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。
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& a- |4 r% U" u- S3 Q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。
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* y% L. u, C7 O( q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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- C2 R0 r, A- X" X" q) r2 t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。

! O9 [- ]5 \% U; j& f* d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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$ m6 Q: y- ^* H, U  T& @; R( V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。
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smileREGENT

口腔里的操作也受限于湿度。
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+ D) c& D7 K/ N0 c" \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。
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1 S2 w6 r! C. s) D# E& t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。
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& @- ]; }, W# [0 a, F$ ~/ Y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。
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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

请教，荧光在这方面目前有无应用，研究前景如何？
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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 ...

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
$ t& H% `7 N9 C7 p3 U# J9 W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 ...

5 g" c% m7 I3 b# u, J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。
$ N5 [" h' l0 h1 ]& f3 Y# }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)。

) j3 ?7 C, |+ |, J% z7 t- c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
口腔里的操作也受限于湿度。

8 w' }$ o3 ^( p1 D2 p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 ...

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6 c) N$ I1 v  @; o( o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.
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smileREGENT

松叶牡丹 发表于 2020-5-28 05:59
$ c: p* V: R) L1 \( w) [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 ...

! r. o2 a* w' X: r& ^请看这篇日志：http://www.aswetalk.net/bbs/home ... ward=1&id=86430
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pcb

数值分析 发表于 2020-5-28 07:35
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）

3 Z7 S- ]5 y2 P4 `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

pcb 发表于 2020-5-28 09:49
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 ...

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

0 p* a5 f3 w  M$ d& t& \
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

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。