《光机电一体化丛书》编辑委员会 主任林宋 副主任王生泽王石刚程愿应 委员（排名不分先后） 胥信平絷放林宋王生泽王石刚程愿应 胡于进张卫国莫锦秋何勇董方祥刘继英 罗学科朱宏军崔桂芝般际英方建军田建君 马全明王延璋赵坤周洪江刘杰生徐胜林 韩少军程铭
衣 光机电一体化是燕光技术、徵电子技术、计算视技术、信息技术与机械技米的相互交叉 与融合，是诸多商新技术产业和商新技术装备的基础。它包括产品和技术两方面：光机电 体化产品是集光学、机械、微电子、自动控制和通讯技术于一体的高科技产品，具有很高的 功能和附加值；光机电一体化技术是指其技术原理和使光机电一体化产品得以实现、使用花 发展的技术。 目前，国际上产业结构的调整使得各个行业不断融合和协调发展。作为光学、机械与电 子相结合的复合产业，光机电一体化以其特有的技术带动性、照合性和苦适性，受到了国为 外科技养、企业界和政府部门的特利类注，它将在横升传统产业的过程中，带来高度的创新 性、渗透性和增值性，威为未来制造业的支柱，被举为21世纪最具魅力的朝阳产业。我国 已经将发展光机电一体化技术列为重点高新科技发展项目，北京市政府也于2001年7月23 日批准正式成立了北京市光机电一体化产业基地，预计到2010年，京市光机电一体化产 业总产值将达到336亿元， 随着光机电一体化技术的不断发展，各个行业的技术人员对其兴趣和求也与日俱增 但到目前为止，国内还鲜有将光机电一体化技术作为一个整体技术门类米介绍和论述的书 箱，这与共方兴未艾的发展势头形成了巨大反差。有鉴于此，由方工业大学、东华大学 华中科拉大学和上海交通大学联合编写光机电一体化丛书，白在适时推出一套光机电一体化 技术基本知识和应用实例的科技丛书，满足科研设计单位、企业及高等院校的科研和教学的 簧求，为有关技术人员在开发光机电一体化产品时，提供从产品造型、功能、结构、材料 传感测登到控制等诸方面有价值的参考素材。 本丛书共十本，包括《光机电一体化实用技术)、《玩代数控机床》、《光机电一体化系统 设计》、《智能机器人》、《光机电一体化技术产品实例》、《楼字设备自动化技术》、《关节型机 器人》、《微机电系统设计与制造》、《漱光在加工和检测中的应用》、《光电传感器及其应用》 自2003年8月起陆续出版发行。 丛书的基本特点，一是内容新颖，力求及时地反映光机电一体化技术在国内外的最新进 晨和作者的有关研究成果；二是系统全面，丛书分门别英地归纳总结了光机电一体化技术的 基本理论和在同民经济各个领城的应用实例，重点介绍了光机电一体化技术的工理应用方法 和实现方法，许多内容，知楼宇自动门的专门论述，尚属国内首次三是深入浅出，每本书 重点突出，注重理论联系实际。既有一定的理论深度，又偏重实月性，力求满足不同层次读 者的需求，适合工程技术人员阿读和高校机械类专业教学的需要。 由于本丛书涉及内容广泛，相关技术发展迅速，加之作者水平有限，时间紧促，书中错 误和不妥在所难免，恳请专家、学者和读者不吝指教为盼！ 《光机电一体化丛书》编辑委员会 2003年5月于北京
必 言 光机电一体化是集精密机械、光学、电子，直动控制和计算机技术于一体的现代机横系 统，是知洪经济时代机械工业的发展方向。光机电一体化技术正在全世界范围内引起一场新 的技术革奇。如果说20世纪是微电子的世纪，21世纪则是光电子的世纪。美国商务部也指 出，滩在光电子行业取得主动权，谁就将在21世纪的尖墙科技中李魅。光机电一体化正是 在机电一怀化技术的基础上引入光电子而形成的商新技术。目前，光机电一体化技术正方兴 未艾，各国都十分重视光机电一体化技术及其产品的研发，我图也十分重视光机电一体化技 术约发展，不少地方成立了光机电一体化高科技园区。高等院校也相继设立了机电一体化或 光机电一体化专业，焙养社会急需的光、机、电结合的复合型技术人才。原有的机械行业从 业人员也追切希望学习光机电一体化知识，跟上时代的步伐。 为了清足大家学习光机电一体化技术的署要，化学工业出版社约请我们出版一套《光机 电一体化丛书》。本书是这套丛节中的一本。作者根据多年的教学和科研实践，在原来讲义 基础上经过改编和增加新的内容，编写这本光机电一体化系统设计。本书在系统方法论的指 导下，围绕光、机、电有机融合的主线，全面地、系统地国球了光机电一体化奚统各组成部 件的选型和设计。在此基础上，通过阁服系统设计实例来讨论光松电一体化系统的设计原理 和方法。 本书的第1章、第3章、第6章由方建军编写，第2章和第4章由郑有春编写，第5章 和第？章由田建君编写。全书由方建军统精。罗学科教授在百忙中审阅全部文獭，并提出修 改意见。在本书的骗写过程中，景作军、李凯老师，刘仕良、李览博、石杨、郑勇、徐海 汪正煜、阴丽、张韬等同学给子了大力支持和协助，在此表示深深的谢意， 由于作者水平有限，且时问仓促，书中难免有错误和不妥之处，敬请读者批评指正。 编者著 2003年6月
内容提要 纪密无机电一体化影集光、机电一休的现代机格系统。它由代客、恶流、投畅和热行四 电有机结 角废出发 、系统地还了先机电 方 光 本化系 件的原理和透科 、执行元件的原理和动 花制的适 光机电 术、系抗设计以及光机电一体化实例 全书的最大特点在介绍具体作的原理性知 的同时，通过讲解同间服系统的完整设计过程。帮助读者了解如何设计光机电一体化统或 产品， 本书箭构清新、文笔流畅，图文并淡、内容深人视出、注重实用.它不仅证合十用作高 等院校光机电一体化等相关专业本科生的教材，对于从事光机电一体化设计、制銮、舒究和 管理的工翌技术人员也有很好的参考价值
目 录 第1章光机电一体化系统的组成与应用.1 1.1光机电一化的概念. 1.2光抗电一任化系统的组成与实例 1.2.1光机电一体化的组成 1.2.2光机电一体化的实例 .2 1.3光机电一体化的特点.5 14 光机电一体化的相关技术 .5光机电一体化的发展趋势. 6 第2章 传感器与信号处理. 8 2.1传感器与校测系统的构成.+. 8 2.2位移传感暴 2.2.1电位器. 9 2.2.2感应同步器.小44.4.，.，.+ 2.2.3 光栅 11 么.么.光电编码器. .1 2.2.5 超声波传感器 13 2.2.6电流传感器. 14 2.2.7光纤传感器. 16 2.3速度传感器. 2.3.1测速发由机. 2.32 光纤多普勒速度计， .20 2.3.3霍尔式转遂传感器 2.3.4 电容式转速传感器 .2 2.3.5光电式转速传器.+. 22 2.3.6 电涡流式转速传感器 2.3.7空间滤波器. 2.4加速度传感器. .23 2.4.1压电式加速度传感器 2.4.2倾斜镜式光纤加速计 25力和力矩传感器 24 2.5.】硅压阻式压力传感器 2.52力矩传感容. . 24 .6视觉传感器. 2.6.1CCD工作原理. .25 2.6.2人工视觉系统