静かに作動する複数の水質センサーによって制御される栽培タンク内の栄養溶液では、みずみずしい緑のレタスがすくすくと育ちます。
江蘇省のある大学の研究室では、ナローバンドIoT技術を基盤とした水耕栽培用スマートモニタリングシステムのおかげで、土壌なしでレタスが旺盛に育っている。研究者の張静氏は、このシステムは複数の水質センサーを用いて養液パラメータをリアルタイムでモニタリングし、ファジー制御技術を組み合わせることで、作物のニーズに応じて水質を自動調整すると説明した。
水耕栽培技術の普及に伴い、目立たない水質センサーの役割はますます重要になっています。専門研究機関から一般家庭まで、スマート水耕栽培システムは伝統的な農法を静かに変革しつつあります。
01 水耕栽培技術の現状
従来の土壌栽培と比較して、水耕栽培は作物の成長を速め、害虫被害を軽減します。作物は養液から栄養分を継続的に吸収するため、水耕栽培用養液の水質パラメータを迅速かつ正確に監視し、必要に応じて栄養分を補給することが不可欠です。
近年、センサー技術の発達とコスト低下により、スマート水耕栽培システムは研究機関から一般家庭へと広がり始めています。
典型的なスマート水耕栽培システムは、通常、センサー、コントローラー、アクチュエーターの 3 つの主要コンポーネントで構成されます。
これらのうち、センサーは様々な水質パラメータを収集する役割を担い、システムの「目」と「耳」として機能します。その精度と安定性は、水耕栽培システム全体の成否を直接左右します。
02 コアセンサーの詳細概要
pHセンサー
水耕栽培における作物の生育にはpH値が非常に重要です。養殖業に携わる方ならご存知の通り、水域の最適なpH範囲は7.5～8.5です。
pH 水質センサーは、測定対象物質内の水素イオン濃度を検出し、対応する使用可能な出力信号に変換します。
溶液中のH+イオンはセンサーの電極と相互作用して電圧信号を生成します。電圧の大きさはH+濃度に比例します。この電圧信号を測定することで、溶液の対応するpH値を得ることができます。
水耕栽培用に設計された特殊な pH センサーは市販されており、標準通信プロトコルをサポートする自動水耕栽培用 pH センサーなどがあり、測定範囲は 0 ～ 14.00 pH、分解能は最大 0.01 pH で、正確な監視と制御が可能です。
溶存酸素センサー
溶存酸素は、水耕栽培作物の健全な根の成長に不可欠な要素です。酸素を消費する物質によって汚染されていない水域では、溶存酸素は飽和レベルに維持されます。
溶存酸素センサーは、水に溶けている酸素の量を測定します。
測定対象溶液中の酸素分子はセンサの選択膜を透過し、内部の陰極と陽極で対応する還元反応または酸化反応を起こし、同時に電流信号を生成します。電流の大きさは溶存酸素濃度に比例します。
プロフェッショナル溶存酸素センサーにはさまざまな設計があり、優れた精度を提供しながら厳しい環境条件に耐えられるものもあれば、応答時間が最適化されており、スポットチェックや分析アプリケーションに適したものもあります。
イオン濃度センサー
イオン濃度センサーは、養液組成のモニタリングに不可欠な機器です。硝酸塩、アンモニウム、塩化物などの特定のイオンの濃度は、作物の成長に直接影響を及ぼします。
たとえば、特殊なアンモニウムイオンセンサーは、天然水、地表水、地下水、およびさまざまな農業用途におけるアンモニウム含有量を測定できます。
農業大学が開発した水耕液イオン濃度センサーの特許は、イオン電極、温度センサー、pHセンサーを統合し、水耕液のイオン濃度変化、温度変化、pH変化を迅速に把握できる。
電気伝導率（EC）センサー
電気伝導率は、栄養溶液中の総イオン濃度を測定する重要な指標であり、栄養溶液の肥沃度を直接反映します。
農業用灌漑および水耕栽培用に特別に設計された自動 EC トランスミッターは、最大 0 ～ 4000 µS/cm の測定範囲を提供し、標準出力プロトコルをサポートし、投与ポンプ/バルブに接続してポンプ/バルブ スイッチを制御することができます。
温度・濁度センサー
温度は作物の根の成長と代謝活動に影響を与え、濁度は栄養溶液中の浮遊粒子の量を反映します。
スマート温室水耕栽培タンクプロジェクトでは、開発者は標準的な温度精度が ±0.3℃、解像度が 0.01℃ の高精度デジタル温度・湿度センサー モジュールを使用できます。
特殊な濁度センサーをマルチパラメータ計測器と組み合わせて使用することで、栄養溶液の濁度レベルを監視できます。
03 スマートシステムにおける統合アプリケーション
個々のセンサーからのデータだけでは、水耕栽培環境全体を包括的に反映するには不十分な場合が多く、スマート水耕栽培システムではマルチセンサー融合がますます普及しています。
コスト効率の高い設計のマルチパラメータプローブは、制御システムやテレメトリシステムと簡単に統合でき、長期の展開に適しています。
研究チームは、水耕栽培の環境パラメータをリアルタイムで監視するモバイル アプリケーション インターフェイスと、運用経験と作物のニーズに基づいて栄養溶液の水質パラメータを調整するインテリジェントな制御方法を組み合わせた、IoT ベースの水耕栽培用スマート監視システムを開発しました。
テスト結果によると、このようなシステムが栄養溶液を調節する場合、pH や電気伝導率などの主要なパラメータは、妥当な時間枠内で安定したプリセット値を維持できることがわかります。
04 技術的課題と将来の動向
水耕栽培用センサー技術は大きく進歩しましたが、依然としていくつかの課題が残っています。実用化においては、センサーの長期安定性、防汚性能、校正頻度が大きな課題となっています。
特にイオン選択電極は他のイオンからの干渉を受けやすいため、定期的な校正が必要です。
将来の水耕栽培センサーは、多機能性、インテリジェンス、コスト削減に向けて発展していきます。
高度なセンサー システムにより、クロロフィル、色素、蛍光、濁度など、さまざまなパラメータの高性能測定がすでに可能になっています。
一方、オープンソース プロジェクトの発展により、スマート水耕栽培システムへの参入障壁が低くなり、より多くの人がこの農業変革に参加できるようになりました。
今日、ますます多くの都市住民が家庭用水耕栽培を試し始めています。様々な都市の住宅バルコニーでは、人気のマイクロコントローラー・プラットフォームをベースにしたスマート水耕栽培タンクで、葉物野菜が元気に育っています。
「水質センサーは水耕栽培システムの中核です。植物の『味蕾』のようなもので、どの栄養素を調整する必要があるかを教えてくれます」と、ある愛好家は説明する。
センサー技術の継続的な進歩により、精密農業は理想から現実へと変わりつつあります。
弊社では、次のようなさまざまなソリューションもご提供できます。
1. 多項目水質測定用ハンドヘルドメーター
2. 多項目水質測定用フローティングブイシステム
3. マルチパラメータ水センサー用自動洗浄ブラシ
4. サーバーとソフトウェアワイヤレスモジュールの完全なセット、RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWANをサポート
水センサーの詳細については 情報、
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Email: info@hondetech.com
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投稿日時: 2025年11月7日