基于FBG的农业大棚土壤温度测量与研究
随着智慧农业的快速发展，土壤温度作为影响作物萌发、水肥吸收的关键参数，传统监测手段（如热电偶、铂电阻）存在效率低、易受电磁干扰、仅单点测量等问题，难以满足大棚多层土壤温度场的实时、分布式监测需求。基于光纤布拉格光栅（FBG）的温度监测系统，凭借抗干扰、高精度、长期稳定、分布式感知的优势，为农业大棚土壤温度精准监测提供了全新解决方案。
一、技术方案设计要点
1.传感器布设策略
关键监测点：针对大棚土壤垂直温度梯度，选取地表下5cm（浅层）、15cm、25cm（中层）、35cm、45cm（深层）共5个核心深度，覆盖作物根系主要分布区间；同步在各FBG传感器附近布设土壤湿度探头，在棚内放置太阳功率计，实现“温度-湿度-太阳辐射”多参量耦合监测。
2.测试系统架构
部署光纤光栅解调仪，搭配寻峰算法，实现FBG中心波长的快速解调；构建“传感器-解调仪-数据终端”一体化系统，每隔2~5分钟自动采集数据，生成多层土壤温度变化曲线，支持实时查看与历史数据回溯。
图1 土壤温度变化结果
图2 土壤湿度变化情况
图3 太阳辐射变化情况
来自文章《基于FBG的农业大棚土壤温度测量与研究》
二、工程实施突破与实测亮点：
在农业大棚的应用中，系统实现三大核心突破：
多层分布式监测：首次实现5个深度土壤温度同步监测，解决传统单点测量无法反映垂直梯度的问题；
环境抗干扰能力：不锈钢封装与FBG抗电磁特性，避免大棚内电机、灌溉设备的干扰，数据稳定性较热电偶提升60%；
多参量关联分析：同步捕捉太阳辐射（功率波动与浅层温度波动频率一致）、土壤湿度（湿度每提升10%，5cm浅层温度降低0.8~1.2℃）对温度的影响，为种植管理提供多维依据。
三、效益与技术延展：
该系统的应用实现三重效益升级：
种植精准度提升：为作物提供分层温度指导；
运维成本优化：替代人工定期测温，减少70%的人工投入，数据自动上传减少记录误差；
智慧农业适配：数据可接入大棚物联网平台，联动灌溉、遮阳设备实现温度闭环控制。
四、总结：
未来，该方案可扩展至黑土、红壤等不同土壤类型，或温室分区监测场景，结合AI算法预测土壤温度变化，为智慧农业“测-控-管”一体化提供核心感知支持。