CN1802552A - 环境传感器 - Google Patents

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亨利·威廉·彼得·比德尔
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Abstract

公开了多功能传感器。一种硅基传感器采用了金属层，所述金属层被布置成多个电阻器围绕一个它们的中心对，所述电阻器被湿敏性聚合物隔离，并且所述中心的电阻器中的一个是加热器。这使得温度、湿度、风速和风向可以得到测量。在另一个实施例中，电阻器阵列被印制在柔性基底上以形成传感器阵列的基础。一种还用作叶面湿度传感器的土壤水分传感器包含一种新颖的自校准电容式传感器结构。所述柔性基底被卷成可以插入土壤中的柱形，以至于位于地下的传感器测量土壤水分并且位于地上的传感器测量温度、光、湿度、风速和方向。

Description

环境传感器
技术领域
本发明涉及使用微电子传感器测量包括温度、湿度、气流和土壤水分在内的环境参数的传感器。
背景技术
美国专利5029101和5117359公开了用于测量温度、湿度和风速的非集成式传感器组件。
利用加热式电阻器和温度传感器来测量气流的气流传感器是公知的，并且在美国专利5108193和57080205中公开了它们的典型形式。
美国专利6035711公开了一种使用两个测量电路和四个加热元件的风传感器。
通过使用聚酰亚胺薄膜测量电容值的变化来测量湿度的方法已经在美国专利4965698和505434中公开。
组合式传感器也已经被提出。美国专利5918110公开了一种组合式压力和电化学传感器。美国专利5929344公开了一种多电阻式温度传感器，其将所使用的导体数量减至最小。
土壤传感器已经被提出。美国专利542649公开了一种土壤水分传感器。美国专利5841282公开了一种安装在诸如犁刀的挖土器械(地面咬合器械)上用于测量土壤导电性的装置。美国专利5933015使用时域反射计以测量土壤密度和水分含量。
在微设备中常用的电容式传感器存在校准问题。美国专利6201399试图通过使用用于校准的直接测量式传感器来克服该问题。在WO99/10714中公开了一种用于测量液位的双传感器式系统，该系统不需要对不同液体进行再校准。
需要一种便宜的、不显眼的传感器，其可以无线的形式用在如农业、园艺和建筑应用场合中。以上讨论过的传感器都不适合于这些应用场合，并且通常过于昂贵。
本发明的目的是提供可以用于检测多种参数并且对于制造、配置和维护都很便宜的传感器。
发明内容
为此，本发明提供了一种环境传感器，包括：
a)硅基底；
b)位于所述硅基底上的第一金属层；
c)位于所述第一金属层上的对水汽敏感的聚合物层；
d)第二金属层，其位于所述对水汽敏感的聚合物上以限定出电容式湿敏传感器；
e)附着在所述第二金属层上的绝缘层；
f)至少四个在所述绝缘层上对称布置以限定出气流传感器的电阻器。
优选的是，在硅基底的表面上涂覆绝缘层，如氮化硅，并且第一金属层沉积在所述绝缘层上。
优选的是，第二金属层也用作加热器。该组合式传感器可测量温度、风向、风速和湿度。电阻器可以用作为温度传感器和加热元件。通过在流过加热器的电流低至足以防止自生热时测量任何或全部电阻器的电阻来测量环境温度。随着更高值的电流通过加热器，加热器温度显著高于环境温度并且其改变了加热器的电阻值，这提供了对于经过加热器阵列的气流的测量，从而获得提供风速和风向测量的数据。两个中心金属层之间的电容值随着湿度的变化而变化，所述湿度影响对水汽敏感的聚合物，优选为聚酰亚胺介电层。控制传感器的工作并采集数据的电子器件优选被布置在硅晶片的反面并且被封闭在绝缘体如聚酰亚胺或聚碳酸酯内。可选地，控制和接口电子器件可沿传感器侧而布置，但是被一个诸如氮化硅和/或聚酰亚胺的封堵层保护。在硅基底上可安装其它传感器，包括光传感器或气体传感器。只要封堵层对于可见光透明，则光传感器就可以光电二极管光二极管的形式包含在CMOS电路中。
电子器件模块优选包括发送器，其使来自传感器的数据可被发送到中央控制模块。这意味着传感器可以重新定位而不需要任何重新布线。传感器可包括电池电源或者可使用环境能量采集器(ambient energy harvester)对电池充电或者提供必需的电源。能量采集器可以是光电电池、使用磁力或压电装置发电的动敏式发电机或者靠近电力电缆安装而寄生(parasitically)发电的感应装置。
该微传感器作为可再定位式环境传感器在建筑业方面是很有用的以检测温度、光和湿度。它也在园艺和农业方面是很有用的以采集关于农作物中的环境状况的数据。优选的是，该传感器被组合成具有土壤水分传感器和叶面湿度传感器。土壤水分传感器或叶面湿度传感器可以是电容式传感器。
在本发明的另一个方面中，提供了一种可用于测量土壤水分或叶面湿度的电容式传感器，该传感器包括至少一对传感器垫，其中每对垫中的一个包括由介电层覆盖的导体，而每对垫中的另一个包括由带有顶部导电层的相同介电层覆盖的导体。这种结构具有提供第二个传感器垫作为基准电容器以至于不需要手工校准传感器的优势。
在另一个方面，本发明提供了一种土壤水分传感器，包括：
a)用于插入土壤内的本体部分；
b)适合于与土壤接触的所述本体部分上的一个表面；
c)多个传感器，它们位于所述表面上并通过导电层互联；
d)各传感器包括位于所述表面上的导电层和位于所述导电层上的介电层；
e)一对被用于测定上、下电容值的传感器；
f)电子器件辅助电路(electronic support circuit)，其用来发送询问脉冲到各传感器并且记录返回信号。
优选的是，该传感器至少包括一个主电极和一个辅助电极，以及至少一个共用的基准电极。主电极和辅助传感器电极这二者都包括一个由介电层覆盖的导电区域，而辅助电极然后被顶部导电层完全覆盖，所述顶部导电层与共用的基准电极相连或者可以是其的延续。辅助传感器电极用作为基准电容器以允许自动校准主传感器电极从而抵消制造变化，例如介电厚度的变化和电子元件的不定性。
理想情况下，通过将导电电极印制在基底上并且随后印制附着在两个导电电极上的介电层而在柔性聚合物基底上形成所述传感器。然后，除了直接位于主电极上面、将被用于进行测量的区域之外，附着在整个传感器的两侧上印制另一个导电层。该导电区域还必须完全覆盖所有传感器的互联线路(布线)。可以通过附加的虚设传感器的布线来实现另一项改进。该布线应在表面区域与另外两个传感器的布线相似，但电极本身不存在。该第三传感器于是提供关于互联线路和电子元件的寄生电容的信息，这然后可以用于进一步提高测量质量。第二传感器和第三传感器现在可以用于设定主传感器的量程的上、下值。这两个校准传感器可以用于校准多个主传感器。
通过重新布置电极结构可以形成根据电容变化的其它传感器。作为示例，可以通过使用叉指型电极结构形成一种叶面湿度传感器。
可在柔性薄膜上形成一种组合式土壤和环境传感器。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于园艺和农业中的传感器阵列，包括：
a)柔性基底；
b)印制或安装在所述柔性基底上的至少一个传感器，其选自温度、湿度、光、风和叶面湿度传感器；
c)在远离所述至少一个传感器的位置上印制在所述柔性基底上的电容式湿敏传感器；
d)辅助电子器件(support electronics)，其用于安装和/或印制在所述柔性基底上的传感器a)和b)；
e)印制在所述柔性基底上的天线。
柔性基底可以是在一个支承结构上可安装的，或者可选地，可被折叠或者卷成可被插入土壤内的自支承立柱，以至于土壤水分电容式传感器与土壤接触并且其它传感器伸出地面。各种其它的传感器可以一体或者分别被印制在基底上。风传感器可以是一组应变计，它们被布置成检测在竖直指向的基底上运动空气的力和方向。叶面湿度传感器可被指向成接收结露，而湿度传感器优选被遮蔽以避免直接暴露。
通过组合，环境传感器将为农夫或园艺家提供可影响作物产量的全部有关参数包括土壤水分、温度、风况、湿度、光照状况和叶面湿度、并且定期发送的读数。
这些传感器也可以作为火灾传感器用于林业或火灾易发区域。
本发明的组合式环境传感器还可适用于使用在建筑业中，其中它们可以容易地被重新布置。
因为被柔性基底支承的传感器可以通过丝网印刷技术制造，所以它们适合于便宜的批量生产，并具有相对较低成本的后续优势。这意味着这些传感器可以是一次性的。
在一个优选实施方式中，基底是可生物降解的从而当被用于农业方面时，在种植季节后期其可被犁进土地里。合适的材料包括可生物降解的聚酯或者可生物降解的合成聚合物与淀粉的混合物。合适的聚酯包括Novamont公司的Mater-Bi、来自巴斯夫公司的Ecoflex和来自昭和电工株式会社的Bionelle。
在使用多个传感器的场合，中央控制器被编程以使用地址协议来从每个组合式传感器单元上的每个单传感器顺序采集读数。
附图说明
现在将参考附图说明本发明的一些优选实施例，其中：
图1是在一个柔性基底上的多传感器布局的示意图；
图2是显示了卷成柱形的多传感器布局的图；
图3显示了用于图1中的多传感器布局内的电容式湿敏传感器的工作；
图4显示了形成印制式土壤传感器的层；
图5显示了利用图1和2中的传感器阵列的植物管理系统；
图6是一种组合式硅基温度、风和湿度传感器的示意图；
图7是图6的侧视图；
图8A是图6中的传感器的电路示意图；
图8B是用于图6中的风速/风向和温度传感器的可选电路的示意布局；
图9至15说明用于制造图6中所示的传感器的掩模。
具体实施方式
如图1和2所示，在柔性聚合物基底上印制导电层并且其它部件被附着于所述柔性聚合物基底上。传感器由带有用于各种不同传感器的发送器和电路的集成式电子微控制器11控制。地面下的传感器16包括用于测定土壤水分的电容式传感器和用于盐分和营养物含量的传感器。地面上的传感器包括光传感器12、叶面湿度传感器13、湿度传感器14和可选的微电子风传感器15。布置成位于4基本方向上的应变计20被用于检测速度和方向。在基底的顶部上布置天线23，并且电池和电源单元被保持在卷起的基底内侧并且经由电源连接器25与控制器相连。
在柔性基底上组装传感器和辅助电子器件的阵列。形成于基底上并且提供互联线路的电路还形成一些传感器电子器件和感应表面。形成部分传感器的活性材料通过粘接、印制或否则沉积而被附着在基底上。柔性电路可以以扁平或卷起形式制造、测试和供应，或者被成形为在使用时为灵活的形状。成形、卷起等动作可以用于激活传感器。在基底表面上可形成多个元件，包括电容器、电阻器、电感器、变压器、晶体管、电池、天线。在传感器阵列插入土壤内的情况下，特定的插入工具可以将传感器阵列形成并插入土壤中。
在图3中，用于校准的附加的电极没有示出。
参看图3，土壤水分传感器电容按如下方式工作：
●C3与C2串联充电，而其电荷消耗在R2中
●R2取决于土壤的导电性，但是与具有正常导电性的土壤无关
●在具有正常导电性的土壤中，C3被R2高效短路
●C1是传感器引线的固定电容
●C2随着土壤水分含量而变化
对于不同的土壤水分含量观察到不同的充电/放电曲线。取决于电容效应而用来测量土壤水分的绝缘电极传感器需要一些方法来补偿制造变化和其它变化。在一些这种变化中，一些为覆盖电极的绝缘体厚度的变化和一些为施密特触发器输入电路中迟滞级别(hysteresis level)的变化。这些变化也因为温度而产生的。在土壤传感器中，传感器周围土壤中的微小局部变化(如空隙)可导致错误结果。在土壤水分传感器及同样的叶面湿度式传感器的情况下，所施加的介电涂层中的变化也可影响传感器灵敏度和水分读数。通过布置两个彼此相互非常靠近的传感器，一个传感器在两个传感器的共用介电涂层的顶部具有布置在探头上的导电层。因为介电体为两者共用，所以介电体中的任何变化将同样影响两个传感器。该传感器用作另一个传感器的校准基准。
在本发明提出的一次性传感器中，制造成本必须降至最低，并且不需要单独校准各传感器。
本发明通过多种传感器和基准传感器的组合使用以设定传感器所允许的电容值的范围而克服这些问题。
该传感器可以使用适合于将导电性和绝缘性涂层自动印制或布置于不同基底上的丝网印刷或其它技术而进行制造。如图4所示，将导电层31和32(银32和加载石墨31)涂料和UV处理的绝缘层33丝网印刷在聚酯薄膜35上，以被用来制造传感器。导电涂层/油墨区域形成一个传感器电容器电极。各区域通过在一侧上的聚酯基底35并且通过印制附着传感器电极和互联线路上的UV处理后的介电体33而与土壤绝缘。一个加载石墨涂料的导电层31被施加成附着在银网32上以形成很大的接地导电层，并且被施加于除附着主传感器电极34以外的传感器的前和背部上。该层可以保持与土壤不绝缘以至于土壤形成电容器的另一个极板或者它可以与土壤绝缘。
上、下界传感器电极/互联线路37、38采用导电油膜被印制附着成，并且形成基准电容器，其值取决于绝缘体厚度并且所述基准电容器允许测量最大和最小可能的电容量。
所有传感器电极互联线迹(引线)被顶部和底部地层屏蔽并且被小心保护以确保各传感器电极互联线迹在面积上与所有其它传感器相似。这允许使用相似尺寸的额外线迹随同其它线迹一起印制。这可以用于测量杂散布线电容(stray wiring capacitance)以及因而最小可能的电容量。因此，最小值和最大值可以用于调节和换算实际传感器读数。该技术避免了对于每个传感器的工厂校准的需要。
通过为一次测量而使用附加的传感器，来自每个传感器电极的读数可以进行比较并且只有那些合理的、可比较的读数被用于形成最终输出。
可选地，附加的传感器电极或传感器电极组可被布置为生成土壤水分或其它变化的分布。在土壤水分传感器的情况中，通过使用六个独立的传感器测量土壤水分，土壤中的空隙以及其它不连续性的影响可以得到补偿。使用这种方案，很容易建立校准了的传感器阵列。
另一种改型可以是制造校准传感器探头或充电电阻器比实际传感器探头大得多，但这带来了所有额外的电路。通过同时激活两个传感器，校准传感器电容器将保持在其充电曲线的比较线性的范围内。当传感器电容器到达某些预定值时，校准电容器上的值被采集并保持用于作为读数值输出。另一个方法是消除影响两个传感器的任何制造变化或其它变化。
用于检测土壤水分的传感器很容易适合用作叶面湿度传感器，例如图1中的13。
CMOS(互补型金属氧化物半导体)逻辑因为其低功耗而公知，特别是当逻辑状态没有变化时。使用CMOS逻辑设计的传感器具有优势。通过发送询问(或选通)脉冲到这种传感器，传感器仅仅在测量的期间提取电流，然后返回到静态。通过从传感器撤除电源而不使，有可能进一步减小其尺寸，但是这样做具有增加复杂性并且需要延迟读数直到传感器稳定的缺陷。
两个或更多个传感器可共用一条公共输出线以节省布线。为了测定公共输出线上其本身的输出状况，各传感器在被询问时将公共输出线带到其常规静态的相反状态。(与计算机逻辑中的“线或”逻辑相似)。需要合适的方法以确保在任一时刻只有一个传感器处于激活状态。
激活传感器的方法：
●多个输入线可以一起使用，其中线路的组合状态唯一识别特定的传感器。当特定的传感器在这些线上识别到它的代码时该传感器激活。
●一个公共串行输入线可被用来通过为每个传感器传送唯一串行码而激活特定的传感器。如果一个传感器识别到其的代码则仅仅激活该传感器。
●单输入线上的脉冲被施加到一个计数器的输入端。每个施加的输入脉冲增加计数器值，这然后将反过来激活相应的传感器。
●在输入线上到第一传感器的单个脉冲将使传感器激活，在完成之后，传感器产生施加于下一个传感器的新脉冲，而该传感器反过来激活下一个，如此等等。
图5示出了一种植物管理系统。该系统监视和控制供应给单个植物或植物组的土壤中的水和营养物级别。用于营养物、温度和水分的集成式传感器被布置在靠近植物的土壤中。集成式传感器可被一次性或非一次性连接至滴液/喷洒进给微计量阀单元，该单元含有其本身的远程可编程的微控制器。该植物管理节点可以监视土壤状况并且根据存储的程序来调节水和营养物级别。通信、电力、水和几多种营养物经由特别模制的电缆/管道而被供应，并且各管理节点一次性简单地夹紧成形在形成所有连接的电缆/管道上。可以从一个本身可受远程控制的中央控制单元来询问和编程每个植物管理节点。
该系统是基于植物管理节点(PMN)的，植物管理节点通过其内置的电子器件和微计量阀可以将营养物和水施加于单个植物或小组植物。它使用一个置于被管理的植物/植物组附近的土壤中的传感器监视这些级别。营养物和供水的需求存储在它本身的存储器中，所述存储器可以由一个监视大量PMN的控制单元读写。电力和通信在模制在将水和营养物输送至各PMN的管道内的单对电线上输送。管道还包括多个用于水和单独营养物的通道以及两个刚才提到的两根电线。
各PMN被构造成蛤壳式(Clam Shell)，从而将单元封闭在电缆上，使得水和营养物通道被适当的连接器穿透，以至于水和营养物可为PMN所利用。同样，电源/通信对也与一个适当的连接器连接。
PMN包含多个微计量阀或泵，它们每个被连接至其自身的入口比并与一公共出口相连。这允许将水和营养物受控输送到出口。出口接着可以通过各种方法施加于对应的植物，这些方法包括，但是不限于喷洒、滴液送料和地下浸渍。
各PMN由一个地址单独识别，该地址可在制造时或在安装时分配。这可通过使各PMN在第一次夹紧成形到现场管道/电缆上或者在制造中第一次供电时“记忆(learn)”其地址来进行。地址可以存储在非易失性存储器中。可选地，地址可以在制造时被掩模编程写入。该地址应该作为条形码或一些其它的机读码以及具有人可识别的数字标识符显示在各PMN上。
时间同步可以在整个电力/通信电缆上进行。
土壤传感器可以以多种形式出现，各自容纳用于各种不同化学物质和水的特定传感器。这些形式可为：
●用于果园和葡萄园以及一些苗圃应用场合的长效的支柱。
●夹置在非一次性桩上的一次性层叠塑料片，该桩包含一些接口电子器件和与传感器片相连的装置。
●对于无土栽培，传感器可位于一个营养液穿过其内而循环的管内侧。
●对于工厂和实验室内的应用，传感器可承载适合于控制过程的不同的化学或生物传感器。
●PMN可配备有土壤传感器支柱以夹置于其上，从而增加在果园和葡萄园应用场合的易用性并且为PMN提供支承。PMN被夹置在传感器支柱上，夹紧成形在管道/电缆上，并且被压入土地中。一个滴管与出口相连并且远离传感器但靠近植物而被安置。
在图6至8中显示了一种集成式硅基传感器。该多传感器在单基底上结合了湿度、温度、风速(或气流速度)和风向的检测功能。传感器通过检测电阻值或电容量的变化来测量环境参数并且与一个微处理器直接通过接口连接以有助于使用低级别功率，和湿度、温度和风速传感器进行定期测量。
如图6中所示，一个硅晶片起初在背面和前面涂覆一个大约1至1.5微米厚的低应力氮氧化硅或氮化硅的介电层1。在晶片的背面上的介电体中开窗口。沉积并且图案化一个金属薄膜以用作电容式湿敏传感器的一个电极。然后，沉积并且光成形(photodefine)一个湿敏层6，优选为聚酰亚胺。然后沉积并且图案化第二金属薄膜以形成所述湿敏传感器的第二电极。
然后，沉积并且光成形第二绝缘聚合物膜，优选为聚酰亚胺，以在湿敏传感器电极与风和温度敏感元件之间提供绝缘。然后，沉积并且图案化第三金属膜，以用作为风和环境温度传感器的加热器和温度感应电阻器。
没有被氮氧化硅或氮化硅覆盖的硅被各向异性地蚀刻以形成一个凹陷(pit)，该凹陷切入传感器层中，以使它们悬挂在绝热介电隔膜上。背面的介电层防止对该表面的任何蚀刻。
该装置包括中心加热器2、第二电极3、一组8个的外围电极4，以及窗口5。
电极结构可以采用任何常用形式。使用的电极可以是叉指型的、具有叉指型的顶部和底部电极的平行板、在顶部电极具有方形孔阵列的平行板、具有槽形顶部电极的平行板、具有/不具有多孔顶部电极的多孔平行板、以及反极性叉指型的。一个在顶部电极中具有方形孔阵列的平行板对采用聚酰亚胺的湿度测量产生接近线性的响应。
通过测量任何或全部加热器电极的电阻值而检测温度以实现环境温度的测量。这可以例如通过将传感器与一个大约0.5mA的恒电流源相连并且测量电阻器上的电压来进行。诸如镍和铂的金属是合适的。
由于聚酰亚胺的介电常数随着湿度而变化，因此通过测量两个电极之间电容的变化而检测湿度。传感器可被连接作为振荡电路的一部分，因此产生频率随着传感器的电容值而变化的方波信号。
通过以下两种方式中任一种方式来检测风速：
(a)将所有加热器的总电阻以及因而它们的平均温度保持处在一个恒定值上，优选为100至150℃。保持该值所需的功率就指示出了风速。
(b)施加恒定电流到加热器上。加热器上的压降就指示出了风速。
风向的检测是基于热线风速计原理。当电流通过加热器并且加热器的温度升高超过环境温度优选为100至150℃时，依靠风向加热器将达到不同的温度。几何相对的加热器(南北和东西方向)的相应温度和由此的电阻值将指示出风向。
在图8A中显示了一种稍微不同的结构。在硅晶片背面上的介电层中开有九个窗口，并且硅被各向异性蚀刻穿透直至顶层介电层1以形成绝热隔膜2。在中心隔膜上沉积一个金属板电极3，然后是一层聚酰亚胺4，然后是用作电容式湿敏传感器的顶部电极和中心加热器的金属线5。金属线6也被沉积到8个位于周边的隔膜上以用作温度和风向传感器。
图8B显示了风向传感器和以串联连接或者惠斯通电桥方式而布置的四方位电阻器(four cardinal point resistors)。
制造图6至8中传感器的步骤如下：
步骤1  掩模1
硅基底上的氮化硅
●在整个硅基底的前侧和背侧上沉积氮化硅层(厚度大约为1.5μm)。
●在背部的氮化硅中开窗口以暴露硅，所述硅将被蚀刻直至底部以在前部形成氮化物隔膜。
步骤2  掩模2  见图9
湿敏传感器的底部电极-镍。通过溅射沉积镍(厚度大约为1.5μm)。
●以光刻法形成图案
旋涂光阻，采用光刻法示出的掩模来限定图案，并且显影光阻。蚀刻没有被光阻覆盖的镍。剥离光阻。
步骤3  掩模3  见图10
湿敏介电层-聚酰亚胺
旋涂聚酰亚胺(厚度大约为0.4μm)，采用光刻法示出的掩模来限定图案，并且显影聚酰亚胺。
热处理聚酰亚胺(350℃)。
步骤4  掩模4  见图11
带有水分扩散孔的第二介电层-聚酰亚胺
旋涂聚酰亚胺(厚度大约为0.4μm)，采用光刻法示出的掩模来限定图案，并且显影聚酰亚胺。
热处理聚酰亚胺(350℃)。
步骤5  掩模5  见图12
湿敏传感器的顶部电极-镍
●通过溅射沉积镍(厚度大约为1.5μm)
●以光刻法形成图案
旋涂光阻，采用光刻法示出的掩模来限定图案，并且显影光阻。蚀刻没有被光阻覆盖的镍。剥离光阻。
步骤6  掩模3  见图13
绝缘层-聚酰亚胺  旋涂聚酰亚胺(厚度大约为0.4μm)，采用光刻法示出的掩模来限定图案，并且显影聚酰亚胺。
●热处理聚酰亚胺(350℃)。
步骤7  掩模6  见图14
用于风速/风向和温度传感器的加热器-镍
●通过热蒸镀沉积镍(厚度大约为0.4μm)。
●以光刻法形成图案
旋涂光阻，采用光刻法示出的掩模来限定图案，并且显影光阻。蚀刻没有被光阻覆盖的镍。剥离光阻。
步骤8  掩模1  见图15
背侧蚀刻孔，使氮化硅隔膜的下侧可见(背侧视图)
●在由在开始所开口的窗口所限定的TMAH或KOH内蚀刻硅。
注意：前侧结构通过O型圈或树脂涂层密封起来阻隔蚀刻剂。
根据上面所述，本领域的技术人员将可以明白，本发明提供了一种可以使用批量生产技术进行制造的综合环境传感器以提供相对较低成本传感器。本领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的核心内容的前提下可设计出其它实施例和加工路线。

Claims (6)

1、一种用于园艺和农业中的传感器阵列，包括：
a)基底；
b)至少一个印制或安装在所述基底上的传感器，其选自温度、湿度、光、风和叶面湿度传感器；
c)在远离所述至少一个传感器的位置上印制在所述基底上的电容式湿敏传感器；
d)辅助电子器件，其用于安装和/或印制在所述基底上的传感器a)和b)；
e)印制在所述基底上的天线。
2、一种可用来测量土壤水分或叶面湿度的电容式传感器，该传感器包括至少一对传感器垫，其中每对垫中的一个包括由介电层覆盖的导体，而每对垫中的另一个包括由带有顶部导电层的相同介电层覆盖的导体。
3、一种土壤水分传感器，包括：
a)用于插入土壤的本体部分；
b)所述本体部分上的一个适合于与土壤接触的表面；
c)多个传感器，它们位于所述表面上并通过导电层互联；
d)每个传感器包括位于所述表面上的导电层和位于所述导电层上的介电层；
e)一对传感器，它们用于测定上、下电容值；
f)电子器件辅助电路，其用来发送询问脉冲到各传感器并且记录返回信号。
4、一种环境传感器，包括：
a)基底，其包括在前部和背部涂覆有介电层的硅；
b)位于所述基底上的第一金属层；
c)位于所述第一金属层上的对水汽敏感的聚合物层；
d)第二金属层，其位于所述对水汽敏感的聚合物上以限定出电容式湿敏传感器；
e)附着在所述第二金属层上的绝缘层；
f)多个在所述绝缘层上对称布置以与加热元件结合而限定出气流传感器的电阻器。
5、根据权利要求4所述的环境传感器，还包括在传感器层下方蚀刻在所述硅内的凹陷，该凹陷形成一绝热隔膜。
6、根据权利要求4所述的环境传感器，其特征在于，所述介电层是氮化硅或氮氧化硅。
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