DE10253772B4

DE10253772B4 - Method and device for determining soil properties

Info

Publication number: DE10253772B4
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: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: AU2003283312A1; DE10253772A1; WO2004046702A1; EP1565730A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften des Erdreichs, insbesondere des Feuchtigkeitsgehaltes umfassend die Schritte:
– Erzeugung eines zeitlimitierten oder permanenten elektromagnetischen Feldes in einer elektrisch leitfähigen oberirdischen Leitung durch Wechselspannungsbeaufschlagung derart, dass das Feld in das Erdreich hinein reicht,
– Messung mindestens der Laufzeit des zur Erzeugung des zeitlimitierten elektromagnetischen Feldes dienenden Wellenpakets und/oder einer Änderung der Wechselspannungsparameter des Feldes zwischen zwei in Längsrichtung der Leitung voneinander beabstandeten Punkten in der oberirdischen Leitung,
– Vergleich der gemessenen Laufzeit und/oder der gemessenen Änderung der Wechselspannungsparameter zwischen den zwei Punkten in der 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 an electrically conductive above-ground line by AC application in such a way that the field extends into the ground,
Measurement of at least the transit time of the wave packet serving to generate the time-limited electromagnetic field and / or a change in the alternating voltage parameters of the field between two points spaced apart in the longitudinal direction of the line in the above-ground line,
Comparison of the measured transit time and / or the measured change of the alternating voltage parameters between the two points in the 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 The invention relates to a method and a device for determination properties of the soil, in particular the moisture content, as well as of heights of snow and ice coverings.

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 accurate and large-scale determination of Properties of the soil, in particular moisture content is important for estimating and Management of water resources, for example for agriculture and forestry. Only with this knowledge can for example a large area adapted irrigation and harvest prediction 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, in particular moisture content also play an important role in public construction projects Example road construction, where the ground must not be too damp.

Auch für die meteorologische Vorhersage spielt die von der Bodenfeuchtigkeit abhängige aufsteigende Wasserdampfmenge eine nicht unerhebliche Rolle.Also for the Meteorological prediction plays the of the soil moisture dependent ascending amount of water vapor plays a not insignificant 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 is intended to mean any type of water be understood. So, in addition to water, snow also falls under moisture and ice, possibly also as covering of the soil.

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 Determining the amount of snow and ice is important for the avalanche forecast and to warn of high water during the spring melt also for the prediction of the level of melted 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.Out WO 96/22522 discloses a moisture sensor for extended layers, each of at least one high-frequency electrical signal generator, a signal transit time measuring device, a reflectometer and a conduit system of at least two intersecting non-contacting independent wires consists. However, this humidity sensor is disadvantageous because it is for operation must be introduced into the soil, which is expensive and expensive as well mechanically complicated, especially when it comes to snowfields is. Furthermore, the sensor is in its length, i. H. in the examined area limited and has around the measuring line around only a limited Measuring range, as the spread of the measuring field in the ground or Snowfield is low due to the small pipe 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.task It is the object of the present invention to provide a method and an apparatus to provide it with no major technical. Effort is possible the determination of properties of the soil, in particular moisture content or to carry out snow or ice thicknesses over a wide area.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches die Schritte

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

umfasst.This object is achieved by a method which includes the steps

Generation of a time-limited or permanent electromagnetic field in an electrically conductive above-ground line by AC application in such a way that the field extends into the ground,
Measurement of at least the transit time of the wave packet serving to generate the time-limited electromagnetic field or a change of the alternating field parameters between two points spaced apart in the longitudinal direction of the line in the at least one above-ground line,
Comparison of the measured transit time and / or the measured change of the alternating voltage parameters between the two points in the 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 in the longitudinal direction of the conduit spaced from the at least one generator, and
- At least one measuring device for detecting the duration of serving for generating the time-limited electromagnetic field wave packet and / or the change of 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.by virtue of the use of an electrically conductive above-ground line to generate the electromagnetic field that enters the soil It is possible because of the distance to the ground, a wide area Areal to measure. Also the difficult introduction of the line into the ground or a snowfield is omitted.

Erfindungsgemäß können prinzipiell jede Art von bereits installierten Freileitungen, d. h. Leitungen, die oberirdisch mit einem gewissen Abstand vom Erdboden verlegt wurden, eingesetzt werden.According to the invention, in principle, any type already installed overhead lines, ie lines that were laid above ground with a certain distance from the ground, are used.

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.Especially it is preferred if the electrically conductive above-ground line a or multiple lines selected from the group consisting of overhead power lines, Supply lines, above ground Telephone lines, rail overhead lines, cable car lines includes.

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 therefore there is no need for new, complex construction measures and the area covered by such lines covers virtually the entire globe, so the measuring range below This line is enormous. It covers a similar surface as usual would be possible only with satellite or air-based measurement technology. In particular the measuring method by the spacing of the measuring line of the Soil for example of its vegetation and / or local condition (Rocks, 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.Out establish In terms of cost, such leads are so low on the Ground spanned that a well measurable portion of the electromagnetic Feldes, which is generated by the measuring line, in the underlying Reaches into the ground.

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 characteristics of the soil or soil coverings to be determined (for example, vegetation or snow) affect the electrical properties of the soil or its covering, that of the electromagnetic Field is penetrated, such as the conductivity, the dielectric Condition (dielectric constant) and the magnetic permeability. This in turn will propagate the field 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 floors and coverings in which only a negligible or no magnetization occurs, the field (measuring signal) only of the two first mentioned Properties influenced. The conductivity and the dielectricity cause in a complex way both damping and also a time delay of the field. The conductivity and the dielectricity of the soil or its coverings are also dependent on them 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.Consequently it is by measuring the delay and / or the damping over the Determination of conductivity and the dielectric constant possible, determine the condition of the soil. For the expert was already earlier known that the signal transmission is influenced by the soil properties. This but earlier than disturbing respected effects have now been surprisingly identified as primary measures of 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 expert was surprising and unpredictable that by measuring the signal delay and / or damping the dielectric constant and the 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 Allocation of the moisture content to the conductivity and the dielectricity can by Calibration done, what these parameters and humidity a soil sample with different moisture contents (For example, after oven drying) for the determination of calibrated Default values are measured. During the actual later measurements have to of course the other sizes (like Vegetation and vegetation stage) corresponding to the calibrated samples that the calibrated default 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 the expert known three-dimensional electromagnetic Field calculations (analytical or numerical) showing the relative permittivity and the conductivity use, take place. For these bills will be first the dielectric constant and conductivity of the Soil at different water content needed. Sufficiently accurate, approximate values are known 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, to be taken.

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).On the area of determination of the moisture content of the soil (inclusive Snow) have come under many recommendations for calculating the dielectric constant and the conductivity of the soil that was used by Birchak et al. recommended mathematical 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 recording of a complete set of standard values (calibration curve) requires many measurements, it is possible to combine the values of the calibration with those of the field calculation, so that only a few measured values are necessary for establishing the calibration curve. In this case, the relative course of the calibration curve is recorded using the mathematical functions (mixing rules) given above. This relative calibration curve is then itself calibrated by means of at least one absolute value derived from a sample measurement, ie the absolute value customized. Several absolute values for calibration deliver a higher 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.Preferably include the inserted electrically conductive above ground lines individual lines and / or two-wire and / or multi-conductor. That's how it is for example, in the high-voltage transmission lines for energy transmission around three or more cables installed on poles are. examples for Two-wire are low voltage supply lines for small consumers, as they spread over the streets are installed in small communities. Also telephone lines are often executed as a two-wire. Railway overhead lines and cable cars are mostly single 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 aboveground Lead can during the measurement for your normal operation shut down, d. H. it only becomes a measuring lead used. It can either be a dedicated test lead act or it will be for the short time of measurement (maximum of a few seconds) the line for example for the power supply or for shut down the phone.

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 Is it possible, that the at least one electrically conductive above-ground line during the Measurement for Your normal operation 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 makes sense then that the measurement signal by means of frequency-selective Coupling elements and / or high frequency barriers (RF barriers), such. B. Transformers, coupling capacities, Adds filters or crossovers to the primary transfer size, d. H. is modulated. Then the measuring signals affect the primary Functions of the pipe system 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.Therefore it is 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 optionally high frequency barriers in front and behind a measuring section on the at least one electrically conductive aboveground 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 "Trägerfrequenz-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 appropriate technique was for the use on high voltage transmission lines for call and Service circuit transfers in the 60's developed and used (carrier frequency message transmission via power lines, Siemens Magazine Issue 8, August 1965, pages 898 to 904; Carrier frequency equipment in AC high voltage grids and on DC transmission lines, Brown Boveri Mitteilungen, Vol. 53, No. 4/5, April / May 1966, p. 350 to 364). With the technical development of wireless telephony and satellite technology, this so-called "carrier frequency communication over power lines" has become obsolete and therefore switched off and dismantled. 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 with the above goal in both the time domain and in the frequency domain possible. For moisture content measurements in soils is a frequency range between 1 and 1000 MHz low, where The higher the frequency, the smaller is the attenuation caused by the ground, however also the possible ones Penetration depth of the measuring field. This must be considered when selecting the frequency range considered become. In the classical soil moisture measurement technology becomes a frequency range between 100 and 1000 MHz used by the attenuation negligible and 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). Should a high-frequency transmission not be possible For example, because the distance between the individual lines is very large, such as This is often the case with power lines, for example Case is, can also be worked 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.Out The prior art is known that for the economical transmission of messages on power lines, a frequency range of about 30 to 450 kHz ("telecontrol transmission on power lines ", Siemens magazine, July 1957, No. 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 then drawn limit of 30 kHz used.

Somit kann erfindungsgemäß ein Frequenzbereich zwischen 1 kHz und 450 kHz und/oder 1 bis 1000 MHz für die Messung eingesetzt wird.Consequently can 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 attenuation in the low frequency range is no longer negligible. Therefore, conductivity will also be an essential parameter in the relationship between the electrical properties of the soil and the moisture content. In this case, two-dimensional default values are used. It should be taken into account that here the possibility of measurement in the time domain is severely limited 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 can then time-limited, low-frequency signal packets used be that for the measurement of the flow time along a long line suitable are. Such signal packets are common and known to those skilled in the art. However, the signal waveform will end up and strongly deformed at the beginning of the packet, d. H. wear out, so a time measurement 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 are 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 the Measuring signal to fit the line, it must be ensured that the Phase measurement is correct, d. H. takes into account the ambiguity of the phase range become. Also, such consideration is known and customary to the person skilled in the art. Can do this Multi-frequency measurements take place. This has the advantage of being through the multi-frequency measurements the redundancy of the measurement is increased which in turn increases 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.Preferably is the damping and / or time delay and / or phase change of Field between the at least two points in the at least one electrically conductive measured 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.at the choice of frequency ranges for the measurement of snow or Ice covering of soils There are special features to consider. Snow is a mixture of ice, Air and water, with the water content until just before the melt negligible is. However, the invention is also for the warning of meltwater flooding used, it is important to also capture the liquid water content. Ice and water differ greatly in their dispersion characteristics in the dielectric constant, whereby the distinction of the two by measuring the relative permittivity at 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 permittivity of water is at DC to about 1 gigahertz and 20 ° C about 80. Ice on the other hand its relaxation frequency at about 10 kHz, so that its dielectric constant below approaches 103 at 1 kHz and above approaches 3.16 from 400 kHz ("Snow Dielectric Measurements, Adv. Space Res. Volume 9, No. 1, 1989). Therefore, for the detection carried out by snow or ice measurements at least two frequencies, at those the dielectricities differ. The measurement of ice and snow is further characterized facilitates 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 is a time-limited wave packet by a generator switched to the measuring line. At the end of the measuring line is the delayed by the soil moisture Signal passed through shielded cables to a receiver, for example. From the generator and the receiver the signals are led to a measuring device, in addition to the damping also the time difference between the signals (ie the running time) is measured becomes. The obtained measurements (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 by a sine wave generator whose frequency is selectable, a sine wave switched to the measuring line. At the end of the measuring line is the for example, by the soil moisture influenced signal through shielded cables led to a phased-in receiver. Both from the generator as well as from the recipient, analogous to the time domain measurement, the signals are led to a measuring device, in addition to the damping also the phase change is determined. The obtained measurements (damping, phase change) are then in the dielectric constant and conductivity and then converted accordingly into the moisture content.

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.Of the receiver can in both cases in the meter be integrated and the generators and / or receivers either directly with switched off primary transmission or over 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 with a multi-line measuring system of all lines, too of those who are not directly connected to the generator or receiver Measurement are interconnected, influenced. To this disturbing influence and to improve the signal yield of the measuring line Provide all lines with matching resistors at both ends. "Adapted" call electrical engineers Equipment, if their input and / or output impedances of the measuring line impedance come soon. In the present case, the measuring line impedance depends for example, from the unknown soil moisture. To one good compromise between the actual impedance needed for each measurement and the constant change To achieve the impedances, the impedance of the measuring line so chosen be that it corresponds to the average soil moisture.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:The The present invention will be explained below with reference to the drawings. It demonstrate:

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 inserted line;

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 with parallel connection of two lines;

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 as a function of 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 series-connected lines.

In den Figuren sind sich entsprechende Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit denselben Bezugszeichen beziffert.In the figures are corresponding 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 a first embodiment of the device according to the invention with interrupted primary transmission on the inserted line L is shown. Interrupted primary transmission means that the line L used, for example, normally for the transmission of electricity overcurrent, is used in the short term only for the measuring method according to the invention. This can be done either by decoupling the test lead 1 For example, by means of switches from the rest of the line L done. But 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.at all lines for coupling the device according to the invention used on the measuring line, it is 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 between power pylons M a few meters above the ground B spanned. The actual measuring line 1 which floats above the ground B to be surveyed is via coupling elements 9 . 10 , which are respectively arranged at the beginning and at the end of the measuring line, with a generator 2 and a combined receiver and meter 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 meter 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 that will be from the generator 2 generated measuring signal in the measuring line 1 is fed and traverses it, whereby it experiences by interaction of the current-carrying conductor through the field lines with the bottom B attenuation, a delay or a phase change or a combination of the three aforementioned parameters. The signal is then received by the receiver 3 recorded and compared in the thus combined measuring device with the original, fed measuring signal, which passes via a separate line 6 from the generator to the receiver, so that the caused due to the interaction of the field with the ground damping, delay and phase change 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 arithmetical evaluation of the measured values determined by the measuring instrument is carried out in one with the measuring instrument via a line 8th connected data processing system 4 which, in addition to the calculation and data acquisition, can also be used to control the device (eg measuring 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 decommissioning of the line L be undesirable, then, as it is in 2 is shown, the measurement signal via frequency-selective coupling elements 9 and 10 during the primary transmission are modulated onto the line. In other words, the transmission of the measurement signal and the primary transmission take place in a different frequency range, so that they do not interfere and can take place in parallel. To prevent measurement errors and disturbances in primary operation, the high-frequency locks are used 16 and 17 , respectively in front of and behind the coupling elements 9 and 10 are arranged. Otherwise corresponds to in 2 illustrated embodiment essentially of 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 located as in 3 represented and it is usually the case, in addition to the line L1, which is the actual measuring line 1 provides, another line L2, so the signal transmission is not only through the actual measuring line 1 but also through the other lines L2. To this disturbing To reduce interference and improve the signal yield in the measurement line, the non-measuring lines L2 at their respective ends with matching resistors 13 and 14 provided by coupling elements 12 and 11 are connected to the line L2. Through these resistors, the impedance of the line L2 at the input and output of the measuring line impedance is adjusted, so that the measuring 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 measurement line impedance, for example, depends on the moisture in the ground, so that matching the impedance of the line L2 is difficult and theoretically would have to be constantly changed. To prevent this, a line impedance is set, which corresponds to the average soil moisture. In order to be able to make a possibly necessary adjustment, for example when changing the seasons, easier, it makes sense if the generator 2 and at the receiver / meter 3 also resistances 15 and 16 are provided, via which the impedance of the measuring line is changeable. This can be done, for example, during the routine maintenance of the generator and the receiver / meter.

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 transmission line, such as a railway overhead line, as in 4 is shown, the necessary return must take place over the ground, so that the generator 2 via an appropriate line 12 and the meter / receiver 3 over a line 11 are connected to the ground B. The whole generator current then flows through the ground and the full generator voltage then lies between the bottom B and the line L. In such a case, the retarding or phase-modifying action of the soil is strongest and the field lines F extend from the conduit L to the 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 different possibilities of the circuit. For the return line, the floor can still be used and for the measuring line two or more parallel lines are interconnected. As a result, the meter will act on the ground in a wider strip under the wires, as for example 5 and 5a evident. Here are the lines L1 and L2 over with the elements 9 and 10 connected coupling elements 13 and 14 connected in parallel so that the field lines lead from the lines to the ground and cover a larger area. This also increases the penetration depth 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) can be used instead of the ground, a further parallel line. Then one speaks of a two-wire. In such a case, as in 6 is shown, only part of the generator current flows into the ground. The measuring effect is smaller and the total attenuation along the line is also much smaller. For longer measuring distances, it is therefore preferable to use the two-wire variant.

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).In this case, it is possible to supply the lines L1 and L2 with voltage of different polarity, so that the field lines still pass through the bottom B, but from the one line L1 to the other line L2 (see FIG 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 Beschaltung mit unterschiedlicher Polarität der Leitungen.In the two-wire variant, two or more lines connected in parallel can be used for the line and / or the return line, so that the effect of the ground but also the attenuation attenuates more strongly. At the same time, however, the width of the measuring range and the depth of penetration into the ground also change. By choosing the distance between the conductors, the measuring field can thus be influenced (cf. 7a - 7c ). As the distance between the lines increases, so does the penetration depth of the measuring field or of the field lines. Ie. If necessary, with the permutation of the possible circuit arrangements in the case of multi-conductors, different measurement widths and different measurement depths can be achieved. This also applies to the wiring with different polarity of the cables.

Diese Tatsache ermöglicht die Feststellung des Ausmaßes einer Schneedecke, die über den Boden verteilt ist.These Fact allows the 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.Farther elevated the use of different arrangements the redundancy of Measurements, whereby the measuring 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 are the lines in different Heights above the ground, as the usual materials used, such as steel with the temperature vary greatly in length. For example, aluminum, copper and steel expand at one increase the temperature and an existing line "hangs through", whereby the distance to the ground is smaller. This changes However, the measuring field in the ground, so that when using different measuring arrangements a correction of a possible occurring temperature effect on the measured values is possible. With this method leaves also determine whether the lines themselves are iced.

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, it is possible to make a loop or ring circuit, so that the measuring line is switched back and forth, which the receiver / measuring device and the generator can be located in the same place, so that long lines between the generator and the receiver are not necessary, which is advantageous for the signal quality and simplifies maintenance (cf. 8th ). In the simplest case, the line L1 is connected via a bridge 15 connected in series with the line L2, so that the coupling element 10 at about the same place as the coupling element 9 is arranged and the lines 6 and 7 between generator, receiver and test lead short. Such a circuit is possible in particular in the case of power lines of the power distribution systems, since these are often networks. Furthermore, an embodiment of the generator, receiver and measuring device in a housing is then possible.

Claims

Method for determining properties of Soil, in particular the moisture content comprising the Steps: - Generation a time-limited or permanent electromagnetic field in an electrically conductive Above-ground line by AC voltage such that the field reaches into the ground, - Measurement at least the duration of the generation of the time-limited electromagnetic Field serving wave packet and / or a change of the AC voltage parameters of the field between two longitudinally the line spaced apart points in the above ground Management, - Comparison the measured transit time and / or the measured change in AC voltage parameters between the two points in the electrically conductive aboveground Line with default values.

Method according to claim 1, characterized in that that damping and / or time delay and / or phase change of the field between the points in the one electrically conductive aboveground Line is measured.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the electrically conductive above-ground line during the measurement for one normal operation is shut down.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized that the electrically conductive above-ground pipe during the measurement for normal operation available remains.

Method according to one of the preceding claims 2 to 4, characterized in that the change of the damping and / or time delay and / or phase change of the field between the points in the electrically conductive aboveground Line compared with calibrated and / or calculated default values becomes.

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

Method according to Claim 6, characterized 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 in that the measurement is at least two frequencies is carried out.

Device for coupling to at least one electrical conductive above-ground pipe for the determination of soil properties, in particular the moisture content with - at least one generator for generating a time-limited or permanent AC voltage for connection to the at least one electrically conductive aboveground Management, - at least a receiver for connection to the at least one electrically conductive aboveground Cable and in the longitudinal direction the conduit spaced from the at least one generator, and - at least a measuring device to record the duration of the generation of the time-limited Electromagnetic field serving wave packet and / or change at least one parameter of the AC voltage.

Device according to claim 9, characterized in that 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, rail overhead lines, cable car lines includes.

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

Device according to one of claims 9 to 11, characterized that the generator and / or the meter 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 high-frequency barriers in front of and behind a measuring section on the at least one electrically conductive aboveground Line are arranged.

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