Title

Desarrollo y evaluación de sensores para la medición de parámetros físicos del suelo aplicados en la generación de mapas de diagnóstico

Author

JUAN ANTONIO LOPEZ LOPEZ

Contributor

SANTOS GABRIEL CAMPOS MAGAÑA (Thesis Adviser)

HÉCTOR URIEL SERNA FERNÁNDEZ (Thesis Adviser)

MARTIN CADENA ZAPATA (Thesis Adviser)

Access level

Open Access

Summary or description

"Un carro porta-sensores fue desarrollado para medir en forma independiente y precisa algunos par´ametros f´ısicos del suelo, como: Resistencia a la Penetraci ´on (RP), Esfuerzo de Falla (EF), Resistencia al Corte (RC) y Permisividad El ´ ectrica (PE). Cada par´ametro proporciona informaci´on para la generaci ´on de mapas de diagn´ ostico. Este trabajo de investigaci ´on fue desarrollado en “El Departamento de Maquinaria Agr´ıcola de la UAAAN” y forma parte del proyecto: “Desarrollo de equipos, sensores e instrumentos para agricultura de precisi ´on y labranza de conservaci ´ on”. En la primera fase se obtuvo como resultado el prototipo del carro y el penetr´ometro, el cual est ´a integrado por dos sensores: para la medici´on de la fuerza y profundidad de RP. El primer sensor desarrollado fue un transductor de anillo simple con capacidad de medici ´on de hasta 9 MPa, con una sensibilidad obtenida de 13;15mV N􀀀1 y un coeficiente de correlaci ´on de 99.6% entre la fuerza aplicada y el voltaje de salida. Por otra parte, el sensor de medici´on de profundidad de RP, mostr´o un desplazamiento de trabajo m´aximo 0.60 m con una sensibilidad de 258;5mmV 􀀀1 y un coeficiente de correlaci ´on de 100% entre la profundidad de penetraci ´on y la salida de voltaje. Los par´ametros medidos fueron acondicionados y convertidos a se˜nales digitales para su registro en tiempo real. En la evaluaci ´on del penetr´ometro bajo condiciones de campo, se realiz ´o un muestreo sistem´ atico de 30 puntos geo-referenciados en una hect´area. Se generaron tres mapas de diagn´ ostico utilizando el m´etodo de interpolaci ´on IDW para tres rangos de profundidades diferentes: 0.10-0.20, 0.20-0.30 y 0.30-0.40m, obteniendo rangos de RP de (0.644-1.656), (1.30-2.35) y (1.71-3.96) MPa, respectivamente. Los valores obtenidos en los tres rangos de profundidad presentan variabilidad media en valores de RP de acuerdo a la clasificaci ´on de (Warrick y Nielsen, 1980). En la segunda fase se desarroll ´o el sensor de PE basado en un puente de Wheatstone configurado como: puente capacitivo o resistivo, para mediciones de humedad o conductividad el ´ ectrica del suelo. Los resultados obtenidos de la calibraci ´on en laboratorio para el par´ametro humedad muestran que el sensor tiene una ecuacion de respuesta de Humedad = 10;58 + 0;04105mV 􀀀 0;000012mV 2 y un coeficiente de correlaci ´on de 97.5% entre la humedad conocida y el voltaje de salida. Con la finalidad de hacer m´as eficiente la respuesta del sensor de humedad, se hizo una transformaci´on logar´ıtmica, obteniendo una sensibilidad de Humedad = 􀀀34;65 + 10;57ln(mV ) y un coeficiente de correlaci ´on del 98% en forma lineal. En una tercera fase se desarroll ´o y calibr ´o un transductor octagonal de anillo extendido (OAE) para medici´on de RC del suelo. Los resultados de calibraci ´on del octagonal bajo condiciones de laboratorio mostraron un coeficiente de correlaci ´on superior al 99% entre la fuerza aplicada y el voltaje de salida, fue evaluado a tres profundidades y permite estimar la energ´ıa aplicada en el laboreo de suelo."

"Portable sensors carriage was developed to measure independently and accurately some soil physical parameters, such as Penetration Resistance (PR), Failure Stress (FS), Shear Strength (SS) and Permissiveness Electric (PE). Each parameter provides information for the generation of diagnostic maps. This research was developed in Agricultural Machinery Department at UAAAN and belongs to the project Development of equipment, sensors and instruments for precision agriculture and conservation tillage. In the first phase was obtained a portable sensors carriage prototype and the penetrometer, which consists of two sensors: for measuring the strength and depth of PR. The first sensor was developed in a simple ring transducer capable of measuring up to 9 MPa, with a sensitivity obtained of 13;15mV N􀀀1 and a correlation coefficient of 99.6% between the applied force and the output voltage. Moreover, the depth measuring sensor PR showed a maximum working offset 0.60 m with a sensitivity of 258;5mmV 􀀀1 and correlation coefficient of 100% between the penetration depth and the voltage output. The parameters measured were conditioned and converted to digital signals for real-time recording. In the assessment of the penetrometer under field conditions, a systematic sample of 30 points georeferenced in a hectare was performed. Three diagnostics maps using the IDW interpolation method for three ranges of different depths were generated : (0.10-0.20) , (0.20-0.30) and (0.30 - 0.40) meters , obtaining PR ranges of ( 0644-1656 ) , ( 1.30-2.35 ) and ( 1.71-3.96 ) MPa , respectively . The values obtained in three depth zones have average values of PR variability according to the classification by (Warrick and Nielsen, 1980). In the second phase PE sensor based on a Wheatstone bridge configured as capacitive or resistive bridge, for measurement of moisture or soil electrical conductivity. The results of laboratory calibration parameter for moisture contents show that the sensor has a sensitivity of Moisture = 10;58 + 0;04105mV 􀀀 0;000012mV 2 and a correlation coefficient of 97.5% among the known moisture and the output voltage. In order to make the response of the moisture sensor more efficient, a logarithmic transformation was made, resulting in sensitivity of Moisture = 􀀀34;65+10;57ln(mV ) and a correlation coefficient of 98% linearly. In a third phase was developed and calibrated an extended octagonal ring transducer (EORs) for measuring (SS) of soil. The results of octagonal calibration under laboratory conditions showed higher correlation coefficient of 99% between the applied force and the output voltage, was evaluated at three working depths that allows to estimate the applied energy for the tillage of the soil."

Publish date

2014

Publication type

Master thesis

Publication version

Published Version

Format

application/pdf

Language

Spanish

Audience

Students

Researchers

Source repository

Repositorio Digital CID-UAAAN

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