O que é um sensor PAR e quais são suas aplicações?

Você sabia que a luz de um comprimento de onda específico afeta diretamente a saúde das plantas, e que os sensores PAR (Radiação Fotossinteticamente Ativa) conseguem detectar variações nessa faixa de luz de apenas 1%? É por isso que precisamos deles na agricultura! Sensores eletrônicos e sistemas de controle são o coração da agricultura inteligente. A agricultura orientada por dados leva a melhores colheitas, maior eficiência, redução de custos, monitoramento remoto e análises preditivas.

Os sensores PAR são vitais para a agricultura de precisão. Eles detectam as condições de luminosidade e fornecem informações úteis sobre as condições do campo para o usuário. No entanto, o uso de sensores PAR não se limita à agricultura. Eles fornecem informações valiosas para descobertas subaquáticas e desempenham um papel importante na exploração espacial, pesquisa e estudos climáticos.

Para entender e utilizar plenamente as capacidades de um sensor PAR , precisamos compreender seus principais usos, requisitos de instalação e aspectos de manutenção. O conhecimento adquirido pode ajudar a decidir se os sensores PAR são eficazes para uma determinada configuração. Neste blog, exploraremos esses sensores de forma abrangente, com o objetivo de fornecer aos nossos leitores uma compilação completa e completa de todas as informações. Vamos começar!

O que é um sensor PAR?

O PAR é fundamentalmente um sensor de luz. Ele detecta luz entre 400 e 700 nm. Alguns sensores avançados também podem detectar a radiação solar total (TSI) de 350 a 1100 nm, dependendo do projeto. Ele detecta a luz e a converte em um sinal que outros dispositivos podem armazenar ou converter em dados valiosos.

- Projeto de sensores PAR

Os sensores PAR são geralmente redondos. O formato circular tem como objetivo permitir que a luz incida de maneira não homogênea. A carcaça mantém todos os componentes internos unidos. Um sensor PAR possui dois terminais que fornecem o sinal de saída. Um único sensor PAR é composto pelos seguintes componentes principais:

● Difusor

● Filtro

● Fotodiodo

● Revestimento

- Mecanismo de funcionamento do sensor PAR

Esses sensores possuem um fotodiodo que converte luz em um sinal elétrico. No entanto, a seleção correta de materiais e a engenharia de precisão são necessárias para obter resultados valiosos. Vamos analisar mais detalhadamente o mecanismo de funcionamento e a seleção de componentes:

● Disco Difusor

O disco difusor pode parecer uma simples folha de plástico, mas realiza múltiplos processos com a luz incidente para tornar a saída representativa da irradiação descendente. Medir a radiação solar que incide sobre uma superfície horizontal requer uma avaliação cuidadosa.

○ Integração Hemisférica: O disco difusor deve ter um formato circular para garantir que o sensor capture toda a luz proveniente do hemisfério superior. O sensor deve possuir um amplo ângulo de visão para resultados precisos.

○ Correção de cosseno: Utilizando a lei do cosseno de Lambert, o sensor deve fornecer uma resposta proporcional ao cosseno do ângulo entre a luz incidente e a superfície do sensor.

Considerando esses dois fatores, os fabricantes definem o design dos discos difusores. Em seguida, vem a seleção do material. O material do disco difusor pode ser PTFE ou Teflon, acrílico, policarbonato ou Spectralon. Ele deve apresentar alta transmitância, boas características de difusão, estabilidade e durabilidade, pois funcionará diretamente sob luz solar intensa. Além disso, deve proporcionar um encaixe perfeito para evitar a entrada de água. Teflon ou PTFE são as opções mais populares para discos difusores em sensores PAR.

● Filtro passa-banda visível

Agora que o difusor capta a irradiação descendente com precisão, o detector precisa filtrar a luz que causa a fotossíntese nas plantas. O filtro fica logo abaixo do disco difusor para processar a luz ainda mais. A faixa média de luz visível situa-se entre 380 e 750 nanômetros. Nem toda essa faixa causa fotossíntese nas plantas. O filtro passa-banda tem um comprimento de onda de corte que deixa passar a luz na faixa de 400 a 700 nanômetros.

Esses filtros são normalmente filtros de corte UV-IR. Dependendo da qualidade do filtro, ele pode bloquear com precisão um comprimento de onda da luz. Filtros de alta qualidade respondem bem aos fótons incidentes em todos os comprimentos de onda entre 400 e 700 nm. Todo esse processo define a resposta espectral do sensor PAR.

● Habitação

A caixa deve ser feita de material escuro que não interfira com a luz visível incidente e que não distorça o fóton incidente em diferentes comprimentos de onda. Uma caixa preta absorverá os fótons dispersos que a atingirem, em vez de refletir a luz de diferentes comprimentos de onda.

● Fotodiodo

O fotodiodo precisa ter um espectro de detecção mais amplo antes de passar pelo filtro. Quando exposto à luz, deve apresentar uma resposta consistente na faixa de 400 a 700 nm. A qualidade do sensor PAR depende da pureza e da amplificação do sinal do fotodiodo.

Tipos de sensores PAR

Os diferentes tipos de sensores PAR têm usos, designs, mecanismos de funcionamento, formatos e montagens variados. Aqui, discutiremos as principais categorias para apresentar uma visão geral dos tipos de sensores PAR que nossos leitores podem usar em suas instalações, de acordo com suas necessidades:

◆ Tipos baseados no mecanismo de funcionamento

● Sensor de fotodiodo de silício: Estes são os tipos mais comuns de sensores PAR. Eles simplesmente usam a fotossíntese para gerar uma corrente elétrica proporcional à luz que entra no sensor.

● Sensor Quântico: Esta é uma versão altamente precisa e estável do sensor fotodiodo. Ele mede o número de fótons ou a densidade de fluxo de fótons por fotodiodo (PPFD).

◆ Tipos com base na montagem

● Sensor de montagem fixa: Esses sensores possuem uma construção robusta. Geralmente são fabricados com estrutura metálica para garantir um desempenho duradouro. O mecanismo de montagem normalmente fixa o sensor em uma superfície sólida no local.

● Sensor portátil: Os sensores podem ser portáteis ou do tipo sonda, fornecendo valores em tempo real. Geralmente, são autossuficientes em termos de alimentação e possuem um visor para indicar os valores diretamente, sem a necessidade de Modbus-RTU.

Aplicações dos sensores PAR em diferentes áreas

Agora que sabemos o que é um sensor PAR e como ele funciona, podemos avançar para sua aplicação. Cada setor utiliza sensores PAR distintos. A resposta dos sistemas de controle pode ser manual, ou os usuários podem utilizar dispositivos IoT para cuidar das plantas. Aqui estão quatro usos dos sensores PAR:

- Agricultura Inteligente

Os sensores PAR são uma parte vital da tecnologia de agricultura inteligente. A agricultura moderna utiliza a IoT para aumentar a produtividade por meio do monitoramento e da coleta de dados para gerenciar o plantio, a colheita, a irrigação, o controle de pragas e a drenagem. Dispositivos como drones, sensores remotos e imagens remotas são populares para a coleta de dados. Os dados brutos são então processados ​​por um algoritmo de aprendizado de máquina ou IA, fornecendo resultados significativos e acionáveis.

Na agricultura inteligente, os sensores de radiação fotossinteticamente ativa (PARs) fornecem a presença de luz necessária para prever o crescimento das plantas, gerenciar as condições de luminosidade e monitorar o ambiente. A horticultura avançada utiliza até mesmo lâmpadas de LED ou halógenas para compensar a ausência de luz durante o dia devido à cobertura de nuvens ou chuva. Além disso, a automação permite o ajuste automático dos ângulos de luz para plantas específicas que necessitam de maior intensidade.

- Estudos Climáticos

O estudo das condições meteorológicas locais por um período prolongado permite a coleta de dados suficientes para prever mudanças climáticas. Sensores PAR podem detectar variações de 1% na luminosidade atmosférica. Eles são sensíveis à cobertura de nuvens e podem prever chuvas. A combinação de sensores PAR com estações meteorológicas pode fornecer um sistema de gestão completo para o monitoramento e aumento da produtividade na agricultura e horticultura.  

- Pesquisar

A análise do crescimento vegetal pode incluir alterações em fertilizantes, padrões de irrigação, uso de pesticidas, umidade e temperatura. No entanto, outros parâmetros devem permanecer constantes para que os resultados sejam viáveis ​​durante a realização de todas essas atividades. Os sensores PAR podem garantir que as plantas recebam a mesma intensidade de fótons em todas as condições experimentais e que os resultados sejam altamente confiáveis, de forma semelhante à exploração em águas profundas. Os sensores PAR podem fornecer informações valiosas sobre como criaturas e plantas sobrevivem em tais profundidades.

- Exploração Espacial

As plantas são essenciais para os astronautas em longas missões espaciais. Otimizar as condições de luz para mantê-las saudáveis ​​é vital para o bem-estar de todos. Os raios PAR podem garantir boas condições de iluminação para maximizar a produção de oxigênio e o fornecimento de nutrientes.

Como configurar sensores PAR passo a passo?

Passo 1: Selecionando o sensor PAR

Comece selecionando um sensor adequado para sua aplicação. Os sensores Quantum PAR são a escolha ideal para monitorar a fotossíntese das culturas. Com base nas condições do campo, selecione o tipo de montagem.

Etapa 2: Posicionando o sensor PAR no local correto

Coloque o sensor onde você prevê que haverá problemas de iluminação para as plantas. Tente evitar obstruções. O local deve ser representativo de um grande conjunto de plantas. A altura ideal para a instalação do sensor PAR é ao redor da copa ou do nível da cultura. Certifique-se de que ele esteja na orientação correta, ou seja, voltado para cima.

Etapa 3: Conectando o sensor PAR ao Modbus RTU

A saída de um sensor PAR pode variar dependendo do tipo. Normalmente, um sensor emite tensão, corrente ou RS485. Se você pretende usar tensão e corrente como sinais, planeje o layout da fiação e os pontos de instalação do amplificador. O fio do sensor ao amplificador deve ser o mais curto possível.

Após o amplificador, você deve instalar um conversor analógico-digital (ADC), tornando a saída compatível com Modbus RTU. Se o sensor suportar saída RS485, ele já possui uma saída digital e não requer nenhum ADC. Certifique-se de que os sensores PAR tenham uma fonte de alimentação adequada.

Etapa 4: Aquisição e análise de dados

Conecte o Modbus RTU a um registrador de dados ou sistema de computador que irá registrar os valores da densidade de fluxo de fótons fotossintéticos (PPFD). Utilize um software especializado para gerar relatórios e visualizar tendências.

Palavras finais

Os sensores PAR representam o futuro da agricultura avançada. Eles possibilitam a tomada de decisões baseadas em dados, proporcionando maior controle sobre a produtividade e a saúde das culturas. Esses sensores são fáceis de configurar e exigem um esforço mínimo para a compreensão do processo de instalação. Recomendamos o uso de um sensor de radiação fotossinteticamente ativa quântica. Um sensor que forneça saída digital é o ideal, pois dispensa a instalação de conversores analógico-digitais. Os sensores PAR são vitais para a horticultura e a agricultura, e seu uso está se tornando inegável nas aplicações agrícolas modernas.