Desenvolvimento de circuito de leitura para medição de clorofila in-situ

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresAtualmente, a monitorização das variáveis marítimas, tais como, o pH, o fitoplâncton, a salinidade e a temperatura, assumiu um papel preponderante não só na compreensão de muitos processos físicos e biológicos do oceano, bem como na influência que estes têm nas alterações climatéricas e em todas as modificações que ameaçam a biodiversidade marinha. Devido à importância do fitoplâncton na sustentabilidade marítima, a presente dissertação visa o desenvolvimento de um circuito de leitura para a deteção do fitoplâncton. Visto que a clorofila se encontra presente em todos os organismos fotossintéticos, a quantificação de fitoplâncton na água do mar é efetuada através das propriedades fluorescentes da clorofila-a. O grande problema associado a este sinal de fluorescência, é a sua baixa amplitude, sendo por isso facilmente afetado por ruído, comprometendo a viabilidade das medições. É então de extrema importância, a implementação de um mecanismo de leitura de alta sensibilidade, imune a ruído e capaz de efetuar a medição dos dados pretendidos debaixo de água. Este mecanismo será implementado com um detetor síncrono (lock-in). Os detetores síncronos extraem o sinal embebido em ruído, permitindo maior sensibilidade e maior relação sinal/ruído. Posto isto, afastando o sinal útil do ruído, é aumentada a relação sinal/ruído, permitindo a deteção de sinais de amplitude mais reduzida, como é o caso da medição da fluorescência da clorofila. O dispositivo que usa esta técnica é chamado de amplificador lock-in, propondo-se esta dissertação ao seu estudo e implementação para quantificação de fitoplâncton in-situ. O dispositivo desenvolvido, demonstrou que a relação estabelecida entre as diluições da cultura de fitoplâncton e a tensão de saída, apresenta um decréscimo do valor de tensão à medida que a diluição aumenta. Comparando os resultados obtidos, com um equipamento laboratorial de medição de fluorescência, a razão entre os valores é praticamente constante, validando assim o funcionamento do sistema desenvolvido.Nowadays, the monitoring of maritime variables, such as pH, the phytoplankton, the salinity and temperature, assumed a leading role not only in understanding of many physical and biological processes of the ocean, as well as the influence their have on climate change and in all the changes that threaten the marine biodiversity. Due to the importance of phytoplankton on maritime sustainability, this thesis aims at the development of a reading circuit for the phytoplankton detection. Once the chlorophyll is present in all photosynthetic organisms, the quantification of phytoplankton in sea water is made through the fluorescence properties of the chlorophyll-a. The major problem associated with this sign of fluorescence, is its low amplitude, and for this reason, it is easily affected by noise, compromising the viability of measurements. So, it is of paramount importance, the development of a reading mechanism with high sensitivity, immune to noise and able to make the measurement of required data under the water. This mechanism will be implemented with a synchronous detector (lock-in). The synchronous detectors extract the signal embedded in noise, allowing greater sensitivity and higher signal-to-noise ratio. Therefore, removing the useful sign of the noise, is increased the signal/noise ratio, allowing the detection of signals with less amplitude, as is the case of the measurement of chlorophyll fluorescence. The device that uses this technique is called lock-in amplifier, being the aim of this dissertation its study and development for the quantification of phytoplankton in-situ. The developed device demonstrated that the relationship established between dilutions of the phytoplankton culture and the output voltage shows a decrease in the voltage value as the dilution increases. Comparing the obtained results with the laboratory fluorescence measurement equipment, the ratio between the values is practically constant, validating the operation of the developed system.Este trabalho foi suportado pelo projeto “Next-Sea: Next generation monitoring of coastal ecosystems in a scenario of global change”, NORTE-01-0145-FEDER-000032, financiado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) e Programa Operacional Regional do Norte (NORTE2020