表达出来。它没有过度美化任何技术，对于各种传感器的局限性，比如漂移、非线性误差等，都做了非常坦诚的剖析，这对于我们做产品设计时进行风险评估太重要了。

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