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mems传感器在农业的应用,MEMS传感器的应用案例

文章出处:新闻动态 责任编辑:百世精工科技 发表时间:2023-04-27 20:13:57
  
  

       全球对将当前的农业转变为主要基于精准农业(PA)的农业越来越感兴趣,这将需要采用先进的传感器和信息技术来改变该领域的生产率。由于MEMS技术具有经济、精确和灵敏的优势,这些传感器无疑将在PA的兴起中发挥重要作用。

mems传感器在农业的应用

一、农业遇到的逆境

       虽然历史上的农业是从狩猎采集人口向农业社会的过渡中产生的,但现代农业已经在过去几个世纪出现的技术进步中发生了变化。除了改善与日常农业工作相关的总体任务外,这些进步对于确保快速增长的全球人口有足够的粮食生产也至关重要。同样,当出现某些不可避免的限制,例如气候剧烈变化、降雨量减少和温度剧烈波动时,也利用了几种方法,以改善农业产出。基于微机电系统(MEMS)的传感器在直接解决农业产业中这些问题的能力方面呈现出光明的未来。


二、MEMS传感器的机理

       自1986年首次引入公共市场以来,已经推出了数百万种基于MEMS传感器技术的不同器件并实现了商业化。MEMS传感器的一些最常见应用包括那些集成到喷墨打印机、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(光学测量仪器)、加速度计陀螺仪的打印机头中的传感器。


       作为惯性传感器,任何MEMS传感器的最基本工作原理都是从倾斜开始的,该倾斜施加在蚀刻在传感器集成表面的硅表面上的小证明质量上。然后,该力在电位内产生差异,也称为其位移,由位置测量接口电路测量。通过使用模数转换器(ADC),该测量结果被转换为数字信号,然后进行处理。与牛顿第二运动定律一致,该定律指出力等同于质量乘以加速度,MEMS器件的倾斜(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传感器的关键组件,因为它的功能是精确测量加速度相对于移动的小证明质量产生的电容。压电加速度计以其高精度和稳定性而广为人知,这使得这些设备不受温度和噪声变化的影响,同时消耗更少的能量。


三、MEMS传感器在农业的应用近期发展

       尽管MEMS传感器在汽车、医疗保健和消费品行业的应用在过去几年中显著增加,但这些传感器在农业中的应用对于该行业来说是一个相当新和令人兴奋的机会。


       MEMS传感器目前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的树液流量测量和果实直径测定。


1、用于土壤的 MEMS 传感器

       作为任何农业项目的重要组成部分,土壤质量决定了任何作物的生产力和产量。这种农业成分在土壤的电导率和水分含量中直接起作用的最重要方面是其pH值,它反映了其酸度或碱度。


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


       最近一项关于农业MEMS传感器聚合的研究发现,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、三元共聚物和衣康酸的高吸水性共聚物表现出pH传感能力。


2、用于监控环境的MEMS传感器

       太阳辐射为地球上无数形式的生命提供热量和能量,以支持人类的新陈代谢活动,使海洋变暖并推动植物的光合作用。


       在光合作用过程中,太阳的光合有效辐射(PAR)可以在400纳米(nm)至700nm的波长范围内至关重要。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,这证明了其未来有前途的商业可行性。


       除了PAR,风速在决定农田生产力方面也可以发挥有趣的作用。传统的风速传感器在工作原理上通常是机械或超声波的,而最近基于MEMS的传感器已经证明了它们能够精确测量风速。


       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,传感器的加热组件暴露在空气中,并且会经历与风速相关的一定量的热损失。


四、MEMS传感器的应用案例:结论

       这里讨论的不同基于MEMS的农业传感器为该行业提供了光明的未来。值得注意的是,这些MEMS传感器的商业化需要首先克服与该技术相关的几个挑战,其中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的器件的功耗。


       在这些传感器商业化之前必须解决的其他问题包括数据可靠性、灵敏度、安全性、可扩展性和管理。虽然这些挑战可能令人生畏,但它们可以作为研究人员将传感器推向市场的指导工具。


       传感器相关型号:3DMCX5-AR、、3DMGX5-AR3DMGX5-GNSS/INS


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