DE10011636A1 - Vorrichtung zur Feuchtemessung - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Feuchtemessung, insbesondere Bodenfeuchtemessung mit zwei im zu untersuchenden Medium einbringbaren Elektroden (1), die an einen als Reflektor wirkenden Interdigitalwandler (2) eines OFW-Transponders (3) angeschlossen sind, der über Funk mit einem Abfragegerät (4) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feuchtemessung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bekannt, insbesondere bei der Messung von Boden­ feuchte, in das zu untersuchende Medium, insbesondere den Bo­ den, Elektroden einzubringen und die zwischen den Elektroden vorhandene Impedanz zu messen. Die Impedanz hängt von der Feuchte des Mediums ab, da Wasser eine sehr hohe Dielektrizi­ tätskonstante und je nach Salzgehalt eine hohe Leitfähigkeit hat. Die Impedanz zwischen den Elektroden ist daher eine Funktion der Feuchte des Mediums, beispielsweise der Boden­ feuchte. Durch die Wahl der Länge und des Abstands der Elekt­ roden kann der variable Impedanzbereich eingestellt werden. Bei der Messung der Bodenfeuchte ändert sich die komplexe Dielektrizitätskonstante des Wassers mit der verwendeten Messfrequenz und der Bodenzusammensetzung.

Die Überwachung lokaler Variationen der Feuchte des Mediums, insbesondere der Bodenfeuchte gestaltet sich bei herkömmli­ chen Messanordnungen. Diese Überwachung wird manuell durchge­ führt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, welche einfach bedient wer­ den kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der Erfindung sind die beiden Elektroden, zwischen denen die feuchteabhängige Impedanz des zu untersuchende Mediums, insbesondere Bodens, gemessen wird, an einen OFW (Oberflä­ chenwellen)-Transponder angeschlossen, der über Funk mit einem Abfragegerät verbunden ist. Man erreicht hierdurch einen fernabfragbaren Feuchtesensor, welcher an verschiedenen Orten des zu untersuchenden Mediums eingesetzt werden kann, so dass lokale Variationen der Feuchte im zu untersuchenden Medium, insbesondere der Bodenfeuchte, in einfacher Weise er­ fasst werden können.

In bevorzugter Weise kommt ein OFW-Transponder zum Einsatz, wie er in Fortschritts-Berichte VDI Reihe 8, Nummer 515, VDI- Verlag 1995, Seiten 62 bis 79, insbesondere Seiten 73 und 74 beschrieben ist. Hierdurch erreicht man die passive Fernab­ fragbarkeit der komplexen Impedanz zwischen den beiden Elekt­ roden, die in das zu untersuchende Medium, insbesondere in den zu untersuchenden Boden eingesteckt sind. Hierzu sind die beiden Elektroden an einen als Reflektor wirkenden Interdigi­ talwandler des OFW-Transponders angeschlossen. Der OFW- Transponder besitzt ferner einen Ein-/Auskoppelwandler, der mit einer Empfangs-/Sendeantenne verbunden ist. Das von einem Abfragegerät eingekoppelte hochfrequente Abfragesignal wird vom Ein-/Auskoppelwandler in eine akustische Oberflächenwelle (OFW) umgewandelt. Der als Reflektor wirkende zweite Interdi­ gitalwandler des OFW-Transponders, welcher mit den beiden Elektroden verbunden ist, befindet sich im Strahlengang der OFW. Die von diesem Reflektor reflektierte OFW hängt von der zwischen den beiden Elektroden vorhandenen Impedanz ab. Das reflektierte Signal wird über den Ein-/Auskoppelwandler und die mit ihm verbundene Empfangs-/Sendeantenne an das Abfrage­ gerät zurückgesendet. Im Abfragegerät wird das zurückgesen­ dete Signal empfangen und ausgewertet. Betrag und Phase dieses Reflektionssignals sind eine Funktion der feuchteabhängi­ gen Impedanz zwischen den beiden Elektroden.

Die durch die Erfindung gewonnen Messwerte können bei unter­ schiedlichen technischen Steuerungs- und Überwachungsvorgän­ gen zum Einsatz kommen, bei denen die Feuchte eine Rolle spielt. Beispielsweise kann die Erfindung bei der Überwachung der Feuchte in einem Sterilisationsgerät für medizinische Zwecke, bei denen die Sterilisationswirkung entscheidend von der Feuchte abhängt, zum Einsatz kommen. Eine bevorzugte An­ wendung findet die Erfindung bei der Messung der Boden­ feuchte. Beispielsweise zu Bewässerungszwecken in der Land­ wirtschaft lässt sich aufgrund der Messwerte die zum Bewäs­ sern benötigte Wassermenge bestimmen und regeln. Da hierdurch nur so viel Wasser zugeführt wird, wie erforderlich ist, kön­ nen Ressourcen geschont und Kosten minimiert werden. Da die Feuchtemessung bei der Erfindung fernabfragbar ist, entfallen aufwendige Verkabelungen, die bei einem Einsatz auf Feldern landwirtschaftliche Arbeiten stören können. Der zum Einsatz kommende OFW-Transponder benötigt keine Batterie, welche in einem Freilandeinsatz aus ökologischen und ökonomischen Grün­ den nicht erwünscht ist. Auch in Sterilisationsanlagen können Batterien nicht verwendet werden, wegen der dort auftretenden hohen Temperaturen. Der durch die Erfindung geschaffene Fern­ abfrage Feuchtesensor ist daher herkömmlichen Messanordnungen überlegen.

Anhand der Figuren wird an einem Ausführungsbeispiel die Er­ findung noch näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Feuchtemessung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist; und

Fig. 2 zwei Elektroden, welche beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zum Einsatz kommen können.

Das in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt einen OFW(Oberflächenwellen)-Transponder 3, an welchen zwei Elektroden 1 angeschlossen sind. Die Elektroden 1 werden in ein nicht näher dargestelltes zu untersuchendes Medium zur Feuchtemessung eingebracht. Beispielsweise können die Elekt­ roden zur Messung der Bodenfeuchte in der Landwirtschaft auf einem Feld eingesetzt werden. Die beiden Elektroden sind an einen Reflektor, welcher als Interdigitalwandler 2 ausgebil­ det ist, angeschlossen. Der Reflektor 2 befindet sich im Strahlengang einer akustischen Oberflächenwelle, welche von einem Interdigitalwandler 7, der als Ein-/Auskoppelwandler wirkt, erzeugt wird. Ein Abfragegerät 4 sendet über eine Sende-/Empfangsantenne 10 ein hochfrequentes Abfragesignal, das von einer Empfangs-/Sendeantenne 9 des OFW-Transponders 3 empfangen wird. Die Empfangs-/Sendeantenne 9 ist hierzu an den Interdigitalwandler (Ein-/Auskoppelwandler) 7 angeschlos­ sen. Der als Reflektor wirkende Interdigitalwandler 2, an dessen Sammelschienen die beiden Elektroden 1 angeschlossen sind, befindet sich im Strahlengang der vom Interdigitalwand­ ler 7 ausgelösten akustischen Oberflächenwelle (OFW). Die vom Interdigitalwandler (Reflektor) 2 reflektierte OFW wird be­ einflusst durch die komplexe Impedanz zwischen den beiden Elektroden 1, welche von der Feuchte im zu untersuchenden Me­ dium, insbesondere Boden abhängt. Die reflektierte OFW wird vom Interdigitalwandler 7 umgewandelt und über die Empfangs- /Sendeantenne 9 als hochfrequentes Reflexionssignal zum Ab­ fragegerät 4 zurückgesendet. Im Abfragegerät 4 wird das zu­ rückgesendete Signal im Hinblick auf die zu messende Feuchte, insbesondere Bodenfeuchte ausgewertet.

Zusätzlich zum impedanzempfindlichen Reflektor (Interdigital­ wandler 2) sind wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, zwei weitere feste Reflektoren 5, 6 im Strahlengang der akustischen Ober­ flächenwelle angeordnet. Diese beiden Reflektoren 5 und 6 können zur Messung und zur Kompensation der Entfernung zwi­ schen dem OFW-Transponder und dem Abfragegerät sowie der Tem­ peratur, insbesondere im Bereich des OFW-Transponders 3 ver­ wendet werden. In vorteilhafter Weise kann der impedanzemp­ findliche Reflektor (Interdigitalwandler 2) mit einer Paral­ lelinduktivität gegen statische Ladungen geschützt werden. Zur Maximierung des Sensoreffektes kann eine elektrische An­ passung zwischen dem variablen Impedanzniveau der beiden Elektroden 1 und dem impedanzempfindlichen Reflektor (Inter­ digitalwandler 2) vorgesehen sein, wobei diese elektrische Anpassung gleichzeitig den Schutz des OFW-Transponders 3 vor statischer Aufladung mitübernimmt.

Die geometrischen Abmessungen der beiden Elektroden 1 können vorteilhafter Weise so gewählt werden, dass das Hochfrequenz- Impedanzniveau, welches sich bei einem ordnungsgemäßen Be­ trieb ergibt, zur Steuerung des impedanzempfindlichen OFW- Transponders 3 günstig liegt. Hierzu können insbesondere die Länge D, die Querschnitte q1 und q2 sowie der Abstand d (Fig. 2) in geeigneter Weise bemessen werden.

Ferner kann am impedanzempfindlichen Interdigitalwandler 2 die Überlappungslänge und die Anzahl der Überlappungen der Interdigitalfinger so gewählt werden, dass die am meisten sensitiven Impedanzbereiche des Wandlers zum Impedanzniveau der Elektroden 1 günstig liegt.

Die Strukturen der Interdigitalwandler 2 und 7 sowie der Re­ flektoren 5, 6 sind auf einem piezoelektrischen Substrat 8 aufgebracht, für welches in herkömmlicher Weise geeignete piezoelektrische Kristalle zum Einsatz kommen können.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Feuchtemessung mit wenigstens zwei in ein zu untersuchendes Medium einbringbaren Elektroden und einer an die Elektroden angeschlossenen Messeinrichtung, welche die Impedanz zwischen den Elektroden misst, und einer Auswerte­ einrichtung, welche aus den Impedanzwerten die Feuchte des Mediums ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden (1) an einen als Reflektor wirkenden Inter­ digitalwandler (2) eines OFW (Oberflächenwellen)-Transponders (3) angeschlossen ist, der über Funk mit einem Abfragegerät (4) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass beidseits des als Reflektor wirkenden Interdigi­ talwandlers (2) weitere Reflektoren (5, 6) im OFW-Strahlen­ gang angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das variable Impedanzniveau der beiden Elektroden (1) und der als Reflektor wirkende Interdigital­ wandler (2) elektrisch aneinander angepasst sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappungslänge und die An­ zahl der Überlappungen der Interdigitalfinger des als Reflek­ tor wirkenden Interdigitalwandlers (2) an das Impedanzniveau der Elektroden zur Erzielung sensitiver Impedanzbereiche des Wandlers (2) angepasst sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Messung von Bodenfeuchte ausgebildet ist.