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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2020.tde-22012020-111549
Document
Author
Full name
Manuel Alejandro Cerna Larenas
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2019
Supervisor
Committee
Magalhães, Daniel Varela (President)
Boas, Paulino Ribeiro Villas
Júnior, José Carlos de Melo Vieira
Telles, Gustavo Deczka
Vadillo, José Miguel
Title in Portuguese
Desenvolvimento de um sistema LIBS à distância embarcável para aplicações em campo
Keywords in Portuguese
Agricultura de precisão.
Espectroscopia de Plasma Induzido por Laser
LIBS à distancia
Potássio em solo
Abstract in Portuguese
Devido principalmente ao contínuo crescimento da população mundial, espera-se um importante aumento da demanda global de alimentos nas próximas décadas. Esse grande desafio pode ser enfrentado aumentando a eficiência dos processos de produção agrícola, onde os fertilizantes desempenham um papel central. Neste trabalho é apresentado um protótipo de um sistema de Espectroscopia de Plasma Induzido por Laser, conhecido como LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy), capaz de obter informação elementar do solo diretamente no campo, quando integrado com uma plataforma robótica móvel (ou rover). Tal informação se pode utilizar tanto para identificação dos macro e micro nutrientes presentes, quanto para avaliar sua concentração. O sistema foi desenvolvido visando trabalhar com o potássio que, junto com o nitrogênio e o fósforo, constituem os fertilizantes mais importantes para a agricultura. O instrumento, o Módulo LIBS, foi implementado em uma configuração à distância (ou Stand-off LIBS), utilizando os seguintes componentes comerciais principais, um laser de 50 mJ em 1064 nm, um telescópio de 200 mm de abertura, e um espectrômetro na faixa 600-800 nm. Os testes feitos com amostras de solo com níveis de compactação similares ao solo de uma cultura, mostraram a viabilidade de uso da informação espectroscópica coletada pelo protótipo para medir a concentração de potássio no solo. Nestes testes também foi mostrada a possibilidade do uso do Módulo LIBS quando montado sobre um rover.
Title in English
Development of a Stand-off LIBS for use in field
Keywords in English
Laser-Induced Breakdown Spectroscopy
Potassium in soil
Precision agriculture
Stand-off LIBS
Abstract in English
Due mainly to the continued growth of the world population, a significant increase in global food demand is expected in the coming decades. This great challenge can be addressed by increasing the efficiency of agricultural production processes, where fertilizers play a central role. In this work, a prototype of a Laser-Induced Breakdown Spectroscopy system, known as LIBS, capable of obtaining elementary soil information directly in the field, when integrated with a mobile robotic platform, is presented. This information can be used both to identify the macro and micro nutrients present, and to evaluate their concentration. In this project, the system was developed to work with potassium which, together with Nitrogen and Phosphorus, are the most important base elements in fertilizers. The instrument, the LIBS Module, was implemented in a Stand-off configuration using commercial components including a 50 mJ laser at 1064 nm, a 200 mm aperture telescope, and a 600-800 nm spectrometer. The tests made with soil samples with compaction levels similar to the soil crop, showed the feasibility of using the spectroscopic information collected by the prototype to evaluate the potassium concentration in the soil. In these tests the feasibility of using the LIBS Module when mounted on a rover was also studied.
 
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Publishing Date
2020-02-05
 
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