Attrezzatura per il monitoraggio delle sollecitazioni meccaniche subite dai frutti durante le operazioni post-raccolta. [Equipment for monitoring mechanical stresses on fruits during post-harvest operations]

Nella presente nota è descritto lo studio e la realizzazione di un'attrezzatura per il monitoraggio delle sollecitazioni meccaniche subite da frutti durante le operazioni post-raccolta. Per tale attrezzatura, l'innovazione, rispetto ai simulatori di frutto attualmente disponibili, è costituita dalla continuità dell'acquisizione delle sollecitazioni meccaniche, dalla possibilità di correlare le sollecitazioni misurate con la posizione dell'attrezzatura, dall'elevata sensibilità dei sensori impiegati e dal basso costo. L'attuale prototipo può acquisire in tempo reale e continuativamente l'accelerazione che subisce il frutto durante il passaggio sulla linea di lavorazione o nel corso di brevi trasporti, la limitazione relativa alla durata del tempo di acquisizione è dovuta esclusivamente all'elevata richiesta di energia del trasmettitore che scarica le batterie di cui è dotato in 1 ora circa. Per superare i limiti delle precedenti esperienze basate sulla telemetria, determinati dall'elevata rumorosità elettromagnetica dell'ambiente industriale in cui si opera, il ponte radio tra sistema di acquisizione e sistema di elaborazione e memorizzazione è stato realizzato in modulazione di frequenza (FM), che è meno sensibile ai disturbi, in particolare nella trasmissione a corto raggio.

In the present paper, a prototype device for monitoring fruit mechanical stresses during post-harvest operations is described. Compared with the currently available Instrumented Sphere simulators, this device has the following innovative features: continuous monitoring of mechanical stresses, synchronization of measured stresses and device position, higher sensitivity of sensors and lower cost. Preliminary tests have been carried out in order to define the full-scale range of sensors to be installed, the related frequency band and the maximum sampling rate. On the basis of these results the following parameters have been selected: full-scale range of 500 m/s2 (about 50 g), maximum useful frequency for describing the phenomenon of velocity change equal to 500 Hz, and a sampling rate of 5kHz (in relation to the chosen accelerometers). The experimental device consists of an acquisition system mounted on a fiber glass frame covered with a sphere-shaped siliconic-rubber jacket. The sensitive element of the acquisition system is constituted by three monoaxial accelerometers orthogonally disposed on a steel cube of 10 mm side. In order to obtain the modulus of acceleration vector measured by the sensors, the electric signal produced by each accelerometer is conditioned through a wideband (8 MHz) Gilbert's cell analog-multiplier (MLT04G), producing an output which is equal to the entry-signal elevated by 2. The electric signal is converted from voltage to frequency and is used to modulate in frequency, with an FSK technique (Frequency Shifting Keys), a radio frequency oscillator tuned to 433,92 MHz. The transmitter emits 10 mW on 50 Ohm antenna with a broadcasting coverage area of 30 m radius. The maximum frequency band of the modulating signal must be of 9600 Hz. The receiving apparatus consists of a receiver-demodulator (AST15) that converts the signal from frequency to voltage. Using a PLL FM demodulator stadium (Phase Locked Loop of type HEF4046), it is possible to recover the signal in the matching voltage. Then, with an operational amplifier (TL082), the signal is amplified and conditioned again in a range of 0 to +5V. The acquisition system is based on a notebook computer with full-size slots and an input/output analog/digital card (Keithley mod. DAS-1801ST-DA) equipped with a sample-and-hold circuit (SSH) for 8 channel simultaneous acquisition. The software collects data with a 5 kHz sampling rate and 12 bits no-sign resolution, while samples are recorded in a 16 bits with-sign format. Considering the sampling rate and the number of used channels, an hour of continuous acquisition at 5000 samples/s, creates a single file of about 36 MBytes which is memorized on the hard-disk. The prototype evolution consists of a new circuit capable of reducing the power requirement in order to decrease the battery dimensions and/or increase the acquisition system autonomy.