ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DE UM SENSOR ÓTICO DE UMIDADE DO SOLO PARA APLICAÇÕES AGRÍCOLAS

Abstract

Soil moisture plays a key role in agricultural productivity, efficient water resource management and environmental conservation. In this research, the design, development and validation of an optical sensor based on Long Period Grating (LPG) for soil moisture measurement is presented. The experimental process and characterization of the sensor are described in detail, as well as the calibration methodology in loamy soil, with emphasis on its applicability in agricultural practices. The proposed LPG sensor stands out for its high sensitivity, immunity to electromagnetic interference and capacity to provide continuous and accurate moisture measurements, which makes it an alternative to traditional gravimetric or capacitive methods. At lower moisture levels (below ~5%), the LPG sensor in this project exhibited a high sensitivity of around ~1,39 nm/%. The experimental results demonstrate the reliability and robustness of this device, opening perspectives for its application in both small-scale crops and large-scale projects, particularly in regions with variable climates, such as Ghana in Africa. This approach aims to contribute to the advancement of precision agriculture and water resource management in agricultural environments.

A umidade do solo desempenha um papel fundamental na produtividade agrícola, na gestão eficiente dos recursos hídricos e na conservação ambiental. Nesta pesquisa, são apresentados o projeto, o desenvolvimento e a validação de um sensor ótico baseado em rede de período longo (LPG) para medição da umidade do solo. O processo experimental e a caracterização do sensor são descritos em detalhes, bem como a metodologia de calibração em solo substrato para plantio, com ênfase em sua aplicabilidade nas práticas agrícolas. O sensor LPG proposto destaca-se por sua alta sensibilidade, imunidade a interferências eletromagnéticas e capacidade de fornecer medições de umidade contínuas e precisas, o que o torna uma alternativa aos métodos gravimétricos ou sensores capacitivos. Em níveis mais baixos de umidade (menor do que ~5%), o sensor LPG neste projeto apresentou uma sensibilidade alta de aproximadamente ~1,39 nm/%. Os resultados experimentais demonstram a confiabilidade e a robustez desse dispositivo, abrindo perspectivas para sua aplicação tanto em culturas de pequena escala quanto em projetos de grande escala, especialmente em regiões com climas variáveis, como em Gana na África. Este trabalho visa contribuir para o avanço da agricultura de precisão e do gerenciamento de recursos hídricos em ambientes agrícolas.