DE102013012599A1

DE102013012599A1 - Sensor zur Erfassung der Bodenfeuchtigkeit

Info

Publication number: DE102013012599A1
Application number: DE201310012599
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2015-02-05

Abstract

Ein optoelektronischer Sensor zur Erfassung der Bodenfeuchtigkeit weist eine Lichtquelle (10), die Licht in einen Lichtleiter (11) einkoppelt, und wenigstens einen Empfänger (12) auf, der von der Lichtquelle (12) beabstandet das im Lichtleiter (11) befindliche, von der Lichtquelle stammende Licht empfängt und in ein elektrisches Empfangssignal umsetzt. Eine Auswerteeinheit (13) wertet Änderungen des elektrischen Empfangssignals zur Bestimmung der Bodenfeuchtigkeit aus. Der Lichtleiter (11) ist so im Boden angeordnet, dass Licht in Abhängigkeit der Bodenfeuchtigkeit in den Boden transmittiert, soweit es nicht an der Wandung des Lichtleiters (11) infolge von Bodenfeuchtigkeit aus dem Lichtleiter ausgekoppelt ist. Dadurch, dass dem Lichtleiter (11) im Lichtgang des von der Lichtquelle (10) ausgesandten Lichts ein Streuelement (14) zugeordnet ist, und dass der Empfänger (12) so angeordnet ist, dass er das durch das Streuelement (12) gestreute Licht empfängt, wird ein günstig herzustellender und zuverlässig arbeitender Sensor zur Erfassung der Bodenfeuchtigkeit geschaffen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor zur Erfassung der Bodenfeuchtigkeit nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
Aus der dem Oberbegriff des Anspruches 1 zugrunde liegenden DE 41 16 633 A1 ist ein optoelektronischer Sensor bekannt, bei dem eine Lichtquelle Licht in einen gebogenen Lichtleiter einstrahlt und die Transmission des Lichts erfasst wird, das infolge der Bodenfeuchtigkeit aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird. Je höher die Bodenfeuchtigkeit, desto mehr Licht wird transmittiert. Das Licht wird dabei am einen Ende des bogenförmigen Lichtleiters in den Lichtleiter eingekoppelt und am anderen Ende einem Empfänger zugeleitet.
Aus der AT 403 213 B ist ein Bodenfeuchtesensor mit zwei in den Boden einsteckbaren Elektroden bekannt, über die eine Wechselspannung in den Boden eingeleitet wird. In Abhängigkeit der Bodenfeuchtigkeit wird die Kapazität zwischen den Elektroden beeinflusst. Die Bauteile des Bodenfeuchtesensors befinden sich auf einer Leiterplatte, auf der die Elektroden als Leiterbahnen ausgebildet sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen günstig herzustellenden und zuverlässig arbeitenden Sensor zur Erfassung der Bodenfeuchtigkeit bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Lichtquelle sendet dabei ihr Licht auf ein Streuelement, das dem Lichtleiter zugeordnet ist, sodass das Licht bewusst zunächst im Lichtleiter gestreut wird. Die so erhöhte Streuung des Lichts führt zu einer stärkeren Transmission, sodass die Bodenfeuchtigkeit genauer bestimmt werden kann, als dies im Stand der Technik bisher üblich ist. Es muss daher nicht mir gebogenen Lichtleitern gearbeitet werden, sondern der Bodenfeuchtigkeitssensor kann vorzugsweise stabweise bzw. geradlinig ausgebildet werden, was sein Einführen gerade bei Topfpflanzen erleichtert.
Vorzugsweise ist die Lichtquelle zwischen Streuelement und Empfänger angeordnet und strahlt ihr Licht in Richtung auf das Streuelement ab. Beorzugterweise kann damit der Empfänger die Lichtquelle gar nicht sehen, sondern empfängt nur rückgestreutes Licht. Wird zudem die als Empfänger ausgebildete Fotodiode so angeordnet, dass sie nur Licht empfangen kann, das von der Seite also quer zur Längsrichtung des Lichtleiters einfällt, wird vor allem das Licht erfasst, das vorzugsweise mehrfach an den Wandungen des Lichtleiters reflektiert wurde. Dadurch kann die Transmissionsmessung weiter verbessert werden.
Das Streuelement ist vorzugsweise Teil einer in den Lichtleiter eingelassenen Spitze oder Bodenlanze, die zugleich für die Strahlung der Lichtquelle undurchlässig ist. Dadurch wird das Rückstreuen ausgehend vom Streuelement weiter unterstützt.
Die Auswertung der Transmission erfolgt über eine Auswerteeinheit, die auf einer Leiterplatte angeordnet ist, auf der vorzugsweise auch Lichtquelle und Empfänger angeordnet sind. Wird der Lichtleiter mit entsprechenden Aussparungen versehen, kann die Leiterplatte einfach an der Seite des Lichtleiters angeordnet werden, sodass sich eine kompakte Einheit ergibt. Vorzugsweise stehen mit der Leiterplatte auch Anzeigeelemente in Verbindung, die dann in einer weiteren Aussparung des Lichtleiters angeordnet sind. Diese Anzeigeelemente können mehrfarbige LEDs sein, sodass für den Benutzer eine vorzugsweise pulsierende Anzeige den Grad der Bodenfeuchtigkeit anzeigt, das heißt, ob z. B. eine Pflanze Wasser benötigt oder nicht.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Kurzbeschreibung der Figuren
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 einen optoelektronischen Sensor zur Erfassung der Bodenfeuchtigkeit, der einen im Boden steckenden Lichtleiter aufweist, in teilweise geschnittenem Zustand,
2 den Lichtleiter gemäß 1,
3 die zugehörige Auswerteeinheit mit Sender, Empfänger und Anzeigeelementen.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.
1 zeigt einen optoelektronischen Sensor mit allen zur Erfassung der Bodenfeuchtigkeit erforderlichen Bauteilen. Dieser Sensor weist wenigstens eine Lichtquelle 10 auf, die Licht in den Lichtleiter 11 einkoppelt. Wenigstens ein Empfänger 12 ist von der Lichtquelle 10 beabstandet angeordnet, der das im Lichtleiter 11 befindliche, von der Lichtquelle 10 ausgesandte Licht empfängt und in ein elektrisches Empfangssignal umwandelt. Dieses elektrische Empfangssignal wird einer Auswerteeinheit 13 zur Auswertung von Änderungen des elektrischen Empfangssignals zugeleitet, um dadurch die Bodenfeuchtigkeit zu bestimmen. Je nach Grad der Bodenfeuchtigkeit wird dann von der Auswerteeinheit ein Anzeigeelement 19 angesteuert, das für den Benutzer des Sensors deutlich macht, ob zum Beispiel für eine Topfpflanze noch ausreichend Feuchtigkeit im Boden vorhanden ist. Der Lichtleiter 11 wird so im Boden angeordnet, dass Licht in Abhängigkeit der Bodenfeuchtigkeit in den Boden transmittiert wird. Um die Transmission zu erhöhen, werden verschiedene Maßnahmen getroffen, auf die im Folgenden noch näher eingegangen wird.
Zunächst befindet sich dazu dem Lichtleiter 11 im Lichtgang des von der Lichtquelle 10 ausgesandten Lichts ein Streuelement 14, das im Ausführungsbeispiel unten am Lichtleiter 11 angeordnet und eingelassen ist. Das Streuelement 14 ist vorzugsweise Teil einer stirnseitig in den Lichtleiter 11 eingelassenen Spitze oder Bodenlanze 18, die für die Strahlung des Lichts der Lichtquelle undurchlässig ist. Mit anderen Worten wird also alles Licht, das von der Lichtquelle 10 über den ausgesandten Lichtstrahl 21 auf das Streuelement 14 und das untere Ende des Lichtleiters gelangt, von dort rückgestreut. Im Ausführungsbeispiel hat das Streuelement 14 eine zylindrische Form, grundsätzlich kann das Streuelement jedoch durch eine beliebige Form und Oberfläche den Streueffekt noch weiter steigern.
Der Empfänger 12 empfängt das so vom Streuelement 14 gestreute Licht, soweit es nicht an der Wandung des Lichtleiters 1 infolge von dort anliegender Bodenfeuchtigkeit aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird. Je nach Auftreffwinkel des Lichts an der Wandung des Lichtleiters und je nach dort anliegender Bodenfeuchtigkeit kann sich der Winkel der Totalreflektion in den Lichtleitern ändern, sodass bei abnehmender Bodenfeuchtigkeit mehr Licht im Lichtleiter verbleibt, was durch die Auswerteeinheit 13 infolge des elektrischen Empfangssignals der als Empfänger 12 ausgebildeten Fotodiode erkannt wird.
Gemäß 1 ist am stabförmigen Lichtleiter 11 die Lichtquelle 10 zwischen dem Streuelement 14 und dem Empfänger 12 angeordnet. Anhand eines beispielhaften Lichtstrahls wird dies in 1 deutlich. Das ausgesandte Licht 21 wird von der Lichtquelle 10 in Richtung auf das Streuelement 14 ausgesandt, also grundsätzlich vom Empfänger 12 weg zeigend, wobei vorzugsweise sogar die als LED ausgebildete Lichtquelle gegenüber dem Empfänger 12 durch eine Abschottung 23 abgeschottet ist. Die Lichtquelle 10 ist also so angeordnet, dass sie ihr Licht in Längsrichtung des Lichtleiters einkoppelt. Das am Streuelement 14 rückgestreute Licht, für das beispielhaft der gestreute Lichtstrahl 22 in 1 dargestellt ist, gelangt dann an die Wandung des Lichtleiters 11, bis schließlich infolge der Rückstreuung der gestreute Lichtstrahl wieder in den Empfänger 12 gelangt. Der Empfänger 12 ist vorzugsweise quer zur Längsrichtung des Lichtleiters 11 angeordnet, sodass er im Wesentlichen nur quer zum Lichtleiter einfallendes Licht wahrnimmt.
Gemäß den 2 und 3 weist der Lichtleiter 11 wenigstens eine Aussparung 15, 16 auf, in die die Lichtquelle 10 und/oder der Empfänger 12 eingesetzt sind oder eingelassen sind. Die Auswerteeinheit 13 befindet sich auf einer Leiterplatte 17, auf der auch Lichtquelle und Empfänger angeordnet sind. Diese Leiterplatte 17 kann vorzugsweise seitlich am Lichtleiter 11 angeordnet werden, sodass sich eine kompakte Ausgestaltung, wie in 1 dargestellt, ergibt. Von der Auswerteeinheit 13 angesteuert werden die Anzeigeelemente 19, die im Ausführungsbeispiel durch drei LEDs gebildet sind, die vorzugsweise in den Farben rot, gelb und grün leuchten. Je nach Bodenfeuchtigkeit wird eines dieser Anzeigeelemente 19 angesteuert, sodass für den Benutzer deutlich sichtbar ist, welche Bodenfeuchtigkeit vorliegt. Wird die rote LED angesteuert, ist die Bodenfeuchtigkeit zu gering, wird die grüne LED angesteuert, ist die Bodenfeuchtigkeit für die Pflanze ausreichend. Das Licht dieser LEDs wird in den oberen Teil des Lichtleiters 11 eingekoppelt, so dass gegebenenfalls pulsierend die Anzeige am Sensor selbst sichtbar ist.
Durch die Verwendung des Streuelements 14 ergibt sich damit ein einfaches, geradliniges und leicht aufzubauendes Sensorelement zur Messung der Bodenfeuchtigkeit. Werden zudem die Leiterplatte mit ihren Bauelementen umfassend Lichtquelle 10, Empfänger 12 und Anzeigeelemente 19 der Leiterplatte 17 zugeordnet, und in Aussparungen des Lichtleiters 11 angeordnet, ergibt sich ein einfach herzustellender und kompakter Aufbau des Sensors.
Bezugszeichenliste

10: Lichtquelle
11: Lichtleiter
12: Empfänger
13: Auswerteeinheit
14: Streuelement
15, 16: Aussparung
17: Leiterplatte
18: Bodenlanze
19: Anzeigeelement
20: Boden
21: Ausgesandter Lichtstrahl
22: Gestreuter Lichtstrahl
23: Abschottung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4116633 A1 [0002]
AT 403213 B [0003]

Claims

Optoelektronischer Sensor zur Erfassung der Bodenfeuchtigkeit mit wenigstens einer Lichtquelle (10), die Licht in einen Lichtleiter (11) einkoppelt, und wenigstens einem Empfänger (12), der von der Lichtquelle (12) beabstandet das im Lichtleiter (11) befindliche, von der Lichtquelle stammende Licht empfängt und in ein elektrisches Empfangssignal umsetzt, sowie mit einer Auswerteeinheit (13) zur Auswertung von Änderungen des elektrischen Empfangssignals zur Bestimmung der Bodenfeuchtigkeit, wobei der Lichtleiter (11) so im Boden angeordnet ist, dass Licht in Abhängigkeit der Bodenfeuchtigkeit in den Boden transmittiert, soweit es nicht an der Wandung des Lichtleiters (11) infolge von Bodenfeuchtigkeit aus dem Lichtleiter ausgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Lichtleiter (11) im Lichtgang des von der Lichtquelle (10) ausgesandten Lichts ein Streuelement (14) zugeordnet ist, und dass der Empfänger (12) so angeordnet ist, dass er das durch das Streuelement (12) gestreute Licht empfängt.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am stabförmigen Lichtleiter (11) die Lichtquelle (10) zwischen Streuelement (14) und Empfänger (12) angeordnet ist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (10) so angeordnet ist, dass sie ihr Licht in Längsrichtung des Lichtleiters (11) einkoppelt.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (10) das Licht vom Empfänger (12) wegzeigend in Richtung auf das Streuelement (14) aussendet und/oder dass die Lichtquelle (10) in Richtung auf den Empfänger (12) abgeschottet ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (12) quer zur Längsrichtung des Lichtleiters (11) angeordnet ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (10) eine LED und Empfänger (12) eine Fotodiode ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (11) wenigstens eine Aussparung (15, 16) aufweist, in die die Lichtquelle (10) und/oder der Empfänger (12) eingelassen sind.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtquelle (10) und Empfänger (12) auf einer Leiterplatte (17) angeordnet sind, die seitlich am Lichtleiter (11) angeordnet ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuelement (14) Teil einer stirnseitig am Lichtleiter (11) angeordneten Spitze oder Bodenlanze (18) ist, die für die Strahlung der Lichtquelle undurchlässig ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Anzeigeelement (19) vorgesehen ist, das vorzugsweise mehrfarbig in den Farben rot, gelb, grün die Bodenfeuchtigkeit vorzugsweise pulsierend anzeigt.