如何利用近紅外傳感技術(shù)實現(xiàn)土壤監(jiān)測？

微訪談：Si-Ware Systems全球市場和業(yè)務(wù)開發(fā)執(zhí)行副總裁Scott Smyser

AZoM近日就近紅外（NIR）傳感技術(shù)如何支持農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈，采訪了Si-Ware Systems公司的全球市場和業(yè)務(wù)開發(fā)執(zhí)行副總裁Scott Smyser先生。麥姆斯咨詢對訪談內(nèi)容進行了編譯整理，以饗國內(nèi)讀者。

Q：推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力需求的因素有哪些？

Scott Smyser：不斷增長的世界人口對農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈的需求越來越大，無論是農(nóng)作物還是牲畜。這意味著農(nóng)民需要不斷提高效率，以盡可能獲得更高的產(chǎn)量。為此，農(nóng)民需要能夠提供農(nóng)場實時信息的監(jiān)測工具，以便及時采取行動并作出調(diào)整。

Q：土壤感知如何幫助提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力？

Scott Smyser：農(nóng)民需要最大限度地提高作物產(chǎn)量，這其中很關(guān)鍵的措施就是了解土壤健康狀況，以便正確地平衡土壤養(yǎng)分。對于有能力支付土壤檢測的農(nóng)場，他們需要將土壤樣本送到第三方實驗室進行檢測。這不僅費時費力、成本高昂，而且往往不能提供實時的結(jié)果。而對于那些無法承擔(dān)實驗室測試的農(nóng)場來說，他們只能憑借經(jīng)驗來進行猜測，尤其是在施肥方面，因此，很多農(nóng)田都有過度施肥的情況。

Q：如何利用近紅外傳感技術(shù)實現(xiàn)土壤監(jiān)測？

Scott Smyser：近紅外光譜法可以用于測定土壤中的氮、磷、鉀等養(yǎng)分。通過了解這些養(yǎng)分在農(nóng)田間的分布，農(nóng)民可以優(yōu)化施肥。借助Si-Ware的微型低成本傳感解決方案——NeoSpectra掃描儀，農(nóng)民可以在現(xiàn)場實現(xiàn)這種分析，而不必把樣本再送到第三方實驗室。他們可以通過集成掃描儀的系統(tǒng)，實時得到土壤檢測結(jié)果，然后即時采取行動。并且，可以在整個生長季節(jié)持續(xù)監(jiān)測，以不斷優(yōu)化施肥。

Si-Ware推出的NeoSpectra-Micro集成光譜傳感器

Q：近紅外傳感技術(shù)如何應(yīng)用于乳品分析？

Scott Smyser：近紅外光譜可以用于檢測牛奶中的脂肪、蛋白質(zhì)和乳糖等成分。因此，近紅外光譜掃描儀可以用于農(nóng)場的牛奶收集。如果在擠奶機上就可以實現(xiàn)這種測量，農(nóng)民就可以知道每頭奶牛的實際產(chǎn)奶情況。通過這種實時監(jiān)測，農(nóng)民可以及時調(diào)整飼料策略，最大限度地提高和優(yōu)化奶牛的產(chǎn)量。

現(xiàn)有的近紅外光譜系統(tǒng)往往體積龐大、價格昂貴，無法實現(xiàn)這種應(yīng)用。而Si-Ware的NeoSpectra-Micro光譜傳感器體積小、成本低，可以輕松地集成在擠奶機上。

另一個應(yīng)用場景是牛奶奶源的收購。例如，印度是最大的奶制品市場之一，由成千上萬的小奶農(nóng)組成。他們把牛奶送到奶源收集中心。在那里，奶農(nóng)根據(jù)牛奶的體積和重要成分（如脂肪）來獲得報酬。眾所周知，奶農(nóng)通常會在牛奶中加入添加劑或摻假物，以增加體積和脂肪含量。目前的超聲波系統(tǒng)只能測量脂肪。而小型的近紅外分析儀不僅可以測量脂肪（以及蛋白質(zhì)和乳糖），還可以確定是否有其它摻假物或添加劑。Si-Ware已經(jīng)證明其NeoSpectra-Micro光譜傳感器可以測定牛奶的成分，包括添加劑的識別。

Q：在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力方面，近紅外傳感技術(shù)還有哪些應(yīng)用？

Scott Smyser：除了奶制品應(yīng)用，近紅外光譜技術(shù)還可以用于牲畜飼料分析。與土壤一樣，牲畜飼料通常也是需要送到第三方實驗室才能檢測，以確定營養(yǎng)成分，從而進行調(diào)整，優(yōu)化飼料。我們可以利用Neospetract掃描儀開發(fā)一個系統(tǒng)，使農(nóng)民可以在農(nóng)場實時進行檢測，從而節(jié)省時間和成本。

另外，還可以在聯(lián)合收割機、飼料機械和打捆機等農(nóng)業(yè)機械上應(yīng)用近紅外光譜技術(shù)。這可以幫助農(nóng)民測量他們的作物質(zhì)量，從而在收割時實時做出決策，優(yōu)化收割計劃。同樣，市場上也已經(jīng)有可以集成在這些農(nóng)業(yè)機械上的近紅外系統(tǒng)，不過，同樣由于尺寸和成本原因，它們的應(yīng)用率很低。我們的NeoSpectra-Micro光譜傳感器的成本很低，可以推動近紅外技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械上更廣泛的應(yīng)用。

Q：NeoSpectra系列光譜掃描儀相比市場上的其它產(chǎn)品有何優(yōu)勢？

Scott Smyser：NeoSpectra光譜傳感解決方案提供了一種小尺寸、低成本的高性能組合。NeoSpectra傳感器本質(zhì)上是一種傅立葉變換紅外（FT-IR）光譜儀，它利用半導(dǎo)體MEMS技術(shù)實現(xiàn)了微型化。FT-IR光譜技術(shù)是一種成熟的光譜技術(shù)，它提供了很寬的光譜范圍，以實現(xiàn)最佳的定性和定量檢測。NeoSpectra光譜傳感解決方案可以獲得接近實驗室光譜儀的測量結(jié)果。其另一個性能優(yōu)勢是魯棒性。得益于光學(xué)器件的半導(dǎo)體集成，NeoSpectra光譜傳感器具有卓越的抗沖擊和抗振動性能。此外，除了性能，NeoSpectra傳感解決方案可以實現(xiàn)大批量的低成本生產(chǎn)。

NeoSpectra光譜傳感器核心組件包括：光學(xué)器件（包括光源和反射光的收集）、ASIC（減少外部組件，優(yōu)化性能的專有設(shè)計）以及探測組件（單片MEMS邁克耳遜干涉儀，單芯片非制冷InGaAs探測器）

Q：您對Si-Ware的未來有何展望？

Scott Smyser：Si-Ware已經(jīng)發(fā)展成為一家光譜傳感解決方案提供商，致力于為客戶開發(fā)更完整的光譜傳感解決方案。我們的傳感技術(shù)在軟硬件方面都已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化，為市場帶來了NeoSpectra掃描儀。未來，我們還可以與客戶合作，通過調(diào)整傳感光學(xué)器件、其它組件的系統(tǒng)集成、軟件接口，以及化學(xué)計量學(xué)模型，使我們的傳感解決方案適用于更廣泛的特定應(yīng)用。

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