DE10253772A1

DE10253772A1 - Method and device for determining properties of the soil

Info

Publication number: DE10253772A1
Application number: DE2002153772
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Brandelik; Christof Dr. Hübner
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: DE10253772B4; WO2004046702A1; AU2003283312A1; EP1565730A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften des Erdreichs, insbesondere des Feuchtigkeitsgehaltes, umfassend die Schritte:
- Erzeugung eines zeitlimitierten oder permanenten elektromagnetischen Feldes in mindestens einer elektrisch leitfähigen oberirdischen Leitung durch Wechselspannungsbeaufschlagung, derart, dass das mindestens eine Feld in das Erdreich hineinreicht,
- Messung mindestens der Laufzeit des zur Erzeugung des zeitlimitierten elektromagnetischen Feldes dienenden Wellenpakets oder einer Änderung der Wechselspannungsparameter des Feldes zwischen mindestens zwei in Längsrichtung der Leitung voneinander beabstandeten Punkten in der mindestens einen oberirdischen Leitung,
- Vergleich der mindestens gemessenen Laufzeit und/oder der gemessenen Änderung der Wechselspannungsparameter zwischen den mindestens zwei Punkten in der mindestens einen elektrisch leitfähigen oberirdischen Leitung mit Standardwerten.Method for determining properties of the soil, in particular the moisture content, comprising the steps:
Generation of a time-limited or permanent electromagnetic field in at least one electrically conductive above-ground line by applying an alternating voltage such that the at least one field extends into the ground,
Measuring at least the transit time of the wave packet used to generate the time-limited electromagnetic field or a change in the AC voltage parameters of the field between at least two points in the at least one above-ground line that are spaced apart in the longitudinal direction of the line,
- Comparison of the at least measured transit time and / or the measured change in the AC voltage parameters between the at least two points in the at least one electrically conductive above-ground line with standard values.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften des Erdreichs, insbesondere des Feuchtigkeitsgehaltes, sowie von Höhen von Schnee- und Eisbedeckungen.The invention relates to a method and a device for determining properties of the soil, especially the moisture content, as well as from heights of Snow and ice cover.

Die genaue und großflächige Bestimmung von Eigenschaften des Erdreichs, insbesondere Feuchtigkeitsgehaltes ist wichtig zur Abschätzung und Verwaltung der Wasserressourcen zum Beispiel für die Land- und Forstwirtschaft. Nur mit dieser Kenntnis kann zum Beispiel eine großflächige angepasste Bewässerung und Erntevorhersage gelingen.The precise and extensive determination of Properties of the soil, especially moisture content is important for estimation and Management of water resources, for example for agriculture and forestry. Only with this knowledge, for example, can a large area be adapted irrigation and crop forecast succeed.

Die Eigenschaften des Erdreichs, insbesondere Feuchtigkeitsgehaltes spielen auch eine wichtige Rolle bei öffentlichen Bauvorhaben zum Beispiel Straßenbau, wo der Untergrund nicht zu feucht sein darf.The properties of the soil, moisture content in particular also play an important role in public Construction projects for example road construction, where the surface must not be too damp.

Auch für die meteorologische Vorhersage spielt die von der Bodenfeuchtigkeit abhängige aufsteigende Wasserdampfmenge eine nicht unerhebliche Rolle.Also plays for the meteorological forecast the increasing amount of water vapor depending on the soil moisture a not inconsiderable role.

Unter Feuchtigkeit soll in der vorliegenden Erfindung jeder Art von Wasser verstanden werden. Unter Feuchtigkeit fällt also neben Wasser auch Schnee und Eis, ggf. auch als Bedeckung des Erdreichs.Under moisture in the present invention any kind of water can be understood. So falls under moisture in addition to water, snow and ice, possibly also as a covering of the ground.

Die Bestimmung der Schnee- und Eismenge ist wichtig für die Lawinenvorhersage und zur Warnung vor Hochwasser während der Frühlingsschmelze sowie für die Vorhersage des Füllstandes von mit Schmelzwasser gefüllten Wasserreservoirs.The determination of the amount of snow and ice is important for the avalanche forecast and warning of flooding during the spring melt also for the prediction of the level of filled with melt water Water reservoirs.

Aus der WO 96/22522 ist ein Feuchtesensor für ausgedehnte Schichten bekannt, der aus jeweils mindestens einem hochfrequenten elektrischen Signalgenerator, einem Signallaufzeitmessgerät, einem Reflektometer und einem Leitungssystem aus mindestens zwei sich kreuzenden einander nicht berührenden unabhängigen Leitungen besteht. Dieser Feuchtesensor ist jedoch nachteilig, da er zum Betrieb in das Erdreich eingebracht werden muss, was teuer und aufwändig sowie mechanisch kompli ziert ist, insbesondere wenn es sich um Schneefelder handelt. Ferner ist der Sensor in seiner Länge, d. h. in der untersuchten Fläche begrenzt und besitzt um die Messleitung herum nur einen limitierten Messbereich, da die Ausbreitung des Messfeldes in das Erdreich oder Schneefeld aufgrund des kleinen Leitungsdurchmessers gering ist.From WO 96/22522 is a moisture sensor for extended Layers known, each consisting of at least one high-frequency electrical signal generator, a signal runtime measuring device, a reflectometer and a line system of at least two crossing each other not touching independent Lines exists. However, this moisture sensor is disadvantageous because it has to be brought into the ground for operation, which is expensive and complex and is mechanically complicated, especially when it comes to snow fields is. Furthermore, the length of the sensor, i. H. in the examined area limited and has only a limited one around the measuring line Measuring range because the spread of the measuring field in the ground or Snow field is small due to the small cable diameter.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der es ohne großen technischen Aufwand möglich ist, die Bestimmung von Eigenschaften des Erdreiches, insbesondere Feuchtigkeitsgehaltes oder schnee- oder Eisdicken weiträumig durchzuführen.Object of the present invention is to provide a method and an apparatus with of it without much technical effort possible is, the determination of properties of the soil, in particular Moisture content or snow or ice thickness to carry out widely.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches die Schritte

– Erzeugung eines zeitlimitierten oder permanenten elektromagnetischen Feldes in mindestens einer elektrisch leitfähigen oberirdischen Leitung durch Wechselspannungsbeaufschlagung derart, dass das mindestens eine Feld in das Erdreich hinein reicht,
– Messung mindestens der Laufzeit des zur Erzeugung des zeitlimitierten elektromagnetischen Feldes dienenden Wellenpakets oder einer Änderung der Wechselspannungsparameter des Feldes zwischen mindestens zwei in Längsrichtung der Leitung voneinander beabstandeten Punkten in der mindestens einen oberirdischen Leitung,
– Vergleich der mindestens gemessenen Laufzeit und/oder der gemessenen Änderung der Wechselspannungsparameter zwischen den mindestens zwei Punkten in der mindestens einen elektrisch leitfähigen oberirdischen Leitung mit Standardwerten.

umfasst.This task is solved by a method which comprises the steps

Generation of a time-limited or permanent electromagnetic field in at least one electrically conductive above-ground line by applying AC voltage such that the at least one field extends into the ground,
Measuring at least the transit time of the wave packet used to generate the time-limited electromagnetic field or a change in the AC voltage parameters of the field between at least two points in the at least one above-ground line that are spaced apart in the longitudinal direction of the line,
- Comparison of the at least measured transit time and / or the measured change in the AC voltage parameters between the at least two points in the at least one electrically conductive above-ground line with standard values.

includes.

Die Aufgabe wird ebenfalls durch eine Vorrichtung zur Ankopplung an mindestens eine elektrisch leitfähige oberirdische Leitung mit

– mindestens einem Generator zur Erzeugung einer zeitlich limitierten oder permanenten Wechselspannung zur Verbindung mit der mindestens einen elektrisch leitfähigen oberirdischen Leitung,
– mindestens einem Empfänger zur Verbindung mit der mindestens einen elektrisch leitfähigen oberirdischen Leitung und in Längsrichtung der Leitung beabstandet von dem mindestens einem Generator, und
– mindestens einem Messgerät zur Erfassung der Laufzeit des zur Erzeugung des zeitlimitierten elektromagnetischen Feldes dienenden Wellenpakets und/oder der Änderung zumindest eines Parameters der Wechselspannung

gelöst.The object is also achieved by a device for coupling to at least one electrically conductive above-ground line

At least one generator for generating a time-limited or permanent AC voltage for connection to the at least one electrically conductive above-ground line,
At least one receiver for connection to the at least one electrically conductive above-ground line and spaced in the longitudinal direction of the line from the at least one generator, and
- At least one measuring device for recording the transit time of the wave packet used to generate the time-limited electromagnetic field and / or changing at least one parameter of the AC voltage

solved.

Aufgrund der Verwendung einer elektrisch leitfähigen oberirdischen Leitung zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes, das in das Erdreich hineinreicht, ist es aufgrund des Abstandes zum Boden möglich, ein weiträumiges Areal zu vermessen. Auch die schwierige Einbringung der Leitung in den Boden bzw. ein Schneefeld entfällt.Due to the use of an electrically conductive above ground Line for generating the electromagnetic field that in the Reaches into the ground, it is possible due to the distance to the ground wide area Area to be measured. Also the difficult introduction of the line into the ground or a snow field.

Erfindungsgemäß können prinzipiell jede Art von bereits installierten Freileitungen, d. h. Leitungen, die oberirdisch mit einem gewissen Abstand vom Erdboden verlegt wurden, eingesetzt werden.In principle, any type of already installed overhead lines, d. H. Lines that are above ground installed at a certain distance from the ground become.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die elektrisch leitfähige oberirdische Leitung eine oder mehrere Leitungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Überlandstromleitungen, Versorgungsleitungen, überirdische Telefonleitungen, Schienenverkehrsoberleitungen, Seilbahnleitungen umfasst.It is particularly preferred if the electrically conductive above-ground line is one or more lines selected from the group consisting of overhead power lines, supply lines lines, above-ground telephone lines, overhead rail lines, cable car lines.

Solche Leitungen existieren schon und es müssen daher keine neuen aufwändigen Baumaßnahmen getroffen werden und der von solchen Leitungen bedeckte Bereich umfasst praktisch die gesamte Erdkugel, sodass der Messbereich unter diesen Leitungen enorm ist. Es wird eine ähnlich große Oberfläche abgedeckt, wie dies sonst nur mit der Satelliten- oder Luft-gestützten Messtechnik möglich wäre. Insbesondere ist das Messverfahren durch die Beabstandung der Messleitung von dem Erdboden beispielsweise von dessen Bewuchs und/oder lokaler Beschaffenheit (Gestein, Flüsse, Seen usw.) unabhängig.Such lines already exist and it must therefore no new complex construction work and the area covered by such lines covers practically the entire globe, so the measuring range below these lines is enormous. A surface of a similar size is covered as this otherwise would only be possible with satellite or airborne measurement technology. In particular is the measuring method by spacing the measuring line from the Soil, for example, from its growth and / or local nature (Rock, rivers, Lakes etc.) independently.

Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit sind solche Leitungen so niedrig über den Boden aufgespannt, dass ein gut messbarer Anteil des elektromagnetischen Feldes, das von der Messleitung erzeugt wird, in den darunter liegenden Boden hineinreicht.For reasons of economy are such lines spanned so low above the ground that a well measurable portion of the electromagnetic field that is generated by the measuring line into the underlying ground extends.

Die zu bestimmenden Eigenschaften des Bodens oder der Bodenbedeckungen (zum Beispiel Bewuchs oder Schnee) beeinflussen die elektrischen Eigenschaften des Erdreichs oder dessen Bedeckung, das von dem elektromagnetischen Feld durchdrungen wird, wie die Leitfähigkeit, die dielektrische Beschaffenheit (Dielektrizitätszahl) und die magnetische Permeabilität. Hierdurch wird wiederum die Ausbreitung des Feldes entlang der Leitung beeinflusst.The properties to be determined of the soil or the soil coverings (for example vegetation or Snow) affect the electrical properties of the soil or its covering, permeated by the electromagnetic field will, like conductivity, the dielectric properties (dielectric constant) and the magnetic Permeability. This in turn stops the field from spreading along the line affected.

In den meisten Böden und Bedeckungen, in denen nur eine vernachlässigbare oder keine Magnetisierung vorkommt, wird das Feld (Messsignal) nur von den zwei erstgenannten Eigenschaften beeinflusst. Die Leitfähigkeit und die Dielektrizität verursachen in komplexer Weise sowohl eine Dämpfung als auch eine zeitliche Verzögerung des Feldes. Die Leitfähigkeit und die Dielektrizität des Bodens oder seiner Bedeckungen hängen aber ebenfalls von deren Feuchtigkeitsgehalt ab.In most soils and coverings where just a negligible or there is no magnetization, the field (measurement signal) only influenced by the first two properties. The conductivity and the dielectric cause both damping and temporal in a complex manner delay of the field. The conductivity and the dielectric of the soil or its coverings also depend on theirs Moisture content.

Somit ist es durch Messung der Verzögerung und/oder der Dämpfung über die Bestimmung der Leitfähigkeit und der Dielektrizitätszahl möglich, die Beschaffenheit des Bodens festzustellen. Für den Fachmann war zwar schon früher bekannt, dass die Signalübertragung durch die Bodeneigenschaften beeinflusst wird. Diese aber früher als störend angesehenen Effekte wurden jetzt überraschend als primäre Kenngrößen für die Bestimmung der Beschaffenheit des Bodens erkannt.So it is by measuring the delay and / or the damping over the Determination of conductivity and the dielectric constant possible, determine the nature of the soil. For the specialist it was true earlier known that signal transmission is influenced by the soil properties. But earlier than disturbing respected effects have now surprisingly become the primary parameters for the determination recognized the nature of the soil.

Für den Fachmann war überraschend und nicht vorhersehbar, dass durch die Messung der Signal-Verzögerung und/oder Dämpfung die Dielektrizitätszahl und die Leitfähigkeit und somit der Feuchtigkeitsgehalt des Bodens berechnet werden können.For the specialist was surprising and not predictable that by measuring the signal delay and / or damping the dielectric constant and conductivity and thus the moisture content of the soil can be calculated.

Die Zuordnung des Feuchtigkeitsgehaltes zu der Leitfähigkeit und der Dielektrizität kann durch Kalibrierung geschehen, wozu diese Parameter und die Feuchtigkeit einer Bodenprobe bei unterschiedlich festgelegten Feuchtigkeitsgehalten (zum Beispiel nach Ofentrocknung) zur Bestimmung von kalibrierten Standardwerten gemessen werden. Während der eigentlichen späteren Messungen müssen natürlich die anderen Größen (wie Bewuchs und Vegetationsstadium) denen der kalibrierten Proben entsprechen, so dass die kalibrierten Standardwerte zum Vergleich taugen.The assignment of the moisture content to conductivity and dielectric can be done by calibration, what these parameters and the humidity a soil sample at different moisture levels (for example after oven drying) to determine calibrated Standard values are measured. During the actual later measurements have to of course the other sizes (like Vegetation and vegetation stage) correspond to those of the calibrated samples, see above that the calibrated standard values are good for comparison.

Die eigentliche Zuordnung kann beispielsweise mit ausreichender Genauigkeit durch dem Fachmann bekannte dreidimensionale elektromagnetische Feldberechnungen (analytisch oder numerisch), welche die Dielektrizitätszahl und die Leitfähigkeit verwenden, erfolgen. Für diese Rechnungen wird zunächst die Dielektrizitätszahl und Leitfähigkeit des Bodens bei unterschiedlichem Wassergehalt benötigt. Ausreichend genaue, angenäherte Werte sind dem Fachmann bekannt und können z. B. aus dem Buch "Dielectric Properties of Heterogeneous Materials", Editor A. Priou, PIER 6 Progress in Electromagnetics Research, 1992 Elsevier Science Publishing Co. New York, entnommen werden.The actual assignment can, for example with sufficient accuracy by three-dimensional known to those skilled in the art electromagnetic field calculations (analytical or numerical), which is the dielectric constant and conductivity use, take place. For these bills will initially the dielectric constant and conductivity of the Soil required with different water content. Sufficiently accurate, approximate values are known to the person skilled in the art and can z. B. from the book "Dielectric Properties of Heterogeneous Materials ", Editor A. Priou, PIER 6 Progress in Electromagnetics Research, 1992 Elsevier Science Publishing Co. New York.

Auf dem Gebiet der Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes des Bodens (inklusive Schnee) haben sich unter vielen Empfehlungen für Berechnung der Dielektrizitätszahl und der Leitfähigkeit des Bodens die von Birchak et al. empfohlenen mathematischen Funktionen (Mischregeln) sehr gut bewährt ("High dielectric constant microwave probes for sensing soil moisture", Proceedings of the IEEE, 62 (1), 93 – 98, 1974).In the field of determining the Moisture content of the soil (including snow) have dropped below many recommendations for Calculation of the dielectric constant and conductivity of the soil described by Birchak et al. recommended math functions (Mixing rules) very well proven ("High dielectric constant microwave probes for sensing soil moisture ", Proceedings of the IEEE, 62 (1), 93-98, 1974).

Da die Aufnahme eines vollständigen Satzes von Standardwerten (Kalibrationskurve) viele Messungen benötigt, ist es möglich die Werte der Kalibrierung mit denen der Feldberechnung zusammen zu fassen, so dass nur wenige Messwerte zur Aufstellung der Kalibrationskurve nötig sind. In diesem Fall wird der relative Verlauf der Kalibrationskurve anhand der oben angegebenen mathematischen Funktionen (Mischregeln) aufgezeichnet. Diese relative Kalibrationskurve wird dann selbst mittels mindestens eines absoluten Werts, der aus einer Probenvermessung stammt, kalibriert, d. h. dem absoluten Wert angepasst. Mehrere absolute Werte zur Kalibrierung liefern dabei eine höhere Genauigkeit.Since the inclusion of a full set of Standard values (calibration curve) requires many measurements it possible the values of the calibration together with those of the field calculation to grasp, so that only a few measured values for setting up the calibration curve are necessary. In this case, the relative course of the calibration curve is based on of the mathematical functions (mixing rules) specified above. This relative calibration curve is then determined using at least an absolute value that comes from a sample measurement, calibrated, d. H. adjusted to the absolute value. Provide several absolute values for calibration doing a higher one Accuracy.

Vorzugsweise umfassen die eingesetzten elektrisch leitfähigen oberirdischen Leitungen einzelne Leitungen und/oder Zweileiter und/oder Mehrleiter. So handelt es sich zum Beispiel bei den Hochspannungsüberlandleitungen für die Energieübertragung um drei- oder mehrfach Leitungen, welche auf Masten installiert sind. Beispiele für Zweileiter sind Niedervoltversorgungsleitungen für Kleinverbraucher, wie sie verbreitet über den Straßen in kleinen Gemeinden installiert sind. Auch Telefonleitungen sind häufig als Zweileiter ausgeführt. Eisenbahnoberleitungen und Seilbahnleitungen sind meistens einzelne Leitungen.The ones used preferably comprise electrical conductive above-ground lines individual lines and / or two-wire and / or More conductors. For example, the high-voltage overhead lines for the power transmission around three or more lines installed on masts are. examples for Two-wire are low-voltage supply lines for small consumers like them spread through the streets are installed in small communities. There are also telephone lines frequently designed as two-wire. Railway overhead lines and cable car lines are mostly individual Cables.

Die mindestens eine elektrisch leitfähige oberirdische Leitung kann während der Messung für Ihren normalen Betrieb stillgelegt sein, d. h. sie wird nur als Messleitung eingesetzt. Dabei kann es sich entweder um eine dedizierte Messleitung handeln oder es wird für die kurze Zeit der Messung (maximal wenige Sekunden) die Leitung zum Beispiel für die Stromversorgung oder für das Telefonieren stillgelegt.The at least one electrically conductive above-ground line can be shut down during the measurement for your normal operation, ie it will only used as measuring line. This can either be a dedicated measuring line or the line is shut down for the short time of the measurement (maximum a few seconds), for example for the power supply or for making calls.

Andererseits ist es möglich, dass die mindestens eine elektrisch leitfähige oberirdische Leitung während der Messung für Ihren normalen Betrieb verfügbar bleibt.On the other hand, it is possible that the at least one electrically conductive above-ground line during the Measurement for Your normal operations available remains.

Es ist dann sinnvoll, dass das Messsignal mittels frequenzselektiven Koppelelementen und/oder Hochfrequenzsperren (HF-Sperren), wie z. B. Transformatoren, Koppelkapazitäten, Filter oder Frequenzweichen zu der primären Übertragungsgröße addiert, d. h. aufmoduliert wird. Dann beeinträchtigen die Messsignale die primäre Funktionen des Leitungssystems nicht.It then makes sense to use the frequency-selective coupling elements and / or high-frequency locks (RF blocking), such as. B. transformers, coupling capacitors, filters or crossovers added to the primary transmission size, d. H. is modulated. Then the measurement signals affect the primary Functions of the pipe system are not.

Daher ist es bevorzugt, wenn der Generator und/oder das Messgerät über Koppelelemente mit der mindestens einen elektrisch leitfähigen oberirdischen Leitung verbunden sind und gegebenenfalls Hochfrequenzsperren vor und hinter einer Messstrecke an der mindestens einen elektrisch leitfähigen oberirdischen Leitung angeordnet sind.It is therefore preferred if the Generator and / or the measuring device via coupling elements with the at least one electrically conductive above-ground line are connected and, if necessary, high-frequency blocks in front and behind a measuring section on the at least one electrically conductive above-ground Line are arranged.

Eine entsprechende Technik wurde für die Verwendung an Hochspannungsüberlandleitungen für Gesprächs- und Dienstschaltungsübertragungen in den 60'er Jahren ausgearbeitet und eingesetzt (Trägerfrequenznachrichtenübertragung über Hochspannungsleitungen, Siemens-Zeitschrift Heft 8, August 1965, Seiten 898 bis 904; Trägerfrequenzausrüstungen in Wechselstrom-Höchstspannungsnetzen und auf Gleichstromübertragungsleitungen, Brown Boveri Mitteilungen, Band 53, Nr. 4/5, April/Mai 1966, Seiten 350 bis 364). Mit der technischen Entwicklung des drahtlosen Telefonierens und der Satellitentechnik wurde diese so genannte "Trägertrequenz-Nachrichtenübertragung über Hochspannungsleitungen" obsolet und daher abgeschaltet und abmontiert. Die damals eingesetzten Methoden und Geräte können – gegebenenfalls mit Änderungen – für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden.A corresponding technique has been developed for the use on high-voltage landlines for call and Service transfers in the 60s elaborated and used (carrier frequency message transmission over high-voltage lines, Siemens magazine issue 8, August 1965, pages 898 to 904; Carrier frequency equipment in AC high-voltage networks and on DC transmission lines, Brown Boveri Mitteilungen, Volume 53, No. 4/5, April / May 1966, pages 350 to 364). With the technical development of wireless telephony and satellite technology, this so-called "carrier frequency communication over high voltage lines" has become obsolete and therefore switched off and removed. The methods used at that time and equipment can - if necessary with changes - for the implementation of the inventive method be used.

Grundsätzlich sind Messungen mit dem obengenannten Ziel sowohl in der Zeitdomäne als auch in der Frequenzdomäne möglich. Für Feuchtigkeitsgehaltsmessungen in Böden ist ein Frequenzbereich zwischen 1 und 1000 MHz günstig, wobei je höher die Frequenz, desto kleiner ist die vom Boden verursachte Dämpfung aber auch die mögliche Eindringtiefe des Messfeldes. Dies muss bei der Auswahl des Frequenzbereiches berücksichtigt werden. In der klassischen Bodenfeuchtemesstechnik wird ein Frequenzbereich zwischen 100 und 1000 MHz genutzt, indem die Dämpfung vernachlässigbar wird und die Feuchtigkeit nur noch mit der Dielektrizität korreliert. Dies vereinfacht die Berechnung ("Subsurface Sensing and Subsurface Aquametry", Subsurface Sensing Technologies and Applications, An International Journal, Volume 1, Number 4, Oktober 2000, Kluwer Academic/Plenum Publishers; "RF & Microwave Sensing of Moist Materials, Food and other Dielectrics", Sensor Update Volume 7, Wiley-VCH Weinheim 2000). Sollte eine hochfrequente Übertragung nicht möglich sein, da beispielsweise der Abstand zwischen den einzelnen Leitungen sehr groß ist, wie dies zum Beispiel bei Überlandleitungen häufig der Fall ist, kann auch in tieferen Frequenzbereichen gearbeitet werden.Basically, measurements are with the above Aim both in the time domain as well as in the frequency domain possible. For moisture content measurements in soils a frequency range between 1 and 1000 MHz is favorable, whereby The higher the frequency, the smaller the damping caused by the ground also the possible Penetration depth of the measuring field. This must be done when selecting the frequency range considered become. In classic soil moisture measurement technology, there is a frequency range between 100 and 1000 MHz used by the attenuation negligible and the moisture only correlates with the dielectric. This simplifies the calculation ("subsurface sensing and subsurface aquametry", subsurface sensing Technologies and Applications, An International Journal, Volume 1, Number 4, October 2000, Kluwer Academic / Plenum Publishers; "RF & Microwave Sensing of Moist Materials, Food and other Dielectrics ", Sensor Update Volume 7, Wiley-VCH Weinheim 2000). If high-frequency transmission is not possible, because, for example, the distance between the individual lines is very large, such as this is often the case for long-distance lines If this is the case, you can also work in lower frequency ranges.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass sich für die wirtschaftliche Übertragung von Nachrichten auf Hochspannungsleitungen ein Frequenzbereich von etwa 30 bis 450 kHz eignet ("Fernwirkübertragung auf Hochspannungsleitungen", Siemens-Zeitschrift, Juli 1957, Heft 7). Auch diese Frequenzbereiche können für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Allerdings sind durch technische Verbesserungen noch tiefere Frequenzen als die damals gezogene Grenze von 30 kHz einsetzbar.It is known from the prior art that for the economic transfer of messages on high-voltage lines a frequency range of about 30 to 450 kHz is suitable ("telecontrol transmission on high-voltage lines ", Siemens magazine, July 1957, issue 7). These frequency ranges can also be used for the method according to the invention be used. However, due to technical improvements even lower frequencies than the 30 kHz limit drawn at the time used.

Somit kann erfindungsgemäß ein Frequenzbereich zwischen 1 kHz und 450 kHz und/oder 1 bis 1000 MHz für die Messung eingesetzt wird.Thus, according to the invention, a frequency range between 1 kHz and 450 kHz and / or 1 to 1000 MHz for the measurement is used.

Allerdings ist die Dämpfung in dem tiefen Frequenzbereich nicht mehr vernachlässigbar. Daher wird auch die Leitfähigkeit ein wesentlicher Parameter in der Verknüpfung zwischen den elektrischen Eigenschaften des Bodens und des Feuchtigkeitsgehaltes sein. In diesem Fall werden zweidimensionale Standardwerte eingesetzt. Es sollte berücksichtigt werden, dass hierbei die Möglichkeit der Messung in der Zeitdomäne bei diesen tiefen Frequenzen stark eingeschränkt ist.However, the damping is in the low frequency range is no longer negligible. Hence the conductivity an essential parameter in the link between the electrical Soil properties and moisture content. In In this case two-dimensional standard values are used. It should be taken into account that this is the possibility the measurement in the time domain is severely restricted at these low frequencies.

Jedoch können dann zeitlich limitierte, tief-frequente Signalpakete verwendet werden, die für die Messung der Durchlaufzeit entlang einer langen Leitung geeignet sind. Solche Signalpakete sind üblich und dem Fachmann bekannt. Jedoch wird die Signal-Wellenform am Ende und am Anfang des Paketes stark deformiert werden, d. h. verschleißen, sodass eine Zeitmessung erschwert wird.However, time-limited, low-frequency Signal packets are used for measuring the lead time along a long line are suitable. Such signal packets are common and known to the expert. However, the signal waveform ends up and badly deformed at the beginning of the package, d. H. wear out so timing is difficult.

In dem Frequenzdomänen-Messverfahren kann die oben genannte Verzögerung (durch die nassen Böden) durch die Messung der Phasenänderung des Signals ersetzt werden. Je nasser der Boden ist, desto größer wird seine Dielektrizitätszahl und somit auch die Phasenänderung entlang der Leitung. Wenn die Leitung so lang ist, dass mehrere Wellenlängen des Messsignals auf die Leitung passen, muss dafür gesorgt werden, dass die Phasenmessung richtig erfolgt, d. h. die Mehrdeutigkeit des Phasenbereichs berücksichtigt werden. Auch eine solche Berücksichtigung ist dem Fachmann bekannt und üblich. Dazu können Mehrfrequenzmessungen erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass durch die Mehrfrequenzmessungen die Redundanz der Messung erhöht wird, was wiederum zu erhöhter Messgenauigkeit beiträgt.In the frequency domain measurement method can the above delay (through the wet floors) by measuring the phase change of the Signals to be replaced. The wetter the soil is, the bigger it gets its dielectric constant and thus also the phase change along the line. If the line is so long that several Wavelengths of Measurement signal fit on the line, it must be ensured that the Phase measurement is done correctly, d. H. the ambiguity of the phase range is taken into account become. Such consideration too is known to the person skilled in the art and is customary. You can do this Multi-frequency measurements are made. This has the advantage that the multi-frequency measurements the redundancy of the measurement is increased, which in turn is too elevated Measurement accuracy contributes.

Vorzugsweise wird die Dämpfung und/oder zeitliche Verzögerung und/oder Phasenänderung des Feldes zwischen den mindestens zwei Punkten in der mindestens einen elektrisch leitfähigen oberirdischen Leitung gemessen.The damping and / or time delay and / or phase change is preferred of the field between the at least two points in the at least one electrically conductive above-ground line.

Bei der Auswahl der Frequenzbereiche für die Messung der Schnee- oder Eisbedeckung von Böden sind Besonderheiten zu beachten. Schnee ist eine Mischung von Eis, Luft und Wasser, wobei der Wasseranteil bis kurz vor der Schmelze vernachläs sigbar ist. Soll die Erfindung jedoch auch für die Vorwarnung von Schmelzwasser Überflutungen verwendet werden, ist es wichtig, auch den flüssigen Wasseranteil zu erfassen. Eis und Wasser unterscheiden sich stark in ihrer Dispersionscharakteristik in der Dielektrizitätszahl, wodurch die Unterscheidung der beiden durch Messung der Dielektrizitätszahl bei unterschiedlichen Frequenzen möglich wird.When choosing the frequency ranges for the Measurement of the snow or ice cover of soils are special features note. Snow is a mixture of ice, air and water, though the water content is negligible until shortly before the melt is. However, the invention is also intended for the prewarning of meltwater flooding it is important to also measure the liquid water content. Ice and water differ greatly in their dispersion characteristics in the dielectric constant, which distinguishes the two by measuring the dielectric constant different frequencies possible becomes.

Die Dielektrizitätszahl von Wasser beträgt bei Gleichstrom bis ca. 1 Gigahertz und 20 °C ca. 80. Eis dagegen besitzt seine Relaxationsfrequenz bei etwa 10 kHz, so dass sich seine Dielektrizitätszahl darunter bei 1 kHz 103 annähert und darüber ab 400 kHz 3,16 annähert ("Snow Dielectric Measurements", Adv. Space Res. Volume 9, Nr. 1, 1989). Daher werden für die Detektion von Schnee oder Eis Messungen bei mindestens zwei Frequenzen durchgeführt, bei denen die Dielektrizitätszahlen unterscheiden. Die Messung von Eis und Schnee wird ferner dadurch erleichtert, dass sie eine sehr kleine Dämpfung des Messfeldes bewirken.The dielectric constant of water is for direct current up to approx. 1 gigahertz and 20 ° C 80. Ice, on the other hand, has its relaxation frequency at around 10 kHz so that its dielectric constant is 103 kHz at 1 approaching and above approx. 3.16 from 400 kHz ("Snow Dielectric Measurements ", Adv. Space Res. Volume 9, No. 1, 1989). Therefore, for detection of snow or ice measurements carried out at at least two frequencies, at which the dielectric numbers differ. The measurement of ice and snow is also thereby relieved that they cause a very small attenuation of the measuring field.

Für die Messung in der Zeitdomäne wird durch einen Generator ein zeitlich limitiertes Wellenpaket auf die Messleitung geschaltet. Am Ende der Messleitung wird das durch die Bodenfeuchtigkeit verzögerte Signal zum Beispiel durch geschirmte Kabel zu einem Empfänger geführt. Von dem Generator und von dem Empfänger werden die Signale zu einem Messgerät geführt, in dem neben der Dämpfung auch der Zeitunterschied zwischen den Signalen (also die Laufzeit) gemessen wird. Die erhaltenen Messwerte (Dämpfung, Verzögerung) werden dann in die Dielektrizitätszahl und Leitfähigkeit und dann schließlich entsprechend in den Feuchtigkeitsgehalt umgerechnet.For the measurement in the time domain becomes a time-limited wave packet by a generator switched to the measuring line. At the end of the measuring line that will be delayed by the soil moisture Signal routed to a receiver, for example, through shielded cables. Of the generator and the receiver the signals are routed to a measuring device in which in addition to the damping the time difference between the signals (i.e. the transit time) measured becomes. The measured values obtained (damping, deceleration) are then in the dielectric constant and conductivity and then finally converted accordingly into the moisture content.

Für die Messung in der Frequenzdomäne wird durch einen Sinusgenerator, dessen Frequenz wählbar ist, eine Sinuswelle auf die Messleitung geschaltet. Am Ende der Messleitung wird das zum Beispiel durch die Bodenfeuchtigkeit beeinflusste Signal durch geschirmte Kabel zu einem phasentreuen Empfänger geführt. Sowohl von dem Generator als auch von dem Empfänger, analog zur Zeitdomänenmessung, werden die Signale zu einem Messgerät geführt, indem neben der Dämpfung auch die Phasenänderung bestimmt wird. Die erhaltenen Messwerte (Dämpfung, Phasenänderung) werden dann in die Dielektrizitätszahl und Leitfähigkeit und dann entsprechend in den Feuchtigkeitsgehalt umgerechnet.For the measurement in the frequency domain a sine wave by means of a sine generator whose frequency can be selected switched to the measuring line. At the end of the measuring line that will be for example, signal influenced by soil moisture shielded cables led to a phase-correct receiver. Both from the generator as well as from the recipient, analogous to time domain measurement, the signals are routed to a measuring device in addition to the damping the phase change is determined. The measured values obtained (damping, phase change) are then in the dielectric constant and conductivity and then converted into the moisture content accordingly.

Der Empfänger kann in beiden Fällen in dem Messgerät integriert sein und die Generatoren und/oder Empfänger entweder direkt bei abgeschalteter Primärübertragung oder über Koppelelemente an die Messleitung geschaltet werden.In both cases, the recipient can the measuring device be integrated and the generators and / or receivers either directly when the primary transmission is switched off or about Coupling elements are connected to the measuring line.

Die Signalübertragung wird bei einem Mehrleitungs-Messsystem von allen Leitungen, auch von denen, die nicht direkt mit dem Generator oder Empfänger zur Messung verschaltet sind, beeinflusst. Um diese störende Beeinflussung zu reduzieren und um die Signalausbeute der Messleitung zu verbessern, werden alle Leitungen an ihren beiden Enden mit Anpassungswiderständen ("matched loads") versehen. "Angepasst" nennen Elektrotechniker Geräte, wenn ihre Ein- und/oder Ausgangsimpedanzen der Messleitungsimpedanz gleich kommen. Im vorliegenden Fall hängt die Messleitungsimpedanz zum Beispiel von der unbekannten Bodenfeuchtigkeit ab. Um einen guten Kompromiss zwischen der eigentlich für jede Messung benötigten Impedanz und der ständigen Änderung der Impedanzen zu erreichen, kann die Impedanz der Messleitung so gewählt werden, dass sie der mittleren Bodenfeuchtigkeit entspricht.The signal transmission is in a multi-line measuring system of all lines, including those that are not directly connected to the generator or recipient are connected to the measurement. To this disturbing influence to reduce and to improve the signal yield of the measuring line Provide all lines with matched loads at both ends. Electrical engineers call "adapted" Equipment, if their input and / or output impedances are the measuring line impedance come right away. In the present case, the measuring line impedance depends for example depending on the unknown soil moisture. To one good compromise between the impedance actually required for each measurement and constant change of impedances, the impedance of the measuring line can be so chosen that it corresponds to the average soil moisture.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:More details, features and Advantages of the present invention are described below with reference to the Drawing explained. Show it:

1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit unterbrochener Primärübertragung auf der eingesetzten Leitung; 1 a first embodiment of the device according to the invention with interrupted primary transmission on the line used;

2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Messungen während der Primärübertragung auf der eingesetzten Leitung stattfindet; 2 a second embodiment of the device according to the invention, in which the measurements take place during the primary transmission on the line used;

3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Verwendung eines Mehrleitungs-Übertragungssystems; 3 a third embodiment of the device according to the invention when using a multi-line transmission system;

4, 4a eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 4 . 4a a fourth embodiment of the device according to the invention;

5, 5a eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Parallelschaltung von zwei Leitungen; 5 . 5a a fifth embodiment of the device according to the invention when two lines are connected in parallel;

6, 6a eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Verwendung zweier Leitungen unterschiedlicher Polarität; 6 . 6a a sixth embodiment of the device according to the invention when using two lines of different polarity;

7a, 7b, 7c schematisch den Verlauf der Feldlinien in Abhängigkeit des Abstandes und der Polarität der verwendeten Leitungen; und 7a . 7b . 7c schematically the course of the field lines depending on the distance and the polarity of the lines used; and

8 eine siebte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Verwendung von zwei in Reihe geschaltete Leitungen. 8th a seventh embodiment of the device according to the invention when using two lines connected in series.

In den Figuren sind sich entsprechende Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit denselben Bezugszeichen beziffert.Corresponding figures are in the figures Parts of the device according to the invention numbered with the same reference numerals.

In 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit unterbrochener Primärübertragung auf der eingesetzten Leitung L dargestellt. Unterbrochene Primärübertragung bedeutet, dass die beispielsweise im Normalfall für die Überlandübertragung von Strom eingesetzte Leitung L kurzfristig nur für das erfindungsgemäße Messverfahren eingesetzt wird. Dies kann entweder durch Entkopplung der Messleitung 1 beispielsweise mittels Schalter vom Rest der Leitung L erfolgen. Es ist aber auch möglich die gesamte Leitung L für die kurze Dauer der Messung stillzulegen.In 1 shows a first embodiment of the device according to the invention with interrupted primary transmission on the line L used. Interrupted primary transmission means that the line L used, for example, in the normal case for the overland transmission of electricity, for a short time only for the measuring ver driving is used. This can be done either by decoupling the measuring line 1 for example by means of switches from the rest of the line L. However, it is also possible to shut down the entire line L for the short duration of the measurement.

Bei allen Leitungen, die zur Ankopplung der Erfindungsgemäßen Vorrichtung an die Messleitung Verwendung finden, handelt es sich um abgeschirmte Leitungen.For all lines that are used for coupling the device according to the invention to the measuring line are shielded Cables.

Die Leitung L ist über Isolatoren 1 zwischen Strommasten M einige Meter über dem Boden B aufgespannt. Die eigentliche Messleitung 1, die über dem zu vermessenden Boden B schwebt, ist über Kopplungselemente 9, 10, die jeweils am Anfang und am Ende der Messleitung angeordnet sind, mit einem Generator 2 und einem kombinierten Empfänger und Messgerät 3 verbunden. Der Generator 2 ist über eine Leitung 5 mit dem Kopplungselement 9 am Anfang der Messleitung 1 verbunden. Am Ende der Messleitung 1 ist das kombinierte Empfänger und Messgerät 3 über eine Leitung 7 mit dem Kopplungselement 10 verbunden.The line L is over insulators 1 stretched between electricity pylons M a few meters above the floor B. The actual measuring line 1 , which hovers over the floor B to be measured, is above coupling elements 9 . 10 , which are arranged at the beginning and at the end of the measuring line, with a generator 2 and a combined receiver and measuring device 3 connected. The generator 2 is over a line 5 with the coupling element 9 at the beginning of the measuring line 1 connected. At the end of the measuring line 1 is the combined receiver and measuring device 3 over a line 7 with the coupling element 10 connected.

Über die Leitung 5 wird das von dem Generator 2 erzeugte Messesignal in die Messleitung 1 eingespeist und durchläuft diese, wobei es durch Wechselwirkung der von dem Strom durchflossenen Leiter erzeugten Feldlinien mit dem Boden B eine Dämpfung, eine Verzögerung oder eine Phasenänderung oder eine Kombination der drei vorgenannten Parameter erfährt. Das Signal wird dann vom Empfänger 3 aufge zeichnet und in dem damit kombinierten Messgerät mit dem ursprünglichen, eingespeisten Messsignal, welches über eine gesonderte Leitung 6 vom Generator zum Empfänger gelangt, verglichen, so dass die auf Grund der Wechselwirkung des Feldes mit dem Erdboden hervorgerufene Dämpfung, Verzögerung und Phasenänderung bestimmt werden.About the line 5 is that from the generator 2 generated measurement signal in the measurement line 1 fed and runs through it, whereby it experiences a damping, a delay or a phase change or a combination of the three aforementioned parameters through the interaction of the field lines generated by the current through which the current flows with the floor B. The signal is then from the receiver 3 recorded and in the combined measuring device with the original, fed-in measurement signal, which is via a separate line 6 from the generator to the receiver, compared, so that the attenuation, delay and phase change caused by the interaction of the field with the ground are determined.

Die rechnerische Auswertung der vom Messgerät bestimmten Messwerte wird in einer mit dem Messgerät über eine Leitung 8 verbundenen Datenverarbeitungsanlage 4 durchgeführt, die neben der Rechnung und Datenerfassung auch zur Steuerung der Vorrichtung (z. B Messzeiten usw.) dienen kann.The mathematical evaluation of the measured values determined by the measuring device is carried out in one with the measuring device via a line 8th connected data processing system 4 carried out, which in addition to the calculation and data acquisition can also be used to control the device (e.g. measurement times, etc.).

Sollte eine direkte Ankopplung der Messvorrichtung und der damit verbundenen Stilllegung der Leitung L unerwünscht sein, so kann, wie es in 2 dargestellt ist, das Messsignal über frequenzselektive Koppelungselemente 9 und 10 während der Primärübertragung auf die Leitung aufmoduliert werden. Mit anderen Worten, die Übertragung des Messesignals und die Primärübertragung finden in einem unterschiedlichen Frequenzbereich statt, so dass sich diese nicht stören und parallel stattfinden können. Zur Verhinderung von Messfehlern und Störungen im Primärbetrieb dienen die Hochfrequenzsperren 16 und 17, die jeweils vor und hinter den Kopplungselementen 9 und 10 angeordnet sind. Ansonsten entspricht die in 2 dargestellte Ausführungsform im wesentlichen der aus 1.Should a direct coupling of the measuring device and the associated shutdown of the line L be undesirable, as can be seen in 2 is shown, the measurement signal via frequency-selective coupling elements 9 and 10 be modulated onto the line during the primary transmission. In other words, the transmission of the exhibition signal and the primary transmission take place in a different frequency range, so that they do not interfere and can take place in parallel. The high-frequency locks are used to prevent measurement errors and disturbances in primary operation 16 and 17 , each in front and behind the coupling elements 9 and 10 are arranged. Otherwise the in 2 embodiment shown essentially from 1 ,

Befindet sich, wie in 3 dargestellt und es meist der Fall ist, neben der Leitung L1, die die eigentliche Messleitung 1 stellt, eine weitere Leitung L2, so wird die Signalübertragung nicht nur durch die eigentliche Messleitung 1 beeinflusst, sondern auch durch die übrigen Leitungen L2. Um diese störende Beeinflussung zu reduzieren und die Signalausbeute in der Messleitung zu verbessern, werden die nicht zur Messung dienenden Leitungen L2 an ihren jeweiligen Enden mit Anpassungswiderständen 13 und 14 versehen, die über Kopplungselemente 12 und 11 mit der Leitung L2 verbunden sind. Über diese Widerstände wird die Impedanz der Leitung L2 am Eingang und Ausgang der Messeleitungsimpedanz angepasst, so dass die Messleitung quasi "entstört" ist.Is as in 3 shown and it is usually the case, in addition to line L1, which is the actual measuring line 1 provides another line L2, the signal transmission is not only through the actual measuring line 1 influenced, but also by the other lines L2. In order to reduce this disturbing influence and to improve the signal yield in the measuring line, the non-measuring lines L2 are provided with matching resistors at their respective ends 13 and 14 provided over coupling elements 12 and 11 are connected to line L2. The impedance of line L2 at the input and output is adapted to the measurement line impedance via these resistors, so that the measurement line is quasi "suppressed".

Allerdings hängt die Messleitungsimpedanz zum Beispiel von der Feuchtigkeit im Boden ab, so dass eine Anpassung der Impedanz der Leitung L2 schwierig ist und theoretisch ständig geändert werden müsste. Um dies zu verhindern, wird eine Leitungsimpedanz eingestellt, die der mittleren Bodenfeuchtigkeit entspricht. Um eine trotzdem möglicherweise notwendige Anpassung, zum Beispiel beim Wechsel der Jahreszeiten, einfacher vornehmen zu können, ist es sinnvoll wenn am Generator 2 und am Empfänger/Messgerät 3 ebenfalls Widerstände 15 und 16 vorgesehen sind, über die die Impedanz der Messleitung veränderbar ist. Dies kann zum Beispiel bei der routinemäßigen Wartung des Generators und des Empfängers/Messgerätes vorgenommen werden.However, the measuring line impedance depends, for example, on the moisture in the ground, so that it is difficult to adapt the line L2 impedance and theoretically it would have to be constantly changed. To prevent this, a line impedance is set that corresponds to the average soil moisture. In order to be able to make an adjustment that may be necessary, for example when changing the seasons, it makes sense to use the generator 2 and on the receiver / measuring device 3 also resistors 15 and 16 are provided, via which the impedance of the measuring line can be changed. This can be done, for example, during routine maintenance of the generator and the receiver / measuring device.

Bei einer einleitigen Fernleitung, wie zum Beispiel einer Eisenbahnoberleitung, wie sie in 4 dargestellt ist, muss die notwendige Rückleitung über den Boden stattfinden, so dass der Generator 2 über eine entsprechende Leitung 12 und das Messgerät/Empfänger 3 über eine Leitung 11 mit dem Boden B verbunden sind. Der ganze Generator-Strom fließt dann durch den Boden und die volle Generator-Spannung liegt dann zwischen dem Boden B und der Leitung L an. In einem solchen Fall ist die verzögernde oder phasenverändernde Wirkung des Bodens am stärksten und die Feldlinien F verlaufen von der Leitung L zum Boden B hin, wie dies in 4a gezeigt ist.In the case of a single-line transmission line, such as a railway overhead line, as described in 4 is shown, the necessary return line must take place via the ground, so that the generator 2 via a corresponding line 12 and the meter / receiver 3 over a line 11 are connected to the floor B. The entire generator current then flows through the bottom and the full generator voltage is then present between the bottom B and the line L. In such a case, the retarding or phase-changing effect of the soil is strongest and the field lines F run from line L to soil B, as shown in FIG 4a is shown.

Werden mehrere Leitungen eingesetzt, so bestehen auch verschiedene Möglichkeiten der Schaltung. Für die Rückleitung kann weiterhin der Boden eingesetzt werden und für die Messleitung zwei oder mehrere parallel laufende Leitungen verschaltet werden. Dadurch wird das Messgerät in einem breiteren Streifen unter den Leitungen auf den Boden wirken, wie dies beispielsweise aus 5 und 5a hervorgeht. Hier sind die Leitungen L1 und L2 über mit den Elementen 9 und 10 verbundenen Koppelungselementen 13 und 14 parallel geschaltet, so dass die Feldlinien von den Leitungen zum Boden hin führen und einen größeren Bereich abdecken. Dadurch wird auch die Eindringtiefe des Messfeldes in den Boden erhöht.If several lines are used, there are also various switching options. The bottom can still be used for the return line and two or more parallel lines can be connected for the measuring line. As a result, the measuring device will act on the floor in a broader strip under the lines, for example 5 and 5a evident. Here the lines L1 and L2 are over with the elements 9 and 10 connected coupling elements 13 and 14 connected in parallel so that the field lines run from the lines to the ground and cover a larger area. This also increases the depth of penetration of the measuring field into the ground.

Für die Rückführung des Generator-Stroms (Rückleitung) kann an Stelle des Bodens auch eine weitere parallel verlaufende Leitung eingesetzt werden. Dann spricht man von einem Zweileiter. In einem solchen Fall, wie er in 6 dargestellt ist, fließt nur ein Teil des Generator-Stroms in den Boden. Der Messeffekt wird kleiner und die gesamte Dämpfung entlang der Leitung ist auch wesentlich kleiner. Für längere Messstrecken ist deshalb vorzugsweise die Zweileiter-Variante einzusetzen.For the return of the generator current (return line), another parallel line can be used instead of the bottom. Then one speaks of a two-wire. In such a case, as in 6 is shown, only a part of the generator current flows into the ground. The measurement effect becomes smaller and the total attenuation along the line is also significantly smaller. For longer measuring distances, the two-wire version should therefore preferably be used.

Dabei ist es möglich, die Leitungen L1 und L2 mit Spannung unterschiedlicher Polarität zu beaufschlagen, so dass die Feldlinien immer noch durch den Boden B, jedoch von der einen Leitung L1 zu anderen Leitung L2 verlaufen (siehe 6a).It is possible to apply voltage of different polarity to lines L1 and L2, so that the field lines still run through soil B, but from one line L1 to another line L2 (see 6a ).

In der Zweileiter-Variante können für die Leitung und/oder die Rückleitung zwei oder mehrere parallel geschaltete Leitungen verwendet werden, so dass sich der Effekt des Bodens aber auch die Dämpfung stärker abschwächt. Gleichzeitig ändern sich jedoch auch die Breite des Messbereichs und die Eindringtiefe in den Boden. Mit der Wahl des Abstandes zwischen den Leitern lässt sich also das Messfeld beeinflussen (vgl. 7a – 7c). Mit zunehmendem Abstand der Leitungen nimmt auch die Eindringtiefe des Messfeldes bzw. der Feldlinien zu. D. h. man kann mit der Permutation der möglichen Schaltungsanordnungen bei Mehrleitern gegebenenfalls unterschiedliche Messbreiten und unterschiedliche Messtiefen erreichen. Dies gilt auch bei der Beschattung mit unterschiedlicher Polarität der Leitungen.In the two-wire version, two or more lines connected in parallel can be used for the line and / or the return line, so that the effect of the floor but also the attenuation is weakened more. At the same time, however, the width of the measuring range and the depth of penetration into the soil also change. The measuring field can be influenced by the choice of the distance between the conductors (cf. 7a - 7c ). As the distance between the lines increases, the penetration depth of the measuring field or field lines increases. I.e. With the permutation of the possible circuit arrangements in the case of multi-conductors, it is possible to achieve different measuring widths and different measuring depths. This also applies to shading with different polarity of the lines.

Diese Tatsache ermöglicht die Feststellung des Ausmaßes einer Schneedecke, die über den Boden verteilt ist.This fact enables Determination of the extent a blanket of snow over the floor is distributed.

Weiterhin erhöht die Verwendung von unterschiedlichen Anordnungen die Redundanz der Messungen, wodurch die Messgenauigkeit gesteigert wird.Furthermore, the use of different increases Arrangements the redundancy of the measurements, reducing the measurement accuracy is increased.

Bei unterschiedlichen Temperaturen liegen die Leitungen in unterschiedlichen Höhen über dem Boden, da die üblicherweise verwendeten Materialien, wie Stahl mit der Temperatur in ihrer Länge stark schwanken. So dehnen sich zum Beispiel Aluminium, Kupfer und Stahl bei einer Erhöhung der Temperatur aus und eine daraus bestehende Leitung "hängt durch", wodurch der Abstand zum Boden kleiner wird. Hierdurch ändert sich jedoch auch das Messfeld im Boden, so dass bei Verwendung unterschiedlicher Messanordnungen eine Korrektur eines möglicherweise auftretenden Temperatureffekts auf die Messwerte möglich ist. Mit diesem Verfahren lässt sich auch feststellen, ob die Leitungen selbst vereist sind.At different temperatures the lines are at different heights above the ground, because they are usually used materials, such as steel, vary greatly in length with temperature. For example, aluminum, copper and steel stretch in one increase temperature and an existing pipe "sags", which reduces the distance to the ground. This changes However, the measuring field is also in the ground, so that when using different measuring arrangements a correction of one possibly occurring temperature effect on the measured values is possible. With this procedure lets also find out whether the lines themselves are iced up.

Bei Verwendung von Systemen mit mehreren Leitungen besteht die Möglichkeit eine Schleifen- oder Ring-Schaltung vorzunehmen, so dass die Messleitung hin- und zurückgeschaltet wird, wodurch der Empfänger/Messgerät und der Generator sich am selben Ort befinden können, so dass lange Leitungen zwischen Generator und Empfänger nicht nötig sind, was der Signalgüte zum Vorteil gereicht und die Wartung vereinfacht (vgl. 8). Im einfachsten Fall wird die Leitung L1 über eine Brücke 15 mit der Leitung L2 in Reihe geschaltet, so dass das Kopplungselement 10 etwa am selben Ort wie das Kopplungselement 9 angeordnet ist und die Leitungen 6 und 7 zwischen Generator, Empfänger und Messleitung kurz werden. Eine solche Schaltung insbesondere bei Überlandleitungen der Energieverteilungssysteme möglich, da es sich hierbei häufig um Netzwerke handelt. Ferner ist dann auch eine Ausführung des Generators, Empfängers und Messgeräts in einem Gehäuse möglich.When using systems with multiple lines, there is the option of looping or ringing so that the measuring line is switched back and forth, which means that the receiver / measuring device and the generator can be in the same place, so that long lines between the generator and receiver are not necessary, which is advantageous for the signal quality and simplifies maintenance (cf. 8th ). In the simplest case, the line L1 is over a bridge 15 connected in series with line L2, so that the coupling element 10 approximately at the same location as the coupling element 9 is arranged and the lines 6 and 7 between generator, receiver and measuring line. Such a circuit is possible in particular in the case of overhead lines of the energy distribution systems, since these are often networks. Furthermore, the generator, receiver and measuring device can also be designed in one housing.

Claims

Method for determining properties of the Soil, especially the moisture content comprising the Steps: - generation a time-limited or permanent electromagnetic field in at least one electrically conductive above-ground line by applying AC voltage such that the minimum a field extends into the ground, - Measurement of at least the running time the one used to generate the time-limited electromagnetic field Wave package and / or a change in AC parameters of the field between at least two in longitudinal direction the line spaced apart points in the at least an above-ground line, - comparison of at least measured transit time and / or the measured change in the AC voltage parameters between the at least two points in the at least one electrical conductive above-ground line with standard values.

A method according to claim 1, characterized in that damping and / or delay and / or phase change of the field between the at least two points in the minimum an electrically conductive above-ground line is measured.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the at least one electrically conductive above-ground Lead during the measurement for Your normal operations are shut down.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the at least one electrically conductive above-ground line during the Measurement for Your normal operation remains available.

Method according to one of the preceding claims 2 to 4, characterized in that the change in damping and / or time delay and / or phase change of the field between the at least two points in the at least at least one electrically conductive above-ground line is compared with calibrated and / or calculated standard values.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that measuring the change in the field in the frequency domain and / or time domain he follows.

A method according to claim 6, characterized in that a frequency range between 1 kHz and 450 kHz and / or 1 to 1000 MHz for the measurement is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the measurement at at least two frequencies is carried out.

Device for coupling to at least one electrical conductive above-ground line for determining properties of the soil, especially with the moisture content - at least one generator to generate a temporary or permanent AC voltage for connection to the at least one electrically conductive above-ground Management, - at least a recipient for connection to the at least one electrically conductive above-ground Pipe and lengthways the line spaced from the at least one generator, and - at least a measuring device to record the duration of the to generate the time-limited electromagnetic field serving wave packet and / or the change at least one parameter of the AC voltage.

Device according to claim 9, characterized in that the electrically conductive above-ground line one or more lines selected from the group consisting of overhead power lines, Supply lines, above ground Telephone lines, overhead railway lines, cable car lines includes.

Device according to claim 9 or 10, characterized in that that the electrically conductive above ground Line a single line and / or two-wire and / or multi-wire includes.

Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that that the generator and / or the measuring device via coupling elements with the at least one electrically conductive above-ground line are connected.

Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that that high-frequency barriers in front of and behind a measuring section on the at least one electrically conductive above-ground line are arranged.

Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that that the individual lines of a multi-conductor at the respective End of the measuring section have matching resistances.