光纤传感器在农业上的应用.doc

图 1 光纤光栅温度传感器陈渊彬, 陆朝荣(丹阳市农林局)摘要：介绍了光纤传感器的种类、工作原理以及它作为一种新型传感器所具有优良的性能，阐述了光纤传感器在农业生产的各种领域所得到的应用。关键词：光纤传感器；农业；应用0前言过探测传导光的物理量的改变就可获知外界环境物理量的改变。非功能型传感器本身不发生物理改变， 外界的改变使得通过传感器光纤的传导光的物理性 质发生改变从而获知环境物理量的改变。光纤传感 器具有以下优点：（1）无电探测，本质上抗电磁干扰， 现场精度高。（2）可长距离探测；由于信号损耗较小， 因此不必像传统的传感器那样采用总线的方式，只 要通过串联即可完成远处传感器的连接，安装方便。（3）灵敏度高，响应快。4）耐腐防水，施工适应性好。以下介绍几种农业中常用光纤传感器。1.1光纤温度传感器 采用不同的原理可以制成不同的光纤温度传感器。我们以光纤光栅温度传感器为例。如图 1 所示， 在其内部安装一个光纤光栅，当外界温度改变传导到光纤光栅后，热膨胀效应使得光栅常数发生改变， 从而引起通过光纤的传导光在特定的波长出现吸收或加强。这个波长值与原参考波长的差值就反应了温度值。近年来，随着计算机技术、激光技术及光纤制作工艺的飞速发展，光纤传感器取得了长足的进步。其 可靠性、灵敏度及成本均已呈现出优于传统传感器 的趋势。相比于其他领域的传感器技术，农业传感器 技术更复杂，不仅覆盖领域繁多（几乎覆盖自然的各 个领域），而且其对精度与稳定性的要求都相当高。 农业传感器的主要工作对象是具有生命的动植物及 其所处的环境，信号极其微弱，干扰因素大，阻抗极 高，准确测试难度大。光纤传感器所具有的优良性能 正可以满足在农业领域广泛应用的要求。1农业用光纤传感器通常，按照光纤在传感器中的作用，把光纤传感 器分为两种类型：功能型和非功能型。功能型传感器 中，光纤本身物理量受外界因素影响而产生变化，从 而引起传导光的强度、偏振、相位、波长发生改变，通1.2 光纤湿度传感器光纤湿度传感器是基于光在光纤的传输中， 当光纤芯表面涂有的物质因吸收周围空气中的水汽颜色发生改变时，将影响传感器的光谱吸收。例 如用明胶膜把氯化钴固定在光纤纤芯的表面上。化钴变成粉红色。当有光射入光纤时，大部分光传入膜中，与氯化钴分子相互作用，对大气中湿度的 变化产生相应的效应。随着外界湿度大小的变化， 敏感光波段的光吸收也随之变化，这样就可以检 测湿度的变化了。 图 2 为 光纤湿度传 感器示意大气或水体中的 CO2 气体作为样品进入外管，通过扩散作用再透过 TeflonAF 管壁进入指示剂溶液，经 过水合、离解、显色等反应，最后利用分光光度法测1.3 光纤 CO2 传感器基于指示剂的 CO2 光纤传感器的工作原理为：定 CO2 分压。2 光纤传感器在农业上的应用2.1光纤传感器在培育良种方面的应用 种子是农业生产的第一环节，监测育种环境对培育优良品种具有举足轻重的作用。采用光纤温度传感器、光纤湿度传感器能够实时获取育种环境中 的温湿度情况，再辅以自动控制调温调湿系统就能 使育种环境达到最佳状态，从而培育出优质良种。2.2光纤传感器在农田水利系统中的应用 较大的农田水利设施如高架水渠等可以采用光纤光栅裂缝传感器等监测水渠的健康情况。另外埋 入地下的管道可以通过光纤流量传感器来监测水流的通畅状况。2.3光纤传感器在农业种植方面的应用 大棚种植基地对种植环境的良好控制是获得较高效益的前提条件。光纤温度传感器可以帮助控制 温度，而光纤湿度传感器则可以帮助调控湿度；另外 光纤二氧化碳传感器则可以有效地监测二氧化碳的浓度，以保证农作物能进行最佳光合作用。2.4光纤传感器在农产品分类加工方面的应用 农产品的分类加工是农业生产的后道工序，一般的农产品及农副产品都需要分类加工，在这个过程中需要各种传感器。其中光纤湿度传感器与光纤温度传感器是必不可少的。2.5光纤传感器在农产品储藏方面的应用 农产品在储藏过程中需要大量传感器。以粮仓为例，可利用光纤温度传感器及光纤湿度传感器来获取粮仓的环境信息来指导通风翻晒等作业。对水 果、蔬菜等的储藏需要相应的光纤气体传感器来测 量乙烯、氧、二氧化碳、氨、氟利昂等气体的浓度。3结语农业生产中的自动化对于提高农业生产率，提高单位面积农作物的产量以及农产品的储藏都具有 明显的积极意义。光纤传感器具有的高灵敏度、强抗 干扰性、耐腐蚀以及施工方便等优良性能使其在农 业中的应用具有广阔的前景。参考文献：1 蔡文斌，苏义鑫. 基于农业大棚低功耗无线环境监测系统 的设计J. 华中农业大学学报，2008,27(4):549552.2 张爱英，霍文晓，姜静. 传感器技术在现代农业发展中的 应用J. 科技信息，2008（31）：319.3 鲁中明，戴民汉，许昆明，陈进顺. 一种光纤化学二氧化碳 传感器的研制J. 高技术通讯，2003,11:3843.26总第 157 期file:/D|/我的资料/Desktop/新建文本文档.txtAppliance Error (configuration_error)Your request could not be processed because of a configuration error: Could not connect t