[发明专利]一种基于LVDT光纤传感技术的节水灌溉设备

说明书

技术领域

本发明涉及农产品技术领域，尤其涉及一种基于LVDT光纤传感技术的节水灌溉设备。

背景技术

电子技术与新材料的发展促进了传感技术的进步。尤其是对脆弱的植物体而言，如何在不影响它们正常生长的前提下，无创伤、有效、准确地获取作物的 SPAC 相关水胁迫信息至关重要。 目前土壤水分、叶片温度、叶片水势、茎流速率、茎直径微变、茎水分以

及作物所处的微气象因子等传感技术已经被广泛应用于农业生产当中。尽管很多传感技术仍然对作物的正常生长产生扰动，甚至威胁生命，但通过技术改进与优化完全可以实现无创测量。

近年来伴随着节水灌溉、 精准灌溉、 亏水灌溉、 最优灌溉和智能灌溉等一系列新理念的提出，使得灌溉控制方式的研究得到日益重视。显然，这些都属于传感信息支持的灌溉方式或图像视觉实时监控的灌溉方式。从另一种分类看， 它们又可分为基于农田实际蒸

散量的灌溉与土壤水分监测的灌溉方式，基于植物亏水胁迫生理反馈信息的灌溉方式，基于植物耐旱性特征的亏水/节水灌溉方式，基于作物水分生长函数与产量的调节灌溉方式。在信息处理方面，各种因亏水引出的变量，例如作物亏水胁迫指数，茎干直径变化指数，土壤-植物蒸散指数和叶片水势指数等，已被用来与土壤水分动态信息综合进行人工智能灌溉决策。这为本课题的顺利开展，提供了参考依据。

农产品网络营销是指在农产品销售过程中以互联网技术为依托,以互联网信息网络为载体,以电子商务系统为软件支撑,以农产品生产基地与物流配送系统为硬件基础,利用信息技术对农产品需求、价格、渠道等信息进行发布与收集,通过开拓网上销售渠道进行产品运输,并最终实现营销目的的营销活动。随着经济全球化和信息全球化的蔓延以及互联网信息技术的发展和进步使得传统的农产品营销体制越来越难以适应新的市场发展需要。农业企业必须把握住互联网带来的营销机遇,科学有效地运用现代网络技术手段,合理使用网络资源帮助企业开展营销活动,准确把握市场信息,及时恰当地为消费者提供所需产品,最大程度降低生产成本,在满足农产品消费者需求的同时实现自身的发展。

随着人们的生活水平不断提高，大众的消费观念、消费方式等都发生了改变。广大消费者对农产品的需求结构趋向高级化，不再是简单地追求数量，而转向追求高质量的农产品，对农产品的安全、服务等附加值越来越关注。因此，农产品实施品牌营销策略是我国农产品进入国际市场，增强市场竞争力的惟一选择和出路。但是，传统的农产品品牌营销模式，由于受到市场导向、成本过高、时间长、速度慢等因素影响，已跟不上高速发展的时代主流。微信，即时通讯工具的后起之秀，是一个充满创新功能的手机应用。日前，微信已覆盖90%以上的智能手机，是人们生活中不可缺少的工具。截止2015年第一季度末，微信每月活跃用户量已达到5.49亿。其中，用户覆盖了200多个国家、拥有超过20种语言。此外，各品牌的微信公众账号总数已经超过800万个，移动应用对接数量超过85000个，微信支付用户则达到了4亿左右。利用微信进行农产品品牌营销打破了传统营销时间和空间障碍，为农产品品牌营销提供了新平台。

发明内容

本发明提供了一种基于LVDT光纤传感技术的节水灌溉设备，基于 LVDT 技术，自行设计适用于不同作物的茎直径微变传感器的机械支撑机构和信号调理电路； 利用电容的边缘场效应，选取一对环状、可伸缩的电极，并设计信号激发及调理电路，实现对茎水分的无创伤检测； 针对作物存在的“根区边界移动问题” ，在现有土壤水分传感技术的基础上，研制可测量多深度土壤剖面水分的传感器。

基于土壤-植物系统水动态平衡关系， 建立状态空间数学模型，并依据最优控制理论中的庞特里雅金极值原理的能耗最优控制方法进行节水灌溉决策。 分对象、分阶段对所建状态空间数学模型的鲁棒性以及最优灌溉决策效果的试验研究。

本发明的有益效果是，①针对不同作物茎秆及根系的生长与形态特点，研制适用于不同类型植株的 SPAC 相关参数的无创伤传感系统，包括用于检测作物根区内外水分的多深度土壤水分传感器、基于电容边缘场效应的。作物茎水分传感器和检测作物茎直径微变的基于线性可变差动变压器原理（Linear Variable Differential Transformer， LVDT）的茎直径传感器等。②无创伤提取设施温室环境下 SPAC 的相关水分状态信息， 基于庞特里亚金极值原理构建的节水灌溉最优控制模型，并研制节水灌溉计量和控制装备系统， 实现设施温室作物的节水灌溉控制。

具体实施方式