设施农业中湿度传感器的应用状况研究与设计

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1、设施农业中湿度传感器的应用状况研究与设计摘要：分析了近年来设施农业中湿度传感器的应用状况，对湿度传感器进行了介绍，设计了一种新型的测量湿度范围宽、精度高、功耗低的传感器电路。关键词：设施农业；湿度传感器；湿敏元件；设计1引言我国虽是农业大国，但要解决十二亿人口的吃饭问题还是个值得重视的问题。这个问题解决的关键在于提高农业生产效益和增强抗灾能力。随着社会的进步和科学的发展，设施农业已成为解决上述问题的一种农业新兴产业。设施农业是借助温室及配套装置来调节和控制作物生产环境条件的新农业生产方式，是农业摆脱自然制约的有效手段，是对常规农业的革命性发展，是高产、高效、优质

2、和技术密集型的农业。近年来，国外如以色列、荷兰等国在设施农业中研究和生产方面已达到很高水平。我国近年来，塑料大棚和日光温室为主体的设施农业正迅速发展，但与国外相比，普遍存在科技含量低、劳动强度大、生产水平和效益低下。因此，迫切需要技术改进，以提高我国设施农业的整体水平。要实现高水平的设施农业，信息获取手段是最重要的关键技术之一。温度与湿度是其中最为关键的两种信息，由于温度的测控方法种类繁多，其配用的控制仪表也在不断更新，因此温度指示的精度和控制的效果一般都已达到生产、检测的需要。但测量湿度就比测量温度要复杂得多，因为温度是个独立的被测量，而湿度却受其他因素（大气

3、压强、温度）的影响，湿度的校准也是一个难题。可人们还是希望湿度的测量也能像温度一样直观显示、控制。目前市场上和实际应用的湿度传感器普遍存在着使用比较复杂，价格比较昂贵等问题，因此，研究并设计一种性能价格比高的湿度传感器就显得尤为必要。2国外湿度传感器的应用状况2.1　湿度传感器介绍湿度传感器自1972年在专利中出现以来，得到迅速发展。从电解质到有机物再到金属及氧化物、半导体、玻璃陶瓷、高分子化合物，年年增加，其中用于检测的电阻式占多数，有机高分子材料发展也很快。半导体二极管及MOSFET式、限界电流式、表面式、光纤式等新型湿度传感器也不断出现。其中用于测定湿度的

4、方法到目前为止已有各种各样，这些检测的方法主要有：（1）由于湿度交化产生物理伸缩的材料，如：毛发丝、青蛙皮、印壳膜等，可测量湿度；（2）利用水的蒸发可测定湿度，干球式湿度计就是利用这种原理制成的；（3）红外法是采取只有水蒸气选择吸收的波长进行测定；（4）电子湿度传感器只限于由于湿度改变而引起的电子性质变化类（如电阻、电容、频率等），这类传感器中的LiCl为电解质类的代表；（5）利用电磁波测定湿度，如利用微波式、晶振式等。湿度传感器的种类很多，从原理上可分成三大类：（1）电容式湿度传感器在一对电极间，夹有某种物质，当它吸附水蒸气时，使电极间电容量发生变化。（2）电

5、阻式湿度传感器当空气中的水蒸气吸附在具有某种性质的电阻上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。这种湿度传感器种类很多，最常用的有陶瓷湿度传感器和高分子电阻式湿度传感器等。5另外还有其它类型的湿度传感器，但大多都还没投入使用，仅限于理论上。像利用光学变化的湿度传感器，利用声表明波的湿度传感器及利用电磁波的湿度传感器等等。2.2　湿度传感器在农业中的应用国外传感器在设施农业中的应用研究起源于20世纪60年代，90年代在设施农业中传感器的应用逐步形成完整体系，以荷兰为代表的欧美国家大力推广传感器在设施农业中的应用技术。（1）在微灌方式中，在土壤

6、下埋有湿度传感器，可以传回有关土壤湿度的信息。以此了解真实需水情况，确定灌溉与否和时间长短；（2）在新型的生物与环境信息监控系统中，良好性能的湿度传感器用于检测环境湿度，一旦湿度不适宜农作物的正常生长，智能化的湿度传感器会自动发出报警信号，以提示另外一种湿度调节器增湿或降湿。（3）在日光温室中，调光有限，主要以调温、湿、CO2浓度、水、养分为主。其中对湿度的检测和控制当然需采用高性能的湿度传感器。（4）玻璃温室是荷兰、英国、法国、德国、日本等国家发展的一种现代化温室，在这种温室里面，湿度传感器遍及多个角落，土壤深层，土壤表层，地面的多个方位，空中的多个方位。这里

7、对湿度传感器的准确度要求很高，而这些国家基本上已达到世界上湿度检测的最高标准0.5度，这为他们成功地实施玻璃温室奠定了一定的基础。3国内湿度传感器的应用状况我国的湿度传感器研究起步于60年代中期。80年代初，受日本等发达国家的影响，众多的高校、研究所相继在这一领域开展工作。从1980年到1990年的10年间，测量的研究开发工作一度掀起了热潮。目前，全国除海南、广西、贵州外，其他省区和直辖市均有研究单位。据统计，连同生产及销售机构在内，现已有120多个单位涉及这方面工作。经过多年研究，高分子湿敏元件及传感器已产业化，而陶瓷湿度传感器虽经国家“六五”重点攻关，“七五

8、”和“八五”也有少量投入