全球?qū)?dāng)前的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕诰珳?zhǔn)農(nóng)業(yè)（PA）的農(nóng)業(yè)越來越感興趣，這將需要采用先進(jìn)的傳感器和信息技術(shù)來改變該領(lǐng)域的生產(chǎn)率。由于MEMS技術(shù)具有經(jīng)濟、精確和靈敏的優(yōu)勢，這些傳感器無疑將在PA的興起中發(fā)揮重要作用。

一、農(nóng)業(yè)遇到的逆境

       雖然歷史上的農(nóng)業(yè)是從狩獵采集人口向農(nóng)業(yè)社會的過渡中產(chǎn)生的，但現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已經(jīng)在過去幾個世紀(jì)出現(xiàn)的技術(shù)進(jìn)步中發(fā)生了變化。除了改善與日常農(nóng)業(yè)工作相關(guān)的總體任務(wù)外，這些進(jìn)步對于確?？焖僭鲩L的全球人口有足夠的糧食生產(chǎn)也至關(guān)重要。同樣，當(dāng)出現(xiàn)某些不可避免的限制，例如氣候劇烈變化、降雨量減少和溫度劇烈波動時，也利用了幾種方法，以改善農(nóng)業(yè)產(chǎn)出。基于微機電系統(tǒng)（MEMS）的傳感器在直接解決農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中這些問題的能力方面呈現(xiàn)出光明的未來。

二、MEMS傳感器的機理

       自1986年首次引入公共市場以來，已經(jīng)推出了數(shù)百萬種基于MEMS傳感器技術(shù)的不同器件并實現(xiàn)了商業(yè)化。MEMS傳感器的一些最常見應(yīng)用包括那些集成到噴墨打印機、投影系統(tǒng)、無人機、麥克風(fēng)、數(shù)碼相機、智能手機、生物傳感器、光學(xué)傳感器（光學(xué)測量儀器）、加速度計和陀螺儀的打印機頭中的傳感器。

       作為慣性傳感器，任何MEMS傳感器的最基本工作原理都是從傾斜開始的，該傾斜施加在蝕刻在傳感器集成表面的硅表面上的小證明質(zhì)量上。然后，該力在電位內(nèi)產(chǎn)生差異，也稱為其位移，由位置測量接口電路測量。通過使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），該測量結(jié)果被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后進(jìn)行處理。與牛頓第二運動定律一致，該定律指出力等同于質(zhì)量乘以加速度，MEMS器件的傾斜（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，加速度計是任何MEMS傳感器的關(guān)鍵組件，因為它的功能是精確測量加速度相對于移動的小證明質(zhì)量產(chǎn)生的電容。壓電加速度計以其高精度和穩(wěn)定性而廣為人知，這使得這些設(shè)備不受溫度和噪聲變化的影響，同時消耗更少的能量。

三、MEMS傳感器在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用近期發(fā)展

       盡管MEMS傳感器在汽車、醫(yī)療保健和消費品行業(yè)的應(yīng)用在過去幾年中顯著增加，但這些傳感器在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用對于該行業(yè)來說是一個相當(dāng)新和令人興奮的機會。

       MEMS傳感器目前用于改善許多農(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)部門的樹液流量測量和果實直徑測定。

1、用于土壤的 MEMS 傳感器

       作為任何農(nóng)業(yè)項目的重要組成部分，土壤質(zhì)量決定了任何作物的生產(chǎn)力和產(chǎn)量。這種農(nóng)業(yè)成分在土壤的電導(dǎo)率和水分含量中直接起作用的最重要方面是其pH值，它反映了其酸度或堿度。

       農(nóng)業(yè)工人定期準(zhǔn)確測量pH值的能力將調(diào)節(jié)基本的植物過程，包括光合作用，授粉施肥以及各種疾病狀態(tài)。

       最近一項關(guān)于農(nóng)業(yè)MEMS傳感器聚合的研究發(fā)現(xiàn)，光固化聚合物、甲基丙烯酸甲酯（MMA）和甲基丙烯酸（MAA）的丙烯酸類共聚物、三元共聚物和衣康酸的高吸水性共聚物表現(xiàn)出pH傳感能力。

2、用于監(jiān)控環(huán)境的MEMS傳感器

       太陽輻射為地球上無數(shù)形式的生命提供熱量和能量，以支持人類的新陳代謝活動，使海洋變暖并推動植物的光合作用。

       在光合作用過程中，太陽的光合有效輻射（PAR）可以在400納米（nm）至700nm的波長范圍內(nèi)至關(guān)重要。2018年的一項最新研究討論了基于硅二極管陣列的新型PAR傳感器的開發(fā)，該傳感器可精確測量，記錄和存儲光強度信息，這證明了其未來有前途的商業(yè)可行性。

       除了PAR，風(fēng)速在決定農(nóng)田生產(chǎn)力方面也可以發(fā)揮有趣的作用。傳統(tǒng)的風(fēng)速傳感器在工作原理上通常是機械或超聲波的，而最近基于MEMS的傳感器已經(jīng)證明了它們能夠精確測量風(fēng)速。

       更具體地說，基于懸臂的MEMS傳感器在暴露于風(fēng)中時會彎曲，并通過熱或機械原理獲得速度測量值。對于熱MEMS傳感器，傳感器的加熱組件暴露在空氣中，并且會經(jīng)歷與風(fēng)速相關(guān)的一定量的熱損失。

四、MEMS傳感器的應(yīng)用案例：結(jié)論

       這里討論的不同基于MEMS的農(nóng)業(yè)傳感器為該行業(yè)提供了光明的未來。值得注意的是，這些MEMS傳感器的商業(yè)化需要首先克服與該技術(shù)相關(guān)的幾個挑戰(zhàn)，其中包括與傳統(tǒng)傳感器相比，MEMS傳感器的成本相對較高，以及基于MEMS的器件的功耗。

       在這些傳感器商業(yè)化之前必須解決的其他問題包括數(shù)據(jù)可靠性、靈敏度、安全性、可擴展性和管理。雖然這些挑戰(zhàn)可能令人生畏，但它們可以作為研究人員將傳感器推向市場的指導(dǎo)工具。

       傳感器相關(guān)型號：3DMCX5-AR、、3DMGX5-AR、3DMGX5-GNSS/INS。