NL2006600C2 - Inrichting en werkwijze voor het detecteren van sporen. - Google Patents

Description

INRICHTING EN WERKWIJZE VOOR HET DETECTEREN VAN SPOREN

De onderhavige uitvinding betreft een inrichting voor het detecteren van sporen, in het bijzonder schimmelsporen.

5 Meer in het bijzonder betreft de vinding een analyse- inrichting waarmee sporen, zoals Phytophthora, uit de lucht gevangen, gedetecteerd en geanalyseerd kunnen worden. Voor een dergelijke inrichting zijn diverse toepassingen mogelijk, zo is de inrichting bijvoorbeeld bijzonder 10 geschikt voor toepassing bij de aardappelteelt.

Detectie van sporen vindt op conventionele wijze plaats door analyses in een laboratorium. Dit is tijdrovend en relatief kostbaar. Bijkomend is de monstername betrekkelijk moeizaam.

15 Detectie van sporen is in een breed toepassingsgebied relevant. Dit geldt zeker ook in de teelt/product en verwerking van aardappelen, groenten en fruit. Zo speelt bij het telen van aardappelen Phytophthora een grote rol als bedreiging van de kwaliteit en opbrengst van het gewas. In 20 de praktijk wordt het gewas tijdens de groei veelal bespoten met bestrijdingsmiddelen. Om de hoeveelheid gebruikt bestrijdingsmiddel te beperken wordt soms gebruik gemaakt van risico-voorspellende modellen die de wenselijkheid van bestrijding aangeven. Echter, op basis daarvan wordt nog 25 steeds een behoorlijke hoeveelheid bestrijdingsmiddelen aangebracht op het gewas. Dit heeft gevolgen voor kosten, hoeveelheid werk, gezondheidsaspecten voor gebruikers van de bestrijdings-middelen en mogelijkerwijs voor de consument, en voor het milieu in de directe omgeving.

30 Een doel van de uitvinding is deze problemen te voorkomen of ten minste te verminderen en een effectieve en efficiënte detectie van sporen mogelijk te maken.

2

Dit doel wordt bereikt met de inrichting volgens de uitvinding, de inrichting omvattende: - een behuizing; - een inlaat voor het nemen van een luchtmonster; 5 - een met de inlaat verbonden scheidingsinrichting voor het scheiden van deeltjes in het luchtmonster; en - een meet- en analyse-element voor het meten van de deeltjes uit het luchtmonster en het analyseren van de meting.

10 Door het voorzien van een behuizing kunnen de verschillende componenten van de behuizing op effectieve wijze worden voorzien. Een bijkomend voordeel van een behuizing is dat deze in de directe omgeving plaatsbaar is waar sporen gedetecteerd dienen te worden. Dit is 15 bijvoorbeeld direct in of bij een aardappelveld.

Bij voorkeur is de inlaat voorzien van een filter om grote deeltjes, bijvoorbeeld bladeren, tegen te houden en te voorkomen dat deze in de scheidingsinrichting terecht komen.

Bij voorkeur is de inlaat werkzaam verbonden met een 20 ventilator waarmee een luchtmonster door de inlaat kan worden aangezogen. De ventilator wordt aangedreven door een motor die voorkeur eveneens in de behuizing is voorzien.

In een momenteel geprefereerde voorkeursuitvoeringsvorm is de scheidingsinrichting uitgevoerd als een cycloon.

25 Hiermee worden wervelingen in de ingezogen luchtstroom gerealiseerd zodanig dat deeltjes in de lucht op grootte worden gescheiden. In de momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm wordt hiermee een zodanige verdeling van deeltjes over een doorsnede in de cycloon bereikt dat de 30 grote deeltjes in het centrum, in de nabijheid van de centrale as van de cycloon, afgevoerd kunnen worden en dat de kleine deeltjes, waaronder ten minste een significant 3 deel van de sporen, aan de zijwanden van de cycloon zijn gepositioneerd.

Bij voorkeur is aan het uiteinde van de cycloon een ringvormig element aangebracht met een centrale opening. De 5 centrale opening maakt afvoer van lucht met de relatief grote deeltjes mogelijk. Het ringvormig element is bij voorkeur voorzien van een kanaal of groef waarin de kleine deeltjes, zoals de sporen, opgevangen kunnen worden.

Bij voorkeur wordt het kanaal of groef in gebruik 10 geheel of gedeeltelijk gevuld met een vloeistof. Een dergelijke vloeistof kan water zijn, echter, kan ook een andere vloeistof zijn zoals glycerol of een mengsel van glycerol met water. Bij voorkeur betreft het een vloeistof met een relatief hoge verdampingstemperatuur, zodanig dat de 15 vloeistof zo lang mogelijk in het kanaal of groef aanwezig blijft. De deeltjes worden opgevangen in de vloeistof en vervolgens, nadat een volledig monster is genomen, door een afvoer in het kanaal of de groef voor meting geschikt gemaakt.

20 In een momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm wordt de vloeistof uit het kanaal of de groef gevoerd naar een vloeistofkanaal waarmee een meting aan de vloeistof kan worden uitgevoerd. Hiertoe wordt de vloeistof gepompt vanuit de vloeistofring naar het waterkanaal. Dit kanaal kan 25 langwerpig zijn uitgevoerd. Andere uitvoeringsvormen behoren uiteraard ook tot de mogelijkheden.

Bij voorkeur is het kanaal voorzien in een houder waarmee de vloeistof tussen twee platen, bij voorkeur doorzichtige platen, zoals glazen platen, wordt gehouden.

30 Eveneens bij voorkeur is de houder voorzien van stelmiddelen om de afmetingen van het kanaal af te stemmen op de grootte van het meetmonster afkomstig van de scheidingsinrichting. Bijvoorbeeld is in een uitvoeringsvorm met glazen platen de 4 onderlinge afstand hiervan instelbaar. Hiermee kan een betrouwbare meting worden gerealiseerd in hoofdzaak onafhankelijk van de grootte van het meetmonster.

In een momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm is het 5 meet- en analyse element voorzien van een camera. Met de camera worden beelden gemaakt van het meetmonster. Aangezien de sporen zich, indien aanwezig in het genomen luchtmonster, zich eveneens bevinden in het meetmonster worden de sporen ook op een dergelijk beeld vastgelegd.

10 Bij voorkeur is de camera voorzien van en/of werkzaam verbonden met bewerkingsapparatuur om de beelden te bewerken. Dergelijke bewerkingen omvatten bijvoorbeeld één of meer van de stappen van het vergroten van beelden, aanbrengen en/of verwijderen van contrasten etc. Het element 15 is voorts bij voorkeur voorzien van analysemiddelen, bij voorkeur digitale middelen, waarmee optioneel een type filter over de beelden gelegd kan worden. Hiermee kan bijvoorbeeld op grootte worden gefilterd. Vervolgens worden specifieke kenmerken op de, eventueel bewerkte, beelden 20 gemeten, bij voorkeur automatisch. Dit betreft bijvoorbeeld één of meer van de kenmerken zoals grootte, diameter, vorm, lengte-breedteverhoudingen, vorm van de omtrek, die bepaald kunnen worden van een specifiek deeltje dat op een meetbeeld zichtbaar is. Vervolgens kan op basis van deze kenmerken 25 worden bepaald om welke sporen het gaat die in het luchtmonster aanwezig zijn. Bij voorkeur wordt hierbij tevens een kans weergegeven, of indicatie van de betrouwbaarheid, van deze beoordeling. Hoewel bovengenoemd meetprincipe voordelig werkt en tot goede resultaten leidt 30 behoren andere meetprincipes eveneens tot de mogelijkheden.

In een momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm vindt de classificatie met de sporen plaats met behulp van een classificatie-schema, waarbij gebruik wordt gemaakt van een 5 neuraal netwerk om met een bepaalde zekerheid aan een deeltje een soort toe te kennen. Hoewel bovengenoemde classificatie voordelig werkt en tot goede resultaten leidt behoren andere classificatiemethoden eveneens tot de 5 mogelijkheden, zoals "Support Vector Machine" classificatie.

Bij voorkeur is de inrichting voorzien van een besturingselement voor het aansturen van de inrichting. De besturing stuurt de ventilator, pomp en kleppen aan. Bij voorkeur regelt de besturing ook de monstertijdstippen en de 10 tijdsduren van monstername. Deze tijdsduur hangt bijvoorbeeld onder meer af van de gemeten concentraties.

Door gedurende langere tijd een luchtmonster te nemen zal de spoordichtheid in het meetmonster ook zijn toegenomen. Optioneel werkt de besturing autonoom door op basis van 15 metingen en/of voorspellingen van omgevingscondities de tijdsduren van monstername te selecteren.

Voorts is de besturing bij voorkeur werkzaam verbonden met communicatiemiddelen. De communicatiemiddelen dragen bijvoorbeeld zorg voor het doorgeven van meetresultaten. Zo 20 behoort het in geval van aardappelteelt tot de mogelijkheden dat de besturing met behulp van de communicatiemiddelen een bestrijdingssignaal afgeeft zodanig dat op effectieve wijze bestrijdingsmiddelen gebruikt kunnen worden op het moment dat dit ook daadwerkelijk gewenst is. Hiermee wordt 25 bewerkstelligd dat de totale gebruikte hoeveelheid bestrijdingsmiddelen tijdens een seizoen significant kan worden teruggedrongen.

De sporen die gedetecteerd kunnen worden betreffen bijvoorbeeld Phytophthora, Alternaria, Botrytis, en 30 Fusarium. Bij voorkeur worden de sporen verder gekarakteriseerd, bijvoorbeeld als Phytophthora en in het bijzonder Phytophtora Infestans die aardappelen en tomaten aantast. Phytophtora Infestans heeft een typische grootte 6 van zo'n 20 bij 40 micrometer. Alternaria heeft een typische grootte van zo'n 60 bij 3,5 micrometer. Dit is dan ook een mogelijk kenmerk waarmee een klassificatie van sporen mogelijk is. Nadere detectie en specificatie van andere 5 Phytophthora soorten en eventuele andere schimmelsoorten behoren volgens de vinding ook tot de mogelijkheden.

De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het detecteren van sporen, waarin de werkwijze gebruik maakt van een inrichting zoals bovenstaand beschreven.

10 De werkwijze biedt dezelfde voordelen en effecten als bovenstaand beschreven voor de inrichting volgens de uitvinding.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de uitvinding worden toegelicht aan de hand van 15 voorkeursuitvoeringsvormen daarvan, waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde tekeningen, waarin tonen: - Figuur 1, een aanzicht van een inrichting volgens de uitvinding op locatie; - Figuur 2, een weergave van de inrichting uit figuur 2 0 1; - Figuur 3 A en B, de inlaat en scheidingsinrichting van de inrichting van figuur 1; - Figuur 4, de detector met vloeistofkanaal van de inrichting van figuur 1; 25 - Figuur 5, een schematische weergave van de houder met instelmogelijkheid van het vloeistofkanaal uit figuur 4; - Figuur 6, een aanzicht van (bewerkte) beelden met de camera uit figuur 4; en 30 - Figuur 7, een aanzicht van een voorbeeld uitwerkingsafbeelding.

Een inrichting 2 (Figuur 1) is geplaatst in een aardappelveld 4. Inrichting 2 (Figuur 2) is voorzien van een 7 behuizing 6 met een deur 8. In behuizing 6 is een sporenvanger 10 voorzien van een inlaat 12 met een filter (niet getoond) met in de getoonde uitvoeringsvorm een maaswijdte van zo'n 2 mm. Via inlaat 12 is lucht in te 5 brengen in cycloon 14. Voorts is behuizing 6 voorzien van een eerste vloeistofreservoir 16 met vloeistof voor het vervaardigen van een meetmonster en reiniging, en een tweede vloeistofreservoir 18 voor reinigingsvloeistof, bijvoorbeeld ethanol, voor het reinigen van vloeistofring 36. Voorts is 10 een meetkast met accu 20 voor onder meer het autonoom functioneren van de inrichting op een locatie, omvormer 22 die het opladen van accu 20 verzorgt, een besturing 24 en een aantal ventielen en kleppen 26 voorzien.

Sporenvanger 10 (Figuur 3A) omvat een inlaat 12 waarmee 15 lucht kan worden aangezogen met behulp van ventilator 28 die wordt aangedreven met motor 30. Sporenvanger 10 omvat verder een cycloon 32 die aan het uiteinde is voorzien van een conus 34. In gebruik is conus 34 verbonden met vloeistofring 36 (Figuur 3B). Vloeistofring 36 beschikt over een centrale 20 opening 38 voor het afvoeren van lucht en grote deeltjes uit cycloon 32. Ring 36 is voorts voorzien van een kanaal 40 waarin een vloeistof uit reservoir 16 aanbrengbaar is voor het opvangen van sporen uit het luchtmonster. Door gedurende een bepaalde tijdsperiode lucht in cycloon 32 te laten wordt 25 in kanaal 40 een meetmonster gerealiseerd. Na de tijdsperiode wordt het meetmonster via afvoer 44 met een pomp (niet getoond) verder geleid naar detector 46.

Detector 46 is voorzien van een houder 48 waarin aan de bovenzijde en onderzijde een glasplaat 50 is aangebracht.

30 Met behulp van klemmiddelen 51 wordt tussen de glasplaten 50 in houder 48 een vloeistofkanaal 52 voorzien. Het uit het in kanaal 40 aanwezige meetmonster verkregen en in kanaal 52 8 gebrachte beeldmonster wordt gemeten met behulp van camera 54 om één of meer beelden van het meetmonster te verkrijgen.

In de getoonde uitvoeringsvorm is het volume van vloeistofkanaal 40 zo'n 1 ml. Het volume van het monster van 5 zo'n 1 ml wordt door het meetkanaal 52 geleid voor het beeldmonster zodat het gehele monster geanalyseerd kan worden. Dit betekent dat het mogelijk is om van elk meetmonster een beeldmonster te maken. Desgewenst is het mogelijk om het volume van kanaal 52 te vergroten zodanig 10 dat van elk meetmonster meerdere beeldmonsters mogelijk zijn om bijvoorbeeld de meetnauwkeurigheid te vergroten en/of bijvoorbeeld schimmelsporen van verschillende afmetingen te detecteren. In de getoonde uitvoeringsvorm zijn glasplaten 50 aan weerszijden van kanaal 52 gelijkmatig instelbaar om 15 daarmee de brandpuntsafstand van de camera voor alle sporengrootten gelijk te houden.

In de getoonde uitvoeringsvorm is de camera van het type AVT Pike-F505B ASG 16 voorzien van een adapter buis en in de getoonde uitvoeringsvorm van LED belichting. De camera 20 beschikt over een beeldsensor met afmetingen van 8,5 bij 7,1 mm. De dimensies van vloeistofkanaal 52 kunnen met behulp van stelmiddelen 54 (Figuur 5) worden aangepast op het volume van het beeldmonster.

De met camera 54 gemaakte beelden worden in de getoonde 25 uitvoeringsvorm verder bewerkt om analyse mogelijk te maken. Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van fase contrastmicroscopie. Met de bewerkingen wordt bijvoorbeeld een beeld (Figuur 6A) met Phytophtora sporen bij een 200x vergroting met een contrastbewerking aangepast (Figuur 6B) 30 en in een volgende stap (Figuur 6C) geschikt gemaakt voor detectie op basis van morfologie/morfometrie. Hierbij worden met behulp van beeldherkenning één of meer kenmerken zoals oppervlak, lengte-breedte verhouding, vorm etc. van elk 9 deeltje op het beeld bepaald. Met behulp van een classificatie algoritme wordt dit deeltje vervolgens, in de getoonde uitvoeringsvorm met een type neuraal netwerk, gecategoriseerd als een specifiek schimmelspoor. Dit kan 5 desgewenst op een voorbeelduitwerkingsafbeelding (Figuur 7) worden weergegeven, zoals getoond voor een Phytophtora spoor.

Voor het uitvoeren van een meting wordt door besturing 24 gedurende een tijdsperiode met sporenvanger 10 een 10 luchtmonster genomen. Dit luchtmonster wordt met vloeistofring 36 omgezet in een meetmonster. In de getoonde uitvoeringsvorm worden van het meetmonster in detector 46 met camera 54 één of meer beelden gemaakt. Deze beelden worden na verwerking geanalyseerd en voor elk daarop 15 relevant zichtbaar deeltje worden één of meer kenmerken bepaald. Op basis van de kenmerken worden de deeltjes gecategoriseerd als een specifiek schimmelspoor of eventueel een niet nader gedefinieerd deeltje. Hiermee wordt een meting verkregen van de soort en concentratie van 20 schimmelsporen in de lucht. De soort volgt uit de classificatie. De concentratie volgt uit het aantal deeltjes in een klasse per beeld en de tijdsduur van het nemen van het daarbij behorende oorspronkelijke luchtmonster. Dit kan aanleiding zijn voor de besturing om een waarschuwing en/of 25 bestrijdingsignaal te genereren om een gewas te beschermen op het moment dat dit ook daadwerkelijk gewenst is.

De tijdsduur voor het verzamelen van sporen kan worden geregeld, zodat de mogelijkheid van "sample exploration" ontstaat. Hiermee wordt mede afhankelijk van eerdere 30 metingen de verzameltijd, of tijdsduur van de monstername, aangepast. Dit gebeurt handmatig of bij voorkeur automatisch door de besturing. Zo kan bijvoorbeeld, indien een klein aantal sporen wordt gedetecteerd de verzameltijd worden 10 verlengd, zodanig dat in een volgende meting meer sporen worden verzameld in het meetmonster en de meting betrouwbaarder kan worden uitgevoerd. Typische verzameltijden bedragen bijvoorbeeld 1 tot 100 minuten.

5 De onderhavige uitvinding is geenszins beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan. De gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

10

Claims (14)

1. Inrichting voor het detecteren van sporen omvattende: - een behuizing; 5. een inlaat voor het nemen van een luchtmonster/ - een met de inlaat verbonden scheidingsinrichting voor het scheiden van deeltjes in het luchtmonster; en - een meet- en analyse-element voor het meten van de deeltjes uit het luchtmonster en het analyseren van 10 de meting.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de inlaat voorzien is van een ventilator voor het aanzuigen van een luchtmonster. 15

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarin de scheidingsinrichting een cycloon omvat.

4. Inrichting volgens conclusie 3, waarbij de cycloon 20 omvattende: - een centrale afvoer heeft voor afvoer van lucht met relatief grote deeltjes in de nabijheid van de centrale as van de cycloon; en - een tweede afvoer voor afvoer van lucht relatief 25 kleine deeltjes.

5. Inrichting volgens conclusie 4, waarbij de tweede afvoer werkzaam is verbonden met een monstername-element, waarin een kanaal is voorzien voor het 30 opvangen van de relatief kleine deeltjes.

6. Inrichting volgens conclusie 5, waarin het kanaal in gebruik voor het nemen van een monster is voorzien van een meetvloeistof.

7. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarin het meet- en analyse-element een meetkanaal voor het uitvoeren van een meting aan een 5 monster omvat.

8. Inrichting volgens conclusie 7, waarbij het meetkanaal stelmiddelen omvat voor het instellen van de afmetingen van het meetkanaal. 10

9. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarin het meet- en analyse-element een camera omvat.

10. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarin het meet- en analyse-element analysemiddelen omvat geschikt voor het bepalen van een aantal kenmerken van sporen uit het monster.

11. Inrichting volgens conclusie 10, waarbij de kenmerken één of meer aspecten omvatten uit de groep van grootte, diameter, vorm, lengte-breedteverhoudingen, en vorm van de omtrek van een deeltje.

12. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarin het meet- en analyse-element classificatiemiddelen omvat geschikt voor het classificeren van deeltjes uit het monster.

13. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, verder omvattende een besturingselement zodanig dat de inrichting autonoom kan werken.

14. Werkwijze voor het detecteren van sporen waarin gebruik 35 wordt gemaakt van een inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies.