面向设施农业的氨气传感器设计与性能测试研究.pdfVIP

摘要

传感器是智慧农业的源头技术，智慧农业急需大规模发展传感器产业，但是

我国农业传感器敏感材料与核心元器件90%以上长期依靠进口，亟需在核心技

术方面取得全面突破。本文聚焦设施农业温室环境，开展半导体气敏传感器敏感

材料制备与器件研制，针对农业生产资料化肥、农药中的挥发性有害气体氨气的

浓度实时监测，为温室环境调控提供数据支持。本文重点突破敏感材料制备关键

技术，设计传感器控制电路及数据采集系统，开展实验室、温室测试实验验证，

解决温室环境氨气浓度快速感知的问题。本文研究内容如下：

1.制备了纯相锡酸锌气敏材料，通过一系列实验验证表明该材料结晶度和

纯度较高且具有均一的片状结构；进一步，对材料的气敏性能进行了在线测试，

实验结果表明所制备的锡酸锌材料对氨气具有较好的敏感性能，在最佳工作温度

260℃下，对50ppm氨气灵敏度达到了3.211，并且具有快速的响应时间2s。

2.设计了敏感材料控制电路，研制了传感器原理器件，利用配气系统对传感

器原理器件进行了实验分析；搭建了数据采集系统，验证了传感器对氨气优异的

检测性能，在测量0-50ppm氨气时，具有突出的信号响应；基于最小二乘法、神

经网络算法对响应信号和氨气浓度进行数据拟合，建立了氨气浓度与电压响应的

数学模型。

3.开展了温室环境下氨气浓度测试实验，设计了实验方案，搭建了数据采集

系统，结果表明：实验室实验和温室实验具有很好的一致性，所研制的传感器响

应信号保持稳定，对温室环境调控具有一定的实际意义。

关键词：

气敏传感器，氨气，电路设计，数据采集，设施农业

Abstract

Sensorsarethesourcetechnologyofsmartagriculture.Smartagricultureisin

urgentneedoflarge-scaledevelopmentofthesensorindustry.However,morethan90%

ofsensitivematerialsandcorecomponentsofagriculturalsensorsinChinahavelong

beenimported,andacomprehensivebreakthroughincoretechnologiesisurgently

needed.Thispaperfocusesonthegreenhouseenvironmentoffacilityagriculture,

developthepreparationandequipmentdevelopmentofsensitivematerialsforgas-

sensitivesemiconductorsensors,andmonitorstheconcentrationofthevolatileand

harmfulammoniainagriculturalproductionmaterials,fertilizersandpesticides,and

providesdatasupportfortheregulationofgreenhouseenvironment.Thisarticlefocuses

onbreakthroughsinkeytechnologiesforpreparingsensitivematerials,designing

sensorcontrolcircuitsanddataacquisitionsystems,carryingoutlaboratoryand

greenhousetestingandverification,andsolvingtheproblemofrapidperceptionof

ammoniaconcentrationinthegreenhouseenvironment.Theresearchconte