賓夕法尼亞州立大學(xué):研發(fā)新型土壤傳感器可提高作物施肥效率

使用氮作為肥料是農(nóng)業(yè)中的常見做法，目標(biāo)是使用理想的量來獲得作物產(chǎn)量。當(dāng)?shù)褂锰贂r(shí)，作物的產(chǎn)量可能低于水平。當(dāng)使用過多時(shí)，肥料就會(huì)浪費(fèi)，植物會(huì)燃燒，有害的氮?dú)鈺?huì)釋放到環(huán)境中。準(zhǔn)確檢測(cè)氮水平 - 特別是以氣體形式損失的氮 - 可以幫助農(nóng)民實(shí)現(xiàn)植物生長(zhǎng)的施肥水平。

“植物生長(zhǎng)也受到溫度的影響，溫度會(huì)影響土壤中的物理，化學(xué)和微生物過程，"共同作者，中國(guó)河北工業(yè)大學(xué)人工智能學(xué)院教授李陽(yáng)說。“持續(xù)監(jiān)測(cè)使農(nóng)民能夠在溫度對(duì)他們的作物來說太熱或太冷時(shí)制定策略和干預(yù)措施。

不幸的是，氣體和溫度以及相對(duì)濕度變化都會(huì)導(dǎo)致傳感器電阻讀數(shù)的變化，因此傳感器無(wú)法區(qū)分它們。Cheng表示，能夠相互獨(dú)立地獲得氮?dú)夂蜏囟葴y(cè)量值的傳感機(jī)制很少被報(bào)道。

Cheng的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制造了一種高性能傳感器，以解耦氮損失和土壤溫度的檢測(cè)。多參數(shù)傳感器基于摻釩、激光誘導(dǎo)的石墨烯泡沫。氧化釩可以吸附氮?dú)獠⑴c氮?dú)庀嗷プ饔?，石墨烯中的摻雜金屬配合物也被發(fā)現(xiàn)可以提高氣體吸附和檢測(cè)靈敏度。

傳感器由可阻擋氮?dú)鉂B透的軟膜封裝，因此傳感器僅響應(yīng)溫度變化。此外，可以移除封裝，傳感器在高溫下工作。這樣做消除了土壤中相對(duì)濕度和溫度的影響，從而可以準(zhǔn)確測(cè)量氮?dú)?。封裝傳感器和未封裝傳感器的組合可以解耦溫度和氮?dú)舛粫?huì)受到干擾。

Cheng表示，可以利用解耦溫度變化和氮?dú)馀欧艁碓O(shè)計(jì)和應(yīng)用具有解耦傳感機(jī)制的多模式設(shè)備，以便在所有天氣條件下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。

“同時(shí)檢測(cè)超低氮氧化物濃度和小溫度變化的能力為開發(fā)未來具有解耦傳感機(jī)制的多模態(tài)電子設(shè)備鋪平了道路，用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，健康監(jiān)測(cè)和其他應(yīng)用，"Cheng說。

來源：傳感器專家網(wǎng)