谈谈湿度传感器

可梦之

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。

- h  m  y. O; v$ _' z4 i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。
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# d5 h* s: s7 E5 s8 n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。
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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。
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, G2 g: y! ~& V; t1 F' T2 K% F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。
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* `! R% B2 w1 [( W1 J% ]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

口腔里的操作也受限于湿度。
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) j3 D  Y: y7 @$ a$ w  i# 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，形成微机械固位，这是树脂补牙材料粘接力的主要来源。

2 z3 v( V% o* C6 }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。

. t4 b0 F# e) r6 C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”。
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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。

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齐若散

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

5 `0 Q  j1 h- N( ?( b) t' A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

齐若散 发表于 2020-5-28 00:31
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 ...

; m" g8 Z0 i9 d6 a; L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

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

smileREGENT 发表于 2020-5-28 00:38
9 X7 y7 w8 `) [% }8 y& [& z; T+ H+ S请教，荧光在这方面目前有无应用，研究前景如何？
' v! k0 f9 i% f& y( [( M
看到篇所谓《基于聚集诱导发光的湿度可视化探针》的报道 ...

) j+ s7 Y6 v1 s( Y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

齐若散 发表于 2020-5-28 00:31
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

土壤那里杂质太多了，不像空气，相对纯净。
1 ?" V# Y4 q8 Z; ~: k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)。
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3 C+ B( b6 R0 L' ~8 U% R6 D电阻法应该是快被淘汰的方法了。

松叶牡丹

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smileREGENT 发表于 2020-5-28 00:24
! _8 F6 Y0 C6 o0 g* E- A口腔里的操作也受限于湿度。

/ b$ S+ U9 D1 W8 N( j7 C0 m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 ...

! q$ u$ F+ T& T! m: g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。
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数值分析

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

我看 出路是 无土栽培.

smileREGENT

松叶牡丹 发表于 2020-5-28 05:59
9 T/ E7 ^( m2 j2 Y3 x0 i# j, f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 ...

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

pcb

数值分析 发表于 2020-5-28 07:35
. _. g% y+ C0 o9 i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）

1 i1 U& A: z6 ?8 o7 ^除了水，其他很多东西里面有氢
& n, [4 w" k& o; S$ r3 n% k6 J& y核磁除了氢谱，还可以做很多其他原子的谱

数值分析

pcb 发表于 2020-5-28 09:49
除了水，其他很多东西里面有氢
; c. C' V! ^: y' U* V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

5 y# b1 R: K) Y$ [8 X
- D- u( {2 i: k2 K- D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？
2 ~! J4 C! [5 H" Y; d6 ^https://www.iaea.org/sites/defau ... l593_sept2018_0.pdf

捣江湖

可以考虑 ，化学 ，生物 在湿度影响情况下 转电信号

随便看看

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。