Tehnologia Electronica In Agricultura
Bibliografie
[1] [NUME_REDACTAT]. Agricultura alternativă în [NUME_REDACTAT] (căi de acces către o
agricultură durabilă). www.agriculturaromaniei.ro
[2] ChunJIang Zhao. 2004. [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Research, Vol of Crops[M].
[NUME_REDACTAT] Press. Beijing
[3] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT].2002.[NUME_REDACTAT] and [NUME_REDACTAT]
of [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT][J]. [NUME_REDACTAT]. Vol 5:9- 11.[NUME_REDACTAT] Zheng, [NUME_REDACTAT]. 2002. [NUME_REDACTAT], Archievement and Prospect of [NUME_REDACTAT][J]. [NUME_REDACTAT]. Vol 10:35-37. Beijing
[4] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT]. 2000. A Study of [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Based on [NUME_REDACTAT] Information and [NUME_REDACTAT][J]. Journal of [NUME_REDACTAT]. Vol 15(2):170-174. Beijing
[5] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] et al. 2004. [NUME_REDACTAT] of [NUME_REDACTAT][J]. Journal of [NUME_REDACTAT]. Vol 35(3):192-192. Beijing
[6] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] et al. 2002. [NUME_REDACTAT] and Implement
of PDA-[NUME_REDACTAT] System in Agriculture[J]. [NUME_REDACTAT] and Application. Vol 2:30-31. Beijing
[7] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] et al. 2002. [NUME_REDACTAT] Development and
[NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT][J]. Journal of [NUME_REDACTAT] of Hebei (Agriculture & [NUME_REDACTAT]). Vol 4(4):83-85. Shijiazhuang
[8] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] et al. 2004. Designing and Implementation
of a [NUME_REDACTAT] System for [NUME_REDACTAT] (DSSPF) [J]. [NUME_REDACTAT] in China. Vol 37(4):516-521. Beijing
[9] [NUME_REDACTAT]. 2004. [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT][J]. [NUME_REDACTAT]. Vol 8:81-83. Chengdu
[10] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT]. 1998. [NUME_REDACTAT](ES) and its Application in
Agriculture[J]. Journal of [NUME_REDACTAT] University([NUME_REDACTAT]). Vol 29(2):270-276. Taian
[11] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] et al. 2004. Research and Application of the
[NUME_REDACTAT] Technique in a [NUME_REDACTAT] for [NUME_REDACTAT] System[J]. [NUME_REDACTAT] of Computer. Vol 7:127-129. Chengdu
[12] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] et al. 2000. A study on the comparison of
measuring soil water content with TDR, neutron probe and oven dry[J]. Journal of [NUME_REDACTAT] of Hebei. Vol 23(3):23-26. Shijiazhuang
[13] Panafieu, B., Les essais de recepteurs GPS; L'onde Electrique, ian.-febr. 1994, pp. 3-8
[14] Recepteurs GPS; [NUME_REDACTAT]-Parleur; aug. 1993; pp. 28-31
[15] [NUME_REDACTAT]. 2004. [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT][M]. [NUME_REDACTAT] Press. Beijing
[16] Barker, R. D., 1989, Depth of exploration of collinear symmetrical four-electrode
arrays: Geophysics, 54, 1031–1037.
[17] Evjen, H. M., 1938, Depth factor and resolving power of electrical measurements:
Geophysics, 3, 78–95.
[18] Huang, H., 1991, Evaluation of time-domain airborne electromagnetic prospecting for
conductive ore bodies by depth penetration analysis: [NUME_REDACTAT] & Geology, 5, 50–53.
[19] Huang, H., and D. C. Fraser, 1996, The differential parameter method for
multifrequency airborne resistivity mapping: Geophysics, 61, 100–109.
[20] Huang, H., and I. J. Won, 2000, Conductivity and susceptibility mapping using
broadband electromagnetic sensors: Journal of Environmental and [NUME_REDACTAT].
[21] Paul, P. A., and A. Roy, 1970, Approximate depth of penetration in EM dipole
prospecting: PAGEOPH, 81, 26–36.
[22] Peltoniemi, M., 1998, Depth of penetration of frequency-domain airborne
electromagnetics: [NUME_REDACTAT], 29, 12–15.
[23] Price, A. T., 1949, The induction of electric current in non-uniform thin sheets and
shells: [NUME_REDACTAT] of Mechanics and [NUME_REDACTAT], 2, 283–310.
[24] Roy, A., and A. Apparao, 1971, Depth of investigation in directcurrent methods:
Geophysics, 36, 943–959.
[25] Schlumberger, C., and M. Schlumberger, 1932, Depth of exploration attainable by
potential methods of electrical exploration: [NUME_REDACTAT] of Mining, Metallurgical, and [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Prospecting, 97, 127–133.
[26] Spies, B. R., 1989, Depth of exploration in electromagnetic sounding methods:
Geophysics, 54, 872–888.
[27] Ward, S. H., and G. W. Hohmann, 1988, Electromagnetic theory for geophysical
applications, in M. N. Nabighian, ed., Electromagnetic methods in applied geophysics: SEG, 130–311.
[28] Won, I. J., 2003, Small frequency-domain electromagnetic induction sensors: [NUME_REDACTAT] Edge, 22, 320–322.
[29] Won, I. J., D. Keiswetter, G. Fields, and L. Sutton, 1996, GEM-2: A new
multifrequency electromagnetic sensor: Journal of Environmental and [NUME_REDACTAT], 1, no. 2, 129–137. Won, I. J., D. Keiswetter, D. Hanson, E. Novikova, and T. Hall, 1997, GEM-3: A monostatic broadband electromagnetic induction sensor: Journal of Environmental and [NUME_REDACTAT], 2, no. 1, 53–64.
[30] Won, I. J., D. Keiswetter, and E. Novikova, 1998, Electromagnetic induction
spectroscopy: Journal of Environmental and [NUME_REDACTAT], 3, no. 1, 27–40.
[NUME_REDACTAT] 1. Agricultura în prezent
Introducere
1.2 Aspecte ale agriculturii moderne
1.2.1 Bazele agriculturii de precizie
1.2.2 Electronica
1.2.3 Dispozitive inteligente
Capitolul 2. Tehnologia elctronică în agricultură
2.1 Senzori pentru măsurătorile automate
2.2 Folosirea informațiilor despre senzori
Capitolul 3. Catacteristicile și performanțele traductoarelor
Procesul de măsurare
Caracteristicile și performanțele traductoarelor în regim staționar
Caracteristicile și performanțele traductoarelor în regim dinamic
3.4 Indicatori de regim dinamic pentru traductoare numerice
3.5 Caracteristici energetice
3.6 Elementele sensibile ale traductoarelor (ES)
3.6.1 Elemente sensibile de tip parametric
3.6.2 Elemente sensibile de tip generator
3.7 Adaptoare
3.7.1 Adaptoare pentru elemente sensibil de tip parametric
3.7.2 Adaptoare pentru elemente sensibile de tip generator
3.7.3 Adaptoare utilizând scheme de măsurare cu echilibrare automată
3.7.4 Adaptoare pentru traductoare numerice
3.8 Caracteristici constructive ale traductoarelor
Capitolul 4. Prezentarea programului Surfer
4.1 Aplicații ale programului [NUME_REDACTAT] 5. Studiu de caz
[NUME_REDACTAT]
[NUME_REDACTAT] 1. Agricultura în prezent
Introducere
1.2 Aspecte ale agriculturii moderne
1.2.1 Bazele agriculturii de precizie
1.2.2 Electronica
1.2.3 Dispozitive inteligente
Capitolul 2. Tehnologia elctronică în agricultură
2.1 Senzori pentru măsurătorile automate
2.2 Folosirea informațiilor despre senzori
Capitolul 3. Catacteristicile și performanțele traductoarelor
Procesul de măsurare
Caracteristicile și performanțele traductoarelor în regim staționar
Caracteristicile și performanțele traductoarelor în regim dinamic
3.4 Indicatori de regim dinamic pentru traductoare numerice
3.5 Caracteristici energetice
3.6 Elementele sensibile ale traductoarelor (ES)
3.6.1 Elemente sensibile de tip parametric
3.6.2 Elemente sensibile de tip generator
3.7 Adaptoare
3.7.1 Adaptoare pentru elemente sensibil de tip parametric
3.7.2 Adaptoare pentru elemente sensibile de tip generator
3.7.3 Adaptoare utilizând scheme de măsurare cu echilibrare automată
3.7.4 Adaptoare pentru traductoare numerice
3.8 Caracteristici constructive ale traductoarelor
Capitolul 4. Prezentarea programului Surfer
4.1 Aplicații ale programului [NUME_REDACTAT] 5. Studiu de caz
[NUME_REDACTAT]
Capitolul 1. Agricultura în prezent
[NUME_REDACTAT] reprezintă ocupația de bază a omeniri pentru cultivarea pământului cu diverse specii de plante în funcție de condițiile climatice ale zonei. Evoluția omenirii a adus după sine și evoluția în agricultură. Astfel agricultura a început să se îmbine cu alte științe, cum ar fi chimia, biologia, fizica.
Astăzi dezvoltarea agriculturii are la bază sisteme tehnologice avansate. Agricultura din zilele de azi, modernă, este cunoscută și sub numele de agricultură digitală, agricultură de precizie, agricultură inteligentă, agricultură cu Inciul sau Cyberfarm.
Fostul vicepreședinte al [NUME_REDACTAT] ale Americii, [NUME_REDACTAT], a declarat în discursul său intitulat „Pământul digital: să ne înțelegem planeta în secolul 21”: „Fermierii au început deja să folosească sateliți și GPS-uri pentru a detecta din timp posibile boli sau paraziți și pentru a targeta întrebuințarea pesticidelor, fertilizatorilor și a apei în acele părți în care pămânul are cel mai mult nevoie de ele. Acest lucru este cunoscut sub numele de agricultură de precizie sau agricultură de inci”.
Sistemele tehnologice utilizate în prezent, includ multi-rezoluții de teledetecție (NOAA-AVHRR, un metru de rezoluție de satelit teledetecție), Temeletrie (temperatura atmosferei, umiditatea solului etc.), GPS, GIS și rețele de calculatoare. Sateliții și calculatoarele vor revoluționa afacerile cu ferme.
Agricultura de precizie a luat naștere în anul 1955 în America. Prezintă diferențe față de de agricultura de grădină apărută în anii 1950-1960 în Japonia, agricultura ecologică sau agricultura verde preluată de țările dezvoltate în anii 1960-1970, sau agricultura de fabrică din Israel. Această agricultură este bazată pe cultivarea terenurilor agricole mari, utilizând o tehnologie avansată ca bază. Este un sistem tehnologic agricol cu caracteristici de integrare și informare. Întreaga procedură de cultivare, însămânțare, irigare, fertilizare, gestionare a pământului agricol, protecția siviculturii, estimarea produselor, proviziile și administrarea vor fi caracterizate de inteligență, rețele și elemente digitale, utilizându-se tehnologia teledetecției, telemetriei, telecontrolului și a computerelor.
Utilizarea acestor procedee va duce la o bună conducere a informațiilor, o afacere eficientă, un management inteligent, un job rezonabil pentru agricultura de produs, promovându-se producția agricolă și utilizând fiecare metru pătrat într-un mod cât mai optim. Se va constitui un sistem tehnologic agricol care va include monitorizarea și estimarea recoltei, pământului și a solului, analiza curentă sau dinamică a creșterii recoltei, factori de mediu, predicții de diagnoze, pași de cultivare, planificare managerială și sprijin în decizii.
Dispozitivele agricole, o dată cu dezvoltarea microelectronicii, au fost integrate cu mașini și electronice, controlate de forțe inteligente care pot colecta și procesa automat informația agricolă. În plus, ingineria biologică, cultivarea recoltelor, estimarea paraziților, modelarea și simularea cultivării recoltelor, utilizarea realității virtuale în producția de agricultură, toate acestea promovează dezvoltarea dispozitivelor inteligente de agricultură, tehnologia monitorului automat și optimizarea sistemului de sprijin al deciziilor. Acestea mai promovează totodată și producția agricolă, formând o bază a agriculturii digitale sau a agriculturii de precizie.
După lungi discuții în cadrul academiei [NUME_REDACTAT] de Cercetare din America, ei au lansat raportul „Agricultura de precizie in secolul 21 – Tehnologii geospațiale și informaționale în managementul recoltelor”, care arată potențialul de îmbunătățire a producției de recolte dar și eficiența economică și managerială cu tehnologia informațională geospațială și care iluminează starea curentă de cercetare a agriculturii de precizie și oportunitatea de dezvoltare a agriculturii prin tehnologia informațională geospațială.
În prezent, în țările dezvoltate, agricultura de precizie include operațiuni agricole automate și tehnologii a producției și managementului agricol, utilizând teledetecție, GPS, GIS, DCS, DSS, rețele și inginerie biologică.
Agriculturii de precizie are în vedere următoarele aspecte:
Diferitele tipuri de grupuri de utilizatori.
Crearea unei baze de date;
Sistemul de procesare a datelor;
Sistemul de sprijinire a deciziilor;
Sistemul utilizatorilor de servicii;
Sistemul tehnic al agriculturii de precizie presupune:
Tehnologia de interacțiune dintre om și mașinării.
Tehnologia teledetecției (RS ([NUME_REDACTAT]));
Tehnologie de baze de date;
Rețele de calculatoare;
Imagini din satelit de mare rezoluție;
Sistemul informațional geografic (GIS);
Sistemul de poziționare globală (GPS);
Sistemul de sprijinire a deciziilor (DSS);
Tehnologia agriculturii de precizie este expresia, designul, controlul și managementul tehnologiei agriculturii modernizate care presupune digitalizarea și vizualizarea obiectelor și a întregului proces ce ține de agricultură.
Dacă analizăm studiile principale din tehnologie și modelele de bune practici, putem observa câteva sugestii relevante pentru acest domeniu:
Îmbunătățirea construcțiilor agricole;
Perfecționarea sistemului de aplicare agricol și planul de implementare a platformei informaționale;
Implementarea mai multor strategii de dezvoltare și stabilirea unor mecanisme inovatoare de producție, studiu și cercetare.
Agricultura de precizie, susținută de computere și de rețele de comunicare tehnologică NCT, precum și de alte tehnologii, are din ce în ce mai multe realizări în următoarele aspecte:
Actualizarea și standardizarea informațiilor agricole obținute;
Realizarea informatizării agricole și a industrializării agricole.
Intelectualizarea designului agricol și a managementului luării deciziilor;
Automatizarea procesului de implementare;
Agricultura de precizie implică și multe tehnologii noi și avansate din agricultură, cum ar fi colectarea rapidă a informațiilor legate de terenurile agricole, cultivarea terenurilor agricole, managementul pământului, utilizarea chimicalelor agricole, controlul contaminărilor, echipamente de inginerie agricolă și tehnologia lor industrializată, precum și toate noutățile tehnologice care sunt unificate cu activitatea de producție agricolă și managementul producției.
Cu alte cuvinte, este un sistem tehnic comprehensiv de management a producției agricole care integrează tehnologia [NUME_REDACTAT] și tehnologia modernă agricolă. El prezintă următoarele caracteristici:
Agricultura de precizie presupune digitalizarea fiecărui tip de proces (biologic, de mediu, economic) în fiecare aspect al agriculturii (incluzând producția recoltei, zootehnia, industria produselor maritime, sivicultura).
Informația stocată în baza de date a agriculturii de precizie are caracteristicile de multi-gradație, multi-rezoluție, multi-sursă, multi-temporal, multi-dimensiune și o mare cantitate;
Un nou sistem de management a bazelor de date temporale ar trebui studiat pentru a gestiona și organiza acele multi-dimensionale, mari cantități de date, în special informațiile multi-temporale, astfel încât să se formeze un sistem informațional temporal și spațal. Acest lucru face nu doar ca informațiile spațiale să fie stocate în mod eficient, ci și ca multi-dimensionale informații și rezultate analizate spațial și temporal să fie vizibile cu însuflețire;
Agricultura de precizie va face simulări și realități virtuale ale fenomenului natural de agricultură sau ale procesului de producție și economic, pe baza marii cantități de informație spațială și temporală. De exemplu, realitatea virtuală a chimicalelor agricole în rezidurile de sol, creșterea recoltei, dezastrele naturale agricole și distribuirea pe piață a produselor agricole.
1.2 Aspecte alea agriculturii moderne
Metoda de colectare a informațiilor și de monitorizare dinamică în agricultura de precizie folosită este teledetecția. Sateliții meteo oferă informații despre vreme în fiecare zi, iar radarul pentru ploi poate prezice căderile de ploi. Sateliții de pământ de mare rezoluție precum și sateliții de apă oferă informații și preziceri atât în agriculturăcât și în sivicultură, zootehnie, vietăți de la malul țărmului sau creveți din ocean. Dacă se prevalează 1 până la 3 metri de bandă teledetecție, 3 – 5 metri multi-bandă teledetecție, și de la 6 la 30 km multi-bandă teledetecție se poate colecta informații pentru agricultură foarte convenabili.
Firma TAS-WSI Corp din orașul Boston acordă o mare atenție agriculturii de precizie. Aceasta oferă fermierilor imaginea teledetecției utilizând un sistem aerian multi-spectru prin intermediul CD-ului sau a rețelei.
Geofizica mediului de cercetare Co (GER) a emis planificarea Sistemului de Observare a [NUME_REDACTAT] GEROS și a lansat mici sateliți pentru a monitoriza procesul de agricultură, care oferă informații solide cu privire la agricultură. Acești sateliți au 6 benzi, 10 metri de rezoluție și pot colecta informațiile din domeniul agriculturii în mod repetat într-o perioadă de 3 până la 4 zile. Această planificare oferă informații printr-o rețea de arie largă fermierilor despre cultivare, nivel de dezvoltare a culturilor, fertilizare, irigare, paraziți, astfel încât agricultorii să poată țină pasul imediat.
[NUME_REDACTAT] 21 oferă servicii pentru agricultura de precizie care și-a propus să lanseze 4 sateliți de teledetecție multi-spectru în agricultură cu 10 metri rezoluție pentrua putea realiza o hartă a simptomelor privind starea culturilor. Harta simptomelor, combinată cu GIS, poate să descifreze hărți de diagnostic. Apoi, utilizând un sistem de sprijinire a deciziilor vom putea să realizăm hărți de planificare a activităților, iar fermierii care le vor folosi își vor dezvolta cultura.
1.2.1 Bazele agriculturii de precizie
Câteva dintre aspectele agriculturii de precizie includ:
realizarea de baze de date ca fundament:
date geografice fundamentale;
date despre pământ și sol;
date despre vreme;
documente despre pesticidele și bolile din ultimii ani;
tipuri de recolte cultivate în ultimii ani, metode de management și recordul de producție;
evoluția managementului agricultural și evoluția estimată în ultimii ani, incluzând irigarea și cultivarea.
construirea unui sistem de monitorizare:
tehnologia sateliților de teledetecție;
monitorizarea umidității și temperaturii solului.
construirea unui sistem de telecontrol:
sistem de telecontrol în mașinăriile din agricultură;
sistem de irigare automată și de pulverizare telecontrolată a pesticidelor.
construirea unui sistem de prezicere inteligentă:
prezicerea dezastrelor naturale;
monitorizarea dezastrelor provocate de pesticide;
prezicerea producției recoltei.
(5) construirea unui sistem de control și comandă:
asistență în deciziile din agricultură;
sistem de control în agricultură.
Agricultura de precizie este bazată pe teoria modernă a agriculturii, utilizând tehnologia pământului digital, pentru a realiza inteligența procedurii în agricultură și pentru a promova producția și a menține dezvoltarea agriculturii.
Actuala tehnologie a agriculturii de precizie este orientată spre producția de precizie a culturilor agricole, care se bazează pe ideea de agricultură industrială în sistem. Este condusă subtil de informație și cunoștințe. Acestă idee ar trebui să se extindă la întreaga procedură de cultivare, stimulare, procesare, pre-producție, producție, și post-producție.
Deceniul trecut, grădinăritul automatizat, previziunea modelului de a stimula animalele, controlul automat al mediului, mentinerea produselor proaspete, adăugarea de plus valoare producției, toate acestea adoptă un rezultat eficient al informației în tehnologie, cum ar fi detectarea în timp real a informațiilor biologice, viziunea asupra mașinilor, controlul modelelor.
1.2.2 Electronica în agricultură
Electronica folosită în dispozitivele din agricultură atinge 5 domenii:
promovează abilitatea tehnologică a scopului mașinii: monitorizarea procesului, controlul, diagnoza, comunicarea;
mediul prietenos pentru cultivare: salvarea materiei și a energiei, reducerea poluării solului, a apei, a plantelor și a animalelor;
precizia operațiunii procesului: colectarea informațiilor procesului în timp, implementându-se cu acuratețe comenzi de control;
ameliorarea mediului de lucru a muncitorilor: interfață prietenoasă, conveniența operațiunii, securitatea, comfortul;
sprijinirea deciziilor manageriale: comunicare, planificare, optimizarea sistemului.
Noua generație de dispozitive în agricultură și informațiile bazate pe producția managementului deciziilor este cea mai importantă condiție a agriculturii de precizie. Aceasta presupune ca operațiunile de agricultură să fie automatizate și inteligente. Asta înseamnă precizie în timp, spațiu, calitate și cantitate, dar și prezicere.
1.2.3 Dispozitive inteligente
Utilizând resursele informaționale, simulând modelul creșterii recoltei, modelul investiției și profitului, baza de cunoștințe cu privire la managementul recoltei și sistemul de sprijin al deciziilor, precum și cu participarea unei persoane care ia deciziile, poate fi realizată o hartă de prezicere a managementului recoltei. Această hartă de prezicere are rolul de a stabili direcția investițiilor și a managementului în interiorul fermei. Secerătoarele cu GPS fac automat harta producției vegetale (în general, rezoluția spațială este de 15 metri pătrați), harta topografică și parametrii solului.
Prin intermediul GPS-ului și a sistemului de poziționare DGPS s-a dezvoltat o componentă de dispozitiv inteligent în agricultură. DGPS-ul are 12 canale care oferă în mod automat poziționări dinamice 3D, având o interfață obișnuită a monitorului de dispozitive inteligente în agricultură. Precizia diferențelor procesate de DGPS poate ajunge și la câțiva centimetri. DGPS-ul poate fi utilizat în colectarea și operaționalizarea informațiilor cu privire la sol, nivelul recoltei, pesticide etc. Prin intermediul GPS-ului și a altor senzori electronici pot fi înregistrate informații cu privire la producție, cum ar fi cât de umed sau cât de granulat e pământul. Astfel, harta producției pentru fiecare fermă în parte poate fi făcută pe calculator. Tractoarele și secerătoarele sunt acum echipate cu dispozitive electronice, agricultura fiind și ea pe bază de tehnologie.
Sistemul de [NUME_REDACTAT] GIS este utilizat pentru a stoca, analiza, procesa și reprezenta date geospațiale și atribute care se aplică la managementul pământului, analiza componentelor, grosime, fertilizator organic și anorganic, precum și analiza vremii, a ploilor, a schimbărilor bruște de temperatură, dar și viteza vântului din ultimii ani.
Folosind agricultura GIS și construind baze de date geospațiale, putem profita de procesarea geospațială pentru a afla dezvoltarea recoltei, potențialul pesticidelor, pentru a obține informațiile necesare pentru luarea deciziilor și pentru a construi un sistem de sprijinire și ajutorare a deciziilor cu privire la cultivarea recoltei, toate acestea pentru a opera și controla direct produsele agricole.
[NUME_REDACTAT], America și Canada au făcut secerătoare cu sisteme DGPS care poziționează și măsoară automat producția. Tractoarele și semănătoarele echipate cu GPS și alte dispozitive tehnologice asemănătoare au apărut pe piața Americii începând cu anul 1998. Aceste dispozitive pot ajusta automat cantitatea de semințe, fertilizator sau pesticide, în concordanță cu rezultatele obținute pe baza ultimilor trei ani de cercetare care au dus la analiza computerizată și la operaționalizarea parametrilor: adâncime, cantitatea culturii, cantitatea și tipul pesticidelor.
Atunci când secerătoarele funcționează într-o fermă, ele înregistrează producția medie a majorității unităților fermiere și stochează toate datele pe carduri inteligente. Astfel, putem citi cardurile direct de pe calculator, utilizând sistemul GIS pentru a procesa vectorii hărții. Se poate realiza așadar distribuția hărților de producție a fermei cu scopul de a face instructajul operațiunilor. [NUME_REDACTAT] Ferguson din [NUME_REDACTAT] fabrică astfel de mașini care au un board luminos cu interfețe grafice diverse în cabină, pentru a monitoriza componentele mașinii și pentru a afișa distribuția hărții de producție.
În anul 1996, potrivit studiului [NUME_REDACTAT] ll, 19% din fermele cu peste 300 de hectare au utilizat GPS și peste 90% dintre acestea în anul 2000. Unul dintre fermierii americani a declarat recent că 30% din noile mașini achiziționate de el au fost echipate cu senzori care detectează producția, eroarea dată de acești senzori fiind de doar 3%.
Există în curs de dezvoltare anumiți senzori pentru calcularea producției dată de secerătoare pentru porumb, sfeclă, cartofi, trestie de zahăr și bumbac.
Dacă mașinile pentru agricultură inteligentă sunt controlate de hărțile de prescripție echipate cu DGPS, atunci ele pot selecta automat tipul de sămânță. Semănătoarea va ajusta automat cantitatea de sămânță pentru grâul cultivat. Toate mașinile care pot căra automat îngrășământ și care pot împrăștia automat pesticide, sunt comerciale. Dispozitivele care pot colecta informațiile despre fermă în mod automat reprezintă un termen dificil. Este nevoie să se dezvolte noi senzori în conformitate cu umiditatea solului, fertilizarea, iarbă, pesticide, starea culturii de răsad.
Multe dintre dispozitive sunt afectate de vreme, suferind schimbări în timp și spațiu. Adunarea informațiilor într-un timp real s-a dovedit deja a fi un lucru destul de greu iar colectarea în masă a informațiilor de la ferme precum și procesarea acestora poate fi extrem de costisitoare și ca timp și ca bani.
Unii termeni au devenit deja o cercetare stresantă în acest domeniu. Tehnologiile includ măsurarea umidității solului în sistem TDR, un multispectru de recunoaștere între iarbă răsad și de cultură, viziunea de procesare a imaginii, efectul tranzistor al domeniului selectat și fluxul de tragere care măsoară conținutul de nitrogen din sol.
La mijlocul anilor 70 microelectronica s-a dezvoltat în mod rapid, ceea ce a făcut ca mașinile de agricultură să se mute în zona mașinilor și a electronicii.
În ziua de astăzi, agricultura s-a dezvoltat puternic și rapid, utilizând noi materiale, meșteșuguri și tehnologii de controlere micro-electronice. Dispozitivele din agricultură care nu presupun un control electronic sunt deja considerate a nu mai fi la modă.
La sfârșitul anilor 80, o dată cu evoluția electronicii și informației, sistemul dispozitivelor de monitorizare în agricultură a trecut la inteligență, de la controlul unitar la cel distributiv, de la munca pe o singură mașină simplă la integrarea în DSS.
Prin intermediul electronicii, dispozitivele din agricultura posedă atributele inteligenței prin care are loc o comunicare foarte simplă. Acest lucru promovează constituția agriculturii moderne bazată pe cunoaștere și informare.
Capitolul 2. Tehnologia elctronică în agricultură
În prezent se dezvoltă senzorii care măsoară o varietate de proprietăți esențiale ale solului la început de drum. Acești senzori pot fi folosiți fie pentru a controla rata variabilelor de aplicare a echipamentelor în timp real, fie în legătură cu un GPS pentru a genera hărți terestre cu diferite particularități ale solului. În funcție de distanța dintre treceri, viteza de călătorie și frecvența de luare a mostrelor sau/și de măsurare, numărul de puncte de măsurare per acru variază. În majoritatea cazurilor, numărul este mult mai mare decât densitatea probelor prelevate manual. Iar costul creării de hărți este de asemenea în general redus.
Figura 1. Măsurarea proprietăților solului
După crearea unui set de hărți de producție și conducerea unei evaluări preliminare a rezultatelor, este necesar să identificăm cauzele posibile ale variabilelor de performanță ale solului. Diferențele de proprietăți ale solului sunt unele dintre cele mai evidente motive pentru variabilitatea producției. PH-ul solului, disponibilitatea nutrițională, materia organică, textura, compactarea și alte proprietăți ale solului, toate pot afecta producția recoltei.
Hărțile solului care reprezintă proprietăți variate sunt obținute în mod obișnuit prin recomandarea mostrelor de sol și a analizei procedurilor. Aceste hărți sunt folosite pentru a ajuta în procesul de luare a deciziilor în privința managementului recoltei. Există comercianți care furnizează astfel de servicii: mostre de sol cu geo-referințe, analize de laborator, hărți ale solului. Rezultatele obținute din hărțile de interpolare a solului devin informații prețioase în prescripția ratelor variabile de aplicare a fertilizatorilor, a tratării cu var și a ierbicidelor. Convenția asupra mostrelor de sol și a analizei acestora au dus la rezultate economice mixte din cauza costurilor mari ale prelevării de mostre și a procedurilor de analiză a incertitudinilor hărților de sol. În foarte multe cazuri s-a întâmplat ca, dacă densitatea mostrelor nu era destul de mare, numărul redus de mostre de sol să nu producă o reprezentare corectă a proprietăților solului (mai ales pentru nivelurile nutriționale).
Când se gândesc la un sistem ideal de precizie agriculturală, producătorii vizualizează un senzor localizat în contact direct cu sau foarte aproape de pământ și conectat la o „cutie neagră” care analizează răspunsurile senzorilor, procesează informația și modifică rata de aplicare în mod instant. Totodată, ei speră că informația obținută în timp real de către senzori și folosită pentru a prescrie rata de aplicare va optimiza efectele generale economice și agricole ale investiției producției.
Totuși, această abordare nu ia în considerare câteva dificultăți care se întâlnesc în viața reală:
Majoritatea senzorilor și aplicatorilor de control au nevoie de un anumit timp de măsurare, integrare și/sau ajustare care scad viteza de operare permisă și densitatea măsurării;
Rata variabilă de fertilizare și aplicatorii de pesticide pot avea nevoie de informații adiționale (cum ar fi potențialul producției) pentru a dezvolta o prescripție algoritmică (seturi de ecuații);
În prezent, nu există nici un algoritm managerial de prescripție care să își demonstreze eficiența pentru toate variabilele implicate în producția recoltei.
Decât să se utilizeze senzori mobili și rapizi cu controllere, mai bine se folosește o hartă de bază, deoarece are abilitatea de a colecta și de a analiza informații, de a face prescripții și de a transforma rata de aplicare a variabilelor în doi sau mai mulți pași. În acest caz, mai multe straturi de informații incluzând hărți de producție, un model de altitudine digitală DEM și numeroase tipuri de ilustrări pot fi puse la un loc prin intermediul unui pachet software de sistem de informare geografică GIS creat pentru a gestiona și procesa datele privind spațiul.
Hărțile de prescripție pot fi dezvoltate folosind algoritmi care implică unele surse de informare, dar și experiența personală. Probabil, cea mai esențială informație este reprezentată de un set de hărți care tratează variația caracteristicilor de sol ce influențează producția, printre care:
pH-ul solului și amortizorul de pH;
nivelul macronutritiv (nitrogen, fosfor, potasiu);
conținutul de materie organică din sol (carbon);
textura solului (conținutul de argilă);
umiditatea și temperatura solului;
capacitatea de schimb a cationilor (CEC);
compactarea solului;
adâncimea oricărei rădăcini care restricționează straturile;
structura solului și densitatea masei.
2.1 Senzori pentru măsurătorile automate
Oamenii de știință și producătorii de echipamente încearcă să modifice metodele existente de laborator sau să dezvolte tehnici indirecte de măsurare care să permită cartografierea solului. Până în prezent, doar câteva tipuri de senzori au fost investigați, mai exact:
electromagnetici;
mecanici;
optici;
electrochimici;
de aer;
acustici.
Senzorii electromagnetici folosesc circuite electrice pentru a măsura capacitatea particulelor din sol de a conduce sau acumula încărcarea electrică. Cînd se utilizează acești senzori, solul devine parte a unui circuit electromagnetic, iar schimbul de condiții locale afectează imediat semnalul înregistrat de aparat. Câțiva dintre acești senzori sunt disponibili pe piață:
cartografierea conductibilității electrice
cartografierea răspunsului electromagnetic
folosirea răspunsurilor electrice pentru a ajusta rata de variabilitate a aplicației în timp real.
De exemplu, o modalitate de a estima conductibilitatea electrică a solului este inducția electromagnetică folosind un aparat numit [NUME_REDACTAT] EM38. Bucla de transmitere induce un câmp magnetic care variază în putere o dată cu adâncimea solului. Puterea sau adâncimea câmpului magnetic în sol poate măsura și variațiile de adâncime ale solului până la 1,5 metri. O bobină care primește curent măsoară curentul indus prima și a doua oară în pământ și relaționează cu conductibilitatea electrică din sol.
Un alt instrument de cartografiere a conductibilității electrice a solului este Veris EC Probe care măsoară conductibilitatea electrică într-un mod mult mai direct. Folosește un set de electrozi de fier care trimit un semnal electric prin sol. Semnalul este primit de către doi electrozi de fier care măsoară picăturile de voltaj prin rezistența la sol, indicând conductibilitatea electrică a două intervale de adâncime.
Proprietățile solului electromagnetic sunt în mare parte influențate de textura solului, de salinitate, de materia organică, de conținutul de umiditate. În unele cazuri, alte proprietăți ca rezidurile de nitrați sau pH-ul solului pot fi preziși folosind acești senzori.
Senzorii mecanici pot fi folosiți pentru a estima rezistența mecanică a solului (adesea în relație cu compactarea). Acești senzori utilizează un mecanism care penetrează solul și înregistrează forța măsurată de tulpina manometrelor sau de celulele de sarcină.
Câțiva cercetători au dezvoltat prototipuri care arată fezabilitatea cartografierii continue a rezistenței solului. Oricum, nici unul dintre aceste prototipuri nu este disponibil pe piață.
Figura 3.
.
Senzorii optici folosesc lumina de reflexie pentru a caracteriza solul. Acești senzori pot stimula ochiul uman atunci când acesta se uită la sol, dar și măsura reflexia luminii aproape infraroșie, mediu infraroșu sau polarizată. Senzorii optici pe bază de mașini utilizează aceleași tehnici principale ca senzorii de la distanță. În prezent, există diferiți furnizori care produc senzori la distanță și care permit măsurarea reflexiei goale a solului folosind un satelit sau o platformă aeriană. Costurile, timpul, norii sau acoperiraea cu reziduri dure de plante reprezintă probleme esențiale în limitarea folosirii imagisticii solului de la aceste platforme. Pământul din apropiere, subsolul, senzorii optici pe bază de mașini au potențialul de a fi utilizați la început de drum, într-o manieră similară cu senzorii electromagnetici și pot oferi mai multe informații despre punctele singulare de informare din moment ce reflexia poate fi ușor măsurată în mai mult de o porțiune de spectru în același timp.
Unii cercetători au dezvoltat senzori optici pentru a prezice conținutul de argilă, materie organică și umiditate. Senzorii optici au fost puși pe piață pentru a realiza cartografieri ale reflexiei solului la diferite adâncimi (3-D [NUME_REDACTAT] Mapping, [NUME_REDACTAT] Technologies, Madison, Wisconsin). Această aplicație cere ca mașina să fie oprită atunci când se fac măsurătorile. În locul reflexiei optice, unii cercetători folosesc radare de penetrare a solului pentru a investiga mișcările de unde ale solului. Modificările de unde ale reflexiei pot indica modificări în densitatea solului sau restricții ale straturilor de pământ.
Figura 3.
Senzorii electrochimici pot oferi cea mai importantă categorie de informație necesară pentru agricultura de precizie – nivelurile nutritive ale solului și pH-ul. Atunci când mostrele de sol se trimit la un laborator, se desfășoară un set de proceduri standardizate. Aceste proceduri implică prepararea și măsurarea mostrelor. Unele măsurători (mai ales determinarea pH-ului) sunt efectuate folosindu-se un electrod ion-selectiv (cu sticlă sau membrană polimetrică sau tranzistor sensibil). Acești electrozi detectează activitatea ionilor specifici (nitrat, potasiu sau hidrogen in cazul pH-ului).
Unii cercetători încearcă să adapteze procedurile existente de preparare și măsurare a solului la conducerea de teste de laborator mobil. Rezultatele obținute pot să nu fie la fel de corecte ca testele de laborator, însă densitatea mare de mostre pot crește acuratețea generală a rezultatelor obținute din hărțile de sol privind cantitatea nutritivă sau pH-ul.
Senzorii de aer erau folosiți înainte pentru a măsura permeabilitatea aerului. Presiunea necesară pentru a strânge un anumit volum de aer în pământ la o adâncime fixă a fost comparată cu câteva proprietăți ale solului. Experimentele au demonstrat potențial în distingerea între diferite tipuri de sol, niveluri de umiditate și structuri de sol.
Senzorii acustici au fost investigați pentru a determina textura solului prin măsurarea schimbărilor în nivelul de zgomot apărute în urma interacțiunea unui instrument cu particulele din sol. Un raport slab între semnal și zgomot nu permite acestei tehnologii să se dezvolte.
2.2 Folosirea informațiilor despre senzori
Cu toate că diferiți senzori de sol bazați pe vehicule sunt în stare de dezvoltare, doar senzorii electromagnetici sunt disponibili pe piață și folosiți la scară largă. Ideal pentru producători ar fi să producă senzori care oferă alimentare pentru algoritmii existenți de prescripție. În schimb, senzorii actuali de pe piață oferă măsurări ale conductibilității electrice (EC) care nu pot fi folosiți în mod direct dacă valoarea absolută depinde de un număr anume de proprietăți fizice și chimice ale solului: textură, materie organică, salinitate, umiditate etc. Pe de altă parte, senzorii electromagnetici oferă informații importante despre diferențele și asemănările solului, ceea ce face posibilă împărțirea pământului în arii mai mici și mai consistente, arii care poartă denumirea de zone de management. De exemplu, astfel de zone pot fi definite în funcție de diferitele tipuri de sol din pământ. De fapt, hărțile de conductibilitate electrică pot arăta uneori mult mai bine legături între anumite tipuri de sol decât hărțile de sondaj, folosite pentru proprietățile rurale ale taxei de evaluare.
Diverse anomalii, cum ar fi dealurile erodate sau cu heleșteu pot fi ușor identificate pe o hartă de conductibilitate electrică. Hărțile de producție sunt și ele adesea corelate cu hărțile de conductibilitate electrică. În multe cazuri, astfel de asemănări pot fi explicate prin diferențele din sol. În general, hărțile de conductibilitate electrică pot indica zone unde este necesară o explorare ulterioară pentru a explica diferențele de producție. Atât hărțile potențialului producției cât și hărțile disponibilității nutritive au un tipar asemănător ca hartă pentru textura solului și/sau ca hartă pentru conținutul de materie organică. Adesea, aceste tipare pot fi descoperite și prin intermediul unei hărți de conductibilitate electrică.
Așadar, pare rezonabil să folosim cartografierea a proprietăților electromagnetice ale solului ca și cantitate importantă de informație pentru a descoperi eterogenitatea (diferențele) solului în cadrul aceluiași câmp (similar cu folosirea imagisticii solului). Zone cu conductibilitate electrică similară și cu o producție relativ stabilă pot primi un tratament egal care poate fi prescris pe baza câtorva mostre de sol din zonele cu conductibilitate electrică de pe hartă.
Senzori noi de sol sunt în proces de dezvoltare, motiv pentru care tratamente diferite ale ratelor variabile ale solului în timp real și bazate pe hărți pot fi aplicate din punct de vedere economic în arii de pământ mult mai mici, reducându-se astfel efectul variabilității solului în cadrul fiecărei zone de management. Este nevoie de hărți ale proprietăților solului mult mai corecte pentru a se implementa cu succes decizii de management. Densitatea inadecvată de mostre și costul mare de prelevare și analizare de mostre convenționale au limitat mulți factori. Senzorii bazați pe vehicule reprezintă o alternativă care ar putea îmbunătăți calitatea și reduce costurile hărților de sol. După ce domeniul se va dezvolta mai mult senzorii de sol vor putea fi folosiți pentru controlul investiției agricole în timp real și bazat pe hărți de sol. Astăzi sunt disponibile pe piață doar sisteme care cartografiază proprietăți electromagnetice ale solului. Aceste hărți pot fi folosite pentru a defini zonele de management care reflectă direcția evidentă a proprietăților solului.
Din fiecare zonă se pot preleva mostre, acestea putând fi tratate în mod independent. Zone de management mai mici vor fi fezabile când noi senzori de sol vor fi dezvoltați și comercializați. Senzorii pot îmbunătăți calitatea și scădea costurile hărților de sol, facilitând procesul de luare a deciziilor.
Capitolul 3. Caracteristicile și performanțele
traductoarelor
Elementele sensibile care detectează mărimea de măsurat sunt denumite senzori. Senzorul este elementul sensibil cu rolul de a sesiza mărimea de măsurat aplicata la intrarea sa, x(t) și de a o converti într-o altă mărime fizică, de aceeași natură sau de natură diferită, yint (t), care poate fi ușor măsurată, cel mai frecvent pe cale electrică. Conversia mărimii de intrare în mărime de ieșire la senzori se bazează pe efecte fizice sau chimice.
Senzorii care servesc numai la detectarea prezenței unei mărimi constituie o categorie aparte și se numesc detectori (detectori de proximitate, detectori de radiații ionizante etc.).
Ansamblul format din elementul sensibil (senzorul) și elementele de adaptare și prelucrare (condiționarea semnalelor) se numește tvaductov (Figura 1). În unele lucrări de specialitate nu se face o distincție clară între senzor și traductor.
Traductorul poate avea în structura sa mai mulți senzori, capabili să efectueze conversia mărimii de măsurat într-o mărime electrică, indirect, prin mai multe etape intermediare, până la obținerea mărimii de ieșire finale y(t). Ansamblul format dintr-un senzor integrat în același circuit (chip) cu elementul de adaptare poartă numele de traductor "integrat". Recent a apărut conceptul de senzor sau traductor "inteligent" care prezintă asocierea unui traductor cu un microprocesor (microcontroller). Astfel se pot obține semnale de ieșire cu mare imunitate la perturbații, liniarizarea caracteristicii de conversie a mărimii de intrare x(t) în mărimea de ieșire y(t), autocalibrarea, corecții față de diverși factori de influență, generarea unor mărimi de control. Traductoarele inteligente s-au dezvoltat rapid ca elemente componente principale ale sistemelor automate, de măsură, monitorizare și control, precum și în domeniul roboticii industriale.
Varietatea senzorilor este foarte mare deoarece, pe de o parte, așa cum se va vedea mai jos, există un număr considerabil de mărirni de măsurat, iar, pe de altă parte, pentru fiecare mărime de măsurat pot exista diferite metode de măsură, în funcție de fenomenul care stă la baza conversiei. Din multitudinea de senzori se remarcă amploarea considerabilă a utilizării senzorilor electrici.
Luând în considerare principiul de lucru și respectiv tipul de energie care se transformă în energie electrică, avem următoarele tipuri de senzori:
1. Senzori magnetici: transformă energia magnetică în energie electrică respectiv semnalul magnetic în semnal electric. Ca semnale magnetice putem avea:
intensitatea câmpului magnetic, inducția câmpului magnetic, permeabilitatea magnetică, magnetizarea.
2. Senzori mecanici: transformă energia mecanică în energie electrică, respectiv semnalul mecanic în semnal electric. Ca semnale mecanice putem avea: forță, presiune, torsiune, nivel de vid, viteză de curgere, debit, volum, grosime, nivel, poziție, deplasare, viteză, accelerație, rotație, lungime de undă acustică, amplitudine de vibrație.
3. Senzori termici: transformă energia terrnică în energie electrică, respectiv semnalul termic în cel electric. Ca semnale termice putem avea: temperatura, căldura, căldura specifică, entropia, fluxul de căldură.
4. Senzori de radiație: transformă energia radiantă în energie electrică, respectiv semnalul radiant în semnal electric. Ca semnale radiante avem: intensitatea luminoasă, lungimea de undă, polarizarea, faza, reflectanța, transmitanța, activitatea radioactivă.
5. Senzori chimici: transformă semnalul (energia) chimică în semnal (energie) electric. Ca exemple de semnal chimic putem avea: compoziția, concentrația, viteza de reacție, toxicitatea, potențialul de oxidare-reducere, pH-ul. Conversia de energie și respectiv semnal prezentată mai sus se poate rezuma în schema de mai jos:
[NUME_REDACTAT] figura de mai sus se remarcă faptul că un semnal neelectric poate fi convertit direct în semnal electric sau poate suferi mai multe conversii de tip neelectric înainte de a fi transformat în semnal electric. Ca un exemplu de conversii multiple se prezintă mai sus cu linie punctată transformarea semnalului mecanic în semnal termic care apoi este transformat în semnal electric.
Pe acest principiu funcționează anemometrul cu fir de platină folosit la măsurarea debitului de fluide (gaz, lichide), care este un semnal de tip mecanic (cm3/min., kg/min). În curgerea sa fluidul intâlnește un fir incălzit (rezistența electrică de platină). Datorită fluidului firul se răcește și atunci iși scade rezistența electrică. Această variație de rezistență este apoi sesizată ca o variație de tensiune (la alimentarea în curent constant) sau curent (la alimentarea rezistenței în tensiune constant). Deci semnalul mecanic (debit) a produs mai întâi o modificare de temperatură (semnal termic) și aceasta din nou a produs o modificare de tensiune sau curent (în funcție de modul de alimentare al anemometrului), deci a fost convertită în semnal electric.
Trebuie să menționăm că o anumită mărime neelectrică poate fi detectată cu ajutorul mai multor tipuri de senzori. De exemplu deplasarea poate fi convertită în variație de rezistență, de inductanță, de capacitate electrică etc.
Toți senzorii de mai sus se numesc senzori electrici, datorită conversiei semnalului neelectric în semnal electric. Noi ne vom ocupa cu studiul senzorilor electrici datorită avantajelor semnalelor electrice:
1. Semnalele electrice sunt foarte sensibile la variația semnalului ne-electric corespunzător (cel care le-a generat prin efectul de senzor);
2. Măsurarea semnalelor electrice provenite de la sursă necesită puteri electrie mici datorită curenților mici de utilizare (impedanțe de intrare foarte mari) în amplificatoarele operaționale ale instrumentelor folosite;
3. Semnalele electrice (aferente unor fenomene fizice care variază foarte rapid în timp), care se modifică foarte repede în timp pot fi ușor măsurate cu circuitele electronice care pot efectua mii de măsurători pe secundă;
4. Semnalele electrice primite de la senzori pot fi transmise cu mare viteză la mare depărtare (telemetrie) unde pot fi procesate ori stocate de calculatoare;
5. Semnalele electrice primite de la senzori sunt procesate în circuite integrate de o complexitate din ce in ce mai mare (sisteme integrate) realizate monolitic care au siguranță în funcționare inegalabilă de către circuitele tradiționale cu conexiuni prin fire;
6. Semnalele electrice oferă o mare varietate de metode de măsură. De exemplu o tensiune electrică poate fi măsurată prin intermediul unei frecvențe.
Din punct de vedere al energiei indispensabilă desfășurării procesului de măsurare, senzorii se pot clasifica în:
senzori activi (generatori);
senzori pasivi (parametrici).
Senzorii activi efectuează transformarea directă a energiei mărimii de măsurat, într-o energie asociată mărimii de ieșire, de regulă o mărime electrică.
Pentru a nu se perturba mărimea de măsurat și a nu afecta exactitatea măsurării, este necesar ca energia necesară formării semnalului de ieșire y0(t) preluată chiar de la fenomenul studiat, să fie suficient de mică. Senzorii activi furnizează un semnal electric, de obicei o tensiune electrică. În consecință, acești senzori sunt întâlniți în literatura de specialitate și sub denumirea de senzori generatori sau senzori energetici. Exemple de senzori generatori sau energetici sunt: senzorii termoelectrici, senzorii de inducție, la care mărimea de intrare este transformată direct într-o tensiune electrică. Marele avantaj pe care îl prezintă acești senzori constă în posibilitatea de măsurare directă a mărimii de ieșire cu un mijloc electric de măsurare.
Senzorii pasivi (parametrici) sunt destinați măsurării unor mărimi care nu permit eliberarea energiei de măsurare. Senzorii pasivi prezintă, ca marime de ieșire, o impedanță electrică sau componente ale acesteia: rezistență, capacitate, inductanță.
Senzorii pasivi se mai numesc și senzori parametrici sau modulatori. Pentru formarea semnalului de ieșire, în cazul senzorilor parametrici, este necesară folosirea unei surse auxiliare de energie. Ansamblul senzor pasiv – sursă de alimentare creează semnalul electric, ai cărui parametri (amplitudine, frecvență) sunt dependenți de caracteristicile mărimii de masurat. Exemple de senzori parametrici sunt: termorezistențele, fotorezistențele, traductorii capacitivi și inductivi de deplasare etc.
Alte criterii de clasificare ale senzorilor și traductoarelor se fac în funcție de:
natura mărimii de intrare (a se vedea tabelul cu mărimile detectate de senzori);
natura mărimii de ieșire (în tensiune, curent, frecvență etc.);
modul de variație al mărimii de ieșire (senzori analogici, digitali).
3.1 Procesul de măsurare
A măsura înseamnă a compara o mărime necunoscută (X) cu o alta de aceeași natură (x) luată drept unitate, după relația:
X = mx (i .1)
în care m reprezintă valoarea mărimii necunoscute (X). Această comparare este efectuată, de regulă, de către un aparat de măsură ce are memorată unitatea de măsură, în interior, pe scara gradată.
Mărimea de măsurat (X) se mai numește și măsurand.
Indicația aparatului de măsură (valoarea m) este percepută de către un operator (uman sau automat), iar acest rezultat al măsurării este transmis mai departe pentru a fi utilizat în practică (fig. i .1).
Schema bloc din figura i.1 sugerează că procesul de măsurare poate fi considerat ca o interfață între obiectul de măsură și domeniul de utilizare a rezultatului măsurării (control, verificare experimentală a unei teorii etc).
Din cauza imperfecțiunii aparatului de măsurat (AM) și a operatorului, precum și datorită prezenței unor factori perturbatori (FP), rezultatul măsurării este întotdeauna afectat de o eroare, iar nivelul acesteia definește calitatea de bază a unei măsurări: precizia; cu cât eroarea este mai mică, cu atât precizia este mai bună. Rezultatul unei măsurări nu prezintă nici o importanță practică dacă nu se cunoaște și precizia acestuia.
Pentru micșorarea erorilor și deci creșterea preciziei de măsurare, trebuie, în primul rând, eliminați sau menținuți la nivele constante, controlabile, toți factorii perturbatori (FP) cum sunt factorii de climă (temperatura, umiditatea, presiunea), câmpurile electrice, magnetice și electromagnetice. În afară de acestea mai trebuie precizate și condițiile tehnice de definire a mărimii X. De exemplu, dacă la măsurarea pierderilor în fier rezultă 2W/kg această cifră nu este concludentă dacă nu se specifică și valoarea inducției magnetice, respectiv frecvența la care au fost măsurate. Ca regulă generală se recomandă ca obiectele să fie măsurate în condițiile lor normale de lucru, sau cât mai apropiate de acestea.
Cu privire la aparatul de măsură și la operator este necesar să se observe următoarele:
Aparatul de măsură (AM) trebuie să fie cât mai adecvat scopului urmărit, iar o alegere judicioasă cere cunoașterea performanțelor și limitelor aparatului respectiv în condițiile reale de lucru. Principalul parametru de calitate al unui AM este precizia; această precizie trebuie verificată, de regulă, înaintea operației de măsurare, mai ales când se fac măsurări de mare răspundere, fără a acorda credit sută la sută indicațiilor din prospectul aparatului.
Operatorul uman. Cel mai solicitat simț al acestuia este văzul, iar în cazul măsurătorilor acustice se adaugă și auzul. În legătură cu aceste două simțuri se cunosc următoarele:
-Există un prag minim de sensibilitate sub care două stări vecine nu mai pot fi deosebite una de alta, prag care definește “rezoluția” operatorului;
-Senzația depinde logaritmic de excitație (legea Webwe-Fechner). Pentru a ține seama de această particularitate, unele aparate de măsură utilizate în electroacustică și în telecomunicații au scară logaritmică, gradată în decibeli (dB);
-Acuitatea vizuală și cea acustică se îmbunătățesc prin antrenament;
-Atât acuitatea vizuală cât și cea acustică scad rapid la creșterea gradului de oboseală.
În cazul utilizării operatorului automat este necesar ca aparatul de măsură să poată “vorbi” în limbajul acestuia. De exemplu, dacă operatorul este un calculator de proces, aparatul trebuie să furnizeze informația în codul acestuia. În figura i.2-a este dată schema de principiu a unui lanț de măsură.
Figura i .2
Observații :
Când măsurandul este o mărime neelectrică (de exemplu, temperatura), între OM și AM se interpune un dispozitiv care să-l convertească într-o mărime electrică X (de exemplu, o tensiune); un asemenea dispozitiv (termocuplu în cazul citat) se numește traductor (figura i.2-a).
In cazul mărimilor neelectrice este necesar, adesea, nu numai măsurarea ci și reglarea mărimii respective cum ar fi, de exemplu, măsurarea și reglarea temperaturii într-un cuptor de tratamente termice. În acest caz, în schema de măsurare (figura i.2-b) apare, în plus, un organ de decizie și acțiune (regulator automat de temperatură în cazul citat).
3.2 Caracteristici și performanțe traductoarelor în regim staționar
Caracteristicile funcționale ale traductoarelor reflectă (în esență) modul în care se realizează relația de dependență intrare-ieșire (I-E). Performanțele traductoarelor sunt indicatori care permit să se aprecieze măsura în care caracteristicile reale corespund cu cele ideale și ce condiții sunt necesare pentru o bună concordanță între acestea. Caracteristicile și performanțele de regim staționar se referă la situația în care mărimile de intrare și de ieșire din traductor nu variază, adică parametrii purtători de informație specifici celor două mărimi sunt invarianți.
Caracteristica statică a traductorului este reprezentată prin relația intrare – ieșire (I-E):
y = f(x) (1.1)
în care y și x îndeplinesc cerințele unei măsurări statice. Relația (1.1) poate fi exprimată analitic sau poate fi dată grafic printr-o curbă trasată cu perechile de valori (x , y). Caracteristica y = f(x) redă dependența I-E sub forma ideală deoarece, în realitate, în timpul funcționării traductorului, simultan cu mărimea de măsurat x, se exercită atât efectele mărimilor perturbatoare externe cât și a celor interne care determină modificări nedorite ale caracteristicii statice ideale.
În afara acestor perturbații (nedorite), asupra traductorului intervin și mărimile de reglaj, notate prin . Aceste reglaje servesc la obținerea unor caracteristici adecvate domeniului de variație al mărimii de măsurat în condiții reale de funcționare a traductorului. Ținând seama de toate mărimile care pot condiționa funcționarea traductorului, acesta se poate reprezenta printr-o schemă funcțională restrânsă, ilustrată în figura 1.1.
Reglajele nu provoacă modificări nedorite ale caracteristicii statice ideale și sunt necesare pentru:
alegerea domeniului de măsurare;
prescrierea sensibilității traductorului,
calibrarea internă și reglarea zeroului.
Fig. 1.1
Mărimile perturbatoare externe 1 , 2 , 3 , …, n cele mai importante sunt de natura unor factori de mediu: presiunea, umiditatea, temperatura , câmpuri electrice sau magnetice etc. Aceste perturbații (nedorite) pot acționa atât asupra mărimii de măsurat, cât și asupra elementelor constructive ale traductorului.
Mărimile perturbatoare interne se datorează zgomotelor generate de rezistoare, de semiconductoare, frecări în lagăre, îmbătrânirea materialelor care-și schimbă proprietățile, variații ale parametrilor surselor de alimentare etc. Datorită mărimilor perturbatoare, traductorul va funcționa după o relație de dependență (I-E) reală, descrisă de funcția:
; (1.2)
Este important de observat că erorile sunt generate de variațiile mărimilor perturbatoare și nu de valorile lor absolute, care dacă ar rămâne constante ar putea fi luate în considerare ca atare în expresia caracteristicii. Modul în care mărimile perturbatoare influențează ieșirea , admițând că variațiile lor sunt mici, se pune în evidență prin dezvoltarea în serie Taylor a funcției (2.1) cu neglijarea termenilor corespunzători derivatelor de ordin superior.
Se obține:
(1.3)
Derivatele de ordinul I au semnificația unor sensibilități:
– este sensibilitatea utilă a traductorului și și sunt sensibilități parazite.
Cu cât sensibilitatea utilă va fi mai mare, iar sensibilitățile parazite vor fi mai mici, cu atât caracteristica reală a traductorului va fi mai apropiată de cea ideală (1.1). Dacă sensibilitățile parazite au valori ridicate se impune introducerea unor dispozitive de compensare automată. Prin concepție (proiectare) și construcție, traductoarele se realizează astfel încât mărimile de influență (perturbatoare) să determine efecte minime și, deci, să se poată considera valabilă caracteristica statică ideală y = f(x) în limitele unei erori tolerate.
În ipoteza de liniaritate și admițând că influențele mărimilor perturbatoare nu depășesc eroarea tolerată, forma uzuală pentru caracteristica statică a traductoarelor analogice este:
; (1.4)
în care x0 și y0 pot lua diverse valori pozitive sau negative, inclusiv zero.
Caracteristicile statice liniare sunt tipice pentru traductoare, dar pot apărea, în anumite cazuri particulare, (cerute de un S.R.A.), caracteristici neliniare. În cele ce urmează se prezintă câteva exemple de caracteristici statice – pentru traductoare:
liniară unidirecțională – (figura 1.2), defintă prin funcția:
;
x x0
k = tg (panta caracteristicii)
b) proporțională liniară bidirecțională – (figura 1.3), definită prin funcția:
; k = tg (1.5)
liniară pe porțiuni cu zonă de insensibilitate și saturație – (figura 1.4) definită prin funcția:
(1.6)
liniară pe porțiuni cu zonă de insensibilitate, saturație și histerezis – (figura 1.5), definită prin funcția:
(1.7)
Pentru traductoarele cu ieșiri numerice caracteristica statică este cvasiliniară având forma din figura 1.6. Reprezentarea este pur convențională, graficul corespunzând echivalentului în sistemul de numerație zecimal al codului redat de semnalul YN de la ieșirea traductorului, pentru diverse valori ale mărimii de intrare, considerând un interval de cuantificare x. Prin unirea punctelor corespunzătoare valorilor medii ale nivelelor de cuantificare se obține o dreaptă (reprezentată printr-o linie discontinuă) ce reprezintă caracteristica statică a traductorului numeric. Exceptând discontinuitățile datorate operației de cuantificare, această caracteristică se consideră liniară. Estimarea mărimii de ieșire a traductorului (YN) este cu atât mai precisă, cu cât intervalul de cuantificare x este mai mic.
Figura 1.6 Figura 1.7
3.3 Caracteristici și performanțe în regim dinamic
Regimul dinamic al unui traductor corespunde funcționării acestuia în situația în care mărimea de măsurat (x) și implicit semnalul de ieșire (y) variază în timp. Variațiile mărimii de intrare nu pot fi urmărite instantaneu la ieșire , datorită inerțiilor care pot fi de natură: mecanică , electromagnetică , termică etc.
Funcționarea traductorului în regim dinamic este descrisă de o ecuație diferențială de tipul:
(1.26)
unde , sunt derivatele în raport cu timpul de ordinul q și k ale intrării x(t) și respectiv ieșirii y(t); și – sunt coeficienți (de regulă invarianți). Ecuația (1.26) caracterizează complet regimul dinamic al traductorului dacă sunt prevăzute: condițiile inițiale, valorile mărimilor x(t), y(t) și valorile derivatelor la momentul inițial t0.
Pentru ca traductorul (ca element fizic) să poată fi realizat practic este necesară condiția: n > m, deci se impune ordinul ecuației diferențiale. Pentru determinarea soluției ecuației (1.26) se utilizează tehnicile uzuale de rezolvare a ecuațiilor diferențiale liniare cu coeficienți constanți. După rezolvarea ecuației diferențiale (1.26) se obține soluția ecuației pentru condiții inițiale date și mărimea de intrare cunoscută sub forma unei anumite funcții de timp:
y(t) = ytl (t) + ytf (t) + ysf (t) (1.27)
Cei trei termeni ai soluției (1.27) au semnificațiile:
– ytl (t) componenta tranzitorie liberă, care nu depinde de intrare, dar depinde de dinamica traductorului, cât și de condițiile inițiale nenule de la ieșire;
– ytf (t) componenta tranzitorie forțată, care depinde atât de dinamica traductorului cât și de intrare (x);
– ysf (t) componenta forțată în regim stabilizat (sau permanent), în care, datorită neliniarității, se regăsește forma de variație a intrării.
Traductorul ideal, din punct de vedere al comportării dinamice, ar fi acela la care să existe numai ultima componentă în (1.27), fără componente tranzitorii. Analiza comportării dinamice a traductoarelor utilizând rezolvări ale ecuației (1.26) reprezintă operații complicate (deși posibile). Din acest motiv se utilizează metode mai simple care să asigure suficientă precizie, dar aprecieri și comparații mai rapide referitor la performanțele dinamice ale traductoarelor.
Adoptând ipotezele simplificatoare: condiții inițiale nule, intrări (x) – standard (impuls sau treaptă) se poate aplica transformarea directă Laplace ecuației diferențiale și rezultă funcția de transfer a traductorului:
; (1.28)
Funcția de transfer permite (f.d.t.) determinarea răspunsului (traductorului) în formă explicită pentru orice tip de variație a intrării (x). De asemenea, funcția de transfer permite o corelare între analiza teoretică a regimului dinamic și determinările experimentale.
Analiza performanțelor în regim dinamic (pentru traductoare) utilizând H(s) se poate face astfel:
În domeniul timpului – utilizând funcția indicială (răspuns la treaptă) sau funcția pondere (răspunsul la impuls);
În domeniul frecvenței, pe baza răspunsului permanent armonic la variația sinusoidală a intrării (x).
Analiza în regim dinamic este similară cu cea de la circuitele electronice (sau din teoria SRA) cu precizarea că valoarea benzii de stabilizare nu trebuie să depășească valoarea de 2% din semnalul de la ieșire în regim staționar (stabilizat) ys.
Fig.1.12 Funcția indicială a unui traductor analogic echivalent
cu un element de ordinul II (oscilant – amortizat).
Principalii indicatori de regim dinamic pentru traductoarele analogice sunt :
a) M – abaterea dinamică maximă (influențată de factorul de amortizare al traductorului);
b) Suprareglarea (supracreșterea) definită prin relația:
(1.29)
c) Abaterea (eroarea) dinamică curentă definită prin relația
D = y(t)-ys ; (1.30)
d) Timpul tranzitoriu (timp de răspuns) tt – definit ca la disciplina de B.S.A. Criteriul de delimitare a timpului tranzitoriu (tt) este stabilit prin relația:
(1.31)
3.4 Indicatori de regim dinamic pentru traductoare numerice
În cazul traductoarelor numerice care operează cu mărimi eșantionate, caracteristicile dinamice sunt descrise cu ajutorul ecuațiilor cu diferențe finite, sau al funcțiilor de transfer, utilizând variabila complexă , unde T este perioada de eșantionare.
Pentru traductoarele numerice, care au conectate la ieșire CAN (convertori analog – numerici), indicatorii tipici specificați sunt: timpul de conversie sau (uneori) rata de conversie care reprezintă numărul de conversii posibile în unitatea de timp.
Însumând timpul de conversie al CAN cu timpul tranzitoriu (tt) al părții analogice se obține timpul de stabilizare al mărimii la ieșirea traductorului numeric.
3.5 Caracteristici energetice
Orice operație de măsurare implică un consum energetic. Puterea, prin integrarea căreia rezultă energia consumată poate fi preluată total sau parțial de la mărimile de măsurat. Există mărimi active, care au asociată o putere suficientă pentru ca, prin intermediul unor ES adecvate, să asigure conversia directă într-un semnal electric. Când mărimile de măsurat sunt pasive este obligatoriu necesară, pentru conversia lor în semnal electric, o sursă de energie auxiliară.
Pentru a nu afecta rezultatul măsurătorii este necesar ca puterea preluată de la mărimile de măsurat să fie cât mai mică. În practica utilizării traductoarelor se pune problema adaptării impedanței aparatului de măsură (Zm) sau a traductorului (Ztr), în raport cu impedanța sursei Zs , astfel încât consumul energetic și erorile de măsurare să se mențină în limitele admise. Acest procedeu se numește adaptare de amplitudine sau nivel și se realizează prin utilizarea unor amplificatoare. În acest fel pe lângă adaptarea de nivel se realizează și o adaptare în putere. Consumurile de putere pot avea valori de la W până la W, valorile fiind specificate pentru fiecare traductor.
Pentru caracterizarea puterii solicitate de la măsurand, fiecărui traductor i se precizează în catalog sau pe placa indicatoare: impedanța de intrare pentru aparatul receptor, tipul sursei auxiliare (c.c. sau c.a.), valoarea parametrilor (tensiune, curent) și limitele admisibile de variație ale acestor parametri.
3.6 Elementele sensibile ale traductoarelor (ES)
Elementele sensibile (ES) constituie partea cea mai diversificată a traductoarelor. Acestea permit detectarea mărimii de măsurat din întreg ansamblul de mărimi care acționează în mediul înconjurător rejectând sau reducând la un minim acceptabil influența celorlalte. Dat fiind numărul și marea varietate a mărimilor care intervin în procesele automatizate și care trebuie măsurate cu ajutorul traductoarelor, rezultă implicit necesitatea unei multitudini de tipuri de elemente sensibile (ES), corespunzător acestor aplicații.
Elementele sensibile se pot clasifica :
după principiul de conversie a mărimii fizice aplicate la intrare:
elementele sensibile (ES) parametrice;
elementele sensibile (ES) generatoare.
Principiul conversiei este important pentru studiul general al traductoarelor și evidențierea fenomenelor fizice care stau la baza funcționării acestora (modul de conversie al mărimii de măsurat într-un anumit tip de mărime electrică).
după natura mărimii fizice de măsurat:
elemente sensibile (ES) pentru: deplasare, viteză, forță, debit, radiație etc.7
3.6.1 Elemente sensibile de tip parametric
Elementele sensibile (ES) parametrice (sau modulatoare) se utilizează atunci când mărimea de măsurat este pasivă, adică nu are asociată o putere suficientă, sau fenomenul fizic pe care se bazează conversia nu permite obținerea directă a unui semnal electric. Se numesc elemente sensibile parametrice deoarece mărimea de intrare (neelectrică) determină variația proprietăților de material care sunt de natura unui parametru electric de circuit (rezistența electrică, inductivitate, capacitate sau combinații ale acestora).
Pentru a pune în evidență aceste variații este nevoie de o sursă de energie auxiliară care generează tensiune sau curent constant, a cărei valoare este modulată de variația parametrului respectiv, obținându-se astfel un semnal electric ale cărei variații reproduc pe cele ale mărimii de măsurat. Mărimile fizice de natură neelectrică din cele mai diverse domenii (mecanică, chimie, termotehnică, radiații) pot fi convertite în mărimi de natură electrică datorată legilor fizice care exprimă dependența parametrilor (R, L, C) menționați la anumite materiale (conductoare, semiconductoare sau dielectrice) în raport cu aceste mărimi.
Relații fundamentale care stau la baza funcționării elementelor sensibile parametrice sunt:
Rezistența electrică a unui conductor omogen:
(2.1)
unde l – lungimea conductorului;
S – secțiunea conductorului;
ρ – rezistivitatea materialului.
Inductivitatea proprie a unui bobine (considerând circuitul magnetic liniar):
(2.2)
unde N – numărul de spire al bobinei;
lk – lungimea circuitului magnetic (k);
μk și sk – permeabilitatea magnetică și secțiunea mediilor ce formează circuitul magnetic al bobinei.
Capacitatea unui condensator plan cu armături paralele:
(2.3)
unde ε – permitivitatea mediului;
S – suprafața activă comună a armăturilor;
d – distanța între armături.
Pentru fiecare din cele trei elemente sensibile parametrice (R, L, C) se vor prezenta tabelar atât fenomenele fizice pe care se bazează conversia măsurandului, cât și aplicațiile recomandate.
1. Elemente sensibile (ES) rezistive (R)
Tabel 2.1.a
Elemente sensibile inductive (L)
Tabel 2.1.b
Elemente sensibile capacitive (C)
Tabel 2.1.c
Elementele sensibile (ES) parametrice sunt foarte răspândite datorită faptului că pot fi utilizate pentru conversia unei game foarte largi de mărimi cu domenii de variație diferită.
3.6.2 Elemente sensibile de tip generator
Elementele sensibile de tip generator (sau energetice) sunt utilizate în cazul mărimilor active, adică a acelor mărimi care asociază o putere ce poate fi utilizată pentru conversie fără a afecta valoarea mărimii măsurate. Aceste elementele sensibile (ES) furnizează la ieșire un curent, o tensiune sau o sarcină electrică având variații dependente de intrare (x). Pentru a influența cât mai puțin mărimea de măsurat, puterea luată de la aceasta trebuie să fie cât mai mică. În practică se utilizează surse auxiliare de energie pentru asigurarea unor performanțe ridicate și pentru a permite a bună adaptare de impedanță cu circuitele receptoare din SRA. În tabelul T 2.2 sunt date principalele tipuri de elemente sensibile – generatoare, fenomenele fizice pe care se bazează conversia și aplicațiile posibile.
Elementele sensibile (ES) de tip generator prezintă avantajul unei cuplări mai ușoare cu adaptorul, cât și structuri mai simple ale adaptorului, întrucât nu mai necesită conversia unui parametru de circuit (R, L, C) într-un curent sau tensiune – este vorba de elemente sensibile electromagnetice.
Elementele sensibile electrochimice și piezoelectrice (și chiar fotoelectrice) impun cerințe speciale, deoarece ele sunt considerate generatoare de tensiuni electromotoare cu impedanță internă foarte mare, ceea ce atrage după sine condiții severe pentru impedanța etajului de intrare în adaptor cât și modul de realizare a conexiunilor electrice (rezistența de izolație foarte bună, ecranare etc.).
Tabel 2.2
Observație: Pentru proiectant și constructor este utilă clasificarea după principiul de funcționare, dar pentru utilizator este mai convenabilă clasificarea elementelor sensibile după mărimile fizice pe care ES le poate detecta.
În tabelul 2.3. este prezentată o succintă clasificare a ES după mărimile fizice detectate.
Clasificarea elementelor sensibile după mărimile detectate
Tabel 2.3
Observații:
1) – Același tip de element sensibil poate fi utilizat pentru detectarea unor mărimi fizice foarte diferite. Explicația constă în aceea că urmărindu-se conversia într-o mărime electrică, este firesc ca elementele sensibile pasive să fie tot de tipul R, L, C, iar cele generatoare să furnizeze o tensiune, un curent sau o sarcină electrică. Al doilea argument constă în faptul că variațiile parametrilor R, L, C sau tensiunile și curenții generați depind, la rândul lor, de o multitudine de factori care, în cadrul unor fenomene fizice convenabil explorate (uneori cu elemente de cuplare adecvate) pot fi influențate de diverse mărimi.
2) – Pentru aceeași mărime fizică convertită pot fi utilizate mai multe tipuri de elemente sensibile. Alegerea celor mai potrivite elemente sensibile de face în funcție de:
gama de variație a mărimii măsurate;
posibilitatea de cuplare la proces;
factorii de mediu;
performanțele impuse;
factorii economici.
3.7 Adaptoare (AD)
Rolul adaptorului este acela de a converti semnalul generat de elementul sensibil într-un semnal electric de ieșire (Y) de regulă unificat. Semnalele de ieșire fiind unificate, rezultă că etajele de ieșire ale adaptoarelor sunt similare pentru același tip de semnal unificat. Diferențieri constructive apar pe partea de intrare în traductoare, care recepționează mărimile diversificate (ca natură fizică și domeniu de variație) furnizate de elementele sensibile.
3.7.1 Adaptoare pentru elemente sensibil de tip parametric
Ținând seama că adaptoarele de acest tip transformă variațiile parametrilor R, L, C în tensiune sau curent electric, rezultă că etajele de intrare în aceste adaptoare utilizează punți de curent continuu sau alternativ, funcționând în regim dezechilibrat. La ieșirea punților de măsurare se obține un semnal de dezechilibru care este amplificat și convertit (de etajul final al adaptorului) în semnal unificat. Pentru a elimina influența perturbațiilor se utilizează (de regulă) o buclă de reacție negativă astfel încât aceasta să includă cât mai multe din blocurile componente ale adaptorului. Dacă schema de măsurare sau elementul sensibil prezintă neliniarități importante se prevăd în schema adaptorului blocuri de liniarizare (sub forma unor generatoare de funcții) plasate fie pe calea directă, fie pe calea de reacție a adaptorului.
Structura unui adaptor pentru un element sensibil rezistiv este prezentată în figura 2.1:
Fig.2.1
SM – schemă de măsurare tip punte Wheatstone în curent continuu (regim dezechilibat);
BC – bloc de comparație care calculează diferența între U = Ud – Ur ;
A – amplificator de tensiune continuă;
CTC – convertor tensiune – curent care asigură semnalul unificat de curent la ieșire (IC= [2…10] mA sau [4…20] mA;
BR – bloc de reacție negativă care furnizează tensiunea Ur, proporțională cu semnalul unificat Ic. În unele cazuri blocului de reacție i se atașează și un circuit de liniarizare (BRL);
BL – bloc de liniarizare introdus atunci când este necesar să se compenseze neliniaritățile generate de elementul sensibil sau puntea de măsurare.
În afara elementelor din schema bloc se prevăd și surse de alimentare necesare circuitelor utilizate. Alimentarea punții Wheatstone necesită o tensiune U0 foarte bine stabilizată, deoarece tensiunea de dezechilibru Ud este influențată de variația lui U0.
– A – poate fi de tipul cuplare directă sau cu modulare-demodulare, în funcție de valoarea tensiunii Ud , de condițiile de adaptare a impedanțelor și de necesitatea separării galvanice.
– CTC – este realizat cu tranzistoare de putere (medie) deoarece amplificatoarele integrate nu pot asigura la ieșire puterea necesară. (ex. 20mA pe 600Ω). Conexiunile de tip Darlington sunt frecvent utilizate.
– BR – este realizat (de cele mai multe ori) dintr-un divizor rezistiv de tensiune sau de curent;
– BL – realizat cu diode Zener, tranzistoare etc. care introduc în mod intenționat neliniarități de sens opus celor furnizate de elementele sensibile sau de schemele de măsurare.
Observație: În cazul elementelor sensibile de tip inductiv sau capacitiv, schemele de măsură sunt punți de curent alternativ în regim dezechilibrat, iar amplificatoarele de curent alternativ sunt de tip selectiv, acordate pe frecvența de alimentare a schemelor de măsurare (a punților de curent alternativ). Separarea galvanică este ușor de asigurat, utilizând transformatoare de cuplaj, dar reacția globală (cu cât mai multe elemente în buclă) și liniarizarea devin mai complicate.
3.7.2 Adaptoare pentru elemente sensibile de tip generator
Acestea au în principiu aceeași structură ca în figura anterioară, (2.1), dar lipsește schema de măsurare (SM). Semnalul dat de elementele sensibile se aplică direct la intrarea amplificatorului. Dacă există reacție, comparația se realizează într-un singur montaj diferențial de tensiune. Întrucât lipsește (SM) care printr-o proiectare adecvată realiza și o adaptare de impedanță, amplificatoarelor folosite în cadrul acestor adaptoare li se impun o serie de cerințe care sunt strâns legate de caracteristicile semnalului generat de elementele sensibile.
Cele mai frecvent întâlnite semnale generate de ES sunt :
tensiuni continue de nivel foarte redus;
tensiuni alternative cu frecvență variabilă în limite largi;
tensiuni continue sau alternative obținute de la surse cu impedanță proprie foarte mare.
Măsurarea tensiunii de nivel foarte redus (mV), cum este cazul termocuplurilor, este afectată de deriva tensiunii de decalare datorită rezistenței sursei de semnal, care este relativ mică.
Exemplu: dacă termocuplul Pt. Rh-Pt are o sensibilitate de ordinul 10V/ºC, iar amplificatorul are o derivă de tensiune de 15V/ºC, rezultă că la o variație a temperaturii de 10ºC, deriva va fi de 150 V ceea ce corespunde unei erori de temperatură de 15ºC, evident neacceptabilă. Pentru reducerea derivelor, deci a erorilor de măsurare se utilizează amplificatoare integrate de măsurare, cu performanțe ridicate care pot asigura derive de 0,25 V/ºC sau 0,1V/ºC, la fel ca cele realizate de amplificatoarele cu modulare-demodulare, dar mult mai ieftine și mai simple.
În cazul traductoarelor electromagnetice (tahogeneratoare, traductoare de debit cu turbină etc) care utilizează semnale alternative cu frecvență variabilă în limite largi se folosesc amplificatoare de bandă largă 1Hz …106 Hz, care au cuplaje RC între etaje și au reacție negativă, pentru a asigura liniaritatea și amplificări constante pe întreaga bandă. Atunci când sursa de semnal a elementelor sensibile are rezistență sau impedanță internă foarte mare, de ordinul (108 …109 Ω) este necesar ca în aceste situații măsurarea să se facă fără consum de putere de la sursa de semnal (traductoare de pH, traductoare de debit electromagnetice, piezoelectrice). În aceste cazuri amplificatoarele conținute în adaptoare, numite amplificatoare electrometrice, trebuie să aibă impedanțe de intrare de ordinul (1012 …1014)Ω. Acest lucru se poate realiza utilizând:
amplificatoare cu modulator utilizând diode varicap;
amplificatoare realizate cu tranzistoare de tip MOS.
Celelalte blocuri funcționale sunt aceleași cu cele descrise la adaptoarele pentru ES parametrice.
3.7.3 Adaptoare utilizând scheme de măsurare cu echilibrare automată
Măsurarea precisă a tensiunii sau a curenților de nivel scăzut (dați de elementele sensibile generatoare) se poate face cu scheme de măsurare de tip compensator care realizează compararea tensiunii sau curentului respectiv cu mărimi similare a căror valori pot fi reglate automat și cunoscute cu precizie. În acest fel măsurarea se poate face fără consum de putere de la elementele sensibile, deci se elimină erorile sistematice de metodă. Întrucât mărimile furnizate de elementele sensibile sunt variabile în timp, este necesar ca operația de compensare cât și echilibrarea punților să se facă automat.
A – Compensatoare automate
Schema de principiu a unui compensator pentru măsurarea tensiunilor de nivel redus (cazul termocuplurilor) este prezentată în figura 2.2.
Fig. 2.2
Schema reprezintă un sistem automat în circuit închis (sistem de urmărire) având ca intrare tensiunea Ux (de la ES), iar ca ieșire deplasarea unghiulară a axului servomotorului (SM). Acesta acționează asupra cursoarelor potențiometrelor P1 și P2 prin intermediul reductoarelor R1 și R2 și asupra unui dispozitiv de indicare și înregistrare (I ) pe diagrama (S). [NUME_REDACTAT] se compară cu tensiunea UC (de comandă), culeasă de la potențiometrul P1 și care variază liniar cu poziția cursorului. Diferența de tensiune U=Ux-UC este amplificată de amplificatorul A și aplicată servomotorului SM, care se rotește și prin reductorul R1 deplasează cursorul potențiometrului P1, până când (Ux=UC), deci (U=0). Simultan servomotorul (SM) antrenează dispozitivul de indicare sau înregistrare (I), care se oprește pe o poziție la care se poate citi valoarea mărimii măsurate. Asemănător, prin reductorul R2 se antrenează cursorul potențiometrului P2, obținându-se tensiunea de ieșire Ue =KUx , care poate fi de natura unui semnal unificat, în domeniul [0…10] Vcc.
Observații:
[NUME_REDACTAT] este culeasă între cursorul lui P2 și altă poziție (decât capetele potențiometrului) corespunzătoare unei valori de referință, atunci P2 + sursa poate îndeplini funcția de comparator pentru un SRA (sistem de reglare automată) în care se află inclus traductorul. În acest caz , Ue = K(Uref – Ux) și reprezintă semnalul de eroare pentru SRA. Servomotorul (SM) având o caracteristică de element integrator, compensatoarele respective sunt denumite de tip integral. Caracterul integrator al servomotorului prezintă avantajul că la o variație treaptă a mărimii de intrare eroarea staționară este nulă.
B – Puntea cu echilibrare automată
Structura punților cu echilibrare automată este asemănătoare cu cea a compensatoarelor automate, așa cum se observă din figura 2.3.
Variațiile R ale elementului sensibil rezistiv conduc la dezechilibrarea punții și la apariția tensiunii de dezechilibru Ud care acționează prin amplificatorul A, asupra servomotorului SM, astfel încât puntea să se echilibreze prin deplasarea cursorului potențiometrului P1. În regim echilibrat precizia măsurării depinde numai de precizia rezistențelor R1, R2, R3 și P1, eliminându-se erorile cauzate de variația tensiunii (care intervine numai la punți dezechilibrate). De asemenea, se elimină și erorile de neliniaritate, care la variații mari R afectează puternic tensiunea Ud și impun utilizarea circuitelor de liniarizare. Semnalele de ieșire, indicarea sau înregistrarea valorilor mărimii măsurate se realizează la fel ca în figura 2.2 (ca și în cazul compensatorului).
Performanțe:
precizia 0,25…0,5 %;
deriva de temperatură ;
eroarea la variația tensiunii de alimentare : 0,1% … 1%.
Datorită existenței unor elemente în mișcare (role, reductor) – performanțele în regim dinamic sunt reduse și ca urmare astfel de adaptoare sunt utilizate numai pentru procese lent variabile în timp (cu banda de frecvență f 1Hz).
Fig. 2.3.
3.7.4 Adaptoare pentru traductoare numerice
În cazul reglării sau conducerii numerice a proceselor este necesar ca traductoarele să fie prevăzute cu ieșiri numerice.
– Traductoarele numerice au semnale de ieșire compatibile TTL – care reprezintă valoarea măsurată în cod binar sau binar codificat zecimal.
– Obținerea semnalelor numerice la ieșirea traductorului este posibilă prin utilizarea unor convertoare analog-numerice (C.A.N.) care să transforme semnalul analogic (unificat) obținut la ieșirea unuia din adaptoarele prezentate anterior, într-un semnal numeric la ieșirea traductorului (figura 2.4).
Pentru conversia analog – numerică există convertoare realizate cu componente discrete sau cu circuite integrate. Ținând seama de principiile funcționale, cele mai utilizate CAN sunt:
a) C.A.N. cu reacție:
– cu trepte egale de tensiune;
– cu aproximații succesive.
b) C.A.N. prin integrare.
C.A.N. sunt mult mai complexe decât adaptoarele (dar mai scumpe), deci utilizarea lor trebuie să se justifice economic. Utilizarea C.A.N. este justificabilă dacă se folosesc circuite electronice de multiplexare a ieșirilor analogice, astfel încât un singur C.A.N. să fie folosit pentru măsurarea (conversia) mai multor semnale analogice.
Fig. 2.4 – Schema unui traductor cu semnal de ieșire numeric.
În comparație cu principiul de funcționare al C.A.N. cu reacție, unde ieșirea C.A.N. se compară cu semnalul analogic de la intrare (care este afectat de zgomot), în cazul C.A.N. prin integrare, acest dezavantaj este înlăturat. C.A.N. prin integrare funcționează astfel : ieșirea numerică (digitală) depinde de valoarea integrală a mărimii analogice de intrare într-un timp bine stabilit.
Cele mai utilizate C.A.N. prin integrare sunt cele cu dublă pantă, a căror schemă este prezentată în figura 2.5:
Fig. 2.5
– Conversia mărimii analogice de intrare se realizează în două secvențe. În prima secvență tensiunea de intrare se aplică integratorului o perioadă de timp (T1), determinată prin blocul logic de comandă. Deci rampa obținută are durată constantă și pantă variabilă proporțională cu valoarea semnalului analogic de intrare (Vin), figura 2.6.
– Sensul de creștere sau descreștere al rampei depinde de polaritatea tensiunii de intrare. În a doua secvență i se aplică integratorului o tensiune de referință care are sensul opus semnalului de intrare. Se va genera o rampă de tensiune în sens opus primei rampe.
Fig. 2.6
Curentul de descărcare al condensatorului (încărcat după prima treaptă) este constant în timp, panta rampei de descărcare este constantă, deci durata de descărcare (T2) va fi variabilă, proporțională cu valoarea tensiunii la care s-a încărcat condensatorul. Comparatorul C semnalizează sfârșitul descărcării condensatorului, adică trecerea prin zero a tensiunii de la ieșirea integratorului.
Tensiunea de la ieșirea integratorului la sfârșitul primei secvențe este:
(2.4)
Semnalul obținut prin integrarea tensiunii de referință pe durata de descărcare T2 este:
(2.5)
Din egalitatea tensiunilor, exprimate prin relațiile (2.4) și (2.5), valabilă în momentul t’ rezultă:
(2.6)
Considerând referința constantă (Vref = ct.) se observă că durata de descărcare (T2) variază liniar cu tensiunea de intrare. Deoarece T1 este măsurat cu un semnal de tact de frecvență f0 , iar mărimea sa este: T1= Nf0 ; unde N este valoarea prefixată (arbitrar), iar T2 este măsurat cu aceeași frecvență având valoarea: T2 = Nxf0 , din egalitatea anterioară (2.6) rezultă:
(2.7)
Deci, numărul de impulsuri (Nx) înregistrat în numărător este direct proporțional cu tensiunea de intrare (VIN) dacă Vref și valoarea lui N sunt constante (prescrise).
În construcția traductoarelor numerice prezintă interes deosebit elementele sensibile care pot furniza la ieșire semnale periodice sinusoidale sau impulsuri, a căror frecvență este dependentă liniar de mărimea de măsurat.
Conversia frecvenței sau duratei în cod (numeric) poate fi realizată cu ajutorul unor scheme de complexitate mai mică ca în figura 2.7.
Fig.2.7
Mărimea de ieșire din E.S. este convertită în frecvență sau durată de impulsuri prin blocul CF (convertorul în frecvență). Semnalele obținute sunt aplicate circuitului de poartă CP care realizează funcția “SI”. CP primește un semnal de referință de la GT (generator de tact ) care, în cazul conversiei în frecvență, reprezintă un interval de timp calibrat, iar la conversia în durată – o frecvență calibrată. În acest mod, la ieșirea blocului CP rezultă un număr de impulsuri, proporțional cu x, care este acumulat de numărătorul N, eventual reținut într-o memorie tampon (MT) și transferat la ieșire sub formă numerică yN – în codul necesar (de regulă binar sau binar codificat zecimal) de către un decodificator adecvat (D). Blocul de control (BC) comandă funcționarea, într-o anumită succesiune logică, acelor trei blocuri din figură și asigură modurile de operare ale acestora.
3.8 Caracteristici constructive
Calitatea efectivă a unui traductor este determinată, atât de concepția care dă principiul de funcționare, cât și de modul în care este realizat constructiv acesta. Condițiile efective de funcționare oferite de industrie pot impune cerințe constructive diferite, chiar dacă măsurandul și intervalul de variație al acestuia sunt aceleași. Caracteristicile constructive determină modul în care un traductor își păstrează caracteristicile funcționale sub acțiunea mărimilor de influență care se exercită în cazul diverselor aplicații. În cele ce urmează se prezintă câteva din caracteristicile constructive ale traductoarelor:
[NUME_REDACTAT] este o noțiune de ordin calitativ. Este dată de capacitatea traductorului de a funcționa corect în condiții de șocuri, vibrații, variații mari de temperatură, umiditate, presiune, agenți nocivi (chimici sau biologici).
Capacitatea de supraîncărcare
Această noțiune definește proprietatea unui traductor de a suporta valori ale mărimii de măsurat care depășesc limita superioară a domeniului – fără ca prin aceasta să rezulte modificări ale performanțelor funcționale (liniaritate, precizie, sensibilitate) sau deteriorări constructive. Capacitatea de supraîncărcare se exprimă prin raportul între: valoarea maximă nedistructibilă și limita superioară a domeniului. Prin valoare nedistructibilă se înțelege valoarea măsurandului peste limita superioară a domeniului care după ce își încetează acțiunea, permite revenirea traductorului la caracteristicile inițiale. Capacitații de supraîncărcare i se asociază un timp de exercitare: timp scurt (când solicitarea este numită șoc); timp îndelungat (pentru suprasarcină) .
Observație: pentru a proteja aparatura de automatizare unele traductoare limitează (printr-un dispozitiv de protecție) valoarea superioară a semnalului de ieșire (y), chiar dacă apar depășiri ale semnalului de intrare (x).
Protecția climatică
Acest tip de protecție reprezintă ansamblul de măsuri care se iau în cadrul calculelor de dimensionare și alegere a materialelor, pieselor și componentelor, în proiectarea formei și detaliilor constructive (în special ale carcasei), în stabilirea acoperirii suprafețelor și a tehnologiei de execuție, pentru a se asigura că acțiunea complexă a factorilor climatici pe o anumită durată să nu influențeze nefavorabil proprietățile funcționale sau aspectul traductorului – în condițiile reale de utilizare.
Conform STAS 6535-83 și recomandărilor CEI ([NUME_REDACTAT] Internațional) tipurile de protecție climatică sunt:
N protecție pentru climat temperat;
F protecție pentru climat rece;
TH protecție pentru climat tropical umed;
TA protecție pentru climat tropical uscat;
EF protecție pentru climat foarte rece;
M protecție pentru climat temperat marin rece;
MT protecție pentru climat tropical marin.
Simbolurile au semnificațiile: T Tropicus; A Aridus; H Humidus; F Frigidus.
Fiecare tip de protecție climatică cuprinde mai multe categorii:
Categoria 1: pentru aparate (inclusiv traductoare) utilizate în aer liber;
Categoria 2: aparate utilizate în spații exterioare acoperite (fără: șocuri vibrații, radiații solare, precipitații);
Categoria 3: pentru aparate ce funcționează în spații închise și care nu au modificări rapide de temperatură, fără praf, șocuri, precipitații sau radiații solare.
Categoria 4: pentru aparate (traductoare) ce funcționează în spații închise având condiții climatice reglate artificial.
Valorile standard ale solicitărilor factorilor climatici sunt date în tabelul T – 1.1.
Tabelul 1.1
[NUME_REDACTAT] sunt considerate 3 (trei) zone climatice:
Climat temperat rece (-33oC ~ +34oC) și 95% umiditate relativă la temperaturi de +23oC (IAȘI – HUȘI, BRAȘOV; SIBIU, BAIA MARE, SATU MARE ([NUME_REDACTAT]);
Climat temperat cald (-20oC ~ +35oC) și 95% umiditate relativă la temperaturi de +25oC: Dobrogea, [NUME_REDACTAT] (partea BUZĂU), [NUME_REDACTAT];
Climat cald – uscat (-20oC ~ +40oC) și 95% umiditate relativă la temperaturi de +27oC: [NUME_REDACTAT] (GIURGIU), sudul Bărăganului .
Modalitățile de protecție antiexplozivă sunt:
a) Capsulare antideflagrantă execuție “d” (STAS 6877/1-74) simbolizată prin Ex. d.
În acest caz părțile electrice care pot aprinde o atmosferă explozivă sunt introduse într-o carcasă capabilă să suporte o explozie a unui amestec exploziv pătruns în interiorul acesteia, fără să sufere avarii sau să permită propagarea exploziei în exterior prin îmbinări sau alte căi.
b) Capsulare presurizată execuție “p” (STAS 6877/2-74) – simbolizată prin Ex. p, prin care părțile potențial generatoare de explozii sunt introduse într-o carcasă, unde este asigurată o atmosferă protectoare prin presurizare cu gaz inert care împiedică pătrunderea atmosferei explozive în interiorul carcasei.
c) Siguranță intrinsecă execuție “i” (STAS 6877/4-74) simbolizată Ex. i, prin care nici un circuit prin care trece curent electric nu poate aprinde o atmosferă explozivă, atât în condiții normale de funcționare cât și în caz de defect, prin scântei electrice sau efecte termice.
d) Înglobare în nisip execuție “q” (STAS 6877/5-74) simbolizată Ex.q părțile capabile să aprindă o atmosferă explozivă prin scântei sau arcuri electrice sunt închise într-o carcasă înglobată în nisip.
e) Imersie în ulei execuție “o” (STAS 6877/6-74) simbolizată prin Ex. o prin care părțile capabile să aprindă atmodfera explozivă sunt imersate în ulei, deci scânteile sau gazele fierbinți formate sub ulei nu pot declanșa explozii în zona de deasupra suprafeței uleiului.
f) Siguranță mărită execuție “e” (STAS 6877/7-74) Ex. e prin care se iau măsuri suplimentare pentru a crește gradul de siguranță împotriva aprinderilor prin scântei, arcuri electrice etc.
g) Protecție specială execuție “s” standard german (VDE) simbolizată prin Ex. s, ce presupune măsuri suplimentare față de cele menționate anterior contra aprinderii atmosferei explozive.
Protecția anticorozivă
Acest tip de protecție se are în vedere din faza de proiectare și urmărește ca elementele sensibile (ES) și restul elementelor constructive să reziste acțiunii corozive a unor factori din mediul ambiant. Astfel, elementele sensibile (ES) se construiesc din materiale care nu sunt afectate de agenți corozivi, iar suprafețele exterioare ale traductoarelor se protejează cu substanțe (acoperiri) de protecție anticorozive, utilizând una din metodele: vopsire, galvanizare, cadmiere, nichelare etc.
Capitolul 4. Prezentarea programului Surfer
4.1 Aplicații ale programului [NUME_REDACTAT] este pachetul software cel mai performant destinat generãrii curbelor de nivel și al planurilor 3D de diferite tipuri. Surfer transformã datele XYZ în rezultate editabile, de înaltã calitate, cu tematici multiple, de tipul:
● Curbe de nivel;
●Suprafațã;
●Rețea spațialã;
●Model de teren;
●Imagine spațialã virtualã;
●Plan vectorial;
●Planuri de poziționare;
Foaia de lucru
Surfer conține o pagină de calcul complet înzestrată pentru crearea, deschiderea, editarea și salvarea fișierelor de date. Mărimea fișierelor de date poate avea maxim 1 bilioane de rânduri depinzând de memoria disponibilă. Se poate utiliza funcțiile Clipboard-ului din Windows pentru Cut, Copy și Paste, datele în cadrul paginii de calcul Surfer sau între aplicații.
Proprietățile foii de lucru:
Importarea fișierelor în format DAT, DBF, MDB, TXT, SLK, XLS, XLSX, WKx, WRx, CSV, BNA sau formate BLN;
Deschiderea bazei de date direct în fișa de lucru Surfer;
Calculul statisticilor de date;
Transformarea datelor cu ajutorul funcțiilor matematice avansate;
Sortarea datelor pe bază de chei primare și secundare;
Atribuirea de sisteme de coordonate proiectate datelor și conversia datelor în alte proiecții sau sisteme de coordonate;
Selectarea unui sistem predefinit de coordonate: geografic (lat/long), sau unul din sistemele de proiecție suportate (Polar/Arctic/Antarctic, Regional/Național, [NUME_REDACTAT], UTM și World);
Crearea unui sistem de coordonate proprii prin selectarea unuia din proiecțiile suportate, specificarea setărilor de proiecție, și specificarea unui punct de bază din cele 400 puncte de bază predefinite sau definirea unui punct de bază propriu;
Adăugarea sistemelor des utilizate în liste de Preferințe;
Utilizarea funcțiilor Căutare/Înlocuire;
Printarea paginii de lucru;
Salvarea datelor în unul dintre formatele: XLS, XLSX, SLK, CSV, TXT, DAT, BLN și BNA.
[NUME_REDACTAT]
[NUME_REDACTAT] face simpla editare a oricărui obiect. Prezintă toate obiectele unui document într-o structură ierarhică arborescentă. Se selectează obiectele pentru editarea lor ușoară și pentru vizualizarea sau ascunderea lor.
Funcții de grilaj
În afara generării hărților, se poate efectua un număr de funcții cu fișierele de grilaj. Câteva dintre aceste funcții sunt enumerate în lista de mai jos:
– Calculul ariilor sau volumelor fișierelor de grilaj. Se poate calcula aria planului sau suprafața, sau se poate calcula volumul dintre două grile sau dintre un plan orizontal și un fișier de grilaj.
– Atribuirea unei ecuații matematice unui fișier de grilaj. De exemplu: scăderea grilelor, transformarea valorilor extreme în valori minime sau maxime, sau înmulțirea fișierului de grilaj cu o constantă pentru conversia valorilor Z din metri în picioare.
Folosirea filtrelor de grilaj în vederea accentuării detaliilor, sau pentru eliminarea schimbărilor de fond.
Blancuirea anumitor regiuni ale fișierului de grilaj, pentru eliminarea apariției contururilor în aceste regiuni (de ex. drumuri, clădiri, sau zone în afara zonei de măsurare).
Generarea de secțiuni transversale sau de profile topografice.
Unificarea mai multor fișiere de grilaj într-un singur fișier de grilaj.
Scăderea subseturilor de grilă sau a DEM-urilor pe bază de rânduri sau coloane.
Transformare, offset, rescalare, rotire sau grilaje oglindă.
Finisarea fișiereleor de grilaj pentru generarea de hărți mai detaliate.
Calcularea derivatelor de ordinul întâi sau doi în direcțiile definite de către utilizator.
Calcularea operatorilor diferențiali și integrali folosind operatori tip gradient, Laplace, bi-armonic sau volum integrat.
Analiza datelor prin analize Fourier sau spectrale.
Calculul rezidualilor pentru estimarea diferențelor dintre valorile Z originale și cele interpolate.
Editarea interactivă a nodurilor individuale de grilaj.
Surfer este pachetul software cel mai performant destinat generãrii curbelor de nivel și al planurilor 3D de diferite tipuri. Surfer transformã datele XYZ în rezultate editabile, de înaltã calitate, cu tematici multiple, de tipul:
Curbe de nivel
Suprafatã
Rețea spatialã
Model de teren
Imagine spațialã virtualã
Plan vectorial
Planuri de poziționare
Surfer-ul pune la dispoziție multiple metode de interpolare și posibilitatea controlãrii parametrilor de calcul. Surfer interpoleazã rapid și precis valori poziționate regular sau iregular într-o rețea cu pas fix. Existã doisprezece metode de interpolare, pentru generarea fișierelor de interpolare care reprezintã cel mai bine datele. În același timp permite generarea curbelor de nivel (și a altor izolinii) și a planurilor 3D de diferite tipuri.
Dintre cele 12 metode de interpolare am ales pentru analiza metoda de interpolare Kriging. Kriging-ul pleacă de la presupunerea că în jurul unui punct, valorile din punctele apropiate vor fi asemănătoare celei din punctul central, diferențele crescând proporțional cu distanța fața de acesta.
Figura: Fișier pentru alegerea metodei de interpolare.
Capitolul 5. Studiu de caz
Cantitati de P, N, K, Ca utilizate de urmatoarele culturi:
În cele ce urmează se propune o modalitate de integrare a informațiilor privind concentrația solului unui teritoriu cu N, P, K.
Tabel: Amplasarea în plan a punctelor de prelevare a probelor de sol
[NUME_REDACTAT] X-Y a punctelor de unde s-au luat probe
Au fost prelevate din acest teritoriu probe de sol din 16 profile, pentru care s-au determinat concentrațiile de substante nutritive pentru culturi.
Tabel: Concentrațiile de N, K, P prelevate din cele 16 puncte.
Pentru că evaluarea acestora se face prin prelevarea de eșantioane de sol dintr-un număr limitat de profile distribuite aleatoriu în teritoriu, după analizele de laborator se obțin doar informații punctuale. Deoarece profilelele de sol sunt distribuite în spațiu ordonat sau neordonat, se poate vorbi de un model rețea sau un model neregular (triangular). În modelul rețea punctele (poziționarea profilelor) coincid cu intersecțiile unei grile regulate. Pornind de la aceste date sursă concentrațiile diverselor elemente N, K, P (în cazul aplicației noastre) reprezentate în MNT sunt în general derivate cu ajutorul unei interpolări. Pentru această aplicație GIS am folosit soft-ul Surfer.
[NUME_REDACTAT]:
Interpolarea dateleor pentru concentrația de K ( Potasiu)
Harta de contur arată concentrația de K prin interpolare cu metoda Kriging, și apmlasarea datelor corespunzătoare.
Figura: Harta de contur 2D
Figura : Imaginea concentrației: cu cât e mai alb cu atât concentrația e mai mare
Figura: Suprafata 3D prvind nivelul de concentrație K
în cazul hărții generate 3D ne putem da seama unde avem o concentrație mare sau mică de K, iar pe baza acestor estimări putem utiliza fertilizatori numai în locurile necesare, astfel asigurăm o producție maximă cu cheltuieli minime.
Interpolarea datelor pentru concentrația de N (Azot)
[NUME_REDACTAT] de contur 2D
Figura : Imaginea concentrației: cu cât e mai alb cu atât concentrația e mai mare
Figura: Suprafata 3D prvind nivelul de concentrație N [NUME_REDACTAT] datelor pentru concentrația de P (Fosfor)
[NUME_REDACTAT] de contur 2D
Figura : Imaginea concentrației: cu cât e mai alb cu atât concentrația e mai mare
Figura: Suprafata 3D prvind nivelul de concentrație K
Din cazul studiat cu concentratiile de N,K,P se pot observa relativ usor deficientele solului in cele 3 concentratii, si se pot lua masuri de reducere a carentelor prin amplasarea fertilizatorilor in zonele indicate. In acest mod se pot lua decizii de management in timp real, eficient, aducand un raport cost-beneficiu foarte bun.
Capitolul 6. [NUME_REDACTAT] informațiilor despre senzori în agricultură.
Cu toate că diferiți senzori de sol bazați pe vehicule sunt în stare de dezvoltare, doar senzorii electromagnetici sunt disponibili pe piață și folosiți la scară largă. Ideal pentru producători ar fi să producă senzori care oferă alimentare pentru algoritmii existenți de prescripție. În schimb, senzorii actuali de pe piață oferă măsurări ale conductibilității electrice (EC) care nu pot fi folosiți în mod direct dacă valoarea absolută depinde de un număr anume de proprietăți fizice și chimice ale solului: textură, materie organică, salinitate, umiditate etc. Pe de altă parte, senzorii electromagnetici oferă informații importante despre diferențele și asemănările solului, ceea ce face posibilă împărțirea pământului în arii mai mici și mai consistente, arii care poartă denumirea de zone de management. De exemplu, astfel de zone pot fi definite în funcție de diferitele tipuri de sol din pământ. De fapt, hărțile de conductibilitate electrică pot arăta uneori mult mai bine legături între anumite tipuri de sol decât hărțile de sondaj, folosite pentru proprietățile rurale ale taxei de evaluare.
Hărțile de producție sunt și ele adesea corelate cu hărțile de conductibilitate electrică. În multe cazuri, astfel de asemănări pot fi explicate prin diferențele din sol. În general, hărțile de conductibilitate electrică pot indica zone unde este necesară o explorare ulterioară pentru a explica diferențele de producție. Atât hărțile potențialului producției cât și hărțile disponibilității nutritive au un tipar asemănător ca hartă pentru textura solului și/sau ca hartă pentru conținutul de materie organică. Adesea, aceste tipare pot fi descoperite și prin intermediul unei hărți de conductibilitate electrică.
Așadar, pare rezonabil să folosim cartografierea proprietăților electromagnetice ale solului ca și cantitate importantă de informație pentru a descoperi eterogenitatea (diferențele) solului în cadrul aceluiași câmp (similar cu folosirea imagisticii solului). Zone cu conductibilitate electrică similară și cu o producție relativ stabilă pot primi un tratament egal care poate fi prescris pe baza câtorva mostre de sol din zonele cu conductibilitate electrică de pe hartă.
Senzori noi de sol sunt în proces de dezvoltare, motiv pentru care tratamente diferite ale ratelor variabile ale solului în timp real și bazate pe hărți pot fi aplicate din punct de vedere economic în arii de pământ mult mai mici, reducându-se astfel efectul variabilității solului în cadrul fiecărei zone de management.
Densitatea inadecvată de mostre și costul mare de prelevare și analizare de mostre convenționale au limitat mulți factori. Senzorii bazați pe vehicule reprezintă o alternativă care ar putea îmbunătăți calitatea și reduce costurile hărților de sol. După ce domeniul se va dezvolta mai mult senzorii de sol vor putea fi folosiți pentru controlul investiției agricole în timp real și bazat pe hărți de sol. Astăzi sunt disponibile pe piață doar sisteme care cartografiază proprietăți electromagnetice ale solului. Aceste hărți pot fi folosite pentru a defini zonele de management care reflectă direcția evidentă a proprietăților solului.
Din fiecare zonă se pot preleva mostre, acestea putând fi tratate în mod independent. Zone de management mai mici vor fi fezabile când noi senzori de sol vor fi dezvoltați și comercializați. Senzorii pot îmbunătăți calitatea și scădea costurile hărților de sol, facilitând procesul de luare a deciziilor.
Bibliografie
[1] [NUME_REDACTAT]. Agricultura alternativă în [NUME_REDACTAT] (căi de acces către o
agricultură durabilă). www.agriculturaromaniei.ro
[2] ChunJIang Zhao. 2004. [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Research, Vol of Crops[M].
[NUME_REDACTAT] Press. Beijing
[3] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT].2002.[NUME_REDACTAT] and [NUME_REDACTAT]
of [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT][J]. [NUME_REDACTAT]. Vol 5:9- 11.[NUME_REDACTAT] Zheng, [NUME_REDACTAT]. 2002. [NUME_REDACTAT], Archievement and Prospect of [NUME_REDACTAT][J]. [NUME_REDACTAT]. Vol 10:35-37. Beijing
[4] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT]. 2000. A Study of [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Based on [NUME_REDACTAT] Information and [NUME_REDACTAT][J]. Journal of [NUME_REDACTAT]. Vol 15(2):170-174. Beijing
[5] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] et al. 2004. [NUME_REDACTAT] of [NUME_REDACTAT][J]. Journal of [NUME_REDACTAT]. Vol 35(3):192-192. Beijing
[6] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] et al. 2002. [NUME_REDACTAT] and Implement
of PDA-[NUME_REDACTAT] System in Agriculture[J]. [NUME_REDACTAT] and Application. Vol 2:30-31. Beijing
[7] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] et al. 2002. [NUME_REDACTAT] Development and
[NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT][J]. Journal of [NUME_REDACTAT] of Hebei (Agriculture & [NUME_REDACTAT]). Vol 4(4):83-85. Shijiazhuang
[8] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] et al. 2004. Designing and Implementation
of a [NUME_REDACTAT] System for [NUME_REDACTAT] (DSSPF) [J]. [NUME_REDACTAT] in China. Vol 37(4):516-521. Beijing
[9] [NUME_REDACTAT]. 2004. [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT][J]. [NUME_REDACTAT]. Vol 8:81-83. Chengdu
[10] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT]. 1998. [NUME_REDACTAT](ES) and its Application in
Agriculture[J]. Journal of [NUME_REDACTAT] University([NUME_REDACTAT]). Vol 29(2):270-276. Taian
[11] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] et al. 2004. Research and Application of the
[NUME_REDACTAT] Technique in a [NUME_REDACTAT] for [NUME_REDACTAT] System[J]. [NUME_REDACTAT] of Computer. Vol 7:127-129. Chengdu
[12] [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] et al. 2000. A study on the comparison of
measuring soil water content with TDR, neutron probe and oven dry[J]. Journal of [NUME_REDACTAT] of Hebei. Vol 23(3):23-26. Shijiazhuang
[13] Panafieu, B., Les essais de recepteurs GPS; L'onde Electrique, ian.-febr. 1994, pp. 3-8
[14] Recepteurs GPS; [NUME_REDACTAT]-Parleur; aug. 1993; pp. 28-31
[15] [NUME_REDACTAT]. 2004. [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT][M]. [NUME_REDACTAT] Press. Beijing
[16] Barker, R. D., 1989, Depth of exploration of collinear symmetrical four-electrode
arrays: Geophysics, 54, 1031–1037.
[17] Evjen, H. M., 1938, Depth factor and resolving power of electrical measurements:
Geophysics, 3, 78–95.
[18] Huang, H., 1991, Evaluation of time-domain airborne electromagnetic prospecting for
conductive ore bodies by depth penetration analysis: [NUME_REDACTAT] & Geology, 5, 50–53.
[19] Huang, H., and D. C. Fraser, 1996, The differential parameter method for
multifrequency airborne resistivity mapping: Geophysics, 61, 100–109.
[20] Huang, H., and I. J. Won, 2000, Conductivity and susceptibility mapping using
broadband electromagnetic sensors: Journal of Environmental and [NUME_REDACTAT].
[21] Paul, P. A., and A. Roy, 1970, Approximate depth of penetration in EM dipole
prospecting: PAGEOPH, 81, 26–36.
[22] Peltoniemi, M., 1998, Depth of penetration of frequency-domain airborne
electromagnetics: [NUME_REDACTAT], 29, 12–15.
[23] Price, A. T., 1949, The induction of electric current in non-uniform thin sheets and
shells: [NUME_REDACTAT] of Mechanics and [NUME_REDACTAT], 2, 283–310.
[24] Roy, A., and A. Apparao, 1971, Depth of investigation in directcurrent methods:
Geophysics, 36, 943–959.
[25] Schlumberger, C., and M. Schlumberger, 1932, Depth of exploration attainable by
potential methods of electrical exploration: [NUME_REDACTAT] of Mining, Metallurgical, and [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] Prospecting, 97, 127–133.
[26] Spies, B. R., 1989, Depth of exploration in electromagnetic sounding methods:
Geophysics, 54, 872–888.
[27] Ward, S. H., and G. W. Hohmann, 1988, Electromagnetic theory for geophysical
applications, in M. N. Nabighian, ed., Electromagnetic methods in applied geophysics: SEG, 130–311.
[28] Won, I. J., 2003, Small frequency-domain electromagnetic induction sensors: [NUME_REDACTAT] Edge, 22, 320–322.
[29] Won, I. J., D. Keiswetter, G. Fields, and L. Sutton, 1996, GEM-2: A new
multifrequency electromagnetic sensor: Journal of Environmental and [NUME_REDACTAT], 1, no. 2, 129–137. Won, I. J., D. Keiswetter, D. Hanson, E. Novikova, and T. Hall, 1997, GEM-3: A monostatic broadband electromagnetic induction sensor: Journal of Environmental and [NUME_REDACTAT], 2, no. 1, 53–64.
[30] Won, I. J., D. Keiswetter, and E. Novikova, 1998, Electromagnetic induction
spectroscopy: Journal of Environmental and [NUME_REDACTAT], 3, no. 1, 27–40.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Tehnologia Electronica In Agricultura (ID: 2210)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.