温室环境下基于印刷纸张传感器在番茄叶片级别湿度监测中的应用评价

《IEEE Transactions on AgriFood Electronics》：Greenhouse Evaluation of Printed Paper-Based Sensors for Leaf-Level Humidity Monitoring in Tomato Leaves

　　温室内部环境条件的监测对于优化作物生长、提高水分利用效率和减少资源消耗至关重要。在这些参数中，相对湿度（RH）对植物蒸腾作用、气孔调节和病害发展具有重要影响。然而，传统传感器通常测量的是整体环境条件，往往无法捕捉植物表面附近的微气候变化。在本研究中，我们提出了一种柔性纸质阻抗式湿度传感器，通过在纤维素基底上通过滴印工艺制造聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐互指电极而成。首先，在可控气候室条件下表征了传感器响应，以评估其频率相关阻抗特性、湿度循环下的迟滞现象以及温度交叉敏感性，同时还评估了其在弯曲变形下的机械鲁棒性。随后，将该器件部署于实际环境中，并贴附于番茄叶片的下表面，以监测局部湿度的动态变化。连续四个昼夜周期的测量结果显示，打印传感器能够可靠地追踪环境相对湿度的变化，并与商业参考传感器表现出良好的一致性。当直接放置在叶片上时，传感器能够捕捉到受植物蒸腾作用和叶片微气候效应影响的局部湿度动态变化。额外的湿度-温度交叉敏感性测量证实，在研究的温度范围内，湿度仍是主导传感器响应的主要参数。这些结果表明，低成本、可生物降解的打印传感器在植物微环境的原位监测方面具有巨大潜力，为精准农业和智能温室管理中可扩展的传感平台提供了一种有前景的方法。