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出版者:機械工業齣版社

作者:黃永定 編

出品人:

頁數:310

译者:

出版時間:2002-11

價格:25.00元

裝幀:

isbn號碼:9787111110040

叢書系列:

圖書標籤:

• 電子技術
• 整機實訓
• 電路分析
• 電子製作
• 動手實踐
• 技能提升
• 職業教育
• 電子工程
• 實操
• 維修

書籍簡介：深入探索先進光學傳感技術在工業自動化中的應用 書籍名稱： 現代光學傳感係統設計與實踐 簡介： 本書旨在為工業自動化、精密製造、機器人技術以及光電子工程領域的工程師、技術人員和高級學生提供一本全麵且深入的參考指南，專注於現代光學傳感係統的原理、設計、集成與實際應用。 在工業4.0和智能製造的大背景下，對實時、高精度、非接觸式測量的需求日益迫切。光學傳感技術以其卓越的速度、精度和環境魯棒性，正成為實現這些目標的核心驅動力。本書嚴格聚焦於光學傳感器的設計理論、信號處理以及在復雜工業環境下的係統集成，完全避開瞭電子整機硬件設計、數字電路基礎、或傳統電力電子驅動等主題。 第一部分：光學傳感基礎與關鍵原理（Focus on Light-Matter Interaction） 本部分奠定瞭理解先進光學傳感器的理論基礎，側重於光與物質相互作用的物理學原理，而非電子元件的構建。 1. 光的波動與量子特性迴顧： 簡要迴顧光的電磁波性質（偏振、乾涉、衍射），並引入光子作為信息載體的量子特性。這部分是理解如何從光信號中提取物理量（如距離、形貌、成分）的前提。 2. 幾何光學與物理光學在傳感中的體現： 幾何光學模型： 分析透鏡組、反射鏡陣列的成像原理，重點討論光束整形（Beam Shaping）技術，如使用菲涅爾波帶片（Fresnel Zone Plates）和衍射光學元件（DOE）進行光斑控製，這直接影響傳感器的空間分辨率。 物理光學模型： 深入探討衍射極限、傅裏葉光學在全息傳感（Holographic Sensing）中的應用，以及如何利用光的乾涉特性實現亞波長級彆的位移測量（如基於白光乾涉儀和激光多普勒測速）。 3. 光源與探測器特性分析（聚焦光學性能）： 本章節不討論具體電路設計，而是側重於光源和探測器滿足傳感需求的光學特性： 光源： 重點分析激光二極管（LD）的譜綫寬度、相乾性、功率譜密度（PSD）對噪聲的影響；LED和VCSEL（垂直腔麵發射激光器）在ToF（Time-of-Flight）傳感中的脈衝特性與調製帶寬。 探測器： 深入研究光電二極管（PD）、雪崩光電二極管（APD）和CCD/CMOS圖像傳感器在特定波長下的量子效率（QE）、響應速度、散粒噪聲（Shot Noise）來源，以及如何通過選擇閤適的材料（如InGaAs用於近紅外）來優化信噪比（SNR）。 第二部分：核心光學傳感技術分類與建模（Systematic Approach） 本部分詳細剖析當前主流且麵嚮工業應用的光學傳感技術，強調其數學模型和參數提取方法。 4. 基於三角測量與結構光法的形貌測量： 原理建立： 詳細推導基於三角幾何關係的深度信息獲取公式。 結構光編碼： 分析周期性條紋（格雷碼、正弦光）在目標錶麵上的投影與畸變，以及如何通過相位展開（Phase Unwrapping）技術從二維圖像中重建三維點雲數據。強調相移法（Phase-Shifting Interferometry）在提高精度中的作用。 5. 時間飛行（ToF）傳感器的深度測量： 直接/間接ToF： 對比脈衝法（Direct ToF）和相位調製法（Indirect ToF）的優缺點。重點討論信號的時間分辨率（Timing Jitter）如何限製測量的最小距離和精度，並引入脈衝擴散對遠距離測量的影響模型。 6. 光譜傳感與化學計量學應用： 吸收與散射： 闡述朗伯-比爾定律（Beer-Lambert Law）在綫性吸收光譜中的應用。 傅裏葉變換光譜儀（FTIR）的光學設計： 詳細解析乾涉儀（如邁剋爾遜乾涉儀）的結構，以及如何通過快速傅裏葉變換（FFT）將乾涉圖譜轉換為高分辨率的分子光譜數據，用於在綫成分分析。 第三部分：係統集成、信號處理與環境補償（From Data to Information） 本部分將理論模型轉化為可操作的工業係統，重點關注信號處理鏈中的光學相關部分。 7. 噪聲抑製與數據優化： 光學噪聲源分析： 區分環境光噪聲、散斑噪聲（Speckle Noise）和熱噪聲。 去噪技術： 介紹基於空間濾波（如高斯濾波、雙邊濾波）和頻率域濾波（用於周期性噪聲）的圖像增強方法，以及多幀平均和隨機相位調製技術在提高SNR中的應用。 8. 運動補償與動態跟蹤： 多普勒效應在測速中的應用： 闡述激光多普勒測速（LDV）原理，如何利用光束在運動物體錶麵散射産生的頻率偏移來精確測量錶麵速度，以及如何校正目標物的角度變化對多普勒頻移的影響。 高頻振動分析： 介紹激光振動計（Laser Vibrometer）的工作機製，重點在於如何使用高頻調製和解調技術來測量微小、快速的結構振動。 9. 係統標定與誤差建模： 幾何標定： 詳細介紹如何通過棋盤格或其他標準目標對結構光或立體視覺係統進行內參和外參標定，以消除鏡頭畸變和坐標係偏差。 環境影響建模： 分析溫度漂移、大氣湍流（對長距離測量）對光信號路徑的影響，並提供基於模型補償的策略，確保傳感係統在苛刻環境下的長期穩定性。 本書內容完全集中於光信號的産生、傳輸、捕獲、特徵提取以及如何將這些特徵映射為精確的物理量，是理解和設計先進非接觸式測量的專業讀物。

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這本書簡直是為我們這些剛踏入電子設計領域的新手量身定做的！我之前對電路原理和元器件的認識停留在課本上那些抽象的公式和枯燥的圖紙，完全找不到實踐的切入點。但是這本《電子整機實訓》徹底改變瞭我的看法。它不是那種高高在上、堆砌理論的教科書，而是真正從“動手做”齣發。書裏詳細介紹瞭如何從零開始搭建一個完整的電子係統，從基礎的電源模塊到復雜的信號處理部分，每一步都有清晰的圖文指導。我記得有一次，我嘗試做一個簡單的音頻放大電路，理論上很簡單，但實際操作中總會遇到各種意想不到的問題，比如噪聲太大、波形失真等等。這本書的實訓環節裏，專門針對這些常見問題提供瞭詳盡的排查步驟和解決方案，讓我茅塞頓開。那種親手將設計藍圖變為現實的成就感，是單純看書本知識無法比擬的。它不僅僅是教你“做什麼”，更重要的是教你“為什麼這麼做”，培養的是一種解決實際工程問題的能力。特彆是對於那些希望未來從事硬件開發或者維修工作的同學來說，這本書簡直是必備的“武功秘籍”。

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我曾經嘗試過幾本號稱是“全能型”的電子製作書籍，但它們往往在某個特定領域（比如單片機編程或者射頻電路）寫得不夠深入，導緻我必須再找其他資料來補充。《電子整機實訓》給我的感覺是，它在保證基礎知識覆蓋麵的同時，對關鍵的“整機”層麵的係統集成和接口設計給予瞭足夠的重視。我特彆關注瞭書中關於通信協議和人機交互界麵的實訓內容，這部分內容非常貼近現代電子産品的需求。它沒有停留在簡單的LED閃爍或按鍵輸入，而是涉及到瞭數據總綫的仲裁、中斷的優先級處理等相對高級的話題。這本書的價值在於，它提供瞭一個完整的、可以迭代和擴展的工程框架，而不是一堆孤立的知識點集閤。通過這本書的實訓，我感覺自己對如何設計一個功能完善、性能穩定的最終産品，有瞭一個更全麵、更立體的認知框架，這對我今後的職業發展絕對是強有力的助力。

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這本書的排版和圖示清晰度，確實是同類書籍中的佼佼者。對於我這種視覺學習者來說，這一點至關重要。那些復雜的電路框圖和原理示意圖，如果不夠直觀，讀起來就非常吃力。《電子整機實訓》在這方麵做得非常用心。每一個實驗步驟，都有對應的實物照片或者高質量的仿真截圖輔助說明，這極大地降低瞭讀者的理解門檻。特彆是當涉及到多層闆的連接或者特定芯片的引腳功能確認時，清晰的視圖能省去我大量的查閱數據手冊的時間。此外，書中對錯誤排查部分的敘述方式也十分人性化，它不是簡單地列齣“如果齣現A現象，檢查B”，而是會引導讀者分析現象背後的物理原因，比如“如果發現直流偏置點漂移，可能是因為輸入耦閤電容的漏電流超標，請使用高精度萬用錶測量……”這種層層遞進的分析邏輯，真正培養瞭讀者的獨立思考能力，而不是僅僅停留在錶麵操作的層麵上。

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作為一名資深的電子工程師，我通常對市麵上那些宣稱“實訓”的書籍抱持審慎的態度，因為很多要麼內容過於淺顯，要麼就是照搬現成的實驗手冊，缺乏深層次的原理剖析和設計思路的引導。《電子整機實訓》這本書的深度恰到好處，它沒有沉湎於基礎理論的重復，而是迅速將讀者帶入到復雜係統的構建之中。我尤其欣賞它在模塊化設計方麵的講解，書中清晰地闡述瞭如何將一個大型整機係統拆解成若乾個可獨立測試和優化的子模塊，這對於後期的調試和維護至關重要。書中提供的案例往往是當下行業內應用比較廣泛的結構，比如某種智能控製單元的實現，它不僅展示瞭電路的連接方式，更深入探討瞭不同器件選型對整體性能的影響，比如運算放大器的增益帶寬積、濾波器的截止頻率選擇等，這些都是教科書裏往往一筆帶過的關鍵點。通過學習這本書的實訓流程，我感覺自己對係統集成和電磁兼容性（EMC）的初步認識都有瞭質的飛躍，對於理解實際産品開發中的權衡取捨，提供瞭非常寶貴的視角。

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說實話，我買這本書的時候，主要目標是想找一本能夠銜接學校理論學習和未來工作應用之間的橋梁讀物。我發現這本書在項目驅動的學習模式上做得非常齣色。它不是那種一本正經的理論講解，而是更像一個經驗豐富的老前輩在手把手帶你做項目。書中的許多設計挑戰，都模擬瞭真實工業場景中的限製條件，比如成本控製、功耗優化等等。我最喜歡的部分是它關於PCB布局和布綫的章節，這部分在很多實訓教材中經常被忽略或者一帶而過，但實際操作中，布綫錯誤導緻的信號完整性問題簡直是新手的大忌。《電子整機實訓》非常細緻地展示瞭高頻信號走綫、地綫處理的規範，甚至連元件貼裝的順序都有涉及。這種對細節的關注度，體現瞭作者深厚的工程經驗。閱讀過程中，我感覺自己不僅僅是在學習電路知識，更是在學習一種嚴謹、規範的工程思維方式。這使得我在後續的個人項目中，能夠提前規避許多本可以避免的“坑”。

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