Riassunto analitico
In ambito agricolo, conoscere il grado di umidità contenuto nel raccolto è di vitale importanza per la conservazione del prodotto. A tal proposito, il livello ottimale si attesta al 14%.
L'elaborato tratta dunque il tema della misura del livello di umidità contenuta nel raccolto (grano, fieno, erba medica, ...), indagando le tecnologie a NIRS e a microonde.
A una iniziale sezione relativa alla storia delle misurazioni in tale ambito, segue una parte di analisi dello stato dell'arte: 2 strumenti, in grado rispettivamente di produrre misure a NIRS e microonde, vengono descritti. Contestualmente, è presentata una parte teorica relativa alle due tecnologie. Il picco di assorbanza dell'acqua, responsabile dell'umidità nel campione, è a 1450 nm. In quanto alle misure a microonde, il modello di taratura proposto da Stuart O. Nelson è presentato.
Successivamente, è riportata una descrizione del sistema sviluppato nell'ambito del progetto di tesi, costituito da un'unità di controllo (Raspberry PI 3) in grado di interfacciarsi via USB con i due strumenti sopra citati. Il sistema implementa quindi la possibilità di combinare le due tipologie di misura, così come di effettuarne una in maniera indipendente dall'altra. Le misure vengono lanciate e monitorate real-time tramite un'interfaccia grafica sviluppata con LabView. Sfruttando la molteplicità di porte offerta da Raspberry, tale sistema è predisposto per poter interfacciarsi in futuro con strumenti per la rilevazione di altri parametri di interesse agricolo.
In seguito, sono riportati i risultati di una campagna di misure effettuata su 5 posizioni di una balla di fieno di 2 x 1 metri. Lo strumento NIRS ha prodotto misure di assorbanza del campione nel range 850 - 1870 nm. Le misure a microonde di attenuazione sfasamento sono state realizzate nel range 2.39 - 2.44 GHz. Tali risultati, comparati con l'effettivo livello di umidità misurato su campioni di fieno prelevati dalla balla, attestano la corretta funzionalità del sistema.
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Abstract
In the agricultural field, moisture content inside a crop is a key parameter for its storage. The optimal value for this purpose is about 14%.
The thesis paper is focused on NIRS and microwave-based moisture measurements.
Firstly, it briefly lists the main historical steps about this measurement field. Then, a state-of-art section is presented: 2 instruments, able to perform NIRS and microwave-based measurements are described. Moreover, a theoretical part regarding the 2 technologies is inserted. The absorbance peak of water (responsible for moisture) in the NIRS range is attested to be at 1450 nm. About microwave-based technology, a mathematical model for calibration (elaborated by Stuart. O. Nelson) is presented.
Then, the paper describes the system designed during the thesis project. It is composed of a control unit (Raspberry PI 3) which can communicate via USB with the 2 instruments previously mentioned. The system implements the chance to combine the 2 types of measurements or perform them independently. Measurements are triggered and real-time monitored through a LabView GUI. In addition, thanks to the multiple USB ports on Raspberry, the system implements the possibility to communicate with instruments measuring other agricultural parameters, as future developments.
Then, the thesis reports about the results of a measurement campaign on a 2 x 1 m bale. Five points of it have been analyzed. The NIRS-based instrument has performed sample absorbance measurements in the range 850 - 1870 nm, whereas the microwave-based one has focused on the range 2.39 - 2.44 GHz. The results, after have been compared to the verified moisture content, certify the proper functioning of the system.
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