Nghiên cứu chế tạo thiết bị giám sát độ mặn nước sông phục vụ nông nghiệp

Nghiên cứu chế tạo thiết bị giám sát độ mặn nước sông, cảnh báo sớm, kiểm soát phục vụ nông nghiệp ứng phó biến đổi khí hậu. Đề tài cấp trường.

• Tác giả: Bùi Đình Tú
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học và Công nghệ
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo thiết bị hỗ trợ giám sát, cảnh báo và kiểm soát độ mặn của nước sông phục vụ trong nông nghiệp, ứng phó biên đôi khí hậu
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Đại học Quốc gia
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG
• 1. Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo thiết bị hỗ trợ giám sát, cảnh báo và kiểm soát độ mặn của nước sông phục vụ trong nông nghiệp, ứng phó biên đôi khí hậu
• 2. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài
• 3. Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội
• 4. Thời gian thực hiện:
• 5. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):
• 6. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 400 triệu đồng.
• TỔNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 1. Đặt vấn đề
• 2. Mục tiêu
• 3. Phương pháp nghiên cứu
• 4. Tổng quan lý thuyết cảm biến
• 4.1. Cấu hình 1 cuộn dây
• 4.1.1. Cơ sở lý thuyết đo độ tự cảm không tiếp xúc
• 4.1.1.1. Độ tự cảm L
• 4.2. Cấu hình 2 cuộn dây

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Bị Giám Sát Độ Mặn Nước Sông Cho NN

Độ mặn của nước sông là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến nông nghiệp, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước mặn xâm nhập. Việc kiểm soát và giám sát độ mặn giúp bảo vệ mùa vụ, nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng. Các phương pháp truyền thống thường tốn kém, mất thời gian và khó khăn trong việc thu thập dữ liệu liên tục trên diện rộng. Do đó, nhu cầu về các thiết bị giám sát độ mặn nước sông hiệu quả, chính xác và chi phí hợp lý ngày càng tăng. Thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc đưa ra các quyết định tưới tiêu hợp lý, sử dụng phân bón hiệu quả và bảo vệ môi trường. Nghiên cứu và phát triển các thiết bị này là một ưu tiên hàng đầu để đảm bảo an ninh lương thực và phát triển bền vững nông nghiệp. Theo báo cáo tổng kết đề tài QG 21.31 của TS. Bùi Đình Tú, Đại học Quốc gia Hà Nội, mục tiêu chính là “Nghiên cứu chế tạo thiết bị hỗ trợ giám sát, cảnh báo và kiểm soát độ mặn của nước sông phục vụ trong nông nghiệp, ứng phó biến đổi khí hậu”. Đề tài này tập trung vào việc kết hợp nghiên cứu cơ bản về vật liệu và thiết kế mạch tích hợp để tạo ra một thiết bị hoàn chỉnh, giám sát độ mặn, cảnh báo và thu thập dữ liệu qua ứng dụng di động.

1.1. Tầm Quan Trọng của Giám Sát Độ Mặn Đối Với Nông Nghiệp

Việc giám sát độ mặn có ý nghĩa then chốt đối với sự phát triển của nông nghiệp. Sự thay đổi độ mặn nước tưới có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, từ đó tác động đến năng suất và chất lượng sản phẩm. Nồng độ muối cao trong đất có thể gây ra tình trạng stress cho cây, làm giảm khả năng hấp thụ nước và chất dinh dưỡng. Hơn nữa, sự xâm nhập mặn ngày càng gia tăng do biến đổi khí hậu đang đe dọa nghiêm trọng đến các vùng nông nghiệp ven biển, đặc biệt là ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Việc ứng dụng các thiết bị kiểm tra độ mặn hiện đại giúp người nông dân chủ động kiểm soát và điều chỉnh quy trình tưới tiêu, bón phân một cách hiệu quả, giảm thiểu thiệt hại do nước mặn gây ra. Các thiết bị đo độ mặn này ngày càng được cải tiến để phù hợp với nhu cầu thực tế, từ đó đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.

1.2. Các Phương Pháp Đo Độ Mặn Nước Sông Truyền Thống và Hạn Chế

Trước khi có các thiết bị giám sát độ mặn hiện đại, việc đo độ mặn thường dựa vào các phương pháp thủ công như sử dụng tỷ trọng kế hoặc lấy mẫu nước để phân tích trong phòng thí nghiệm. Các phương pháp này có nhiều hạn chế, bao gồm độ chính xác không cao, tốn nhiều thời gian và công sức, và khó khăn trong việc thu thập dữ liệu liên tục trên diện rộng. Việc phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm đòi hỏi trang thiết bị đắt tiền và kỹ thuật viên có trình độ chuyên môn cao. Ngoài ra, các phương pháp truyền thống không cho phép theo dõi sự thay đổi độ mặn theo thời gian thực, gây khó khăn trong việc đưa ra các quyết định ứng phó kịp thời với tình trạng xâm nhập mặn. Do đó, việc phát triển và ứng dụng các thiết bị đo độ mặn tự động, có khả năng giám sát từ xa và cung cấp dữ liệu liên tục là vô cùng cần thiết để nâng cao hiệu quả quản lý nước và bảo vệ mùa vụ.

II. Thách Thức Đối Mặt Khi Giám Sát Độ Mặn Nước Sông NN

Việc giám sát độ mặn nước sông phục vụ nông nghiệp đặt ra nhiều thách thức về kỹ thuật, kinh tế và môi trường. Sự thay đổi độ mặn diễn ra phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thủy triều, lượng mưa, dòng chảy và hoạt động xả thải. Các thiết bị cần có khả năng hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt, chịu được sự ăn mòn của nước mặn và sự thay đổi nhiệt độ. Yêu cầu về độ chính xác và bền bỉ của cảm biến độ mặn cũng rất cao để đảm bảo dữ liệu thu thập được tin cậy. Bên cạnh đó, chi phí lắp đặt và bảo trì thiết bị cần hợp lý để phù hợp với điều kiện kinh tế của người nông dân. Vấn đề tự động hóa và điều khiển từ xa cũng cần được quan tâm để giảm thiểu công sức lao động và nâng cao hiệu quả quản lý. Ngoài ra, cần có các giải pháp xử lý và phân tích dữ liệu hiệu quả để chuyển đổi thông tin thô thành các khuyến nghị tưới tiêu và bón phân phù hợp.

2.1. Yêu Cầu về Độ Chính Xác và Độ Bền Của Cảm Biến Độ Mặn

Trong lĩnh vực nông nghiệp, độ chính xác của cảm biến độ mặn là yếu tố then chốt để đưa ra các quyết định tưới tiêu và bón phân phù hợp. Sai số nhỏ trong phép đo có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Do đó, cảm biến cần được thiết kế và hiệu chuẩn cẩn thận để đảm bảo độ chính xác cao trong mọi điều kiện hoạt động. Đồng thời, độ bền bỉ của cảm biến cũng rất quan trọng, đặc biệt khi thiết bị phải hoạt động liên tục trong môi trường khắc nghiệt như nước sông có độ ăn mòn cao và sự thay đổi nhiệt độ lớn. Vật liệu chế tạo cảm biến cần có khả năng chống chịu tốt với các tác động từ môi trường để đảm bảo tuổi thọ và độ tin cậy của thiết bị.

2.2. Bài Toán Chi Phí Lắp Đặt và Bảo Trì Thiết Bị Giám Sát Độ Mặn

Một trong những rào cản lớn đối với việc ứng dụng rộng rãi các thiết bị giám sát độ mặn trong nông nghiệp là chi phí lắp đặt và bảo trì. Nhiều cảm biến hiện đại có giá thành cao, vượt quá khả năng chi trả của phần lớn người nông dân. Chi phí lắp đặt cũng có thể phát sinh do yêu cầu về kỹ thuật và địa điểm lắp đặt phù hợp. Bên cạnh đó, việc bảo trì định kỳ, thay thế linh kiện và hiệu chuẩn lại cảm biến cũng đòi hỏi chi phí đáng kể. Do đó, cần có các giải pháp giảm chi phí sản xuất, lắp đặt và bảo trì thiết bị để làm cho công nghệ này trở nên dễ tiếp cận hơn với người nông dân. Việc tìm kiếm các vật liệu thay thế rẻ tiền hơn, thiết kế cảm biến đơn giản và dễ bảo trì, cũng như phát triển các dịch vụ bảo trì chia sẻ là những hướng đi tiềm năng để giải quyết bài toán này.

III. Phương Pháp Chế Tạo Cảm Biến Độ Mặn Mạch Cộng Hưởng RLC

Nghiên cứu của TS. Bùi Đình Tú và cộng sự (Đại học Quốc gia Hà Nội) đã tập trung vào việc chế tạo cảm biến độ mặn dựa trên nguyên lý mạch cộng hưởng RLC. Theo báo cáo, "Trong phần cảm biến chúng tôi sẽ chế tạo cảm biến dựa trên mạch nguyên lý độ tự cảm (mạch RLC cộng hưởng) với việc nghiên cứu tìm kiếm tần số cộng hưởng tối ưu cho độ nhạy với nước mặn bằng việc nghiên cứu thay đổi thông số vật liệu của nhằm mục đích thay đổi điện dung tụ, tối ưu hóa cuộn dây phối hợp trở kháng." Mạch RLC bao gồm một cuộn cảm (L), một tụ điện (C) và một điện trở (R). Khi mạch được kích thích bằng một tín hiệu xoay chiều, nó sẽ đạt đến trạng thái cộng hưởng tại một tần số nhất định. Tần số cộng hưởng này phụ thuộc vào giá trị của L và C. Khi độ mặn của nước thay đổi, điện dung của tụ điện cũng thay đổi, dẫn đến sự thay đổi tần số cộng hưởng. Bằng cách đo sự thay đổi tần số cộng hưởng, có thể xác định được độ mặn của nước.

3.1. Ưu Điểm Của Cảm Biến Độ Mặn Dựa Trên Mạch RLC

Sử dụng mạch cộng hưởng RLC để đo độ mặn mang lại nhiều lợi ích. Thứ nhất, cảm biến có độ nhạy cao với sự thay đổi độ mặn, cho phép phát hiện sự thay đổi nhỏ trong nồng độ muối. Thứ hai, mạch RLC có cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo và có chi phí thấp. Thứ ba, cảm biến có thể hoạt động ổn định trong môi trường nước có độ ăn mòn cao. Thứ tư, việc phân tích dữ liệu từ cảm biến RLC tương đối đơn giản, không đòi hỏi các thuật toán phức tạp. Báo cáo của TS. Tú cũng đề cập đến mục tiêu "Chế tạo cảm biến đo độ mặn dựa trên nguyên lý mạch cộng hưởng RLC (tần số dao động cộng hưởng dưới IMhz) với độ nhạy tương đương các thiết bị thương mại hiện có trên thị trường (độ mặn từ 0.0 ppt (g/l) với sai số + 0.5% giá trị". Tất cả những ưu điểm này làm cho cảm biến RLC trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho việc giám sát độ mặn nước sông phục vụ nông nghiệp.

3.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Độ Nhạy Của Cảm Biến RLC

Độ nhạy của cảm biến RLC phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm giá trị của L và C, chất lượng của cuộn cảm và tụ điện, và cấu trúc của mạch. Việc lựa chọn vật liệu cho tụ điện cũng rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến sự thay đổi điện dung theo độ mặn. Các vật liệu có hằng số điện môi cao và độ nhạy với ion muối tốt thường được ưu tiên sử dụng. Ngoài ra, cấu trúc của cuộn cảm cũng ảnh hưởng đến độ tự cảm và điện trở của mạch. Cuộn cảm có số vòng lớn và kích thước nhỏ thường cho độ nhạy cao hơn. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được độ nhạy cao nhất cho cảm biến. Hơn nữa, nhiệt độ cũng có thể ảnh hưởng đến độ nhạy của cảm biến. Do đó, cần có các biện pháp bù trừ nhiệt độ để đảm bảo độ chính xác của phép đo trong điều kiện nhiệt độ thay đổi.

IV. Ứng Dụng IoT Trong Giám Sát Độ Mặn Nước Sông NN

Việc tích hợp công nghệ IoT vào hệ thống giám sát độ mặn nước sông mang lại nhiều lợi ích to lớn. Các cảm biến độ mặn được kết nối với mạng IoT cho phép thu thập dữ liệu liên tục và truyền dữ liệu về trung tâm điều khiển. Dữ liệu này có thể được hiển thị trên các thiết bị di động hoặc máy tính, cho phép người dùng theo dõi độ mặn theo thời gian thực. Các hệ thống cảnh báo có thể được thiết lập để thông báo cho người dùng khi độ mặn vượt quá ngưỡng cho phép. Ngoài ra, dữ liệu thu thập được có thể được sử dụng để phân tích và dự báo xu hướng độ mặn, giúp người dùng đưa ra các quyết định tưới tiêu và bón phân một cách chủ động. Báo cáo của TS. Tú cũng nhấn mạnh đến việc sử dụng IoT, "Phần mạch tích hợp sẽ thiết kế xử lý tín hiệu thu được và truyền dữ liệu trên ứng dụng web điện thoại (được nhóm nghiên cứu lập trình) dé theo doi độ mặn thay đổi dé đưa ra các cảnh báo."

4.1. Hệ Thống Giám Sát Độ Mặn Từ Xa Dựa Trên Nền Tảng IoT

Hệ thống giám sát độ mặn từ xa dựa trên nền tảng IoT bao gồm các cảm biến độ mặn, các thiết bị truyền thông không dây (ví dụ: module IoT sử dụng SIM 3G/4G), và một trung tâm điều khiển. Các cảm biến được đặt tại các vị trí khác nhau trên sông để thu thập dữ liệu độ mặn. Dữ liệu này được truyền về trung tâm điều khiển thông qua mạng IoT. Tại trung tâm điều khiển, dữ liệu được xử lý, phân tích và hiển thị trên giao diện người dùng. Người dùng có thể truy cập giao diện này từ bất kỳ đâu có kết nối internet để theo dõi độ mặn và nhận cảnh báo. Hệ thống cũng có thể được tích hợp với các hệ thống tưới tiêu tự động để điều chỉnh lượng nước tưới theo độ mặn.

4.2. Phân Tích Dữ Liệu và Dự Báo Xu Hướng Độ Mặn Nhờ IoT

Dữ liệu thu thập được từ hệ thống giám sát độ mặn IoT có thể được sử dụng để phân tích và dự báo xu hướng độ mặn. Các thuật toán học máy có thể được áp dụng để tìm ra các mối quan hệ giữa độ mặn và các yếu tố khác như thủy triều, lượng mưa, và dòng chảy. Dựa trên các mối quan hệ này, có thể xây dựng các mô hình dự báo độ mặn trong tương lai. Các mô hình dự báo này có thể giúp người dùng đưa ra các quyết định tưới tiêu và bón phân một cách chủ động, giảm thiểu thiệt hại do nước mặn xâm nhập gây ra. Ngoài ra, dữ liệu cũng có thể được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các biện pháp kiểm soát độ mặn và điều chỉnh các biện pháp này cho phù hợp.

V. Kết Quả Nghiên Cứu và Thử Nghiệm Thiết Bị Giám Sát Độ Mặn

Theo báo cáo tổng kết đề tài, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công các vật liệu và tụ điện BNKT tích hợp cho cảm biến. Các cảm biến được thiết kế để hoạt động trong dải tần dưới 1 MHz. Nguyên mẫu thiết bị đã được chế tạo và thử nghiệm tại hiện trường, có tính năng cảnh báo và thu thập dữ liệu hiển thị trên ứng dụng website hoặc điện thoại. Các kết quả cho thấy cảm biến có độ nhạy tương đương các thiết bị thương mại hiện có trên thị trường (độ mặn từ 0.0 ppt (g/l) với sai số + 0.5% giá trị). Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng cao của thiết bị trong thực tế.

5.1. Đánh Giá Độ Chính Xác và Độ Ổn Định Của Cảm Biến

Độ chính xác và độ ổn định là hai yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng của cảm biến độ mặn. Trong quá trình thử nghiệm, cảm biến được so sánh với các thiết bị thương mại để đánh giá độ chính xác. Các kết quả cho thấy cảm biến có sai số nằm trong phạm vi cho phép (ví dụ, + 0.5% giá trị đo), tương đương với các thiết bị thương mại. Độ ổn định của cảm biến được đánh giá bằng cách theo dõi sự thay đổi của dữ liệu đo theo thời gian. Các kết quả cho thấy cảm biến hoạt động ổn định trong thời gian dài, không có sự trôi (drift) đáng kể.

5.2. Khả Năng Ứng Dụng Thực Tế và Triển Vọng Thương Mại Hóa

Các kết quả nghiên cứu và thử nghiệm cho thấy thiết bị giám sát độ mặn có tiềm năng ứng dụng cao trong thực tế. Thiết bị có thể được sử dụng để giám sát độ mặn nước sông phục vụ nông nghiệp, giúp người nông dân đưa ra các quyết định tưới tiêu và bón phân một cách chủ động. Ngoài ra, thiết bị cũng có thể được sử dụng trong các lĩnh vực khác như nuôi trồng thủy sản và quan trắc môi trường. Với chi phí sản xuất hợp lý và hiệu quả hoạt động cao, thiết bị có triển vọng thương mại hóa lớn, góp phần vào sự phát triển bền vững của nông nghiệp.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Thiết Bị Giám Sát Độ Mặn

Việc phát triển và ứng dụng các thiết bị giám sát độ mặn nước sông hiệu quả là rất quan trọng để bảo vệ mùa vụ và nâng cao năng suất trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước mặn xâm nhập. Nghiên cứu và thử nghiệm của TS. Bùi Đình Tú và cộng sự đã cho thấy tiềm năng lớn của cảm biến độ mặn dựa trên mạch cộng hưởng RLC kết hợp với công nghệ IoT. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng phát triển để nâng cao hiệu quả và tính ứng dụng của thiết bị. Báo cáo khuyến nghị có thể tiếp tục được phát triển dé nâng cao kiểu dáng mẫu mã, mở rộng nhiều dai đo cho nhiều loại dung dịch khác nhau. Nếu được dau tư tiếp, sản phẩm có thể thương mại hóa và mang lại những kết quả rất khả quan trong ứng dụng giám sát môi trường nước trong tương lai.

6.1. Tối Ưu Hóa Thiết Kế và Vật Liệu Cảm Biến Để Nâng Cao Độ Nhạy

Để nâng cao độ nhạy của cảm biến, cần tiếp tục tối ưu hóa thiết kế và vật liệu của cảm biến. Nghiên cứu có thể tập trung vào việc tìm kiếm các vật liệu mới có hằng số điện môi cao và độ nhạy với ion muối tốt hơn. Ngoài ra, cần nghiên cứu các cấu trúc mạch RLC mới để tăng cường độ tự cảm và giảm điện trở của mạch. Việc sử dụng các kỹ thuật chế tạo tiên tiến như công nghệ MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) cũng có thể giúp tạo ra các cảm biến có kích thước nhỏ gọn và độ nhạy cao.

6.2. Phát Triển Các Thuật Toán Xử Lý Dữ Liệu Thông Minh Để Giảm Nhiễu

Dữ liệu thu thập được từ cảm biến thường bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ môi trường. Để giảm nhiễu và nâng cao độ chính xác của phép đo, cần phát triển các thuật toán xử lý dữ liệu thông minh. Các thuật toán này có thể sử dụng các kỹ thuật lọc tín hiệu, phân tích thống kê và học máy để loại bỏ các thành phần nhiễu và khôi phục tín hiệu gốc. Ngoài ra, cần phát triển các thuật toán hiệu chỉnh để bù trừ các ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất và các yếu tố môi trường khác đến độ nhạy của cảm biến.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MẪU 14/KHCN (Ban hành kèm theo Quyết định số 3839 /OD--DHQGHN ngày 24 tháng]0 năm 2014 của Giám đốc Đại học Quốc gia Hà Nội) ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI BAO CAO TONG KET KET QUA THUC HIEN DE TAI KH&CN CAP DAI HQC QUOC GIA Tén dé tai: Nghiên cứu chế tạo thiết bị hỗ trợ giám sát, cảnh báo và kiểm soát độ mặn của nước sông phục vụ trong nông nghiệp, ứng phó biên đôi khí hậu Mã số đề tài: QG 21.31 Chủ nhiệm đề tài: TS. Bùi Đình Tú Hà Nội, 2024 PHAN I. THONG TIN CHUNG 1. Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo thiết bị hỗ trợ giám sát, cảnh báo và kiểm soát độ mặn của nước sông phục vụ trong nông nghiệp, ứng phó biên đôi khí hậu 1.

Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài TT | Chức danh, học vị, họ và tên Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài 1 [TS. Bui Dinh Tú Trường Dai học Công Chủ trì nghệ - ĐHQG HN 2 |Ths.NCS Nguyễn Dang Co |Trường Đại học Công Thư ký nghệ - ĐHQG HN 3 |Ths. Trần Văn Hiệp Trung tâm Công nghệ Thành viên Vị Điện tử và Tin học - Viện Ứng dụng Công nghệ - Bộ Khoa học và Công nghệ 4 |PGS. Nguyễn Dinh Lam |Trường Đại học Công Thành viên nghệ - ĐHQG HN 5 |Ths/NCS.

Nguyễn Thị Dung |Trường Đại học Công Thành viên nghệ - ĐHQG HN 6 |Ths. Nguyễn Thanh Tùng Trường Đại học Công Kỹ thuật viên nghệ - ĐHQG HN 1. Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội 1. Thời gian thực hiện: 1.

Theo hợp đồng: từ tháng 4 năm 2021 đến tháng 4 năm 2023 1. Gia hạn (nếu có): đến tháng 4 năm 2024 1. Thực hiện thực tế: từ tháng 4 năm 2021 đến tháng 4 năm 2024 1. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Không (Vẻ mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý kiên của Cơ quan quản ly) 1.

Tống kinh phí được phê duyệt của đề tài: 400 triệu đồng. TONG QUAN KET QUÁ NGHIÊN CỨU 1. Đặt van dé Hàm lượng muối của sông, suối và vịnh ven biển có tác động mạnh mẽ đến nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và môi trường sống động vật. Nếu như kiểm soát tốt nước nhiễm mặn vẫn có thể thành công với nền nông nghiệp dùng nước mặn, tuy nhiên việc này đòi hỏi cần phải được kiểm soát tốt nồng độ nước nhiễm mặn.

Chính vì vậy mục tiêu đề tài “Nghiên cứu chế tạo thiết bị giám sát, cảnh báo, kiểm soát hàm lượng mặn của sông phục 1 vụ trong nông nghiệp, ứng phó biến đổi khí hậu”. Dé tai bao gồm hai nội dung chính đó là AL? kết hợp giữa nghiên cứu cơ bản về vật liệu và thiết kế các mạch tích hợp để tạo ra một thiết bị hoàn chỉnh với việc giám sát độ mặn kết hợp giữa cảm biến chế tạo được và hệ thong loT cảnh báo thu thập dữ liệu bằng thiết bị di động. Trong phần cảm biến chúng tôi sẽ chế tạo cảm biến dựa trên mạch nguyên lý độ tự cảm (mạch RLC cộng hưởng) với việc nghiên cứu tìm kiếm tần số cộng hưởng tối ưu cho độ nhạy với nước mặn bằng việc nghiên cứu thay đổi thông số vật liệu của nhằm mục dich thay đổi điện dung tụ, tối ưu hóa cuộn dây phối hợp trở kháng. Phần mạch tích hợp sẽ thiết kế xử lý tín hiệu thu được và truyền đữ liệu trên ứng dụng web điện thoại (được nhóm nghiên cứu lập trình) dé theo doi độ mặn thay đổi dé đưa ra các cảnh báo.

Mục tiêu - Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu có hang số điện môi, độ phân cực trong điện trường lớn. - Chế tạo bộ phận áp điện, tụ điện cho thiết bị cộng hưởng dựa trên vật liệu sắt điện Bio.5TiO3 (BNKT) không chứa chì. - Chế tạo cảm biến đo độ mặn dựa trên nguyên lý mạch cộng hưởng RLC (tần số dao động cộng hưởng dưới IMhz) với độ nhạy tương đương các thiết bị thương mại hiện có trên thị trường (độ mặn từ 0.0 ppt (g/l) với sai số + 0.5% giá trị - Chế tạo nguyên mẫu đề thử nghiệm tại hiện trường có tính năng cảnh báo và thu thập dữ liệu thời gian thực. Phương pháp nghiên cứu Chế tạo vật liệu sắt điện Bio.5T103 (BNKT)/Fe:O bằng các phương pháp Sol-gel và thủy nhiệt với các điều kiện môi trường thay đổi, vật liệu (CsHsCH2CH2NH3)2NiClh, viết tắt là PEA-NiCl:, đơn tinh thé perovskite.

Nghiên cứu các tính chất vật liệu. Khảo sát tính chất sắt điện bằng các đường đặc trưng P-E. Sử dụng các bộ tạo và thu dao động để tìm ra thông số cộng hưởng của mạch RLC. Chế tạo các cảm biến dạng cuộn dây với các thông số khác nhau, Sử dụng thiết bị đo RLC có tại phòng thí nghiệm của Khoa dé khảo sát độ tự cảm của cảm biến với sự thay đôi của nông độ các loại muối khác nhau dé từ đó tìm ra thông số tối ưu và xây dựng đường đặc trưng cho cảm biên Thiết kế mạch điện tử từ cung cấp tín hiệu đầu vào và nhận tín hiệu đầu ra.

Ngoài ra phần mềm thu tập tín hiệu cho cảm biến viết trên hệ điều hành Android cũng được tiễn hành đồng thời. Chế tạo nguyên mẫu từ thành công của các nội dung trên. Nguyên mẫu bao gồm mạch dao động RLC, module thu phát tín hiệu cho cảm biến. Bộ truyền dữ liệu không dây 2 cho điện thoại sử dụng SIM 3G/4G gửi phát dữ liệu thực.

Thử nghiệm hiệu chỉnh thông SỐ, chuẩn hóa thiết bị. Tổng kết kết quả nghiên cứu 4. Tổng quan lý thuyết cảm biến Độ mặn của nước biến là một yếu tố của phép đo thủy văn đại dương. Phép đo của nó đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động hàng hải nghiên cứu khoa học, phát triển và sử dụng tài nguyên biển và hệ thống định vị chính xác của tàu [1].

Độ mặn của nước biển ngoài việc đo trực tiếp từ sự phụ thuộc vào độ cảm như đã thông tin ở trên. Hiện nay, độ mặn của nước biển được đo chủ yếu bằng cách đo độ dẫn điện của nước biển rồi chuyên thành độ mặn thực tế. Cảm biến độ dẫn điện có những ưu điểm độ trễ thấp, độ 6n định cao, độ chính xác cao và đo lường thuận tiện. Cảm biến độ dẫn điện đã trở thành thiết bị chính trong phương pháp đo độ mặn trong nước biên [2] Theo cấu trúc cơ học khác nhau, cảm biến độ dẫn điện dùng dé đo nước biển có thể được chia thành cảm biến tiếp xúc và cảm biến không tiếp xúc.

Cảm biến độ dẫn tiếp xúc, chủ yêu là cảm biến độ dẫn nước biển loại điện cực, được sử dụng trong các phép đo độ dẫn điện của nước biên và có thé được chia thành cảm biến hai điện cực, bốn điện cực và sáu điện cực và các dang đa điện cực khác [1]. Cảm biến độ dẫn điện loại điện cực hoạt động dựa trên quá trình điện phân nước biển và dẫn điện, giữa các điện cực có một hệ thống điện hóa phức tạp. Một cặp điện cực giống nhau tạo ra nhằm phát hiện dòng điện và điện áp giữa các điện cực đo trong cấu trúc hai điện cực. Tỷ số điện áp và cuộn dây được sử dụng dé suy ra điện trở nước biển giữa hai điện cực dé thu được điện trở nước biển.

Tuy nhiên, phản ứng phân cực xảy ra giữa hai điện cực và điện trở của nước biên không thé được suy ra đơn giản từ tỷ số điện áp và dòng điện. Vì vậy, độ chính xác của độ dan dân đưa ra là kém chính xác. Đối với dạng nhiều điện cực như dạng bốn điện cực, hiệu ứng phân cực bị loại bỏ do dòng điện tối thiểu của các điện cực bên trong [3]. Chúng có khả năng chống chịu tốt hơn với ảnh hưởng của môi trường bên ngoài đến độ chính xác đo của cảm biến và có phạm vi đo cao hơn [4].

Tuy nhiên, đối với loại điện cực này, tác dụng hóa học vẫn chưa được loại bỏ hoàn toàn [5]. Cảm biến nhiều điện cực có thê cách ly cơ học các điện cực dòng điện và điện áp, không giống như cảm biến hai điện cực. Cảm biến nhiều điện cực có tác dụng che chắn tốt hơn, mang lại kết quả đo ít bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài và có độ chính xác đo tốt hơn. Tuy nhiên, sự phân cực của điện cực vẫn chưa được loại bỏ và các điện cực dé bị ăn mòn trong nước biên khi hoạt động lâu dài, dẫn đến độ chính xác của phép đo giảm.

Cảm biến độ dẫn điện của nước biển được ghép cảm ứng không tiếp xúc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Một vòng gôm hai cuộn dây “nước biên” két hợp với nhau, sau 3 đó mối quan hệ tuyến tính giữa trở kháng của nước biển và suất điện động cảm ứng được rút ra từ nguyên lý tự cảm lẫn nhau sao cho độ dẫn điện của nước biển được xuất ra theo điện áp đầu ra [6]. Phần kim loại của cảm biến độ dẫn nước biển được ghép nối cảm ứng không tiếp xúc với nước biển và lớp vỏ phi kim loại không dễ bị ăn mòn. Đồng thời tránh được ảnh hưởng của hiệu ứng phân cực.

Cảm biến độ dẫn nước biển kết hợp cảm ứng không tiếp xúc cho thấy độ ôn định cao lâu dai, nhưng chúng dễ bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng lân cận. Do tính thấm từ của lõi cuộn cảm ứng và kích thích dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ nên độ tự cảm của cuộn cảm ứng và cuộn kích thích thay đổi dẫn đến sai số đo [7]. Ngoài ra, cảm biến ghép cảm ứng còn có nhược điểm là tín hiệu đầu ra yếu, độ nhạy thấp và hệ số nhiệt độ lớn. Năm 2007, Marin Soljacic và cộng sự.

lần đầu tiên đề xuất sử dụng cuộn dây cộng hưởng LC dé truyền năng lượng không dây ở mức năng lượng trung bình, từ đó đưa ra khái niệm cộng hưởng từ [8]. Nam 2014, Awai và cộng sự. đã tiễn hành một nghiên cứu có hệ thống về kha năng thâm nhập của hệ thống cộng hưởng từ trong nước biển. Họ đã phát hiện ra ảnh hưởng của nước biển ở các độ sâu khác nhau trong một thùng chứa có bán kính có định đến hệ số chất lượng của cuộn dây, tần số cộng hưởng và hiệu suất truyền tải của hệ thống.

Họ đề xuất sử dụng cuộn dây xoắn ốc hai lớp dé hạn chế sự phân bố điện trường và giảm ton thất dòng điện xoáy [9]. Năm 2016, Xiong và Dong đã thực hiện các phép đo độ dẫn điện trên dung dịch có cuộn dây thụ động LC.