本书系统介绍传感器基础理论及其在现代农业中的应用，共9章。首先，从传感器与测控系统的总体概述入手，继而深入剖析阻抗型传感器、光电式与光纤传感器、CCD图像传感器与机器视觉技术、近红外光谱与高光谱成像技术以及生物传感器与电化学传感器，覆盖了从宏观物理量到微观成分的检测手段。随后，本书专设第8章，集中介绍模拟信号的运算、处理与接口电路，旨在培养学生解决实际工程传感信号处理问题的能力。最后，以“智慧农业”为主题，通过典型应用案例，展示如何将多种传感器技术集成于实际农业场景。本书可作为农业工程、农业信息技术、生物工程等相关专业高年级本科生或研究生的教材，也可供广大科研人员与工程技术人员参考。
王伟，中国农业大学教授，博士生导师，致力于农产品/食品品质安全智能检测技术、仪器和装备研制工作，主持多项国家级、省部级项目及横向课题，发表论文多篇，出版教材和专著 6 本。
第1章 绪论1
1.1 传感器概述1
1.1.1 传感器的地位和作用1
1.1.2 传感器的定义、组成与分类1
1.1.3 传感器的特性及性能指标2
1.2 测控系统组成与设计准则9
1.2.1 测控系统的基本组成9
1.2.2 测控系统的主要设计要求10
1.2.3 测控系统的设计准则11
1.3 本书内容和组织结构12
思考题13
第2章 阻抗型传感器14
2.1 电阻式传感器14
2.1.1 工作原理及特性14
2.1.2 电阻应变式传感器的误差补偿17
2.1.3 电阻应变式传感器的测量电路与应用举例19
2.2 电感式传感器22
2.2.1 自感式传感器22
2.2.2 互感式传感器27
2.3 电容式传感器32
2.3.1 工作原理及特性32
2.3.2 电容式传感器的测量电路38
2.3.3 电容式传感器的应用40
思考题41
第3章 光电式传感器与光纤传感器42
3.1 光电效应与光电器件42
3.1.1 光电效应42
3.1.2 光电器件43
3.2 光栅与光电编码器53
3.2.1 光栅53
3.2.2 光电编码器57
3.3 光纤传感器60
3.3.1 光纤的基本知识60
3.3.2 光纤传感器及其应用63
思考题67
第4章 CCD图像传感器与机器视觉技术68
4.1 CCD图像传感器68
4.1.1 CCD图像传感器的组成69
4.1.2 CCD图像传感器的基本工作原理69
4.1.3 彩色CCD结构组成与工作原理73
4.1.4 CCD分类和特性参数78
4.1.5 CCD图像传感器的典型应用79
4.2 机器视觉技术80
4.2.1 可见光成像80
4.2.2 紫外成像82
4.2.3 超声成像83
4.2.4 X射线成像84
4.2.5 热成像86
4.3 图像处理技术88
4.3.1 图像的预处理88
4.3.2 图像分割93
4.3.3 图像特征与分析96
4.3.4 图像检测系统的标定和误差分析103
思考题108
第5章 近红外光谱与高光谱成像技术110
5.1 近红外光谱技术110
5.1.1 近红外光谱技术的发展历程110
5.1.2 近红外光谱技术的基本原理111
5.1.3 近红外光谱分析技术113
5.2 高光谱成像技术121
5.2.1 高光谱成像技术的发展历程121
5.2.2 高光谱成像技术的基本原理121
5.2.3 高光谱图像分析技术125
5.3 光谱数据的处理130
5.3.1 光谱预处理130
5.3.2 光谱特征提取131
5.3.3 光谱图像定性识别132
5.3.4 光谱图像多元校正方法134
5.4 光谱技术的农业应用136
5.4.1 近红外光谱技术在农产品检测中的应用136
5.4.2 高光谱成像技术在农产品品质评定中的应用136
思考题137
第6章 生物传感器138
6.1 生物传感器的基本概念138
6.1.1 生物传感器的定义138
6.1.2 生物传感器的分类138
6.1.3 生物传感器的特点142
6.2 生物传感器的工作原理及构建元件142
6.2.1 生物传感器的工作原理142
6.2.2 生物传感器的识别元件143
6.2.3 生物传感器的信号输出元件147
6.3 典型生物传感器及应用151
6.3.1 细胞生物传感器151
6.3.2 无细胞生物传感器153
6.3.3 受体生物传感器153
6.3.4 酶生物传感器155
6.3.5 免疫生物传感器158
6.3.6 功能核酸生物传感器160
6.3.7 核酸扩增生物传感器162
思考题165
第7章 电化学传感器167
7.1 电化学传感器概述167
7.1.1 常见的电化学传感器分类167
7.1.2 电化学传感器的基本原理168
7.1.3 电化学传感器的性能指标与评价170
7.2 离子传感器172
7.2.1 离子选择性电极172
7.2.2 离子通道传感器175
7.3 气体传感器178
7.3.1 固态电解质气体传感器178
7.3.2 导电聚合物气体传感器182
7.4 电化学生物传感器185
7.4.1 酶电极185
7.4.2 免疫电极188
7.4.3 DNA电极190
7.5 超微电极192
7.5.1 超微电极的工作原理及特性192
7.5.2 超微电极的制备与表征193
7.5.3 超微电极的应用实例194
思考题195
第8章 模拟信号的运算、处理与接口电路196
8.1 信号放大电路196
8.1.1 放大电路的基本知识196
8.1.2 放大电路的主要技术指标197
8.1.3 运算放大器的开环特性199
8.1.4 基本线性运算放大电路201
8.2 信号运算电路207
8.2.1 加减运算电路207
8.2.2 对数和反对数运算电路209
8.2.3 乘除运算电路211
8.2.4 微积分与PID运算电路215
8.3 信号线性变换电路224
8.3.1 电压/电流变换器224
8.3.2 电流/电压变换器228
8.3.3 波形变换电路229
8.3.4 电压/频率变换与频率/电压变换电路230
8.4 信号非线性处理233
8.4.1 电压比较器233
8.4.2 限幅放大器238
8.4.3 死区电路240
8.5 模数与数模转换电路241
8.5.1 A/D转换电路242
8.5.2 D/A转换电路251
思考题256
第9章 传感器应用案例分析258
9.1 机器视觉技术在农业中的应用258
9.1.1 农业产前环节的应用258
9.1.2 农业生产环节的应用262
9.1.3 农业产后环节的应用264
9.2 近红外光谱与高光谱成像技术应用案例266
9.2.1 近红外光谱技术用于果蔬品质无损检测266
9.2.2 高光谱成像技术用于谷物真菌毒素污染检测270
参考文献273
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