传感器最早用于工业生产自动化,随着科学技术的发展,传感器应用到各个领域,在各行各业中起到极好的作用。本文将介绍传感器在现代农业及渔业中的一些应用,以飨读者。
传感器在农业中的应用
在农业技术中,各种农作物的育苗、生产、收获、储藏与流通等环节,广泛地使用各种传感器,进行各种参数的检测与控制,帮助人们去科学种田。下边就一些应用情况作些介绍。
1.遥感技术在农业中的应用
所谓遥感就是远距离获得感觉的一种技术,它是使用人造卫星或航天飞机等交通工具,采用各种传感器来观测地球表面,从所获得的数据、图像,取得有关环境和资源的有用信息的科学技术。
在遥感技术中,主要使用从近紫外到红外和微波作为信息载体,并相应地采用能检测这些信息的传感,检测的信号经电子线路处理,最后形成图像。敏感系统主要是多路光谱扫描器、主题绘图仪、旁视航空雷达和综合孔径雷达等。
在农林业、植物资源方面,遥感技术能测定农作物品种的分布区域、植物品种的分类(农作物、植物生长分布)、判断土地肥沃程度、判断植物成活率、判断植物的生长情况、受灾情况、判断土壤条件等。通过遥感所获得的信息,可以确定最合适的种植和最适度的施肥,估计收成,进而决定农业管理的工作方向。
由于遥感技术是通过非接触、非破环的方法,在很短的时间内遥感极其宽广的地域,对农业生产能起指导的作用。
2.工厂式育苗及温室栽培
现代化工厂式育苗(育秧)可以采用良好的人造环境(温度、湿度、光照等)培育各种秧苗。它与一般大地育苗(秧)相比,具有下述优点:
(1)不受外界天气、气温的影响,可做到不误农时;(2)采用良好的环境、科学管理(施水、施肥)可获得生长强壮的秧苗;(3)它能与机械化插秧机或插种机械良好地配合,可节省大量人力、物力;(4)对无霜期短的地区可争得宝贵的时间。
在北方城市中,为了改善人民生活及美化环境,温室蔬菜栽培及花卉生产逐步发展起来。这种玻璃温室(或塑料大棚)采用喷灌机械,土壤消毒机,自动温度、湿度控制,二氧化碳检测及控制装置等等,实现自动化、省力化。这里采用了温度传感器、湿度传感器、PH值传感器、CO\(_{2}\)传感器等,较为先进的还采用计算机控制,获得较好的控制效果。
3.降雨量传感器
在农业、林业种植业中,降雨量的大小对作物的生长有很大的关系,特别是统计年降雨量的多少与种植作物有很大的影响。降雨量传感器是用于测定降水率的。其特点是通过测定蒸发落在传感器裸露面上的雨水所需要的电功率来测量降水率,测量的范围为0.3~350毫米/小时。除了雨水之外,它还能用于雪的测量。它能将降水率转换成电压信号输出,并且由记录仪作出记录。它还能通过V/F变换形成频率信号,较方便地与微型计算机接口,它可以实现数字显示,并且便于数据储存,给科学研究带来方便。
4.大型粮仓测温系统及水果蔬菜冷藏
粮食的储藏与保管,关系到国民经济建设、人民生活、战略储备,是国家的大事,更是粮食部门的大事。为了防止粮食不霉烂、变质,各粮库除定期按规定翻晒粮食外,就是每天检测各粮仓内粮食的温度(在粮食霉烂、变质时,其温度比正常温度为高,用测温方法可知粮食是否霉烂、变质)。目前仍有不少粮库以人工检测为主,这不仅工作效率低、劳动强度大,检测点数少、精度差,而且由于怕粮库粮太满不易检测及怕霉变,仓容利用率一直较低(有的年仓容利用率不到55%)。例如东北某粮库有粮仓41个,原设装粮总量800万kg。由于过去没有可靠的测温技术,仓房装粮一直达不到设计要求,到夏季装的粮食更少,造成仓容利用率低。最近采用先进的“分布式粮仓微机测温系统”后,由于有了十分先进可靠的测温技术,仓容比以前有大幅度提高(提高26%),比原来多装208万kg(208万kg粮食要做26个露天囤,一个露天囤的材料、人工费为2400元)这样每年可节约62400元。
分布式粮仓微机测温系统采用计算机(IBM—PC/XT)为核心,并配以8098单片机为从机。该系统可测16384个测量点(若用户需要,也可接测湿度传感器)。系统具有单仓检测、全库巡回检测,并可打印报表。系统具有实时自检、自校与故障报警等功能。系统还可设有管理软件,对粮库进行票据传输、各粮仓粮食品种、规格及数量及进出等管理工作。
在粮食入库前,还需要对粮食的水分测定(必要时要用干燥机干燥),利用水份吸收微波的原理制成。微机测温系统还可以根据检测的温度及湿度数据来控制通风装置进行自动控制。
水果和蔬菜的保鲜工作是十分重要的,有各种方法。但目前用得较广的是低温冷藏法。根据不同的水果品种和蔬菜种类,需要一定的温度(一般是0~10℃左右),相对湿度(蔬菜为80~95%RH,水果85~90%RH左右)及仓装条件。先进的大型冷藏库配有温、湿度控制,达到最佳的保鲜条件。
传感器在渔业上的应用
我国有数量众多的河流、湖泊,有较好的淡水养殖条件,同时我国有1万6千多公里的海岸线,有极其丰富的海洋资源及渔业资源。从发展来看,渔业由单纯的捕捞逐步发展到捕养结合,海洋养殖已成为近年来发展的新产业。
在人工养殖中,为了鱼、虾及贝类等水产品提供良好的生态环境,需要有专门的传感器进行测试。它们有:水温传感器、水深传感器、溶氧传感器、浊度传感器、盐度传感器及PH传感器等。另外,为了测鱼的新鲜程度,有专门的鲜度传感器。这里介绍其中的几种传感器。
1.溶氧传感器
溶氧即溶解于水中的氧。鱼类等水生动物依靠溶解在水中的氧来维持生命。如果水质被污染,溶氧不足,则鱼类难以生存。
通过文克勒法及其已改进的滴定法可以测定溶氧,但测定时间长,并且不能进行自动连续测量。新型隔膜式溶氧传感器浸入水样中,能连续自动测量输出与溶氧浓度成比例的电流信号。
传感器的结构如图1所示。由聚乙烯或聚四氟乙烯隔膜设置于支承管头部,隔膜对溶氧有很高的渗透率。在管的内部装有正极、负极及电解液,当有溶氧进入传感器内部,在内部电极的表面上起电化学反应而产生电流。电流的大小与溶氧浓度成比例。由于电流值随温度变化,所以传感器中有一温度补偿电阻,在电路中进行温度补偿。

2.浊度传感器
浊度是表示水的浑浊程度的物理量,也是水质的一个技术指标。浊度的测定是采用光学的方法。当光直射入水中的时候,由于分散在水中的微粒使光产生反射和散射,用测定散射和透射光的减少量,就可以定量测定浊度。
3.水深传感器
水深传感器实质是水压测量(水的深度越大,则水压越高),由于传感器的背压腔良好地通大气,则水深的测量不受大气压变化的影响。传感器由硅膜片做成,在膜片上用扩散工艺做成一个电桥。硅膜片随水压而变形,造成电桥不平衡而输出与水深成比例的信号。水深传感器的量程可达1000米,满量程输出为100毫伏。
4.鲜度传感器
为了保证水产食品的质量,开发了鲜度传感器。日本采用三根酶传感器或采用将阴离子交换树脂柱与IPM传感器组合而成的多功能酶传感器,求出了新的新鲜度指标,提出了由计算机表示鲜度曲线的方法。它的评价指标是K值。K值随时间的变化与凭人的感觉器官所感到的鲜度变化很相似,因为能在早期阶段感觉到鲜度变化,所以被公认为有效性高的测试方法。
这种传感器制成的鲜度计,除用于水产研究单位外,可用于鱼船、冷冻库、鱼市及水产食品加工厂作质量检验。并且它还可以扩大到鸡肉及畜肉制品的检测。
在渔业捕捞业中,超声波鱼群探测仪(利用超声波在鱼群中的反射波进行测定)的应用,以及前面介绍过的遥感技术可用于海洋生物的调查、制作海洋图等都对渔业有较大的帮助。
先进的渔场的环境自动检测系统将水温、盐份、溶氧、流向、流速(3~4层)的信号经无线电发射(经过中继站),由基地系统接收,通过计算机显示出各种参数,或将数据存入磁盘或打印,如图2所示。

浮动观测站与中继站通信联系采用411.5MHZ,中继站与基地通信采用400.35MHZ。由于有了这种先进的设备,获得各种数据,对渔场生产、管理起到极好的作用。(方佩云)