IT201900006346A1 - FOLIAR DEVICE - Google Patents
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Description
Descrizione di Brevetto di Invenzione Industriale avente per titolo: Description of Industrial Invention Patent entitled:
“DISPOSITIVO FOGLIARE” "FOLIAR DEVICE"
CAMPO TECNICO DELL’INVENZIONE TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La presente invenzione riguarda un dispositivo fogliare, in grado di determinare lo stato di idratazione di una pianta mediante analisi fogliare, nonché una eventuale condizione di stress intercorsa, al fine ad esempio di stabilire la migliore strategia di irrigazione. The present invention relates to a foliar device, capable of determining the hydration state of a plant by foliar analysis, as well as a possible stress condition, in order for example to establish the best irrigation strategy.
La presente invenzione riguarda anche il metodo per ottenere tale rilevamento mediante il dispositivo fogliare di cui sopra. The present invention also relates to the method for obtaining such detection by means of the above foliar device.
STATO DELLA TECNICA ANTERIORE STATE OF THE PRIOR ART
Esistono tecniche note che si prefiggono l’obiettivo di determinare il contenuto idrico di una pianta e/o di una foglia. Tali tecniche, tuttavia, non sono in grado di valutare le fluttuazioni del contenuto idrico dovute alla luminosità incidente sulla foglia e il Richiedente ha invece dimostrato che tali fluttuazioni sono da tenere in considerazione al fine di ottenere un risultato significativo dalle misurazioni in questione. There are known techniques that aim to determine the water content of a plant and / or a leaf. However, these techniques are not able to evaluate the fluctuations of the water content due to the luminosity incident on the leaf and the Applicant has instead shown that such fluctuations are to be taken into consideration in order to obtain a significant result from the measurements in question.
Per moltissime specie, l’evapo-traspirazione, che si verifica in presenza di luce, modifica temporaneamente il bilancio idrico della pianta. Le specie che rispondono alla disponibilità luminosa, hanno stomi che si aprono in presenza di luce e si chiudono all’ombra o al buio, senza che vi siano stati cambiamenti nella quantità d’acqua disponibile per la pianta. Questo processo legato alla luce modifica il contenuto idrico delle singole foglie. For many species, evapo-transpiration, which occurs in the presence of light, temporarily changes the water balance of the plant. Species that respond to light availability have stomata that open in the presence of light and close in the shade or in the dark, without there having been any changes in the amount of water available to the plant. This light-related process changes the water content of individual leaves.
Tutte le funzioni vitali della pianta (come respirazione, fotosintesi, accrescimento e moltiplicazione cellulare, assorbimento radicale, traslocazione e trasformazione degli elementi nutritivi) sono influenzate dalla disponibilità idrica. Di conseguenza, tali funzioni vitali incidono, seppur in minima parte, il contenuto idrico delle singole foglie. All the vital functions of the plant (such as respiration, photosynthesis, cell growth and multiplication, radical absorption, translocation and transformation of nutrients) are influenced by the availability of water. Consequently, these vital functions affect, albeit minimally, the water content of the individual leaves.
Pur essendo tra i vari fattori necessari per la vita di una pianta quello richiesto in quantità più elevata, l’acqua che entra nella costituzione della pianta e che viene fissata nella sostanza organica corrisponde circa all’1-1,5% dell’acqua assorbita dall’apparato radicale. Il 99% circa dell’acqua assorbita viene invece eliminata nell’atmosfera sotto forma di vapore nel processo di traspirazione. Although among the various factors necessary for the life of a plant the one required in the highest quantity, the water that enters the constitution of the plant and that is fixed in the organic substance corresponds to approximately 1-1.5% of the absorbed water. from the root system. About 99% of the absorbed water is instead eliminated in the atmosphere in the form of vapor in the transpiration process.
Vi è dunque un continuo passaggio di acqua dal terreno, ai peli radicali, ai tessuti vascolari, alle cellule delle foglie e da queste all’atmosfera esterna. La perdita di vapore acqueo, che avviene principalmente tramite gli stomi nelle foglie, è definita traspirazione. Per limitare la perdita continua di acqua che entra nell’atmosfera, è presente - sulla pagina superiore della foglia - uno strato di cuticola impermeabile all’acqua e alla CO2, mentre la pagina inferiore presenta gli stomi che regolano la fuoriuscita d’acqua nei tessuti dell’epidermide della foglia e l’entrata della CO2 per la fotosintesi. There is therefore a continuous passage of water from the soil, to the root hairs, to the vascular tissues, to the cells of the leaves and from these to the external atmosphere. The loss of water vapor, which occurs mainly via the stomata in the leaves, is called transpiration. To limit the continuous loss of water entering the atmosphere, a layer of cuticle impermeable to water and CO2 is present on the upper page of the leaf, while the lower page has stomata that regulate the leakage of water into the tissues. of the epidermis of the leaf and the entry of CO2 for photosynthesis.
Gli stomi comprendono due cellule di guardia, i cui cambiamenti di forma causano l’apertura e la chiusura del poro stomatico. La chiusura degli stomi previene la perdita di vapore acqueo dalla foglia e impedisce anche l’ingresso della CO2. Una certa quantità di CO2 viene prodotta dalla pianta con la respirazione, e finché la luce è disponibile, questa CO2 può essere utilizzata per consentire una limitata attività fotosintetica anche a stomi chiusi. The stomata include two guard cells, whose shape changes cause the stomatal pore to open and close. Closing the stomata prevents the loss of water vapor from the leaf and also prevents the entry of CO2. A certain amount of CO2 is produced by the plant with respiration, and as long as light is available, this CO2 can be used to allow limited photosynthetic activity even with closed stomata.
Anche se la perdita di acqua rimane il fattore, fra tutti gli altri, che maggiormente influenza il funzionamento degli stomi, i movimenti stomatici possono avvenire indipendentemente dal guadagno o dalla perdita di acqua da parte della pianta. Moltissime specie, infatti, hanno stomi che si aprono regolarmente al mattino e si chiudono alla sera, rispondendo alla disponibilità luminosa, anche se non sono nel frattempo intervenuti cambiamenti nella quantità di acqua disponibile per la pianta. In generale, i fattori che possono causare la chiusura degli stomi sono la perdita d’acqua, un’alta concentrazione di CO2, per molte specie il buio, e temperature più elevate dei 30-35°C. Even if the loss of water remains the factor that most influences the functioning of the stomata, among all the others, the stomatal movements can occur regardless of the gain or loss of water by the plant. In fact, many species have stomata that open regularly in the morning and close in the evening, responding to the availability of light, even if in the meantime no changes have occurred in the amount of water available for the plant. In general, the factors that can cause the stomata to close are the loss of water, a high concentration of CO2, darkness for many species, and temperatures higher than 30-35 ° C.
La pianta deve costantemente affrontare la necessità di mantenere nel suo interno una quantità d’acqua adeguata alle sue normali funzioni, contrastando la continua richiesta d’acqua dell’atmosfera e sottraendo l’acqua al terreno, in cui le riserve sono spesso limitate. Questo equilibrio è indicato come “bilancio idrico” e rappresenta la differenza tra le entrate e le uscite di acqua nella pianta. The plant must constantly face the need to maintain an adequate amount of water inside it for its normal functions, counteracting the continuous demand for water from the atmosphere and subtracting water from the soil, where reserves are often limited. This balance is referred to as the "water balance" and represents the difference between the inputs and outputs of water in the plant.
Dunque, per moltissime specie, l’evapo-traspirazione, che si verifica in presenza di luce, modifica temporaneamente il bilancio idrico della pianta. Therefore, for many species, evapo-transpiration, which occurs in the presence of light, temporarily changes the water balance of the plant.
Misurando e correlando tra loro la luce incidente sulla foglia e il contenuto idrico della foglia che viene misurato, il Richiedente ha potuto calcolare la fluttuazione del contenuto idrico dovuta al valore della luminosità incidente sulla foglia e stimare il contenuto idrico teorico della foglia in condizioni di luce o di buio. By measuring and correlating the light incident on the leaf and the water content of the leaf being measured, the Applicant was able to calculate the fluctuation of the water content due to the value of the brightness incident on the leaf and estimate the theoretical water content of the leaf in light conditions. or of darkness.
SCOPI DELL’INVENZIONE AIMS OF THE INVENTION
Uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo fogliare in grado di misurare il contenuto idrico di una pianta e/o, in particolare, di una foglia. An object of the present invention is to provide a foliar device capable of measuring the water content of a plant and / or, in particular, of a leaf.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo fogliare in grado di conteggiare le fluttuazioni del contenuto idrico dovute alla luminosità incidente sulla foglia, al fine di ottenere un risultato significativo dalle misurazioni del contenuto idrico in questione. Another object of the present invention is to provide a foliar device capable of counting the fluctuations of the water content due to the luminosity incident on the leaf, in order to obtain a significant result from the measurements of the water content in question.
Pertanto, la presente invenzione permette di correlare il contenuto idrico della foglia e la luminosità incidente sulla foglia per determinare le fluttuazioni del contenuto idrico della foglia proprio causate dalla variazione della luminosità incidente. Therefore, the present invention allows to correlate the water content of the leaf and the luminosity incident on the leaf to determine the fluctuations of the water content of the leaf precisely caused by the variation of the incident luminosity.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo fogliare che sia agevole e pratico da utilizzare, sia in laboratorio che in superficie aperte e più ampie, quali ad esempio in campo. Another object of the present invention is to provide a foliar device which is easy and practical to use, both in the laboratory and on open and wider surfaces, such as for example in the field.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo fogliare in grado di fornire informazioni in merito alla presenza di eventuali stress idrici per la pianta e/o in particolare, per la foglia. Another object of the present invention is to provide a foliar device capable of providing information on the presence of any water stress for the plant and / or in particular, for the leaf.
Conformemente ad un aspetto dell’invenzione è previsto un dispositivo fogliare secondo la rivendicazione 1. According to an aspect of the invention, a foliar device according to claim 1 is provided.
Conformemente ad un ulteriore aspetto dell’invenzione è previsto un metodo per la determinazione del contenuto idrico della pianta mediante un dispositivo fogliare, secondo la rivendicazione 11. According to a further aspect of the invention, a method is provided for determining the water content of the plant by means of a foliar device, according to claim 11.
Le rivendicazioni dipendenti si riferiscono ad esempi di realizzazione preferiti e vantaggiosi dell’invenzione. The dependent claims refer to preferred and advantageous embodiments of the invention.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Altre caratteristiche e vantaggi dell’invenzione saranno maggiormente evidenti dalla descrizione di un esempio di realizzazione di un dispositivo fogliare, illustrato a titolo indicativo negli uniti disegni in cui: Other features and advantages of the invention will be more evident from the description of an example of embodiment of a foliar device, illustrated by way of example in the accompanying drawings in which:
la figura 1 è una vista laterale di un dispositivo fogliare secondo la presente invenzione; Figure 1 is a side view of a leaf device according to the present invention;
la figura 2 è una vista da sopra di una versione del dispositivo fogliare di cui a figura 1, applicato ad una foglia; Figure 2 is a top view of a version of the leaf device of Figure 1, applied to a leaf;
la figura 3 illustra uno schema di una versione del dispositivo fogliare secondo la presente invenzione, in cui sono illustrati i mezzi rilevatori in riflessione e trasmissione a 890 nm (banda NIR) con un angolo di incidenza a 45°. In questa versione specifica, i mezzi rilevatori possono essere fotodiodi al silicio; Figure 3 illustrates a diagram of a version of the leaf device according to the present invention, in which the detector means in reflection and transmission at 890 nm (NIR band) with an incidence angle of 45 ° are shown. In this specific version, the detector means can be silicon photodiodes;
la figura 4 illustra uno schema di una versione del dispositivo fogliare secondo la presente invenzione, in cui sono illustrati i mezzi rilevatori in riflessione e trasmissione a 1450 nm (banda SWIR) con un angolo di incidenza a 45°. In questa versione specifica, i mezzi rilevatori di riflessione e di trasmissione possono essere fotodiodi al silicio per la lunghezza d’onda di 890 nm e fotodiodi InGaAs per la lunghezza d’onda a 1450 nm; Figure 4 illustrates a diagram of a version of the leaf device according to the present invention, in which the detector means in reflection and transmission at 1450 nm (SWIR band) with an incidence angle of 45 ° are shown. In this specific version, the reflection and transmission detector means can be silicon photodiodes for the wavelength of 890 nm and InGaAs photodiodes for the wavelength at 1450 nm;
la figura 5 illustra uno schema di una versione del dispositivo fogliare secondo la presente invenzione, in cui sono illustrati i mezzi rilevatori in riflessione e trasmissione a 890 nm (banda NIR) e a 1450 nm (banda SWIR) con un angolo di incidenza a 45°. In questa versione specifica, i mezzi rilevatori di riflessione e di trasmissione possono essere fotodiodi al silicio per la lunghezza d’onda di 890 nm e fotodiodi InGaAs per la lunghezza d’onda a 1450 nm; Figure 5 illustrates a diagram of a version of the leaf device according to the present invention, in which the detecting means in reflection and transmission at 890 nm (NIR band) and at 1450 nm (SWIR band) with an incidence angle of 45 ° are shown . In this specific version, the reflection and transmission detector means can be silicon photodiodes for the wavelength of 890 nm and InGaAs photodiodes for the wavelength at 1450 nm;
la figura 6 illustra una versione del dispositivo fogliare secondo la presente invenzione in sola trasmissione. Anche in questo caso, i mezzi rilevatori di riflessione e di trasmissione possono essere fotodiodi al silicio per la lunghezza d’onda di 890 nm e fotodiodi InGaAs per la lunghezza d’onda a 1450 nm; Figure 6 illustrates a version of the leaf device according to the present invention in transmission only. Also in this case, the reflection and transmission detector means can be silicon photodiodes for the wavelength of 890 nm and InGaAs photodiodes for the wavelength at 1450 nm;
la figura 7 illustra un grafico della dipendenza tra il rapporto delle luminosità trasmesse a 1450 nm e 890 nm (linea A) con la luminosità incidente sulla foglia (linea B); Figure 7 illustrates a graph of the dependence between the ratio of the transmitted luminosity at 1450 nm and 890 nm (line A) with the luminosity incident on the leaf (line B);
la figura 8 illustra un grafico relativo ai coefficienti di luminosità e luminosità incidenti sulla foglia. Si tratta di dati sperimentali ottenuti mediante la presente invenzione e funzione di correlazione ottenuta eseguendo un fit dei dati. In ascissa è presente la luminosità in Lux mentre in ordinata è presente il coefficiente di luminosità; Figure 8 illustrates a graph relating to the luminosity and luminosity coefficients incident on the leaf. These are experimental data obtained by means of the present invention and correlation function obtained by performing a fit of the data. On the abscissa there is the luminosity in Lux while on the ordinate there is the luminosity coefficient;
la figura 9 illustra un grafico dei valori del rapporto Ltras (λ1450)/Ltras(λ890) in ordinata sul tempo misurato in secondi in ascissa, senza la correzione dei coefficienti di luminosità (linea B) e con la correzione (linea A). Negli uniti disegni parti o componenti uguali sono contraddistinti dagli stessi numeri di riferimento; Figure 9 illustrates a graph of the values of the ratio Ltras (λ1450) / Ltras (λ890) in ordinate on the time measured in seconds in the abscissa, without the correction of the luminosity coefficients (line B) and with the correction (line A). In the accompanying drawings, identical parts or components are indicated by the same reference numbers;
la figura 10 illustra una vista prospettica di una versione del dispositivo fogliare secondo la presente invenzione; Figure 10 illustrates a perspective view of a version of the leaf device according to the present invention;
la figura 11 illustra una vista laterale del dispositivo fogliare di cui alla figura 10; Figure 11 illustrates a side view of the leaf device of Figure 10;
le figure 12 e 13 illustrano dei particolari ingranditi del dispositivo fogliare di cui alle figure 10 e 11. Figures 12 and 13 show enlarged details of the leaf device of Figures 10 and 11.
ESEMPI DI REALIZZAZIONE DELL’INVENZIONE EXAMPLES OF REALIZATION OF THE INVENTION
La presente invenzione riguarda un dispositivo fogliare indicato nel suo complesso con 1, in grado di correlare tra loro il contenuto idrico di una foglia F di una pianta ed il valore della luminosità incidente sulla foglia stessa. The present invention relates to a foliar device indicated as a whole with 1, capable of correlating the water content of a leaf F of a plant and the value of the brightness incident on the leaf itself.
In tal modo, è possibile determinare e/o misurare le fluttuazioni del contenuto idrico della foglia dovuta proprio ai valori della luminosità incidente sulla foglia. Nel prosieguo della presente trattazione verranno riportate le formule applicate dal Richiedente al dispositivo fogliare 1 correlare la luminosità incidente con la misura del contenuto idrico tramite opportuni coefficienti di correlazione. Per le piante testate con la presente invenzione, i coefficienti di correlazione sono stati ottenuti tramite una specifica procedura di test, che ha potuto anche comprovare l’efficacia della presente invenzione. In this way, it is possible to determine and / or measure the fluctuations of the water content of the leaf due precisely to the values of the luminosity incident on the leaf. In the continuation of the present discussion, the formulas applied by the Applicant to the leaf device 1 will be reported, correlating the incident luminosity with the measurement of the water content by means of suitable correlation coefficients. For the plants tested with the present invention, the correlation coefficients were obtained through a specific test procedure, which was also able to prove the effectiveness of the present invention.
Il dispositivo 1 secondo la presente invenzione comprende una prima porzione 2 ed una seconda porzione 3. La prima e la seconda porzione 2, 3 costituiscono due bracci o piastre ad esempio in conformazione a pinza o morsetto; inoltre, la prima porzione 2 è atta ad essere posizionata in uso in corrispondenza della faccia superiore F1 della foglia mentre la seconda porzione 3 è atta ad essere posizionata in uso in corrispondenza della faccia inferiore F2 della foglia. The device 1 according to the present invention comprises a first portion 2 and a second portion 3. The first and second portion 2, 3 constitute two arms or plates, for example in the shape of a pincer or clamp; moreover, the first portion 2 is adapted to be positioned in use at the upper face F1 of the leaf while the second portion 3 is adapted to be positioned in use at the lower face F2 of the leaf.
Il dispositivo fogliare 1 può essere realizzato in un materiale, plastico, possibilmente leggero e/o atto a resistere all’umidità o alle intemperie, eventualmente di tipo biodegradabile. The foliar device 1 can be made of a material, plastic, possibly light and / or capable of resisting humidity or bad weather, possibly of a biodegradable type.
La prima e la seconda porzione 2, 3 del dispositivo fogliare 1 possono essere unite e/o vincolate in corrispondenza di una loro estremità o fulcro (indicata come 1a in figura 1), mentre la loro seconda estremità (indicata con 1b in figura 1) è atta ad essere accoppiata in modo rimovibile, dopo aver posizionato il dispositivo fogliare 1 sulla foglia in cui deve avvenire la misurazione. The first and second portions 2, 3 of the leaf device 1 can be joined and / or constrained at one of their ends or fulcrums (indicated as 1a in figure 1), while their second end (indicated with 1b in figure 1) it is adapted to be coupled in a removable way, after having positioned the leaf device 1 on the leaf in which the measurement is to take place.
La prima e la seconda porzione 2 e 3 possono essere unite tra loro mediante viti o mediante incollaggio o altro mezzo adatto (come illustrato nelle figure da 10 a 13). The first and second portions 2 and 3 can be joined together by means of screws or by gluing or other suitable means (as illustrated in Figures 10 to 13).
In una versione alternativa, non illustrata nelle unite tavole, le porzioni 2 e 3 presentano entrambe le estremità 1a, 1b svincolate l’una dall’altra ma vincolabili l’una all’altra al fine di bloccare al loro interno la foglia da analizzare. In particolare, in almeno una versione dell’invenzione, le estremità 1a della prima e della seconda porzione 2, 3 sono separate l’una dall’altra ma vengono unite e/o vincolate tra loto in modo da poter realizzare il dispositivo fogliare 1. In an alternative version, not shown in the accompanying tables, portions 2 and 3 have both ends 1a, 1b released from each other but can be constrained to each other in order to block the leaf to be analyzed inside. In particular, in at least one version of the invention, the ends 1a of the first and second portion 2, 3 are separated from each other but are joined and / or bound together in order to make the leaf device 1.
Le due porzioni 2 e 3 sono pertanto mobili, l’una rispetto all’altra, ed in particolare possono essere avvicinate tra loro, in modo da bloccare o serrare al loro interno lo spessore di una foglia, oppure possono essere allontanate l’una dall’altra, al fine di liberare la foglia, ad esempio al termine della misurazione. Il movimento della prima porzione 2 e della seconda porzione 3 è dunque reversibile. The two portions 2 and 3 are therefore movable, one with respect to the other, and in particular they can be brought closer together, so as to block or tighten the thickness of a leaf inside them, or they can be moved away from each other. other, in order to free the leaf, for example at the end of the measurement. The movement of the first portion 2 and of the second portion 3 is therefore reversible.
In particolare, in una versione, la prima porzione 2 si muove in relazione alla seconda porzione 3 ruotando attorno ad un fulcro o asse di rotazione X che passa in corrispondenza ad esempio di due estremità unite 1a di tali porzioni 2 e 3. In particolare, l’asse di rotazione è perpendicolare al piano di rotazione delle porzioni 2, 3. In particular, in one embodiment, the first portion 2 moves in relation to the second portion 3 by rotating around a fulcrum or axis of rotation X which passes, for example, at two joined ends 1a of these portions 2 and 3. In particular, the axis of rotation is perpendicular to the plane of rotation of the portions 2, 3.
In una versione ulteriore, le due porzioni 2, 3 si muovono l’una rispetto all’altra traslando su due piani sostanzialmente paralleli l’uno rispetto all’altro. In a further version, the two portions 2, 3 move relative to each other by translating on two planes substantially parallel to each other.
Nella loro posizione avvicinata, pertanto, le due porzioni 2 e 3 sono distanziate tra loro di uno spazio D molto sottile, corrispondente all’incirca allo spessore della foglia. In their close position, therefore, the two portions 2 and 3 are spaced apart by a very thin space D, corresponding approximately to the thickness of the leaf.
In una versione particolare, in cui la porzione 2 e la porzione 3 sono avvicinate l’una all’altra anche in assenza di una foglia, esse possono entrare in contatto, annullando di fatto lo spazio compreso tra le stesse. In a particular version, in which portion 2 and portion 3 are close to each other even in the absence of a leaf, they can come into contact, effectively canceling the space between them.
In corrispondenza dell’estremità 1b del dispositivo fogliare 1, può essere presente un elemento di vincolo rimovibile delle porzioni 2, 3, ad esempio conformato a clip, a vite con bullone, a perno o chiodo dotati di una rispettiva sede di alloggiamento e/o incastro, o mediante una fascetta, un sistema di chiusura ad esempio adesivo, eccetera. At the end 1b of the leaf device 1, there may be a removable constraint element of the portions 2, 3, for example shaped like a clip, screw with bolt, pin or nail equipped with a respective housing seat and / or interlocking, or by means of a band, a closure system such as adhesive, etc.
Il dispositivo fogliare 1 è un dispositivo misuratore del contenuto idrico di una foglia e/o di una pianta. The foliar device 1 is a device for measuring the water content of a leaf and / or a plant.
La prima porzione 2 e la seconda porzione 3 presentano una conformazione sostanzialmente allungata, in grado di “abbracciare” tutta l’estensione trasversale della foglia da misurare. Posto che le dimensioni delle foglie di piante di specie diverse possono variare molto, ciascuna porzione 2, 3 presenterà una lunghezza variabile tra 5 cm e 20 cm. All’occorrenza si può optare anche per una forma o dimensione del dispositivo fogliare differente, per venire incontro alle specificità della foglia. The first portion 2 and the second portion 3 have a substantially elongated conformation, able to "embrace" the entire transverse extension of the leaf to be measured. Given that the size of the leaves of plants of different species can vary a lot, each portion 2, 3 will have a variable length between 5 cm and 20 cm. If necessary, you can also opt for a different shape or size of the leaf device, to meet the specificities of the leaf.
La conformazione della prima porzione 2 e della seconda porzione 3, tuttavia, permette di “abbracciare” e/o entrare in contatto in uso con un’ampia superficie fogliare, agevolando di fatto il funzionamento del dispositivo fogliare 1. The conformation of the first portion 2 and the second portion 3, however, allows you to "embrace" and / or come into contact in use with a large leaf surface, effectively facilitating the operation of the leaf device 1.
La prima porzione 2 e la seconda porzione 3 presentano altresì una conformazione sostanzialmente cilindrica o a prisma o preferibilmente a parallelepipedo. The first portion 2 and the second portion 3 also have a substantially cylindrical or prism-like or preferably parallelepiped shape.
In quest’ultimo caso, è possibile individuare, per ciascuna porzione 2, 3, una base interna 2a, 3a, ed una base esterna 2b, 3b. In uso, la base interna 2a della prima porzione 2 si affaccia ed è atta ad entrare in contatto e/o attestamento con la base interna 3a della seconda porzione 3. Quando la foglia è presente, le basi 2a, 3a sono a contatto rispettivamente con la faccia superiore F1 e la faccia inferiore F2 della foglia. In the latter case, it is possible to identify, for each portion 2, 3, an internal base 2a, 3a, and an external base 2b, 3b. In use, the internal base 2a of the first portion 2 faces and is adapted to come into contact and / or abutment with the internal base 3a of the second portion 3. When the leaf is present, the bases 2a, 3a are respectively in contact with the upper face F1 and the lower face F2 of the leaf.
Le basi esterne 2b, 3b, invece, sono opposte alle basi interne 2a ,3a e sono rivolte in uso in una direzione opposta rispetto a quella della foglia. The external bases 2b, 3b, on the other hand, are opposite to the internal bases 2a, 3a and are turned in use in an opposite direction with respect to that of the leaf.
La prima porzione 2 comprende almeno un mezzo emettitore 5, in grado di emettere una luce ad una determinata lunghezza d’onda. Il mezzo emettitore 5 è dunque una sorgente luminosa. The first portion 2 includes at least an emitter means 5, capable of emitting a light at a given wavelength. The emitting means 5 is therefore a light source.
Tale almeno un mezzo emettitore è in grado di emettere ad una lunghezza d’onda pari a 890 nm (mezzo emettitore 5a) o 1450 nm (mezzo emettitore a 1450 nm). In una versione dell’invenzione, sono presenti due mezzi emettitori 5, uno 5a in grado di emettere una lunghezza d’onda pari a 890 nm e uno 5b in grado di emettere una lunghezza d’onda pari a 1450 nm. This at least one emitter medium is able to emit at a wavelength equal to 890 nm (emitter half 5a) or 1450 nm (emitter half at 1450 nm). In one version of the invention, there are two emitting means 5, one 5a capable of emitting a wavelength equal to 890 nm and one 5b capable of emitting a wavelength equal to 1450 nm.
La radiazione a 890 nm fornisce informazioni sull’aspetto della foglia, permette di stimare la quantità di luce riflessa e lo stato di stress, mentre la radiazione a 1450 nm è usata per stimare lo stato di idratazione della pianta. The 890 nm radiation provides information on the appearance of the leaf, allows you to estimate the amount of reflected light and the state of stress, while the 1450 nm radiation is used to estimate the hydration state of the plant.
Nella presente trattazione, col termine “stress” si intende un identificabile condizione biochimica della foglia e/o pianta, ad esempio una condizione che richiede dell’acqua al fine di tornare ad una condizione nomale o idratata. In this discussion, the term "stress" means an identifiable biochemical condition of the leaf and / or plant, for example a condition that requires water in order to return to a normal or hydrated condition.
L’almeno un mezzo emettitore 5, in una versione dell’invenzione, è una sorgente luminosa a LED che emette in una determinata lunghezza d’onda. The at least one emitter means 5, in one version of the invention, is an LED light source that emits in a given wavelength.
La prima porzione 2 e/o la seconda porzione 3 comprende altresì almeno un mezzo rilevatore 6. In una versione dell’invenzione, l’almeno un mezzo rilevatore 6 comprende almeno un fotodiodo, ad esempio un fotodiodo SWIR, un fotodiodo NIR, un fotodiodo per il visibile, ad esempio al silicio (tipico materiale dei fotodiodi per il visibile e per il NIR (890 nm)) o al InGaAs (tipico materiale dei fotodiodi per SWIR (1450 nm)). The first portion 2 and / or the second portion 3 also comprises at least one detector means 6. In one version of the invention, the at least one detector means 6 comprises at least one photodiode, for example a SWIR photodiode, an NIR photodiode, a photodiode for visible, for example silicon (typical photodiode material for visible and NIR (890 nm)) or InGaAs (typical photodiode material for SWIR (1450 nm)).
L’almeno un mezzo rilevatore 6 è alimentato, secondo una versione dell’invenzione, in corrente inversa (cioè la modalità di funzionamento del fotodiodo è alimentato in corrente inversa, ma può essere anche non alimentato) e collegato ad una resistenza di carico (altre soluzioni tecniche possono essere collegare il fotodiodo ad un amplificatore operazionale ad esempio). The at least one detector means 6 is powered, according to a version of the invention, in reverse current (i.e. the operating mode of the photodiode is powered in reverse current, but it can also be not powered) and connected to a load resistor (other technical solutions can be to connect the photodiode to an operational amplifier for example).
L’almeno un mezzo rilevatore 6 è in grado di rilevare una lunghezza d’onda dopo che questa ha interagito con la foglia. In particolare, la presente invenzione può presentare almeno un mezzo rilevatore di riflessione 6a, ad esempio della lunghezza d’onda a 890 nm (mezzo rilevatore di riflessione 6a1) o a 1450 nm (mezzo rilevatore di riflessione 6a2), in particolare posizionato in corrispondenza della prima porzione 2 del dispositivo fogliare 1. The at least one detector means 6 is able to detect a wavelength after it has interacted with the leaf. In particular, the present invention can present at least one reflection detector means 6a, for example of the wavelength at 890 nm (reflection detector means 6a1) or at 1450 nm (reflection detector means 6a2), in particular positioned in correspondence with the first portion 2 of the leaf device 1.
Inoltre o in alternativa, l’almeno un mezzo rilevatore 6 comprende un almeno un mezzo rilevatore di trasmissione 6b, posto ad esempio in corrispondenza della seconda porzione 3 del dispositivo fogliare 1. Furthermore or alternatively, the at least one detector means 6 comprises at least one transmission detector means 6b, located for example at the second portion 3 of the leaf device 1.
Dunque, l’analisi mediante il dispositivo fogliare 1 può essere effettuata in trasmissione e/o in riflessione ed i mezzi rilevatori 6 sono disposti sulla stessa faccia dei mezzi emettitori 5 (per ricevere la radiazione riflessa) e/o sulla faccia opposta a quella su cui sono disposti i mezzi emettitori 5 (per ricevere la radiazione trasmessa). Therefore, the analysis by means of the leaf device 1 can be carried out in transmission and / or reflection and the detecting means 6 are arranged on the same face as the emitting means 5 (to receive the reflected radiation) and / or on the opposite face to that on which the emitting means 5 are arranged (for receiving the transmitted radiation).
Entrando nel dettaglio, il dispositivo fogliare 1 secondo la presente invenzione può comprendere: Going into detail, the foliar device 1 according to the present invention can comprise:
- in una prima versione dell’invenzione, un mezzo emettitore 5a di una lunghezza d’onda pari a 890 nm e un mezzo emettitore 5b di una lunghezza d’onda pari a 1450 nm nonché un mezzo rilevatore di trasmissione 6b1 per la lunghezza d’onda pari a 890 nm ed un mezzo rilevatore di trasmissione 6b2 per la lunghezza d’onda pari a 1450 nm. Si tratta pertanto di un dispositivo fogliare 1 che determina una analisi in sola trasmissione a 890 nm e a 1450 nm; - in a first version of the invention, an emitter means 5a of a wavelength equal to 890 nm and an emitter means 5b of a wavelength equal to 1450 nm as well as a transmission detector means 6b1 for the length of wave equal to 890 nm and a transmission detector half 6b2 for the wavelength equal to 1450 nm. It is therefore a leaf device 1 which determines a transmission-only analysis at 890 nm and at 1450 nm;
- in una seconda versione dell’invenzione, un mezzo emettitore 5a di una lunghezza d’onda pari a 890 nm nonché un mezzo rilevatore di riflessione 6a1 ed un mezzo rilevatore di trasmissione 6b1 per la lunghezza d’onda pari a 890 nm. Si tratta pertanto di un dispositivo fogliare 1 che determina una analisi in riflessione e trasmissione a 890 nm; - in a second version of the invention, an emitter means 5a with a wavelength equal to 890 nm as well as a reflection detector means 6a1 and a transmission detector means 6b1 for the wavelength equal to 890 nm. It is therefore a leaf device 1 which determines a reflection and transmission analysis at 890 nm;
- in una terza versione dell’invenzione, un mezzo emettitore 5b di una lunghezza d’onda pari a 1450 nm nonché un mezzo rilevatore di riflessione 6a2 ed un mezzo rilevatore di trasmissione 6b2 per la lunghezza d’onda pari a 1450 nm. Si tratta pertanto di un dispositivo fogliare 1 che determina una analisi in riflessione e trasmissione a 1450 nm; - in a third version of the invention, an emitter means 5b with a wavelength equal to 1450 nm as well as a reflection detector means 6a2 and a transmission detector means 6b2 for the wavelength equal to 1450 nm. It is therefore a leaf device 1 which determines a reflection and transmission analysis at 1450 nm;
- in una quarta versione dell’invenzione, un mezzo emettitore 5a di una lunghezza d’onda pari a 890 nm e un mezzo emettitore 5b di una lunghezza d’onda pari a 1450 nm nonché un mezzo rilevatore di riflessione 6a1 ed un mezzo rilevatore di trasmissione 6b1 per la lunghezza d’onda pari a 890 nm ed un mezzo rilevatore di riflessione 6a2 ed un mezzo rilevatore di trasmissione 6b2 per la lunghezza d’onda pari a 1450 nm. Si tratta pertanto di un dispositivo fogliare 1 che determina una analisi in riflessione e trasmissione a 890 nm e a 1450 nm. Il dispositivo fogliare 1 secondo la presente invenzione permette dunque di determinare una analisi dello stato di idratazione e/o dello stress di una pianta e/o di una foglia e monitorare in tempo reale lo stato di idratazione della pianta e quindi, in questo modo ed in base ai risultati dell’analisi effettuata, di intervenire in modo appropriato in modo da variare l’irrigazione e/o l’innaffiatura della pianta a seconda delle reali esigenze della stessa. - in a fourth version of the invention, an emitter means 5a of a wavelength equal to 890 nm and an emitter means 5b of a wavelength equal to 1450 nm as well as a reflection detector means 6a1 and a detector means of transmission 6b1 for the wavelength equal to 890 nm and a reflection detector means 6a2 and a transmission detector means 6b2 for the wavelength equal to 1450 nm. It is therefore a leaf device 1 which determines a reflection and transmission analysis at 890 nm and at 1450 nm. The foliar device 1 according to the present invention therefore allows to determine an analysis of the state of hydration and / or stress of a plant and / or a leaf and to monitor in real time the state of hydration of the plant and therefore, in this way and based on the results of the analysis carried out, to intervene appropriately in order to vary the irrigation and / or watering of the plant according to its real needs.
Nella prima versione, dunque, i mezzi rilevatori 6 sono posizionati sulla porzione opposta (ad esempio sulla seconda porzione 3) a quella su cui sono posizionati i mezzi emettitori 5 (ad esempio sulla prima porzione 2). In questo caso poi sono presenti due mezzi emettitori 5 e due mezzi rilevatori 6 (permette di effettuare analisi in trasmissione ad entrambe le lunghezze d’onda). In the first version, therefore, the detector means 6 are positioned on the portion opposite (for example on the second portion 3) to that on which the emitting means 5 are positioned (for example on the first portion 2). In this case then there are two emitting means 5 and two detecting means 6 (it allows to carry out analysis in transmission at both wavelengths).
Nella seconda e nella terza versione, è presente un mezzo emettitore 5, sulla stessa porzione (ad esempi la prima porzione 2) un mezzo rilevatore di riflessione 6a e sulla porzione opposta (ad esempi la seconda porzione 3) il mezzo rilevatore di trasmissione 6b (permette di effettuare analisi in riflessione e trasmissione ad una sola lunghezza d’onda). In the second and third version, there is an emitter means 5, on the same portion (for example the first portion 2) a reflection detector means 6a and on the opposite portion (for example the second portion 3) the transmission detector means 6b ( allows to carry out analysis in reflection and transmission at a single wavelength).
Nella quarta versione, sono presenti due mezzi emettitori 5, due mezzi rilevatori di riflessione 6a posti sulla stessa faccia dei mezzi emettitori 5 (ad esempio sulla prima porzione 2) e, sulla faccia opposta (ad esempio sulla seconda porzione 3), due mezzi rilevatori di trasmissione 6b (permette di effettuare analisi in riflessione e trasmissione a due lunghezze d’onda). In the fourth version, there are two emitting means 5, two reflection detecting means 6a placed on the same face of the emitting means 5 (for example on the first portion 2) and, on the opposite face (for example on the second portion 3), two detecting means transmission 6b (allows to carry out analysis in reflection and transmission at two wavelengths).
Nelle versioni dell’invenzione in cui l’analisi viene effettuata in trasmissione e anche in riflessione, è possibile che i mezzi emettitori 5 emettano una radiazione alla lunghezza d’onda indicata, in cui la radiazione colpisce la foglia con una direzione inclinata rispetto alla perpendicolare della foglia, ad esempio con un angolo di incidenza pari a 45° o inferiore o comunque differente rispetto a 45°. In questo caso, i mezzi emettitori 5 e/o i mezzi rilevatori 6 sono posizionati anch’essi inclinati, ad esempio disposti su un piano inclinato di un angolo di 45° o inferiore o comunque differente rispetto a 45°. In the versions of the invention in which the analysis is carried out in transmission and also in reflection, it is possible that the emitting means 5 emit a radiation at the indicated wavelength, in which the radiation hits the leaf with a direction inclined with respect to the perpendicular of the leaf, for example with an angle of incidence equal to 45 ° or less or in any case different from 45 °. In this case, the emitting means 5 and / or the detecting means 6 are also positioned inclined, for example arranged on an inclined plane at an angle of 45 ° or less or in any case different from 45 °.
La presente invenzione, inoltre, si caratterizza per la presenza, nel dispositivo fogliare 1, di un sensore 8 di luminosità incidente sulla foglia. Furthermore, the present invention is characterized by the presence, in the leaf device 1, of a brightness sensor 8 incident on the leaf.
Tale almeno un sensore 8 di luminosità incidente è atto a rilevare l’intensità della radiazione di una sorgente luminosa, artificiale o naturale quale il sole, che colpisce la foglia e/o è un fotodiodo, ad esempio al silicio, oppure una fotoresistenza, un sensore di luminosità digitale o un fotodiodo al germanio o a InGaAs o a due o più substrati, ovvero silicio germanio, germanio InGaAs, silicio InGaAs o silicio germaio e InGaAs, con uno spettro di rilevazione nel visibile o nel visibile allargato, vale a dire comprendente anche la radiazione infrarossa IR e/o ultravioletta UV. Such at least one sensor 8 of incident brightness is able to detect the intensity of the radiation of a light source, artificial or natural such as the sun, which strikes the leaf and / or is a photodiode, for example silicon, or a photoresistor, a digital light sensor or a germanium or InGaAs photodiode or with two or more substrates, i.e. silicon germanium, germanium InGaAs, silicon InGaAs or silicon germanium and InGaAs, with a detection spectrum in the visible or in the enlarged visible, i.e. also including the infrared IR and / or ultraviolet UV radiation.
Naturalmente, il sensore 8 non rileva la luce emessa dal mezzo emettitore 5 (che può sempre essere considerato una sorgente luminosa) bensì solo la radiazione emessa da una sorgente luminosa esterna al dispositivo fogliare 1, quale una lampada, il sole o altro. Of course, the sensor 8 does not detect the light emitted by the emitting means 5 (which can always be considered a light source) but only the radiation emitted by a light source external to the leaf device 1, such as a lamp, the sun or other.
Pertanto, il sensore 8 rileva la luminosità incidente la foglia. Therefore, the sensor 8 detects the brightness incident on the leaf.
La misurazione effettuata mediante il dispositivo fogliare secondo la presente invenzione potrà, infatti, essere effettuata direttamente nel luogo in cui si trova la pianta (quindi anche in campo) oppure in serra o in laboratorio o in qualsiasi altro luogo adatto. The measurement carried out by means of the foliar device according to the present invention can, in fact, be carried out directly in the place where the plant is located (therefore also in the field) or in the greenhouse or in the laboratory or in any other suitable place.
Il sensore 8 di luminosità incidente sulla foglia è posizionato in corrispondenza della base esterna 2b della prima porzione 2. Nella fattispecie, il sensore 8 di luminosità incidente deve essere sempre rivolto verso la sorgente luminosa. The incident brightness sensor 8 on the leaf is positioned at the outer base 2b of the first portion 2. In this case, the incident brightness sensor 8 must always face the light source.
In tal modo, la presente invenzione supera gli inconvenienti della tecnica nota, in quanto riesce a tenere conto delle fluttuazioni del contenuto idrico della foglia proprio in relazione al valore della luce incidente recepita dal sensore 8. In this way, the present invention overcomes the drawbacks of the known art, since it is able to take into account the fluctuations of the water content of the leaf precisely in relation to the value of the incident light received by the sensor 8.
La presente invenzione prevede altresì un metodo per la determinazione del contenuto idrico di una foglia di una pianta mediante almeno un dispositivo fogliare 1 secondo la presente invenzione, comprendente le seguenti fasi: fornire un dispositivo fogliare 1, atto ad essere applicato in uso ad una foglia F di una pianta, comprendente una prima porzione 2, una seconda porzione 3, almeno un mezzo emettitore 5 ed almeno un mezzo rilevatore 6, The present invention also provides a method for determining the water content of a leaf of a plant by means of at least one leaf device 1 according to the present invention, comprising the following steps: providing a leaf device 1, suitable for being applied in use to a leaf F of a plant, comprising a first portion 2, a second portion 3, at least an emitter means 5 and at least a detector means 6,
applicare il dispositivo fogliare 1 alla foglia posizionando la prima porzione 2 in corrispondenza di una faccia superiore F1 della foglia e la seconda porzione 3 in corrispondenza di una faccia inferiore F2 della foglia, apply the leaf device 1 to the leaf by positioning the first portion 2 at an upper face F1 of the leaf and the second portion 3 at a lower face F2 of the leaf,
attivare l’almeno un mezzo emettitore 5 in modo da emettere una radiazione ad una lunghezza d’onda pari a 890 nm e/o 1450 nm, activate at least one emitter means 5 so as to emit radiation at a wavelength equal to 890 nm and / or 1450 nm,
rilevare tale radiazione riflessa e/o trasmessa dalla foglia F mediante l’almeno un mezzo rilevatore 6, detect this radiation reflected and / or transmitted by the leaf F by means of at least one detector means 6,
azionare almeno un sensore 8 di luminosità incidente sulla foglia posizionato sul dispositivo fogliare 1, activate at least one light sensor 8 incident on the leaf positioned on the leaf device 1,
inviare i dati raccolti dall’almeno un sensore 8 di luminosità incidente e dall’almeno un mezzo rilevatore 6 ad una unità di elaborazione e controllo per determinare il contenuto idrico della foglia F. send the data collected by at least one incident brightness sensor 8 and by at least one detector means 6 to a processing and control unit to determine the water content of the leaf F.
l’unità di elaborazione e controllo (non illustrata negli uniti disegni), può essere posizionata nel dispositivo fogliare 1 o può essere esterna allo stesso, collegata a quest’ultimo mediante cavi o mediante una tecnologia di trasmissione dei dati senza cavo, quali WiFi o Bluetooth, oppure mediante una tecnologia di identificazione a radiofrequenza o RFID (Radio-Frequency IDentification). Preferibilmente, i dati vengono acquisiti da un microcontrollore che misura la tensione ai capi della resistenza di carico dei fotodiodi e acquisisce la misurazione di un sensore di luminosità incidente digitale (ossia con un misuratore integrato, il dato fornito al microcontrollore non è analogico, ma digitale. In alternativa, potrebbe essere anche un dato analogico e misurato direttamente dal microcontrollore). Il microcontrollore può inviare i dati ad un sistema ricevente (gateway e poi internet, server, computer) tramite un modem (via radio o cavo) oppure inviare i dati direttamente a un computer. the processing and control unit (not shown in the accompanying drawings), can be positioned in the leaf device 1 or can be external to it, connected to the latter by cables or by means of a wireless data transmission technology, such as WiFi or Bluetooth, or by means of radio frequency identification or RFID (Radio-Frequency IDentification) technology. Preferably, the data is acquired by a microcontroller which measures the voltage across the load resistance of the photodiodes and acquires the measurement of a digital incident light sensor (i.e. with an integrated meter, the data supplied to the microcontroller is not analog, but digital . Alternatively, it could also be analog data and measured directly by the microcontroller). The microcontroller can send data to a receiving system (gateway and then internet, server, computer) via a modem (via radio or cable) or send data directly to a computer.
I dati raccolti vengono quindi elaborati, considerando sia quanto ricevuto dall’almeno un mezzo rilevatore 6 che dall’almeno un sensore 8 di luminosità incidente, in modo da determinare il contenuto idrico della pianta valutando al contempo le fluttuazioni del contenuto idrico dovute alla variazione della luminosità incidente sulla foglia e rilevata dal sensore 8. The collected data are then processed, considering both what is received by the at least one detector means 6 and by the at least one sensor 8 of incident brightness, so as to determine the water content of the plant while evaluating the fluctuations of the water content due to the variation of the brightness incident on the leaf and detected by the sensor 8.
La fase di attivare l’almeno un mezzo emettitore 5 comprende attivare almeno un mezzo emettitore 5a che emette una radiazione ad una lunghezza d’onda pari a 890 nm che viene rilevata in riflessione da almeno un mezzo rilevatore di riflessione 6a, 6a1 della lunghezza d’onda a 890 nm e/o che viene rilevata in trasmissione da almeno un mezzo rilevatore di trasmissione 6b, 6b1 della lunghezza d’onda a 890 nm. The step of activating the at least one emitting means 5 comprises activating at least one emitting means 5a which emits a radiation at a wavelength equal to 890 nm which is detected in reflection by at least one reflection detector means 6a, 6a1 of the length d wave at 890 nm and / or which is detected in transmission by at least one transmission detector means 6b, 6b1 of the wavelength at 890 nm.
In aggiunta o alternativa, la fase di attivare l’almeno un mezzo emettitore 5 comprende attivare almeno un mezzo emettitore 5b che emette una radiazione ad una lunghezza d’onda pari a 1450 nm che viene rilevata in riflessione da almeno un mezzo rilevatore di riflessione 6a, 6a2 della lunghezza d’onda a 1450 nm e/o che viene rilevata in trasmissione da almeno un mezzo rilevatore di trasmissione 6b, 6b2 della lunghezza d’onda a 1450 nm. Additionally or alternatively, the step of activating the at least one emitter means 5 comprises activating at least one emitter means 5b which emits a radiation at a wavelength equal to 1450 nm which is detected in reflection by at least one reflection detector means 6a , 6a2 of the wavelength at 1450 nm and / or which is detected in transmission by at least one transmission detector means 6b, 6b2 of the wavelength at 1450 nm.
Secondo una versione, il dispositivo fogliare 1 viene lasciato applicato alla foglia in esame durante i vari momenti della giornata o durante i vari momenti del test, in quanto la luminosità incidente sulla foglia e rilevata dal sensore 8 può variare sia a seconda della posizione della foglia, che durante il periodo della giornata o di test. According to one version, the leaf device 1 is left applied to the leaf under examination during the various moments of the day or during the various moments of the test, since the luminosity incident on the leaf and detected by the sensor 8 can vary both according to the position of the leaf , that during the time of the day or test.
La presente invenzione si riferisce anche all’uso del dispositivo fogliare 1 per la determinazione del contenuto idrico di una foglia F di una pianta tenendo conto della variazione della luminosità incidente. The present invention also refers to the use of the foliar device 1 for determining the water content of a leaf F of a plant taking into account the variation of the incident brightness.
La determinazione del contenuto idrico della foglia comprende quindi la determinazione dello stato di idratazione e/o di stress della pianta e/o della foglia e/o il monitoraggio in tempo reale dello stato di idratazione della pianta e/o della foglia regolare una irrigazione e/o innaffiatura della pianta stessa. The determination of the water content of the leaf therefore includes the determination of the state of hydration and / or stress of the plant and / or of the leaf and / or the monitoring in real time of the state of hydration of the plant and / or of the leaf regular irrigation and / or watering of the plant itself.
Qualora infatti il contenuto idrico della pianta fosse all’interno di un determinato range di parametri, definiti di idratazione della pianta, sarebbe possibile posticipare o evitare la fase di innaffiatura o irrigazione. In fact, if the water content of the plant was within a certain range of parameters, defined as plant hydration, it would be possible to postpone or avoid the watering or irrigation phase.
Qualora invece il contenuto idrico della pianta fosse all’esterno del range di idratazione della pianta, richiamando quindi una condizione di stress idrico, sarebbe possibile anticipare o eseguire la fase di innaffiatura o irrigazione. If, on the other hand, the water content of the plant was outside the hydration range of the plant, thus recalling a water stress condition, it would be possible to anticipate or carry out the watering or irrigation phase.
I dati elaborati dall’unità di elaborazione e controllo possono quindi essere inviati al personale che si occupa della pianta in questione o, in modo automatico, ad un sistema di gestione di innaffiatura/irrigamento della pianta stessa. The data processed by the processing and control unit can then be sent to the staff who takes care of the plant in question or, automatically, to a watering / irrigation management system of the plant itself.
Un altro possibile uso, mediante la determinazione del contenuto idrico della foglia, è quello di determinare la presenza di eventuali malattie della foglia e/o della pianta (ad esempio vedendo che indipendentemente dagli interventi di irrigazione o innaffiamento non varia il contenuto idrico della foglia) o anche la presenza di eventuali sostanze presenti nella foglia e quindi nella pianta, quali metalli pesanti, contaminanti, eccetera. In tal modo, è possibile valutare anche lo stato di salute della pianta. Per questo punto bisogna definire specifiche lunghezze d’onde di riflessione o assorbimento per le sostanze da ricercare, ad esempio il cadmio alla lunghezza d’onda di 672.6 nm o il piombo a 416.8 nm, ecc.. Another possible use, through the determination of the water content of the leaf, is to determine the presence of any diseases of the leaf and / or of the plant (for example seeing that regardless of the irrigation or watering interventions the water content of the leaf does not change) or even the presence of any substances present in the leaf and therefore in the plant, such as heavy metals, contaminants, etc. In this way, it is also possible to evaluate the health of the plant. For this point it is necessary to define specific wavelengths of reflection or absorption for the substances to be researched, for example cadmium at a wavelength of 672.6 nm or lead at 416.8 nm, etc.
Vantaggiosamente, sia i mezzi emettitori 5 che i mezzi rilevatori 6 sono posizionati in corrispondenza rispettivamente delle basi interne 2a, 3a della prima porzione 2 e della prima porzione 3, secondo una versione in corrispondenza l’uno sopra l’altro, quando si tratta di mezzi rilevatori di trasmissione 6b. Advantageously, both the emitting means 5 and the detecting means 6 are positioned respectively at the internal bases 2a, 3a of the first portion 2 and the first portion 3, according to a version corresponding to each other, when it comes to transmission detection means 6b.
In tal modo, la radiazione emessa colpisce direttamente la foglia (in particolare la sua faccia superiore F1) e viene trasmessa secondo un percorso sostanzialmente rettilineo dalla faccia inferiore F2, dove è presente il mezzo rilevatore 6b. In this way, the radiation emitted directly strikes the leaf (in particular its upper face F1) and is transmitted along a substantially straight path from the lower face F2, where the detector means 6b is present.
Chiaramente, se il mezzo emettitore 5 è inclinato di un certo angolo rispetto alla perpendicolare della foglia, il rispettivo mezzo rilevatore 6b sarà posizionato sulla base interna 3b inclinato di un angolo pari a 90° l’angolo di incidenza, in modo da permettere la ricezione della radiazione trasmessa (che come detto si muove lungo una direzione sostanzialmente rettilinea). Clearly, if the emitter means 5 is inclined by a certain angle with respect to the perpendicular of the leaf, the respective detector means 6b will be positioned on the internal base 3b inclined by an angle equal to 90 ° the angle of incidence, so as to allow reception of the transmitted radiation (which, as mentioned, moves along a substantially rectilinear direction).
Analogamente, quando si tratta dei mezzi rilevatori di riflessione 6a, essi saranno posizionati sulla stessa base interna dei mezzi emettitori 5, vale a dire la base interna 2a. quando il mezzo emettitore 5 è inclinato di un certo angolo rispetto alla perpendicolare della foglia, il rispettivo mezzo rilevatore 6a sarà posizionato sulla stessa base interna 2b inclinato di un angolo pari a 90° l’angolo di incidenza, in modo da permettere la ricezione della radiazione riflessa (che viene solitamente riflessa formando un angolo di circa 90° rispetto alla direzione di incidenza). Il dispositivo fogliare 1 secondo la presente invenzione potrebbe essere dotato anche di almeno un sensore di temperatura e/o umidità per rilevare eventuali modifiche ambientali. Tale almeno un sensore di temperatura e/o umidità può essere posizionato sulla prima e/o sulla seconda porzione 2, 3 oppure potrebbe anche non essere posizionato sul dispositivo fogliare 1, ma in prossimità dello stesso. Temperatura e/o umidità, infatti, possono inficiare lo stato della foglia. In generale, infatti, i fattori che possono causare la chiusura degli stomi sono la perdita d’acqua, un’alta concentrazione di CO2, per molte specie il buio, e temperature più elevate dei 30-35°C. Similarly, when dealing with the reflection detecting means 6a, they will be positioned on the same internal base as the emitting means 5, that is to say the internal base 2a. when the emitter means 5 is inclined by a certain angle with respect to the perpendicular of the leaf, the respective detector means 6a will be positioned on the same internal base 2b inclined by an angle equal to 90 ° the angle of incidence, so as to allow the reception of the reflected radiation (which is usually reflected at an angle of about 90 ° to the direction of incidence). The foliar device 1 according to the present invention could also be equipped with at least one temperature and / or humidity sensor to detect any environmental changes. Such at least one temperature and / or humidity sensor can be positioned on the first and / or second portion 2, 3 or it could also not be positioned on the leaf device 1, but in proximity to it. Temperature and / or humidity, in fact, can affect the state of the leaf. In general, in fact, the factors that can cause the stomata to close are the loss of water, a high concentration of CO2, darkness for many species, and temperatures higher than 30-35 ° C.
Riportiamo di seguito il processo di calcoli determinati dal Richiedente per determinare e/o calcolare il contenuto idrico di una foglia e la sua variazione nel tempo, inclusi i parametri che definiscono il contenuto idrico di una foglia secondo almeno una versione della presente invenzione. We report below the calculation process determined by the Applicant to determine and / or calculate the water content of a leaf and its variation over time, including the parameters that define the water content of a leaf according to at least one version of the present invention.
Descrizione della misurazione dei parametri necessari per definire il contenuto idrico di una foglia Description of the measurement of the parameters necessary to define the water content of a leaf
Il contenuto idrico della foglia viene stimato a partire dalla misurazione dell’attenuazione di luce nella banda delle radiazioni infrarosse a bassa lunghezza d’onda (o Short-Wave Infra-Red - SWIR) che interagisce con la foglia. Misurando l’attenuazione di luce che interagisce con la foglia in altre bande, a titolo di esempio non esclusivo la luce nella banda del vicino infrarosso (o Near Infra-Red - NIR), è possibile stimare le caratteristiche della foglia, quali la composizione, la struttura, lo spessore, ecc. al fine di migliorare la misurazione di contenuto idrico della foglia. Nello specifico, per determinare il contenuto idrico di una foglia la presente invenzione utilizza due mezzi emettitori 5 (ad esempio due sorgenti di luce a LED), uno a 890 nm (luce NIR) e uno a 1450 nm (luce SWIR). Il mezzo emettitore 5a a 890 nm viene usato come riferimento per stimare l’assorbimento di luce legato a tutte le molecole - eccetto l’acqua - che compongono la foglia in esame data la poca attenuazione dell’acqua a queste frequenze. Invece, a 1450 nm la luce viene assorbita molto dall’acqua, e quindi la variazione di intensità di questa lunghezza d’onda è un buon indicatore per stimare la quantità d’acqua presente nella foglia. The water content of the leaf is estimated starting from the measurement of the attenuation of light in the low wavelength infrared radiation band (or Short-Wave Infra-Red - SWIR) that interacts with the leaf. By measuring the attenuation of light interacting with the leaf in other bands, by way of non-exclusive example the light in the near infrared (or Near Infra-Red - NIR) band, it is possible to estimate the characteristics of the leaf, such as composition, the structure, thickness, etc. in order to improve the measurement of water content of the leaf. Specifically, to determine the water content of a leaf the present invention uses two emitting means 5 (for example two LED light sources), one at 890 nm (NIR light) and one at 1450 nm (SWIR light). The emitter medium 5a at 890 nm is used as a reference to estimate the absorption of light linked to all the molecules - except water - that make up the leaf under consideration given the low attenuation of water at these frequencies. Instead, at 1450 nm light is absorbed a lot by water, and therefore the variation in intensity of this wavelength is a good indicator to estimate the amount of water present in the leaf.
Identico risultato può essere ottenuto utilizzando almeno un mezzo emettitore 5 o una sorgente di luce differente, accoppiati con filtri per selezionare le medesime bande spettrali. The same result can be obtained by using at least an emitter means 5 or a different light source, coupled with filters to select the same spectral bands.
Altri elementi funzionali, utili al dispositivo fogliare 1, possono essere degli strumenti posti sull’almeno un mezzo emettitore 5, quali ad esempio almeno un filtro e/o almeno una lente, e/o dei sensori atti a migliorare la misurazione. Other functional elements, useful for the foliar device 1, may be instruments placed on the at least one emitter means 5, such as for example at least one filter and / or at least one lens, and / or sensors designed to improve measurement.
In figura 1 è illustrata una versione della presente invenzione, in cui il dispositivo fogliare 1 presenta due mezzi emettitori 5 in corrispondenza della faccia superiore F1 della foglia, perfettamente allineati con i rispettivi mezzi rilevatori 6 (o sensori di luce) posizionati sulla faccia inferiore F2 della stessa foglia. La luce generata da ciascun mezzo emettitore 5 che incide sulla foglia viene riflessa, assorbita e infine trasmessa mezzi rilevatori 6 che ne misurano l’intensità tramite un opportuno circuito elettronico. I mezzi emettitori 5 ed i mezzi rilevatori 6, nonché il sensore 8 di luce incidente, presenti sul dispositivo fogliare 1, sono connessi ad un sistema di elaborazione elettronico (non illustrato nelle figure). Figure 1 illustrates a version of the present invention, in which the leaf device 1 has two emitting means 5 in correspondence with the upper face F1 of the leaf, perfectly aligned with the respective detector means 6 (or light sensors) positioned on the lower face F2 of the same leaf. The light generated by each emitter means 5 which affects the leaf is reflected, absorbed and finally transmitted by detecting means 6 which measure its intensity through an appropriate electronic circuit. The emitting means 5 and the detecting means 6, as well as the incident light sensor 8, present on the leaf device 1, are connected to an electronic processing system (not shown in the figures).
Quando il mezzo rilevatore 6 è illuminato da un mezzo emettitore 5 quale una sorgente di luce a banda stretta (ad es. LED) centrata alla lunghezza d’onda λ, allora la tensione ai capi della resistenza di carico (cui può essere collegato il mezzo rilevatore 6) dipende approssimativamente alla luminosità rilevata dal mezzo rilevator 6 dalla legge (1): When the detector means 6 is illuminated by an emitting means 5 such as a narrow band light source (e.g. LED) centered at the wavelength λ, then the voltage across the load resistance (to which the medium can be connected detector 6) depends approximately on the brightness detected by the detector means 6 by the law (1):
in cui VR è la tensione ai capi della resistenza, Lril è la luminosità rilevata e S la sensibilità spettrale alla lunghezza d’onda λ (R è la resistenza di carico). La misurazione della tensione ai capi della resistenza di carico, operata da un opportuno circuito elettronico, permette di calcolare la luminosità rilevata dal fotodiodo, o mezzo rilevatore 6, e trasmessa dalla foglia secondo la seguente formula (2): where VR is the voltage across the resistance, Lril is the detected brightness and S the spectral sensitivity at wavelength λ (R is the load resistance). The measurement of the voltage across the load resistance, operated by an appropriate electronic circuit, allows to calculate the brightness detected by the photodiode, or detector means 6, and transmitted by the leaf according to the following formula (2):
Descrizione del calcolo del contenuto idrico a partire dai parametri misurati Quando un fascio di luce attraversa una sezione di foglia di spessore x ed area A, la relazione tra la luminosità incidente e luminosità trasmessa ad una certa lunghezza d’onda λ è espressa dalla legge (3): Description of the calculation of the water content starting from the measured parameters When a light beam crosses a leaf section of thickness x and area A, the relationship between the incident luminosity and the luminosity transmitted at a certain wavelength λ is expressed by the law ( 3):
dove con µw si intende il coefficiente di assorbimento dell’acqua alla lunghezza d’onda λ, xw è lo spessore d’acqua equivalente nella foglia, µf è il coefficiente di assorbimento totale delle sostanze che formano la foglia ad eccezione dell’acqua alla lunghezza d’onda λ, wf è la frazione di massa delle sostanze che formano la foglia ad eccezione dell’acqua, ρ è la densità della foglia e ρf è la densità delle sostanze che formano la foglia ad eccezione dell’acqua. where µw is the water absorption coefficient at wavelength λ, xw is the equivalent water thickness in the leaf, µf is the total absorption coefficient of the substances forming the leaf with the exception of water at the length wave λ, wf is the mass fraction of the substances that form the leaf with the exception of water, ρ is the density of the leaf and ρf is the density of the substances that form the leaf with the exception of water.
Ltras(λ) è l’intensità della luce trasmessa dalla foglia, mentre Linc(λ) è la luce incidente la foglia. Ltras (λ) is the intensity of the light transmitted by the leaf, while Linc (λ) is the light incident on the leaf.
Nell’esempio non limitativo considerato in figura 1, Ltras(λ) è approssimabile alla luce rilevata dal fotodiodo (Ltras(λ) = Lril), e Linc(λ) è approssimabile alla radiazione generata dalla sorgente di luce. Lo spessore d’acqua equivalente (xw) corrisponde al rapporto tra il volume d’acqua contenuto nella sezione di foglia attraversata dal fascio di luce e l’area A, per cui: In the non-limiting example considered in Figure 1, Ltras (λ) can be approximated to the light detected by the photodiode (Ltras (λ) = Lril), and Linc (λ) can be approximated to the radiation generated by the light source. The equivalent water thickness (xw) corresponds to the ratio between the volume of water contained in the leaf section crossed by the light beam and area A, so:
dove con Mw si intende la massa dell’acqua attraversata dalla luce, Vw il volume d’acqua attraversato dalla luce e ρw la densità dell’acqua. Utilizzando la formula (3) il rapporto tra la luminosità trasmessa e incidente può essere riscritta come segue (5): where Mw means the mass of water crossed by light, Vw the volume of water crossed by light and ρw the density of the water. Using formula (3) the relationship between transmitted and incident brightness can be rewritten as follows (5):
dove con λa si intende la lunghezza d’onda di radiazione luminosa con coefficiente d’assorbimento dell’acqua non trascurabile (ad es. luce a 1450 nm). Nel caso in cui la luce che interagisce con la foglia abbia coefficiente d’assorbimento dell’acqua trascurabile (ad es. luce a 890 nm) la formula (5) si semplifica ulteriormente: where λa means the wavelength of light radiation with a non-negligible water absorption coefficient (eg. light at 1450 nm). In the event that the light interacting with the leaf has a negligible water absorption coefficient (e.g. light at 890 nm), formula (5) is further simplified:
dove con λn si intende la lunghezza d’onda di radiazione luminosa con coefficiente d’assorbimento dell’acqua trascurabile (ad es. 890 nm). Analizzando la stessa sezione di foglia o due sezioni molto simili della stessa foglia con due fasci di luce a lunghezze d’onda differenti è possibile combinare insieme le formule (5) e (6), ottenendo la seguente (7): where with λn we mean the wavelength of light radiation with negligible water absorption coefficient (eg. 890 nm). By analyzing the same leaf section or two very similar sections of the same leaf with two beams of light at different wavelengths, it is possible to combine formulas (5) and (6) together, obtaining the following (7):
la massa d’acqua (Mw) contenuta nella sezione illuminata della foglia sarà quindi: the mass of water (Mw) contained in the illuminated section of the leaf will therefore be:
dove con Rinc si intende il rapporto tra le luminosità incidenti (Rinc = Linc(λn)/Linc(λa)), che una volta impostato il dispositivo fogliare 1 è costante. where with Rinc we mean the ratio between the incident luminosities (Rinc = Linc (λn) / Linc (λa)), which once set the leaf device 1 is constant.
Descrizione del calcolo della variazione di contenuto idrico Description of the calculation of the change in water content
A partire dalla formula (5) il rapporto tra due luminosità trasmesse attraverso la foglia in due momenti diversi e ad una lunghezza d’onda sensibile all’acqua (λa) è: Starting from formula (5), the ratio between two luminosities transmitted through the leaf at two different times and to a wavelength sensitive to water (λa) is:
dove con Mw(tk) si intende la massa d’acqua all’istante tk nella sezione di foglia attraversata dalla luce e x(tk) lo spessore all’istante tk nella sezione di foglia attraversata dalla luce. Nel caso in cui la luce non sia ad una lunghezza d’onda (λn) sensibile all’acqua, la formula si semplifica in: where with Mw (tk) we mean the mass of water at instant tk in the leaf section crossed by the light and x (tk) the thickness at instant tk in the leaf section crossed by the light. In the event that the light is not at a wavelength (λn) sensitive to water, the formula is simplified to:
Analizzando la stessa sezione di foglia o due sezioni molto simili della stessa foglia con due fasci di luce differenti e combinando le formule (9) e (10) si ottiene: Analyzing the same leaf section or two very similar sections of the same leaf with two different light beams and combining formulas (9) and (10) we obtain:
dove con ∆Mw(t0, t1) (= Mw(t1) − Mw(t0)) si intende la variazione di massa d’acqua nella sezione di foglia attraversata dalla luce. where with ∆Mw (t0, t1) (= Mw (t1) - Mw (t0)) we mean the variation in water mass in the leaf section crossed by the light.
A partire dalla formula (11) e misurando la luce trasmessa attraverso la foglia alle lunghezze d’onda λa e λn in due istanti diversi t0 e t1, la massa d’acqua relativa all’istante t1 rispetto all’istante t0 sarà: Starting from formula (11) and measuring the light transmitted through the leaf at wavelengths λa and λn in two different instants t0 and t1, the mass of water relative to the instant t1 with respect to the instant t0 will be:
con C costante ed equivalente a: with constant C and equivalent to:
Altre possibili versioni del dispositivo fogliare 1 possono prevedere di misurare la sola luce riflessa dalla foglia o contemporaneamente la luce riflessa e la luce trasmessa dalla foglia, nella sola banda SWIR, nella sola banda NIR (in questo caso anche in sola trasmissione) o insieme ad altre bande (NIR, visibile, ecc.). Tali esempi sono illustrati nelle figure 3, 4 e 5. Other possible versions of the leaf device 1 can provide for measuring only the light reflected by the leaf or at the same time the reflected light and the light transmitted by the leaf, in the SWIR band only, in the NIR band only (in this case also in transmission only) or together with other bands (NIR, visible, etc.). Such examples are illustrated in Figures 3, 4 and 5.
In particolare, nella versione illustrata in figura 3 è illustrata la collocazione dei LED e dei fotodiodi per la configurazione a riflessione e trasmissione a 890 nm. La disposizione dei sensori è ottimizzata per rilevare la luce in riflessione (mezzo di rilevazione 6a1) e in trasmissione (mezzo di rilevazione 6b1), da cui poi è possibile calcolare la luce assorbita dalla foglia e determinare il suo stato idrico, e/o definire lo stato di stress in cui si trova la foglia. In particular, in the version illustrated in Figure 3, the location of the LEDs and photodiodes for the reflection and transmission configuration at 890 nm is shown. The arrangement of the sensors is optimized to detect light in reflection (detection means 6a1) and in transmission (detection means 6b1), from which it is then possible to calculate the light absorbed by the leaf and determine its water status, and / or define the state of stress in which the leaf is found.
Altre due possibili versioni dell’invenzione consistono nel disporre LED e fotodiodi con angoli di incidenza, trasmissione e riflessione piccoli o a 45°. Two other possible versions of the invention consist in arranging LEDs and photodiodes with small or 45 ° angles of incidence, transmission and reflection.
Il fattore che distingue le due versioni è i) se favorire la trasmissione (mediante piccoli angoli) o ii) la riflessione (mediante angoli a 45 gradi). The factor that distinguishes the two versions is i) whether to favor transmission (through small angles) or ii) reflection (through 45 degree angles).
La figura 4 mostra la collocazione del LED e dei fotodiodi per la configurazione a riflessione e trasmissione a 1450 nm. Anche in questo caso, la disposizione dei sensori è ottimizzata per rilevare la luce in riflessione (mezzo di rilevazione 6a2) e in trasmissione (mezzo di rilevazione 6b2), da cui poi è possibile calcolare la luce assorbita dalla foglia e determinare il suo stato idrico. Figure 4 shows the placement of the LED and photodiodes for the reflection and transmission configuration at 1450 nm. Also in this case, the arrangement of the sensors is optimized to detect the light in reflection (detection means 6a2) and in transmission (detection means 6b2), from which it is then possible to calculate the light absorbed by the leaf and determine its water status. .
Come per la versione precedente, altre due possibili forme di realizzazione consistono nel disporre LED e fotodiodi con angoli di incidenza, trasmissione e riflessione piccoli o a 45°. As for the previous version, two other possible embodiments consist in arranging LEDs and photodiodes with small or 45 ° angles of incidence, transmission and reflection.
La figura 5 mostra la configurazione a riflessione e trasmissione a 890 e 1450 nm. Questo tipo di disposizione permette di sfruttare i benefici di entrambe le frequenze ma ha, come svantaggio, quello di impiegare un consumo energetico doppio rispetto ai precedenti, nonché di avere bisogno di un’ampia superficie fogliare. Figure 5 shows the reflection and transmission configuration at 890 and 1450 nm. This type of arrangement allows you to take advantage of the benefits of both frequencies but has, as a disadvantage, that of using twice the energy consumption of the previous ones, as well as the need for a large leaf area.
Calcoli della correlazione tra contenuto idrico della foglia e luminosità incidente La figura 6 mostra una possibile (ma non limitativa) forma di realizzazione dell’invenzione. Tale configurazione prevede LED (mezzi di emissione 5a, 5b) e fotodiodi a 890 nm (banda NIR) e a 1450 nm (banda SWIR), vale a dire mezzi di rilevazione 6b1, 6b2, rivolti verso la foglia in sola trasmissione, nonché un sensore 8 per la luce incidente sulla parte esterna del dispositivo fogliare 1, ad esempio in corrispondenza della base esterna 2b della prima porzione 2. Calculations of the correlation between leaf water content and incident brightness Figure 6 shows a possible (but not limiting) embodiment of the invention. This configuration provides LEDs (emission means 5a, 5b) and photodiodes at 890 nm (NIR band) and at 1450 nm (SWIR band), i.e. detection means 6b1, 6b2, facing the leaf in transmission only, as well as a sensor 8 for the light incident on the external part of the leaf device 1, for example in correspondence with the external base 2b of the first portion 2.
Anche in questo caso, possono essere presenti degli ulteriori elementi funzionali, utili al dispositivo fogliare 1, quali strumenti (ad es. filtri e/o lenti) posti sul sensore 8 di luminosità atti a migliorare la misurazione. Also in this case, further functional elements may be present, useful for the leaf device 1, such as instruments (for example filters and / or lenses) placed on the brightness sensor 8 suitable for improving the measurement.
In tale forma di realizzazione, e a partire dalla formula (8), è possibile determinare il contenuto idrico della foglia utilizzando l’equazione seguente (14): In this embodiment, and starting from the formula (8), it is possible to determine the water content of the leaf using the following equation (14):
con Aw e Bw costanti, Ltras(λ1450) è la luce trasmessa dalla foglia alla lunghezza d’onda di 1450 nm e Ltras(λ890) è la luce trasmessa dalla foglia alla lunghezza d’onda di 890 nm. with constant Aw and Bw, Ltras (λ1450) is the light transmitted by the leaf at the wavelength of 1450 nm and Ltras (λ890) is the light transmitted by the leaf at the wavelength of 890 nm.
Correzione dei parametri per definire il contenuto idrico della foglia Correction of parameters to define the water content of the leaf
Come evidenziato in precedenza nella formula (14) le componenti Aw e Bw sono delle costanti. Si può dunque notare che l’unica componente non costante presente sia il rapporto tra le luminosità trasmesse Ltras(λ1450)/Ltras(λ890). As previously highlighted in formula (14) the components Aw and Bw are constants. It can therefore be noted that the only non-constant component present is the ratio between the transmitted luminosity Ltras (λ1450) / Ltras (λ890).
I risultati dei test, mostrati nel grafico di figura 7, sottolineano come il rapporto Ltras(λ1450)/Ltras(λ890) dipenda dalla luminosità incidente sulla foglia. In particolare, la linea A rappresenta la misurazione del rapporto Ltras(λ1450)/Ltras(λ890), mentre la linea B è la luminosità incidente sulla foglia. I dati sono stati opportunamente scalati lungo l’asse y in modo tale da essere sovrapponibili in un unico grafico per mostrare l’effetto evidenziato dai test. The results of the tests, shown in the graph in figure 7, underline how the ratio Ltras (λ1450) / Ltras (λ890) depends on the luminosity incident on the leaf. In particular, line A represents the measurement of the ratio Ltras (λ1450) / Ltras (λ890), while line B is the luminosity incident on the leaf. The data have been appropriately scaled along the y axis in such a way as to be superimposed in a single graph to show the effect highlighted by the tests.
Per questo motivo, si evince che tutte le altre attuali tecniche di misurazioni del contenuto idrico della foglia sono affette da una fluttuazione, che non viene considerata nei calcoli, dovuta all’effetto della luce incidente sulla foglia. Tali fluttuazioni sono dovute all’apertura del poro stomatico che permette la traspirazione della foglia (e/o ad altre variazioni nella foglia dovute ad un cambiamento di stato della foglia, eccetera). For this reason, it is clear that all other current techniques for measuring the water content of the leaf are affected by a fluctuation, which is not considered in the calculations, due to the effect of light incident on the leaf. These fluctuations are due to the opening of the stomatal pore which allows the transpiration of the leaf (and / or other variations in the leaf due to a change in the state of the leaf, etc.).
La presente invenzione consente di stimare la fluttuazione del contenuto idrico dovuta alla luce incidente, di definire il contenuto idrico relativo e di valutare il contenuto idrico di base o baseline. La fluttuazione di contenuto idrico dovuto alla luce incidente è stimata a partire dal rapporto tra le intensità della luce trasmesse dalla foglia alle due lunghezze d’onda (890 nm e 1450 nm), tramite la seguente formula (15): The present invention makes it possible to estimate the fluctuation of the water content due to incident light, to define the relative water content and to evaluate the basic or baseline water content. The fluctuation of water content due to incident light is estimated from the ratio between the intensity of the light transmitted by the leaf at the two wavelengths (890 nm and 1450 nm), using the following formula (15):
dove con Lfoglia si intende l’intensità della luce incidente sulla foglia, where the leaf means the intensity of the light incident on the leaf,
è il rapporto tra le intensità della luce trasmessa dalla foglia alle due lunghezze d’onda (890 nm e 1450 nm) dopo la correzione della is the ratio between the intensity of the light transmitted by the leaf to the two wavelengths (890 nm and 1450 nm) after the correction of
fluttuazione e è il rapporto tra le intensità della luce trasmessa dalla foglia alle due lunghezze d’onda (890 nm e 1450 nm) e misurata dal dispositivo fogliare 1. fluctuation e is the ratio between the intensity of the light transmitted by the leaf at the two wavelengths (890 nm and 1450 nm) and measured by the leaf device 1.
Nella sua forma più semplice la formula (15) può essere riscritta: In its simplest form the formula (15) can be rewritten:
con K(Lfoglia) coefficienti di conversione da a with K (Lleaf) conversion coefficients from to
Descrizione dei metodi con cui sono stati ottenuti i coefficienti di luminosità Misurando il segnale contemporaneamente alla luminosità incidente sulla foglia (mediante il sensore 8) durante un rapido passaggio da buio a luce, si è riusciti a misurare la variazione del segnale stesso in relazione alla variazione di luminosità. In questo modo è possibile distinguere la variazione dovuta esclusivamente alla luminosità incidente, escludendo altri fattori (es. variazioni interne della foglia). Tale misurazione si attua portando rapidamente la pianta, a cui è attaccata la foglia in misurazione, da uno stato di buio (scatola chiusa, stanza chiusa, pianta coperta, ecc.) ad uno stato con una certa luminosità, artificiale o naturale, incidente sulla foglia (scatola aperta, stanza aperta, pianta non coperta, luce accesa nella stanza, ecc.). Analizzando i dati è possibile determinare una funzione fit per correlare tra loro la variazione di segnale alla luminosità. Ripetendo questa procedura per differenti piante è possibile realizzare un database con funzioni di correlazione per le differenti specie. Description of the methods by which the luminosity coefficients were obtained By measuring the signal simultaneously with the luminosity incident on the leaf (using sensor 8) during a rapid transition from dark to light, it was possible to measure the variation of the signal itself in relation to the variation of brightness. In this way it is possible to distinguish the variation due exclusively to the incident brightness, excluding other factors (eg internal variations of the leaf). This measurement is carried out by rapidly bringing the plant, to which the leaf being measured is attached, from a state of darkness (closed box, closed room, covered plant, etc.) to a state with a certain brightness, artificial or natural, affecting the leaf (open box, open room, uncovered plant, light on in the room, etc.). By analyzing the data it is possible to determine a fit function to correlate the variation of the signal with the brightness. By repeating this procedure for different plants it is possible to create a database with correlation functions for the different species.
Il database è importante per poter ricavare lo stato idrico della pianta, secondo almeno una versione dell’invenzione. Ogni specie da sottoporre all’analisi da parte del dispositivo fogliare 1 necessita di una banca dati che metta in relazione la cross-correlazione tra lo stato idrico e la luminosità incidente sulla foglia. Il database è stato costruito e verrà ampliato sulla base di esperimenti ripetuti usando il metodo sotto descritto che alterna due fasi di buio ad una di luce. The database is important in order to derive the water status of the plant, according to at least one version of the invention. Each species to be subjected to the analysis by the leaf device 1 requires a database that relates the cross-correlation between the water state and the brightness incident on the leaf. The database has been built and will be expanded on the basis of repeated experiments using the method described below which alternates two phases of dark and one of light.
Procedura di acquisizione dati Data acquisition procedure
Il metodo prevede di iniziare posizionando il dispositivo fogliare 1 su una foglia di una pianta idratata. Una volta calibrati i valori del dispositivo per la specie, la pianta viene lasciata acclimatare al buio per 10 minuti. Il test prevede dei cicli di 30 minuti di misurazione in cui si alternano due periodi di buio e uno di luce di 10 minuti ciascuno. I cicli vengono separati da pause di 10 minuti in cui la pianta resta in condizione di buio. Nella presente trattazione, il termine “buio” corrisponde ad una situazione in cui la luminosità rilevata si attesta intorno a valori di 1 lux. Il ciclo inizia con una prima fase di buio. In seguito, si espone repentinamente la pianta alla luce naturale diretta. Nella terza ed ultima fase la pianta viene riportata velocemente in condizioni di buio. L’intero ciclo va ripetuto allo scopo di registrare la risposta della pianta a diverse intensità luminose. Se si lavora con la luce naturale, il ciclo va ripetuto in tutte le fasi della giornata. Successivamente viene calcolato il fattore di variazione del segnale registrato durante i vari passaggi dal buio alla luce. Questo dato permette di correggere il segnale misurato, ottenendo lo stato relativo di idratazione della foglia in presenza di luce naturale incidente. The method involves starting by placing the leaf device 1 on a leaf of a hydrated plant. Once the device values for the species have been calibrated, the plant is allowed to acclimate to the dark for 10 minutes. The test involves cycles of 30 minutes of measurement in which two periods of darkness and one of light of 10 minutes each alternate. The cycles are separated by pauses of 10 minutes in which the plant remains in a dark condition. In the present discussion, the term "dark" corresponds to a situation in which the detected brightness is around values of 1 lux. The cycle begins with a first phase of darkness. Subsequently, the plant is suddenly exposed to direct natural light. In the third and last phase, the plant is quickly brought back to dark conditions. The entire cycle must be repeated in order to record the response of the plant to different light intensities. If you work with natural light, the cycle must be repeated in all phases of the day. The variation factor of the signal recorded during the various passages from dark to light is then calculated. This data allows to correct the measured signal, obtaining the relative hydration state of the leaf in the presence of incident natural light.
Analisi dei dati al fine di eliminare le fluttuazioni nelle misurazioni del contenuto idrico tramite il dispositivo fogliare della presente invenzione Data analysis in order to eliminate fluctuations in water content measurements by the foliar device of the present invention
Utilizzando l’equazione (16) e i dati precedentemente acquisiti dall’invenzione si può definire una relazione funzionale tra i coefficienti di luminosità e la luminosità incidente sulla foglia. Utilizzando l’equazione (16) è possibile esprimere i coefficienti di luminosità come il rapporto tra le luminosità misurate e quelle baseline, secondo l’equazione: Using equation (16) and the data previously acquired by the invention, a functional relationship can be defined between the luminosity coefficients and the luminosity incident on the leaf. Using equation (16) it is possible to express the brightness coefficients as the ratio between the measured brightness and the baseline, according to the equation:
sono le misurazioni effettuate con la luce e perciò soggette alla fluttuazione della luce incidente, è possibile determinare, dalle misurazioni effettuate con il dispositivo fogliare 1, i coefficienti di luminosità della foglia. are the measurements made with the light and therefore subject to the fluctuation of the incident light, it is possible to determine, from the measurements made with the leaf device 1, the brightness coefficients of the leaf.
Eseguendo un fit dei coefficienti di luminosità, ottenuti dalle misurazioni del dispositivo fogliare 1 e le luminosità incidenti sulla foglia, direttamente misurati mediante il dispositivo fogliare secondo la presente invenzione, è possibile determinare una funzione di correlazione tra i coefficienti di luminosità e le luminosità incidenti sulla foglia. La figura 8 mostra i dati sperimentali, ottenuti dal dispositivo fogliare 1, dei coefficienti di luminosità e delle luminosità incidenti la foglia e la funzione di correlazione tra i dati. La funzione di fit utilizzata `e: By performing a fit of the luminosity coefficients, obtained from the measurements of the leaf device 1 and the luminosities incident on the leaf, directly measured by the leaf device according to the present invention, it is possible to determine a correlation function between the luminosity coefficients and the luminosities incident on the leaf. leaf. Figure 8 shows the experimental data, obtained from the leaf device 1, of the luminosity coefficients and luminosity incident on the leaf and the correlation function between the data. The fit function used is:
Con P0 = 1,123 x 10<5 >± 2359 ottenuto dall’analisi dei coefficienti di luminosità. La linea di regressione di fit ha un coefficiente di determinazione di R<2 >= 0,9933. With P0 = 1.123 x 10 <5> ± 2359 obtained from the analysis of the brightness coefficients. The fit regression line has a coefficient of determination of R <2> = 0.9933.
Applicando i coefficienti di luminosità ottenuti dalla formula (18) è possibile ottenere i valori di baseline del rapporto tra le luminosità trasmesse a 1450 nm e By applying the luminosity coefficients obtained by formula (18) it is possible to obtain the baseline values of the ratio between the luminosity transmitted at 1450 nm and
890 nm a partire dai valori di luminosità misurate 890 nm from the measured brightness values
Il grafico in figura 9 illustra come i valori di baseline (linea A) non risentano della fluttuazione dovuta alla luminosità incidente sulla foglia rispetto ai valori misurati (linea B). The graph in figure 9 illustrates how the baseline values (line A) are not affected by the fluctuation due to the luminosity incident on the leaf with respect to the measured values (line B).
Posto che i coefficienti di luminosità sono specie-specifici, i dati mostrati in questo documento si riferiscono, a titolo esplicativo, alla specie Anthurium andraeanum. Given that the luminosity coefficients are species-specific, the data shown in this document refer, by way of explanation, to the species Anthurium andraeanum.
Inoltre, i calcoli che tengono conto dell’area della foglia, approssimano la superficie di una foglia, che presenta avvallamenti e venature, ad una superficie uniforme della medesima dimensione. Furthermore, the calculations that take into account the area of the leaf approximate the surface of a leaf, which has hollows and veins, to a uniform surface of the same size.
Infine, la differenza di massa tra foglia turgida e foglia secca verrà riferita solo all’acqua presente nella foglia. Finally, the mass difference between turgid leaf and dry leaf will refer only to the water present in the leaf.
La massa d’acqua misurata dall’invenzione nella zona sotto test può essere calcolata a partire dall’equazione (14). A seconda che si consideri il rapporto tra luminosità trasmesse baseline o misurate, la massa d’acqua sarà: The mass of water measured by the invention in the area under test can be calculated starting from equation (14). Depending on whether we consider the ratio of brightness transmitted to baseline or measured, the mass of water will be:
oppure or
I dispositivi noti calcolano solo la massa d’acqua misurata e non la massa d’acqua baseline, in quanto non dispongono di un dispositivo fogliare come quello della presente invenzione, in grado di misurare la luce incidente sulla foglia. Combinando le formule (16), (19) e (20) si ottiene che la differenza tra la massa misurata e baseline è: The known devices calculate only the mass of water measured and not the mass of baseline water, as they do not have a foliar device like the one of the present invention, capable of measuring the light incident on the leaf. Combining formulas (16), (19) and (20) we obtain that the difference between the measured mass and the baseline is:
con A l’area della foglia sotto test, µw = 2.860 mm<−1 >il coefficiente di assorbimento dell’acqua (a 1450 nm) e ρw =1 g/cm<3 >= 1 mg/mm<3 >la densità dell’acqua. La variazione di massa tra valori misurati e baseline al millimetro quadro sarà: with A the area of the leaf under test, µw = 2.860 mm <−1> the water absorption coefficient (at 1450 nm) and ρw = 1 g / cm <3> = 1 mg / mm <3> the density water. The mass variation between measured values and baseline per square millimeter will be:
A 1000 lux di luminosità incidente, il coefficiente di luminosità risulta K(1000) = 1,00895, ln(K(1000)) = 0.009 e la variazione di massa al millimetro quadro |∆Mw|/A = 0,003 mg/mm<2>. Maggiore è l’area della foglia, maggiore risulta la differenza tra massa d’acqua misurata e baseline. Moltiplicando la variazione di <massa al millimetro quadro (0.003 mg/mm2) per la superficie della foglia i (Si) è >risultata la variazione di massa d’acqua dovuta alla luminosità incidente per quella specifica foglia. Dividendo la variazione di massa (∆mi) per l’acqua contenuta nella foglia i (mi) risulta la variazione di massa d’acqua relativa dovuta alla luminosità. Considerando la differenza di massa tra la foglia turgida e la foglia secca come l’acqua contenuta nella foglia, la variazione di massa d’acqua relativa dovuta alla luminosità incidente di 1000 lux sarà: At 1000 lux of incident brightness, the brightness coefficient is K (1000) = 1.00895, ln (K (1000)) = 0.009 and the mass variation per square millimeter | ∆Mw | / A = 0.003 mg / mm < 2>. The greater the area of the leaf, the greater the difference between the mass of water measured and the baseline. Multiplying the variation of <mass per square millimeter (0.003 mg / mm2) by the surface of the leaf i (Si), the> variation in water mass due to the incident brightness for that specific leaf resulted. By dividing the mass variation (∆mi) by the water contained in the leaf i (mi), the relative water mass variation due to brightness results. Considering the mass difference between the turgid leaf and the dry leaf such as the water contained in the leaf, the relative water mass variation due to the incident brightness of 1000 lux will be:
con ∆Ri(1000 lux) la variazione percentuale di massa relativa della foglia i alla luminosità incidente di 1000 lux, Si l’area della foglia i sotto test, FTi il peso della foglia i turgida, FDi il peso della foglia i disidratata e ∆mi(1000 lux) la variazione di massa d’acqua a 1000 lux per la foglia i. with ∆Ri (1000 lux) the percentage change in relative mass of the leaf i at the incident brightness of 1000 lux, Si the area of the leaf i under test, FTi the weight of the turgid leaf i, FDi the weight of the dehydrated leaf i and ∆ mi (1000 lux) the change in mass of water at 1000 lux for leaf i.
Applicando la formula (23) ad un campione di foglie sotto test (tabella 1) e facendo la media dei valori trovati è stato calcolato un valore medio di variazione di massa relativa della foglia a 1000 lux di luce incidente. La variazione stimata è dunque dell’1%, un valore rilevante dal punto di vista pratico se si tiene conto del fatto che una perdita di un 10% di massa d’acqua nella foglia compromette irrimediabilmente la vitalità della stessa. By applying formula (23) to a sample of leaves under test (table 1) and making the average of the values found, an average value of the relative mass variation of the leaf at 1000 lux of incident light was calculated. The estimated variation is therefore 1%, a significant value from a practical point of view if we take into account the fact that a loss of 10% of water mass in the leaf irremediably compromises its vitality.
Tabella 1: Dati relativi all’analisi di un campione di 10 foglie di Anthurium andraeanum Table 1: Data relating to the analysis of a sample of 10 Anthurium andraeanum leaves
L’invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept.
Le caratteristiche presentate per una versione o forma di realizzazione possono essere combinate con le caratteristiche di un’altra versione o forma di realizzazione, senza uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione. Inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze senza per questo uscire dall’ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni. The features presented for one version or embodiment can be combined with the features of another version or embodiment, without departing from the scope of the present invention. Furthermore, all the details can be replaced by other technically equivalent elements. In practice, the materials used, as well as the contingent shapes and dimensions, may be any according to requirements without thereby departing from the scope of the protection of the following claims.
Claims (15)
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Also Published As
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| WO2020217159A1 (en) | 2020-10-29 |
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