Sistem Optoelectronic Pentru Determinarea Proprietatilor Solului

Politehnica

Sistem Optoelectronic Pentru Determinarea Proprietatilor Solului

Byadmin ianuarie 1, 2024

PROIECT DE DIPLOMĂ

SISTEM OPTOELECTRONIC PENTRU DETERMINAREA PROPRIETĂȚILOR SOLULUI

CUPRINS

INTRODUCERE

Agricultura de precizie (AP) este un domeniu relativ nou care a deschis posibilitatea de aplicare pe scara largă a progreselor din electronică, tehnologia informației și localizarea geografică GPS (Global Position System) in agricultura. Scopul principal al AP este creșterea producțiilor agricole, concomitent cu reducerea cantităților de ingrașăminte chimice și pesticide, și implicit reducerea poluării. Așa cum sugerează și numele, AP presupune prelucrarea cu precizie în timp, spațiu și informațional a datelor obținute prin sisteme de masură ți localizare geografică de pe un teren agricol in scopul creșterii și optimizării producțiilor agricole și de îmbunatățire a protecției mediului.

Agricultura de precizie implică managementul producțiilor agricole pe baza informațiilor, în scopul obținerii de beneficii economice, agronomice și de mediu. Randamentul maxim revine cultivatorilor care furnizeazǎ intrări optime pentru fiecare locație (parcelǎ) în parte prin studierea variabilitǎții în câmp a proprietăților solului și culturii. AP poate avea un rol vital în
conservarea resurselor și reducerea efectelor nocive ale metodelor agriculturii convenționale asupra mediului.

De exemplu, aplicarea îngrășămintelor este responsabilǎ pentru poluarea apelor subterane, care poate fi redusǎ semnificativ prin aplicarea acestora numai în locurile care sunt deficitare în nutrienți și nu pe toatǎ suprafața agricolǎ. Prin utilizarea informațiilor geo-referențiale ale variabilității proprietăților solului și culturilor pot fi utilizate controlere pentru ingrașăminte, pesticide și erbicide pentru reglarea (ajustarea) ratelor de distribuție, conform necesarului pentru fiecare locație în parte din câmp [1]. Acest proces este denumit Managementul Culturii Specific Site-ului (MCSS) și poate fi împărțit în următoarele componente, ilustrate în Fig.1:

achiziție de date geo-referențiale pentru parametrii solului sau culturii;

analiza datelor statistice și utilizarea sistemelor informaționale geografice (GIS) în scopul realizǎrii hărților tematice ale solului obținute din hărțile diferiților parametri ai solului;

procesul de luare a deciziilor pentru identificarea tratamentelor optime;

cartarea producțiilor pentru a permite compararea rezultatelor (MCSS) cu cele ale tehnicilor tradiționale din agricultură.

Colectarea datelor din câmpurile agricole este o cerință principală a (MCSS) și multe
echipe de cercetare din întreaga lume se concentreza pe dezvoltarea de tehnici noi pentru achizitia de date si prelucraea acestora [2]. Cercetǎrile actuale se bazeazǎ pe cartarea în mișcare (on-the-go) a proprietăților solului prin integrarea mai multor senzori într-o unitate mobilă.

Fig. 1 Agricultura de precizie – Procese de baza

In acest context studierea unui sistem optoelectronic care să furnizeze informații geo-referențiale pentru proprietățile solului destinate agriculturii de precizie se incrie in tendințele și direcțiile de cercetare actuale ale domeniului cu mare aplicabilitate.

NECESITATEA ABORDĂRII TEMEI

Spectrofotometria este o metodă optică de analiză utilizată atât în analize calitative, cât și cantitative a materialelor cunoscute sau necunoscute, în stare pură sau impură, încadrându-se în categoria metodelor de determinare a proprietăților solului de ultima generație. Prin măsurătorile efectuate se poate stabili prezența sau absența diferitelor elemente sau grupări funcționale, precum și cantitatea în care acestea se găsesc în materialul supus analizei.

Datele rezultate prin măsurare spectroscopică sunt sub forma unei reprezentări grafice a energiei absorbite sau emise, în funcție de poziția din spectrul electromagnetic. Această diagramă poartă numele de spectru.

Spectrofotometrele sunt utilizate astăzi în agricultură: în morărit, furaje, procesarea cărnii, etc. iar utilizarea acestora pentru măsurarea proprietăților solului este relativ nouă.

Cercetătorii au descoperit în urma analizelor de laborator măsurători ale reflexiei luminii în spectrul vizibil și în infraroșu apropiat (VIS-NIR) ale eșantioanelor de sol, care au fost puse în corelație cu importante proprietăți ale solului, precum carbonul și azotul. Tendința modernă este de utilizare a spectrofotometrelor direct în câmp pentru a efectua măsurători, oferind o platformă de cercetare pentru proprietățile solului, așa cum variază acestea în interiorul unui câmp.

Când lumina lovește moleculele de sol acestea reacționează prin vibrații, absorbind o parte din lumina. Cantitatea de lumină absorbită sau reflectată în funcție de componența solului. Solurile cu legături puternice de C-H, N-H și O-H absorb mai multă lumină, motiv pentru care solurile umede sau cele cu un grad ridicat de materie organică arată mai întunecat, chiar și privite cu ochiul liber.

2.1 Sisteme de senzori

Solurile sunt sisteme foarte complexe datorită variabilității temporale și spațiale semnificative a proprietăților fizice, chimice și biologice din interiorului unui câmp [3]. Solurile influențează creșterea plantelor prin furnizarea de substanțe nutritive, apă și suport fizic. Variabilitatea spațială a proprietăților solului este măsurată in scopul optimizarii utilizarii substanțelor chimice, apă și energie. Caracterizarea variabilității spațiale este puternic influențată de densitatea punctelor de eșantionare. Eșantionarea tradiționala bazată pe rețea de puncte de eșantionare este costisitoare și consumatoare de timp, fiind limitată la colectarea măsurătorilor la densități mari, ceea ce face dificilă determinarea cu exactitate a variabilității proprietăților importante ale solului în interiorul câmpului. Pe baza senzorilor de sol aflați în mișcare (on-the-go) a fost dezvoltată de [2] o alternativă la îmbunătățirea densității de eșantionare, comparativ cu cea clasică tip rețea [4].

A fost demonstrată fezabilitatea economică a managementului culturii în site-urile specifice, pe baza datele în miscare “on-the-go”. De exemplu, s-a înregistrat o creștere economică de la 15 la 35 dolari pe hectar prin managementului ratei variabile de azot, ca urmare a managementului zonelor [5].

Cu toate că exista beneficii economice, cartarea proprietăților solului în mișcare (on-the-go) este scumpă pentru majoritatea fermierilor, având drept consecință, adoptarea lentă de catre aceștia a tehnologiei din cauza costurilor inițiale ridicate [6]. Integrarea senzorilor este una din metodele recomandate pentru reducerea cheltuielilor de achiziționare a datelor [7]. Integrarea mai multor senzori de sol pe o platformă în scopul măsurarii celor mai importante proprietăți ale solului în același timp, poate ajuta la reducerea costurilor prin economisirea de energie, timp și efort. Mai mult, comportamentul complex al solului poate fi studiat mai bine prin obținerea de semnale diferite de la senzori diferiți în sol, în același timp [8].

3. FUNDAMENTARE TEORETICĂ

3.1 Spectroscopia în infraroșu apropiat

Spectroscopia în infraroșu apropiat este o metodă spectroscopică care utilizează regiunea de lîngă infraroșu a spectrului electromagnetic (de la 800 nm la 2500 nm). Aplicațiile specifice includ pe cele de diagnostic medical, controlul calității alimentelor și agrochimic, ca și cercetarea arderii.

Radiația în infraroșu este o radiație electromagnetică a cărei lungime de undă este mai mare decît lumina vizibilă (400 – 700 nm), dar mai scurtă decît radiația terahertz (100 µm – 1 mm) și microunde (~30,000 µm). Radiația infraroșie acoperă aproximativ trei ordine de mărime (750 nm and 100 µm).

Fig. 2

3.2 Spectroscopia

Fig. 3. Dispersia luminii la traversarea unei prisme triunghiulare

Spectroscopia a fost la origine studiul interacțiunii dintre radiație și materie ca o funcție a lungimii de undă (λ). De fapt, spectroscopia se referă la utilizarea luminii vizibile dispersate în funcție de lungimea de undă printr-o prismă. Mai tîrziu conceptul a fost extins să cuprindă orice măsură a cantității ca funcție de lungimea de undă sau frecvență. Astfel, se poate referi de asemenea la un răspuns la un câmp alternativ sau variație de frecvență (ν). O nouă extindere a domeniului de aplicare a adăugat definiția energiei (E), ca variabilă, odată ce relația foarte strânsă E = hν pentru fotoni a fost realizată (h este constanta Planck).

Spectrometria este o tehnică spectroscopică utilizată la evaluarea unei concentrații sau a unei cantități. În aceste cazuri, instrumentul care efectuează aceste măsurători este un spectometru sau un spectrograf.

Spectroscopia / spectrometria este adesea utilizată în fizică și analize chimice pentru identificarea substanțelor prin spectrul emis sau absorbit de acestea.

Spectroscopia/spectrometria este de asemenea intens utilizată în astronomie și teledetecție. Cele mai mari telescoape au spectrometre, care fie determină compoziția chimică și proprietățile fizice ale obiectelor astronomice, fie măsoară viteza cu aparatură Doppler ce utilizează linii spectrale.

3.3 Spectrul electromagnetic

Spectrul electromagnetic este gama tuturor frecvențelor posibile de radiații electromagnetice. Spectrul electromagnetic al unui obiect este distribuția caracteristică radiației electromagnetice emisă sau absorbită de acel obiect.

Spectrul electromagnetic se extinde sub frecvențele utilizate pentru radio pînă la gama radiațiilor undelor scurte, care acoperă lungimile de undă de la mii de kilometrii pînă la o fracțiune din marimea unui atom. Limita undelor lungi este mărimea universului însuși, în timp ce se consideră că limita lungimii de undă scurtă este în vecinătatea lungimii Planck, deși în principal spectrul este infinit și continuu.

3.4 Teorie

Infraroșu apropiat se bazează pe armonica moleculară și combinația vibrațiilor. Aceste tranziții sunt oprite de către regulile de selecție din mecanica cuantică. Ca și rezultat, puterea de absorbție în infraroșu apropiat, este destul de mică. Un avantaj este că infraroșu apropiat poate de obicei pătrunde mult mai departe într-o probă ca radiații infraroșii mijlocii. Infraroșu apropiat nu este așadar o tehnică deosebit de sensibilă, dar poate fi foarte folositoare în analizarea materialului ca întreg (vrac).

Armonica și benzile combinate văzute în apropiere de infraroșu sunt de obicei foarte întinse, conducînd la un spectru complex; poate fi dificil de alocat trăsături specifice componentelor chimice specifice. Tehnicile de calibrare a lungimilor de undă multiple sunt deseori folosite pentru a extrage informațiile de natură chimică dorite. Dezvoltarea unui set de probe de calibrare se face cu grijă și aplicarea tehnicilor de calibrare variate este esențială pentru metodele analitice în infraroșu apropiat.

3.5 Interacțiunea radiației electromagnetice cu apa

În regiunea infraroșu apropiat apa se comportă ca un corp negru perfect și absoarbe teoretic toată energia incidentă. Este singurul material din natură cu această proprietate și astfel corpurile de apă pot fi decelate ușor de alte trăsături de suprafață în această parte a spectrului de radiații.

Fiind aproximativ un bun corp negru, apa este aproape un emițător perfect de radiație infraroșie, ca și un bun absorbant. Aceasta înseamnă că măsurătorile radiației infraroșii emise în regiunea 8m – 14 m pot fi utilizate pentru calcularea foarte precisă a temperaturii la suprafața corpurilor de apă.

Fig. 4

3.6 Principii de măsură

Spectrofotometria este o metodă optică de analiză utilizată atât în analize calitative, cât și cantitative a materialelor necunoscute sau cunoscute, în stare pură sau impură.

Prin măsurătorile efectuate se poate stabili prezența sau absența diferitelor elemente sau grupări funționale, precum și cantitatea în care acestea se găsesc în materialul supus analizei.

Datele rezultate prin măsurare spectroscopică sunt sub forma unei reprezentări grafice a energiei absorbite sau emise în funcție de poziția din spectrul electrom electromagnetic. Această diagramă poartă numele de spectru.

Din punct de vedere calitativ prezența unui element sau grupări este dată de poziția liniilor sau benzilor de absorbție sau emisie care apar în spectrul electromagnetic, iar din punct de vedere cantitativ, se măsoară intensitatea liniilor sau benzilor de absorbție sau emisie atât pentru standarde, cât și pentru substanțele necunoscute. Având aceste date se determină concentrația substanțelor analizate.

Domeniile spectrului electromagnetic

Tabelul 1

3.7 Spectrofotometria elementelor solului

Noțiunile de spectru, spectru continuu, spectru discret ale unei mărimi fizice sunt bine cunoscute și se gasesc în foarte multe materiale bibliografice, [9], de exemplu.

Noțiunea de spectrofotometrie este definita in [10], de exemplu ca fiind, o ramură a opticii care se ocupă cu determinarea intensității radiațiilor monocromatice care constituie spectrul unei radiații compuse, sau, tot după [10], ar fi o parte a opticii care se ocupă cu determinarea intensității radiațiilor monocraomatice dintr-un spectru.

Un termen important înrudit cu cel de spectrofotometrie lămurește mai bine ce înseamna procesele de acest tip, anume spectrometrie. Spectrometria, conform [11], este ansamblul procedeelor de utilizare a spectrometrelor, sau compararea intensităților luminoase a două radiații monocromatice. Conform [12] spectroscopia sau spectrometria este studiul spectrului unui fenomen fizic, a descompunerii acestuia pe nivele de energie sau alte variabile care pot furniza informații despre energia procesului (frecvență, lungime de undă, etc.). In [12] se dă tabelul 1, care desemnează principalele ramuri ale spectrometriei după domeniile de frecvență sau lungime de undă a radiației utilizate.

Ca o primă observație spectrofotometria si spectrometria în infraroșu apropiat (NIR) sunt domenii diferite de lucru, în opinia [12].

Unele clarificări asupra terminologiei analizelor spectroscopice se gasesc în [13]. Conform [13] radiația electromagnetică este o formă de energie radiantă care prezintă proprietăți atât de undă cât și de particulă. Se afirmă în [13] că o undă electromagnetică este caracterizată de lungimea de undă si de frecvență. Lungimea de undă este, după [13], distanța dintre două puncte de aceeasi amplitudine consecutive, iar frecvența reprezintă numarul de unitați de lungimi de undă care trec printr-un anumit punct în unitatea de timp. Lungimea de undă si frecvența radiației electromagnetice sunt legate, conform [13] sau [14], de relația:

în care λ este lungimea de undă, ν este frecvența, c este viteza luminii în vid (aproximativ 2.9976·1010 cm/s), iar n este indicele de refracție, adică raportul dintre viteza luminii în vid și viteza luminii în mediul concret in care se lucrează. Conform [13], în unele cazuri este mai avantajos să se folosească termenul de numar de undă, , care reprezintă numarul de lungimi de undă pe 1 cm și, evident se exprimă in cm-1:

Intensitatea undei electromagnetice, I, conform [13], reprezintă energia care trece prin unitatea de suprafată în unitatea de timp, fiind dată de relația:

în care Am este amplitudinea undei electromagnetice. Aceste caracteristici sunt proprii manifestării ca undă a radiatiei electromagnetice. Caracterizarea ca particulă a aceleiași radiații electromagnetice se face prin energia fotonilor, E, dată de relația:

unde h este constanta lui Planck, 6.624·10-27 erg·s, energia, conform [13], masurându-se în ergi.

Tot în [13] se fac observații asupra semnalului spectrometric și se afirmă că acesta are forma de tip Gause sau Lorentz. Se afirmă de asemenea că lățimea semnalului ar trebui să tindă către zero, însă, în realitate s-au observat lățiri ale benzilor. În realitate, fiecare linie spectrală are o lățime care poate fi explicată cu ajutorul principiului de incertitudine al lui Heisenberg, conform caruia determinarea simultană a energiei unei tranziții cuantice și a timpului necesar transmiterii energiei nu poate fi cunoscută cu o precizie mai mare decât h/2π. Principiul lui Heisenberg se exprimă prin relația:

În care δE este variația de energie între două stări, iar δτ este durata de viață a stării excitate. Lățirea naturală a liniei spectrale, conform [13], este dată de relația:

În domeniul în care se înscrie acest proiect se lucrează frecvent cu radiații în spectrul infraroșu, infraroșu apropiat (NIR). Cateva relatii de maxima importanta se dau, de exemplu, in [14]. Domeniul infrarosu contine, conform [14] radiatii cu lungimea de unda cuprinse intre 0.8 1000 μm. Domeniul IR se imparte conventional in trei subdomenii: IR-apropiat (lungimi de unda intre 0.8 si 2.5 μm), IR-mediu (lungimi de unda intre 2.5 si 25 μm si IR-departat (lungimi de unda peste 25 μm). Domeniul mediu se mai numeste si fundamental. Se apreciaza in [14] ca domeniul IR-apropiat este destul de sarac in benzi de absorbtie specifice anumitor legaturi si are importanta mare in aplicatii cantitative ale lichidelor.

Dupa [14] si [16], se defineste pentru radiatiile IR transmitanta si absorptanta:

ca raport intre intensitatea transmisa (sau emergenta dupa [16]) I si intensitatea incidenta (sau a radiatiei incidente) I0. Se defineste , dupa [14] si transmitanta procentuala: T%=100T. De asemenea se defineste absorbanta (a nu se confunda cu absorptanta), A, dupa relatia:

Pentru clarificare se foloseste imaginea preluata din [16] si redata in fig. 5.

Pentru [14] spectrul IR al unei substante este adesea o reprezentare grafica de coordonate (T, ), in care este numarul de unda definit in [10]. Pe acest grafic se observa mai multe maxime, unele mai inguste (linii) altele mai largi (benzi). Pe axa ordonatelor poate sa apara T sau T% sau A, iar pe abscisa numarul de unda sau lungimea de unda in nm.

Exemple de spectre cu explicatii sunt date in multe lucrari din literatura de specialitate, [14], [15]. De exemplu dupa [16] se da spectru de transmitanta si o scurta explicatie asupra structurii acestuia. Tot un astfel de spectru este prezentat si in fig. 6

Conform [16], spectroscopia in domeniul infrarosu (IR) este cea mai potrivita metoda de identificare a prezentei gruparilor functionale polare din structura moleculelor compusilor organici.

Radiatia infrarosie este, dupa [16], acea parte a spectrului electromagnetic , cuprinsa intre regiunea vizibila si cea a microundelor, fiind caracterizata de lungimi de unda de ordinul a 10-5 m. Radiatia IR caracterizata cu numere de unda mai mici de 100 cm-1 poate fi absorbita de moleculele compusilor organici si convertita in energie moleculara de rotatie. Aceasta absorbtie este cuantificata, ceea ce determina inregistrarea unui spectru de rotatie moleculara format din linii discrete. Radiatia IR din domeniul 10000 – 100 cm-1 poate fi de asemenea absorbita de moleculele compusilor organici, conducand la modificari ale starilor de vibratie moleculara. Desi aceasta absorbtie este si ea cuantificata, conform [16], spectrele vibrationale inregistrate prin spectroscopie IR sunt formate din benzi de absorbtie deoarece fiecare modificare a energiei de vibratie este acompaniata de modificari ale energiei de rotatie.

Tot in [16] se afirma ca un spectru IR contine benzi de absorbtie datorate vibratiilor care au loc simultan cu participarea tuturor atomilor din structura moleculelor compusului organic analizat (vibratii normale). Pozitia unei benzi de absorbtie formate prin excitarea vibrationala a unei anumite grupari functionale este bine precizata in spectru, variind in limite restranse odata cu ambianta gruparii functionale in cadrul moleculei. O banda de absorbtie caracteristica aceleiasi grupari functionale se regaseste la aproape aceeasi valoare a numarului de unda in spectrul IR al oricarei molecule (vibratii caracteristice de grup).Acest fapt permite identificarea elementelor structurale componente ale unei molecule, prin atribuirea bezilor de absorbtie caracteristice din spectrul IR. Pozitia unei benzi de absorbtie in spectrul IR depinde de mai multi factori cum sunt: masele relative ale atomilor si constantele de forta ale legaturilor implicate in excitarea vibrationala, precum si de geometria moleculei. Energia de vibratie a unei legaturi covalente poate avea un numar de valori cuantificate proportionale cu frecventa de oscilatie a unui sistem format din doua mase (masele atomice) legate printr-un arc (legatura covalenta). Aceasta frecventa poate fi dedusa din aplicarea legii deformatiilor elasticela oscilatorul armonic:

in care h este constanta lui Planck, v este numarul cuantic de vibratie avand valori intregi pozitive, 0, 1, 2, …, 3n, ν este frecventa de oscilatie data de relatia:

k este constanta de forta a legaturii, μ este masa redusa data de relatia:

in care m1 si m2 sunt masele atomice.

Pentru cazul in care radiatia emisa este filtrata, este de retinut si caracteristica numita numar de umbra, definit dupa [17] prin relatia:

In cele mai multe materiale, dupa cum se poate vedea si in ANEXA 1, pe ordonata spectrogramelor se da reflectanta. Definitiile pentru acest termen sunt mai greu de gasit. De exemplu [20] pare a identifica reflectanta cu absorbptanta. In acest caz, folosind relatiile (7) trecerea reflectantei in transmitanta ar fi simpla.

In esenta fenomenul de trecere a radiatiei electromagnetice printr-un mediu care permite trecerea, are un model matematic in legea Lambert-Beer, [21], [18], [19]. Legea Lambert-Beer leaga transmitanta (si implicit intensitatile incidenta si transmisa) de distanta pe care radiatia o parcurge prin mediu, de absorbptivivitatea moleculara si de concentratia molara. Dupa [21]:

In care α este coeficientul de absorbptie al substantei, l este distanta parcursa de radiatia luminoasa prin substanta,, ε este absorbtia molara (coeficientul de extinctie), iar c este concentratia molara a speciilor absorbante in materialul traversat de radiatia luminoasa. Daca se noteaza σ coeficientul de absorbptie transversal, atunci (ca in biologie si fizica), legea Lambert – Beer, se scrie:

in care N este densitatea particulelor absorbante (numarul de particule pe volum). Tinand seama de definitiile de mai sus rezulta:

Pentru unele relatii si teorii mai complexe, se poate consulta [18]. Interesant în [22], [23], pentru studiul acesta este relația care leagă absorbanța, transmitanța și reflectanța, în formula:

4. STADIUL ACTUAL

Introducere

Cartarea reprezintă acțiunea de urmărire pe teren și transpunere, prin semne și prin culori convenționale, pe hărți topografice, a răspândirii si a caracterelor diferitelor elemente din natură (roci, formațiuni geologice, ape, soluri, animale etc.). Rezultatul procesului de cartarea a solurilor agricole îl constituie hărțile ce reprezintă caracteristicile solului sau cantitatea de nutrienți conținută de acesta.

Pentru cresterea plantelor, solul ofera numeroase elemente chimice necesare dezvoltarii vegetatiei si formarii recoltelor. Dintre acestea 14 sunt considerate elemente nutritive sau nutrienti.

În prezent se fac cercetǎri pentru realizarea unor sisteme integrate care sa permita cartarea solului, cele mai cunoscute fiind de la Veris Technologies SUA, care sunt platforme mobile cu senzori și spectrofotometre VIS-NIR.

Sistemul complex pentru cartarea solurilor agricole este format din următoarele componente:

Sateliți geospațiali;

Sistem de Poziționare Globală (Global Positioning System) – GPS sau Sistem de Poziționare Globală Diferențială (Differential Global Positioning System) – DGPS, cu rol de corecție a erorilor induse de sistemul GPS;

Echipament de calcul

laptop pentru înregistrarea și procesarea datelor colectate din câmp, precum și pentru realizarea hărților cu proprietățile solului

Platformă mobilă cu senzori și spectrofotometru VIS-NIR (spectroscopie in domeniul vizibil si infrarosu apropiat)

Senzor de temperatură

Senzor optic

Electrozii cuțitelor pentru conductivitatea electrică

Software pentru procesarea datelor colectate din câmp:

MATHCAD și MATHLAB pentru prelucrare statistică și grafică a datelor experimentale

MICROSOFT WORD pentru editare rapoarte

MICROSOFT EXCEL pentru prelucrare primară, statistică și grafică a datelor experimentale

SOLO pentru prelucrare date și modelare date chemometrice

Aplicația TransDatRO pentru transformarea coordonatelor geografice corespunzătoare unor puncte de pe sol obținute cu ajutorul GPS-ului (Latitudine, Longitudine și Altitudine) ín coordinate x, respectiv y pentru determinarea pozitiei 2D a punctelor

Sistem de operare MICROSOFT WINDOWS

Software Veris pentru achiziție date.

Sistem Informațional Geografic – GIS (Geographical Information System) (AutoCAD Civil 3D, ArcGIS, Google Earth).

Datele spectrale, în special cele in infraroșu apropiat sunt adecvate pentru analizele de sol. Acest lucru a fost demonstrat experimental, iar rezultatele experimentǎrilor au fost publicate în lucrǎri de specialitate. Determinarea reflexiei sau absortiei radiației luminoase de cǎtre sol, materializatǎ în spectre poate fi utilizată pentru măsurarea cantității de carbon, azot și a conținutului de apă din sol, cât și a unor proprietăți chimice ale solului.

În continuare se prezintǎ o structurǎ de sistem de cartare a proprietǎților solului care stǎ și la baza echipamentelor produse de Veris Tehnologies SUA.

Fig. 8. Structura sistemului

Fig. 9 Exemple de hǎrți cu proprietǎțile solului realizate pe baza datelor furnizate de

echipamente Veris Technologies USA.

5. CERCETĂRI EFECTUATE ȘI REZULTATE OBȚINUTE

Componentele principale ale sistemului

5.1.1 Caracteristicile generale ale senzorilor și traductoarelor

Conform DEX (2009) noțiunea de senzor și traductor se definesc astfel:

SENZÓR, senzori, s. m. (Fiz.) Dispozitiv (ultrasensibil) care sesizează un anumit fenomen. [Scris și: sensor] — Din engl. sensor, fr.seuseur.

TRADUCTÓR, traductoare, s. n. Dispozitiv, sistem tehnic care stabilește o corespondență între valorile unei mărimi specifice acestui sistem și valorile unei mărimi de altă natură, specifice altui sistem, utilizat în tehnică, electricitate și telecomunicații; spec. aparat folosit în telegrafie pentru a traduce combinațiile de semnale electrice primite în caracterele tipografice corespunzătoare. — Din fr.traducteur.

Complexitatea proceselor tehnologice moderne impun adoptarea unor decizii bazate pe informații cantitative. Cunoștințele referitoare la diverse obiecte, fenomene, procese etc., pot fi clasificate prin introducerea noțiunii de mărime. Mărimea reprezintă o proprietate comună unei clase de obiecte, fenomene, procese etc. care poate fi deosebită calitativ și determinată cantitativ. În consecință numai o proprietate măsurabilă poate constitui o mărime. O proprietate măsurabilă are o mulțime de „niveluri” sau „intensități” numită „mulțimea stărilor” acesteia.[I Inacu Ceapa, Instrumentatie electronica de masura, note de curs ,2012]

Măsurarea constă dintr-o succesiune de operații experimentale pentru determinarea cantitativă a unei mărimi. Prin măsurare se atribuie numere reale stărilor posibile ale mărimii

Valoarea obținută printr-o măsurare se numește rezultat al unei măsurări. Mijlocul tehnic prin care se face determinarea cantitativă a unei mărimi se numește mijloc de măsurare.

Valoarea unei mărimi caracterizează cantitativ mărimea respectivă.

Mijlocul de măsurare poate fi reprezentat ca o rețea de captare, transmitere și recepție a informației, rețea care se numește lanț de măsurare. Lanțul de măsurare trebuie să funcționeze în asemenea condiții încât să asigure precizia impusă măsurătorilor. Pentru aceasta trebuie să se asigure o anumită „omogenitate” a performanțelor metrologice a tuturor componentelor din structura acestuia, adică acestea trebuie să aibă anumite caracteristici bine precizate cantitativ.

5.1.2 Structura, rolul și clasificarea senzorilor și traductoarelor

5.1.2.1. Definirea și structura senzorilor și traductoarelor

Denumirea de senzor provine din termenul latin al cuvântului simț, având deci semnificația de percepere prin intermediul simțurilor umane. Senzorii substituie cele 5 simturi umane, dar în plus ei pot detecta și fenomene care nu pot fi detectate cu ajutorul simțurilor. Senzorul este un element sensibil care are rolul de a detecta mărimea de măsurat (măsurandul) x(t) și de a o converti într-o mărime fizică y(t) de altă natură, sau de aceiași natură, pe baza unor efecte fizice sau chimice.

Sezorul efectuează transformarea analogică sau digitală a mărimii de măsurat într-o altă mărime fizică care poate fi mai ușor măsurabilă (fig.10)

În condiții reale de funcționare senzorul este supus acțiunii unor mărimi de influență, care provin de la procesul fizic, și acțiunii unor pertubații, care provin din mediul înconjurător (fig.11).

Detectorul este un dispozitiv sau o substanță care indică prezența unui fenomen fără să furnizeze în mod necesar o valoare a unei mărimi asociate.

Traductorul de măsurare este un dispozitiv care face ca unei mărimi de intrare să îi corespundă, conform unei legi determinate, o mărime de ieșire. Prin urmare rolul traductoarelor este acela de a transforma o mărime într-o altă mărime de aceiași natură sau de natură diferită, prin care să fie facilitat procesul de măsurare.

Traductorul este convertorul de intare al unui sistem de măsurare, aflat în contact direct cu fenomenul supus măsurării. Traductorul are întotdeauna în structura sa un element sensibil la mărimea de măsurat, care este în realitate un senzor, și elemente de adaptare și prelucrare. În figura 12 este prezentată schema de principiu a unui traductor.

Elementul sensibil, ES, are rolul de a detecta numai mărimea care urmeză să fie măsurată. Elementele de legătură și transmisie, ELT, au rolul de a realiza conexiunile electrice, mecanice, optice etc. dintre elementul sensibil și adaptor. De asemenea aceste elemente au, uneori, în structura lor și componente pentru conversia semnalelor în vederea transmiterii acestora la distanță. Adaptorul electronic al traductorului este un bloc electronic care are rolul de a adapta informația obținută la ieșirea elementului sensibil la cerințele impuse de sistemul care utilizează această informație. În consecință operația specifică măsurării, comparația cu unitatea de măsură adoptată, se face tot în cadrul adaptorului.

Între mărimea de intrare și mărimea de ieșire trebuie să se realizeze o corespondență bijectivă. Sunt frecvente situațiile în care mărimea de măsurat este supusă mai multor transformări succesive datorită prezenței mai multor senzori în structura aceluiași traductor.

În figura 13 este prezentată schema de principiu a unui sistem de măsură complex care are în structura sa un amplificator, un convertor analog-numeric și un calculator care afișează valoarea mărimii măsurate și transmite un semnal de ieșire a cărui valoare este dependentă de valoarea mărimii măsurate.

5.1.2.2. Traductoare integrate

Dezvoltarea tehnologiei microelectronicii a permis realizarea unor traductoare care înglobează într-o unitate constructivă de mici dimensiuni atât elementele sensibile cât și circuitele electronice de condiționare și prelucrare a semnalelor. La aceste tipuri de traductoare, denumite traductoare integrate, practic au dispărut elementele de legătură și transmisie specifice traductoarelor uzuale. Traductoarele integrate sunt caracterizate prin dimensiuni miniaturizate, fiabilitate ridicată și protecție sporită la acțiunea agenților exteriori inclusiv la perturbații.

Materialul de bază pentru realizarea traductoarelor integrate este siliciu, din care se pot realiza direct rezistențe, condensatoare, diode și tranzistoare. Prin depuneri de pelicule subțiri din alte materiale compatibile cu tehnologia siliciului se pot realiza și alte dispozitive: magnetorezistoare (cu InSb), termocuple (cu Bi-Sb), traductoare higroscopice (cu polimeri), piezoelectrice (cu ZnO). Domeniul de temperatură în care pot fi folosite traductoarele integrate este -500C …+1500C.

Atunci când sunt concepute sau utilizate traductoare integrate trebuie avut în vedere faptul că acestea sunt foarte aproape de măsurand și în consecință mărimile de influență afectează atât senzorul cât și circuitele electronice aferente. Realizarea traductoarelor integrate are la bază tehnologiile folosite în microelectronică: tehnologia planară, tehnologia straturilor subțiri, tehnologia straturilor groase, tehnologia compatibilă și tehnologia microprelucrărilor. Realizarea traductoarelor integrate este mai complexă decât realizarea circuitelor integrate deoarece presupune efectuarea unor prelucrări speciale care să asigure anumite cerințe specifice proceselor de măsurare.

Circuitele electronice asociate unui senzor integrat sunt realizate după tehnici clasice de fabricație a circuitelor integrate. Aceste circuite sunt folosite pentru compensare termică, liniarizare, amplificare sau transmisie prin conversie tensiune-frecvență sau tensiune-curent.

5.1.2.3 Traductoare inteligente

Noțiunea de traductor inteligent este folosită pentru a descrie un traductor care are în structura sa componente electronice care îi conferă acestuia posibilitatea să comunice cu echipamentele periferice sau de conducere, transformându-l astfel dintr-un element pasiv într-un element „inteligent”.

Un traductor inteligent este caracterizat prin următoarele elemente:

– are o ieșire digitală;

– are o magistrală de comunicație bidirecțională;

– poate fi accesat printr-o adesă specifică;

– poate executa comenzi și funcții logice.

În figura 14 este prezentată schema de principiu a unui traductor inteligent.

Pentru a îmbunătăți performanțelor traductoarelor inteligente, mărimile de influență sunt măsurate cu traductoare secundare, iar semnalele sunt achiziționate cu un sistem de achiziție a datelor. Microprocesorul din structura traductoarelor inteligente are rolul de a gestiona achiziția datelor, corectarea efectelor mărimilor de influență, liniarizarea caracteristicii de transfer, diagnosticarea traductoarelor etc.

Interfața bilaterală asigură legătura traductorului inteligent cu un calculator central printr-o magistrală, care poate fi folosită și de alte traductoare inteligente. În figura 15 este prezentată schema bloc a unui traductor inteligent din geneația a V-a.

În schemă este pus în evidență fapul că traductorul inteligent are în componența sa mai mulți senzori atât pentru mărimea de măsurat cât și pentru mărimile de influență. Pentru măsurarea mărimii principale se folosesc mai mulți senzori cu posibilitatea de comutare automată în cazul în care senzorul folosit are, la un moment dat, o funcționare necorespunzătoare.

Traductoarul inteligent se realizează sub forma unui traductor integrat unde au fost grupate pe un suport de siliciu comun, senzorul propriu-zis, elementul elastic precum și circuitele electronice de prelucrare a semnalului de măsurare.

Caracteristica predominantă a unui traductor inteligent este nu numai capacitatea sa internă de calcul și prelucrare a semnalelor, ci și proprietatea de schimb de informații bidirecțional cu interfața externă de comunicare.

5.1.3 Efectele fizice care stau la baza funcționării senzorilor utilizati

Funcționarea senzorilor se bazează pe apariția unor efecte fizice atunci când este modificat un parametru. În literatura de specialitate sunt cunoscute o mare varietate de efecte fizice care stau la baza funcționării unor senzori și traductoare din care o parte sunt prezentate în continuare.

Efectul Sebeck- (efectul termoelectric direct). Termoelectricitatea constă în apariția unui curent electric într-un circuit (închis) format din două metale diferite atunci când punctele de joncțiune ale metalelor sunt ținute la temperaturi diferite. O pereche formată din doi conductori din metale diferite și ale căror puncte de joncțiune se găsesc la temperaturi diferite se numește termocuplu. Un termocuplu este caracterizat prin tensiunea termoelectromotoare (t.t.e.m.). Utilizarea acestui efect permite măsurarea diferenței de temperatură dintre două puncte, sau temperatura dintr-un punct dacă se cunoaște temperatura celuilalt punct.

Efectul fotoelectric extern. Constă în punerea în libertate a electronilor-fotonilor, din corpurile solide sub acțiunea luminii.

Efectul fotoelectric intern. Se manifestă prin modificarea conductivității unui semiconductor sau a unui dielectric sub acțiunea radiației luminoase.

Efectul fotoelectromagnetic (sau fotomagnetoelectric) constă în apariția unui câmp electric într-un semiconductor iluminat și care se află într-un câmp magnetic.

Efectul fotoelectric, emisie de electroni de către un metal iradiat.

Efectul fotomagnetic, generarea unei tensiuni electromotoare între fețele unui semiconductor iluminat de una din fețe și plasat într-un câmp magnetic, datorită efectului fotoelectric și forței Lorentz.

Efectul fotovoltaic, apariția unei tensiuni electromotoare în joncțiunea pn aflată sub acțiunea radiației luminoase.

5.1.4 Caracteristicile generale ale senzorilor și traductoarelor

Caracteristicile generale ale senzorilor reflectă interdependența dintre mărimile de intrare și de ieșire sub aspect funcțional. Aceste caracteristici sunt:

caracteristici de intrare, care reflectă interacțiunea dintre mărimile de intrare ale senzorului și obiectul supus măsurării, ca în cazul impedanței de intrare (electrică, mecanică, acustică);

caracteristici de transfer, care reprezintă relația dintre o mărimea de intrare și mărimea de ieșire a senzorului, fără a ține cont de celelalte elemente ale sistemului de măsură;

caracteristici de ieșire, care reflectă interacțiunea dintre mărimea de ieșire a senzorului cu elementul cu care este cuplat la ieșirea acestuia.

5.1.4.1. Caracteristici ale senzorilor și traductoarelor

Modul în care este realizată relația intrare-ieșire a unui mijloc de măsurare este reflectat de caracteristicile funcționale ale acestuia. Caracteristicile de regim staționar ale traductoarelor se referă la situația în care mărimile de intrare și de ieșire ale acestora nu variază în timp. Relația de dependență dintre mărimea de intare și mărimea de ieșire poate fi exprimată analitic sau poate fi redată grafic. Încă din faza de concepție se impun traductoarelor caracteristici statice liniare. În cazuri particulare sunt realizate și traductoare care au caracteristici statice neliniare sau liniare pe porțiuni.

Traductorul de temperatura si umiditate

Pentru masurarea temperaturii si umiditatii solului pot fi folositi senzori separati sau un singur senzor care poate masura cele 2 valori simultan.

Se poate utiliza Traductorul SM 300 de la compania Delta-T Devices Ltd. care este destinat determinarii temperaturii si umiditatii solului avand o precizie adecvata lucrarilor de cercetare

Conform descrerii produsului pe site-ul producatorului si ditribuitorului din Romania (http://www.delta-t.co.uk) principalele caracteristici ale acestuia sunt:

precizie constantă de ± 2,5%

stabilitate bună la temperatură și salinitate

conectare ușoară la echipamente de masura (0-1V)

Fig. x Traductorul de temperatura si umidatate SM – 300 (http://www.delta-t.co.uk)

Caracteristicile tehnice sunt prezentate mai jos:

Modul de conversie a valorilor citite in volti in temperatura si umiditate

Valorile citie in volti se convertesc in valori de temperatura si umiditate conform specificatiilor producatorului astfel:

Daca valoarea citita in [V] la iesirea senzorului este V atunci se se calculeza:

Utilizand tabelul de mai jos:

se calculeaza umiditatea solului cu formula:

si se obtin valorile dorite pentru sol minearal sau organic. In final valoarea se inmulteste cu 100 pentru o exprimare in %

Se poate calcula si direct cu formulele de mai jos prin inlocuirea in formula de mai sus a valorilor pentru fiecare tip de sol:

Pentru exprimare in % se inmulteste cu 100

Senzori si traductoare inductive

Variația inductanței unei bobine alimentate în curent alternativ constituie baza funcționarii senzorului inductiv Raportul dintre fuxul magnetic pe conturul circuitului unei bobine și curentul care produce acest flux, reprezinta , inductivitatea proprie a unei bobine : calculează cu relația:

unde

L inductanța bobinei măsurată în Henry (H);

fluxul magnetic exprimat în Weber (Wb);

i curentul din bobina măsurat în amperi (A).

se numește reluctanță. Reluctanța magnetică este raportul dintre tensiunea magnetică de-a lungul unui circuit magnetic și fluxul magnetic care străbate circuitul.

Reluctanța circuitului magnetic este similară rezistenței electrice din circuitele de curent continuu si reprezinta proprietatea unui circuit magnetic de a se opune liniilor de forță magnetice:

unde

l reprezintă lungimea circuitului magnetic;

S reprezintă suprafețele de închidere a fluxurilor magnetice;

µo coeficientul de permeabilitate magnetică a vidului;

µr coeficientul de permeabilitatea relativă a circuitului magnetic.

Permeabilitatea magnetică a vidului are valorea

Inductanța unei bobine obținută prin înfășurarea a N spire pe un miez magnetic se calculeaza cu relația:

unde:

L reprezintă inductanța bobinei măsurată în Henry (H);

N reprezintă numărul de spire al bobinei;

Rm reprezintă reluctanța circuitului magnetic.

Modificarea numărului de spire, sau modificarea caracteristicilor circuitului magnetic determina modificarea inductanței unei bobine. Astfel senzorii inductivi sunt de două tipuri: cu modificarea inductanței proprii sau mutuale prin deplasarea unui miez mobil și modificarea întrefierului.

Modificare a parametrilor l, S sau µr determina modificarea inductanței bobinei.

5.3.1 Traductoare de proximitate inductive

Traductoarele de proximitate sunt traductoare de deplasare fără contact și sunt utilizate pentru sesizarea distanței dintre două piese, sesizarea prezenței unui corp în zona de lucru a traductorului, sesizarea capetelor de cursă ale cilindrilor hidraulici sau pneumatici etc. [B – M. Bodea, I. Mihut, L. Turic, V. Tiponut, Aparate electronice pentru masurare si control , Editura Didactica si Pedagogica Bucuresti, 1985 ]

Schema de principiu a traductoarelor de proximitate inductive este prezentată în figura urmatoare:

Fig. x.Schema de principiu a traductotului de proximitate inductiv [C]

Oscilatorul generează un câmp magnetic de înaltă frecvență în jurul bobinei. Dacă în zona de acțiune a traductorului este întrodus un obiect metalic, atunci se produce o amortizare a oscilațiilor, așa cum este prezentat în figura urmatoare:.

Blocul electronic prelucrează semnalul și cu ajutorul unui amplificator comandă, o sarcină de tip releu. Se obține astfel la ieșirea traductorului un semnal de tip treaptă sau impuls. Caracteristica de funcționare a traductorului este dependentă de următoarele mărimi:

– distanța de la traductor la piesă (obiectul metalic);

– poziția piesei în raport cu axa de simetrie a traductorului;

– dimensiunile, natura materialului din care este realizată piesa și viteza de deplasare a acesteia.

Principalele caracteristici funcționale ale traductorului inductiv sunt următoarele:

– zona de lucru a traductorului, delimitată de curbele limită de anclanșare (amortizarea oscilațiilor) și de declanșare (reluarea oscilațiilor);

– distanța utilă de detenție, influențată de dimensiunile și de natura materialului din care este realizată piesa;

– histerezisul, definit ca diferența dintre punctele de pornire a oscilațiilor și cele de oprire a oscilațiilor, în aceleași condiții de funcționare;

– durata impulsului de ieșire, influențată în principal de dimensiunile piesei și viteza de deplasare.

În figura x este prezentat un traductor de proximitate inductiv întâlnit frecvent în practică si care poate fi utilizat si in cadrul sistemului optoelectronic

Pentru senzorul inductiv se poate folosi un senzor de proximitate inductiv prezentat in imaginea de mai jos:

Fig. X Traductorul de proximiatate inductiv industrial fabricat de Pepperl+Fuchs, SUA, lungime 45mm, distanta de lucru 8 mm, 18 mm diametru

Traductorul de proximitate inductiv va fi folosit in cadrul proiectului pentru a transmite unitatii de comanda si control pozitia pe verticala sistemului de prelevare probe pentru determinare umiditate, temperatura si pH. Cu ajutorul unei placi cu decupaj traductorul va indica trei pozitii „SUS” (eșantionul de sol se aflǎ în contact cu traductorii și se efectueazǎ determinǎri ale solului), „JOS” (prelevatorul de probe este în sol la o adincime de 5-10 cm) si „MIJLOC” (se spalǎ senzorul de pH).

5.4 Traductorul de pH

Pentru traductorul de pH utilizat in cadrul proiectului se poate utiliza traductorul WQ201 de la firma ENVCO (http://www.envcoglobal.com/catalog/product/analog-ph-sensors/wq201-ph-sensor.html)

Principalele caracteristi ale traductorului conform prezentarii de pe site-ul ENVCO sunt:

Traductorul WQ201 este o componenta electronica complet incapsulata, iesire de 4-20 mA.

Senzorul de pH poate fi inlocuit.

Fig X Traductorul de pH WQ201 ((http://www.envcoglobal.com/catalog/product/analog-ph-sensors/wq201-ph-sensor.html) (http://www.envcoglobal.com/catalog/product/analog-ph-sensors/wq201-ph-sensor.html)

Este un dispozitiv precis de măsurare a pH-ului neuniform al apei. Sonda senzorului este montata pe un cablu extensibil cu lungimea de 25 picioare (7,62 m), care poate ajunge la lungimi de pana la 500 picioare (152,4 m) in functie de necesitati.

Ieșirea senzorului de pH este de 4-20 mA, cu o configurație de trei fire. Componentele electronice sunt complet încapsulate într-o carcasă din oțel inoxidabil. De asemenea, senzorul are in componenta un scut detasabil și un element de pH pentru intretinere usoara

Specificatii:

Iesire : 4-20 mA

Domeniu de masura: 0-14 pH
Precizie: 2% din întreaga scală
Tensiune de lucru: 10-36 VDC
Consum curent: 5.5 mA plus ieșire senzor
Timp de incalzire: minim 3 secunde
Temperatura de lucru : -50 C la +550 C
Dimensiunea probei: diametru 1 1/4 " x lungime 10"

Valoarea pH-ului unei substanțe este direct legată de raportul de ioni de hidrogen (H +) și de concentratiile de ioni de hidroxil (OH-). Dacă H + este mai mare decat OH-, soluția este acida, de exemplu, valoarea pH-ului scade în intervalul 0-7. Dacă OH-este mai mare decat H +, materialul este o bază, cu o valoare a pH-ului cuprinsa în intervalul 7 – 14. In situatia in care, cantitatile de ioni de H + și OH- sunt egale, atunci materialul este neutru, cu o valoare a pH-ului de 7.

Electrodul de pH poate fi gândit ca o baterie a cărei tensiune se modifica ca pH-ul soluției în care este introdus. Acesta se compune din două părți de bază:

1) un bec de sticlă sensibil la ioni de hidrogen și
2) un electrod de referință.

Sticla specială a becului sensibil are capacitatea de a permite trecerea H + si atunci se poate spune ca, de exemplu, este sensibil la H +. Această capacitate permite H+ din interiorul becului sa fie comparat cu H+ din exteriorul becului, fiind dezvoltata astfel o tensiune care se refera la diferența. In acesta situatie, becul este o jumătate de celulă, care necesita o tensiune de referință pentru a funcționa.

Tensiunea produsă de sonda completa este o funcție liniară a pH-ului, în general, de aproximativ 60 mV pe unitate de pH. De exemplu, la valoarea 7.00 a pH-ului, sonda produce zero volți, în timp ce la valoarea de 6.00, pH-ul produce +60 mV. Dacă tensiunea ar fi fost negativa, ar fi indicat faptul că, soluția are o valoare a pH-ului de 8.00.

5.4. Noțiuni generale GPS

Sistemul de Poziționare Globală (GPS) este un sistem de radio-navigație globală format dintr-o constelație de 24 de sateliți și stațiile lor de la sol.

GPS-ul folosește sateliții ca puncte de referință pentru a calcula pozițiile cu o acuratețe de domeniul metrilor, dar cu variante avansate de GPS se pot face măsurători cu o acuratețe mai mare de un centimetru. Este ca și cum s-ar aloca o adresă unică fiecărui metru pătrat al planetei.

Receptoarele GPS au fost miniaturizate pâna la nivelul a câteva circuite integrate, fiind astfel foarte economice. Aceasta face tehnologia foarte accesibilă practic tuturor.

La ora actuală GPS iși găsește locul în mașini, vapoare, avioane, echipamente de constructii, mașini agricole, până și computere portabile etc. În curând GPS va deveni aproape la fel de obișnuit ca un telefon.

GPS utilizează “stele făcute de om” ca puncte de referință pentru calcularea pozițiilor corect cu o aproximație de ordinul metrilor. De fapt, cu forme avansate de GPS se pot face măsurători până la o precizie de centimetri.

Acum, cu măsurătorile de la distanță de la mai mulți sateliți, receptorul poate determina poziția utilizatorului și o poate afișa pe harta electronică a unității. Un receptor GPS trebuie să fie blocat deschis pe semnalul a cel puțin 3 sateliți pentru a calcula o poziție 2D (latitudine și longitudine). Cu 4 sau mai mulți sateliți în vedere, receptorul poate determina poziția 3D a utilizatorului (latitudine, longitudine și altitudine).

Receptoarele GPS-ului au fost reduse la doar câteva circuite integrate și a devenit foarte economic. Astfel tehnologia este accesibilă aproape oricui.

Fig. 1 Localizarea cu ajutorul DGPS

Fig. 16

5.4.1. Modul de lucru al GPS

Pentru a înțelege mai bine funcționarea sistemului GPS, vom prezenta mai jos cinci pași logici care stau la baza funcționării acestuia :

Baza GPS-ului este "triangulația" de la sateliți ;

Pentru a triangula, un receptor GPS măsoară distanța folosind timpul de propagare al undelor radio ;

Pentru a măsura timpul de propagare GPS-ul are nevoie de o cronometrare precisă, care poate fi obținută cu ajutorul unor trucuri ;

Pe întreaga suprafață este nevoie a se cunoaște exact unde se află sateliții in spațiu. Orbitele aflate la mare altitudine și o monitorizare atentă sunt secretul;

În final trebuie făcute corecții la orice recepție de semnal care a parcurs atmosfera.

5.3.2 Triangulația

S-a utilizat cuvântul “triangulație” (foarte deschis) deoarece este un cuvânt pe care majoritatea oamenilor îl poate înțelege.

Fig. 17 Pasul 1.Triangulația sateliților

Idea din spatele GPS-ului este utilizarea sateliților în spațiu ca puncte de referință pentru localizarea pe pământ. Ce-i drept, prin măsurarea cu multă acuratețe distanța noastră de la trei sateliți, se poate triangula poziția noastră oriunde pe pământ.

5.4.3 Echipamentul GPS 17X HVS

Se prezintǎ echipamentul GARMIN 17X HVS care poate fi utilizat în aplicatiile pentru sistemele de determinare a proprietǎților solului.

Acest echipament generează, utilizează și poate emite energie de frecvență radio și de asemenea, poate cauza interferență nocivă comunicațiilor radio, dacă nu este instalat și utilizat conform instrucțiunilor. Cu toate acestea, nu există nici o certitudine că interferențele nu vor apărea într-o situație particulară. Dacă echipamentul produce interferențe nocive recepției radio sau TV, care pot fi determinate prin oprirea si pornirea echipamentului, utilizatorul trebuie să încerce să corecteze interferența luând una din următoarele măsuri:

Reorientarea sau repoziționarea antenei de recepție;

Creșterea distanței dintre echipament și receptor;

Conectarea echipamentului la o priză care este montată pe un circuit diferit de cel unde se află unitatea GPS.

GPS 17x HVS este un receptor integrat și o antenă. Având la bază tehnologia Garmin, care se regăsește și în alte receptoare GPS, GPS 17x HVS urmărește sateliți multipli la un moment dat, furnizând în același timp “time-to-first-fix” rapid (timp-pentru-prima-reglare) rapid, actualizări precise de navigație odată pe secundă și consum scăzut de energie. Această generație de senzori GPS se bazează pe tehnologia GPS diferențial FAA Wide Area Augmentation System (WAAS).

Design-ul GPS 17x HVS utilizează cea mai recentă tehnologie și integrarea circuitelor de înalt nivel, în scopul realizării de performanțe superioare, minimizând în același timp spațiul și cerințele de putere.

GPS 17x HVS este proiectat să suporte condiții aspre de operare, este rezistent la apă, putând fi scufundat 1 metru în apă timp de 30 de minute. Receptorul GPS complet necesită componente suplimentare minime ce vor fi suportate de un OEM sau sistem integrator. Un sistem minimal trebuie să conțină GPS-ul împreună cu o sursă de alimentare și o vedere clară a sateliților GPS. Memoria FLASH internă permite GPS să stocheze datele critice, precum parametrii orbitei satelitului, ultima poziție cunoscută, data și ora. Interfețele “end-user”, precum tastatura și display-ul sunt responsabilitatea proiectantului aplicației.

Fig. 18. GPS 17X HVS

\

În figura 18 se prezintǎ echipamentul GPS 17x HVS. În sintezǎ principalele caracteristici sunt prezentate în continuare.

GPS 17X este disponibil cu interfața NMEA 2000

Specificații tehnice

Caracteristici fizice

Dimensiune: 96,1 mm în diametru și înalțime de 49,5 mm

Greutate: 201 g

Coloare: alb

Material carcasă: aliaj din plastic complet etanșat, rezistent la apă, conform standardelor IEC 529 IPX7

Lungime cablu: 9,14 m

Caracteristici electrice

Tensiune de alimentare: 8-33 Vdc

Curent de intrare: 40 mA @ 12 V dc

Niveluri de ieșire CMOS Serial: 0 Vdc până la 3,3 V dc (NMEA 0183 Serial diferențial, Polaritate compatibilă)

Sensibilitatea receptorului GPS: minim 185 dBW

Caracteristici de mediu:

temperatura de operare: (de la -300C până la 800C)

temperatura de stocare (de la -400C până la 800C)

Timpii de achiziție

Reachiziția de date: mai puțin de 2 secunde

Încălzire: aprox 1 secundă (toate datele cunoscute)

Rezoluție: 8 nm

Pornire: aprox. 38 secunde (poziția inițială, ora, almanahul cunoscut)

Răcire: 45 secunde

Rata de actualizare

1 înregistrare / secundă

Precizia

Standard GPS (SPS): <15 metri

Diferențial WAAS/EGNOS/MSAS: <3 metri

Interfețe

Caracteristicile electrice ale GPS 17x HVS

Serial NMEA 0183 Diferențial, polaritate compatibilă, setarea implicită este 4800 baud.

Protocolul GPS 17x HVS

NMEA 0183 Versiunea 3.01 (versiunea implicită din fabrică) este programabilă prin câmpul de date 7 al secvenței PGRMCI descrisă la secțiunea “Informații de Configurare a Senzorului Adițional (PGRMCI)”

Secvențele de ieșire NMEA 0183 disponibile includ: GPALM, GPGGA, GPGSA, GPGSV, GPRMC, GPVTG, GPGLL, PGRME, PGRMF, PGRMM, PGRMT, PGRMV și PGRMB (secvențe proprietatea Garmin).

Configurația și instalarea este realizată cu secvențele de intrare NMEA 0183. Permite inițializarea informațiilor precum: poziția așteptată, data, ora, data Pământului și modul difeernțial.

Configurabil pentru ieșiri de date binare.

Ieșirea Impulsului de Măsurare (Measurement Pulse Output)

Impuls de 1 Hz cu lățime programabilă, configurabilă crescător din

20 ms în 20 ms, de la 20 ms la 980 ms

Precizie de 1μs pentru toate condițiile în care GPS 17x HVS a raportat o fixare de poziție precisă și validă stabilită cu cel puțin 4 secunde înainte

Cablarea și interconectarea GPS 17x HVS

GPS 17x HVS interfațează cu un port serial. Unitatea acceptă intrări de nivel TIA-232-F (RS-232) și transmite niveluri de tensiune la pământ de 3,3 V, polaritate TIA-422 (RS-422)

Pinii GPS 17x HVS

Tabelul 3 Pinii GPS 17x HVS

Diagramele de cablare GPS 17x HVS

Fig. 19 Interconectare port serial la computer (specificatie tehnica GPS 17x HVS)

Fig. 20 Interconectare port serial PDA (specificatie tehnica GPS 17x HVS)

Fig. 21 Cablarea GPS 17x NMEA 0183 HVS pentru comunicații bi-direcționale (specificatie tehnica GPS 17x HVS)

Timpul (ora) transmis

Data și ora zilei snut exprimate conform “Coordinated Universal Time” (UTC), constituindu-se în ieșiri pentru senzorul GPS.

Înainte de fixarea poziției inițiale, ceasul on-bord furnizează data și ora zilei. După fixarea poziției inițiale, data și ora zilei sunt calculate utilizând informația satelitară GPS, fiind sincronizate cu măsurarea ieșirii impulsului.

Senzorul GPS utilizează informațiile obținute de la sateliții GPS pentru a adăuga sau șterge “UTC leap seconds” și pentru a corecta datele transmise și ora zilei. O “leap second” reprezintă o ajustare pozitivă sau negativă de o secundă la scala de timp a “Coordinated Universal Time (UTC)” pe care o menține aproape de timpul solar mediu. UTC este utilizat ca bază pentru ora oficială a zilei în emisiile radio pentru ora civilă, fiind menținut utilizând ceasul atomic extrem de précis.

Pentru a păstra scala de timp UTC aproape de timpul solar mediu, UTC este corectat ocazional printr-o ajustare intercalată sau printr-un “salt” de o secundă. Datele transmise și ora zilei pentru corecția “salt de o secundă” sunt conform liniilor directoare ale “National Institute of Standards and Technology Special Publication 432 (Revised 1990).

Atunci când este necesar un salt pozitiv de o secundă, este inserată o secundă la începutul primei ore (0h 0m 0s) a zilei în care are loc saltul pozitiv de o secundă. Minutul ce conține secunda adăugată are o durată de 61 secunde. Senzorul GPS ar fi transmis această informație pentru secunda adăugată la 31 decembrie 1998, după cum urmează:

Dacă ar fi necesar un salt negativ de o secundă, va fi ștearsă o secundă la sfârșitul unei luni UTC. Minutul ce conține saltul de o secundă va avea durata de numai de 59 de secunde. În acest caz, senzorul GPS nu va transmite ora zilei 0h 0m 0s (“zero” secunde) în ziua în care secunda a fost ștearsă.

SPECTROFOTOMETRE

Pentru achizitia datelor spectrale se utilizeaza 2 minispectrofotometre pentru a acoperi gama de lungimi de unda de la 350 nm la 2200 nm specifice compozitiei solului.

De exemplu se pot utiliza minispectrofotometrele de la Ocean Optics si Hamamatsu . Avantajul acestor spectrofotometre consta in faptul ca sunt compacte si realizeaza obtinerea spectrelor necesare determinarii proprietatilor solului

Spectrofotometrul USB4000-VIS-NIR

Spectrofotometrul de la OCEAN Optics, USB4000-VIS-NIR prezentat in fig x, acopera domeniul 350-1100 nm.

Fig. x Spectrofotometrul USB 4000-VIS-NIR

(http://www.oceanoptics.com/products/usb4000visnir.asp)

si are caracteristicile principale:

Asa cum se observa din tabel se poate conecta la un calculator (laptop sau calculator industrial) prin intermediul unei interfete USB sau RS 232. Are incorporate un convertor analog/digital si un microcontroller care poate fi programat si setat din exterior prin intermediul conectorului de 22 pini.

Spectrofotometrul HAMAMATSU C9914GB

Pentru domeniul 1100-2200 nm se poate utiliza HAMAMATSU C9914GB

Fig X Mini spectrometrul HAMAMATSU C9914GB

(http://www.hamamatsu.com/us/en/C9914GB/index.html)

Avand caracteristicile:

7. ARIA DE APLICARE

Aria de aplicare a unui astfel de sistem este destul de largǎ. Utilizarea agriculturii de precizie și dezvoltarea de sisteme elecronice și senzori care sǎ contribuie la aplicarea acetseia au trend ascendent. România are un potential agricol deosebit prin marimea supafețelor de care dispune și prin calitatea solului.

Astfel de sisteme sunt utile si necesare nu numai agriculturii romanesti, dar și agriculturii mondiale in general. Dezvoltarea acestor sisteme și integrarea pe scara largǎ a acestora la nivel de componente electronice specializate contribuie la aplicarea la nivelul tuturor fermelor inclusiv a celor mici și mijlocii prin asigurarea rentabiltǎții, datoritǎ scǎderii prețului de cost al sistemului.

Aria de aplicare este extinsǎ datoritǎ faptului cǎ, agricultura se practicǎ pe tot globul (mai nou și în zonele aride și cele polare), iar necesarul de hranǎ este permanent.

Posibiltatea oferitǎ fermierilor de a-și cunoaște calitatea terenului (solului) cu rezoluții de câțiva metri sau zeci de metri constituie un element esențial în aboradarea unei agriculturi durabile care sǎ utilizeze rațional resursele și sǎ realizeze concomitent o protecție sporitǎ a mediului.

Înca odatǎ sistemele electronice și electronica insǎși își dovedesc contribuția pe care pot sǎ o aibǎ in lumea de azi la creșterea calitǎții vieții.

CERCETĂRI ÎN CURS DE DESFĂȘURARE PENTRU DETERMINAREA PROPRIETĂȚILOR SOLULUI

8.1 Introducere

Sistemul pentru agricultura de precizie realizeaza scanarea unor proprietǎți ale solului în timp real pentru furnizarea suportului decizional referitor la dezvoltarea și intreținerea culturilor agricole pe diverse suprafețe agricole ale fermierilor, admistratorilor sau utilizatorilor acestora.

Scanarea presupune o eșantionare a solului cu rezoluție de câțiva metri pǎnǎ la zeci de metri prin prelevarea de probe și determinarea proprietatilor acestora in timp real.

Proprietǎțile ce pot fi determinate sunt: pH-ul, umiditatea și temperatura solului la adâncimi de 5 pânǎ la 10 cm prin prelevarea de eșantioane și achiziție de date in mod automat concomitent cu datele geospațiale aferente poziției geografice globale ale eșantionului analizat.

Pentru a realiza scanarea propritǎților solului sistemul trebuie sǎ fie mobil sǎ poata fi deplasat la suparafața solului sau sǎ poatǎ sǎ preia eșantioane de sol sau sǎ scaneze intr-un fel suprafața solului pentru a prelua date care sǎ fie preprocesate și apoi sǎ fie stocate cu ajutorul unei memorii elctronice care poate fi de mai multe feluri in funcție de volumul de date.

Mobilitatea sistemului poate fi asiguratǎ prin amplasarea lui pe o platforma mobilǎ care sǎ poate sǎ fie tractatǎ de un sistem autopropulsat (tractor, ATV, autoturism de teren, etc.).

În acest fel sistemul permite colectarea acestor proprietǎți (date) la distanțe pe rând înceapand de la cca 10 m pânǎ la 100 m sau chiar mai mult. Distanța între rânduri poate lua valori de la câțiva metri pânǎ la zeci de metri, reglându-se manual sau cu ajutorul unor marcatori reglabili sau cu ajutorul GPS-ului. Se recomandǎ ca reglajul sǎ se facǎ la aceeași distanțǎ ca și distanța intre rânduri pentru a avea o acoperire uniformǎ a eșantioanelor prelevate pe suprafața (a proprietǎților mǎsurate) ce va contribui la o cartare de buna calitate a proprietǎților solului.

Cu ajutorul datelor achizitionate în timp real se pot realiza hǎrți tridimensionale, de contur, sau pe nivele de culoare pentru fiecare dintre cele 3 proprietǎți determinate, in diverse sisteme GIS sau de reprezentare graficǎ. Interpretarea acestora in mod manual sau automat constitue suportul decizional pentru a determina stabilirea necesarului de nutienți și apǎ pe suprafețele analizate.

Pe baza deciziilor se pot incorpora în sol nutrienții necesari sau apa cu ajutorul unui GPS de mânǎ prin marcarea suprafețelor și folosirea echipamentelor tehnice adecvate. De asemenea, dacǎ utilizatorul (fermierul) dispune de echipamente coordonate prin GPS se pot introduce hǎrțile în memoria GPS-ului (sau a echipamentului de comandǎ și control cu GPS) urmând ca distribuția sǎ se facǎ in mod semiautomat sau automat.

Descriere sistem

Pǎrțile componente principale ale sistemului care datoritǎ structurii sale este un sistem mecatronic (mecanica + electronica) sunt:

Instalația pentru spǎlare traductor pH;

Sistemul mecanic;

Sistemul electrohidaulic;

Sistemul electronic de comadǎ, control si achizitie date;

Specrofotometrul VIS-NIR;

Echipamentul GPS;

Sistemul de asigurare a mobilitǎții (autopropulsat).

La acestea se adaugǎ un calculator portabil pentru prelucrarea datelor, interpretarea datelor și suport de decizie cu performanțe care sǎ permitǎ rularea de programe GIS, de reprezentare graficǎ a datelor, a kiturilor de dezvoltare pentru sistemul de comandǎ, control și achizitia datelor, precum și o suitǎ de programe Office. De asemenea, acesta va asigura comunicarea cu GPS pentru testarea acestuia la nevoie, comunicarea cu unitatea centralǎ pentru instalarea programelor de comandǎ și control și citirea sau descǎrcarea datelor achiziționate.

Instalația pentru spǎlare senzor pH

Pentru o funcționare corectǎ senzorul de pH trebuie spǎlat inainte de utilizare. Pentru a determina pH-ul care este un indicator important al proprietǎților solului, este necesarǎ realizarea unei instalații care sǎ asigure spǎlarea acestuia dupa analiza unui eșantion.

Componentele principale ale instalației conform fig 36 sunt:

Rezervor apǎ

Robinet

Filtru de apǎ

Pompǎ;

Distribuitor apǎ “T”

Duze pentru spǎlare

Senzor pH

Baterie

La acestea se adugǎ restul pozițiilor care reprezintǎ elemente de fixare bazin, șaibe, coturi, furtune, etc.

Bazinul are capacitatea de 350-600 l. Acesta este incǎrcat cu apǎ prin partea de sus.

Pompele sunt alimentate de la bateria sistemului autopropulsat și sunt pornite de sistemul de comandǎ și control pentru 1,5- 2 secunde pentru spǎlarea senzorului de pH. Comanda este datǎ în momentul în care prelevatorul de probe este în poziția de mijloc (traductor inductiv în poziția de mijloc, înainte de recoltarea unei probe).

Fig. 22 Instalația de spǎlare

Sistemul mecanic

Partile componente principale ale sistemul mecanic sunt:

Structura portantǎ pe 2 roți cu anvelope, ce este cuplatǎ la tractor sau alt mijloc autopropulsat în mod clasic printr-un bolț, pe care se monteazǎ instalația de spǎlare, instalația hidraulicǎ, suportul pentru traductori și senzorul inductiv.

Sistemul de prelevare probe format dintr-o structurǎ de bare de diverse profile sub formǎ de paralelipiped, articulatǎ in toate vârfurile paralelipipedului în plan verical pe care se monteazǎ prelevatorul de probe care poate fi un dispozitiv gen brazdar care este comandat hidraulic conform fig 22 fiind acționatǎ de instalația hidraulicǎ (cilindru hidraulic).

De asemenea, pe aceastǎ structurǎ care este mobilǎ se monteazǎ placa de ghidare care este solidarǎ cu structura de bare. Pe brazdar este montat un traductor inductiv care urmǎrește pe verticalǎ mișcarea acestuia. Placa de ghidare are decupaje ca în figura 23 și determinǎ în funcție de poziția traductorului inductiv diversele comenzi de acționarea a cilidrului (ridicare, coborare, oprire). Placa are un decupaj pentru poziția de mijloc, iar extremitǎțile sunt folosite ca și decupaje pentru poziția de sus și poziția de jos, conform figurii 23:

Fig 23 Placa ghidare traductor inductiv cu pozițiile aferente

Componenta principalǎ a sistemului de prelevare probe este prelevatorul de probe format dintr-un brǎzdar cu un decupaj în formǎ de cilindru prin care solul pǎtrunde în timpul deplasǎrii și este stocat în cuva din spate unde se formeazǎ eșantionul de probǎ care este ridicat de instalația hidraulicǎ astfel incat, senzorii sǎ patrundǎ în el pentru mǎsurǎtori. Eșantionul de sol este menținut în aceastǎ poziție 1-2 secunde pentru a se face analiza probei.

În figura 24 se prezintǎ elementele prelevatorului de probe:

1 – paralelipiped deformabil

2 – cilindru hidraulic (face parte din sistemul electrohidraulic)

3 – bara suport pentru brǎzdar (rigidǎ cu fața paralelipipedului pe care este montatǎ)

4 – brǎzdar sub formǎ de cilindru cu cupa in spate pentru retinere esntion sol

5 – traductor de pH

6 – traductor de temperatura si umiditate

Fig. 24. Sistemul de prelevare probe cu paralelipipedul deformabil

Sistemul electrohidraulic

Componenta electricǎ a sistemului hidraulic se alimenteazǎ de la bateria tractorului, iar puterea hidraulicǎ este asiguratǎ prin cuplarea la instalația hidraulicǎ a tractorului.

Componentele principale ale sistemului hidraulic conform fig. 39 sunt:

2 – servovalva electrohidraulicǎ;

3 – cilindru hidraulic;

care se conecteaza la:

1- sistemul de comandǎ, control și achizitie date;

4 – instalație hidraulica tractor

Sistemul elecrohidraulic actioneazǎ prin intermediul cilidrului hidraulic asupra paralelipipedului deformabil și implicit asupra prelevatorului de probe asigurând poziționarea acestuia în cele trei poziții dictate de placa de ghidare prin intermediul traductorului inductiv.

În poziția de sus eșantionul de sol se aflǎ în contact cu senzorii și se efectueazǎ determinǎri ale solului de pH, umiditate și temperaturǎ.

În pozitia de mijloc prelevatorul de probe se afla la nivelul solului și în aceastǎ poziție se spalǎ senzorul de pH.

În poziția de jos prelevatorul de probe este în sol la o adincime de 5-10 cm.

Fig. 25 Sistemul electrohidraulic

Sistemul electronic de comadǎ, control și achiziție date

Sistemul de comandǎ, control și achiziție date este în interacțiune cu elementele prezentate în figura 25 și se monteazǎ pe structura portantǎ fiind alimentat de la bateria tractorului.

Acesta realizeazǎ:

Comada și controlul instalației hidraulice prin intermediul senzorului inductiv, plǎcii de ghidare și electromagnetului de acționare a supapei;

Stabilirea intervalelor de timp pentru spǎlare senzor pH, pentru mǎsurǎtori de umiditate, temperatura și pH și a intervalelor de prelevare a eșantioanelor de sol;

Achiziția de date de la senzorul de umiditate, temperaturǎ și Ph și memorarea acestora;

Achiziția coordonatelor geospațiale și a timpului GMT de la GPS (prin intermediului rețelei de sateliți GPS) și memorarea acestora;

Calculul vitezei de deplasare pe baza cordonatelor și timpului GMT furnizat de GPS, precum și a distanțelor între douǎ eșantionǎri.

Fig. 26 Interacțiunea sistemului de comandǎ, control și achizitie date cu cu elementele componente ale sistemului complex de masura

În figura 27 este prezentaǎ arhitectura sistemului de comandǎ și control

Fig. 27 Arhitectura sistemului optoelectronic

În continuare se prezintǎ organigrama de comandǎ și control și pentru intreg procesul de lucru al sistemului optoelectronic.

Algoritmul de mai sus se implementezǎ într-un limbaj de asamblare sau de nivel inalt, în funcție de structura aleasǎ. Se poate utiliza pe post de unitate centralǎ un microprocesor sau un microcontroller sau poate fi utilizat laptopul care prin intermediul unei interfețe LABVIEW poate conduce tot procesul.

De asemenea, la LAPTOP se cupleaza prin intermediul unui interfețe USB spectrofotometrul VIS-NIR, care preia spectrele de absorbanțǎ sau de reflexie ale solului (în funcție de spectrofotometrul utilizat) prin intermediul traductorului optic care este montat pe un brazdar ce poate pǎtrunde în sol cǎțiva centimetri pentru a prelua eșantioanele (spectrele) la distanțe sau momente de timp prestabilite (setabile). Traductorul optic este activat de lumina provenitǎ de la o sursǎ de luminǎ și reflectata de sol.

Concluzii

Realizarea unui sistem optoelectronic pentru determinarea proprietăților solului presupune un echipament complex care să includă componente mecanice, electronice și de tehnologia informației.

În lucrare s-au descris componentele principale ale sistemului și modul de conducere a procesului de eșantionare și achiziție a probelor și datelor despre sol, precum și comenziile necesare efectuării acestor operații.

S-a studiat și analizat stadiul cercetărilor în domeniul agriculturii de precizie, subdomeniul cartării propietăților solului și s-a constat o preocupare deosebită a cercetătorilor pentru domeniu in ultimii ani. Datorită domeniului relativ nou și evoluției tehnologiilor în special în electronică, optoelectronică, sisteme de poziționare globală (GPS), calculatoare și senzoristică există posibilități multiple de dezvoltare si inovatie.

S-au studiat și analizat componentele specifice acestui sistem:

Senzori de temperatură și umiditate

Traductori de proximitate inductivi

Echipamente GPS

Spectrofotometre

S-au conceput la nivel structural:

Sistemul electrohidraulic

Instalatia de spălare senzor pH

Sistemul de prelevare probe

Arhitectura sistemului optoelectronic

Organigrama de comandă și control a procesului

Bibliografie:

[1] ASAE standards, 2004. S313.3. Soil cone penetrometer. 50th ed., ASAE St. Joseph, MI Bongiovanni, R., J. Lowenberg-Deboer. 2004. Precision agriculture and sustainability. Precision agriculture 5(4):359-387.

[2] Adamchuk, V.I., J.W. Hummel, M.T. Morgan, and S.K. Upadhyaya. 2004a. On-the-go soil sensors for precision agriculture. Comp. and Elec. in Agric. 44: 71-91.

[3] Mc.Bratney, A. B. and M. J. Pringle. 1997. Spatial Variability in soil- implications for precission agriculture. Oxford, UK: BIOS Scientific publishing.

[4] Adamchuk, V. I., M. T. Morgan and J. Lowenberg-DeBoer. 2004b. A Model for Agro-Economic Analysis of Soil pH Mapping. Precision agriculture 5:111-129.

[5] Ostergaard, H.G.S. 1997. Agronomic consequences of variable N fertilization. p. 315– 320. In J.V. Stafford (ed.) Precision agriculture „97. Vol. 1. Spatial variability in soil and crop. Oxford, UK.

[6] Kitchen, N. R., C. j. Snyder, D. W. Franzen and W. J. Wiebold. 2002. Educational needs of precision agriculture. Precision agriculture 3:341-351.

[7] Swinton, S. M. and J. Lowenberg-DeBoer. 1998. Evaluating the profitability of Site-Specific farming. journal of production agriculture 11(4): 439-446.

[8] Yurui, S., P. S. Lammers, M. Daokun, L. Jianhui and Z. Qingmeng. 2008. Determining soil physical properties by multi-sensor technique. Sensors and Actuators A: Physical 147(1): 352-357.

[9] UMF Carol Davilla – Catedra de biofizica, Spectrofotometrie, http://biofizica-umfcd.ro/people/ap/lp_ro/spectrofotometrie.pdf

[10] http://www.webdex.ro/online/dictionar/spectrofotometrie

[11] http://dexonline.ro/definitie/spectrometrie

[12] http://fr.wikipedia.org/wiki/Spectroscopie

[13] A. F. Danet, Analiza instrumentala, Partea I, Editura Universitatii Bucuresti, 2010

[14] H. I. Nascu, L. Jantschi, Chimie Analitica si Instrumentala, Academic Pres & AcademicDirect, 2006

[15] http://www.scritube.com/stiinta/fizica/SPECTROSCOPIE-IR24166.php

[16] http://en.wikipedia.org/wiki/Transmittance

[17] http://en.wikipedia.org/wiki/Absorbance

[18] http://speclab.cr.usgs.gov/PAPERS.refl-mrs/refl4.html#section1.3

[19] Z.M. Khoshhesab, Reflectance IR Spectroscopy, Payame Noor University, Department of Chemistry, Iran

[20] http://en.wikipedia.org/wiki/Ultraviolet%E2%80%93visible_spectroscopy

[21] http://en.wikipedia.org/wiki/Beer-Lambert_law

[22] M.Y. Nadeem, Waqas Ahmed, Optical Properties of ZnS Thin Films;

[23] http://www.rasfoiesc.com/educatie/fizica/MATERIA-SI-RADIATIA-ELECTROMAG15.php