DE102017112984A1

DE102017112984A1 - Measuring device for determining the soil condition

Info

Publication number: DE102017112984A1
Application number: DE102017112984.7A
Authority: DE
Inventors: Maik Beuter; Oliver Frank; Maxie Grüter; Heiko Vogel
Original assignee: Umwelt-Gerate-Technik GmbH; Humboldt Universitaet zu Berlin
Current assignee: Umwelt-Gerate-Technik GmbH; Humboldt Universitaet zu Berlin
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2017-12-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (10) zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit, umfassend ein Gestänge (16), ein Penetrationskonus (20) und Messmittel (22). Die Messmittel (22) sind zumindest zur Messung einer Kraft (FD) ausgebildet. Die Messmittel (22) sind innerhalb des Gestänges (16) angeordnet und der Penetrationskonus (20) ist als Messspitze (18) der Messvorrichtung (10) mit dieser verbindbar. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Messmittel (22) einen Kraftsensor (26) umfassen, der in einer kinematischen Reihenschaltung mit dem Penetrationskonus (20) und dem Gestänge (16) zwischen diesen eingegliedert ist.The invention relates to a measuring device (10) for determining the soil condition, comprising a linkage (16), a penetration cone (20) and measuring means (22). The measuring means (22) are designed at least for measuring a force (FD). The measuring means (22) are arranged within the linkage (16) and the penetration cone (20) can be connected to the measuring device (10) as a measuring tip (18). The invention is characterized in that the measuring means (22) comprise a force sensor (26) which is incorporated in a kinematic series with the penetration cone (20) and the linkage (16) between them.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, weiterhin ein Messsystem zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 und weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14. The invention relates to a measuring device for determining the soil condition according to the preamble of patent claim 1, furthermore to a measuring system for determining the soil condition according to the preamble of patent claim 9 and furthermore to a method for determining the soil condition according to the preamble of patent claim 14.

Die Bodenbeschaffenheit kann bekanntermaßen anhand unterschiedlichster Eigenschaften des Bodens, wie Bodenart, Lagerungsdichte oder Feuchtigkeit charakterisiert werden. Dabei wählt der zuständige Fachmann selbstständig aus, auf welche Eigenschaften es ihm ankommt, in der Regel anhand der beabsichtigten Bodennutzung. As is known, the soil texture can be characterized on the basis of the most varied characteristics of the soil, such as soil type, storage density or moisture. The responsible specialist independently selects which properties are important to him, as a rule based on the intended land use.

Dabei handelt es sich um ein bekanntes Verfahren zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit, das auf einer Sondierung des Bodens und Messung der Eindringkraft einer Sonde beruht. Als Messvorrichtung wird dabei ein sogenanntes Penetrometer verwendet. Das Penetrometer umfasst in seiner Grundform ein Gestänge, das in den Boden gedrückt wird und Messmittel, mit denen die Kraft erfasst wird, die zum Eindrücken des Gestänges in den Boden erforderlich ist. In bekannten Ausführungsformen kann hierzu ein Griffstück mit einer Kraftmessdose vorgesehen sein, an die sich das Gestänge anschließt. This is a well-known method of determining soil quality based on probing the soil and measuring the penetration force of a probe. As a measuring device while a so-called penetrometer is used. The penetrometer in its basic form comprises a linkage which is pressed into the ground and measuring means which detect the force required to push the linkage into the ground. In known embodiments, for this purpose, a handle may be provided with a load cell, which is followed by the linkage.

Als problematisch hinsichtlich der bekannten Messvorrichtungen stellt sich jedoch die Beeinträchtigung der Messung durch äußere Einflüssen dar, die einen korrekten Rückschluss auf die Bodenbeschaffenheit erschweren und einen Vergleich von Messergebnissen untereinander nahezu unmöglich machen. So kommt es beim Eindrücken des Gestänges in den Boden zu statistisch verteilten und undefinierten Reibungskräften zwischen dem Gestänge und dem das Gestänge seitlich umgebenden Boden. Diese Reibungskräfte erhöhen den gemessenen Eindringwiderstand gegenüber dem Widerstand, der für das reine Verdrängen des Bodens zu überwinden ist. Somit sind in den Messergebnissen unsystematische Fehler enthalten, die somit nicht eliminierbar sind. However, problematic with regard to the known measuring devices is the impairment of the measurement due to external influences, which complicate a correct inference to the soil condition and make a comparison of measurement results with each other almost impossible. Thus, when the linkage is pushed into the ground, statistically distributed and undefined frictional forces between the linkage and the ground laterally surrounding the linkage occur. These frictional forces increase the measured penetration resistance against the resistance that must be overcome for the mere displacement of the soil. Thus, unsystematic errors are contained in the measurement results, which are therefore not eliminated.

Die Messung des Eindringwiderstands ist neben den angesprochenen zufälligen Reibungseinflüssen auch nicht unerheblich durch die Bodenfeuchte beeinflusst. Mit sich änderndem Feuchtigkeitsgehalt ändert sich auch der Widerstand des Bodens. Durch Inhomogenitäten im Boden, beispielsweise Substratwechsel, Vegetationsdecken oder vergangene Bodenbearbeitung, liegt in einer Tiefe von bis zu etwa 80 cm keine einheitliche Verteilung der Bodenfeuchte vor. Somit kommt es zu einem variierenden Eindringwiderstand. Wird die Bodenfeuchte also nicht parallel zur Penetrometermessung bestimmt, können verlässliche Aussagen über die Bodenbeschaffenheit nur getroffen werden, wenn beispielsweise nach einer länger anhaltenden Phase konstanter Witterung Erfahrungswerte zur Bodenfeuchte zugrunde gelegt werden können. The measurement of the penetration resistance is influenced not only negligibly by the soil moisture in addition to the mentioned random friction influences. As the moisture content changes, so does the resistance of the soil. Due to inhomogeneities in the soil, such as substrate changes, vegetation cover or past tillage, is present at a depth of up to about 80 cm, no uniform distribution of soil moisture. Thus, there is a varying penetration resistance. If the soil moisture is not determined parallel to the penetrometer measurement, reliable statements about the soil condition can only be made if, for example, after a prolonged period of constant weather experience based on soil moisture can be used.

Bei bekannten Messsystemen ist hierzu an einem Ende des Gestänges ein zusätzlicher Gehäuseabschnitt vorgesehen, in dem entsprechende Sensorik zur Messung der Bodenfeuchte eingebaut ist. Das Gehäuse ist zum Eindringen in den Boden am unteren Ende in Form eines konischen Endabschnitts ausgebildet. In known measuring systems, an additional housing section is provided for this purpose at one end of the linkage, in which appropriate sensors for measuring the soil moisture is installed. The housing is designed to penetrate into the bottom at the lower end in the form of a conical end portion.

Jedoch vermögen auch derartige Lösungen nicht die Beeinflussung der Messung der Eindringkraft durch die seitliche Reibung des Gestänges mit dem Boden zu eliminieren. Allein das Gestänge hat konventionell einen Durchmesser von mehr als 2,5 cm, wobei das Gehäuse für die Sensorik sogar noch breiter ausfällt und den Eindringwiderstand somit tendenziell verstärkt. Bei festen Böden kann dies so weit gehen, dass ein Eindringen und somit eine Messung kaum noch möglich ist. Ferner führt ein unvermeidbarer abrasiver Verschleiß infolge der Reibung des konischen Endabschnitts des Gehäuses mit Bodenpartikeln zu der Notwendigkeit, das Gehäuse regelmäßig zu wechseln. Durch die in dem Gehäuse enthaltene Sensorik ist dieser Wechselvorgang entsprechend aufwändig hinsichtlich der Zeit und der Kosten. However, even such solutions are not able to eliminate the influence of the measurement of the penetration force by the lateral friction of the linkage with the ground. The linkage alone conventionally has a diameter of more than 2.5 cm, whereby the housing for the sensor technology is even wider and thus tends to increase the penetration resistance. For solid floors, this can go so far that penetration and thus measurement is hardly possible. Further, unavoidable abrasive wear due to friction of the conical end portion of the housing with soil particles results in the need to change the housing regularly. Due to the sensors contained in the housing, this change process is correspondingly complex in terms of time and cost.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit unter Messung der Eindringkraft bereitzustellen, mit der eine einfache, sichere und flexible Messung der Bodenbeschaffenheit möglich ist, wobei die Einflüsse der Reibung zwischen dem Gestänge und dem Boden, welcher das Gestänge seitlich umgibt, in der Messung eliminiert werden kann. It is therefore an object of the present invention to provide a measuring device for determining the soil condition under measurement of the penetration force, with a simple, safe and flexible measurement of soil condition is possible, the effects of friction between the linkage and the ground, which the linkage laterally surrounds, in which measurement can be eliminated.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1, 9 und 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich im Übrigen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. The object is achieved by the subjects of the independent claims 1, 9 and 14. Advantageous embodiments result in the rest of the dependent claims and the description.

Ein erster Aspekt ist eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit, umfassend ein Gestänge, einen Penetrationskonus und Messmittel. Die Messmittel sind dabei zumindest zur Messung einer Kraft, vorzugsweise wenigstens einer Druckkraft, ausgebildet und sind zumindest abschnittsweise innerhalb des Gestänges angeordnet. Der Penetrationskonus ist als Messspitze der Vorrichtung mit dieser verbunden oder verbindbar. A first aspect is a soil condition measuring device comprising a linkage, a penetration cone and measuring means. The measuring means are designed at least for measuring a force, preferably at least one pressure force, and are arranged at least in sections within the linkage. The penetration cone is connected as a measuring tip of the device with this or connectable.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Messmittel einen Kraftsensor umfassen, der in einer kinematischen Reihenschaltung mit dem Penetrationskonus und dem Gestänge zwischen diesen eingegliedert ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kraftsensor um einen Kraftsensor zur Messung von Druckkräften. According to the invention, it is provided that the measuring means comprise a force sensor, which in a kinematic series connection with the penetration cone and the linkage between them is incorporated. Preferably, the force sensor is a force sensor for measuring compressive forces.

Dies bedeutet mit anderen Worten ausgedrückt, dass eine Kraft, die bei der Verdrängung des vor dem Penetrationskonus befindlichen Bodens auf den Penetrationskonus wirkt, in ihrem Kraftfluss über zumindest einen Teil der Messmittel verläuft, bevor überhaupt eine Wechselwirkung mit dem Gestänge der Messvorrichtung erfolgen kann. Beispielsweise kann die Kraft vom Boden auf einen Penetrationskonus, mit einer definierten Konusfläche, gelangen und von diesem, gegebenenfalls über eine Zwischenstruktur wie einen Adapter, auf den Kraftsensor übertragen werden, wobei nur die auf die Spitze des Penetrationskonus wirkenden Kräfte gemessen werden. Die an der Mantelfläche des Gestänges auftretenden Kräfte, welche bei der nichtschaftreibungsfreien Messung des Eindringwiderstandes zu einem Messfehler führen, werden von dem Kraftsensor im Inneren des Gestänges nicht messtechnisch erfasst. Erst am oberen Ende des Gestänges addieren sich etwaige, über eine Mantelfläche des Gestänges seitlich in dieses eingeleitete Reibungskräfte, mit der bereits gemessenen Kraft. In other words, this means that a force which acts on the penetration cone during the displacement of the ground located in front of the penetration cone runs in its force flow over at least part of the measuring means before any interaction with the linkage of the measuring device can take place. For example, the force can be transmitted from the ground to a penetration cone, with a defined conical surface, and transmitted therefrom, optionally via an intermediate structure such as an adapter, to the force sensor, whereby only the forces acting on the tip of the penetration cone are measured. The forces occurring on the lateral surface of the linkage, which lead to a measurement error in the non-friction measurement of the penetration resistance, are not detected metrologically by the force sensor in the interior of the linkage. Only at the upper end of the linkage are any, over a lateral surface of the linkage laterally introduced into this frictional forces, with the already measured force.

Mit besonderem Vorteil sind diese Reibungskräfte hinsichtlich der Messung der Druckkraft jedoch messungsimmanent eliminiert. Dies wird wie beschrieben erreicht, indem konstruktiv verhindert wird, dass seitlich an dem Gestänge auftretende Reibungskräfte auf den Kraftsensor wirken, bevor dieser die Kraft erfasst hat, die durch die frontale Verdrängung des Bodens hervorgerufen wird. With particular advantage, however, these frictional forces are eliminated with respect to the measurement of the pressure force. This is achieved as described by structurally preventing frictional forces occurring laterally on the link from acting on the force sensor before it has detected the force caused by the frontal displacement of the ground.

Das Gestänge selbst kann sowohl einteilig, als auch mehrteilig sein. Vorzugsweise werden röhrenartige Teile verwendet, weiterhin bevorzugt aus einem verschleißresistenten Werkstoff, wie zum Beispiel Edelstahl, um das Gestänge auch für den Einsatz in harten Bodenmaterialien und in feuchter Umgebung auszurüsten. Weiterhin können Dichtteile an durch den Fachmann selbstständig festzulegenden Stellen vorgesehen werden, um beispielsweise ein Eindringen von Schmutz in die Messvorrichtung zu vermeiden. The linkage itself can be both one-piece and multi-part. Preferably, tubular members are used, more preferably made of a wear-resistant material, such as stainless steel, to provide the boom also for use in hard soil materials and in humid environments. Furthermore, sealing parts can be provided at locations to be determined independently by the person skilled in the art in order, for example, to prevent the penetration of dirt into the measuring device.

Der Penetrationskonus ist bevorzugt ein Normteil. Besonders bevorzugt hat der Penetrationskonus eine Konusfläche von 100 mm². Somit eignet sich die Messvorrichtung auch für harte Böden, wie beispielsweise trockene Tonböden, die mit den konventionellen Vorrichtungen kaum zu durchdringen sind. Die Konusfläche kann auch größer sein, beispielsweise 200 mm², 333 mm² oder 500 mm². Eine größere Konusfläche eignet sich besonders für weichere Böden. An seiner Spitze hat der Penetrationskonus vorzugsweise einen Öffnungswinkel von 60° und einen Durchmesser von 11,35 mm oder auch 11,28 mm an seiner Grundfläche, sodass sich, wie Versuche gezeigt haben, eine besonders vielfältig einsetzbare Geometrie ergibt. Ferner handelt es sich bei normierten Penetrationskoni um günstige Zukaufteile. Auch für den Penetrationskonus kommt rein exemplarisch Edelstahl als Werkstoff in Betracht, da die Anforderungen denen an das Gestänge ähnlich sind. The penetration cone is preferably a standard part. Particularly preferably, the penetration cone has a conical surface of 100 mm ² . Thus, the measuring device is also suitable for hard soils, such as dry clay soils, which are difficult to penetrate with the conventional devices. The conical surface may also be larger, for example 200 mm ² , 333 mm ² or 500 mm ² . A larger cone surface is particularly suitable for softer soils. At its tip, the penetration cone preferably has an opening angle of 60 ° and a diameter of 11.35 mm or 11.28 mm at its base, so that, as experiments have shown, results in a particularly versatile geometry. Furthermore, normalized penetration cones are favorable purchased parts. Also for the penetration cone is purely exemplary stainless steel as a material into consideration, since the requirements are similar to those of the linkage.

Das Gestänge hat vorzugsweise einen Durchmesser von 12 bis 13 mm, der damit nur etwa halb so groß ist, wie bei konventionellen Lösungen. Auf diese Weise wird der Reibungswiderstand zwischen dem Gestänge und dem das Gestänge seitlich umgebenden Boden signifikant reduziert. The linkage preferably has a diameter of 12 to 13 mm, which is thus only about half as large as in conventional solutions. In this way, the frictional resistance between the linkage and the soil surrounding the linkage is significantly reduced.

In bevorzugter Ausgestaltung der Messvorrichtung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Penetrationskonus als Messspitze lösbar an der Messvorrichtung befestigt ist. Beispielsweise kann der Penetrationskonus mit einer Klemm- oder Schraubverbindung, beispielsweise über einen Adapter, mit dem Drucksensor verbunden sein. Dies bietet den Vorteil, dass im Falle des Erreichens einer Verschleißgrenze, der Penetrationskonus einfach ausgewechselt werden kann, ohne dass, wie bei konventionellen Messvorrichtungen, die Messtechnik betroffen ist. Die Messvorrichtung der Erfindung ist daher besonders aufwandsarm, flexible herstellbar und einsetzbar. In a preferred embodiment of the measuring device of the invention, it is provided that the penetration cone is detachably attached to the measuring device as a measuring tip. For example, the penetration cone can be connected to the pressure sensor with a clamping or screw connection, for example via an adapter. This offers the advantage that in the case of reaching a wear limit, the penetration cone can be easily replaced, without, as in conventional measuring devices, the measurement technology is affected. The measuring device of the invention is therefore particularly low-effort, flexible to manufacture and use.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Messvorrichtung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messmittel vollständig innerhalb des Gestänges angeordnet sind und als Steuerungsschnittstelle zumindest eine elektrische Leitung aufweisen, die aus dem Gestänge heraus geführt ist. Beispielsweise kann der Kraftsensor an einem dem Penetrationskonus zugewandten Ende des Gestänges in diesem angeordnet sein und bündig mit dem Gestänge abschließen oder auch leicht nach innen verlagert sein. Ein Adapter zur Aufnahme des Penetrationskonus kann beispielsweise aus dem Gestänge herausragen oder der Penetrationskonus kann in das Gestänge hineinragen. Auf diese Weise sind die Messmittel besonders gut geschützt und platzsparend untergebracht. Am Ende des Gestänges kann eine Abdichtung zwischen Gestänge und den Messmitteln oder auch dem Adapter vorgesehen sein. In a further preferred embodiment of the measuring device of the invention it is provided that the measuring means are arranged completely within the linkage and have as control interface at least one electrical line which is guided out of the linkage. For example, the force sensor may be disposed on a end of the linkage facing the penetration cone in this and terminate flush with the linkage or may also be slightly displaced inward. An adapter for receiving the penetration cone, for example, protrude from the rod or the penetration cone can protrude into the rod. In this way, the measuring means are particularly well protected and stored space. At the end of the linkage, a seal between linkage and the measuring means or the adapter may be provided.

Die Messmittel können weitere Elemente, wie eine Platine, Leiterbahnen, Kabel und auch weitere Sensoren zur Erfassung von zusätzlichen Messgrößen umfassen, die der Fachmann zur Charakterisierung des Bodens selbstständig in Betracht zieht. The measuring means may comprise further elements, such as a circuit board, printed conductors, cables and also other sensors for detecting additional measured variables, which the person skilled in the art independently considers to characterize the soil.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Messvorrichtung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gestänge ein Messfenster und die Messmittel einen kapazitiven Feuchtesensor aufweisen, der hinter dem Messfenster angeordnet ist. Der kapazitive Feuchtesensor kann auf einer Platine angeordnet sein, die hinter dem Messfenster angeordnet ist. Das Messfenster ist vorzugsweise aus einem abrasionsresistenten Werkstoff hergestellt und hinsichtlich seiner elektrischen Eigenschaften auf den kapazitiven Feuchtesensor abgestimmt. Es muss in diesem Kontext nicht zwangsweise transparent sein. In a further preferred embodiment of the measuring device of the invention, it is provided that the linkage has a measuring window and the measuring device has a capacitive humidity sensor, which is arranged behind the measuring window. Of the Capacitive humidity sensor can be arranged on a circuit board, which is arranged behind the measuring window. The measuring window is preferably made of an abrasion-resistant material and matched in terms of its electrical properties to the capacitive humidity sensor. It does not necessarily have to be transparent in this context.

Dies bietet den Vorteil, dass zu jeder gemessenen Druckkraft auch die lokale Bodenfeuchte ermittelt werden kann. Somit lassen sich die Eindringwiderstände mit der vorliegenden Bodenfeuchte in Bezug setzen, was zu einer guten Vergleichbarkeit der Messergebnisse führt. Die Möglichkeiten zur Ermittlung der Bodenbeschaffenheit werden somit verbessert. Da, wie zuvor beschrieben, auch die Reibung des Gestänges mit dem Boden aus der Messung eliminiert ist, ergeben sich hochgenaue, reproduzierbare und vergleichbare Ergebnisse in besonders einfacher Weise. So kann die Messung Bodenfeuchte vorzugsweise kontinuierlich, aber grundsätzlich auch in Schritten, von der Oberfläche des Bodens bis in eine festzulegende Messtiefe, beispielsweise 80 cm, erfolgen, sodass sich ein Profil mit einer Auflösung, vorzugsweise im Bereich von ±0,5 cm, erzielen lässt. This offers the advantage that the local soil moisture can be determined for each measured pressure force. Thus, the penetration resistance can be related to the soil moisture present, which leads to a good comparability of the measurement results. The possibilities for determining the soil condition are thus improved. Since, as described above, the friction of the linkage with the ground is eliminated from the measurement, highly accurate, reproducible and comparable results result in a particularly simple manner. Thus, the measurement of soil moisture preferably continuously, but in principle, in steps, from the surface of the soil to a depth to be determined, for example, 80 cm, carried out so that a profile with a resolution, preferably in the range of ± 0.5 cm, achieve leaves.

Vorzugsweise ist der kapazitive Feuchtesensor so konzipiert, eine volumetrische Bodenfeuchte in einem Messbereich von 0 bis 50 Vol.-% zu erfassen. Preferably, the capacitive humidity sensor is designed to detect a volumetric soil moisture in a measuring range of 0 to 50 vol .-%.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Messvorrichtung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gestänge ein transparentes Messfenster und die Messmittel einen optischen Farbsensor aufweisen, der hinter dem transparenten Messfenster angeordnet ist. Vorzugsweise ist der optische Farbsensor für eine VIS-NIR-Spektroskopie-Messung ausgebildet. Der optische Farbsensor kann auf einer Platine angeordnet sein, die sich hinter dem transparenten Messfenster befindet. Das transparente Messfenster ist vorzugsweise aus einem abrasionsfesten Werkstoff gefertigt. In a further preferred embodiment of the measuring device of the invention it is provided that the linkage has a transparent measuring window and the measuring means have an optical color sensor which is arranged behind the transparent measuring window. The optical color sensor is preferably designed for a VIS-NIR spectroscopy measurement. The optical color sensor can be arranged on a circuit board which is located behind the transparent measuring window. The transparent measuring window is preferably made of an abrasion-resistant material.

Die Bodenfarbe ist ein bedeutendes diagnostisches Merkmal, das unter anderem Auskunft über den Humusgehalt, die Sauerstoffverfügbarkeit und die Eisenverbindungen eines Bodens gibt und gilt als wichtiges Beurteilungskriterium der Bodenarten. The soil color is an important diagnostic feature, which among other things gives information about the humus content, the oxygen availability and the iron compounds of a soil and is regarded as an important assessment criterion of the soil types.

Die Verteilung der Farbwerte in einem Bodenprofil gibt zusätzliche Hinweise auf bodengenetische Prozesse, auf die Zusammensetzung der primären und sekundären Tonminerale, der Korngrößen und der Bodenfeuchte sowie auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Böden bzw. Bodenhorizonte. Die Bodenfarbe liefert wichtige Merkmale zur Kennzeichnung von Horizont- und Schichtgrenzen bei der Feldaufnahme. Mit diesen Zusatzinformationen ist eine objektivere Beurteilung des zu messenden Eindringwiderstandes des Penetrationskonus möglich. The distribution of the color values in a soil profile provides additional information on soil genetic processes, the composition of the primary and secondary clay minerals, the grain sizes and the soil moisture as well as the physical and chemical properties of the soil or soil horizons. The soil color provides important features for marking horizon and layer boundaries in field recording. With this additional information, a more objective assessment of the penetration resistance of the penetration cone to be measured is possible.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Messvorrichtung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gestänge mehrteilig ausgebildet ist. Alternativ bevorzugt können die Messmittel auch in zwei Gestängen als 2-Achs-System ausgebildet sein. In a further preferred embodiment of the measuring device of the invention it is provided that the linkage is designed in several parts. Alternatively preferably, the measuring means may be formed in two rods as a 2-axis system.

Dies bietet den Vorteil, dass im Ersatzteilfall nicht nur der Penetrationskonus, sondern auch die Gestängeteile modular auswechselbar sind. Kommt es beispielsweise zu einem Ausfall des kapazitiven Feuchtesensors oder einer Beschädigung anderer Messmittel, so kann das Gehäuseteil als Modul gewechselt werden. This offers the advantage that not only the penetration cone, but also the linkage parts are modularly exchangeable in the spare parts case. If, for example, a failure of the capacitive humidity sensor or damage to other measuring means, the housing part can be changed as a module.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Messvorrichtung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messmittel zur kapazitiven Bestimmung der Bodenfeuchte in dem Gestänge mit einem polymeren Werkstoff eingegossen sind. Beispielsweise können sie in Epoxidharz eingegossen sein, sodass eine sichere Befestigung und Abdichtung gegeben ist und die Sensoren dennoch durch geeignete Gestaltung des Gussbereichs freigehalten werden können. In a further preferred embodiment of the measuring device of the invention it is provided that the measuring means for the capacitive determination of soil moisture in the linkage are cast with a polymeric material. For example, they can be cast in epoxy resin, so that a secure attachment and sealing is given and the sensors can still be kept free by appropriate design of the casting area.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Messvorrichtung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gestänge mit dem Penetrationskonus eine Messlänge von wenigstens 0,8 m aufweist. In a further preferred embodiment of the measuring device of the invention, it is provided that the linkage with the penetration cone has a measuring length of at least 0.8 m.

Dies bietet den Vorteil, dass der Boden bis in eine Tiefe untersucht werden kann, in der sich seine Eigenschaften noch in für die meisten praktischen Bodennutzungen relevanter Weise ändern. This has the advantage of being able to study the soil to a depth where its properties still change in a manner relevant to most practical land uses.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Messvorrichtung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gestänge eine mechanische Schnittstelle aufweist, die eine Klemmfläche oder ein Gewinde umfasst. In a further preferred embodiment of the measuring device of the invention it is provided that the linkage has a mechanical interface which comprises a clamping surface or a thread.

Dies bietet den Vorteil, dass das Gestänge beispielsweise mit einem Griffbereich verbunden werden kann oder auch mit einer Vorschubvorrichtung verbunden werden kann, um die Messung beispielsweise zu automatisieren. This offers the advantage that the linkage can for example be connected to a grip area or can also be connected to a feed device in order to automate the measurement, for example.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Messsystem, umfassend wenigstens eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit gemäß der obigen Beschreibung. A second aspect of the present invention relates to a measuring system comprising at least one soil condition measuring device according to the invention as described above.

Das Messsystem der Erfindung umfasst in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Steuerungseinrichtung, die mit einer Steuerungsschnittstelle der Messvorrichtung gekoppelt ist. Die Steuerungseinrichtung kann beispielsweise zur Steuerung, Dokumentation und Auswertung der Messungen dienen. Beispielsweise kann hier ein Computersystem vorgesehen sein. Ferner kann ein Energieversorgungssystem vorgesehen sein und sonstige dem Fachmann bekannte Elemente eines Messsystems. In a preferred embodiment, the measuring system of the invention comprises a control device which is coupled to a control interface of the measuring device. The control device can be used, for example, to control Documentation and evaluation of the measurements serve. For example, a computer system may be provided here. Furthermore, a power supply system may be provided and other elements of a measuring system known to those skilled in the art.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Messsystems der Erfindung ist vorgesehen, dass das Messsystem weiterhin eine Vorschubvorrichtung umfasst, wobei die Messvorrichtung über eine mechanische Schnittstelle der Messvorrichtung mit der Vorschubvorrichtung gekoppelt ist. In a further preferred embodiment of the measuring system of the invention it is provided that the measuring system further comprises a feed device, wherein the measuring device is coupled via a mechanical interface of the measuring device with the feed device.

Dies bietet den Vorteil, dass sich die Messungen gut automatisieren lassen und insbesondere auch ein Abteufen beziehungsweise Eindrücken in den Boden mit konstanter Geschwindigkeit gewährleistet ist. This offers the advantage that the measurements can be easily automated and in particular a sinking or pushing into the ground at a constant speed is ensured.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Messsystems der Erfindung ist vorgesehen, dass das Messsystem eine Schnittstelle zur Ankopplung an ein Fahrzeug umfasst, das als mobiler Träger für das Messsystem dient. Der Fachmann ist dabei ohne Weiteres befähigt, entsprechende Schnittstellenkonstruktionen zu entwerfen und flexibel an unterschiedliche Fahrzeuge anzupassen sowie das Messsystem in einer für das gewählte Fahrzeug, beispielswiese Kraftfahrzeug, passenden Größe zu realisieren. In a further preferred embodiment of the measuring system of the invention it is provided that the measuring system comprises an interface for coupling to a vehicle, which serves as a mobile carrier for the measuring system. The person skilled in the art is readily qualified to design appropriate interface constructions and adapt them flexibly to different vehicles and to realize the measuring system in a size suitable for the selected vehicle, for example a motor vehicle.

Dies bietet den Vorteil, dass eine Vielzahl von Messreihen an unterschiedlichen Messpositionen besonders einfach und flexibel realisierbar ist. This offers the advantage that a large number of measurement series at different measuring positions can be implemented particularly simply and flexibly.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Messsystems der Erfindung ist vorgesehen, dass das Messsystem ein GPS-System zur Positionsbestimmung umfasst. Somit ergibt sich eine Möglichkeit, die Messpositionen besonders einfach und genau zu dokumentieren und, im Falle eines beispielsweise autonomen Kraftfahrzeugs, sogar vollständig zu automatisieren. In a further preferred embodiment of the measuring system of the invention, it is provided that the measuring system comprises a GPS system for position determination. Thus, there is a possibility to document the measurement positions particularly simple and accurate and, in the case of an autonomous motor vehicle, for example, even completely automate.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit, umfassend die Schritte: Positionieren einer Messvorrichtung zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit an einer Messstelle am Boden, Abteufen eines Gestänges der Messvorrichtung in den Boden unter Verdrängung des Bodens mit einem Penetrationskonus, der als Messspitze an der Messvorrichtung vorgesehen ist und zumindest Messung einer Kraft, vorzugsweise wenigstens einer Druckkraft, zur Ermittlung des Eindringwiderstandes während des Abteufens, ohne Einfluss von Reibungseffekten zwischen dem Gestänge und dem Boden auf die Messung. A third aspect of the invention relates to a measuring method for determining the soil condition, comprising the steps of: positioning a measuring device for determining the soil condition at a measuring point on the ground, sinking a rod of the measuring device into the ground while displacing the soil with a penetration cone acting as the measuring tip the measuring device is provided and at least measuring a force, preferably at least one compressive force, to determine the penetration resistance during drilling, without influence of friction effects between the linkage and the ground on the measurement.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kraft mit einem Kraftsensor vom Penetrationskonus über einen Lastpfad abgegriffen wird, der auf seinem Weg vom Penetrationskonus bis zum Kraftsensor kinematisch von dem Gestänge entkoppelt ist. According to the invention it is provided that the force is tapped with a force sensor from the penetration cone via a load path, which is kinematically decoupled from the linkage on its way from the penetration cone to the force sensor.

Die Vorteile und Weiterbildungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Messverfahrens ergeben sich aus der obigen Beschreibung. Bevorzugt kommt in dem Verfahren eine erfindungsgemäße Messvorrichtung oder ein erfindungsgemäßes Messsystem gemäß der obigen Beschreibung zum Einsatz. The advantages and further development possibilities of the measuring method according to the invention will become apparent from the above description. In the method, a measuring device according to the invention or a measuring system according to the invention as described above is preferably used.

In bevorzugter Ausgestaltung des Messverfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass das Abteufen kontinuierlich erfolgt und parallel mit dem Gestänge oder über ein zweites Gestänge eine kapazitive Messung der Bodenfeuchte durchgeführt wird, wobei die Messung der Bodenfeuchte mit einem kapazitiven Feuchtesensor, durch ein Messfenster des Gestänges hindurch, erfolgt. In a preferred embodiment of the measuring method of the invention, it is provided that the drilling is carried out continuously and a capacitive measurement of soil moisture is carried out in parallel with the linkage or via a second linkage, wherein the measurement of the soil moisture with a capacitive humidity sensor, through a measuring window of the linkage, he follows.

In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung des Messverfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass das Abteufen schrittweise erfolgt und zwischen den Schritten eine optische Bestimmung der Bodenfarben durchgeführt wird. Es ist also auch ein schrittweises Abteufen zur optischen Bestimmung der Bodenfarbe möglich. In a further preferred embodiment of the measuring method of the invention, it is provided that the sinking takes place stepwise and an optical determination of the soil colors is carried out between the steps. So it is also a gradual Abteufen for optical determination of soil color possible.

Zusammenfassend lässt sich mit nochmals anderen Worten sagen, dass die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren der Penetrometermessung betrifft, die sich durch Verbesserung der eigentlichen Technologie und durch Kombination mit neuen technologischen Elementen auszeichnen, sodass sichere und vergleichbare Daten gewonnen werden können. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei insbesondere auf einer schaftreibungsfreien Penetrometermessung und in ergänzender Ausgestaltung auf einer parallelen Messung von Eindringwiderstand und Bodenfeuchte, sodass sich eine mobile Messung eines Bodenfeuchteprofils bis mindestens 80 cm Tiefe ergibt. Die schaftreibungsfreie Penetrometermessung wird gewährleistet, indem die Kraft direkt am Messkonus am unteren Ende des Gestänges gemessen wird und nicht wie bisher an einem Kraftsensor oberhalb des Gestänges. Somit hat die Schaftreibung keinen Einfluss auf den gemessenen Eindringwiderstand. To summarize, in other words, the invention relates to a device and a method of penetrometer measurement, which are characterized by improvement of the actual technology and by combining with new technological elements, so that safe and comparable data can be obtained. The main focus here is in particular on a shaft friction-free penetrometer measurement and in a supplementary design on a parallel measurement of penetration resistance and soil moisture so that a mobile measurement of a soil moisture profile results to at least 80 cm depth. The shaft frictionless penetrometer measurement is ensured by measuring the force directly on the measuring cone at the lower end of the linkage and not, as before, on a force sensor above the linkage. Thus, the shaft friction has no influence on the measured penetration resistance.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und dazugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and associated drawings. The figures show:

1 eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zur schaftreibungsfreien Eindringwiderstandsmessung in einer bevorzugten Ausführungsform in Querschnitts- und Teilansichten; 1 a measuring device according to the invention for shaft friction-free Eindringwiderstandsmessung in a preferred embodiment in cross-sectional and partial views;

2 die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur schaftreibungsfreien Eindringwiderstandsmessung mit zusätzlicher Bodenfeuchtemessung in einer bevorzugten Ausführungsform in Querschnitts- und Teilansichten; und 2 the measuring device according to the invention to the shaft friction-free Penetration resistance measurement with additional soil moisture measurement in a preferred embodiment in cross-sectional and partial views; and

3 ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform. 3 a flowchart of a method according to the invention in a preferred embodiment.

1 zeigt einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10. Zu sehen ist hier ein oberer Teil 12 und ein unterer Teil 14 eines Gestänges 16 der Messvorrichtung 10. Der untere Teil 14 umfasst als Messspitze 18 einen Penetrationskonus 20. In dem Gestänge 16 sind Messmittel 22 angeordnet. Auf diese wird in 2 noch näher eingegangen. Das Gestänge 16 besteht vorliegend aus Edelstahl. Die Messmittel 22 umfassen vorliegend einen Kraftsensor 26, der sich an einer Schnittstelle 24 an den unteren Teil 14 des Gestänges 16 anschließt, weiterhin eine Platine 28, auf der für die Messmittel 22 benötigte elektronische Komponenten angeordnet sind und weiterhin lediglich angedeutete elektrische Leitungen 30 an jeder Seite der Platine 28 (vergleiche 2). 1 shows a section of a measuring device according to the invention 10 , You can see here an upper part 12 and a lower part 14 a linkage 16 the measuring device 10 , The lower part 14 includes as a measuring tip 18 a penetration cone 20 , In the linkage 16 are measuring instruments 22 arranged. This will be in 2 discussed in more detail. The linkage 16 consists in the present case of stainless steel. The measuring equipment 22 in the present case comprise a force sensor 26 who is at an interface 24 to the lower part 14 of the linkage 16 connects, continue a circuit board 28 on the measuring equipment 22 required electronic components are arranged and further only indicated electrical lines 30 on each side of the board 28 (see 2 ).

An einer dem Penetrationskonus 20 zugewandten Seite der Platine 28 verbinden die elektrischen Leitungen 30 den Kraftsensor 26 mit der Platine 28 und an einer dem Penetrationskonus 20 abgewandten Seite der Platine 28 verbinden die elektrischen Leitungen 30 als Steuerungsschnittstelle 32 die Platine 28 mit einer hier nicht dargestellten Steuerungseinrichtung. Zu diesem Zweck sind die elektrischen Leitungen 30 der Steuerungsschnittstelle 32 aus dem Gestänge 16 nach oben ausgeführt. At one of the penetration cone 20 facing side of the board 28 connect the electrical wires 30 the force sensor 26 with the board 28 and at one of the penetration cone 20 opposite side of the board 28 connect the electrical wires 30 as a control interface 32 the board 28 with a control device, not shown here. For this purpose, the electrical wires 30 the control interface 32 from the linkage 16 carried to the top.

Rechts von der Platine 28 ist die Schnittstelle 24 gezeigt, in die über ein Innengewinde der Kraftsensor 26 eingeschraubt ist. Der Kraftsensor 26 ist über eine zweite Schnittstelle 34, vorliegend ebenfalls in Form einer Schraubenverbindung, mit einem Adapter 36 zur Aufnahme des Penetrationskonus 20 verbunden. Der Penetrationskonus 20 ist wiederum über eine dritte Schnittstelle 38 mit dem Adapter 36 verbunden. Der Penetrationskonus 20 kann wie hier beispielsweise angeschraubt oder auch geklemmt sein. Right off the board 28 is the interface 24 shown in the via an internal thread of the force sensor 26 is screwed. The force sensor 26 is via a second interface 34 , in the present case also in the form of a screw connection, with an adapter 36 for receiving the penetration cone 20 connected. The penetration cone 20 is again via a third interface 38 with the adapter 36 connected. The penetration cone 20 can be screwed or clamped as here, for example.

Zwischen einem Kraftaufnahmeabschnitt 40 des Kraftsensors 26 sowie dem Adapter 36 und einer Innenwand 42 des unteren Teils 14 des Gestänges 16 besteht ein Spalt 44. Der Spalt 44 sorgt dafür, dass die genannten Komponenten von der Innenwand 42 mechanisch entkoppelt sind. Der Spalt 44 ist durch mehrere Ringdichtungen 46 gegenüber der Umwelt abgedichtet. Between a force receiving section 40 of the force sensor 26 as well as the adapter 36 and an inner wall 42 of the lower part 14 of the linkage 16 there is a gap 44 , The gap 44 ensures that the components mentioned from the inner wall 42 mechanically decoupled. The gap 44 is through several ring seals 46 sealed against the environment.

Somit bilden die folgenden Elemente eine kinematische Kette, in der Reihenfolge der Aufzählung: der Penetrationskonus 20, die dritte Schnittstelle 38 zur Aufnahme des Penetrationskonus 20, der Adapter 36, der Kraftsensor 26 und der untere Teil 14 des Gestänges 16 im Bereich der Schnittstelle 24 sowie gegebenenfalls weiterhin folgende Elemente der Messvorrichtung 10. Wird nun eine Kraft F_D auf den Penetrationskonus 20 aufgebracht, überträgt sich diese (gemäß dem in 1 gezeigten Lastpfad bzw. Kraftfluss F_Fluss) zunächst auf den Adapter 36, von dort auf den Kraftsensor 26 und dann in den unteren Teil 14 des Gestänges 16. Bis zur Schnittstelle 24 liegt das Gestänge 16 somit an keiner Stelle innerhalb des Kraftflusses F_Fluss. Dies wird durch den Spalt 44 erreicht. Reibungskräfte R, die zwischen dem die Messvorrichtung 10 umgebenden Boden und dem Gestänge 16 wirksam sind, addieren sich erst im Bereich der Schnittstelle 24 zum Kraftfluss F_Fluss hinzu. Der Kraftsensor 26 ist somit von den Reibungskräften R entkoppelt. Thus, the following elements form a kinematic chain, in the order of enumeration: the penetration cone 20 , the third interface 38 for receiving the penetration cone 20 , the adapter 36 , the force sensor 26 and the lower part 14 of the linkage 16 in the area of the interface 24 and optionally further following elements of the measuring device 10 , Now a force F _D on the penetration cone 20 Applied, this transfers (according to the in 1 shown load path or force flow F _flow ) first on the adapter 36 , from there to the force sensor 26 and then in the lower part 14 of the linkage 16 , To the interface 24 is the linkage 16 thus at no point within the power flow F _flow . This is done through the gap 44 reached. Frictional forces R between the measuring device 10 surrounding soil and the linkage 16 are effective, add up only in the area of the interface 24 add to the flow of power F _flow . The force sensor 26 is thus decoupled from the frictional forces R.

In dem vorliegend gezeigten Beispiel beträgt der Durchmesser d_G des Gestänges 16 rein exemplarisch 12 mm und der Durchmesser d_P des Penetrationskonus 20 beträgt rein exemplarisch 11,35 mm. Eine Länge L_U des unteren Teils 14 des Gestänges 16 zusammen mit dem über den Adapter 36 montierten Penetrationskonus 20 bis hin zum Ende einer Verbindungsschnittstelle 48, beträgt hier 168 mm. Die Verbindungsschnittstelle 48 dient der Kopplung des unteren Teils 14 des Gestänges 16 mit dem hier nur angedeuteten oberen Teil 12 des Gestänges 16. Der lediglich angedeutete obere Teil 12 ist in 1 mit dem unteren Teil 14 über die als Schraubverbindung ausgebildete Verbindungsschnittstelle 48 gekoppelt. In the example shown here, the diameter d _{G of} the linkage 16 purely exemplary 12 mm and the diameter d _{P of} the penetration cone 20 is purely exemplary 11.35 mm. A length L _{U of} the lower part 14 of the linkage 16 along with over the adapter 36 mounted penetration cone 20 to the end of a connection interface 48 , here is 168 mm. The connection interface 48 serves the coupling of the lower part 14 of the linkage 16 with the here indicated only upper part 12 of the linkage 16 , The merely indicated upper part 12 is in 1 with the lower part 14 via the connection interface formed as a screw connection 48 coupled.

2 zeigt die erfindungsgemäße Messvorrichtung 10 aus 1, bei der die Messmittel 22 um einen kapazitiven Feuchtesensor 50 erweitert sind. Der Kraftsensor 26, der Adapter 36 und der Penetrationskonus 20 sind in 2 vereinfacht dargestellt. 2 shows the measuring device according to the invention 10 out 1 in which the measuring means 22 around a capacitive humidity sensor 50 are extended. The force sensor 26 , the adapter 36 and the penetration cone 20 are in 2 shown in simplified form.

Der kapazitive Feuchtesensor 50 umfasst leitfähige Messflächen 52, die in den unteren Teil 14 des Gestänges 16 im Bereich einer äußeren Oberfläche eingebracht sind. Das Gestänge 16 besteht dann, zumindest in allen direkten und indirekten elektrischen Kontaktbereichen mit den leitfähigen Messflächen 52, aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, beispielsweise GFK. Die äußere Oberfläche des unteren Teils 14 ist mit einer Schutzschicht 54 aus Epoxidharz überzogen. Die Schutzschicht 54 erstreckt sich hier über die gesamte äußere Oberfläche des unteren Teils 14. Im Bereich der leitfähigen Messflächen 52 bildet die Schutzschicht 54 ein Messfenster 56. Diese muss für die kapazitive Messung nicht transparent sein, ist aber auf die elektrischen Anforderungen der Messung angepasst. Beispielsweise beträgt die Schichtdicke hier lediglich 0,5 mm, sodass eine gute elektrische Wechselwirkung zwischen dem umliegenden Boden und den leitfähigen Messflächen 52 gewährleistet ist. Vorliegend weist die gesamte Schutzschicht 54 eine gleichmäßige Dicke auf. Somit ergibt sich in 2 ein Durchmesser d_G des Gestänges 16 von 13 mm, also 1 mm mehr, als in 1 (ohne zusätzliche Schutzschicht 54). Die leitfähigen Messflächen 52 sind zur Messauswertung mit der Platine 28 gekoppelt. Die Platine 28 ist vorliegend in Epoxidharz in dem Gestänge 16 eingegossen. The capacitive humidity sensor 50 includes conductive measuring surfaces 52 in the lower part 14 of the linkage 16 are introduced in the region of an outer surface. The linkage 16 then exists, at least in all direct and indirect electrical contact areas with the conductive measuring surfaces 52 , made of an electrically non-conductive material, such as fiberglass. The outer surface of the lower part 14 is with a protective layer 54 made of epoxy resin. The protective layer 54 extends here over the entire outer surface of the lower part 14 , In the area of conductive measuring surfaces 52 forms the protective layer 54 a measurement window 56 , This does not have to be transparent for the capacitive measurement, but is adapted to the electrical requirements of the measurement. For example, the layer thickness here is only 0.5 mm, so that a good electrical interaction between the surrounding floor and the conductive measuring surfaces 52 is guaranteed. In the present case, the entire protective layer 54 a uniform thickness. Thus results in 2 a diameter d _{G of} the linkage 16 of 13 mm, ie 1 mm more, than in 1 (without additional protective layer 54 ). The conductive measuring surfaces 52 are for measurement evaluation with the board 28 coupled. The board 28 is present in epoxy resin in the linkage 16 cast.

In den vorliegenden Ausführungsbeispielen (1 und 2) weist das Gestänge 16 mit dem Penetrationskonus 20 eine Messlänge L, also eine effektiv in den Boden einsteckbare Länge, von 0,8 m auf. Das Gestänge 16 kann insgesamt jedoch länger ausgebildet sein, da sich an die Messlänge L beispielsweise noch eine hier nicht dargestellte mechanische Schnittstelle anschließen kann, die beispielsweise mit einer Klemmfläche oder einem Gewinde ausgestattet sein kann, um das Gestänge 16 mit einer hier nicht dargestellten Vorschubvorrichtung oder einem Handgriff zu verbinden. Eine mechanische Schnittstelle zur Anbindung des Gestänges 16 an die angesprochene jedoch nicht dargestellte Vorschubvorrichtung kann in derselben Weise ausgebildet werden wie die Verbindungsschnittstelle 48. In the present embodiments ( 1 and 2 ) has the linkage 16 with the penetration cone 20 a measuring length L, ie a length that can be inserted into the ground effectively, from 0.8 m upwards. The linkage 16 However, overall, it can be made longer, since, for example, a mechanical interface, not shown here, can follow the measuring length L, which can be equipped, for example, with a clamping surface or a thread, around the linkage 16 to connect with a feed device or a handle, not shown here. A mechanical interface for connecting the linkage 16 to the mentioned but not shown feed device can be formed in the same manner as the connection interface 48 ,

Es ist auch möglich, die in 2 gezeigte Vorrichtung lediglich zur Messung der Bodenfeuchte auszubilden. Dies kommt in Betracht für Fälle, in denen die erfindungsgemäße Messvorrichtung 10 zur schaftreibungsfreien Eindringwiderstandsmessung bereits eingesetzt worden ist und einen entsprechenden Gang im Boden hinterlassen hat oder dieser auf sonstige Weise hergestellt worden ist. In diesem Fall kann die Vorrichtung lediglich zur Messung der Bodenfeuchte auch lediglich den kapazitiven Feuchtesensor 50 enthalten. Hier kann auch der Penetrationskonus 20 beispielsweise aus GFK bestehen, da der Gang im Boden bereits vorliegt und die mechanischen Belastungen entsprechend gering sind. It is also possible to be in 2 shown device only to measure the soil moisture form. This is possible for cases in which the measuring device according to the invention 10 has already been used for shaft friction-free Eindringwiderstandsmessung and has left a corresponding aisle in the ground or this has been prepared in any other way. In this case, the device can only measure the soil moisture and only the capacitive humidity sensor 50 contain. Here also the penetration cone 20 For example, consist of fiberglass, since the corridor already exists in the ground and the mechanical stresses are correspondingly low.

In 3 ist ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Die gezeigten Verfahrensschritte erfolgen vorzugsweise parallel und kontinuierlich und sind daher lediglich zur Veranschaulichung in Einzelschritte gegliedert. In 3 a flow chart of a method according to the invention is shown. The process steps shown are preferably carried out in parallel and continuously and are therefore divided into individual steps for illustrative purposes only.

In einem ersten Verfahrensschritt erfolgte zunächst eine Positionierung einer Messvorrichtung zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit an einer Messstelle am Boden. Vorzugsweise handelt es sich dabei um die erfindungsgemäße Messvorrichtung 10, wie sie in der vorhergehenden Beschreibung beschrieben worden ist. Daher werden im Folgenden die gleichen Bezugszeichen verwendet. In a first method step, first a positioning of a measuring device was carried out to determine the soil condition at a measuring point on the ground. This is preferably the measuring device according to the invention 10 as described in the previous description. Therefore, the same reference numerals will be used below.

Nach dem Positionieren erfolgt in einem zweiten Verfahrensschritt ein Abteufen des Gestänges 16 der Messvorrichtung 10 in den Boden, unter Verdrängung des Bodens mit dem Penetrationskonus 20, der als Messspitze 18 an der Messvorrichtung 10 vorgesehen ist. After positioning, a sinking of the linkage takes place in a second method step 16 the measuring device 10 into the ground, displacing the soil with the penetration cone 20 that as a measuring tip 18 at the measuring device 10 is provided.

In einem dritten Verfahrensschritt wird zumindest eine in Folge des Abteufens auf den Penetrationskonus 20 wirkende Kraft F_D gemessen. Die Kraft F_D wird dabei mit einem Kraftsensor 26 vom Penetrationskonus 20 unter Ausbildung eines Kraftflusses F_Fluss (siehe 1) abgegriffen. Der Kraftfluss F_Fluss ist von dem Penetrationskonus 20 bis zum Kraftsensor 26 kinematisch von dem Gestänge 16 entkoppelt. In a third process step, at least one as a result of Abteufens on the penetration cone 20 acting force F _D measured. The force F _D is thereby using a force sensor 26 from the penetration cone 20 under the formation of a force flow F _flow (see 1 ). The power flow F _flow is from the penetration cone 20 to the force sensor 26 kinematically from the linkage 16 decoupled.

In einem vierten Verfahrensschritt erfolgt eine kapazitive Messung der Bodenfeuchte. Die kapazitive Messung der Bodenfeuchte wird mit dem kapazitiven Feuchtesensor 50, wie in 2 dargestellt, durchgeführt. In a fourth process step, a capacitive measurement of the soil moisture takes place. The capacitive measurement of soil moisture is measured with the capacitive humidity sensor 50 , as in 2 shown performed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Messvorrichtung measurement device
12 12: oberer Teil upper part
14 14: unterer Teil lower part
16 16: Gestänge linkage
18 18: Messspitze Probe
20 20: Penetrationskonus penetration cone
22 22: Messmittel measuring Equipment
24 24: Schnittstelle interface
26 26: Kraftsensor force sensor
28 28: Platine circuit board
30 30: elektrische Leitungen electric lines
32 32: Steuerungsschnittstelle Control Interface
34 34: zweite Schnittstelle second interface
36 36: Adapter adapter
38 38: dritte Schnittstelle third interface
40 40: Kraftaufnahmeabschnitt Force receiving portion
42 42: Innenwand inner wall
44 44: Spalt gap
46 46: Ringdichtungen ring seals
48 48: Verbindungsschnittstelle Connection interface
50 50: kapazitiver Feuchtesensor capacitive humidity sensor
52 52: leitfähige Messflächen conductive measuring surfaces
54 54: Schutzschicht protective layer
56 56: Messfenster measurement window
d_G d _G: Durchmesser (Gestänge) Diameter (linkage)
d_P d _P: Durchmesser (Penetrationskonus) Diameter (penetration cone)
F_D F _D: Kraft force
F_Fluss F _river: Kraftfluss power flow
L L: Messlänge measuring length
L_U L _U: Länge length
R R: Reibungskräfte frictional forces

Claims

Measuring device ( 10 ) for determining soil quality, comprising - a linkage ( 16 ); - a penetration cone ( 20 ); and measuring means ( 22 ) the measuring means ( 22 ) are formed at least for measuring a force (F _D ) and the measuring means ( 22 ) at least in sections within the linkage ( 16 ) and the penetration cone ( 20 ) as a measuring tip ( 18 ) of the measuring device ( 10 ) is connected or connectable with the latter, characterized in that the measuring means ( 22 ) a force sensor ( 26 ), which in a kinematic series connection with the penetration cone ( 20 ) and the linkage ( 16 ) is incorporated between them.

Measuring device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the penetration cone ( 20 ) as a measuring tip ( 18 ) detachable on the measuring device ( 10 ) is attached.

Measuring device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring means ( 22 ) completely within the linkage ( 16 ) and as a control interface ( 32 ) at least one electrical line ( 30 ), which from the linkage ( 16 ) is led out.

Measuring device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the linkage ( 16 ) a measurement window ( 56 ) and the measuring means ( 22 ) a capacitive humidity sensor ( 50 ) located behind the measuring window ( 56 ) is arranged.

Measuring device ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the linkage ( 16 ) is formed in several parts or comprises two linkages, which act as a 2-axis system.

Measuring device ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the capacitive humidity sensor ( 50 ) in the linkage ( 16 ) is cast with a polymeric material.

Measuring device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the linkage ( 16 ) with the penetration cone ( 20 ) has a gauge length (L) of at least 0.8 m.

Measuring device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the linkage ( 16 ) has a mechanical interface comprising a clamping surface or a thread.

Measuring system comprising at least one measuring device ( 10 ) for determining the soil condition according to any one of the preceding claims.

Measuring system according to claim 9, further comprising a control device provided with a control interface ( 32 ) of the measuring device ( 10 ) is coupled.

Measuring system according to claim 9 or 10, further comprising a feed device, wherein the measuring device ( 10 ) via a mechanical interface of the measuring device ( 10 ) is coupled to the feed device.

Measuring system according to one of claims 9 to 11, further comprising an interface for coupling to a vehicle, which serves as a mobile support for the measuring system.

The measurement system of claim 12, further comprising a GPS positioning system.

Measuring method for determining soil conditions, comprising the steps of - positioning a measuring device ( 10 ) for determining soil quality at a measuring point on the ground; - sinking a linkage ( 16 ) of the measuring device ( 10 ) into the soil, displacing the soil with a penetration cone ( 20 ), which serves as a measuring tip ( 18 ) on the measuring device ( 10 ) is provided; and - at least measuring a force (F _D ) during the lowering, characterized in that the force (F _D ) with a force sensor ( 26 ) from the penetration cone ( 20 ) is tapped via a load path, which on its way from the penetration cone ( 20 ) to the force sensor ( 26 ) kinematically from the linkage ( 16 ) is decoupled.

Measuring method according to claim 14, characterized in that the drilling is carried out continuously and in parallel with the linkage ( 16 ) or a second linkage a capacitive measurement of soil moisture is performed, wherein the measurement with a capacitive humidity sensor ( 50 ), through a measurement window ( 56 ) of the linkage ( 16 ), takes place.

Measuring method according to claim 14, characterized in that the drilling is done stepwise and between the steps an optical determination of the soil colors is performed.