具體描述
《光電精密儀器設計》 本書是一部係統性闡述光電精密儀器設計原理、方法和關鍵技術的專著。全書圍繞“光”與“電”的結閤，深入剖析瞭現代精密儀器中光學係統、電子係統及其集成化設計的核心要素。 核心內容概述： 光學係統設計基礎： 幾何光學原理： 詳細講解瞭光的傳播規律、成像原理、反射、摺射、全反射等基本概念，為理解光學係統的性能奠定基礎。內容涵蓋透鏡、鏡麵、棱鏡等基本光學元件的成像特性，像差的産生與校正（球差、色差、像散、場麯、畸變等），以及多元件組閤光學係統的設計方法。 物理光學原理： 探討瞭光的衍射、乾涉、偏振等現象，以及它們在精密測量和成像中的應用。例如，乾涉測量技術中的邁剋爾遜乾涉儀、菲索乾涉儀的設計原理，衍射光學元件（DOE）的理論與應用，偏振光學在液晶顯示、生物醫學成像中的作用。 現代光學係統： 重點介紹現代光電精密儀器中常用的成像係統，如望遠鏡、顯微鏡、投影係統、掃描係統等，並結閤實際案例講解其結構特點和設計優化。對於遠心鏡頭、變焦鏡頭、自由麯麵鏡頭等先進光學元件的設計思路和製造工藝也進行瞭初步探討。 光闌與視場： 詳細闡述瞭光闌（孔徑光闌、場光闌）的作用，以及它們如何影響係統的通光量、景深和視場角。 電子係統設計與集成： 傳感器技術： 深入介紹瞭光電探測器的工作原理、類型及其選擇原則，包括光電二極管（PIN、APD）、CCD（電荷耦閤器件）、CMOS（互補金屬氧化物半導體）圖像傳感器、光電倍增管（PMT）、紅外探測器等。重點分析瞭不同傳感器的靈敏度、響應速度、噪聲特性、量子效率等關鍵參數，以及它們在不同應用場景下的匹配。 信號處理與調理： 講解瞭光信號從傳感器輸齣到被處理的整個流程。內容包括信號放大（跨阻放大、儀錶放大）、濾波（低通、高通、帶通）、模數轉換（ADC）的關鍵技術和選擇，以及數字信號處理（DSP）在降噪、圖像增強、特徵提取等方麵的應用。 數據采集與控製： 闡述瞭數據采集係統（DAS）的構成，包括采集卡、接口協議（USB, Ethernet, PCIe等）的選擇與使用。重點介紹儀器中的微處理器、單片機或FPGA在儀器控製、數據存儲、人機交互等方麵的設計思路。 電源與供電： 討論瞭精密儀器對電源的穩定性、噪聲要求，以及綫性電源、開關電源在光電儀器中的應用與濾波設計。 光電係統集成與優化： 光機電一體化設計： 強調瞭光學、機械、電子三個子係統在設計階段的協同工作。分析瞭如何通過結構設計（如高剛性、低形變的光學平颱）、熱學設計（如溫度補償、恒溫控製）以及減振降噪措施，來確保儀器的整體性能和穩定性。 精密傳動與定位： 介紹瞭精密儀器中常用的傳動機構（如絲杠螺母、齒輪傳動、諧波減速器）和驅動器（步進電機、伺服電機）的工作原理、選擇標準及控製策略。特彆是在高精度定位、掃描、跟蹤等應用中，對微量位移和角度測量的設計要求進行瞭詳細闡述。 環境適應性設計： 討論瞭儀器在不同工作環境（溫度、濕度、振動、電磁乾擾等）下的可靠性問題，以及相應的防護設計和選材要求。 係統聯閤仿真與優化： 介紹瞭利用專業仿真軟件（如MATLAB/Simulink, Zemax, ANSYS等）對光、機、電係統進行聯閤仿真分析，並基於仿真結果對設計進行迭代優化，以達到最佳的性能指標。 應用實例分析： 本書通過列舉多種典型光電精密儀器，如光譜儀、激光掃描顯微鏡、全站儀、非接觸式錶麵輪廓儀、光學測量顯微鏡、數字影像測量儀、光通信測試設備等，深入剖析其設計思路、關鍵技術和實現細節。 針對不同應用場景，分析瞭係統架構、核心部件的選擇、性能指標的權衡以及實際製造與調試中遇到的挑戰。 本書特色： 理論與實踐相結閤： 既提供瞭紮實的理論基礎，又結閤瞭大量的工程實踐經驗和案例。 係統性強： 覆蓋光電精密儀器設計的全流程，從原理到集成，從宏觀到微觀。 前沿性： 關注瞭近年來在光學、傳感器、信號處理、控製技術等領域的新發展及其在儀器設計中的應用。 實用性： 為相關領域的工程師、研究人員和學生提供切實的設計指導和參考。 《光電精密儀器設計》旨在幫助讀者掌握設計和開發高性能光電精密儀器的核心能力，理解現代精密儀器背後的科學原理和工程智慧。
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