解读智能传感器的运作模式

Image

在全球,将当前农业产业转换为主要基于精确农业(PA)产业的需求正与日俱增,当中将需要使用先进的传感器和信息技术来改变农业领域生产率。

由于MEMS技术具有经济,精确和灵敏的优势,因此这些传感器无疑在功率放大器的兴起中发挥重要作用。

解决农业问题

尽管历史悠久的农业起源于从狩猎采集者向农业社会的转变,但现代农业已因过去几个世纪以来出现的技术进步而发生了转变。

除了改善与日常农业工作相关的总体任务之外,这些进步对于确保快速增长的全球人口的充足粮食生产也至关重要。

同样,在某些不可避免的限制出现时,例如气候的剧烈变化,降雨减少和温度的剧烈波动,已经利用了几种方法来提高农业产量。

基于微机电系统(MEMS)的传感器在直接解决农业行业中的这些问题的能力方面展现出了大好前景。

MEMS传感器的机理

自从1986年首次将MEMS传感器引入公共市场以来,数百万种基于MEMS传感器技术的不同设备已被引入并商业化。MEMS传感器的一些最常见的应用包括集成到喷墨打印机,投影系统,无人机,麦克风,数码相机,智能手机,生物传感器,光学传感器,加速度计和陀螺仪等产品中。

作为惯性传感器,任何MEMS传感器的最基本的工作原理都始于倾斜,该倾斜被施加到小质量块上,该小质量块被蚀刻到传感器集成表面的硅表面上。

然后,该力产生一个存在于电位内的差异,该差异又称为其位移,该位移由位置测量接口电路测量。通过使用模数转换器(ADC),此测量结果将转换为数字信号,然后进行处理。

与牛顿第二运动定律一致,牛顿第二运动定律指出力等于质量乘以加速度,MEMS设备的倾斜(否则可以理解为施加的加速度)将产生产生位移的力。

因此,加速度计是任何MEMS传感器的重要组成部分,因为它的功能是准确测量相对于移动的小型检测质量的加速度所产生的电容。

其中,MEMS压电加速度计以其高精度和稳定性而闻名,这使这些设备不受温度和噪声变化的影响,同时消耗的能量更少。

MEMS传感器最近的发展

尽管在过去的几年中,MEMS传感器在汽车,医疗保健和消费品行业中的应用已显着增加,但是将这些传感器应用于农业领域是一个相当新的机遇。

MEMS传感器目前可用于改善许多农业条件,包括涉及土壤,环境,杂草控制,幼苗和其他组件的条件。此外,这些传感器还用于该行业生产部门中的汁液流量测量和水果直径确定。

MEMS土壤传感器:

作为任何农业项目的重要组成部分,土壤质量决定着任何作物的生产力和单产。这种直接影响土壤电导率和水分含量的农业成分的最重要方面是其pH值,它反映了其酸度或碱性。

农业工人定期准确测量pH的能力将调节植物的基本过程,包括光合作用,授粉施肥以及各种疾病状态。

农业MEMS传感器聚合的最新研究发现,光固化聚合物,甲基丙烯酸甲酯(MMA)和甲基丙烯酸(MAA)的丙烯酸类共聚物,衣康酸的三元共聚物和超吸收性共聚物均具有pH传感功能。

监测环境的MEMS传感器:

太阳辐射为地球上无数种生命提供热量和能量,以支持人类的新陈代谢活动,温暖海洋并推动植物的光合作用。

在光合作用过程中,至关重要的是太阳的光合有效辐射(PAR),其波长范围可以在400纳米(nm)至700 nm之间。2018年的一项最新研究讨论了基于硅二极管阵列的新型PAR传感器的开发,该传感器可精确测量,记录和存储光强度信息,这证明了其在未来的商业前景。

除了PAR之外,风速在确定农田的生产力方面也可以发挥有趣的作用。传统的风速传感器在功能原理上通常是机械的或超声波的,而最近的基于MEMS的传感器已经证明了它们能够精确测量风速的能力。

更具体地说,基于悬臂的MEMS传感器在暴露于风中时会弯曲,并通过热或机械原理获得速度测量值。对于热MEMS传感器,传感器的受热组件暴露于空气中,并且会经历一定量的与风速有关的热损失。

结语:

尽管基于MEMS的不同传感器为农业提供了光明的未来。但值得注意的是,这些MEMS传感器的商业化首先需克服多个技术难点,包括与传统传感器相比MEMS传感器的成本相对较高以及基于MEMS设备的功耗等。

文章转载自:传感器专家网

文章分类

相关文章

最新内容

关注微信公众号,抢先看到最新精选资讯

关注村田中文技术社区微信号,每天收到精选设计资讯