AT523341A1

AT523341A1 - Gerät zur automatisierten nichtinvasiven Bestimmung des Reifegrades von Früchten

Info

Publication number: AT523341A1
Application number: ATA51153/2019A
Authority: AT
Original assignee: Christian Vorhemus
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-07-15
Also published as: AT523341B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur kontinuierlichen und automatisierten Bestimmung des Glucosegehalts in Früchten mir Ultraschall. Das Gerät arbeitet nichtinvasiv, Früchte müssen daher für die Messung nicht beschädigt werden und können an der Pflanze verbleiben. Der Fruchtkörper wird dabei wie in Fig. 2 ersichtlich zwischen Ultraschall Transmitter (1) und Ultraschall Empfänger (4) eingesetzt, wobei es eine bewegliche Komponente (3) erlaubt, Früchte beliebiger Größe einzuspannen, wobei das Wachstum der Frucht nicht oder nur minimal beeinflusst wird. Die bewegliche Komponente (3) ist über eine Feder (8) verbunden, die gleichzeitig als Datenübertragungsschnittstelle dient. Für eine Messung wird das Zeitintervall ermittelt, das zwischen Absenden eines Ultraschallimpulses von (1) und (2) und Empfang des Impulses an (4) und (5) bestimmt ist, wobei durch die Newton-Laplace-Gleichung auf die Dichte der Frucht und damit den Glucosegehalt geschlossen werden kann.

Description

kontinuierlich am Fruchtkörper befestigt zu bleiben.

[0003] In US 20160109346 A1 wird die Methode der Messung der Dichte in Flüssigkeiten und Festkörpern sowie generell am menschlichen Körper mithilfe von Transducer beschrieben. Dabei wird allgemein angeführt, dass es gemäß dem inversen piezoelektrischen Effekt bei Anlegung einer Spannung zur Verformung von Piezokristallen kommt, die Dichte der Flüssigkeit wird dabei durch die Messung der Phasenverschiebung von eingehenden und reflektierten Signalen bestimmt. Angeführt wird weiters, dass für die Befestigung des Geräts am menschlichen Körper ein elastisches Band verwendet wird. Diese Erfindung unterscheidet sich daher sowohl durch die Art der Anwendung (Messung der Phasenverschiebung) als auch dem Prinzip der Befestigung (elastisches Band) als auch den primären Anwendungsfokus

(menschlicher Körper).

[0004] Inn EP 0135325 A3 wird ein Gerät offenbart, dass viskoelastischen Eigenschaften in Echtzeit mithilfe von Ultraschall misst. Das Gerät bietet zwar eine verstellbare Größe für das zu messende Gewebe, die Abstände müssen jedoch laufend manuell nachjustiert werden. Zudem ist das Gerät nicht auf die Messung von

Früchten ausgelegt.

[0005] Die vorliegende Erfindung macht sich den bereits bekannten Effekt zunutze, wonach die Schallgeschwindigkeit in einem Medium mit zunehmender Dichte abnimmt. Neu ist der Aufbau der Vorrichtung, der eine kontinuierliche und automatisierte Messung von Glucose in Früchten erlaubt, die bis zur Ernte auf der Pflanze verbleiben. Dies ist vor allem in der Großagrarwirtschaft interessant, in der ausgedehnte Landflächen mit Obstbäumen oder Weinreben gepflegt werden müssen. Im Weinbau ist eine der wichtigsten Variablen, die bestimmt, wann die Früchte geerntet werden sollen, der Glucosegehalt. Typischerweise verwenden Winzer dazu Refraktometer, wobei der Saft einer Traube dabei auf ein Prisma geträufelt wird und eine Person das Messgerät gegen das Licht hält. Der Brechungsindex ändert sich abhängig vom Verhältnis von gelösten Stoffen (wie eben Glucose und Fructose) zu Wasser, der Winkel des abgelenkten Lichts kann annäherungsweise zur Bestimmung

des Glucosegehalts (spezifischer: Brix Wert) herangezogen werden. Manko dieser

Ablauf der Messung. Bei großen Agrarflächen ist dies zeit- und kostenaufwendig.

[0006] Die nachfolgend beschriebene Erfindung umgeht die oben beschriebenen Nachteile. Das Gerät besteht aus 2 Ultraschall Transmittern (1) (2) sowie zwei Empfängern (4) (5). Wie in Fig. 1 ersichtlich wird der Fruchtkörper zwischen die Sensoren (1) und (4) geklemmt. Sensoren (2) und (5) werden dazu verwendet, um die Größe der Frucht zu ermitteln. Bei einer Messung werden gleichzeitig von (1) und (2) Ultraschallimpulse ausgesendet. Der Ultraschall wandert dabei im Sensorpaar (1) und (4) durch die Frucht, bei (2) und (5) durch die Luft. Da die Schallgeschwindigkeit in Luft bekannt ist und bei 20°C etwa 343 m/s beträgt, lässt sich durch die Multiplikation der Geschwindigkeit mit dem Zeitintervall, den der Ultraschallimpuls benötigt um von (2) zu (5) zu gelangen, die Größe der Frucht bestimmen. Durch einen eingebauten Temperatursensor (11) können noch dazu temperaturabhängige Varianzen miteinberechnet werden. Diese Größenbestimmung ist notwendig, da diese neben dem gemessenen Zeitintervall (zwischen Sensor (1) und (4)) verwendet wird, um auf

die Schallgeschwindigkeit im Medium (der Frucht) zu schließen.

[0007] Es können Früchte beliebiger Größe eingespannt werden, da Komponente (3) beweglich ist und entlang einer Schiene verläuft. Sobald Empfänger (4) oder (5) einen Impuls empfangen, wird dies elektronisch über einen Port (6) ausgegeben, der über (7) mit einer seriellen Datenleitung (8) verbunden ist. Diese Leitung ist als Feder geformt und übt einen leichten Zug aus, der die bewegliche Komponente nach innen zieht. Dadurch liegt die Frucht genau an den Sensoren an, was Reflexionen des Schalls an den Außenwänden der Frucht zwar nicht verhindert, aber dennoch

minimiert.

[0008] Für die näherungsweise Bestimmung des Glucosegehaltes in der Frucht wird die Messung des Sensorpaars (1) und (4) herangezogen. Nachdem die Geschwindigkeit ermittelt wurde, die der Schall benötigt um von (1) nach (4) zu gelangen, wird die Newton-Laplace Gleichung herangezogen, um die Dichte des Fruchtkörpers näherungsweise zu bestimmen. Notwendig ist dazu neben der Kenntnis der Schallgeschwindigkeit in der Frucht auch das Kompressionsmodul (engl. bulk

modulus) des Fruchtkörpers. Bei der ersten Installation des Geräts ist daher im

[0009] Testmessungen haben ergeben, dass bei Trauben mit 8% mas sacch. und 20°C Umgebungstemperatur sowie einer Größe der Frucht von 1 cm. der Schall etwa 1,49e-4 Sekunden vom Sender zum Empfänger benötigt. Bei Trauben mit 18% mas sacch. und gleicher Dicke stieg dieser Wert auf 1,74e-4 an. Für Trauben mit 19.6% mas sacch. lag der Wert bei etwa 1,79e-4. Daraus lässt sich schließen, dass die Schallgeschwindigkeit im Medium mit zunehmendem Zuckergehalt (d.h. auch zunehmender Dichte) absinkt. Die Messungen mit dem Gerät spiegelt die nach den Standardmodellen erwarteten Schallgeschwindigkeiten wider, wobei für die Bestimmung der Geschwindigkeit in der spezifischen Frucht ein Abbremsungsfaktor

(durch Umwelteinflüsse, der Schale etc.) von 1/22 miteinberechnet wurde.

Ansprüche

1. Gerät für die nichtinvasive, kontinuierliche und automatisierte Messung der Dichte einer Frucht, dadurch gekennzeichnet, dass der Fruchtkörper zwischen zwei Ultraschallsensoren (1) und (4) eingespannt wird, sodass Früchte beliebiger Größe gemessen werden können und nur bei der erstmaligen Verwendung eine manuelle Installation erfolgen muss, während das Gerät bei den nachfolgenden Messungen bis zur Ernte an der Frucht verbleibt, unterstützt durch den licht- und luftdurchlässigen Aufbau, der das Wachstum der Frucht erlaubt, während da Gerät

an der Frucht verbleibt.

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Claims

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Sender-EmpfängerPaare verwendet werden, die es erlauben, die aktuelle Größe der Frucht zu bestimmen, da sich das Sensorpaar (1) und (4) an der Frucht befinden, während sich Paar (2) und (5) im gleichen Abstand wie (1) und (4) befinden, das Medium, das der Ultraschallimpuls durchschreitet jedoch Luft ist und sich daher der Abstand und damit die Größe der Frucht bestimmen lässt.

4. Verfahren zum Betrieb des Geräts nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein kontinuierlicher Datenstrom des Dichtegehaltes der Frucht, über den auf den Glucosegehalt geschlossen wird, vom Messgerät via Antenne (12) an ein

Rechenzentrum geschickt werden kann.