ES2264360A1 - Sistema automatico de medida del estres hidrico de arboles bassado en la monitorizacion de la variacion diametral del tronco. - Google Patents
Sistema automatico de medida del estres hidrico de arboles bassado en la monitorizacion de la variacion diametral del tronco.Info
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Abstract
Sistema automático de medida del estrés hídrico de árboles basado en la monitorización de la variación diametral del tronco. La presente invención lo constituye un sensor electromecánico útil para valorar el estrés hídrico de plantas, preferentemente árboles, basado en la medición de la curvatura de un elemento metálico sensible que se sitúa en el tronco o en una rama de la planta que está constituido por i) una estructura perteneciente al siguiente grupo: a) una estructura con una base formada por una pinza b) una estructura formada por dos piezas de aluminio rectangulares con un corte semicircular y, ii) y un microcontrolador donde la señal proveniente del puente es amplificada, filtrada y almacenada y que actúa como núcleo del sistema.
Description
Sistema automático de medida del estrés hídrico
de árboles basado en la monitorización de la variación diametral del
tronco.
La presente invención se refiere a un
dispositivo electromecánico para monitorizar la variación diametral
del tronco del árbol y determinar el exceso o falta de agua en su
interior para su óptimo desarrollo. Como tal, es de aplicación en
el sector industrial agrónomo.
La phytomonitorización (monitorización de la
"salud" de las plantas) se basa en el control continuo de
diferentes factores de la planta: humedad del suelo, crecimiento
del fruto, temperatura de las hojas, fotosíntesis y variación del
flujo [AgriStoreOnline,
http://www.agrisupportonline.com/store/sensors.htm]. Su finalidad
es obtener un desarrollo máximo natural del fruto y derivado de
esto un mayor rendimiento de la explotación.
Entre los diferentes factores de
phytomonitorización, el que presenta un uso más extendido en el
mercado es el control sobre la variación del flujo del agua del
tronco. Para determinar el flujo de agua en su interior se emplean
diferentes técnicas:
- \bullet
- Potencial del agua de la hoja.
- \bullet
- Potencial del agua del tronco.
- \bullet
- Diferencia térmica.
- \bullet
- Oscilaciones del diámetro del tronco.
Las dos primeras técnicas consisten en medir la
presión del agua en la hoja de la planta. La hoja se introduce en
una cámara de presión manteniendo el tallo fuera y se aumenta la
presión hasta que se aprecia que el agua comienza a brotar por el
tallo. En el caso concreto del Potencial del agua del tronco
se emplea una bolsita de polietileno con la que se cubre la hoja
pocas horas antes de realizar la lectura [D. A. Goldhamer,
"Almonds: Monitoring Tree Water Status for Irrigation
Management," Irrigation Journal, Jul/Aug 1999]. Aunque los
resultados de estas técnicas son buenos hay que destacar los
inconvenientes: proceso manual y muy lento.
La Diferencia térmica consiste
básicamente en un sistema que envuelve un tramo del tronco y genera
un punto de calor en el mismo. Unos sensores de temperatura
situados a igual distancia del punto de calor miden la diferencia de
temperatura y de esta manera se obtiene el nivel de flujo de la
planta [L. Wu, J. Oster, "Instruments for Water and Plant
Management", Department of Soil & Environmental
Sciences, University of California]. El problema básico de esta
técnica reside en la generación del punto de calor ya que el
calentamiento requiere un consumo de energía elevado y la
temperatura ambiente tiene una gran influencia en el mismo.
La técnica de Oscilaciones del diámetro del
tronco se basa en el siguiente principio: Las plantas aumentan
o disminuyen su volumen en función de la absorción o pérdida de
agua en su ciclo natural [A. Naor, S. Cohen, "Sensitivity and
Variability of Maximum Trunk Shrinkage, Midday Stem Water
Potential, and Transpiration Rate in Response to Withholding
Irrigation from Field-grow Apple Trees,"
HortScience, vol. 38(4), July 2003] de manera que es
posible hallar una relación entre la cantidad relativa de agua y de
la variación del diámetro del tronco. Se ha demostrado que en
determinadas condiciones la monitorización de este factor es
suficiente para controlar su desarrollo aunque en climas muy
cambiantes se han de introducir factores de corrección debido a que
el clima afecta directamente a la variación del tronco [D.A.
Goldhamer, E. Fereres, M. Salinas, "Can almond trees directly
dictate their irrigation needs?," California Agriculture,
vol. 57, num. 4, pp. 138-144].
En la actualidad el sistema más empleado para
controlar la variación del diámetro del tronco del árbol con
precisión es un sistema basado en sensores LVDT (Linear Variable
Displacement Transducer) [D. A. Goldhamer, "Almonds: Monitoring
Tree Water Status for Irrigation Management," Irrigation
Journal, Jul/Aug 1999]. Estos dispositivos electromecánicos
ofrecen una gran precisión en cuanto a la variación de la medida
pero presentan, fundamentalmente, dos aspectos no deseados: se
trata de sistemas invasivos para la planta (fijación de los
sistemas basados en LVDT a la superficie del tronco mediante
tornillos) y tienen un elevado coste que hacen necesaria una
gran inversión por parte del agricultor.
\newpage
Un objeto de la presente invención lo constituye
un sensor electromecánico útil para valorar el estrés hídrico de
plantas, preferentemente árboles, basado en la medición de la
curvatura de un elemento metálico sensible que se sitúa en el
tronco o en una rama de la planta que está constituido por
i) una estructura perteneciente al siguiente
grupo:
- a)
- una estructura con una base formada por una pinza cruzada que permite su sujeción en la planta, sin que esto afecte al crecimiento natural del tronco y por una parte sensible constituida por una lámina de acero o aluminio flexible que reposa tangencialmente sobre dicha pinza formando un puente y en la que se han fijado dos galgas extensiométricas para acero y aluminio a cada lado y que se encuentra atornillada por uno de sus extremos a la parte rígida en forma de "L" de forma precisa mediante de ajuste micrométrico (Figura 1), o
- b)
- una estructura formada por dos piezas de aluminio rectangulares con un corte semicircular en cada una de ellas de tal manera que "envuelven" el tronco o la rama del árbol, donde una de los cuales tiene un escaso grosor que permite apreciar la variación del tronco cuando se absorben los nutrientes empleándose un puente de galgas aunque únicamente dos son las encargadas de medir la variación (Figura 2), y,
ii) y un microcontrolador donde la señal
proveniente del puente es amplificada, filtrada y almacenada y que
actúa como núcleo del sistema.
Finalmente, otro objeto de la presente invención
lo constituye el uso del sensor de la invención para la medida del
estrés hídrico de plantas, preferentemente árboles, y por tanto
para el control eficaz del crecimiento del mismo o para el control
del riego de los mismos.
En la presente invención se detallan dos
sensores basados en una misma tecnología que son capaces de medir
con gran precisión la variación del tronco con un costo muy
inferior a otros sistemas. Los sensores desarrollados controlan la
dilatación del tronco de manera no invasiva mediante la medición de
la curvatura de un elemento metálico que se sitúa en el tronco o en
una rama de la planta. Estos sensores son útiles para la toma de
decisiones por ejemplo de riego de árboles, de tal forma que
conociendo los ciclos de desarrollo del árbol y la combinación de
otros sistemas de control se puede determinar el punto de riego
óptimo para un crecimiento máximo del árbol.
Las capacidades del sensor de la invención
desarrollado son:
1.- Medición precisa de la variación del tronco:
El sistema debe de ser capaz de apreciar las pequeñas variaciones
(\mum) que puede tener el árbol en su tronco o en su rama para
determinar su estado en cuanto a niveles de agua se refiere, y
2.- Almacenamiento y transmisión de la
información: Los datos almacenados se pueden transferir de manera
periódica a una unidad portátil (PALM) o estación informática (PC)
que, por ejemplo, se encargue de controlar el sistema de regadío de
tal manera que se pueda ajustar con mayor eficacia la cantidad de
agua necesaria para los cultivos.
El sistema presenta claras ventajas respecto a
otros sistemas. El empleo de múltiples dispositivos para grandes
extensiones agrícolas puede suponer una inversión muy elevada para
el agricultor por lo que con este sistema se reduce
considerablemente dicho coste. Otra de las ventajas es que al
tratarse de un sistema de abrazadera su colocación resulta sencilla
y rápida. Además el sensor A no resulta invasivo y permite una
sensorización del desarrollo natural del árbol. Por otro lado, la
facilidad y el bajo coste de implantación de este sistema permite
optimizar la plantación tanto en el aspecto de crecimiento del
árbol como en el empleo de agua para el regadío.
Así, un objeto de la presente invención lo
constituye un sensor electromecánico útil para valorar el estrés
hídrico de plantas, preferentemente árboles, en adelante sensor de
la presente invención, caracterizado porque se o basa en la medición
de la curvatura de un elemento metálico sensible que se sitúa en el
tronco o en una rama de la planta que está constituido por
i) una estructura perteneciente al siguiente
grupo:
- a)
- una estructura con una base formada por una pinza cruzada que permite su sujeción en la planta, sin que esto afecte al crecimiento natural del tronco y por una parte sensible constituida por una lámina de acero o aluminio flexible que reposa tangencialmente sobre dicha pinza formando un puente y en la que se han fijado cuatro galgas extensiométricas (dos por cada lado de la lámina flexible conectadas electrónicamente en puente). La lámina se encuentra atornillada por uno de sus extremos a una pieza móvil (husillo) de manera perpendicular al eje de desplazamiento de éste, el cual está controlado por un tornillo de precisión micrométrica que realiza el desplazamiento necesario para obtener la correcta presión de apoyo de la lámina (Figura 1), o
- b)
- una estructura formada por dos piezas de aluminio rectangulares con un corte semicircular en cada una de ellas para "envolver" el tronco o la rama del árbol, donde uno de los lados es de un escaso grosor para apreciar la deformación que sufre dicha sección de la pieza derivado de la variación del tronco cuando se absorben los nutrientes. Para la detección del cambio del estado del tronco se emplean dos galgas extensiométricas aunque por motivos de compensación térmica se han empleado otras dos no sensibles a la dilatación troncal para formar un puente de galgas completo (Figura 2), y,
ii) y un microcontrolador donde la señal
proveniente del puente es amplificada, filtrada y almacenada y que
actúa como núcleo del sistema.
En el sensor de a) la lámina sensible se flexa o
se curva hacia un lado u otro en función de la apertura o el cierre
de la pinza que tiene lugar a medida que el diámetro del tronco
aumenta o disminuye y dicha variación es captada por las galgas
extensiométricas.
En el caso del sensor de b) la unión de las dos
piezas se realiza mediante tornillos hasta que el ajuste resulta
suficientemente robusto para su estabilidad. En este caso, debido a
que la pieza envuelve las variaciones a lo largo del perímetro del
tronco resulta más sensible para determinar la dilatación del
árbol.
En ambos casos la señal proveniente del puente
es amplificada, filtrada y almacenada en un microcontrolador que
actúa como núcleo del sistema. Para realizar una lectura del estado
del sensor se habilita su alimentación de manera automática
volviéndose a deshabilitar para un ahorro máximo de batería.
Una vez finalizado un periodo de almacenamiento
de datos o si en un momento dado es necesario analizar el
desarrollo del árbol se puede descargar la información mediante
comunicación serie RS-232 a otro dispositivo (PC,
PALM, etc.) mediante el software desarrollado que permite ver
gráficamente la evolución de la planta.
Finalmente, otro objeto de la presente invención
lo constituye el uso del sensor de la invención para la medida del
estrés hídrico de plantas, preferentemente árboles, y por tanto
para el control eficaz del crecimiento del mismo o para el control
del riego de los mismos.
Figura 1.- Sensor a.
Figura 2.- Sensor b.
Figura 3. Gráfico con las variaciones del
diámetro del tronco de un manzano joven.
El sensor de la invención se elaboró de la
siguiente forma:
a) una estructura con una base formada por una
pinza cruzada que permite su sujeción en la planta, sin que esto
afecte al crecimiento natural del tronco y por una parte sensible
constituida por una lámina de acero o aluminio flexible que reposa
tangencialmente sobre dicha pinza formando un puente y en la que se
han fijado cuatro galgas extensiométricas (dos por cada lado de la
lámina flexible conectadas electrónicamente en puente). La lámina se
encuentra atornillada por uno de sus extremos a una pieza móvil
(husillo) de manera perpendicular al eje de desplazamiento de éste,
el cual está controlado por un tornillo de precisión micrométrica
que realiza el desplazamiento necesario para obtener la correcta
presión de apoyo de la lámina (Figura 1), y
b) una estructura formada por dos piezas de
aluminio rectangulares con un corte semicircular en cada una de
ellas para "envolver" el tronco o la rama del árbol, donde uno
de los lados es de un escaso grosor para apreciar la deformación
que sufre dicha sección de la pieza derivado de la variación del
tronco cuando se absorben los nutrientes. Para la detección del
cambio del estado del tronco se emplean dos galgas extensiométricas
aunque por motivos de compensación térmica se han empleado otras
dos no sensibles a la dilatación troncal para formar un puente de
galgas completo (Figura 2).
En el sensor de a) la lámina sensible se flexa o
se curva hacia un lado u otro en función de la apertura o el cierre
de la pinza que tiene lugar a medida que el diámetro del tronco
aumenta o disminuye y dicha variación es captada por las galvas
extensiométricas.
En el caso del sensor de b) la unión de las dos
piezas se realiza mediante tornillos hasta que el ajuste resulta
suficientemente robusto para su estabilidad. En este caso, debido a
que la pieza envuelve las variaciones a lo largo del perímetro del
tronco resulta más sensible para determinar la dilatación del
árbol.
En ambos casos la señal proveniente del puente
es amplificada, filtrada y almacenada en un microcontrolador que
actúa como núcleo del sistema. Para realizar una lectura del estado
del sensor se habilita su alimentación de manera automática
volviéndose a deshabilitar para un ahorro máximo de batería.
Una vez finalizado un periodo de almacenamiento
de datos o si en un momento dado es necesario analizar el
desarrollo del árbol se puede descargar la información mediante
comunicación serie RS-232 a otro dispositivo (PC,
PALM, etc.) mediante el software desarrollado que permite ver
gráficamente la evolución de la planta.
Para comprobar el correcto funcionamiento del
prototipo se han realizado varias pruebas y se ha estudiado el
comportamiento para analizar la correlación de los resultados con
el ciclo natural del manzano.
La prueba que se muestra a continuación se ha
realizado al inicio del Otoño de 2004, en la que se ha regado la
planta de forma clásica (manual) en todo momento para comprobar la
relación entre el desarrollo del árbol en otoño y los resultados
obtenidos. Además de ello se han comparado los resultados obtenidos
con otros resultados publicados en revistas científicas con otro
tipo de sensores (Figura 4).
En el ensayo que se muestra en este informe se
puede apreciar que a partir de las 00:00 horas el árbol comienza a
aumentar el diámetro troncal hasta prácticamente las 12:00 horas
(Figura 3), fase en la que la planta absorbe agua de la tierra. Una
vez llegados al mediodía comienza a reducir su volumen hasta llegar
a la media noche repitiendo el mismo ciclo el día siguiente (fase
de consumo de agua).
Si se comparan los resultados obtenidos con los
aportados por otros estudios publicados (Figura 4) se puede
apreciar que existe una clara correlación de los resultados por lo
que se consideran válidos.
Como se puede comprobar, la variación positiva
es siempre mayor que la negativa debido a que la planta realiza su
desarrollo natural y su tronco crece paulatinamente.
Claims (3)
1. Sensor electromecánico útil para valorar el
estrés hídrico de plantas caracterizado porque se basa en la
medición de la curvatura de un elemento metálico sensible que se
sitúa en el tronco o en una rama de la planta que está constituido
por
i) una estructura perteneciente al siguiente
grupo:
- a)
- una estructura con una base formada por una pinza cruzada que permite su sujeción en la planta, sin que esto afecte al crecimiento natural del tronco y por una parte sensible constituida por una lámina de acero o aluminio flexible que reposa tangencialmente sobre dicha pinza formando un puente y en la que se han fijado cuatro galgas extensiométricas (dos por cada lado de la lámina flexible conectadas electrónicamente en puente). La lámina se encuentra atornillada por uno de sus extremos a una pieza móvil (husillo) de manera perpendicular al eje de desplazamiento de éste, el cual está controlado por un tornillo de precisión micrométrica que realiza el desplazamiento necesario para obtener la correcta presión de apoyo de la lámina (Figura 1), o
- b)
- una estructura formada por dos piezas de aluminio rectangulares con un corte semicircular en cada una de ellas para "envolver" el tronco o la rama del árbol, donde uno de los lados es de un escaso grosor para apreciar la deformación que sufre dicha sección de la pieza derivado de la variación del tronco cuando se absorben los nutrientes. Para la detección del cambio del estado del tronco se emplean dos galgas extensiométricas aunque por motivos de compensación térmica se han empleado otras dos no sensibles a la dilatación troncal para formar un puente de galgas completo (Figura 2), y,
ii) y un microcontrolador donde la señal
proveniente del puente es amplificada, filtrada y almacenada y que
actúa como núcleo del sistema.
2. Uso del sensor según la reivindicación 1 para
el control eficaz del crecimiento plantas o para el control del
riego de las mismas.
3. Uso del sensor según la reivindicación 2
caracterizado porque la planta es un árbol.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200402996A ES2264360B1 (es) | 2004-12-16 | 2004-12-16 | Sistema automatico de medida del estres hidrico de arboles basado en la monitorizacion de la variacion diametral del tronco. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200402996A ES2264360B1 (es) | 2004-12-16 | 2004-12-16 | Sistema automatico de medida del estres hidrico de arboles basado en la monitorizacion de la variacion diametral del tronco. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2264360A1 true ES2264360A1 (es) | 2006-12-16 |
| ES2264360B1 ES2264360B1 (es) | 2007-11-16 |
Family
ID=37813893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200402996A Expired - Fee Related ES2264360B1 (es) | 2004-12-16 | 2004-12-16 | Sistema automatico de medida del estres hidrico de arboles basado en la monitorizacion de la variacion diametral del tronco. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2264360B1 (es) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2726902A1 (fr) * | 1994-11-10 | 1996-05-15 | Dauphant Paul | Appareil pour la mesure diametrale des arbres |
| US5884240A (en) * | 1996-07-24 | 1999-03-16 | Silver Creek Nurseries Inc. | Apparatus for measuring and recording a tree characteristic |
| US6009631A (en) * | 1996-02-27 | 2000-01-04 | Gensler; William G. | Gauge for measuring changes in the length of a perimeter |
| DE10112222A1 (de) * | 2001-03-14 | 2002-09-19 | Argus Electronic Gmbh Mestechn | Meßgerät zur Geometrieerfassung |
| EP1553383A1 (en) * | 2002-10-15 | 2005-07-13 | Verdtech, Un nuevo campo, S.A. | Precision dendrometer |
-
2004
- 2004-12-16 ES ES200402996A patent/ES2264360B1/es not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR2726902A1 (fr) * | 1994-11-10 | 1996-05-15 | Dauphant Paul | Appareil pour la mesure diametrale des arbres |
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| EP1553383A1 (en) * | 2002-10-15 | 2005-07-13 | Verdtech, Un nuevo campo, S.A. | Precision dendrometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2264360B1 (es) | 2007-11-16 |
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|---|---|---|---|
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