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WO2017217773A1 - Microneedle probe device for measuring sap flow rate of plant, and method for measuring sap flow rate of plant by using same - Google Patents

Microneedle probe device for measuring sap flow rate of plant, and method for measuring sap flow rate of plant by using same Download PDF

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WO2017217773A1
WO2017217773A1 PCT/KR2017/006217 KR2017006217W WO2017217773A1 WO 2017217773 A1 WO2017217773 A1 WO 2017217773A1 KR 2017006217 W KR2017006217 W KR 2017006217W WO 2017217773 A1 WO2017217773 A1 WO 2017217773A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal wire
flow rate
plant
sap
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2017/006217
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
이정훈
백상웅
전은용
최승열
박경섭
권준국
여경환
유인호
이재한
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SNU R&DB Foundation
Original Assignee
Seoul National University R&DB Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Application filed by Seoul National University R&DB Foundation filed Critical Seoul National University R&DB Foundation
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Priority to US16/310,103 priority patent/US11143534B2/en
Priority to JP2018566307A priority patent/JP6639708B2/en
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/08Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring variation of an electric variable directly affected by the flow, e.g. by using dynamo-electric effect

Definitions

  • the following description relates to a microneedle probe device for measuring the sap flow rate of the plant and a method of measuring the sap flow rate of the plant using the same.
  • Plant growth models have a direct impact on the yield and quality of plants. Plant bioinformatics that have a major impact on plant growth include temperature, Sap Flow and Electroconductivity (EC). Based on these plant bioinformation, water cycle scheduling, temperature and The plant growth model will be determined by controlling the quantity of light, the timing and amount of fertilizer supply.
  • EC Electroconductivity
  • Measurements for plant growth models have been limited to external environmental variables, such as temperature and humidity, and destructive or indirect measurements. Traditionally, methods of measuring soil conductivity, water consumption, and electrical conductivity from plant samples have been used. . This approach, however, provided indirect or detailed information and lacked clues in predicting plant responses.
  • MEMS micro electro mechanical systems
  • the size of the sensor inserted into the plant should be small to a micro scale in order to satisfy the minimum invasion requirements.
  • the microneedle probe may be manufactured using MEMS technology, which is a silicon process technology, but the shape and size of the microneedle probe may be used. It should be appropriate in relation to the organization of this plant.
  • the embodiments described herein can be applied to plants such as tomatoes and paprika and plants such as tomatoes and paprika by measuring the temperature and sap flow rate inside the plant, which are essential for determining the growth model of the plant, directly and minimally invasively from the plant. It is to provide the technology that can be.
  • the measuring apparatus by miniaturizing and compacting the measuring apparatus, it is intended to provide a technology that can be easily applied to various parts or multiple crops of a crop at the same time to secure measurement reliability.
  • Microneedle probe device for measuring the sap flow rate of a plant according to one embodiment, the substrate is at least a portion of which is inserted into the plant, the thickness and width of the microscale; A single metal wire provided on the substrate; A power source for heating the metal wire by applying a current to the metal wire for a predetermined time; And it may include a processor for calculating the flow rate of the sap through the movement according to the flow of the sap in the plant of the heat generated from the metal wire.
  • the metal wire may be provided in plurality, and the plurality of metal wires may be spaced apart from each other in the flow direction of the sap on the substrate so that the flow rate of the sap may be measured at a plurality of locations.
  • the metal wire may include a portion extending in a direction orthogonal to the flow direction of the sap.
  • the power source may periodically apply a current to the metal line to generate a heat pulse to the metal line.
  • the processor the resistance measuring module for measuring the resistance of the metal wire and the change of the resistance; A temperature calculation module for calculating a change in temperature of the metal wire from the change in resistance of the metal wire; And it may include a flow rate calculation module for calculating the flow rate of the sap from the change of the temperature of the metal wire.
  • the substrate one end is formed thinly inserted thin portion is inserted into the plant; And a thick part positioned on the opposite side of the thin part and having a thickness thicker than that of the thin part, and increasing as the width of one end portion of the thin part side increases away from the thin part.
  • a method of measuring a sap flow rate of a plant may include inserting a microneedle probe device into a plant, the substrate including a microscale substrate having a thickness and a width, and a single metal wire provided on the substrate; Heating the metal wire by applying a current to the metal wire for a predetermined time; And calculating a flow rate of the sap through the movement of the sap in the plant of the heat generated by the metal wire.
  • the method may further include causing a heat pulse to be generated in the metal line by periodically applying current to the metal line after the end of the predetermined time.
  • calculating the flow rate of the sap measuring the change in the resistance of the metal wire; Calculating a change in temperature of the metal wire from the change in resistance of the metal wire; And calculating a flow rate of the sap from the change of the temperature of the metal wire.
  • the types of plants capable of measuring the sap flow rate can be extended from trees to fruit crops, such as tomatoes and paprika, and to crops with small diameters of stems such as flowers.
  • the sap flow rate be measured in several places in a crop, but also the sap flow rate can be measured in several crops at the same time, thereby increasing the reliability of the measured value.
  • FIG. 1 is a schematic side cross-sectional view of a microneedle probe device for measuring the sap flow rate of a plant according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the microneedle probe device for measuring the sap flow rate of the plant of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of measuring a sap flow rate of a plant according to an embodiment.
  • Microneedle probe device for measuring the sap flow rate of a plant according to an embodiment, the substrate is at least a part inserted into the plant, the substrate is a microscale thickness and width; A single metal wire provided on the substrate; A power source for heating the metal wire by applying a current to the metal wire for a predetermined time; And it may include a processor for calculating the flow rate of the sap through the movement according to the flow of the sap in the plant of the heat generated from the metal wire.
  • the metal wire may be provided in plurality, and the plurality of metal wires may be spaced apart from each other in the flow direction of the sap on the substrate so that the flow rate of the sap may be measured at a plurality of locations.
  • the metal wire may include a portion extending in a direction orthogonal to the flow direction of the sap.
  • the power source may periodically apply a current to the metal line to generate a heat pulse to the metal line.
  • the processor the resistance measuring module for measuring the resistance of the metal wire and the change of the resistance; A temperature calculation module for calculating a change in temperature of the metal wire from the change in resistance of the metal wire; And it may include a flow rate calculation module for calculating the flow rate of the sap from the change of the temperature of the metal wire.
  • the substrate one end is formed thinly inserted thin portion is inserted into the plant; And a thick part positioned on the opposite side of the thin part and having a thickness thicker than that of the thin part, and increasing as the width of one end portion of the thin part side increases away from the thin part.
  • a method of measuring a sap flow rate of a plant may include inserting a microneedle probe device into a plant, the substrate including a microscale substrate having a thickness and a width, and a single metal wire provided on the substrate; Heating the metal wire by applying a current to the metal wire for a predetermined time; And calculating a flow rate of the sap through the movement of the sap in the plant of the heat generated by the metal wire.
  • the method may further include causing a heat pulse to be generated in the metal line by periodically applying current to the metal line after the end of the predetermined time.
  • calculating the flow rate of the sap measuring the change in the resistance of the metal wire; Calculating a change in temperature of the metal wire from the change in resistance of the metal wire; And calculating a flow rate of the sap from the change of the temperature of the metal wire.
  • the singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates the singular. And when a particular part is said to "include” a particular configuration, this means that unless specifically stated otherwise said particular portion may further include said other configuration, not to exclude other configurations than said specific configuration.
  • microneedle probe 1 for measuring a sap flow rate of a plant according to one embodiment.
  • the microneedle probe 1 according to the present embodiment may be manufactured through a silicon-based MEMS process, and the flow rate of the sap flowing into the throat of a plant (water tube part) and flowing in the throat may be measured in a minimally invasive manner. have.
  • the microneedle probe 1 may have a substrate 10.
  • the substrate 10 may be made of silicon through a MEMS process as described above.
  • the substrate 10 may include a thin portion 11 inserted into the plant and a thick portion 12 on the opposite side of the thin portion, wherein the thin portion 11 has a relatively thin thickness.
  • the thick portion 12 may have a relatively thick thickness (see FIG. 1).
  • one end of the side inserted into the plant in the thin portion 11 is sharply formed at the atomic level so that the microneedle probe 1 can be easily inserted into the plant.
  • the sharpness of the one end may be controlled by a semiconductor dry etching process or silicon doping and selective etching.
  • the width of the thick portion 12 may be larger than the width of the thin portion 11 (see Fig. 2).
  • one end of the thin portion 11 side of the thick portion 12 may have the same width as that of the thin portion 11 and increase toward the thick portion 12 side.
  • a tapered inclined surface may be formed at one end of the thick portion 12.
  • Substrate 10 of the microneedle probe 1 is made of a small size of the micro-scale, it is possible to measure the fluid flow rate under the minimum invasive conditions.
  • the substrate 10 may have a length l of 1 to 6 mm, a thickness t of 100 to 200 m, and a width d of 200 to 400 m.
  • the microneedle probe 1 can be inserted and maintained in the microstructure of a plant: bar, tomato, or paprika. It is also applicable to plants whose stems are thinner than trees such as fruits and vegetables.
  • the metal wire 20 for measuring the fluid flow rate may be provided on the substrate 10.
  • the metal wire 20 may be, for example, a platinum material, and may be formed of a metal micro pattern. As will be described later, when a current is applied to the metal wire 20, the metal wire 20 may be heated, and heat generated from the metal wire 20 may move in the same direction as the sap by the flow of the sap. This may cause the metal wire 20 to lose heat to the sap.
  • the temperature change of the metal wire 20 may be represented by a change in the resistance of the metal wire 20, and the change of the resistance may be read to calculate the temperature change, and further, the fluid flow rate may be calculated through the temperature change. .
  • the metal wire 20 may be disposed to extend in a direction orthogonal to the flow direction of the sap (see FIG. 2).
  • the metal wire 20 may include a plurality of portions formed of a single wire but extending in a direction orthogonal to the flow direction of the sap.
  • the heat generated from the metal wire 20 can be better dissipated by the sap flow, so that the measurement of the resistance change of the metal wire 20 and ultimately the accuracy of the fluid flow rate measurement can be improved. have.
  • a plurality of metal wires 20 may be provided, the plurality of metal wires 20 may be spaced apart from each other along the longitudinal direction of the substrate 10. In this case, since the flow rate of the sap can be measured at various places of the plant, the reliability of the measured value can be improved.
  • the power source (not shown) may be disposed on the substrate 10 or spaced apart from the substrate 10, and may apply a current to the metal line 20 through the BUS line 30 mounted on the substrate 10. have.
  • the BUS line 30 may be a low resistance BUS line and may be connected to a power source through contact pads 40.
  • the power source may apply a current to the metal wire 20 only for a predetermined time, and furthermore, by periodically applying a current to the metal wire 20 to generate a heat pulse to the metal wire 20.
  • the processor may include a resistance measuring module, a temperature calculating module and a flow rate calculating module.
  • the modules may have the form of a circuit.
  • the resistance measuring module may measure a change in resistance of the metal wire 20 due to heating or cooling of the metal wire 20.
  • the temperature calculation module may calculate a change in temperature of the metal wire 20 using the change in the resistance. In this case, the temperature change according to the resistance change may be calculated using the temperature coefficient of resistance.
  • the flow rate calculation module may calculate the flow rate of the sap by using the change in temperature.
  • the processor may be understood as a concept including a resistance measuring module, a temperature calculating module, and a flow rate calculating module, and is not necessarily limited to the form of a single physical chip.
  • the resistance measuring module, the temperature calculating module, and the flow rate calculating module may be integrated on one chip or divided into two or more chips.
  • at least one of the temperature calculating module and the flow rate calculating module may be spaced apart from the substrate 10 while the resistance measuring module is mounted on the substrate 10.
  • the resistance and the resistance change value of the metal wire 20 measured by the resistance measurement module may be transmitted to the outside of the substrate 10 by a wired or wireless manner by a communication module (not shown).
  • a cover may be provided on the substrate 10 to cover all or part of the above-described metal wire 20.
  • the cover may be provided, for example, in the form of a thin film and may cover the metal wire 20 to protect the metal wire 20 mechanically, electrically, and chemically. And the cover may have insulation.
  • the material may be an inorganic material such as silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, or the like, and polytetra It may be a water-repellent organic material such as fluoroethylene (PTFE), cyclic transparent optical polymer (CYTOP).
  • the cover may include a plurality of inorganic material layers, a plurality of organic material layers, or a mixture of an inorganic material layer and an organic material layer in order to increase insulation performance.
  • silicon nitride may be deposited on the metal line 20 by chemical vapor deposition (CVD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • the silicon nitride layer and the silicon oxide layer may be alternately deposited. In this case, even if one layer is defective, the other layer can function as an insulating film.
  • defects in the inorganic material layer may be compensated for by using atomic layer deposition.
  • Atomic layer deposition can fill defects such as cracks or pin holes in silicon nitride thin films because of the high uniformity of the deposited thin films and can improve the quality of insulating thin films.
  • a composite layer of an organic thin film and an inorganic thin film may be used to increase insulation performance.
  • An organic material thin film layer such as PTFE, CYTOP, etc. may be formed on the inorganic material thin film layer by dip coating, spin coating, vapor deposition, or the like.
  • the hydrophobic organic thin film prevents liquid from penetrating into the metal wire 20, thereby improving the performance of the insulating thin film.
  • the power source may apply a current to the metal wire 20 for a predetermined time, and thus the metal wire 20 may be heated.
  • the power supply may periodically apply current to the metal wire 20, and in this case, a heat pulse may be generated in the metal wire 20.
  • the power source supplies 100 mW of power to the metal wire 20 for 30 seconds, the temperature of the metal wire 20 may increase with respect to the surroundings. Then, after a certain time, the heat generated from the metal wire 20 and the amount of heat dissipated to the surroundings are in equilibrium, so that the metal wire 20 may be maintained at a constant temperature (reaching the stagnation point of temperature).
  • the temperature of the metal wire 20 decreases again and may be equal to the ambient temperature after a predetermined time.
  • the sap flow is fast, since heat dissipation caused by convection is large, heat generated from the metal wire 20 and heat dissipated can be balanced at a low temperature. At this time, the time to equilibrium may be relatively short. If the fluid flow is slow or absent, the heat dissipation by convection is low and thermal equilibrium can be achieved at high temperatures. In this case, the time to equilibrium may be relatively long.
  • applying a voltage lower than 0 V to the metal wire 20 may be more advantageous in preventing the electrochemical oxidation of the metal wire 20.
  • a voltage higher than 0 V eg, 5 V
  • the metal tissue 20 may be exposed to plant tissues when the metal wire 20 is exposed in the absence or defect of the cover described above.
  • the contact portion has a relatively high potential compared to the plant, which may accelerate the electrochemical oxidation and shorten the lifespan.
  • the temperature change of the metal wire 20 as described above can be calculated from the resistance change of the metal wire 20.
  • the resistance measurement module of the processor may measure the resistance of the metal wire 20 that changes according to the change in temperature
  • the temperature calculation module may measure the resistance of the metal wire 20 using a resistance temperature coefficient or the like based on the resistance change value. The temperature change can be calculated.
  • a Wheatstone bridge circuit can be used to measure the resistance of the metal wire 20.
  • the metal wire 20 having a constant resistance value and three other resistance wires having a similar resistance value may form a rectangle.
  • the potential difference between the two midpoints of the Wheatstone bridge circuit is zero.
  • the resistance value of the metal wire 20 is changed by heating the metal wire 20 or the like, a potential difference is generated between the two intermediate points. And, by measuring the potential difference generated in this way, the resistance change can be inverted. For reference, amplifying the potential difference with a differential amplifier can measure more precise resistance changes.
  • Another example of measuring the resistance change of the metal wire 20 is a constant current circuit.
  • a constant current regulator or the like By using a constant current regulator or the like to produce a circuit in which a constant current flows, the metal wire 20 can be connected thereto. Since a constant current flows irrespective of the resistance of the metal wire 20, when the voltage applied to the metal wire 20 is measured, the resistance value of the metal wire 20 may be inverted. Again, amplifying the voltage signal with an amplifier allows for more accurate measurements.
  • the temperature change amount of the metal wire 20 can be known. For example, if the initial resistance 100 ⁇ of the metal wire 20 made of gold (Au) increases to 101 ⁇ by the temperature change of the metal wire 20, the temperature change amount of the metal wire 20 at that time is It can be obtained as shown in Equation 1.
  • T1 and T2 respectively mean the initial temperature and the temperature after the change of the metal wire
  • R1 and R2 respectively mean the initial resistance and resistance after the change of the metal wire
  • is the resistance of the metal wire 20 It may mean a temperature coefficient.
  • the temperature change of the metal wire 20 may be about 2.94 degrees.
  • the flow rate calculation module may calculate the flow rate of the sap based on the temperature change value of the metal wire 20 as described above.
  • the correlation between the fluid flow rate and the temperature change of the metal wire 20 is shown in Equation 2 below.
  • u is the flow rate of the sap (m 3 / m 2 s)
  • ⁇ T is the temperature difference between when the power is applied to the metal wire 20 in the thermal equilibrium state and when not applied.
  • ⁇ T M is the temperature difference value (ie, the maximum value of ⁇ T) of the metal wire 20 when there is no sap flow.
  • a and b are constants obtained experimentally.
  • ⁇ T and ⁇ T M can be obtained by turning on and off the power applied to the metal wire 20.
  • the structure may be simple because it is a single wire system using a single metal wire 20 mounted on a single substrate 10. Simplification of this structure is a very important factor in the structure of the micro-scale can be advantageous in terms of ease of implementation.
  • the temperature change of the metal wire 20 can be measured by adjusting the power supply using only a single substrate 10, so that the structure of the structure can be simplified. May be advantageous.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of measuring a sap flow rate of a plant according to an embodiment.
  • the sap flow rate measuring method will be described with reference to FIG. 3 in parallel with FIGS. 1 and 2.
  • the microneedle probe 1 may be inserted into the plant (S10).
  • the microneedle probe 1 may include a substrate 10 and a metal line 20 provided on the substrate 10.
  • the substrate 10 may include a thin portion 11 and a thick portion 12, and at least a portion of the thin portion 11 may be inserted into the neck of the plant stem.
  • One end of the thin portion 11 may be sharply formed to facilitate insertion.
  • the microneedle probe 1 may be inserted into the plant such that at least a portion of the metal wire 20 extends in a direction orthogonal to the flow of the sap.
  • the metal wire 20 may be heated by controlling a power supply to apply a current to the metal wire 20 for a predetermined time (S20).
  • the power source may apply the current to the metal line 20 again after a predetermined time passes after the predetermined time is over.
  • a power pulse is periodically applied to the metal wire 20 to generate a heat pulse to the metal wire 20.
  • the speed of the sap can be calculated by detecting the movement of heat generated in the metal wire 20 (S30). Specifically, the heat moves in the flow direction of the sap by the flow of the sap, the temperature of the metal wire 20 is changed by the movement of this heat.
  • the flow rate can be calculated by grasping the change in temperature, but the present embodiment will be described as grasping the change in temperature by grasping the change in resistance of the metal wire 20. In other words, no separate temperature probe is required.
  • the change in resistance of the metal wire 20 can be measured using the relationship between temperature and resistance (resistance temperature coefficient, etc.), and then the change in temperature of the metal wire 20 can be calculated based on the change in resistance.
  • the flow rate of the sap can be calculated based on this.

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Abstract

According to one embodiment, a microneedle probe device for measuring the sap flow rate of a plant can comprise: a substrate of which at least a part is to be inserted into a plant and having a microscale thickness and width; a single metal wire provided on the substrate; a power source for heating the metal wire by applying a current to the metal wire for a predetermined time; and a processor for calculating the flow rate of sap through the movement, according to the flow of the sap within the plant, of the heat generated by the metal wire.

Description

식물의 수액 유속 측정용 마이크로 니들 프로브 장치 및 이를 이용한 식물의 수액 유속 측정 방법Microneedle Probe Device for Measuring Sap Flow Rate of Plant and Sap Flow Rate Measurement Method of Plant Using the Same

이하의 설명은 식물의 수액 유속 측정용 마이크로 니들 프로브 장치 및 이를 이용한 식물의 수액 유속 측정 방법에 관한 것이다.The following description relates to a microneedle probe device for measuring the sap flow rate of the plant and a method of measuring the sap flow rate of the plant using the same.

식물 생육 모델은 식물의 생산량과 품질에 직접적인 영향을 미치고 있다. 식물 생육에 주요한 영향을 미치는 식물 생체 정보로는 온도, 수액 흐름(SF: Sap Flow), 전기전도도(EC: Electrial Conductivity)를 들 수 있으며, 이들 식물 생체 정보를 기초로 하여 물주기 스케쥴링, 온도 및 광량 제어, 비료 공급 시기와 양 등을 결정하여 식물 생육 모델을 결정하게 된다. Plant growth models have a direct impact on the yield and quality of plants. Plant bioinformatics that have a major impact on plant growth include temperature, Sap Flow and Electroconductivity (EC). Based on these plant bioinformation, water cycle scheduling, temperature and The plant growth model will be determined by controlling the quantity of light, the timing and amount of fertilizer supply.

식물 생육 모델을 위한 측정은 온도, 습도 등 외부 환경변수와 파괴적 측정 또는 간접적 측정 등에 국한되어 왔으며, 전통적으로 토양 수분, 물소비량 계량, 식물 샘플을 액즙으로 만들어 전기전도도를 측정하는 방법이 사용되어 왔다. 하지만, 이러한 방식은 비간접적이거나 상세한 정보획득, 식물의 반응 예측에 있어 부족한 단서를 제공하였다. Measurements for plant growth models have been limited to external environmental variables, such as temperature and humidity, and destructive or indirect measurements. Traditionally, methods of measuring soil conductivity, water consumption, and electrical conductivity from plant samples have been used. . This approach, however, provided indirect or detailed information and lacked clues in predicting plant responses.

식물의 수액의 흐름을 측정하는 것으로 예를 들면, 식물의 줄기 내에 직접 프로브(probe)를 삽입하는 기술이 개발되어 상기 프로브를 식물의 줄기 내에 삽입하여 수액 흐름을 측정하였으나, 침습적인 바늘 (invasive needle) 형태의 장치를 사용하였다.In order to measure the flow of sap of a plant, for example, a technique of inserting a probe directly into the stem of a plant has been developed to measure the sap flow by inserting the probe into the stem of a plant, but an invasive needle ) Device was used.

수액 흐름을 측정하는 방법으로는, (i) 침습적인 프로브를 사용하여 주기적인 히트 펄스를 식물에 부여하고 식물의 수액 흐름에 따른 히트 펄스의 이동을 별도의 온도 프로브로 감지하여 흐름 속도를 계산하는 히트 펄스(Heat Pulse; HP) 기술, (ii) 침습적인 프로브를 사용하여 연속적으로 열을 식물에 부여하고 야간에 수액 흐름이 없는 경우와 수액 흐름이 존재하는 경우의 열이 소실되는 정도를 온도차로 측정하여 산출하는 열 소실(Heat Dissipation; HD) 기술, (iii) 침습적인 프로브를 온도 측정용 프로브와 히터 프로브로 구성하여 중앙의 히터가 열을 발생하여 생긴 열 발생장(heat field)이 수액 흐름으로 인하여 변형되는 정도를 온도 측정용 프로브로 측정하여 수액 흐름 속도를 산출하는 열 발생장 변형(Heat Field Deformation; HFD) 기술, 및 (iv) 식물 줄기 외부에 설치된 히터에 의해 발생하는 열이 수액 흐름으로 인하여 줄기 상하부의 온도차가 발생하는 것을 이용하는 줄기 히트 밸런스(Stem Heat Balance; SHB) 기술 등이 있다. As a method of measuring the sap flow, (i) using an invasive probe to give the plant a periodic heat pulse and to detect the heat pulse movement according to the sap flow of the plant with a separate temperature probe to calculate the flow rate Heat pulse (HP) technology, (ii) using invasive probes to continuously feed heat to the plant and to vary the temperature loss in the absence of sap flow at night and in the presence of sap flow Heat Dissipation (HD) technology measured and calculated; (iii) Invasive probes consisted of temperature measuring probes and heater probes. Heat field deformation (HFD) technology, which measures the degree of deformation due to temperature measurement probes to calculate the fluid flow rate, and (iv) installed outside the plant stem. Stem Heat Balance (SHB) technology using heat generated by the heated heater to generate a temperature difference between the upper and lower stems due to the sap flow.

하지만, 이들 기술은 직경이 1 내지 5 mm에 이르는 침습적인 바늘을 사용하기 때문에, 나무 종류에만 국한되어 사용되었으며, 토마토, 파프리카 등의 과채류나 화훼류 등의 식물에는 삽입하기가 어려웠다. 또한, 측정 장치의 크기가 크고 고가이면서도 복잡하게 구성되어 있어, 한 작물의 여러 부분에 적용하거나, 한 번에 여러 작물에 적용하기 어려운 문제가 있었기 때문에, 표본의 수가 적어 측정 결과의 신뢰성, 통계적 의미 확보 등의 측면에서도 불리하였다.However, since these techniques use invasive needles having a diameter of 1 to 5 mm, they are used only for tree types, and it is difficult to insert them into plants such as fruits and vegetables or tomatoes such as tomatoes and paprika. In addition, the size of the measuring device is large, expensive, and complicated, and it is difficult to apply it to various parts of one crop or to several crops at once. It was also disadvantageous in terms of securing.

하지만, 산업혁명 이후 생물학을 필두로 하여 각종 과학기술의 발전으로 농업에서도 혁신이 빠르게 이루어지고 있다. 특히, 농업과 ICT 기반 MEMS 및 나노 기술의 발전에 따라 식물 생육과 관련한 기술도 새로운 전기를 맞이하고 있다.However, after the Industrial Revolution, innovation is rapidly being made in agriculture due to the development of various science and technology. In particular, with the development of agriculture, ICT-based MEMS, and nanotechnology, technologies related to plant growth are also entering a new era.

최소 침습 기술(minimally invasive technology)을 이용하여 나무를 포함한 다양한 식물의 생체 정보를 측정할 수 있는 기술의 개발이 필요하며, 이를 위해서는 MEMS(micro electro mechanical systems)기술을 기반으로 한 정밀 측정 기술의 구현이 필요하다.It is necessary to develop a technology that can measure biometric information of various plants including trees using minimally invasive technology. To this end, the implementation of precision measurement technology based on micro electro mechanical systems (MEMS) technology This is necessary.

보다 구체적으로, 최소 침습의 요건을 갖추기 위하여 식물에 삽입되는 센서의 크기가 마이크로 스케일로 작아야 하며, 이러한 마이크로 니들 프로브의 제작은 실리콘 공정 기술인 MEMS 기술을 이용하여 구현하되 마이크로 니들 프로브의 모양과 크기 등이 식물의 조직과의 관계에서 적합해야 한다. More specifically, the size of the sensor inserted into the plant should be small to a micro scale in order to satisfy the minimum invasion requirements. The microneedle probe may be manufactured using MEMS technology, which is a silicon process technology, but the shape and size of the microneedle probe may be used. It should be appropriate in relation to the organization of this plant.

여기에서 설명되는 실시예는 식물의 생육 모델 결정에 필수적으로 요구되는 식물 내부의 온도 및 수액 유속을 식물로부터 직접, 최소 침습적으로 측정하여 나무뿐만 아니라 토마토, 파프리카 등 과채류와 화훼류 등의 식물에도 적용할 수 있는 기술을 제공하고자 하는 것이다. The embodiments described herein can be applied to plants such as tomatoes and paprika and plants such as tomatoes and paprika by measuring the temperature and sap flow rate inside the plant, which are essential for determining the growth model of the plant, directly and minimally invasively from the plant. It is to provide the technology that can be.

또한, 측정 장치를 마이크로 스케일화 및 컴팩트화함으로써, 한 작물의 여러 부분이나 여러 작물에 동시에 적용하기 용이하도록 하여 측정 신뢰성을 확보할 수 있는 기술을 제공하고자 하는 것이다. In addition, by miniaturizing and compacting the measuring apparatus, it is intended to provide a technology that can be easily applied to various parts or multiple crops of a crop at the same time to secure measurement reliability.

일실시예에 따른 식물의 수액 유속 측정용 마이크로 니들 프로브 장치는, 적어도 일부가 식물 내로 삽입되고, 두께 및 폭이 마이크로 스케일인 기판; 상기 기판 상에 제공되는 단일의 금속선; 상기 금속선에 소정의 시간 동안 전류를 인가하여 상기 금속선을 가열하는 전원; 및 상기 금속선에서 발생된 열의 상기 식물 내의 수액의 흐름에 따른 이동을 통해 상기 수액의 유속을 산출하는 프로세서를 포함할 수 있다.Microneedle probe device for measuring the sap flow rate of a plant according to one embodiment, the substrate is at least a portion of which is inserted into the plant, the thickness and width of the microscale; A single metal wire provided on the substrate; A power source for heating the metal wire by applying a current to the metal wire for a predetermined time; And it may include a processor for calculating the flow rate of the sap through the movement according to the flow of the sap in the plant of the heat generated from the metal wire.

또한, 상기 금속선은 복수로 제공되고, 상기 복수의 금속선은 상기 기판 상에서 상기 수액의 흐름 방향으로 서로 이격 배치되어 상기 수액의 유속이 복수의 개소에서 측정될 수 있다.In addition, the metal wire may be provided in plurality, and the plurality of metal wires may be spaced apart from each other in the flow direction of the sap on the substrate so that the flow rate of the sap may be measured at a plurality of locations.

또한, 상기 금속선은 상기 수액의 흐름 방향과 직교하는 방향으로 연장되는 부분을 포함할 수 있다.In addition, the metal wire may include a portion extending in a direction orthogonal to the flow direction of the sap.

또한, 상기 전원은 상기 금속선에 주기적으로 전류를 인가하여 상기 금속선에 히트 펄스가 발생되도록 할 수 있다.In addition, the power source may periodically apply a current to the metal line to generate a heat pulse to the metal line.

또한, 상기 프로세서는, 상기 금속선의 저항 및 상기 저항의 변화를 측정하는 저항측정모듈; 상기 금속선의 상기 저항의 변화로부터 상기 금속선의 온도의 변화를 산출하는 온도산출모듈; 및 상기 금속선의 상기 온도의 변화로부터 상기 수액의 유속을 산출하는 유속산출모듈을 포함할 수 있다.In addition, the processor, the resistance measuring module for measuring the resistance of the metal wire and the change of the resistance; A temperature calculation module for calculating a change in temperature of the metal wire from the change in resistance of the metal wire; And it may include a flow rate calculation module for calculating the flow rate of the sap from the change of the temperature of the metal wire.

또한, 상기 기판은, 일단부가 날카롭게 형성되어 상기 식물 내로 삽입되는 박육부; 및 상기 박육부의 반대 측에 위치하고, 상기 박육부보다 두꺼운 두께를 가지며, 상기 박육부 측 일단부의 폭이 상기 박육부로부터 멀어질수록 증가하는 후육부를 포함할 수 있다.In addition, the substrate, one end is formed thinly inserted thin portion is inserted into the plant; And a thick part positioned on the opposite side of the thin part and having a thickness thicker than that of the thin part, and increasing as the width of one end portion of the thin part side increases away from the thin part.

일실시예에 따른 식물의 수액 유속 측정 방법은, 두께 및 폭이 마이크로 스케일인 기판과, 상기 기판 상에 제공되는 단일의 금속선을 포함하는 마이크로 니들 프로브 장치를 식물 내로 삽입하는 단계; 상기 금속선에 소정의 시간 동안 전류를 인가하여 상기 금속선을 가열하는 단계; 및 상기 금속선에서 발생된 열의 상기 식물 내에서의 수액의 흐름에 따른 이동을 통해 상기 수액의 유속을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, a method of measuring a sap flow rate of a plant may include inserting a microneedle probe device into a plant, the substrate including a microscale substrate having a thickness and a width, and a single metal wire provided on the substrate; Heating the metal wire by applying a current to the metal wire for a predetermined time; And calculating a flow rate of the sap through the movement of the sap in the plant of the heat generated by the metal wire.

또한, 상기 소정의 시간의 종료 후, 상기 금속선에 주기적으로 전류를 인가함으로써 상기 금속선에 히트 펄스가 발생되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include causing a heat pulse to be generated in the metal line by periodically applying current to the metal line after the end of the predetermined time.

또한, 상기 수액의 유속을 산출하는 단계는, 상기 금속선의 저항의 변화를 측정하는 단계; 상기 금속선의 상기 저항의 변화로부터 상기 금속선의 온도의 변화를 산출하는 단계; 및 상기 금속선의 상기 온도의 변화로부터 상기 수액의 유속을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, calculating the flow rate of the sap, measuring the change in the resistance of the metal wire; Calculating a change in temperature of the metal wire from the change in resistance of the metal wire; And calculating a flow rate of the sap from the change of the temperature of the metal wire.

여기에서 설명되는 실시예에 따르면, 식물에 최소 침습적으로 적용될 수 있는 마이크로 니들 프로브를 통하여 식물의 수액 유속 및 식물체 내부의 온도를 신뢰성 있게 측정할 수 있다. According to the embodiments described herein, it is possible to reliably measure the sap flow rate and the temperature inside the plant through the microneedle probe that can be applied minimally invasive to the plant.

또한, 수액 유속의 측정이 가능한 식물의 종류를 나무로부터 토마토, 파프리카 등의 과채류나 화훼류와 같은 줄기의 직경이 작고 단단하지 않은 작물로 확장할 수 있다.In addition, the types of plants capable of measuring the sap flow rate can be extended from trees to fruit crops, such as tomatoes and paprika, and to crops with small diameters of stems such as flowers.

또한, 한 작물의 여러 개소에서 수액 유속을 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 여러 작물에서 동시에 수액 유속을 측정할 수 있기 때문에 측정값의 신뢰도를 보다 높일 수 있다.In addition, not only can the sap flow rate be measured in several places in a crop, but also the sap flow rate can be measured in several crops at the same time, thereby increasing the reliability of the measured value.

도 1은 일 실시예에 따른 식물의 수액 유속 측정용 마이크로 니들 프로브 장치의 개략적인 측단면도이다. 1 is a schematic side cross-sectional view of a microneedle probe device for measuring the sap flow rate of a plant according to an embodiment.

도 2는 도 1의 식물의 수액 유속 측정용 마이크로 니들 프로브 장치의 개략적인 평면도이다.FIG. 2 is a schematic plan view of the microneedle probe device for measuring the sap flow rate of the plant of FIG. 1.

도 3은 일 실시예에 따른 식물의 수액 유속 측정 방법의 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of measuring a sap flow rate of a plant according to an embodiment.

일 실시예에 따른 식물의 수액 유속 측정용 마이크로 니들 프로브 장치는, 적어도 일부가 식물 내로 삽입되고, 두께 및 폭이 마이크로 스케일인 기판; 상기 기판 상에 제공되는 단일의 금속선; 상기 금속선에 소정의 시간 동안 전류를 인가하여 상기 금속선을 가열하는 전원; 및 상기 금속선에서 발생된 열의 상기 식물 내의 수액의 흐름에 따른 이동을 통해 상기 수액의 유속을 산출하는 프로세서를 포함할 수 있다.Microneedle probe device for measuring the sap flow rate of a plant according to an embodiment, the substrate is at least a part inserted into the plant, the substrate is a microscale thickness and width; A single metal wire provided on the substrate; A power source for heating the metal wire by applying a current to the metal wire for a predetermined time; And it may include a processor for calculating the flow rate of the sap through the movement according to the flow of the sap in the plant of the heat generated from the metal wire.

또한, 상기 금속선은 복수로 제공되고, 상기 복수의 금속선은 상기 기판 상에서 상기 수액의 흐름 방향으로 서로 이격 배치되어 상기 수액의 유속이 복수의 개소에서 측정될 수 있다.In addition, the metal wire may be provided in plurality, and the plurality of metal wires may be spaced apart from each other in the flow direction of the sap on the substrate so that the flow rate of the sap may be measured at a plurality of locations.

또한, 상기 금속선은 상기 수액의 흐름 방향과 직교하는 방향으로 연장되는 부분을 포함할 수 있다.In addition, the metal wire may include a portion extending in a direction orthogonal to the flow direction of the sap.

또한, 상기 전원은 상기 금속선에 주기적으로 전류를 인가하여 상기 금속선에 히트 펄스가 발생되도록 할 수 있다.In addition, the power source may periodically apply a current to the metal line to generate a heat pulse to the metal line.

또한, 상기 프로세서는, 상기 금속선의 저항 및 상기 저항의 변화를 측정하는 저항측정모듈; 상기 금속선의 상기 저항의 변화로부터 상기 금속선의 온도의 변화를 산출하는 온도산출모듈; 및 상기 금속선의 상기 온도의 변화로부터 상기 수액의 유속을 산출하는 유속산출모듈을 포함할 수 있다.In addition, the processor, the resistance measuring module for measuring the resistance of the metal wire and the change of the resistance; A temperature calculation module for calculating a change in temperature of the metal wire from the change in resistance of the metal wire; And it may include a flow rate calculation module for calculating the flow rate of the sap from the change of the temperature of the metal wire.

또한, 상기 기판은, 일단부가 날카롭게 형성되어 상기 식물 내로 삽입되는 박육부; 및 상기 박육부의 반대 측에 위치하고, 상기 박육부보다 두꺼운 두께를 가지며, 상기 박육부 측 일단부의 폭이 상기 박육부로부터 멀어질수록 증가하는 후육부를 포함할 수 있다.In addition, the substrate, one end is formed thinly inserted thin portion is inserted into the plant; And a thick part positioned on the opposite side of the thin part and having a thickness thicker than that of the thin part, and increasing as the width of one end portion of the thin part side increases away from the thin part.

일실시예에 따른 식물의 수액 유속 측정 방법은, 두께 및 폭이 마이크로 스케일인 기판과, 상기 기판 상에 제공되는 단일의 금속선을 포함하는 마이크로 니들 프로브 장치를 식물 내로 삽입하는 단계; 상기 금속선에 소정의 시간 동안 전류를 인가하여 상기 금속선을 가열하는 단계; 및 상기 금속선에서 발생된 열의 상기 식물 내에서의 수액의 흐름에 따른 이동을 통해 상기 수액의 유속을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, a method of measuring a sap flow rate of a plant may include inserting a microneedle probe device into a plant, the substrate including a microscale substrate having a thickness and a width, and a single metal wire provided on the substrate; Heating the metal wire by applying a current to the metal wire for a predetermined time; And calculating a flow rate of the sap through the movement of the sap in the plant of the heat generated by the metal wire.

또한, 상기 소정의 시간의 종료 후, 상기 금속선에 주기적으로 전류를 인가함으로써 상기 금속선에 히트 펄스가 발생되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include causing a heat pulse to be generated in the metal line by periodically applying current to the metal line after the end of the predetermined time.

또한, 상기 수액의 유속을 산출하는 단계는, 상기 금속선의 저항의 변화를 측정하는 단계; 상기 금속선의 상기 저항의 변화로부터 상기 금속선의 온도의 변화를 산출하는 단계; 및 상기 금속선의 상기 온도의 변화로부터 상기 수액의 유속을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, calculating the flow rate of the sap, measuring the change in the resistance of the metal wire; Calculating a change in temperature of the metal wire from the change in resistance of the metal wire; And calculating a flow rate of the sap from the change of the temperature of the metal wire.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들을 상세히 설명하도록 한다. 아울러, 관련된 공지 구성 또는 공지 기능에 대한 구체적인 설명이 상기 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적인 설명을 생략한다.Hereinafter, specific embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, when it is determined that the detailed description of the related known configuration or known function may obscure the gist of the embodiments, the detailed description thereof will be omitted.

한편, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수만을 가리키는 것이 아닌 한 복수의 표현을 포함한다. 그리고 특정 부분이 특정 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 상기 특정 부분은 상기 특정 구성 외의 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 상기 다른 구성을 더 포함할 수 있음을 의미한다.On the other hand, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates the singular. And when a particular part is said to "include" a particular configuration, this means that unless specifically stated otherwise said particular portion may further include said other configuration, not to exclude other configurations than said specific configuration.

도 1 및 도 2는 각각 일실시예에 따른 식물의 수액 유속 측정용 마이크로 니들 프로브 장치(1)(이하, "마이크로 니들 프로브"라고 함)의 개략적인 측단면도 및 평면도이다. 본 실시예에 따른 마이크로 니들 프로브(1)는 실리콘을 기반으로 하는 MEMS 공정을 통해 제작될 수 있고, 식물의 목부(물관부) 내로 삽입되어 목부 내에서 유동하는 수액의 유속을 최소 침습적으로 측정할 수 있다.1 and 2 are schematic cross-sectional side views and plan views, respectively, of a microneedle probe device 1 (hereinafter referred to as a “microneedle probe”) for measuring a sap flow rate of a plant according to one embodiment. The microneedle probe 1 according to the present embodiment may be manufactured through a silicon-based MEMS process, and the flow rate of the sap flowing into the throat of a plant (water tube part) and flowing in the throat may be measured in a minimally invasive manner. have.

마이크로 니들 프로브(1)는 기판(10)을 구비할 수 있다. 기판(10)은 상술한 바와 같이 MEMS 공정을 통해 실리콘으로 제조될 수 있다. 기판(10)은 식물 내로 삽입되는 박육부(薄肉部; 11)와 상기 박육부의 반대 측의 후육부(厚肉部; 12)를 포함할 수 있는데, 박육부(11)는 상대적으로 얇은 두께를 가지고 후육부(12)는 상대적으로 두꺼운 두께를 가질 수 있다(도 1 참조). 이렇게, 박육부(11)가 후육부(12)보다 얇게 형성되기 때문에 마이크로 니들 프로브(1)가 식물 내부 조직으로 용이하게 삽입될 수 있고, 후육부(12)가 박육부(11)보다 두껍게 형성되기 때문에 기판(10)의 강성이 확보될 수 있다.The microneedle probe 1 may have a substrate 10. The substrate 10 may be made of silicon through a MEMS process as described above. The substrate 10 may include a thin portion 11 inserted into the plant and a thick portion 12 on the opposite side of the thin portion, wherein the thin portion 11 has a relatively thin thickness. The thick portion 12 may have a relatively thick thickness (see FIG. 1). Thus, since the thin portion 11 is formed thinner than the thick portion 12, the microneedle probe 1 can be easily inserted into the plant internal tissue, and the thick portion 12 is formed thicker than the thin portion 11 Therefore, the rigidity of the substrate 10 can be secured.

또한, 박육부(11)에서 식물 내로 삽입되는 측의 일단부는 원자 수준으로 날카롭게 형성되어 있어 마이크로 니들 프로브(1)가 식물 내로 용이하게 삽입될 수 있다. 상기 일단부의 날카로운 정도는 반도체 건식 식각 공정 또는 실리콘 불순물 도핑(doping)과 선택적인 에칭(etching)에 의하여 조절될 수 있다. In addition, one end of the side inserted into the plant in the thin portion 11 is sharply formed at the atomic level so that the microneedle probe 1 can be easily inserted into the plant. The sharpness of the one end may be controlled by a semiconductor dry etching process or silicon doping and selective etching.

한편, 후육부(12)의 폭은 박육부(11)의 폭보다 클 수 있다(도 2 참조). 예를 들어, 후육부(12)의 박육부(11) 측 일단부는 그 폭이 박육부(11)의 폭과 동일하다가 후육부(12) 측으로 갈수록 증가될 수 있다. 이로써, 상기 후육부(12)의 일단부에는 테이퍼진 경사면이 형성될 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 마이크로 니들 프로브(1)를 식물에 삽입하여 수액 유속을 측정할 때에 마이크로 니들 프로브(1)가 부러지지 않도록 하는 강성을 확보할 수 있다.On the other hand, the width of the thick portion 12 may be larger than the width of the thin portion 11 (see Fig. 2). For example, one end of the thin portion 11 side of the thick portion 12 may have the same width as that of the thin portion 11 and increase toward the thick portion 12 side. As a result, a tapered inclined surface may be formed at one end of the thick portion 12. With this structure, it is possible to secure the rigidity to prevent the microneedle probe 1 from breaking when the microneedle probe 1 is inserted into the plant to measure the fluid flow rate.

본 실시예에 따른 마이크로 니들 프로브(1)의 기판(10)은 마이크로 스케일의 작은 크기로 이루어져, 최소 침습 조건 하에서 수액 유속의 측정이 가능하다. 기판(10)의 치수는, 길이(l)가 1 내지 6 mm, 두께(t)가 100 내지 200 μm, 폭(d)이 200 내지 400μm 일 수 있다.Substrate 10 of the microneedle probe 1 according to the present embodiment is made of a small size of the micro-scale, it is possible to measure the fluid flow rate under the minimum invasive conditions. The substrate 10 may have a length l of 1 to 6 mm, a thickness t of 100 to 200 m, and a width d of 200 to 400 m.

직경이 1 내지 5 mm에 달하여 크고 단단한 나무에만 적용 가능했던 종래의 프로브와는 달리, 본 실시예에 따른 마이크로 니들 프로브(1)는 식물의 미세 조직 내에 삽입되어 유지될 수 있는바, 토마토, 파프리카 등의 과채류나 화훼류 등과 같이 줄기가 나무에 비해 얇은 식물에도 적용이 가능하다.Unlike conventional probes, which have a diameter of 1 to 5 mm and are applicable only to large and hard trees, the microneedle probe 1 according to the present embodiment can be inserted and maintained in the microstructure of a plant: bar, tomato, or paprika. It is also applicable to plants whose stems are thinner than trees such as fruits and vegetables.

기판(10) 상에는 수액 유속의 측정을 위한 금속선(20)이 제공될 수 있다. 상기 금속선(20)은 예를 들어 백금 재질일 수 있고, 금속 마이크로 패턴으로 형성될 수 있다. 후술하는 바와 같이 금속선(20)에 전류가 인가되면 금속선(20)은 가열될 수 있고, 금속선(20)에서 발생되는 열은 수액의 흐름에 의해 수액과 같은 방향으로 이동할 수 있다. 이로 인해 금속선(20)은 수액에 열을 빼앗길 수 있다. 이러한 금속선(20)의 온도 변화는 금속선(20)의 저항의 변화로 나타나고, 상기 저항의 변화를 읽어 상기 온도 변화를 산출해낼 수 있으며, 더 나아가 상기 온도 변화를 통해 수액의 유속을 산출해낼 수 있다.The metal wire 20 for measuring the fluid flow rate may be provided on the substrate 10. The metal wire 20 may be, for example, a platinum material, and may be formed of a metal micro pattern. As will be described later, when a current is applied to the metal wire 20, the metal wire 20 may be heated, and heat generated from the metal wire 20 may move in the same direction as the sap by the flow of the sap. This may cause the metal wire 20 to lose heat to the sap. The temperature change of the metal wire 20 may be represented by a change in the resistance of the metal wire 20, and the change of the resistance may be read to calculate the temperature change, and further, the fluid flow rate may be calculated through the temperature change. .

아울러, 금속선(20)은 수액의 흐름 방향에 직교하는 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다(도 2 참조). 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 금속선(20)은 단일의 선(single wire)으로 이루어지되 수액의 흐름 방향에 직교하는 방향으로 연장된 복수의 부분을 포함할 수 있다. 이와 같이 구성할 경우, 금속선(20)에서 발생된 열이 수액 흐름에 의해 보다 더 잘 발산될 수 있는바, 금속선(20)의 저항 변화의 측정, 궁극적으로는 수액 유속 측정의 정확도가 향상될 수 있다.In addition, the metal wire 20 may be disposed to extend in a direction orthogonal to the flow direction of the sap (see FIG. 2). For example, as shown in FIG. 2, the metal wire 20 may include a plurality of portions formed of a single wire but extending in a direction orthogonal to the flow direction of the sap. In this configuration, the heat generated from the metal wire 20 can be better dissipated by the sap flow, so that the measurement of the resistance change of the metal wire 20 and ultimately the accuracy of the fluid flow rate measurement can be improved. have.

한편, 도시된 바와 같이, 금속선(20)은 복수로 제공될 수 있고, 상기 복수의 금속선(20)은 기판(10)의 길이 방향을 따라 서로 이격 배치될 수 있다. 이 경우 식물의 여러 개소에서 수액 유속을 측정할 수 있으므로, 측정값의 신뢰도를 높일 수 있다.On the other hand, as shown, a plurality of metal wires 20 may be provided, the plurality of metal wires 20 may be spaced apart from each other along the longitudinal direction of the substrate 10. In this case, since the flow rate of the sap can be measured at various places of the plant, the reliability of the measured value can be improved.

전원(미도시)은 기판(10) 상에 배치되거나 기판(10)으로부터 이격 배치될 수 있고, 기판(10) 상에 실장된 BUS 선(30)을 통해 금속선(20)에 전류를 인가할 수 있다. 상기 BUS 선(30)은 저(低)저항 BUS 선일 수 있으며, 컨택트 패드(contact pads; 40)를 통해 전원과 연결될 수 있다.The power source (not shown) may be disposed on the substrate 10 or spaced apart from the substrate 10, and may apply a current to the metal line 20 through the BUS line 30 mounted on the substrate 10. have. The BUS line 30 may be a low resistance BUS line and may be connected to a power source through contact pads 40.

한편, 전원은 소정의 시간 동안만 금속선(20)에 전류를 인가할 수 있고, 더 나아가 금속선(20)에 주기적으로 전류를 인가함으로써 금속선(20)에 히트 펄스가 발생되도록 할 수 있다.On the other hand, the power source may apply a current to the metal wire 20 only for a predetermined time, and furthermore, by periodically applying a current to the metal wire 20 to generate a heat pulse to the metal wire 20.

프로세서(미도시)는 저항측정모듈, 온도산출모듈 및 유속산출모듈을 포함할 수 있다. 상기 모듈들은 일 예로, 회로의 형태를 가질 수 있다. 저항측정모듈은 금속선(20)의 가열 내지는 냉각에 의한 금속선(20)의 저항의 변화를 측정할 수 있다. 온도산출모듈은 상기 저항의 변화를 이용하여 금속선(20)의 온도의 변화를 산출할 수 있다. 이때, 저항 온도 계수(temperature coefficient of resistance)를 이용하여 저항 변화에 따른 온도 변화를 산출할 수 있다. 유속산출모듈은 상기 온도의 변화를 이용하여 수액의 유속을 산출할 수 있다.The processor (not shown) may include a resistance measuring module, a temperature calculating module and a flow rate calculating module. For example, the modules may have the form of a circuit. The resistance measuring module may measure a change in resistance of the metal wire 20 due to heating or cooling of the metal wire 20. The temperature calculation module may calculate a change in temperature of the metal wire 20 using the change in the resistance. In this case, the temperature change according to the resistance change may be calculated using the temperature coefficient of resistance. The flow rate calculation module may calculate the flow rate of the sap by using the change in temperature.

한편, 프로세서는 저항측정모듈, 온도산출모듈 및 유속산출모듈을 포함하는 개념으로 이해될 수 있는 것이고, 반드시 물리적인 단일의 칩(chip)의 형태로만 한정되는 것은 아니다. 프로세서가 기판(10)에 실장되는 경우, 저항측정모듈, 온도산출모듈 및 유속산출모듈은 하나의 칩에 집적되거나 둘 이상의 칩에 나뉘어 제공될 수 있다. 또는, 저항측정모듈이 기판(10)에 실장된 상태에서 온도산출모듈과 유속산출모듈 중 적어도 하나는 기판(10)으로부터 이격 배치될 수도 있다. 이 경우, 저항측정모듈에서 측정된 금속선(20)의 저항 및 저항 변화값은 통신모듈(미도시)에 의해 유선 또는 무선 방식으로 기판(10) 외부로 전송될 수 있다.Meanwhile, the processor may be understood as a concept including a resistance measuring module, a temperature calculating module, and a flow rate calculating module, and is not necessarily limited to the form of a single physical chip. When the processor is mounted on the substrate 10, the resistance measuring module, the temperature calculating module, and the flow rate calculating module may be integrated on one chip or divided into two or more chips. Alternatively, at least one of the temperature calculating module and the flow rate calculating module may be spaced apart from the substrate 10 while the resistance measuring module is mounted on the substrate 10. In this case, the resistance and the resistance change value of the metal wire 20 measured by the resistance measurement module may be transmitted to the outside of the substrate 10 by a wired or wireless manner by a communication module (not shown).

커버(미도시)는 기판(10) 상에 마련되되 상술한 금속선(20)의 전부 또는 일부를 덮을 수 있다. 커버는 예를 들어 박막 형태로 제공될 수 있으며, 금속선(20)을 덮어 금속선(20)을 기계적, 전기적, 화학적으로 보호할 수 있다. 그리고 커버는 절연성을 가질 수 있다.A cover (not shown) may be provided on the substrate 10 to cover all or part of the above-described metal wire 20. The cover may be provided, for example, in the form of a thin film and may cover the metal wire 20 to protect the metal wire 20 mechanically, electrically, and chemically. And the cover may have insulation.

커버가 박막 형태로 제공되는 경우, 그 재질은 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 실리콘 나이트라이드(silicon nitride), 알루미늄 옥사이드(aluminium oxide), 하프늄 옥사이드(hafnium oxide) 등의 무기재료일 수 있고, 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), cyclic transparent optical polymer(CYTOP) 등의 발수성 유기재료일 수도 있다. 커버는, 절연 성능을 높이기 위해, 복수의 무기재료층을 포함하거나, 복수의 유기재료층을 포함하거나, 무기재료층과 유기재료층이 혼합된 형태를 가질 수도 있다.When the cover is provided in the form of a thin film, the material may be an inorganic material such as silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, or the like, and polytetra It may be a water-repellent organic material such as fluoroethylene (PTFE), cyclic transparent optical polymer (CYTOP). The cover may include a plurality of inorganic material layers, a plurality of organic material layers, or a mixture of an inorganic material layer and an organic material layer in order to increase insulation performance.

예를 들면, 금속선(20) 상에 실리콘 나이트라이드를 화학기상증착(Chemical Vaopr Deopsitoin ,CVD) 방식으로 증착할 수 있다. 그리고, 공정 상의 결함에 의한 영향을 최소화하기 위해, 실리콘 나이트라이드 층과 실리콘 옥사이드 층을 번갈아가면서 증착할 수 있다. 이러할 경우, 어느 하나의 층에 결함이 있더라도 다른 층이 절연막의 기능을 할 수 있다. 또는, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition)을 이용하여 무기재료층의 결함을 보완할 수 있다. 원자층 증착은 증착되는 박막의 균일도가 매우 높기 때문에 실리콘 나이트라이드 박막의 균열이나 핀홀(pin hole)과 같은 결함을 채울 수 있고 절연 박막의 품질을 높일 수 있다. 또 다른 예로, 절연 성능을 높이기 위해 유기박막과 무기박막의 복합층을 사용할 수 있다. 무기재료박막층 위에 딥코팅(dip coating), 스핀코팅(spin coating), 기상 증착(vapor deposition) 등의 방법으로 PTFE, CYTOP 등의 유기재료박막층이 형성될 수 있다. 소수성 유기박막은 금속선(20)으로 액체가 침투하는 것을 막아 절연 박막의 성능을 높일 수 있다. 이하, 본 실시예에 따른 마이크로 니들 프로브(1)의 작동을 설명하기로 한다.For example, silicon nitride may be deposited on the metal line 20 by chemical vapor deposition (CVD). In addition, in order to minimize the effect of defects on the process, the silicon nitride layer and the silicon oxide layer may be alternately deposited. In this case, even if one layer is defective, the other layer can function as an insulating film. Alternatively, defects in the inorganic material layer may be compensated for by using atomic layer deposition. Atomic layer deposition can fill defects such as cracks or pin holes in silicon nitride thin films because of the high uniformity of the deposited thin films and can improve the quality of insulating thin films. As another example, a composite layer of an organic thin film and an inorganic thin film may be used to increase insulation performance. An organic material thin film layer such as PTFE, CYTOP, etc. may be formed on the inorganic material thin film layer by dip coating, spin coating, vapor deposition, or the like. The hydrophobic organic thin film prevents liquid from penetrating into the metal wire 20, thereby improving the performance of the insulating thin film. Hereinafter, the operation of the microneedle probe 1 according to the present embodiment will be described.

전원은 소정의 시간 동안 금속선(20)에 전류를 인가할 수 있고, 이에 따라 금속선(20)은 가열될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 전원은 금속선(20)에 주기적으로 전류를 인가할 수 있고, 이 경우 금속선(20)에는 히트 펄스가 발생될 수 있다. 예를 들어, 전원이 금속선(20)에 30초 동안 100 mW의 전력을 공급하면 금속선(20)의 온도는 주변 대비 증가할 수 있다. 그리고 일정 시간이 지나면 금속선(20)에서 발생되는 열과 주변으로 발산되는 열의 양이 평형을 이루어 금속선(20)은 일정 온도로 유지될 수 있다(온도의 정체점 도달). 이후 전원이 차단되면 금속선(20)의 온도는 다시 감소하여 일정 시간 경과 후 주변의 온도와 같아질 수 있다. 수액 흐름이 빠른 경우, 대류에 의해 일어나는 열 발산이 크기 때문에 금속선(20)에서 발생하는 열량과 발산되는 열량이 낮은 온도에서 평형을 이룰 수 있다. 이때, 평형을 이루기까지의 시간은 상대적으로 짧을 수 있다. 수액 흐름이 느리거나 없는 경우, 대류에 의한 열 발산이 적어 열 평형이 높은 온도에서 이루어질 수 있다. 그리고 이때에는 평형을 이루기까지의 시간이 상대적으로 길 수 있다.The power source may apply a current to the metal wire 20 for a predetermined time, and thus the metal wire 20 may be heated. In addition, as described above, the power supply may periodically apply current to the metal wire 20, and in this case, a heat pulse may be generated in the metal wire 20. For example, when the power source supplies 100 mW of power to the metal wire 20 for 30 seconds, the temperature of the metal wire 20 may increase with respect to the surroundings. Then, after a certain time, the heat generated from the metal wire 20 and the amount of heat dissipated to the surroundings are in equilibrium, so that the metal wire 20 may be maintained at a constant temperature (reaching the stagnation point of temperature). Then, when the power is cut off, the temperature of the metal wire 20 decreases again and may be equal to the ambient temperature after a predetermined time. When the sap flow is fast, since heat dissipation caused by convection is large, heat generated from the metal wire 20 and heat dissipated can be balanced at a low temperature. At this time, the time to equilibrium may be relatively short. If the fluid flow is slow or absent, the heat dissipation by convection is low and thermal equilibrium can be achieved at high temperatures. In this case, the time to equilibrium may be relatively long.

한편, 금속선(20)에 0 V 보다 낮은 전압이 인가되는 것은 금속선(20)의 전기화학적 산화를 방지하는데 보다 유리할 수 있다. 예를 들어, 금속선(20)에 0 V보다 높은 전압(예를 들어, 5 V)이 인가된다면, 상술한 커버의 부재 또는 결함 하에 금속선(20)이 노출되는 경우 금속선(20) 중 식물 조직과 접하는 부분은 식물체에 비해 상대적으로 높은 전위를 가지는바, 전기화학적 산화가 가속화되어 수명이 단축될 가능성이 있다. 반면, 금속선(20)에 0 V 미만의 전압이 인가된다면, 커버의 부재 또는 결함 조건 하에서도 노출되는 금속선(20)의 전위는 식물체보다 낮으므로, 금속선(20)에서 발생되는 산화작용이 억제될 수 있고, 이는 수명 증가로 이어질 수 있다.On the other hand, applying a voltage lower than 0 V to the metal wire 20 may be more advantageous in preventing the electrochemical oxidation of the metal wire 20. For example, if a voltage higher than 0 V (eg, 5 V) is applied to the metal wire 20, the metal tissue 20 may be exposed to plant tissues when the metal wire 20 is exposed in the absence or defect of the cover described above. The contact portion has a relatively high potential compared to the plant, which may accelerate the electrochemical oxidation and shorten the lifespan. On the other hand, if a voltage of less than 0 V is applied to the metal wire 20, the potential of the metal wire 20 exposed even under the absence of a cover or in a defect condition is lower than that of the plant, so that the oxidation occurring in the metal wire 20 can be suppressed. Can lead to increased lifespan.

본 실시예의 경우, 위와 같은 금속선(20)의 온도 변화는 금속선(20)의 저항 변화로부터 산출해낼 수 있다. 상술한 바와 같이, 프로세서의 저항측정모듈은 온도의 변화에 따라 변하는 금속선(20)의 저항을 측정할 수 있고, 온도산출모듈은 저항 변화값을 토대로 저항 온도 계수 등을 이용하여 금속선(20)의 온도 변화를 산출할 수 있다. In the case of this embodiment, the temperature change of the metal wire 20 as described above can be calculated from the resistance change of the metal wire 20. As described above, the resistance measurement module of the processor may measure the resistance of the metal wire 20 that changes according to the change in temperature, and the temperature calculation module may measure the resistance of the metal wire 20 using a resistance temperature coefficient or the like based on the resistance change value. The temperature change can be calculated.

예를 들어, 금속선(20)의 저항을 측정하는 것에는 휘트스톤 브리지 회로가 사용될 수 있다. 일정 저항값을 가지는 금속선(20)과, 이와 비슷한 저항값을 가지는 또 다른 저항선 3개가 사각형을 이룰 수 있다. 4개의 저항값이 동일할 때 휘트스톤 브리지 회로의 두 개의 중간점 사이의 전위차는 0이 된다. 금속선(20)의 가열 등에 의해 금속선(20)의 저항값이 달라지게 되면 상기 두 개의 중간점 사이에 전위차가 발생된다. 그리고, 이처럼 발생된 전위차를 측정하면 저항 변화를 역산할 수 있다. 참고로, 전위차를 차등 증폭기를 이용해 증폭하면 더 정밀한 저항 변화를 측정할 수 있다. For example, a Wheatstone bridge circuit can be used to measure the resistance of the metal wire 20. The metal wire 20 having a constant resistance value and three other resistance wires having a similar resistance value may form a rectangle. When the four resistance values are the same, the potential difference between the two midpoints of the Wheatstone bridge circuit is zero. When the resistance value of the metal wire 20 is changed by heating the metal wire 20 or the like, a potential difference is generated between the two intermediate points. And, by measuring the potential difference generated in this way, the resistance change can be inverted. For reference, amplifying the potential difference with a differential amplifier can measure more precise resistance changes.

금속선(20)의 저항 변화를 측정하는 다른 예로 정전류 회로를 들 수 있다. 정전류 레귤레이터 등을 이용해 일정한 전류가 흐르는 회로를 제작하고, 여기에 금속선(20)을 연결할 수 있다. 금속선(20)의 저항과 무관하게 일정 전류가 흐르므로, 금속선(20)에 가해지는 전압을 측정하면 금속선(20)의 저항값을 역산할 수 있다. 이 역시, 증폭기를 이용해 전압 신호를 증폭하면 더 정밀한 측정이 가능하다.Another example of measuring the resistance change of the metal wire 20 is a constant current circuit. By using a constant current regulator or the like to produce a circuit in which a constant current flows, the metal wire 20 can be connected thereto. Since a constant current flows irrespective of the resistance of the metal wire 20, when the voltage applied to the metal wire 20 is measured, the resistance value of the metal wire 20 may be inverted. Again, amplifying the voltage signal with an amplifier allows for more accurate measurements.

한편, 금속선(20)의 저항 변화와 저항 온도 계수(TCR)를 알면 금속선(20)의 온도 변화량을 알 수 있다. 예를 들어, 금(Au)으로 제작된 금속선(20)의 최초 저항 100 Ω이 금속선(20)의 온도 변화에 의해 101 Ω으로 증가한다면, 그 때의 금속선(20)의 온도 변화량은 다음의 수학식 1과 같이 구할 수 있다. On the other hand, if the resistance change and the resistance temperature coefficient (TCR) of the metal wire 20 is known, the temperature change amount of the metal wire 20 can be known. For example, if the initial resistance 100 Ω of the metal wire 20 made of gold (Au) increases to 101 Ω by the temperature change of the metal wire 20, the temperature change amount of the metal wire 20 at that time is It can be obtained as shown in Equation 1.

[수학식 1][Equation 1]

Figure PCTKR2017006217-appb-I000001
Figure PCTKR2017006217-appb-I000001

여기서, T1및 T2는 각각 금속선(20)의 최초 온도 및 변화 후 온도를 의미하고, R1및 R2는 각각 금속선(20)의 최초 저항 및 변화 후 저항을 의미하며, α는 금속선(20)의 저항 온도 계수를 의미할 수 있다. 금속선(20)의 저항이 100 Ω에서 101 Ω으로 증가했을 때, 금의 저항 온도 계수(α)는 0.0034로 알려져 있으므로, 금속선(20)의 온도 변화는 약 2.94도일 수 있다.Here, T1 and T2 respectively mean the initial temperature and the temperature after the change of the metal wire 20, R1 and R2 respectively mean the initial resistance and resistance after the change of the metal wire 20, α is the resistance of the metal wire 20 It may mean a temperature coefficient. When the resistance of the metal wire 20 increases from 100 Ω to 101 Ω, since the resistance temperature coefficient α of gold is known as 0.0034, the temperature change of the metal wire 20 may be about 2.94 degrees.

이어서, 유속산출모듈은 상기와 같은 금속선(20)의 온도 변화값을 토대로 수액의 유속을 산출할 수 있다. 수액 유속과 금속선(20)의 온도 변화 사이의 상관관계는 다음의 수학식 2와 같다.Subsequently, the flow rate calculation module may calculate the flow rate of the sap based on the temperature change value of the metal wire 20 as described above. The correlation between the fluid flow rate and the temperature change of the metal wire 20 is shown in Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure PCTKR2017006217-appb-I000002
Figure PCTKR2017006217-appb-I000002

여기서, u는 수액의 유속(m3/m2s), △T는 열평형 상태에서 금속선(20)에 전원이 인가되었을 때와 인가되지 않았을 때의 온도 차이이다. △TM은 수액 흐름이 없을 때의 금속선(20)의 온도 차이값(즉, △T의 최대값)이다. a 와 b 는 상수이며 실험적으로 얻어진다. 금속선(20)에 인가되는 전원을 켜고 끔으로써 △T 및 △TM을 얻을 수 있다.Here, u is the flow rate of the sap (m 3 / m 2 s), ΔT is the temperature difference between when the power is applied to the metal wire 20 in the thermal equilibrium state and when not applied. ΔT M is the temperature difference value (ie, the maximum value of ΔT) of the metal wire 20 when there is no sap flow. a and b are constants obtained experimentally. ΔT and ΔT M can be obtained by turning on and off the power applied to the metal wire 20.

본 실시예에 따른 마이크로 니들 프로브(1)의 경우, 단일 기판(10) 상에 실장되는 단일 금속선(20)을 사용하는 싱글와이어(single wire) 시스템이기 때문에 그 구조가 단순할 수 있다. 이러한 구조의 단순화는 마이크로 스케일의 구조물에 있어서 매우 중요한 요소로서 구현의 용이성 측면에서 유리할 수 있다.In the case of the microneedle probe 1 according to the present exemplary embodiment, the structure may be simple because it is a single wire system using a single metal wire 20 mounted on a single substrate 10. Simplification of this structure is a very important factor in the structure of the micro-scale can be advantageous in terms of ease of implementation.

또한, 히터 프로브와 온도측정 프로브가 별개로 제공되었던 종래기술과는 달리, 단일 기판(10) 상에서의 단일 금속선(20)만을 이용해 발열 및 온도측정이 가능하므로, 이 역시 구조의 단순화에 기여할 수 있다.In addition, unlike the prior art in which the heater probe and the temperature measuring probe are separately provided, heat generation and temperature measurement are possible using only a single metal wire 20 on the single substrate 10, which may also contribute to the simplification of the structure. .

마찬가지로, 전원 인가용 프로브와 온도측정 프로브가 별개로 제공되는 것이 아니라, 단일 기판(10)만을 이용하여 전원을 조정하는 방식으로 금속선(20)의 온도 변화를 측정할 수 있으므로, 구조의 단순화 측면에서 유리할 수 있다.Similarly, since the power supply probe and the temperature measurement probe are not provided separately, the temperature change of the metal wire 20 can be measured by adjusting the power supply using only a single substrate 10, so that the structure of the structure can be simplified. May be advantageous.

도 3은 일실시예에 따른 식물의 수액 유속 측정 방법의 순서도이다. 이하, 도 3을 도 1 및 도 2와 병행 참조하여 수액 유속 측정 방법을 설명하기로 한다.3 is a flowchart illustrating a method of measuring a sap flow rate of a plant according to an embodiment. Hereinafter, the sap flow rate measuring method will be described with reference to FIG. 3 in parallel with FIGS. 1 and 2.

식물의 수액 유속을 측정하기 위해, 우선 마이크로 니들 프로브(1)를 식물 내로 삽입할 수 있다(S10). 상술한 바와 같이, 마이크로 니들 프로브(1)는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 제공되는 금속선(20)을 포함할 수 있다. 그리고 기판(10)은 박육부(11)와 후육부(12)를 포함할 수 있고, 박육부(11)의 적어도 일부가 식물 줄기의 목부 내로 삽입될 수 있다. 박육부(11)의 일단부는 날카롭게 형성되어 삽입이 용이할 수 있다. 한편, 금속선(20)의 적어도 일부분이 수액의 흐름에 직교하는 방향으로 연장되도록 마이크로 니들 프로브(1)를 식물 내로 삽입할 수 있다.In order to measure the sap flow rate of the plant, first, the microneedle probe 1 may be inserted into the plant (S10). As described above, the microneedle probe 1 may include a substrate 10 and a metal line 20 provided on the substrate 10. The substrate 10 may include a thin portion 11 and a thick portion 12, and at least a portion of the thin portion 11 may be inserted into the neck of the plant stem. One end of the thin portion 11 may be sharply formed to facilitate insertion. Meanwhile, the microneedle probe 1 may be inserted into the plant such that at least a portion of the metal wire 20 extends in a direction orthogonal to the flow of the sap.

이후, 전원을 제어하여 금속선(20)에 소정의 시간 동안 전류를 인가함으로써 금속선(20)을 가열할 수 있다(S20). 상술하였듯이, 전원은 상기 소정의 시간이 종료된 후 일정 시간이 흐른 후 다시 금속선(20)에 전류를 인가할 수 있다. 이처럼 전원이 금속선(20)에 주기적으로 전류를 인가하는 것에 의하여 금속선(20)에는 히트 펄스가 발생될 수 있다.Subsequently, the metal wire 20 may be heated by controlling a power supply to apply a current to the metal wire 20 for a predetermined time (S20). As described above, the power source may apply the current to the metal line 20 again after a predetermined time passes after the predetermined time is over. As such, a power pulse is periodically applied to the metal wire 20 to generate a heat pulse to the metal wire 20.

다음으로, 금속선(20)에서 발생된 열의 이동을 탐지함으로써 궁극적으로 수액의 속도를 산출할 수 있다(S30). 구체적으로, 수액의 흐름에 의해 열은 수액의 흐름 방향으로 이동하는데, 이러한 열의 이동에 의해 금속선(20)의 온도는 변하게 된다. 온도의 변화를 파악하여 유속을 산출할 수 있으나, 본 실시예에서는 금속선(20)의 저항 변화를 파악함으로써 온도 변화를 파악하는 것으로 설명한다. 즉, 별도의 온도측정 프로브가 필요하지 않다. 예를 들어, 온도와 저항 간의 관계(저항 온도 계수 등)를 이용하여 금속선(20)의 저항 변화를 측정할 수 있고, 이어서 상기 저항 변화를 토대로 금속선(20)의 온도 변화를 산출할 수 있다. 금속선(20)의 온도 변화가 산출되면, 이를 근거로 수액의 유속을 산출해낼 수 있다.Next, ultimately, the speed of the sap can be calculated by detecting the movement of heat generated in the metal wire 20 (S30). Specifically, the heat moves in the flow direction of the sap by the flow of the sap, the temperature of the metal wire 20 is changed by the movement of this heat. The flow rate can be calculated by grasping the change in temperature, but the present embodiment will be described as grasping the change in temperature by grasping the change in resistance of the metal wire 20. In other words, no separate temperature probe is required. For example, the change in resistance of the metal wire 20 can be measured using the relationship between temperature and resistance (resistance temperature coefficient, etc.), and then the change in temperature of the metal wire 20 can be calculated based on the change in resistance. When the temperature change of the metal wire 20 is calculated, the flow rate of the sap can be calculated based on this.

이상에서 설명된 실시예들은 본 기술 사상의 일부 예를 설명한 것에 불과하고, 본 기술 사상의 범위는 설명된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 기술 사상의 범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 있을 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서 함께 설명된 구성들 내지는 특징들은 서로 분산되어 실시될 수 있고, 서로 다른 실시예 각각에서 설명된 구성들 내지는 특징들은 서로 결합된 형태로 실시될 수 있다. 마찬가지로, 각 청구항에 기재된 구성들 내지는 특징들도 서로 분산되어 실시되거나 결합되어 실시될 수 있다. 그리고 위와 같은 실시는 모두 본 기술 사상의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.The embodiments described above are merely illustrative of some examples of the technical idea, and the scope of the technical idea is not limited to the described embodiments, but within the scope of the technical idea by those skilled in the art. There may be various changes, modifications or substitutions in. For example, the components or features described together in a particular embodiment may be implemented in a distributed manner, and the components or features described in each of the different embodiments may be implemented in a combined form. Likewise, the elements or features described in each claim may be practiced in a distributed manner or in combination with one another. And all such implementations should be seen as belonging to the scope of the present invention.

Claims (9)

적어도 일부가 식물 내로 삽입되고, 두께 및 폭이 마이크로 스케일인 기판;A substrate at least partially inserted into the plant, the substrate being microscale in thickness and width; 상기 기판 상에 제공되는 단일의 금속선;A single metal wire provided on the substrate; 상기 금속선에 소정의 시간 동안 전류를 인가하여 상기 금속선을 가열하는 전원; 및A power source for heating the metal wire by applying a current to the metal wire for a predetermined time; And 상기 금속선에서 발생된 열의 상기 식물 내의 수액의 흐름에 따른 이동을 통해 상기 수액의 유속을 산출하는 프로세서를 포함하는 식물의 수액 유속 측정용 마이크로 니들 프로브 장치.And a processor for calculating a flow rate of the sap through the movement of the sap in the plant of the heat generated by the metal wire. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속선은 복수로 제공되고, 상기 복수의 금속선은 상기 기판 상에서 상기 수액의 흐름 방향으로 서로 이격 배치되어 상기 수액의 유속이 복수의 개소에서 측정되는 식물의 수액 유속 측정용 마이크로 니들 프로브 장치.The plurality of metal wires are provided, the plurality of metal wires are disposed spaced apart from each other in the flow direction of the sap on the substrate so that the flow rate of the sap is a microneedle probe device for measuring the flow rate of the plant. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속선은 상기 수액의 흐름 방향과 직교하는 방향으로 연장되는 부분을 포함하는 식물의 수액 유속 측정용 마이크로 니들 프로브 장치.The metal wire is a microneedle probe device for measuring the fluid flow rate of a plant comprising a portion extending in a direction orthogonal to the flow direction of the sap. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전원은 상기 금속선에 주기적으로 전류를 인가하여 상기 금속선에 히트 펄스가 발생되도록 하는 식물의 수액 유속 측정용 마이크로 니들 프로브 장치.The power source is a microneedle probe device for measuring the fluid flow rate of the plant to apply a current periodically to the metal wire to generate a heat pulse to the metal wire. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 프로세서는,The processor, 상기 금속선의 저항 및 상기 저항의 변화를 측정하는 저항측정모듈;A resistance measuring module measuring a resistance of the metal wire and a change in the resistance; 상기 금속선의 상기 저항의 변화로부터 상기 금속선의 온도의 변화를 산출하는 온도산출모듈; 및A temperature calculation module for calculating a change in temperature of the metal wire from the change in resistance of the metal wire; And 상기 금속선의 상기 온도의 변화로부터 상기 수액의 유속을 산출하는 유속산출모듈을 포함하는 식물의 수액 유속 측정용 마이크로 니들 프로브 장치.Microneedle probe device for measuring the sap flow rate of the plant comprising a flow rate calculation module for calculating the flow rate of the sap from the change of the temperature of the metal wire. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은,The substrate, 일단부가 날카롭게 형성되어 상기 식물 내로 삽입되는 박육부; 및A thin portion having one end sharply inserted into the plant; And 상기 박육부의 반대 측에 위치하고, 상기 박육부보다 두꺼운 두께를 가지며, 상기 박육부 측 일단부의 폭이 상기 박육부로부터 멀어질수록 증가하는 후육부를 포함하는 식물의 수액 유속 측정용 마이크로 니들 프로브 장치.Microneedle probe device for measuring the fluid flow rate of a plant located on the opposite side of the thin portion, having a thicker thickness than the thin portion, and including a thick portion that increases as the width of one end portion of the thin portion increases away from the thin portion. . 두께 및 폭이 마이크로 스케일인 기판과, 상기 기판 상에 제공되는 단일의 금속선을 포함하는 마이크로 니들 프로브 장치를 식물 내로 삽입하는 단계;Inserting into the plant a microneedle probe device comprising a substrate having a thickness and width microscale and a single metal wire provided on the substrate; 상기 금속선에 소정의 시간 동안 전류를 인가하여 상기 금속선을 가열하는 단계; 및Heating the metal wire by applying a current to the metal wire for a predetermined time; And 상기 금속선에서 발생된 열의 상기 식물 내에서의 수액의 흐름에 따른 이동을 통해 상기 수액의 유속을 산출하는 단계를 포함하는 식물의 수액 유속 측정 방법.Comprising a step of calculating the flow rate of the sap through the movement of the sap flow in the plant of the heat generated in the metal wire sap flow rate measuring method. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 소정의 시간의 종료 후, 상기 금속선에 주기적으로 전류를 인가함으로써 상기 금속선에 히트 펄스가 발생되도록 하는 단계를 더 포함하는 식물의 수액 유속 측정 방법.After the end of the predetermined time, the method for measuring the sap flow rate of the plant further comprising the step of applying a current periodically to the metal wire to generate a heat pulse to the metal wire. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 수액의 유속을 산출하는 단계는,Calculating the flow rate of the sap, 상기 금속선의 저항의 변화를 측정하는 단계;Measuring a change in resistance of the metal wire; 상기 금속선의 상기 저항의 변화로부터 상기 금속선의 온도의 변화를 산출하는 단계; 및Calculating a change in temperature of the metal wire from the change in resistance of the metal wire; And 상기 금속선의 상기 온도의 변화로부터 상기 수액의 유속을 산출하는 단계를 포함하는 식물의 수액 유속 측정 방법.Comprising a step of calculating the flow rate of the sap from the change of the temperature of the metal wire sap flow rate measuring method of the plant.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4745805A (en) * 1985-05-30 1988-05-24 Institut National De La Recherche Agronomizue Process and device for the measurement of the flow of raw sap in the stem of a plant such as a tree
JP2004085507A (en) * 2002-08-29 2004-03-18 Japan Science & Technology Corp Plant liquid flow measurement method
JP2008233047A (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Hamamatsu Kagaku Gijutsu Kenkyu Shinkokai Stalk liquid flow measuring sensor, stalk liquid flow measuring device, and stalk liquid flow measurement method
JP2014211407A (en) * 2013-04-22 2014-11-13 国立大学法人香川大学 Plant moisture dynamic state sensor
JP2015145810A (en) * 2014-02-03 2015-08-13 国立大学法人 香川大学 Plant moisture dynamic sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4745805A (en) * 1985-05-30 1988-05-24 Institut National De La Recherche Agronomizue Process and device for the measurement of the flow of raw sap in the stem of a plant such as a tree
JP2004085507A (en) * 2002-08-29 2004-03-18 Japan Science & Technology Corp Plant liquid flow measurement method
JP2008233047A (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Hamamatsu Kagaku Gijutsu Kenkyu Shinkokai Stalk liquid flow measuring sensor, stalk liquid flow measuring device, and stalk liquid flow measurement method
JP2014211407A (en) * 2013-04-22 2014-11-13 国立大学法人香川大学 Plant moisture dynamic state sensor
JP2015145810A (en) * 2014-02-03 2015-08-13 国立大学法人 香川大学 Plant moisture dynamic sensor

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