【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 000余家。美國(guó)、歐洲、俄羅斯各自從事傳感器研究和生產(chǎn)廠(chǎng)家1000余家，日本有800余家。采用微機(jī)械加上技術(shù)和微系統(tǒng)技術(shù)等新技術(shù)制造的各類(lèi)新型傳感器,如微傳感器、集成光傳感器、智能化學(xué)傳感器、超導(dǎo)傳感器、場(chǎng)效應(yīng)傳感器、硅生物傳感器等傳感器正以年均增長(zhǎng)率高達(dá)30%以上的速度發(fā)展。我國(guó)從事敏感元件與傳感器研制生產(chǎn)的院校、研究所、企業(yè)有1300多家，但研制、生產(chǎn)綜合實(shí)力較強(qiáng)的骨干企業(yè)較少，僅占總數(shù)的10%左右。第二章 設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器的種類(lèi)及性能要求設(shè)施農(nóng)業(yè)傳感器的品種較多，按其檢測(cè)參數(shù)分類(lèi)，主要有以下幾種； 土壤溫度傳感器土壤溫度傳感器用于檢測(cè)土壤溫度，一般使用的有效溫度范圍在10～40℃（土壤熱容積較大，溫度變化不是很明顯），安裝在作物根部土壤中，以測(cè)量作物的生長(zhǎng)、發(fā)育的土壤溫度及澆水后土壤的溫度變動(dòng)情況。根據(jù)溫室或大棚長(zhǎng)度安裝2～4個(gè)不等，安裝時(shí)根據(jù)不同作物根系深度確定埋土深度。 空氣溫濕度傳感器用于檢測(cè)設(shè)施農(nóng)業(yè)的空氣環(huán)境溫濕度，一般使用的有效溫度范圍在0～50℃，有效濕度范圍在30～90%。大部分安裝在溫室、大棚或畜禽舍中空氣流通較好的遮陽(yáng)處，一般根據(jù)溫室、大棚或畜禽舍長(zhǎng)度安裝1～4個(gè)不等，以避免空氣流通差導(dǎo)致的局部小氣候效應(yīng)。 土壤水分傳感器 土壤水分傳感器用于檢測(cè)土壤中水分含量，便于及時(shí)和適量澆灌。目前有兩種表示方式，其一為容積含水量，即V/V%，其二為質(zhì)量含水量，即M/M%，大部分產(chǎn)品以容積含水量表示，一般有效范圍在10～70%。因不同土質(zhì)能容納水量不同，故不同土質(zhì)在澆灌等量水后，所顯示的容積含水量會(huì)有不同。根據(jù)溫室或大棚長(zhǎng)度安裝2～4個(gè)不等，安裝時(shí)根據(jù)不同作物根系深度確定埋土深度。 CO2含量傳感器 CO2含量傳感器用于檢測(cè)環(huán)境中CO2含量，便于決定是否增施氣肥或需通風(fēng)換氣。一般以ppm為單位，有效范圍在100～1000ppm之間?？梢杂迷跍厥?、大棚中，也可以用在密封/半密封的畜禽舍中。溫室、大棚中主要檢測(cè)有光照情況下CO2含量是否低于作物光合作用的最佳濃度，在畜禽舍中主要檢測(cè)密封環(huán)境下CO2濃度是否超出影響畜禽能生長(zhǎng)發(fā)育的最大濃度，以便于及時(shí)通風(fēng)換氣。獨(dú)棟溫室、大棚或畜禽舍安裝1個(gè)即可。 NH3含量傳感器NH3含量傳感器用于檢測(cè)畜禽舍環(huán)境中NH3的含量，以決定是否需要通風(fēng)換氣和清除糞便。養(yǎng)雞場(chǎng)應(yīng)用居多，尤其是蛋雞場(chǎng)，因?yàn)殡u的消化系統(tǒng)不能完全消化飼料，大量蛋白質(zhì)通過(guò)糞便排出后，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镹H3，而NH3又是影響雞蛋產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，一旦NH3濃度超過(guò)一定值，蛋雞產(chǎn)蛋率明顯下降，甚至不產(chǎn)蛋，需要數(shù)周后才能恢復(fù)。一般安裝1個(gè)即可。 光照度傳感器用于檢測(cè)作物生長(zhǎng)環(huán)境的光照強(qiáng)度，以決定是否需要遮陽(yáng)或補(bǔ)光。單位lux（勒克司），有效范圍在200～200000Lux。一般安裝在溫室、大棚中，用來(lái)檢測(cè)作物生長(zhǎng)所需要的光照強(qiáng)度是否滿(mǎn)足最基本需要或是否達(dá)到作物的最佳生長(zhǎng)狀態(tài)，如與CO2傳感器聯(lián)合使用，可以為何時(shí)增施氣肥提供參考。安裝時(shí)考慮向陽(yáng)并且避免被遮擋。一般安裝1個(gè)即可。 營(yíng)養(yǎng)元素傳感器用于檢測(cè)作物生長(zhǎng)環(huán)境中N（氮）、P（磷）、K（鉀）的含量，以決定是否需要施肥。一般用于檢測(cè)無(wú)土栽培環(huán)境中所調(diào)配的營(yíng)養(yǎng)液中營(yíng)養(yǎng)元素含量，或根據(jù)流回的營(yíng)養(yǎng)液中元素的吸收情況決定營(yíng)養(yǎng)元素的調(diào)配比率，也可用于普通大棚或溫室中土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量檢測(cè)。由于設(shè)施農(nóng)業(yè)用傳感器是在系統(tǒng)中發(fā)揮作用，因此傳感器的性能必須符合以下要求：農(nóng)業(yè)用傳感器的使用環(huán)境比工業(yè)更惡劣，如高溫、高濕。傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性要更高，需要解決涉及傳感器穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)包括材料、工藝等。 設(shè)施農(nóng)業(yè)的實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)人為調(diào)節(jié)和控制作物生長(zhǎng)環(huán)境條件，是通過(guò)一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。傳感器的性能都應(yīng)該與控制系統(tǒng)相適應(yīng)。這樣才能使系統(tǒng)真正做到快速反應(yīng)和調(diào)控環(huán)境的高效工作。由于用量較大，因此必須要求其價(jià)格較低廉，否則難以推廣。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的高速發(fā)展，傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將會(huì)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。 第三章 新型傳感器在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用近年來(lái)，多學(xué)科交叉技術(shù)的綜合應(yīng)用，推動(dòng)了新一代傳感器的誕生與發(fā)展。這些新型傳感器在農(nóng)業(yè)中得到了進(jìn)一步的應(yīng)用。通常光纖傳感器可以分為功能型 ( 傳感類(lèi)) 和非功能型 ( 傳光型) 兩類(lèi)。光纖傳感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、定位準(zhǔn)確、耐高溫、耐腐蝕、易變形和無(wú)源等特性，它在農(nóng)業(yè)上的典型應(yīng)用是在農(nóng)田水利設(shè)施中采用光纖光柵傳感器對(duì)水渠的裂縫狀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但因成本收益問(wèn)題，目前更多地則是應(yīng)用在大壩安全檢測(cè)中。在育種、溫室大棚種植和農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)藏方面，用光纖溫度傳感器實(shí)時(shí)獲取環(huán)境溫度信息，用光纖氣體傳感器測(cè)量 CO2等氣體的濃度，以保證環(huán)境條件達(dá)到所需的最佳狀態(tài)[1]。此外，以光纖傳感器為探頭的光纖光度分析儀器在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。劉燕德等[2,3]利用光纖傳感器在非接觸式水果品質(zhì)檢測(cè)方面做了很多有益的嘗試和探索性的研究，取得了一系列成果。 MEMS微電子傳感器MEMS ( Microelectro Mechanical Systems) 微機(jī)電系統(tǒng)是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，涉及電子、機(jī)械、材料、物理、化學(xué)、生物和醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。利用 MEMS 加工制備的新一代傳感器件，在傳輸前可進(jìn)行信號(hào)的放大，減少干擾和傳輸噪聲，提高信噪比。同時(shí)，芯片上集成有反饋線(xiàn)路和補(bǔ)償線(xiàn)路，可有效地改善輸出的線(xiàn)性度和頻響特性。MEMS傳感器有微機(jī)械加速度傳感器、微機(jī)械角速度傳感器、微型壓力傳感器、微型磁傳感器、微型光傳感器、微型熱傳感器、微型氣敏傳感器、微型化學(xué)傳感器、微型生物傳感器和微型電場(chǎng)傳感器等。MEMS 傳感器在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要集中在制造超光譜成像系統(tǒng)上，利用超光譜成像技術(shù)可以隨時(shí)觀(guān)測(cè)貨架上食物的霉變情況，也可用來(lái)鑒定商品商標(biāo)的真?zhèn)?。光子學(xué)和MEMS 領(lǐng)域的先進(jìn)研發(fā)機(jī)構(gòu)Infotonics與美國(guó)康奈爾大學(xué)合作，研制了一種基于電容率的傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視并固定牛奶中的病原體，如發(fā)生固化，病原體附著在傳感器陣列的分子探針上，引起電容發(fā)生變化，用其和參考傳感器的電容作對(duì)比，則可證明病原體的存在。這在檢查奶牛乳腺炎的過(guò)程中發(fā)揮了積極的作用，可以較早發(fā)現(xiàn)病癥，減少奶農(nóng)損失［4］。仿生傳感器，是一種采用新的檢測(cè)原理的新型傳感器，它采用固定化的細(xì)胞、酶或者其他生物活性物質(zhì)與換能器相配合組成傳感器。這種傳感器是近年來(lái)生物醫(yī)學(xué)和電子學(xué)、工程學(xué)相互滲透而發(fā)展起來(lái)的一種新型的信息技術(shù)。這種傳感器的特點(diǎn)是性能好、壽命長(zhǎng)。在仿生傳感器中，比較常用的是生體模擬的傳感器。仿生傳感器是目前的熱門(mén)研究領(lǐng)域，機(jī)器人傳感器是其中的典型代表。機(jī)器人傳感器的功用包括自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)和外部環(huán)境信息的感應(yīng)兩方面，機(jī)器人內(nèi)部傳感器按用途分為位置檢測(cè)傳感器、位移檢測(cè)傳感器、角位移檢測(cè)傳感器、速度檢測(cè)傳感器、加速度檢測(cè)傳感器和力檢測(cè)傳感器。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的變革