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出版者:高等教育

作者:郑建启

出品人:

页数:365

译者:

出版时间:2007-9

价格:46.00元

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isbn号码:9787040221879

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好的，这是一本名为《现代光电传感技术与应用》的图书简介，完全不涉及《设计材料工艺学》的内容，力求详实且富有专业深度。 --- 现代光电传感技术与应用 绪论：信息时代的“眼睛”与“触手” 在当今这个以数据驱动的时代，信息的获取与精确度已成为衡量技术先进性的核心标准。光电传感技术，作为连接物理世界与数字世界的关键桥梁，其重要性不言而喻。它利用光与物质相互作用的原理，将环境中的光信号（如强度、波长、偏振态、相位等）高效、无损地转化为可测量的电信号，从而实现对温度、压力、位移、气体成分乃至生物活性的实时监测与分析。 本书《现代光电传感技术与应用》正是为了系统梳理和深入剖析这一交叉前沿领域而编写的专业教材与参考手册。它不仅涵盖了光电传感器的基本物理学原理，更着重于介绍当前最前沿的技术发展趋势、关键器件的集成设计，以及它们在航空航天、生物医学、环境监测和工业自动化等高技术领域中的实际部署与性能优化。 本书内容结构严谨，理论与实践并重，旨在为电子工程、光学工程、材料科学及相关领域的学生、研究人员和工程技术人员提供一个全面且深入的知识体系。 第一部分：光电传感的理论基石与核心机制 本部分旨在为读者构建坚实的理论基础，理解光电转换的本质。 第一章：光与物质相互作用的基础物理 本章深入探讨了电磁波（光）与固体材料相互作用的基本物理机制，这是所有光电传感器的物理学前提。内容包括：光子的产生与湮灭过程、光吸收、发射、散射和折射在半导体和介质中的量子力学描述。重点分析了光电导效应、光伏效应和光热效应的微观机理，为后续的器件设计提供理论支撑。 第二章：核心光电器件的特性分析 详细阐述了构成光电传感系统的基本单元——光敏器件的工作原理。这包括： 半导体光电二极管（PD）与光电晶体管（PT）： 结构、响应时间、量子效率的计算与影响因素。 光电导探测器（PC）： 零偏与光照下的电阻变化机制，以及噪声源的分析。 光电倍增管（PMT）： 内部光电倍增原理、高增益特性及其在微弱信号探测中的优势与局限。 热释电探测器（Pyroelectric Detectors）： 尤其侧重于红外波段的温度变化检测机理。 第三章：光学元件在传感系统中的作用 光路设计是决定传感器性能的另一关键环节。本章聚焦于如何利用光学元件来优化信号采集。内容涵盖： 透镜与成像系统： 焦距、数值孔径（NA）的计算及其对光斑尺寸和能量密度的影响。 干涉原理与调制： 基于迈克尔逊干涉仪、法布里-珀罗腔等原理构建的相位和频率传感模型。 光纤耦合技术： 损耗分析、端面处理对耦合效率的影响，以及特种光纤（如波导光纤、双折射光纤）在传感中的应用。 第二部分：先进光电传感器的结构与集成 本部分侧重于将基础理论转化为可实际部署的高性能传感器结构。 第四章：集成化光电传感芯片设计（PICs） 随着微纳加工技术的发展，光电集成电路（PICs）成为主流趋势。本章详细介绍了利用半导体工艺（如CMOS兼容技术）制造高密度、高集成度传感器的流程。内容包括： 波导器件的集成： 实现光信号的传输与分路。 光敏阵列的构建： CMOS图像传感器（CIS）的像素设计、电荷转移机制及读出电路的噪声控制技术。 系统级封装（SiP）： 探讨如何将光、电、机械部件在微米尺度上实现可靠封装，确保长期工作稳定性和抗环境干扰能力。 第五章：光谱传感技术与波长分辨 精确识别光的波长是进行化学组分分析和颜色测量的基础。本章探讨了光谱传感器的核心技术： 衍射光栅与滤光片： 设计参数（刻线密度、效率、带宽）与光谱分辨率的关系。 滤光片技术： 从吸收型到介质堆叠多层膜滤光片的设计与制造工艺。 光谱仪结构优化： 介绍全息成像光谱仪、微纳光谱仪（如MEMS调谐滤光片）的结构特点及其在便携式设备中的应用。 第六章：光纤传感器的特殊优势与工作模式 光纤传感器（FOS）因其抗电磁干扰、本质安全、分布式测量能力强等特点，在特定工业环境中占据重要地位。 基于散射的光纤传感： 详细分析瑞利散射（用于应变、温度的分布式测量）、拉曼散射和布里渊散射的物理模型，以及它们在光纤陀螺仪和光纤光栅（FBG）中的应用。 光栅传感器的写入与解调： 介绍点阵法、聚焦激光直写等光栅制作技术，以及基于光谱分析或腔共振的FBG解调算法。 表面等离子体共振（SPR）传感器： 深入讲解SPR原理在生物分子检测中的应用，包括折射率变化与SPR峰位漂移的定量关系。 第三部分：前沿应用与系统实现 本部分将理论与器件知识应用于具体的工程实践，展示现代光电传感技术的广阔前景。 第七章：生物医学光电传感与成像 光电技术在生命科学中的渗透日益加深。本章关注非接触、高灵敏度的生物检测方法： 脉搏血氧仪（SpO2）的原理与误差分析： 基于比尔-朗伯定律和特定波长吸收差异的定量模型。 荧光生命体征监测： 荧光激发与发射的动力学过程，以及高灵敏度荧光探针的设计。 光学相干层析成像（OCT）： 原理、信号采集与三维重建算法，尤其在眼科和皮肤科的应用案例。 第八章：环境监测与工业过程控制 探讨光电传感器如何满足高可靠性、长寿命的工业和环境需求。 激光气体传感： 介绍可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术，用于精确测量烟气中的$ ext{NO}_x$、$ ext{CO}_2$等污染物浓度。 机器视觉与三维测量： 结构光、激光雷达（LiDAR）的测距原理，以及如何结合图像处理算法实现高精度三维重建和缺陷检测。 极端环境下的传感器防护： 探讨高温、高压、强腐蚀环境对光敏材料和封装材料的挑战，以及耐受性材料的选择与设计策略。 第九章：信号处理与智能解调算法 传感器的性能最终取决于后续的信号处理能力。本章强调从模拟信号到可靠信息的转化过程。 噪声抑制技术： 从源头（器件优化）到后端（数字滤波、锁相放大）的降噪方法。 数据线性化与漂移补偿： 针对温度敏感性器件，采用多项式拟合、查表法或神经网络模型进行实时补偿。 基于机器学习的模式识别： 如何利用深度学习模型对复杂的光谱或图像数据进行分类和异常识别，提升传感系统的智能化水平。 结语 《现代光电传感技术与应用》力求提供一个全面、深入且具有前瞻性的知识框架。通过对基本原理的透彻理解和对先进器件的细致剖析，读者将能够掌握设计、评估和部署下一代光电传感系统的核心能力，从而推动信息获取技术在各个领域的创新与突破。 --- 目标读者群体： 光学工程、电子信息工程、应用物理专业本科高年级学生及研究生。 从事传感器研发、系统集成、精密测量的工程师和技术人员。 对光电信息获取技术感兴趣的科研工作者。

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与其他同类书籍相比，这本《设计材料工艺学》在理论深度和可读性之间找到了一个近乎完美的平衡点。很多专业书籍要么过于偏向理论推导，让人望而却步；要么过于偏向操作手册，缺乏科学原理的支撑。而这本书的行文风格非常老练和自信，语言精准，逻辑链条清晰。举个例子，当它介绍到热力学基础时，它不会用冗长的数学公式淹没读者，而是通过清晰的相图解析，直观地展示了温度、压力如何支配材料内部相界的移动。在我尝试理解某一个复杂的材料性能曲线时，我发现书中总能提供一个简洁的、基于物理机制的解释，而不是简单地将现象归因于“实验观察所得”。这种“由因溯果”的教学方式，极大地增强了知识的内化过程。合上书本时，我感到自己对材料的“脾气秉性”有了更深刻的体悟，不再是死记硬背，而是真正理解了它们行为背后的驱动力。

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我是一名从事小型精密仪器开发的设计师，过去经常被一些非标准材料的选择和表面处理工艺所困扰。这本书的出现，可以说为我打开了一扇新的大门。它在处理表面工程和连接技术的部分尤其出色。比如，对于薄膜沉积技术，书中不仅比较了PVD和CVD的优劣，还详细阐述了不同沉积角度对薄膜应力和附着力的影响，这对于我设计需要高精度表面硬度和耐磨性的部件至关重要。此外，对于不同异种材料的连接——比如陶瓷与金属的粘接——书中给出的解决方案和注意事项极其详尽，涵盖了从界面化学到固化收缩应力控制的全过程。这本书的实用性是毋庸置疑的，它不是停留在宏观的介绍层面，而是深入到了微观的界面控制和工艺参数调优，这恰恰是我工作中经常遇到的瓶颈。阅读这本书的过程，更像是一次与行业内资深专家的长期、深入的研讨会，收获的不仅是知识，更有解决实际工程难题的信心和方法论。

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这本厚重的书，书名是《设计材料工艺学》，我满怀期待地翻开了它。初读之下，便被其中详尽的图文资料所吸引。书中对各种基础材料——从金属合金到高分子聚合物，再到陶瓷和复合材料——的微观结构、宏观力学性能以及生产制造工艺进行了深入浅出的剖析。它不仅仅是罗列了一堆冷冰冰的数据，而是巧妙地将材料科学的理论与工程实际应用紧密结合起来。例如，在介绍钛合金的相变强化机制时，作者没有止步于晶格结构的变化，而是立刻跳转到了航空航天领域中，这种材料是如何通过精确的热处理，实现超高的比强度和抗蠕变性能的。更令人印象深刻的是，书中对不同材料在极端环境下的表现进行了大量的案例分析，比如深海潜水器的耐腐蚀材料选择，以及超高速飞行器上的耐热结构件设计。这种层层递进的讲解方式，使得即便是初学者也能循着作者的思路，逐步建立起对材料行为的整体认知框架。它更像是一本工具书与教科书的完美结合体，时刻提醒着我，设计过程的每一步决策都必须以对材料的深刻理解为基础。

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坦白说，我一开始对这本书抱持着一种审慎的态度，毕竟“工艺学”这个词汇往往意味着枯燥的流程描述。然而，这本书彻底颠覆了我的固有印象。它在探讨加工工艺时，着重强调了“工艺-组织-性能”之间的内在关联，这才是真正触及了设计的灵魂。书中对塑性加工，特别是先进成形技术如增材制造（3D打印）和爆炸焊接等领域的论述，简直是教科书级别的精彩。作者没有简单地描述“如何做”，而是深入剖析了“为什么这样做”。比如，在讲述焊接残余应力的控制时，它细致地对比了不同预热和后热处理方案对焊缝疲劳寿命的影响，并配有清晰的有限元模拟示意图。这种对细节的极致追求，让我意识到了工艺参数微小的偏差，可能在最终产品上引发灾难性的后果。对于那些需要进行复杂机械结构设计的人来说，这本书提供的不仅仅是知识，更是一种严谨的、系统性的工程思维训练。它让我明白了，设计一个产品，首先要设计好它的“诞生过程”。

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这本书的广度令人惊叹，其内容覆盖范围远远超出了我对一本“工艺学”书籍的预期。它仿佛是一部横跨材料科学、机械制造和产品美学的百科全书。最让我感到惊喜的是，其中专门辟出了一章，探讨了“可持续性设计与材料回收”的议题。在当前全球倡导绿色制造的大背景下，这一点显得尤为重要。书中不仅列举了生物基材料和可降解聚合物的最新研究进展，还结合了生命周期评估（LCA）的方法论，教导读者如何在设计之初就将材料的最终归宿纳入考量。这不仅仅是环保口号式的论述，而是提供了具体的量化工具和评估标准。阅读这些章节时，我感觉自己正在从一个纯粹的工程师视角，转向一个更具社会责任感的创新者视角。这种前瞻性和批判性的内容植入，让这本书的价值几何级地提升了，它不再仅仅是关于“如何制造”，更是关于“如何负责任地制造”。

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为了写一篇家居设计的稿子来了解设计材料，工业设计真是大坑

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很不错，比较全面。

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比较舒服，内容很多

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很不错，比较全面。