传感器设计基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防工业出版社

作者:单成祥

出品人:

页数:346

译者:

出版时间:2007-9

价格:40.00元

装帧:

isbn号码:9787118051483

丛书系列:

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• 传感器设计
• 模拟电路
• 信号处理
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《现代光学系统：理论与实践》 本书导读：穿越光影的边界，探索现代光电技术的精髓 在当代科技浪潮中，光学技术作为信息获取、传输与处理的核心支撑，其重要性不言而喻。从精密医疗影像到深空探测，从高速通信到先进制造，无处不现代理论与工程紧密结合的现代光学系统的身影。本书《现代光学系统：理论与实践》旨在为读者提供一个系统、深入且富有工程实践意义的知识框架，聚焦于超越基础概念的复杂系统设计与优化。 第一部分：光学系统设计的深层原理与建模 本部分奠定了理解复杂光学系统的理论基石，侧重于超越入门级教材所覆盖的几何光学范畴，进入到波动光学和物理光学的前沿领域。 第一章：先进光束传播理论与衍射分析 本章将详细探讨光波在复杂介质中的传播规律。重点不再是简单的光线追迹，而是基于波动方程的严格解。我们将深入研究菲涅尔衍射积分和夫琅禾费衍射的数学表述，并将其应用于理解高数值孔径（NA）物镜、微纳结构阵列等光学元件的成像特性。此外，章节会覆盖非均匀介质中的光传播，例如梯度折射率（GRIN）透镜阵列的光束整形机制，以及如何使用角谱传播法（Angular Spectrum Method, ASM）对复杂波前进行精确模拟。这对于设计如光镊、超分辨显微镜等需要精确控制波前形状的系统至关重要。 第二章：光学系统性能评价与像差理论的深化 本章超越了简单的赛德尔像差，进入到更高阶的像差分析及MTF/PTF的工程应用。我们将详细剖析离轴系统中的像差耦合现象，特别是coma和像散在宽视场设计中的相互影响及校正策略。对于高分辨率系统，随机像差（如热致畸变、装配误差引起的像差）的统计学处理方法将被引入。性能评价方面，重点探讨调制传递函数（MTF）的波前像差分解法，以及如何利用点扩散函数（PSF）的分析来量化系统的实际成像质量，包括对离焦和运动模糊的精确建模。 第三章：光学元件的先进制造与表面计量 现代光学系统的性能往往受限于元件的制造精度。本章聚焦于制造环节的关键技术。内容包括非球面和自由曲面元件的设计与CNC加工的误差分析，特别是光刻、离子束抛光（IBF）等先进加工方法的原理与局限性。在计量学方面，本书将详细介绍基于相移干涉仪的表面形貌测量技术，以及如何利用Zernike多项式拟合来量化和校正加工误差。对于镀膜设计，将覆盖多层介质膜的热稳定性和环境适应性设计，超越简单的增透膜和反射膜。 第二部分：关键功能模块与前沿系统集成 本部分将理论知识转化为具体的工程应用模块，探讨实现特定功能所需的光学架构和集成挑战。 第四章：高性能成像与探测系统架构 本章专门针对需要高灵敏度和宽动态范围的成像系统。内容涵盖反射式望远系统（如施密特-卡塞格林结构）的优化设计，以及折射-反射混合系统在消除色差方面的优势。在探测器接口方面，将深入分析如何匹配光学系统的MTF与CMOS/CCD传感器的像素尺寸，以实现最佳的采样率，避免欠采样或过采样造成的效率损失。此外，还将介绍微光夜视技术中的光子计数传感器接口设计。 第五章：激光与光束整形技术 激光系统是现代光学应用的核心驱动力。本章聚焦于高能激光和精密加工对光束质量的严苛要求。内容包括稳定激光谐振腔的设计原理，特别是增益介质的热透镜效应对光束质量（$M^2$因子）的影响及补偿策略。在光束整形方面，重点介绍基于衍射光学元件（DOE）和液晶可编程空间光调制器（SLM）的波前整形技术，用于实现精确的平顶光束、贝塞尔光束或涡旋光束的产生与控制。 第六章：非线性光学现象与光频率转换 随着激光功率的提升，非线性光学效应在频率转换、光开关和超快科学中扮演着越来越重要的角色。本章将详细解析二次谐波产生（SHG）、倍频和参量振荡（OPO）的物理机制。设计部分将侧重于准相位匹配（QPM）技术，如周期性极化铌酸锂（PPLN）波导的设计，以实现在特定波长下高效的频率转换。此外，还会涉及光纤中的克尔效应和自相位调制（SPM）在高带宽光通信中的应用与抑制。 第三部分：系统优化、公差分析与集成挑战 最优秀的理论设计必须能够转化为可制造、可装配的实际产品。本部分关注工程实现的“最后一英里”。 第七章：光学系统的公差分析与灵敏度评估 本章是连接设计与制造的关键桥梁。我们将采用蒙特卡洛模拟方法对光学系统的装配误差、元件制造公差（如折射率波动、表面粗糙度）进行系统性分析。内容包括敏感度系数的计算，识别出对系统性能影响最大的设计参数，并据此制定最优的公差分配方案。重点阐述如何平衡性能需求与制造成本之间的矛盾。 第八章：光学-机械-电子（OM/E）集成设计 现代光学系统很少是纯光学的，它们是复杂的机电一体化产品。本章探讨光学元件与精密机械结构的热力学耦合问题。例如，如何设计具有低热膨胀系数的支架材料，以最小化温度漂移引起的系统失调（Decentering）。内容还将涉及主动光学系统的反馈回路设计，使用压电陶瓷（PZT）驱动器和位移传感器，实时补偿环境变化或系统自身的机械蠕变，确保系统长期工作在最佳状态。 结语：面向未来的光学系统展望 本书最后将对正在兴起的前沿领域进行展望，例如超表面（Metasurfaces）在系统小型化中的颠覆性作用、量子成像系统的基本架构，以及机器学习在复杂光学系统优化中的潜力，激励读者持续探索和创新。 目标读者群： 本书适合具有光学基础知识的高年级本科生、研究生、光学工程师、仪器设计师，以及希望深入理解现代精密光学系统设计与制造流程的专业技术人员。阅读本书后，读者将能够独立完成中高复杂度的光学系统方案设计、性能预测和工程优化。

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对于流程控制与自动化领域的入门者来说，这本书简直是打开了新世界的大门。它没有一开始就陷入复杂的PID参数整定，而是从最基础的反馈回路概念讲起，用大量的实际工业案例，如水温控制、压力调节等，来贯穿始终。作者的语言风格非常接地气，充满了工程师的务实精神，他会直接告诉你“在实际生产线上，我们更倾向于用IMC（内部模型控制）而不是传统的LQR，原因仅仅是因为它在面对模型不确定性时表现得更鲁棒且易于维护”。书中对各种控制策略的优缺点对比分析得极其客观，特别是关于模糊控制和神经网络控制的应用边界，给出了非常中肯的建议。我特别喜欢其中关于系统辨识的部分，它教会了我如何从嘈杂的真实世界数据中提取出可靠的系统模型，这是教科书上常常被一带而过的关键步骤。这本书的实用性和启发性是毋庸置疑的，它真正做到了理论指导实践，而非纸上谈兵。

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不得不说，这本关于信号完整性（Signal Integrity）的书籍，其深度和广度令人咋舌。它完全颠覆了我过去对PCB设计仅仅停留在DRC检查的初级认知。作者非常擅长用直观的比喻来解释复杂的电磁学现象，比如将传输线比作水管，将反射比作水流的阻抗突变，这种教学方法极大地降低了入门门槛。书中对串扰（Crosstalk）的分析尤其到位，不仅解释了近端和远端的耦合效应，还详细对比了屏蔽层和接地设计对降低耦合的实际效果。最让我惊艳的是它对眼图（Eye Diagram）的解读，书中的每一条曲线、每一个参数的含义都被解释得淋漓尽致，让我第一次真正理解了为什么增加驱动强度不一定能改善系统性能。唯一的缺点或许是，由于内容过于前沿，涉及到了最新的SerDes技术规范，更新速度可能跟不上业界标准迭代的步伐，但作为理解底层原理的基石，它绝对是无可匹敌的。

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这部关于模拟电路原理的经典著作，简直是为那些在晶体管和运算放大器的海洋里迷失方向的工程师准备的指南针。作者对PN结的物理特性讲解得丝丝入扣，即便是初学者也能迅速理解二极管和三极管的工作机制。特别是关于反馈网络稳定性的那几章，简直是教科书级别的精彩阐述，图示清晰，数学推导严谨而不失洞察力。我尤其欣赏它对噪声分析的深入探讨，书中提出的低噪声放大器设计技巧，让我在处理微弱信号采集时受益匪浅，不再为信噪比头疼。虽然全书篇幅不小，但阅读过程中几乎没有感到晦涩难懂的地方，每当遇到技术难点时，总能在那一页找到柳暗花明的解答。如果说有什么遗憾，也许是关于现代高速设计中使用的SiGe和GaN器件的篇幅略显不足，但对于奠定扎实的传统模拟基础来说，这本书的地位无可替代，是每一个电子学爱好者书架上必备的宝典，其价值远远超过书本本身的定价。

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我花了近一个月的时间啃完了这本关于材料科学与半导体物理的书，感受是极其矛盾的。一方面，它对晶体生长、缺陷控制这些微观层面的描述细腻入微，对于理解硅材料的内在属性非常有帮助，特别是关于晶格振动和载流子迁移率的量子力学解释，展现了作者深厚的学术功底。但另一方面，这本书的阅读体验简直是一场折磨。它的排版设计极其保守，字体拥挤，公式密密麻麻地挤在一起，缺乏必要的留白和结构层次感，使得大脑在处理海量信息时疲惫不堪。更要命的是，书里提供的所有实验数据和图表都没有提供原始数据来源或验证方法，很多结论似乎都是凭空出现的，这对于习惯于交叉验证的我来说，造成了巨大的阅读障碍。它更像是一部给同行内部审阅的论著，而不是一本面向学生或跨界学习者的入门教材，阅读过程需要极大的毅力和专注力，实在不是一个轻松的选择。

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这本书的叙事风格实在是太“学术”了，它更像是一本严肃的研究报告集，而不是一本面向广大工程技术人员的实用手册。内容上，它花费了大量的篇幅去追溯各种滤波器的理论起源，从巴特沃斯到切比雪夫再到椭圆滤波器，每种拓扑结构都用极其复杂的拉普拉斯变换和矩阵运算进行了详尽的推导。坦率地说，对于我这种更倾向于快速应用和仿真验证的实践者来说，这些深奥的数学推导过程显得有些冗余和脱离实际操作。虽然我理解严谨性的重要性，但书中对于实际元器件选型、PCB布局对高频性能的影响等工程实践问题的讨论却显得相对单薄。例如，关于电感选型时如何平衡Q值和寄生电容的实例分析就少之又少，使得读者在实际动手制作时，仍然需要依赖其他资料来弥补理论与实践之间的鸿沟。总而言之，它更适合立志于理论研究的硕士生，而非日常的嵌入式系统开发工程师。

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