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本书从实际工程应用和便于教学需要出发，介绍和讲解了继电接触式控制系统和可编程序控制器控制系统的工作原理、设计方法和实际应用。和其他同类的教材相比，本书主要有以下特点：（1）介绍了一些新型器件，讲解了较启动器和变频器的使用；（2）给出并讲解了电气控制线路和可编程序控制器程序的一简单设计法”；（3）系统介绍和讲解了SIEMENS S7－200 CPU22*系列可编程序控制器的原理和应用，并给出了大量实
《高精度光学测量系统设计与应用》 内容简介： 本书深入探讨了现代光学测量技术的前沿理论与工程实践，旨在为读者提供一套全面、系统的知识体系，以应对精密制造、生物医学成像、环境监测等领域对高精度测量的迫切需求。全书聚焦于从基础光学原理到复杂系统集成的全流程设计与优化，力求在理论深度和工程实用性之间取得最佳平衡。 第一篇：光学测量基础理论与关键技术 本篇奠定了整个系统的理论基石。首先，详细阐述了电磁波的波动光学理论，重点剖析了光的衍射、干涉、偏振等基本现象在测量中的应用原理。特别关注了傅里叶光学在波前分析和图像形成中的核心作用，通过矩阵光学和角谱理论，推导了光束在不同介质中传输的数学模型。 接着，深入讲解了干涉测量学的核心原理。内容涵盖了迈克尔逊、萨格纳克、庞纳克干涉仪的结构、工作原理及其对环境干扰（如温度、气流）的敏感性分析。详细介绍了相移干涉测量技术（PSI）和多频外差干涉技术，阐明了如何通过精确控制参考臂的相位或频率变化，将纳米级的位移转化为可测量的电信号。对于低相干干涉测量，则着重分析了其在粗糙表面和透明介质厚度测量中的优势及其对光源相干长度的要求。 在衍射光学元件设计方面，本书提供了从理论到实践的指导。介绍了基于傅里叶变换的离散相位屏设计方法，包括迭代算法（如Gerchberg–Saxton算法）和精确解的求解路径。探讨了光栅方程在光束整形和分束中的应用，并详细比较了DOE、HOE（Holographic Optical Elements）在不同应用场景下的性能权衡。 第二篇：传感器与信号获取系统 本篇聚焦于将光学信号转化为可处理电信号的关键环节——传感器技术与前置电路设计。 光电探测器的选择与特性分析是本篇的重点。全面对比了光电倍增管（PMT）、雪崩光电二极管（APD）、硅光电二极管（PIN）以及新兴的CMOS/CCD图像传感器在响应速度、量子效率、噪声特性（暗电流、散粒噪声）上的差异。针对高动态范围测量，详细分析了饱和效应和线性度校准的方法。 在光路设计与系统集成部分，本书强调了系统优化而非单一元件性能最大化。讨论了如何通过光束整形（Beam Shaping）技术（如使用光束质量因子M²的控制）来提高光斑的稳定性和能量密度。此外，详细分析了偏振控制对测量精度的影响，包括起偏器、检偏器的选择、消光比的标定以及双通道偏振测量系统的设计。 信号获取电路的设计是保证系统信噪比的关键。本书详细讲解了跨阻放大器（TIA）的设计与优化，包括反馈电阻的选择、噪声匹配以及低通滤波器的设计，以应对皮安（pA）级别的光电流信号。对于需要高动态范围和高分辨率的系统，深入阐述了模数转换器（ADC）的选择标准（如有效位数ENOB、采样率）及其在数据预处理中的作用。 第三篇：精密运动控制与数据处理 高精度测量不仅依赖于光学器件，更依赖于精密的位置控制和强大的数据后处理能力。 精密运动控制系统部分，详细介绍了压电陶瓷（PZT）驱动器的工作特性（迟滞、蠕变）及其线性化驱动方法。针对闭环控制需求，阐述了PID控制算法在PZT位移反馈回路中的应用，并引入了Smith预估器和滑模控制来抑制系统非线性和外部扰动。对于需要大行程和高稳定性的应用，分析了直线电机和气浮平台在消除机械振动和提高基准稳定性方面的作用。 数据处理与误差补偿是确保测量结果准确性的最后一道防线。本书侧重于基于模型的误差补偿。对于干涉测量中的环境温度漂移、气压折射率变化，给出了实时的大气修正模型。针对二维或三维形貌扫描，系统介绍了最小二乘拟合、相位展开（Phase Unwrapping）算法（如基于时域和空间域的可靠算法），以及如何有效识别和剔除周期性噪声和随机噪声。此外，还包括系统传递函数的辨识及其在反卷积处理中的应用，以校正系统固有的频率响应畸变。 第四篇：典型系统应用与前沿展望 本篇通过具体的工程案例，展示了前述理论和技术的综合应用。 内容涵盖了表面粗糙度在线实时检测系统的设计，重点在于如何设计一个能够承受工业环境振动并快速输出RMS或Ra值的系统。生物组织光学相干层析成像（OCT）系统的设计实例，着重分析了空间光场调制器（SLM）在实现高分辨率、多参数（如偏振态、速度）成像中的应用。 最后，本书对自适应光学（AO）在补偿大气湍流和消除系统像差方面的最新进展进行了展望，并讨论了机器学习在优化复杂光学系统参数配置和提高测量鲁棒性方面的潜力。 本书结构严谨，图示丰富，既可作为高等院校光电子技术、精密仪器工程专业研究生及高年级本科生的专业教材，也可作为从事精密光学仪器研发、制造和应用工程师的实用参考手册。阅读本书，读者将不仅掌握测量原理，更能具备构建和优化复杂高精度光学测量系统的工程能力。
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