BR112021005243A2 - plataforma de fusão de sensores multimodal, extensível, para sensoriamento remoto de terreno proximal - Google Patents
plataforma de fusão de sensores multimodal, extensível, para sensoriamento remoto de terreno proximal Download PDFInfo
- Publication number
- BR112021005243A2 BR112021005243A2 BR112021005243-7A BR112021005243A BR112021005243A2 BR 112021005243 A2 BR112021005243 A2 BR 112021005243A2 BR 112021005243 A BR112021005243 A BR 112021005243A BR 112021005243 A2 BR112021005243 A2 BR 112021005243A2
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- sensor
- isfet
- segment
- sensor array
- soil
- Prior art date
Links
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 98
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims abstract description 98
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 98
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 98
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 77
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 74
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 claims abstract description 56
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 43
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims abstract description 43
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 38
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 35
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 33
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 24
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 7
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract description 11
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 25
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 25
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 25
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 25
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 23
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 23
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 21
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 20
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 19
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 19
- 239000002555 ionophore Substances 0.000 description 19
- 230000000236 ionophoric effect Effects 0.000 description 19
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 16
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 230000004044 response Effects 0.000 description 12
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 11
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 8
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 7
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 7
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 6
- -1 poly(ethylene terephthalate) Polymers 0.000 description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 6
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 6
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 241001582429 Tetracis Species 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- SBHRWOBHKASWGU-UHFFFAOYSA-M tridodecyl(methyl)azanium;chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCC[N+](C)(CCCCCCCCCCCC)CCCCCCCCCCCC SBHRWOBHKASWGU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RMIXHJPMNBXMBU-UHFFFAOYSA-N Nonactin Natural products CC1C(=O)OC(C)CC(O2)CCC2C(C)C(=O)OC(C)CC(O2)CCC2C(C)C(=O)OC(C)CC(O2)CCC2C(C)C(=O)OC(C)CC2CCC1O2 RMIXHJPMNBXMBU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 2
- 229920000280 Poly(3-octylthiophene) Polymers 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- GCTFWCDSFPMHHS-UHFFFAOYSA-M Tributyltin chloride Chemical compound CCCC[Sn](Cl)(CCCC)CCCC GCTFWCDSFPMHHS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052925 anhydrite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 2
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 2
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- URAUKAJXWWFQSU-UHFFFAOYSA-N n,n-dicyclohexyl-2-[2-(dicyclohexylamino)-2-oxoethoxy]acetamide Chemical compound C1CCCCC1N(C1CCCCC1)C(=O)COCC(=O)N(C1CCCCC1)C1CCCCC1 URAUKAJXWWFQSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GKRBLFCTFPAHMH-UHFFFAOYSA-N n,n-dicyclohexyl-2-[2-[2-(dicyclohexylamino)-2-oxoethoxy]phenoxy]acetamide Chemical compound C1CCCCC1N(C1CCCCC1)C(=O)COC1=CC=CC=C1OCC(=O)N(C1CCCCC1)C1CCCCC1 GKRBLFCTFPAHMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PVWNDKPREJPMNY-UHFFFAOYSA-N n-benzyl-2-[2-[2-(n-benzylanilino)-2-oxoethoxy]phenoxy]-n-phenylacetamide Chemical compound C=1C=CC=CC=1CN(C=1C=CC=CC=1)C(=O)COC1=CC=CC=C1OCC(=O)N(C=1C=CC=CC=1)CC1=CC=CC=C1 PVWNDKPREJPMNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 2
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 2
- RBOZTFPIXJBLPK-WGDLNXRISA-N (NZ)-N-[(2Z)-1,2-bis(furan-2-yl)-2-hydroxyiminoethylidene]hydroxylamine Chemical compound O\N=C(\C(=N\O)\c1ccco1)/c1ccco1 RBOZTFPIXJBLPK-WGDLNXRISA-N 0.000 description 1
- RUEIBQJFGMERJD-UHFFFAOYSA-N 1,2,3,4,5-pentachloro-6-(2-chlorophenyl)benzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1C1=C(Cl)C(Cl)=C(Cl)C(Cl)=C1Cl RUEIBQJFGMERJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQOBMOYCYLMGKH-UHFFFAOYSA-N 1-(4-dodecylsulfonylphenyl)-2,2,2-trifluoroethanone Chemical compound CCCCCCCCCCCCS(=O)(=O)C1=CC=C(C(=O)C(F)(F)F)C=C1 WQOBMOYCYLMGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYGZJHGSLBVTPV-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-3-[2,7-ditert-butyl-5-(butylcarbamothioylamino)-9,9-dimethylxanthen-4-yl]thiourea Chemical compound O1C2=C(NC(=S)NCCCC)C=C(C(C)(C)C)C=C2C(C)(C)C2=C1C(NC(=S)NCCCC)=CC(C(C)(C)C)=C2 GYGZJHGSLBVTPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AKJHZJCPXMMQCY-UHFFFAOYSA-N 1-phenyl-3-[[3-[(phenylcarbamothioylamino)methyl]phenyl]methyl]thiourea Chemical compound C=1C=CC=CC=1NC(=S)NCC(C=1)=CC=CC=1CNC(=S)NC1=CC=CC=C1 AKJHZJCPXMMQCY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XTXRYZLZPWMJBM-UHFFFAOYSA-N 12-(methylamino)dodecanoic acid Chemical compound CNCCCCCCCCCCCC(O)=O XTXRYZLZPWMJBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XQQZRZQVBFHBHL-UHFFFAOYSA-N 12-crown-4 Chemical compound C1COCCOCCOCCO1 XQQZRZQVBFHBHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PMECOBBGCPFYPP-UHFFFAOYSA-N 2-[2,2-bis[[2-[heptyl(methyl)amino]-2-oxoethoxy]methyl]butoxy]-n-heptyl-n-methylacetamide Chemical compound CCCCCCCN(C)C(=O)COCC(CC)(COCC(=O)N(C)CCCCCCC)COCC(=O)N(C)CCCCCCC PMECOBBGCPFYPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CLLKVTAGSOWKHA-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(dicyclohexylamino)-2-oxoethoxy]-n,n-dioctadecylacetamide Chemical compound C1CCCCC1N(C(=O)COCC(=O)N(CCCCCCCCCCCCCCCCCC)CCCCCCCCCCCCCCCCCC)C1CCCCC1 CLLKVTAGSOWKHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGXRFLXVVYNTTQ-UHFFFAOYSA-N 2-chloro-2,3,3,3-tetrafluoropropanoyl fluoride Chemical compound FC(=O)C(F)(Cl)C(F)(F)F UGXRFLXVVYNTTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MTEZLAATISORQK-UHFFFAOYSA-N 2-methoxyacetamide Chemical compound COCC(N)=O MTEZLAATISORQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WLTZCRCZDLLXQP-UHFFFAOYSA-N 4-(2,2,2-trifluoroacetyl)benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(=O)C(F)(F)F)C=C1 WLTZCRCZDLLXQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NQESDIIOYWZCLK-UHFFFAOYSA-N 9-hexadecyl-1,7,11,17-tetraoxa-2,6,12,16-tetrazacycloicosane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCC1CONCCCNOCCCONCCCNOC1 NQESDIIOYWZCLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HIYAVKIYRIFSCZ-CVXKHCKVSA-N Calcimycin Chemical compound CC([C@H]1OC2([C@@H](C[C@H]1C)C)O[C@H]([C@H](CC2)C)CC=1OC2=CC=C(C(=C2N=1)C(O)=O)NC)C(=O)C1=CC=CN1 HIYAVKIYRIFSCZ-CVXKHCKVSA-N 0.000 description 1
- QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N Disodium Chemical compound [Na][Na] QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YPUPRVWRYDPGCW-UHFFFAOYSA-N Monactin Natural products CC1C(=O)OC(C)CC(O2)CCC2C(C)C(=O)OC(C)CC(O2)CCC2C(C)C(=O)OC(CC)CC(O2)CCC2C(C)C(=O)OC(C)CC2CCC1O2 YPUPRVWRYDPGCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RMIXHJPMNBXMBU-QIIXEHPYSA-N Nonactin Chemical compound C[C@H]([C@H]1CC[C@H](O1)C[C@@H](OC(=O)[C@@H](C)[C@@H]1CC[C@@H](O1)C[C@@H](C)OC(=O)[C@H](C)[C@H]1CC[C@H](O1)C[C@H](C)OC(=O)[C@H]1C)C)C(=O)O[C@H](C)C[C@H]2CC[C@@H]1O2 RMIXHJPMNBXMBU-QIIXEHPYSA-N 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N Potassium ion Chemical compound [K+] NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010067973 Valinomycin Proteins 0.000 description 1
- PNOQSKXIBWVYCX-PNZPGYLPSA-N [(3R,5R,8R,9S,10S,12S,13R,14S,17R)-17-[(2R)-5-(dioctylamino)-5-oxopentan-2-yl]-10,13-dimethyl-12-[4-(2,2,2-trifluoroacetyl)benzoyl]oxy-2,3,4,5,6,7,8,9,11,12,14,15,16,17-tetradecahydro-1H-cyclopenta[a]phenanthren-3-yl] 4-(2,2,2-trifluoroacetyl)benzoate Chemical compound CCCCCCCCN(CCCCCCCC)C(=O)CC[C@@H](C)[C@H]1CC[C@H]2[C@@H]3CC[C@@H]4C[C@@H](CC[C@]4(C)[C@H]3C[C@H](OC(=O)c3ccc(cc3)C(=O)C(F)(F)F)[C@]12C)OC(=O)c1ccc(cc1)C(=O)C(F)(F)F PNOQSKXIBWVYCX-PNZPGYLPSA-N 0.000 description 1
- CPGKMLVTFNUAHL-UHFFFAOYSA-N [Ca].[Ca] Chemical compound [Ca].[Ca] CPGKMLVTFNUAHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- FJSZDECKJYYBGE-UHFFFAOYSA-N bis(1,4,7,10-tetraoxacyclododec-2-ylmethyl) 2-dodecyl-2-methylpropanedioate Chemical compound C1OCCOCCOCCOC1COC(=O)C(C)(CCCCCCCCCCCC)C(=O)OCC1COCCOCCOCCO1 FJSZDECKJYYBGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HIYAVKIYRIFSCZ-UHFFFAOYSA-N calcium ionophore A23187 Natural products N=1C2=C(C(O)=O)C(NC)=CC=C2OC=1CC(C(CC1)C)OC1(C(CC1C)C)OC1C(C)C(=O)C1=CC=CN1 HIYAVKIYRIFSCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 125000001951 carbamoylamino group Chemical group C(N)(=O)N* 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- RCTYPNKXASFOBE-UHFFFAOYSA-M chloromercury Chemical compound [Hg]Cl RCTYPNKXASFOBE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- FCFNRCROJUBPLU-UHFFFAOYSA-N compound M126 Natural products CC(C)C1NC(=O)C(C)OC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(C(C)C)OC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(C)OC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(C(C)C)OC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(C)OC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(C(C)C)OC1=O FCFNRCROJUBPLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000018514 detection of nutrient Effects 0.000 description 1
- 125000004177 diethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- CJAONIOAQZUHPN-KKLWWLSJSA-N ethyl 12-[[2-[(2r,3r)-3-[2-[(12-ethoxy-12-oxododecyl)-methylamino]-2-oxoethoxy]butan-2-yl]oxyacetyl]-methylamino]dodecanoate Chemical compound CCOC(=O)CCCCCCCCCCCN(C)C(=O)CO[C@H](C)[C@@H](C)OCC(=O)N(C)CCCCCCCCCCCC(=O)OCC CJAONIOAQZUHPN-KKLWWLSJSA-N 0.000 description 1
- 238000009313 farming Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 125000003187 heptyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- HZZOEADXZLYIHG-UHFFFAOYSA-N magnesiomagnesium Chemical compound [Mg][Mg] HZZOEADXZLYIHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MMIPFLVOWGHZQD-UHFFFAOYSA-N manganese(3+) Chemical compound [Mn+3] MMIPFLVOWGHZQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- UEPYVEILIFKOAA-UHFFFAOYSA-N methyl(trioctyl)azanium;nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.CCCCCCCC[N+](C)(CCCCCCCC)CCCCCCCC UEPYVEILIFKOAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YPUPRVWRYDPGCW-GGOMOPATSA-N monactin Chemical compound C[C@H]([C@H]1CC[C@H](O1)C[C@@H](OC(=O)[C@@H](C)[C@@H]1CC[C@@H](O1)C[C@@H](C)OC(=O)[C@H](C)[C@H]1CC[C@H](O1)C[C@H](C)OC(=O)[C@H]1C)CC)C(=O)O[C@H](C)C[C@H]2CC[C@@H]1O2 YPUPRVWRYDPGCW-GGOMOPATSA-N 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002365 multiple layer Substances 0.000 description 1
- KAVKNHPXAMTURG-UHFFFAOYSA-N n-(4-bromonaphthalen-1-yl)acetamide Chemical compound C1=CC=C2C(NC(=O)C)=CC=C(Br)C2=C1 KAVKNHPXAMTURG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GPXFKRMUGRAQRX-UHFFFAOYSA-N n-dodecyl-n-[4-(2,2,2-trifluoroacetyl)phenyl]acetamide Chemical compound CCCCCCCCCCCCN(C(C)=O)C1=CC=C(C(=O)C(F)(F)F)C=C1 GPXFKRMUGRAQRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LKKJODPUVIMZGC-UHFFFAOYSA-N n-octadecyl-2-[2-[19-[2-[2-(octadecylamino)-2-oxoethoxy]acetyl]-1,4,7,13,16-pentaoxa-10,19-diazacyclohenicos-10-yl]-2-oxoethoxy]acetamide Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCNC(=O)COCC(=O)N1CCOCCOCCOCCN(C(=O)COCC(=O)NCCCCCCCCCCCCCCCCCC)CCOCCOCC1 LKKJODPUVIMZGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001139 pH measurement Methods 0.000 description 1
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M perchlorate Inorganic materials [O-]Cl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 1
- 229920003218 poly(methyltrifluoropropylsiloxane) Polymers 0.000 description 1
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001251 solid state electrolyte alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000007655 standard test method Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- AHQMUYHFUYRUJV-UHFFFAOYSA-N tetradodecylazanium;nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.CCCCCCCCCCCC[N+](CCCCCCCCCCCC)(CCCCCCCCCCCC)CCCCCCCCCCCC AHQMUYHFUYRUJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YNHJECZULSZAQK-UHFFFAOYSA-N tetraphenylporphyrin Chemical compound C1=CC(C(=C2C=CC(N2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3N2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 YNHJECZULSZAQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMIVMTKBZPOVKF-UHFFFAOYSA-N tridodecyl(methyl)azanium;nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.CCCCCCCCCCCC[N+](C)(CCCCCCCCCCCC)CCCCCCCCCCCC AMIVMTKBZPOVKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
- FCFNRCROJUBPLU-DNDCDFAISA-N valinomycin Chemical compound CC(C)[C@@H]1NC(=O)[C@H](C)OC(=O)[C@@H](C(C)C)NC(=O)[C@@H](C(C)C)OC(=O)[C@H](C(C)C)NC(=O)[C@H](C)OC(=O)[C@@H](C(C)C)NC(=O)[C@@H](C(C)C)OC(=O)[C@H](C(C)C)NC(=O)[C@H](C)OC(=O)[C@@H](C(C)C)NC(=O)[C@@H](C(C)C)OC1=O FCFNRCROJUBPLU-DNDCDFAISA-N 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/24—Earth materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/041—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/27—Association of two or more measuring systems or cells, each measuring a different parameter, where the measurement results may be either used independently, the systems or cells being physically associated, or combined to produce a value for a further parameter
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/24—Earth materials
- G01N33/245—Earth materials for agricultural purposes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/24—Earth materials
- G01N33/246—Earth materials for water content
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
um conjunto de sensores inclui um invólucro e múltiplos segmentos de arranjos de sensores. um primeiro segmento de arranjo de sensores inclui uma antena. um segundo segmento de arranjo de sensores inclui um sensor de temperatura do solo, um sensor de condutividade elétrica (ec), um sensor de umidade, um sensor de nitrato de transistor de efeito de campo sensível a íons (isfet) para detectar nitratos no solo adjacente, um sensor de fosfato isfet para detectar fosfatos no solo adjacente, um sensor de potássio isfet para detectar potássio no solo adjacente, e um sensor de ph isfet para detectar o ph no solo adjacente, e um eletrodo de referência eletricamente acoplado ao primeiro segmento de arranjo de sensores e ao segundo segmento de arranjo de sensores. o primeiro segmento de arranjo de sensores e o eletrodo de referência podem ser dispostos em lados opostos do segundo segmento de arranjo de sensores.
Description
[001] O presente pedido reivindica prioridade a e o benefício do Pedido de Patente US Provisório No 62/734,639, intitulado “ISFET and CHEMFET Based Sub- Soil Sensor Assemblies”, depositado em 21 de setembro de 2018, cuja revelação é por meio deste incorporada para fins de referência em sua totalidade.
[002] Os sensores, tais como sensores de umidade, são usados por agricultores e jardineiros para medir propriedades do solo.
[003] Um conjunto de sensores inclui um invólucro com um ou mais segmentos de arranjo de sensores. Um segmento de arranjo de sensores inclui hardware de comunicação sem fio, tal como uma antena, e opcionalmente, também inclui um sensor de temperatura de ar, um sensor de umidade, e um sensor de luz. Outro segmento de arranjo de sensores inclui um sensor de temperatura do solo, um sensor de condutividade elétrica (EC), um sensor de umidade e um subarranjo. O subarranjo inclui múltiplos sensores de transistor de efeito de campo sensível a íons (ISFET) incluindo pelo menos um sensor ISFET para medição de pH. Pelo menos um sensor ISFET do subarranjo inclui uma membrana reforçada de camada única ou uma membrana reforçada multicamada para a detecção seletiva de pelo menos um dentre: amônio, cálcio, carbonato, cloreto, nitrato, fosfato, potássio, sódio ou sulfato, no solo adjacente. Um eletrodo de referência de estado sólido é tanto acoplado eletricamente a cada sensor ISFET quanto compartilhado por meio de circuito de multiplexação. Opcionalmente, um subarranjo de sensores adicional contém eletrodos íon-seletivos eletricamente acoplados ao eletrodo de referência e compartilhados por meio de circuito de multiplexação. O primeiro segmento de arranjo de sensores e o eletrodo de referência podem ser dispostos em lados opostos do segundo segmento de arranjo de sensores.
[004] As FIGS. 1A a 1C são diagramas de blocos mostrando configurações do conjunto de sensores, de acordo com algumas modalidades.
[005] As FIGS. 2A a 2B são desenhos de um conjunto de sensores (vistas frontal e lateral, respectivamente), de acordo com uma modalidade.
[006] A FIG. 3 é um desenho de um conjunto de sensores incluindo três blocos de sensores, de acordo com uma modalidade.
[007] As FIGS. 4A-4B são desenhos de um conjunto de sensores (vistas frontal e lateral, respectivamente), de acordo com uma modalidade.
[008] A FIG. 5 é um desenho de um conjunto de sensores incluindo três blocos de sensores, de acordo com uma modalidade.
[009] As FIGS. 6A a 6D são fotografias de um conjunto de sensores incluindo três blocos de sensores, de acordo com uma modalidade.
[010] As FIGS. 7A a 7B são desenhos esquemáticos de uma matriz de sensor, de acordo com uma modalidade.
[011] A FIG. 8A é uma fotografia de uma matriz de sensor, de acordo com uma modalidade.
[012] A FIG. 8B é uma fotografia de uma matriz de sensor montada em uma placa de circuito e encapsulada, de acordo com uma modalidade.
[013] A FIG. 9 inclui desenhos esquemáticos de um conjunto de eletrodos de referência grande, de acordo com uma modalidade.
[014] A FIG. 10 inclui desenhos esquemáticos de um eletrodo de referência pequeno, de acordo com uma modalidade.
[015] A FIG. 11 é uma fotografia de um eletrodo de referência grande, de acordo com uma modalidade.
[016] A FIG. 12 é uma plotagem mostrando dados de teste de estabilidade para um eletrodo de referência vs. um eletrodo de referência de prata/cloreto de prata (Ag/AgCl), de acordo com uma modalidade.
[017] A FIG. 13 é uma fotografia de um eletrodo de referência pequeno, de acordo com uma modalidade.
[018] A FIG. 14 é uma plotagem mostrando dados de teste para um eletrodo de referência pequeno, de acordo com uma modalidade.
[019] A FIG. 15 é uma fotografia de um arranjo de quatro sensores encapsulado, de acordo com uma modalidade.
[020] A FIG. 16 é uma fotografia de um conjunto de placas de arranjo de seis sensores encapsulados, de acordo com uma modalidade.
[021] A FIG. 17 é um circuito de interface ISFET, de acordo com uma modalidade.
[022] A FIG. 18 é uma implementação ilustrativa do circuito de interface ISFET da FIG. 17.
[023] A FIG. 19 é um circuito de multiplexação ISFET, de acordo com uma modalidade.
[024] A FIG. 20 é uma plotagem mostrando dados de calibração para um sensor ISFET de pH, de acordo com uma modalidade.
[025] A FIG. 21 é uma plotagem mostrando dados de calibração para um sensor ISFET de nitrato, de acordo com uma modalidade.
[026] A FIG. 22 é uma plotagem mostrando dados de calibração para um sensor ISFET de fosfato, de acordo com uma modalidade.
[027] A FIG. 23 é uma plotagem mostrando dados de calibração para um sensor ISFET de potássio, de acordo com uma modalidade.
[028] A FIG. 25 é uma plotagem mostrando o efeito do sulfato sobre o desempenho dos sensores de nitrato, de acordo com uma modalidade.
[029] A FIG. 25 é uma plotagem mostrando o efeito do carbonato sobre o desempenho dos sensores de nitrato, de acordo com uma modalidade.
[030] A FIG. 26 é uma plotagem mostrando o efeito do cloreto sobre o desempenho dos sensores de nitrato, de acordo com uma modalidade.
[031] A FIG. 27 é uma plotagem mostrando o efeito do sódio sobre o desempenho dos sensores de potássio, de acordo com uma modalidade.
[032] A FIG. 28 é uma plotagem mostrando o efeito do cálcio sobre o desempenho dos sensores de potássio, de acordo com uma modalidade.
[033] A FIG. 29 é uma plotagem mostrando o efeito do magnésio sobre o desempenho dos sensores de potássio, de acordo com uma modalidade.
[034] A FIG. 30 é uma plotagem mostrando o efeito do amônio sobre o desempenho dos sensores de potássio, de acordo com uma modalidade.
[035] A FIG. 31 é uma plotagem mostrando uma resposta dinâmica de um sensor de nitrato a uma dose aplicada de solução de nitrato, de acordo com algumas modalidades.
[036] As arquiteturas de sensoriamento de solo existentes tipicamente recorrem a sensores dedicados que são projetados para detectar propriedades individuais do solo, tal como umidade. Como tal, a medição de múltiplas propriedades do solo pode se tornar enfadonha, devido à necessidade de incluir múltiplos sensores distintos, com seu aparato associado (por exemplo, cabeamento, componentes eletrônicos, etc.). Ademais, os sensores conhecidos são geralmente fabricados a partir de materiais que se degradam rapidamente na presença do solo, e, portanto, podem apresentar um tempo de vida útil relativamente curta e uma falta de previsibilidade e estabilidade em seu desempenho.
[037] As modalidades da presente revelação abordagem as desvantagens supracitadas das tecnologias de sensores de solo existentes. Por exemplo, os conjuntos de sensores da presente revelação incluem um ou múltiplos blocos de sensores, cada bloco de sensores incluindo sensores (por exemplo, dispostos em fileiras ou arranjos) para detectar uma grande variedade de condições de solo e nutrientes. Os sensores da presente revelação incluem membranas sensíveis a íons reforçadas e são configurados para resistir a ambientes de solo por um tempo substancialmente maior do que os sensores conhecidos. Em algumas modalidades, um ou mais sensores de um conjunto de sensores é isento de PVC. Como alternativa ou adicionalmente, em algumas modalidades, um conjunto de sensores inclui um eletrodo de referência isento de cobre.
[038] Um conjunto de sensores (também chamado aqui de “estaca” ou “sonda”) da presente revelação pode incluir múltiplos sensores (ou seja, uma “suíte” de sensores), incluindo, mas sem se limitar a sensores para temperatura, umidade, luz, umidade do solo, condutividade elétrica, pH e um ou mais nutrientes do solo. Os nutrientes que podem ser detectados pelas modalidades de sensor da presente revelação incluem, mas não se limitam a amônio (NH4+), cálcio (Ca2+), dióxido de carbono/carbonatos (CO2, HCO3- e CO32-, dependendo do pH), cloreto (Cl-), nitrato (NO3-), fosfatos (H3PO4, H2PO4-, HPO42-, e PO43-, dependendo do pH), potássio (K+), sódio (Na+) e sulfato (SO42-).
[039] Uma grande variedade de nutrientes pode ser detectada usando sensores de transistor de efeito de campo sensível a íons (ISFET) e/ou transistor de efeito de campo quimicamente sensível (ChemFET). Os ISFETs descritos aqui facilitam uma plataforma extensível, versátil para a detecção de uma grande variedade de nutrientes do solo. Um ISFET, em sua configuração base, pode detectar prótons (H+), dessa forma possibilitando o monitoramento do pH. Através da deposição de uma membrana na porta exposta de um ISFET, o ISFET pode ser transformado em um ChemFET com sensibilidade química. O conjunto de sensores pode ser configurado para efetuar a transmissão em tempo real, ou quase em tempo real, de métricas de saúde importantes do solo ao usuário final, como parte de um sistema de agricultura de precisão. Historicamente, os ISFETs ou ChemFETs não são considerados adequados para uso em contextos de sensoriamento de solo, por exemplo, devido às questões de durabilidade, como discutido acima. Na presente revelação, entretanto, são apresentados vários métodos para melhorar a durabilidade e estabilidade dos sensores, tornando-os adequados para uso agrícola. Os aprimoramentos-chaves incluem materiais de membrana aprimorados e eletrodos de referência de estado sólido projetados para tempos de vida útil longos no solo. Conjuntos de Sensores
[040] Em algumas modalidades, o fator de forma de um conjunto de sensores (ou “plataforma”) é o de uma “estaca” alongada (por exemplo, adequada para inserção no solo), com múltiplos sensores posicionados na mesma e/ou sobre a mesma em níveis definidos, para detectar e relatar níveis de nutrientes (e/ou outras condições) em níveis/profundidades correspondentes no solo. Os múltiplos sensores podem incluir (mas não se limitam a): sensor(es) ISFET de amônio, sensor(es) ISFET de cálcio, sensor(es) ISFET de carbonato, sensor(es) ISFET de cloreto, sensor(es) ISFET de nitrato, sensor(es) ISFET de fosfato ou sensor(es) de eletrodo, sensor(es) ISFET de potássio, sensor(es) ISFET de sódio, sensor(es) ISFET de sulfato e sensor(es) ISFET de pH, sensor(es) de condutividade elétrica (EC), sensor(es) de umidade do solo, e sensor(es) de temperatura. Em algumas modalidades, a plataforma pode incluir 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 ou mais sensores ISFET, inclusive de todas as faixas e valores entre os mesmos. O conjunto de sensores pode incluir um ou mais “blocos de sensores”, cada bloco de sensores incluindo um ou mais sensores, cada bloco de sensores (ou uma região ativa/exposta do mesmo) sendo posicionado em uma localização predeterminada dentro de ou em um invólucro do conjunto de sensores
(por exemplo, centralizado ou começando em aproximadamente 6” (15 cm), aproximadamente 12” (30 cm), aproximadamente 18” (45 cm) e/ou aproximadamente 36” (90 cm) abaixo do nível do solo). Dependendo da implementação, alguns ou todos os sensores no conjunto de sensores são configurados para estarem parcialmente em contato direto com o solo uma vez instalados. Em vista de seu contato direto com um ambiente de solo durante o uso, os sensores (por exemplo, incluindo membranas de sensores) e conjuntos de sensores (por exemplo, incluindo invólucros do conjunto de sensores) da presente revelação são projetados para serem duráveis, e resistentes a uma grande variedade de ambientes de solo.
[041] Em algumas modalidades, o conjunto de sensores inclui uma suíte de sensores em uma cabeça da sonda do sensor (ou "cabeça da sonda”) que inclui hardware de comunicações sem fio e/ou hardware de comunicações com fio. Cada cabeça de sonda também pode incluir sensores para um ou mais dentre: temperatura do ar, umidade e luz. Em algumas de tais implementações, um ou mais sensores de gás de dióxido de carbono (CO2) podem estar localizados em localizações específicas no ou dentro do conjunto de sensores, por exemplo, em aproximadamente 6” (15 cm) abaixo de uma superfície do solo. Como alternativa, ou adicionalmente, em algumas tais implementações, sensores de gás oxigênio (O2) podem estar localizados em localizações específicas no ou dentro do conjunto de sensores, por exemplo, em aproximadamente 18” (45 cm) abaixo de uma superfície do solo. Como alternativa, ou adicionalmente, sensores de gás de amônia (NH3), óxido nitroso (N2O) ou metano (CH4) podem estar localizados em localizações específicas por toda a sonda. Um único eletrodo de referência de estado sólido comum pode estar localizado na ponta da estaca de sensores, ou eletrodos de referência individuais podem estar localizados próximo de cada arranjo de sensores.
Os eletrodos de referência podem ser compartilhados eletricamente, por exemplo, através de circuitos de multiplexação.
[042] As FIGS. 1A a 1C são diagramas de blocos mostrando configurações do conjunto de sensores, de acordo com algumas modalidades. Como mostra a FIG. 1A, um conjunto de sensores 100A inclui um invólucro 101, um primeiro segmento de arranjo de sensores 102 (“cabeça da sonda”), um ou mais segundos segmentos de arranjo de sensores 112 (“bloco(s) de sensores”), e um eletrodo de referência
126. O invólucro 101 pode ter qualquer uma de uma variedade de geometrias e/ou formas diferentes, incluindo, mas sem se limitar a: alongado, em forma de disco, circular, do tipo folha e/ou do tipo placa. O primeiro segmento de arranjo de sensores 102 é disposto dentro do invólucro 101, e inclui equipamento relacionado a comunicações 104 (por exemplo, antena, transceptor, componentes de comunicação com fio, processador e memória associados, etc.), e, opcionalmente, ou mais de um sensor de temperatura do ar 106, um sensor de umidade 108 e um sensor de luz
110. Os um ou mais segundos segmentos de arranjo de sensores 112 são dispostos dentro do invólucro 101, e incluem um ou mais dentre: um sensor de temperatura do solo 114, um sensor de condutividade elétrica (EC) 116, um sensor de umidade 118, um sensor de nitrato de transistor de efeito de campo sensível a íons (ISFET) 120, um sensor de fosfato ISFET 122, um sensor de potássio ISFET 124 e um sensor de pH ISFET 125. O sensor de nitrato 120 é configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, nitratos em uma região adjacente do solo. O sensor de fosfato 122 é configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, fosfatos em uma região adjacente do solo. O sensor de potássio 124 é configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, potássio em uma região adjacente do solo. O sensor de pH 125 é configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, o pH em uma região adjacente do solo. O eletrodo de referência 126 é eletricamente acoplado a cada um do primeiro segmento de arranjo de sensores 102 e do(s) segundo(s) segmento de arranjo de sensores 112. O primeiro segmento de arranjo de sensores 102 é disposto em um primeiro lado (esquerdo) do(s) segundo(s) segmento(s) de arranjo de sensores 112, e o eletrodo de referência 126 é disposto em um segundo lado do(s) segundo(s) segmento(s) de arranjo de sensores 112, o segundo lado do(s) segundo(s) segmento(s) de arranjo de sensores 112 oposto ao primeiro lado do(s) segundo(s) segmento(s) de arranjo de sensores 112. Em algumas modalidades, um ou mais dentre o segmento de arranjo de sensores 102, os um ou mais segundos segmentos de arranjo de sensores 112, ou o eletrodo de referência 126 é acoplado de maneira removível a, ou disposto dentro do conjunto de sensores 100A, de modo que possa ser substituído. O acoplamento removível pode ser realizado através de quaisquer meios adequados, tal como engate roscado, conexão mecânica (por exemplo, encaixes, grampos, etc.), conexão por adesivo, conexão por encaixe sob pressão, etc.
[043] A FIG. 1B inclui elementos similares aos da FIG. 1A, mas com o primeiro segmento de arranjo de sensores 102 disposto fora (e configurado para ser conectado ao) invólucro 101. A FIG. 1C inclui elementos similares aos da FIG. 1A, mas com o eletrodo de referência 126 disposto fora (e configurado para ser conectado ao) invólucro 101.
[044] Os sensores dos conjuntos de sensores (por exemplo, 100A, 100B, 100C) podem ser calibrados antes do uso, como discutido em mais detalhes abaixo com referência às FIGS. 20 a 23, e as curvas de calibração associadas podem ser analisadas e/ou armazenadas em firmware ou remotamente. O firmware pode residir em um ou mais dentre: o primeiro segmento de arranjo de sensores (por exemplo, o primeiro segmento de arranjo de sensores 102), o um ou mais segundos segmentos de arranjos de sensores (por exemplo, um ou mais segundos segmentos de arranjos de sensores 112), ou “na nuvem” (isto é, uma rede de computação em nuvem).
[045] Diagramas representando um bloco de sensores individual 100 (por exemplo, similar aos blocos de sensores 112 das FIGS. 1A a 1C) acoplado a um eletrodo de referência grande 126 são apresentados nas FIGS. 2A a 2B. Como mostram as FIGS. 2A a 2B, um bloco de sensores 100 pode incluir um arranjo ISFET de 4 sensores com sensores ISFET de nitrato, fosfato, potássio e pH, junto com sensores de condutividade elétrica (EC), umidade do solo e temperatura, e cada uma de uma pluralidade de posições dentro de/em cada bloco de sensores do conjunto de sensores. Um exemplo de um conjunto de sensores possuindo três blocos de sensores (tal como o bloco de sensores ilustrado nas FIGS. 2A a 2B), cada um acoplado a um único eletrodo de referência grande 126 comum, é ilustrado na FIG. 3.
[046] Diagramas representando um bloco de sensores individual 100 (por exemplo, similar aos blocos de sensores 112 das FIGS. 1A a 1C) incluindo um mini- eletrodo de referência 126 são ilustrados nas FIGS. 4A a 4B. Como mostram as FIGS. 4A a 4B, um bloco de sensores 100 inclui um arranjo ISFET de 6 sensores com sensores ISFET de nitrato, fosfato, potássio de baixo pH, fosfato de alto pH, potássio e pH, junto com sensores de EC, umidade do solo e temperatura, em cada uma de uma de uma pluralidade de posições dentro de/em cada bloco de sensores do conjunto de sensores, onde cada posição corresponde a uma profundidade do solo durante o uso. Substituições podem ser feitas, onde um sensor de nutriente é substituído por outro, por exemplo, um sensor ISFET de sulfato ou cálcio pode substituir o(s) sensor(es) ISFET de fosfato. Em algumas tais configurações, eletrodos de referência pequenos, ou “mini”, são dispostos adjacentes a (em vez de incorporados dentro de) cada bloco de sensores, e conectados a um conjunto associado de circuitos ISFET individuais do bloco de sensores. Um exemplo de um conjunto de sensores possuindo três blocos de sensores (tal como o bloco de sensores ilustrado nas FIGS. 4A a 4B), cada um acoplado a minieletrodo de referência 126 associado (em vez disso, a um eletrodo de referência grande comum) é ilustrado na FIG. 5.
[047] As FIGS. 6A a 6D são fotografias de um conjunto de sensores construído incluindo três blocos de sensores, de acordo com uma modalidade. Matrizes de Sensores
[048] As FIGS. 7A a 7B são desenhos esquemáticos de uma matriz de sensor ilustrativa, de acordo com uma modalidade. Como mostra a FIG. 7A, uma matriz de sensor pode ter um formato retangular com um comprimento de aproximadamente 2.500 micrômetros (µm) e uma largura de aproximadamente
5.000 µm. As ilhas (“pads”) de ligação dos traçados condutores (conectados a um ou mais ISFETs da matriz de sensor) podem ser um quadrado de aproximadamente 250 µm por aproximadamente 250 µm. Uma região ativa da matriz de sensor pode ter um formato retangular com um tamanho de aproximadamente 2.000 µm por aproximadamente 2.500 µm. As matrizes de sensores podem ser fabricadas em substratos rígidos, tais como pastilhas de silício, ou sobre substratos flexíveis, tal como poli(tereftalato de etileno) (PET). Embora exemplos de geometrias para a matriz de sensor sejam apresentados na FIG. 7A, desvios dos tamanhos e/ou proporcionalidades das várias características da matriz de sensor podem ser feitos sem se afastar do escopo da presente revelação. Em algumas modalidades, a matriz de sensor pode ter um comprimento de cerca de 500 µm, de cerca de 1.000 µm, de cerca de 1.500 µm, de cerca de 2.000 µm, de cerca de 2.500 µm, de cerca de 3.000 µm, de cerca de 3.500 µm, de cerca de 4.000 µm, de cerca de 4.500 µm, ou de cerca de 5,000 µm, inclusive de todos os intervalos entre os mesmos. Em algumas modalidades, a matriz de sensor pode ter uma largura de cerca de 500 µm, de cerca de 1.000 µm, de cerca de 1.500 µm, de cerca de 2.000 µm, de cerca de
2.500 µm, de cerca de 3.000 µm, de cerca de 3.500 µm, de cerca de 4.000 µm, de cerca de 4.500 µm, ou de cerca de 5,000 µm, inclusive de todos os intervalos entre os mesmos. Em algumas modalidades, a matriz de sensor pode ter uma espessura de cerca de 100 µm, de cerca de 150 µm, de cerca de 200 µm, de cerca de 250 µm, de cerca de 300 µm, de cerca de 350 µm, de cerca de 400 µm, de cerca de 450 µm, de cerca de 500 µm, de cerca de 550 µm, de cerca de 600 µm, de cerca de 650 µm, de cerca de 700 µm, de cerca de 750 µm, de cerca de 800 µm, de cerca de 850 µm, de cerca de 900 µm, de cerca de 950 µm, de cerca de 1.000 µm (1 mm), de cerca de
1.050 µm, de cerca de 1.100 µm, de cerca de 1.150 µm, de cerca de 1.200 µm, de cerca de 1.250 µm, de cerca de 1.300 µm, de cerca de 1.350 µm, de cerca de 1.400 µm, de cerca de 1.450 µm, de cerca de 1.500 µm, de cerca de 1.550 µm, de cerca de 1.600 µm, de cerca de 1.650 µm, de cerca de 1.700 µm, de cerca de 1.750 µm, de cerca de 1.800 µm, de cerca de 1.850 µm, de cerca de 1.900 µm, de cerca de
2.000 µm (2 mm), inclusive de todos os intervalos entre os mesmos.
[049] Como descrito acima, o sensoriamento de nutrientes, de acordo com algumas modalidades, pode ser alcançado por meio de matrizes de sensores usando ISFETs ou ChemFETs, que são passíveis de fabricação através de processamento CMOS em larga escala. Uma geometria representativa de uma matriz de sensor ISFET é ilustrada na fotografia de microscópio óptico da FIG. 8A. Esses dispositivos revelam estruturas do tipo transistor comum, entretanto, a porta metálica normalmente associada a um transistor foi removida e deixada exposta. Em algumas modalidades, é a região exposta (vide a região circulada na FIG. 8A) que é disposta adjacente ao solo durante o uso, e é responsável pelo sensoriamento de íons ou nutrientes (por exemplo, através de uma ou múltiplas membranas sensíveis a íons). A região exposta antes da deposição da membrana pode incluir um ou mais materiais, tal como carbono, grafeno, nanotubos de carbono, ou filmes incluindo nitreto de silício (Si3N4), óxido de alumínio (Al2O3), ou óxido de tântalo (Ta2O5). A região exposta pode ser menor do que ou maior do que a região ativa discutida acima com referência à FIG. 7A.
[050] Há uma escolha de design entre permitir que uma parte do sensor entre em contato com o solo ou meio de interesse e ao mesmo tempo proteger ainda componentes eletrônicos sensíveis. Em algumas modalidades, os componentes eletrônicos são “encapsulados” usando um material, tal como epóxi ou resina. Uma parte da região ativa do sensor pode ser deixada exposta após o processo de encapsulação estar completo. Isso pode ser realizado, por exemplo, “mascarando” (ou de alguma outra forma protegendo) a região que se deseja expor, de modo que nenhum material encapsulante seja aplicado à mesma durante o processo de encapsulação (por exemplo, durante um processo de encapsulação de "aditivo", no qual se adiciona material encapsulante à superfície da pastilha/PCB). Como alternativa, ou adicionalmente, a região ativa da matriz de sensor é primeiro recoberta com o material encapsulante, e então uma parte da região ativa (correspondendo à região desejada a ser exposta) é exposta através de um processo subtrativo (por exemplo, corrosão a seco, corrosão química por via úmida, remoção mecânica, etc.).
[051] Um exemplo de uma matriz de sensor ChemFET encapsulada montada em uma placa de circuito impresso (PCB) é ilustrado na fotografia da FIG. 8B. Exemplos adicionais de encapsulação podem ser vistos na FIG. 15 com um arranjo ISFET/ChemFET de 4 sensores e na FIG. 16 com um conjunto de placas contendo arranjos ISFET/ChemFET de 6 sensores. Síntese e Deposição da Membrana Sensível a Íons
[052] Materiais Matriciais e Processamento
[053] Em algumas modalidades, as membranas (formadas a partir de um “material matricial”) são sintetizadas e dispostas em uma porta exposta de um transistor de efeito de campo (FET) para a detecção de analitos. Os analitos que podem ser detectados por um FET com membrana incluem, sem a isto se limitar, amônio, cálcio, carbonato, cloreto, nitrato, fosfato, potássio, sódio e sulfato. Um material matricial, como definido aqui, pode incluir um fluorsilicone (FS), selante/adesivo, ou outros materiais poliméricos possuindo propriedades mecânicas que atingem graus satisfatórios segundo as normas ASTM, tal como a ASTM D3359 (Métodos de Teste Padrão para Classificação da Adesão pelo Teste de Fita) e ASTM D6677 (Avaliação da Adesão por Faca). Por exemplo, as membranas podem receber uma classificação de 5A (sem descamação ou remoção), segundo o Método de Teste A ASTM D3359 e uma classificação de 7 ou superior segundo a ASTM D6677.
[054] Em algumas modalidades, vários aditivos podem ser adicionados aos materiais matriciais para ajustar propriedades elétricas, por exemplo, a adição de negro-de-fumo. Antes da inclusão de ionóforos íon-seletivos e de outros aditivos iônicos, o material matricial FS pode ser dissolvido em um solvente adequado, tal como tetraidrofurano (THF) ou ciclohexanona. Como alternativa, os materiais matriciais podem incluir um ou mais polímeros condutores (CPs) dopados com ionóforo, tal como polianilina (PANI), polipirrol (PPt), poli(3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT), ou poli(3-octiltiofeno) (POT), como exemplos. Como alternativa, ou adicionalmente, um arranjo de sensores pode incluir FS, CPs ou uma mistura dos mesmos.
[055] Em algumas modalidades, as soluções de membrana incluindo FS ou CPs são dispensadas na porta exposta do transistor de efeito de campo para produzir uma membrana íon-seletiva. A dispensação do material matricial sobre a porta exposta pode incluir um ou mais dentre: serigrafia, impressão a jato de tinta, dispensação por seringa, etc. O(s) material(is) de membrana podem ser deixados curar ao ar ou em outros ambientes, ou por meio de processamento a vácuo. Membranas fotocuráveis podem ser curadas através de exposição à luz UV/visível.
Membranas de Sensoriamento de Amônio
[056] Em algumas modalidades, para atingir seletividade iônica para amônio (NH4+), o ionóforo nonactina, monactina, ou uma mistura dos mesmos, é adicionado(a) ao material matricial dissolvido. Opcionalmente, o aditivo iônico tetracis(4-clorofenil)borato de potássio também pode ser adicionado. O material matricial, em algumas modalidades, pode estar presente em quantidades variando de cerca de 30% a cerca de 90% (p/p), com o balanço compreendendo ionóforos, aditivos iônicos, e plastificantes em proporções variáveis. Membranas de Sensoriamento de Cálcio
[057] Em algumas modalidades, para atingir seletividade iônica para cálcio (Ca2+), o ionóforo N,N′-[(4R,5R)-4,5-dimetil-1,8-dioxo-3,6-dioxaoctametileno]bis(12- metilamino- dodecanoato) de dietila (ETH 1001), N,N,N',N'-tetraciclohexil-3- oxapentanodiamida (ETH 129), calcimicina, N,N-diciclohexil-N′,N′-dioctadecil-3- oxapentanodiamida (ETH 5234), 10,19-bis[(octadecilcarbamoil)metoxiacetil]- 1,4,7,13,16-pentaoxa-10,19-diazacicloheneicosano, α-furildioxima, ou uma mistura dos mesmos, é adicionado ao material matricial dissolvido. Opcionalmente, o aditivo iônico tetracis(3,5-bis(trifluormetil)fenil]borato de sódio (NaTFPB) também pode ser adicionado. O material matricial, em algumas modalidades, pode estar presente em quantidades variando de cerca de 30% a 90% (p/p) ou algo em torno disso, com o balanço compreendendo ionóforos, aditivos iônicos, e plastificantes em proporções variáveis. Membranas de Sensoriamento de Carbonato
[058] Em algumas modalidades, para atingir seletividade iônica para (CO32-), o ionóforo 4-trifluoroacetilbenzoato de heptila (ETH 6010), 1-(dodecilsulfonil)-4- trifluoracetilbenzeno (ETH 6019), N-dodecil-N-(4-trifluoracetilfenil)acetamida (ETH 6022), 4-butil-α,α,α-trifluoracetofenona, N,N-dioctil-3α,12α-bis(4- trifluoroacetilbenzoilóxi)-5β-colan-24-amida, ou uma mistura dos mesmos, é adicionado ao material matricial dissolvido. Opcionalmente, o aditivo iônico cloreto de tridodecilmetilamônio (TDMAC) também pode ser adicionado. O material matricial, em algumas modalidades, pode estar presente em quantidades variando de cerca de 30% a 90% (p/p) ou algo em torno disso, com o balanço compreendendo ionóforos, aditivos iônicos, e plastificantes em proporções variáveis. Membranas de Sensoriamento de Cloreto
[059] Em algumas modalidades, para alcançar seletividade iônica para cloreto (Cl-), o ionóforo complexo cloreto de meso-tetrafenilporfirina manganês (III), 4,5-dimetil-3,6-dioctiloxi-o-fenileno-bis(mercuritrifluoracetato) (ETH 9009), 3,6- didodeciloxi-4,5-dimetil-o-fenileno-bis(cloreto de mercúrio) (ETH 9033), 4,5-bis-[N′- (butil)tioureido]-2,7-di-ter-butil-9,9-dimetilxanteno, ou uma mistura dos mesmos, é adicionado ao material matricial dissolvido. Opcionalmente, o aditivo iônico cloreto de tridodecilmetilamônio (TDMAC) também pode ser adicionado. O material matricial, em algumas modalidades, pode estar presente em quantidades variando de cerca de 30% a 90% (p/p) ou algo em torno disso, com o balanço compreendendo ionóforos, aditivos iônicos, e plastificantes em proporções variáveis. Membranas de Sensoriamento de Nitrato
[060] Em algumas modalidades, para alcançar seletividade iônica para nitrato (NO3-), o ionóforo α,α,α,α-5,10,15,20-tetracis{2-[3-(4- metilfenil)ureido]fenil}porfirina, 1,6,10,15-tetraoxa-2,5,11,14-tetraazaciclooctodecano, [1,3,8,10]tetraazaciclotetradecina-10,21-ditiona, 9-hexadecil-1,7,11,17-tetraoxa- 2,6,12,16-tetraazacicloeicosano, ou uma mistura dos mesmos, é adicionado ao material matricial dissolvido. Opcionalmente, nitrato de tridodecilmetilamônio, nitrato de tetradodecilamônio, nitrato de tri-n-octilmetilamônio, ou outros sais quaternários de amônio, também podem ser adicionados. O material matricial, em algumas modalidades, pode estar presente em quantidades variando de cerca de 30% a 90%
(p/p) ou algo em torno disso, com o balanço compreendendo ionóforos, aditivos iônicos, e plastificantes em proporções variáveis. Membranas de Sensoriamento de Fosfato
[061] Em algumas modalidades, para alcançar seletividade iônica para os fosfatos no regime de pH de aproximadamente 2 a 7, organometálicos de estanho, tal como cloreto de tributilestanho (TBTC), são adicionados ao material matricial dissolvido. Aditivos iônicos, tal como tetracis [3,5-bis(trifluormetil)-fenil]borato de sódio (NaTFPB) podem ser adicionados em %molar variável relativo aos organometálicos de estanho. Para alcançar seletividade iônica para os fosfatos no regime de pH de aproximadamente 7 a 12, poliaminas cíclicas, tais como as aminas cíclicas N3-, N4-, N5- e N6 são usadas como ionóforos. O NaTFPB pode ser adicionado em %molar variável em relação às aminas cíclicas. O material matricial, em algumas modalidades, pode estar presente em quantidades variando de cerca de 30% a 90% (p/p) ou algo em torno disso, com o balanço compreendendo ionóforos, aditivos iônicos, e plastificantes em proporções variáveis. Em algumas modalidades, múltiplos sensores de fosfato baseados em ISFET são acoplados para abranger um intervalo de pH mais amplo, e esses sensores também podem estar correlacionados aos sensores baseados em eletrodos, tais como os fabricados a partir de fios de cobalto, permitindo que o sensor detecta um amplo espectro de espécies de fosfato no solo. Membranas de Sensoriamento de Potássio
[062] Em algumas modalidades, para alcançar seletividade iônica para potássio, o ionóforo valinomicina é adicionado ao material matricial dissolvido. Opcionalmente, os aditivos iônicos tetracis(4-clorofenil)borato de potássio (KT4ClPB) e/ou tetracis[3,5-bis(trifluormetil)fenil]borato de sódio (NaTFPB) também podem ser adicionados. O material matricial, em algumas modalidades, pode estar presente em quantidades variando de cerca de 30% a 90% (p/p) ou algo em torno disso, com o balanço compreendendo ionóforos, aditivos iônicos, e plastificantes em proporções variáveis. Membranas de Sensoriamento de Sódio
[063] Em algumas modalidades, para alcançar seletividade iônica para sódio (Na+), o ionóforo N,N′,N′′-triheptil-N,N′,N′′-trimetil-4,4′,4′′-propilidinetris(3- oxabutiramida) (ETH 227), N,N′-Dibenzil-N,N′-difenil-1,2-fenilenodioxidiacetamida (ETH 157), N,N,N′,N′-Tetraciclohexil-1,2-fenilenedioxidiacetamida (ETH 2120), 2,3:11,12-didecalino-16-coroa-5, dodecilmetilmalonato de bis[(12-coroa-4)metil], 2,2- didodecilmalonato bis[(12-coroa-4)metil], éster tetraetílico de ácido 4-ter- butilcalix[4]areno-tetraacético, ou uma mistura dos mesmos, é adicionado ao material matricial dissolvido. Opcionalmente, o aditivo iônico tetracis(3,5- bis(trifluormetil)fenil]borato de sódio (NaTFPB) também pode ser adicionado. O material matricial, em algumas modalidades, pode estar presente em quantidades variando de cerca de 30% a 90% (p/p) ou algo em torno disso, com o balanço compreendendo ionóforos, aditivos iônicos, e plastificantes em proporções variáveis. Membranas de Sensoriamento de Sulfato
[064] Em algumas modalidades, para alcançar seletividade iônica para sulfato (SO42-), o ionóforo 1,3-[bis(3-feniltioureidometil)]benzeno, perclorato de 4-(4- bromofenil)-2,6-difenilpirílio (BDPP), ou uma mistura dos mesmos é adicionada ao material matricial dissolvido. O material matricial, em algumas modalidades, pode estar presente em quantidades variando de cerca de 30% a 90% (p/p) ou algo em torno disso, com o balanço compreendendo ionóforos, aditivos iônicos, e plastificantes em proporções variáveis. Eletrodos de Referência
[065] Em algumas modalidades, quando as portas metálicas são removidas das estruturas de transistor para produzir ISFETs/ChemFETs, um ou mais eletrodos de referência são adicionados ao conjunto de sensores, o(s) eletrodo(s) de referência sendo configurado(s) para colocação em (e durabilidade dento do) mesmo meio que os ISFETs/ChemFETs (por exemplo, solo). As construções de eletrodo de referência tradicionais frequentemente contêm líquidos que são propensos à secagem, e são tipicamente construídas usando vidro, reduzindo ainda mais sua robustez. Em contrapartida, os eletrodos de referência da presente revelação, usando eletrólitos de estado sólido, abordam essas fraquezas Por exemplo, em algumas modalidades, o conjunto de eletrodos de referência contém uma “frita” para permitir o transporte iônico a partir do solo para o eletrólito de estado sólido; os materiais de frita podem ser compostos de cerâmica porosa, vidro ou materiais poliméricos. Eletrodos de Referência Grandes
[066] Como mostra a FIG. 9, um conjunto de eletrodos de referência grande 126, compatível, por exemplo, com os conjuntos de sensores das FIGS. 2A a 2B e da FIG. 3, inclui uma parte de corpo principal com um conector macho 132 estendendo-se a partir da mesma, o conector macho 132 configurado para conectar- se com (isto é, ser recebido por) um condutor fêmea 130. A FIG. 11 é uma fotografia de um eletrodo de referência grande montado 126, compatível, por exemplo, com os conjuntos de sensores das FIGS. 2A a 2B, FIG. 3, ou FIGS. 6A a 6D, de acordo com uma modalidade. Eletrodos de referência montados de composição de eletrólito variável foram testados frente a elementos Ag/AgCl de referência para monitorar sua estabilidade do potencial de referência e para examinar a deriva potencial. A FIG. 12 é uma plotagem mostrando dados de compressão para eletrodos de referência grandfes (“RE’s”) vs. um eletrodo de referência de prata/cloreto de prata (Ag/AgCl), de acordo com uma modalidade. Como demonstrado pelos dados de plotagem na FIG. 12, cada um dos eletrodos de referência testados (RE1 a RE7 e versões de RE1 a RE3 “condicionadas” em uma solução de armazenamento de eletrólito) comparado favoravelmente com eletrodos de referência Ag/AgCl nus. O processo de montagem para eletrodos de referência grandes é apresentado na seção de Processo de Montagem de Eletrodo de Referência Ilustrativo abaixo. Eletrodos de Referência Pequenos
[067] Fatores de forma adicionais foram desenvolvidos, inclusive versões pequenas / em miniatura (“mini”) do eletrodo de referência de estado sólido. Estes deverão tipicamente estar localizados próximo aos arranjos de sensores, em vez de na ponta da estaca de sensores. Desenhos esquemáticos de um eletrodo de referência pequeno 126, compatíveis, por exemplo, com os conjuntos de sensores das FIGS. 4A a 4B e da FIG. 5. Como mostra a FIG. 10, um eletrodo de referencia pequeno (ou “mini”) 126 inclui um eletrodo de prata (Ag) 134 posicionado dentro de um rebaixo formado pela manga 136 e pelo menos parcialmente suportado por uma tampa interna 138 (que, em algumas modalidades, é integralmente formada com a manga 136). Uma tampa 140 é posicionada no topo do rebaixo formado pela manga
136. Uma PCB de módulo de sensor 142 (por exemplo, incluindo traçados condutores e/ou componentes eletrônicos) é mecanicamente conectada à manga 136 (ou a outros componentes do eletrodo de referência 126) e é eletricamente conectada ao eletrodo de Ag 134. Uma fotografia de um minieletrodo de referência totalmente montado é proporcionada na FIG. 13. Um exemplo de onde o minieletrodo de referência da FIG. 13 pode estar localizado em relação ao conjunto de sensores geral pode ser visto, por exemplo, nas FIGS. 4A a 4B (eletrodo de referência 126 – em cada instância de um bloco de sensores, múltiplos dos quais podem ser incluídos em um conjunto de sensores em geral) e na FIG. 5 (eletrodos de referência 126 – em cada instância de um bloco de sensores 100). A FIG. 14 é uma plotagem mostrando dados de teste de estabilidade para um eletrodo de referência pequeno, de acordo com uma modalidade. Como demonstrado pelos dados de plotagem na FIG. 12, há um período de “consolidação” ou “equilíbrio” (durante os primeiros ~0.3 dias) durante o qual o potencial sendo medido pelo eletrodo de referência diminui (por exemplo, assintoticamente) até que ele se aproxima de um valor de estado estacionário (neste caso, de cerca de -0,003 V). O período de “equilíbrio” pode ser levado em conta ao processar sinais de sensor do conjunto de sensores, por exemplo, excluindo-se ou desconsiderando-se dados coletados durante o período de “equilíbrio”, ou fazendo ajustes no mesmo (por exemplo, baseado em um tempo no qual o ponto de dados específico foi medido / detectado). Processo de Montagem de Eletrodo de Referência Ilustrativo
[068] Em algumas modalidades, um eletrodo de referência inclui um invólucro, uma frita cerâmica, um elemento Ag/AgCl, e um eletrólito sólido compreendendo gesso Paris (CaSO4•0,5 H2O) e NaCl. Para montar o eletrodo de referência, a frita cerâmica (por exemplo, feita de óxido metálico, tal como alumina (Al2O3)), é afixada ao invólucro do eletrodo de referência, por exemplo, usando um epóxi (caso este em que a montagem, uma vez colada por epóxi, é deixada curar à noite). O elemento Ag/AgCl é fixado à tampa do eletrodo de referência, usando uma pequena quantidade de epóxi junto à face superior (onde o fio de Ag nu se origina) do elemento de Ag/AgCl. O fio de Ag nu se projeta a partir da tampa e é afixado a um fio de cobre (ou metal similar) usando uma conexão por solda ou crimpada. O resultado desta etapa de montagem é o elemento Ag/AgCl, que é unido por epóxi à tampa do eletrodo de referência, que, por sua vez, é conectada ao cobre ou um fio similarmente condutor.
[069] Após a frita cerâmica ser fixada ao corpo do eletrodo de referência, uma mistura de eletrólito sólido de água deionizada, gesso “Paris” (CaSO4•0,5 H2O), e NaCl, é despejada na cavidade principal no invólucro do eletrodo de referência. Dentro de aproximadamente um minuto, o elemento Ag/AgCl do conjunto tampa-- Ag/AgCl é submerso na mistura de eletrólito sólido antes da solidificação. O processo de solidificação do material de eletrólito sólido é completado dentro de cerca de aproximadamente 20 minutos. A composição do eletrólito sólido pode ser variada com base no solo almejado sob análise.
[070] Quando da instalação do elemento Ag/AgCl no eletrólito sólido, a tampa é unida por epóxi ou de alguma outra forma afixada ao corpo do eletrodo de referência principal, completando assim a montagem do eletrodo de referência. Arranjos de Sensores
[071] A FIG. 15 é uma fotografia de cinco arranjos de quatro sensores encapsulados (isto é, quatro sensores dispostos em uma única fileira por arranjo, com cinco arranjos em uma única placa), de acordo com uma modalidade. A FIG. 16 é uma fotografia de um conjunto de três placas de arranjo de seis sensores encapsulados, de acordo com uma modalidade. Circuito de Interface ISFET
[072] Em algumas modalidades, o dispositivo ISFET opera sob um esquema de polarização de corrente constante, tensão constante. Uma fonte de tensão assegura uma tensão fonte-dreno constante Vds (Vd-Vs), por exemplo, de aproximadamente 0,3 V. Uma malha de realimentação detecta a corrente fonte- dreno através do ISFET (Ids) e ajusta a tensão de porta Vg, até o Ids atingir uma corrente especificada, em algumas modalidades, de aproximadamente 25 uA. A tensão porta-fonte Vgs (Vg-Vs) é então medida e representa a saída do sensor. Um diagrama esquemático de circuito de interface ISFET e uma implementação ilustrativa são apresentados na FIG. 17 e na FIG. 18, respectivamente. Na FIG. 17, uma fonte de tensão (Valimentação) define o potencial Vds ISFET. Um amperímetro detecta a corrente circulando através da fonte de tensão e do ISFET. Com base na saída do amperímetro, uma fonte de tensão controlada por corrente ajusta a tensão de porta, Vg, para atingir a corrente ISFET desejada. Na FIG. 18, U2 e U3 fornecem tensões de referência positivas e negativas estáveis para polarizar o ISFET. Os resistores R5, R6 e R7 atuam como um divisor de tensão para gerar o Vds necessário. O amplificador operacional U4A armazena temporariamente a tensão Vd e fornece uma baixa impedância de saída para acionar o ISFET. O resistor R14 é o elemento de detecção de corrente, e junto com o amplificador operacional U4D, cria a fonte de tensão controlada por corrente que aciona o potencial do eletrodo de referência (RE). Na operação de sensoriamento estável, Vs será aproximadamente 0 V e a saída do sensor pode ser lida como Vg. Multiplexação do ISFET
[073] Vários dispositivos ISFET podem ser multiplexados em um único circuito de interface através de técnicas de multiplexação convencionais. Aqui, várias chaves de estado sólido de um polo, uma posição, de baixa resistência ativa (Ron), são usadas para comutar fileiras conectadas aos drenos dos dispositivos ISFET e colunas conectadas às fontes dos dispositivos ISFET. Opcionalmente, o eletrodo de referência também pode ser conectado seletivamente ao circuito de interface através de chaves similares. Essas chaves podem ser dispositivos distintos ou integrados em um único pacote. Um circuito de multiplexação ISFET ilustrativo é ilustrado na FIG. 19. Calibração dos Sensores (Estudos em Campo e Laboratório)
[074] Dados de calibração para ISFETs de pH e ChemFETs de nitrato, fosfato e potássio podem ser vistos nas FIGS. 20 a 23, respectivamente. Testes foram realizados para avaliar a seletividade dos ChemFETs para íons interferentes. No caso dos sensores de nitrato, eles foram testados frente a ânions, tais como sulfatos (FIG. 24), carbonatos (FIG. 25) e íons de cloreto (FIG. 26). Os sensores de potássio foram testados perante cátions comuns encontrados no solo, tal como sódio (FIG. 27), cálcio (FIG. 28), magnésio (FIG. 29) e amônio (FIG. 30). Ambos os sensores demonstraram forte seletividade para o íon de interesse (por exemplo, nitrato, potássio) e rejeitaram íons interferentes. Testes foram realizados para testar a resposta dinâmica dos sensores a doses de soluções contendo o íon de interesse no solo. Um exemplo deste estudo realizado em areia é apresentado na FIG. 31. Dados coletados a partir de estudos em campo com as estacas de sensores foram comparados com amostras testadas em laboratório. A maioria dos resultados está dentro de 10 ppm dos resultados oriundos do laboratório.
[075] A FIG. 20 é uma plotagem mostrando dados de calibração para um sensor ISFET de pH, de acordo com uma modalidade. Durante a calibração, três medições da resposta do sensor (em milivolts, mV) foram realizadas, em solução, em três níveis de pH associados diferentes (neste caso, valores de pH de aproximadamente 4, aproximadamente 7 e aproximadamente 10). Os dados de resposta do sensor foram plotados, e uma linha do melhor ajuste foi desenhada (neste caso, y = 48,5x + 953,8), e um coeficiente de determinação (R2) foi calculado (neste caso, R2 = 0,99858).
[076] A FIG. 21 é uma plotagem mostrando dados de calibração para um sensor ISFET de nitrato, de acordo com uma modalidade. Durante a calibração, três medições da resposta do sensor (em mV) foram realizadas, em solução, em três valores diferentes de log([NO3-]) (neste caso, valores de log([NO3-]) de aproximadamente -3,0, aproximadamente -2,0 e aproximadamente -1,0). Os dados de resposta do sensor foram plotados, e uma linha do melhor ajuste foi desenhada (neste caso, y = -50,5x - 1100), e um coeficiente de determinação (R2) foi calculado (neste caso, R2 = 0,99971).
[077] A FIG. 22 é uma plotagem mostrando dados de calibração para um sensor ISFET de fosfato, de acordo com uma modalidade. Durante a calibração, três medições da resposta do sensor (em mV) foram realizadas, em solução, em três valores diferentes de log([H2PO4-]) (neste caso, valores de log([H2PO4-]) de aproximadamente -3,0, aproximadamente -2,0 e aproximadamente -1,0). Os dados de resposta do sensor foram plotados, e uma linha do melhor ajuste foi desenhada
(neste caso, y = -49,5x – 812,7), e um coeficiente de determinação (R2) foi calculado (neste caso, R2 = 0,99834).
[078] A FIG. 23 é uma plotagem mostrando dados de calibração para um sensor ISFET de potássio, de acordo com uma modalidade. Durante a calibração, três medições da resposta do sensor (em mV) foram realizadas, em solução, em três valores diferentes de log([K+]) (neste caso, valores de log([K+]) de aproximadamente -3,0, aproximadamente -2,0 e aproximadamente -1,0). Os dados de resposta do sensor foram plotados, e uma linha do melhor ajuste foi desenhada (neste caso, y = 51,5x – 1140), e um coeficiente de determinação (R2) foi calculado (neste caso, R2 = 0,99997). Sensibilidade dos Sensores aos Contaminantes
[079] A FIG. 25 é uma plotagem mostrando o efeito do sulfato, como um contaminante em potencial, sobre o desempenho dos sensores de nitrato (usando um eletrodo de referência de Ag/AgCl), de acordo com uma modalidade. Como mostra a FIG. 24, comparações lado a lado de leituras sequenciais dos sensores (usando quatro sensores distintos, Sensores 1 a 4) para nitrato (NO3-) isoladamente (parte esquerda de cada agrupamento) e nitrato na presença de sulfato (parte direita de cada agrupamento são ilustradas para três proporções diferentes de nitrato para sulfato (isto é, Grupamento 1 = 1 mm de nitrato, 10 mM de sulfato; Grupamento 2 = 10 mM de nitrato, 10 mM de sulfato; Grupamento 3 = 100 mM de nitrato, 10 mM de sulfato). Os dados na FIG. 24 mostram que o desempenho do sensor de nitrato foi estável, mesmo na presença de sulfato.
[080] A FIG. 25 é uma plotagem mostrando o efeito do carbonato, como um contaminante em potencial, sobre o desempenho dos sensores de nitrato (usando um eletrodo de referência de Ag/AgCl), de acordo com uma modalidade. Como mostra a FIG. 25, leituras de sensor sequenciais (usando quatro sensores distintos, Sensores 1 a 4) para nitrato na presença de carbonato (CO32-) são apresentadas para três proporções diferentes de nitrato para CO32- (isto é, Grupamento 1 = 1 mM de nitrato, 10 mM de carbonato; Grupamento 2 = 10 mM de nitrato, 10 mM de carbonato; Grupamento 3 = 100 mM de nitrato, 10 mM de carbonato). Os dados na FIG. 25 mostram que o desempenho do sensor de nitrato era estável (por exemplo, Grupamento 1, mostrando variação irrisória/próxima de zero na tensão) ou substancialmente estável (por exemplo, Grupamentos 2 e 3, apresentação variação na tensão de aproximadamente 0,02 a 0,04 V), mesmo na presença de carbonato.
[081] A FIG. 26 é uma plotagem mostrando o efeito do cloreto, como um contaminante em potencial, sobre o desempenho dos sensores de nitrato (usando um eletrodo de referência de Ag/AgCl), de acordo com uma modalidade. Como mostra a FIG. 26, leituras de sensor sequenciais (usando quatro sensores distintos, Sensores 1 a 4) para nitrato na presença de cloreto são apresentadas para três proporções diferentes de nitrato para cloreto (isto é, Grupamento 1 = 1 mM de nitrato, 20 mM de cloreto; Grupamento 2 = 10 mM de nitrato, 20 mM de cloreto; Grupamento 3 = 100 mM de nitrato, 20 mM de cloreto). Os dados na FIG. 26 mostram que o desempenho do sensor de nitrato era estável (por exemplo, Grupamento 1, mostrando variação irrisória/próxima de zero na tensão) ou substancialmente estável (por exemplo, Grupamentos 2 e 3, apresentação variação na tensão de aproximadamente 0,02 a 0,04 V), mesmo na presença de carbonato.
[082] A FIG. 27 é uma plotagem mostrando o efeito dos íons de sódio (Na+), como um contaminante em potencial, sobre o desempenho dos sensores de potássio, de acordo com uma modalidade. Como mostra a FIG. 27, leituras de sensor sequenciais (usando quatro sensores distintos, Sensores 1 a 4) para potássio na presença de sódio são apresentadas para seis proporções diferentes de potássio para sódio (isto é, Grupamento 1 = 1 mM de potássio, 0 mM de sódio; Grupamento 2 = 1 mM de potássio, 10 mM de sódio; Grupamento 3 = 10 mM de potássio, 0 mM de sódio; Grupamento 4 = 10 mM de potássio, 10 mM de sódio; Grupamento 5 = 100 mM de potássio, 0 mM de sódio; Grupamento 6 = 100 mM de potássio, 10 mM de sódio). Os dados na FIG. 27 mostram que o desempenho do sensor de potássio era estável, ou substancialmente estável, mesmo na presença de sódio.
[083] A FIG. 28 é uma plotagem mostrando o efeito dos íons de cálcio (Ca2+), como um contaminante em potencial, sobre o desempenho dos sensores de potássio, de acordo com uma modalidade. Como mostra a FIG. 28, leituras de sensor sequenciais (usando quatro sensores distintos, Sensores 1 a 4) para potássio na presença de cálcio são apresentadas para seis proporções diferentes de potássio para cálcio (isto é, Grupamento 1 = 1 mM de potássio, 0 mM de cálcio; Grupamento 2 = 1 mM de potássio, 10 mM de cálcio; Grupamento 3 = 10 mM de potássio, 0 mM de cálcio; Grupamento 4 = 10 mM de potássio, 10 mM de cálcio; Grupamento 5 = 100 mM de potássio, 0 mM de cálcio; Grupamento 6 = 100 mM de potássio, 10 mM de cálcio). Os dados na FIG. 27 mostram que o desempenho do sensor de potássio era estável, ou substancialmente estável, mesmo na presença de cálcio.
[084] A FIG. 29 é uma plotagem mostrando o efeito dos íons de magnésio (Mg2+), como um contaminante em potencial, sobre o desempenho dos sensores de potássio, de acordo com uma modalidade. Como mostra a FIG. 29, leituras de sensor sequenciais (usando quatro sensores distintos, Sensores 1 a 4) para potássio na presença de magnésio são apresentadas para seis proporções diferentes de potássio para magnésio (isto é, Grupamento 1 = 1 mM de potássio, 0 mM de magnésio; Grupamento 2 = 1 mM de potássio, 10 mM de magnésio; Grupamento 3 = 10 mM de potássio, 0 mM de magnésio; Grupamento 4 = 10 mM de potássio, 10 mM de magnésio; Grupamento 5 = 100 mM de potássio, 0 mM de magnésio; Grupamento 6 = 100 mM de potássio, 10 mM de magnésio). Os dados na FIG. 29 mostram que o desempenho do sensor de potássio era estável, ou substancialmente estável, mesmo na presença de magnésio.
[085] A FIG. 30 é uma plotagem mostrando o efeito do amônio (NH4+), como um contaminante em potencial, sobre o desempenho dos sensores de potássio, de acordo com uma modalidade. Como mostra a FIG. 30, leituras de sensor sequenciais (usando quatro sensores distintos, Sensores 1 a 4) para potássio na presença de amônio são apresentadas para seis proporções diferentes de potássio para magnésio (isto é, Grupamento 1 = 1 mM de potássio, 0 mM de amônio; Grupamento 2 = 1 mM de potássio, 10 mM de amônio; Grupamento 3 = 10 mM de potássio, 0 mM de amônio; Grupamento 4 = 10 mM de potássio, 10 mM de amônio; Grupamento 5 = 100 mM de potássio, 0 mM de amônio; Grupamento 6 = 100 mM de potássio, 10 mM de amônio). Os dados na FIG. 30 mostram que o desempenho do sensor de potássio era estável, ou substancialmente estável, mesmo na presença de amônio.
[086] A FIG. 31 é uma plotagem mostrando uma resposta dinâmica de um sensor de nitrato a uma dose aplicada de solução de nitrato, de acordo com algumas modalidades. Como pode ser visto na FIG. 31, há um período de tempo inicial (<1.000 segundos) durante o qual o sensor é inicialmente “molhado” com a solução contendo nitrato e detecta uma quantidade de nitrato aumentando rapidamente. Após este período de equilíbrio inicial, o sensor alcança e mantém um nível de nitrato detectado de estado estacionário.
[087] Em algumas modalidades, um ou mais componentes do conjunto de sensores (por exemplo, um primeiro segmento de arranjo de sensores ou um segundo segmento de arranjo de sensores) inclui um processador e uma memória armazenando instruções para levar o processador a um ou mais dentre: receber sinais a partir de um ou mais sensores do conjunto de sensores, analisar sinais a partir de um ou mais sensores do conjunto de sensores para detectar ou calcular um parâmetro do solo, ou enviar sinais para um ou mais dispositivos de computação remotos, em resposta a um evento de detecção de sensor. Instruções para analisar sinais a partir de um ou mais sensores do conjunto de sensores podem incluir calcular um parâmetro de solo com base, pelo menos em parte, nos dados de calibração associados ao um ou mais sensores, e/ou com base, pelo menos em parte, em um período de equilíbrio conhecido associado aos um ou mais sensores.
[088] Os sensores, conjuntos de sensores e/ou blocos de sensores da presente revelação podem ser configurados para fazer interface com (por exemplo, enviar dados para e/ou receber dados de) um ou mais sistemas de irrigação automatizados, sistemas de inspeção de drone e/ou sistemas de tecnologia agrícola, por exemplo, para causar uma modificação em uma configuração (por exemplo, relacionada à temperatura, irrigação, etc.) ou para disparar um alarme (por exemplo, para apresentação a um usuário através de uma interface gráfica do usuário de um dispositivo de computação móvel ou de mesa).
[089] Em algumas modalidades, um aparelho inclui um invólucro e múltiplos segmentos de arranjos de sensores. Os múltiplos segmentos de arranjos de sensores incluem um primeiro segmento de arranjo de sensores e um segundo segmento de arranjo de sensores. O primeiro segmento de arranjo de sensores pode incluir uma antena, um sensor de temperatura do ar, um sensor de umidade e um sensor de luz. O segundo segmento de arranjo de sensores pode incluir um sensor de temperatura do solo, um sensor de EC, um sensor de umidade, um sensor de pH baseado em ISFET, e um arranjo de sensores baseados em ISFET, possuindo membranas reforçadas, de única camada ou múltiplas camadas, para a detecção seletiva de um ou uma combinação dos seguintes nutrientes do solo: amônio, cálcio, carbonato, cloreto, nitrato, fosfato, potássio, sódio e sulfato, durante o uso e substancialmente em tempo real, em uma região adjacente do solo. Um ou ambos do primeiro segmento de arranjo de sensores e do segundo segmento de arranjo de sensores podem ser dispostos dentro do invólucro. O aparelho também inclui um eletrodo de referência eletricamente acoplado a cada um do primeiro segmento de arranjo de sensores e do segundo segmento de arranjo de sensores, O primeiro segmento de arranjo de sensores pode ser disposto em um primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores, e o eletrodo de referência pode ser disposto em um segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores, o segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores oposto ao primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores.
[090] Em alguma modalidades, o aparelho adicionalmente inclui um terceiro segmento de arranjo de sensores. O terceiro segmento de arranjo de sensores pode incluir um sensor de temperatura do solo, um sensor de EC, um sensor de umidade, um sensor de pH baseado em ISFET, e um arranjo de sensores baseados em ISFET, possuindo membranas reforçadas, de única camada ou múltiplas camadas, para a detecção seletiva de um ou uma combinação dos seguintes nutrientes do solo: amônio, cálcio, carbonato, cloreto, nitrato, fosfato, potássio, sódio e sulfato, durante o uso e substancialmente em tempo real, em uma região adjacente do solo. O segundo segmento de arranjo de sensores e o terceiro segmento de arranjo de sensores podem ser dispostos sequencialmente, em qualquer ordem, dentro do invólucro.
[091] Em alguma modalidades, o aparelho adicionalmente inclui um terceiro segmento de arranjo de sensores e um quarto segmento de arranjo de sensores. Ou um ambos do terceiro arranjo de sensores e do quarto arranjo de sensores podem incluir um sensor de temperatura do solo, um sensor de EC, um sensor de umidade, um sensor de pH baseado em ISFET, e um arranjo de sensores baseados em ISFET, possuindo membranas reforçadas, de única camada ou múltiplas camadas, para a detecção seletiva de um ou uma combinação dos seguintes nutrientes do solo: amônio, cálcio, carbonato, cloreto, nitrato, fosfato, potássio, sódio e sulfato, durante o uso e substancialmente em tempo real, em uma região adjacente do solo. O segundo segmento de arranjo de sensores, o terceiro segmento de arranjo de sensores e o quarto segmento de arranjo de sensores podem ser dispostos sequencialmente, em qualquer ordem, dentro do invólucro.
[092] Em algumas modalidades, o aparelho é configurado de modo que, em uso, a detecção do pH pelo sensor de pH ISFET, a detecção de nitrato pelo sensor de nitrato ISFET e a detecção de outros nutrientes do solo, tal como amônio, cálcio, carbonato, cloreto, fosfato, potássio, sódio e sulfato, sejam realizadas sequencialmente.
[093] Em algumas modalidades, um aparelho inclui um invólucro e um sensor de pH ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, o pH em uma região adjacente do solo. O aparelho também inclui um sensor de nitrato ISFET, disposto dentro do invólucro, configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, nitratos em uma região adjacente do solo. O aparelho também inclui pelo menos um de: um sensor de amônio ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, amônio em uma região adjacente do solo; um sensor de cálcio ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, cálcio em uma região adjacente do solo; um sensor de carbonato ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, carbonatos em uma região adjacente do solo; um sensor de cloreto ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, cloreto em uma região adjacente do solo; um sensor de fosfato ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, um sensor de carbonato ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, carbonato em uma região adjacente do solo; um sensor de potássio ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar,
durante o uso e substancialmente em tempo real, potássio em uma região adjacente do solo; um sensor de sódio ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, sódio em uma região adjacente do solo; um sensor de sulfato ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, sulfatos em uma região adjacente do solo; ou um sensor de fosfato ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, fosfatos em uma região adjacente do solo, e um eletrodo de referência eletricamente acoplado a cada um dentre o sensor de pH ISFET, o sensor de nitrato ISFET e o pelo menos um dentre o sensor de potássio ISFET, o sensor de amônio ISFET ou o sensor de fosfato ISFET. Pelo menos um do sensor de nitrato ISFET, do sensor de pH ISFET e do sensor de potássio ISFET pode incluir uma membrana de fluorpolissiloxano. O aparelho pode ser configurado de modo que, em uso, a detecção de nitrato pelo sensor de nitrato ISFET, a detecção do pH pelo sensor de pH ISFET, e pelo menos uma dentre a detecção de potássio pelo sensor de potássio ISFET, a detecção de amônio pelo sensor de amônio ISFET ou a detecção de fosfato pelo sensor de fosfato ISFET, sejam realizadas sequencialmente.
[094] Em algumas modalidades, um aparelho inclui um invólucro, um primeiro segmento de arranjo de sensores, um segundo segmento de arranjo de sensores, e um eletrodo de referência. O primeiro segmento de arranjo de sensores pode incluir uma antena, um sensor de temperatura do ar, um sensor de umidade e um sensor de luz. O segundo segmento de arranjo de sensores é disposto dentro do invólucro, e inclui um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de pH ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, um pH em uma região adjacente do solo. O eletrodo de referência é eletricamente acoplado a cada um do primeiro segmento de arranjo de sensores e do segundo segmento de arranjo de sensores. O primeiro segmento de arranjo de sensores é disposto em um primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores, e o eletrodo de referência é disposto em um segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores, o segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores oposto ao primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores. Em alguma implementações, o aparelho também inclui um terceiro segmento de arranjo de sensores. O terceiro segmento de arranjo de sensores pode incluir um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de nitrato ISFET (por exemplo, incluindo uma membrana de fluorpolissiloxano) configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, nitratos em uma região adjacente do solo. Como alternativa, ou adicionalmente, o terceiro segmento de arranjo de sensores pode incluir um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de amônio ISFET (por exemplo, incluindo uma membrana de fluorpolissiloxano) configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, nitratos em uma região adjacente do solo. Como alternativa, ou adicionalmente, o terceiro segmento de arranjo de sensores pode incluir um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de fosfato ISFET (por exemplo, incluindo uma membrana de fluorpolissiloxano) configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, fosfatos em uma região adjacente do solo. Como alternativa, ou adicionalmente, o terceiro segmento de arranjo de sensores pode incluir um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de potássio ISFET (por exemplo, incluindo uma membrana de fluorpolissiloxano) configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, potássio em uma região adjacente do solo.
[095] Em algumas modalidades, um aparelho inclui um invólucro, um primeiro segmento de arranjo de sensores, um segundo segmento de arranjo de sensores, e um eletrodo de referência único/em comum (“compartilhado”). O primeiro segmento de arranjo de sensores inclui uma antena, um sensor de temperatura do ar, um sensor de umidade e um sensor de luz. O segundo segmento de arranjo de sensores inclui um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de nitrato ISFET (por exemplo, incluindo uma membrana de fluorpolissiloxano) configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, um nitrato em uma região adjacente do solo. O eletrodo de referência é eletricamente acoplado a cada um do primeiro segmento de arranjo de sensores e do segundo segmento de arranjo de sensores. Um ou mais do primeiro segmento de arranjo de sensores, do segundo segmento de arranjo de sensores ou do eletrodo de referência é pelo menos parcialmente disposto dentro do invólucro. O primeiro segmento de arranjo de sensores pode ser disposto em um primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores, e o eletrodo de referência pode ser disposto em um segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores, o segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores oposto ao primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores.
[096] Em algumas modalidades, um aparelho inclui um invólucro, um primeiro segmento de arranjo de sensores, um segundo segmento de arranjo de sensores, e um eletrodo de referência. O primeiro segmento de arranjo de sensores inclui uma antena, um sensor de temperatura do ar, um sensor de umidade e um sensor de luz. O segundo segmento de arranjo de sensores é disposto dentro do invólucro, e inclui um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de amônio ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, amônio em uma região adjacente do solo. O eletrodo de referência é eletricamente acoplado a cada um do primeiro segmento de arranjo de sensores e do segundo segmento de arranjo de sensores. O primeiro segmento de arranjo de sensores é disposto em um primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores, e o eletrodo de referência é disposto em um segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores, oposto ao primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores.
[097] Em algumas modalidades, um aparelho inclui um invólucro, um primeiro segmento de arranjo de sensores, um segundo segmento de arranjo de sensores, e um eletrodo de referência. O primeiro segmento de arranjo de sensores inclui uma antena, um sensor de temperatura do ar, um sensor de umidade e um sensor de luz. O segundo segmento de arranjo de sensores disposto dentro do invólucro, o segundo segmento de arranjo de sensores incluindo um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de fosfato ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, fosfatos em uma região adjacente do solo. O eletrodo de referência é eletricamente acoplado a cada um do primeiro segmento de arranjo de sensores e do segundo segmento de arranjo de sensores. O primeiro segmento de arranjo de sensores é disposto em um primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores, e o eletrodo de referência é disposto em um segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores, oposto ao primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores.
[098] Em algumas modalidades, o sensor de fosfato ISFET pode incluir um primeiro sensor de fosfato de baixo pH ISFET, o segundo segmento de arranjo de sensores adicionalmente incluindo um segundo sensor de fosfato de pH alto ISFET.
[099] Em algumas modalidades, um aparelho inclui um invólucro, um primeiro segmento de arranjo de sensores, um segundo segmento de arranjo de sensores, e um eletrodo de referência. O primeiro segmento de arranjo de sensores inclui uma antena, um sensor de temperatura do ar, um sensor de umidade e um sensor de luz. O segundo segmento de arranjo de sensores pode ser disposto dentro do invólucro, o segundo segmento de arranjo de sensores incluindo um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de potássio ISFET (por exemplo, incluindo uma membrana de fluorpolissiloxano) configurado para detectar,
durante o uso e substancialmente em tempo real, potássio em uma região adjacente do solo. O eletrodo de referência pode ser eletricamente acoplado a cada um do primeiro segmento de arranjo de sensores e do segundo segmento de arranjo de sensores. O primeiro segmento de arranjo de sensores pode ser disposto em um primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores, e o eletrodo de referência é disposto em um segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores, oposto ao primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores.
[0100] Conforme utilizados aqui, os termos “cerca de” e “aproximadamente geralmente significam mais ou menos 10% do valor declarado, por exemplo, cerca de 250 µm incluiria de 225 µm a 275 µm, cerca de 1.000 µm incluiria de 900 µm a
1.100 µm.
[0101] Embora várias modalidades do sistema, métodos e dispositivos tenham sido descritas acima, deve-se entender que elas foram apresentadas apenas a título de exemplo, e não de limitação. Sempre que os métodos e etapas descritos acima indicam certos eventos ocorrendo em uma certa ordem, os versados na técnica, tendo o benefício desta revelação, reconheceriam que o ordenamento de certas etapas pode ser modificado e tal modificação está de acordo com as variações da invenção. Adicionalmente, algumas das etapas podem ser realizadas simultaneamente em um processo paralelo quando possível, bem como realizadas sequencialmente como descrito acima. As modalidades foram particularmente ilustradas e descritas, mas será entendido que várias alterações na forma e nos detalhes podem ser efetuadas.
Claims (22)
1. Aparelho, CARACTERIZADO por compreender: um invólucro; uma pluralidade de segmentos de arranjo de sensores, incluindo: um primeiro segmento de arranjo de sensores incluindo hardware de comunicação sem fio, o hardware de comunicação sem fio incluindo uma antena; e um segundo segmento de arranjo de sensores dispostos dentro do invólucro, o segundo segmento de arranjo de sensores compreendendo: um sensor de temperatura do solo, um sensor de condutividade elétrica (EC), um sensor de umidade, um sensor de nitrato de transistor de efeito de campo sensível a íons (ISFET) configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, nitratos em uma região adjacente do solo, pelo menos um sensor de fosfato ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, fosfatos em uma região adjacente do solo, um sensor de potássio ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, potássio em uma região adjacente do solo, e um sensor de pH ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, o pH em uma região adjacente do solo; e um eletrodo de referência eletricamente acoplado a cada um do primeiro segmento de arranjo de sensores e do segundo segmento de arranjo de sensores, o primeiro segmento de arranjo de sensores disposto em um primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores, e o eletrodo de referência disposto em um segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores, o segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores oposto ao primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo segmento de arranjo de sensores adicionalmente compreende um sensor de amônio ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, amônio em uma região adjacente do solo.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o pelo menos um sensor de fosfato ISFET inclui um primeiro sensor de fosfato de baixo pH ISFET e um segundo sensor de fosfato de alto pH ISFET.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender um terceiro segmento de arranjo de sensores incluindo: um sensor de temperatura do solo, um sensor de EC, um sensor de umidade, um sensor de nitrato ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, nitratos em uma região adjacente do solo, pelo menos um sensor de fosfato ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, fosfatos em uma região adjacente do solo, um sensor de potássio ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, potássio em uma região adjacente do solo, e um sensor de pH ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, o pH em uma região adjacente do solo, o segundo segmento de arranjo de sensores e o terceiro segmento de arranjo de sensores dispostos sequencialmente, em qualquer ordem, dentro do invólucro.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender um terceiro segmento de arranjo de sensores e um quarto segmento de arranjo de sensores, cada um do terceiro arranjo de sensores e do quarto arranjo de sensores incluindo: um sensor de temperatura do solo, um sensor de EC, um sensor de umidade, um sensor de nitrato ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, nitratos em uma região adjacente do solo, pelo menos um sensor de fosfato ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, fosfatos em uma região adjacente do solo, um sensor de potássio ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, potássio em uma região adjacente do solo, e um sensor de pH ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, o pH em uma região adjacente do solo, o segundo segmento de arranjo de sensores, o terceiro segmento de arranjo de sensores e o quarto segmento de arranjo de sensores dispostos sequencialmente, em qualquer ordem, dentro do invólucro.
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por ser configurado de modo que, em uso, a detecção de nitrato pelo sensor de nitrato ISFET, a detecção do pH pelo sensor de pH ISFET, e pelo menos uma dentre a detecção de potássio pelo sensor de potássio ISFET, a detecção de amônio pelo sensor de amônio ISFET ou a detecção de fosfato pelo sensor de fosfato ISFET, sejam realizadas sequencialmente.
7. Aparelho, CARACTERIZADO por compreender: um invólucro; um sensor de pH ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, o pH em uma região adjacente do solo; um sensor de nitrato ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, nitratos em uma região adjacente do solo; menos um dentre: um sensor de potássio ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, potássio em uma região adjacente do solo; um sensor de amônio ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, amônio em uma região adjacente do solo; ou um sensor de fosfato ISFET disposto dentro do invólucro e configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, fosfatos em uma região adjacente do solo; e um eletrodo de referência eletricamente acoplado a cada um dentre o sensor de pH ISFET, o sensor de nitrato ISFET e o pelo menos um dentre o sensor de potássio ISFET, o sensor de amônio ISFET ou o sensor de fosfato ISFET, pelo menos um do sensor de nitrato ISFET, do sensor de pH ISFET e do sensor de potássio ISFET incluindo uma membrana de fluorpolissiloxano, e o aparelho configurado de modo que, em uso, a detecção de nitrato pelo sensor de nitrato ISFET, a detecção do pH pelo sensor de pH ISFET, e pelo menos uma dentre a detecção de potássio pelo sensor de potássio ISFET, a detecção de amônio pelo sensor de amônio ISFET ou a detecção de fosfato pelo sensor de fosfato ISFET, sejam realizadas sequencialmente.
8. Aparelho, CARACTERIZADO por compreender: um invólucro; um primeiro segmento de arranjo de sensores, incluindo uma antena; um segundo segmento de arranjo de sensores disposto dentro do invólucro, o segundo segmento de arranjo de sensores incluindo um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de pH ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, um pH em uma região adjacente do solo; e um eletrodo de referência eletricamente acoplado a cada um do primeiro segmento de arranjo de sensores e do segundo segmento de arranjo de sensores, o primeiro segmento de arranjo de sensores disposto em um primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores, e o eletrodo de referência disposto em um segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores, o segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores oposto ao primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores.
9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor de pH ISFET inclui uma membrana de fluorpolissiloxano.
10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender um terceiro segmento de arranjo de sensores incluindo um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de nitrato ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, nitratos em uma região adjacente do solo.
11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender um terceiro segmento de arranjo de sensores incluindo um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de amônio ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, amônio em uma região adjacente do solo.
12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender um terceiro segmento de arranjo de sensores incluindo um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de fosfato ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, fosfatos em uma região adjacente do solo.
13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender um terceiro segmento de arranjo de sensores incluindo um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de potássio ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, potássio em uma região adjacente do solo.
14. Aparelho, CARACTERIZADO por compreender: um invólucro; um primeiro segmento de arranjo de sensores, incluindo uma antena; um segundo segmento de arranjo de sensores disposto dentro do invólucro, o segundo segmento de arranjo de sensores incluindo um sensor de umidade do solo, um sensor de EC, e um sensor de nutriente ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, um nutriente em uma região adjacente do solo; e um eletrodo de referência eletricamente acoplado a cada um do primeiro segmento de arranjo de sensores e do segundo segmento de arranjo de sensores, o primeiro segmento de arranjo de sensores disposto em um primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores, e o eletrodo de referência disposto em um segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores, o segundo lado do segundo segmento de arranjo de sensores oposto ao primeiro lado do segundo segmento de arranjo de sensores.
15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor de nutriente ISFET é um sensor de nitrato ISFET e o nutriente é nitrato.
16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor de nitrato ISFET inclui uma membrana de fluorpolissiloxano.
17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor de nutriente ISFET é um sensor de potássio e o nutriente é potássio.
18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor de nutriente ISFET é um primeiro sensor de nutriente ISFET, o nutriente é um primeiro nutriente, e pelo fato de que o segundo arranjo de sensores adicionalmente inclui um segundo sensor de nutriente ISFET configurado para detectar, durante o uso e substancialmente em tempo real, um segundo nutriente em uma região adjacente do solo, o segundo nutriente diferente do primeiro nutriente.
19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro sensor de nutriente ISFET é um sensor de nitrato ISFET e o primeiro nutriente é nitrato.
20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo sensor de nutriente ISFET é um sensor de potássio ISFET, e o segundo nutriente é potássio.
21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo sensor de nutriente ISFET é um sensor de amônio ISFET, e o segundo nutriente é amônio.
22. Aparelho, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo segmento de arranjo de sensores inclui n sensores de nutriente ISFET adicionais, em que n é um número inteiro variando de 1 a 5.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862734639P | 2018-09-21 | 2018-09-21 | |
| US62/734,639 | 2018-09-21 | ||
| PCT/US2019/052247 WO2020061509A2 (en) | 2018-09-21 | 2019-09-20 | Extensible, multimodal sensor fusion platform for remote, proximal terrain sensing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112021005243A2 true BR112021005243A2 (pt) | 2021-06-15 |
Family
ID=69159907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BR112021005243-7A BR112021005243A2 (pt) | 2018-09-21 | 2019-09-20 | plataforma de fusão de sensores multimodal, extensível, para sensoriamento remoto de terreno proximal |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US10866208B2 (pt) |
| EP (1) | EP3853604A2 (pt) |
| CN (1) | CN112969918A (pt) |
| AU (1) | AU2019345325A1 (pt) |
| BR (1) | BR112021005243A2 (pt) |
| CA (1) | CA3113665A1 (pt) |
| MX (1) | MX2021003289A (pt) |
| WO (1) | WO2020061509A2 (pt) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210045286A1 (en) * | 2019-08-16 | 2021-02-18 | Ramesh Gopalan | Self-Regulating Smart Irrigation System |
| US11529632B2 (en) * | 2019-09-06 | 2022-12-20 | The Regents Of The University Of California | Cloud-enabled passive wireless ionic sensing in small vials |
| US11860146B2 (en) * | 2020-05-26 | 2024-01-02 | International Business Machines Corporation | Soil nutrient sensing platform |
| WO2023044405A1 (en) * | 2021-09-17 | 2023-03-23 | The Regents Of The University Of California | Printed potentiometric sensors to measure ion concentration in soil |
| AU2022432797A1 (en) * | 2022-01-14 | 2024-06-06 | Soil In Formation, Pbc | Soil parameter sensor system |
| CN114859788A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-08-05 | 广州大学 | 基于NB-IoT的土壤离子浓度检测与监控系统及方法 |
| WO2024006488A1 (en) * | 2022-07-01 | 2024-01-04 | Soil In Formation, Pbc | Total soil carbon sensing system |
Family Cites Families (52)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4273636A (en) | 1977-05-26 | 1981-06-16 | Kiyoo Shimada | Selective chemical sensitive field effect transistor transducers |
| US4567563A (en) * | 1980-12-30 | 1986-01-28 | Energy Management Corporation | Irrigation control system |
| GB2096825A (en) | 1981-04-09 | 1982-10-20 | Sibbald Alastair | Chemical sensitive semiconductor field effect transducer |
| NL8303792A (nl) | 1983-11-03 | 1985-06-03 | Cordis Europ | Inrichting voorzien van een op een isfet gebaseerd meetcircuit; voor toepassing in het meetcircuit geschikte isfet en werkwijze ter vervaardiging van een in het meetcircuit toe te passen isfet. |
| US4908117A (en) | 1986-11-13 | 1990-03-13 | Monsanto Company | Solid state reference electrode |
| US4772377A (en) | 1987-05-22 | 1988-09-20 | Abbott Laboratories | Membrane anchor for ion-selective electrodes |
| GB8724049D0 (en) | 1987-10-14 | 1987-11-18 | Kodak Ltd | Organotin compounds as anionic ionophores |
| US5238553A (en) * | 1992-05-11 | 1993-08-24 | Electric Power Research Institute | Reference electrode assembly and process for constructing |
| JPH1014402A (ja) * | 1996-06-28 | 1998-01-20 | Sanyo Electric Works Ltd | 土壌養分計測器 |
| US6232786B1 (en) | 1996-10-03 | 2001-05-15 | Ysi Incorporated | Apparatus and method for measuring conductivity |
| US5911873A (en) | 1997-05-02 | 1999-06-15 | Rosemount Analytical Inc. | Apparatus and method for operating an ISFET at multiple drain currents and gate-source voltages allowing for diagnostics and control of isopotential points |
| US5985117A (en) * | 1997-12-29 | 1999-11-16 | The Regents Of The University Of California | Ion-selective membrane sensors with mercuracarborand ionophore |
| US7323091B1 (en) * | 2002-09-24 | 2008-01-29 | Orion Research, Inc. | Multimode electrochemical sensing array |
| US7318887B2 (en) * | 2003-10-08 | 2008-01-15 | Honeywell International Inc. | Solid state reference electrode |
| CN100561223C (zh) * | 2005-04-05 | 2009-11-18 | 中国农业大学 | 一种同步实时测量土壤三参数的测量设备 |
| US7309621B2 (en) | 2005-04-26 | 2007-12-18 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Method to fabricate a nanowire CHEMFET sensor device using selective nanowire deposition |
| US7587297B2 (en) * | 2006-03-02 | 2009-09-08 | Plant Sense, Inc. | Computerized system for targeted horticultural advertising |
| EP2021833A1 (en) * | 2006-05-08 | 2009-02-11 | P&B Agri-Tech Innovations Inc. | Method and system for monitoring growth characteristics |
| US7927883B2 (en) | 2007-11-09 | 2011-04-19 | The Regents Of The University Of California | In-situ soil nitrate ion concentration sensor |
| MY145172A (en) * | 2008-06-27 | 2011-12-30 | Mimos Berhad | Soil sensor |
| US20100137143A1 (en) | 2008-10-22 | 2010-06-03 | Ion Torrent Systems Incorporated | Methods and apparatus for measuring analytes |
| CN102301228A (zh) * | 2008-10-22 | 2011-12-28 | 生命技术公司 | 用于生物和化学分析的集成式传感器阵列 |
| MY155727A (en) | 2008-11-03 | 2015-11-17 | Mimos Berhad | Preparation of monobasic phosphate ionophores |
| DE102010015551A1 (de) | 2010-04-13 | 2011-10-13 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Ionensensitives Sensorelement |
| US9215995B2 (en) * | 2010-06-23 | 2015-12-22 | Medtronic Minimed, Inc. | Sensor systems having multiple probes and electrode arrays |
| CN101936935B (zh) * | 2010-06-29 | 2013-06-12 | 中国农业大学 | 土壤多参数测量装置 |
| EP2588850B1 (en) | 2010-06-30 | 2016-12-28 | Life Technologies Corporation | Method for dry testing isfet arrays |
| CN201885993U (zh) * | 2010-12-14 | 2011-06-29 | 重庆市科学技术研究院 | 一种土壤湿度传感器 |
| JP5510833B2 (ja) * | 2011-02-16 | 2014-06-04 | カシオ計算機株式会社 | 携帯端末装置及びプログラム |
| CN102435656A (zh) * | 2011-09-13 | 2012-05-02 | 中国农业大学 | 土壤硝态氮快速检测传感器阵列及其检测方法 |
| US9107341B2 (en) * | 2012-02-27 | 2015-08-18 | Agq Technological Corporate S.A. | Monitoring and control of soil conditions |
| CN103376284B (zh) * | 2012-04-28 | 2015-06-17 | 中国科学院电子学研究所 | 一种多参数低功耗电流模离子敏场效应管阵列传感器装置 |
| RU2650087C2 (ru) * | 2012-10-16 | 2018-04-06 | Конинклейке Филипс Н.В. | Интегральная схема с матрицей сенсорных транзисторов, сенсорное устройство и способ измерения |
| US20160157446A1 (en) | 2012-11-06 | 2016-06-09 | CROPX Technologies LTD. | Multiple soil-topography zone field irrigation user interface system and method |
| GB2509127B (en) * | 2012-12-21 | 2015-09-30 | Plant Bioscience Ltd | Soil chemistry sensor |
| DE112014002066T5 (de) | 2013-04-21 | 2015-12-31 | Kerstan Hoobler Eric | lonensensitive Vorrichtung und Herstellungsverfahren |
| GB201307777D0 (en) | 2013-04-30 | 2013-06-12 | Univ Cranfield | A phosphate sensor,its use and its method of preparation |
| UA123571C2 (uk) | 2013-09-18 | 2021-04-28 | Супрасенсор Текнолоджіз, Ллс | Спосіб приєднання мембранного матеріалу до затвору хімічного польового транзистора (cнемfet) на основі молекулярного рецептора |
| US9411070B2 (en) * | 2013-12-13 | 2016-08-09 | Cheng-Hung Chang | Extendable wireless soil measurement apparatus |
| GB2538924B (en) | 2014-03-17 | 2020-12-02 | Atlas Scient Llc | Driving circuit for a conductivity sensor |
| CN204008550U (zh) * | 2014-05-06 | 2014-12-10 | 中国农业科学院农业信息研究所 | 多参数离子传感器、传感器芯片和监测系统 |
| CN103969314B (zh) * | 2014-05-06 | 2017-02-15 | 中国农业科学院农业信息研究所 | 多参数离子传感器及其制备方法、多参数离子传感器芯片和监测系统 |
| GB2528070B (en) * | 2014-07-08 | 2016-12-14 | Vagonyx Ltd | Nerve stimulating and monitoring device |
| ES2571755B1 (es) * | 2014-11-26 | 2017-03-10 | Universitat Autònoma De Barcelona | Sonda de monitorización continua y en tiempo real de parámetros químicos de interés directamente en terrenos y sistema para la monitorización continua y en tiempo real de dichos parámetros químicos de interés |
| AR104548A1 (es) * | 2015-05-08 | 2017-07-26 | Suprasensor Tech Llc | Sistema, aparato y método para medir la concentración iónica con una corrección para la desviación estándar |
| US10317359B2 (en) * | 2016-01-05 | 2019-06-11 | Ravi Kumar Meruva | Differential carbon dioxide sensor |
| JP2019513369A (ja) * | 2016-06-17 | 2019-05-30 | 北京小米移動軟件有限公司Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｘｉａｏｍｉ Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 植物モニタ、情報生成方法及び装置、ならびに植物モニタシステム |
| EP3381250B1 (de) * | 2017-03-31 | 2020-06-03 | Scheppach Fabrikation von Holzbearbeitungsmaschinen GmbH | Gartengerät zur bodenbearbeitung und saat-bzw. pflanzverfahren mit hilfe eines solchen gartengeräts |
| US10942158B2 (en) * | 2017-04-25 | 2021-03-09 | 0Chain, LLC | Systems and methods for self provisioning sensor based probes for plants |
| CN206990002U (zh) * | 2017-07-19 | 2018-02-09 | 浙江托普云农科技股份有限公司 | 一种土壤温湿度检测仪 |
| WO2019084516A1 (en) * | 2017-10-26 | 2019-05-02 | Tribus, Llc | SYSTEM AND METHOD FOR DIRECT MEASUREMENT OF SOIL ELECTRICAL CONDUCTIVITY |
| US10591352B2 (en) * | 2018-01-10 | 2020-03-17 | X Development Llc | Sensor and system for plant canopy measurement |
-
2019
- 2019-09-20 WO PCT/US2019/052247 patent/WO2020061509A2/en unknown
- 2019-09-20 AU AU2019345325A patent/AU2019345325A1/en active Pending
- 2019-09-20 CA CA3113665A patent/CA3113665A1/en active Pending
- 2019-09-20 CN CN201980071071.1A patent/CN112969918A/zh active Pending
- 2019-09-20 US US16/578,184 patent/US10866208B2/en active Active
- 2019-09-20 EP EP19835864.0A patent/EP3853604A2/en active Pending
- 2019-09-20 MX MX2021003289A patent/MX2021003289A/es unknown
- 2019-09-20 BR BR112021005243-7A patent/BR112021005243A2/pt unknown
-
2020
- 2020-11-13 US US17/097,704 patent/US20220268728A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20200096474A1 (en) | 2020-03-26 |
| CN112969918A (zh) | 2021-06-15 |
| WO2020061509A2 (en) | 2020-03-26 |
| US10866208B2 (en) | 2020-12-15 |
| WO2020061509A9 (en) | 2020-06-18 |
| CA3113665A1 (en) | 2020-03-26 |
| US20220268728A1 (en) | 2022-08-25 |
| MX2021003289A (es) | 2021-08-11 |
| EP3853604A2 (en) | 2021-07-28 |
| WO2020061509A3 (en) | 2020-04-23 |
| AU2019345325A1 (en) | 2021-04-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| BR112021005243A2 (pt) | plataforma de fusão de sensores multimodal, extensível, para sensoriamento remoto de terreno proximal | |
| US9011670B2 (en) | Three-dimensional metal ion sensor arrays on printed circuit boards | |
| US5384028A (en) | Biosensor with a data memory | |
| CN101294927B (zh) | 离子浓度测定装置及离子浓度测定元件 | |
| BR112015014663B1 (pt) | sensor de química de solo, pluralidade de sensores de química de solo, método de coletar dados de química de solo, uso de um sensor de química de solo, uso de uma pluralidade de sensores de química de solo e método de fabricar um sensor de química de solo | |
| ES2864693T3 (es) | Procedimiento para fijar un material de membrana a la puerta de un transistor de efecto campo basado en un receptor molecular (CHEMFET) | |
| US3440525A (en) | Ph meter and control system | |
| US20160223486A1 (en) | Ion-Selective Electrode | |
| JP4456303B2 (ja) | ｐＨセンサ | |
| BR112017024043B1 (pt) | Aparelho portátil de concentração de íons e aparelho de monitoramento em solo | |
| CN109477811B (zh) | 氯、氧化还原电位(orp)和ph测量探针 | |
| US20230408441A1 (en) | Ion sensing device | |
| CN104332562A (zh) | 一种电子封装器件及其制备方法、封装效果检测方法 | |
| ES2585393T3 (es) | Sensor ISFET con dispositivo de control integrado | |
| Van den Vlekkert et al. | Multi-ion sensing system based on glass-encapsulated pH-ISFETs and a pseudo-REFET | |
| CN106959330B (zh) | 集成离子感测装置和方法 | |
| US20230304959A1 (en) | Solid state soil sensor | |
| Joly et al. | All-solid-state multimodal probe based on ISFET electrochemical microsensors for in-situ soil nutrients monitoring in agriculture | |
| US9304103B2 (en) | Self-calibrating ion meter | |
| JP2861131B2 (ja) | イオン電極 | |
| US9915629B2 (en) | Method for identifying pH, device for same, and method for identifying ion concentration | |
| Yusoff et al. | Design and characterization of cmos readout circuit for isfet and ise based sensors | |
| KR102316693B1 (ko) | 튜브형 기준 전극과 isfet를 포함하는 센서 | |
| Huang et al. | A smartphone sensing system for solid-contact ion-selective electrodes | |
| RU2537094C1 (ru) | Проточная мультисенсорная потенциометрическая ячейка для анализа малых объемов жидких образцов |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B06W | Patent application suspended after preliminary examination (for patents with searches from other patent authorities) chapter 6.23 patent gazette] |