光纤传感器在农业上的应用

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1、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 。

2、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

3、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

4、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

5、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

6、 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

7、 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

8、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

9、 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

10、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

11、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 to LDAP server.For assistance, contact your network support team.file:/D|/ 我的资料 /Desktop/ 新建文本文档 .txt2012-07-12 20:42:52