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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