WO2025158018A1 - Appareil portatif de mesure d'au moins un flux de seve dans un vegetal - Google Patents

Appareil portatif de mesure d'au moins un flux de seve dans un vegetal

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WO2025158018A1
WO2025158018A1 PCT/EP2025/051836 EP2025051836W WO2025158018A1 WO 2025158018 A1 WO2025158018 A1 WO 2025158018A1 EP 2025051836 W EP2025051836 W EP 2025051836W WO 2025158018 A1 WO2025158018 A1 WO 2025158018A1
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WO
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plant
electromagnetic flux
thermal sensor
thermal
microwave
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PCT/EP2025/051836
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English (en)
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Philippe Nouvel
Hervé LOUCHE
Christophe Coillot
Bruno CLAIR
Frédéric DO
Annick PLAGELLAT-PENARIER
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Centre de Cooperation Internationalel en Recherche Agronomique pour le Development CIRAD
Universite de Montpellier
Institut de Recherche pour le Developpement IRD
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Centre de Cooperation Internationalel en Recherche Agronomique pour le Development CIRAD
Universite de Montpellier
Institut de Recherche pour le Developpement IRD
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Publication date
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    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0098—Plants or trees
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/04—Investigating moisture content

Definitions

  • the present invention generally relates to a device for measuring at least one sap flow in a plant, for example in a herbaceous plant or in a woody plant.
  • It relates more particularly to a portable device for measuring at least one sap flow in a plant, and, optionally, a water content in this plant.
  • [3] Devices are known for measuring sap flow using a beam emitted by a laser diode emitting a light flux onto a part of the external envelope of the plant to cause external heating of this plant, this heating then propagating under the combined action of diffusion and transport of the sap.
  • the present invention proposes a portable device for measuring at least one sap flow in a plant, said plant having an external envelope, said device comprising:
  • a microwave transmitter for emitting a microwave electromagnetic flux towards a first part of the external envelope of said plant so as to heat an internal portion of said plant
  • thermo sensor arranged to capture thermal radiation from said plant over time
  • a processing unit configured to determine, from the thermal radiation captured by the thermal sensor, a displacement of the heat front over time in said plant and to estimate, on the basis of the displacement of the heat front, the flow of sap.
  • the sap flow can be determined on plants of different sizes, which facilitates on-site measurement.
  • the thermal sensor is oriented opposite a second part of the external envelope of the plant crossed by the electromagnetic flux.
  • such an arrangement can be used when the section of the plant studied is less than or equal to 2 cm.
  • the thermal sensor is oriented towards the first part of the outer envelope of the plant.
  • such an arrangement can be used when the section of the plant studied is greater than 2 cm.
  • the apparatus comprises an electromagnetic flux sensor arranged to capture the electromagnetic flux reflected or transmitted by the plant, said processing unit being configured to determine, from the reflected or transmitted electromagnetic flux, a water content of said plant.
  • the processing unit uses, for determining the water content of the plant, a table linking a self-reflection or transmission coefficient of said plant to a water content, said table being a function of the nature of the plant.
  • the microwave transmitter may comprise an antenna operating, on the one hand, in transmission to emit the microwave electromagnetic flux and, on the other hand, in reception to capture the electromagnetic flux reflected by said plant and thus form said electromagnetic flux sensor.
  • the apparatus comprises a focusing device arranged to focus said electromagnetic flux on the first part of the outer envelope of the plant.
  • the microwave transmitter comprises a bi-quad antenna.
  • the antenna of the electromagnetic flux sensor is separate from the antenna of the microwave transmitter.
  • the antenna of the electromagnetic flux sensor is a bi-quad antenna.
  • the antenna of the electromagnetic flux sensor may have an arrangement similar to that of the antenna of the microwave transmitter.
  • the electromagnetic flux is emitted at a frequency between 1 GHz and 200 GHz, preferably between 1 GHz and 25 GHz, preferably between 1 GHz and 4 GHz. Using low frequencies allows the use of a less expensive microwave transmitter.
  • the electromagnetic flux emitted by the microwave transmitter is a pulsed electromagnetic flux.
  • the thermal sensor is included in a thermal camera arranged to acquire a video stream of the thermal radiation, said displacement of the heat front being determined from this video stream.
  • the apparatus comprises a control circuit arranged to activate and deactivate the microwave transmitter and the thermal sensor, said activation of the microwave transmitter and the thermal sensor being performed asynchronously.
  • the microwave transmitter and the thermal sensor may be activated.
  • the apparatus comprises an orientation adjustment device arranged to orient and maintain the microwave transmitter relative to the thermal sensor, for example facing the thermal sensor or side by side with the thermal sensor.
  • the apparatus comprises a position adjustment device arranged to adjust the position of the microwave emitter relative to the plant and to adjust the position of the thermal sensor relative to the plant.
  • the apparatus comprises a portable support on which at least the microwave transmitter and the thermal sensor are mounted.
  • the apparatus comprises:
  • a portable housing associated with the portable support and accommodating at least part of the microwave transmitter and at least part of the thermal sensor, the processing unit,
  • the apparatus comprises a reference support arranged to define a distance between the microwave transmitter and the external envelope of said plant.
  • the apparatus comprises a servo device configured to capture an electromagnetic flux reflected by said plant and modify the electromagnetic flux emitted by the microwave transmitter as a function of the reflected electromagnetic flux.
  • the invention also relates to a method for measuring at least one sap flow in a plant, said plant having an outer envelope, said method comprising the following steps:
  • said method also comprises a step of capturing, by an electromagnetic flux sensor, the electromagnetic flux reflected or transmitted by the plant and a step of determining, by the processing unit, a water content from the reflected or transmitted electromagnetic flux.
  • said method comprises a step of focusing, by a focusing device, the electromagnetic flux on the first part of the external envelope of the plant.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a portable measuring device according to the present disclosure and used on site;
  • Figure 2 is a schematic representation in top view of the apparatus according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a schematic representation of a microwave transmitter viewed from the front used in the apparatus according to the first embodiment
  • Figure 4 is a schematic representation of a video stream of thermal radiation acquired by a thermal sensor included in the apparatus according to the first embodiment
  • Figure 5 is a schematic representation of the steps of a first treatment of the video stream illustrated in figure 4 by a processing unit included in the apparatus according to the first embodiment and illustrating in a first curve A, axial profiles extracted from the video stream illustrated in figure 4, and in a second curve B, a temporal variation of the position of a reference point over time determined from the video stream illustrated in figure 4;
  • Figure 6 illustrates a temporal variation of the position of the reference point over time determined from the video stream illustrated in Figure 4 using a second processing of the video stream illustrated in Figure 4;
  • Figure 7 is a schematic representation in profile view of the apparatus according to the first embodiment
  • Figure 8 is a schematic top view representation of a second embodiment of a measuring apparatus according to the present disclosure.
  • Figure 9 is a schematic representation in top view of an example of an arrangement of a second sub-housing included in the apparatus according to the second embodiment
  • Figure 10 is a schematic top view representation of a third embodiment of a measuring apparatus according to the present disclosure.
  • Figure 11 is a schematic representation in profile view of a face of a housing or sub-housing included in an apparatus according to the first mode or second mode or third embodiment according to the present disclosure
  • Figure 12 is a schematic representation of a method according to the present disclosure.
  • FIG. 1 A first embodiment of an apparatus 100 (or device) for measuring at least one sap flow in a plant will now be described using figures 1 to 7 and figure 11.
  • plant includes woody and herbaceous plants.
  • the term sap flow corresponds to a speed of the sap in a part of the plant studied. It can also designate the sap flow rate and be expressed in g/h. In the present disclosure, the sap flow corresponds to the speed of the sap in the part of the plant studied.
  • the part of the plant studied here corresponds at least to the part of the plant receiving an electromagnetic flux emitted by the device 100.
  • the apparatus 100 may be portable (handheld device).
  • portable means a device that is transportable. Therefore, this device is mobile.
  • this device is transportable in that it is movable by a user and can be taken on site, i.e., into the outdoor environment.
  • on-site it is meant that the device can measure the sap flow on the plant directly present in the environment, i.e. directly on the plant concerned. Therefore, it is not necessary to take a sample of this plant (which would damage the plant concerned) and to carry out this measurement in the laboratory.
  • this device can also be used in the laboratory on plant samples.
  • the plant corresponds to a part of the plant studied, for example here a part of a branch of a tree 1.
  • This part of the plant comprises an external envelope 2, corresponding here to a part of the bark of the tree, delimiting an internal part 3 of the plant 1.
  • the expression plant is used to refer to the part of the plant studied.
  • the apparatus 100 illustrated in Figure 1 and Figure 2 comprises a microwave transmitter 10.
  • the microwave transmitter 10 is arranged to emit an electromagnetic flux F onto the external envelope 2 of the plant and to heat, by means of this electromagnetic flux F, an internal portion 331 of the plant 1.
  • this electromagnetic flux F is oriented towards a first part 224 of the external envelope 2 of the plant 1 in order to irradiate this first part 224 of the external envelope 2 of the plant 1. This electromagnetic flux F will then penetrate into the plant 1 and internally heat the internal portion 331 of the plant 1.
  • this emitter 10 is used as an external heating means arranged to heat the internal portion 331 of the plant 1.
  • the internal portion 331 is located near a second part 226 of the external envelope 2 of the plant 1 crossed by the electromagnetic flux F.
  • the heated internal portion 331 can be located near the first part 224 of the external envelope 2 of the plant 1.
  • the internal portion 331 heated by the plant 1 by the electromagnetic flux is spaced from the second part 226 of the external envelope 2 by a distance d2 which is less than a distance d1 separating the first part 224 of the external envelope 2 from the heated internal portion 331.
  • this distance d1 can be considered by determining, for example, the position of a temperature maximum 5 in the internal portion 331 of the plant 1, the distance d1 and d2 being able to correspond to the distances defined with respect to a normal vector (noted n) passing through a point 7 of the first part 224 of the outer envelope 2 and passing through the maximum temperature 5.
  • the second part 226 of the external envelope 2 is a part which is crossed by the electromagnetic flux F propagating in the plant 1.
  • the electromagnetic flux F leaves the plant (here from the part of the plant studied) through the second part 226 of the external envelope 2.
  • the microwave transmitter 10 comprises an antenna 11 operating in transmission emitting the microwave electromagnetic flux.
  • This antenna is for example powered by a microwave generator included in the microwave transmitter 10.
  • the antenna 11 is a bi-quad antenna comprising two loops made from a metal wire, for example copper or aluminum (here copper), and having a diameter of approximately 1.0 mm (in this example).
  • a metal wire for example copper or aluminum (here copper)
  • copper copper
  • other types of antenna can be used, for example dipole, loop, spiral, cup-shaped antennas (known under the English name of “cup antenna”), etc.
  • the bi-quad antenna 11 may correspond to the bi-quad antenna described in the document Arguelles, A. Z., 2017, “Super high frequency reflective biquad antenna”, 10.1109/APUSNCURSINRSM.2017.8073145.
  • the two loops of the antenna 11 are identical and have a geometric shape, here a square comprising sides L1 of 30 mm.
  • the antenna 11 is not limited to this dimension and these two loops can be of different shapes, for example, they can be circular, triangular, etc.
  • the L2 size of both loops is about 90.0 mm.
  • the two loops are in the same plane P positioned facing the part of the plant 1 studied, in particular here facing the first part 224 of the external envelope 2.
  • This plane P is considered here as being a plane positioned on the surface of the antenna 11.
  • the electromagnetic flux F microwave emitted by the antenna 11 propagates in a free field (i.e. propagation in free space), that is to say that the electromagnetic flux F microwave does not encounter any other element of the apparatus 100 before reaching the external envelope 2 of the plant 1.
  • the microwave transmitter 10 or here the antenna 11 is positioned at a distance d3 from the external envelope 2 (here from the first part 224) of the plant of between 1.0 mm and 10.0 mm.
  • the antenna 11 is positioned in the near field of the external envelope 2.
  • this distance may depend on the plant, for example on the section of the plant.
  • the distance d3 may be from 1 mm to 10 mm.
  • the microwave transmitter 10 is arranged to emit the electromagnetic flux F microwave at a frequency between 1 GHz and 200 GHz, preferably between 1 GHz and 4 GHz to limit the costs of the antenna 11. In practice, this frequency range is selected with respect to the absorption spectrum of water which includes several absorption windows centered on 2.45 GHz, 22 GHz, 183 GHz.
  • the electromagnetic flux F microwave is emitted at a frequency of 2.45 GHz in order to obtain a good compromise between the penetration of electromagnetic waves into the plant and the cost of such a microwave transmitter 10.
  • this microwave electromagnetic flux F is a pulsed electromagnetic flux F in which each pulse is emitted for a duration of between 5 seconds and 30 seconds (for example here 10 seconds) and at a rate of between 3.34 mHz and 1.67 mHz.
  • a pulsed beam makes it possible to reduce the average power consumed by the microwave transmitter 10, thus limiting the power consumed by the device 100.
  • the repetition of the pulse allowing heating makes it possible to monitor the sap flow.
  • the microwave electromagnetic flux is a continuous flow. Using a continuous flow is also functional but can pose problems, for example of energy consumption.
  • the emitted electromagnetic flux F has, at the output of the microwave transmitter 10, a power greater than or equal to 1.0 W, and preferably less than 10.0 W to limit heating.
  • the microwave transmitter 10 also comprises a reflector 12, in the form of a metal plate positioned behind the antenna 11 on which the antenna 11 is fixed.
  • This reflector 12 has a size adapted to the antenna 11 (i.e. larger than the antenna 11) which is here 160 mm x 100 mm in size.
  • the metal plate is preferably made of aluminum because this material couples well with the material of the antenna 11, here copper (or aluminum). The combination of the reflector 12 and the bi-quad antenna 11 makes it possible to obtain a microwave transmitter 10 with a higher gain, thus improving the heating performance of the electromagnetic flux in the heated internal portion 331 of the plant.
  • the antenna 11 is preferably connected to the reflector 12 by a metal core 13 oriented perpendicular to the reflector 12 and to the plane P of the antenna 11, being fixed at the intersection of the two loops of the antenna 11.
  • This core makes it possible to adjust a distance between the reflector 12 and the plane of the antenna 11.
  • the antenna 11 can be attached to the reflector 12 at its lower and upper ends using fastening means, such as spacers.
  • the reflector 12 is positioned on a movable support.
  • the apparatus 100 also comprises a thermal sensor 20 arranged to sense a thermal radiation of the plant over time.
  • the thermal sensor 20 captures the thermal radiation emitted by the heated internal portion 331 of the plant. It also captures the thermal radiation of the first part 224 of the external envelope and the second part 226 of the external envelope.
  • the thermal sensor 20 is an infrared thermal sensor.
  • this thermal sensor 20 can be included in an infrared camera.
  • this thermal camera 21 is arranged to acquire a video stream of the thermal radiation over time.
  • the thermal sensor 20 may comprise a matrix of pixels arranged to capture the thermal flux of the plant 1 or may comprise at least one thermocouple, for example positioned against the second part of the external envelope of the plant crossed by the electromagnetic flux F. Using a matrix of pixels makes it possible to obtain an inexpensive device 100.
  • the thermal sensor 20 used is included in a conventional thermal camera 21, for example the SmartlR640 infrared thermal camera.
  • This thermal camera 21 comprises, for example, a pixel matrix of size 640x480 square pixels of 200 pm and has a maximum frame rate of 30 Hz and a thermal resolution of 50 mK.
  • the thermal sensor via the thermal camera 21, is arranged to convert the captured thermal radiation into a thermal signal (proportional to the captured thermal radiation) comprising the thermal fields and coded on 14 bits (i.e. 16384 digital level (DL)).
  • This thermal signal corresponds here to a video stream.
  • a variation of 1 Kelvin (K) corresponds to a variation of 588 DL.
  • the thermal sensor 20 is oriented facing the second part 226 of the external envelope 2 of the plant in order to capture the thermal radiation emitted by the surface of the plant 1. It is thus understood that the plant 1 is positioned between the microwave emitter 10 and the thermal sensor 20.
  • the thermal sensor 20 used preferably has a maximum size of 50.0 mm x 50.0 mm and a weight of less than 200.0 g in order to facilitate the arrangement of the thermal sensor 20 in the apparatus 100, which limits the size of the apparatus 100 and facilitates its mobility.
  • the thermal sensor 20 is very compact thanks to the use of a conventional thermal camera, which limits the size of the device 100.
  • Using a thermal camera 21 also makes it possible to obtain precise and easily exploitable results as will be explained below.
  • the thermal sensor 20 may be included in a thermal detector comprising the thermal camera 21 described above as well as other sensors.
  • the thermal sensor 20 is arranged to capture all of the thermal radiation emitted by the plant, in particular here at least the thermal radiation emitted by the heated internal portion 331. Consequently, its technical characteristics and its position relative to the plant are adapted according to the thermal radiation emitted which is a function of the power of the electromagnetic flux F emitted by the microwave transmitter 10 and implicitly of the type of plant and the section of the part of the plant studied.
  • section corresponds to the dimension of the cutting plane of the plant, this cutting plane being defined as the transverse plane passing through a point of the first part 224 of the external envelope (for example point 7) and oriented along the normal vector n passing through this point.
  • the section can be assimilated to the “diameter” of the part of the plant studied.
  • the thermal sensor 20 is positioned at a distance d4 from the outer envelope of the plant 1 (here from the second part 226 of the outer envelope 2) of between 300.0 mm and 600.0 mm so that the heated internal portion 331 is included in the field of the thermal sensor 20 (here from the thermal camera 21).
  • This distance d4 is for example determined by taking a normal to an outer surface of the thermal camera 21 and intersecting the second part 226 of the outer envelope of the plant 1 at a point 8.
  • the apparatus 100 also comprises a processing unit 30.
  • processing unit is meant any calculation unit or processor or computer or any other electronic element making it possible to implement a succession of commands and/or calculations.
  • This processing unit 30 typically comprises a processor, a memory and different input and output interfaces.
  • the processing unit 30 is programmed to receive any data measured by the sensors of the device 100.
  • the processing unit 30 stores a computer application, consisting of computer programs comprising instructions whose execution by the processor allows the determination of the sap flow (and optionally the water content as will be explained below).
  • the processing unit 30 illustrated in Figure 2 is at least connected to the thermal sensor 20 described above. By connected, it is meant that the processing unit 30 is arranged to communicate with another element, for example, by being configured to transmit and/or receive data from this element (here for example by wire).
  • the processing unit 30 is arranged for the data of the thermal radiation acquired by the thermal sensor 20 (here in particular receiving the video stream acquired by the thermal camera) and to process this data in order to determine from the thermal radiation a displacement of the heat front in the plant studied.
  • heat front we mean the thermal wave.
  • the displacement of the thermal wave is studied.
  • the data on the acquired thermal radiation are recorded in the memory of the processing unit 30 and the data analyzed from these acquired data are also recorded in the memory of the processing unit 30.
  • the thermal camera 21 is configured to capture thermal radiation at a frequency of 5 Hz for a time period, here being greater than 1 minute and less than 10 minutes. Typically here, the thermal camera 21 can record a video stream for 4 minutes.
  • the apparatus 100 also comprises a control circuit 40 arranged to activate and deactivate the microwave transmitter 10 and the thermal sensor 20 (here the thermal camera 21).
  • the control circuit 40 comprises a control unit 41 arranged to control the various elements of the apparatus 100, here in particular the transmitter 10, the thermal sensor 20 (or thermal camera 21), and the processing unit 30.
  • control unit 41 is meant any calculation unit or processor or computer or any other electronic element making it possible to implement a succession of commands and/or calculations.
  • This control unit 41 typically comprises a processor, a memory and different input and output interfaces.
  • the control unit 41 may comprise a microcontroller.
  • the control unit 41 is programmed to receive any data measured by the sensors of the device 100 and/or any data analyzed by the processing unit 30.
  • the device 100 comprises a screen 43 connected to the control unit (see description below of figure 11).
  • the control unit is also programmed to control the screen 43 and more generally any human-machine interface making it possible to communicate information to a user using the device 100.
  • This screen may or may not be touch-sensitive.
  • the processing unit 30 and the control unit 41 may be two separate calculation modules or a single calculation module, or be the same element performing the functions of the processing unit 30 and the control unit 41.
  • the activation of the microwave transmitter 10 and the thermal sensor 20 is carried out asynchronously, for example by a synchronization device 43 included in the control circuit 40 which activates asynchronously asynchronously the thermal sensor 20 (or the thermal camera 21) and the microwave transmitter 10.
  • the control circuit 40 is configured to firstly activate the thermal sensor 20 to measure a reference thermal radiation of the plant, i.e. when the latter is not heated by the microwave transmitter 10.
  • the control circuit 40 is configured to activate the microwave transmitter 10, the microwave transmitter 10, the activation of the thermal sensor 20 (here the thermal camera 21) being retained.
  • the control circuit 40 is configured to deactivate the microwave transmitter 10 while retaining the activation of the thermal sensor 20.
  • activating we mean turning on the element concerned.
  • the function associated with this element for example, emission of a wave or acquisition of a signal
  • deactivating we mean putting on standby, turning off or deactivating the function of this element.
  • control circuit 40 activates the thermal sensor 20 for a first time period of at least 5 seconds (here 10 seconds) to measure a reference thermal radiation of the plant, corresponding here to the initial thermal radiation of the plant before being heated by the electromagnetic flux F microwave.
  • this control circuit activates the microwave transmitter 10 to heat the part of the plant studied for a second time period, preferably greater than or equal to 3 seconds and less than or equal to 20 seconds.
  • this second time period is between 5 seconds and 15 seconds, preferably between 5 seconds and 10 seconds to avoid saturating the thermal sensor 20.
  • this second period is 10 seconds, which makes it possible to heat the internal portion 331 of the plant sufficiently to record the thermal radiation while avoiding saturation of the thermal sensor 20.
  • the control circuit 40 deactivates the microwave transmitter 10, for example by switching it off or by modifying its position so that the emitted electromagnetic flux F does not reach the plant, while keeping the thermal sensor 20 active for a third time period depending on the type of plant, in particular on known parameters of the plant affecting the sap flow, such as the plant species, the age of the plant, the section of the part of the plant studied, the state of the plant (diseased or not), etc.
  • this third time period is greater than 50.0 seconds, preferably greater than 60.0 seconds in order to acquire the propagation of the radiation thermal of the internal portion 331 which has been heated by the electromagnetic flux F.
  • this third time period can be less than 400 seconds, preferably less than 300.0 seconds in order to obtain a faster measurement while limiting the energy consumption of the device.
  • the third period is 220 seconds.
  • this period is suitable for the plant.
  • the processing unit 30 is configured to determine the sap flow based on a variation in the position of a temperature maximum in the heated internal portion 331 over time.
  • the variation in the position of the temperature maximum in the heated internal portion 331 over time makes it possible to estimate a speed of the heat front of the heated region.
  • the velocity of the heat front may be estimated using an estimation algorithm or by performing an analytical study of the thermal radiation sensed by the thermal sensor 20.
  • the processing unit 30 is configured to sequence the recorded thermal radiation into several signals as a function of time, corresponding here to sequencing the video stream into several images Imgk, each image being associated with an acquisition time (evaluated here in seconds), noted Tk, with k an index corresponding to the number of the signal considered (here of the image) which is a function of the acquisition time of this signal.
  • Figure 4 illustrates an example of seven images included in the video stream acquired by the thermal camera 21 during the third time period.
  • the images are each spaced apart in time by a period Pa of 20 seconds.
  • the processing unit 30 is configured to determine a reference point, also called thermal maximum, and denoted Hk in figure 4, with k the index corresponding to the number of the signal considered (here image number) which is a function of the acquisition time.
  • Hk maximum of the temperature profile
  • the processing unit 30 can search for this maximum temperature point typically using the max function which determines the pixel presenting the maximum intensity in each image, and record its position.
  • the processing unit is configured to extract, in each image, an axial profile of the thermal signal comprising this maximum intensity, here in particular by selecting in the first image Imgi, the line Uk of pixels comprising the reference point Hk (said selected line also being called axial profile).
  • the axial profiles having the same spatial coordinates as the axial profile selected in the first image.
  • the row Uk of pixels selected in each image Imgk is similar.
  • the processing unit 30 is then configured to compile these axial profiles into a single image as a function of the acquisition time.
  • this image has as its abscissa the acquisition time associated with each axial profile and as its ordinate the position of the pixels of the line Uk of pixels comprising the reference point.
  • the processing unit 30 is configured to determine a displacement of the heat front by extracting the coordinates of the reference point Hk from each axial profile, or by taking the coordinates of the point having the maximum temperature in each extracted axial profile. These coordinates are extracted and recorded in the memory of the processing unit 30.
  • This variation is generally linear, so by carrying out a linear regression on the extracted data, the processing unit 30 is configured to determine the speed of displacement of the heat front in the plant from the direction coefficient of the linear line.
  • the maximum temperature can be estimated in each signal (here each image of FIG. 4), for example by using a local approximation of the least mean squares on the signals.
  • the processing unit is configured to estimate from the acquired heat flux a position of a maximum temperature point, for example here by using a quadratic local approximation whose coefficients are determined by the least squares method.
  • the processing unit 30 determines the speed of movement of the heat front in the plant from the direction coefficient of the linear line, this speed being determined from the reference point corresponding here to the position of the maximum temperature of the heat front.
  • the processing unit 30 is then configured to determine the sap flow from the speed of movement of the determined heat front, noted in the sequence Vh P .
  • these parameters can be determined, for each species, using a table giving these parameters as a function of the type of plant (extracted from data from the literature) or using a database accessible to the device 100 via a communication module 42 (described below).
  • this table can be recorded in the memory of the processing unit 30 and can be updated using the communication module 42.
  • C Cw + me Cs [130] with Cw corresponding to the thermal capacity of the water determined by a table, me the water content of the plant concerned (determined by another device external to the device 100 or by an additional measurement carried out by the device 100 and Cs the capacity of the sap of the plant concerned).
  • Aves corresponding to a section of the xylem vessels in which the sap flow is transported and A sw corresponding to the section of the part of the plant considered.
  • this section A sw corresponds to the diameter (or section) of the sapwood of the plant and can be determined by the following formula:
  • the processing unit determines the sap flow u of the plant from formula Math. 3 using a table as described above, formula Math. 4 and, optionally, formula Math. 5 as described above.
  • the selected transverse profile is assimilated to the region of vessels which has been heated. This profile is chosen by identifying the maximum temperature. Therefore, the determined sap flow u corresponds to the sap flow of the group of vessels of the plant which has been heated and in which the maximum temperature has been previously determined. Nevertheless, to facilitate the determination of the sap flow, it is considered that all the vessels in the part of the plant studied have the same section (or diameter) and that the sap flow propagates uniformly in this plant.
  • the apparatus 100 illustrated in figure 2 comprises a focusing device 50, positioned between the microwave emitter 10 and the plant, and comprising at least one focusing lens 51 for focusing the microwave electromagnetic flux F on the outer envelope of the plant.
  • the focusing lens is configured to focus the microwave electromagnetic flux F at the focal point of the lens.
  • the first part 224 of the outer envelope is positioned in the focal plane of the focusing device 50.
  • the microwave transmitter 10 (here the antenna 11) can be positioned at a distance d3 greater than 10 mm.
  • the focusing lens may be a lens made of a selected dielectric material, e.g., polycarbonate, as described in Abd Rahman, Amirah and Kamardin, Kamilia and Yamada, Yoshihide and Takahashi, Masaharu, “Design Method of a Focusing Dielectric Lens Antenna and Temperature Increment Measurement at the Focusing Spot,” http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4377519 .
  • a selected dielectric material e.g., polycarbonate
  • the focusing device or here the focusing lens 51 can be, for example, positioned at a distance d5 from the external envelope 2 greater than 10 cm, preferably 30 cm, and less than 100 cm.
  • the distance d3 can be 50 cm and the distance d5 can be 30 cm.
  • the apparatus 100 illustrated in FIG. 1 also comprises an electromagnetic flux sensor 60.
  • the apparatus 100 is also configured to measure a water content in this plant.
  • this electromagnetic flux sensor 60 is arranged to capture an electromagnetic flux reflected by said plant via an antenna operating here in reception.
  • the antenna of the electromagnetic flux sensor 60 corresponds here to the antenna 11 of the microwave transmitter 10.
  • the antenna 11 forms (or more generally the microwave sensor 10 forms), in this embodiment, the electromagnetic flux sensor 60. It is thus understood that the antenna 11 of the apparatus 100 is therefore arranged, on the one hand, to operate in transmission to emit the microwave electromagnetic flux F and, on the other hand, to operate in reception to capture the microwave electromagnetic flux reflected by the first part 224 of the external envelope 2 of the plant.
  • the electromagnetic flux sensor 60 in particular the antenna 11, is also connected to the processing unit 30 to receive and analyze the electromagnetic flux reflected by the plant.
  • the processing unit 30 is also arranged to determine from the reflected electromagnetic flux a water content of said plant.
  • the processing unit 30 is arranged to determine a self-reflection coefficient then, from this self-reflection coefficient, determine the water content.
  • the processing unit 30 determines, from the reflected electromagnetic flux, a received power, noted Pr, by formulas known to those skilled in the art and then determines a reflection coefficient of the reflected microwave electromagnetic wave by calculating a ratio between the received power Pr and the power emitted Pe by the antenna 11.
  • the processing unit 30 uses a table which links the self-reflection coefficient to the water content for the determination of the water content of the plant.
  • this table is at least a function of the nature of the plant. It can also depend on the section of the plant (Le. type of herbaceous plant or type of woody plant) on which the emitted electrometric flux F is reflected.
  • the memory of the processing unit 30 can comprise several pre-recorded tables for the different types of plants, that is to say for different classes of herbaceous plants and different classes of woody plants, each linking at least the self-reflection coefficient to a water content. It is also understood that these classes can be divided into subclasses in order to take into consideration the section of the plant on which the emitted electromagnetic flux F is applied.
  • These pre-recorded tables can be updated and/or supplemented by means of a communication module 42 included in the control unit 40 of the device 100.
  • This communication module 42 is configured to transmit and receive data external to the device 100.
  • this communication module can comprise a transmitter and a receiver.
  • the communication module 42 uses a wireless communication network, for example based on WIFI technology, and/or 2G/3G/4G/5G technology and/or Bluetooth technology.
  • this communication module can be connected to the internet and can thus be connected to databases external to the device 100 or to an external server.
  • the electromagnetic flux emitted by the microwave transmitter 10 and used for measuring the water content may be low, for example it may be greater than or equal to 0 dBm (i.e. 1 mW on a 50 Ohm load) and preferably less than or equal to 10 dBm, or may be similar to that emitted during the second time period (described above) and used to measure the sap flow.
  • the measurement of the water content can be carried out independently of the measurement of the sap flow.
  • the activation of the microwave transmitter 10 and the sensor thermal 20 is similar to that described above.
  • the apparatus 100 also comprises an orientation adjustment device 71 arranged to orient and maintain the microwave emitter 10 relative to the thermal sensor 20, here in particular facing the thermal sensor 20. It also comprises an orientation adjustment device 72 to orient the electromagnetic flux sensor 60 relative to the first part 224 of the external envelope 2 of the plant 1.
  • these orientation adjustment devices may be manual or motorized.
  • each orientation adjustment device may comprise adjustment rings and/or at least one electric motor to adjust the orientation of the different elements of the apparatus 100, here in particular at least the emitter 10 and the thermal sensor 20.
  • the apparatus 100 may also comprise a position adjustment device 71 arranged to adjust the position of the microwave emitter 10 relative to the plant (along at least one spatial direction, here at least in translation along the z axis of the orthonormal reference frame represented at 7), and optionally a position adjustment device 72 arranged to adjust the position of the thermal sensor 20 relative to the plant (along at least one spatial direction, here at least in translation along the z axis), and optionally a position adjustment device 71 (or 74) arranged to adjust the position of the electromagnetic flux sensor 60 (or 110) relative to the first part 224 of the external envelope 2 of the plant 1 (along at least one spatial direction).
  • each position adjustment device may be manual or motorized.
  • each position adjustment device may comprise adjustment rings and/or at least one electric motor arranged to adjust the position of the elements of the device 100, i.e. here at least the thermal sensor 20 and the microwave transmitter 10.
  • each position adjustment device and orientation adjustment device of the same element are connected to each other or form a single element (called position and/or orientation adjustment device) in order to adjust more precisely the position and/or orientation of the element in question of the apparatus 100.
  • each position and/or orientation adjustment device is controlled by the control unit 41 in order to obtain the desired position and orientation.
  • each position and/or orientation adjustment device may comprise a mobile support on which an element of the apparatus 100 may be mounted.
  • These different mobile supports may each comprise a motor (or may be controlled by a single motor) or an adjustment ring for adjusting the position of the mobile support in question by translation along the z axis and/or by translation along the transverse axes x, y and for adjusting the orientation of the mobile support in question by rotation around the x, y and/or z axes.
  • the distance d3 between the microwave emitter 10 and the first part 224 of the external envelope 2 of the plant 1 (or here the distance d5 between the focusing device 50 and the first part 224 of the external envelope 2 of the plant), the distance d4 between the second part 226 of the external envelope 2 of the plant and the thermal sensor 20.
  • These distances can be adjusted before the emission of the electromagnetic flux F microwave or adjusted during the emission of the electromagnetic flux F microwave.
  • a distance (d3 or d6) between the electromagnetic flux sensor 60 (or 110 in FIG. 8) and the external envelope 2 of the plant can also be adjusted.
  • the apparatus 100 comprises a support 90 on which at least the microwave transmitter 10 and the thermal sensor 20 are mounted.
  • This support 90 may be a portable support 90.
  • portable it is meant that the support 90 can be moved by a user, for example if this support is not included in a housing.
  • the portable support 90 is fixed and may correspond to a tray on which the processing unit 30, the control circuit 40, the microwave transmitter 10, the thermal sensor 20, the orientation adjustment device, the position adjustment device and the electromagnetic flux sensor 60 are mounted.
  • the mobile supports described above controlled in orientation and/or in position by the control unit 41 are positioned on the support 90 to move at least the microwave transmitter 10, the thermal sensor 20 and, optionally, the electromagnetic flux sensor 60 relative to the plant 1.
  • the support 90 may comprise a rail 91 on which are mounted a mobile support 71 of the microwave transmitter 10 (carrying the reflector 12), a mobile support 72 of the thermal sensor 20 (here carrying the thermal camera 21), and optionally a mobile support 73 of the focusing device 50.
  • these mobile supports may move in translation and/or may also each comprise means for adjusting the orientation (for example by adjusting three rotations) of the element that they carry while being controlled by the control unit 41.
  • this rail 91 may protrude from the portable support 90 or may be formed in the thickness of the support 90.
  • this rail 91 may be broken down into two rails, each rail being included in a housing of the apparatus 100 which will be described below.
  • the apparatus 100 may comprise a portable housing 101 in which the various elements of the apparatus 100 are mounted.
  • this portable housing 101 has an internal volume arranged to accommodate the various elements of the apparatus 100, i.e. here at least a part of the microwave transmitter 10, the thermal sensor 20, the processing unit 30, the electromagnetic flux sensor 60 and all another element of the apparatus 100 described above.
  • the plant 1 is positioned between the microwave transmitter 10 and the thermal sensor 20, it is understood that this housing 101 can be broken down into several sub-housings 101 (figure 7), each of the sub-housings having an internal volume, the portable support 90 being part of each sub-housing.
  • the apparatus 100 may comprise:
  • a first sub-housing 101a comprising at least the microwave transmitter 10, the movable support 71 of the microwave transmitter 10, a part of the intermediate element (corresponding to a part of the rail 91) and optionally the electromagnetic flux sensor 60, the movable support of the electromagnetic flux sensor (if distinct from the microwave transmitter 10), the focusing device 50 and the movable support 73 of the focusing device 50,
  • a second sub-housing 101b comprising at least the processing unit 30, optionally the control circuit 40, the thermal sensor 20 and the mobile support 72 of the thermal sensor 20, another part of the intermediate element (here of the rail 91).
  • Such a case therefore makes it possible to protect and concatenate the different elements of the device 100 while providing suitable protection for these elements.
  • this case is waterproof and resistant to impacts below 10 shore A.
  • This case 101 is also waterproof. It can be made of plastic.
  • the apparatus 100 may also comprise a holding device 104, corresponding here to a device for holding the support on the ground.
  • this holding device may comprise a foot, similar to a portable tripod or casters.
  • each electronic or motorized element may include its own power source.
  • the processing unit 30, the microwave transmitter, the thermal sensor and optionally the other elements of the devices 100 can be powered by their own energy sources.
  • the apparatus 100 also comprises a reference support configured to define a (fixed) distance d7, d5 between the microwave transmitter (or the antenna) and the external envelope 2 of the plant.
  • a reference support configured to define a (fixed) distance d7, d5 between the microwave transmitter (or the antenna) and the external envelope 2 of the plant.
  • this reference support may be an element or an object positioned between the microwave transmitter 10 and the external envelope 2 of the plant.
  • this object may be of any shape, for example parallelepiped-shaped, such as a rectangle or a square, or be circular-shaped.
  • this reference support may extend in a main direction oriented parallel to the length L2 illustrated in FIG. 3 so as to cover the antenna 11.
  • this reference support is transparent to the microwave electromagnetic flux emitted by the microwave transmitter 10.
  • transparent we mean here that the reference support is configured to allow the microwave electromagnetic flux to pass through (i.e. it does not block or modify the propagation of the microwave electromagnetic flux).
  • the material of the marker support is selected to be transparent to the microwave electromagnetic flux.
  • the marker support can be made from at least one of the following materials: a plastic material such as Polyethylene (PE), Polytetrafluoroethylene (PTFE), Polypropylene (PP); a ceramic material such as Alumina (AI2O3), quartz; a glass such as Borosilicate glass, fused quartz glass; a composite material such as fiberglass, polystyrene foam.
  • this reference support may correspond to an element of the device for adjusting the position of the microwave transmitter relative to the plant, for example a pin, arranged to block the distance between the microwave transmitter 10 (or the antenna) and the external envelope of the plant.
  • the housing 101 may be fixed to the plant by fixing collars and when the position of the transmitter is chosen, the latter is fixed by this reference support.
  • the apparatus 100 also comprises a control device (or control circuit) configured to capture an electromagnetic flux reflected by said plant and modify the electromagnetic flux emitted (for example its power, its intensity) by the microwave transmitter as a function of the reflected electromagnetic flux.
  • a control device or control circuit
  • the control device records a variation in the power of the electromagnetic flux, it adapts the emitted electromagnetic flux to obtain a power of the reflected electromagnetic flux.
  • this control device may comprise an electromagnetic flux sensor arranged to capture the electromagnetic flux reflected by the external envelope 2.
  • this sensor may be the antenna 11.
  • this sensor may be an additional sensor (not illustrated) of the device 100 (or 200), for example a microwave antenna operating in reception.
  • this control device may also comprise a directional coupler, such as that described on page ;-their-i i-and- in order to achieve power control. In practice, this control device is included in the processing unit 30 described above.
  • the apparatus 200 illustrated in Figure 8 comprises the microwave transmitter 10 comprising an antenna 11 as described above, (optionally) a focusing device 50 similar to that of the device 100, a thermal sensor 20 similar to that of the device 100, a processing unit 30 similar to that of the device 100, a control circuit 40 as described above, a position and/or orientation adjustment device similar to those of the device 100 (being broken down into different movable supports as described in the apparatus 100), a support 90 as described above.
  • This apparatus 200 also comprises an electromagnetic flux sensor 110.
  • the electromagnetic flux sensor 110 is oriented facing the second part 226 of the external envelope 2 crossed by the electromagnetic flux F. In other words, this means that the electromagnetic flux sensor 110 is positioned on the side by which the electromagnetic flux F is transmitted through the plant (side by which the electromagnetic flux leaves the plant).
  • the electromagnetic flux sensor 110 is arranged to capture an electromagnetic flux transmitted by the plant 2 via an antenna 111 included in the electromagnetic flux sensor 110 and operating in reception.
  • the antenna 111 is therefore a second antenna of the device 200 and is therefore distinct from the antenna 11 of the microwave transmitter 10.
  • This antenna 110 forms the electromagnetic flux sensor 110.
  • the device 100 comprises two antennas, an antenna 11 of the microwave transmitter 10 which operates in transmission and the antenna 111 of the electromagnetic flux sensor 110 which operates in reception.
  • This antenna 110 is connected to the processing unit 30, which in this embodiment is configured to receive and analyze the transmitted electromagnetic flux, corresponding here to the outgoing electromagnetic flux at the level of the second part 226 of the external envelope 2 of the plant.
  • the processing unit 30 determines from the electromagnetic flux transmitted by the plant a water content of the plant.
  • the processing unit 30 is arranged to determine a transmission coefficient from the transmitted electromagnetic flux Pr captured by the antenna 111 and the power emitted Pe by the antenna 11 by making the ratio of these quantities, and, from this transmission coefficient, determine the water content.
  • the water content is determined using a table linking this transmission coefficient to the water content.
  • this table depends on the nature of the plant and may also depend on the section of the plant receiving the microwave electromagnetic flux emitted by the antenna 11.
  • the plant is positioned between the microwave transmitter 10 and the electromagnetic flux sensor 110.
  • the measurement of the sap flow and the water content are carried out alternately since in this example the thermal sensor 20 and the electromagnetic flow sensor 110 must be positioned towards the second part 226 of the external envelope 2 of the plant crossed by the electromagnetic flow F.
  • the position and/or orientation adjustment device is configured to adapt the position of the thermal sensor and the electromagnetic flow sensor for each measurement, for example by moving the electromagnetic flow sensor out of the field of the thermal sensor when measuring the sap flow and vice versa by moving the electromagnetic flow sensor out of the field of the electromagnetic flow sensor the thermal sensor.
  • the electromagnetic flow sensor can be positioned between the plant and the thermal sensor. Therefore, when measuring the sap flow, the electromagnetic flow sensor can be moved in the spatial directions x, y to move this sensor out of the field of the thermal sensor and conversely reposition the electromagnetic flow sensor facing the second part 226 of the outer envelope of the plant when measuring the water content. Therefore, during this water content measurement, the thermal sensor can simply be deactivated or put on standby.
  • the support 90 can comprise at least one other rail oriented perpendicularly (here in the spatial direction y) to the rail 91 oriented in the spatial direction z. These two rails can be connected. Alternatively, as illustrated in FIG.
  • the support 90 of the housing 101 b may comprise a curved rail 92 making it possible to move the mobile support 72 of the thermal sensor 20 and the mobile support 74 of the magnetic flux sensor 110.
  • the support 90 may also comprise a mobile plate 93 controlled by the control circuit 40 to move this rail in translation along the spatial direction z. Such an arrangement makes it possible to limit the size of the device 200.
  • FIG. 10 A third embodiment of an apparatus 300 according to the present disclosure will now be described with the aid of FIG. 10.
  • the apparatus 300 comprises all the elements of the apparatus 100, so only the differences with the apparatus 100 described above will be described.
  • the thermal sensor 20 is positioned on the same side as the microwave emitter 10. Therefore, in this embodiment, the thermal sensor 20 is oriented opposite the first part 224 of the external envelope 2 of the plant irradiated by the microwave electromagnetic flux F.
  • the thermal sensor 20 and the microwave emitter 10 can be positioned on a curved rail (as described in FIG. 8). In the case of using a focusing device 50, the latter can be positioned on another rail positioned between the plant and the rail carrying the microwave emitter and the thermal sensor. These two rails can also be positioned on a movable plate adjusting a position of the elements in the housing 101a along the spatial direction z (as described in FIG. 8).
  • the holding device 104 may be similar to that described above or be a device for holding the apparatus to the plant, for example using holding rings or holding clips;
  • Such an arrangement can in particular be used when the plant subject to measurement has a sufficient section, for example a section greater than 2.0 cm. Indeed, in this case, the internal portion 331 is closer to the first part 224 of the envelope external 2 than the second part 226 of the external envelope 2.
  • the present invention is in no way limited to the embodiments described and shown, but those skilled in the art will be able to provide any variant in accordance with the invention.
  • the apparatus 300 illustrated in FIG. 10 can use, instead of the electromagnetic flow sensor 60 of the apparatus 100, the electromagnetic flow sensor 110 of the apparatus 200.
  • Such an arrangement allows, as in the case of the apparatus 100, simultaneous measurement of the sap flow and the water content.
  • the invention also relates to a method 400 for measuring at least one sap flow in a plant.
  • this method 400 is implemented by any of the devices described above.
  • the method 400 comprises a step of emission E1 by the microwave transmitter 10 of an electromagnetic flux F microwave in the direction of the first part of the external envelope of said plant so as to heat an internal portion of said plant.
  • the method 400 also comprises a step E2 of capturing by the thermal sensor 20 the thermal radiation of said plant over time as described, for example, in the device 100.
  • the method 100 may also comprise a step E5 of capturing the electromagnetic flux reflected or transmitted by the plant and a step E6 of determining, by the processing unit 30, a water content from the reflected or transmitted electromagnetic flux.
  • this capturing step E5 may be carried out by the antenna 11 or by another antenna 111 operating only in reception.

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Abstract

L'invention concerne un appareil portatif de mesure (100) d'au moins un flux de sève dans un végétal, ledit végétal ayant une enveloppe externe, ledit appareil (100) comprenant: - un émetteur micro-onde (10) pour émettre un flux électromagnétique micro-onde en direction d'une première partie de l'enveloppe externe dudit végétal de manière à chauffer une portion interne dudit végétal; - un capteur thermique (20) agencé pour capter un rayonnement thermique dudit végétal au cours du temps, - une unité de traitement (30) configurée pour déterminer à partir du rayonnement thermique capté par le capteur thermique, un déplacement du front de chaleur au cours du temps dans ledit végétal et pour estimer, sur la base du déplacement du front de chaleur, le flux de sève.

Description

APPAREIL PORTATIF DE MESURE D’AU MOINS UN FLUX DE SEVE DANS UN VEGETAL
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[1]La présente invention concerne de manière générale un appareil de mesure d’au moins un flux de sève dans un végétal, par exemple dans un herbacé ou dans un ligneux.
[2] Elle concerne plus particulièrement un appareil de mesure portatif d’au moins un flux de sève dans un végétal, et, optionnellement, d’une teneur en eau dans ce végétal.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[3]On connaît des dispositifs de mesure du flux de sève utilisant un faisceau émis par une diode laser émettant un flux lumineux sur une partie de l’enveloppe externe du végétal pour provoquer un échauffement externe de ce végétal, cet échauffement se propageant ensuite sous l’action combinée de la diffusion et du transport de la sève.
[4]Ces dispositifs sont fonctionnels mais posent divers problèmes, notamment d’endommagement du végétal. En effet, le flux lumineux pénètre difficilement dans le végétal considéré et par conséquent, il est nécessaire d’enlever une partie de l’enveloppe externe de ce végétal pour permettre une diffusion du flux lumineux dans la partie interne du végétal.
[5] En outre, dû à la faible pénétration du flux lumineux dans le végétal considéré, ces dispositifs sont limités aux végétaux de faibles diamètres et par conséquent ils sont peu adaptés à la mesure de végétaux de différents diamètres.
[6] Il s’avère également que ces dispositifs sont encombrants dû à l’utilisation de la diode laser. De ce fait, ces dispositifs sont non portatifs et semblent peu adaptés à la mesure sur site.
PRESENTATION DE L'INVENTION
[7]Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose un appareil portatif de mesure d’au moins un flux de sève dans un végétal, ledit végétal ayant une enveloppe externe, ledit appareil comprenant :
- un émetteur micro-onde pour émettre un flux électromagnétique micro-onde en direction d’une première partie de l’enveloppe externe dudit végétal de manière à chauffer une portion interne dudit végétal ;
- un capteur thermique agencé pour capter un rayonnement thermique dudit végétal au cours du temps;
- une unité de traitement configurée pour déterminer à partir du rayonnement thermique capté par le capteur thermique, un déplacement du front de chaleur au cours du temps dans ledit végétal et pour estimer, sur la base du déplacement du front de chaleur, le flux de sève.
[8] Ainsi , l’utilisation d’un émetteur micro-onde permet de générer un flux électromagnétique qui pénètre très bien dans le végétal considéré et qui est très peu atténué par ce végétal. De ce fait, la mesure du déplacement du front de chaleur n’endommage pas le végétal considéré, ce qui permet d’obtenir une estimation du flux de sève à partir de mesures non invasives facilitant les mesures sur site.
[9] En outre, grâce la combinaison du capteur thermique et de l’émetteur micro-onde, le flux de sève peut être déterminé sur des végétaux de différentes tailles, ce qui facilite la mesure sur site.
[10] Il s’avère également que l’utilisation de l’émetteur micro-onde permet de limiter l’encombrement de l’appareil de mesure. L’appareil de mesure obtenu est donc portatif et très adapté à la mesure sur site.
[11] D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’appareil conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes.
[12] Dans un mode de réalisation, le capteur thermique est orienté en regard d’une deuxième partie de l’enveloppe externe du végétal traversée par le flux électromagnétique. Par exemple, un tel agencement peut être utilisé lorsque la section du végétal étudiée est inférieure ou égale à 2 cm.
[13] Dans un mode de réalisation, le capteur thermique est orienté en direction de la première partie de l’enveloppe externe du végétal. Par exemple, un tel agencement peut être utilisé lorsque la section du végétal étudiée est supérieure à 2 cm.
[14] Dans un mode de réalisation, l’appareil comprend un capteur de flux électromagnétique agencé pour capter le flux électromagnétique réfléchi ou transmis par le végétal, ladite unité de traitement étant configurée pour déterminer, à partir du flux électromagnétique réfléchi ou transmis, une teneur en eau dudit végétal.
[15] Dans un mode de réalisation, l’unité de traitement utilise, pour la détermination de la teneur en eau du végétal, une table reliant un coefficient d’autoréflexion ou de transmission dudit végétal à une teneur en eau, ladite table étant fonction de la nature du végétal.
[16] Dans ce mode de réalisation, l’émetteur micro-onde peut comprendre une antenne fonctionnant, d’une part, en émission pour émettre le flux électromagnétique micro-onde et, d’autre part, en réception pour capter le flux électromagnétique réfléchi par ledit végétal et former ainsi ledit capteur de flux électromagnétique.
[17] Dans un mode de réalisation, l’appareil comprend un dispositif de focalisation agencé pour focaliser ledit flux électromagnétique sur la première partie de l’enveloppe externe du végétal.
[18] Dans un mode de réalisation, l’émetteur micro-onde comprend une antenne bi-quad. [19] Dans un mode de réalisation, l’antenne du capteur de flux électromagnétique est distincte de l’antenne de l’émetteur micro-onde.
[20] Dans ce mode de réalisation, l’antenne du capteur de flux électromagnétique est une antenne bi-quad. Dans ce cas, l’antenne du capteur de flux électromagnétique peut présenter un agencement similaire à celui de l’antenne de l’émetteur micro-onde.
[21] Dans un mode de réalisation, le flux électromagnétique est émis à une fréquence comprise entre 1GHz et 200 GHz, de préférence entre 1 GHz et 25 GHz, de préférence entre 1GHz et 4 GHz. Utiliser des fréquences faibles permet d’utiliser un émetteur microonde moins onéreux.
[22] Dans un mode de réalisation, le flux électromagnétique émis par l’émetteur microonde est un flux électromagnétique impulsionnel.
[23] Dans un mode de réalisation, le capteur thermique est compris dans une caméra thermique agencée pour acquérir un flux vidéo du rayonnement thermique, ledit déplacement du front de chaleur étant déterminé à partir de ce flux vidéo.
[24] Dans un mode de réalisation, l’appareil comprend un circuit de commande agencé pour activer et désactiver l’émetteur micro-onde et le capteur thermique, ladite activation de l’émetteur micro-onde et du capteur thermique étant réalisée de manière asynchrone.
[25] Dans ce mode de réalisation, pendant une période temporelle, l’émetteur micro-onde et le capteur thermique peuvent être activés.
[26] Dans un mode de réalisation, l’appareil comprend un dispositif d’ajustement en orientation agencé pour orienter et maintenir l’émetteur micro-onde par rapport au capteur thermique, par exemple face au capteur thermique ou côte à côte du capteur thermique.
[27] Dans un mode de réalisation, l’appareil comprend un dispositif d’ajustement en position agencé pour régler la position de l’émetteur micro-onde par rapport au végétal et pour régler la position du capteur thermique par rapport au végétal.
[28] Dans un mode de réalisation, l’appareil comprend un support portatif sur lequel sont montés au moins l’émetteur micro-onde et le capteur thermique.
[29] Dans un mode de réalisation, l’appareil comprend :
- un boîtier portatif associé au support portatif et accueillant au moins une partie de l’émetteur micro-onde et au moins une partie du capteur thermique, l’unité de traitement,
- un dispositif de maintien du support au sol ou sur ledit végétal.
[30] Dans un mode de réalisation, l’appareil comporte un support repère agencé pour définir une distance entre l’émetteur micro-onde et l’enveloppe externe dudit végétal.
[31] Dans un mode de réalisation, l’appareil comporte un dispositif d’asservissement configuré pour capter un flux électromagnétique réfléchi par ledit végétal et modifier le flux électromagnétique émis par l’émetteur micro-onde en fonction du flux électromagnétique réfléchi. [32] L’invention concerne également un procédé de mesure d’au moins un flux de sève dans un végétal, ledit végétal ayant une enveloppe externe, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- émission par un émetteur micro-onde d’ un flux électromagnétique micro-onde en direction d’une première partie de l’enveloppe externe dudit végétal de manière à chauffer une portion interne dudit végétal ;
- captation par un capteur thermique d’un rayonnement thermique dudit végétal au cours du temps;
- détermination, par une unité de traitement, d’un déplacement du front de chaleur au cours du temps dans ledit végétal à partir du rayonnement thermique capté par le capteur thermique et estimation, sur la base du déplacement du front de chaleur, du flux de sève.
[33] Dans un mode de réalisation, ledit procédé comprend également une étape de captation, par un capteur de flux électromagnétique, du flux électromagnétique réfléchi ou transmis par le végétal et une étape de détermination, par l’unité de traitement, d’une teneur en eau à partir du flux électromagnétique réfléchi ou transmis.
[34] Dans un mode de réalisation, ledit procédé comprend une étape de focalisation, par un dispositif de focalisation, du flux électromagnétique sur la première partie de l’enveloppe externe du végétal.
[35] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[36] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
[37] Sur les dessins annexés :
[38] la figure 1 est une représentation schématique d’un premier mode de réalisation d’un appareil portatif de mesure selon la présente divulgation et utilisé sur site ;
[39] la figure 2 est une représentation schématique en vue de dessus de l’appareil selon le premier mode de réalisation;
[40] la figure 3 est une représentation schématique d’un émetteur micro-onde vue de face utilisé dans l’appareil suivant le premier mode de réalisation ;
[41] la figure 4 est une représentation schématique d’un flux vidéo d’un rayonnement thermique acquis par un capteur thermique compris dans l’appareil suivant le premier mode de réalisation ;
[42] la figure 5 est une représentation schématique des étapes d’un premier traitement du flux vidéo illustré en figure 4 par une unité de traitement comprise dans l’appareil suivant le premier mode de réalisation et illustrant dans une première courbe A, des profils axiaux extraits sur le flux vidéo illustré en figure 4, et dans une deuxième courbe B, une variation temporelle de la position d’un point de référence au cours du temps déterminé à partir du flux vidéo illustré en figure 4;
[43] la figure 6 illustre une variation temporelle de la position du point de référence au cours du temps déterminé à partir du flux vidéo illustré en figure 4 en utilisant un second traitement du flux vidéo illustré à la figure 4 ;
[44] La figure 7 est une représentation schématique en vue de profil de l’appareil selon le premier mode de réalisation ;
[45] la figure 8 est une représentation schématique en vue de dessus d’un deuxième mode de réalisation d’un appareil de mesure selon la présente divulgation ;
[46] la figure 9 est une représentation schématique en vue de dessus d’un exemple d’un agencement d’un deuxième sous-boîtier compris dans l’appareil selon le deuxième mode de réalisation ;
[47] la figure 10 est une représentation schématique en vue de dessus d’un troisième mode de réalisation d’un appareil de mesure selon la présente divulgation ;
[48] la figure 11 est une représentation schématique en vue de profil d’une face d’un boîtier ou d’un sous-boîtier compris dans un appareil selon le premier mode ou deuxième mode ou troisième mode de réalisation selon la présente divulgation,
[49] la figure 12 est une représentation schématique d’un procédé selon la présente divulgation.
[50] Il va maintenant être décrit à l’aide des figures 1 à 7 et de la figure 11 un premier mode de réalisation d’un appareil 100 (ou dispositif) de mesure d’au moins un flux de sève dans un végétal.
[51] Dans la présente divulgation, le terme végétal comprend les végétaux ligneux et herbacés.
[52] Le terme flux de sève correspond à une vitesse de la sève dans une partie du végétal étudiée. Il peut également désigner le débit de sève et s’exprimer en g/h. Dans la présente divulgation, le flux de sève correspond à la vitesse de la sève dans la partie du végétal étudiée. La partie du végétal étudiée correspond ici au moins à la partie du végétal recevant un flux électromagnétique émis par l’appareil 100.
[53] L’appareil 100 peut être portatif (appareil portatif). Dans la présente divulgation, on entend par portatif un appareil qui est transportable. De ce fait, cet appareil est mobile.
[54] Comme illustré en figure 1 , cet appareil est transportable dans le fait qu’il est déplaçable par un utilisateur et peut être emmené sur site, c’est-à-dire dans l’environnement extérieur. [55] Par sur site, on entend que l’appareil peut effectuer la mesure du flux de sève sur le végétal directement présent dans l’environnement, c’est-à-dire directement sur le végétal concerné. Par conséquent, il n’est pas nécessaire de prélever un échantillon de ce végétal (qui endommagerait le végétal concerné) et de réaliser cette mesure en laboratoire. Néanmoins, on comprend que cet appareil peut également être utilisé en laboratoire sur des échantillons de végétaux.
[56] De manière non limitative, dans cet exemple, le végétal correspond à une partie du végétal étudiée, par exemple ici une partie d’une branche d’un arbre 1. Cette partie du végétal comprend une enveloppe externe 2, correspondant ici à une partie de l’écorce de l’arbre, délimitant une partie interne 3 du végétal 1. Dans la suite, pour faciliter la lecture, l’expression végétal est utilisée pour se référer à la partie du végétal étudiée.
[57] Bien entendu, la présente invention fonctionne sur tous types de végétaux, par exemple sur les arbres et arbustes, les céréales, les vignes, les fleurs, etc.
[58] L’appareil 100 illustré sur la figure 1 et la figure 2 comprend un émetteur micro-onde 10. L’émetteur micro-onde 10 est agencé pour émettre un flux électromagnétique F sur l’enveloppe externe 2 du végétal et pour chauffer, par l’intermédiaire de ce flux électromagnétique F une portion interne 331 du végétal 1.
[59] Comme illustré en figure 2, ce flux électromagnétique F est orienté en direction d’une première partie 224 de l’enveloppe externe 2 du végétal 1 afin de venir irradier cette première partie 224 de l’enveloppe externe 2 du végétal 1. Ce flux électromagnétique F va ensuite pénétrer dans le végétal 1 et venir chauffer en interne la portion interne 331 du végétal 1.
[60] On comprend alors que cet émetteur 10 est utilisé comme un moyen de chauffage externe agencé pour chauffer la portion interne 331 du végétal 1.
[61] Dans ce mode de réalisation, la portion interne 331 est localisée à proximité d’une deuxième partie 226 de l’enveloppe externe 2 du végétal 1 traversée par le flux électromagnétique F. Bien entendu, comme cela sera expliqué à l’aide de la figure 9, la portion interne 331 chauffée peut être localisée à proximité de la première partie 224 de l’enveloppe externe 2 du végétal 1.
[62] Par le terme « à proximité de », on entend proche de. En d’autres termes, on comprend que la portion interne 331 chauffée du végétal 1 par le flux électromagnétique est espacée de la deuxième partie 226 de l’enveloppe externe 2 par une distance d2 qui est inférieure à une distance d1 séparant la première partie 224 de l’enveloppe externe 2 de la portion interne 331 chauffée. En pratique, cette distance d1 peut être considérée en déterminant, par exemple, la position d’un maximum de température 5 dans la portion interne 331 du végétal 1, la distance d1 et d2 pouvant correspondre aux distances définies par rapport à un vecteur normal (noté n) passant par un point 7 de la première partie 224 de l’enveloppe externe 2 et passant par le maximum de température 5.
[63] On comprend également que la deuxième partie 226 de l’enveloppe externe 2 est une partie qui est traversée par le flux électromagnétique F se propageant dans le végétal 1. En d’autres termes, le flux électromagnétique F sort du végétal (ici de la partie étudiée du végétal) par la deuxième partie 226 de l’enveloppe externe 2.
[64] Dans cet exemple, l’émetteur micro-onde 10 comprend une antenne 11 fonctionnant en émission émettant le flux électromagnétique micro-onde. Cette antenne est par exemple alimentée par un générateur micro-onde compris dans l’émetteur micro-onde 10. Dans cet exemple, l’antenne 11 est une antenne bi-quad comprenant deux boucles faites à partir d’un fil métallique, par exemple en cuivre ou en aluminium (ici en cuivre) , et présentant un diamètre d’environ 1 ,0 mm (dans cet exemple). Bien entendu, d’autres types d’antenne peuvent être utilisés, par exemple des antennes de type dipôle, boucle, spirale, en forme de gobelet (connu sous le nom anglais de « cup antenna »), etc.
[65] Typiquement, l’antenne 11 bi-quad peut correspondre à l’antenne bi-quad décrite dans le document Arguelles, A. Z., 2017, « Super high frequency reflective biquad antenna », 10.1109/APUSNCURSINRSM.2017.8073145.
[66] Comme illustré en figure 3, les deux boucles de l’antenne 11 sont identiques et présentent une forme géométrique, ici un carré comprenant des côtés L1 de 30 mm. Bien entendu, l’antenne 11 n'est pas limitée à cette dimension et ces deux boucles peuvent être de différentes formes, par exemple, elles peuvent être de forme circulaire, triangulaire, etc.
[67] De manière générale, la taille L2 des deux boucles est d’environ 90,0 mm.
[68] Les deux boucles sont dans un même plan P positionné face à la partie du végétal 1 étudiée, notamment ici face à la première partie 224 de l’enveloppe externe 2. Ce plan P est considéré ici comme étant un plan positionné à la surface de l’antenne 11.
[69] Dans un mode de réalisation, le flux électromagnétique F micro-onde émis par l’antenne 11 se propage en champ libre (i.e. propagation en espace libre), c’est-à-dire que le flux électromagnétique F micro-onde ne rencontre aucun autre élément de l’appareil 100 avant d’atteindre l’enveloppe externe 2 du végétal 1 .
[70] Dans ce cas, l’émetteur micro-onde 10 ou ici l’antenne 11 est positionnée à une distance d3 de l’enveloppe externe 2 (ici de la première partie 224) du végétal comprise entre 1 ,0 mm et 10,0 mm. Ainsi l’antenne 11 est positionnée en champ proche de l’enveloppe externe 2. En pratique, cette distance peut dépendre du végétal, par exemple de la section du végétal. Par exemple, pour un végétal de section étudiée comprise entre 1 ,0 cm et 5,0 cm, la distance d3 peut être de 1 mm à 10 mm.
[71] L’émetteur micro-onde 10 est agencé pour émettre le flux électromagnétique F microonde à une fréquence comprise entre 1GHz et 200 GHz, de préférence entre 1 GHz et 4 GHz pour limiter les coûts de l’antenne 11. En pratique, cette plage de fréquence est sélectionnée par rapport au spectre d’absorption de l’eau qui comprend plusieurs fenêtres d’absorption centrée sur 2,45 GHz, 22 GHz, 183 GHz. Ici, typiquement, le flux électromagnétique F micro-onde est émis à une fréquence de 2,45 GHz afin d’obtenir un bon compromis entre la pénétration des ondes électromagnétiques dans le végétal et le coût d’un tel émetteur micro-onde 10.
[72] De préférence, ce flux électromagnétique F micro-onde est un flux électromagnétique F impulsionnel dans lequel chaque impulsion est émise pendant une durée comprise entre 5 secondes et 30 secondes (par exemple ici de 10 secondes) et à une cadence comprise entre 3,34 mHz et 1 ,67 mHz. Utiliser un faisceau impulsionnel permet de réduire la puissance moyenne consommée par l’émetteur micro-onde 10, limitant ainsi la puissance consommée par l’appareil 100. La répétition de l’impulsion permettant le chauffage permet de faire un suivi du flux de sève. Bien entendu, dans une variante, le flux électromagnétique micro-onde est un flux continu. Utiliser un flux continu est également fonctionnel mais peut poser des problèmes, par exemple de consommation d’énergie.
[73] Le flux électromagnétique F émis présente, en sortie de l’émetteur micro-onde 10, une puissante supérieure ou égale à 1 ,0 W, et de préférence inférieure à 10,0 W pour limiter réchauffement.
[74] Dans cet exemple, l’émetteur micro-onde 10 comprend également un réflecteur 12, sous la forme d’une plaque métallique positionnée derrière l’antenne 11 sur laquelle est fixée l’antenne 11. Ce réflecteur 12 présente une taille adaptée à l’antenne 11 (i.e. supérieure à l’antenne 11) qui est ici de taille de 160 mm x 100 mm. La plaque métallique est de préférence en aluminium car ce matériau se couple bien avec le matériau de l’antenne 11 , ici en cuivre (ou en aluminium). La combinaison du réflecteur 12 et de l’antenne 11 bi-quad permet d’obtenir un émetteur micro-onde 10 avec un gain plus élevé, améliorant ainsi les performances de chauffage de flux électromagnétique dans la portion interne 331 chauffée du végétal.
[75] L’antenne 11 est de préférence connectée au réflecteur 12 par une âme métallique 13 orientée perpendiculairement au réflecteur 12 et au plan P de l’antenne 11 se fixant à l’intersection des deux boucles de l’antenne 11. Cette âme permet de régler une distance entre le réflecteur 12 et le plan de l’antenne 11. Typiquement, cette distance est de (A étant la longueur d’onde de fonctionnement de l’antenne, déduite de la fréquence de travail (f) et de la célérité (c) de la lumière dans le vide par la formule A = Optionnellement, l’antenne 11 peut être fixée au réflecteur 12 à ses extrémités inférieures et supérieures à l’aide de moyens de fixation, comme des entretoises. Comme cela sera expliqué ci-dessus, le réflecteur 12 est positionné sur un support mobile.
[76] L’appareil 100 comprend également un capteur thermique 20 agencé pour capter un rayonnement thermique du végétal au cours du temps. Typiquement ici, le capteur thermique 20 capte ici le rayonnement thermique émis par la portion interne 331 chauffée du végétal. Il capte également le rayonnement thermique de la première partie 224 de l’enveloppe externe et la deuxième partie 226 de l’enveloppe externe.
[77] Dans ce mode de réalisation, le capteur thermique 20 est un capteur thermique infrarouge. Typiquement ce capteur thermique 20 peut être compris dans une caméra infrarouge. Comme il sera expliqué ci-dessous à l’aide de la figure 4, cette caméra thermique 21 est agencée pour acquérir un flux vidéo du rayonnement thermique au cours du temps.
[78] Bien entendu, dans une variante, le capteur thermique 20 peut comprendre une matrice de pixels agencée pour capter le flux thermique du végétal 1 ou peut comprendre au moins un thermocouple, par exemple positionné contre la deuxième partie de l’enveloppe externe du végétal traversée par le flux électromagnétique F. Utiliser une matrice de pixels permet d’obtenir un appareil 100 peu onéreux.
[79] Dans cet exemple, le capteur thermique 20 utilisé est compris dans une caméra thermique conventionnelle 21 , par exemple la caméra thermique infrarouge SmartlR640. Cette caméra thermique 21 comprend à titre d’exemple une matrice de pixels de taille de 640x480 pixels carrés de 200 pm et présente une fréquence d'images maximale de 30 Hz et une résolution thermique de 50 mK.
[80] Dans ce mode de réalisation, le capteur thermique, par l’intermédiaire de la caméra thermique 21 , est agencé pour convertir le rayonnement thermique capté en un signal thermique (proportionnel au rayonnement thermique capté) comprenant les champs thermiques et codé sur 14 bits (i.e. 16384 niveau digital (DL)). Ce signal thermique correspond ici à un flux vidéo. Typiquement ici, pour l’étude du flux vidéo, une variation de 1 Kelvin (K) correspond à une variation de 588 DL.
[81] Comme illustré en figure 2, le capteur thermique 20 est orienté face à la deuxième partie 226 de l’enveloppe externe 2 du végétal afin de capter le rayonnement thermique émis par la surface du végétal 1. On comprend ainsi que le végétal 1 est positionné entre l’émetteur micro-onde 10 et le capteur thermique 20.
[82] Le capteur thermique 20 utilisé présente de préférence une taille maximale de 50,0 mm x 50,0 mm et un poids inférieur à 200,0 g afin de faciliter l’agencement du capteur thermique 20 dans l’appareil 100, ce qui limite l’encombrement de l’appareil 100 et facilite sa mobilité.
[83] En outre, dans cet exemple, le capteur thermique 20 est très compact grâce à l’utilisation d’une caméra thermique conventionnelle, ce qui limite l’encombrement de l’appareil 100. Utiliser une caméra thermique 21 permet aussi d’obtenir des résultats précis et facilement exploitables comme cela sera explicité ci-dessous.
[84] De manière non limitative, le capteur thermique 20 peut être compris dans un détecteur thermique comprenant la caméra thermique 21 décrit ci-dessus ainsi que d’autres capteurs.
[85] Comme il sera décrit ci-dessous, le capteur thermique 20 est agencé pour capter l’ensemble du rayonnement thermique émis par le végétal, notamment ici au moins le rayonnement thermique émis par la portion interne 331 chauffée. Par conséquent, ses caractéristiques techniques et sa position par rapport au végétal sont adaptées en fonction du rayonnement thermique émis qui est fonction de la puissance du flux électromagnétique F émis par l’émetteur micro-onde 10 et implicitement du type du végétal et la section de la partie du végétal étudiée.
[86] Dans la présente divulgation, le terme section correspond à la dimension du plan de coupe du végétal, ce plan de coupe étant définie comme le plan transverse passant par un point de la première partie 224 de l’enveloppe externe (par exemple le point 7) et orienté le long du vecteur normal n passant par ce point. De manière simplifiée, la section peut être assimilée au « diamètre » de la partie du végétal étudiée.
[87] Dans cet exemple, le capteur thermique 20 est positionné à une distance d4 de l’enveloppe externe du végétal 1 (ici de la deuxième partie 226 de l’enveloppe externe 2) comprise entre 300,0 mm et 600,0 mm de sorte à ce que la portion interne 331 chauffée soit comprise dans le champ du capteur thermique 20 (ici de la caméra thermique 21). Cette distance d4 est par exemple déterminée en prenant une normale à une surface extérieure de la caméra thermique 21 et intersectant la deuxième partie 226 de l’enveloppe extérieure du végétal 1 en un point 8.
[88] L’appareil 100 comprend également une unité de traitement 30. Par unité de traitement, on entend toute unité de calcul ou processeur ou ordinateur ou tout autre élément électronique permettant d’implémenter une succession de commandes et/ou de calculs. Cette unité de traitement 30 comporte typiquement un processeur, une mémoire et différentes interfaces d'entrée et de sortie.
[89] Grâce à ses interfaces d'entrée et de sortie, l’unité de traitement 30 est programmée pour recevoir toute donnée mesurée par les capteurs de l'appareil 100.
[90] Grâce à sa mémoire, l’unité de traitement 30 mémorise une application informatique, constituée de programmes d’ordinateur comprenant des instructions dont l’exécution par le processeur permet la détermination du flux de sève (et optionnellement de la teneur eau comme cela sera explicité ci-dessous).
[91] L’unité de traitement 30 illustrée en figure 2 est au moins connectée au capteur thermique 20 décrit ci-dessus. Par connecté, on entend que l’unité de traitement 30 est agencée pour communiquer avec un autre élément, par exemple, en étant configurée pour émettre et/ou recevoir des données de cet élément (ici par exemple en filaire).
[92] Ici, en l’espèce, l’unité de traitement 30 est agencée pour les données du rayonnement thermique acquis par le capteur thermique 20 (ici notamment recevoir le flux vidéo acquis par la caméra thermique) et pour traiter ces données afin de déterminer à partir du rayonnement thermique un déplacement du front de chaleur dans le végétal étudié. Ici par front de chaleur, on entend l’onde thermique. Ainsi, le déplacement de l’onde thermique est étudié.
[93] En pratique, les données sur le rayonnement thermique acquis (correspondant ici au flux vidéo) sont enregistrées sur la mémoire de l’unité de traitement 30 et les données analysées à partir de ces données acquises sont également enregistrées dans la mémoire de l’unité de traitement 30.
[94] Dans cet exemple, la caméra thermique 21 est configurée pour capter le rayonnement thermique à une fréquence de 5 Hz pendant une période temporelle, étant ici supérieure à 1 minutes et inférieure à 10 minutes. Typiquement ici, la caméra thermique 21 peut enregistrer un flux vidéo pendent 4 minutes.
[95] De manière optionnelle, l’appareil 100 comprend également un circuit de commande 40 agencé pour activer et désactiver l’émetteur micro-onde 10 et le capteur thermique 20 (ici la caméra thermique 21). En pratique, le circuit de commande 40 comprend une unité de commande 41 agencée pour commander les différents éléments de l’appareil 100, ici notamment l’émetteur 10, le capteur thermique 20 (ou caméra thermique 21), et l’unité de traitement 30.
[96] Par unité de commande 41 , on entend toute unité de calcul ou processeur ou ordinateur ou tout autre élément électronique permettant d’implémenter une succession de commandes et/ou de calculs. Cette unité de commande 41 comporte typiquement un processeur, une mémoire et différentes interfaces d'entrée et de sortie. Typiquement, l’unité de commande 41 peut comprendre un microcontrôleur.
[97] Grâce à ses interfaces d'entrée et de sortie, l’unité de commande 41 est programmée pour recevoir toute donnée mesurée par les capteurs de l'appareil 100 et/ou toute donnée analysée par l’unité de traitement 30. De manière non limitative, l’appareil 100 comprend un écran 43 connecté à l’unité de commande (voir description plus bas de la figure 11). L’unité de commande est aussi programmée pour commander l’écran 43 et plus généralement toute interface Homme-Machine permettant de communiquer des informations à un utilisateur utilisant l’appareil 100. Cet écran peut être tactile ou non.
[98] En pratique l’unité de traitement 30 et l’unité de commande 41 peuvent être deux modules de calcul séparés ou un seul et même module de calcul, soit être un même élément réalisant les fonctions du de l’unité de traitement 30 et de l’unité de commande 41 .
[99] Dans ce mode de réalisation, l’activation de l’émetteur micro-onde 10 et du capteur thermique 20 est réalisée de manière asynchrone, par exemple par un dispositif de synchronisation 43 compris dans le circuit de commande 40 qui active de manière asynchrone le capteur thermique 20 (ou la caméra thermique 21) et l’émetteur micro-onde 10.
[100] Typiquement, dans ce mode de réalisation, le circuit de commande 40 est configuré pour activer dans un premier temps le capteur thermique 20 pour mesurer un rayonnement thermique de référence du végétal, c’est-à-dire lorsque ce dernier n’est pas chauffé par l’émetteur micro-onde 10. Dans un deuxième temps, le circuit de commande 40 est configuré pour activer l’émetteur micro-onde 10, l’émetteur micro-onde 10, l’activation du capteur thermique 20 (ici la caméra thermique 21) étant conservée. De ce fait dans cette période temporelle, le capteur thermique 20 ainsi que l’émetteur micro-onde 10 sont activés. Dans un troisième temps, le circuit de commande 40 est configuré pour désactiver l’émetteur micro-onde 10 tout en conservant l’activation du capteur thermique 20.
[101] Par activer on entend allumer l’élément concerné. Autrement dit, lors de l’activation, la fonction associée à cet élément (par exemple émission d’une onde ou acquisition d’un signal) est active. A l’inverse, par désactiver, on entend mettre en veille, éteindre ou désactiver la fonction de cet élément.
[102] Ainsi, par exemple, le circuit de commande 40, active le capteur thermique 20 pendant une première période temporelle d’au moins 5 secondes (ici de 10 secondes) pour mesurer un rayonnement thermique de référence du végétal, correspondant ici au rayonnement thermique initial du végétal avant d’être chauffé par le flux électromagnétique F micro-onde.
[103] Après cette première période, tout en conservant l’activation du capteur thermique 20, ce circuit de commande, par l’intermédiaire du dispositif de synchronisation, active l’émetteur micro-onde 10 pour chauffer la partie du végétal étudiée pendant une seconde période temporelle, de préférence supérieure ou égale à 3 secondes et inférieure ou égale à 20 secondes. De préférence, cette seconde période temporelle est comprise entre 5 secondes et 15 secondes, de préférence entre 5 secondes et 10 secondes pour éviter de saturer le capteur thermique 20. Ici, dans cet exemple, cette seconde période est de 10 secondes, ce qui permet de chauffer suffisamment la portion interne 331 du végétal pour enregistrer le rayonnement thermique tout en évitant la saturation du capteur thermique 20. Pour terminer, le circuit de commande 40 désactive l’émetteur micro-onde 10, par exemple en l’éteignant ou en modifiant sa position pour que le flux électromagnétique F émis n’atteigne pas le végétal, tout en conservant le capteur thermique 20 actif pendant une troisième période temporelle fonction du type de végétaux, notamment sur des paramètres connus du végétal intervenant sur le flux de sève, comme l’espèce végétale, l’âge du végétal, la section de la partie du végétal étudié, l’état du végétal (malade ou non), etc. Typiquement, cette troisième période temporelle est supérieure à 50,0 secondes, de préférence supérieure à 60,0 secondes afin d’acquérir la propagation du rayonnement thermique de la portion interne 331 qui a été chauffée par le flux électromagnétique F. Pour un flux de sève estimé « rapide », cette troisième période temporelle peut être inférieure à 400 secondes, de préférence inférieure 300,0 secondes afin de d’obtenir une mesure plus rapide tout en limitant la consommation d’énergie de l’appareil. Ici typiquement, la troisième période est 220 secondes. Pour un flux de sève « long », cette période est adaptée au végétal.
[104] Il va maintenant être décrit à l’aide des figures 4 à 6 deux exemples de traitement réalisés par l’unité de traitement 30 pour remonter au flux de sève.
[105] Dans la présente divulgation, l’unité de traitement 30 est configurée pour déterminer le flux de sève sur la base d’une variation de la position d’un maximum de température dans la portion interne 331 chauffée au cours du temps. La variation de la position du maximum de température dans la portion interne 331 chauffée au cours du temps permet d’estimer une vitesse du front de chaleur de la région chauffée.
[106] Dans la présente divulgation, la vitesse du front de chaleur peut être estimée en utilisant un algorithme d’estimation ou en réalisant une étude analytique du rayonnement thermique capté par le capteur thermique 20.
[107] Dans le cas de l’étude analytique, l’unité de traitement 30 est configurée pour séquencer le rayonnement thermique enregistré en plusieurs signaux en fonction du temps, correspondant ici à séquencer le flux vidéo en plusieurs images Imgk, chaque image étant associée à un temps d’acquisition (évalué ici en seconde), noté Tk, avec k un indice correspondant au numéro du signal considéré (ici de l’image) qui est fonction du temps d’acquisition de ce signal.
[108] Par exemple, la figure 4 illustre un exemple de sept images comprises dans le flux vidéo acquis par la caméra thermique 21 lors de la troisième période temporelle. Les images sont chacune espacées temporellement d’une période Pa de 20 secondes.
[109] Pour chacune des images, l’unité de traitement 30 est configurée pour déterminer un point de référence, aussi appelé maximum thermique, et dénoté Hk en figure 4, avec k l’indice correspondant au numéro du signal considéré (ici numéro de l’image) qui est fonction du temps d’acquisition. Ici, le point Hk (maximum du profil de température) compris initialement dans la portion interne 331 chauffée se déplace, transporté par le flux de sève.
[110] Pour déterminer ce point de référence, l’unité de traitement 30 peut rechercher ce point maximum de température en utilisant typiquement la fonction max qui détermine le pixel présentant l’intensité maximum dans chaque image, et enregistrer sa position.
[111] L’unité de traitement est configurée pour extraire, dans chaque image, un profil axial du signal thermique comprenant ce maximum d’intensité, ici notamment en sélectionnant dans la première image Imgi, la ligne Uk de pixels comprenant le point de référence Hk (ladite ligne sélectionnée étant également nommée profil axial). Comme les images sont de tailles similaires, on extrait, dans les autres images du flux vidéo, les profils axiaux ayant les mêmes coordonnées spatiales que le profil axial sélectionné dans la première image. Ainsi, la ligne Uk de pixels sélectionnée dans chaque image Imgk est similaire. La ligne de pixels sélectionnée dans l’image d’indice k = 1 (Imgi) correspond à la ligne de pixels sélectionnée dans l’image d’indice supérieur k+1 (Img2).
[112] L’ensemble de ces profils axiaux sont mémorisés dans la mémoire de l’unité de traitement et peuvent être visualisés sur la courbe A de la figure 5 qui illustre les profils axiaux de l’onde thermique comprenant le point de référence Hk de chaque profil axial extrait.
[113] L’unité de traitement 30 est ensuite configurée pour compiler ces profils axiaux dans une même image en fonction du temps d’acquisition. Ainsi cette image a pour abscisse le temps d’acquisition associé à chaque profil axial et en ordonnée la position des pixels de la ligne Uk de pixels comprenant le point de référence.
[114] Ainsi, ces profils axiaux sont compilés dans une même image pour représenter une variation spatio-temporelle du rayonnement thermique mesurées à partir de ces profils axiaux (courbe B de la figure 5).
[115] On peut donc à partir de cette dernière représentation déduire un déplacement du front de chaleur au cours du temps du point de référence en extrayant à partir des données de la courbe B, les coordonnées du point de référence Hk à chaque temps. A cet effet, l’unité de traitement 30 est configurée pour déterminer un déplacement du front de chaleur en extrayant les coordonnées du point de référence Hk de chaque profil axial, soit en prenant les coordonnées du point ayant le maximum de température dans chaque profil axial extrait. Ces coordonnées sont extraites et enregistrées dans la mémoire de l’unité de traitement 30. Cette variation est généralement linéaire, ainsi en réalisant une régression linéaire sur les données extraites, l’unité de traitement 30 est configurée pour déterminer la vitesse de déplacement du front de chaleur dans le végétal à partir du coefficient directeur de la droite linéaire.
[116] Dans un mode de réalisation préféré, pour augmenter la précision de la mesure, le maximum de température (point de référence) peut être estimé dans chaque signal (ici chaque image de la figure 4), par exemple en utilisant une approximation locale des moindres carrés moyens sur les signaux. Ainsi l’unité de traitement est configurée pour estimer à partir du flux thermique acquis une position d’un point maximum de température, par exemple ici en utilisant une approximation locale quadratique dont les coefficients sont déterminés par la méthode des moindres carrés.
[117] En pratique, cette approximation est définie par la formule suivante
[118] [Math. 1]
DL(i, li) — O-k 2 + + ^k [119] Avec, i la position du pixels concerné et ak, bk et Ck correspondant aux coefficients de l’équation Math. 1 de l’image k correspondant déterminés en résolvant l’équation polynomiale du second degré décrite ci-dessus.
[120] Le point de référence Hj pour l’image k correspondante est donné par la formule suivante :
[121] [Math. 2]
[122] En associant chaque point de référence estimé Hmax k dans chaque image avec le temps d’acquisition de l’image, on peut déterminer une variation temporelle de la position du point de référence au cours du temps, comme cela est illustré sur la courbe C1 de la figure 6 et son approximation C2 par une régression linéaire (courbe C2 de la figure 6).
[123] De manière similaire, en réalisant une régression linéaire sur les données extraites, l’unité de traitement 30 détermine la vitesse de déplacement du front de chaleur dans le végétal à partir du coefficient directeur de la droite linéaire, cette vitesse étant déterminée à partir du point de référence correspondant ici à la position du maximum de température du front de chaleur.
[124] L’unité de traitement 30 est ensuite configurée pour déterminer le flux de sève à partir de la vitesse de déplacement du front de chaleur déterminé, noté dans la suite VhP.
[125] En pratique, l’unité de traitement 30 utilise la loi de Marshall définie par la formule suivante :
[126] [Math. 3]
[127] avec p correspondant à la densité de masse volumétrique, C la capacité thermique du végétal étudié, ps correspondant à la densité de la sève du végétal concerné, Cs correspondant à la capacité thermique de la sève du végétal concerné, u correspondant au flux de sève. Typiquement, ces paramètres (ps, Cs, C, p) peuvent être déterminés, pour chaque espèce, en utilisant une table donnant ces paramètres en fonction du type de végétal (extraite de données de la littérature) ou en utilisant une base de données accessible à l’appareil 100 via un module de communication 42 (décrit ci-dessous). Typiquement, cette table peut enregistrée dans la mémoire de l’unité de traitement 30 et peut être réactualisée grâce au module de communication 42.
[128] Optionnellement, pour la capacité thermique du végétal étudié C, cette dernière peut également être déterminée à partir de la formule suivante :
[129] [Math. 4]
C = Cw + me Cs [130] avec Cw correspondant à la capacité thermique de l’eau déterminée par une table, me la teneur en eau du végétal concerné (déterminée par un autre dispositif extérieur à l’appareil 100 ou par une mesure supplémentaire réalisée par l’appareil 100 et Cs la capacité de la sève du végétal concerné).
[131] Le paramètre a de l’équation Math. 3 peut être estimé à partir du ratio suivant :
[132] [Math. 5]
™ Aves a = ~ nsw
[133] avec Aves correspondant à une section des vaisseaux xylémiens dans lesquels le flux de sève est transporté et Asw correspondant à la section de la partie du végétal considérée du végétal concerné.
[134] Dans le cas d’un arbre, cette section Asw correspond au diamètre (ou à la section) de l’aubier du végétal et pouvant être déterminé par la formule suivant :
[135] [Math. 6]
[136] avec dsw correspondant à la section de la région anatomique (tronc, branche ou racine) sans l’enveloppe extérieure 2 (i.e. sans l’écorce) du végétal concerné et dwp correspondant à la section du végétal concerné. Ces paramètres (dsw, dwp) sont également enregistrés dans une table enregistrée dans la mémoire de l’unité de traitement 30 qui peut être mise à jour via le module de communication 42 ou enregistrée dans une base de données accessible à l’appareil via le module de communication 42. Alternativement, ils peuvent également être déduits par une étude histologique sur le végétal concerné ou sur un végétal témoin en prenant l’hypothèse qu’il y a peu de variabilité intra-espèce.
[137] Ainsi, l’unité de traitement détermine le flux de sève u du végétal à partir de formule Math. 3 en utilisant une table comme décrit ci-dessus, la formule Math. 4 et, optionnellement, la formule Math. 5 comme décrite ci-dessus.
[138] On comprend que le profil transverse sélectionné est assimilé à la région de vaisseaux qui a été chauffée. Ce profil est choisi en repérant le maximum de température. De ce fait, le flux de sève u déterminé correspond au flux de sève du groupe de vaisseaux du végétal qui a été chauffé et dans lequel le maximum de température a été précédemment déterminé. Néanmoins, pour faciliter la détermination du flux de sève, il est considéré que tous les vaisseaux dans la partie du végétal étudiée présentent une même section (ou diamètre) et que le flux de sève se propage de façon uniforme dans ce végétal.
[139] Optionnellement, l’appareil 100 illustré en figure 2 comprend un dispositif de focalisation 50, positionné entre l’émetteur micro-onde 10 et le végétal, et comprenant au moins une lentille de focalisation 51 pour focaliser le flux électromagnétique F micro-onde sur l’enveloppe externe du végétal. En pratique ici, la lentille de focalisation est configurée pour focaliser le flux électromagnétique F micro-onde au point focal de la lentille. Ainsi, on comprend que la première partie 224 de l’enveloppe externe est positionnée dans le plan focal du dispositif de focalisation 50.
[140] Utiliser un appareil de focalisation 50 permet d’augmenter la distance d3 séparant l’émetteur micro-onde 10 à l’enveloppe externe 2 du végétal. Ainsi, en fonction de la lentille de focalisation utilisée, l’émetteur micro-onde 10 (ici l’antenne 11) peut être positionnée à une distance d3 supérieure à 10 mm.
[141] Typiquement, la lentille de focalisation peut être une lentille constituée d’un matériau diélectrique sélectionné, par exemple en polycarbonate, comme décrit dans Abd Rahman, Amirah and Kamardin, Kamilia and Yamada, Yoshihide and Takahashi, Masaharu, « Design Method of a Focusing Dielectric Lens Antenna and Temperature Increment Measurement at the Focusing Spot », http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4377519 .
[142] Ces caractéristiques optiques sont adaptées à la taille de l’appareil 100, Typiquement, le dispositif de focalisation ou ici la lentille de focalisation 51 peut être par exemple positionné à une distance d5 de l’enveloppe externe 2 supérieure à 10cm, de préférence 30 cm, et inférieure à 100 cm. Par exemple ici, la distance d3 peut être de 50 cm et la distance d5 peut être de 30 cm.
[143] Optionnellement, l’appareil 100 illustré en figure 1 comprend également un capteur de flux électromagnétique 60. Dans ce cas, l’appareil 100 est également configuré pour mesurer une teneur en eau dans ce végétal.
[144] Dans ce mode de réalisation, ce capteur de flux électromagnétique 60 est agencé pour capter un flux électromagnétique réfléchi par ledit végétal par l’intermédiaire d’une antenne fonctionnant ici en réception.
[145] L’antenne du capteur de flux électromagnétique 60 correspond ici à l’antenne 11 de l’émetteur micro-onde 10. De ce fait, l’antenne 11 forme (ou plus généralement le capteur micro-onde 10 forme), dans ce mode de réalisation, le capteur de flux électromagnétique 60. On comprend ainsi que l’antenne 11 de l’appareil 100 est donc agencée, d’une part, pour fonctionner en émission pour émettre le flux électromagnétique F micro-onde et, d’autre part, pour fonctionner en réception pour capter le flux électromagnétique micro-onde réfléchi par la première partie 224 de l’enveloppe externe 2 du végétal.
[146] Comme illustré en figure 2, le capteur de flux électromagnétique 60, notamment l’antenne 11 , est également connectée à l’unité de traitement 30 pour recevoir et analyser le flux électromagnétique réfléchi par le végétal.
[147] Dans ce mode de réalisation, l’unité de traitement 30 est également agencée pour déterminer à partir du flux électromagnétique réfléchi une teneur en eau dudit végétal.
[148] Ici, l’unité de traitement 30 est agencée pour déterminer un coefficient d’autoréflexion puis, à partir de ce coefficient d’autoréflexion, déterminer la teneur en eau.
[149] En pratique, l’unité de traitement 30 détermine, à partir du flux électromagnétique réfléchi, une puissance reçue, notée Pr, par des formules connues de l’homme du métier puis détermine un coefficient de réflexion de l’onde électromagnétique micro-onde réfléchie en calculant un ratio entre la puissance reçue Pr et la puissance émise Pe par l’antenne 11.
[150] L’unité de traitement 30 utilise ensuite une table qui relie le coefficient d’autoréflexion à la teneur en eau pour la détermination de la teneur en eau du végétal. En pratique, cette table est au moins fonction de la nature du végétal. Elle peut également dépendre de la section du végétal (Le. type d’herbacé ou type de ligneux) sur lequel le flux électrométrique F émis est réfléchi.
[151] On comprend ainsi que la mémoire de l’unité de traitement 30 peut comprendre plusieurs tables préenregistrées pour les différents types de végétaux, c’est-à-dire pour différentes classes d’herbacés et différentes classes de ligneux, chacune reliant au moins le coefficient d’autoréflexion à une teneur en eau. On comprend également que ces classes peuvent être divisées en sous-classes afin de prendre en considération la section du végétal sur lequel est appliquée le flux électromagnétique F émis.
[152] Ces tables préenregistrées peuvent être mises à jour et/ou complétées par l’intermédiaire d’un module de communication 42 compris dans l’unité de commande 40 de l’appareil 100. Ce module de communication 42 est configuré pour émettre et recevoir des données extérieures à l’appareil 100. Par exemple, ce module de communication peut comprendre un émetteur et un récepteur. En pratique, le module de communication 42 utilise un réseau de communication sans fil, par exemple basé sur la technologie WIFI, et/ou la technologie 2G/3G/4G/5G et/ou la technologie Bluethooth. Ainsi, ce module de communication peut être connecté à internet et peut ainsi être connecté à des bases de données externes à l’appareil 100 ou à un serveur externe.
[153] La mesure de la teneur en eau ne nécessite pas un chauffage de la portion interne 331 du végétal 1 (car elle s’appuie sur la mesure d’un coefficient d’autoréflexion). De ce fait, le flux électromagnétique émis par l’émetteur micro-onde 10 et utilisé pour la mesure de la teneur en eau, peut être faible, par exemple elle peut être supérieure ou égale à 0 dBm (soit 1 mW sur une charge de 50 Ohms) et de préférence inférieure ou égale à 10 dBm, ou peut être similaire à celui émis lors de la deuxième période temporelle (décrit plus haut) et servant à mesurer le flux de sève.
[154] Ainsi, dans ce mode de réalisation, la mesure de la teneur en eau peut être réalisée de manière indépendante à la mesure du flux de sève. Ainsi, il est possible de réaliser la mesure de la teneur en eau avant ou simultanément ou après la mesure du flux de sève. Dans le cas d’une mesure simultanée, l’activation de l’émetteur micro-onde 10 et du capteur thermique 20 est similaire à celle décrite ci-dessus.
[155] De manière non limitative, l’appareil 100 comprend également un dispositif d’ajustement en orientation 71 agencé pour orienter et maintenir l’émetteur micro-onde 10 par rapport au capteur thermique 20, ici notamment face au capteur thermique 20. Il comprend également un dispositif d’ajustement en orientation 72 orienter le capteur de flux électromagnétique 60 par rapport à la première partie 224 de l’enveloppe externe 2 du végétal 1. Typiquement, ces dispositifs d’ajustement en orientation peuvent être manuels ou motorisés. A cet effet, chaque dispositif d’ajustement en orientation peut comprendre des bagues de réglages et/ou au moins un moteur électrique pour régler l’orientation des différents éléments de l’appareil 100, ici notamment au moins l’émetteur 10 et le capteur thermique 20.
[156] L’appareil 100 peut également comprendre un dispositif d’ajustement en position 71 agencé pour régler la position de l’émetteur micro-onde 10 par rapport au végétal (suivant au moins une direction spatiale, ici au moins en translation suivant l’axe z du repère orthonormé représenté en 7), et optionnellement un dispositif d’ajustement en position 72 agencé pour régler la position du capteur thermique 20 par rapport au végétal (suivant au moins une direction spatiale, ici au moins en translation suivant l’axe z), et optionnellement un dispositif d’ajustement en position 71 (ou 74) agencé pour régler la position du capteur de flux électromagnétique 60 (ou 110) par rapport à la première partie 224 de l’enveloppe externe 2 du végétal 1 (suivant au moins une direction spatiale). Typiquement chaque dispositif d’ajustement en position peut être manuel ou motorisé. A cet effet, chaque dispositif d’ajustement en position peut comprendre des bagues de réglages et/ou au moins un moteur électrique agencé pour régler la position des éléments de l’appareil 100, soit ici au moins le capteur thermique 20 et l’émetteur micro-onde 10.
[157] Avantageusement, chaque dispositif d’ajustement en position et dispositif d’ajustement en orientation d’un même élément sont connectés l’un à l’autre ou forment un seul et même élément (appelé dispositif d’ajustement en position et/ou orientation) afin de régler de manière plus précise la position et/ou l’orientation de l’élément considéré de l’appareil 100. En pratique, chaque dispositif d’ajustement en position et/ou en orientation est commandé par l’unité de commande 41 afin d’obtenir la position et l’orientation désirées.
[158] On comprend ainsi que chaque dispositif d’ajustement en position et/ou en orientation peut comprendre un support mobile sur lequel un élément de l’appareil 100 peut être monté. Ces différents supports mobiles peuvent chacun comprendre un moteur (ou peuvent être commandés par un seul et même moteur) ou une bague de réglage pour ajuster la position du support mobile considéré par translation le long de l’axe z et/ou par translation le long des axes transverses x, y et pour ajuster l’orientation du support mobile considéré par rotation autour des axes x, y et/ou z. [159] Ainsi, il est possible de régler et/ou d’adapter la distance d3 entre l’émetteur microonde 10 et la première partie 224 de l’enveloppe externe 2 du végétal 1 (ou ici la distance d5 entre le dispositif de focalisation 50 et la première partie 224 de l’enveloppe externe 2 du végétal), la distance d4 entre la deuxième partie 226 de l’enveloppe externe 2 du végétal et la capteur thermique 20. Ces distances peuvent être réglées avant l’émission du flux électromagnétique F micro-onde ou ajustées au cours de l’émission du flux électromagnétique F micro-onde. De manière similaire une distance (d3 ou d6) entre le capteur de flux électromagnétique 60 (ou 110 sur la figure 8) et l’enveloppe externe 2 du végétal peut également être réglée.
[160] De manière non limitative, l’appareil 100 comprend un support 90 sur lequel sont montés au moins l’émetteur micro-onde 10 et le capteur thermique 20. Ce support 90 peut être un support portatif 90. Par portatif, on entend que le support 90 peut être déplacé par un utilisateur, par exemple si ce support n’est pas compris dans un boîtier.
[161] Ici, notamment, le support portatif 90 est fixe et peut correspondre à un plateau sur lequel sont montés l’unité de traitement 30, le circuit de commande 40, l’émetteur microonde 10, le capteur thermique 20, le dispositif d’ajustement en orientation, le dispositif d’ajustement en position et le capteur de flux électromagnétique 60.
[162] On comprend ainsi que les supports mobiles décrits ci-dessus commandés en orientation et/ou en position par l’unité de commande 41 sont positionnés sur le support 90 pour déplacer au moins l’émetteur micro-onde 10, le capteur thermique 20 et, optionnellement, le capteur de flux électromagnétique 60 par rapport au végétal 1.
[163] Comme illustré en figure 7, le support 90 peut comprendre comprend un rail 91 sur lequel sont montés un support mobile 71 de l’émetteur micro-onde 10 (portant le réflecteur 12), un support mobile 72 du capteur thermique 20 (portant ici la caméra thermique 21), et optionnellement un support mobile 73 du dispositif de focalisation 50. Comme expliqué ci- dessus, ces supports mobiles peuvent se déplacer en translation et/ou peuvent également comprendre chacun des moyens permettant de régler l’orientation (par exemple en réglant trois rotations) de l’élément qu’ils portent en étant commandé par l’unité de commande 41. On comprend que ce rail 91 peut ressortir du support portatif 90 ou peut être formé dans l’épaisseur du support 90. Bien entendu, dans une variante non illustrée, ce rail 91 peut être décomposé en deux rails, chaque rail étant compris dans un boîtier de l’appareil 100 qui sera décrit ci-dessous.
[164] Comme illustré en figure 1 , l’appareil 100 peut comprendre un boîtier portatif 101 dans lequel sont montés les différents éléments de l’appareil 100. Typiquement ici, ce boitier portatif 101 présente un volume interne agencé pour accueillir les différents éléments de l’appareil 100, soit ici au moins une partie de l’émetteur micro-onde 10, du capteur thermique 20, de l’unité de traitement 30, du capteur de flux électromagnétique 60 et tout autre élément de l’appareil 100 décrit ci-dessus.
[165] Comme dans ce mode de réalisation, le végétal 1 est positionné entre l’émetteur micro-onde 10 et le capteur thermique 20, on comprend que ce boîtier 101 peut être décomposé en plusieurs sous-boitiers 101 (figure 7), chacun des sous-boîtiers présentant un volume interne, le support portatif 90 faisant partie de chaque sous-boîtier.
[166] Ici typiquement, l’appareil 100 peut comprendre :
- un premier sous-boîtier 101a comprenant au moins l’émetteur micro-onde 10, le support mobile 71 de l’émetteur micro-onde 10, une partie de l’élément intermédiaire (correspondant à une partie du rail 91) et optionnellement le capteur de flux électromagnétique 60, le support mobile du capteur de flux électromagnétique (si distinct de l’émetteur micro-onde 10), le dispositif de focalisation 50 et le support mobile 73 du dispositif de focalisation 50,
- un deuxième sous-boîtier 101b comprenant au moins l’unité de traitement 30, optionnellement le circuit de commande 40, le capteur thermique 20 et le support mobile 72 du capteur thermique 20, une autre partie de l’élément intermédiaire (ici du rail 91).
[167] Un tel boîtier permet donc de protéger, de concaténer les différents éléments de l’appareil 100 tout en fournissant une protection adaptée à ces éléments. En pratique, ce boîtier est étanche et résistant aux chocs inférieurs à 10 shore A. Ce boîtier 101 est également étanche. Il peut être en plastique.
[168] L’appareil 100 peut également comprendre un dispositif de maintien 104, correspondant ici à un dispositif de maintien du support au sol. Typiquement, ce dispositif de maintien peut comprendre un pied, similaire à un trépied portatif ou des roulettes.
[169] L’appareil 100 comprend également une source d’énergie interne (non illustrée) agencée pour alimenter les différents éléments électroniques et motorisés de l’appareil 100. Cette source d’énergie interne peut être des piles ou une batterie rechargeable.
[170] Dans une variante, chaque élément électronique ou motorisé peut comprendre sa propre source d’énergie.
[171] Dans ce cas, l’unité de traitement 30, l’émetteur micro-onde, le capteur thermique et optionnellement les autres éléments du dispositifs 100 comme le capteur de flux électromagnétique, le circuit de commande, et les dispositifs d’ajustement en position et/ou en orientation peuvent être alimentés par leurs propres sources d’énergie.
[172] Comme illustré en figure 11 , le boîtier 101 peut comprendre un écran 43 connecté au circuit de commande 40 positionné sur une des faces du boîtier 101. Cet écran 43 sert d’interface homme machine et est donc adapté à recevoir et des données d’entrées. Par exemple, un utilisateur peut sélectionner la mesure voulant être réalisée. Les données d’entrée peuvent comprendre le type de mesure à réaliser (mesure du flux et sève et/ou de la teneur en eau), l’utilisation ou non du dispositif de focalisation (si présent dans l’appareil 100), un réglage ou non des distances des différent éléments (si celui-ci-n ‘est pas automatique), une sélection de la méthode de calcul du flux de sève, etc. Cet écran est également adapté à afficher des données de sorties. Par exemple, il peut d’afficher les résultats des mesures (ici de la teneur en eau et/ou de la mesure du flux de sève). Cet écran 43 peut être tactile (cas illustré) ou non. Dans ce cas, le boîtier 101 peut comprendre des boutons de commande pour rentrer les données d’entrées.
[173] Optionnellement, l’appareil 100 comprend également un support repère configuré pour définir une distance (fixe) d7, d5 entre l’émetteur micro-onde (ou l’antenne) et l’enveloppe externe 2 du végétal. Un tel support permet de définir une distance fixe, reproductible et maîtrisée ce qui améliore la fiabilité et la productibilité des mesures, par exemple quand l’appareil est amené à être déplacé.
[174] Dans un mode de réalisation, ce support repère peut être un élément ou un objet positionné entre l’émetteur micro-onde 10 et l’enveloppe externe 2 du végétal. Typiquement, cet objet peut être de toute forme, par exemple de forme parallélépipède, tel qu’un rectangle ou un carré, ou être de forme circulaire. Dans ce cas, ce support repère peut s’étendre suivant une direction principale orientée parallèlement à la longueur L2 illustrée en figure 3 de sorte à recouvrir l’antenne 11.
[175] Afin de garantir le chauffage de la portion interne, ce support repère est transparent au flux électromagnétique micro-onde émis par l’émetteur micro-onde 10. Par transparent, on entend ici que le support repère est configuré pour laisser passer le flux électromagnétique micro-onde (c’est-à-dire qu’il ne bloque pas et ne modifie pas la propagation du flux électromagnétique micro-onde).
[176] A cet effet, le matériau du support repère est sélectionné pour être transparent au flux électromagnétique micro-onde. Par exemple, le support repère peut être fait à partir d’au moins un des matériaux suivants : un matériau plastique tel que du Polyéthylène (PE), Polytétrafluoroéthylène (PTFE), Polypropylène (PP) ; un matériau céramique tel que Alumine (AI2O3), du quartz ; un verre tel qu’un verre de Borosilicate, un verre de quartz fondu ; un matériau composite telle qu’une fibre de verre, une mousse de Polystyrène.
[177] Alternativement, ce support repère peut correspondre à un élément du dispositif d’ajustement de la position de l’émetteur micro-onde par rapport au végétal, par exemple à un pion, agencé pour bloquer la distance entre l’émetteur micro-onde 10 (ou l’antenne) et l’enveloppe externe du végétal. Typiquement, dans ce cas, le boîtier 101 peut être fixé au végétal par des colliers de fixation et lorsque la position de l’émetteur est choisie cette dernière est fixée par ce support repère.
[178] On comprend donc qu’ici, on positionne l’appareil en fonction du végétal (ici du diamètre du végétal) en ajustant la distance d7 ou d5 définissant la distance entre l’émetteur micro-onde ou l’antenne et l’enveloppe externe 2 puis cette distance d7, d5 est fixée via le support repère (le pion) décrit ci-dessus.
[179] Optionnellement, l’appareil 100 comporte également un dispositif d’asservissement (ou circuit d’asservissement) configuré pour capter un flux électromagnétique réfléchi par ledit végétal et modifier le flux électromagnétique émis (par exemple sa puissance, son intensité) par l’émetteur micro-onde en fonction du flux électromagnétique réfléchi. En effet, ici, on comprend que si le dispositif d’asservissement enregistre une variation de la puissance du flux électromagnétique, il adapte le flux électromagnétique émis pour obtenir une puissance du flux électromagnétique réfléchi.
[180] Un tel dispositif permet de corriger une consigne de puissance pour déposer la même énergie sur le végétal (et donc avoir la même amplitude du signal "thermique"). En pratique, ce dispositif d’asservissement peut comporter un capteur de flux électromagnétique agencé pour capter le flux électromagnétique réfléchi par l’enveloppe externe 2. Typiquement, ce capteur peut être l’antenne 11. Dans ce cas, on comprend que l’antenne 11 peut fonctionner en réception pour réaliser cette mesure. Alternativement, ce capteur peut être un capteur supplémentaire (non illustré) de l’appareil 100 (ou 200), par exemple une antenne microonde fonctionnant en réception. En outre, ce dispositif d’asservissement peut également comporter un coupleur directionnel, comme celui décrit dans la page ;-their-i i-and- afin de réaliser l’asservissement en puissance. En pratique, ce dispositif d’asservissement est compris dans l’unité de traitement 30 décrit ci-dessus.
[181] Il va maintenant être décrit à l’aide de la figure 8 un deuxième mode de réalisation d’un appareil 200 selon la présente divulgation. Seules les différences avec l’appareil 100 décrit ci-dessus seront décrites.
[182] L’appareil 200 illustré en figure 8 comprend l’émetteur micro-onde 10 comprenant une antenne 11 comme décrite ci-dessus, (optionnellement) un dispositif de focalisation 50 similaire à celui du dispositif 100, un capteur thermique 20 similaire à celui du dispositif 100, une unité de traitement 30 similaire à celle du dispositif 100, un circuit de commande 40 comme décrit ci-dessus, un dispositif d’ajustement en position et/ou en orientation similaires à ceux du dispositif 100 (étant décomposés en différents supports mobiles comme décrit dans l’appareil 100), un support 90 comme décrit ci-dessus.
[183] Cet appareil 200 comprend également un capteur de flux électromagnétique 110. A la différence de l’appareil 100 décrit ci-dessus, on peut voir que dans ce mode de réalisation, le capteur de flux électromagnétique 110 est orienté face à de la deuxième partie 226 de l’enveloppe externe 2 traversée par le flux électromagnétique F. En d’autres termes, cela signifie que le capteur de flux électromagnétique 110 est positionné du côté par lequel le flux électromagnétique F est transmis à travers le végétal (côté par lequel le flux électromagnétique sort du végétal). [184] Ainsi, dans ce mode de réalisation, le capteur de flux électromagnétique 110 est agencé pour capter un flux électromagnétique transmis par le végétal 2 par l’intermédiaire d’une antenne 111 comprise dans le capteur de flux électromagnétique 110 et fonctionnant en réception.
[185] Dans ce mode de réalisation, l’antenne 111 est donc une seconde antenne de l’appareil 200 et est donc distincte de l’antenne 11 de l’émetteur micro-onde 10. Cette antenne 110 forme le capteur de flux électromagnétique 110.
[186] Ainsi, dans cette variante, l’appareil 100 comprend deux antennes, une antenne 11 de l’émetteur micro-onde 10 qui fonctionne en émission et l’antenne 111 du capteur de flux électromagnétique 110 qui fonctionne en réception.
[187] Cette antenne 110 est connectée à l’unité de traitement 30, qui dans ce mode de réalisation, est configurée pour recevoir et analyser le flux électromagnétique transmis, correspondant ici au flux électromagnétique sortant au niveau de la deuxième partie 226 de l’enveloppe externe 2 du végétal. Ainsi, dans ce mode de réalisation, l’unité de traitement 30 détermine à partir du flux électromagnétique transmis par le végétal une teneur en eau du végétal.
[188] De manière similaire au premier mode de réalisation, l’unité de traitement 30 est agencée pour déterminer un coefficient de transmission à partir du flux électromagnétique transmis Pr captée par l’antenne 111 et la puissance émise Pe par l’antenne 11 en faisant le ratio de ces grandeurs, et, à partir de ce coefficient de transmission, déterminer la teneur en eau.
[189] De manière similaire au mode de réalisation précédent, la teneur en eau est déterminée en utilisant une table reliant ce coefficient de transmission à la teneur en eau. Comme précédemment, cette table est fonction de la nature du végétal et peut également dépendre de la section du végétal recevant le flux électromagnétique micro-onde émis par l’antenne 11.
[190] Typiquement ici, pour la mesure de la teneur en eau, le végétal est positionné entre l’émetteur micro-onde 10 et le capteur de flux électromagnétique 110.
[191] On comprend ainsi que dans ce mode de réalisation, la mesure du flux de sève et de la teneur en eau sont effectuées de manière alternée puisque dans cet exemple le capteur thermique 20 et le capteur de flux électromagnétique 110 doivent être positionnés vers la deuxième partie 226 de l’enveloppe externe 2 du végétal traversé par le flux électromagnétique F. A cet effet, on comprend que le dispositif d’ajustement en position et/ou en orientation est configuré pour adapter la position du capteur thermique et du capteur de flux électromagnétique pour chaque mesure, par exemple en déplaçant hors du champ du capteur thermique le capteur de flux électromagnétique lors de la mesure du flux de sève et inversement en déplaçant hors du champ du capteur de flux électromagnétique le capteur thermique.
[192] Le capteur de flux électromagnétique peut être positionné entre le végétal et le capteur thermique. De ce fait, lors de la mesure du flux de sève, le capteur de flux électromagnétique peut être déplacé suivant les directions spatiales x, y pour déplacer ce capteur hors du champ du capteur thermique et inversement repositionner le capteur de flux électromagnétique face à la deuxième partie 226 de l’enveloppe externe du végétal lors de la mesure de la teneur en eau. De ce fait, lors de cette mesure de teneur en eau, le capteur thermique peut être simplement désactivé ou mis en veille. Dans ce cas, on comprend que le support 90 peut comprendre au moins un autre rail orienté perpendiculairement (ici selon la direction spatiale y) au rail 91 orienté suivant la direction spatiale z. Ces deux rails peuvent être connectés. Alternativement, comme illustré en figure 9, le support 90 du boîtier 101 b peut comprendre un rail 92 courbé permettant de déplacer le support mobile 72 du capteur thermique 20 et le support mobile 74 du capteur de flux magnétique 110. Le support 90 peut également comprendre un plateau mobile 93 commandé par le circuit de commande 40 pour déplacer ce rail en translation suivant la direction spatiale z. Un tel agencement permet de limiter l’encombrement de l’appareil 200.
[193] Il va maintenant être décrit à l’aide de la figure 10 un troisième mode de réalisation d’un appareil 300 selon la présente divulgation. L’appareil 300 comprend tous les éléments de l’appareil 100, ainsi seules les différences avec l’appareil 100 décrit ci-dessus seront décrites.
[194] A la différence du premier mode de réalisation, le capteur thermique 20 est positionné du même côté que l’émetteur micro-onde 10. De ce fait, dans ce mode de réalisation, le capteur thermique 20 est orienté en regard de la première partie 224 de l’enveloppe externe 2 du végétal irradié par le flux électromagnétique F micro-onde. Typiquement, le capteur thermique 20 et l’émetteur micro-onde 10 peuvent être positionnés sur un rail courbé (comme décrit en figure 8). Dans le cas de l’utilisation d’un dispositif de focalisation 50, ce dernier peut être positionné sur un autre rail positionné entre le végétal et le rail portant l’émetteur micro-onde et le capteur thermique. Ces deux rails peuvent également être positionnés sur un plateau mobile réglant une position des éléments dans le boîtier 101a suivant la direction spatiale z (comme décrit en figure 8).
[195] Néanmoins, la fonction de l’appareil 300 est similaire à celle décrite en figure 2.
[196] Dans ce mode de réalisation, le dispositif de maintien 104 peut être similaire à celui décrit ci-dessus ou être un dispositif de maintien de l’appareil au végétal, par exemple en utilisant des bagues de maintien ou des pinces de maintien ;
[197] Un tel agencement peut notamment être utilisé lorsque le végétal soumis à la mesure présente une section suffisante, par exemple une section supérieure à 2,0 cm. En effet, dans ce cas, la portion interne 331 est plus proche de la première partie 224 de l’enveloppe externe 2 que de la deuxième partie 226 de l’enveloppe externe 2.
[198] Variantes
[199] La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention. Typiquement, on comprend que l’appareil 300 illustré en figure 10 peut utiliser, à la place du capteur de flux électromagnétique 60 de l’appareil 100, le capteur de flux électromagnétique 110 de l’appareil 200. Un tel agencement permet, comme dans le cas de l’appareil 100, une mesure simultanée du flux de sève et de la teneur en eau.
[200] Comme illustré en figure 12, l’invention concerne également un procédé 400 de mesure d’au moins un flux de sève dans un végétal. Typiquement, ce procédé 400 est mis en œuvre par l’un des quelconques dispositifs décrits plus haut.
[201] Le procédé 400 comprend une étape d’émission E1 par l’émetteur micro-onde 10 d’un flux électromagnétique F micro-onde en direction de la première partie de l’enveloppe externe dudit végétal de manière à chauffer une portion interne dudit végétal.
[202] Le procédé 400 comprend également une étape de captation E2 par le capteur thermique 20 du rayonnement thermique dudit végétal au cours du temps comme cela été décrit, par exemple, dans le dispositif 100.
[203] Le procédé 400 comprend également une étape de détermination E3, par l’unité de traitement 30, du déplacement du front de chaleur au cours du temps dans ledit végétal à partir du rayonnement thermique capté par le capteur thermique 20 et une étape d’estimation E4, sur la base du déplacement du front de chaleur, du flux de sève.
[204] Quand le dispositif comprend également un capteur de flux électromagnétique, le procédé 100 peut également comprendre une étape de captation E5 du flux électromagnétique réfléchi ou transmis par le végétal et une étape de détermination E6, par l’unité de traitement 30, d’une teneur en eau à partir du flux électromagnétique réfléchi ou transmis. Comme cela est précisé ci-dessus, cette étape de captation E5 peut être réalisée par l’antenne 11 ou par une autre antenne 111 fonctionnant seulement en réception.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Appareil (100, 200, 300) portatif de mesure d’au moins un flux de sève dans un végétal (1), ledit végétal ayant une enveloppe externe (2), ledit appareil (100, 200, 300) comprenant :
- un émetteur micro-onde (10) pour émettre un flux électromagnétique micro-onde en direction d’une première partie (224) de l’enveloppe externe (2) dudit végétal (1) de manière à chauffer une portion interne (331) dudit végétal (1);
- un capteur thermique (20) agencé pour capter un rayonnement thermique dudit végétal (1) au cours du temps ;
- une unité de traitement (30) configurée pour déterminer à partir du rayonnement thermique capté par le capteur thermique (20), un déplacement du front de chaleur au cours du temps dans ledit végétal (1) et pour estimer, sur la base du déplacement du front de chaleur, le flux de sève.
2. Appareil (100, 200, 300) selon la revendication 1 comprenant un capteur de flux électromagnétique (60, 110) agencé pour capter le flux électromagnétique réfléchi ou transmis par le végétal, ladite unité de traitement (30) étant configurée pour déterminer, à partir du flux électromagnétique réfléchi ou transmis, une teneur en eau dudit végétal.
3. Appareil (100, 200, 300) selon la revendication 2, dans lequel l’unité de traitement (30) utilise, pour la détermination de la teneur en eau du végétal, une table reliant un coefficient d’autoréflexion ou de transmission dudit végétal à une teneur en eau, ladite table étant fonction de la nature du végétal.
4. Appareil (100, 300) selon l’une quelconque des revendications 2 et 3, dans lequel l’émetteur micro-onde comprend une antenne fonctionnant, d’une part, en émission pour émettre le flux électromagnétique micro-onde et, d’autre part, en réception pour capter le flux électromagnétique réfléchi par ledit végétal et former ainsi ledit capteur de flux électromagnétique.
5. Appareil (100, 200, 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 comprenant un dispositif de focalisation (50) agencé pour focaliser ledit flux électromagnétique sur la première partie de l’enveloppe externe du végétal.
6. Appareil (100, 200, 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’émetteur micro-onde comprend une antenne (11) bi-quad.
7. Appareil (100, 200, 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le flux électromagnétique est émis à une fréquence comprise entre 1GHz et 200 GHz.
8. Appareil (100, 200, 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le flux électromagnétique émis par l’émetteur micro-onde (10) est un flux électromagnétique impulsionnel.
9. Appareil (100, 200, 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le capteur thermique (20) est compris dans une caméra thermique (21) agencée pour acquérir un flux vidéo du rayonnement thermique, ledit déplacement du front de chaleur étant déterminé à partir de ce flux vidéo.
10. Appareil (100, 200, 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 comprenant un circuit de commande (40) agencé pour activer et désactiver l’émetteur micro-onde (10) et le capteur thermique (20), ladite activation de l’émetteur micro-onde (10) et du capteur thermique (20) étant réalisée de manière asynchrone.
11. Appareil selon la revendication 9, dans lequel, pendant une période temporelle, l’émetteur micro-onde (10) et le capteur thermique (20) sont activés.
12. Appareil (100, 200, 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 comprenant un support repère agencé pour définir une distance entre l’émetteur microonde (10) et l’enveloppe externe (2) dudit végétal (1).
13. Appareil (100, 200, 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 comprenant un dispositif d’ajustement (71) en orientation agencé pour orienter et maintenir l’émetteur micro-onde (10) par rapport au capteur thermique (20).
14. Appareil (100, 200, 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 comprenant un dispositif d’ajustement (71) en position agencé pour régler la position de l’émetteur micro-onde (10) par rapport au végétal et pour régler la position du capteur thermique (20) par rapport au végétal.
15. Appareil selon l’une quelconque des revendications 1 à 14 comprenant un support portatif (90) sur lequel sont montés au moins l’émetteur micro-onde (10) et le capteur thermique (20), et optionnellement comportant en outre :
- un boîtier portatif (101) associé au support portatif (90) et accueillant au moins une partie de l’émetteur micro-onde (10) et au moins une partie du capteur thermique (20), l’unité de traitement (30),
- un dispositif de maintien (104) du support (90) au sol ou sur ledit végétal.
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