在全球，將當(dāng)前農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)換為主要基于精確農(nóng)業(yè)（PA）產(chǎn)業(yè)的需求正與日俱增，當(dāng)中將需要使用先進(jìn)的傳感器和信息技術(shù)來(lái)改變農(nóng)業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)率。

由于MEMS技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)，精確和靈敏的優(yōu)勢(shì)，因此這些傳感器無(wú)疑在功率放大器的興起中發(fā)揮重要作用。

解決農(nóng)業(yè)問(wèn)題

盡管歷史悠久的農(nóng)業(yè)起源于從狩獵采集者向農(nóng)業(yè)社會(huì)的轉(zhuǎn)變，但現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已因過(guò)去幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)出現(xiàn)的技術(shù)進(jìn)步而發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

除了改善與日常農(nóng)業(yè)工作相關(guān)的總體任務(wù)之外，這些進(jìn)步對(duì)于確保快速增長(zhǎng)的全球人口的充足糧食生產(chǎn)也至關(guān)重要。

同樣，在某些不可避免的限制出現(xiàn)時(shí)，例如氣候的劇烈變化，降雨減少和溫度的劇烈波動(dòng)，需想方設(shè)法提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。

針對(duì)這些問(wèn)題，基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的傳感器在直接解決問(wèn)題的能力上展現(xiàn)出大好前景。

MEMS傳感器的機(jī)理

自從1986年首次將MEMS傳感器引入公共市場(chǎng)以來(lái)，數(shù)百萬(wàn)種基于MEMS傳感器技術(shù)的不同設(shè)備已被引入并商業(yè)化。MEMS傳感器的一些最常見(jiàn)的應(yīng)用包括集成到噴墨打印機(jī)，投影系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)，麥克風(fēng)，數(shù)碼相機(jī)，智能手機(jī)，生物傳感器，光學(xué)傳感器，加速度計(jì)和陀螺儀等產(chǎn)品中。

作為慣性傳感器，任何MEMS傳感器的最基本的工作原理都始于傾斜，該傾斜被施加到小質(zhì)量塊上，而小質(zhì)量塊被蝕刻到傳感器集成表面的硅表面上。

然后，力的作用使其產(chǎn)生位移，該位移由位置測(cè)量接口電路測(cè)量。通過(guò)使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），此測(cè)量結(jié)果將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行處理。

與牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律一致，牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律指出力等于質(zhì)量乘以加速度，MEMS設(shè)備的傾斜（否則可以理解為施加的加速度）將產(chǎn)生產(chǎn)生位移的力。

因此，加速度計(jì)是任何MEMS傳感器的重要組成部分，因?yàn)樗墓δ苁菧?zhǔn)確測(cè)量相對(duì)于移動(dòng)的小型檢測(cè)質(zhì)量的加速度所產(chǎn)生的電容。

其中，MEMS壓電加速度計(jì)以其高精度和穩(wěn)定性而聞名，這使這些設(shè)備不受溫度和噪聲變化的影響，同時(shí)消耗的能量更少。

MEMS傳感器最近的發(fā)展

盡管在過(guò)去的幾年中，MEMS傳感器在汽車(chē)，醫(yī)療保健和消費(fèi)品行業(yè)中的應(yīng)用已顯著增加，但是將這些傳感器應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域是一個(gè)相當(dāng)新的機(jī)遇。

MEMS傳感器目前可用于改善許多農(nóng)業(yè)條件，包括涉及土壤，環(huán)境，雜草控制，幼苗和其他組件的條件。此外，這些傳感器還用于該行業(yè)生產(chǎn)部門(mén)中的汁液流量測(cè)量和水果直徑確定。

MEMS土壤傳感器：

作為任何農(nóng)業(yè)項(xiàng)目的重要組成部分，土壤質(zhì)量決定著任何作物的生產(chǎn)力和單產(chǎn)。這種直接影響土壤電導(dǎo)率和水分含量的農(nóng)業(yè)成分的最重要方面是其pH值，它反映了其酸度或堿性。

農(nóng)業(yè)工人定期準(zhǔn)確測(cè)量pH的能力將調(diào)節(jié)植物的基本過(guò)程，包括光合作用，授粉施肥以及各種疾病狀態(tài)。

農(nóng)業(yè)MEMS傳感器聚合的最新研究發(fā)現(xiàn)，光固化聚合物，甲基丙烯酸甲酯（MMA）和甲基丙烯酸（MAA）的丙烯酸類(lèi)共聚物，衣康酸的三元共聚物和超吸收性共聚物均具有pH傳感功能。

監(jiān)測(cè)環(huán)境的MEMS傳感器：

太陽(yáng)輻射為地球上無(wú)數(shù)種生命提供熱量和能量，以支持人類(lèi)的新陳代謝活動(dòng)，溫暖海洋并推動(dòng)植物的光合作用。

在光合作用過(guò)程中，至關(guān)重要的是太陽(yáng)的光合有效輻射（PAR），其波長(zhǎng)范圍可以在400納米（nm）至700 nm之間。2018年的一項(xiàng)最新研究討論了基于硅二極管陣列的新型PAR傳感器的開(kāi)發(fā)，該傳感器可精確測(cè)量，記錄和存儲(chǔ)光強(qiáng)度信息，這證明了其在未來(lái)的商業(yè)前景。

除了PAR之外，風(fēng)速在確定農(nóng)田的生產(chǎn)力方面也可以發(fā)揮有趣的作用。傳統(tǒng)的風(fēng)速傳感器在功能原理上通常是機(jī)械的或超聲波的，而最近的基于MEMS的傳感器已經(jīng)證明了它們能夠精確測(cè)量風(fēng)速的能力。

更具體地說(shuō)，基于懸臂的MEMS傳感器在暴露于風(fēng)中時(shí)會(huì)彎曲，并通過(guò)熱或機(jī)械原理獲得速度測(cè)量值。對(duì)于熱MEMS傳感器，傳感器的受熱組件暴露于空氣中，并且會(huì)經(jīng)歷一定量的與風(fēng)速有關(guān)的熱損失。

結(jié)語(yǔ)：

盡管基于MEMS的不同傳感器為農(nóng)業(yè)提供了光明的未來(lái)。但值得注意的是，這些MEMS傳感器的商業(yè)化首先需克服多個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，包括與傳統(tǒng)傳感器相比MEMS傳感器的成本相對(duì)較高以及基于MEMS設(shè)備的功耗等。