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温室大棚专用传感器的国内外研究

来源:北方温室大棚建设 时间:2014-03-24 点击:

   要实现高水平的温室大棚设施农业生产,信息获取手段是最重要的关键技术之一。现代温室大棚系统的自动化、智能化、精准化控制管理,要求系统中的传感器具有较高的可靠性,并在最大程度上获取较多的温室大棚环境信息及作物生理信息。

        目前,用于获取温室大棚设施农业生理生态信息的主要手段是利用电子技术研究开发相应的智能传感器,将生理生态信息的模拟信号转化为可以用于存储和处理的数字信号。21世纪最具代表性的一项高新科技成果是智能传感器,智能传感器是带微处理器、兼有信息检测和信息处理功能的传感器,其主要特征是,将传感器监测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地融合在一起,具有一定的人工智能作用。  
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          图:现代连栋智能温室生产
         要实现高水平的温室大棚设施农业生产,信息获取手段是最重要的关键技术之一。现代温室大棚系统的自动化、智能化、精准化控制管理,要求系统中的传感器具有较高的可靠性,并在最大程度上获取较多的温室大棚环境信息及作物生理信息。由于温室大棚设施的封闭特性,致使内部环境因子变幅较大,经常表现为高温、高湿、有害气体浓度变化剧烈、有人工补光措施时光照强度变化剧烈等特点,同时对培养基质含水量及养分、生物生理信息的测量也有很大难度,上述特点决定了对温室大棚专用传感器性能的要求较高,因此开发适合于温室大棚生产状况的高可靠性环境传感器和生理信息传感器就显得尤为必要。 
         温室大棚环境信息传感器可以对温室大棚环境、水肥信息进行自动监测,并为分析植物的实时生长状况、预测植物生长趋势提供数据支持,为用户提供温室大棚环境与植物生长状态的必要信息;温室大棚生理信息传感器能检测植物的实时生长状况,如植物的茎粗、叶温、叶湿、茎流及果实生长的变化情况,为分析植物的长期生理特性提供数据支持,从而预测植物的生长趋势,并以报警形式反映植物是否受到干早、高温等环境胁迫。正是因为具有以上特点,使得温室大棚专用环境信息传感器和生理信息传感器成为进行不同材料、不同条件、不同样品处理、不同农学措施等科研和生产管理的有效监控和信息获取工具。
          近年来,国外在温室大棚专用传感器,尤其是关于温室大棚作物的水分测定传感器方而进行了较多的研究。如GuanFeng于1998年应用温度-湿度梯度原理,发明了测量植物蒸散的新的计算方法和装置;Walz于1995年发明了一种集成植物呼吸、光合作用与蒸散的测量装置;Murray于1998年对棉花进行了水分胁迫的研究,提出了通过对棉花水分胁迫的监测,评估作物生长发育状况的方法;在土壤水分测定方面,Koehler于1993年应用脉冲回声原理,发明了一种测定含水量的装置,可以据此制定灌溉方案,Vidal于1998年利用土壤电导率与土壤含水景之间的关系,发明了根据电导率测量土壤水分的装置。另外,国外如日本、以色列、加拿大等国在温度、湿度、二氧化碳等传感器方面,也相继开发出了适合温室大棚环境的专用传感器,并在实际中进行了大量应用。
         国内对于传感器的研究相对落后,能适用于特殊环境条件(高温、高湿、变幅剧烈、化肥农药污染等)的传感器非常缺乏,特别是连续长期运行时,在稳定性、精确度、一致性等方面与国外水平相比还存在较大的差距。另一方面,国内传感器种类偏少,针对气象环境等因子的传感器较多,而对植物生理生态因子的传感器非常少。国外以色列的Phytech公司、澳大利亚的ICT公司,以及加拿大的Argus等公司研制了能够测量果实膨大、茎杆增长、茎流速率等生物信息的传感器,并在科研和实际生产中得到了应用,但因其价格昂贵,无法满足我国科研和实际生产的需求。
                       温室大棚温湿度传感器
                       图:温室大棚育苗使用的温湿度传感器
         当前传感器发展的主流是向微型化、数字化、傻瓜化发展,具有自补偿、自校正、自诊断、远程设定、状态组合、信息存储和记忆等功能。数字化传感器通过“直接校准法”,把被测物理量直接转换成数字,其主要特点有成本低廉、性能稳定、抗干扰能力强、宜于远距离传输、不需要任何外接器件就能与计算机直接接口等。傻瓜化传感器是实现传感器的“即插即用”,使用简单、方便。使传感器向“傻瓜”型发展,是今后传感器行业应该解决的课题。从20世纪80年代中期起,美国、日本和欧洲都先后加强了微传感器及其制造工艺的研究力量,现在微传感器已开始从实验室进入实用阶段,有的已经形成产业。
(作者:郑新雨 北方温室大棚建设网)
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