WO2011076965A1 - Dendrómetro electrónico - Google Patents
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- WO2011076965A1 WO2011076965A1 PCT/ES2010/000523 ES2010000523W WO2011076965A1 WO 2011076965 A1 WO2011076965 A1 WO 2011076965A1 ES 2010000523 W ES2010000523 W ES 2010000523W WO 2011076965 A1 WO2011076965 A1 WO 2011076965A1
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/0035—Measuring of dimensions of trees
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- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G23/00—Forestry
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- A01G23/099—Auxiliary devices, e.g. felling wedges
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- G—PHYSICS
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- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/12—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring diameters
Definitions
- the present invention falls within the field of measurement systems of the diameter of tree trunks or branches, and more specifically in dendrometers, that is, the devices attached to a tree trunk or branch to periodically monitor the diameter measurement
- Irrigation management in agriculture is especially important due to several factors, such as the intelligent administration of available water resources, especially in those areas where they are not abundant.
- crops such as fruit trees and vineyards
- proper management of irrigation times and quantities used allows establishing deficit irrigation levels that provide optimum fruit quality, fundamental, for example, of processing of wines with different characteristics, in the case of grape crops for winemaking.
- Plants increase or decrease their volume depending on the absorption or loss of water, and a relationship can be found between the relative amount of water and the variation in the diameter of the trunk. Associated with these variations, the Maximum Daily Contraction (MCD or MDS) can be calculated, the difference between the maximum and minimum diameter of the trunk in a day.
- MCD Maximum Daily Contraction
- Proper monitoring of these variations allows you to control with great precision both the time of irrigation and the adequate amount of water needed.
- the possibility provided by electronic systems in instrumentation has caused its dissemination in all fields of science and technology.
- the use of electronic monitoring, measurement and performance systems in agriculture has favored the emergence of the so-called precision agriculture, whose objective is to improve the yield of the fields in response to their variability and heterogeneity.
- LVDT Linear Variable Differential Transformer
- tape or extensiometric band a variation of the strain gage.
- ICT International DRL26 band dendrometer which includes an infrared communications module to transmit data and program the sensor at close range
- the DE-1 M of Phytech small in size, with an external circuit and power supply between 10 and 30 VDC
- US 7398602 patent concerning a band precision dendrometer consisting of a 4-resistance Wheatstone bridge whose variations allow the measurement of trunk diameter oscillations
- ES 2264360-B1 which describes an electromechanical dendrometer with data storage and reading by RS232 serial communication.
- the referred water stress monitoring systems have several drawbacks, such as size and weight, large batteries, the need to screw the system to the trunk, dependencies with its position and exposure to atmospheric agents that can alter its behavior, as well. as a fixed resolution, regardless of the ranges of trunk variation that are intended to be measured.
- the present invention solves the aforementioned problems.
- the invention relates to an electronic dendrometer in accordance with the Claim 1.
- Preferred embodiments of the dendrometer are defined in the dependent claims.
- the dendrometer includes:
- a diameter measuring module of a trunk or branch of a plant comprising a protective housing
- the diameter measurement module comprises:
- the diameter measuring module being configured to:
- the fixing means preferably comprise:
- first fixing elements responsible for fixing the at least one rod angled to the first piece
- second fixing elements responsible for fixing the at least one rod angled to the second piece
- the first piece preferably has a concave part to facilitate fixing to the trunk or branch.
- the diameter measurement module may comprise:
- the magnetic sensor can be fixed on the elastic means. It can also be the at least one permanent magnet that is fixed on the elastic means, instead of the sensor. That is, either the magnet or the sensor can be mobile.
- the moving part preferably comprises a rod in charge of supporting the surface of the trunk or branch at one of its ends and crossing the face of the carcass closest to the trunk or branch, the dendrometer being in the operating position.
- the moving part may additionally comprise:
- the data processing means are configured to determine, from the variation of voltage produced in the magnetic sensor by a relative displacement between said magnetic sensor and the at least one permanent magnet, the variation of the trunk diameter or branch
- the data processing means preferably comprise a microcontroller.
- the syndrome preferably comprises at least one battery to power the electronic devices of the syndrome.
- the magnetic sensor is preferably a Hall effect sensor.
- the syndrome can comprise an antenna and a transceiver module to communicate the measurements obtained by the data processing means to an external electronic device.
- the object of the present invention is also a dendrometric system, comprising the anterior electronic syndrome and an external electronic device responsible for determining, from the measures taken by the data processing means, the variation of the diameter of the trunk or branch.
- Figure 1 represents a schematic view of the fixing elements of the syndrome.
- Figure 2 shows, schematically, the elements of the measurement module of the syndrome.
- Figure 3 represents in detail the sensitivity adjustment element of the measuring device.
- Figure 4 shows an illustrative scheme of the displacement produced as a function of the sensitivity adjustment of the measuring device.
- FIGS. 5A and 5B represent, in perspective, the displacement illustrated in Figure 4. Detailed description of the invention
- the present invention consists of a dendrometer (or gauge of trunk or branch diameter variations) with mechanically adjustable sensitivity, based on a linear sensor of Hall effect of low consumption.
- the data can be read periodically, using 802.15.4 wireless communication protocol that allows access to the readings and program the sensor operation remotely over distances of up to 1000m or more, if the multi-hop protocol (multihop) of the standard is used .
- the dendrometer consists of a trunk or branch fixation system (Fig. 1), and a measuring element or module for varying the diameter of the plant confined in a high-strength box of type ip65, ip67 or similar (Fig. 2).
- the fixing system is constituted by a first piece 1, preferably a rectangular parallelepiped with one of its concave faces 1 for a better fit to the trunk 5 (schematically represented, but not to scale, to facilitate the overall view of the assembly), crossed longitudinally (along the y-axis) by two angled rods 2 that can slide inside and be fixed by means of screws 3 or similar fasteners in a certain position.
- the fixing system comprises a second piece 4, preferably rectangular parallelepiped, crossed by a section of the bent rods 2 parallel to the x axis, so that said second piece 4 can move perpendicularly to the plane of the first piece 1, in the direction of the x axis, depending on the diameter of the trunk 5 to which the dendrometer is attached.
- a second pair of rods 7 pass through said second rectangular piece 4 parallel to the concave face 11 of the first piece 1, that is, in the direction of the Axis y.
- This second pair of rods 7 pass through the housing 8 of the measuring module in which the elements of the diameter D of the trunk 5 are housed.
- Both the fixing position of the rods 7 to the second piece 4 and to the Housing 8 of the measuring module can be adjusted by the corresponding screws (9,10), or equivalent fasteners. In this way the diameter measuring module can be positioned perfectly opposite the first adjustment piece 1, at the appropriate distance from the surface of the trunk.
- the fixing system is attached to the trunk 5 by a set of elastic bands (not shown in the figure) that surround the trunk together with the first piece 1, so that the latter is imprisoned between the tires and the trunk 5.
- a set of elastic bands not shown in the figure
- Figure 1 has used two rods (normal 7 and angled 2), but a different number of rods (one, three, etc.) could be used.
- the module or device for measuring trunk diameter variations consists of a linear Hall effect sensor 12 mounted on an elastic band 13 parallel to the rods 7 on which the housing 8 that contains the measuring system is displaced (therefore parallel to the y axis).
- the position of the permanent magnet and the Hall effect sensor are interchangeable, that is, it could be the magnet that was mounted on the elastic band 13, and the Hall effect sensor in the position of the magnet in Figure 2.
- Said elastic band 13 allows the displacement of the Hall effect sensor 12 on the x axis (direction perpendicular to the concave face 11 of the first piece 1 at its midpoint), and therefore perpendicular to the second pair of rods 7, returning the sensor 12 to a resting position in case there is no force of displacement on said x-axis.
- crank-crank type transmission system consisting of a lever 14 suspended from the top of the housing 8 that borders the measuring system, with a rotation axis parallel to the elastic band 13 (y axis).
- a rail or rail 16 parallel to the x-axis, therefore perpendicular to the elastic band 13 and in the same plane as the transmission rod 15, is responsible for supporting the transmission rod 15 at least one contact point, limiting the displacement of said contact point on the x axis.
- a rotation of the lever 14 on its axis displaces the elastic band 13 on the x-axis, in turn displacing the Hall sensor 12 and modifying its position with respect to a permanent magnet 17, preferably of neodymium or similar, preferably placed on one of the faces 8 'parallel to the x axis of the housing 8 (faces perpendicular to the rods 7).
- the lever 14 can be displaced by a rod 18 that crosses the wall 8 "of the housing 8 closest to the bark of the trunk 5 or branch through a cylinder 19 (or a hole made in said wall of the housing 8) of greater diameter.
- the outer end 18 'of the stem 18 is supported on the surface of the trunk or branch 5 of the that it is desired to determine the changes of the diameter D.
- the inner end of the rod 18 ends in, or is attached to, a perpendicular sheet 20, which has a groove 21 (shown in greater detail in Figure 3) with graduated scale in the that a tip 22 is inserted that can be fixed at various heights by means of a screw type fixing system or the like.
- Said tip 22 is in contact with the suspended lever 14, so that an increase in the diameter D of the trunk or branch 5 moves the rod 18 into the housing 8, moving the tip 22 in turn to the lever 14 with respect to its axis of rotation, which in turn pushes the elastic band 13 and the magnetic sensor 12, altering its relative position with respect to the permanent magnet 17, thereby modifying the output voltage of the sensor 12.
- the relationship between the voltage Output and sensor displacement depends on the selected sensor, usually being a linear relationship (for example, the sensor used in the present invention returns 0.25 mV per displaced micrometer, very linearly).
- the elastic band 13 tends to recede, moving the rod 18 outwards, keeping it in contact with the trunk or branch 5.
- the sensitivity adjustment of the system is made by placing the tip 22 in contact with the lever 14 at a point at different heights 11 with respect to the axis of rotation of the lever, as shown in Figure 4.
- a lever 14 of length L- ⁇ and a variation di of the diameter of the trunk or branch 5 which produces an angle of rotation ⁇ of the lever 14
- the movement of the lever is semicircular, it is h
- the variation of the diameter of the trunk will produce a movement of di / 2 of the housing assembly 8 and first piece 1 in one direction, and a movement of di / 2 of the rod 18 in the opposite direction, whereby the relative movement between the casing and the rod will be in total di, coinciding with the variation produced in the diameter.
- a rod 18 has been chosen but any other moving part (for example, a piece with several bends) could be used as long as it rests perpendicularly on the surface of the trunk or branch 5 diametrically opposite to the first piece 1 and with free movement in the direction perpendicular to the trunk or branch 5.
- the moving part must be supported, preferably by the housing (although it could also be fixed by the fixing means responsible for fixing the dendrometer to the shaft, for example supported by some rod), to prevent the fall due to gravity.
- Figures 5A and 5B show, schematically and in perspective, respectively the initial position of the lever 14 and the angular movement ⁇ thereof produced by the tip 22, similar to that shown in Figure 4.
- the home position sensor 12 In the home position sensor 12 is far a distance d to the vertical axis z '(which is parallel to the z - axis passes through the fixed end of the lever 14).
- the sensor 12 When the lever rotates an angle a, the sensor 12 is distant (due to the thrust of the end of the transmission rod 15 made on the elastic band 13) a distance d b with respect to the z 'axis.
- the Hall sensor 12 used is, in a preferred embodiment, of the type of sensors of small dimensions that have a high linearity in the output, high working temperature range and low thermal dependence, high sensitivity (0.25mV / pm), voltage of 3V power and low power mode that can be selected using a control pin.
- the measurement can be automated using a low-cost and low-cost microcontroller, which housed inside the housing 8 takes the sensor measurements, activating and deactivating it according to a program previously loaded in memory, and storing the acquired data
- the reading of the measurements made by the system by the user can be carried out by means of radiofrequency connection, of type 802.15.4, of low consumption and low transmission rate of data, through a transceiver also controlled by the microcontroller and a small-sized PCB antenna, all housed inside the housing 8, thereby maintaining the measurement acquisition unit physically isolated from the outside except for the stem 18 of contact with the trunk 5.
- the measurements could also be read in other ways (eg through local access to the microcontroller memory where the data is stored, for example via a USB connector).
- the calculation of the relative displacement and the diameter can be done by the microcontroller housed in the box or transmit that measurement abroad and that diameter variations are determined in an external electronic device, for example in a PC.
- the last solution would consume less power and give the dendrometer more autonomy.
- the dendrometer can be powered by 3V batteries, whose operational life can be extended months or years depending on the frequency of the measurement of the dendrometer and the readings of these by radiofrequency.
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Abstract
Dendrómetro electrónico, que comprende: - una primera pieza (1); - un módulo de medida de diámetro de tronco (5), con carcasa (8) de protección; - medios de fijación para: • fijar la primera pieza (1) a un tronco (5); • fijar la carcasa (8) a una distancia del tronco (5); el módulo de medida comprendiendo: - un imán permanente (17); - un sensor magnético (12); - medios de procesamiento para tomar medidas del sensor (12); - una pieza móvil que apoya en la superficie del tronco (5) diametralmente opuesta a la primera pieza (1) y con libertad de movimiento en la dirección perpendicular al tronco (5); - medios elásticos (13) que ejercen sobre la pieza móvil una fuerza (18) en sentido perpendicular al tronco (5); estando el módulo de medida de diámetro configurado para: • ante un desplazamiento relativo entre la pieza móvil y la carcasa (8) en la dirección perpendicular al tronco (5), producir un desplazamiento relativo proporcional entre el sensor (12) y el imán permanente (17).
Description
Dendrómetro electrónico
Campo de la invención
La presente invención se engloba dentro del campo de los sistemas de medición del diámetro de los troncos o ramas de árboles, y más concretamente en los dendrómetros, esto es, los dispositivos fijados a un tronco o rama de árbol para efectuar un seguimiento periódico de la medición de su diámetro.
Antecedentes de la invención
La gestión del riego en agricultura resulta de especial importancia debido a varios factores, como la administración inteligente de los recursos hídricos disponibles, especialmente en aquellas zonas en las que éstos no son abundantes. Además, en cultivos particulares, como es el caso de los frutales y viñedos, una gestión adecuada de los tiempos de riego y cantidades empleadas permite establecer los niveles de riego deficitario que proporcionan una óptima calidad del fruto, fundamental, por ejemplo, de la elaboración de vinos con diferentes características, en el caso de cultivos de uva para vinificación.
Una de las técnicas modernas para determinar con precisión la programación adecuada de riego en cultivos frutales consiste en la monitorización de las variaciones diarias del diámetro del tronco del árbol. Diversos ensayos han confirmado la sensibilidad de las variaciones diarias del diámetro del tronco en respuesta al déficit hídrico, la cual es superior a la de otros indicadores del estado hídrico más convencionales. En la literatura pueden encontrarse diversos trabajos relacionados con el riego deficitario aplicado al cultivo de almendro, vid, olivo o granado.
Las plantas aumentan o disminuyen su volumen en función de la absorción o pérdida de agua, pudiendo encontrarse una relación entre la cantidad relativa de agua y la variación del diámetro del tronco. Asociada a estas variaciones puede calcularse la Máxima Contracción Diaria (MCD o MDS, Máximum Daily trunk Shrinkage), diferencia entre el máximo y mínimo diámetro del tronco en un día. Un seguimiento adecuado de estas variaciones permite controlar con gran precisión tanto el momento de riego como la cantidad adecuada de agua necesaria.
La posibilidad que proporcionan los sistemas electrónicos en instrumentación ha provocado su difusión en todos los ámbitos de la ciencia y la técnica. En particular, el empleo de sistemas electrónicos de monitorización, medida y actuación en agricultura han favorecido la aparición de la denominada agricultura de precisión, cuyo objetivo es mejorar el rendimiento de los campos atendiendo a la variabilidad y heterogeneidad de éstos.
Una de las posibilidades de la agricultura de precisión es precisamente el riego selectivo. Para determinar la necesidad de riego de una región de cultivo concreta se monitorizan los parámetros adecuados, entre los que se encuentra el diámetro de la planta. Para efectuar estas medidas se emplean los denominados dendrómetros. Atendiendo al principio de transducción, existen varios tipos de dendrómetros con salida eléctrica: LVDT (Linear Variable Differential Transformer), de cinta o banda extensiométrica y de puente de Wheatstone, una variación de los de banda extensiométrica.
Podemos destacar entre otros el dendrómetro de banda DRL26 de ICT International, que incluye un módulo de comunicaciones por infrarrojos para transmitir los datos y programar el sensor a corta distancia; El DE-1 M de Phytech, de reducido tamaño, con un circuito de acondicionado y fuente de alimentación externos de entre 10 y 30 VDC; la patente US 7398602 referente a un dendrómetro de precisión de banda consistente en un puente de Wheatstone de 4 resistencias cuyas variaciones permiten la medida de las oscilaciones de diámetro del tronco; y la patente ES 2264360-B1 , en la que se describe un dendrómetro electromecánico con almacenamiento de datos y lectura por comunicación serie RS232.
Los referidos sistemas de monitorización de estrés hídrico presentan diversos inconvenientes, como son el tamaño y peso, baterías grandes, necesidad de atornillar el sistema al tronco, dependencias con la posición respecto de éste y la exposición a agentes atmosféricos que pueden alterar su comportamiento, así como una resolución fija, independientemente de los rangos de variación de tronco que se pretendan medir. La presente invención soluciona los mencionados problemas.
Descripción de la invención
La invención se refiere a un dendrómetro electrónico de acuerdo con la
reivindicación 1. Realizaciones preferidas del dendrómetro se definen en las reivindicaciones dependientes.
El dendrómetro comprende:
- una primera pieza;
- un módulo de medida de diámetro de un tronco o rama de una planta, que comprende una carcasa de protección;
- medios de fijación encargados de:
• fijar la primera pieza a un tronco o rama de una planta;
• fijar la carcasa del módulo de medida de diámetro a una determinada distancia del tronco o rama, manteniendo la carcasa y la primera pieza a una distancia relativa invariable independientemente de la variación del diámetro del tronco o rama;
El módulo de medida de diámetro comprende:
- al menos un imán permanente;
- un sensor magnético situado dentro del campo magnético generado por el al menos un imán permanente;
- medios de procesamiento de datos encargados de efectuar la toma de medidas del sensor magnético;
- una pieza móvil encargada de apoyar en la superficie del tronco o rama en una posición diametralmente opuesta a la primera pieza y con libertad de movimiento relativo con respecto a la carcasa en la dirección perpendicular al tronco o rama;
- medios elásticos encargados de ejercer sobre la pieza móvil una fuerza en sentido perpendicular al tronco o rama para que dicha pieza móvil siempre apoye en el tronco o rama;
estando el módulo de medida de diámetro configurado para:
• ante un desplazamiento relativo entre la pieza móvil y la carcasa en la dirección perpendicular al tronco o rama producido por una variación del diámetro del tronco o rama, producir un desplazamiento relativo proporcional entre el sensor magnético y el al menos un imán permanente.
Los medios de fijación comprenden preferentemente:
- una segunda pieza;
- al menos una varilla acodada encargada de atravesar la primera pieza y la segunda pieza;
- unos primeros elementos de fijación encargados de fijar la al menos una varilla acodada a la primera pieza;
- unos segundos elementos de fijación encargados de fijar la al menos una varilla acodada a la segunda pieza;
- al menos una varilla encargada de atravesar la segunda pieza y la carcasa del módulo de medida de diámetro;
- unos terceros elementos de fijación encargados de fijar la al menos una varilla a la segunda pieza;
- unos cuartos elementos de fijación encargados de fijar la al menos una varilla a la carcasa del módulo de medida de diámetro;
- al menos una goma elástica encargada de fijar la primera pieza al tronco o rama.
La primera pieza dispone preferentemente de una parte cóncava para facilitar la fijación al tronco o rama.
El módulo de medida de diámetro puede comprender:
- una palanca tal que en posición de funcionamiento del dendrómetro está en todo momento en contacto con la pieza móvil y suspendida de la parte superior de la carcasa con un eje de giro perpendicular a la dirección de libre movimiento de la pieza móvil;
- una varilla de transmisión conectada por uno de sus extremos al extremo móvil de la palanca y en contacto, con su otro extremo, con los medios elásticos;
- un carril encargado de, en posición de funcionamiento del dendrómetro, soportar inferiormente la varilla de transmisión y permitir el guiado del extremo de la varilla de transmisión en contacto con los medios elásticos en la dirección de libre movimiento de la pieza móvil.
El sensor magnético puede estar fijado sobre los medios elásticos. También puede ser el al menos un imán permanente el que esté fijado sobre los medios elásticos, en vez del sensor. Esto es, bien el imán o bien el sensor pueden ser móviles.
La pieza móvil comprende preferiblemente un vástago encargado de apoyar en la superficie del tronco o rama en uno de sus extremos y de atravesar la cara de la carcasa más próxima al tronco o rama, estando el dendrómetro en posición de funcionamiento.
La pieza móvil puede comprender adicionalmente:
- una lámina unida, en posición de funcionamiento, al extremo del vástago más alejado del tronco o rama, disponiendo dicha lámina de una acanaladura vertical y perpendicular, en posición de funcionamiento, a la dirección de libre movimiento del
vástago;
- una punta fijable a diferentes alturas de la acanaladura y encargada de contactar, en posición de funcionamiento del dendrometro, con la palanca.
En una realización preferente, los medios de procesamiento de datos están configurados para determinar, a partir de la variación de voltaje producida en el sensor magnético por un desplazamiento relativo entre dicho sensor magnético y el al menos un imán permanente, la variación del diámetro del tronco o rama.
Los medios de procesamiento de datos comprenden preferentemente un microcontrolador.
El dendrometro comprende preferiblemente al menos una batería para alimentar los dispositivos electrónicos del dendrometro.
El sensor magnético es preferentemente un sensor de efecto Hall.
El dendrometro puede comprender una antena y un módulo transceptor para comunicar los medidas obtenidas por los medios de procesamiento de datos a un dispositivo electrónico externo.
Es también objeto de la presente invención un sistema dendrométrico, que comprende el dendrometro electrónico anterior y un dispositivo electrónico externo encargado de determinar, a partir de las medidas tomadas por los medios de procesamiento de datos, la variación del diámetro del tronco o rama.
Breve descripción de los dibujos
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
La Figura 1 representa una vista esquemática de los elementos de fijación del dendrometro.
La Figura 2 muestra, de manera esquemática, los elementos del módulo de medida del dendrometro.
La Figura 3 representa en detalle el elemento de ajuste de la sensibilidad del dispositivo de medida.
La Figura 4 muestra un esquema ilustrativo del desplazamiento producido en función del ajuste de la sensibilidad del dispositivo de medida.
Las Figura 5A y 5B representan, en perspectiva, el desplazamiento ilustrado en la Figura 4.
Descripción detallada de la invención
La presente invención consiste en un dendrómetro (o medidor de variaciones de diámetro de tronco o rama) con sensibilidad ajustable mecánicamente, basado en un sensor lineal de efecto Hall de bajo consumo. La lectura de datos puede realizarse periódicamente, mediante protocolo de comunicación inalámbrica 802.15.4 que permite acceder a las lecturas y programar la operación del sensor de manera remota a distancias de hasta 1000m o más, si se emplea el protocolo multisalto (multihop) del estándar.
Tal como se muestra en las Figura 1 y 2, el dendrómetro consta de un sistema de fijación al tronco o rama (Fig. 1 ), y un elemento o módulo de medida de variación de diámetro de la planta confinado en una caja de alta resistencia de tipo ip65, ip67 o similar (Fig. 2).
El sistema de fijación está constituido por una primera pieza 1 , preferentemente un paralelepípedo rectangular con una de sus caras cóncava 1 para un mejor ajuste al tronco 5 (representado esquemáticamente, pero no a escala, para facilitar la visión general del conjunto), atravesada longitudinalmente (según el eje y) por dos varillas acodadas 2 que pueden deslizarse por su interior y fijarse mediante sendos tornillos 3 o elementos de fijación similar en una posición determinada. El sistema de fijación comprende una segunda pieza 4, preferentemente paralelepípedo rectangular, atravesada por un tramo de las varillas acodadas 2 paralelo al eje x, de forma que dicha segunda pieza 4 puede desplazarse perpendicularmente al plano de la primera pieza 1 , en la dirección del eje x, en función del diámetro del tronco 5 al que se sujeta el dendrómetro. Sendos tornillos 6, o elementos de fijación equivalentes, fijan la posición de esta segunda pieza 4. Un segundo par de varillas 7 atraviesan dicha segunda pieza 4 rectangular paralelamente a la cara cóncava 11 de la primera pieza 1 , esto es, en la dirección del eje y. Este segundo par de varillas 7 atraviesan la carcasa 8 del módulo de medida en la que se encuentran alojados los elementos propios de la medida del diámetro D del tronco 5. Tanto la posición de fijación de las varillas 7 a la segunda pieza 4 como a la carcasa 8 del módulo de medida pueden ser ajustadas por los correspondientes tornillos (9,10), o elementos de fijación equivalentes. De esta manera el módulo de medida del diámetro puede posicionarse perfectamente enfrentado a la primera pieza 1 de ajuste, a la distancia adecuada de la superficie del
tronco. El sistema de fijación queda sujeto al tronco 5 mediante un conjunto de gomas elásticas (no representadas en la figura) que rodean al tronco junto con la primera pieza 1 , de forma que esta última queda aprisionada entre las gomas y el tronco 5. En la realización preferida de la Figura 1 se han utilizado dos varillas (normales 7 y acodadas 2), pero se podría emplear un número diferente de varillas (una, tres, etc.).
El módulo o dispositivo de medida de variaciones de diámetro de tronco consta de un sensor de efecto Hall 12 lineal montado sobre una banda elástica 13 paralela a las varillas 7 sobre las que se desplaza la carcasa 8 que contiene el sistema de medida (paralela por tanto al eje y). La posición del imán permanente y del sensor de efecto Hall son intercambiables, esto es, podría ser el imán el que estuviera montado sobre la banda elástica 13, y el sensor de efecto Hall en la posición del imán en la Figura 2. Dicha banda elástica 13 permite el desplazamiento del sensor de efecto Hall 12 en el eje x (dirección perpendicular a la cara cóncava 11 de la primera pieza 1 en su punto medio), y por tanto perpendicular al segundo par de varillas 7, devolviendo al sensor 12 a una posición de reposo en caso de que no haya una fuerza de desplazamiento en dicho eje x. En la cara anterior de la banda elástica 13 reposa el extremo de un sistema de transmisión tipo biela-manivela consistente en una palanca 14 suspendida de la parte superior de la carcasa 8 que confina el sistema de medida, con un eje de giro paralelo a la banda elástica 13 (eje y). Una varilla de transmisión 15 paralela al eje x, conectada por un lado al extremo móvil de la palanca 14 suspendida y por el otro a la parte posterior de la banda elástica 13, transforma el movimiento de rotación de la palanca 14 en movimiento lineal en dirección del eje x, el cual es trasladado al sensor 12. Un carril o riel 16 paralelo al eje x, por tanto perpendicular a la banda elástica 13 y en el mismo plano que la varilla de transmisión 15, se encarga de soportar la varilla de transmisión 15 en al menos un punto de contacto, limitando el desplazamiento de dicho punto de contacto en el eje x. De esta forma, un giro de la palanca 14 sobre su eje desplaza la banda elástica 13 en el eje x, desplazando a su vez el sensor Hall 12 y modificando su posición respecto de un imán permanente 17, preferentemente de neodimio o similar, colocado preferentemente en una de las caras 8' paralelas al eje x de la carcasa 8 (caras perpendiculares a las varillas 7). La palanca 14 puede ser desplazada por un vástago 18 que atraviesa la pared 8" de la carcasa 8 más próxima a la corteza del tronco 5 o rama a través de un cilindro 19 (o bien un orificio practicado en dicha pared de la carcasa 8) de diámetro mayor. El extremo exterior 18' del vástago 18 queda apoyado en la superficie del tronco o rama 5 de la
que se quiere determinar los cambios del diámetro D. El extremo interior del vastago 18 acaba en, o está unido a, una lámina 20 perpendicular, que dispone de una acanaladura 21 (mostrada en mayor detalle en la Figura 3) con escala graduada en la que se inserta una punta 22 que puede ser fijada a diversas alturas mediante un sistema de fijación de tipo tornillo o similar. Dicha punta 22 se encuentra en contacto con la palanca 14 suspendida, de manera que un incremento en el diámetro D del tronco o rama 5 desplaza el vástago 18 hacia el interior de la carcasa 8, desplazando la punta 22 a su vez a la palanca 14 respecto de su eje de giro, que a su vez empuja la banda elástica 13 y el sensor 12 magnético, alterando la posición relativa de éste con respecto del imán permanente 17, modificando así el voltaje de salida del sensor 12. La relación entre el voltaje de salida y el desplazamiento del sensor depende del sensor seleccionado, siendo normalmente una relación lineal (por ejemplo, el sensor utilizado en la presente invención devuelve 0.25 mV por micrómetro desplazado, de forma muy lineal). En el proceso de contracción del tronco, la banda elástica 13 tiende a retroceder, desplazando el vástago 18 hacia el exterior, manteniéndolo en contacto con el tronco o rama 5.
El ajuste de sensibilidad del sistema se realiza mediante la colocación de la punta 22 en contacto con la palanca 14 en un punto a diferentes alturas 11 con respecto al eje de giro de la palanca, tal como se muestra en la Figura 4. Supuesta una palanca 14 de longitud L-ι y una variación di del diámetro del tronco o rama 5 (que produce un ángulo de giro α de la palanca 14), y considerando la longitud L2 de la varilla de transmisión que transmite el movimiento de giro en desplazamiento lineal suficientemente grande en comparación con el valor di (es decir, del orden de centímetros), el desplazamiento del sensor Hall 12 en el mismo eje vendrá dado por la expresión d = d -—. En realidad el movimiento de la palanca es semicircular, es h
decir, la unión de 14 con 15 no se mantiene en el mismo eje, por lo que estrictamente la expresión d = d ~ no es exacta. Sin embargo, sí L2 es mucho mayor que el desplazamiento d t lo cual es cierto si se cumple que L2»di, el error al emplear dicha expresión en lugar de la exacta, mucho más complicada, es inferior al 2*10"4%. De este modo, desplazando la posición de la punta 22 de contacto en el eje z en el sentido de reducir el valor de 11 aumenta la sensibilidad del sistema de medida de forma inversamente proporcional.
En realidad la variación di del diámetro del tronco producirá un movimiento de d-i/2 del conjunto carcasa 8 y primera pieza 1 en un sentido, y un movimiento de d-i/2 del vástago 18 en el sentido contrario, con lo cual el movimiento relativo entre la carcasa y el vástago será en total d-i, coincidente con la variación producida en el diámetro. En esta realización preferente se ha elegido un vástago 18 pero se podría utilizar cualquier otra pieza móvil (por ejemplo, una pieza con varios dobleces) con tal de que apoye perpendicularmente en la superficie del tronco o rama 5 diametralmente opuesta a la primera pieza 1 y con libre movimiento en la dirección perpendicular al tronco o rama 5. Para ello la pieza móvil deberá estar soportada, preferentemente por la carcasa (aunque también podría estar fijada por los medios de fijación encargados de fijar el dendrómetro al árbol, por ejemplo soportado por alguna varilla), para evitar la caída por efecto de la gravedad.
En las Figuras 5A y 5B se representan, de manera esquemática y en perspectiva, respectivamente la posición inicial de la palanca 14 y el movimiento angular α de la misma producido por la punta 22, de forma similar a lo representado en la Figura 4. En la posición inicial el sensor 12 dista una distancia da del eje vertical z' (el cual es paralelo al eje z y pasa por el extremo fijo de la palanca 14). Cuando la palanca gira un ángulo a, el sensor 12 dista (debido al empuje del extremo de la varilla de transmisión 15 realizado sobre la banda elástica 13) una distancia db con respecto al eje z'. La distancia d recorrida por el sensor 12 es por tanto: d = db - da . Hay que tener en cuenta que la posición inicial considerada no tiene por qué ser necesariamente la posición vertical como la mostrada en la Figura 5A, sino una posición con un determinado ángulo. El sensor Hall 12 empleado es, en una realización preferida, del tipo de sensores de reducidas dimensiones que presentan una alta linealidad en la salida, elevado rango de temperatura de trabajo y baja dependencia térmica, elevada sensibilidad (0.25mV/pm), voltaje de alimentación de 3V y modo de bajo consumo que puede ser seleccionado mediante un pin de control. La toma de medidas puede ser automatizada empleando un microcontrolador de bajo consumo y bajo coste, que alojado en el interior de la carcasa 8 efectúa la toma de medidas del sensor, activándolo y desactivándolo de acuerdo a un programa previamente cargado en memoria, y almacenando los datos adquiridos. La lectura de las medidas efectuadas por el sistema por parte del usuario puede ser realizada mediante conexión por radiofrecuencia, de tipo 802.15.4, de bajo consumo y baja tasa de transmisión de
datos, a través de un transceptor controlado asimismo por el microcontrolador y una antena de tipo PCB de reducidas dimensiones, todo ello alojado en el interior de la carcasa 8, manteniéndose de este modo la unidad de adquisición de medidas aislada físicamente del exterior salvo por el vástago 18 de contacto con el tronco 5. La lectura de las medidas también podría efectuarse de otros modos (e.g. mediante acceso local a la memoria del microcontrolador donde se almacenan los datos, por ejemplo mediante un conector USB).
Un vez se dispone de las medidas del sensor de efecto Hall 12, el cálculo del desplazamiento relativo y del diámetro (o la variación del diámetro entre medidas consecutivas) lo puede efectuar el microcontrolador alojado en la caja o bien transmitir esa medida al exterior y que se determinen las variaciones de diámetro en un dispositivo electrónico externo, por ejemplo en un PC. La última solución consumiría menos potencia y daría más autonomía al dendrómetro.
El dendrómetro puede ser alimentado mediante baterías a 3V, cuya vida operativa puede prolongarse meses o años en función de la frecuencia de la toma de medidas del dendrómetro y de las lecturas de éstas por radiofrecuencia.
Claims
1. - Dendrómetro electrónico, que comprende:
- una primera pieza (1 );
- un módulo de medida de diámetro de un tronco o rama (5) de una planta, que comprende una carcasa (8) de protección;
- medios de fijación encargados de:
• fijar la primera pieza (1 ) a un tronco o rama (5) de una planta;
• fijar la carcasa (8) del módulo de medida de diámetro a una determinada distancia del tronco o rama (5), manteniendo la carcasa (8) y la primera pieza (1 ) a una distancia relativa invariable independientemente de la variación (di) del diámetro del tronco o rama (5);
caracterizado porque el módulo de medida de diámetro comprende:
- al menos un imán permanente (17);
- un sensor magnético (12) situado dentro del campo magnético generado por el al menos un imán permanente (17);
- medios de procesamiento de datos encargados de efectuar la toma de medidas del sensor magnético (12);
- una pieza móvil encargada de apoyar en la superficie del tronco o rama (5) en una posición diametralmente opuesta a la primera pieza (1 ) y con libertad de movimiento relativo con respecto a la carcasa (8) en la dirección perpendicular al tronco o rama (5);
- medios elásticos (13) encargados de ejercer sobre la pieza móvil una fuerza (18) en sentido perpendicular al tronco o rama (5) para que dicha pieza móvil siempre apoye en el tronco o rama (5);
estando el módulo de medida de diámetro configurado para:
• ante un desplazamiento relativo entre la pieza móvil y la carcasa (8) en la dirección perpendicular al tronco o rama (5) producido por una variación (d-i) del diámetro del tronco o rama (5), producir un desplazamiento relativo proporcional entre el sensor magnético (12) y el al menos un imán permanente
(17).
2. - Dendrómetro electrónico según la reivindicación 1 , donde los medios de fijación comprenden:
- una segunda pieza (4); - al menos una varilla acodada (2) encargada de atravesar la primera pieza (1) y la segunda pieza (4);
- unos primeros elementos de fijación (3) encargados de fijar la al menos una varilla acodada (2) a la primera pieza (1 );
- unos segundos elementos de fijación (6) encargados de fijar la al menos una varilla acodada (2) a la segunda pieza (4);
- al menos una varilla (7) encargada de atravesar la segunda pieza (4) y la carcasa (8) del módulo de medida de diámetro;
- unos terceros elementos de fijación (9) encargados de fijar la al menos una varilla (7) a la segunda pieza (4);
- unos cuartos elementos de fijación (10) encargados de fijar la al menos una varilla (7) a la carcasa (8) del módulo de medida de diámetro;
- al menos una goma elástica encargada de fijar la primera pieza (1 ) al tronco o rama (5).
3.- Dendrómetro electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la primera pieza (1) dispone de una parte cóncava ( ) para facilitar la fijación al tronco o rama (5).
4.- Dendrómetro electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el módulo de medida de diámetro comprende:
- una palanca (14) tal que en posición de funcionamiento del dendrómetro está en todo momento en contacto con la pieza móvil y suspendida de la parte superior de la carcasa (8) con un eje de giro perpendicular a la dirección de libre movimiento de la pieza móvil;
- una varilla de transmisión (15) conectada por uno de sus extremos al extremo móvil de la palanca (14) y en contacto, con su otro extremo, con los medios elásticos (13);
- un carril (16) encargado de, en posición de funcionamiento del dendrómetro, soportar inferiormente la varilla de transmisión (15) y permitir el guiado del extremo de la varilla de transmisión (15) en contacto con los medios elásticos en la dirección de libre movimiento de la pieza móvil;
estando el sensor magnético (12) fijado sobre los medios elásticos (13).
5.- Dendrómetro electrónico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el módulo de medida de diámetro comprende:
- una palanca (14) tal que en posición de funcionamiento del dendrómetro está en todo momento en contacto con la pieza móvil y suspendida de la parte superior de la carcasa (8) con un eje de giro perpendicular a la dirección de libre movimiento de la pieza móvil;
- una varilla de transmisión (15) conectada por uno de sus extremos al extremo móvil de la palanca (14) y en contacto, con su otro extremo, con los medios elásticos (13);
- un carril (16) encargado de, en posición de funcionamiento del dendrómetro, soportar inferiormente la varilla de transmisión (15) y permitir el guiado del extremo de la varilla de transmisión (15) en contacto con los medios elásticos en la dirección de libre movimiento de la pieza móvil;
estando el al menos un imán permanente (17) fijado sobre los medios elásticos (13).
6.- Dendrómetro electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la pieza móvil comprende un vástago (18) encargado de apoyar en la superficie del tronco o rama (5) en uno de sus extremos (18') y de atravesar la cara (8") de la carcasa (8) más próxima al tronco o rama (5), estando el dendrómetro en posición de funcionamiento.
7.- Dendrómetro electrónico según la reivindicación 6 cuando depende de la 4 ó 5, donde la pieza móvil comprende adicionalmente:
- una lámina (20) unida, en posición de funcionamiento, al extremo del vástago (8) más alejado del tronco o rama (5), disponiendo dicha lámina de una acanaladura (21 ) vertical y perpendicular, en posición de funcionamiento, a la dirección de libre movimiento del vástago (18);
- una punta (22) fijable a diferentes alturas de la acanaladura (21 ) y encargada de contactar, en posición de funcionamiento del dendrómetro, con la palanca (14).
8.- Dendrómetro electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de procesamiento de datos están configurados para determinar, a partir de la variación de voltaje producida en el sensor magnético (12) por un desplazamiento relativo entre dicho sensor magnético (12) y el al menos un imán permanente (17), la variación del diámetro del tronco o rama (5).
9.- Dendrómetro electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de procesamiento de datos comprenden un microcontrolador.
10.- Dendrómetro electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos una batería para alimentar los dispositivos electrónicos del dendrómetro.
11. - Dendrómetro electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sensor magnético es un sensor de efecto Hall (12).
12. - Dendrómetro electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una antena y un módulo transceptor para comunicar los medidas obtenidas por los medios de procesamiento de datos a un dispositivo electrónico externo.
13. - Sistema dendrométrico, que comprende un dendrómetro electrónico según la reivindicación 12 y el dispositivo electrónico externo encargado de determinar, a partir de las medidas tomadas por los medios de procesamiento de datos, la variación del diámetro del tronco o rama (5).
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| ESP200931254 | 2009-12-23 | ||
| ES200931254 | 2009-12-23 |
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|---|---|---|---|
| PCT/ES2010/000523 WO2011076965A1 (es) | 2009-12-23 | 2010-12-20 | Dendrómetro electrónico |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109076637A (zh) * | 2016-02-05 | 2018-12-21 | 埃丝埃文·奥古斯托·戈斯加斯帕罗托 | 森林监测系统与方法 |
| WO2023034380A1 (en) * | 2021-09-01 | 2023-03-09 | Eplant, Inc. | Smart dendrometers for tracking plant growth |
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- 2010-12-20 WO PCT/ES2010/000523 patent/WO2011076965A1/es active Application Filing
Patent Citations (2)
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| Title |
|---|
| A. BREITSPRECHER ET AL: "A Recording Dendrometer for Humid Environments", BIOTROPICA, vol. 7, no. 2, July 1975 (1975-07-01), pages 90 - 99 * |
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