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Die Erfindung befasst sich mit einer Pflanzenaufzuchtvorrichtung und mit der Erkennung von Algenwachstum.
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Nicht nur in der freien Natur können in Seen und Meeresgewässern Algen wachsen und bei großer Wachstumsrate schädlich für Flora und Fauna und unter Umständen auch für den Menschen werden. Auch in elektrisch betriebenen Geräten, wie sie in Privathaushalten eingesetzt werden, kann überall dort, wo sich Feuchtigkeit oder Wasser ungewollt ansammelt oder bewusst gesammelt oder vorrätig gehalten wird, ein unerwünschtes Wachstum von Algen einstellen. So kann beispielsweise bei elektrisch betriebenen Pflanzenaufzuchtvorrichtungen, die mit einem elektrisch gesteuerten Bewässerungssystem arbeiten, in den wasserhaltenden Teilen des Bewässerungssystems eine Bildung von Algen nicht ausgeschlossen werden, wenn dort Vorratswasser für längere Zeit nicht ausgetauscht oder umgewälzt wird.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine insbesondere bei elektrischen Geräten des Privathaushalts einsetzbare Technik anzugeben, um zuverlässig das Wachstum von Algen detektieren zu können.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pflanzenaufzuchtvorrichtung bereitzustellen, welche eine gezogene Pflanzkultur vor unerwünscht starkem Algenwachstum in einem zur Bewässerung der Pflanzkultur vorgesehenen Wasservorrat schützen kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Pflanzenaufzuchtvorrichtung mit automatisierter Bewässerung vor, umfassend: ein insbesondere schalen- oder schüsselförmig ausgebildetes Nassgefäß zur Aufnahme eines der Bewässerung einer Pflanzkultur dienenden Wasservorrats; einen optischen Sensor, wobei der Sensor zwei in den Innenraum des Nassgefäßes ragende Gehäusefinger aufweist, wobei die beiden Gehäusefinger eine optische Prüfstrecke definieren, längs welcher von dem Sensor ausgesendetes Prüflicht ein Volumenstück des Wasservorrats durchläuft, wobei das Prüflicht rotes Licht oder/und blaues Licht umfasst und der Sensor dazu eingerichtet ist, rotes oder/und blaues Licht des Prüflichts nach Durchlaufen des Volumenstücks farbselektiv zu detektieren; und eine Steuereinheit zur Auswertung eines elektrischen Nutz-Detektionssignals, welches für das von dem Sensor detektierte rote oder blaue Licht repräsentativ ist, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, einen automatischen Nassspülvorgang des Nassgefäßes zu initiieren, falls die Auswertung des Nutz-Detektionssignals ergibt, dass mindestens ein algenbezogenes Kriterium erfüllt ist. Das mindestens eine algenbezogene Kriterium kann ein Kriterium betreffend eine Algenmenge oder/und ein Kriterium betreffend eine zeitliche Algenwachstumsrate umfassen. Der Nassspülvorgang ist ein Spülvorgang, bei dem das Nassgefäß mit Wasser gespült wird, indem Wasser in das Nassgefäß eingeleitet oder/und ausgeleitet wird. Er kann eine Zufuhr von Frischwasser in das Nassgefäß oder/und eine Abfuhr von Altwasser aus dem Nassgefäß umfassen. Es ist im Rahmen der Erfindung freilich nicht ausgeschlossen, in der Pflanzenaufzuchtvorrichtung vorhandenes Wasser zum Zwecke der Spülung lediglich umzuwälzen, ohne dabei dem Nassgefäß Frischwasser zuzuführen. Ziel des Nassspülvorgangs ist es jedenfalls, die Algenkonzentration in dem Wasservorrat zu senken.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, durch eine auf das Absorptionsspektrum von Chlorophyll-Molekülen abgestimmte farbspektroskopische Lichtuntersuchung eines in einem Nassgefäß vorhandenen Wasservolumens das Vorhandensein von Algen in dem Nassgefäß zu erkennen. Der Begriff der Algen ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung breit zu verstehen und soll auch photosynthetisch aktive Cyano-Bakterien umfassen, die umgangssprachlich oft als Blaualgen bezeichnet werden, im streng biologischen Sinn aber nicht zu den als Algen bezeichneten Organismen gezählt werden. Um Photosynthese betreiben zu können, besitzen Algen Chlorophyll-Moleküle. Diese zeichnen sich typischerweise durch ein Absorptionsspektrum aus, das eine signifikante Grünlücke aufweist, weswegen Photosynthese betreibende Algen üblicherweise ein grünliches Erscheinungsbild aufweisen. Diesseits und jenseits der Grünlücke zeigt das Absorptionsspektrum von Chlorophyll-Molekülen typischerweise ein Absorptionsmaximum im blauen Wellenlängenbereich oder/und ein Absorptionsmaximum im roten Wellenlängenbereich. Indem blaues oder/und rotes Prüflicht auf die Prüfstrecke (Wasservolumen) gegeben wird und nach Durchlaufen der Prüfstrecke farbselektiv rotes bzw. blaues Licht detektiert wird, ist es möglich, aus der detektierten Lichtintensität Rückschlüsse auf das Vorhandensein von Chlorophyll-bildenden Algen in dem Wasservolumen entlang der Prüfstrecke zu schließen. Noch bevor das Algenwachstum derart stark ist, dass bei einer Durchlichtmessung (Transmissionsmessung) eine Lichtschwächung allein aufgrund der Partikeldichte entlang der Prüfstrecke auftritt, kann so das Vorhandensein bereits vergleichsweise geringer Algenkonzentrationen in dem Nassgefäß detektiert werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen ist der optische Sensor in eine Gefäßwand des Nassgefäßes eingesetzt.
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Bei bestimmten Ausführungsformen weist der Sensor zwei in den Innenraum des Nassgefäßes ragende Gehäusefinger auf, die die optische Prüfstrecke definieren.
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Bei bestimmten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Pflanzenaufzuchtvorrichtung wird das Wasservolumen mit Prüflicht durchleuchtet, das zwar blaues Licht enthält, jedoch kein rotes Licht. Bei anderen Ausführungsformen wird Prüflicht verwendet, das zwar rotes Licht enthält, aber kein blaues Licht. Bei wieder anderen Ausführungsformen wird Prüflicht verwendet, das sowohl blaues als auch rotes Licht enthält. Farbselektives Detektieren bedeutet im Rahmen der vorliegenden Offenbarung die Ermittlung eines Detektionssignals speziell für einen bestimmten Farbanteil, der in dem Prüflicht enthalten ist. Wenn also in dem Prüflicht rotes Licht enthalten ist, wird nach Durchlaufen des Wasservolumens ein für das rote Licht spezifisches Detektionssignal ermittelt (welches typischerweise die empfangene Intensität des Rotlichts repräsentiert). Soweit in dem Prüflicht blaues Licht vorhanden ist, wird nach Durchlaufen des Wasservolumens ein für das blaue Licht spezifisches Detektionssignal ermittelt (welches wiederum typischerweise für die Intensität des empfangenen Blaulichts repräsentativ ist). Sind beide Farben in dem Prüflicht enthalten, werden nach Durchlaufen des Wasservolumens zwei separate Detektionssignale ermittelt, deren eines spezifisch für das empfangene Rotlicht und deren anderes spezifisch für das empfangene Blaulicht ist. Im Folgenden werden diese farbspezifischen Detektionssignale als Nutz-Detektionssignale bezeichnet, weil sie geeignet sind, spezifisch das Vorhandensein von Chlorophyll-bildenden Organismen in dem Nassgefäß zu ermitteln.
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Das Nassgefäß kann beliebige Gefäßform aufweisen. Es kann ein wassersammelndes Gefäß oder ein wasserdurchflossenes Gefäß sein. Im ersteren Fall kann es beispielsweise Schalen-, Topf- oder Wannenform haben, in letzterem Fall kann es beispielsweise nach Art eines Rohrgefäßes mit ringsum geschlossenem Querschnitt ausgeführt sein. Maßgeblich ist allein, dass in dem Nassgefäß aufgrund der vorübergehenden oder dauerhaften Anwesenheit von Wasser die Neigung zur Algenbildung besteht.
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Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst das Prüflicht blaues Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 410 und 450 nm oder in einem Wellenlängenbereich zwischen 420 und 435 nm. Moleküle des Typs Chlorophyll-a, wie man sie bei Cyano-Bakterien vorfindet, haben in wässriger Umgebung typischerweise ein Absorptionsmaximum in einem Bereich zwischen etwa 425 und 430 nm. Durch Einstrahlung von blauem Licht in das Wasservolumen mit einer Wellenlänge nahe bei diesem Blau-Absorptionsmaximum kann deshalb eine hohe Detektionsempfindlichkeit für Chlorophyll-a erzielt werden. Entsprechendes gilt, wenn das Prüflicht rotes Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 620 und 690 nm oder in einem Wellenlängenbereich zwischen 650 und 670 nm umfasst. Neben einem Blau-Absorptionsmaximum bei etwa 425 bis 430 nm haben Cyanobakterien (genauer das darin enthaltene Chlorophyll-a) in wässriger Umgebung typischerweise ein Rot-Absorptionsmaximum bei etwa 660 bis 665 nm. Durch Verwendung einer entsprechenden Rot-Wellenlänge kann wiederum eine hohe Detektionsempfindlichkeit für Cyanobakterien erreicht werden. Es versteht sich, dass andere Algenarten (z.B. Grünalgen oder Braunalgen) Rot- und Blau-Absorptionsmaxima bei etwas anderen Wellenlängen haben können. Je nach Art des Organismus, der mit der erfindungsgemäßen Pflanzenaufzuchtvorrichtung detektiert werden soll, kann es deshalb sinnvoll sein, eine andere geeignete Blau-Wellenlänge oder/und eine andere geeignete Rot-Wellenlänge für das Prüflicht zu wählen.
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Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst das Prüflicht auch infrarotes Licht, beispielsweise in einem Wellenlängenbereich von 850 und 1100 nm oder in einem Wellenlängenbereich zwischen 900 und 1000 nm. Die Pflanzenaufzuchtvorrichtung umfasst ferner ein farbselektives Detektieren infraroten Lichts des Prüflichts nach Durchlaufen des Wasservolumens, wobei das Auswerten des Nutz-Detektionssignals eine Inbezugsetzung des Nutz-Detektionssignals zu einem elektrischen Referenz-Detektionssignal umfasst, welches für das detektierte Infrarotlicht repräsentativ ist. Die Durchleuchtung des Wasservolumens mit infrarotem Licht kann ein elektrisches Referenz-Detektionssignal liefern, welches eine partikelbedingte Trübung des Wasservolumens repräsentiert. Mit Hilfe des Referenz-Detektionssignals kann das Nutz-Detektionssignal um die Wirkung partikelbedingter Trübung bereinigt werden, denn in dem Nutz-Detektionssignal schlägt sich nicht nur die Absorptionswirkung von Chlorophyll-Molekülen nieder, sondern auch die Lichtabschwächung aufgrund von Partikeln in dem Wasservolumen. Diese partikelbedingte Lichtabschwächung schlägt sich auch in dem Referenz-Detektionssignal wieder, dieses ist aber nicht oder jedenfalls nicht maßgeblich von der Absorptionswirkung der Chlorophyll-Moleküle beeinflusst. Die gegenseitig Inbezugsetzung des Nutz-Detektionssignals und des Referenz-Detektionssignals kann beispielsweise eine Differenzbildung zwischen beiden Signalen oder/und eine Normierung der Signaldifferenz auf das Referenz-Detektionssignal beinhalten.
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Bei bestimmten Ausführungsformen wird das Prüflicht unter Verwendung einer blauen, insbesondere monochromatisch blauen Leuchtdiode oder/und einer roten, insbesondere monochromatisch roten Leuchtdiode und optional zusätzlich einer IR-Leuchtdiode erzeugt. Alternativ zur Verwendung farbbegrenzter Leuchtdioden ist es denkbar, eine Weißlichtquelle zu verwenden und durch Verwendung geeigneter Farbfilter auf der Senderseite oder/und auf der Empfängerseite die gewünschte Farbselektivität der Detektion zu gewährleisten. Der Detektor kann breitbandig sein und auf alle verwendeten Farben (d.h. die „Nutz-Farben““ Rot und/oder Blau und die „Referenz-Farbe“ IR) hinreichend sensitiv ansprechen. Alternativ ist es denkbar, gesonderte Detektoren für die verschiedenen verwendeten Farben des Prüflichts zu verwenden.
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Das Prüflicht kann längs eines einzigen Strahlwegs durch das Wasservolumen entlang der Prüfstrecke ausgestrahlt werden oder es kann farbspezifisch längs mehrerer räumlich beabstandeter Strahlwege ausgestrahlt werden. Im Fall einer mehrfarbigen Ausgestaltung des Prüflichts und eines einzelnen, für alle Prüflichtfarben gemeinsamen Detektors können die verschiedenen Farben des Prüflichts zeitlich getrennt ausgestrahlt werden, sodass sie stets farbindividuell in das Wasservolumen eingestrahlt werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen ist die Pflanzenaufzuchtvorrichtung zu Folgendem eingerichtet: Ermitteln aufgrund des Nutz-Detektionssignals, ob ein vorbestimmtes, mit der Entstehung von Chlorophyll-Bildnern in dem Nassgefäß zusammenhängendes Ereignis eingetreten ist oder eintreten wird; und Steuern einer vorbestimmten Operation abhängig davon, dass der Eintritt des vorbestimmten Ereignisses festgestellt wird. Das vorbestimmte Ereignis kann beispielsweise das Erreichen einer bestimmten Konzentration Chlorophyll bildender Organismen in dem Wasservolumen sein. Alternativ oder zusätzlich kann das vorbestimmte Ereignis das Erreichen einer bestimmten zeitlichen Wachstumsrate solcher Chlorophyll-bildenden Organismen in dem Wasservolumen umfassen. Die vorbestimmte Operation, die bei Eintritt des vorbestimmten Ereignisses initiiert wird, kann beispielsweise eine Ausgabe eines visuell oder akustisch wahrnehmbaren Hinweises umfassen. Mit einem solchen Hinweis kann ein Benutzer beispielsweise dazu veranlasst werden, das Nassgefäß zu reinigen oder zumindest einen Austausch von Wasser vorzunehmen, das in dem Nassgefäß bevorratet wird. Alternativ oder zusätzlich zur Ausgabe eines Warnhinweises kann die vorbestimmte Reaktion beispielsweise die Initiierung eines automatischen Spülvorgangs umfassen, bei dem das Nassgefäß unter Zugabe eines Reinigungsmittels oder nur mit Wasser durchspült wird.
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Gemäß bestimmter Ausführungsformen umfasst die Pflanzenaufzuchtvorrichtung ferner ein mit dem Nassgefäß gekoppeltes Wasserleitungssystem zur Beschickung des Wasservorrats mit Wasser aus einer Nachschubquelle oder/und zur Versorgung der Pflanzkultur mit Wasser aus dem Wasservorrat, wobei in das Wasserleitungssystem Ventil- oder/und Pumpmittel eingebaut sind, welche von der Steuereinheit zur Durchführung des Nassspülvorgangs betätigbar sind.
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Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst die Pflanzenaufzuchtvorrichtung eine mit einer Wasserversorgung (Nachschubquelle ) ekoppelte Wasserzuführleitung mit einem Zulaufventil und eine mit einem Abfluss gekoppelte Verteilerrohranordnung mit einem Ablassventil, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, bei initiiertem Spülvorgang
- - in einem ersten Spülschritt das Ablassventil zu öffnen, um den Wasservorrat zumindest teilweise aus dem Nassgefäß in den Abfluss auszuleiten, und
- - in einem zweiten Spülschritt das Zulaufventil zu öffnen, um dem Nassgefäß Frischwasser der Wasserversorgung zuzuführen. Dies ermöglicht es, dass ein vollständiger Wasseraustausch stattfindet.
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Bei bestimmten Ausführungsformen der Pflanzenaufzuchtvorrichtung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, vor oder eine vorgegebene Zeit nach Beginn des zweiten Spülschritts das Ablassventil zu schließen. Wird das Ablassventil erst nach einer vorgegebenen Zeit nach Beginn des zweiten Spülschritts geschlossen, können beispielsweise innen an dem Nassgefäß anhaftende Algenrückstände ausgespült werden, bevor das Nassgefäß erneut mit Frischwasser aufgefüllt wird. Damit kann die Neigung zu erneutem Algenwachstum bzw. der Zeitraum bis zu einem neuen Spülvorgang reduziert werden. Wird das Ablassventil vor Beginn des zweiten Spülschritts geschlossen, kann das Auffüllen schneller beginnen und somit Zeit gespart werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen der Pflanzenaufzuchtvorrichtung umfasst diese eine in der Verteilerrohranordnung angeordnete Pumpe, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, zumindest in dem ersten Spülschritt die Pumpe zu aktivieren. Damit kann die für den ersten Spülschritt notwendige Dauer reduziert werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen der Pflanzenaufzuchtvorrichtung ist die Verteilerrohranordnung ferner mit einer in dem Nassgefäß angeordneten Beregnungseinrichtung gekoppelt ist und die Verteilerrohranordnung umfasst ferner ein Bewässerungsventil, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, für einen automatischen Bewässerungsvorgang das Bewässerungsventil zu öffnen und die Pumpe zu aktivieren und insbesondere das Ablassventil zu schließen, sodass Wasser des Wasservorrats über die Beregnungseinrichtung der Pflanzkultur zugeführt wird. Somit ist es möglich, Wasser von dem Wasservorrat über die Verteilerrohranordnung der Beregnungseinrichtung zuzuführen, sodass es aus dieser der Pflanzenkultur zugeführt wird.
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Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst die Pflanzenaufzuchtvorrichtung zumindest einen ersten Pflanzenzuchtträger, der zumindest einen Teil der Pflanzkultur trägt, wobei der erste Pflanzenzuchtträger in dem Gehäuse zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, oberhalb des Wasserspiegels angeordnet ist.
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Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst die Pflanzenaufzuchtvorrichtung einen zweiten Pflanzenzuchtträger, der einen Teil der Pflanzkultur trägt, wobei der erste Pflanzenzuchtträger in einer ersten Etage innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und der zweite Pflanzenzuchtträger in einer zweiten Etage oberhalb des ersten Pflanzenzuchtträgers angeordnet ist.
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Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst die Pflanzenaufzuchtvorrichtung auf einer der Etagen mehrere Pflanzenzuchtträger.
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Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst zumindest einer der Pflanzenzuchtträger einen Nährboden für die Pflanzkultur.
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Ein Verfahren zur Überwachung eines Nassgefäßes auf Entstehung von Chlorophyll-Bildnern umfasst die Schritte: Durchstrahlen eines Wasservolumens innerhalb des Nassgefäßes mit Prüflicht, wobei das Prüflicht rotes Licht oder/und blaues Licht umfasst; farbselektives Detektieren roten oder/und blauen Lichts des Prüflichts nach Durchlaufen des Wasservolumens; und Auswerten eines elektrischen Nutz-Detektionssignals, welches für das detektierte rote oder blaue Licht repräsentativ ist, im Hinblick auf das Vorhandensein von Chlorophyll-Bildnern in dem Nassgefäß.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es stellen dar:
- 1 schematisch ein mit einem Algensensor bestücktes Wasservorratsgefäß (Nassgefäß) einer Pflanzenaufzuchtvorrichtung;
- 2 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Pflanzenaufzuchtvorrichtung;
- 3 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Pflanzenaufzuchtvorrichtung; und
- 4 schematisch noch ein Ausführungsbeispiel einer Pflanzenaufzuchtvorrichtung.
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1 stellt in schematischer Vereinfachung ein Nassgefäß 10 dar, welches Teil einer in einem Privathaushalt nutzbaren Pflanzenaufzuchtvorrichtung ist, deren grundsätzliche Struktur und Funktion als allgemein bekannt vorausgesetzt werden. Das Nassgefäß ist beispielsweise schalen-, topf- oder schüsselförmig ausgebildet und dient im gezeigten Beispielfall zur Aufnahme eines Wasservorrats 12, der zur automatisierten Bewässerung einer Pflanzkultur (nicht näher dargestellt) dient. In die Gefäßwand des Nassgefäßes ist ein optischer Sensor 14 eingesetzt, der im gezeigten Beispielfall ein Sensorgehäuse 16 mit zwei im Einbauzustand des Sensors 14 in den Innenraum des Nassgefäßes 10 ragenden Gehäusefingern 18, 20 aufweist. Die beiden Gehäusefinger 18, 20 definieren eine gestrichelt angedeutete optische Prüfstrecke 22, längs welcher der Sensor 14 Prüflicht in Form mindestens eines kollimierten Prüflichtstrahls auszusenden vermag. Das Prüflicht wird von Leuchtdioden 24, 26 erzeugt, die auf einer in das Sensorgehäuse 16 eingesetzten Leiterplatte 28 montiert sind. Ein ebenfalls auf der Leiterplatte 28 montierter Photodetektor 30 dient zur Erzeugung eines elektrischen Strom- oder Spannungssignals, welches für die Intensität des bei dem Photodetektor 30 ankommenden Prüflichts repräsentativ ist.
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Entlang der Prüfstrecke 22 durchläuft das Prüflicht ein Wasservolumen, in welchem sich unterschiedlichste Partikel befinden können, die aufgrund ihrer Partikeleigenschaft eine Abschwächung der Lichtintensität bewirken können. Das Wachstum von Algen nach längerer Stehzeit des Wasservorrats 12 kann zudem dazu führen, dass sich in dem Wasservolumen Chorophyll-haltige Organismen befinden, die aufgrund der Absorption von Licht durch die Chlorophyll-Moleküle eine farbspezifische Lichtschwächung entlang der Prüfstrecke 22 bewirken.
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Zur Erfassung des Vorhandenseins solcher Chlorophyll-Bildner in dem Wasservolumen ist eine der Leuchtdioden 24, 26 als monochromatische rote oder blaue Leuchtdiode mit einem Emissionsmaximum bei oder nahe einem Absorptionsmaximum der zu findenden Chlorophyll-Bildner ausgebildet. Soll z.B. das Wachstum von Cyanobakterien erkannt werden, kann eine der Leuchtdioden 24, 26 eine Blau-Diode mit einem Emissionsmaximum bei etwa 425 bis 430 nm (z.B. etwa 428 nm) oder eine Rot-Diode mit einem Emissionsmaximum bei etwa 660 bis 665 nm (z.B. etwa 662 nm) sein. Die andere der Leuchtdioden 24, 26 kann von einer Infrarot (IR)-Diode gebildet sein, um eine Referenzmessung durchzuführen, welche die partikelbedingte Trübung des Prüflichts entlang der Prüfstrecke 22 erfasst. Denkbar ist im übrigen nicht nur eine Zweierkombination einer roten Leuchtdiode und einer IR-Diode oder eine Zweierkombination einer blauen Leuchtdiode und einer IR-Diode, sondern auch eine Dreierkombination einer roten Leuchtdiode, einer blauen Leuchtdiode und einer IR-Diode auf der Leiterplatte 28. Mit einer solchen Dreierkombination können farbspezifische Absorptionsmessungen bei beiden Absorptionsmaxima von Chlorophyll-a (oder anderen Chlorophyll-Typen) durchgeführt werden. Auf eine IR-Referenzmessung kann unter Umständen sogar verzichtet werden, beispielsweise falls das in dem Nassgefäß 10 vorhandene Wasser hinreichend klar ist oder falls die partikelbedingte Trübung entweder bekannt ist oder als vernachlässigbar eingeschätzt wird. In einem solchen Fall kann es genügen, die Leiterplatte 28 nur mit einer einzelnen Leuchtdiode auszustatten, die dann rot oder blau sein kann, oder für die beiden Leuchtdioden 24, 26 eine rote und eine blaue Leuchtdiode zu verwenden.
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Die Leuchtdioden 24, 26 werden zweckmäßigerweise zeitlich getaktet betrieben, so dass immer nur Licht einer Farbe auf die Prüfstrecke 22 gegeben wird und das von dem Photodetektor 30 erzeugte elektrische Signal farbspezifisch ist, also die empfangene Intensität einer bestimmten Farbe repräsentiert. Eine elektronische, beispielsweise prozessorbasierte Steuereinheit 32 wertet ein Nutz-Detektionssignal, welches für das von dem Photodetektor 30 empfangene rote oder blaue Licht repräsentativ ist, im Hinblick auf das Vorhandensein von Chlorophyll-Bildnern aus. Dabei kann die Steuereinheit 32 ggf. zusätzlich ein Referenz-Detektionssignal berücksichtigen, welches für das von dem Photodetektor 30 empfangene IR-Licht repräsentativ ist (sofern der Sensor 14 für IR-Referenzmessungen ausgerüstet ist). Das Nutz-Detektionssignal bzw. das Referenz-Detektionssignal kann unmittelbar von dem vom Photodetektor 30 erzeugten (analogen) Strom- oder Spannungssignal gebildet sein. Alternativ kann auf der Leiterplatte 28 eine geeignete Signalumwandlungsschaltung (nicht näher dargestellt) vorhanden sein, um das Strom- oder Spannungssignal des Photodetektors 30 in ein geeignetes anderes, analoges oder digitales Signalformat umzuwandeln. Bei bestimmten Ausführungsformen können zumindest Teile der Steuereinheit 32, insbesondere ein Prozessor-Chip, auf der Leiterplatte 28 lokalisiert sein. Bei anderen Ausführungsformen kann die Auswertung vollständig außerhalb des Sensors 14 erfolgen.
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Die Steuereinheit 32 ist im gezeigten Beispielfall mit einer Ausgabeeinheit 34 verbunden, welche einen optischen oder/und akustischen Warnhinweis ausgeben kann, wenn die Steuereinheit 32 eine bestimmte Menge von Algen in dem Wasservorrat 12 oder/und eine bestimmte Wachstumsrate von Algen feststellt.
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In den weiteren Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie in 1, jedoch jeweils um 100 erhöht, versehen. Soweit sich nachstehend nichts anderes ergibt, wird in Bezug auf derartige gleiche oder gleichwirkende Elemente auf die vorstehenden Ausführungen zu 1 verwiesen.
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2 zeigt eine Pflanzenaufzuchtvorrichtung 100 mit einer Mehrzahl von Pflanzenzuchtträgern 138, welche jeweils zur Aufzucht einer Pflanzkultur, z.B. von Gemüse oder Kräutern, dienen und ein hierfür geeignetes Nährsubstrat (Nährboden) aufnehmen können. Im gezeigten Beispielfall sind die Pflanzenzuchtträger 138 auf mehrere (hier zwei) Etagen übereinander verteilt, wobei in jeder Etage mehrere der Pflanzenzuchtträger 138 nebeneinander oder/und voreinander aufgestellt werden können. Es versteht sich, dass eine solche mehrgeschossige Ausgestaltung der Pflanzenaufzuchtvorrichtung 100 nur beispielhaft ist und dass stattdessen die Pflanzenaufzuchtvorrichtung 100 alternativ nur eine einzige Etage zur Aufstellung der Pflanzenzuchtträger 138 bereitstellen kann.
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Die Pflanzenaufzuchtvorrichtung 100 kann beispielsweise nach Art eines Zuchtschranks mit einem Schrankkorpus und einer Schranktür ausgebildet sein, wobei der Nutzer durch Öffnen der Schranktür Zugang zu den Pflanzenzuchtträgern 138 erlangen kann. In dem Zuchtschrank ist ein Wasservorrat 112 bevorratbar, aus welchem die in den Pflanzenzuchtträgern 138 gezogenen Pflanzen mit Wasser versorgt werden können. Der Zuchtschrank stellt einen geeigneten Vorratsraum (in 2 nicht eigens bezeichnet) zur Aufnahme des Wasservorrats 112 bereit; ein solcher Vorratsraum kann von einem gesonderten Behältnis (Nassgefäß) gebildet sein, welches in den Zuchtschrank einsetzbar und bei Bedarf aus diesem herausnehmbar ist. Alternativ kann der Vorratsraum in einem Bodenbereich des Zuchtschranks unmittelbar von dem Schrankkorpus gebildet sein; in diesem Fall bildet der Zuchtschrank selbst das Nassgefäß. Im folgenden wird der Einfachheit davon ausgegangen, dass die Pflanzenaufzuchtvorrichtung 101 ein Nassgefäß 110 umfasst, gleichgültig, ob es sich hierbei um ein eigenes Gefäß oder um einen integralen Bestandteil eines die Pflanzenzuchtträger 138 aufnehmenden größeren Behälters (z.B. in Schrankform) handelt. Der Wasservorrat 112 ragt im gezeigten Beispielfall der 2 bis zu einem Wasserspiegel 140. Die Höhe des Wasserspiegels 140 kann bei Bedarf mit einem Wasserstandssensor (nicht näher dargestellt) überwacht werden.
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Die Pflanzenaufzuchtvorrichtung 100 umfasst des weiteren ein Leitungssystem und eine Pumpanordnung, um den Wasservorrat 112 mit Frischwasser aufzufüllen und um Vorratswasser aus dem Wasservorrat 112 entweder zum Zwecke der Bewässerung der in den Pflanzenzuchtträgern 138 gezogenen Pflanzen oder zum Zwecke der Ausleitung von Altwasser abzuleiten. Derartiges Altwasser entsteht, wenn aufgrund längerer Standzeit des Wassers in dem Wasservorrat 112 ein Wachstum von Algen und gegebenenfalls anderen Mikroorganismen auftritt, die dem Wohlergehen der gezogenen Pflanzkulturen abträglich sein können. Wird ein unerwünschtes Algenwachstum festgestellt, ist empfehlenswert, den Wasservorrat 112 zu erneuern, indem Frischwasser eingeleitet und Altwasser abgeleitet wird. Der entsprechende Spülvorgang des Nassgefäßes 110 (d.h. der Austausch alten Wassers durch frisches Wasser) kann bei der Pflanzenaufzuchtvorrichtung 100 automatisch, also ohne Intervention eines Benutzers, durchgeführt werden.
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Im Einzelnen umfasst das erwähnte Leitungssystem eine Wasserzuführleitung 142, über die von einer mit einer Wasserversorgung gekoppelten Wasserversorgungsleitung 144 dem Inneren des Nassgefäßes 110 Frischwasser zugeführt werden kann. Zwischen der Wasserversorgungsleitung 144 und der Wasserzuführleitung 142 ist ein Zulaufventil v1 angeordnet. Die Pflanzenaufzuchtvorrichtung 100 umfasst ferner eine Wasserabführleitung 146 als Teil einer Verteilerrohranordnung 148, wobei in die Wasserabführleitung 146 eine Pumpe p1 eingebaut ist. Die Pumpe p1 ist dazu eingerichtet, abhängig von einem Steuersignal Wasser durch die Verteilerrohranordnung 148 zu fördern und/oder einen vorgegebenen Druck in dieser zu erzeugen. Die Verteilerrohranordnung 148 ist zuflussseitig über die Wasserabführleitung 146 mit dem Wasservorrat 112 des Nassgefäßes 110 und abflussseitig zum einen mit einer innerhalb des Nassgefäßes 110 angeordneten Beregnungseinrichtung 150 und zum anderen mit einem Abfluss 152 gekoppelt. In dem mit der Beregnungseinrichtung 150 gekoppeltem Teil der Verteilerrohranordnung 148 ist ein Bewässerungsventil v2 angeordnet, das dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Steuersignal von der Pumpe p1 gefördertes Wasser in die Beregnungseinrichtung 150 durchzuleiten oder zu blockieren. Ferner ist in dem mit dem Abfluss 152 gekoppeltem Teil des Verteilerrohranordnung 148 ein Ablassventil v3 angeordnet, das dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Steuersignal von der Pumpe p1 gefördertes Wasser dem Abfluss 152 zuzuführen oder zu blockieren.
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Die Beregnungseinrichtung 150 erlaubt im gezeigten Beispielfall in jeder Etage, in der sich Pflanzenzuchtträger 138 befinden, eine etagenindividuelle Beregnung. Hierzu umfasst die Beregnungseinrichtung 150 im gezeigten Beispielfall eine Mehrzahl auf die verschiedenen Etagen der Pflanzenaufzuchtvorrichtung 100 verteilter Beregnungsauslässe 154 in Form von z.B. Sprühdüsen. Die Beregnungsauslässe können Wasser zerstäubt und/oder als feinen Wasserstrahl und/oder tröpfchenweise auf die Pflanzen in den Pflanzenzuchtträgern 138 austreten lassen. Wasser, das von den Pflanzen oder den Pflanzenzuchtträgern 138 nicht aufgenommen wird, sammelt sich erneut in dem Wasservorrat 112. Beispielsweise tropft überschüssiges Wasser an den Pflanzen bzw. den Pflanzenzuchtträgern 138 ab und tropft in den Wasservorrat 112.
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Die Pflanzenaufzuchtvorrichtung 100 umfasst ferner mindestens eine Lampe 156 an einer Oberseite des Gehäuses, welche dazu eingerichtet ist, Licht für das Wachstum der Pflanzen der Pflanzenzuchtträger 138 zu emittieren. Bei dem Licht kann es sich um blaues Licht mit einer Wellenlänge von beispielsweise 400 bis 500 nm, rotes Licht mit einer Wellenlänge von beispielsweise 600 bis 700 nm und/oder tiefrotes Licht mit einer Wellenlänge über 700 nm handeln. Um eine gleichmäßige Lichtverteilung in der Pflanzenaufzuchtvorrichtung 100 zu erreichen, können mehrere derartige Lampen 156 vorgesehen sein. Beispielsweise kann wenigstens eine Lampe je Etage oder je Pflanzenzuchtträger 138 vorgesehen sein. Die Lampe 156 kann durch die Steuereinheit 132 gesteuert sein. So kann die Lampe 156 zeitlich getaktet aktiviert oder deaktiviert werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Lampe 156 ausgeschaltet wird, wenn der Sensor 114 das Prüflicht detektiert. Somit kann verhindert werden, dass die Auswertung des Prüflichts durch die Steuereinheit 132 nicht durch das Licht der Lampe 156 verfälscht wird.
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Die Pflanzenaufzuchtvorrichtung 100 umfasst ferner einen optischen Sensor 114, welcher in den Wasservorrat 112 ragt und eine Ausgestaltung und Funktion haben kann, wie sie im Zusammenhang mit 1 erläutert wurden. Der Sensor 114 ist mittels einer Steuerleitung 158 mit einer elektronischen Steuereinheit 132 gekoppelt. Die Steuereinheit 152 ist mittels jeweiligen weiteren, vereinfacht dargestellten Steuerleitungen 160 mit dem Zulaufventil v1, dem Bewässerungsventil v2, dem Ablassventil v3 und der Pumpe p1 verbunden und dazu eingerichtet, diese jeweils mit Steuersignalen zu steuern. Wird von der Steuereinheit 132 eine bestimmte Menge von Algen in dem Wasservorrat 112 und/oder eine bestimmte Wachstumsrate von Algen festgestellt (Schwellenwert), so wird in einem sogenannten Wasseraustauschvorgang bzw. Spülvorgang mittels der Steuersignale die Pumpe p1 aktiviert, das Bewässerungsventil v2 geschlossen und das Ablassventil v3 geöffnet. Sobald der Wasservorrat 112 vollständig aus dem Nassgefäß 110 gepumpt wurde und/oder der Wasserspiegel 140 ein vorgegebenes Niveau unterschreitet, wird die Pumpe p1 deaktiviert und das Ablassventil v3 geschlossen und anschließend das Zulaufventil v1 geöffnet, um den Wasservorrat 112 mit Frischwasser wiederherzustellen. Alternativ kann bei aktivierter Pumpe p1, geöffnetem Ablassventil v3 und geschlossenem Bewässerungsventil v2 das Zulaufventil v1 geöffnet werden, sodass so lange Wasser dem Abfluss 152 zugeführt wird und Frischwasser der Pflanzenaufzuchtvorrichtung 100 wird, bis die Steuereinheit 132 ein Unterschreiten einer bestimmten Menge von Algen feststellt.
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Zusätzlich kann mittels der Ausgabeeinheit 134 ein optischer und/oder akustischer Warnhinweis ausgegeben werden.
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Liegt die von der Steuereinheit 132 festgestellte Menge von Algen und/oder die bestimmte Wachstumsrate von Algen unter dem Schwellenwert, und soll ein Bewässerungsvorgang durchgeführt werden, so wird mittels der Steuereinheit 132 die Pumpe p1 aktiviert und das Bewässerungsventil v2 geöffnet, während das dritte Ventil v3 geschlossen wird oder bleibt. Der Bewässerungsvorgang kann durch die Steuereinheit 132 in einem bestimmten zeitlichen Muster erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann auf zumindest einem der Pflanzenzuchtträger 138 mittels eines hier nicht dargestellten Feuchtigkeitssensors die Feuchtigkeit bestimmt werden und abhängig davon die Wasserzufuhr aktiviert und/oder deaktiviert werden. Dazu kann ein Messsignal von dem Feuchtigkeitssensor an die Steuereinheit 132 übermittelt werden, die das Messsignal auswertet.
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3 stellt eine Pflanzenaufzuchtvorrichtung 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dar. Die Pflanzenaufzuchtvorrichtung 200 unterscheidet sich von der aus 2 dadurch, dass die untere Etage der Pflanzenzuchtträger 238 zumindest teilweise unterhalb des Wasserspiegels 240 angeordnet ist. Somit kann den Pflanzen dieser Pflanzenzuchtträger 238 zusätzliches Wasser zugeführt werden, wobei weiterhin eine Beregnung der Pflanzen über die Wasserauslässe 154 möglich ist.
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4 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Pflanzenaufzuchtvorrichtung 300. Diese unterscheidet sich von der Pflanzenaufzuchtvorrichtung 100 der 2 dadurch, dass statt eines Abflusses eine Wasseraufbereitungsvorrichtung 362 vorgesehen ist. Diese ist dazu eingerichtet, ihr zugeführtes Wasser aufzubereiten und somit aufbereitetes Frischwasser dem Zulaufventil v1 zuzuführen. Dabei können die Algen aus dem ihr zugeführten Wasser herausgefiltert werden oder abgetötet werden. Zudem ist die Wasseraufbereitungsvorrichtung 362 dazu eingerichtet, andere Schwebstoffe aus dem Wasser zu filtern. Wird zusätzliches Wasser benötigt, kann dies über die Wasserversorgungsleitung 344 erfolgen. Das Zulaufventil v1 ist dazu ausgebildet, in einer ersten Stellung des Zulaufventils v1 von der Wasseraufbereitungsvorrichtung 362 aufbereitetes Wasser in die Wasserzuführleitung 342 und in einer zweiten Stellung des Zulaufventils v1 Frischwasser von der Wasserversorgung 344 in die Wasserzuführleitung 342 durchzuleiten.
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Bei einem Spülvorgang wird mittels der Steuereinheit 332 die Pumpe p1 aktiviert und das Ablassventil v3 geöffnet, während das Bewässerungsventil v2 geschlossen wird oder geschlossen bleibt. Außerdem wird mittels der Steuereinheit 332 das Zulaufventil v1 in die Stellung gebracht, in der Wasser von der Wasseraufbereitungsvorrichtung 362 über die Wasserzuführleitung 342 erneut dem Wasservorrat 312 zugeführt wird. Wird von dem Sensor 314 erkannt, dass in dem Wasservorrat 312 eine bestimmte Menge von Algen unterschritten wird, wird der Spülvorgang durch die Steuereinheit 332 beendet.
