光電傳感器及其應用

　　傳感器是獲取信息的工具，它涉及整個科學技術(shù)、國防、航空、航天、交通運輸、能源、機械、石油、化工、輕工、紡織等工業(yè)部門和環(huán)境保護、生物醫(yī)學工程等和日常生活的各個領(lǐng)域，是現(xiàn)代信息技術(shù)的重要支柱技術(shù)之一。本書較為詳細地闡述和分析了光電傳感器的原理、特點和作用，介紹了傳感器的研究狀態(tài)以及應用情況，并給出了其在許多領(lǐng)域的應用實例。本書可供希望了解或使用光電傳感器的工程技術(shù)人員閱讀，也可供高等工科院校有關(guān)的研究生和本科學生作為教材和學習的參考書使用。序光機電一體化是激光技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)與機械技術(shù)的相互交叉與融合，是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎。它包括產(chǎn)品和技術(shù)兩方面：光機電一體化產(chǎn)品是集光學、機械、微電子、自動控制和通訊技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，具有很高的功能和附加值；光機電一體化技術(shù)是指其技術(shù)原理和使光機電一體化產(chǎn)品得以實現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。目前，國際上產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整使得各個行業(yè)不斷融合和協(xié)調(diào)發(fā)展。作為光學、機械與電子相結(jié)合的復合產(chǎn)業(yè)，光機電一體化以其特有的技術(shù)帶動性、融合性和普適性，受到了國內(nèi)外科技界、企業(yè)界和政府部門的特別關(guān)注，它將在提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的過程中，帶來高度的創(chuàng)新性、滲透性和增值性，成為未來制造業(yè)的支柱，被譽為21世紀最具魅力的朝陽產(chǎn)業(yè)。我國已經(jīng)將發(fā)展光機電一體化技術(shù)列為重點高新科技發(fā)展項目，北京市政府也于2001年7月23日批準正式成立了北京市光機電一體化產(chǎn)業(yè)基地，預計到2010年，北京市光機電一體化產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達到336億元。隨著光機電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，各個行業(yè)的技術(shù)人員對其興趣和需求也與日俱增。但到目前為止，國內(nèi)還鮮有將光機電一體化技術(shù)作為一個整體技術(shù)門類來介紹和論述的書籍，這與其方興未艾的發(fā)展勢頭形成了巨大反差。有鑒于此，由北方工業(yè)大學、東華大學、華中科技大學和上海交通大學聯(lián)合編寫光機電一體化叢書，旨在適時推出一套光機電一體化技術(shù)基本知識和應用實例的科技叢書，滿足科研設計單位、企業(yè)及高等院校的科研和教學的需求，為有關(guān)技術(shù)人員在開發(fā)光機電一體化產(chǎn)品時，提供從產(chǎn)品造型、功能、結(jié)構(gòu)、材料、傳感測量到控制等諸方面有價值的參考素材。本叢書共十本，包括《光機電一體化實用技術(shù)》、《現(xiàn)代數(shù)控機床》、《光機電一體化系統(tǒng)設計》、《智能機器人》、《光機電一體化技術(shù)產(chǎn)品實例》、《樓宇設備自動化技術(shù)》、《關(guān)節(jié)型機器人》、《微機電系統(tǒng)設計與制造》、《激光在加工和檢測中的應用》、《光電傳感器及其應用》。自2003年8月起陸續(xù)出版發(fā)行。叢書的基本特點，一是內(nèi)容新穎，力求及時地反映光機電一體化技術(shù)在國內(nèi)外的最新進展和作者的有關(guān)研究成果；二是系統(tǒng)全面，叢書分門別類地歸納總結(jié)了光機電一體化技術(shù)的基本理論和在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域的應用實例，重點介紹了光機電一體化技術(shù)的工程應用方法和實現(xiàn)方法，許多內(nèi)容，如樓宇自動門的專門論述，尚屬國內(nèi)首次；三是深入淺出，每本書重點突出，注重理論聯(lián)系實際。既有一定的理論深度，又偏重實用性，力求滿足不同層次讀者的需求，適合工程技術(shù)人員閱讀和高校機械類專業(yè)教學的需要。由于本叢書涉及內(nèi)容廣泛，相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，加之作者水平有限，時間緊促，書中錯誤和不妥在所難免，懇請專家、學者和讀者不吝指教為盼！《光機電一體化叢書》編輯委員會2003年5月于北京前言沒有傳感器技術(shù)就沒有"現(xiàn)代科學技術(shù)"的觀點已為全世界所公認。傳感器技術(shù)是關(guān)于傳感器及其敏感元件與材料的一門綜合型技術(shù)。隨著光機電一體化技術(shù)的發(fā)展，作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、測試中不可缺少的重要技術(shù)工具，傳感器技術(shù)的應用已遍及國防、航空、航天、交通運輸、能源、機械、石油、化工、輕工、紡織等工業(yè)部門和環(huán)境保護、生物醫(yī)學工程等和日常生活的各個領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會已步入信息時代，傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)與信息技術(shù)一起已成為支撐整個現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。如果沒有高度侏真和性能可靠的傳感器及其應用技術(shù)，那么信息的準確獲取就成了一句空話，信息技術(shù)和計算機技術(shù)也就成了無源之水。本書論述了光電傳感器的原理、特點和作用，介紹了傳感器的研究狀態(tài)以及應用情況，并給出了其在許多領(lǐng)域的應用實例。本書是《光機電一體化叢書》的一冊，全書共分14章，第1章對傳感器的定義、構(gòu)成、分類、作用以及發(fā)展趨勢進行了闡述；第2章較為詳細地討論了電阻應變式傳感器的原理、測量電路及其應用；第3章對電容式傳感器原理以及應用進行闡述；第4章介紹了電感式傳感器原理、等效電路的分析和應用實例；第5章對壓電式傳感器原理和應用進行了闡述；第6章對磁敏傳感器的原理和應用范圍進行了討論；第7章簡要地介紹了磁電式傳感的原理以及應用；第8章主要介紹了溫度傳感器的原理、特點以及應用；第9章討論了光學傳感器原理、性能與特點；第10章扼要介紹了光柵傳感器性能、特點以及應用；第11章重點論述了光電式傳感器原理、特點和應用；第12章對光纖傳感器的原理、基本構(gòu)成和主要調(diào)制技術(shù)進行了系統(tǒng)介紹，并列舉了應用實例；第13章主要介紹了紅外傳感器原理以及在工業(yè)和軍事上的應用；第14章闡述了固態(tài)圖像傳感器的原理、特點以及在工業(yè)上的應用。本書的特色是較全面地論述了光電傳感器的原理和實際應用，可供希望了解或使用光電傳感器的工程技術(shù)人員閱讀，也可供高等工科院校有關(guān)專業(yè)的研究生和本科學生作為教材和參考書使用。本書的編寫過程中，作者參閱和引用了大量書籍、期刊以及技術(shù)資料，可以說沒有這些論著及文獻，本書是不可能完成的。在此對有關(guān)作者表示衷心的感謝，對他們的辛勤工作表示崇高的敬意。對于有些遺漏、未能列出的文獻和資料；編者向其作者表示誠摯的感謝。本書編寫過程中，刁巖斌、董毅、肖強、成玲、胡佳豪、滕兵、張良春、范巖、任華建參與了資料收集、繪圖、制表和文字校對工作；李恩光副教授、馬小健副教授、丁彩紅副教授、陳家新博士、諸龍根老師和徐青老師給予大力協(xié)助，在此，編者一一向他們表示感謝。由于編者學識水平有限，成書時間倉促，書中肯定存在一些錯誤和不恰當之處，懇請廣大讀者給予批評指正。編者2004年3月

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