科毅光通信 - 光开关器件与设备生产销售厂商

智慧农业的精准监测革命

在国家政策大力推动智慧农业发展的背景下，传统土壤监测手段已无法满足现代农业对高精度、分布式数据的需求。广西科毅光通信科技有限公司（官网：www.coreray.cn）作为光通信领域的国家高新技术企业，凭借自主研发的MEMS光开关技术，为智能农业提供了突破性的光纤土壤监测解决方案。本文将详细阐述如何构建基于光开关的光纤土壤监测系统，及其在智慧农业中的应用案例与技术优势。

广西科毅光纤土壤监测系统架构图

智慧农业发展现状与政策背景

农业农村部《全国智慧农业行动计划(2024—2028年)》明确提出，到2028年底农业生产信息化率需提升至32%以上，重点推进"三情"监测（苗情、墒情、病虫害）和精准水肥管理技术应用。这一政策为光纤土壤监测系统的推广提供了战略机遇。

传统土壤监测手段存在明显局限性：不锈钢探针传感器易受电磁干扰，测量精度受土壤盐分影响大，且单点测量模式难以实现大面积农田的空间异质性监测。相比之下，光纤传感技术基于光信号传输原理，可实现对土壤水分、温度、有机质含量等多参数的分布式监测，如施斌教授团队研发的土体水分场光纤监测系统已在土壤墒情监测中广泛应用，显示出大范围精细化监测的应用潜力。

光纤土壤监测系统的技术原理

分布式光纤传感技术基础

分布式光纤传感技术主要分为光时域反射（OTDR）和光频域反射（OFDR）两种实现路径，其中OFDR因高分辨率特性成为农业场景的首选。OFDR技术通过连续频率调制激光与光纤中的瑞利散射光干涉，经解调仪可获得应变分布曲线，空间分辨率达0.5米，应变测量精度达1με，能精确捕捉土体干缩裂隙发育的时空演化特征。

光纤布拉格光栅（FBG）作为点式传感补充，基于波长调制原理，通过监测布拉格波长偏移实现温度（±0.5℃）和湿度（±1%）的高精度测量。光纤与土壤的变形协调性（DCFS）对测量精度至关重要，通过定义变形协调系数θf-s（光纤应变峰值与土体应变之比），研究表明其在十轮加卸载循环后第三个循环趋于稳定，为长期监测提供了数据可靠性保障。

光开关在系统中的核心作用

在智能农业光纤土壤监测系统中，光开关扮演着"神经中枢"的关键角色，通过动态调控光信号流向实现多维度监测需求的精准响应。广西科毅MEMS光开关支持16路光纤传感器的快速切换，插入损耗<0.8dB，切换时间<8ms，可实现大面积农田的分区同步监测。

广西科毅MEMS光开关产品实物图

与传统电子传感器相比，光纤传感器具备显著性能优势：抗电磁干扰特性使其适用于多电机设备的农业环境，耐腐蚀材质可在高湿度土壤中长期工作（寿命达10年以上），而传统电子传感器易受电磁干扰，寿命通常仅1-3年。

光纤土壤监测系统的构建方案

硬件架构设计

光纤土壤监测系统的硬件架构采用"分层监测"模型，通过传感层、传输层与数据层的协同工作，实现土壤环境参数的高精度、分布式监测。

传感层采用网格化立体布设方案，垂直方向按土壤深度（0-50cm）分层布设FBG探头，水平方向以10m间距形成网格状分布。传感器选用北诺01型光纤光栅传感器，封装于毛细无缝钢管中，支持应变/应力监测温度补偿。

传输层以科毅1×8光开关为核心实现多通道信号调度，通过LC/APC低损耗接口（插入损耗Typ:0.5 dB）实现8个监测区域的光路切换，支持波长范围1260～1620nm的宽谱信号传输。

数据层采用DFOS-OFDR解调仪作为核心数据采集设备，采样率达25Hz，可实时解析光纤光栅的波长偏移量，换算为土壤温湿度、EC值、pH值等参数。系统兼容IFOS光学interrogator，单台设备支持数十根光纤，每根光纤可集成数百个传感器，形成高密度监测网络。

软件与数据平台

平台采用"端-边-云"三级协同架构，实现从原始信号采集到智能决策的全链路闭环。终端层分布式光纤传感器阵列采集土壤参数，边缘节点部署本地服务器与科毅光开关设备，云端平台以广西科毅智慧农业云为核心，集成服务器集群与分布式数据库。

核心功能模块包括：

• 实时监测模块：通过DFOS-OFDR解调仪实现土壤应变场时空演化特征的高精度解析

• 智能预警模块：基于FEM-OFDR框架构建数据处理流程，实现干旱/水涝阈值的动态报警

• 决策支持模块：通过建立土壤水分-作物需水量模型，将光纤传感数据转化为灌溉建议

OFDR技术土壤应变监测数据云图

应用案例与效益分析

大田种植场景应用

在广西某甘蔗种植基地，采用基于科毅MEMS光开关的监测系统，16路通道分别对应不同灌溉区的传感器阵列，通过光开关的轮询切换实现每小时一次的全区域数据采集。系统实现节水35%，较传统模式减少近1/3的水资源消耗；精准匹配的水分管理使亩产平均增加15%。

系统对土壤裂隙的预警能力尤为突出，可提前25分钟探测到裂隙萌生，较人工巡检的平均4小时响应时间缩短90%以上，有效避免因水分渗漏导致的作物萎蔫。成本效益分析表明，该系统部署后每亩年均可减少人工巡检成本约300元，投资回收期控制在2年以内。

温室大棚场景应用

温室环境中，多参数协同监测系统展现显著效益。山东寿光番茄大棚应用后单产提升15%，广西梧州蓝莓基地每亩年产值达8万元，头茬果在粤港澳大湾区售价达180元/公斤。

科毅机械式光开关凭借-20~+70℃的宽温工作范围，可耐受温室昼夜温差与夏季高温环境，其100万次切换寿命确保长期高频数据采集的可靠性。光纤传感器本身具备抗电磁干扰、耐腐蚀特性，避免了传统电子传感器在高湿多肥环境下的信号漂移问题。

智能农业光纤传感系统大田应用案例图

广西科毅光通信的解决方案

核心产品选型

大田监测：MEMS光开关

大田监测场景对光开关的通道扩展能力和长距离信号传输稳定性要求极高。广西科毅MEMS光开关体积小（1×16型号尺寸仅124×56×15mm）、重量轻、能耗低，可支持16路及以上光纤链路冗余备份，插入损耗Typ:0.8-1.2dB，确保长距离（≤20km）监测信号的低衰减传输。

温室环境：机械式光开关

温室环境相对封闭，对设备的长期稳定运行和成本控制要求严格。科毅机械式光开关通过自由空间光路设计与专有技术光路无胶工艺，实现了低插入损耗（1.0dB）、宽波长范围（500～1650nm）和高稳定性（使用寿命达10^7次），完美适配温室场景的多点静态监测需求。

科研实验：保偏光开关

科研实验场景对数据精度要求苛刻，需消除外界环境对偏振态的影响。科毅保偏光开关凭借高消光比（≥25dB）、低偏振相关损耗（≤0.05dB）的特性成为首选，可精准维持光信号的偏振态，确保土壤温湿度、养分含量等微量参数的测量误差≤0.1%。

系统集成服务

广西科毅提供从方案设计到运维交付的全流程闭环服务，通过勘查设计、施工部署、运维培训三阶段协同，确保农业场景下监测系统的高效落地与稳定运行。

在广西邕宁区设施农业项目中，该服务模式实现275个大棚的光纤土壤监测系统部署周期控制在30天内。项目通过土壤类型分区设计（砂质土壤采用20cm间距传感器布设，黏质土壤优化为30cm间距），结合光开关矩阵叠加功能，实现单大棚最多16路土壤参数同步监测，数据采集精度达±2%。

光纤土壤监测系统的构建与发展，为智能农业提供了关键技术支撑。广西科毅以"光开关+传感"一体化方案为核心，通过核心技术创新与系统集成服务，推动光纤监测系统在大田、温室及垂直农业场景的规模化应用。

技术演进方面，光纤传感器正沿着微型化与智能化双轨发展：全光纤微型探头通过优化封装结构提升抗腐蚀性与土壤适配性，AI算法的深度融合实现了海量监测数据的高效解读。未来，广西科毅将持续创新，推动分布式光纤传感技术在智慧农业领域的深入应用。

选择合适的光开关是一项需要综合考量技术、性能、成本和供应商实力的工作。希望本指南能为您提供清晰的思路。我们建议您在明确自身需求后，详细对比关键参数，并优先选择像科毅光通信这样技术扎实、质量可靠、服务专业的合作伙伴。

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