DE102018202505A1

DE102018202505A1 - Messvorrichtung mit Sensor und Spule

Info

Publication number: DE102018202505A1
Application number: DE102018202505.3A
Authority: DE
Inventors: Nadine Ramona LANG; Thomas Heckel; Hari Suman Naik; Fabian Lurz; Marek Galek; Markus Ziegmann; Christopher Joffe; Achim Endruschat; Holger Gerstner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2019-08-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (10) mit einem Sensor (11), der ausgestaltet ist, um zum Verbleib in ein Messobjekt (12) einbringbar zu sein und mindestens einen Parameter inner-halb des Messobjekts (12) zu messen. Der Sensor (11) ist mit einer Spule (13) zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Energie gekoppelt, wobei die Spule (13) zwei Kontaktabschnitte (21, 22) und eine zwischen diesen zwei Kontaktabschnitten (21, 22) seriell verlaufende Wicklungsanordnung (23) aufweist. Die Wicklungsanordnung (23) weist eine erste Wicklung (24) auf, wobei mindestens eine Windung (24) der ersten Wicklung (24) in einer ersten Ebene Eim Raum angeordnet ist. Die Wicklungsanordnung (23) weist ferner eine zweite Wicklung (25) auf, wobei mindestens eine Windung (25) der zweiten Wicklung (25) in einer zweiten Ebene Eim Raum angeordnet ist, wobei die erste Ebene Eund die zweite Ebene Eeine gemeinsame Schnittgerade gaufweisen, die innerhalb der ersten Wicklung (24) und/oder innerhalb der zweiten Wicklung (25) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung mit einem Sensor und einer damit gekoppelten Spule zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Energie, wobei die Spule eine Wicklungsanordnung aufweist, die in mehreren Ebenen im Raum verlaufende Wicklungen aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Messsystem mit einer derartigen Messvorrichtung.
Die Erfindung kann beispielsweise zum mobilen und drahtlosen Laden und/oder Kommunizieren für Anwendungen in der Landwirtschaft, und insbesondere für Anwendungen im sogenannten Precision Farming eingesetzt werden.
Die heutige Landwirtschaft steht nämlich vor zwei großen Problematiken: auf der einen Seite muss eine wachsende Weltbevölkerung ernährt werden, wobei gleichzeitig nicht viel mehr landwirtschaftliche Anbauflächen generiert werden können. Das heißt, dass die vorhandenen Anbauflächen effizienter genutzt werden müssen und eine flächenspezifische Ertragssteigerung stattfinden muss. Dabei spielt auch der Preis für Dünger eine wichtige Rolle, denn um die Effizienzsteigerung im Gewinn des Landwirtes zu merken, darf der Preis für Düngemittel nicht zu hoch sein, weshalb die Landwirte versuchen, möglichst günstige Düngemittelpreise zu bekommen.
Auf der anderen Seite bedingt die verstärkte landwirtschaftliche Aktivität, dass sowohl die genutzten Böden als auch die angrenzenden Gewässer stark durch zum Beispiel Düngemittel belastet werden. Im Rahmen des Umweltschutzes und des nachhaltigen Ressourcenmanagements wird daher verstärkt auf die Einhaltung bestimmter Grenzwerte gedrängt. Dies bedeutet für die Landwirte die immer größer werdende Herausforderung möglichst nachhaltig und ökologisch anzubauen und dabei gleichzeitig den Ertrag zu steigern.
Hierfür müssten bestimmte Zustandsgrößen in einem Gewässer oder Boden, wie zum Beispiel Düngezustände eines Ackers, gemessen werden. Idealer Weise sollte in einem land- oder wasserwirtschaftlich genutzten Areal die genaue Zusammensetzung des Bodens beziehungsweise des Wassers regelmäßig gemessen werden. Die Messungen sollten hierfür nicht nur an der Oberfläche sondern auch innerhalb des Gewässers beziehungsweise innerhalb des Bodens, zum Beispiel auf Höhe von Pflanzenwurzeln und darunter, durchführbar sein. Dabei sollten Daten aus einer Tiefe von bis zu drei Metern erhoben werden können.
In der klassischen Landwirtschaft erfolgt keine Erfassung von Boden- bzw. Gewässerparametern seitens der Landwirte. Eine eingebrachte Düngermenge in den Boden basiert beispielsweise meist auf empirischen Erfahrungswerten der vergangenen Jahre, ohne die jährlich schwankenden Wetterbedingungen mit einzubeziehen
Des Weiteren bestehen im Moment keine geeigneten Möglichkeiten, um die gemessenen Werte direkt aus dem Gewässer beziehungsweise der Erde in kurzer Zeit zum Bewirtschafter zu bringen. Bodenproben werden heutzutage in der Regel in Laboren untersucht.
Bisher werden drei grundsätzliche Methoden durchgeführt. Entweder wird eine Boden- bzw. Wasserprobe entnommen und zur Diagnostik in ein Labor geschickt. Diese Methode ist zwar genau, allerdings teuer und dauert relativ lange, da die Proben erst verschickt werden müssen. Zudem besteht die Möglichkeit, dass die Proben durch den Versand unbrauchbar werden oder im Labor vertauscht werden.
Alternativ kann mit einem Schnelltest, z.B. Abstrichnahme mittels Diagnosestäbchen, eine grobe Einschätzung über den Gehalt bestimmter Ionen gegeben werden Der Nachteil bei dieser Methode ist jedoch, dass sie nur grobe Richtwerte anzeigt.
Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz von optischen Sensoren, die entweder in Kameras oder in kleinere Sensoren verbaut sind. Diese erfassen die gewünschten Parameter per Spektroskopie. Der Nachteil hierbei ist jedoch, dass die Geräte und die Auswertung sehr teuer sind und durch Fehlbedienung oft zu ungenauen Ergebnissen führen. Eine Anwendung ohne hinreichende Fachkenntnisse ist für den Landwirt zumeist nicht ohne Aufwand durchführbar und somit nicht praktikabel. Dies bedingt wiederum eine äußerst geringe Akzeptanz bei Landwirten. Außerdem können nur Informationen zum Oberflächenzustand des Feldes gegeben werden, nicht aber zur Zusammensetzung des Bodens in der Tiefe oder gar dem Zustand des Grundwassers.
Eine Lösung für die oben genannten Probleme wird in der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2017 211 282 beschrieben. Hierbei können Analysesensoren zur Zustandsüberwachung eines Bodens eingesetzt werden. Die Analysesensoren können hierfür im Boden vergraben werden. Die genaue Position und Orientierung der einzelnen vergrabenen Analysesensoren können jedoch voneinander abweichen. Eine gerichtete drahtlose Kommunikation mit den vergrabenen Analysesensoren kann daher in manchen Fällen erschwert werden.
Es wäre demnach wünschenswert, bestehende Messvorrichtungen und Messsystem dahingehend zu verbessern, dass diese eine drahtlose Energieübertragung mit vergrabenen Sensoren ermöglichen, und zwar unter Berücksichtigung der oben beschriebenen bekannten Problematiken.
Daher wird eine Messvorrichtung sowie ein Messsystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Ausführungsformen und weitere vorteilhafte Aspekte der Messvorrichtung und des Messsystems sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen genannt.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung weist unter anderem einen Sensor und eine Spule zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Energie auf. Der Sensor ist mit der Spule gekoppelt. Außerdem kann die Spule mechanisch mit dem Sensor verbunden sein, sodass beide gemeinsam ihre Position und Lage verändern können. Sowohl der Sensor als auch die Spule sind ausgebildet, um zum dauerhaften Verbleib in ein Messobjekt einbringbar zu sein. Erfindungsgemäß weist die Spule eine Wicklungsanordnung mit mehreren in unterschiedliche Wicklungsrichtungen verlaufenden Wicklungen auf. Genauer gesagt weist die Spule zwei Kontaktabschnitte auf, wobei zwischen diesen zwei Kontaktabschnitten die Wicklungsanordnung seriell verläuft. Die Wicklungsanordnung weist eine erste Wicklung und eine zweite Wicklung auf. Die erste Wicklung kann eine oder mehrere Windungen aufweisen. Auch die zweite Wicklung kann eine oder mehrere Windungen aufweisen. Die erste Wicklung kann in eine erste Wicklungsrichtung verlaufen, und die zweite Wicklung kann in eine von der ersten Wicklungsrichtung unterschiedliche zweite Wicklungsrichtung verlaufen. Die beiden Wicklungen können sich in unterschiedlichen Ebenen im Raum befinden. Das heißt, mindestens eine Windung der ersten Wicklung kann in einer ersten Ebene im Raum angeordnet sein, und mindestens eine Windung der zweiten Wicklung kann in einer, von der ersten Ebene unterschiedlichen, zweiten Ebene im Raum angeordnet sein. Aufgrund der speziellen erfindungsgemäßen Konstruktion der Spule weisen die erste Ebene und die zweite Ebene eine gemeinsame Schnittgerade auf, die innerhalb der ersten Wicklung und/oder innerhalb der zweiten Wicklung verläuft. Die erfindungsgemäße einzelne Spule weist also mehrere Wicklungen auf, die sich bezüglich ihrer Orientierung im Raum voneinander unterscheiden. Die aufgrund eines Stromflusses durch die Spule induzierten (elektro-)magnetischen Felder der ersten Wicklung unterscheiden sich bezüglich ihrer Richtung und Orientierung von den (elektro-) magnetischen Feldern der zweiten Wicklung. Die Feldlinien der ersten Wicklung können senkrecht zur ersten Ebene im Raum verlaufen, und die Feldlinien der zweiten Wicklung können senkrecht zur zweiten Ebene im Raum verlaufen. Da sich die beiden Ebenen schneiden, schneiden sich auch die Feldlinien der ersten Wicklung mit den Feldlinien der zweiten Wicklung. Die erste Wicklung bildet demnach eine erste Spulenanordnung mit einer ersten Spulen- bzw. Feldliniencharakteristik und die zweite Wicklung bildet eine zweite Spulenanordnung mit einer zweiten Spulen- bzw. Feldliniencharakteristik. Somit können also zwei Spulenanordnungen in einer einzigen Spule integriert werden. Dabei handelt es sich jedoch nicht um zwei separate Spulenanordnungen, sondern die beiden Wicklungen sind derart gewickelt, dass diese seriell zwischen den zwei Kontaktabschnitten verlaufen. Außerdem ist der Sensor zum Messen eines Parameters in dem Messobjekt mit der Spule gekoppelt. Mittels der Spule kann elektromagnetische Energie gesendet und/oder empfangen werden. Die mittels der Spule zu sendende bzw. zu empfangene elektromagnetische Energie kann dazu verwendet werden, um drahtlos mit dem Sensor in Bezug auf Datenaustausch zu kommunizieren und/oder um den Sensor (beziehungsweise einen mit dem Sensor gekoppelten Energiespeicher) zu laden. Hierbei kann es sich um ein induktives Laden oder um ein Verfahren zum Laden mittels Magnetischer Resonanz handeln. Im Falle der Magnetischen Resonanz kann die Spule, sofern sie zum Empfangen der elektromagnetischen Energie ausgestaltet ist, auf eine Eigenresonanz einer Sendespule abgestimmt sein, und sofern die Spule zum Senden der elektromagnetischen Energie ausgestaltet ist, kann die Spule auf eine Eigenresonanz einer Empfangsspule abgestimmt sein. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung hat den Vorteil, dass die Spule unabhängig von der Position und Orientierung der Spule bzw. des Sensors innerhalb des Messobjekts stets gut, d.h. von mehreren Seiten, die elektromagnetische Energie senden bzw. empfangen kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Sensoren beispielsweise in einem Acker vergraben sind und aufgrund von Erdarbeiten, wie Umpflügen des Ackers und dergleichen, in ihrer Position und Orientierung verändert werden. Da die Sensoren vergaben sind, ist deren jeweils aktuelle Position und Orientierung von außen nicht visuell erkennbar. Mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung hingegen kann der Sensor nicht nur drahtlos die elektromagnetische Energie mittels der Spule übertragen, sondern aufgrund der zwei unterschiedlich orientierten Wicklungen weist die Spule zudem zwei unterschiedliche Vorzugsrichtungen zum Senden und/oder Empfangen der elektromagnetischen Energie auf, sodass eine Umpositionierung des Sensors (z.B. durch Umpflügen) deutlich weniger kritische Auswirkungen auf die Sende- und/oder Empfangseigenschaften hat als bei bisherigen Systemen.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels kann die Spule der erfindungsgemäßen Messvorrichtung genau zwei Wicklungen aufweisen, wobei jede Wicklung jeweils eine oder mehrere Windungen aufweisen kann.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels kann die erste Wicklung in eine erste Wicklungsrichtung verlaufen, die eine erste geometrische Wirkrichtung im Raum definiert, und die zweite Wicklung kann in eine zweite Wicklungsrichtung verlaufen, die eine zweite geometrische Wirkrichtung im Raum definiert. Die geometrische Wirkrichtung im Raum bezieht sich dabei auf die elektromagnetische Energie bzw. das elektromagnetische Feld, das sich beim Durchfließen eines geeigneten Stroms durch die Spule in den jeweiligen Wicklungen einstellt. Die unterschiedlichen Wicklungsrichtungen führen dazu, dass die erste und zweite Wicklung jeweils eine andere Spulencharakteristik bezüglich der räumlichen Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen aufweisen. Das heißt, die erste Wicklung ist ausgestaltet, um elektromagnetische Wellen in einer ersten Vorzugsrichtung zu senden und/oder zu empfangen, und die zweite Wicklung ist ausgestaltet, um elektromagnetische Wellen in einer zweiten Vorzugsrichtung zu senden und/oder zu empfangen. Diese unterschiedlichen Wirkrichtungen ermöglichen es, dass die Spule bzw. der Sensor unabhängig von deren Position und Orientierung innerhalb des Messobjekts zumindest zwei unterschiedliche Vorzugsrichtungen zum Senden und/oder Empfangen der elektromagnetischen Energie aufweisen.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die Schnittgerade der ersten Ebene mit der zweiten Ebene im Zentrum der ersten und/oder der zweiten Wicklung liegen. Hierdurch ergibt sich ein symmetrischer Aufbau der beiden Wicklungen zueinander. Somit kann ein symmetrisches Abstrahl- bzw. Empfangsverhalten der Spule realisiert werden, d.h. eine Vorzugsrichtung zum Senden und/oder Empfangen der elektromagnetischen Energie der ersten Wicklung kann an eine Vorzugsrichtung zum Senden und/oder Empfangen der elektromagnetischen Energie der zweiten Wicklung angepasst werden.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die zweite Wicklung innerhalb der ersten Wicklung angeordnet sein, oder die erste Wicklung kann innerhalb der zweiten Wicklung angeordnet sein. Das heißt, eine der beiden Wicklungen kann innerhalb der anderen der beiden Wicklungen angeordnet sein. Dadurch ergibt sich ein raumsparendes Konzept, da die einzelnen Wicklungen ineinander integrierbar sind. Vorteilhafter Weise berühren sich die einzelnen Windungen der ersten und beiden Wicklungen dabei nicht, d.h. es ist ein Luftspalt zwischen den ein oder mehreren Windungen der ersten Wicklung und den ein oder mehreren Windungen der zweiten Wicklung vorgesehen.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die erste Ebene zu der zweiten Ebene um einen ersten Winkel α zwischen 80° und 110°, und bevorzugt um 90°, versetzt sein. Ein Versatz um insbesondere etwa 90° führt dazu, dass die Wirkrichtungen der einzelnen Wicklungen ebenfalls um 90° zueinander versetzt sind. Dies ergibt einen besonders vorteilhaften Verlauf der Feldlinien, sodass die Spule bzw. der Sensor in einer Vielzahl von Positionen und Orientierungen die elektromagnetische Energie senden bzw. empfangen können.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die Wicklungsanordnung eine dritte Wicklung aufweisen, die in einer dritten Ebene im Raum angeordnet ist, wobei die erste Ebene, die zweite Ebene und die dritte Ebene einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen, der innerhalb der ersten Wicklung und/oder der zweiten Wicklung und/oder der dritten Wicklung liegt. Somit kann eine dreidimensionale Spule mit drei Vorzugsrichtungen bezüglich des Empfangs und des Sendens der elektromagnetischen Energie bereitgestellt werden. Dies bietet eine besonders vorteilhafte Möglichkeit, um die elektromagnetische Energie mittels der Spule zu senden bzw. zu empfangen, und zwar unabhängig von der Position und Orientierung der Spule bzw. des Sensors innerhalb des Messobjekts. Gemäß eines Ausführungsbeispiels kann die Spule der erfindungsgemäßen Messvorrichtung genau drei Wicklungen aufweisen, wobei jede Wicklung jeweils eine oder mehrere Windungen aufweisen kann.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die dritte Wicklung in einer dritten Wicklungsrichtung verlaufen, die sich von der ersten und der zweiten Wicklungsrichtung unterscheidet und eine dritte geometrische Wirkrichtung im Raum definiert. Die dritte Wicklung weist somit auch eine dritte Vorzugsrichtung im Raum bezüglich des Sendens und/oder Empfangens der elektromagnetischen Energie auf.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann der gemeinsame Schnittpunkt der ersten, zweiten und dritten Ebene im Zentrum der ersten Wicklung und/oder der zweiten Wicklung und/oder der dritten Wicklung liegen. Vorzugsweise kann der gemeinsame Schnittpunkt im Zentrum aller drei Wicklungen liegen. Somit ergibt sich eine symmetrische Anordnung aller drei Wicklungen, sodass die drei Wicklungen zumindest annähernd dieselben Eigenschaften bezüglich des Sendens und/oder Empfangens der elektromagnetischen Energie aufweisen können.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die dritte Ebene zu der ersten Ebene um einen zweiten Winkel β zwischen 80° und 110°, und bevorzugt um 90°, versetzt sein und/oder die dritte Ebene kann zu der zweiten Ebene um einen dritten Winkel γ zwischen 80° und 110°, und bevorzugt um 90°, versetzt sein. Es können also beispielsweise alle drei Ebenen um jeweils etwa 90° zueinander versetzt sein. Somit kann eine hervorragende Charakteristik der Spule mit drei Vorzugsrichtungen im Raum (z.B. in x-, y- und z-Richtung) ermöglicht werden.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die Wicklungsanordnung einstückig ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Wicklungsanordnung aus einem einzigen Stück Material, wie zum Beispiel, Kupferdraht bestehen. Die Spule wäre somit an einem Stück gewickelt und die erste Wicklung, die zweite Wicklung und, sofern vorhanden, die dritte Wicklung, wären alle gemeinsam einstückig ausgebildet. Dabei könnten beispielsweise die zwei Enden des Kupferdrahts die zwei Kontakte der Spule bilden. Die erfindungsgemäße Spule weist somit lediglich zwei Kontakte auf, über die alle zwei bzw. drei Wicklungen elektrisch kontaktiert werden können. Dies ist ein entscheidender Vorteil demgegenüber falls drei separate Spulen mit jeweils zwei separaten Kontakten verwendet werden. Dabei hätte man dann insgesamt sechs Kontakte. Somit ergibt sich auch eine Einsparung bei der Auswerteelektronik, da statt drei Elektronik-Bausteinen oder Multiplex-Bausteinen lediglich eine Einheit benötigt wird. Die Signalsensitivität für alle drei Raumorientierungen bleibt damit erhalten.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die Wicklungsanordnung sphärisch ausgestaltet sein. Eine sphärische Ausgestaltung führt zu einer sehr guten Charakteristik bezüglich des Sendens und/oder Empfangens der elektromagnetischen Energie. Außerdem können die einzelnen Wicklungen unkompliziert maschinell gefertigt werden. Die geringeren Biegeradien einer sphärischen Ausgestaltung im Vergleich zu z.B. eckigen Ausgestaltungen bedingen außerdem eine wesentlich geringere Beanspruchung für das Material der Spule (z.B. Kupferdraht). Es besteht somit, im Vergleich zu eckigen Ausgestaltungen, weniger Gefahr des Knickens und Brechens des Spulenmaterials (z.B. Kupferdraht).
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die Messvorrichtung einen mit dem Sensor gekoppelten Energiespeicher zum Speichern von mittels der Spule empfangener elektromagnetischer Energie aufweisen, wobei der Energiespeicher ausgestaltet ist, um zum Verbleib in das Messobjekt einbringbar zu sein. Der Energiespeicher kann beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie sein. Der Energiespeicher kann dabei mit der mittels der Spule empfangenen elektromagnetischen Energie aufgeladen werden, beispielsweise nach dem Prinzip der induktiven Aufladung. Der Sensor muss somit nicht aus dem Messobjekt entfernt werden, um den Energiespeicher auszutauschen oder aufzuladen. Der Sensor kann zum Laden des Energiespeichers also innerhalb des Messobjekts verbleiben. Die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Wicklungen der Spule ermöglicht eine gute Übertragung der elektromagnetischen Energie, unabhängig von der Position und Orientierung der Spule bzw. des Sensors innerhalb des Messobjekts.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die Messvorrichtung einen mit dem Sensor gekoppelten Datenspeicher zum Austausch von Daten mittels der gesendeten und/oder empfangenen elektromagnetischen Energie aufweisen, wobei der Datenspeicher ausgestaltet ist, um zum Verbleib in das Messobjekt einbringbar zu sein. Der Datenspeicher kann beispielsweise ein einmalig oder mehrmalig beschreibbarer, flüchtiger oder nichtflüchtiger Speicher sein. Der Speicher kann mittels der elektromagnetischen Energie beschreibbar und/oder auslesbar sein. Die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Wicklungen der Spule ermöglicht dabei eine gute Übertragung der elektromagnetischen Energie, unabhängig von der Position und Orientierung der Spule bzw. des Sensors innerhalb des Messobjekts.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann der Sensor ein ionensensitiver Sensor sein, wobei der mittels des Sensors zu messende mindestens eine Parameter des Messobjekts ein Parameter aus der Gruppe von Nitrat, Nitrid, Chlorid, Fluorid, Sulfat, Ammonium, Ammoniak, Sauerstoff, Phosphate, Kalium, Natrium, Kalzium oder ein jeweiliges Abbauprodukt desselbigen sein kann. Dadurch ergibt sich eine Möglichkeit zur Messung von Ionen zur Kontrolle von Böden und zur Bestimmung einer Düngemittelqualität und/oder einer Wasserqualität. Mit den ionensensitiven Sensoren kann beispielsweise ein Düngezustand eines Bodens bestimmt werden. lonensensitive Sensoren sind besonders energiesparend und daher gut für die Verwendung in einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung geeignet.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die Messvorrichtung ein Sensornetzwerk aufweisen, wobei das Sensornetzwerk den Sensor und mindestens einen weiteren Sensor aufweisen kann, wobei der weitere Sensor mit derselben Spule gekoppelt sein kann wie der Sensor, oder wobei der weitere Sensor mit einer weiteren Spule der vorgenannten Art gekoppelt sein kann. In anderen Worten können sich in einem Sensornetzwerk zwei (oder mehrere) Sensoren eine einzelne Spule der vorgenannten Art teilen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel weist der weitere Sensor eine weitere Spule der vorgenannten Art auf. In einem anderen denkbaren Ausführungsbeispiel weisen alle Sensoren innerhalb des Sensornetzwerks jeweils eine eigene Spule der vorgenannten Art auf.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann das Sensornetzwerk eine zentrale Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle aufweisen, die ausgestaltet sein kann, um zum Verbleib in das Messobjekt einbringbar zu sein, wobei der Sensor und der weitere Sensor mit der zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle gekoppelt sein können und ausgestaltet sein können, um mit der zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle zu kommunizieren und/oder um von der zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle mit Energie versorgt zu werden. In anderen Worten kann das Sensornetzwerk eine zentrale Schnittstelle aufweisen, an der zwei oder mehr Sensoren des Sensornetzwerks (drahtlos oder drahtgebunden) angebunden sind. Diese zentrale Schnittstelle kann ebenfalls zum Verbleib in das Messobjekt eingebracht sein. Die zentrale Schnittstelle kann beispielsweise eine Steuereinheit aufweisen, die ausgestaltet ist, um mit den angebundenen zwei oder mehr Sensoren in Bezug auf Datenaustausch zu kommunizieren und/oder um die zwei oder mehr Sensoren mit Energie zu versorgen.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die zentrale Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle die Spule aufweisen. In diesem Fall könnte eine einzelne Spule zum Senden und/oder Empfangen der elektromagnetischen Energie ausreichen. Die Steuereinheit der zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle könnte beispielsweise die empfangene elektromagnetische Energie an die angebundenen zwei oder mehr Sensoren verteilen, um zum Beispiel Daten an diese zu übermitteln oder um diese (bzw. deren Energiespeicher) zu laden. Alternativ oder zusätzlich könnte die zentrale Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle Daten von den zwei oder mehr Sensoren übermittelt bekommen und diese Daten dann mittels der Spule in Form von elektromagnetischer Energie aussenden. Die zentrale Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle kann also innerhalb eines Sensornetzwerks eine zentrale Funktion zum Kommunizieren mit den zwei oder mehr Sensoren, oder zum Laden der zwei oder mehr Sensoren (bzw. deren Energiespeicher) übernehmen.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann der mindestens eine weitere Sensor ein ionensensitiver Sensor der vorgenannten Art sein, oder der mindestens eine weitere Sensor kann ein ionenunabhängiger Sensor sein, der ausgestaltet ist, um in das Messobjekt einbringbar zu sein und mindestens einen Parameter aus der Gruppe von Temperatur, Füllstand, Fließgeschwindigkeit, Durchfluss, pH-Wert, dem Gehalt eines Gases in dem Messobjekt, dem Sauerstoffgehalt in dem Messobjekt und einer elektrischen Leitfähigkeit des Messobjekts zu messen. Dieser mindestens eine weitere Sensor kann somit auch als ein Zusatzsensor bezeichnet werden. Im Falle eines ionensensitiven Sensors könnte damit eine Redundanz erzeugt werden, um beim Ausfall des eigentlichen Sensors immer noch auf die Daten des Zusatzsensors zurückgreifen zu können. Im Falle eines ionenunabhängigen Sensors kann dieser Zusatzsensor zusätzliche Informationen über eine oder mehrere Zustandsgröße/n des Messobjekts liefern.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann es sich bei dem Messobjekt um einen Boden oder ein Gewässer oder um ein landwirtschaftliches Produkt handeln. Beispielswiese kann es sich um einen Acker beziehungsweise ein Feld handeln. Der Sensor kann zum Verbleib auf dem Acker in diesen eingegraben werden. Der Sensor kann aber auch in einem Fließ- oder Stehgewässer versenkt werden. Bei dem landwirtschaftlichen Produkt kann es sich beispielsweise um Dung, Silage und dergleichen handeln.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Messsystem mit einer Messvorrichtung der vorgenannten Art. Dieses Messsystem weist zusätzlich eine außerhalb des Messobjekts befindliche drahtlose Energieübertragungsvorrichtung auf, die ausgestaltet ist, um drahtlos elektromagnetische Energie mit der Spule der Messvorrichtung auszutauschen. Bei dieser drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um ein Lesegerät zum Auslesen von Daten des Sensors handeln. Das Lesegerät kann auch Daten an den Sensor senden. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung um ein drahtloses Ladegerät handeln, das ausgestaltet ist, um den Sensor (bzw. dessen Energiespeicher) drahtlos mittels der elektromagnetischen Energie, die von der mit dem Sensor gekoppelten Spule empfangbar ist, aufzuladen.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung ausgestaltet sein, um an einem außerhalb des Messobjekts befindlichen Fahrzeug oder Fluggerät angeordnet zu werden. Die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung kann beispielsweise an einem Traktor oder einem anderen fahrbaren landwirtschaftlichen Gerät angeordnet werden. Die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung kann aber auch beispielsweise an einer Drohne angeordnet werden. Hierdurch ist eine sehr hohe Mobilität der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung möglich. Das Fahrzeug oder Fluggerät kann ein Areal eines Messobjekts überfahren bzw. überfliegen, in dem sich ein oder mehrere Sensoren der vorgenannten Art befinden können. Da sich diese ein oder mehrere Sensoren innerhalb des Messobjekts befinden, sind diese von außen nicht sichtbar. Aufgrund der Spule mit den unterschiedlichen Wicklungsrichtungen kann die elektromagnetische Energie jedoch unabhängig von der Position und Orientierung der Spule bzw. des Sensors innerhalb des Messobjekts hervorragend übertragen werden. Im Vergleich zu konventionellen Spulen mit einfacher Wicklungsrichtung und damit verbundener einfacher geometrischer Wirkrichtung im Raum, ist mit dem erfindungsgemäßen Messsystem neben einer erhöhten Übertragungsqualität auch eine größere Reichweite realisierbar. Das heißt, es kann ausreichend sein, wenn sich die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung in der Nähe des Sensors befindet. Die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung muss somit also nicht direkt über dem innerhalb des Messobjekts befindlichen Sensor angeordnet sein.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung eine Spule zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Energie aufweisen, wobei die Spule zwei Kontaktabschnitte und eine zwischen diesen zwei Kontaktabschnitten seriell verlaufende Wicklungsanordnung aufweist, wobei die Wicklungsanordnung eine erste Wicklung aufweist und mindestens eine Windung der ersten Wicklung in einer ersten Ebene im Raum angeordnet ist, und wobei die Wicklungsanordnung eine zweite Wicklung aufweist und mindestens eine Windung der zweiten Wicklung in einer zweiten Ebene im Raum angeordnet ist, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene eine gemeinsame Schnittgerade aufweisen, die innerhalb der ersten Wicklung und/oder innerhalb der zweiten Wicklung verläuft. In anderen Worten kann die hierin beschriebene Spule auch zur Verwendung mit der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung genutzt werden.
Einige Ausführungsbeispiele sind exemplarisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels,
2 eine dreidimensionale Ansicht einer Spule gemäß eines Ausführungsbeispiels zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung,
3 eine dreidimensionale Ansicht einer Spule gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung,
4 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels,
5 ein schematisches Blockschaltbild einer Spule zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels,
6 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit verschiedenen Sensornetzwerken gemäß eines Ausführungsbeispiels,
7 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einem Sensornetzwerk und einer zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle gemäß eines Ausführungsbeispiels, und
8 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Messsystems mit einer Messvorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben, wobei Elemente mit derselben oder ähnlichen Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 gemäß eines Ausführungsbeispiels.
Die Messvorrichtung 10 weist einen Sensor 11 auf. Der Sensor 11 ist ausgestaltet, um zum Verbleib in ein Messobjekt 12 einbringbar zu sein und mindestens einen Parameter innerhalb des Messobjekts 12 zu messen. Bei dem Messobjekt 12 kann es sich beispielsweise um einen Boden, zum Beispiel einen Acker oder ein Feld handeln. Der Sensor 11 kann in dem Messobjekt 12 vergraben sein.
Die Messvorrichtung 10 weist außerdem eine Spule 13 zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Energie auf. Der Sensor 11 ist mit dieser Spule 13 gekoppelt. Der Sensor 11 kann elektrisch mit der Spule 13 gekoppelt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor 11 mechanisch mit der Spule 13 gekoppelt sein. Die Spule 13 kann beispielsweise an dem Sensor 11 angeordnet und optional an dem Sensor 11 fixiert sein, sodass sich bei einer Bewegung des Sensors 11 auch die Spule 13 mit dem Sensor 11 zusammen bewegt.
Der Sensor 11 und die Spule 13 können mittels einer drahtgebundenen oder drahtlosen Verbindungsleitung 14 in Bezug auf Signal- und/oder Energieübertragung miteinander verbunden sein. Beispielsweise kann der Sensor 11 über die Verbindungsleitung 14 ein Signal an die Spule 13 übertragen, woraufhin die Spule 13 eine entsprechende elektromagnetische Energie in Form eines elektromagnetischen Signals 15 aussenden kann. Die Spule 13 kann aber auch elektromagnetische Energie in Form eines elektromagnetischen Signals 16 empfangen. Die Spule 13 kann das empfangene elektromagnetische Signal 16 über die Verbindungsleitung an den Sensor 11 übertragen, um somit beispielsweise Daten an den Sensor 11 zu übermitteln. Die Spule 13 kann aber auch elektromagnetische Energie 16 empfangen. Mit einer geeigneten Elektronik, beispielsweise mittels eines geeigneten Wandlers, kann die empfangene elektromagnetische Energie 16 beispielsweise in einen Gleichstrom umgewandelt und dem Sensor 11 über die Verbindungsleitung 14 zur Verfügung gestellt werden. Somit könnte beispielsweise der Sensor 11, beziehungsweise ein mit dem Sensor 11 koppelbarer Energiespeicher, geladen werden.
Zur näheren Erläuterung möglicher Ausgestaltungen der Spule 13 der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 wird nachfolgend auf 2 verwiesen.
Wie in 2 zu erkennen ist, kann die Spule 13 eine charakteristische Form aufweisen. Die Spule 13 weist zwei Kontaktabschnitte 21, 22 und eine zwischen diesen zwei Kontaktabschnitten 21, 22 seriell verlaufende Wicklungsanordnung 23 auf.
Die Wicklungsanordnung 23 weist eine erste Wicklung 24 auf. Die erste Wicklung 24 weist eine erste - und in diesem Ausführungsbeispiel einzige - Windung 24₁ auf. Diese Windung 24₁ ist in einer ersten Ebene E₁ im Raum angeordnet.
Die Wicklungsanordnung 23 weist eine zweite Wicklung 25 auf. Die zweite Wicklung 25 weist eine erste - und in diesem Ausführungsbeispiel einzige - Windung 25₁ auf. Diese Windung 25₁ ist in einer zweiten Ebene E₂ im Raum angeordnet.
Die erste Ebene E₁ und die zweite Ebene E₂ weisen eine gemeinsame Schnittgerade g₁ auf, die innerhalb der ersten Wicklung 24 und/oder innerhalb der zweiten Wicklung 25 verläuft. Das heißt, die Schnittgerade g₁ läuft durch die erste und/oder zweite Wicklung 24, 25 hindurch.
In 2 ist ein Koordinatensystem eingezeichnet. In Bezug auf dieses Koordinatensystem erstreckt sich die erste Ebene E₁ in der x-y-Ebene und die zweite Ebene E₂ erstreckt sich in der x-z-Ebene.
Die Spule 13 weist also eine Wicklungsanordnung 23 mit zwei Wicklungen 24, 25 auf. Der Übersichtlichkeit wegen weist in 2 jede Wicklung 24, 25 nur eine Windung auf, wobei jede Windung in je einer Ebene E₁ , E₂ angeordnet ist.
Es ist aber auch vorstellbar, dass jede Wicklung 24, 25 mehrere Windungen aufweist. Zum Beispiel können die Wicklungen 24, 25 eine Windungszahl N zwischen 1.000 < N <10.000 aufweisen. In diesem Fall würde sich beispielsweise die erste Wicklung 24 in einer parallel zur ersten Ebene E₁ verlaufenden Raumrichtung (d.h. senkrecht, in y-Richtung) erstrecken, und die zweite Wicklung 24 würde sich in eine parallel zur zweiten Ebene E₂ verlaufenden Raumrichtung (d.h. in z-Richtung) erstrecken. Das heißt, mehrere Windungen der ersten Wicklung 24 könnten in mehreren, zu der ersten Ebene E₁ parallelen Ebenen, angeordnet sein, und mehrere Windungen der zweiten Wicklung 25 könnten in mehreren, zu der zweiten Ebene E₂ parallelen Ebenen, angeordnet sein.
In diesem Falle wiese die erste Wicklung 24 eine in y-Richtung verlaufende Mittelachse auf, und die zweite Wicklung 25 wiese eine in z-Richtung verlaufende Mittelachse auf. Die Mittelachsen der ersten und zweiten Wicklungen 24, 25 würden sich demgemäß innerhalb der ersten und/oder zweiten Wicklung 24, 25 schneiden.
Die erwähnte Raumrichtung, in der sich eine Wicklung mit mehreren Windungen erstrecken kann, wird hier auch als eine Wicklungsrichtung bezeichnet. So kann beispielsweise die erste Wicklung 24 eine erste Wicklungsrichtung aufweisen, und die zweite Wicklung 25 kann eine zweite Wicklungsrichtung aufweisen. Mit Bezug auf 2 könnte diese erste Wicklungsrichtung einer Erstreckungsrichtung entlang der Mittelachse der ersten Wicklung 24, d.h. in der Raumrichtung parallel zur ersten Ebene E₁ (d.h. in der abgebildeten y-Richtung) entsprechen, und die zweite Wicklungsrichtung könnte einer Erstreckungsrichtung entlang der Mittelachse der zweiten Wicklung 25, d.h. in der Raumrichtung parallel zu der zweiten Ebene E₂ (d.h. in z-Richtung) entsprechen.
Jede Wicklungsrichtung kann eine geometrische Wirkrichtung im Raum definieren. Die geometrische Wirkrichtung im Raum entspricht der Richtung in der die jeweilige Wicklung 24, 25 der Spule 13 eine hohe, oder die höchste, Wirkung erzielt. Dabei kann es sich um die Richtung handeln, in der sich elektromagnetische Wellen beim Senden von der jeweiligen Wicklung 24, 25 bevorzugt ablösen, beziehungsweise die bevorzugte Richtung in der elektromagnetische Wellen von der jeweiligen Wicklung empfangbar sind.
Die in 2 beispielhaft abgebildete Spule 13 würde beispielsweise zwei Wirkrichtungen im Raum definieren, da sie zwei Wicklungen 24, 25 mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen aufweist. Die Spule 13 kann als eine Antenne mit zwei unterschiedlichen Sende- bzw. Empfangscharakteristiken zum Senden beziehungsweise Empfangen der elektromagnetischen Energie dienen.
Wie ebenfalls in 2 zu sehen ist, können die Wicklungen 24, 25 ineinander integriert, und optional zentral zueinander angeordnet sein. Jede Wicklung weist einen Innenraum auf, der von der jeweiligen Wicklung begrenzt wird. Beispielsweise weist die zweite Wicklung 25 einen Innenraum 25₂ auf. Die Schnittgerade g₁ verläuft durch diesen Innenraum 25₂ der zweiten Wicklung 25. Die in 2 abgebildete Schnittgerade g₁ verläuft auch durch den Innenraum der ersten Wicklung 24.
Die in 2 abgebildeten Wicklungen 24, 25 sind außerdem zentral zueinander angeordnet. Das heißt, die Schnittgerade g₁ verläuft durch das Zentrum der ersten Wicklung 24 und durch das Zentrum der zweiten Wicklung 25. Es kann aber auch vorstellbar sein, dass die Schnittgerade g₁ nur durch das Zentrum von einer der beiden Wicklungen 24, 25 verläuft. Außerdem kann dies in einigen Ausführungsbeispielen auch für mehr als zwei Wicklungen der Fall sein.
In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die erste Wicklung 24 innerhalb der zweiten Wicklung 25 angeordnet. Das heißt, die erste Wicklung 24 ist im Innenraum 25₂ der zweiten Wicklung 25 angeordnet. Dabei können die beiden Wicklungen 24, 25 berührungslos aneinander vorbeigeführt sein, das heißt zwischen den beiden Wicklungen 24, 25 kann ein Luftspalt vorhanden sein. Die beiden Wicklungen 24, 25 können also voneinander beabstandet sein.
In alternativen Ausführungsformen kann die erste Wicklung 24 aber auch außerhalb der zweiten Wicklung 25 angeordnet sein.
Außerdem können die beiden Wicklungen 24, 25 etwa senkrecht zueinander stehen. In anderen Worten kann die erste Ebene E₁ um einen ersten Winkel α zu der zweiten Ebene E₂ versetzt sein. Der Winkel α kann vorzugsweise etwa 90° aufweisen. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Winkel α etwas von 90° abweichen und ein Winkelmaß zwischen 80° und 110° aufweisen.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spule 13. Diese Spule 13 weist zusätzlich eine dritte Wicklung 26 auf. Die dritte Wicklung 26 weist hier, der Übersichtlichkeit wegen, lediglich eine Windung 26₁ auf. Die dritte Wicklung 26 kann aber auch mehrere Windungen aufweisen. Zum Beispiel kann die dritte Wicklung 26 eine Windungsanzahl N zwischen 1.000 < N < 10.000 aufweisen.
Die abgebildete Windung 26₁ der dritten Wicklung 26 ist in einer dritten Ebene E₃ angeordnet. Die dritte Ebene E₃ schneidet die zweite Ebene E₂ entlang einer zweiten Schnittgeraden g₂ . Die zweite Schnittgerade g₂ kann durch den Innenraum der dritten Wicklung 26 und/oder der zweiten Wicklung 25 und/oder der ersten Wicklung 24 verlaufen. In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel verläuft die zweite Schnittgerade g₂ durch den Innenraum der ersten Wicklung 24, der zweiten Wicklung 25 und der dritten Wicklung 26.
Die abgebildete zweite Schnittgerade g₂ schneidet außerdem die oben beschriebene erste Schnittgerade g₁ , die sich aus dem Schnitt der ersten Ebene E₁ mit der zweiten Ebene E₂ ergibt, in einem gemeinsamen Schnittpunkt S. Der gemeinsame Schnittpunkt S kann innerhalb der ersten Wicklung 24 und/oder der zweiten Wicklung 25 und/oder der dritten Wicklung 26 liegen. In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel liegt der gemeinsame Schnittpunkt innerhalb von allen drei Wicklungen 24, 25, 26.
Sofern die dritte Wicklung 26 mehr als die eine abgebildete Windung 26₁ aufweist, weist die dritte Wicklung 26 eine dritte Erstreckungsrichtung auf, die sich von der ersten Erstreckungsrichtung der ersten Wicklung 24 und der zweiten Erstreckungsrichtung der zweiten Wicklung 25 unterscheidet. Die Mittelachse der dritten Wicklung 26 würde dann dementsprechend durch die dritte Wicklung 26 und/oder die zweite Wicklung 25 und/oder die erste Wicklung 24 verlaufen. Außerdem könnten sich die Mittelachsen der ersten Wicklung 24 und/oder der zweiten Wicklung 25 und/oder der dritten Wicklung 26 in einem gemeinsamen Schnittpunkt schneiden. Dieser gemeinsame Schnittpunkt könnte dem in 3 abgebildeten Schnittpunkt S der beiden Schnittgeraden g₁ , g₂ entsprechen.
Die in 3 abgebildeten Wicklungen 24, 25, 26 der Spule 13 können außerdem symmetrisch zueinander angeordnet sein. Der gemeinsame Schnittpunkt S liegt hierbei im Zentrum von allen drei Wicklungen 24, 25, 26. Allgemeiner ausgedrückt kann der gemeinsame Schnittpunkt S im Zentrum von zumindest einer der Wicklungen 24, 25, 26 der Spule 13 liegen.
Die dritte Wicklung 26 kann, insbesondere bei zwei oder mehr Windungen, in einer dritten Wicklungsrichtung verlaufen. In 3 entspräche diese dritte Wicklungsrichtung einer Erstreckungsrichtung parallel zu der dritten Ebene E₃ , das heißt in der abgebildeten x-Richtung. Diese dritte Wicklungsrichtung definiert eine dritte geometrische Wirkrichtung im Raum, so wie dies weiter oben bereits beschrieben wurde.
Die dritte Ebene E₃ kann außerdem zu der ersten Ebene E₁ um einen zweiten Winkel β versetzt sein. Der zweite Winkel β kann etwa 90° betragen. In einigen Ausführungsbeispielen kann dieser zweite Winkel β von 90° abweichen und ein Winkelmaß zwischen 80° und 110° aufweisen.
Die dritte Ebene E₃ kann außerdem zu der zweiten Ebene E₂ um einen dritten Winkel γ versetzt sein. Der dritte Winkel γ kann etwa 90° betragen. In einigen Ausführungsbeispielen kann dieser dritte Winkel γ von 90° abweichen und ein Winkelmaß zwischen 80° und 110° aufweisen.
Alle drei Wicklungen 24, 25, 26 sind ineinander verschachtelt angeordnet. So sind beispielsweise die erste Wicklung 24 und die zweite Wicklung 25 innerhalb der dritten Wicklung 26 angeordnet. Die Wicklungsanordnung 23 kann also beispielsweise von innen nach außen gewickelt sein. Dies ergibt ein günstiges Wicklungsschema, wie es maschinell unkompliziert zu fertigen sein kann.
Die Spule 13 weist auch hier wieder zwei Kontaktabschnitte 21, 22 auf, wobei die Wicklungsanordnung 23 der Spule 13 zwischen diesen zwei Kontakten 21, 22 seriell verläuft. Die Wicklungsanordnung 23 kann demnach einstückig ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich um einen einzelnen Kupferdraht handeln, der wie hierin beschrieben, geformt werden kann, um die Wicklungsanordnung 23 zu erhalten.
Außerdem kann die Wicklungsanordnung 23, wie in den 2 und 3 beispielhaft abgebildet ist, sphärisch ausgestaltet sein. Eine solche sphärische Ausgestaltung bietet eine günstige Verteilung der einzelnen geometrischen Wirkrichtungen im Raum.
Nachdem Ausführungsbeispiele der Wicklungsanordnung 23 der Spule 13 strukturell beschrieben wurden, wird nachfolgend die erfindungsgemäße Messvorrichtung 10 mit dieser Spule 13 insbesondere funktionell beschrieben.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10.
Die Messvorrichtung 10 kann einen Energiespeicher 41 aufweisen, der ausgestaltet sein kann, um zum dauerhaften Verbleib in das Messobjekt 12 einbringbar zu sein. Der Sensor 11 kann beispielsweise mit dem Energiespeicher 41 gekoppelt sein. Der Energiespeicher 41 kann beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie oder ein Akku sein. Der Energiespeicher 41 kann ausgestaltet sein, um mittels der Spule 13 empfangene elektromagnetische Energie 16 zu speichern. Der Energiespeicher 41 kann also mittels der empfangenen elektromagnetischen Energie 16 aufladbar sein.
Die Messvorrichtung 10 kann ferner einen Datenspeicher 42 aufweisen, der ausgestaltet sein kann, um zum dauerhaften Verbleib in das Messobjekt 12 einbringbar zu sein. Der Sensor 11 kann beispielsweise mit dem Datenspeicher 42 gekoppelt sein. Der Datenspeicher 42 kann ein einfach oder mehrfach beschreibbarer und/oder lesbarer, flüchtiger oder nicht flüchtiger Datenspeicher sein.
Der Datenspeicher 42 dient zum Austausch von Daten mittels der gesendeten elektromagnetischen Energie 15 und/oder mittels der empfangenen elektromagnetischen Energie 16.
Die mit dieser Spule 13 ausgestattete Messvorrichtung 10 hat den Vorteil, dass sie in alle drei Raumrichtungen eine hervorragende Empfangs- bzw. Abstrahlcharakteristik für die elektromagnetische Energie, d.h. für elektromagnetische Wellen, aufweist.
In 5 ist schematisch ein mit einer Spule 13 ausgestatteter Sensor 11 gezeigt. Diese Spule 13 entspricht der zuvor mit Bezug auf 3 diskutierte Spule mit drei Wicklungen 24, 25, 26. Da jede der drei Wicklungen 24, 25, 26 eine unterschiedliche geometrische Wirkrichtung im Raum definiert, kann diese Spule 13 in allen drei Raumrichtungen, d.h. in x-, y- und in z-Richtung eine hervorragende Empfangs- bzw. Abstrahlcharakteristik aufweisen.
Wie zu sehen ist, kann dadurch der gesamte Raum um die Spule 13 herum abgedeckt werden. Die von der Spule 13 ausgesendete Strahlung 15_x , 15_y , 15_z kann sich beispielsweise kugelförmig um die Spule 13 bzw. den Sensor 11 herum ausbreiten. Selbiges gilt analog in umgekehrter Richtung für die Empfangscharakteristik der Spule 13.
Somit bietet die vorliegende Messvorrichtung 10 den Vorteil, dass die Spule 13 unabhängig von der Position und Orientierung des Sensors 11 bzw. der Spule 13 innerhalb des Messobjekts 12 die elektromagnetische Strahlung senden und/oder empfangen kann.
Der Sensor 11 bzw. die Spule 13 können also in einer beliebigen Position und Orientierung innerhalb des Messobjekts 12 angeordnet sein, wobei die Funktionsfähigkeit der Messvorrichtung 10 nahezu uneingeschränkt aufrechterhalten werden kann.
Dies ist insbesondere bei Ackerböden von Vorteil, insbesondere wenn ein oder mehrere Sensoren 11 der vorgenannten Art in dem Ackerboden 12 vergraben werden. Beim Umpflügen des Ackers kann es leicht passieren, dass die Sensoren 11 bzw. die jeweils damit gekoppelte/n Spule/n 13 in ihrer Orientierung und Position innerhalb des Ackerbodens 12 verändert werden. Bei gängigen Sensoren mit Spulen, die lediglich eine einzige geometrische Wirkrichtung im Raum aufweisen, kann dies schnell dazu führen, dass diese Sensoren nicht mehr auslesbar bzw. kontaktierbar sind, wenn diese im Boden eine ungünstige Orientierung aufweisen. Die erfindungsgemäßen Sensoren 11 hingegen können weiterhin, unabhängig von deren Position und Orientierung, auslesbar bzw. kontaktierbar sein.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10. Hier weist die Messvorrichtung 10 ein Sensornetzwerk 60 auf. Das Sensornetzwerk 60 weist den zuvor beschriebenen Sensor 11 mit einer Spule 13, und zusätzlich dazu einen weiteren Sensor 11a auf.
In einem Ausführungsbeispiel, links in 6, teilen sich der Sensor 11 und der weitere Sensor 11a gemeinsam die Spule 13. Das heißt, der weitere Sensor 11a ist mit derselben Spule 13 gekoppelt wie der Sensor 11.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, rechts in 6, ist neben dem Sensor 11 und der Spule 13 ein weiterer Sensor 11b in dem Sensornetzwerk 60 vorhanden, wobei dieser weitere Sensor 11b eine eigene Spule 13b der vorgenannten Art aufweist. Das heißt, die Spule 13b kann alle Ausgestaltungen aufweisen, die hierin mit Bezug auf die Spule 13 beschrieben sind.
Weitere Ausführungsbeispiele sehen eine Kombination der oben beschriebenen Sensornetzwerke 60 vor, wobei ein oder mehrere weitere Sensoren vorhanden sein können, die sich eine Spule mit einem oder mehreren weiteren Sensoren teilen, und/oder wobei jeder Sensor eine eigene Spule aufweist.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensornetzwerks 60. Dieses Sensornetzwerk 60 weist eine zentrale Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle 70 auf. Die zentrale Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle 70 ist ebenfalls ausgebildet, um zum dauerhaften Verbleib in das Messobjekt 12 einbringbar zu sein. Die zentrale Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle 70 kann die Steuerung des Sensornetzwerks 60 übernehmen.
Das Sensornetzwerk 60 kann den bereits zuvor beschriebenen Sensor 11 sowie einen oder mehrere weitere Sensoren, wie zum Beispiel einen Sensor 11a, der sich eine Spule 13 mit dem Sensor teil, oder einen Sensor 11b mit eigener Spule 13b, aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Sensornetzwerk 60 außerdem einen weiteren Sensor 11c aufweisen.
Der Sensor 11 und die ein oder mehreren weiteren Sensoren 11a, 11b, 11c können mit der zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle 70 gekoppelt sein, wie beispielhaft anhand der Leitungen 71, 72, 73, 74 dargestellt ist. Diese Leitungen 71, 72, 73, 74 können drahtgebunden oder als Funkkanal ausgebildet sein.
Mittels dieser Leitungen 71, 72, 73, 74 können die Sensoren 11, 11a, 11b, 11c mit der zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle 70 kommunizieren. Alternativ oder zusätzlich können die Sensoren 11, 11a, 11b, 11c von der zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle 70 mit Energie versorgt werden. Jeder der Sensoren 11, 11a, 11b, 11c kann, so wie zuvor mit Bezug auf 4 beschrieben wurde, einen Energiespeicher 41 und/oder einen Datenspeicher 42 aufweisen, die der Übersichtlichkeit wegen in 7 nicht dargestellt sind.
Die zentrale Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle 70 kann eine Spule 13c aufweisen. Die Spule 13c kann eine Spule der vorgenannten Art sein. Das heißt, die Spule 13c kann alle Ausgestaltungen aufweisen, die hierin mit Bezug auf die Spule 13 beschrieben sind.
Der Sensor 11c kann beispielsweise keine eigene Spule aufweisen, sondern mit der Spule 13c der zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle 70 gekoppelt sein. In Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass nicht nur die ein oder mehreren weiteren Sensoren 11a, 11b, 11c, sondern auch der Sensor 11 mit der Spule 13c der zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle 70 gekoppelt sind. In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass alle Sensoren 11, 11a, 11b, 11c innerhalb des Sensornetzwerks 60 mit der Spule13c der zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle 70 gekoppelt sind.
Die mit den Spulen 13, 13a, 13b, 13c empfangene elektromagnetische Energie kann genutzt werden, um den mit der jeweiligen Spule gekoppelten Sensor 11, 11a, 11b, 11c, beziehungsweise einen damit verbundenen Energiespeicher 41, drahtlos zu laden.
Die mit den Spulen 13, 13a, 13b, 13c empfangbare und auszusendende elektromagnetische Energie kann auch dazu genutzt werden, um den mit der jeweiligen Spule 13, 13a, 13b, 13c gekoppelten Sensor 11, 11a, 11b, 11c, beziehungsweise einen damit verbundenen Energiespeicher 41 zu laden und/oder einen damit verbundenen Datenspeicher 42, drahtlos auszulesen und/oder zu beschreiben.
Bei dem Sensor 11 kann es sich dabei insbesondere um einen ionensensitiven Sensor handeln, der ausgestaltet sein kann, um einen mittels Ionen bestimmbaren Parameter in dem Messobjekt 12 zu messen. Beispielsweise kann es sich bei diesem Parameter um einen Parameter aus der Gruppe von Nitrat, Nitrid, Chlorid, Fluorid, Sulfat, Ammonium, Ammoniak, Sauerstoff, Phosphate, Kalium, Natrium, Kalzium oder ein jeweiliges Abbauprodukt desselbigen handeln, sodass eine Möglichkeit einer Messung von Ionen zur Kontrolle von Böden und Wasserqualität (oder auch Düngemittelqualität) besteht.
Die Parameter Ammonium und Ammoniak eignen sich sehr gut als Indikatoren für Gewässerverunreinigungen durch häusliche Abwässer und landwirtschaftliche Produktion. Bei Ammonium handelt es sich um einen ungiftigen Pflanzennährstoff. Ammoniak hingegen ist ein farbloses, stechend riechendes giftiges Gas. Beide Formen kommen im Wasser nebeneinander vor. Wichtig dabei ist an dieser Stelle der Bezug zum pH-Wert. Um den Neutralpunkt 7,0 liegt ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen Ammonium und Ammoniak vor. Verschiebt sich der pH-Wert ins alkalische (basische) Milieu, so wird aus den Ammonium-Ionen das Ammoniak freigesetzt. In stark basischen Lösungen liegt freies Ammoniak vor, welches in höheren Konzentrationen für jegliches Leben im Gewässer tödlich ist.
Gemessen werden kann der Ammonium-Gehalt, der bis ca. 0,3 mg/l eine geringe Belastung anzeigt. Werte über 0,7 mg/l sind als kritisch anzusehen.
Ein weiterer messbarer Parameter ist Nitrat. Landwirte müssen gesetzliche Vorgaben bezüglich Nitratkonzentrationen in Brunnen-/Trinkwasseranlagen engmaschig kontrollieren und die Grenzwerte dürfen 50 mg/l nicht übersteigen. Die Düngung muss im Rahmen der Stickstoffbilanz mit maximal 150 - 170 kg N pro ha pro Jahr erfolgen.
Ist die Menge an ausgebrachtem Stickstoff zu hoch um von den Pflanzen verstoffwechselt zu werden, wird neben einer Anreicherung von Nitrat im Boden bzw. Grundwasser als bakterielles Stoffwechselprodukt Lachgas gebildet, welches in hohem Maße klimarelevant ist und CO₂ bezüglich Global Warming Potential um ein Vielfaches übersteigt.
Die Grenzwerte für Chlorid-, Natrium- und Sulfationen sowie der Leitfähigkeit im Leitungswasser sind in der „Verordnung über Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch“ geregelt.
Die ein oder mehreren weiteren Sensoren 11a, 11b, 11c können ebenfalls derartige ionensensitive Sensoren sein. Alternativ dazu können ein oder mehrere der weiteren Sensoren 11a, 11b, 11c ionenunabhängige Sensoren sein, die ausgestaltet sind, um dauerhaft in das Messobjekt 12 einbringbar zu sein und mindestens einen Parameter aus der Gruppe von einer Temperatur des Messobjekts 12, einem Füllstand des Messobjekts 12, einer Feuchtigkeit des Messobjekts 12, einer Fließgeschwindigkeit des Messobjekts 12, einem Durchfluss des Messobjekts 12, einem pH-Wert des Messobjekts 12, dem Gehalt eines Gases in dem Messobjekt 12, dem Sauerstoffgehalt in dem Messobjekt 12 und einer elektrischen Leitfähigkeit des Messobjekts 12 zu messen.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messsystems 80 aufweisend eine hierin beschriebene Messvorrichtung 10 mit einem Sensor 11 und einer mit dem Sensor 11 gekoppelten Spule 13, die beide zum dauerhaften Verbleib in das Messobjekt 12 einbringbar sind.
Das Messsystem 80 weist zusätzlich eine außerhalb des Messobjekts 12 befindliche drahtlose Energieübertragungsvorrichtung 81a, 81, 81c auf, die ausgestaltet ist, um drahtlos elektromagnetische Energie mit der Spule 13 der Messvorrichtung 10 auszutauschen.
Die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung kann beispielsweise stationär außerhalb des Messobjekts 12 angeordnet sein, wie dies am Beispiel der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung 81a abgebildet ist.
Die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung kann aber auch ausgestaltet sein, um mobil, zum Beispiel an einem Fahrzeug 82, angeordnet zu werden, wie dies am Beispiel der an einem LKW 82 angeordneten Energieübertragungsvorrichtung 81b abgebildet ist.
Die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung kann auch ausgestaltet sein, um an einem Fluggerät 83, zum Beispiel an einer Drohne, angeordnet zu werden, wie dies am Beispiel der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung 81c abgebildet ist.
In einem Ausführungsbeispiel kann die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung 81a, 81b, 81c eine Spule 13 der vorgenannten Art aufweisen, die der Übersichtlichkeit wegen in 8 nicht näher eingezeichnet ist. Das heißt, in dem erfindungsgemäßen Messsystem 80 können sowohl die Messvorrichtung 10 als auch die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung 81a, 81b, 81c jeweils eine Spule aufweisen, wie sie hierin mit Bezug auf die Spule 13 beschrieben ist.
Dies hat den Vorteil, dass eine Kommunikation zwischen der außerhalb des Messobjekts 12 angeordneten drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung 81a, 81b, 81c und der im Messobjekt 12 befindlichen Messvorrichtung 10 unabhängig von der Position und Orientierung der jeweiligen Spulen im Raum durchführbar ist.
Die in dem Messobjekt 12 eingebrachte Spule 13 der Messvorrichtung 10 kann elektromagnetische Signale 16 von der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung 81a, 81b, 81c empfangen und/oder elektromagnetische Signale 15 zu der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung 81a, 81b, 81c senden.
Es kann auch vorstellbar sein, dass Sensornetzwerke 60, wie sie zuvor mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben wurden, in dem in 8 beispielhaft abgebildeten Messsystem 80 Verwendung finden können.
Nachfolgend soll die Erfindung nochmals in anderen Worten kurz zusammengefasst werden:
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung 10 beziehungsweise das erfindungsgemäße Messsystem 80 können ein Gesamtsystem zum sogenannten Precision Farming bilden.
Das Messsystem 80 kann eine Messvorrichtung 10 aufweisen, die zum Beispiel im Boden oder Wasser versenkt werden kann. Die Messvorrichtung 10 kann einen oder mehrere Sensoren 11, 11a, 11b, 11c aufweisen. Die Sensoren 11, 11a, 11b, 11c können beispielsweise gedruckt (Sensoren erster Art 11) oder konventionell gefertigt werden (Sensoren zweiter Art 11a, 11b, 11c). Es kann sich um ionenselektive Sensoren handeln, die miteinander kombiniert werden können, oder um Sensoren zur Messung von Sauerstoffgehalt, Temperatur, Wasserstand, Füllstand, Fließgeschwindigkeit, Durchfluss oder Summenparametern wie pH-Wert oder Leitfähigkeit.
Die Sensoren 11, 11a, 11b, 11c können Speichereinheiten 41 aufweisen, die über eine geeignete Elektronik (z.B. Gleichrichter) drahtlos geladen werden können. In einer Ausführungsform kann das Laden mit induktivem Wirkprinzip erfolgen. Anstelle einer einzigen Ladespule 13 zur Übertragung der Energie können auch mehrere Ladespulen verwendet werden, die unabhängig voneinander bzgl. ihres geometrischen Winkels zueinander im Raum angeordnet sein können.
Dadurch ist speziell für die landwirtschaftliche Anwendung ein positionstolerantes Laden möglich, das keine fest definierte geometrische Orientierung im Raum zu der Ladespule 13 erfordert. Damit wird auch der Anwendungsfall abgedeckt, wenn die Sensoren 11, 11a, 11b, 11c im Boden 12 aufgrund von Bewegungen im Erdreich durch Niederschläge oder umwälzende Bearbeitungsschritte (z.B. Pflügen) ihre Orientierung im Raum ändern.
Weiterhin ist diese Strategie vorteilhaft, wenn sich ein landwirtschaftliches Gerät 82 (z.B. Traktor, Mähdrescher, Erkundungsfahrzeug) in fortlaufender Bewegung über die Sensoren 11, 11a, 11b, 11c hinweg bewegt. Ein örtliches Verweilen über den Sensoren 11, 11a, 11b, 11c zum Laden ist damit nicht erforderlich. Dies ist auch dadurch vorteilhaft, da die gleichbleibende Orientierung des landwirtschaftlichen Geräts 82 im Raum aufgrund unterschiedlicher Bodenstrukturen (z.B. Mulden, Fahrrillen, Erdreichbewegungen) nicht sichergestellt werden kann.
Die Übertragung der Energie zum Laden der Speichereinheiten 41 kann mit konstanter oder variabler Frequenz erfolgen. In einer Ausführungsform erfolgt der Betrieb festfrequent in einem geschickt gewählten Arbeitspunkt so, dass keine aufwändige und kostenintensive Regelung der Übertragungseinheit 81a, 81b, 81c erfolgen muss.
Die Sensoren 11, 11 a, 11b, 11c können in ein Sensorarray geschalten werden. Sensoren können sowohl einzeln als auch im Sensorverbund, d.h. in einem Sensornetzwerk 60 verwendet werden. Ein Sensornetzwerk 60 beziehungsweise ein Sensorknoten kann ein oder mehrere Sensoren der ersten Art 11 und/oder der ein oder mehrere weitere Sensoren der zweiten Art 11a, 11b, 11c aufweisen.
Die Sensoren 11, 11a, 11b, 11c beziehungsweise Sensorknoten und Sensornetzwerke 60 können eine Datenspeichereinheit 42 aufweisen, die ebenfalls induktiv, also kabellos ausgelesen werden kann. Das Sensorsignal kann kontinuierlich (oder auch nicht kontinuierlich) gespeichert und zur Evaluation an einen zentralen Server kommuniziert werden.
Die Sensoren 11, 11a, 11b, 11c und gegebenenfalls auch die Speichereinheiten 41, 42 können derart ausgestaltet sein, dass diese keine giftigen Materialien aufweisen und sie im Optimalfall nach Gebrauch schnell und ohne Rückstände zersetzt werden. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, indem die Sensoren 11, 11a, 11b, 11c aus Werkstoffen hergestellt sind, die biokompostierbares Material aufweisen.
Die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung 81a, 81b, 81c, die auch als eine Lade- und/oder Ausleseeinheit bezeichnet werden kann, kann derart ausgestaltet sein, dass sie zum Beispiel in landwirtschaftliche Großmaschinen integriert werden kann (z.B. Traktoren, Mähdrescher usw.) oder in ein anderes landwirtschaftliches Gerät (z.B. Farming Roboter).
Alternativ, z.B. wenn hohe Ernte auf den Feldern steht, können flexiblere Einheiten wie Drohnen 83 eingesetzt werden, an denen die Lade- und Auslese-Einheit 81c angebracht sein kann. Die Daten aus dem kompletten Sensorarray 60 können dann ausgelesen und in einer zentralen Einheit vereint werden.
In einem weiteren Schritt können diese Daten dann mittels spezifisch entwickelten Algorithmen als Kontextinformation ausgewertet und in einer für den User verwertbaren Form über ein Userinterface ausgegeben. Durch ein hinterlegtes Auswertesystem kann dem User dann auch eine Empfehlung gegeben werden, zum Beispiel was er anbauen soll, welchen und wieviel Dünger und wieviel Wasser er verwenden soll.
Da die Sensoren 11, 11a, 11b, 11c zum dauerhaften Verbleib in dem Messobjekt 12 einbringbar sind, können diese Sensoren nicht nur Informationen zum Oberflächenzustand des Messobjekts 12 (z.B. Acker, Feld) geben, sondern es können auch Informationen zur Zusammensetzung des Messobjekts 12 in der Tiefe oder gar zum Zustand des Grundwassers abgerufen werden.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung 10 und das erfindungsgemäße Messsystem 80 können insbesondere die folgenden Vorteile aufweisen:

• Kostenersparnis bei den Düngemitteln: Der Dünger kann bedarfsgerecht eingesetzt werden.
• Konzept ist für ein breites Anwenderspektrum nutzbar (Bodenqualität, Wasserqualität, Brauchwasserqualität, Grundwasserbelastung, Düngemittelzusammensetzung, ...). Durch Kombination verschiedener Sensoren 11, 11a, 11b, 11c in einem Sensornetzwerk 60 kann eine Anpassung an die Anforderungen (z.B. Einhaltung von Grenzwerten; Optimierung des Chemikalieneinsatzes; ...) problemlos ermöglicht werden.
• Kontinuierliches Monitoring von Böden und Wässern mit schnellen, sehr genauen Messungen für schnelle und direkte Rückmeldung und kurze Reaktionszeiten, auch auf großen Agrarflächen oder in entfernt gelegenen Gebieten kann ohne ständige Begleitung durch Personal (keine Probenabnahme oder Auswertung im Labor notwendig) durchgeführt werden.
• Erleichterung der gesetzlichen Vorschriften zur Wasser- und Bodenkontrolle und schnelleres Reagieren des Landwirts hinsichtlich der Düngung bzw. Wasserqualität.
• Einhalten der Trinkwasserverordnung §17 TrinkwV:2001 2.ÄV 2012, auch bei Leitungen zu Viehtränken in Lebensmittel- oder landwirtschaftlichen Betrieben.

Auch die technischen Einsatz- und Anwendungsgebiete können sehr vielseitig sein. Vorstellbare Anwendungsgebiete finden sich insbesondere in der Land- und Wasserwirtschaft:

• Die Anwendung in der Landwirtschaft kann beinhalten:
- o Einbringen der Sensoren 11, 11a, 11b, 11c in bewirtschaftete Böden 12 (z.B. Bestimmung der optimalen Düngemittelkonzentration und - zusammensetzung; Bestimmen des optimalen Aussaatzeitpunkts, Bestimmung der optimalen Feuchte, Kontrolle des Stickstoffgehaltes in Form von Nitratgrenzwerten usw.)
- o Einbringen der Sensoren 11, 11a, 11b, 11c in Grundwasserleiter 12, die durch Agrarflächen beeinflusst werden, z.B. zur Kontrolle bzw. Vermeidung von Kontamination
- o Einbringen der Sensoren 11, 11a, 11b, 11c in Wasserspeicher 12 (die landwirtschaftlich genutzt werden können), in Gülletanks zur Abklärung von Düngegehalt vor dem Aufbringen auf das Feld, Kontrolle von Trink- und Brunnenwasser (gesetzliche Vorschrift auch für landwirtschaftliche Betriebe)
- o Einbringen der Sensoren 11, 11a, 11b, 11c in Nutzgewässer 12 z.B. für die Fischzucht, Muschelzucht, Schalentierzucht (Vermeidung der Eutrophierung der Gewässer, optimierter/reduzierter Einsatz von Pharmaka, Kontrolle über Krankheitserreger, etc.)
• Anwendung in der Wasserwirtschaft:
- o Einbringen der Sensoren 11, 11a, 11b, 11c an logischen Stellen in Grund- und Oberflächenwässern 12 (oberflächennahe und oberflächenferne Grundwasserleiter, Meere, Seen, Flüsse, Bäche), Brunnen, Tiefbrunnen, Wasseraufbereitungsanlagen, Schwimmbecken, Wasserleitungen, Wasserhähnen, Hauswasserwerken, Wasserwerken, Pumpen, Heizungsanlagen, Wasserfiltern, Wasseruhren
• Anwendung im privaten Gebrauch
- o Aquaristik, Filter in Kühlschränken, Trinkwasserfilter, Wasserhähne, Gartenbewässerung, Swimmingpools, Gartenteiche

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017211282 [0011]

Claims

Messvorrichtung (10) mit einem Sensor (11), der ausgestaltet ist, um zum Verbleib in ein Messobjekt (12) einbringbar zu sein und mindestens einen Parameter innerhalb des Messobjekts (12) zu messen, wobei der Sensor (11) mit einer Spule (13) zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Energie gekoppelt ist, wobei die Spule (13) zwei Kontaktabschnitte (21, 22) und eine zwischen diesen zwei Kontaktabschnitten (21, 22) seriell verlaufende Wicklungsanordnung (23) aufweist, wobei die Wicklungsanordnung (23) eine erste Wicklung (24) aufweist und mindestens eine Windung (24₁) der ersten Wicklung (24) in einer ersten Ebene E₁ im Raum angeordnet ist, und wobei die Wicklungsanordnung (23) eine zweite Wicklung (25) aufweist und mindestens eine Windung (25₁) der zweiten Wicklung (25) in einer zweiten Ebene E₂ im Raum angeordnet ist, wobei die erste Ebene E₁ und die zweite Ebene E₂ eine gemeinsame Schnittgerade g₁ aufweisen, die innerhalb der ersten Wicklung (24) und/oder innerhalb der zweiten Wicklung (25) verläuft.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die erste Wicklung (24) in eine erste Wicklungsrichtung verläuft, die eine erste geometrische Wirkrichtung im Raum definiert, und wobei die zweite Wicklung (25) in eine zweite Wicklungsrichtung verläuft, die eine zweite geometrische Wirkrichtung im Raum definiert.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die gemeinsame Schnittgerade g₁ der ersten Ebene E₁ und der zweiten Ebene E₂ durch den Innenraum der ersten und/oder der zweiten Wicklung (24, 25) verläuft.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Wicklung (25) innerhalb der ersten Wicklung (24) angeordnet ist, oder wobei die erste Wicklung (24) innerhalb der zweiten Wicklung (25) angeordnet ist.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Ebene E₁ zu der zweiten Ebene E₂ um einen ersten Winkel α zwischen 80° und 110°, und bevorzugt um 90°, versetzt ist.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklungsanordnung (23) eine dritte Wicklung (26) aufweist, die in einer dritten Ebene E₃ im Raum angeordnet ist, wobei die erste Ebene E₁, die zweite Ebene E₂ und die dritte Ebene E₃ einen gemeinsamen Schnittpunkt S aufweisen, der innerhalb der ersten Wicklung (24) und/oder der zweiten Wicklung (25) und/oder der dritten Wicklung (26) liegt.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die dritte Wicklung (26) in einer dritten Wicklungsrichtung verläuft, die sich von der ersten und der zweiten Wicklungsrichtung unterscheidet und eine dritte geometrische Wirkrichtung im Raum definiert.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der gemeinsame Schnittpunkt S im Zentrum der ersten Wicklung (24) und/oder im Zentrum der zweiten Wicklung (25) und/oder im Zentrum der dritten Wicklung (26) liegt.
Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die dritte Ebene E₃ zu der ersten Ebene E₁ um einen zweiten Winkel β zwischen 80° und 110°, und bevorzugt um 90°, versetzt ist und/oder wobei die dritte Ebene E₃ zu der zweiten Ebene E₂ um einen dritten Winkel γ zwischen 80° und 110°, und bevorzugt um 90°, versetzt ist.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklungsanordnung (23) einstückig ausgebildet ist.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklungsanordnung (23) sphärisch ausgestaltet ist.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (10) einen mit dem Sensor (11) gekoppelten Energiespeicher (41) zum Speichern von mittels der Spule (13) empfangener elektromagnetischer Energie aufweist, wobei der Energiespeicher (42) ausgestaltet ist, um zum Verbleib in das Messobjekt (12) einbringbar zu sein.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (10) einen mit dem Sensor (11) gekoppelten Datenspeicher (42) zum Austausch von Daten mittels der gesendeten und/oder empfangenen elektromagnetischen Energie aufweist, wobei der Datenspeicher (42) ausgestaltet ist, um zum Verbleib in das Messobjekt (12) einbringbar zu sein.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (11) ein ionensensitiver Sensor ist, und wobei der mittels des Sensors (11) zu messende mindestens eine Parameter des Messobjekts (12) ein Parameter aus der Gruppe von Nitrat, Nitrid, Chlorid, Fluorid, Sulfat, Ammonium, Ammoniak, Sauerstoff, Phosphate, Kalium, Natrium, Kalzium oder ein jeweiliges Abbauprodukt desselbigen ist.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (10) ein Sensornetzwerk (60) aufweist, wobei das Sensornetzwerk (60) den Sensor (11) und mindestens einen weiteren Sensor (11a, 11b) aufweist, wobei der weitere Sensor (11 a) mit derselben Spule (13) gekoppelt ist wie der Sensor (11), oder wobei der weitere Sensor (11b) mit einer weiteren Spule (13b) der vorgenannten Art gekoppelt ist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 15, wobei das Sensornetzwerk (60) eine zentrale Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle (70) aufweist, die ausgestaltet ist, um zum Verbleib in das Messobjekt (12) einbringbar zu sein, und wobei der Sensor (11) und der weitere Sensor (11a, 11b, 11c) mit der zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle (70) gekoppelt sind und ausgestaltet sind, um mit der zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle (70) zu kommunizieren und/oder um von der zentralen Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle (70) mit Energie versorgt zu werden.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 16, wobei die zentrale Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle (70) die Spule (13c) aufweist, und der Sensor (11) und/oder der weitere Sensor (11a, 11b, 11c) über die zentrale Kommunikations- und/oder Ladeschnittstelle (70) mit der Spule (13c) gekoppelt sind.
Messvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der mindestens eine weitere Sensor (11a, 11b, 11c) ein ionensensitiver Sensor ist, oder wobei der mindestens eine weitere Sensor (11a, 11b, 11c) ein ionenunabhängiger Sensor ist, der ausgestaltet ist, um in das Messobjekt (12) einbringbar zu sein und mindestens einen Parameter aus der Gruppe von Temperatur, Füllstand, Fließgeschwindigkeit, Durchfluss, pH-Wert, dem Gehalt eines Gases in dem Messobjekt (12), dem Sauerstoffgehalt in dem Messobjekt (12) und einer elektrischen Leitfähigkeit des Messobjekts (12) zu messen.
Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Messobjekt (12) um einen Boden oder ein Gewässer oder um ein landwirtschaftliches Produkt handelt.
Messsystem (80) mit einer Messvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer außerhalb des Messobjekts (12) befindlichen drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung (81a, 81b, 81c), die ausgestaltet ist, um drahtlos elektromagnetische Energie mit der Spule (13) der Messvorrichtung (10) auszutauschen.
Messsystem (80) nach Anspruch 20, wobei die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung (81a, 81b, 81c) ausgestaltet ist, um an einem außerhalb des Messobjekts (12) befindlichen Fahrzeug (82) oder Fluggerät (83) angeordnet zu werden.
Messsystem (80) nach Anspruch 20 oder 21, wobei die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung (81a, 81b, 81c) eine Spule (13) zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Energie aufweist, wobei die Spule (13) zwei Kontaktabschnitte (21, 22) und eine zwischen diesen zwei Kontaktabschnitten (21, 22) seriell verlaufende Wicklungsanordnung (23) aufweist, wobei die Wicklungsanordnung (23) eine erste Wicklung (24) aufweist und mindestens eine Windung (24₁) der ersten Wicklung (24) in einer ersten Ebene E₁ im Raum angeordnet ist, und wobei die Wicklungsanordnung (23) eine zweite Wicklung (25) aufweist und mindestens eine Windung (25₁) der zweiten Wicklung (25) in einer zweiten Ebene E₂ im Raum angeordnet ist, wobei die erste Ebene E₁ und die zweite Ebene E₂ eine gemeinsame Schnittgerade g₁ aufweisen, die innerhalb der ersten Wicklung (24) und/oder innerhalb der zweiten Wicklung (25) verläuft.