谈谈湿度传感器

可梦之 · 发表于 2020-5-27 23:25:14

看到捣江湖的帖子。我就在做适度传感器，聊两句。

原来想的很简单，做一个传感器，报告给我当前土壤湿度是多少，比如50%，然后据此浇水。

但做起来并不容易。如果如视频中，自己用，知道土壤类型，用户情况是固定的，并不是很难。但是想做出来一个适用于各种土壤，各种情况都比较精确的，很难。我们购买了市面上各种传感器，包括很专业的传感器，没有一个满意的。有的在某种土壤里湿度最多30%，怎么也升不上去，有的相反有点水就爆表。

主要难点在于测量出来的物理参数和湿度的对应关系很复杂。湿度传感器主要有两种方法，一个是电阻测量法，一个是电容测量法。电阻测量法更简单，但我们经验更不稳定些。但是不管电阻，还是电容，除了土壤湿度，还受很多其他因素影响，比如土壤类型，比如酸碱度，插的的松紧度和深度，甚至包括温度。这样，同样的湿度，不同的土壤，你测出来的电阻、电容可能差别就很大。你不知道其他因素的情况下，想建模是很难的。相当于你把一个高维的曲面投射到二维平面上，然后搞一个线性关系出来。总有情况让你的模型误差很大。

不过好的一点是，用户也不知道正确的湿度是多少？0%和100%好定义，中间的就很难，土壤半干，你说是50%还是70%？只要不太离谱，用户都能接受。对于绝大部分用户来说，他们觉得有一个传感器插到土壤里，直接测湿度还不准吗，心理踏实。其实很多情况下还不如用模型预估出来的湿度靠谱。想作出一个好的模型来，真的好难啊。我们折腾了两三年，还总是有不满意的情况。如果有人有好点子，那就太感谢了。

之前去CES，看到法国人搞的一套系统，他们脑洞大开。在花盆下放一个体重计，你浇水了，重量不就增加了吗，根据重量测量湿度。但这个需要用户来定义，多少重量是多少湿度，而且随着植物的增长，这个关系还得更新。前两年看他们转做无人机了，应该是效果不好。还有人通过渗透压来测量，但是需要用户给sensor里灌水，感觉也不靠谱。

看起来简单的事情，做好了，不是很容易。当然，特定情况下还是可以做到很靠谱的。比如检测有没有水/漏水，技术就很成熟。农业上的、工业上的，可能问题也不大。你可以针对每个客户不同的情况优化模型。

但是2C就很难，你不知道的情况太多，用户也没有耐心给你测那些东西。好在很多用户虽然很感兴趣，但是时间长了也就不怎么关注了。而且大家都做的不咋样，你只要做的比别人好一点就成。

smileREGENT · 发表于 2020-5-28 00:24:06

口腔里的操作也受限于湿度。

树脂补牙的时候，要先涂一层粘接剂，让其进入牙本质的胶原纤维网中，形成微机械固位，这是树脂补牙材料粘接力的主要来源。

这里面的关键要求是“湿粘接”，即涂粘接剂前，牙齿表面的湿度要适当。

既不能太干，胶原纤维网塌陷，导致粘接剂无法进入胶原纤维网之间；也不能太湿，因为粘接剂主要还是树脂，本身是疏水材料，太湿也无法进入胶原纤维网。

现在这个湿度的把控，都是靠操作者的经验，小至牙科诊所，大到顶尖牙科医院，都是如此。用我们老师的话讲，“让牙齿的湿度保持，海浪退潮后的沙滩，的状态”。

甚至在一些研究粘接材料的实验中，反映牙齿表面湿度的变量，只能用，清水冲洗牙齿表面后，气枪吹动的时间来代替。

齐若散 · 发表于 2020-5-28 00:31:38

不局限于土壤中取样，而在空气中取样呢，比如一个收集器悬于土壤上方，当进入里面的蒸汽“很少”时就认为土比较干了。

smileREGENT · 发表于 2020-5-28 00:38:12

本帖最后由 smileREGENT 于 2020-5-28 00:46 编辑

请教，荧光在这方面目前有无应用，研究前景如何？

看到篇所谓《基于聚集诱导发光的湿度可视化探针》的报道？

https://www.x-mol.com/news/11164

cooker · 发表于 2020-5-28 00:41:37

齐若散发表于 2020-5-28 00:31# o t( D9 A( M( N
不局限于土壤中取样，而在空气中取样呢，比如一个收集器悬于土壤上方，当进入里面的蒸汽“很少”时就认为土 ...

土壤湿度和空气湿度的变化率是很不一样的。不同的土壤的湿度变化率也不一样。比如说加了PEAT MOSS的土保湿能力就非常好。土壤的湿度传感器就是需要捕捉这种数据。放在空气中是不行的。

四处乱晃 · 发表于 2020-5-28 00:58:02

最终还是要其他参数来校正湿度，而且数学模型很重要。实应用技术中用户只想看最终结果并不关心数学模型怎么校正，只要用结果告诉他们怎么灌溉就好了。

可梦之 · 发表于 2020-5-28 01:08:14

smileREGENT 发表于 2020-5-28 00:38
2 O; |& [" F" O7 y# T. L请教，荧光在这方面目前有无应用，研究前景如何？4 @, p8 @9 x; R, @2 u2 [$ n
$ Q4 b4 B3 ]; }3 P1 q
看到篇所谓《基于聚集诱导发光的湿度可视化探针》的报道 ...

这方面没有研究过，多谢提供资料。我看了一下，感觉可能测量空气湿度比较好，在土壤里，不知道荧光是不是会受其他因素影响。这种前沿研究一般距离工程化还比较远，成本也吃不消。

可梦之 · 发表于 2020-5-28 01:17:31

齐若散发表于 2020-5-28 00:31. g' k' `& @: ?; X7 e
不局限于土壤中取样，而在空气中取样呢，比如一个收集器悬于土壤上方，当进入里面的蒸汽“很少”时就认为土 ...

空气湿度和土壤湿度没有必然联系。有可能土壤很湿润，但是蒸发量很小，光照强度、土壤类型、温度、植被乐行、都会影响到蒸发量。

雨楼 · 发表于 2020-5-28 05:26:35

土壤那里杂质太多了，不像空气，相对纯净。
建筑工程中有现场测土壤含水率的设备用的是中子法/r-射线法的老设备。新设备用的是时域反射法(Time domainreflectrometry,TDR)。

电阻法应该是快被淘汰的方法了。

松叶牡丹 · 发表于 2020-5-28 05:59:16

本帖最后由松叶牡丹于 2020-5-28 06:00 编辑

smileREGENT 发表于 2020-5-28 00:24
2 n4 t9 b C7 L% Q8 g: a# {+ b口腔里的操作也受限于湿度。7 ]) @5 m/ k6 X* D, s# q8 m/ A7 ?

" n* I9 ?8 ?- X: i0 j树脂补牙的时候，要先涂一层粘接剂，让其进入牙本质的胶原纤维网中，形成微机 ...

小老鼠牙医，请教一下，男孩子门牙一般多大年龄换呢？换早换迟有没有影响？怎么我们小朋友班上其他同学门牙都没了，我们家的一点要换的迹象都没有。

数值分析 · 发表于 2020-5-28 07:35:53

核磁共振呢？我记得核磁共振看得主要就是水（准确地说水中的氢原子）

mezhan · 发表于 2020-5-28 07:46:07

我看出路是无土栽培.

smileREGENT · 发表于 2020-5-28 09:17:42

本帖最后由 smileREGENT 于 2020-5-28 09:52 编辑

松叶牡丹发表于 2020-5-28 05:59 l5 N6 Q1 g: I9 d) J& _ x- x, V
小老鼠牙医，请教一下，男孩子门牙一般多大年龄换呢？换早换迟有没有影响？怎么我们小朋友班上其他同学门 ...

请看这篇日志：http://www.aswetalk.net/bbs/home ... ward=1&id=86430

pcb · 发表于 2020-5-28 09:49:00

数值分析发表于 2020-5-28 07:35
3 w% Q/ v4 B0 H核磁共振呢？我记得核磁共振看得主要就是水（准确地说水中的氢原子）

除了水，其他很多东西里面有氢
核磁除了氢谱，还可以做很多其他原子的谱

数值分析 · 发表于 2020-5-28 10:03:06

pcb 发表于 2020-5-28 09:49! U: m( e/ h4 }9 j1 V# c( @
除了水，其他很多东西里面有氢' K8 X: k* W" l: u& g/ O, g" }5 X
核磁除了氢谱，还可以做很多其他原子的谱 ...

这我知道理论上自旋不为零的原子核都可以成像现在不是说看水测土壤湿度么土壤里绝大部分的氢原子核是来自于水

数值分析 · 发表于 2020-5-28 10:17:10

本帖最后由数值分析于 2020-5-28 10:18 编辑

国际原子能机构有过一篇文章 Using cosmic rays to measure moisture levels in soil 有借鉴意义么？
https://www.iaea.org/sites/defau ... l593_sept2018_0.pdf

捣江湖 · 发表于 2020-5-28 10:18:22

可以考虑，化学，生物在湿度影响情况下转电信号

随便看看 · 发表于 2020-5-28 11:11:11

渗透压是个好方法，可用考虑使用一个电磁阀来隔绝外部土壤与传感器内部的连接，传感器内置一个加热器，通过定时开启电磁阀获得湿度后关闭阀门测量蒸干时间来反推湿度。

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