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农业领域中传感器技术的发展趋势

发布时间:2018-08-19  发布者:秒速快三电子

随着多学科的交叉与新兴技术的集成应用,检测技术不断发展,新型传感器产品也层出不穷。从农业的发展趋势及农业生产各环节的需求可以预见,MEMS微传感技术、光纤传感技术、仿生传感技术、无线传感网络技术及光谱检测技术等一批新兴传感技术及检测手段,将是农业领域中传感器技术的发展。
  一、MEMS微传感器技术
  MEMS微传感器是指应用MEMS微机械电子加工工艺研制的新型敏感元件和传感器,可在芯片中集成信号的放大、滤波、反馈线路和补偿线路,具有小型化、低功耗和单件成本低等特点。MEMS微传感器主要包括微压力传感器、微加速度传感器、微角速度传感器、微型磁敏传感器、微型光敏传感器、微型热敏传感器和微型气敏传感器等。
  目前,MEMS微传感器产品已应用于汽车产业。在汽车电子控制系统中,MEMS压力传感器可用于测量气囊贮气压力、燃油压力、发动机机油压力、进气管道压力、空气过滤系统的流体压力和轮胎压力等参数;MEMS微加速度计主要用于汽车   气囊系统、系统、汽车导航系统和防盗系统等;MEMS微陀螺仪用于测量汽车的旋转速度,它与低加速度计一起构成主动控制系统。随着   农业装备智能化的推进,微传感器具有巨大的应用潜质和推广空间,国内已有工程技术人员将MEMS微加速度传感器应用于水田激光平地机,实现了平地铲水平倾角的动态检测。
  MEMS气体传感器主要指气体浓度传感器,一般是基于敏感材料吸附原理,用来测试环境中O2、CO2、CH4和C2H4的浓度,可广泛应用于现代农业环境检测。
  二、光纤传感器技术
  光纤传感器可以分为物性型和结构型两类,物性型光纤传感器是利用光纤本身(或通过光学镀膜技术在纤芯表面人为制造)的某种对环境变化的敏感特性,基于光纤的光调制效应,将输入物理量变换为调制的光信号;而结构型光纤传感器则是以光纤作为传输媒介,通过光敏元件实现信号转换的一种传感器。光纤传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、定位准确、、、易变形和无源等特性,封装在传感器外壳内,被广泛地应用在航空航天、石油化工、冶金电力等各个领域,也可以满足农业领域的应用需求。
  在农业中,为育种及温室栽培环境适宜,可采用光纤温度传感器、光纤湿度传感器实时获取环境中的温湿度情况,并采用光纤CO2传感器监测温室中的CO2浓度,以环境条件达到所需的   佳状态。为农业水利设施   ,可采用光纤光栅裂缝传感器等监测高架水渠或大型农业水利设施的健康情况,通过光纤流量传感器监测埋人地下的管道水流通畅状况。以光纤传感器为探头的光纤光度分析仪器在农产品品质无损检测中的应用也越来越广泛。
  三、高光谱检测分析技术
  高光谱技术是以纳米级的光谱分辨率和几十或几百个波段同时对地表地物成像的技术。高光谱检测分析技术是从军事应用中转化而来,并被逐步应用到工业,农业等领域。高光谱检测分析技术融合了传统的成像技术和光谱技术的特点,获取的高光谱图像具有“图谱合一”的特点,即同时含有图像信息和光谱信息。图像信息可以用来检测被检物体的外观,而光谱信息则可以反映被检物体的内部特性及品质。
  目前,在国内农业领域中,农产品品质与   检测主要还是依靠化学方法进行,化学方法是一种费时费力的破坏性检测技术。随着成像和光谱技术的发展,高光谱成像技术在   、加拿大、澳大利亚、新西兰、欧盟等发达   和地区已经广泛应用于农产品品质与   的无损检测中,在现代   农业中可满足物种鉴别、土壤分类、植物胁迫生理、作物健康、果蔬品质检测的技术要求。高光谱检测分析技术将是食品和农产品品质与   检测的工具之"一。
  四、仿生传感器技术
  仿生传感器是一种采用新的检测原理的新型传感器,它采用固定化的细胞、酶或者其他生物活性物质与换能器相配合组成传感器或传感器阵列。仿生传感器是生物医学和电子学、工程学相互渗透而发展起来的一种新型信息技术,具有性能好、寿命长的特点。
  作为一种模拟生物感官的新兴检测手段,仿生传感器技术在农业领域的应用已有较多报道。以仿生电子鼻为例,可在水果、饮料、酒类和肉类等产品的检测识别过程中,地对不同物质的气味进行分类识别。仿生电子鼻通常由若干气敏传感器组成传感器阵列,对挥发性气体进行复合检测和识别,阵列中每一个传感器对某些特定种类的气体成分敏感,使得传感器阵列对气体中不同的成分进行识别并给出总体评价。究其工作原理不难发现,这还不是意义上的仿生传感器,相信不久的将来,基于生物技术的模拟生体嗅觉、味觉、听觉和触觉仿生传感器必将问世,并在农产品和食品的检验检疫方面发挥作用。
  五、无线网络传感器技术
  无线网络传感器是具有无线网络通信功能的传感器,通常由大量的低功耗传感器节点组成无线传感网来进行信号采集工作。无线网络传感器技术涉及传感器技术、嵌入式计算技术、网络通信技术和分布式信息处理技术等多个学科领域。网络节点间采用自组织的通信方式,数据由特定的汇聚节点接收,可以探测周围环境中声、光、热等多种信号。
  由于功耗低、响应快、组网节点容量大,且成本低,无线网络传感器已在农业信息采集和远程监控中了应用。在现代精细农业中,应用无线传感网络监测土壤墒情,实施节水灌溉,减少漫灌造成的水资源浪费。在温室等农业设施中,应用无线网络传感器可同时对多个温室空气温湿度,光照强度,pH值和CO2浓度以及土壤含水量和土壤中氮、磷、钾元素含量等影响作物生长的环境信息进行实时监测,作物的增产增收。
  传感器技术是构成现代信息技术的3大基础技术之"一,技术应用覆盖农业生产从作物播种、育苗、生长,到收获、加工的全过程,是实现现代农业数字化、信息化和智能化的关键技术,是智慧农业的重要组成部分。尽管传感器技术在农业中的应用还面临着很多问题和困难,但相信随着传感器技术的,以及物联网、人工智能技术的发展和完善,农业与信息化将融合,传感器技术在农业领域的应用必将拥有   大的空间。

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