传感器原理及应用——面向智慧农业
定价：￥59.80
作者： 王伟
出版时间：2026-04
出版社：电子工业出版社
- 电子工业出版社
- 9787121523076
- 1-1
- 16开
- 2026-04
- 477
- 工学
- 电子信息类
- 电子信息与电气
- 本科 研究生及以上
内容简介
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。
目录
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
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
