农业传感器及其应用研究综述

农业传感器及其应用研究综述目录摘要.........................................................................2第一章引言...................................................................2第二章设施农业传感器的种类及性能要求..........................................32.1设施农业用传感器的分类..................................................32.2农业传感器的性能要求....................................................4第三章新型传感器在农业中的应用.................................................53.1光纤传感器..............................................................53.2MEMS微电子传感器.......................................................53.3仿生传感器..............................................................53.4电化学传感器............................................................6第四章农业传感器研究现状与开发建议.............................................74.1国内外农业传感器研究现状................................................74.2开发建议...............................................................8第五章结束语..................................................................9参考文献......................................................................10农业传感器及其应用研究综述摘要：传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。其原理是利用物理效应、化学效应及生物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量。传感器技术是现代信息技术的重要基础技术之一，许多国家都把传感器技术列为尖端技术。随着现代检测、控制和自动化技术的发展，传感器技术越来越受到人们的重视，特别是随着科学技术、经济发展的需要，传感器在各个领域中的应用日益显著。现代农业是取代传统农业，以现代科学技术和设备武装的，并以现代管理方法来经营的社会化、商品化农业，是国民经济中具有较强竞争力的现代产业。在现代农业的各个环节中，传感器技术得到了非常广泛的应用。关键词：农业传感器；研究现状；发展趋势ReviewofagriculturalsensorandItsApplicationResearchAbstract:thesensoristhatfeelingscanbemeasuredunder,andaccordingtocertainrulestoconverttheoutputsignalofthedeviceordevicesavailable.Itsprincipleistousephysicaleffectandchemicaleffect,biologicaleffect,thephysicalquantity,themeasuredchemicalquantity,biomassandotherparametersisconvertedintoelectricity.Sensortechnologyisoneofthemostimportantbasictechnologiesofmoderninformationtechnologies;manycountriestakethesensortechnologyascutting-edgetechnology.Withthedevelopmentofmoderndetection,controlandautomationtechnology,sensortechnologyhasbeenpaidmoreandmoreattention,especiallywiththeneedsofscienceandtechnology,economicdevelopment,applicationofsensorsinvariousfieldsintheincreasinglyobvious.Modernagricultureistoreplacethetraditionalagriculturetothemodernscience,technologyandequipmentofarmed,socialization,commercializationofagricultureandmodernmanagementmethodstomanage,isthemodernindustryhasstrongcompetitivenessinthenationaleconomy.Eachlinkinmodernagriculture,sensortechnologyhasbeenwidelyapplied.Keywords:Agriculturalsensors;researchstatus;developmenttrend第一章引言传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息（如温度、压力、湿度等）具有感受与检出功能,并按照一定规律转换成与之对应的有用电信号的元器件或装置。有时,传感器感受到的信号是一些微弱的信号,干扰信号有时幅度可能会超过需检测的信号,因此消除串入的噪声就成为了一项关键的技术。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换,一切准确的测试与控制都将无法实现,即使最现代化的电子计算机,没有准确的信息或有不失真的输入,也将无法充分发挥其应有的作用。由于自动控制技术的发展,特别是信息技术、计算机技术和机器人技术等高新技术发展的需要,传感器技术开始受到普遍的重视。20世纪中期传感器技术问世。在那时，传感技术的发展比计算机技术和数字控制技术都落后，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段，并没有投入到实际生产与广泛应用中，转化率比较低。在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究，在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的。以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额，各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业也迅猛发展.传感器大体可分为3代,第1代是结构型传感器.它利用结构参量变化来感受和转化信号.如电阻应变式传感器,它是利用金属材料发生弹性形变时电阻的变化来转化电信号的.第2代传感器是70年代开始发展起来的固体传感器,这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,是利用材料的某些特性制成的.如利用热电效应、霍尔效应、光敏效应分别制成的热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。第3代是刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，这类传感器具有一定的人工智能。传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。近十几年来，传感器的产量及市场需求年增长率均在10%以上。目前世界上从事传感器研制生产单位已增到5000余家。美国、欧洲、俄罗斯各自从事传感器研究和生产厂家1000余家，日本有800余家。采用微机械加上技术和微系统技术等新技术制造的各类新型传感器,如微传感器、集成光传感器、智能化学传感器、超导传感器、场效应传感器、硅生物传感器等传感器正以年均增长率高达30%以上的速度发展。我国从事敏感元件与传感器研制生产的院校、研究所、企业有1300多家，但研制、生产综合实力较强的骨干企业较少，仅占总数的10%左右。传感器技术应用于设施农业，对设施农业的发展带来了极大的影响和巨大的推动。近年来，国外如以色列、荷兰等国在设施农业方面的研究和生产已达到很高水平；发达国家已经形成了比较完善的、成套的技术和设施，并在向高度自动化、智能化发展。我国在设施农业方面发展较快，已经取得了一些研究成果并投入实际应用。国内以塑料大棚和日光温室为主体的设施农业正在迅速发展。但与发达国家相比，还有一定差距，尤其是在设施养殖方面，无线传感器网络的研究成果与应用案例还很少。基于目前我国的设施农业科技含量相对较低，设施水平、机械化程度相对低下的状况，我们需要在借鉴国外的经验、教训和模式、引进国外先进技术的基础上，注重自主创新，加大对无线传感器网络在设施农业方面的研究力度。本文主要介绍设施农业传感器的种类及性能要求,分析国内外农业传感器的研究现状，介绍了新型传感器在农业中的应用.希望通过该论文对今后农业传感器的研究和开发应用起到一定的借鉴作用。第二章设施农业传感器的种类及性能要求2.1设施农业用传感器的分类设施农业传感器的品种较多，按其检测参数分类，主要有以下几种；2.1.1土壤温度传感器土壤温度传感器用于检测土壤温度，一般使用的有效温度范围在10～40℃（土壤热容积较大，温度变化不是很明显），安装在作物根部土壤中，以测量作物的生长、发育的土壤温度及浇水后土壤的温度变动情况。根据温室或大棚长度安装2～4个不等，安装时根据不同作物根系深度确定埋土深度。2.1.2空气温湿度传感器空气温湿度传感器用于检测设施农业的空气环境温湿度，一般使用的有效温度范围在0～50℃，有效湿度范围在30～90%。大部分安装在温室、大棚或畜禽舍中空气流通较好的遮阳处，一般根据温室、大棚或畜禽舍长度安装1～4个不等，以避免空气流通差导致的局部小气候效应。2.1.3土壤水分传感器土壤水分传感器用于检测土壤中水分含量，便于及时和适量浇灌。目前有两种表示方式，其一为容积含水量，即V/V%，其二为质量含水量，即M/M%，大部分产品以容积含水量表示，一般有效范围在10～70%。因不同土质能容纳水量不同，故不同土质在浇灌等量水后，所显示的容积含水量会有不同。根据温室或大棚长度安装2～4个不等，安装时根据不同作物根系深度确定埋土深度。2.1.4CO2含量传感器CO2含量传感器用于检测环境中CO2含量，便于决定是否增施气肥或需通风换气。一般以ppm为单位，有效范围在100～1000ppm之间。可以用在温室、大棚中，也可以用在密封/半密封的畜禽舍中。温室、大棚中主要检测有光照情况下CO2含量是否低于作物光合作用的最佳浓度，在畜禽舍中主要检测密封环境下CO2浓度是否超出影响畜禽能生长发育的最大浓度，以便于及时通风换气。独栋温室、大棚或畜禽舍安装1个即可。2.1.5NH3含量传感器NH3含量传感器用于检测畜禽舍环境中NH3的含量，以决定是否需要通风换气和清除粪便。一般以ppm为单位，有效范围在0~100ppm之间。养鸡场应用居多，尤其是蛋鸡场，因为鸡的消化系统不能完全消化饲料，大量蛋白质通过粪便排出后，经过复杂的化学反应转变为NH3，而NH3又是影响鸡蛋产量的关键因素，一旦NH3浓度超过一定值，蛋鸡产蛋率明显下降，甚至不产蛋，需要数周后才能恢复。一般安装1个即可。2.1.6光照度传感器光照度传感器用于检测作物生长环境的光照强度，以决定是否需要遮阳或补光。单位lux（勒克司），有效范围在200～200000Lux。一般