傳感器原理及應用——面向智慧農業

第1章 緒論 1
1.1 傳感器概述 1
1.1.1 傳感器的地位和作用 1
1.1.2 傳感器的定義、組成與分類 1
1.1.3 傳感器的特性及性能指標 2
1.2 測控系統組成與設計準則 9
1.2.1 測控系統的基本組成 9
1.2.2 測控系統的主要設計要求 10
1.2.3 測控系統的設計準則 11
1.3 本書內容和組織結構 12
思考題 13
第2章 阻抗型傳感器 14
2.1 電阻式傳感器 14
2.1.1 工作原理及特性 14
2.1.2 電阻應變式傳感器的誤差補償 17
2.1.3 電阻應變式傳感器的測量電路與應用舉例 19
2.2 電感式傳感器 22
2.2.1 自感式傳感器 22
2.2.2 互感式傳感器 27
2.3 電容式傳感器 32
2.3.1 工作原理及特性 32
2.3.2 電容式傳感器的測量電路 38
2.3.3 電容式傳感器的應用 40
思考題 41
第3章 光電式傳感器與光纖傳感器 42
3.1 光電效應與光電器件 42
3.1.1 光電效應 42
3.1.2 光電器件 43
3.2 光柵與光電編碼器 53
3.2.1 光柵 53
3.2.2 光電編碼器 57
3.3 光纖傳感器 60
3.3.1 光纖的基本知識 60
3.3.2 光纖傳感器及其應用 63
思考題 67
第4章 CCD圖像傳感器與機器視覺技術 68
4.1 CCD圖像傳感器 68
4.1.1 CCD圖像傳感器的組成 69
4.1.2 CCD圖像傳感器的基本工作原理 69
4.1.3 彩色CCD結構組成與工作原理 73
4.1.4 CCD分類和特性參數 78
4.1.5 CCD圖像傳感器的典型應用 79
4.2 機器視覺技術 80
4.2.1 可見光成像 80
4.2.2 紫外成像 82
4.2.3 超聲成像 83
4.2.4 X射線成像 84
4.2.5 熱成像 86
4.3 圖像處理技術 88
4.3.1 圖像的預處理 88
4.3.2 圖像分割 93
4.3.3 圖像特征與分析 96
4.3.4 圖像檢測系統的標定和誤差分析 103
思考題 108
第5章 近紅外光譜與高光譜成像技術 110
5.1 近紅外光譜技術 110
5.1.1 近紅外光譜技術的發展歷程 110
5.1.2 近紅外光譜技術的基本原理 111
5.1.3 近紅外光譜分析技術 113
5.2 高光譜成像技術 121
5.2.1 高光譜成像技術的發展歷程 121
5.2.2 高光譜成像技術的基本原理 121
5.2.3 高光譜圖像分析技術 125
5.3 光譜數據的處理 130
5.3.1 光譜預處理 130
5.3.2 光譜特征提取 131
5.3.3 光譜圖像定性識別 132
5.3.4 光譜圖像多元校正方法 134
5.4 光譜技術的農業應用 136
5.4.1 近紅外光譜技術在農產品檢測中的應用 136
5.4.2 高光譜成像技術在農產品品質評定中的應用 136
思考題 137
第6章 生物傳感器 138
6.1 生物傳感器的基本概念 138
6.1.1 生物傳感器的定義 138
6.1.2 生物傳感器的分類 138
6.1.3 生物傳感器的特點 142
6.2 生物傳感器的工作原理及構建元件 142
6.2.1 生物傳感器的工作原理 142
6.2.2 生物傳感器的識別元件 143
6.2.3 生物傳感器的信號輸出元件 147
6.3 典型生物傳感器及應用 151
6.3.1 細胞生物傳感器 151
6.3.2 無細胞生物傳感器 153
6.3.3 受體生物傳感器 153
6.3.4 酶生物傳感器 155
6.3.5 免疫生物傳感器 158
6.3.6 功能核酸生物傳感器 160
6.3.7 核酸擴增生物傳感器 162
思考題 165
第7章 電化學傳感器 167
7.1 電化學傳感器概述 167
7.1.1 常見的電化學傳感器分類 167
7.1.2 電化學傳感器的基本原理 168
7.1.3 電化學傳感器的性能指標與評價 170
7.2 離子傳感器 172
7.2.1 離子選擇性電極 172
7.2.2 離子通道傳感器 175
7.3 氣體傳感器 178
7.3.1 固態電解質氣體傳感器 178
7.3.2 導電聚合物氣體傳感器 182
7.4 電化學生物傳感器 185
7.4.1 酶電極 185
7.4.2 免疫電極 188
7.4.3 DNA電極 190
7.5 超微電極 192
7.5.1 超微電極的工作原理及特性 192
7.5.2 超微電極的制備與表征 193
7.5.3 超微電極的應用實例 194
思考題 195
第8章 模擬信號的運算、處理與接口電路 196
8.1 信號放大電路 196
8.1.1 放大電路的基本知識 196
8.1.2 放大電路的主要技術指標 197
8.1.3 運算放大器的開環特性 199
8.1.4 基本線性運算放大電路 201
8.2 信號運算電路 207
8.2.1 加減運算電路 207
8.2.2 對數和反對數運算電路 209
8.2.3 乘除運算電路 211
8.2.4 微積分與PID運算電路 215
8.3 信號線性變換電路 224
8.3.1 電壓/電流變換器 224
8.3.2 電流/電壓變換器 228
8.3.3 波形變換電路 229
8.3.4 電壓/頻率變換與頻率/電壓變換電路 230
8.4 信號非線性處理 233
8.4.1 電壓比較器 233
8.4.2 限幅放大器 238
8.4.3 死區電路 240
8.5 模數與數模轉換電路 241
8.5.1 A/D轉換電路 242
8.5.2 D/A轉換電路 251
思考題 256
第9章 傳感器應用案例分析 258
9.1 機器視覺技術在農業中的應用 258
9.1.1 農業產前環節的應用 258
9.1.2 農業生產環節的應用 262
9.1.3 農業產後環節的應用 264
9.2 近紅外光譜與高光譜成像技術應用案例 266
9.2.1 近紅外光譜技術用於果蔬品質無損檢測 266
9.2.2 高光譜成像技術用於谷物真菌毒素汙染檢測 270
參考文獻 273