Что такое датчик PAR и его использование?

Знаете ли вы, что свет определенной длины волны напрямую влияет на здоровье растений, а датчики PAR (фотосинтетически активного излучения) могут обнаруживать изменения в этом диапазоне света всего на 1%? Вот почему они нужны нам в сельском хозяйстве! Электронные датчики и системы управления — это сердце интеллектуального сельского хозяйства. Сельское хозяйство, управляемое данными, приводит к повышению урожайности, повышению эффективности, экономии затрат, удаленному мониторингу и прогнозному анализу.

Датчики PAR жизненно важны для точного земледелия. Они определяют условия освещенности и предоставляют пользователю полезную информацию о полевых условиях. Однако использование датчиков PAR не ограничивается сельским хозяйством. Они предоставляют ценную информацию о подводных открытиях и играют роль в освоении космоса, исследованиях и изучении климата.

Чтобы полностью понять и использовать возможности датчик ФАР , мы должны понять его основное использование, требования к настройке и аспекты обслуживания. Полученные знания могут помочь решить, эффективны ли датчики PAR для конкретной установки. В этом блоге мы подробно рассмотрим эти датчики, стремясь предоставить нашим читателям достаточную универсальную подборку всей информации. Начнем!

Что такое датчик PAR?

PAR — это, по сути, датчик освещенности. Он обнаруживает свет в диапазоне от 400 до 700 нм. Некоторые усовершенствованные датчики также могут обнаруживать полное солнечное излучение (TSI) в диапазоне от 350 до 1100 нм, в зависимости от конструкции. Он обнаруживает свет и преобразует его в сигнал, который дальнейшие устройства могут хранить или преобразовывать в ценные данные.

-　Проектирование датчиков PAR

Датчики PAR обычно имеют круглую форму. Цель круглой формы — обеспечить неравномерное освещение. Корпус скрепляет все детали вместе. Есть две ножки датчика PAR, которые обеспечивают выходной сигнал. Одиночный датчик PAR состоит из следующих основных компонентов::

●  Диффузор

●  Фильтр

●  Фотодиод

●  Корпус

-　Рабочий механизм датчика PAR

Эти датчики имеют фотодиод, который преобразует свет в электрический сигнал. Однако для получения ценных результатов необходимы правильный выбор материалов и точное машиностроение. Давайте углубимся в рабочий механизм и выбор компонентов.:

●  Рассеивающий диск

Диффузионный диск может выглядеть как простой пластиковый лист, но он выполняет несколько процессов с входящим светом, чтобы выходные данные представляли нисходящее излучение. Измерение солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность, требует тщательной оценки.

○  Полусферическая интеграция:  Конструкция рассеивающего диска должна быть круглой, чтобы датчик улавливал весь свет, поступающий из верхней полусферы. Датчик должен иметь широкий угол обзора для получения точных результатов.

○  Косинусная коррекция:  Используя закон косинуса Ламберта, датчик должен обеспечивать пропорциональную реакцию на косинус угла между падающим светом и поверхностью датчика.

Учитывая эти два фактора, производители принимают решение о конструкции рассеивающих дисков. Далее – выбор материала. Материалом рассеивающего диска может быть ПТФЭ или тефлон, акрил, поликарбонат или спектрон. Он должен иметь высокий коэффициент пропускания, рассеивающие характеристики, стабильность и долговечность, так как будет работать непосредственно при резком солнечном свете. Кроме того, он также должен обеспечивать плотную посадку, чтобы предотвратить попадание воды. Тефлон или ПТФЭ — наиболее популярный выбор для рассеивающих дисков в датчиках PAR.

●  Видимый полосовой фильтр

Теперь, когда диффузор точно воспринимает нисходящее излучение, детектору необходимо отфильтровывать свет, который вызывает фотосинтез в растениях. Фильтр расположен прямо под рассеивающим диском для дальнейшей обработки света. Средний диапазон света составляет от 380 до 750 нанометров в видимом спектре. Весь спектр не вызывает фотосинтеза у растений. Длина волны среза полосового фильтра оставляет свет в диапазоне от 400 до 700 нанометров.

Эти фильтры обычно представляют собой фильтры, отсекающие УФ-ИК. В зависимости от качества фильтра он может точно отсекать длину волны света. Высококачественные фильтры могут хорошо реагировать на входящие фотоны на всех длинах волн от 400 до 700 нм. Весь процесс определяет спектральный отклик датчика PAR.

●  Корпус

Корпус должен состоять из темного материала, который не мешает падающему видимому свету и не должен искажать падающий фотон на разных длинах волн. Черный корпус будет поглощать рассеивающиеся фотоны, которые достигают его, вместо того, чтобы отражать свет разных длин волн.

●  Фотодиод

Фотодиод должен иметь больший спектр обнаружения, прежде чем пройдет фильтр. При помещении на свет он должен давать четкий отклик в диапазоне от 400 до 700 нм. Качество датчика PAR зависит от чистого и усиленного сигнала фотодиода.

Типы датчиков ФАР

Различные типы датчиков PAR имеют различное применение, конструкцию, рабочие механизмы, форм-факторы и способы крепления. Здесь мы обсудим основные категории, чтобы нарисовать общую картину типов датчиков PAR, которые наши читатели могут использовать в своих настройках в зависимости от требований.:

◆ Типы в зависимости от рабочего механизма

●  Кремниевый фотодиодный датчик:  Это наиболее распространенные типы датчиков PAR. Они просто используют фотосинтез для генерации электрического тока, пропорционального свету, попадающему на датчик.

●  Квантовый датчик:  Это высокоточная и стабильная версия фотодиодного датчика. Он измеряет количество фотонов или PPFD.

◆ Типы в зависимости от монтажа

●  Стационарный датчик:  Это типы с надежным качеством сборки. Обычно они изготавливаются из металлического каркаса, чтобы обеспечить долговечность. Монтажный механизм обычно крепится на твердой поверхности в полевых условиях.

●  Портативный датчик:  Датчики могут быть портативными или зондовыми, которые предоставляют значения на ходу. Как правило, они имеют автономное питание и дисплей для непосредственной индикации значений без необходимости использования Modbus-RTU.

Использование датчиков PAR в различных областях

Теперь, когда мы знаем, что такое датчик PAR и как он работает, мы можем перейти к его применению. В каждом поле используются отдельные датчики PAR. Реакция систем управления может быть ручной, или пользователи могут использовать устройства Интернета вещей для ухода за установками. Вот четыре варианта использования датчиков PAR.:

- Умное сельское хозяйство

Датчики PAR являются важной частью технологии интеллектуального земледелия. Современное сельское хозяйство использует Интернет вещей для повышения производительности посредством мониторинга и сбора данных для управления посадкой, сбором урожая, ирригацией, борьбой с вредителями и дренажем. Такие устройства, как дроны, дистанционные датчики и средства дистанционного воображения, популярны для сбора данных. Затем необработанные данные передаются в алгоритм машинного обучения или искусственного интеллекта, обеспечивая значимые и действенные результаты.

PAR в умном сельском хозяйстве обеспечивают наличие света для прогнозирования роста растений, управления условиями освещенности и мониторинга окружающей среды. Передовые садоводческие хозяйства даже оснащены светодиодными или галогенными лампами, чтобы компенсировать отсутствие света в течение дня из-за облачности или дождя. Дальнейшая автоматизация может автоматически регулировать углы освещения для конкретных растений, которые в них нуждаются.

- Климатические исследования

Изучение местной погоды в течение длительного периода времени позволяет получить достойный сбор данных для прогнозирования изменений климата. Датчики PAR могут обнаружить 1% световых изменений в атмосфере. Они чувствительны к облачности и могут предсказывать дождь. Сочетание PAR с метеостанциями может обеспечить совершенную систему управления для мониторинга сельского хозяйства или садоводства и повышения урожайности.  

- Исследовать

Анализ роста растений может включать изменения в удобрениях, режимах полива, использовании пестицидов, влажности и температуре. Однако для достижения жизнеспособных результатов при выполнении всех этих действий другие параметры должны оставаться постоянными. Датчики PAR могут гарантировать, что растения получают одинаковую интенсивность фотонов во всех экспериментальных условиях, а результаты высоконадежны, как и при глубоководных исследованиях. PAR могут дать ценную информацию о том, как существа и растения выживают на таких глубинах.

- Исследование космоса

Растения являются спасательным кругом для астронавтов во время длительных миссий в космосе. Оптимизация условий освещения для поддержания здоровья растений жизненно важна для благополучия каждого человека. PAR могут обеспечить хорошие условия освещения, чтобы максимизировать выработку кислорода и снабжение пищей.

Как настроить датчики PAR шаг за шагом？

Шаг 1: Выбор датчика PAR

Начните с выбора подходящего датчика для вашего применения. Датчики Quantum PAR — идеальный выбор для мониторинга фотосинтеза сельскохозяйственных культур. В зависимости от условий эксплуатации выберите тип крепления.

Шаг 2. Размещение датчика PAR в правильном месте

Разместите датчик там, где, по вашему прогнозу, будут проблемы с освещением для растений. Старайтесь избегать препятствий. Место должно быть репрезентативным для большого набора растений. Идеальная высота для установки датчика PAR — на уровне кроны или урожая. Убедитесь, что он имеет правильную ориентацию, т. е. обращен вверх.

Шаг 3. Подключение датчика PAR к Modbus RTU

Выходной сигнал датчика PAR может варьироваться в зависимости от типа. Обычно датчик выдает напряжение в амперах или RS485. Если вы хотите использовать напряжение и силу тока в качестве сигналов, спланируйте схему проводки и точки установки усилителя. Провод от датчика к усилителю должен быть как можно короче.

После усилителя необходимо установить аналого-цифровой преобразователь (АЦП), обеспечивающий совместимость выхода с Modbus RTU. Если датчик поддерживает выход RS485, он уже имеет цифровой выход и не требует использования АЦП. Убедитесь, что датчики PAR имеют достаточное питание.

Шаг 4: Сбор и анализ данных

Подключите Modbus RTU к регистратору данных или компьютерной системе, которая будет записывать значения плотности потока фотосинтетических фотонов (PPFD). Используйте специализированное программное обеспечение для создания отчетов и визуализации тенденций.

Последние слова

Датчики PAR — это шаг вперед в мире передового сельского хозяйства. Они приводят к принятию решений на основе данных, обеспечивая лучший контроль над урожайностью и здоровьем сельскохозяйственных культур. Эти датчики легко настраиваются и требуют минимальных усилий для понимания процесса установки. Мы рекомендуем использовать квантовый фотосинтетический датчик активного излучения. Датчик, который может обеспечить цифровой выход, является лучшим, так как не требует дополнительной установки аналого-цифровых преобразователей. Датчики ФАР жизненно важны для садоводства и сельского хозяйства. Их использование становится неоспоримым в современном сельском хозяйстве.