Entwicklung einer Softwarebibliothek für die Bestimmung des Wassergehalts von Pflanzenteilen mithilfe eines elektromagnetischen Hohlraumresonators
Creators: name: Gebhart, Lucas
Publisher: name: Forschungzentrum Jülich
Year: 2023

description: Bachelorarbeit, FH Aachen, 2023; 52 pp. (2023). = Bachelorarbeit, FH Aachen, 2023
description: Im Institut für Bio- und Geowissenschaften im Fachbereich der Pflanzenwissenschaften(IBG-2) wird an Pflanzen geforscht, um Konzepte für die Intensivierung und Nachhaltigkeit der Pflanzenproduktion zu entwickeln. Dort werden Hohlraumresonatorenzusammen mit Vektor-Netzwerk-Analysatoren (VNA) für die Messung des Wassergehalts von Pflanzenteilen verwendet. Bei den Resonatoren handelt es sich um ein StückMetall mit einer großen Öffnung in der Mitte und zwei Antennen innerhalb. Diese Antennen könnten über Koaxialkabel an einen VNA angeschlossen werden. Der VNA istin der Lage elektromagnetische Wellen für bestimmte Frequenzen zu erzeugen und auchwieder zu messen. Über die eine Antenne werden dann elektromagnetische Wellen in denResonator freigegeben und die andere misst diese wieder. Der Resonator ist in der Lageeinen Teil der elektrischen Energie der elektromagnetischen Wellen zu speichern undein anderer Teil geht verloren. Diese Fähigkeit ist durch verschiedene Eigenschaften desResonators bedingt. Wenn nun ein Objekt den Resonator betritt und auf das elektrischeFeld innerhalb trifft, dann werden diese Eigenschaften verändert. Diese Veränderungenkönnen in Form der gemessenen Werte der zweiten Antenne wahrgenommen werden.Für die hier verwendeten Resonatoren wird mit elektromagnetischen Wellen im Bereichder Mikrowellen gearbeitet. In diesem Bereich sind die zuvor erläuterten Veränderungenvor allem auf Wasser innerhalb des Objektes zurückzuführen, welches den Resonatorbetreten hat. Aus diesem Grund ist es möglich, mithilfe solcher Messwerte auf denWassergehalt des Objektes zu schließen.Im Institut werden bereits Resonatoren für eine solche Messung der Pflanzenteile verwendet. Zudem wurde ein neuer Messaufbau angefertigt, welcher eine Messung an einemPflanzensamen durchführen soll. Um die Verwendung von Resonatoren zu vereinheitlichen und um ein Programm für die Messung eines Pflanzensamens bereit zu stellen,wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Software-Bibliothek entwickelt. Diese ist in verschiedene Module aufgeteilt: Die Kommunikation mit dem VNA, die Durchführung einerMessung, die Auswertung der Messdaten und die visuelle Überprüfung der Messdaten.Für die Erfüllung der Ziele der Bibliothek wurden in der Entwicklung sowohl die objektorientierte, als auch die funktionale Programmierung genutzt. Dies sorgt dafür, dassdie Anforderungen an die Bibliothek auf der Basis von Prinzipien guter Software erfülltwerden.Die entwickelte Bibliothek ist in der Lage die Messung an einem Pflanzensamen durchzuführen und auszuwerten. An den Visualisierungen die Eigenschaften der dahinter liegenden Theorie von der Messung und der Auswertungerfasst werden. Zudem wurden Probleme des Messaufbaus aufgedeckt, welche die Genauigkeit der Endresultate beeinflussen. Im Anschluss an die Arbeit werden diese Problemebehoben, um eine genaue Approximationen des Wassergehalts des gemessenen Samenmithilfe der ausgewerteten Daten zu bestimmen.