KR20240054341A - 식물 성장 추적용 스마트 덴드로미터 - Google Patents
식물 성장 추적용 스마트 덴드로미터 Download PDFInfo
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Abstract
식물 크기, 예를 들어, 식물 줄기, 몸통, 과일, 덩굴 등과 같은 식물의 부분의 크기, 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하기 위한 센서, 시스템, 및 방법이 본원에 설명된다. 일부 실시예에서, 센서는 덴드로미터, 가속도계, 공기 온도 센서, 습도 센서, 및 광 센서로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2개 이상의 컴포넌트를 포함한다. 본 명세서에 설명된 센서들 중 임의의 센서는 사용자에게 식물 건강을 통지하고/하거나 센서들의 무선 네트워크의 연결성을 매핑하기 위해 모바일 디바이스 또는 서버에 데이터를 중계할 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 9월 1일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 63/239,804 및 2022년 8월 3일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 63/394,923의 우선권 이익을 주장하며, 각각은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
분야
본 발명은 전반적으로 식물 및/또는 식물 부분의 성장 및/또는 다른 특성을 모니터링하는 것에 관한 것이다.
덴드로미터(dendrometer)는 식물의 부분, 보통 줄기(stem), 몸통(trunk) 또는 과일의 크기를 측정하는 데 사용된다. 덴드로미터는 주로 연구 도구였지만 이러한 측정에서 얻을 수 있는 정보의 풍부함 때문에 농부들의 일상적인 사용이 일어나기 시작했다.
2가지 유형의 덴드로미터가 일반적이다: 밴드 덴드로미터와 포인트 덴드로미터. 밴드 덴드로미터는 일반적으로 나무인 식물 줄기/몸통의 둘레를 측정하며, 저울을 지켜보거나 캘리퍼스 또는 다른 디바이스를 사용하여 시간 경과에 따른 테이프 끝 위치의 변화를 측정하는 사람이 볼 수 있는 전자 디바이스가 없는 간단한 테이프일 수 있다. 다른 밴드 덴드로미터는 전자 기기를 사용하여 밴드 움직임을 자동으로 측정하고 이 데이터를 전자 데이터 로거(electronic data logger)에 전송한다. 포인트 덴드로미터는 전형적으로 나무의 상대적으로 정지된, 상대적으로 죽은 물관부(xylem) 또는 목질(woody) 조직에 고정되며, 나무 껍질(bark) 아래의 살아있는 조직의 두께를 측정하기 위해 선형 가변 차동 변압기(LVDT)와 같은 정밀한 선형 게이지를 사용한다.
이러한 로우-테크(low-tech) 덴드로미터는 희소 데이터를 제공하고 모니터링에 상당한 노력과 주의가 필요하다. 이와 같이, 예를 들어, 실시간으로를 포함하여 시간 경과에 따른 식물 성장을 측정하기 위한 개선된 덴드로미터가 필요하다. 이러한 덴드로미터는 식물 성장의 단기 및 장기 모니터링을 모두 허용하고, 다른 디바이스(예를 들어, 스마트폰을 포함하는 모바일 디바이스)와 인터페이스할 수 있으므로, 저렴하고 제조가 용이한 디바이스로 다양한 사용자에게 식물 성장에 대한 풍부한 데이터를 제공한다.
특히 농부, 정원사, 조경사, 도시 식물 관리자, 토지 관리자, 산림 관리자 또는 누구나 단기간 및 장기간에 걸쳐 식물의 성장을 모니터링할 수 있는 "스마트" 덴드로미터가 본 명세서에 제공된다. 이러한 디바이스는 하루, 한 시간 또는 심지어 몇 초에서 몇 분 동안의 성장뿐만 아니라 수액 흐름(sap flow)으로 인해 발생할 수 있는 식물 크기의 변화를 보여줄 수 있다. 더 긴 기간에 걸쳐, 이들 디바이스는 식물의 건강에 관한 데이터를 제공할 수 있고, 개입이 필요할 수 있다. 제조 비용이 낮은 이들 디바이스는 유지 보수 없이 장기간 동안 설치될 수 있고, 디바이스의 수명 동안 밀봉될 수 있고, 디바이스의 수명 동안 배터리 교체를 필요로 하지 않으며, 온도, 습도, 광 등뿐만 아니라 크기 변화(미크론 분해능까지)에 대한 다양한 실시간 데이터를 제공할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 이들은 다양한 식물 유형 및 부분에 피팅될 수 있다.
이러한 목표를 달성하고 이들을 광범위한 사용을 가능하게 하기 위해, 매우 낮은 비용이고 많은 크기의 광범위하게 다양한 식물의 식물 부분 직경을 정확하게 측정할 수 있는 디바이스가 본 명세서에 제공된다. 이들 디바이스들은 또한 해당 데이터를 데이터를 쉽게 그리고 결정을 내리기 위해 또는 관개 또는 시비(fertilization)를 위한 자동 제어 시스템의 일부로서 사용될 수 있는 방식으로 이용 가능하게 하는 모바일 디바이스, 서버, 또는 다른 컴퓨터 시스템(예를 들어, 무선으로, 직접, 또는 네트워크/서버를 통해)으로 전송할 수 있다.
특정 양태들에서, 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성들을 측정하기 위한 센서들이 본 명세서에 제공되며, 상기 센서들은: 식물 부분 내에 또는 그 주위에 위치되도록 구성된 하나 이상의 체결구(fastener)들; 덴드로미터, 가속도계, 공기 온도 센서, 습도 센서, 및 광 센서로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2개 이상의 컴포넌트들; 프로세서; 및 전원(power supply)을 포함한다.
일부 실시예에서, 프로세서는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 2개 이상의 컴포넌트들 중 하나 또는 둘 모두가 PCB에 부착된다. 일부 실시예들에서, 2개 이상의 컴포넌트들 모두는 PCB에 부착된다. 일부 실시예에서, PCB는 에폭시-섬유유리 복합 재료를 포함한다.
일부 실시예들에서, 전원은 배터리를 포함한다. 일부 실시예들에서, 배터리는 코인 셀 배터리이다. 일부 실시예들에서, 배터리는 PCB에 부착된다. 일부 실시예들에서, 전원은 태양광 패널을 포함한다. 일부 실시예들에서, 전원은 통합 태양광 패널, 하이브리드 커패시터, 및 리튬 배터리를 포함한다. 일부 실시예들에서, 태양광 패널은 PCB에 부착된다.
일부 실시예들에서, 센서는, 예를 들어, 적어도 프로세서 및 전원을 둘러싸는 하우징을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 하우징은 플라스틱, 예를 들어, 몰딩된(molded) 플라스틱이거나 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 하우징은 중합체 수지이거나 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 플라스틱 또는 중합체 수지는 유리 충전된다. 일부 실시예에서, 플라스틱 또는 중합체 수지는 약 10 내지 약 40%의 유리, 예를 들어, 약 30%의 유리를 포함한다. 일부 실시예에서, 프로세서 및 자력계는 O-링을 포함하는 밀봉된 오버몰딩된(overmolded) 하우징 내에 봉입된다. 일부 실시예에서, 오버몰딩된 하우징은 배터리를 덮는 제거 가능한 덮개를 포함한다. 일부 실시예에서, 하우징은 밀봉부, 접합부(junction), 또는 체결구가 없는 오버몰딩된 플라스틱의 단일 피스이다.
일부 실시예에서, 센서는 덴드로미터를 포함한다. 일부 실시예에서, 덴드로미터는 캡 및 샤프트를 갖는 플런저 - 캡은 식물 부분에 맞닿아 위치되도록 구성되고, 플런저는 캡이 식물 부분에 맞닿아 위치될 때 식물 크기의 변화에 비례하여 측방향으로 이동하도록 구성됨 -; 샤프트에 또는 샤프트 내에 부착된 자석 - 자석은 플런저와 관련하여 측방향으로 이동하도록 구성됨 -; 및 자석의 위치를 검출하도록 구성된 자력계를 포함한다. 일부 실시예에서, 자력계는 다수의 축, 반경방향 축, 또는 단일 평면을 따라 자석의 위치를 검출하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 자력계는 미크론-스케일 분해능으로 자석의 위치를 검출하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 자력계는 다수의 축들을 따라, 예를 들어, 반경방향 축을 따라 자석의 위치를 검출하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 자력계는 비율 측정(ratiometric measurement)을 사용하여 자석의 위치를 검출하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 센서는 식물 부분의 직경 또는 반경의 변화를 측정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 센서는 하루에 여러 번 또는 15분, 5분, 5초, 5초와 1시간 사이, 또는 5초와 15분 사이의 간격으로 식물 부분 크기를 측정하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 자석은 네오디뮴 자석이다. 일부 실시예에서, 프로세서는 PCB를 포함하고, 자력계는 PCB에 부착된다.
일부 실시예들에서, 센서는 가속도계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 가속도계는 3-축 가속도계이다. 일부 실시예들에서, 프로세서는 PCB를 포함하고, 가속도계는 PCB에 부착된다. 일부 실시예들에서, 센서는 광 센서를 포함한다. 일부 실시예들에서, 프로세서는 PCB를 포함하고, 광 센서는 PCB에 부착된다. 일부 실시예들에서, 센서는 습도 센서를 포함한다. 일부 실시예에서, 프로세서는 PCB를 포함하고, 습도 센서는 PCB에 부착된다. 일부 실시예에서, 센서는 공기 온도 센서를 포함한다. 일부 실시예에서, 프로세서는 PCB를 포함하고, 공기 온도 센서는 PCB에 부착된다.
일부 실시예들에서, 센서는 덴드로미터 및 가속도계, 공기 온도 센서, 습도 센서, 및 광 센서 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예들에서, 센서는 덴드로미터, 가속도계, 공기 온도 센서, 습도 센서, 및 광 센서를 포함한다.
일부 실시예들에서, 센서는 송신기 또는 트랜시버를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 송신기는 블루투스 라디오 또는 트랜시버, 예를 들어, 블루투스 저 에너지(BLE) 라디오 또는 트랜시버이다. 일부 실시예들에서, 송신기는 장거리(LoRa) 트랜시버이다. 일부 실시예들에서, 송신기는 근거리 통신(NFC) 트랜시버이다. 일부 실시예들에서, 송신기는 PCB에 부착된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 나사, 나사산 로드(threaded rod), 또는 못을 포함하고, 나사, 나사산 로드, 또는 못은 식물 부분 내에 위치되고 센서를 식물 부분에 장착하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 하나 이상의 만곡 아암(curved arm)(들)을 포함하고, 만곡 아암(들)은 식물 부분 주위에 위치되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 U- 또는 V-형상으로 배열된 2개의 만곡된 아암을 포함한다. 일부 실시예에서, 만곡된 아암(들)은 플런저 캡에 대향하는 식물 부분 주위에 위치되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 센서 및 식물 부분 주위에 감기도록 구성된 탄성 밴드를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 나사, 나사산 로드, 또는 못은 스테인리스 스틸, 황동, 알루미늄, 또는 티타늄을 포함한다. 일부 실시예에서, 센서는 센서와 식물 부분 사이에서 나사 주위에 위치되도록 구성된 너트(nut)를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 센서는 식물 부분에 대해 원위에 있는 센서의 겉면 상의 나사 주위에 위치되도록 구성된 제2 너트를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 나사를 포함하고, 센서는 제1 개구 및 제2 개구를 갖는 압축 제한 요소; 및 캡티브 나사(captive screw)를 더 포함하고; 나사의 제1 단부는 식물 부분 내에 위치되고 센서를 식물 부분에 장착하도록 구성되고; 압축 제한 요소의 제1 개구는 나사의 제2 단부를 수용하도록 구성되고; 압축 제한 요소의 제2 개구는 캡티브 나사를 수용하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 센서는 캡티브 나사 주위에 위치되도록 구성된 유지 링(retaining ring)을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 센서는 식물 부분과 센서 사이의 나사산 로드 주위에 위치되도록 구성된 제1 너트 및 센서에 인접하고 식물 부분에 대해 원위에 있는 나사산 로드 주위에 위치되도록 구성된 제2 너트를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 센서는 플런저 샤프트(plunger shaft) 주위에 위치된 중공 셔틀을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 플런저 캡은 짐벌(gimbal)을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 플런저 캡은 성형 플라스틱이거나 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 플런저 캡은 두께가 약 3mm 미만이다. 일부 실시예들에서, 플런저 캡은 약 10 ㎟ 내지 약 100 ㎟의 표면적에 걸쳐 식물 부분과 접촉하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 센서는 플런저 주위에 또는 플런저에 부착된 스프링을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 센서는 플런저 캡 반대편에서 플런저 샤프트에 부착된 당김 탭(pull tab)을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 플런저 샤프트는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸을 포함한다. 일부 실시예에서, 플런저 샤프트는 부분적으로 또는 완전히 중공 실린더이고, 자석은 플런저 샤프트 내부에 위치된 원통형 자석이다.
일부 실시예에서, 식물은 나무 또는 목질 식물(woody plant)이다. 일부 실시예에서, 식물 부분은 줄기, 몸통, 볼(bole) 또는 가지(branch)이다. 일부 실시예에서, 식물은 작목(crop tree)이다. 일부 실시예에서, 식물은 감귤, 올리브, 견과류, 카카오, 오크(oak), 소나무, 적목(redwood), "딸기" 또는 단풍 나무이다. 일부 실시예에서, 식물은 덩굴(vine)이다. 일부 실시예에서, 식물 부분은 몸통, 새싹(shoot), 가지, 케인(cane), 과일 또는 줄기이다. 일부 실시예에서, 덩굴은 포도 덩굴이다.
특정 양태에서, 본 명세서에는 식물 부분 크기를 측정하기 위한 센서가 제공되며, 이 센서는 a) 식물 부분 주위에 위치되도록 구성된 하나 이상의 체결구 - 하나 이상의 체결구는 회전 가능한 요소를 포함하고, 회전 가능한 요소는 식물 부분 주위에 위치될 때 식물 크기의 변화에 비례하여 회전하도록 구성됨 - ; b) 자석 - 자석은 회전 가능한 요소에 따라 회전하도록 구성됨 - ; c) 자석의 회전을 검출하도록 구성된 회전 센서; d) 프로세서; 및 e) 전원을 포함한다.
본 명세서에 설명된 실시예들 중 임의의 하나에 따른 일부 실시예들에서, 자석은 자석의 N-S극 축이 회전 가능한 요소의 회전 축에 수직이도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 회전 센서는 홀 센서(Hall sensor)이다. 일부 실시예들에서, 홀 센서는 홀 센서의 Z-축이 회전 가능한 요소의 회전 축과 평행하도록 위치된다. 일부 실시예들에서, 회전 가능한 요소의 회전의 정도는 상수 인자(constant factor)에 의해 식물 부분 크기에 대해 선형이다. 일부 실시예들에서, 상수 인자는 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능한 요소의 회전의 약 10 도이다. 일부 실시예에서, 상수 인자는 식물 부분 크기의 동적 범위에 걸쳐 일정하다. 일부 실시예에서, 식물 부분 크기의 동적 범위는 직경이 약 4 mm 내지 24 mm이다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 베이스를 갖는 적어도 제1 고정 아암(stationary arm) 및 베이스를 갖는 회전 가능한 아암을 포함하고, 자석은 회전 가능한 아암 내에 위치되고, 식물 부분의 크기의 변화는 회전 가능한 아암의 회전을 야기한다. 일부 실시예에서, 적어도 제1 고정 아암 및 회전 가능한 아암은 만곡된다. 일부 실시예에서, 적어도 제1 고정 아암 및 회전 가능한 아암은 반대 방향으로 만곡된다. 일부 실시예에서, 식물 부분은 3개의 접촉 라인에 의해 접촉되고, 제1 라인은 제1 고정 아암 상에 있고, 제2 라인은 회전 가능한 아암 상에 있고, 제3 라인은 제1 및/또는 제2 라인(들)에 대향하는 센서 상에 있다. 일부 실시예에서, 센서는 비틀림 스프링(torsion spring)을 더 포함하고, 비틀림 스프링은 제1 고정 아암 및 회전 가능한 아암에 연결된다. 일부 실시예에서, 회전 아암의 베이스와 제1 고정 아암의 베이스는 비틀림 스프링을 포함하는 힌지에서 연결된다. 일부 실시예에서, 제1 고정 아암의 베이스의 위치는 회전 아암의 베이스에 대해 활주(slide)하도록 구성되어, 제1 고정 아암의 베이스를 회전 아암의 베이스로부터 더 먼 거리로 활주시키는 것은 센서에 의해 측정될 수 있는 최소 직경의 증가 및 센서에 의해 측정될 수 있는 최소 크기의 변화의 감소를 야기한다. 일부 실시예들에서, 회전 센서는 센서의 하우징 내에 위치된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 제2 고정 아암을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 회전 센서는 제2 고정 아암 내에 위치된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 클립 및 가요성 테이프를 포함하고; 제1 단부는 회전 가능한 드럼(dr㎛)에 부착되고, 자석은 회전 가능한 드럼 내에 위치되고; 제2 단부는 센서에 클립으로 부착되도록 구성되고; 제1 단부를 포함하는 가요성 테이프의 제1 섹션은 회전 가능한 드럼 주위에 감기도록 구성되고; 제2 단부를 포함하는 가요성 테이프의 제2 섹션은 식물 부분 주위에 감기고 제2 단부에서 클립으로 센서에 부착되도록 구성되고; 회전 가능한 드럼은 식물 부분의 크기의 변화에 비례하여 회전하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 가요성 테이프는 천공 재료, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG), 플루오르화 재료, 복합 재료, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시예들에서, 복합 재료는 케블라(Kevlar), 유리 섬유, 또는 이들의 조합을 포함한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 리본, 걸쇠(clasp) 및 회전 가능한 드럼을 포함하고, 자석은 회전 가능한 드럼 내에 위치되고; 리본은 식물 부분 주위에 감기고 걸쇠로 센서에 체결되도록 구성되고; 회전 가능한 드럼은 식물 부분의 크기 변화에 비례하여 회전하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 센서는 비틀림 스프링을 더 포함하고; 비틀림 스프링은 회전 가능한 드럼에 연결되고; 비틀림 스프링은 회전 가능한 드럼에 비틀림 또는 센서에 대한 연결을 인가한다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 체결구들은 복수의 치형부(tooth)들을 갖는 벨트, 걸쇠(clasp), 및 치형 풀리(toothed pulley)를 포함하고, 자석은 치형 풀리 내에 위치되고; 벨트는 식물 부분 둘레에 감기고 걸쇠로 센서에 체결되도록 구성되고; 치형 풀리는 벨트의 치형들 중 하나 이상과 연동(interlock)하고 식물 부분의 크기의 변화에 비례하여 회전하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 벨트는 케블라, 금속, 유리 섬유, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 치형부는 약 2 mm 이격되어 있다. 일부 실시예들에서, 회전 센서는 센서의 하우징 내에 위치된다.
본 명세서에 설명된 실시예들 중 임의의 하나에 따른 일부 실시예들에서, 센서는 송신기를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 송신기는 블루투스 라디오 또는 트랜시버, 예를 들어, 블루투스 저 에너지(BLE) 라디오 또는 트랜시버이다. 일부 실시예에서, 센서는 하우징을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 하우징은 성형 플라스틱이거나 성형 플라스틱을 포함한다. 일부 실시예들에서, 회전 센서, 프로세서, 및/또는 전원은 하우징 내에 위치된다. 일부 실시예들에서, 전원은 배터리 및/또는 태양광 패널을 포함한다. 일부 실시예에서, 프로세서는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함한다. 일부 실시예에서, 센서는 시각적 식별자를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 시각적 식별자는 QR 코드 또는 바코드이다. 일부 실시예들에서, 센서는 라디오 주파수 식별(RFID) 태그를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 식물 부분은 식물의 줄기, 볼, 새싹, 케인, 바디, 가지, 덩굴, 몸통(trunk), 또는 과일이다.
다른 양태들에서, 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성들을 측정하기 위한 시스템들이 본 명세서에 제공되며, 이 시스템들은: 실시예들 중 임의의 하나에 따른 센서; 및 모바일 디바이스 또는 서버를 포함하고; 센서는 무선 통신을 통해 모바일 디바이스 또는 서버에 연결되고, 데이터를 모바일 디바이스 또는 서버에 송신하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 센서는 블루투스 저 에너지(BLE), 장거리(LoRa), 또는 이들의 조합을 통해 모바일 디바이스 또는 서버에 연결된다. 일부 실시예에서, 센서는 모바일 디바이스 또는 서버에 데이터를 송신하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 센서는 회전 센서, 식물 부분 크기, 무선 통신 신호 강도, 또는 이들의 조합과 관련된 데이터를 모바일 디바이스 또는 서버에 송신하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 시스템은 상기 실시예들 중 어느 하나에 따른 복수의 센서들을 포함하고; 복수의 센서들 중 각각의 센서는 무선 통신을 통해 모바일 디바이스 또는 서버에 연결되고 데이터를 모바일 디바이스 또는 서버에 송신하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 복수의 센서 중 각각의 센서는 블루투스 저 에너지(BLE), 장거리(LoRa), 또는 이들의 조합을 통해 모바일 디바이스 또는 서버에 연결된다. 일부 실시예들에서, 복수의 센서 중 각각의 센서는 무선 통신 신호 강도에 관련된 데이터를 모바일 디바이스 또는 서버에 송신하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 모바일 디바이스는 GPS 센서를 포함한다. 일부 실시예에서, GPS 센서는 GPS 센서를 사용하여 위치 정보를 획득하고 위치 정보를 복수의 센서 중 하나와 연관시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 모바일 디바이스는 카메라 또는 다른 이미지 센서를 포함한다. 일부 실시예들에서, 센서는 자력계, 식물 부분 크기, 무선 통신 신호 강도, 가속도계, 광 센서, 습도 센서, 공기 온도 센서, 또는 이들의 조합 중 하나 이상과 관련된 데이터를 모바일 디바이스 및/또는 서버에 송신하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 시스템은 서버를 더 포함하고, 복수의 센서 각각은 서버에 연결되고 모바일 디바이스에 데이터를 송신하도록 구성된다.
다른 양태에서, 본 명세서에는 본 발명의 센서를 사용하여 식물 부분의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하는 단계를 포함하는, 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 추적하는 방법이 제공되며, 측정은 센서의 컴포넌트(들)에 의해 수집된 데이터에 적어도 부분적으로 기초한다. 일부 실시예에서, 방법은, 측정 전에, 센서를 식물 또는 식물 부분에 장착하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 체결구는 식물 부분 내에 또는 그 주위에 위치된다. 일부 실시 예에서, 방법은 제1 시간 이후의 제2 시간에 본 개시의 센서를 사용하여 식물 부분의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하는 단계를 더 포함하고, 제2 시간에서의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성의 측정은 센서의 컴포넌트(들)에 의해 수집된 데이터에 적어도 부분적으로 기초한다.
다른 양태에서, 본 명세서에는 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 추적하기 위한 방법이 제공되며, 방법은 a) 제1 시간에, 실시예 중 어느 하나에 따라 센서 또는 시스템에서 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하는 단계; 및 b) 제1 시간 후의 제2 시간에, 센서 또는 시스템에서 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 예를 들어, 본 발명의 시스템을 사용하여 복수의 식물 부분의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 기술된 다양한 실시예들의 특성들 중 하나, 일부, 또는 전부가 본 발명의 다른 실시예들을 형성하기 위해 조합될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 이들 및 다른 양태들은 당업자에게 명백해질 것이다. 본 발명의 이들 및 다른 실시예들은 다음의 상세한 설명에 의해 추가로 설명된다.
본 출원은 첨부 도면들과 함께 취해진 이하의 설명을 참조하여 이해될 수 있다.
도 1a는 일부 실시예들에 따른 클립 덴드로미터(clip dendrometer)의 수직 단면도를 도시한다.
도 1b는 일부 실시예들에 따른 3개의 크기의 줄기들을 갖는 클립 덴드로미터의 평면도들을 도시한다. 점은 원통형 물체와의 명목상 접촉선을 나타낸다. 3개의 접촉부는 범위 내의 모든 줄기 크기에서 운동학적으로 안정적인 파지를 제공한다. 도시된 아암의 곡률은 각도 아암 움직임 대 줄기 직경 변화의 일관된 비율을 생성한다. 10도는 지름이 4밀리미터에서 24밀리미터까지의 줄기 범위에 걸쳐 1밀리미터와 같다. 손잡이 달린(knurled) 손가락 탭은 한 손으로 클립 아암을 쉽게 열 수 있다.
도 1c는 식물 상의 클립 덴드로미터를 도시한다.
도 2a는 일부 실시예들에 따른 테이프 덴드로미터의 수평 단면도를 도시한다.
도 2b는 일부 실시예들에 따른 테이프 덴드로미터의 수직 단면도를 도시한다.
도 2c는 식물 상의 테이프 덴드로미터를 도시한다.
도 3a는 일부 실시예들에 따른 리본 덴드로미터의 3개의 도면들을 도시한다. 플레어형 지지 아암(flared support arm)은 v자 모양의 섹션에서 더 작은 줄기를 거치하고 더 큰 직경의 몸통에서 만곡된 부분으로 전이된다. 하나의 디바이스는 매우 다양한 줄기 직경에서 안정적이다.
도 3b는 화분에 심은 식물 상의 리본 덴드로미터를 도시한다. 여분의 리본은 덴드로미터를 훨씬 더 큰 식물에 설치할 수 있게 해준다. 작은 드럼 직경은 높은 측정 감도로 귀결된다. 리본을 꼭 맞게 당긴 다음 마찰 클립이 리본을 제자리에 고정시킨다. 리본은 v-지지대가 센서가 흔들리지 않도록 유지하는 동안 디바이스를 식물 쪽으로 당긴다.
도 4a는 일부 실시예에 따른 타이밍 벨트 덴드로미터의 사시도 및 2개의 단면도를 도시한다. 상부(upper) 및 하부(lower) 플레어형 V 아암은 줄기/몸통에 안정적인 위치 설정(positioning)을 위한 것이다. 회전 클립은 원하는 위치에서 타이밍 벨트를 쉽게 고정할 수 있다. 타이밍 벨트와 맞물리는 치형부가 달린 도르래. 스프링은 회전에 저항하고, 자석은 밀봉된 하우징 내의 PCB 상의 홀 센서 위의 풀리(pulley) 하부 단부에 고정된다.
도 4b는 부분적으로 개방 및 개방 위치에 있는 클립을 갖는 타이밍 벨트 덴드로미터를 도시한다. 유지 치형부(retention teeth)는 벨트와 맞물려 고정된다.
도 4c는 나무 상의 타이밍 벨트 덴드로미터를 도시한다.
도 5는 클립-스타일(ed) 및 밴드-스타일(TM) 덴드로미터의 혼합을 사용하여 6개의 토마토 식물 줄기, 1개의 고무 식물 줄기, 및 1개의 기준 실린더의 직경의 측정된 변화를 도시한다. 하나의 토마토 식물은 두 개의 덴드로미터를 사용하여 측정했으며, 하나의 덴드로미터는 줄기(ed3 및 ed4)에서 다른 덴드로미터 바로 위에 위치했다.
도 6은 약 3일에 걸쳐 수위가 변동함에 따라 측정된 후유감나무(Fuyu Persimmon tree)의 직경 변화를 나타낸다. 테이프-스타일 덴드로미터를 사용하여 30초마다 직경을 측정하고 보고하였다.
도 7a는 측정 기간 동안 6개의 나무의 직경, 공기 온도 및 상대 습도의 측정된 변화를 도시한다.
도 7b는 측정 기간 동안 자력계 온도, 배터리 레벨, 및 광 세기의 측정된 변화를 도시한다.
도 7c는 측정 기간 동안 가속도계 x-축, y-축, 및 z-축에서의 측정된 변화를 도시한다.
도 8a는 측정 기간 동안 하나의 나무(최상부 패널)의 직경, 공기 온도(중간 패널) 및 상대 습도(바닥 패널)의 측정된 변화를 도시한다.
도 8b는 측정 기간 동안 자력계 온도(최상부 패널), 배터리 레벨(중간 패널) 및 광 세기(바닥 패널)의 측정된 변화를 도시한다.
도 8c는 측정 기간 동안 가속도계 x-축(최상부 패널), y-축(중간 패널) 및 z-축(바닥 패널)에서의 측정된 변화를 도시한다.
도 9a는 나무의 직경을 측정하는 디바이스를 도시한다. 디바이스는 플런저, 자력계(크기), 가속도계(편향(lean)), 안테나 및 습도, 온도 및 광 스펙트럼을 측정하는 컴포넌트를 포함한다. 나무는 나무 껍질(코르크), 성장층(체관부) 및 목재(hardwood)(물관부)를 포함한다.
도 9b는 직경이 증가된 후 나무의 직경을 측정하는 디바이스를 도시한다. 디바이스는 플런저, 자력계(크기), 가속도계(린), 안테나 및 습도, 온도 및 광 스펙트럼을 측정하는 컴포넌트를 포함한다. 나무는 나무 껍질(코르크), 성장층(체관부) 및 목재(물관부)를 포함한다. 화살표는 나무 직경이 증가함에 따른 플런저의 측방향 이동을 나타낸다.
도 10은 2개월의 기간에 걸친 라임 나무의 직경의 측정된 변화를 도시한다. 일일 최대(새벽), 일일 최소(하루 중 늦게(late day)), 일일 변동, 나무 수분 부족(TWD), 사람 머리카락 크기(~80㎛)가 표시된다.
도 11은 2개월의 기간에 걸쳐 라임 나무의 직경의 변화를 측정하기 위해 사용되는 디바이스를 도시한다.
도 12a는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12b는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 내부 사시도를 도시한다.
도 12c는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 단면도를 도시한다.
도 12d는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 단면도를 도시한다.
도 12e는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12f는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12g는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12h는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 단면도를 도시한다.
도 12i는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12j는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12k는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12l은 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12m은 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12n은 2개의 포도 덩굴의 직경을 측정하는 2개의 덴드로미터를 도시한다.
도 12o는 포도 덩굴의 직경을 측정하는 덴드로미터의 확대도를 도시한다.
도 12P는 2개의 포도 덩굴의 직경을 측정하는 2개의 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 13a는 통합형 나무 센서의 사시도를 도시한다.
도 13b는 통합형 나무 센서의 사시도를 도시한다.
도 13c는 통합형 나무 센서의 단면도를 도시한다.
도 13d는 통합형 나무 센서를 위한 플런저의 단면도를 도시한다.
도 13e는 통합형 나무 센서의 사시도를 도시한다.
도 13f는 통합형 나무 센서의 단면도를 도시한다.
도 13g는 통합형 나무 센서의 단면도를 도시한다.
도 13h는 통합형 나무 센서의 내부 사시도를 도시한다.
도 13i는 통합형 나무 센서의 내부 사시도를 도시한다.
도 13j는 통합형 나무 센서의 내부 사시도를 도시한다.
도 13k는 통합형 나무 센서의 내부 사시도를 도시한다.
도 13l은 통합형 나무 센서의 내부 사시도를 도시한다.
도 13m은 통합형 나무 센서의 내부 사시도를 도시한다.
도 13n은 통합형 나무 센서의 단면도를 도시한다.
도 13o는 통합형 나무 센서의 내부 단면도를 도시한다.
도 13p는 통합형 나무 센서의 플런저를 위한 짐벌 팁(gimbal tip)의 사시도를 도시한다.
도 13q는 통합형 나무 센서의 내부 단면도를 도시한다.
도 14a 내지 도 14c는 통합형 나무 센서를 나무 몸통 또는 다른 대형 식물 부분에 장착하기 위한 예시적인 장착 하드웨어 컴포넌트를 도시한다. 도 14a는 캡티브 나사 및 재조정 가능한 장착 나사(mount screw)를 갖는 통합형 나무 센서의 단순화된 측면도를 도시한다. 도 14b는 나사산 로드 및 너트를 사용하여 나무 몸통에 장착된 통합형 나무 센서의 단순화된 측면도를 도시한다. 도 14c는 반경방향 나무 성장을 고려하고 플런저를 적절한 위치(예를 들어, 연장량)에 재배치하기 위해 시간에 따라 조정될 수 있는 더 긴 나사산 로드 및 너트를 사용하여 나무 몸통에 장착된 통합형 나무 센서의 단순화된 단면도를 도시한다.
도 15a 및 도 15b는 시나무오도라 유칼립투스 나무(citriodora eucalyptus tree)의 편향 부분에 서로 나란히 장착된 2개의 통합형 나무 센서로부터 획득된 예시적인 가속도계 데이터를 도시한다. 도 15a는 시간 경과에 따른 편향(lean)을 도시하며, 청색 도트(최상부)는 x-축으로부터의 편차를 나타내고, 주황색 도트(바닥)는 y-축으로부터의 편차를 나타낸다. 도 15b는 시간(일)에 따라 측정된 피치(pitch)(최상부 패널), 롤(roll)(중간 패널), 및 공기 온도(바닥 패널)를 도시한다.
도 1a는 일부 실시예들에 따른 클립 덴드로미터(clip dendrometer)의 수직 단면도를 도시한다.
도 1b는 일부 실시예들에 따른 3개의 크기의 줄기들을 갖는 클립 덴드로미터의 평면도들을 도시한다. 점은 원통형 물체와의 명목상 접촉선을 나타낸다. 3개의 접촉부는 범위 내의 모든 줄기 크기에서 운동학적으로 안정적인 파지를 제공한다. 도시된 아암의 곡률은 각도 아암 움직임 대 줄기 직경 변화의 일관된 비율을 생성한다. 10도는 지름이 4밀리미터에서 24밀리미터까지의 줄기 범위에 걸쳐 1밀리미터와 같다. 손잡이 달린(knurled) 손가락 탭은 한 손으로 클립 아암을 쉽게 열 수 있다.
도 1c는 식물 상의 클립 덴드로미터를 도시한다.
도 2a는 일부 실시예들에 따른 테이프 덴드로미터의 수평 단면도를 도시한다.
도 2b는 일부 실시예들에 따른 테이프 덴드로미터의 수직 단면도를 도시한다.
도 2c는 식물 상의 테이프 덴드로미터를 도시한다.
도 3a는 일부 실시예들에 따른 리본 덴드로미터의 3개의 도면들을 도시한다. 플레어형 지지 아암(flared support arm)은 v자 모양의 섹션에서 더 작은 줄기를 거치하고 더 큰 직경의 몸통에서 만곡된 부분으로 전이된다. 하나의 디바이스는 매우 다양한 줄기 직경에서 안정적이다.
도 3b는 화분에 심은 식물 상의 리본 덴드로미터를 도시한다. 여분의 리본은 덴드로미터를 훨씬 더 큰 식물에 설치할 수 있게 해준다. 작은 드럼 직경은 높은 측정 감도로 귀결된다. 리본을 꼭 맞게 당긴 다음 마찰 클립이 리본을 제자리에 고정시킨다. 리본은 v-지지대가 센서가 흔들리지 않도록 유지하는 동안 디바이스를 식물 쪽으로 당긴다.
도 4a는 일부 실시예에 따른 타이밍 벨트 덴드로미터의 사시도 및 2개의 단면도를 도시한다. 상부(upper) 및 하부(lower) 플레어형 V 아암은 줄기/몸통에 안정적인 위치 설정(positioning)을 위한 것이다. 회전 클립은 원하는 위치에서 타이밍 벨트를 쉽게 고정할 수 있다. 타이밍 벨트와 맞물리는 치형부가 달린 도르래. 스프링은 회전에 저항하고, 자석은 밀봉된 하우징 내의 PCB 상의 홀 센서 위의 풀리(pulley) 하부 단부에 고정된다.
도 4b는 부분적으로 개방 및 개방 위치에 있는 클립을 갖는 타이밍 벨트 덴드로미터를 도시한다. 유지 치형부(retention teeth)는 벨트와 맞물려 고정된다.
도 4c는 나무 상의 타이밍 벨트 덴드로미터를 도시한다.
도 5는 클립-스타일(ed) 및 밴드-스타일(TM) 덴드로미터의 혼합을 사용하여 6개의 토마토 식물 줄기, 1개의 고무 식물 줄기, 및 1개의 기준 실린더의 직경의 측정된 변화를 도시한다. 하나의 토마토 식물은 두 개의 덴드로미터를 사용하여 측정했으며, 하나의 덴드로미터는 줄기(ed3 및 ed4)에서 다른 덴드로미터 바로 위에 위치했다.
도 6은 약 3일에 걸쳐 수위가 변동함에 따라 측정된 후유감나무(Fuyu Persimmon tree)의 직경 변화를 나타낸다. 테이프-스타일 덴드로미터를 사용하여 30초마다 직경을 측정하고 보고하였다.
도 7a는 측정 기간 동안 6개의 나무의 직경, 공기 온도 및 상대 습도의 측정된 변화를 도시한다.
도 7b는 측정 기간 동안 자력계 온도, 배터리 레벨, 및 광 세기의 측정된 변화를 도시한다.
도 7c는 측정 기간 동안 가속도계 x-축, y-축, 및 z-축에서의 측정된 변화를 도시한다.
도 8a는 측정 기간 동안 하나의 나무(최상부 패널)의 직경, 공기 온도(중간 패널) 및 상대 습도(바닥 패널)의 측정된 변화를 도시한다.
도 8b는 측정 기간 동안 자력계 온도(최상부 패널), 배터리 레벨(중간 패널) 및 광 세기(바닥 패널)의 측정된 변화를 도시한다.
도 8c는 측정 기간 동안 가속도계 x-축(최상부 패널), y-축(중간 패널) 및 z-축(바닥 패널)에서의 측정된 변화를 도시한다.
도 9a는 나무의 직경을 측정하는 디바이스를 도시한다. 디바이스는 플런저, 자력계(크기), 가속도계(편향(lean)), 안테나 및 습도, 온도 및 광 스펙트럼을 측정하는 컴포넌트를 포함한다. 나무는 나무 껍질(코르크), 성장층(체관부) 및 목재(hardwood)(물관부)를 포함한다.
도 9b는 직경이 증가된 후 나무의 직경을 측정하는 디바이스를 도시한다. 디바이스는 플런저, 자력계(크기), 가속도계(린), 안테나 및 습도, 온도 및 광 스펙트럼을 측정하는 컴포넌트를 포함한다. 나무는 나무 껍질(코르크), 성장층(체관부) 및 목재(물관부)를 포함한다. 화살표는 나무 직경이 증가함에 따른 플런저의 측방향 이동을 나타낸다.
도 10은 2개월의 기간에 걸친 라임 나무의 직경의 측정된 변화를 도시한다. 일일 최대(새벽), 일일 최소(하루 중 늦게(late day)), 일일 변동, 나무 수분 부족(TWD), 사람 머리카락 크기(~80㎛)가 표시된다.
도 11은 2개월의 기간에 걸쳐 라임 나무의 직경의 변화를 측정하기 위해 사용되는 디바이스를 도시한다.
도 12a는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12b는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 내부 사시도를 도시한다.
도 12c는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 단면도를 도시한다.
도 12d는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 단면도를 도시한다.
도 12e는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12f는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12g는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12h는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 단면도를 도시한다.
도 12i는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12j는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12k는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12l은 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12m은 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하기 위한 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 12n은 2개의 포도 덩굴의 직경을 측정하는 2개의 덴드로미터를 도시한다.
도 12o는 포도 덩굴의 직경을 측정하는 덴드로미터의 확대도를 도시한다.
도 12P는 2개의 포도 덩굴의 직경을 측정하는 2개의 덴드로미터의 사시도를 도시한다.
도 13a는 통합형 나무 센서의 사시도를 도시한다.
도 13b는 통합형 나무 센서의 사시도를 도시한다.
도 13c는 통합형 나무 센서의 단면도를 도시한다.
도 13d는 통합형 나무 센서를 위한 플런저의 단면도를 도시한다.
도 13e는 통합형 나무 센서의 사시도를 도시한다.
도 13f는 통합형 나무 센서의 단면도를 도시한다.
도 13g는 통합형 나무 센서의 단면도를 도시한다.
도 13h는 통합형 나무 센서의 내부 사시도를 도시한다.
도 13i는 통합형 나무 센서의 내부 사시도를 도시한다.
도 13j는 통합형 나무 센서의 내부 사시도를 도시한다.
도 13k는 통합형 나무 센서의 내부 사시도를 도시한다.
도 13l은 통합형 나무 센서의 내부 사시도를 도시한다.
도 13m은 통합형 나무 센서의 내부 사시도를 도시한다.
도 13n은 통합형 나무 센서의 단면도를 도시한다.
도 13o는 통합형 나무 센서의 내부 단면도를 도시한다.
도 13p는 통합형 나무 센서의 플런저를 위한 짐벌 팁(gimbal tip)의 사시도를 도시한다.
도 13q는 통합형 나무 센서의 내부 단면도를 도시한다.
도 14a 내지 도 14c는 통합형 나무 센서를 나무 몸통 또는 다른 대형 식물 부분에 장착하기 위한 예시적인 장착 하드웨어 컴포넌트를 도시한다. 도 14a는 캡티브 나사 및 재조정 가능한 장착 나사(mount screw)를 갖는 통합형 나무 센서의 단순화된 측면도를 도시한다. 도 14b는 나사산 로드 및 너트를 사용하여 나무 몸통에 장착된 통합형 나무 센서의 단순화된 측면도를 도시한다. 도 14c는 반경방향 나무 성장을 고려하고 플런저를 적절한 위치(예를 들어, 연장량)에 재배치하기 위해 시간에 따라 조정될 수 있는 더 긴 나사산 로드 및 너트를 사용하여 나무 몸통에 장착된 통합형 나무 센서의 단순화된 단면도를 도시한다.
도 15a 및 도 15b는 시나무오도라 유칼립투스 나무(citriodora eucalyptus tree)의 편향 부분에 서로 나란히 장착된 2개의 통합형 나무 센서로부터 획득된 예시적인 가속도계 데이터를 도시한다. 도 15a는 시간 경과에 따른 편향(lean)을 도시하며, 청색 도트(최상부)는 x-축으로부터의 편차를 나타내고, 주황색 도트(바닥)는 y-축으로부터의 편차를 나타낸다. 도 15b는 시간(일)에 따라 측정된 피치(pitch)(최상부 패널), 롤(roll)(중간 패널), 및 공기 온도(바닥 패널)를 도시한다.
다음의 설명은 예시적인 방법들, 파라미터들 등을 설명한다. 그러나, 이러한 설명은 본 개시의 범위에 대한 제한으로서 의도되지 않고, 대신에 예시적인 실시예들의 설명으로서 제공된다는 것이 인식되어야 한다.
식물 부분 크기 및/또는 기타 특성을 측정하기 위한 센서
본 개시의 특정 양태는 식물 크기(예를 들어, 줄기(stem), 볼(bole), 새싹(shoot), 케인(cane), 바디(body), 가지(branch), 덩굴(vine), 몸통(trunk) 또는 과일(fruit)과 같은 식물 부분의 크기) 및/또는 다른 식물 부분 특성(예를 들어, 식물 부분 자체 또는 그 즉각적인 환경의 특성)을 측정하기 위한 센서에 관한 것이다. 센서 내에 통합된 다수의 컴포넌트들로부터 데이터를 수집함으로써, 본 개시의 센서들은 서로 결합되고 교차 검증될 수 있는 더 풍부한 데이터 세트들을 허용하여, 기존의 디바이스들보다 식물의 더 완전한 사진을 제공하는 것으로 생각된다.
일부 실시예에서, 본 개시의 센서는 식물 부분 내에 또는 그 주위에 위치되도록 구성된 하나 이상의 체결구; 프로세서; 전원; 및 덴드로미터, 가속도계, 공기 온도 센서, 습도 센서 및 광 센서로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2개 이상의 컴포넌트를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 센서는 덴드로미터 및 가속도계, 공기 온도 센서, 습도 센서, 및 광 센서 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시예들에서, 센서는 덴드로미터, 가속도계, 공기 온도 센서, 습도 센서, 및 광 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 센서의 프로세서는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함한다. 일부 실시예에서, PCB는 예를 들어, 라미네이트된 층(예를 들어, G10 또는 FR4)의 에폭시-섬유유리 복합 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, PCB는 예를 들어, 사출 성형된 플라스틱과 비교하여 안정적인 구조적 특성 및 낮은 열팽창 계수를 갖는 재료를 포함한다.
일부 실시예들에서, 본 개시의 센서들의 하나 이상의 컴포넌트들(예를 들어, 자력계, 송신기, 태양광 패널, 가속도계, 광 센서, 습도 센서, 공기 온도 센서, 배터리, 및/또는 본 개시의 장착 나사 또는 압축 제한 요소)이 PCB에 부착된다. 따라서 PCB에서는 데이터 처리/수집 외에 구조적 요소로 작용할 수 있다. 대량 저비용 생산을 위해 사출 성형으로 제조된 플라스틱 부품은 하중 하에 있을 때 시간이 지남에 따라 천천히 발생할 수 있는 미묘한 치수 변화 - 크리프(creep)로 알려진 시간 의존적 점탄성 흐름을 겪는다. 매우 낮은 부하 또는 무부하 하에서도 일광 노출, 재료 이완, 습도 및 온도 변화로 인해 시간이 지남에 따라 비가역적인 형상 변화가 발생할 수 있다. 따라서, 정밀 측정 디바이스, 특히 장기간에 걸쳐 측정을 제공할 필요가 있는 디바이스가 알루미늄 및 스테인리스 스틸 합금과 같은 보다 안정한 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 금속은 상대적으로 비싸지만 RF 에너지가 전송되거나 수신되어야 하는 인클로저(enclosure)에는 적합하지 않다. 전자 부품들은 일반적으로 G10 또는 FR4로 알려진 에폭시-섬유유리 복합 재료의 라미네이트된 층들로 만들어질 수 있는 PCB들 상에 장착된다. 이들 재료는 특히 사출 성형된 플라스틱과 비교할 때 매우 안정적인 구조적 특성과 낮은 열 팽창 계수를 갖는다. 따라서, 이러한 다른 컴포넌트들을 지지하기 위해 PCB를 사용하는 것은 안정적이고 비용 효율적인 설계를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 센서의 전원은 배터리, 태양광 패널 또는 셀, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예들에서, 배터리는 코인 셀 배터리이다. 일부 실시예들에서, 배터리는 PCB에 부착된다.
일부 실시예들에서, 전원은 통합 태양광 패널, 하이브리드 커패시터, 및 리튬 배터리를 포함한다. 일부 실시예들에서, 센서는 일광 동안 커패시터/배터리를 충전하고, 충전된 하이브리드 캡에 기초하여 어두운 다수의 날들 또는 수 주(week)들의 동작 동안 동작할 수 있다. 에너지는 태양으로부터 오고, 그 양(amount)은 날씨, 지리적 위치, 및 식물 위의 디바이스의 배치(또는 심지어 태양 패널 표면과 직접 접촉하는 퇴적물(debris) 또는 침전물의 가능성)에 따라 달라질 것이기 때문에, 디바이스는 에너지 가용성에 따라 상이하게 동작할 수 있다. 전력이 높을 때 더 높은 데이터 수집 및 송신 레이트들이 가능할 것이지만, 디바이스는 광 및 따라서 전력이 감소함에 따라 둘 모두를 완화시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 센서는 하우징을 더 포함한다. 특정 실시예에서, 하우징은 플라스틱 또는 중합체 수지이거나 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 플라스틱 또는 중합체 수지는 유리 충전된다. 예를 들어, 플라스틱 또는 중합체 수지는 약 10-40% 유리, 약 20-40% 유리, 약 30-40% 유리, 약 10-30% 유리, 약 15-35% 유리, 약 25-35% 유리, 약 10% 유리, 약 15% 유리, 약 20% 유리, 약 25% 유리, 약 30% 유리, 약 35% 유리, 또는 약 40% 유리를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하우징은 RF 차폐물이 아니다. 일부 실시예들에서, 하우징은 RF 차폐 재료를 포함하지 않는다.
일부 실시예들에서, 회전 센서, 프로세서, 및/또는 전원이 하우징 내에 위치된다. 일부 실시예들에서, 하우징은 적어도 프로세서 및 전원(예를 들어, 배터리)을 둘러싼다. 일부 실시예들에서, 하우징은 적어도 프로세서 및 하나 이상의 추가적인 컴포넌트(들)를 둘러싼다. 일부 실시예에서, 하우징은 적어도 프로세서 및 자력계를 둘러싼다. 일부 실시예에서, 하우징은 O-링을 포함하는 밀봉된 오버몰딩된 하우징이다. 예를 들어, 센서의 배터리는 배터리를 덮는 제거 가능한 덮개를 사용하여 둘러싸일 수 있어, 센서의 나머지가 하우징 내에 밀봉될 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 센서는 자석 플런저를 위한 기계적 컴포넌트가 모두 PCA에 부착되기 때문에 캡슐화된(encapsulated) PCA(프린터 회로 조립체)로서 작용한다. 제조 및 시험 후에, 전체 PCA는 오버몰딩되고 기밀식으로(hermetically) 밀봉될 수 있다. 이는 전자 컴포넌트들을 수분 및 오염 물질로부터 보호하는 한편, 태양광 패널, 습도 또는 공기 온도 센서의 측정 컴포넌트들, LED, 장착 표면, 또는 플런저와 같은 다른 컴포넌트들이 노출될 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징은 단일 피스(single piece)로서 오버몰딩되며, 즉 스냅(snap), 나사 등과 같은 임의의 밀봉부, 접합부, 또는 체결구가 없다. 일부 실시예에서, 하우징은 단일 피스로서 오버몰딩되고(즉, 스냅, 나사 등과 같은 임의의 밀봉부, 접합부, 또는 체결구가 없음), 센서는 통합형 태양 배터리 패널, 하이브리드 커패시터, 및 리튬 배터리를 포함한다. 바람직하게는, 이는 센서의 수명을 위해 동작 가능한 전원을 제공하여, (배터리에 접근 및/또는 교체되도록 하우징이 개방될 필요가 없기 때문에) 단일 피스의 오버몰딩된 하우징이 사용될 수 있게 하고, 이에 의해 PCB/PCA 및 다른 컴포넌트를 위한 영구적이고 기밀식으로 밀봉된 인클로저를 제공하는 것으로 생각된다. 저압 오버몰딩을 포함하는 오버몰딩을 위한 기술 및 시스템은; 예를 들어, 헨켈(Henkel) TECHNOMELT® 열가소성 물질과 함께 사용되는 것으로 당업계에 공지되어 있다. 일부 실시예들에서, 하우징은 헨켈(Henkel) TECHNOMELT® 열가소성 물질과 같은 열가소성 물질을 포함한다.
일부 실시예에서, 센서는 덴드로미터(dendrometer)를 포함한다. 일부 실시예에서, 덴드로미터는 캡 및 샤프트를 갖는 플런저; 샤프트에 또는 샤프트 내에 부착된 자석; 및 (예를 들어, 다수의 축, 반경방향 축, 또는 단일 평면을 따라)자석의 위치를 검출하도록 구성된 자력계를 포함한다. 일부 실시예에서, 자석은 플런저와 관련하여 측방향으로(laterally) 이동하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 캡은 식물 부분에 맞닿아 위치되도록 구성되고, 플런저는 캡이 식물 부분에 맞닿아 위치될 때 식물 크기의 변화에 비례하여 측방향으로(예를 들어, 다수의 축들, 반경방향 축, 또는 단일 평면을 따라) 이동하도록 구성된다. 본 명세서에서 사용하기 위해 고려되는 다른 덴드로미터가 아래에 설명된다. 본 발명의 임의의 덴드로미터는 본 명세서에 설명된 센서에 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 센서는 식물 또는 식물 부분의 직경 또는 반경의 변화를 측정하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 자력계는 2개의 직교 축(예를 들어, x-축 및 y-축)에서 필드 세기(field intensity)를 측정한다. 이와 같이, 필드 라인들의 각도는 계산될 수 있고, 미크론 분해능에 대한 플런저의 선형 위치와 관련될 수 있다. 예를 들어, x/y축 위치의 아크탄젠트(arctangent)에 기초하여 플런저의 위치의 비율 측정(ratiometric measurement)이 사용될 수 있다. 이것은 더 간단한 단일축 자력계와는 다르다. 일부 실시예들에서, 자력계는 본 개시의 PCB 또는 PCA에 부착된다.
일부 실시예들에서, 자석은 희토류 자석이다. 일부 실시예들에서, 자석은 네오디뮴 자석이다. 일부 실시예에서, 자석은 플런저가 식물 이동 후에 안팎으로 이동할 때 고정 지점에 대비하여 각도가 변화하는 만곡된 필드 경로에 의해 특징지어지는 필드를 생성한다. 일부 실시예들에서, 자석은 상당히 낮은 온도들에서 유지되는 한, 즉, 인위적으로 가열되지 않는 한, 디바이스의 수명에 걸쳐 필드 특성들에 대한 낮은 변화들을 특징으로 한다. 일부 실시예에서, 자석은 나무 또는 목질 식물의 표면 상에 놓이는 플런저 조립체 내에 설치되고, 식물의 팽진(turgor) 또는 수분 퍼텐셜의 변화와 관련하여 팽창 및 수축하는 식물의 체관부(phloem)와 플런저 사이에 바람직하게는 매우 적은 양의 코르크(cork)를 갖는다. 일부 실시예에서, 자석은 플런저 샤프트 내부에 위치된 원통형 또는 디스크 자석이다.
일부 실시예들에서, 자력계는 미크론-스케일 분해능으로 자석의 위치를 검출하도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 자력계는 적어도 1mm, 적어도 500㎛, 적어도 250㎛, 적어도 100㎛, 적어도 50㎛, 적어도 25㎛, 적어도 10㎛, 적어도 5㎛, 또는 적어도 1㎛의 최소 분해능에서 자석의 위치를 검출하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 자석은 자속(magnetic flux)의 곡선들을 특징으로 하는 자기장을 생성한다. 일부 실시예들에서, 자기장의 각도는 자력계에 의해 검출되는 적어도 2개의 축들을 따른(예를 들어, 다수의 축들, 반경방향 축, 또는 단일 평면에 따른) 자기장의 세기에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각도는 제1 축을 따른 자기장 세기를 제2 축을 따른 자기장 세기로 나눈 것과 동일하거나 그와 관련될 수 있다. 센서가 식물 부분에 부착되고, 식물 부분의 직경이 팽창 또는 수축되면, 자석에 의해 생성된 자기장의 각도가 변할 수 있다. 자기장의 각도 변화는 식물 부분의 직경의 선형 변화와 관련될 수 있다. 일부 실시예에서, 식물 부분의 직경의 선형 변화는 자기장의 각도의 변화와 대략 선형적으로 관련될 수 있다. 일부 실시예들에서, 직경의 선형 변화는 7차 다항식에 의한 자기장의 각도의 변화와 관련될 수 있다. 일부 실시예들에서, 직경의 선형 변화는 센서의 캘리브레이션 동안 7차 다항식에 의한 자기장의 각도의 변화와 관련될 수 있다.
일부 실시예에서, 센서는 본 발명의 식물 또는 식물 부분의 실시간 측정을 제공하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 센서는 하루에 여러 번 식물 부분 크기를 측정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 센서는 3시간, 2시간, 1시간, 30분, 15분, 10분, 5분, 1분, 45초, 30초, 15초 또는 5초 간격으로 식물 부분 크기를 측정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 센서는 5초 내지 1시간, 5초 내지 15분, 5초 내지 5분, 5초 내지 1분, 1분 내지 1시간, 1분 내지 30분, 1분 내지 15분, 10분 내지 1시간, 또는 10분 내지 30분의 간격으로 식물 부분 크기를 측정하도록 구성된다.
다양한 체결구(들)가 본 개시의 센서들에서 사용하기 위해 고려되고, 당업자는, 예를 들어, 측정될 식물 부분의 유형에 기초하여 체결구 유형을 적절하게 선택할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구(들)는 나사, 나사산 로드, 또는 못을 포함할 수 있다. 체결구(들)는 식물 부분 내에 또는 위에 위치되고 센서를 식물 부분에 장착하도록 구성될 수 있다. 나사, 나사산 로드 또는 못은 스테인리스 스틸, 황동, 알루미늄 또는 티타늄을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서 본체와 식물 부분 사이의 나사 주위에 위치되도록 구성된 너트(예를 들어, 도 13c 및 도 13q의 너트(1316)) 및/또는 센서 본체에 인접하지만 식물 부분에 대해 원위에 있는 나사 주위에 위치되도록 구성된 너트와 같은, 하나 이상의 너트(들)와 조합하여 센서를 식물 부분(예를 들어, 목질 가지 또는 몸통) 상에 장착하기 위해 나사가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 나사는 본 개시의 PCB/PCA에 부착된다.
일부 실시예에서, 센서는 압축 제한 요소를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 압축 제한 요소는 체결구(예를 들어, 장착 나사)와 센서의 나머지 사이에 내구성 있는 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 압축 리미터(compression limiter)는 PCB/PCA와 장착 나사와 같은 체결구 사이의 인터페이스를 제공하기 위해 본 개시의 PCB/PCA에 설치될 수 있다(예를 들어, 도 13c의 압축 리미터(1322) 또는 도 14a의 압축 리미터(1404) 참조). 일부 실시예에서, 체결구(예를 들어, 나사)는 압축 제한 요소를 통과한다. 일부 실시예에서, 압축 제한 요소는 체결구(예를 들어, 나사) 주위에 위치되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 압축 제한 요소는 금속(예를 들어, 금속 칼라) 또는 플라스틱(예를 들어, 플라스틱 링)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 압축 제한 요소는 링, O-링, 칼라(collar), 또는 와셔(washer)이다. 일부 실시예에서, 압축 제한 요소가 캡티브 나사와 조합하여 사용되어, 장착 나사(예를 들어, 도 14a의 장착 나사(1410))가 센서를 장착하기 위해 식물 부분에 위치되고, 압축 제한 요소의 일 단부(예를 들어, 도 14a의 압축 리미터(1404))는 장착 나사(예를 들어, 식물 부분에 고정된 단부의 반대쪽 단부)를 수용하도록 구성되고, 압축 제한 요소의 다른 단부는 캡티브 나사(예를 들어, 도 14a의 캡티브 나사(1408))를 수용하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 캡티브 나사는 육각형 소켓이 있는 버튼 헤드를 갖는다. 일부 실시예에서, 캡티브 나사는 손잡이 달린(knurled) 또는 플랜지형이다. 일부 실시예에서, 캡티브 나사는 탬퍼-저항 드라이브(tamper-resistant drive)를 포함한다. 일부 실시예에서, 장착 나사는 육각형 너트 플랜지(hexagonal nut flange)를 가지며, 원위 겉면(face)은 압축 제한 요소의 근위 겉면이 놓이는 평평한 표면을 제공한다. 이러한 너트 형상은 표준 너트 드라이버를 사용하여 식물 부분에 장착 나사를 삽입할 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 장착 나사의 원위 단부는 압축 제한 요소를 위치시키기 위한 원통형 돌출부 및 캡티브 나사를 수용하기 위한 암형 나사산(female thread)을 갖는다. 일부 실시예에서, 장착 나사는 나사산을 갖는 부분 및 나사산을 갖지 않는 부분을 갖는다. 예를 들어, 나사산이 없는 부분을 사용하여 올바른 설치 깊이를 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 센서는 캡티브 나사 주위에 위치되도록 구성된 유지 링을 더 포함한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구(들)는 나사산 로드(threaded rod)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 나사산 로드는 센서 본체와 식물 부분 사이의 나사산 로드 주위에 위치되도록 구성된 너트(예를 들어, 도 14b의 너트(1422) 또는 도 14c의 너트(1436)), 및/또는 센서 본체에 인접하지만 식물 부분에 대해 원위에 있는 나사 주위에 위치되도록 구성된 너트(예를 들어, 도 14b의 너트(1424) 또는 도 14c의 너트(1434))와 같은 하나 이상의 너트(들)와 조합하여 식물 부분(예를 들어, 목질 가지 또는 몸통) 상에 센서를 장착하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 센서 본체와 식물 부분 사이의 나사산 로드 주위에 위치되도록 구성된 나사산 로드 및 너트는 용융되거나, 단일 피스의 하드웨어를 포함하거나, 너트는 나사산 로드에 본딩, 브레이징(braze), 납땜(solder) 또는 용접(weld)된다. 일부 실시예에서, 센서 본체에 인접하지만 식물 부분에 대해 원위에 있는 나사 주위에 위치되도록 구성된 너트는 손잡이가 달리거나(knurled) 또는 탭형(tab)이다. 일부 실시예들에서, 너트들 둘 모두는 조정 가능하여, 예를 들어, 분해없이 식물 부분에 대한 센서의 조정을 허용한다(예를 들어, 도 14c 참조).
일부 실시예에서, 체결구(들)는 식물 부분 주위에 위치되도록 구성된 하나 이상의 만곡된 아암(들)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 체결구(들)는 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 또는 적어도 6개의 아암을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 12a 내지 도 12p에 도시된 바와 같이, U- 또는 V-형상으로 배열된 2개의 만곡된 아암이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 만곡된 아암(들)은 운동학적 결정 방식으로 식물 부분을 거치하고 있다. 이들 실시예는 줄기, 새싹, 가지 또는 덩굴(예를 들어, 포도 덩굴)과 같은 더 작은 식물 부분에 특히 유용할 수 있다. 일부 실시예에서, 체결구(들)는 아암들 사이에 0.15, 0.5, 1, 1.5, 2, 또는 2.5 인치 이상을 갖는 2개 이상의 아암을 포함한다. 이것들은 타이트한 공간에 끼워질 수 있을 만큼 작고 가벼우며 작은 덩굴, 새싹, 줄기 및 가지에 단단히 부착하기 용이하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 덩굴, 새싹, 줄기 또는 가지는 직경이 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5 또는 5 인치 이하이거나, 또는 직경이 0.15 인치 이상 및 1 인치 이하이다.
일부 실시예에서, 센서 및 식물 부분 주위에 감기도록 구성된 하나 이상의 탄성 밴드(들)이 또한 만곡된 아암(들)과 조합하여 사용될 수 있다(예를 들어, 도 12n 내지 도 12p의 탄성 밴드(들)(1230) 참조). 일부 실시예에서, 탄성 밴드(들)는 UV 방사선에 내성이 있다.
도 9a 및 도 9b는 일부 실시예들에 따른 예시적인 센서를 예시한다. 센서는 플런저, 자력계(크기), 가속도계(편향), 안테나 및 습도, 온도 및 광 스펙트럼을 측정하는 컴포넌트를 포함한다. 센서는 센서의 나머지가 클램핑되는 장착 나사를 사용하여 나무 몸통 상에 장착된다. 나무가 성장하고 그 직경이 증가함에 따라, 체관부의 팽창은 플런저를 측방향으로 밀고(도 9b의 화살표 참조), 이 위치 변화는 플런저에 부착된 자석의 위치를 검출하는 자력계에 의해 모니터링된다. 이러한 방식으로, 센서는 식물 부분(이 경우, 나무 몸통)의 크기를 측정한다. 나무 직경을 측정하는 자력계(프록시로서 자석 위치를 사용함)에 추가하여, 광 센서는 태양광 또는 그 부족을 측정하고, 온도 센서는 대기 온도를 측정하고, 습도 센서는 상대 습도를 측정하고, 가속도계는 나무 편향(tree lean)(나무가 넘어질 조짐일 수 있고/있거나 손상되거나 고정되지 않은 뿌리계를 나타낼 수 있음)을 측정한다.
일부 실시예들에서, 센서는 가속도계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 가속도계는 PCB에 부착된다. 일부 실시예들에서, 가속도계는 3축 가속도계이다. 일부 실시예들에서, 가속도계는 센서가 장착되는 식물 또는 식물 부분의 편향을 측정한다. 일부 실시예들에서, 본 명세서에서 사용되는 편향은 수일 또는 그 이상과 같은 시간 스케일에 걸친 틸트(tilt)의 변화를 지칭한다. 일부 실시예들에서, 가속도계는 센서가 장착되는 식물 또는 식물 부분의 흔들림(sway)을 측정한다. 일부 실시예들에서, 본 명세서에서 사용되는 흔들림은 단기간에 걸친, 예를 들어, 약 1Hz, 또는 0.2Hz 내지 20Hz의 이동을 지칭한다. 일부 실시예들에서, 가속도계는 센서가 장착되는 식물 또는 식물 부분의 충격(impact)을 측정한다. 일부 실시예들에서, 본 명세서에서 사용되는 충격은 식물이 예를 들어, 차량 또는 디바이스와 충돌의 힘을 받는 것에 대응할 수 있는 급격한 가속을 지칭한다. 일부 실시예들에서, 가속도계는 측정치가 미리 결정된 임계 값을 초과할 때 경보를 트리거하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 센서는 나무 편향이 미리 결정된 임계 편향 값을 초과할 때 알람을 트리거할 수 있으며, 이는 나무 또는 식물 부분이 넘어질 위험에 있음을 나타낸다.
일부 실시예들에서, 센서는 광 센서를 포함한다. 일부 실시예들에서, 광 센서는 PCB에 부착된다.
일부 실시예들에서, 센서는 습도 센서를 포함한다. 일부 실시예들에서, 습도 센서는 PCB에 부착된다. 일부 실시예에서, 하우징은 습도 센서가 센서 인클로저 외부에서 측정을 수행하기 위한 포트를 포함한다. 일부 실시예들에서, 습도 센서는 상대 습도를 측정한다.
일부 실시예에서, 센서는 공기 온도 센서를 포함한다. 일부 실시예에서, 공기 온도 센서는 PCB에 부착된다.
일부 실시예들에서, 센서는 GPS 센서를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 본 개시의 센서의 하나 이상의 컴포넌트들은 측정이 미리 결정된 임계 값을 초과할 때 알람, 경보, 또는 다른 통지를 트리거하도록 프로그래밍될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 개시의 프로세서는 센서의 하나 이상의 컴포넌트들에 의해 획득된 측정치가 미리 결정된 임계 값을 초과할 때 알람, 경보, 또는 다른 통지를 트리거하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 센서는 나무 또는 식물 부분이 넘어질 위험에 있음을 나타내는 가속도계로부터의 데이터에 기초하여 나무 편향이 미리 결정된 임계 편향 값을 초과할 때 알람, 경보, 또는 다른 통지를 트리거할 수 있다.
일부 실시예에서, 본 발명의 센서는 송신기를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 송신기는 블루투스 라디오 또는 트랜시버, 예를 들어, 블루투스 저 에너지(BLE) 라디오 또는 트랜시버이다. 일부 실시예들에서, 송신기는 감각 데이터를 모바일 디바이스 또는 서버에 무선으로(예를 들어, 블루투스, WiFi, 또는 900 MHz 송신기) 송신하도록 구성된다. 다른 가능한 무선 네트워크들은 협대역 사물 인터넷(IoT), LTE-M, 및 미리오타(Myriota) 또는 스웜(Swarm)과 같은 위성 기반 네트워크들을 포함한다. 일부 실시예에서, 송신기는 라디오이다. 일부 실시예들에서, 송신기는 트랜시버(예를 들어, 블루투스 트랜시버, WiFi 트랜시버 등)이다. 일부 실시예들에서, 송신기는 장거리(LoRa) 트랜시버 또는 근거리 통신(NFC) 트랜시버이다. 일부 실시예들에서, 송신기는 Lora 라디오 데이터 송신 시스템 또는 LoraWAN 네트워크 프로토콜을 사용한다. 유리하게는, 이는 저전력, 장거리 송신을 제공한다. 일부 실시예들에서, 송신기는 약 900 MHz의 주파수 대역을 사용한다. 일부 실시예들에서, 센서는 칩 안테나 예를 들어, 이그니온(Ignion) NN2-2204를 포함한다. 일부 실시예에서, 센서는 분리된 쌍극자 안테나를 포함하고, 두 개의 와이어는 센서의 반대편에서 연장된다. 일부 실시예들에서, 송신기는 약 900 MHz의 주파수 대역을 사용하고, 센서는 접지면의 반대 방향(태양광 패널이 장착 나사로부터 아래에 있는 경우, 위에)으로 연장되는 단일 와이어일 수 있는 능동 안테나 측면을 보완하기 위해 대략 72mm(900 MHz 주파수 대역에 대한 사분의 일 파장 길이) 이상인 접지면을 갖는다. 일부 실시예들에서, 디바이스의 접지면은 태양광 패널과 공유될 수 있다.
유리하게는, 다수의 센서들로부터 데이터를 수집하는 것은 직경 변화의 측정을 보상하고, 살아있는 식물 층들로부터의 신호를 모호하게 할 수 있는 나무껍질로부터의 혼합된 신호를 처리하기 위해 간접적으로 보상하고, 다수의 소스들로부터의 데이터를 캘리브레이션 및 교차-검증하고, 나무 성장 및/또는 매일 팽창/수축의 동인(driver)들을 이해하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 데이터는 증기압 부족(VPD)을 근사 및/또는 예측하고, 이에 의해 유기체 산림측정 응답(dendrometry response)을 예측하는 데 사용될 수 있다. 데이터는 안테나를 통해 서버 또는 모바일 디바이스로 발송되어, 데이터 수집을 위한 분산 IoT 네트워크를 생성할 수 있다. 이러한 데이터는 고분해능, 실시간으로, 다수의 유기체들 사이의 비교가 수행될 수 있는 시스템(예를 들어, 다수의 식물에 장착된 다수의 센서를 포함함)에서 수집될 수 있다(예를 들어, 비교 가능한 종의 유사한 상태에서, 비교 가능한 지리적 지역에서, 비교 가능한 기상 조건에서, 비교 가능한 토양 조건에서, 비교 가능한 관리/급수/관개 체제 하에서의 유기체들 사이의 성장 비교). 이러한 데이터를 사용하여, 관찰된 산림측정 신호, 수집된 환경 또는 기상 데이터 등에 기초하여 각 유기체에 대한 모델(들)을 구성하여, 예를 들어, 현재 환경 신호 또는 조건에 기초하여 미래 산림측정을 예측할 수 있다. 또한, 모델로부터의 변화는 토양 수분, 해충, 질병, 독성, 포식, 손상 등을 포함하는 비-측정 인자를 나타내는 데 도움이 될 수 있다. 이와 같이, 본 개시의 센서들은 기존의 센서들보다 식물 및 이의 즉각적인 환경의 더 풍부한 데이터 세트들 및 더 완벽한 사진을 제공할 수 있다고 생각된다(예를 들어, www.phytech.com/home 참조).
일부 실시예에서, 본 개시의 플런저는 캡(cap) 및 샤프트(shaft)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 캡은 몰딩 플라스틱이거나 몰딩 플라스틱을 포함한다. 일부 실시예들에서, 캡은 두께가 5, 4, 3, 2, 또는 1 mm 이하이다. 일부 실시예들에서, 캡은 약 10 ㎟ 내지 약 100 ㎟, 약 10 ㎟ 내지 약 50 ㎟, 약 10 ㎟ 내지 약 500 ㎟, 또는 약 10 ㎟ 내지 약 1000 ㎟의 표면적에 걸쳐 식물 부분과 접촉하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 캡은 예를 들어, 몰드 측면 인출(mold side draw)들을 사용하여 아세탈 또는 PETG와 같은 저-마찰 플라스틱으로 몰딩될 수 있다. 이상적으로, 캡은 일관된 측정을 달성하기 위해 합리적인 크기의 영역에 걸쳐 식물 또는 식물 부분과 접촉하고, 접촉 영역에 과도한 압력을 인가하지 않는다. 그러나, 일부 압력은 식물 또는 식물 부분과의 일관된 접촉을 유지하고/하거나 코르크의 임의의 작은 변화를 압축하는데 유리할 수 있다.
일부 실시예에서, 캡은 짐벌(gimbal)(예를 들어, 도 13a 및 도 13b의 짐벌 팁(1308))을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 짐벌은 사출 성형된 플라스틱일 수 있는 팁 부분에서 정합하는 구형 공동에 끼워지는 메인 플런저 실린더의 나무 단부에 기계 가공된 구형 볼 포인트로 제조된다. 유리하게는, 짐벌은 예를 들어, 센서가 완벽한 정렬로 장착되지 않더라도 접촉 표면이 식물 또는 식물 부분의 표면과 순응할 수 있게 한다. 짐벌은 적당한 크기의 접촉 면적을 유지하는 데 도움이 되는 약간의 가요성 및 틸트를 제공하고; 그렇지 않으면, 접촉 면적은 먼저 접촉하는 플런저 팁의 측면 상의 작은 초승달 형상의 면적인 경향이 있고, 접촉 압력은 제1 접촉 지점에서 가장 높은 압력으로 이 접촉 패치에 걸쳐 변할 것이다. 이는 측정에 잠재적으로 영향을 미치고 설치 정밀도에 따라 일관되지 않은 결과를 생성할 수 있는 변수를 도입한다.
일부 실시예들에서, 샤프트는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸을 포함한다. 일부 실시예에서, 샤프트는 실린더이고, 자석은 플런저 샤프트 내부에 위치된 원통형 자석이다. 일부 실시예에서, 실린더는 중공(hollow)이다. 일부 실시예들에서, 실린더는 알루미늄을 포함한다. 일부 실시예에서, 샤프트는 연장 가능하고, 예를 들어, 나사식 샤프트 연장부이다. 일부 실시예에서, 샤프트는 PFTE 또는 오일로 함침된다.
일부 실시예에서, 센서는 플런저 샤프트 주위에 위치된 중공 셔틀(hollow shuttle)을 더 포함한다(예를 들어, 도 13q 참조). 일부 실시예에서, 셔틀은 본 개시의 유리-충전 수지와 같은 수지를 포함한다.
일부 실시예에서, 센서는 플런저 주위에 또는 플런저에 부착된 스프링을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 센서는 캡 반대편에, 플런저 샤프트에 부착된 당김 탭(pull tab)(예를 들어, 도 12a의 탭(1208) 참조)을 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 센서 또는 하우징은 사용자가 PCB/PCA에 액세스할 수 있게 하는 제거 가능한 백킹(backing)을 포함한다. 일부 실시예에서, 제거 가능한 지지대는 하나 이상의 나사, 하나 이상의 볼트, 및/또는 하나 이상의 리벳(rivet)을 포함한다.
일부 실시예에서, 센서는 하나 이상의 식별자를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 센서는 시각적 식별자를 더 포함한다. 특정 실시예들에서, 시각적 식별자는 QR 코드 또는 바코드이다. 일부 실시예들에서, 센서는 라디오 주파수 식별(RFID) 태그를 포함한다.
유리하게는, 본 개시의 센서는 1차 줄기, 2차 줄기, 잎자루(petiole), 몸통, 갈대, 스토크(stalk) 등을 포함하는 임의의 종류의 식물 줄기뿐만 아니라, 임의의 종류의 식물 볼, 새싹, 케인, 바디, 가지, 덩굴, 몸통, 또는 과일을 측정하는 데 사용될 수 있다. 임의의 식물 부분은 식물 유압 상태 또는 환경 인자(예를 들어, 온도, 상대 습도)의 함수로서 비가역적 분열조직(meristem) 성장 또는 가역적 팽윤(swelling)/수축으로 인한 크기 변동에 민감한 것으로 생각된다. 본 발명의 센서는 채소(예를 들어, 토마토 등), 나무(예를 들어, 고무나무, 과일 나무 등), 노거수, 관상용 식물 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 유형의 식물을 측정하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 식물은 작목이다. 일부 실시예에서, 식물은 감귤, 올리브, 견과류, 카카오, 오크, 소나무, 적목, "딸기" 또는 단풍 나무이다. 일부 실시예에서, 식물은 목질 식물이다. 일부 실시예에서, 식물은 덩굴, 예를 들어, 포도 덩굴이다. 다양한 식물의 성장은 본원에 개시된 센서, 시스템 및 방법으로 모니터링될 수 있다.
일부 양태에서, a) 식물 부분(예를 들어, 식물 줄기, 바디, 가지, 덩굴, 몸통 또는 과일) 주위에 위치되도록 구성된 하나 이상의 체결구, 하나 이상의 체결구는 회전 가능한 요소를 포함하고, 회전 가능한 요소는 식물 부분 주위에 위치될 때 식물 부분 크기의 변화에 비례하여 회전하도록 구성되고; b)자석, 자석은 회전 가능한 요소에 따라 회전하도록 구성되고; c) 자석의 회전을 검출하도록 구성된 회전 센서; d) 프로세서; 및 e) 전원을 포함하는 센서가 본 명세서에 제공된다. 유리하게는, 이러한 간단하고 저렴한 센서는 식물 성장의 실시간, 급속, 연속 또는 거의 연속적인 모니터링을 제공할 수 있으며, 이는 건강, 성장, 수분 공급, 해충, 태양광, 온도, 습도 또는 다른 조건의 변화를 나타낼 수 있다. 이러한 데이터는 (예를 들어, 모바일 디바이스, 서버 또는 다른 컴퓨터 시스템에 데이터를 송신함으로써) 식물에 가까이에서 또는 원거리에서 획득될 수 있고, 원거리에 걸쳐 복수의 식물에 대해 쉽게 적응될 수 있다.
일부 실시예들에서, 자석은 자석의 N-S 극 축이 회전 가능한 요소의 회전 축에 수직이 되도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 회전 센서는 홀 센서(Hall sensor)이다. 일부 실시예들에서, 홀 센서는 자석 또는 그의 자기장으로부터 사인(sin)/코사인(cos) 파를 측정함으로써 자석의 움직임(예를 들어, 회전)을 측정하도록 구성된다.
특정 실시예에서, 홀 센서는 홀 센서의 Z-축이 회전 가능한 요소의 회전 축과 평행하도록 위치된다. 일부 실시예들에서, 회전 가능한 요소는, 예를 들어, 식물 상에 센서의 설치 후에, 식물 부분 직경, 식물 부분 반경, 식물 부분 원주, 또는 이들의 조합의 변화에 비례하여 회전하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 회전 가능한 요소는 식물 부분 직경, 식물 부분 반경, 식물 부분 원주, 또는 이들의 조합의 증가에 비례하여 일 방향으로 회전하고, 식물 부분 직경, 식물 부분 반경, 식물 부분 원주, 또는 이들의 조합의 감소에 비례하여 다른 방향(예를 들어, 반대 방향)으로 회전하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 회전 가능한 요소의 회전의 정도는 일정한 인자에 의해 식물 부분 크기(예를 들어, 직경, 반경, 원주 등)에 대해 선형이다. 특정 실시예에서, 상수 인자는 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능한 요소의 회전의 약 10 도이다. 특정 실시예에서, 상수 인자는 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능한 요소의 회전의 약 5 도이다. 일부 실시예에서, 상수 인자는 식물 부분 크기의 동적 범위에 걸쳐 일정하다. 특정 실시예에서, 식물 부분 크기의 동적 범위는 직경이 약 4 mm 내지 약 24 mm이다. 특정 실시예에서, 식물 부분 크기의 동적 범위는 직경이 약 4 mm 내지 약 24 mm이고, 상수 인자는 식물 부분 크기 변화 약 1 mm 당 회전 가능한 요소의 회전의 약 10 도이다. 특정 실시예에서, 식물 부분 크기의 동적 범위는 직경이 약 4 mm 내지 약 52 mm이다. 특정 실시예에서, 식물 부분 크기의 동적 범위는 직경이 약 4 mm 내지 약 52 mm이고, 식물 부분 크기의 동적 범위는 직경이 약 1 mm 내지 약 5 mm이다. 특정 실시예에서, 식물 부분 크기의 동적 범위는 직경이 약 1 mm 내지 약 5 mm이다. 특정 실시예에서, 식물 부분 크기의 동적 범위는 직경이 최대 약 5 mm이다. 특정 실시예에서, 식물 부분 크기의 동적 범위는 직경이 약 0.001 mm 내지 약 5 mm이다. 특정 실시예에서, 식물 부분 크기의 동적 범위는 직경이 약 0.001 mm 내지 약 1 mm이다. 일부 실시예들에서, 상수 인자는 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능 요소의 약 10 도 회전, 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능 요소의 약 9 도 회전, 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능 요소의 약 8 도 회전, 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능 요소의 약 7 도 회전, 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능 요소의 약 6 도 회전, 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능 요소의 약 5 도 회전, 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능 요소의 약 2 도 회전, 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능 요소의 약 1 도 회전, 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능 요소의 약 15 도 회전, 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능 요소의 약 20 도 회전, 또는 식물 부분 크기 변화의 약 1 mm 당 회전 가능 요소의 약 25 도이다. 일부 실시예에서, 식물 부분 크기의 동적 범위는 직경이 약 4 mm 내지 약 52 mm, 직경이 약 4 mm 내지 약 30 mm, 직경이 약 4 mm 내지 약 40 mm, 직경이 약 4 mm 내지 약 60 mm, 직경이 약 1 mm 내지 약 52 mm, 직경이 약 1 mm 내지 약 30 mm, 직경이 약 1 mm 내지 약 40 mm, 직경이 약 1 mm 내지 약 60 mm, 직경이 약 1 mm 내지 약 10 mm, 직경이 약 0.5 mm 내지 약 5 mm, 직경이 약 0.1 mm 내지 약 1 mm, 직경이 약 0.01 mm 내지 약 1 mm, 직경이 약 0.1 mm 내지 약 10 mm, 또는 직경이 약 0.01 mm 내지 약 10 mm이다. 당업자는 본 개시의 센서들이 유용한 상수 인자들 및/또는 동적 범위들의 범위에 적응될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
일부 실시예들에서, 본 개시의 센서는, 예를 들어, 저전력 무선 데이터 링크를 통해 송신될 수 있는 정확한 측정들을 생성하기 위해, 사출 성형된 플라스틱 하우징 내부에 단일 PCB 및 배터리를 갖는 자석 및 홀 센서 시스템을 사용한다. 다른 센서들 및 요소들이 가능하고, 자석/홀 센서 페어링의 낮은 비용이 그것을 매우 유리하게 만든다.
클립형 센서
본 발명의 센서의 일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 베이스를 갖는 적어도 제1 고정 아암 및 베이스를 갖는 회전 가능한 아암을 포함하고, 자석은 회전 가능한 아암 내에 위치된다. 일부 실시예들에서, 식물 부분의 크기의 변화는, 예를 들어, 크기의 변화에 비례하는 정도(예를 들어, 원주, 직경, 반경 등)로, 회전가능 아암의 회전을 야기한다. 이러한 유형의 센서는 본 명세서에서 "클립형(clip type)" 또는 "클립-스타일(clip-style)" 센서 또는 덴드로미터로 지칭된다.
특정 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 제2 고정 아암을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 고정 아암(들) 및 회전 가능한 아암은 만곡된다. 특정 실시예에서, 고정 아암(들) 및 회전 가능한 아암은 반대 방향으로 만곡된다. 일부 실시예들에서, 식물 부분은 3개의 접촉 라인들에 의해 접촉되고, 제1 라인은 제1 고정 아암 상에 있고, 제2 라인은 회전가능 아암 상에 있고, 제3 라인은 제1 및/또는 제2 라인(들)에 대향하는 센서, 예를 들어, 센서 하우징의 일부 또는 아암들 이외의 센서의 다른 컴포넌트 상에 있다.
일부 실시예에서, 클립형 센서는 비틀림 스프링(torsion spring)을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 비틀림 스프링은 회전 가능한 아암에, 고정 아암 중 하나(예를 들어, 제1 고정 아암)에, 또는 이들의 조합에 연결된다. 일부 실시예에서, 비틀림 스프링은 회전 가능한 아암에 연결된다. 특정 실시예에서, 비틀림 스프링은 센서, 예를 들어, 센서의 하우징 또는 다른 고정 본체와의 연결부에 비틀림을 인가한다. 일부 실시예에서, 비틀림 스프링은 제1 고정 아암 및 회전 가능한 아암에 연결된다. 특정 실시예에서, 비틀림 스프링은 회전 가능한 아암과의 연결부에 비틀림을 인가한다. 일부 실시예에서, 회전 아암의 베이스와 제1 고정 아암의 베이스는 비틀림 스프링을 포함하는 힌지에서 연결된다.
클립형 센서의 일부 실시예에서, 회전 센서는 센서의 하우징 내에 위치된다. 클립형 센서의 다른 실시예들에서, 회전 센서는 고정 아암들 중 하나 내에(예를 들어, 제1 고정 아암 내에 또는 제2 고정 아암 내에) 위치된다.
디바이스의 일 실시예는 원통형 물체(이상적인 식물 부분)가 3개의 라인을 따라 접촉되도록 형상화된 만곡된 "아암(arm)"을 포함하며; 하나는 바디에 있고, 하나는 각각의 아암에 접촉하여, 식물의 안정적인 파지가 임의의 추가 구속 없이 달성된다. 이러한 구성의 일 실시예가 도 1a & 1b에 도시된다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 아암들은 측정 아암의 각 움직임이 식물 부분 크기 변화의 1mm 당 10도의 아암 회전과 같은 상수 인자와 같은 식물 부분 직경에 대해 선형이도록 만곡될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자석은 N-S 극 축이 회전 축에 수직이 되도록 아암에 내장된다. 일부 실시예들에서, Z 축이 회전 축과 정렬되도록 배향된 X 및 Y 축들에서 필드 강도를 측정할 수 있는 홀 센서는 아암들의 회전을 사인 및 코사인 함수들로서 검출할 것이고, 각도는 X 및 Y 홀 신호들의 ATAN2로서 용이하게 계산될 수 있다.
일부 실시예들에서, 이러한 디바이스들은 4개의 플라스틱 부품들, PCB, 자석 및 스프링만을 포함하고, 매우 낮은 비용으로 생산될 수 있다. 그것들은 식물에 적용하기 매우 쉽고, 한 손만 제자리에 클립하고 모니터링을 시작하기만 하면 된다. 아암이 식물을 잡고 측정하기 때문에 시스템을 구속하기 위한 추가 수단이 필요하지 않다. 예시적인 클립형 센서가 도 1c에 도시되어 있다.
활주 아암 센서
본 개시의 센서(예를 들어, 클립형 센서)의 일부 실시예에서, 고정 아암 중 하나의 베이스의 위치는 회전 아암의 베이스에 대해 활주하도록 구성되어, 고정 아암의 베이스를 회전 아암의 베이스로부터 더 멀리 활주시키는 것은 센서에 의해 측정될 수 있는 최소 직경의 증가 및 센서에 의해 측정될 수 있는 크기의 최소 변화의 감소를 야기한다. 다른 실시예에서, 회전 아암의 베이스의 위치는 고정 아암 중 하나의 고정 아암의 베이스에 대해 활주하도록 구성되어, 회전 아암의 베이스를 고정 아암의 베이스로부터 더 멀리 활주시키는 것은 센서에 의해 측정될 수 있는 최소 직경의 증가 및 센서에 의해 측정될 수 있는 크기의 최소 변화의 감소를 야기한다. 일부 실시예에서, 제1 고정 아암의 베이스의 위치는 회전 아암의 베이스에 대해 활주하도록 구성되어, 제1 고정 아암의 베이스를 회전 아암의 베이스로부터 더 먼 거리로 활주시키는 것은 센서에 의해 측정될 수 있는 최소 직경의 증가 및 센서에 의해 측정될 수 있는 크기의 최소 변화의 감소를 야기한다. 다른 실시예에서, 회전 아암의 베이스의 위치는 제1 고정 아암의 베이스에 대해 활주하도록 구성되어, 회전 아암의 베이스를 제1 고정 아암의 베이스로부터 더 먼 거리로 활주시키는 것은 센서에 의해 측정될 수 있는 최소 직경의 증가 및 센서에 의해 측정될 수 있는 크기의 최소 변화의 감소를 야기한다.
상기에서 설명한 클립형 센서는 설치가 매우 쉽고 측정 범위 내에 클립된 임의의 것의 절대 크기를 측정하는 좋은 능력을 갖는다. 그러나 식물 건강 모니터링을 위한 대부분의 시간은 식물 부분의 절대 크기를 단기간에 걸쳐 발생하는 미세한 크기 변화만큼 아는 데 유용하지 않다. 며칠 동안 분당 2회(또는 유사한 빈도) 측정을 통해 식물이 건강한 식물에 대해 정상적으로 팽창하고 수축하고 있는지 확인할 수 있다.
일부 실시예들에 따른 상이한 유형의 클립 센서는, 예를 들어, 최대 4 또는 10 mm의 직경 변화들을 검출하기 위해 더 작은 측정 범위 및 설치 동안 디바이스의 측정 부분에 대해 아암들이 활주하게 하고 그런 다음 제로가 활성 측정 범위의 작은 단부 근처에 놓이도록 활주되게 함으로써 해당 범위에 걸쳐 더 높은 감도를 가질 수 있다. 따라서 디바이스를 30mm 식물 부분에 설치한 다음 측정 부분을 0-5 범위에서 약 1로 설정할 수 있다. 이제 식물 부분이 며칠 및 몇 주에 걸쳐 성장하고 수축함에 따라 30mm에서 33mm로 변화되고 0.001mm만큼 작은 변화가 디바이스에 의해 감지되고 보고된다.
테이프 측정형 센서
본 발명의 센서의 일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 클립 및 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 가요성 테이프를 포함하고; 제1 단부는 회전 가능한 드럼에 부착되고, 자석은 회전 가능한 드럼 내에 위치되고; 제2 단부는 클립으로 센서에 부착되도록 구성되고; 제1 단부를 포함하는 가요성 테이프의 제1 섹션은 회전 가능한 드럼 둘레에 감기도록 구성되고; 제2 단부를 포함하는 가요성 테이프의 제2 섹션은 식물 부분 둘레에 감기고 제2 단부에서 클립으로 센서에 부착되도록 구성되고; 회전 가능한 드럼은 식물 부분의 크기의 변화에 비례하여 회전하도록 구성된다. 이러한 유형의 센서는 본 명세서에서 "테이프 측정형" 또는 "테이프-유형" 센서 또는 덴드로미터로 지칭된다.
일부 실시예에서, 회전 가능한 드럼은 가요성 테이프의 제1 섹션 또는 제2 섹션의 길이가 변화함에 따라 식물 부분의 크기의 변화에 비례하여 회전하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제2 단부를 포함하는 가요성 테이프의 제2 섹션은 식물 부분 주위에 감기고 센서의 고정 부분 또는 본체, 또는 센서의 하우징에서 센서에 부착되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 가요성 테이프는 천공 재료, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG), 플루오르화 재료, 복합 재료, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 특정 실시예들에서, 복합 재료는 케블라, 유리 섬유, 또는 이들의 조합을 포함한다.
일부 실시예들에서, 테이프 측정형 센서는 비틀림 스프링을 더 포함하고; 비틀림 스프링은 회전 가능한 드럼에 연결되고; 비틀림 스프링은 회전 가능한 드럼에 비틀림 또는 센서에 연결을 인가한다. 특정 실시예에서, 회전 센서는 센서의 하우징 내에 위치된다.
센서의 이러한 실시예는 테이프를 퇴피시키기 위해 스프링으로 제한되는 드럼 주위에 감긴 재료의 가요성 얇은 밴드를 사용한다(도 2a 및 도 2b). 테이프는 식물 부분 주위로 당겨지고 먼 쪽 끝은 클립으로 디바이스에 다시 고정된다. 식물 부분이 크기에 따라 증가함에 따라 더 많은 테이프를 당겨 분리하고 드럼은 Z축을 중심으로 회전한다. 홀 센서로부터 측정 신호를 생성하기 위해, 전술한 클립형 센서와 유사한 방식으로 드럼에 자석이 부착된다. 예시적인 테이프 측정형 센서가 도 2c에 도시되어 있다.
드럼 직경이 상대적으로 작으면, 이 디바이스는 식물 부분 직경의 작은 변화로부터 상대적으로 큰 측정 신호를 생성할 수 있다. 또한, 드럼 주위에 테이프의 많은 랩(wrap)을 포함함으로써, 더 큰 식물 부분의 측정을 허용하기 위해 비교적 긴 테이프가 포함될 수 있다.
클립에 비해 이러한 유형의 센서에 대한 잠재적인 단점은 일반적으로 설치하기 위해 두 손을 필요로 하고, 반드시 더 많은 부품을 포함하고, 테이프와 식물 부분 사이의 마찰은 측정 충실도를 감소시킬 것이고, 테이프는 식물 부분으로의 공기 흐름을 방지할 수 있다는 것이다. 이들을 완화시키기 위해, 테이프는 매우 낮은 표면 에너지 및 낮은 마찰을 갖는 천공된 재료로 제조될 수 있다. 레이저 절단 PETG는 잘 작동하고 비용 효율적인 하나의 실용적인 테이프 선택이다. 케블라(Kevlar) 또는 유리섬유 강도 요소를 포함하는 플루오르화 재료 및 복합 밴드도 가능하다.
리본형 센서
본 발명의 센서의 일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 리본, 걸쇠(clasp), 및 회전 가능한 드럼을 포함하고, 자석은 회전 가능한 드럼 내에 위치되고; 리본은 식물 부분 주위에 감기고 걸쇠로 센서에 체결되도록 구성되고; 회전 가능한 드럼은 식물 부분의 크기 변화에 비례하여 회전하도록 구성된다. 이러한 유형의 센서는 본 명세서에서 "리본형" 또는 "밴드-유형" 센서 또는 덴드로미터로 지칭된다.
일부 실시예에서, 회전 가능한 드럼은 리본의 위치가 변화함에 따라 식물 부분의 크기의 변화에 비례하여 회전하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 회전 센서는 센서의 하우징 내에 위치된다.
일부 실시예에서, 센서는 비틀림 스프링을 더 포함하고; 비틀림 스프링은 회전 가능한 드럼에 연결된다. 일부 실시예에서, 비틀림 스프링은 회전 가능한 드럼 또는 센서에 대한 연결부에 비틀림을 인가한다.
테이프형 센서의 변형은 미리 결정된 테이프 길이를 갖지 않지만 대신에 임의의 크기 나무를 둘러쌀 수 있는 임의의 길이를 가질 수 있는 리본을 포함한다(도 3a-3b). 리본 길이의 변화만이 일반적으로 절대 크기 측정이 아닌 관심 대상인 식물 부분(예를 들어, 몸통 또는 줄기 등) 크기의 작은 변화인 것으로 측정된다. 리본은 임의의 지점에서 마찰에 의해 리본을 잡는 걸쇠를 통해 먼 쪽 끝에 있는 디바이스에 고정된다.
타이밍 벨트형 센서
본 발명의 센서의 일부 실시예에서, 하나 이상의 체결구는 복수의 치형부를 갖는 벨트, 걸쇠, 및 치형 풀리(toothed pulley)를 포함하고, 자석은 치형 풀리 내에 위치되고; 벨트는 식물 부분 주위에 감기고 걸쇠로 센서에 체결되도록 구성되고; 치형 풀리는 벨트의 하나 이상의 치형부와 연동하고 식물 부분의 크기 변화에 비례하여 회전하도록 구성된다. 이러한 유형의 센서는 본 명세서에서 "타이밍 벨트형 센서"로 지칭된다.
일부 실시예에서, 벨트는 식물 부분 주위에 감기고, 식물 부분으로부터 멀리 외향으로 치형부를 갖는 걸쇠로 센서에 체결되도록 구성된다. 특정 실시예에서, 치형 풀리는 벨트의 하나 이상의 치형부와 연동하고 벨트의 위치가 변화함에 따라 식물 부분의 크기의 변화에 비례하여 회전하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 벨트는 케블라(Kevlar), 금속, 유리 섬유, 또는 이들의 조합을 포함한다. 특정 실시예에서, 치형부는 약 2 mm 이하로 이격된다. 특정 실시예에서, 회전 센서는 센서의 하우징 내에 위치된다.
센서의 다른 실시예는 타이밍 벨트를 사용하여, 벨트의 치형부 측면이 식물 부분 주위에 설치될 때 외향으로 향하고 벨트의 매끄럽고 단단한 이면(back side)이 식물 부분의 나무껍질 또는 외부 표면에 맞닿게 놓이도록 한다. 벨트는 몸통의 팽창 및 수축 동안 활주하는 능력을 최대화하기 위해 표면과 접촉하는 경질의 미끄러운 표면을 가질 수 있다. 벨트의 케블라(Kevlar), 금속 또는 유리 섬유 섬유는 연신하고, 따라서 측정의 정확도를 향상시킨다. 벨트는 드럼 주위에 감기는 대신, 측정치를 생산하기 위해 자석을 회전시키는 치형 풀리에 의해 맞물린다(도 4a). 다른 단부는 임의의 지점에서 디바이스의 클립에 의해 파지될 수 있다. 이 유형은 또한 타이밍 벨트가 충분히 긴 한 임의의 크기의 식물의 측정을 허용한다. 10m 길이의 벨트는 3D 프린터가 보편적으로 사용하기 때문에 저렴한 가격에 2mm 치형부(GT2 프로파일)로 쉽게 입수할 수 있다. 이 디바이스를 위해 맞춤형으로 만들어진 더 미세한 치형부 벨트는 식물 부분의 훨씬 더 민감한 측정을 가능하게 하고, 특히 내부 표면이 매우 단단하고 미끄러운 표면으로 만들어진 경우 다른 이점을 제공할 수 있다. 예시적인 타이밍 벨트형 센서가 도 4a & 4b에 도시된다.
식물 부분 크기의 측정 및 추적을 위한 시스템 및 방법
일부 양태들에서, 본 명세서에서는 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성들을 측정하기 위한 시스템이 제공되며, 시스템은 a) 본 명세서에 설명된 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 센서; 및 b) 모바일 디바이스 또는 서버를 포함하고; 센서는 무선 통신을 통해 모바일 디바이스 또는 서버에 연결되고 데이터를 모바일 디바이스 또는 서버에 송신하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 센서는 블루투스 저 에너지(BLE), 장거리(LoRa), 또는 이들의 조합을 통해 모바일 디바이스 또는 서버에 연결된다. 일부 실시예에서, 센서는 모바일 디바이스 또는 서버에 데이터를 송신하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 센서는 회전 센서, 식물 부분 크기, 무선 통신 신호 강도, 또는 이들의 조합과 관련된 데이터를 모바일 디바이스 또는 서버로 송신하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 센서는 모바일 디바이스 또는 서버로부터 데이터를 수신하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 시스템은 본 명세서에 설명된 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 복수의 센서들을 포함하고; 복수의 센서들 중 각각의 센서는 무선 통신을 통해 모바일 디바이스 또는 서버에 연결되고 데이터를 모바일 디바이스 또는 서버에 송신하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 복수의 센서 중 각각의 센서는 블루투스 저 에너지(BLE), 장거리(LoRa), 또는 이들의 조합을 통해 모바일 디바이스 또는 서버에 연결된다. 특정 실시예들에서, 복수의 센서 중 각각의 센서는 무선 통신 신호 강도에 관련된 데이터를 모바일 디바이스 또는 서버에 송신하도록 구성된다. 특정 실시예들에서, 모바일 디바이스 또는 서버는 복수의 센서들 내의 각각의 센서로부터 무선 통신 신호 강도 정보를 수신하고, 복수의 센서들의 위치들에 걸쳐 무선 통신 신호 강도의 맵을 생성한다. 일부 실시예들에서, 모바일 디바이스는 GPS 센서를 포함한다. 특정 실시예들에서, GPS 센서는 GPS 센서를 사용하여 위치 정보를 획득하고 위치 정보를 복수의 센서들 중 하나의 센서와 연관시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 모바일 디바이스는 카메라 또는 다른 이미지 센서(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서)를 포함한다.
본원에 설명된 모든 덴드로미터 유형에 대해, 스마트폰 앱은 공통 스마트폰 센서(GPS, 나침반, RFID, 카메라) 및 사용자에 대한 질문 프롬프트를 사용하여 컨텍스트 정보를 수집하는 것을 도울 수 있다.
덴드로미터 측정은 맥락을 잘 이해한다면 가장 의미가 있다. 식물의 유형, 위치 및 성장 단계는 모두 인자가 영향을 미친다. 이러한 정보의 대부분은 스마트폰을 사용하여 쉽게 캡처할 수 있다. 덴드로미터 디바이스는 스마트 폰이 디바이스를 검출하고 식별하기 위해 사용할 수 있는 근거리 통신 디바이스(RFID)를 가질 수 있다. 대안적으로, 디바이스는 사람 또는 스마트폰 상의 카메라가 디바이스를 식별하기 위해 사용할 수 있는 QR 코드, 바코드 또는 다른 시각적 식별자를 가질 수 있다. 식물 및 전화기의 GPS(지오태그(Geotag))로부터의 위치를 포함하는 정보를 포함할 디바이스가 설치되고 있는 식물을 촬영한 하나 이상의 사진은 클라우드 기반 식물 ID 이미지 인식 소프트웨어를 사용하여 식별가능할 수 있다. 전화 앱은 설치자가 식물이 정착되었는지 또는 새로운 식재(planting)인지와 같은 몇 가지 질문에 대답하도록 프롬프트할 수 있다.
각각의 디바이스는 스마트폰과 페어링되었을 때, 네트워크 신호 강도 검사 디바이스로 사용될 수 있다. 디바이스는 블루투스 저 에너지(BLE: Bluetooth Low Energy) 및 LoRa와 같은 2개의 무선 링크를 가질 수 있다. LoRa 신호는 장거리 및 낮은 전력 소비로 인해 센서로부터 인터넷 시스템으로 데이터를 송신하는 일차 수단일 수 있는 반면, 블루투스는 스마트폰과 직접 통신하는 데 사용될 수 있는데, 이는 대부분의 스마트폰들이 해당 표준을 지원하기 때문이다. LoRa 신호 강도는 BLE를 통해 스마트폰과 통신하는 동안 디바이스에 의해 측정될 수 있다. 센서 디바이스를 이리저리 돌아다니거나, 예를 들어, 나무의 양 측면 상의 상이한 가능한 장착 위치들을 시도함으로써, 폰은 각각의 가능한 장착 위치에서 LoRa 통신 링크의 품질을 결정하는 데 사용될 수 있다. 이 정보는 주어진 게이트웨이 위치에 대해 양호한 신호 품질의 구역들을 매핑하기 위해 지오-참조 데이터(geo-referenced data)로서 저장될 수 있다. 게이트웨이에 의해 시험 위치에 일시적으로 설치될 수 있고, 그런 다음 단순히 스마트 폰 및 이 2개의 라디오 기능을 갖는 임의의 센서 디바이스를 사용하여 신호 품질이 평가되는 프로세스는 사용자들이 그들의 위치 및 원하는 센서 배치들에 대해 양호한 무선 네트워크를 셋업하는 것을 더 용이하게 할 것이다. 단지 LoRa와 같은 단지 하나의 라디오를 갖는 디바이스들에 대해, 게이트웨이가 인터넷에 연결되고 스마트폰이 셀 또는 wifi를 통해 네트워크 연결을 갖는 경우 동일한 프로세스가 적용될 수 있다. 이 경우, 센서 디바이스는 사람이 센서 디바이스를 움직일 때 범위 내에 있고 신호 품질 정보가 인터넷 백 엔드(back end)를 통해 전화로 중계될 때 게이트웨이에 먼저 연결된다. 스마트폰 화면에 신호 품질, 막대 수 및/또는 색상; 녹색 양호, 노란색 양호, 오랜지색 불량, 적색 불량을 실시간으로 디스플레이하면 설치자가 적절한 연결성을 가진 위치에 센서를 쉽게 배치할 수 있다. 나무의 한쪽은 햇빛이 잘 들 수 있고, 그늘에 센서를 두는 것이 바람직하지만, 적절한 연결성을 갖는 것보다 덜 중요하다. 반면, 녹색의 연결성과 햇빛보다 노란색의 연결성과 그늘이 좋다. 태양의 방향은 스마트폰 앱 및 지리적 위치에 대한 정보를 사용하여 보여질 수 있다. 설치 중에 두 가지 정보를 모두 디스플레이하면 앱이 최적의 센서 배치를 가이드하고 설치할 수 있다.
일부 양태에서, 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 추적하기 위한 방법이 본원에 제공되며, 이 방법은, 예를 들어, 통합된 컴포넌트(들)를 사용하여 수집된 데이터에 기초하여, 본 개시의 센서를 사용하여 식물 부분의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 제1 시간 후의 제2 시간에 본 개시의 센서를 사용하여 식물 부분의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하는 단계를 더 포함하고, 식물 부분의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성은 본 발명의 센서를 사용하여, 예를 들어, 통합된 컴포넌트(들)를 사용하여 수집된 데이터에 기초하여 측정된다. 일부 실시예에서, 식물 부분의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성은 시간 경과에 따른 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성의 변화를 추적하기 위해 제1 시간과 제2 시간 사이(즉, 제1 시간과 제2 시간 사이)에서 비교된다.
일부 실시예들에서, 크기 측정은 (예를 들어, 본 개시의 자력계에 의해 검출되는 바와 같이) 센서의 자석의 위치에 적어도 부분적으로 기초한다. 일부 실시예에서, 방법은, 크기 측정 전에, 센서를 식물 또는 식물 부분에 장착하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 체결구는 식물 부분 내에 또는 그 주위에 위치되고, 플런저 캡은 식물 부분에 맞닿아 위치된다. 일부 실시예에서, 방법은 제1 시간 이후의 제2 시간에 본 개시의 센서를 사용하여 식물 부분의 크기를 측정하는 단계를 더 포함하고, 제2 시간에서의 크기의 측정은 자석의 위치에 적어도 부분적으로 기초하고, 제1 시간으로부터 제2 시간으로의 자석의 위치 변화는 식물 부분의 크기 변화를 나타낸다.
일부 양태에서, 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성들을 추적하기 위한 방법이 본 명세서에 제공되며, 이 방법은, a) 제1 시간에, 본 명세서에 설명된 실시예들 중 임의의 하나에 따라 센서에서 식물 부분 크기를 측정하는 단계; 및 b) 제1 시간 후의 제2 시간에, 예를 들어, 통합된 컴포넌트(들)를 사용하여 수집된 데이터에 기초하여, 센서에서 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성들을 측정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 식물 부분의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성은 시간에 따른 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성의 변화를 추적하기 위해 제1 시간과 제2 시간 사이(즉, 제1 시간과 제2 시간 사이)에서 비교된다.
일부 실시예들에서, 제1 시간과 제2 시간 사이의 식물 부분의 크기의 변화는 크기의 변화에 비례하는 회전 가능한 요소의 회전을 야기한다. 일부 실시예들에서, 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성들의 차이는 2개의 시점들 사이에서 측정된다. 일부 실시예에서, 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성(들)은 각각의 시점에서 측정된다.
예제들
본 개시된 주제는 제한이 아닌 본 발명의 예로서 제공되는 하기 실시예를 참조하여 더 잘 이해될 것이다.
예제 1: 덴드로미터를 이용한 식물 줄기 크기의 측정
7개의 식물과 1개의 기준 실린더에 9개의 덴드로미터가 실내 재배실에 설치되었다. 그 식물들 중 6개는 토마토였고, 하나는 고무 식물이었다. 토마토 중 하나에는 2개의 덴드로미터가 설치되었으며, 하나는 줄기(ed3 및 ed4)에 다른 하나보다 위쪽에 설치되었으며, 덴트로미터의 7개는 클립 스타일이었고, 2개(TM1 및 TM2)는 밴드 스타일이었다. 로컬 시간(태평양 시간) 오전 5시 30분부터 오후 7시까지 성장 조명이 활성화되었다. 급수 이벤트가 기록되었다.
도 5는 시간에 따른 각각의 덴드로미터에 의해 기록된 줄기 크기 측정치의 플롯을 도시한다. 일일 주기는 급수 이벤트와 마찬가지로 관찰될 수 있다. 조명 시프트와 상관된 일일 분열 및 약간의 침강이 기준 막대에서 관찰될 수 있다. 이러한 디바이스에서는 이 오류가 예상되며 수정될 수 있다.
예제 2: 후유감 나무줄기 크기 측정
후유감나무는 비교적 건조한 토양에 있었다. 도 6은 루프탑 게이트웨이를 통과하여 블루투스를 통해 클라우드 기반 데이터 저장 장치까지 30초마다 측정을 보고한 나무에 적용된 테이프 측정형 덴드로미터로부터의 데이터를 도시한다. 측정값은 mm이고 시간은 현지, 태평양 시간으로 표시된다. 크기 측정에서 약 0.02 mm의 일일 주기가 관찰되었다. 이 연구 기간의 세 번째 저녁에 수분을 제공했다. 다음날 줄기 크기는 최소치에서 약 0.06 mm 증가했다.
예제 3: 나무 크기, 공기 온도, 상대 습도, 자력계 온도, 배터리 레벨, 광 세기 및 가속도계 축의 측정
여섯 그루의 나무가 모니터링되었다. 도 7a 내지 도 7c는 각각의 나무에 적용된 본 개시의 디바이스로부터의 데이터를 도시한다. 도 8a 내지 도 8c는 하나의 나무에 적용된 디바이스로부터의 데이터를 도시한다. 직경 측정은 mm였다. 공기 온도 및 자기계 온도 측정은 ℃였다. 상대 습도 측정값은 %H였다. 배터리 레벨 측정값은 %였다. 가속도계 측정은 m/sec2였다.
예제 4: 나무 성장 측정
2021년 9월부터 2021년 11월까지 라임 나무를 모니터링하였다. 이의 성장은 0.001mm로 측정되었다. 도 10은 일일 최대(이른 오전), 일일 최소(하루 중 늦게), 일일 변동, 및 나무 수분 부족(TWD)을 모니터링한 것을 나타낸다. 일일 변동은 대략 사람 머리카락 크기(~80㎛)였다. 도 11은 라임 나무 상의 디바이스를 도시한다. 이론에 얽매이지 않고, 일일 크기 진동의 주요 동인은 증산에 의해 생성된 장력 및 토양, 식물 내의 수액 경로, 기공 및 이들의 각각의 계면에 의한 수력 전도율에 대한 한계와 관련이 있는 것으로 생각된다. 다른 한편으로, 비가역적 조직 팽창은 세포 분열 및 성장, 예를 들어, 분열조직에서 기인할 수 있다.
예제 5: 덩굴 및 작은 직경 줄기에서의 수분 상태 모니터링
많은 작물은 나사로 부착된 덴드로미터를 수용하기에 직경이 너무 작은 줄기 또는 덩굴을 가질 수 있다. 그러나 나무와 마찬가지로 식물의 성장 조건을 최적화하기 위해 식물의 줄기 및/또는 덩굴의 크기를 모니터링하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 포도 덩굴은 가장 바람직한 풍미 프로파일을 갖는 와인 포도를 생산하기 위해 최적의 양의 수분 스트레스 하에서 재배되어야 한다. 과다 수분 포도 덩굴은 수분이 많은 포도를 생성하여 바람직하지 않은 풍미 프로파일을 초래할 수 있다. 수분 부족 포도 덩굴은 또한 바람직하지 않은 풍미 프로파일을 갖는 포도를 생성할 수 있다. 또한 수분 부족 포도 덩굴은 최적의 양의 수분을 수용한 포도 덩굴보다 포도를 더 적게 생산할 수 있다. 상당한 수분 부족은 결국 식물 죽음을 초래할 수 있다. 포도 덩굴의 수분 상태를 모니터링하는 종래의 방법은 포도 잎을 수동으로 제거하고, 가압 챔버에서 잎을 밀봉하고, 잎 줄기가 챔버로부터 돌출하고, 그런 다음 파열된 잎 줄기 상의 방울진 수압을 측정하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 통상적인 방법은 전형적으로 수확 직전에 수행되며; 이와 같이, 방법이 포도 덩굴이 최적의 양의 수분을 공급받지 못한다는 것을 밝혀내더라도, 가장 바람직한 포도를 생산하기 위해 성장 조건을 정정하기 위해 수확 전에 충분한 시간이 남아 있지 않을 수 있다. 또한, 종래의 방법은 시간 소모적이고, 수작업이 필요하며, 작업자 오차 및 편의(bias)가 발생하기 쉽다. 구체적으로, 측정은 특정 잎의 수분 상태만을 나타내기 때문에, 식물의 상태를 정확하게 나타내는 잎을 선택하는 것은 어려울 수 있다.
본 명세서에 기술된 덴드로미터는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 수분 상태를 모니터링하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 적응된 덴드로미터는 식물이 성장하는 동안 식물의 수분 상태 (예를 들어, 과다 수분 공급, 과소 수분 공급 등)를 모니터링하기 위해 와인 포도 덩굴 또는 작은 직경의 줄기를 갖는 다른 식물의 직경을 연속적으로 측정하는 비용-효과적이고 자동적인 방법을 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 적응형 덴드로미터는 또한 줄기 직경 측정의 분석을 도울 수 있는 성장 정보 및 환경 정보를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적응형 덴드로미터에 의해 제공되는 성장 및 환경 정보는 작물 관리 결정들(예를 들어, 관개)을 통지하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자는 단일 성장 영역에 많은 수(예를 들어, 100, 500, 1000, 5000 등 이상)의 적응형 덴드로미터를 설치하고 모니터링할 수 있다. 이는 사용자가 성장 영역의 다양한 위치에서 많은 수의 식물을 측정할 수 있게 할 수 있으며, 이는 사용자가 해당 위치에서 성장 조건을 정확하고 정밀하게 평가할 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 적응형 덴드로미터는 더 작고 더 어린 새싹을 모니터링하는 데 사용될 수 있고; 이들 새싹은 더 적은 코르크를 함루할 수 있기 때문에 더 신뢰할 수 있는 데이터를 제공할 수 있다.
도 12a는 덩굴 및 다른 작은 직경의 줄기의 직경을 측정하도록 적응된 예시적인 덴드로미터를 도시한다. 구체적으로, 도 12a는 줄기(1226)에 부착된 덴드로미터(1200)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 덴트로미터(1200)는 플런저(1202), 복수의 아암(1204), 하우징(1206) 및 당김 탭(1208)을 포함할 수 있다. 당김 탭(1208)은 플런저(1202)에 기계적으로 결합될 수 있다. 플런저(1202)는 당김 탭(1208)을 하우징(1206)으로부터 멀리 당김으로써 복수의 아암(1204)으로부터 멀리 퇴피될 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자는 당김 탭(1208)을 사용하여 플런저(1202)를 퇴피시키고, 복수의 아암(1204)을 줄기(1226)의 적절한 섹션 상에 배치하고, 당김 탭(1208)을 해제함으로써 플런저(1202)를 해제하여 줄기(1226) 상에 덴드로미터(1200)를 설치할 수 있다. 플런저(1202)가 해제될 때, 플런저는 복수의 아암(1204) 쪽으로 이동할 수 있고, 플런저(1202)의 단부와 복수의 아암(1204) 사이에 줄기(1226)을 고정할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 아암(1204)은 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 또는 적어도 6개의 아암을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 아암(1204)은 "V" 또는 "U" 형상으로 하우징(1206)으로부터 연장되는 한 쌍의 아암을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 아암들(1204)의 배열 및 이에 의해 형성된 형상은 운동학적 결정 방식으로 줄기(1226)에 거치(cradle)하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 덴드로미터(1200)는 줄기 또는 덩굴 상의 가까이 이격된 마디(예를 들어, 포도 덩굴 상의 가까이 이격된 마디) 사이에 끼워질 정도로 충분히 작을 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 아암(1204)의 각각의 아암 사이의 최대 간격은 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 또는 3 인치 이하일 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 아암(1204)의 각각의 아암 사이의 최대 간격은 0.15, 0.5, 1, 1.5, 2, 또는 2.5 인치 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 덴드로미터(1200)의 컴팩트한 형상은 측정 부하 경로를 최소화할 수 있으며, 이는 특히 환경의 온도가 변할 때 직경 측정의 정밀도를 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 덴드로미터(1200)는 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 또는 5 인치 이하의 직경을 갖는 줄기 또는 덩굴에 부착되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 덴드로미터(1200)는 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 또는 5 인치 이상의 직경을 갖는 줄기 또는 덩굴에 부착되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 덴드로미터(1200)는 0.15 인치 이상 1 인치 이하의 직경을 갖는 줄기 또는 덩굴에 부착되도록 구성될 수 있다.
덴드로미터(1200)는 경량 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 하우징(1206)은 스테레오리소그래피(예를 들어, FormLabs Rigid10K 재료)에 의해 3D 인쇄될 수 있는 30% 유리-충전된 UV-활성화 중합체와 같은 안정한 중합체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하우징(1206)은 사출 성형될 수 있는 유리-충전된 중합체(예를 들어, 노릴(Noryl))를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하우징(1206)은 라디오 주파수 신호들을 송신하도록 구성되는 재료들을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 하우징(1206)은 덴드로미터(1200)가 부착되는 줄기의 직경의 변화를 모니터링하도록 구성된 하나 이상의 전자 컴포넌트를 수용할 수 있다. 하우징(1206)은 사용자가 하우징(1206) 내에 수용된 전자 컴포넌트에 액세스할 수 있게 하는 착탈 가능한 패널(1220)을 포함할 수 있다.
덴드로미터(1200)의 추가적인 외부 사시도가 도 12e-12m에 도시된다.
도 12b는 덴드로미터(1200)의 내부 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 하우징(1206)은 안테나(1216) 및 자력계(1218)를 포함하는 인쇄 회로 어셈블리(1214)를 수용할 수 있다. 플런저(1202)는 스프링(1212)의 일 단부에 위치되는 자석(1210)을 수용할 수 있다. 사용자가 당김 탭(1208)을 휴지 위치로부터 멀어지게 당김으로써 플런저(1202)를 퇴피시킬 때, 스프링(1212)은 압축될 수 있다. 당김 탭(1208)이 해제될 때, 스프링(1212)은 강제로 재팽창될 수 있고, 이는 플런저(1202)가 복수의 아암(1204)을 향해 이동하게 할 수 있다. 복수의 아암(1204)이 줄기(1226)과 같은 줄기에 배치된 경우, 복수의 아암(1204)을 향한 플런저(1202)의 이동은 줄기에 의해 정지될 수 있다.
일부 실시예들에서, 자석(1210)은 자속의 곡선들에 의해 특징지어지는 자기장을 생성할 수 있다. 자력계(1218)는 적어도 2개의 축을 따라, 예를 들어, 다수의 축, 반경방향 축, 또는 단일 평면을 따라 자석(1210)에 의해 생성된 자기장의 세기를 측정하도록 구성될 수 있다. 자기장의 각도는 자력계(1218)에 의해 검출되는 적어도 2개의 축들을 따른(예를 들어, 다수의 축들, 반경방향 축, 또는 단일 평면을 따른) 자기장의 세기에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각도는 제1 축을 따른 자기장 세기를 제2 축을 따른 자기장 세기로 나눈 것과 동일하거나 그와 관련될 수 있다. 덴드론미터(1200)가 줄기(1226)와 같은 줄기 또는 덩굴에 부착되고 줄기/덩굴의 직경이 확장 또는 축소되면, 자석(1210)에 의해 생성된 자기장의 각도가 변할 수 있다. 자기장의 각도 변화는 줄기 또는 덩굴의 직경의 선형 변화와 관련될 수 있다. 일부 실시예에서, 줄기 또는 덩굴의 직경의 선형 변화는 자기장의 각도의 변화와 대략 선형적으로 관련될 수 있다. 일부 실시예들에서, 직경의 선형 변화는 7차 다항식에 의한 자기장의 각도의 변화와 관련될 수 있다. 일부 실시예들에서, 직경의 선형 변화는 덴드로미터(1200)의 캘리브레이션 동안 7차 다항식에 의한 자기장의 각도의 변화와 관련될 수 있다.
일부 실시예에서, 스프링(1212)은 플런저(1202)가 줄기 또는 덩굴을 파지할 수 있도록 충분히 강하지만 플런저(1202)가 줄기 또는 덩굴을 손상시키지 않도록 보장하기에 충분히 약하도록 구성될 수 있다. 이는 덴드로미터(1200)가 식물(들)에 손상을 일으키지 않으면서 줄기 또는 덩굴을 따라 상이한 줄기 또는 덩굴 및/또는 상이한 위치에 용이하게 부착되고 그로부터 제거되게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 플런저(1202)는 플런저(1202)가 줄기 또는 덩굴의 직경의 작은 변화에 감응하게 될 수 있도록 낮은 마찰로 선형으로 이동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 플런저(1202)는 미크론 규모의 줄기 직경 변화에 감응할 수 있다.
일부 실시예들에서, 안테나(1216)는 줄기 또는 덩굴의 직경의 변화와 연관된 데이터를 외부 디바이스(예를 들어, 사용자의 컴퓨터)에 송신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 안테나(1216)는 라디오 주파수 안테나일 수 있다. 일부 실시예들에서, 안테나(1216)는 저전력 디지털 라디오 프로토콜(예를 들어, 블루투스 저 에너지 5(BLE5) 또는 LoraWAN)을 사용하여 데이터를 무선으로 송신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 안테나(1216)는 연장된 기간 동안(예를 들어, 전체 성장 시즌 동안) 외부 디바이스에 데이터를 연속적으로 송신할 수 있다.
전술한 바와 같이, 하우징(1206)은 사용자가 인쇄 회로 어셈블리(1214)에 액세스할 수 있게 하는 착탈 가능한 백킹(1220)을 포함할 수 있다. 제거 가능한 백킹(1220)은 하나 이상의 체결구(1222)를 사용하여 하우징(1206)에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 체결구(1222)는 하나 이상의 나사, 하나 이상의 볼트, 및/또는 하나 이상의 리벳을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 인쇄 회로 어셈블리(1214)는 자력계(1218)에 추가하여 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 하나 이상의 추가 센서는 습도 센서, 광 센서, 온도 센서, 및/또는 가속도계를 포함할 수 있다. 줄기나 덩굴의 직경의 변화가 플런저와 체관부 사이의 줄기의 코르크 층에서의 팽윤으로 인한 것인지 여부를 결정하기 위해 습도 센서 및 공기 온도 센서가 사용될 수 있다. 체관부의 팽창이 실제 관심 변화일 수 있기 때문에 코르크 층의 팽윤으로 인한 직경 변화와 체관부의 팽창으로 인한 직경 변화를 구별할 필요가 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 습도 센서 및 온도 센서는 광합성 동안 증산을 위한 전위와 관련된 정보를 수집하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 습도 센서 및 온도 센서에 의해 수집된 데이터는 증기압 부족(Vapor Pressure Deficit)을 계산하는 데 사용될 수 있다. 가속도계는 덴드로미터(1200)가 떠밀리는지(jostled) 또는 탈구되는지를 결정하는 것을 도울 수 있고, 다양한 바람 조건들 하에서 덴드로미터(1200)가 부착되는 식물의 안정성에 관한 정보를 제공할 수 있다. 광 센서는 덴드론미터(1200)가 직사광선 하에 있는지를 결정하고, 일몰 및 일출의 시간을 결정하고, 덴드론미터(1200)의 위치를 확인하고, 구름 커버의 양에 관한 정보를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 12c에 도시된 바와 같이, 인쇄 회로 어셈블리(1214)는 배터리(1228)로부터 전력을 수신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 배터리(1228)는 전체 성장 시즌을 지속하도록 구성된 코인 셀 배터리일 수 있다. 이는 덴드로미터(1200)가 봄 전지(spring pruning) 후에 줄기 또는 덩굴 상에 설치되고 수확 후에 제거되게 할 수 있다.
덴드로미터(1200)의 추가적인 내부 사시도가 도 12d 및 도 12h에 도시되어 있다.
도 12n-12p는 포도 덩굴에 부착된 덴드로미터(들) 1200의 사진을 도시한다. 도시된 바와 같이, 덴드로미터(1200)는 하나 이상의 탄성 밴드(1230)를 사용하여 덩굴에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 탄성 밴드(1230)는 자외선 복사에 내성이 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 단일 탄성 밴드(1230)는 복수의 아암(1204) 중 제1 아암 위로, 줄기 주위로, 덴드로미터(1200)의 후면 주위로, 그리고 복수의 아암(1204) 중 제2 아암 위로 신장될 수 있다.
예제 6: 통합형 나무 센서
나무 센서는 설치 후 유지 보수를 요구하지 않고 다년 동안 식물 건강 및/또는 성장 상태의 원격 모니터링을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 나무 센서는 성장 상태, 수분 상태, 편향 및/또는 흔들림을 모니터링할 수 있는 많은 통합 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 통합형 나무 센서는 센서가 행하는 측정들에 대해 가질 수 있는 임의의 영향들을 검출 및/또는 고려하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 통합형 나무 센서가 설치될 수 있는 지속기간은 나무 성장 자체에 의해서만 제한될 수 있다. 통합형 나무 센서는 교체를 요구하지 않고 나무 센서의 수명을 위해 전력을 제공하도록 구성된 하나 이상의 배터리에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 일부 실시예들에 따른 통합형 나무 센서의 사시도들을 도시한다. 구체적으로, 도 13a 내지 도 13b는 나무의 몸통에 부착된 통합형 나무 센서(1300)의 사시도를 도시한다. 통합형 나무 센서(1300)는 플런저(1302) 및 장착 나사(1304)를 포함한다. 플런저(1302)의 일 단부는 짐벌 팁(gimbal tip)(1308)을 포함할 수 있다. 오버 몰딩(1306)은 센서(1300)의 하나 이상의 전자 및/또는 제어 컴포넌트들을 덮을 수 있다. 일부 실시예에서, 센서(1300)가 설치될 때 나무 몸통으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 센서(1300)의 겉면은 태양 에너지를 수신하고 이를 전력 센서(1300)에 대한 전기 에너지로 변환하도록 구성된 하나 이상의 태양광 패널(1312)을 포함할 수 있다.
도 13c는 통합형 나무 센서(1300)의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 오버 몰딩(1306)은 단일 인쇄 회로 기판(1324)을 덮는다. 일부 실시예들에서, 인쇄 회로 기판(1324)은 센서(1300)의 모든 기계적 및 전기적 컴포넌트들을 지지하도록 구성될 수 있다(즉, 센서(1300)의 모든 컴포넌트들은 인쇄 회로 기판(1324)에 부착될 수 있다). 센서(1300)의 전자 컴포넌트들은 LORA 안테나(1326) 및 NFC 안테나(1332)와 같은 하나 이상의 안테나들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이들 안테나들은 소량의 전력을 소비하면서 긴 레인지(range)들에 걸쳐 데이터를 송신하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 인쇄 회로 기판(1324)은 사출 성형된 플라스틱과 비교하여 안정적인 구조적 특성 및 낮은 열팽창 계수를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 인쇄 회로 기판(1324)은 에폭시-섬유유리 복합체(예를 들어, G10 또는 FR4)의 라미네이트된 층을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 오버 몰딩(1306)은 인쇄 회로 기판(1324)을 기밀식으로 밀봉하도록 구성될 수 있다. 오버 몰딩(1306)은 저압 오버 몰딩 시스템(예를 들어, 헨켈(Henkel)에 의한 테크노-멜트(Techno-Melt))을 사용하여 적용될 수 있다. 오버 몰딩(1306)은 수분 및 다른 오염물질들에 대한 노출로부터 통합형 나무 센서의 하나 이상의 전자 컴포넌트들을 보호하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 오버 몰딩(1306)은 센서(1300)의 하나 이상의 컴포넌트들이 노출된 채로 유지되는 방식으로 적용될 수 있다.
일부 실시예에서, 장착 나사(1304)는 센서(1300)를 나무 몸통에 단단히 부착하도록 구성될 수 있다. 장착 나사(1304)는 버튼-헤드 나사일 수 있고, 스테인리스 스틸, 황동, 알루미늄, 및/또는 티타늄을 포함할 수 있다. 장착 나사(1304)는 센서(1300)를 부착하는 데 필요한 유일한 나사일 수 있다. 단일 나사를 사용하는 것은 센서(1300)의 쉽고 효율적인 설치를 용이하게 할 수 있는데, 이는 단일 나사가 나무 몸통에 드릴링될 단일 구멍만을 필요로 하기 때문이다. 센서(1300)가 연장된 기간에 걸쳐 안정적인 측정을 하는 것을 보장하기 위해, 장착 나사(1304)의 나사 조인트가 타이트하게 고정되는 것이 필요할 수 있다.
일부 실시예에서, 압축 리미터(1322)는 나사(1306)와 인쇄 회로 기판(1324) 사이에 내구성 있는 인터페이스를 제공하기 위해 인쇄 회로 기판(1324)에 설치될 수 있다. 압축 리미터(1322)는 금속 칼라(metal collar)일 수 있고, 자동 납땜 장비를 사용하여 인쇄 회로 기판(1324)에 설치될 수 있다. 장착 나사(1304)를 위한 구멍이 나무 몸통 내로 천공된 후에, 센서(1300)는 장착 나사(1304)를 센서(1300)의 전면 내로, 압축 리미터(1322) 및 인쇄 회로 기판(1324)을 통과하고, 그리고 센서(1300)의 배면 밖으로 통과시킴으로써 몸통에 부착될 수 있다. 너트(1316)는 장착 나사(1304)의 테일 단부(tail end)에 설치될 수 있다. 장착 나사(1324)는 나무 몸통의 구멍에 적절한 깊이로 삽입될 수 있다. 그런 다음, 플런저(1302)가 정렬될 수 있다. 플런저(1302)가 정렬되면, 너트(1316)는 장착 나사(1324)의 축방향 이동을 방지하기 위해 렌치(wrench)(예를 들어, 초승달 렌치(crescent wrench))를 사용하여 측면으로부터 조여질 수 있다.
일부 실시예에서, 인쇄 회로 기판(1324) 내의 장착 구멍 또는 슬롯은 나사(1304)가 센서(1300)를 나무에 부착할 수 있게 하기 위해 노출될 수 있다. 일부 실시예에서, 장착 나사(1304)는 접착제, 땜납 또는 용접을 사용하여 로드에 미리 고정된 너트를 포함하는 나사산 로드일 수 있다. 일부 실시예에서, 너트는 나사산 로드의 일부로서 기계 가공될 수 있다. 센서(1300)가 적절하게 배치된 후, 제2 너트가 설치되고 센서(1300)의 전면으로부터 조여질 수 있다. 이는 센서(1300)가 나무로부터 장착 나사(1304)를 완전히 제거하지 않고 설치 및 제거되게 할 수 있다.
도 13d는 플런저(1302)의 단면도를 도시한다. 플런저(1302)는 자석(1328)을 수용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 자석(1328)은 네오디뮴을 포함할 수 있다. 자석(1328)은 자기장을 생성할 수 있다. 센서(1300)가 나무 몸통에 설치될 때, 나무 몸통의 직경의 변화는 자석(1328)에 의해 생성된 자기장의 물리적 속성에 영향을 미칠 수 있다. 센서(1300)는 자석(1328)에 의해 생성된 자기장의 변화를 검출하도록 구성된 자력계(1334)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 자석(1328)에 의해 생성된 자기장은 플런저(1302)가 나무 몸통의 직경의 변화의 결과로서 안팎으로 이동할 때 고정 지점에 대해 각도가 변화하는 만곡된 자기장 경로에 의해 특징지어질 수 있다. 자력계(1334)는 2개의 직교 축에서 자기장의 세기를 측정할 수 있다. 측정된 세기들에 기초하여, 고정 지점에 대한 자기장 라인들의 각도가 계산될 수 있다. 이 각도는 플런저(1302)의 선형 위치와 관련될 수 있다. 일부 실시예에서, 플런저(1302)의 선형 위치는 미크론 분해능로 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(1300)가 인위적으로 가열되지 않는다면, 자석(1328)에 의해 생성되는 자기장의 특성들은 센서(1300)의 수명에 동안 변화에 내성이 있을 수 있다.
일부 실시예에서, 플런저(1302)는 가이드(1318) 내에 부분적으로 수용될 수 있다. 스프링(1330)은 가이드 캡(1318) 내에서 플런저(1302)를 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예에서, 플런저(1302)는 스프링(1330)을 압축하기 위해 플런저 캡(1310)을 뒤로 당기고, 그런 다음 플런저(1302)가 나무의 몸통과 접촉하게 하기 위해 플런저 캡(1310)을 해제함으로써 설치될 수 있다. 일부 실시예에서, 회전 방지 핀(1320)은 플런저(1302)가 회전하는 것을 방지하고 플런저(1302)로의 스프링 힘의 전달을 용이하게 하기 위해 가이드 캡(1318) 내에서 스프링(1330)의 일 단부에 위치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 플런저(1302)는 짐벌 팁(1308)을 포함할 수 있다. 짐벌 팁(1308)은 플런저(1302)가 축을 중심으로 피벗할 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 짐벌 팁(1308)은 플런저(1302)와 센서(1300)가 부착되는 나무 몸통 사이에 합리적인 크기의 접촉 영역을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 짐벌 팁(1308)의 표면적은 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 50 제곱 밀리미터 이상일 수 있다. 일부 실시예들에서, 짐벌 팁(1308)의 표면적은 1000, 500, 200, 100, 90, 80, 또는 70 제곱 밀리미터 이하일 수 있다. 일부 실시예에서, 짐벌 팁(1308)의 표면적은 10-50, 10-100, 10-500, 10-1000, 또는 10-1500 제곱 밀리미터 사이일 수 있다. 일부 실시예에서, 플런저(1302)의 일 단부는 구형 볼 포인트(spherical ball point)를 포함할 수 있다. 짐벌 팁(1308)은 플런저(1302)의 구형 볼 포인트를 수용하도록 구성된 구형 공동을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 짐벌 팁(1308)은 5, 4, 3, 2, 또는 1 mm 두께 이하일 수 있다. 일부 실시예들에서, 짐벌 팁(1308)은 0.5, 1, 2, 3, 또는 4 mm 두께 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 짐벌 팁(1308)은 사출 성형을 통해 형성될 수 있고, 플라스틱(예를 들어, 아세탈 또는 PETG와 같은 저마찰 플라스틱)을 포함할 수 있다. 도 13p는 짐벌 팁(1308)의 사시도를 도시한다.
일부 실시예들에서, 태양광 패널(1312)은 인쇄 회로 기판(1324) 상에 통합되고 센서(1300)에 대한 에너지 수집을 최대화하도록 구성되는 하이브리드 커패시터/리튬 배터리(1336) 및 충전 제어 회로의 컴포넌트일 수 있다. 태양광 패널(1312)은 센서(1300)의 수명 동안 센서(1300)에 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(1300)는 태양광 패널(1312)에 의해 수집되고 하이브리드 커패시터(1336) 상에 저장된 전력을 사용하여 어둠 속에서 연장된 기간(예를 들어, 수일 또는 수주) 동안 동작하도록 구성될 수 있다.
도 13q는 온도 및 습도 감도를 특성화하는 데 사용되는 알루미나-실리케이트 세라믹 플레이트에 장착된 통합형 나무 센서(1300)의 내부 단면도를 도시한다(작동시, 센서(1300)는 본 명세서에 기술된 바와 같이 식물 부분에 장착될 것이다). 이 예시에서, 인쇄 회로 기판(1324)은 하우징에 나사 결합된 PCA-00012A이며, 이 예에서는 강성 10K 유리 충전 수지로 제조된다. 자력계(1334)는 PCA(1324)에 부착되며, 이는 또한, 예를 들어, 본 명세서에 설명된 다양한 다른 센서들을 포함할 수 있다. 센서는 D34-N52(K&J Magnetics, Inc.)와 같은 네오디뮴 실린더 자석일 수 있는 자석(1328)을 포함한다. 장착 나사(1304)는 개별적으로 플레이트의 양쪽에 있는 너트(1316 및 1318)를 사용하여 세라믹 플레이트에 장착된다. 플런저(1302)(18-8 SS 샤프트)는 DELRIN® 폴리옥시메틸렌(POM) 중합체 수지와 같은 플라스틱으로 제조될 수 있는 팁(1308)을 갖는 세라믹 플레이트 상에 놓인다. 셔틀(이 예에서, 강성 4000 수지로 제조됨)이 플런저(1302)의 샤프트 상에 압입(press-fit)되고, 장착 나사(1304)는 클램프(이 예에서, 강성 10K 유리-충전 수지로 제조됨)를 통해 제 위치에 유지된다.
일부 실시예에서, 센서(1300)는 나무 몸통의 건강 및 성장과 관련된 추가 데이터를 수집하도록 구성된 추가 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(1300)는 긴 기간(즉, 수일 또는 그 이상의)에 걸쳐 나무 몸통의 틸트("편향")의 변화들을 측정하도록 구성된 3축 가속도계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가속도계는 짧은 기간들("흔드림(sway)")에 걸친 나무 몸통의 움직임을 검출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가속도계는 나무 몸통의 급격한 가속도들("충격")을 검출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 센서(1300)는 온도 센서를 포함할 수 있다. 온도 센서는 몸통 직경의 측정에 오차를 도입할 수 있는 온도의 변화를 모니터링할 수 있다.
대안적인 장착 하드웨어가 도 14a 내지 도 14c에 예시되어 있다. 단순화를 위해, 단지 장착 요소들만이 도 14a 내지 도 14c에 도시되어 있다. 유리하게는, 본 개시의 센서들은 다양한 상이한 나무 유형들 및 상황들에 부착하기 위해 다양한 장착 옵션들을 이용할 수 있다. 장착은, 특히 너트 또는 나사 겉면과 압축 리미터 사이의 높은 접촉력 및 금속 대 금속 계면 때문에 장기간에 걸쳐 정밀한 측정을 위해 고정된다. 일부 실시예에서, 자력계 및 가속도계를 차례로 고정하는 압축 리미터와 G10/FR4 PCB 사이의 고강도 솔더 조인트(solder joint)는 간단하고 안정적인 측정 플랫폼으로 귀결된다. 이 임계 측정 하중 경로에는 플라스틱 부품이나 마찰 파지가 없다. 단지 하나의 나사 구멍을 사용하여 나무에 쉽고 안전한 부착을 달성하는 것은, 나무에 드릴링될 다수의 구멍을 필요로 할 수 있고, 그러한 다수의 구멍들 사이의 정밀한 정렬을 달성할 필요가 있는 다른 접근법에 비해 유리하다.
도 14a는 캡티브 나사 및 재조정 가능한 장착 나사를 포함하는 장착 하드웨어를 갖는 통합형 나무 센서(1400) 및 인쇄 회로 기판(1402)을 도시한다. 캡티브 나사(1408)는 압축 리미터(1404)의 ID와 억지 끼워맞춤(interference fit)되고 캡티브 나사(1408)의 좁은 부분 둘레에 느슨한 끼워맞춤(loose fit)을 갖는 리테이너 링(retainer ring)(1406)에 의해 디바이스 조립체 내에 보유된다. 이는 캡티브 나사에 설치될 수 있도록 슬릿이 있는 플라스틱 링일 수 있고, 와셔, O-링 또는 기타 유사한 형상일 수 있고, 압축 리미터는 나사가 빠지는 것을 방지하는 특징부를 가질 수 있다. 캡티브 나사는 설치자에게 편리할 수 있으며 나무 바닥 주위의 잎과 먼지에 너트 또는 기타 작은 아이템을 떨어뜨릴 가능성을 없앨 수 있다. 일부 실시예에서, 캡티브 나사(1408)는 조임 렌치와 맞물리는 육각 소켓을 갖는 버튼 헤드를 갖는다. 일부 실시예에서, 캡티브 나사(1408)는 도구 없이 조일 수 있도록 손잡이 달린(knurled) 또는 플랜지 형상을 갖는다. 일부 실시예에서, 캡티브 나사(1408)는, 예를 들어, 허가되지 않은 사람이 제거하는 것을 더 어렵게 하기 위해, 탬퍼 저항 드라이브(tamper resistant drive)를 갖는다.
디바이스(1400)는 장착 나사(1410)에 의해 나무 몸통 상에 장착된다. 전형적으로 장착 영역의 나무에 구멍이 드릴링되며, 특히 두꺼운 나무껍질이 있는 경우 장착 영역에서 코르크의 일부가 제거될 수 있다. 일부 실시예들에서, 장착 나사(1410)는 구멍이 드릴링될 필요가 없도록 자가-나사결합(self-threading)되거나, 또는 장착 나사(1410)는 파지를 개선하기 위해 융기된 특징부들을 갖는 못 유사 형상을 포함하고, 네일건(nail-gun), 해머 또는 다른 삽입 도구에 의해 가압되도록 구성된다.
일부 실시예에서, 장착 나사(1410)는 헤드에 더 가까운 부분 및 매끄러운 부분에 대해 기계가공된 나사산(thread)(M5x0.8)를 갖는다. 매끄러운 부분의 길이는 정확한 설치 깊이를 나타내도록 하는 길이이며, 굵어지는 나사가 나사를 밀어내는 경향이 없고 나사가 나중에 후퇴될 때 나사산이 맞물릴 수 있는 나사 주위의 공간을 채우도록 충분히 좁다. 대안적으로, 장착 나사(1410)는 헤드에 완전히 또는 더 가깝게 나사 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 장착 나사(1410)의 헤드는 육각형 너트 플랜지를 가지며, 여기서 원위 겉면은 압축 리미터(1404)의 근위 겉면이 놓이는 평평한 표면을 제공한다. 이러한 너트 형상은 표준 너트 드라이버를 사용하여 장착 나사(1410)가 나무 내로 삽입될 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 장착 나사(1410)의 원위 단부는 압축 리미터(1404)를 위치시키기 위한 원통형 돌출부 및 캡티브 나사(1408)를 수용하기 위한 암형 나사산을 갖는다.
일부 실시예에서, 통합형 나무 센서(1400)의 데이터 모니터링 시스템은 플런저가 스트로크(stroke)의 끝 근처에 있는 지점까지 나무가 성장했을 때 운영자에게 경고할 수 있고, 이 지점에서 통합형 나무 센서(1400)는 플런저 스트로크의 시작에서 다시 계속되도록 쉽게 조정될 수 있다. 캡티브 나사(1408)가 풀리고, 그런 다음 장착 나사(1410)는 나사산 부분이 보일 때까지 풀려지며, 통합형 나무 센서(1400)는 캡티브 나사(1408)를 조임으로써 재설치된다.
도 14b는 나사산 로드(1420) 및 너트(1422 및 1424)를 포함하는 장착 하드웨어를 갖는 통합형 나무 센서(1400) 및 인쇄 회로 기판(1402)을 도시한다. 일부 실시예에서, 나사산 로드(1420)(일부 실시예에서 세트 나사일 수 있음)는 정확한 위치에 미리 설치된 너트(1422)를 가질 수 있고, 예를 들어, 본딩 접착제(예컨대, LOCTITE® 본딩 접착제), 브레이징(brazing), 납땜, 또는 용접을 사용하여 제자리에 본딩될 수 있다. 일부 실시예에서, 나사산 로드(1420) 및 너트(1422)는 하드웨어의 고체 피스로서 제조된다. 그런 다음, 통합형 나무 센서(1400)는 나사산 로드(1420) 상에 배치될 수 있고, 원위 측에서 너트(1424)에 의해 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 너트(1424)는 공구 없이 삽입될 수 있도록 손잡이가 달리거나(knurled) 또는 탭형(tabbed)인 손가락으로 돌리게 된 너트(thumb-nut)일 수 있다.
도 14c는 긴 나사산 로드를 포함하는 장착 하드웨어를 갖는 통합형 나무 센서(1400) 및 인쇄 회로 기판(1402)을 도시한다. 상당한 성장이 일어날 것으로 예상되는 나무에서, 디바이스가 나무에 대해 나사를 돌리지 않고 쉽게 재배치될 수 있게 하는 긴 나사산 로드(예를 들어, 도 14c의 1432)를 사용하여 통합형 나무 센서(1400)를 장착하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 예시적인 시나리오의 상부 패널에 도시된 바와 같이, 초기 설치 시에, 통합형 나무 센서(1400)의 플런저(1430)는 완전 연장으로부터 대략 1mm이다. 시간의 경과 및 나무 몸통의 성장 후(도 14C, 중간 패널), 플런저(1430)는 이제 나무 몸통의 반경방향 성장의 약 12mm 후에 거의 완전히 눌려진다. 너트(1434, 1436)는 통합된 나무 센서(1400)를 나사산 로드(1432)에 고정하는데 사용되며, 양쪽 모두는 성장한 후에 나무로부터 멀리 통합된 나무 센서(1400)를 이동시키도록 조정될 수 있다. 도 14c의 바닥 패널에 도시된 바와 같이, 너트(1434, 1436)는 나사산 로드(1432)를 그대로 남겨두면서 조정된다. 조정 후에, 플런저(1430)는 초기 설치 시에 있었던 것과 같이(도 14c, 상부 패널), 다시 전체 연장으로부터 대략 1mm 떨어져 있다.
일부 절충으로 다양한 양의 플런저 이동이 가능하다. 도시된 기하학적 형상에 의해, 단일 ¼" 길이의 자석은 플런저가 약 12mm의 이동에 걸쳐 선형으로 이동할 때 약 300도 회전하면서 유사한 크기를 갖는 자력계에서의 자기장을 생성할 것이다. 더 작은 기하학적 구조는 더 작은 양의 이동에 걸쳐 동일한 회전을 생성할 것이고, 훨씬 더 높은 측정 감도를 초래할 수 있다. 더 큰 기하학적 구조는 더 낮은 감도와 더 큰 이동으로 귀결될 것이다. 긴 이동 및 고 감도 둘 모두를 달성하기 위해, 플런저 내에 제공되는 만큼 많은 극 쌍(pole pair)들에 대해 반복되는 360도를 넘어 자기장의 연속적인 회전을 생성하는 몇몇 교번하는 N극 및 S극의 자석 배열을 사용하는 것이 가능하다. 더 긴 지지 구조 및 스프링 배열이 또한 필요할 것이다. 일부 실시예들에서, 단일 자석 및 12mm 작동 측정 범위는 많은 나무 유형들 및 애플리케이션들에 대해 충분한 측정 감도 및 작동 가능한 재조정 시간 기간들로 귀결되는 실제적인 절충안이다.
예제 7: 통합형 나무 센서를 사용하여 나무 편향의 변화 추적
본 명세서에 개시된 바와 같이, 본 개시의 통합된 센서는, 예를 들어, 나무들 또는 이들의 부분들(예컨대, 사지(limb)들)을 측정, 추적, 또는 검출하기 위한 가속도계를 포함할 수 있다.
두 개의 통합형 나무 센서가 시나무오도라 유칼립투스 나무의 편향 부분에 서로 나란히 장착되었다. 도 15a 및 도 15b는 센서들로부터 획득된 예시적인 가속도계 데이터를 도시한다. 도 15a는 시간 경과에 따른 x-축 및 y-축으로부터의 편차를 포함하는, 시간 경과에 따른 편향을 도시한다. 도 15b는 2개의 센서들로부터의 시간에 따른 피치 및 롤 각도(도 단위)를 도시한다. 이들 데이터는 온도에 대해 수정되었다. 두 센서가 매우 밀접하게 일치했다는 사실은 측정이 정확하다는 것을 시사하며, 관찰 기간 동안 롤 각도가 0의 테어값(tare value)에서 약 -0.3도로 이동한 나무 편향의 진행을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 나무가 특정 정도의 변화를 넘어(예를 들어, 1.0도를 넘어) 진행하는 경우, 나무 또는 나무의 일부(예를 들어, 분기)가 떨어질 위험에 있을 수 있다는 경고가 통합 센서에 의해 트리거될 수 있다.
Claims (89)
- 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하기 위한 센서로서,
a) 식물 부분 내에 또는 그 주위에 위치되도록 구성된 하나 이상의 체결구(fastener);
b) 덴드로미터(dendrometer), 가속도계, 공기 온도 센서, 습도 센서 및 광 센서로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2개 이상의 컴포넌트;
c) 프로세서; 및
d) 전원(power supply)을 포함하는, 센서. - 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 인쇄 회로 기판(PCB)를 포함하는, 센서.
- 제2항에 있어서, 상기 2개 이상의 컴포넌트들 중 하나 또는 둘 모두는 PCB에 부착된, 센서.
- 제3항에 있어서, 상기 2개 이상의 컴포넌트들은 모두 PCB에 부착된, 센서.
- 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PCB는 에폭시-섬유유리 복합 재료를 포함하는, 센서.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원은 배터리를 포함하는, 센서.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원은 태양광 패널을 포함하는, 센서.
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 전원은 통합형 태양광 패널, 하이브리드 커패시터 및 리튬 배터리를 포함하는, 센서.
- 제6항에 있어서, 상기 배터리는 코인 셀 배터리인, 센서.
- 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서는 PCB를 포함하고, 상기 배터리는 상기 PCB에 부착된, 센서.
- 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서는 PCB를 포함하고, 상기 태양광 패널은 상기 PCB에 부착된, 센서.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 프로세서 및 전원을 둘러싸는 하우징을 더 포함하는, 센서.
- 제12항에 있어서, 상기 하우징은 성형 플라스틱(molded plastic)이거나 또는 성형 플라스틱을 포함하는, 센서.
- 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 하우징은 밀봉부, 접합부 또는 체결구가 없는 오버몰딩된 플라스틱의 단일 피스(single piece)인, 센서.
- 제14항에 있어서, 상기 하우징은 O-링을 더 포함하는, 센서.
- 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징은 중합체 수지이거나 중합체 수지를 포함하는, 센서.
- 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 또는 중합체 수지는 유리 충전(glass-filled)된, 센서.
- 제17항에 있어서, 상기 플라스틱 또는 중합체 수지는 10-40% 유리인, 센서.
- 제18항에 있어서, 상기 플라스틱 또는 중합체 수지는 30% 유리인, 센서.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 덴드로미터를 포함하는, 센서.
- 제20항에 있어서, 상기 덴드로미터는,
1) 캡 및 샤프트를 갖는 플런저, - 상기 캡은 상기 식물 부분에 맞닿아 위치되도록 구성되고, 상기 플런저는 상기 캡이 상기 식물 부분에 맞닿아 위치될 때 식물 크기의 변화에 비례하여 측방향으로 이동하도록 구성됨 -;
2) 상기 샤프트에 또는 샤프트 내에 부착된 자석, - 상기 자석은 상기 플런저와 관련하여 측방향으로 이동하도록 구성됨 -; 및
3) 상기 자석의 위치를 검출하도록 구성된 자력계를 포함하는, 센서. - 제21항에 있어서, 상기 자력계는 다수의 축, 반경방향 축, 또는 단일 평면을 따라 상기 자석의 위치를 검출하도록 구성된, 센서.
- 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 자력계는 미크론-스케일 분해능으로 상기 자석의 위치를 검출하도록 구성된, 센서.
- 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석은 네오디뮴 자석인, 센서.
- 제21항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서는 PCB를 포함하고, 상기 자력계는 상기 PCB에 부착된, 센서.
- 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 상기 식물 부분의 직경 또는 반경의 변화를 측정하도록 구성된, 센서.
- 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 하루에 여러 번 상기 식물 부분 크기를 측정하도록 구성된, 센서.
- 제27항에 있어서, 상기 센서는 상기 식물 부분 크기를 15분 이하의 간격으로 측정하도록 구성된, 센서.
- 제27항에 있어서, 상기 센서는 상기 식물 부분의 크기를 5분 이하의 간격으로 측정하도록 구성된, 센서.
- 제27항에 있어서, 상기 센서는 상기 식물 부분 크기를 5초 간격으로 측정하도록 구성된, 센서.
- 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 가속도계를 포함하는, 센서.
- 제31항에 있어서, 상기 가속도계는 3축 가속도계인, 센서.
- 제31항 또는 제32항에 있어서, 상기 프로세서는 PCB를 포함하고, 상기 가속도계는 상기 PCB에 부착된, 센서.
- 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 공기 온도 센서를 포함하는, 센서.
- 제34항에 있어서, 상기 프로세서는 PCB를 포함하고, 상기 공기 온도 센서는 상기 PCB에 부착된, 센서.
- 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 습도 센서를 포함하는, 센서.
- 제36항에 있어서, 상기 프로세서는 PCB를 포함하고, 상기 습도 센서는 상기 PCB에 부착된, 센서.
- 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 광 센서를 포함하는, 센서.
- 제38항에 있어서, 상기 프로세서는 PCB를 포함하고, 상기 광 센서는 상기 PCB에 부착된, 센서.
- 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 덴드로미터(dendrometer) 및 가속도계, 공기 온도 센서, 습도 센서 및 광 센서 중 하나 이상을 포함하는, 센서.
- 제40항에 있어서, 상기 센서는, 덴드로미터(dendrometer), 가속도계(accelerometer), 공기 온도 센서, 습도 센서 및 광 센서를 포함하는, 센서.
- 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 송신기를 더 포함하는, 센서.
- 제42항에 있어서, 상기 송신기는 블루투스 라디오 또는 트랜시버인, 센서.
- 제43항에 있어서, 상기 블루투스 라디오 또는 트랜시버는 블루투스 저 에너지(BLE: Bluetooth Low Energy) 라디오 또는 트랜시버인, 센서.
- 제42항에 있어서, 상기 송신기는 장거리(LoRa: Long Range) 트랜시버인, 센서.
- 제42항에 있어서, 상기 송신기는 근거리 통신(NFC: Near Field Communication) 트랜시버인, 센서.
- 제42항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세서는 PCB를 포함하고, 상기 송신기는 PCB에 부착된, 센서.
- 제1항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 체결구는 나사, 나사 로드 또는 못을 포함하고, 상기 나사, 나사 로드 또는 못은 상기 식물 부분 내에 위치되고 상기 식물 부분에 상기 센서를 장착하도록 구성된, 센서.
- 제1항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 체결구는 하나 이상의 만곡 아암(들)을 포함하고, 상기 만곡 아암(들)은 식물 부분 주위에 위치되도록 구성된, 센서.
- 제49항에 있어서, 상기 하나 이상의 체결구는 V자 형상으로 배열된 2개의 만곡된 아암을 포함하는, 센서.
- 제49항 또는 제50항에 있어서, 상기 만곡 아암(들)은 상기 식물 부분 주위에 위치되도록 구성된, 센서.
- 제47항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 체결구는 상기 센서 및 상기 식물 부분을 감싸도록 구성된 탄성 밴드를 더 포함하는, 센서.
- 제47항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 체결구는 나사를 포함하고, 상기 프로세서는 PCB를 포함하고, 상기 나사는 상기 PCB에 부착된, 센서.
- 제53항에 있어서, 상기 PCB는 상기 나사 주위에 압축 제한 요소를 포함하는, 센서.
- 제21항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플런저 캡은 짐벌(gimbal)을 더 포함하는, 센서.
- 제21항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플런저 캡은 성형 플라스틱이거나 성형 플라스틱을 포함하는, 센서.
- 제21항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플런저 캡의 두께는 3mm 미만인, 센서.
- 제21항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플런저 캡은 약 10 ㎟ 내지 약 100 ㎟의 표면적에 걸쳐 상기 식물 부분과 접촉하도록 구성된, 센서.
- 제21항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플런저 주위에 또는 상기 플런저에 부착된 스프링을 더 포함하는, 센서.
- 제21항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플런저 캡의 반대편에서 상기 플런저 샤프트에 부착된 당김 탭(pull tab)을 더 포함하는, 센서.
- 제21항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플런저 샤프트는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸을 포함하는, 센서.
- 제61항에 있어서, 상기 플런저 샤프트는 중공 실린더이고, 상기 자석은 상기 플런저 샤프트 내부에 위치된 원통형 자석인, 센서.
- 제48항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사, 나사산 로드 또는 못은 스테인레스 스틸, 황동(brass), 알루미늄 또는 티타늄을 포함하는, 센서.
- 제48항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 체결구는 나사를 포함하고, 상기 센서는 상기 센서와 상기 식물 부분 사이에서 상기 나사 주위에 위치되도록 구성된 너트를 더 포함하는, 센서.
- 제64항에 있어서, 상기 식물 부분에 대해 원위에 있는 상기 센서의 겉면(face) 상에서 상기 나사 주위에 위치되도록 구성된 제2 너트를 더 포함하는, 센서.
- 제48항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 체결구는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 나사를 포함하고, 상기 센서는,
(i) 제1 개구 및 제2 개구를 갖는 압축 제한 요소; 및
(ii) 캡티브 나사(captive screw)를 더 포함하고,
상기 나사의 제1 단부는 상기 식물 부분 내에 위치되고 상기 센서를 상기 식물 부분에 장착하도록 구성되고;
상기 압축 제한 요소의 제1 개구는 상기 나사의 제2 단부를 수용하도록 구성되고; 및
상기 압축 제한 요소의 제2 개구는 상기 캡티브 나사를 수용하도록 구성된, 센서. - 제66항에 있어서, 상기 캡티브 나사 주위에 위치되도록 구성된 유지 링(retaining ring)을 더 포함하는, 센서.
- 제48항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 체결구는 나사산 로드를 포함하고, 상기 센서는 상기 식물 부분과 상기 센서 사이의 상기 나사산 로드 주위에 위치되도록 구성된 제1 너트 및 상기 센서에 인접하고 상기 식물 부분의 원위에 있는 상기 나사산 로드 주위에 위치되도록 구성된 제2 너트를 더 포함하는, 센서.
- 제21항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플런저 샤프트 주위에 위치된 중공 셔틀을 더 포함하는, 센서.
- 제1항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식물은 나무 또는 목질 식물(woody plant)인, 센서.
- 제70항에 있어서, 상기 식물 부분은 줄기(stem), 몸통(trunk), 볼(bole) 또는 가지(branch)인, 센서.
- 제70항 또는 제71항에 있어서, 상기 식물은 작목(crop tree)인, 센서.
- 제70항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식물은 감귤, 올리브, 견과류, 카카오, 참나무, 소나무, 적목(redwood) 또는 단풍 나무(maple tree)인, 센서.
- 제1항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식물은 덩굴(vine)인, 센서.
- 제74항에 있어서, 상기 식물 부분은 몸통, 새싹(shoot), 가지, 케인(cane), 과일 또는 줄기(stem)인, 센서.
- 제74항 또는 제75항에 있어서, 상기 덩굴은 포도 덩굴인, 센서.
- 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하기 위한 시스템으로서,
a) 제1항 내지 제76항 중 어느 한 항에 따른 센서; 및
b) 모바일 디바이스 및/또는 서버;를 포함하고,
상기 센서는 무선 통신을 통해 상기 모바일 디바이스 및/또는 상기 서버에 연결되고, 상기 모바일 디바이스 및/또는 상기 서버로 데이터를 송신하도록 구성된, 시스템. - 제77항에 있어서, 상기 센서는 블루투스 저 에너지(BLE: Bluetooth Low Energy), LoRa(Long Range), NFC(Near Field Communication) 또는 이들의 조합을 통해 상기 모바일 디바이스 및/또는 상기 서버와 연결되는, 시스템.
- 제77항 또는 제78항에 있어서, 모바일 디바이스를 포함하고, 상기 센서는 상기 모바일 디바이스에 데이터를 송신하도록 구성된, 시스템.
- 제77항 내지 제79항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서버를 포함하고, 상기 센서는 상기 서버로 데이터를 송신하도록 구성된, 시스템.
- 제77항 내지 제80항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 자력계, 식물 부분 크기, 무선 통신 신호 강도, 가속도계, 광 센서, 습도 센서, 공기 온도 센서 또는 이들의 조합 중 하나 이상과 관련된 데이터를 상기 모바일 디바이스 및/또는 서버에 송신하도록 구성된, 시스템.
- 제77항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모바일 디바이스는 GPS(Global Positioning System) 센서를 포함하고, 상기 GPS 센서는 상기 GPS 센서를 이용하여 위치 정보를 획득하고, 상기 위치 정보를 상기 센서와 연관시키도록 구성된, 시스템.
- 제77항 내지 제82항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모바일 디바이스는 카메라 또는 다른 이미지 센서를 포함하는, 시스템.
- 제77항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서, 제1항 내지 75항 중 어느 한 항에 따른 복수의 센서를 포함하고, 상기 복수의 센서 중 각각의 센서는 무선 통신을 통해 상기 모바일 디바이스 및/또는 서버에 연결되고, 상기 모바일 디바이스 및/또는 서버에 데이터를 송신하도록 구성된, 시스템.
- 복수의 식물의 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하기 위한 시스템으로서, 제1항 내지 제76항 중 어느 한 항에 따른 복수의 센서를 포함하고, 상기 복수의 센서 각각은 상기 복수의 센서 중 단일 식물의 식물 부분 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하도록 구성된, 시스템.
- 제85항에 있어서, 모바일 디바이스를 더 포함하고, 상기 복수의 센서들 각각은 상기 모바일 디바이스에 연결되고, 상기 모바일 디바이스에 데이터를 송신하도록 구성된, 시스템.
- 제85항 또는 제86항에 있어서, 서버를 더 포함하고, 상기 복수의 센서 각각은 상기 서버에 연결되고, 상기 모바일 디바이스로 데이터를 송신하도록 구성된, 시스템.
- 식물 부분의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하기 위한 방법으로서,
a) 제1항 내지 제76항 중 어느 한 항에 따른 센서를 상기 식물 부분에 부착하는 단계; 및
b) 상기 센서의 2개 이상의 컴포넌트로부터 수집된 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 식물 부분의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제88항에 있어서, 상기 식물 부분의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성은 제1 시간에 측정되고, 상기 방법은 상기 제1 시간과 상이한 제2 시간에 상기 식물 부분의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성을 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 시간에서의 크기 및/또는 다른 식물 부분 특성의 측정은 상기 센서의 2개 이상의 컴포넌트로부터 수집된 데이터에 적어도 부분적으로 기초하는, 방법.
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