@misc{10481/77129,
year = {2022},
url = {https://hdl.handle.net/10481/77129},
abstract = {The objective of this Bachelor’s Thesis is to develop a portable electronic device capable of quantifying
the stiffness of the wood of standing trees, logs and boards using non-destructive testing (NDT) by means
of acoustic wave analysis. As an indicator of stiffness, the Modulus of Elasticity (MOE) is used, a standard
figure in the industry. This way, wood from forestry can be characterized and classified for different purposes.
This Thesis is part of LIFE Wood For Future, a project of the University of Granada (UGR) financed by
the European Union’s LIFE programme. LIFE Wood For Future aims to recover the cultivation of poplar
(populus sp.) in the Vega de Granada, by proving the quality of its wood through innovative structural
bioproducts. Recovering the poplar groves of Granada would have great benefits for the Metropolitan Area:
creation of local and sustainable jobs, improvement of biodiversity, and increase in the absorption of carbon
dioxide in the long term, helping to reduce the endemic air pollution of Granada. This Final Degree Project
has been developed in collaboration with the ADIME research group of the Higher Technical School of
Building Engineering (ETSIE) and the aerospace electronics group GranaSat of the UGR.
The goal of the developed device, named Tree Inspection Kit (or TIK), is to be an innovative, portable
and easy-to-use tool for non-destructive diagnosis and classification of wood by measuring its MOE. TIK
is equipped with the necessary electronics to quantify the Time of Flight (ToF) of an acoustic wave that
propagates inside a piece of wood. In order to do this, two piezoelectric probes are used, nailed in the wood
and separated a given distance longitudinally. The MOE can be derived from the propagation speed of the
longitudinal acoustic wave if the density of the is known. For this reason, this device has the possibility of
connecting a load cell for weighing logs or boards to estimate their density. It also has an expansion port
reserved for future functionality.
A methodology based on the Engineering Design Process (EDP) has been followed. The scope of this
project embraces all aspects of the development of an electronic product from start to finish:
conceptualization, specification of requirements, design, manufacture and verification. A project of this
reach requires planning, advanced knowledge of signal analysis, electronics, design and manufacture of
Printed Circuit Boards (PCB) and product design, as well as the development of a firmware for the
embedded system, based on a RTOS. Prior to the design of the electronics, a Reverse Engineering process
of some similar products of the competition is performed; as well as an exhaustive analysis of the signals
coming from the piezoelectric sensors that are going to be used, and the frequency response
characterization of the piezoelectric probes themselves.
This project has as its ultimate goal the demonstration of the multidisciplinary knowledge of engineering,
and the capacity of analysis, design and manufacturing by the author; his skill and professionalism in CAD
and EDA software required for these tasks, as well as in the documentation of the entire process.},
abstract = {El presente Trabajo de Fin de Grado tiene como objetivo el desarrollo de un dispositivo electrónico
portátil capaz de cuantificar la rigidez de la madera de árboles en pie, trozas y tablas usando ensayos no
destructivos (Non-Destructive Testing, NDT) por medio del análisis de ondas acústicas. Como indicador de
la rigidez se usa el Módulo de Elasticidad (MOE), una figura estándar en la industria.
Este TFG forma parte de LIFE Wood For Future, un proyecto de la Universidad de Granada (UGR)
financiado por el programa LIFE de la Unión Europea. LIFEWood For Future tiene como objetivo recuperar
el cultivo del chopo (populus sp.) en la Vega de Granada demostrando la viabilidad de su madera a través
de bioproductos estructurales innovadores. Recuperar las choperas de Granada tendría grandes beneficios
para la zona del Área Metropolitana: creación de puestos de trabajo locales y sostenibles, mejora de la
biodiversidad, e incremento de la tasa de absorción de dióxido de carbono a largo plazo, contribuyendo a
reducir la contaminación endémica del aire en Granada. Este Trabajo de Fin de Grado se ha desarrollado
con la colaboración del grupo de investigación ADIME de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de
Edificación (ETSIE) y el grupo de electrónica aeroespacial GranaSat de la UGR.
El objetivo del dispositivo, denominado Tree Inspection Kit (TIK), es ser una herramienta innovadora,
portátil y fácil de usar para el diagnóstico y clasificación no destructiva de la madera por medio de su MOE.
TIK está dotado de la electrónica necesaria para medir el tiempo de tránsito (ToF) de una onda acústica que
se propaga en el interior de una pieza de madera. Para ello, se utilizan dos sondas piezoeléctricas clavadas
en la madera y separadas longitudinalmente una distancia conocida. De la velocidad de propagación de la
onda longitudinal se puede derivar el MOE, previo conocimiento de la densidad del material. Por ello, este
dispositivo cuenta con la posibilidad de conectarle una célula de carga y pesar trozas o tablas para estimar
su densidad. También tiene un puerto de expansión reservado para funcionalidad futura.
Se ha seguido una metodología basada en el Proceso de Diseño de Ingeniería (Engineering Design
Process, EDP), abarcando todos los aspectos del desarrollo de un producto electrónico de principio a fin:
conceptualización, especificación de requisitos, diseño, fabricación y verificación. Un proyecto de este
alcance requiere de planificación, conocimientos avanzados de análisis de señales, de electrónica, de diseño y
fabricación de Placas de Circuito Impreso (PCB) y de diseño de producto, así como el desarrollo de un
firmware para el sistema empotrado, basado en un RTOS. Previo al diseño de la electrónica, se realiza un
proceso de Ingeniería Inversa (Reverse Engineering) de algunos productos similares de la competencia; al
igual que un exhaustivo análisis de las señales provenientes de los sensores piezoeléctricos que van a
utilizarse y la caracterización en frecuencia de las propias sondas piezoeléctricas.
Este proyecto tiene como fin último la demostración de los conocimientos multidisciplinares propios de la
ingeniería y la capacidad de análisis, diseño y fabricación por parte del autor; su habilidad y profesionalidad
en el software CAD y EDA requerido para estas tareas, así como en la documentación de todo el proceso.},
organization = {Unión Europea},
publisher = {Universidad de Granada},
keywords = {Modulus of Elasticity (MOE)},
keywords = {ToF},
keywords = {TIK},
keywords = {LIFE Wood For Future},
keywords = {ADIME},
keywords = {GranaSat},
keywords = {Poplar},
keywords = {NDT},
keywords = {Acoustic Wave},
keywords = {Piezoelectric Sensors},
keywords = {EDP},
keywords = {PCB},
keywords = {CAD},
keywords = {EDA},
keywords = {Firmware},
keywords = {Embedded System},
keywords = {RTOS},
keywords = {Reverse Engineering},
keywords = {Módulo de Elasticidad (MOE)},
keywords = {Chopo (Poplar)},
keywords = {Onda Acústica (Acoustic Wave)},
keywords = {Sensores Piezoeléctricos (Piezoelectric Sensors)},
keywords = {Sistema Empotrado (Embedded System)},
keywords = {Ingeniería Inversa (Reverse Engineering)},
title = {Development of an acoustic measurement system of the Modulus of Elasticity in trees, logs and boards},
author = {Del Pino Mena, Juan},
}