621.3 Elektrotechnik, Elektronik
Refine
Document Type
- Article (3)
- Conference Proceeding (3)
- Working Paper (2)
- Bachelor Thesis (1)
- Part of a Book (1)
Keywords
- Hydroponics (2)
- ISFET (2)
- Ion-selective sensor (2)
- Agricultural sensor technology (1)
- Auswertung (1)
- Autonomie (1)
- Calibration (1)
- Detection capability (1)
- EC-Wert (1)
- EMV (1)
Institute
Vor den Herausforderungen traditioneller agrarischer Produktionsmethoden, wie Klimawandel und Ressourcenknappheit, bietet die vertikale, hydroponische Pflanzenproduktion in Indoor Vertical Farms (IVF) in urbanen Räumen innovative Lösungsansätze. Rezirkulierende hydroponische Systeme stehen jedoch vor der Herausforderung langfristig stabiler Nährstoffungleichgewichte bei konstantem Leitfähigkeitswert (EC-Wert), wie Untersuchungen an Süßkartoffeln (Ipomoea batatas) zeigen. In einem Versuchsaufbau wurden vier unabhängige Nährstoffkreisläufe mit je 12 Süßkartoffelpflanzen und einer modifizierten Hoagland-Nährlösung in einer IVF kultiviert. Die Pflanzen wurden über 91 Tage bei einer 16-stündigen Photoperiode, 23/18°C (Tag/Nacht) kultiviert. Die durchschnittlichen Erträge betrugen 1,4 kg Knollenmasse und 173 g Blattmasse pro Pflanze. Die Ergebnisse belegen, dass ohne regelmäßigen Austausch der Nährlösung die Stabilität der Makronährstoffkonzentrationen, insbesondere der Stickstofffraktionen, nicht gewährleistet werden kann. Dies kann zu einer Über- oder Unterversorgung einzelner Nährstoffe führen, was potenziell die Produktqualität und -menge beeinträchtigt und eine Innovation der Nährstoffregelung unablässig macht. Das Projekt Nutrient+Ctrl.IVF zielt darauf ab, hydroponische Systeme effizienter zu gestalten, indem ISFET-Sensoren für die automatisierte Messung der Nitrat-, Kalium- und Ammoniumkonzentrationen validiert und in eine Steuerungselektronik integriert werden. Diese Technologie ermöglicht die präzise Messung und bedarfsgerechte Regelung der Makronährstoffkonzentrationen. So kann ein Nährstoffverlust durch Austauschen von Nährlösung minimiert und die Ressourcennutzung unabhängig von der Kulturdauer nachhaltig optimiert werden. Die Validierung dieses Systems erfolgt an den Modellkulturen Süßkartoffel und Wasserlinse (Lemna minor).
Damit elektrische Geräte, wie Netzteile und Geräte in denen Netzteile enthalten sind, auf dem europäischen Binnenmarkt vertrieben werden dürfen, müssen diese die Richtlinien der Europäischen Union erfüllen. Diese betreffen unter anderem die elektromagnetische Verträglichkeit. Um die Übereinstimmung mit den Richtlinien zur elektromagnetischen Verträglichkeit sicher zu stellen, werden in Netzteilen typischerweise kosten- und platzintensive Filterkomponenten verbaut. Eine Netzteiltopologie, die in vielen Geräten und Anwendungen verwendet wird, ist die des Sperrwandlernetzteils.
Für die Funktion des Netzteils wird ein Übertrager benötigt. Die im Übertrager vorhandenen parasitären Kapazitäten sind ein Hauptkopplungspfad für leitungsgebundene Störungen.
Durch die Optimierung dieses Bauteils ist es möglich die Kosten und den Platzbedarf des Netzteils zu verringern.
In dieser Arbeit werden verschiedene Möglichkeiten verglichen, die kapazitive Kopplung innerhalb des Übertragers zu verringern, um die Aussendung leitungsgebundener Störungen von Sperrwandlernetzteilen zu reduzieren. Dabei wird der Einfluss der unterschiedlichen Optimierungen auf die Störaussendung und den Wirkungsgrad des Netzteils und auf die Kosten des Übertragers betrachtet. Weiterhin werden die Wirkmechanismen der Optimierung messtechnisch validiert. Auf der Basis dieses Vergleichs wird ein Leitfaden erstellt, mit dem die strukturierte Optimierung des Übertragers möglich ist.
Für die praktische Landwirtschaft sind Informationen über die Verteilung der Bodenart auf den Nutzflächen von Bedeutung. Insbesondere der Tongehalt hat einen wichtigen Einfluss auf das Wasser- und Nährstoffspeichervermögen der Böden (SCHEFFER / SCHACHTSCHABEL, 1998) und ist somit für die Ertragsbildung von entscheidender Bedeutung. Doch eine entsprechende klassische klein-
räumige Bodenkartierung ist kosten- und zeitaufwändig. Mit Hilfe der Sensorik kann der Kartieraufwand eingegrenzt und somit reduziert werden (DOMSCH 2004; DURLESSER 1999).
Im Forschungsprojekt „Precision Farming als Instrument der interdisziplinären potentialorientierten Landnutzung“ (kurz PIROL) der Fachhochschule Osnabrück wird im Teilprojekt Bodenkunde/Bodensensorik ein Bodensensorsystem entwickelt. Neu an diesem System ist die gleichzeitige Erfassung mehrerer Bodenparameter. Ziel des Teilprojekts ist es, Möglichkeiten einer beprobungsarmen bzw. –freien Flächenkartierung zu schaffen.
The use of ion-selective field-effect transistors (ISFETs) facilitates real-time nutrient analysis in agricultural applications, including soil analysis and hydroponics. The rapid digital availability of analysis results allows for the implementation of ion-specific fertilisation control. The success, accuracy, and robustness of measurements using ISFET technology strongly depend on the handling of the process. This article presents a detailed overview of the sub-process steps required for the implementation of a stable automated application-specific ISFET-based measurement. This article provides experience-based recommendations for handling the conditioning, full calibration, and single-point calibration of the ISFET sensors. The hypotheses were empirically tested under authentic conditions and subsequently integrated into an overall process optimisation strategy. A comprehensive investigation has been conducted with the objective of gaining a deeper understanding of the ISFET baseline drift and implementing corrective measures. The results show that the baseline drift can be quantified and taken into account in the evaluation of the ISFET measurements. The efficacy of these measures was validated using standard laboratory analyses.
Ion-selective field-effect transistors (ISFETs) offer potential as micro-sensors for in situ monitoring of complex target variables in real-time closed loop actions. This article presents the concept and realisation of application-specific ISFET-based measurement systems for two different agricultural domains: infield soil measurements and hydroponic systems. Commercially available ISFETs were integrated as multi-sensor modules as well as single-sensor units for the measurement of plant-available nutrients, such as H PO , NO , K or NH , and pH-values. Moreover, application-relevant pH values as well as temperatures for calibration purposes were measured. ISFETs were selected according to the relevant measurement dynamics for the applications. For the development and testing procedures, a laboratory setup was built up. Supported by reference materials, the outputs of the ISFETs were evaluated with respect to stability under the influence of disturbance variables, reproducibility and settling time. The results were used to develop new readout electronics. Next to stability, conditioning and calibration processes were relevant. The micro-sensors were integrated in new application-specific mechatronic handling systems and process flows. The realisation and tests are presented as well as first measurements in outdoor fields and indoor hydroponic environments.
In physics education, the topic of electromagnetic induction is an important but also challenging topic for many students. The early introduction of formulae, e.g., Faraday's law of induction, seems to hinder rather than to foster the understanding of the topic's underlying principles. In this paper, we present the basic idea for a teaching concept that can be helpful for a qualitative understanding of electromagnetic induction. To support this teaching concept further, we have developed an application for a tablet computer following the augmented reality approach. The tablet measures the magnetic field strength of a Helmholtz coil and superimposes the corresponding number of virtual field lines on the induction coil. (As Provided).
The characterization of the detection capability assumes significance when the reliable monitoring of the region of interest by a non-contact sensor is a safety-relevant function. This paper introduces new validation scores that evaluate the detection capability of non-contact sensors intended to be applied to outdoor machines. The scores quantify, in terms of safety, the suitability of the sensor for the intended implementation in an environmental perception system of (highly) automated machines. This was achieved by developing an extension to the new Real Environment Detection Area (REDA) method and linking the methodology with the sensor standard IEC/TS 62998-1. The extension includes point-by-point and statistic-based error evaluation which leads to the Usability-Score, Availability-Score, and Reliability-Score. By applying the principle in the agricultural sector using ISO 18497 and linking this with data from a real outdoor test stand, it was possible to show that the validation scores offer a generic approach to quantify the detection capability and express this in a machine manufacturer-oriented manner. The findings of this study have significant implications for the advancement of safety-related sensor systems integrated into machines operating in complex environments. In order to achieve full implementation, it is necessary to define in the standards which score is required for each Performance Level (PL).
This paper investigates four different mobile robots with respect to their drivingcharacteristics and soil preservation properties in an agricultural environment.Thereby, robots of classical design from agriculture as well as systems from spacerobotics with advanced locomotion concepts are considered to determine theindividual advantages of each rover concept with respect to the application domain.Locomotion experiments were conducted to analyze the general driving behavior,tensile force, and obstacle‐surmounting capability and ground interaction of eachrobot. Various soil conditions typical for the area of application are taken intoaccount, which are varied in terms of moisture and density. The presented workcovers the specification of the conducted experiments, documentation of theimplementation as well as analysis and evaluation of the collected data. In theevaluation, particular attention is paid to the change in driving characteristics underdifferent soil conditions, as well as to the soil stress caused by driving, since soilquality is of critical importance for agricultural applications. The analysis shows thatthe advanced locomotion concepts, as used in space robotics, also have positiveimplications for certain requirements in agricultural applications, such as maneuver-ability in wet conditions and soil conservation. The results show potential for designinnovations in agricultural robotics that can be used, to open up new fields ofapplication for instance in the context of precision farming.
Currently, soil nutrient analysis involves two separate processes for soil sampling and nutrient analysis: 1. field soil sampling and 2. laboratory analysis. These two - separate - main work processes are combined and conceptualised for a mobile field laboratory so that soil sampling and analysis can be carried out simultaneously in the field. The module-based field laboratory "soil2data" can carry out these two main work processes in parallel and consists of 5 different task-specific modules that build on each other: app2field, field2soil, app2liquid, liquid2data and data2app. The individual modules were designed and built for the sub-process steps and adapted to the special features of the mobile field laboratory "soil2data". The biggest advantage is that the analysis results are available immediately, and a fertiliser recommendation can be generated instantly. For further analyses, the results are stored in the data cloud. The soil material remains in the field. In the ongoing project "Prototypes4soil2data", the mobile field laboratory soil2data is being further developed into a prototype with a modular structure.