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在玉米研究中，R5 - R6 成熟期带苞叶玉米籽粒层水分原位无创监测困难。研究人员开发连续监测传感器系统，在 19 - 55% 水分含量范围内，两传感器线性拟合 R2 分别为 0.8046 和 0.8257 ，误差 8.6% 和 8.2%，为玉米育种提供新方法。
玉米，作为全球重要的农作物，其籽粒收获时的水分含量直接关乎机械收获玉米的质量。水分过高，不仅会造成产量损失、降低籽粒品质，还会增加产后加工成本。在玉米生理成熟前（R5 - R6 时期）监测果穗脱水情况意义重大，它是培育优质品种的关键，能帮助确定最佳收获时机，还能为产后储存和加工提供指导。然而，目前传统的烘箱干燥法虽然精准，却因操作复杂、耗时久，无法用于田间测量。现有的一些快速测量技术，如电容、微波和光谱技术，也存在各种问题，比如无法在不破坏苞叶的情况下测量带苞叶玉米籽粒的水分含量，或者会对玉米植株造成损伤，难以实现长期无创监测同一植株。在此背景下，开展一项能够突破这些限制的研究迫在眉睫。
来自未知研究机构的研究人员针对上述问题展开研究，致力于开发一种新型传感器，用于在玉米生理成熟前对果穗脱水进行无创监测。最终，研究人员成功开发出一种原位玉米果穗籽粒水分连续监测传感器系统，并通过实验验证了其有效性。这一成果为玉米育种提供了新的方法，有助于更高效地培育优质玉米品种，在玉米种植、收获和储存等环节具有重要意义。该研究成果发表在《Computers and Electronics in Agriculture》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：一是通过调整环形电极的宽度和间距，控制边缘场的深度和强度，利用两个测量电极边缘场区域的差异消除玉米苞叶的影响；二是建立四分之一波长传输线的集总 LC 电路模型，实现传感器探头的小型化；三是开发数据采集系统，实现多传感器对籽粒水分的连续监测。
传感器探头和阻抗模型
传感器探头作为玉米果穗水分测量系统的基础部件，直接接触果穗，将籽粒的水分含量转化为电信号。研究人员提出通过调整环形电极的宽度和间距来控制边缘场的深度和强度，以此改变边缘场区域的大小，进而消除苞叶与籽粒间间隙对原位玉米籽粒水分测量的影响。
测量深度的探究
研究发现，不同传感器的电场强度和测量深度存在差异。如 WE 传感器附近的电场强度低于 NE 传感器，其电场衰减速率较慢，测量深度更大，且电场分布更分散。同时，测量区域的介电常数增加会使电极附近电场强度降低，导致测量深度减小。
研究结论与讨论
本研究成功开发的新型传感器测量模型，利用两个测量电极边缘场的差异，有效消除了苞叶和籽粒间隙的影响，实现了对玉米果穗籽粒水分含量的原位、无创、连续监测。在 19 - 55% 的玉米果穗籽粒层水分含量范围内，两个传感器的线性拟合 R2 分别达到 0.8046 和 0.8257，在 95% 置信水平下，水分测量误差为 8.6% 和 8.2%。该研究成果为玉米育种提供了全新的技术手段，有助于加速玉米品种的选育进程，对提升玉米的种植效益、优化收获和储存策略具有重要的推动作用。通过该传感器系统，研究人员还能原位观察玉米果穗水分含量的昼夜生理变化，在玉米生理成熟前持续监测果穗脱水情况，为农业生产实践提供了更精准的数据支持，具有广阔的应用前景。
