叶绿素是光合作用和植物生长的关键分子，也是植物生长过程中一个重要的监测目标，它的作用简单来说，就是利用光将水和二氧化碳转化为糖作为植物活动的能量，因此叶绿素水平与光合作用能力和生产力息息相关。
目前的叶绿素传感器已经可以很好地在现场快速确定叶绿素含量，并且不会对植物造成损害。然而，它们的组件过于庞大使它们并不适于连续监测，并且由于它们的操作要依赖于使用者，所以无法保证每次测量的准确重复，比如入射光完全一样，或是测量位置完全一致，就会导致测量数据偏差较大，重复性较差。
为了解决这些难题，南洋理工大学的研究团队开发了一种升级版叶绿素传感器，该传感器的重量仅为0.2克，因此可以直接附着在叶子表面来进行连续且更精确的监测。
据介绍，与现有叶绿素传感器不同，该传感器不是通过测量叶绿素吸收光来测量叶绿素含量的，而是测量反射光来确定叶绿素含量，即与叶子内的叶绿素相互作用后从植物返回的光。
具体来说，该传感器由一个绿色LED和两个光电探测器组成。LED向叶子的上表面发射光，来与叶子中的叶绿素相互作用，光电探测器则用于测量叶子反射光的强度。之前的研究表明，叶绿素含量较高的叶子反射光反而较少，所以利用反射光测量叶绿素含量计算的是反射光强度的倒数。
工作原理
除此以外，传感器的设计还包括一个封装LED和光电探测器的透明盖，被称为导光层，它不仅可以保护这些精密的组件，而且在提高传感器的精度方面也起着至关重要的作用。导光层是光从叶子返回时通过的第一个结构，由于光线会随着其穿过的材料的类型和厚度而发生偏差，为了防止产生测量误差，研究团队采用了厚度为1.5mm的导光层，经研究证明这个厚度的导光层可以让光线最好的定位到光电探测器中。同时，导光层选择使用了一种粘合材料，让其能牢固地附着在叶子上，从而消除传感器与叶子凹凸不平表面的间隙，这些间隙也可能导致测量的不准确。
传感器结构示意图
在传感器的实际测试中，研究人员将其附着在本塞姆氏烟草上，并将测试植物置于暗胁迫和病毒感染这两种影响叶绿素水平的条件下。新型传感器不仅及时发现了叶绿素水平的下降，并且比其他方法更快、更精确，传统的商业测试仪或视觉评估需要十天的时间才能检测到叶绿素含量的稳定下降，而新传感器只用了三天就做到了。
因此，这种叶绿素传感贴片能够提供实时数据以优化植物生长条件，检测不健康植物的早期迹象防止潜在问题，从而提高作物产量、减少资源浪费和支持可持续农业实践，在精准智能农业和园艺领域具有非常广阔的应用前景。
最前沿的电子设计资讯
