Por
L´ıgia Seixedo Magalh˜aes
Orienta¸c˜ao cient´ıfica :
Doutor Raul Manuel Pereira Morais dos Santos
Doutor Juan Antonio L´opez Riquelme
Disserta¸c˜ao submetida `a
UNIVERSIDADE DE TR ´AS-OS-MONTES E ALTO DOURO
para obten¸c˜ao do grau de MESTRE
em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores, de acordo com o disposto no DR, I s´erie A, Decreto-Lei n.o
74/2006 de 24 de mar¸co e no Regulamento de Estudos P´os-Graduados da UTAD
DR, 2.a
s´erie - Delibera¸c˜ao n.o
Doutor Raul Manuel Pereira Morais dos Santos
Professor Associado c/Agrega¸c˜ao do Departamento de Engenharias
Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro
Doutor Juan Antonio L´opez Riquelme
Professor por Substitui¸c˜ao do Departamento de Tecnologia Electrot´onica
Universidad Polit´ecnica de Cartagena
”Se hace camino al andar. | O caminho faz-se caminhando.” Antonio Machado(1875 – 1939)
A quem dedico, Aos meus pais, irm˜a e Jo˜ao
L´ıgia Seixedo Magalh˜aes
Submetido na Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro para o preenchimento dos requisitos parciais para obten¸c˜ao do grau de
Mestre em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores
Resumo — A moderniza¸c˜ao dos sistemas de rega inteligentes levam a um cres-cente interesse nos sensores que tentam aferir as necessidades h´ıdricas das plan-tas. Os dendr´ometros s˜ao sensores que medem as altera¸c˜oes na varia¸c˜ao quer do per´ımetro, diˆametro ou raio do tronco de uma ´arvore. Para al´em da varia¸c˜ao do tronco provocada pelo crescimento da ´arvore ´e poss´ıvel medir altera¸c˜oes provocadas pela quantidade de ´agua presente no xilema.
Este trabalho apresenta um prot´otipo de dendr´ometro que utiliza 4 extens´ometros configurados em ponte de Wheatstone. Complementarmente, foi desenvolvido um sistema de leitura e registo de dados e foi acoplado um sensor de temperatura e humidade relativa DHT22.
Os ensaios foram realizados numa oliveira adulta durante os meses de agosto, setem-bro e outusetem-bro. Os resultados permitiram identificar as varia¸c˜oes m´aximas e m´ınimas do tronco ao longo desse per´ıodo onde foi poss´ıvel verificar que com o aumento do teor de ´agua no solo, o per´ımetro do tronco aumenta em m´edia consecutivamente. N˜ao foi poss´ıvel detetar o momento de stress h´ıdrico da oliveira devido aos n´ıveis de precipita¸c˜ao elevados que ocorreram durante o per´ıodo de ensaios.
O prot´otipo desenvolvido mostrou ser ´util para a aplica¸c˜ao a sistemas de rega, sendo poss´ıvel identificar os principais ´ındices utilizados na gest˜ao de sistema de rega inteligentes.
Palavras-chave: varia¸c˜oes do tronco, dendr´ometro, extens´ometros, stress h´ıdrico, irriga¸c˜ao inteligente, instrumenta¸c˜ao eletr´onica.
L´ıgia Seixedo Magalh˜aes
Submitted to the University of Tr´as-os-Montes and Alto Douro in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Electrical Engineering and Computers
Abstract — The modernization of smart irrigation systems have led to a growing interest in sensors that measures the hydric needs of plants. The dendrometers are sensors that measure changes in the variations whether they are perimeter, diameter or stem radius of a tree. Besides stem variation produced by the growth of the tree it is possible to measure changes caused by the amount of water present in the xylem. This work presents a dendrometer prototype that uses 4 strain gauges in a Wheats-tone bridge configuration. In addition, it was developed a reading and data logger systems and it was coupled to a DHT22 which is a temperature and relative humidity sensor.
The tests were carried out in an adult olive tree during the months of August, Sep-tember and October. The results allowed us to identify the maximum and minimum stem variations during that period of time where it was possible to verify that with the increasing water content in the soil, the perimeter of the stem increases in ave-rage consecutively. It was not possible to detect the hydric stress moment of the olive tree due to the high precipitation levels that occurred during the test period. The developed prototype shown to be useful for the application in irrigation sys-tems, being possible to identify the major indexes used in the management of smart irrigation systems.
Key-Words: Stem variations, dendrometers, strain gauges, hydric stress, smart irri-gation, electronic instrumentation
Os meus agradecimentos ao Professor Doutor Raul Morais dos Santos, do Departa-mento de Engenharias da Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro, orientador deste trabalho, pelo seu incans´avel apoio, dedica¸c˜ao, orienta¸c˜ao e boa disposi¸c˜ao. Ao Professor Doutor Juan Antonio L´opez Riquelme, do Departamento de Tecnolo-gia Electr´onica da Universidad Polit´ecnica de Cartagena, co-orientador desta dis-serta¸c˜ao, pela sua orienta¸c˜ao e ideias.
A todo o corpo docente e membros da dire¸c˜ao do 2o
ciclo do curso em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores pelo acolhimento e integra¸c˜ao.
Ao Nuno Miguel dos Santos Pinto da Silva, bolseiro de investiga¸c˜ao, pelo apoio pres-tado na execu¸c˜ao deste trabalho, pela paciˆencia, pela disponibilidade e dedica¸c˜ao.
`
A Susana Parra, bolseira de investiga¸c˜ao, pela disponibilidade e ajuda com o c´alculo do estado h´ıdrico da Oliveira.
A todos os meus colegas de Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores da Universi-dade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro pela sua amizade, boa disposi¸c˜ao, e por me integrarem neste curso como se j´a fizesse parte dele na licenciatura, em especial `a Marta Esteves, Jos´e Sousa, Diana Esteves e Sylvie Couto.
`
A Dona Elisabete Felizardo, uma verdadeira m˜ae de Vila Real, pela sua boa dis-posi¸c˜ao, pelo carinho e pelo apoio.
nunca me deixarem desistir dos meus sonhos. `
A minha irm˜a Sofia Magalh˜aes, por toda a ajuda, pelos dias de mau humor e m´a disposi¸c˜ao, pelas horas de conversa ao telefone e por ser a irm˜a chatinha.
Aos meus av´os por todos os bons conselhos e brincadeiras.
Ao meu namorado Jo˜ao Cordeiro, pelo carinho, pelas horas disponibilizadas a ajudar-me, pelos bons conselhos e por caminhar sempre ao meu lado sem nunca me deixar fraquejar.
A todos, um sincero obrigado!
UTAD, Ligia Seixedo Magalh˜aes
Vila Real 2014
Resumo vii
Abstract ix
Agradecimentos xi
´Indice de tabelas xv
´Indice de figuras xvii
Gloss´ario, acr´onimos e abreviaturas xxi
1 Introdu¸c˜ao 1 1.1 Motiva¸c˜ao e objetivos . . . 6 1.2 Organiza¸c˜ao da disserta¸c˜ao. . . 6 2 Dendr´ometros 9 2.1 Defini¸c˜ao de dendr´ometro . . . 9 2.2 Resenha hist´orica . . . 10 2.3 Tipos de dendr´ometros . . . 11 2.3.1 Dendr´ometros ´oticos . . . 11
2.3.2 Estudo sobre os sistemas de focagem autom´aticos . . . 13
2.3.3 Dendr´ometros com contacto . . . 21
2.4 Transdutores utilizados pelos dendr´ometros de alta precis˜ao . . . 22
2.4.1 Extens´ometros . . . 23 xiii
2.5.1 Modelos comerciais do tipo cinta . . . 28
2.5.2 Dendr´ometros comerciais do tipo ponta . . . 37
2.5.3 Dendr´ometros com aplica¸c˜ao em ra´ızes . . . 46
2.5.4 Dendr´ometros laser . . . 47
2.5.5 Dendr´ometros experimentais do tipo cinta . . . 49
2.6 An´alise comparativa . . . 52
3 Prot´otipo experimental 59 3.1 Conce¸c˜ao . . . 59
3.2 Metodologia utilizada . . . 61
3.2.1 Material de montagem . . . 61
3.2.2 Eletr´onica de aquisi¸c˜ao de dados. . . 65
3.3 Implementa¸c˜ao . . . 75
3.4 C´alculo do estado h´ıdrico da planta . . . 78
4 Experimentos e resultados 83
5 Conclus˜ao e trabalho futuro 91
Referˆencias bibliogr´aficas 95
A C´odigo Arduino para sistema de aquisi¸c˜ao de dados 105
A.1 C´odigo Arduino para gerir o funcionamento do circuito integrado AD7730 e para gerir o armazenamento de dados num cart˜ao de mem´oria106
2.1 Caracter´ısticas do dendr´ometro de cinta autom´atico a AEC. . . 29
2.2 Caracter´ısticas do Manual Band Dendrometer s´erie 5. . . 35
2.3 Caracter´ısticas do dendr´ometro D1 Permanent Tree Girth. . . 36
2.4 Especifica¸c˜oes el´etricas dos dendr´ometros DEX20, 70, 100 e 200. . . . 38
2.5 Caracter´ısticas do dendr´ometro autom´atico de ponta. . . 39
2.6 Especifica¸c˜oes t´ecnicas do dendr´ometro Criterion RD 1000. . . 48
4.1 Primeiro c´alculo do RWC. . . 84
4.2 Segundo c´alculo do RWC. . . 85
4.3 Terceiro c´alculo do RWC. . . 85
5.1 Custos arredondados dos materiais utilizados na montagem do prot´otipo experimental. . . 92
1.1 Nora que atualmente faz parte da riqueza paisag´ıstica da regi˜ao de
Alveite Grande. . . 2
2.1 Compara¸c˜ao do princ´ıpio de funcionamento de dois dendr´ometros ´oticos. 12 2.2 Diagrama de focagem de uma cˆamara com focagem autom´atica. . . . 14
2.3 Explica¸c˜ao do processo de focagem autom´atica passiva. . . 17
2.4 Cena fora de foco.. . . 18
2.5 Faixa de pixeis fora de foco. . . 18
2.6 Cena em foco. . . 19
2.7 Faixa de pixeis em foco. . . 19
2.8 Representa¸c˜ao esquem´atica de um extens´ometro . . . 24
2.9 Esquema el´etrico de um transdutor diferencial vari´avel linear conven-cional. . . 26
2.10 Varia¸c˜ao da resistˆencia com a posi¸c˜ao do cursor. . . 27
2.11 Potenci´ometros rotativos. . . 27
2.12 Dendr´ometro D6 Permanent Tree Girth. . . 30
2.13 Princ´ıpio de medi¸c˜ao de um dendr´ometro perimetral. . . 30
2.14 Esquema de montagem do dendr´ometro D6. . . 31 xvii
2.17 Diagrama esquem´atico do dendr´ometro s´erie 5. . . 34
2.18 Dendr´ometro D1 Permanent Tree Girth. . . 36
2.19 Exemplo do Dex Dendr´ometro fabricado pela empresa Dynamax. . . 37
2.20 Esquema do dendr´ometro autom´atico de ponto fabricado pela em-presa Agricultural Electronics Corporation. . . 38
2.21 Dendr´ometro D4 Umfangszuwachensor. . . 40
2.22 Dendr´ometro MDD10. . . 41
2.23 Dendr´ometro de ponta ZB06. . . 42
2.24 Dendr´ometro de ponta ZN11-T-W. . . 43
2.25 Dendr´ometro de ponta ZN11-T-IP. . . 44
2.26 Dendr´ometro de ponta ZN11-Ox-WP. . . 44
2.27 Dendr´ometro de ponta ZN12-T-2W. . . 45
2.28 Dendr´ometro GMR.. . . 46
2.29 Relasc´opio Eletr´onico Criterion RD 1000. . . 48
2.30 Dendr´ometro utilizado no estudo de Korpela M. et al. . . 50
2.31 Estrutura do dendr´ometro . . . 50
2.32 Dendr´ometro fixo na ´arvore. . . 51
2.33 Ferramenta constru´ıda para implementar a escala de vernier na cinta de alum´ınio. . . 51
2.34 Dendr´ometro industrial e artesanal utilizados no estudo. . . 53
2.35 Tabela comparativa dos dendr´ometros do tipo cinta e do tipo ponta. . 57
3.1 Ideia inicial do prot´otipo que se prop˜oe construir. . . 60
3.2 Prot´otipo que se prop˜oe construir. . . 61
3.3 Desenho ilustrativo da cinta de a¸co inoxid´avel, os furos e as respetivas medidas. . . 62
3.4 Desenho que exemplifica o teflon com os respetivos furos. . . 62
3.5 Ilustra¸c˜ao da estrutura de fixa¸c˜ao relativamente `a posi¸c˜ao dos furos e as respetivas medidas. . . 63
3.6 Ilustra¸c˜ao de uma mola de tra¸c˜ao. . . 64 xviii
orientadas por tens˜oes. . . 67
3.9 Disposi¸c˜ao da ponte utilizada no prot´otipo.. . . 69
3.10 Ilusta¸c˜oes dos extens´ometros depois da colagem no teflon. . . 69
3.11 Circuito do ADC e respetivas liga¸c˜oes `a ponte. . . 73
3.12 Fluxograma s´ıntese do funcionamento do prot´otipo constru´ıdo. . . 74
3.13 Tronco da ´arvore ap´os a remo¸c˜ao da casca superficial. . . 76
3.14 Prot´otipo depois de montado. . . 76
3.15 Mecanismo de encaixe. . . 77
3.16 Suporte para o sistema de aquisi¸c˜ao de dados. . . 77
3.17 Eletr´onica de aquisi¸c˜ao de dados. . . 78
3.18 Prote¸c˜ao contra condi¸c˜oes climat´ericas adversas. . . 78
3.19 Folhas da oliveira depois de recolhidas e colocadas no frasco. . . 79
3.20 Frasco com folhas depois de serem pesadas e introduzida a ´agua des-tilada. . . 80
3.21 Pesagem das folhas relativas ao peso t´urgido. . . 80
3.22 Folhas depois de retiradas da estufa. . . 81
4.1 Curva modelo dos ´ındices de varia¸c˜ao do diˆametro do tronco. . . 87
4.2 Valores de tens˜ao em m´odulo referentes aos dias 20 e 21 do mˆes de agosto. . . 88
4.3 Valores de tens˜ao de sa´ıda da ponte extens´ometrica em m´odulo refe-rentes aos dias 20 e 21 do mˆes de setembro. . . 88
4.4 Valores de tens˜ao de sa´ıda da ponte extens´ometrica, temperatura e humidade relativa durante uma semana de ensaios. . . 90
abreviaturas
Gloss´
ario de termos
Chinampas Canteiros de madeira flutuantes sobre os quais se fazem planta¸c˜oes.
Floema Tecido das plantas vasculares respons´avel pelo transporte da solu¸c˜ao aquosa de substˆancias orgˆanicas.
INVAR Liga `a base de N´ıquel e Ferro com reduzido coeficiente de dilata¸c˜ao.
Qanats Aquedutos subterrˆaneos que serviam para recolher ´agua. Xilema Tecido das plantas vasculares por onde circula a ´agua com
sais minerais.
Sigla Expans˜ao
AC Alternating Current (corrente alternada)
ACM Image Absolute Central Moment (momento central absoluto da imagem)
ADC Analog-to-Digital Converter (conversor anal´ogico digital) A/D Analog/Digital (anal´ogico/digital)
BAF Basal Area Factor (fator de ´area basal)
CCD Charge-Coupled Device
CMOS Complementary Metal-Oxide-Semiconductor
CSV Coma-Separated values
DC Direct Current (corrente cont´ınua)
DCT Discrete cosine transform (Transformada discreta de cosseno) DG Daily Growth (crescimento di´ario)
DHT Temperture-Humidity Sensor (Senor de temperatura e humi-dade)
DPV D´eficit Press˜ao Vapor
DWT Discrete wavelet transform (Transformada discreta de wave-let)
ETc Evapotranspira¸c˜ao de cultivo ETo Evapotranspira¸c˜ao de referˆencia
GND Ground
GSM Group System for Mobile Commmunications
HPACM High-Pass Filter Image Absolute Central Moment (Momento central absoluto do filtro passa alto da imagem)
IP64 ´Indice de Prote¸c˜ao 64
KC Coeficiente de cultivo
LED Light Emitting Diode
LVDT Linear Variable Differential Transformer (transdutor dife-renci´avel de vari´avel linear)
MDS Maximum Daily Shrinkage (encolhimento m´aximo di´ario) MNSD Minimum Stem Diameter (diˆametro minimo do tronco) MXSD Maximum Stem Diameter (diˆametro m´aximo do tronco)
PF Peso Fresco
PGA Programable Gain Amplifier
PS Peso Seco
PT Peso T´urgido
RTC Real Time Clock
RTD Resistence Temperature Devices
RWC Rain Water Control
SD card Secure Digital Card
SGR Stem Growth Rate (taxa de crescimento do tronco) SLR Single-Lens Reflex (lentes de reflexo ´unico)
SOM Self-Organizing Map
STD Desvio Padr˜ao
TDR Time-Domain Reflectometer (reflectometria no dom´ınio dos tempos)
Abreviatura Significado(s) ◦C Graus Celsus % percentagem π pi Ω ohm cm cent´ımetro ha hectare
i.e. isto ´e
Hz hertz K Kelvin m metro mm mil´ımetro mA miliAmpere mK miliKelvin mV milivolt N Newton pcm
ppm partes por milh˜ao
UV ultravioleta
µm micr´ometro
V Volt
1
Introdu¸c˜
ao
No in´ıcio das civiliza¸c˜oes o homem limitava-se a tirar partido das cheias naturais dos grandes rios para fazer as suas sementeiras mas, posteriormente, come¸caram a aprender a controlar o caudal dos rios `a custa de empreendimentos hidroagr´ıcolas (Amaral, 2007).
Desde muito cedo o Homem teve o engenho de estabelecer t´ecnicas de regadio adap-tadas `a zona que habitava: os Nabateus optaram pela agricultura de escoamento (runnoff agriculture), os Persas optaram pela constru¸c˜ao de qanats, os Cingaleses constru´ıram tanques, e os Astecas chinampas (Jos´e Rasquilho Raposo, 1996). De uma forma geral qanats s˜ao aquedutos subterrˆaneos que serviam para recolher a ´agua que posteriormente era conduzida at´e `a superf´ıcie, enquanto que os chinampas estes s˜ao canteiros de madeira flutuantes sobre os quais se faziam planta¸c˜oes. ´E cu-rioso o facto de que muitos dos atuais sistemas de rega come¸caram a ser praticados h´a s´eculos: os Eg´ıpcios e Chineses j´a utilizavam canteiros; os Astecas e Birmane-ses usavam t´ecnicas de rega subterrˆanea; as regadeiras de n´ıvel eram utilizadas por Celtas e Lusitanos; e, possivelmente, at´e a rega por aspers˜ao j´a era utilizada nos famosos Jardins Suspensos Babil´onicos.
Em Portugal tamb´em foram implantados muitos sistemas de rega tradicionais e al-guns, principalmente no norte do pa´ıs, ainda hoje se utilizam. No entanto, ´e do conhecimento comum que o planeta tem sofrido altera¸c˜oes clim´aticas: a tempera-tura na superf´ıcie da terra tem aumentado e cada vez menos se consegue definir as esta¸c˜oes do ano. Cheias, secas e tempestades s˜ao cada vez mais comuns. Com estas altera¸c˜oes clim´aticas e com o aumento da utiliza¸c˜ao dos recursos naturais pela popula¸c˜ao, a disponibilidade de ´agua doce ´e cada vez menor face `as necessidades humanas. Torna-se indispens´avel o uso eficiente da mesma. Em Portugal, uma grande parte da ´agua consumida ´e da responsabilidade do setor agr´ıcola, pelo que ´e importante uma mudan¸ca no modo como s˜ao utilizados os recursos h´ıdricos na rega. A figura1.1apresenta um dos m´etodos tradicionais utilizados em Portugal, as noras, que consistia na obten¸c˜ao de ´agua a partir de po¸cos com a utiliza¸c˜ao de animais.
Figura 1.1 – Nora que atualmente faz parte da riqueza paisag´ıstica da regi˜ao de Alveite Grande. Fonte: https://alveite.wordpress.com/2007/06/19/ noras-de-agua-em-alveite/
Algumas d´ecadas atr´as, o agricultor tinha que avaliar as necessidades das suas cul-turas com base nos seus conhecimentos adquiridos com a experiˆencia e com base
na an´alise visual da planta. Hoje, com o uso das tecnologias da eletr´onica e dos computadores, nomeadamente a eletr´onica de instrumenta¸c˜ao e os sistemas inteli-gentes, tem permitido fazer um uso mais eficiente dos recursos h´ıdricos atrav´es de uma avalia¸c˜ao precisa das necessidades do solo e da planta, respondendo a duas grandes quest˜oes: quando e quanto regar.
A irriga¸c˜ao inteligente ´e uma atividade de precis˜ao, que envolve tanto a avalia¸c˜ao das necessidades de ´agua nas culturas como a aplica¸c˜ao da quantidade precisa do volume, no momento necess´ario. Para atender `as necessidades da cultura, esta deve ser irrigada de forma uniforme e eficiente e s´o quando ´e necess´ario. Para conseguir isso, ´e necess´aria uma calendariza¸c˜ao precisa de irriga¸c˜ao e, em particular, ´e fundamental uma estimativa da quantidade de ´agua a aplicar. ´E essencial uma precis˜ao no controlo de aplica¸c˜oes de modo a que seja aplicada apenas a quantidade de ´agua necess´aria de forma a obter altas eficiˆencias volum´etricas e a concess˜ao de aplica¸c˜oes de ´agua, de modo que cada planta ou ´area de campo receba a mesma quantidade de ´agua, isto ´e, aplica¸c˜oes de ´agua espacialmente uniformes (Smith, 2010).
Existem diferentes metodologias para t´ecnicas de irriga¸c˜ao que diferem na forma como a ´agua ´e obtida e como esta ´e distribu´ıda pelos campos. Os principais m´etodos de irriga¸c˜ao s˜ao: aspers˜ao, localizada, superf´ıcie e subterrˆanea. Na irriga¸c˜ao por aspers˜ao, a ´agua ´e aplicada ao solo sob a forma de chuva artificial atrav´es do fra-cionamento do jato de ´agua em gotas. Esse frafra-cionamento ´e obtido pela passagem do fluxo de ´agua sob press˜ao pelos bocais dos aspersores. Na irriga¸c˜ao localizada, a ´agua ´e aplicada ao solo diretamente na regi˜ao das ra´ızes, molhando apenas parte do volume do solo, com uma baixa press˜ao, permitindo uma alta frequˆencia de irriga¸c˜ao e, consequentemente, mantendo o solo com uma humidade elevada (pr´oxima `a ca-pacidade de campo). De entre os sistemas de irriga¸c˜ao localizada, o gotejamento e a micro-aspers˜ao s˜ao os mais utilizados. Na irriga¸c˜ao por superf´ıcie, a ´agua ´e aplicada diretamente sobre a superf´ıcie do solo. De entre os sistemas de aplica¸c˜ao superfi-cial, destacam-se a irriga¸c˜ao por sulcos e por inunda¸c˜ao. Na irriga¸c˜ao subterrˆanea, a ´agua ´e aplicada diretamente sob a superf´ıcie do solo. Esta aplica¸c˜ao ´e realizada
pela manuten¸c˜ao e controlo do len¸col fre´atico a uma profundidade favor´avel ao de-senvolvimento da cultura, ou pela aplica¸c˜ao de ´agua atrav´es de tubos ou manilhas perfuradas ou porosas (Regina C.M. Pires, 1999).
O planamento da rega pode ser feito atrav´es do conhecimento dos n´ıveis de ´agua no solo, atrav´es da evapotranspira¸c˜ao, atrav´es da avalia¸c˜ao da quantidade de ´agua presente na planta ou pela associa¸c˜ao destes. A monitoriza¸c˜ao das irriga¸c˜oes tamb´em pode ser diferenciada nos est´adios de desenvolvimento da cultura de acordo com a maior ou menor sensibilidade ao stress h´ıdrico e ao seu efeito na produ¸c˜ao.
Uma forma direta de verificar as necessidades h´ıdricas das culturas ´e a avalia¸c˜ao ou medi¸c˜ao do teor de ´agua no solo. Para essa avalia¸c˜ao existem m´etodos como a an´alise gravim´etrica e TDR (Reflectometria no Dom´ınio do Tempo) e instrumentos que podem ser utilizados como a sonda de neutr˜oes, bloco de gesso, tensi´ometros, entre outros (Regina C.M. Pires, 1999).
No que diz respeito `a evapotranspira¸c˜ao, esta pode ser definida como a evapora¸c˜ao da ´agua a partir da superf´ıcie do solo e da transpira¸c˜ao das plantas (Allen et al., 1998). Com base nos valores di´arios da perda de ´agua por evapotranspira¸c˜ao ´e poss´ıvel realizar uma gest˜ao correta da rega, repondo no solo as perdas de ´agua desde a rega anterior (Shahidian). Estes valores podem ser calculados atrav´es de dados do clima e algoritmos para o c´alculo do valor de evapotranspira¸c˜ao.
Na gest˜ao da rega atrav´es das necessidades h´ıdricas da planta, ´e necess´ario o conhe-cimento do seu estado h´ıdrico, que pode ser obtido atrav´es da temperatura foliar, da tens˜ao da ´agua nas plantas e da contra¸c˜ao radial.
Como referido anteriormente, existem v´arios m´etodos para o planeamento de um sistema de rega, mas nem todos s˜ao ideais para satisfazer em pleno as necessidades h´ıdricas reais das plantas. Os m´etodos micro clim´aticos n˜ao deixam de ser f´ormulas emp´ıricas ajustadas e n˜ao tˆem em conta a resposta imediata e cont´ınua da planta. O uso de coeficientes de cultivo (Kc) que se relacionam com a evapotranspira¸c˜ao de re-ferˆencia (ETo) para determinar a evapotranspira¸c˜ao de cultivo (ETc), s˜ao demasiado universais e n˜ao refletem a realidade (Cohen M. and Mata, 2000). O planeamento
da rega baseada na medi¸c˜ao do teor de ´agua do solo, embora ofere¸ca uma boa in-forma¸c˜ao sobre o movimento e reten¸c˜ao de ´agua nas diferentes profundidades do solo, n˜ao deixa de ser um m´etodo indireto, n˜ao traduzindo diretamente o estado h´ıdrico da planta.
Entre os diferentes m´etodos apresentados, o potencial h´ıdrico foliar ´e o mais aceite para detetar o stress h´ıdrico da planta, mas apresenta alguns inconvenientes: n˜ao traduz o estado h´ıdrico real em condi¸c˜oes de solos heterog´eneos (Am´eglio et al., 1999); ´e um m´etodo trabalhoso e pouco pr´atico. O potencial h´ıdrico do tronco (xilema), aparece como a melhor solu¸c˜ao, uma vez que se relaciona melhor com o DPV (D´eficit de press˜ao de vapor) e traduz melhor uma falta moderada de ´agua no solo (McCutchan and Shackel, 1992; Garnier and Berger,1985).
A rega pode ser aplicada a culturas ou a pomares. Os pomares de ´arvores frut´ıferas normalmente est˜ao inseridos em regi˜oes ´aridas, onde a disponibilidade de ´agua para a irriga¸c˜ao ´e escassa, tornando-se imperativo um uso de t´ecnicas de irriga¸c˜ao eficientes. A utiliza¸c˜ao de fitossensores como os dendr´ometros, baseados diretamente na ´arvore, demonstram ser uma solu¸c˜ao ideal e de referˆencia para obter resultados com boa qualidade.
H´a bastante tempo que a medida das varia¸c˜oes, ou contra¸c˜oes e crescimento de uma parte da planta tem suscitado um grande interesse (Kozlowski, 1972). Atualmente esse interesse tem vindo a aumentar devido ao avan¸co da eletr´onica e inform´atica, que permitiram automatizar as medidas micro morfol´ogicas, simplificar a metodologia e por isso aumentar a sua aplicabilidade e utilidade na gest˜ao h´ıdrica em tempo real (M., 1999).
O dendr´ometro ´e um aux´ılio precioso tanto para sistemas de rega inteligente, como dito anteriormente, como na capacidade de detetar vari¸c˜oes diurnas no tamanho do tronco da ´arvore, compreens˜ao das respostas do crescimento das ´arvores em rela¸c˜ao ao clima e silvicultura e para a an´alise temporal das propriedades da madeira (Drew and Downes, 2009).
1.1
Motiva¸c˜
ao e objetivos
Aumentar a produtividade e diminuir os custos ´e o principal lema da agricultura moderna. As tecnologias atualmente dispon´ıveis incluem sistemas de recolha e tra-tamento da informa¸c˜ao, assim como de controlo autom´atico dos equipamentos, para fazer variar, de uma forma cont´ınua, o conjunto de factores de produ¸c˜ao a aplicar, sem interven¸c˜ao do agricultor. Deste modo, o dendr´ometro apresenta-se como uma preciosa ajuda para a gest˜ao e eficiˆencia da rega. Contudo, o custo dos mesmos ´e elevado, j´a que as vers˜oes de medida radial e/ou perimetrais podem alcan¸car os 400e.
Pretende-se com este trabalho desenhar um sensor equivalente de custo inferior de forma a serem usados de forma massiva em aplica¸c˜oes agr´ıcolas com otimiza¸c˜ao da ´agua de irriga¸c˜ao. Para tal, foi necess´ario realizar um estudo do estado da arte dos dendr´ometros existentes e propor o desenho mecˆanico de um prot´otipo.
Outro objectivo, complementar ao principal, ´e o desenvolvimento de um sistema ca-paz de recolher e guardar dados do dendr´ometro, de forma aut´onoma, para posterior an´alise.
Por ´ultimo, ser´a necess´ario conduzir um ensaio com o dendr´ometro em situa¸c˜ao de cultivo real.
1.2
Organiza¸c˜
ao da disserta¸c˜
ao
Esta disserta¸c˜ao encontra-se estruturada em cinco cap´ıtulos. No presente cap´ıtulo faz-se uma introdu¸c˜ao de enquadramento e apresenta-se a motiva¸c˜ao do trabalho. No segundo cap´ıtulo faz-se a descri¸c˜ao dos dendr´ometros, apresentando-se uma breve descri¸c˜ao sobre os transdutores que s˜ao utilizados na constru¸c˜ao dos dendr´ometros comerciais e artesanais. S˜ao apresentados os modelos comerciais e artesanais e no final ´e apresentada uma an´alise comparativa.
O terceiro cap´ıtulo reserva-se `a conce¸c˜ao, `a metodologia utilizada e `a implementa¸c˜ao do prot´otipo experimental desenvolvido.
No quarto cap´ıtulo s˜ao apresentados os experimentos e os respetivos resultados ob-tidos durante o ensaio realizado em cultivo real.
Por ´ultimo, no quinto cap´ıtulo s˜ao expostas as conclus˜oes tiradas com a realiza¸c˜ao desta disserta¸c˜ao bem como o trabalho a realizar futuramente para melhorar o prot´otipo apresentado.
2
Dendr´
ometros
Este cap´ıtulo inicia com a defini¸c˜ao de dendr´ometro, incluindo a classifica¸c˜ao dos dendr´ometros existentes no mercado, assim como um enquadramento hist´orico des-tes sensores. Posteriormente s˜ao apresentados os tipos de dendr´ometros segundo as suas categorias e apresentado o uso dos sistemas ´oticos. ´E apresentada uma explica¸c˜ao te´orica sucinta do modo de funcionamento dos transdutores que s˜ao uti-lizados pelos dendr´ometros comerciais. S˜ao apresentados os modelos comerciais e artesanais presentes na literatura e por fim ser´a feita uma an´alise comparativa dos mesmos.
2.1
Defini¸c˜
ao de dendr´
ometro
O dendr´ometro ´e um sensor usado para medir varia¸c˜oes no per´ımetro dos troncos das ´arvores. ´E poss´ıvel definir duas grandes categorias de dendr´ometros: aqueles que contactam com o tronco e aqueles que n˜ao o fazem (Clark, 2000). Com contato ou sem ele, os dendr´ometros s˜ao sensores que medem altera¸c˜oes no tronco das ´arvores atrav´es da recolha de m´etricas diferentes, incluindo o per´ımetro, diˆametro, raio ou distˆancia entre os pontos de tangˆencia de uma ´arvore.
Os dendr´ometros podem ser agrupados em diferentes categorias, como ser´a apre-sentado neste documento, no entanto, esta disserta¸c˜ao foca-se nos dendr´ometros de alta precis˜ao espacial e temporal, e nos dados que se podem obter a partir deste tipo de sensores. Estes dados podem ser utilizados para diferentes estudos e podem tirar-se proveito para diferentes aplica¸c˜oes, tais como: a avalia¸c˜ao do estado h´ıdrico no tronco; monitoriza¸c˜ao dos processos de crescimento das plantas; controlo de ir-riga¸c˜ao; a compreens˜ao das respostas de crescimento a curto prazo de mudan¸cas a n´ıvel das condi¸c˜oes ambientais; e a cria¸c˜ao de modelos que relacionam as medidas temporais do crescimento e do clima para as medi¸c˜oes das propriedades da madeira (Zweifel et al., 2000; Zweifel and H¨asler, 2001; Wimmer et al., 2002; Deslauriers et al., 2003).
2.2
Resenha hist´
orica
As primeiras leituras obtidas do crescimento do tronco, para fins cient´ıficos, eram de baixa frequˆencia e os resultados alcan¸cados eram de baixa precis˜ao.
Os dendr´ometros com alta resolu¸c˜ao j´a se usam desde o s´eculo XIX em pesquisas de crescimento do tronco em v´arias esp´ecies sob diferentes condi¸c˜oes atmosf´ericas (Friedrich,1897). Friedrich era capaz de registar um crescimento atrav´es de um sinal el´etrico, mas a t´ecnica n˜ao se tornou popular at´e que foi simplificada pela tecnologia moderna.
MacDougal introduziu uma t´ecnica de medi¸c˜ao alternativa e extremamente precisa denominada por dendrograph (MacDougal, 1924). No entanto, embora este instru-mento tenha eliminado alguns erros de precis˜ao das, at´e ent˜ao, conhecidas fitas de diˆametro, ele n˜ao foi considerado suficientemente preciso para as folhosas de cres-cimento lento, tendo sido ainda considerado ainda um instrumento caro e de dif´ıcil montagem (Fritts,1995).
Em 1932, Reineke desenvolveu um instrumento muito mais simples e preciso que denominou por dendr´ometro Dial-Gauge (Reineke, 1932). Daubenmire em 1945
(Daubenmire, 1945) e Reineke em 1948 (Reineke, 1948), discutiram potenciais me-lhorias na posi¸c˜ao do calibrador de forma a melhorar a precis˜ao do dendr´ometro. No entanto em 1976, Fritts demonstrou que as ´arvores nem sempre crescem para todos os lados do tronco da mesma forma levando `a conclus˜ao de que este dendr´ometro n˜ao ´e o mais apropriado para as medi¸c˜oes do crescimento do tronco (Fritts, 1976). Desde o in´ıcio dos anos 1990 que a maioria dos autores que trabalham em sistemas de irriga¸c˜ao usaram um LVDT (Transdutor Diferencial de Vari´avel Linear ), tamb´em chamados de transdutores lineares de deslocamento vari´avel (Intrigliolo and Castel, 2004). Recentemente, tˆem sido tamb´em utilizados extens´ometros para a constru¸c˜ao de dendr´ometros, j´a que alguns autores relatam vantagens na utiliza¸c˜ao destes sobre a utiliza¸c˜ao do LVDT.
2.3
Tipos de dendr´
ometros
Existem v´arios tipos de dendr´ometros, possuindo propriedades diferentes que os permitem agrupar em diferentes categorias (exatid˜ao, precis˜ao, custo, simplicidade no funcionamento, entre outras.). ´E poss´ıvel definir duas grandes categorias de dendr´ometros: a que tem contato com o tronco e a que n˜ao tem, vulgarmente designados por dendr´ometros ´oticos.
2.3.1
Dendr´
ometros ´
oticos
Os dendr´ometros ´oticos s˜ao dispositivos que n˜ao requerem que haja uma abordagem ao tronco. Muitos estilos de dendr´ometros ´oticos foram concebidos com base nos princ´ıpios dos garfos e pin¸cas ´oticos e do tel´emetro (Grosenbaugh, 1963).
Para medir um diˆametro oticamente, devem existir duas linhas de vis˜ao entre o local de observa¸c˜ao e duas tangentes no tronco inserido no plano que representa o diˆametro desejado. Para calcular o diˆametro do tronco neste plano utiliza-se geometria de perspetiva que se serve das v´arias medi¸c˜oes do ˆangulo e distˆancia
(Neil A. Clark and Schmoldt, 2000). As sec¸c˜oes seguintes abordam cada tipo de dendr´ometro ´otico com mais detalhe.
Pin¸cas ´oticas
As pin¸cas ´oticas utilizam duas linhas de vista paralelas interceptando dois pontos no tronco que representam o diˆametro (figura 2.1A), tornando a precis˜ao de medi¸c˜ao n˜ao dependente da distˆancia. O diˆametro m´aximo que poder´a ser medido depende apenas da largura nominal das pin¸cas (Neil A. Clark and Schmoldt, 2000).
Figura 2.1 – Compara¸c˜ao do princ´ıpio de funcionamento de dois dendr´ometros ´oticos. A) No paqu´ımetro ´otico, a distˆancia de linha de base b ´e ajustada e substitu´ıda como uma medida direta do diˆametro (a distˆancia n˜ao ´e necess´aria). B) No tel´emetro, b normalmente ´e fixo e os ˆangulos de convergˆencia verdadeiros e falsos s˜ao utilizados para calcular a distˆancia e, em ultima an´alise, o diˆametro. C) Utilizando um garfo ´otico, s˜ao necess´arias duas distˆancias (d1, d2) e uma distˆancia de linha de base b, para calcular o diˆametro.
Tel´emetro
Os dois tipos de dendr´ometros ´oticos que se seguem tˆem linhas de vis˜ao que se cruzam. Isto significa que o c´alculo do diˆametro n˜ao ´e feito de forma direta, mas sim
atrav´es do c´alculo trigonom´etrico. Esta ´e uma considera¸c˜ao importante ao avaliar os resultados. Se a sec¸c˜ao transversal a medir n˜ao ´e circular, os pontos medidos representam diferentes diˆametros quando ´e feita uma qualquer altera¸c˜ao no ˆangulo de vis˜ao (incluindo a distˆancia). Com estes instrumentos a precis˜ao de medi¸c˜ao ´e vari´avel, com base na distˆancia e em alguns casos no diˆametro.
Os dendr´ometros Tel´emetros usam uma distˆancia de referˆencia ou um ˆangulo de vista, e tˆem a capacidade de medir com precis˜ao varia¸c˜oes em qualquer uma destas grandezas a partir das quais o raio do tronco pode ser calculado (figura 2.1B) (Neil A. Clark and Schmoldt, 2000).
Garfos ´oticos
Os g´arfos ´oticos utilizam o princ´ıpio dos triˆangulos semelhantes para determinar o ˆangulo entre a interse¸c˜ao de duas tangentes do tronco na localiza¸c˜ao pretendida do diˆametro. A distˆancia a partir da linha de interse¸c˜ao de vista ao ponto de medi¸c˜ao (intervalo d2) tem de ser obtida, bem como a medi¸c˜ao da distˆancia d1 at´e `a linha de base b (Neil A. Clark and Schmoldt, 2000).
2.3.2
Estudo sobre os sistemas de focagem autom´
aticos
Com vista nos princ´ıpios dos dendr´ometros ´oticos, fez-se um estudo dos sistemas de focagem, para averiguar a viabilidade do desenvolvimento de um dendr´ometro baseado num sistema de focagem autom´atico.
A focagem autom´atica (AF) tornou-se uma caracter´ıstica fundamental em cˆamaras compactas digitais e telefones m´oveis (Kawamura, 1998). Os m´etodos de focagem autom´atica s˜ao frequentemente utilizados em aplica¸c˜oes de captura de imagem, como por exemplo a cˆamara fotogr´afica, cˆamara de v´ıdeo, microscopia, etc (Chen et al., 2011). Com o desenvolvimento da t´ecnica de imagem digital, os m´etodos de focagem autom´atica tˆem sido aplicados em muitos campos diferentes (Feng et al., 2007).
Um sistema de focagem autom´atica consiste tipicamente em dois m´odulos funcionais separados: m´odulo de an´alise e m´odulo de controlo (Kim and Paik,1998). O m´odulo de an´alise estima o grau de focagem de uma imagem projetada no plano de imagem, tal como um sensor de imagem CCD (Charge-Coupled Device) ou CMOS (Comple-mentary Metal-Oxide-Semiconductor ) (Andrews and Hunt, 1977). Em rela¸c˜ao ao m´odulo de controlo, este realiza a focagem, movendo a lente de forma a encontrar a posi¸c˜ao ideal para a focagem de acordo com a informa¸c˜ao do grau de focagem estimado pelo m´odulo de an´alise (Subbarao and Tyan, 1995a).
Considerando um objeto capturado pela cˆamara e a forma¸c˜ao da imagem, como demonstra a figura 2.2. Todos os raios paralelos s˜ao focados num ponto que ´e conhecido como sendo o ponto focal principal, isto ´e, a posi¸c˜ao do sensor de imagem. A distˆancia a partir da lente at´e esse ponto ´e dada pelo comprimento focal principal f , que ´e definido pelo fabricante da lente de acordo com os parˆametros da lente. Se a distˆancia entre a lente da cˆamara e um objeto capturado for q, a distˆancia entre a lente da cˆamara e o ponto focal principal for p, ent˜ao a rela¸c˜ao entre as distˆancias f , q e p pode ser expressa pela equa¸c˜ao (2.1).
Figura 2.2 – Diagrama de focagem de uma cˆamara com focagem autom´atica.
1 f = 1 p + 1 q (2.1)
Focagem autom´atica ativa
A Polaroid Corporation foi a primeira empresa a utilizar o sistema de focagem ativo. A cˆamara Polaroid usava um sistema de transmiss˜ao e recep¸c˜ao de ultra-sons para calcular a distˆancia a que se encontrava o objecto a ser fotografado e ajustava as lentes com base nessa informa¸c˜ao. Este sistema designa-se por sistema ativo porque a cˆamara emite um sinal para detetar a distˆancia do objeto que est´a a ser fotografado. Assim o sistema de focagem ativo depende, principalmente da detec¸c˜ao de distˆancia, como infravermelhos ou ultra-sons para medir o sinal refletido a partir dos objetos para posteriormente ajustar as lentes com parˆametros precisos (Lee and Huang, 2012).
Resumidamente, a distˆancia p entre a cˆamara fotogr´afica digital e o objeto, pode ser estimada pelos componentes ativos (infravermelhos ou ultra-sons), pelo m´etodo de triangula¸c˜ao e ainda por m´etodos de interferometria. O valor de p pode ser obtido atrav´es da equa¸c˜ao 2.1. O valor de f ´e definido pelo fabricante da lente, o valor de q ´e calculado pelos componentes ativos e posteriormente o controlador do motor efetua os c´alculos e ajusta a lente para a posi¸c˜ao p de forma a efetuar a focagem. As desvantagens apontadas para este sistema de focagem s˜ao o facto de ter o com-ponente ativo adicional que aumenta o custo, o tamanho e o consumo do sistema de focagem.
As principais vantagens deste m´etodo s˜ao o facto de tamb´em funcionar em ambientes mais escuros (por exemplo, de noite) e permitir uma distˆancia ao objecto que pode chegar aos 6 metros, dependendo da precis˜ao do sistema de medi¸c˜ao da distˆancia. Uma desvantagem ´e que geralmente estes sistemas n˜ao funcionam corretamente a curtas distˆancias pois os sistemas de medi¸c˜ao perdem precis˜ao a curtas distˆancias.
Focagem autom´atica passiva
A focagem autom´atica passiva ´e uma t´ecnica para encontrar a melhor posi¸c˜ao da lente focada sem recorrer aos componentes ativos (Subbarao and Tyan,1995b) como os referidos anteriormente.
Os dois tipos de sistemas de focagem autom´atica passiva s˜ao: detec¸c˜ao de fase e dete¸c˜ao de contraste.
A detec¸c˜ao de fase ´e o m´etodo mais comum de sistemas de focagem passiva utili-zado nas lentes de reflexo ´unico (SLR). A detec¸c˜ao de fase ´e conseguida atrav´es da divis˜ao da luz de entrada em pares de imagens, seguindo-se de uma compara¸c˜ao das mesmas. O sistema utiliza um divisor de feixe (implementado como uma pequena ´area semitransparente do espelho refletor principal, juntamente com um pequeno espelho secund´ario) de forma a direcionar a luz para um sensor de focagem au-tom´atica, que se encontra na parte inferior da cˆamara. Duas microlentes capturam os raios de luz provenientes dos lados opostos da lente e desviam-nos para o sensor de focagem autom´atica. As duas imagens s˜ao ent˜ao analisadas para os padr˜oes de semelhan¸ca de intensidade de luz e o erro de separa¸c˜ao ´e calculado para descobrir se o objeto est´a focado `a frente ou `a volta. Por outras palavras, se a distˆancia entre as duas imagens ´e menor do que a distˆancia correspondente a determinada condi¸c˜ao de focagem, o sistema de focagem autom´atica determina que o ponto focal est´a `a frente do objecto. Se a distˆancia for maior do que o valor de referˆencia, o sistema determina que o ponto focal est´a atr´as do objeto. Em seguida, o sistema de focagem autom´atica calcula instantaneamente o movimento necess´ario da posi¸c˜ao da lente e em que sentido se deve mover a lente (Wikip´edia, 2014;NIKON,2014).A figura 2.3
ilustra o m´etodo de detec¸c˜ao de fase.
Em rela¸c˜ao `a detec¸c˜ao de contraste, este m´etodo segue o princ´ıpio de que “estar focado = maior contraste”. Este m´etodo analisa as informa¸c˜oes da imagem obtida por um sensor de imagem. Um t´ıpico sensor de focagem autom´atica baseia-se num dispositivo LED que fornece dados de entrada ao algoritmo que calcula o contraste dos elementos reais da fotografia. Normalmente, um CCD cont´em uma faixa ´unica
Figura 2.3– Em cada figura (de 1 a 4), o circulo a roxo representa o objeto a ser focado, as linhas vermelhas e verdes representam os raios de luz que passam atrav´es de aberturas nos lados opostos da lente, o retˆangulo representa os conjuntos de sensores (um para cada abertura), e o gr´afico representa o perfil de intensidade como visto por cada conjunto de sensores. As figuras 1 a 4 representam as condi¸c˜oes em que a lente est´a focada. Na (1) muito pr´oxima, na (2) corretamente, na (3) muito longe e na (4) longe demais. A diferen¸ca de fase entre dois perfis pode ser utilizada para determinar qual a quantidade de dire¸c˜ao e tamb´em para mover a lente para a posi¸c˜ao ideal.
com 100 ou 200 pixeis. As figuras2.4,2.5,2.6e2.7ilustram a detec¸c˜ao do contraste. O microprocessador da cˆamara examina a faixa de pixeis e vˆe a diferen¸ca de inten-sidade entre os pixeis adjacentes. Se a cena estiver fora de foco, pixeis adjacentes tem intensidades muitos semelhantes como se pode verificar na figura 2.5, ent˜ao o
Figura 2.4– Cena fora de foco.
Figura 2.5– Faixa de pixeis fora de foco.
microprocessador move as lentes, volta a repetir o processo anterior e verifica se melhorou ou piorou. O processo repete-se at´e que o microprocessador encontre um ponto onde haja diferen¸ca de intensidade de pixeis m´axima, como se verifica na figura 2.7 (Howstuffwoks, 2014).
O foco autom´atico passivo deve ter claridade e contraste de imagem para que possa realizar a focagem, bem como a imagem deve conter algum detalhe que forne¸ca contraste, pois se tentar focar uma parede branca, como n˜ao h´a contraste entre pixeis, a cˆamara n˜ao pode fazer esta detec¸c˜ao de contraste para saber se a imagem est´a focada ou n˜ao.
Figura 2.6 – Cena em foco.
Figura 2.7 – Faixa de pixeis em foco.
An´alise de m´etodos de focagem encontrados na literatura
Na revis˜ao feita na literatura, grande parte prop˜oem m´etodos de focagem autom´atica passiva utilizando algoritmos de processamento digital de imagem, de forma a tirar partido da componente de alta frequˆencia.
Chen et al.(2010) prop˜oem um algoritmo que utiliza a DWT (transformada discreta de wavelet) e um algoritmo de morfologia de realce de contornos para medir a nitidez. Al´em disso foi concebido um controlador de uma rede neuronal SOM (Self-Organizing Map), de forma a controlar a lente ajust´avel para que esta alcance a melhor posi¸c˜ao. O sinal de alta frequˆencia e a informa¸c˜ao de contornos formam a base de nitidez para o sistema visual humano. Normalmente utiliza-se o filtro passa-alto de processamento digital de imagem como componente de nitidez, uma vez que este d´a realce aos contornos. Os autores utilizam a DWT para separar os sinais de cinta de alta frequˆencia da imagem original para posteriormente estes sinais serem utilizados para fazer um c´alculo estimado do valor de nitidez (realce da imagem), utilizando em simultˆaneo o algoritmo de melhoramento dos contornos. Enquanto que no sistema de focagem autom´atica ativa, a melhor posi¸c˜ao da lente ´e
determinada pela distˆancia entre o objeto a ser fotografado e a cˆamara, no sistema de focagem autom´atica passivo, a pesquisa da posi¸c˜ao da lente que obt´em o melhor foco, precisa de procurar o melhor valor de nitidez. Neste estudo utiliza-se um controlador baseado numa rede neuronal SOM para encontrar a melhor posi¸c˜ao das lentes para a focagem.
Li and Jin (2005) apresentam um modelo de avalia¸c˜ao de nitidez da imagem que unifica o momento central absoluto da imagem (ACM) e o momento central abso-luto do filtro passa-alto da imagem (HPACM), de modo a aumentar a eficiˆencia de focagem, confiabilidade e eficiˆencia. Este modelo n˜ao tem s´o em conta a eficiˆencia computacional durante o processo de focagem, mas tamb´em a precis˜ao da orienta¸c˜ao do plano focal.
Feng et al. (2007) desenvolveram um m´etodo de janela central aplicado para desta-car os objetos de interesse e uma fun¸c˜ao de avalia¸c˜ao da clareza da imagem baseada no centro dos blocos da DCT (transformada discreta de cosseno). Os autores do presente artigo defendem que existem duas situa¸c˜oes para fazer focagem: no caso de-nominado de distˆancia do objecto longa, a distˆancia de todos os objectos em rela¸c˜ao `a lente ´e a mesma, ou seja, nenhum objecto fica destacado pela sua proximidade com a lente; no caso denominado distˆancia-objecto-longo-curto existe uma diferen¸ca na distˆancia dos objectos `a lente, existindo assim um objecto mais proximo da lente sendo ele o objecto de interesse. No caso dos objetos de longas distˆancias, se for aplicado o crit´erio de nitidez da imagem, a fun¸c˜ao de avalia¸c˜ao da nitidez da imagem ter´a apenas um ´unico pico. No outro caso, a fun¸c˜ao avalia¸c˜ao de nitidez ter´a v´arios picos. O sistema de lentes da cˆamara utilizada neste estudo ´e considerado como um filtro passa-baixo. Como a imagem focada tem mais componentes de alta frequˆencia do que a imagem desfocada, essa informa¸c˜ao pode ser utilizada para avaliar a ni-tidez da imagem. Neste m´etodo, as partes centrais da imagem s˜ao bloqueadas em primeiro lugar, e, em seguida, as partes que se encontram distantes do centro da imagem, reservando assim as componentes do objeto de interesse de alta frequˆencia a fotografar. Este m´etodo reduz o custo computacional, tornando-se assim num m´etodo r´apido.
Lee and Huang (2012) elaboraram um estudo centrado num algoritmo de foca-gem autom´atica passiva baseado nas transformadas DCT e DWT. As imagens em primeiro lugar sofrem uma transforma¸c˜ao atrav´es da DCT e DWT e em seguida ´e encontrada a imagem com melhor nitidez atrav´es da f´ormula do desvio padr˜ao. Este estudo utiliza imagens tiradas com o mesmo fundo mas com distˆancias de focagem diferentes para determinar se DCT-STD (Desvio padr˜ao da transormada discreta de cosseno) ou DWT-STD (Desvio padr˜ao da transformada discreta de Wavelet) ´e o m´etodo de focagem mais preciso. O estudo revelou que o m´etodo baseado na DWT obteve melhores resultados.
2.3.3
Dendr´
ometros com contacto
Na categoria de dendr´ometros com contacto, como a pr´opria designa¸c˜ao indica, o dendr´ometro tem contacto com o tronco da ´arvore e tˆem elevada precis˜ao temporal e espacial. (Breitsprecher, 1975) classificaram esta categoria de dendr´ometros em trˆes tipos: radial, diametral e perimetral. Os dendr´ometros radiais e diametrais s˜ao vulgarmente designados dendr´ometros do tipo de ponta, enquanto que os perimetrais s˜ao denominados dendr´ometros do tipo cinta. Os dendr´ometros de cinta, que s˜ao do terceiro tipo, tˆem sido muito utilizados na pesquisa florestal, e foram concebidos para medir uma vasta gama de grandezas. Os diametrais, adequados para medir o diˆametro de ´arvores de pequeno porte, foram inicialmente desenvolvidos, e s˜ao frequentemente utilizados para medir as varia¸c˜oes de diˆametro na fruta. Estes trˆes tipos de dendr´ometros medem altera¸c˜oes no tamanho do tronco atrav´es do raio, do diˆametro ou do per´ımetro do tronco a uma determinada altura, respetivamente. Drew and Downes (2009) referem que a resolu¸c˜ao de um dendr´ometro pode ser considerada em dois parˆametros sendo estes o tempo e o espa¸co. Por exemplo, um dendr´ometro pode medir mudan¸cas muito pequenas no diˆametro do tronco, ou seja uma alta resolu¸c˜ao espacial, mas as medidas podem ser feitas em intervalos longos, ou seja, com uma baixa resolu¸c˜ao temporal. Estes autores dividem os dendr´ometros em termos de resolu¸c˜ao em dois grandes grupos: dendr´ometros de alta resolu¸c˜ao
espacial e baixa resolu¸c˜ao temporal e os dendr´ometros de alta resolu¸c˜ao espacial e alta resolu¸c˜ao temporal.
No grupo dos dendr´ometros de alta resolu¸c˜ao espacial e baixa resolu¸c˜ao temporal encontram-se os dendr´ometros de cinta concebidos para serem lidos manualmente por escalas de Vernier ou similares. Dendr´ometros deste tipo acarretam algumas desvantagens como a necessidade de uma leitura visual num momento selecionado, bastante imprecis˜ao nas leituras e a introdu¸c˜ao de erros de medi¸c˜ao, entre outras. Em rela¸c˜ao aos dendr´ometros de alta resolu¸c˜ao espacial e temporal, esta categoria foi desenvolvida para medir altera¸c˜oes no tamanho do tronco regularmente, removendo a necessidade de se ler manualmente o tamanho do tronco atrav´es da escala de Vernier ou de outra escala. Com o avan¸co da tecnologia foi poss´ıvel o uso de meios electr´onicos para guardar os dados obtidos pelo sensor, como por exemplo o uso de registadores de dados. Os primeiros estudos que empregaram o uso de dendr´ometros eletr´onicos com a utiliza¸c˜ao de um registador de dados foram Kuroiwa (1959) e Phipps and Gilbert (1970).
Este categoria de dendr´ometros ´e onde se insere o prot´otipo apresentado nesta dis-serta¸c˜ao. Assim, ser´a detalhado com mais pormenor o principio de funcionamento destes instrumentos e os respetivos transdutores de medida nas sec¸c˜oes que se se-guem.
2.4
Transdutores utilizados pelos dendr´
ometros
de alta precis˜
ao
Os dendr´ometros de alta precis˜ao utilizam diferentes transdutores para a elabora¸c˜ao do circuito sensorial. Extens´ometros, LVDTs e potenci´ometros rotativos s˜ao os transdutores mais utilizados pelos modelos comerciais analisados. Ser´a dada uma pequena explica¸c˜ao sobre cada um deles e qual o seu princ´ıpio de funcionamento.
2.4.1
Extens´
ometros
O estudo de deforma¸c˜oes consiste, essencialmente, na determina¸c˜ao do estado da tens˜ao num ou em v´arios pontos de uma determinada estrutura, considerando um conjunto de condi¸c˜oes que inclui a forma ou a geometria da estrutura e ainda a liga¸c˜ao desta com o meio exterior. Para a elabora¸c˜ao do estudo de tens˜oes podem ser usados m´etodos descont´ınuos, vulgarmente denominados por extensometria. A for¸ca aplicada a um material ferr´ıtico gera uma deforma¸c˜ao f´ısica e uma varia¸c˜ao da resistˆencia el´etrica do material. No caso em que o material ´e colocado num esp´ecime de teste atrav´es do isolamento el´etrico, o material produz uma altera¸c˜ao na resistˆencia el´etrica correspondente `a deforma¸c˜ao (Tokyo Soki Kenkyujo Co., 2013). Baseados na caracter´ıstica fundamental dos condutores el´etricos, descoberta por Lord Kelvin em 1856, os extens´ometros consistem numa resistˆencia el´etrica que sofre mudan¸cas na resistˆencia, sendo estas proporcionais `a deforma¸c˜ao sofrida. De uma forma simples, o extens´ometro ´e constru´ıdo por um fio de resistˆencia el´etrica fino, colado sobre uma folha tamb´em fina designada por suporte do extens´ometro como ilustra a figura 2.8. Como se pode observar, a maior parte do fio ´e disposto segundo uma dire¸c˜ao fixa que est´a designada por x na figura.
Quando um esp´ecime de teste est´a sujeito a uma determinada deforma¸c˜ao e ´e ligado um extens´ometro, a deforma¸c˜ao ´e transmitida atrav´es da base do medidor, isolado eletricamente, para o fio de resistˆencia ou para a folha do medidor. Como resultado, o fio sofre uma varia¸c˜ao na resistˆencia el´etrica, sendo esta varia¸c˜ao proporcional `a deforma¸c˜ao. A medi¸c˜ao da deforma¸c˜ao ε pode ser expressa pela equa¸c˜ao 2.2
em que L corresponde ao comprimento original do material, ∆L corresponde ao alongamento, R ´e a resistˆencia do fio condutor, a mudan¸ca na resistˆencia devido `a deforma¸c˜ao ´e defina como ∆R e por fim κ ´e o strain Gauge Factor. Este ´ultimo ´e definido como sendo a raz˜ao entre a varia¸c˜ao da resistˆencia com a deforma¸c˜ao mecˆanica. Os valores desta grandeza s˜ao dependentes do material, sendo 2.0 a 4.5 para metais e mais de 150 para semicondutores. A resistˆencia R de um fio condutor uniforme ´e dada pela equa¸c˜ao 2.3, onde ρ ´e a resistividade e A a sec¸c˜ao transversal.
Figura 2.8– Representa¸c˜ao esquem´atica de um extens´ometro. Fonte: (An´ıbal Valido,1997) ε = ∆L L = ∆R/R κ (2.2) R = ρL A (2.3)
Os extens´ometros disp˜oem de v´arias caracter´ısticas positivas, mas tamb´em de al-gumas limita¸c˜oes. Cada extens´ometro tem as suas limita¸c˜oes em termos de tem-peratura, limite de deforma¸c˜ao e ambiente de medi¸c˜ao. Estas limita¸c˜oes devem ser consideradas no momento da escolha do extens´ometro a utilizar para a aplica¸c˜ao pretendida.
O processo de sele¸c˜ao do extens´ometro consiste em determinar qual ser´a o que me-lhor se adequa aos requisitos do sistema, tendo em conta as restri¸c˜oes inerentes ao mesmo. Estas restri¸c˜oes s˜ao normalmente expressas sob a forma de requisi-tos como a precis˜ao, estabilidade, dura¸c˜ao do teste, entre outros (Vishay Precision Group,2010). A combina¸c˜ao entre os requisitos pretendidos e as caracter´ısticas dos v´arios extens´ometros levar´a a uma escolha mais apropriada de forma a obter um
desempenho otimizado do medidor, contribuindo assim para uma maior facilidade de instala¸c˜ao e um menor custo total do sistema.
As varia¸c˜oes de resistˆencia causadas pelas deforma¸c˜oes dos extens´ometros podem ser medidas por um circuito potenciom´etrico ou ponte de Wheatstone, que produz um sinal de sa´ıda em tens˜ao. A ponte de Wheatstone ´e um circuito muito utilizado quando se pretende uma maior precis˜ao na varia¸c˜ao de uma determinada grandeza, sendo adequada para medir a varia¸c˜ao de resistˆencia de um extens´ometro ou con-junto de extens´ometros. As resistˆencias s˜ao os sensores mais comuns em circuitos de ponte, estas tˆem um baixo custo de fabrico sendo que ´e relativamente f´acil fazer a interface com os circuitos de condicionamento de sinal (Kester). At´e ao momento, a ponte ´e a t´ecnica de circuito mais econ´omica para medir a varia¸c˜ao de resistˆencia com precis˜ao (Corporation).
2.4.2
O LVDT
O LVDT ´e um m´etodo preciso e confi´avel para medir o deslocamento linear. O princ´ıpio de funcionamento baseia-se numa bobine prim´aria, duas secund´arias des-fazadas 180◦e um n´ucleo ferromagn´etico cil´ındrico m´ovel, como ilustra a figura2.9. A sa´ıda do transdutor ´e proporcional ao deslocamento do n´ucleo que pode estar fixo ou em contacto com a superf´ıcie e o sinal de sa´ıda ´e linear. Sempre que a superf´ıcie altera o seu tamanho, esta altera¸c˜ao traduz-se num deslocamento do n´ucleo. A bobine prim´aria ´e a central e as outras s˜ao as secund´arias (Zumbahlen, 2008). Quando o enrolamento prim´ario ´e excitado com uma fonte de corrente alternada, s˜ao induzidas tens˜oes nas bobines secund´arias que variam com a posi¸c˜ao do n´ucleo ferromagn´etico que est´a inserido no interior do conjunto. Este fen´omeno ocorre porque a movimenta¸c˜ao do n´ucleo altera os valores de indutˆancia nas bobines do secund´ario de uma forma proporcional, ou seja, quando o valor de tens˜ao de uma bobine secund´aria aumenta, o valor da outra diminui na mesma propor¸c˜ao.
Figura 2.9 – Esquema el´etrico de um transdutor diferencial vari´avel linear convencional.
duas bobines secund´arias.
2.4.3
Potenci´
ometro rotativo
Um potenci´ometro converte o movimento rotativo ou linear numa altera¸c˜ao na re-sistˆencia. Este pode funcionar como transdutor e tem trˆes terminais acess´ıveis. Os terminais extremos est˜ao ligados a duas entradas de tens˜ao do circuito el´etrico, e o terceiro terminal, est´a ligado `a sa´ıda, que pode ser ajustada, funcionando como um cursor. O potenci´ometro pode funcionar como um divisor de tens˜ao, pelo que, a posi¸c˜ao do terminal m´ovel determina a percentagem de tens˜ao que ´e aplicada ao circuito, fazendo assim variar a tens˜ao que ´e aplicada ao circuito.
A resistˆencia que se mede entre extremos do elemento resistivo ´e constante. No entanto, a resistˆencia que ´e medida entre o cursor e uma das extremidades depende da posi¸c˜ao em que est´a o cursor, como se pode verificar na figura 2.10. Quando o cursor ´e movimentado de A para B, a resistˆencia entre A e o cursor aumenta, ao mesmo tempo a resistˆencia entre B e o cursor diminui. A figura 2.11 mostra dois potenci´ometros rotativos respetivamente a 50% e a 63% da sua rota¸c˜ao m´axima, que corresponde a 50% e 63% da sua resistˆencia m´axima, respetivamente.
Figura 2.10 – Varia¸c˜ao da resistˆencia com a posi¸c˜ao do cursor.
2.5
Modelos comerciais e experimentais
Nesta sec¸c˜ao s˜ao apresentados os modelos comerciais e experimentais encontrados na literatura. Encontram-se organizados pelo tipo (cinta, ponta, laser, ou outro), por precis˜ao (alta precis˜ao e baixa precis˜ao) e ainda por modelos industriais e ex-perimentais. Aqui ser˜ao descritas as caracter´ısticas fornecidas pela empresa e ainda ser˜ao feitas aprecia¸c˜oes no que toca a vantagens e desvantagens do sensor.
2.5.1
Modelos comerciais do tipo cinta
Alta precis˜ao
Dendr´ometro de cinta autom´atico
O Dendr´ometro de cinta autom´atico ´e um dendr´ometro fabricado pela empresa Agricultural Electronics Corporation (PHYTOGRAM, 2013a), mede altera¸c˜oes na circunferˆencia com uma cinta, mantida em volta de um ramo ou do tronco, por uma mola. N˜ao ´e fornecida uma fotografia, ou diagrama esquem´atico do sensor.
Este dendr´ometro est´a dispon´ıvel para venda, apenas em pacote. O pacote consiste no circuito sensorial capaz de detetar altera¸c˜oes na vari¸c˜ao dos ramos ou tronco de uma ´arvore e na medi¸c˜ao e processamento dessas mesmas altera¸c˜oes. Para al´em do dendr´ometro, o pacote inclu´ı o cabo de liga¸c˜ao, equipamento de comunica¸c˜ao, o software para exibir os dados de forma gr´afica e um POD. O POD ´e um computador de campo para a recolha de dados f´ısicos e quimos 24 sob 24 horas continuamente. Os dados armazenados s˜ao enviados via telefone, todos os dias para o local pretendido para posterior processamento dos mesmos. A principal aplica¸c˜ao deste equipamento ´e na gest˜ao de sistemas de irriga¸c˜ao atrav´es de uma avalia¸c˜ao cont´ınua do estado h´ıdrico da planta.
Elemento Caracter´ısticas
Resolu¸c~ao 2 µm em altera¸c˜ao da circunferˆencia.
Tamanho e peso Tamanho aproximado: 11 cm por 15 cm por 6 cm, Peso: 365 g.
Metodologia A cinta ´e enrolada `a volta e for¸cada em torno do tronco atrav´es da tens˜ao aplicada por uma cinta. Mudan¸cas na circunferˆencia muda o comprimento da cinta relativamente a um ponto fixo.
Princ´ıpio de tens~ao da cinta
For¸ca constante da mola.
Detec¸c~ao da for¸ca e tens~ao
0,54 N (tens˜ao da cinta).
Leituras As mudan¸cas podem ser lidas automaticamente usando um LVDT para a convers˜ao do deslocamento em tens˜ao el´etrica.
Intervalo n~ao ajust´avel 15000 µ m. Material fornecido da cinta
Material: Hastalloy C276 ou Invar 36, conforme especificado pelo utilizador * trˆes metros de comprimento. Largura: 3 mm. 75 µm de espessura.
Sensibilidade `a temperatura
o /◦C; INVAR 36 *: 1µm/m/◦C.
Intervalo ajust´avel
Depende da quantidade de material de cinta de reserva no momento da instala¸c˜ao.
Materiais utilizados
Lat˜ao, a¸co inoxid´avel, nylon, G10.
Acess´orios utilizados
Trˆes varetas rosqueadas exteriores (8-32) com 4 mm de diˆametro, cada com 17,8 cm de comprimento.
Tabela 2.1– Caracter´ısticas do dendr´ometro de cinta autom´atico a AEC.
Dendr´ometro do tipo D6
O D6 Permanent Tree Girth, ilustrado na figura 2.12, ´e um dendr´ometro fabricado pela empresa UMS (UMS, 2013c), projetado para uma medi¸c˜ao cont´ınua de alta resolu¸c˜ao e autom´atica da varia¸c˜ao circunferencial das ´arvores.
Figura 2.12 – Dendr´ometro D6 Permanent Tree Girth.
qualquer dano `a casca ou perturba¸c˜oes de crescimento. O dispositivo sensor ´e aper-tado como uma correia e mantido em posi¸c˜ao por uma mola. As varia¸c˜oes nas di-mens˜oes perimetrais das ´arvores s˜ao medidas diretamente no sensor para a grava¸c˜ao das rea¸c˜oes imediatas das ´arvores `as influˆencias ambientais, incha¸co da casca, n´ıvel em condutas de ´agua ou a divis˜ao celular. A figura 2.13 ilustra o princ´ıpio de medi¸c˜ao de um dendr´ometro perimetral.
Figura 2.13 – Princ´ıpio de medi¸c˜ao de um dendr´ometro perimetral.
As varia¸c˜oes dimensionais da ´arvore s˜ao transmitidas ao Clip-Sensor atrav´es de um cabo preso `a volta do tronco. Estas altera¸c˜oes s˜ao convertidas em varia¸c˜oes de resistˆencia nos extens´ometros, que est˜ao colados no interior e exterior do Clip-Sensor, ligados em ponte de Wheatstone completa. A dependˆencia do pr´oprio cabo na medida de temperatura ´e extremamente baixa (1 ppm). Uma camada de teflon
especial ´e colocada entre o cabo e casca de forma a reduzir o atrito do cabo e para o proteger de congelamento, resina ou choques mecˆanicos. A figura2.14 exemplifica o esquema de montagem deste dendr´ometro.
Figura 2.14 – Esquema de montagem do dendr´ometro D6.
O cabo de medi¸c˜ao ´e feito de a¸co INVAR, tendo uma baixa dependˆencia da tempe-ratura (<1µm/mK) e uma elevada resistˆencia contra a corros˜ao. Os extens´ometros s˜ao cobertos com um pol´ımero de borracha para lhes garantir a necess´aria estanqui-cidade (IP67). O sensor pode ser usado em condi¸c˜oes atmosf´ericas adversas como chuva e com temperaturas que variem entre -25 a +35 ◦C).
As principais caracter´ısticas apontadas s˜ao: instala¸c˜ao n˜ao invasiva; n˜ao perturba o crescimento da planta; medi¸c˜oes das varia¸c˜oes di´arias e rea¸c˜oes imediatas a per´ıodos de precipita¸c˜ao; minimiza¸c˜ao do atrito sobre a casca com a camada de Teflon; o cabo de a¸co Invar de grossura com dependˆencia m´ınima da temperatura; faixa de medi¸c˜ao expans´ıvel ajustando o cabo.
A principal limita¸c˜ao apontada ´e o facto de os extens´ometros causarem alguma complexidade no sistema de medida.
Dendr´ometro Autom´atico DS25
O dendr´ometro autom´atico DS25 ilustrado na figura2.15, ´e fabricado pela TerraGes (TerraGes, 2013). ´E um dendr´ometro perimetral para troncos e ´arvores, faz uma leitura cont´ınua (sem intervalos), n˜ao tem limite m´aximo do diˆametro do tronco,
possui 2 modelos operativos e ´e um m´etodo n˜ao destrutivo.
Figura 2.15 – Dendr´ometro autom´atico DS25.
As principais caracter´ısticas apontadas para este dendr´ometro s˜ao: o diˆametro m´ınimo de 8 cm; amplitude de medida de 65 mm; for¸ca resistiva varia entre 15 a 20 N; precis˜ao linear 2% em toda a escala; alimenta¸c˜ao de 4,6 a 16 V, com consumo de 1 mA; prote¸c˜ao IP66; 15m de cumprimento do cabo; dimens˜oes de 100×70×100 mm e peso (sem cabo) 250 g.
Dendr´ometro Autom´atico DS26
O dendr´ometro autom´atico DS26 ´e fabricado pela mesma empresa que o dendr´ometro autom´atico DS25. ´E um dendr´ometro com sensor rotativo e inclui Data Logger com capacidade de armazenar at´e 50000 leituras, amplitude de 65 mm, leitura cont´ınua sem saltos, for¸ca de 15 a 20 N (TerraGes, 2014).
Na figura2.16apresenta-se este dendr´ometro. O sensor ´e fixo ao tronco apenas pela for¸ca da fita, n˜ao sendo utilizados parafusos ou qualquer outro elemento de fixa¸c˜ao que seja obstrutivo. O sensor ´e feito de pl´astico resistente aos raios UV e as pe¸cas
de metal s˜ao de a¸co inoxid´avel. O interior est´a protegido contra poeiras e ´agua (Gisiberica,2014).
Figura 2.16 – Dendr´ometro autom´atico DS26.
As principais caracter´ısticas apontadas para este dendr´ometro s˜ao: o diˆametro m´ınimo de 80 mm; amplitude de medida 65 mm; resolu¸c˜ao de 1 µm; Precis˜ao linear de 2 % em toda a escala; mem´oria para 50000 dados, o que equivale a 4 anos com medidas por cada hora; Bateria para 5 anos, se as medidas forem retiradas por hora; Resistˆencia de 10 a 15 N; precis˜ao temperatura +/- 2 ◦C.
Baixa Precis˜ao
Dendr´ometro de cinta manual s´erie 5
O dendr´ometro de cinta manual s´erie 5 (PHYTOGRAM, 2013c) ´e um dendr´ometro fabricado pela empresa Agricultural Electronics Corporation que, para al´em de fabri-car dendr´ometros autom´aticos disponibiliza ainda um dendr´ometro de cinta manual. A figura 2.17 demonstra o esquema de montagem deste dendr´ometro.
O princ´ıpio de funcionamento deste instrumento ´e baseado na utiliza¸c˜ao de dois tubos concˆentricos. O tubo exterior ´e fixado em rela¸c˜ao a um ponto no per´ımetro
Figura 2.17 – Diagrama esquem´atico do dendr´ometro s´erie 5.
da ´arvore. Uma extremidade da cinta est´a fixa em rela¸c˜ao a este tubo exterior. A cinta ´e enrolada em torno da ´arvore e ligada a um tubo interno concˆentrico m´ovel e localizado no interior do tubo exterior fixo. `A medida que a circunferˆencia da ´arvore se altera, o tubo interior move-se para a frente e para traz dentro do tubo exterior. A leitura de mudan¸cas na circunferˆencia ´e obtida visualmente determinando mudan¸cas no tubo interior relativamente ao tubo exterior.
Elemento Caracter´ısticas
Tamanho e peso Tamanho aproximado: 8 cm por 8 cm; Peso aproximado: 75 g.
Alcance Faixa de leitura visual n˜ao corrigida m´axima ´e de 22 mm. A gama ajustada ´e definida pelo comprimento do material da cinta na instala¸c˜ao inicial. Resolu¸c~ao Leitura visual: 0,1 mm; paqu´ımetro digital de leitura: 0,01 mm. Princ´ıpio de
tens~ao
Mola de for¸ca constante, 0,61 ou 1,22 N.
N´ıvel de tens~ao Baixa unidade de tens˜ao: 0,27 N (28 g), unidade de alta tens˜ao: 0,56 N (61 g).
Caracter´ısticas da cinta
Largura: 3 mm: Espessura: 75 µm; Material: Hastalloy 276; coeficiente de expans˜ao t´ermica 11,2 µm/m/◦C.
Material fornecido da cinta
2 m (baixa tens˜ao, 3 m (alta tens˜ao).
Materiais utilizados
A¸co inoxid´avel, Lat˜ao, Nylon.
Acess´orios utilizados
Duas hastes de a¸co inoxid´avel com rosca com 100 mm de comprimento e 3,35 mm de diˆametro externo.
Tabela 2.2– Caracter´ısticas do Manual Band Dendrometer s´erie 5.
Pela an´alise da diagrama esquem´atico fornecido pela empresa, o mecanismo de fixa¸c˜ao ´e feito com parafusos que perfuram a ´arvore, tornando-se assim um m´etodo invasivo.
D1 Permanent Tree Girth
O per´ımetro de fitas D1 (UMS, 2013a) foi concebido em colabora¸c˜ao com cientistas florestais para leituras manuais permanentes do diˆametro das ´arvores, atrav´es do seu per´ımetro. ´E fabricado pela Empresa UMS, que fabrica outros instrumentos apresentados neste documento. A divis˜ao de escala ´e 0,05π cm e a leitura de Vernier 0,01π cm. A unidade ´e π/1 cm. Portanto, o valor de medi¸c˜ao j´a indica o diˆametro do tronco. A figura 2.18 exemplifica este tipo de dendr´ometro.
Figura 2.18 – Dendr´ometro D1 Permanent Tree Girth.
As principais caracter´ısticas deste dendr´ometro s˜ao: instrumento de f´acil e r´apida instala¸c˜ao; n˜ao invasivo; a escala mostra diretamente o diˆametro; o atrito ´e mi-nimizado; baixa expans˜ao t´ermica; para troncos maiores podem ser ligadas duas cintas.
A tabela 2.3 apresenta as caracter´ısticas deste instrumento de medida.
Dimens~oes 2100×15×0,5 mm. Alongamento t´ermico 75×10−6/ K.
Coeficiente de atrito 0,5 em casca seca. Divis~ao de escala 0,05π cm.
Escala de Vernier 0,01π cm.
2.5.2
Dendr´
ometros comerciais do tipo ponta
Alta precis˜aoDendr´ometro DEX
As referˆencias DEX20, DEX70, DEX100 e DEX200 correspondem a dendr´ometros fabricados pela empresa Dynamax (Dynamax,2013). Medem o crescimento e tama-nho dos troncos das plantas e dos frutos. O DEX ´e um dispositivo do estilo pin¸ca com um extens´ometro em ponte ligado a um bra¸co flex´ıvel. O sinal de sa´ıda ´e regis-tado em tempo real. A sa´ıda do sensor ´e em mV e mostra tanto o crescimento di´ario como a longo prazo da planta. A figura2.19ilustra um exemplo de um dendr´ometro DEX.
Figura 2.19 – Exemplo do Dex Dendr´ometro fabricado pela empresa Dynamax.
As principais caracter´ısticas deste dendr´ometro s˜ao: medi¸c˜ao em tempo real; adapt´avel a sistemas de computa¸c˜ao; ´e poss´ıvel obter medidas a longo prazo; utiliza uma ponte com 4 extens´ometros, estanque; 5 blocos de fixa¸c˜ao, 3 para a ´arvore e 2 para o tronco. A figura 2.4 apresenta as principais especifica¸c˜oes destes dendr´ometros.
Unidades DEX20 DEX70 DEX100 DEX200 Alcance do Sinal de Sa´ıda ±5 mV ±5 mV ±2,5 mV ±2,5 mV Sensibilidade de sa´ıda 0,5 mV/mm 22 mV/mm 13 mV/mm 0,05 mV/mm Factor de convers˜ao 2.0 mm/mV 4,5 mm/mV 7,7 mm/mV 20 mm/mV Liniaridade da sa´ıda ±0,01 mV/mm ±0,006 mV/mm ±0,004 mV/mm ±0,004 mV/mm Limite do ru´ıdo el´etrico ± 0,01 mV ± 0,01 mV ± 0,01 mV ± 0,01 mV
Tabela 2.4 – Especifica¸c˜oes el´etricas dos dendr´ometros DEX20, 70, 100 e 200.
Dendr´ometro autom´atico de ponta, s´erie II
O presente dendr´ometro ilustrado na figura 2.20 ´e fabricado pela empresa Agricul-tural Electronics Corporation (PHYTOGRAM, 2013d), mede pequenas altera¸c˜oes no ramo ou no tronco de uma ´arvore, com uma vareta mantida contra o exterior da superf´ıcie por uma for¸ca constante. As principais caracter´ısticas est˜ao apresentadas na tabela 2.5.
Figura 2.20– Esquema do dendr´ometro autom´atico de ponto fabricado pela empresa Agri-cultural Electronics Corporation.
