DE10261138B4 - Bodensensor und Verfahren zur Messung von Bodenparametern - Google Patents

Bodensensor und Verfahren zur Messung von Bodenparametern Download PDF

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Abstract

Sensor zur gleichzeitigen und ortsgleichen Erfassung einer Bodenverdichtung und eines Feuchtegehalts des Bodens, mit einem dielektrischen Messaufnehmer (6), der einen elektrisch leitenden Kegelabschnitt (8) mit einer zum Boden (12) weisenden Spitze aufweist, und mit einer damit verbundenen Vorrichtung zur Erfassung eines Eindringwiderstandes, die einen mit dem dielektrischen Messaufnehmer (6) gekoppelten Kraftaufnehmer (14) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Bodensensor zur gleichzeitigen Erfassung einer Bodenverdichtung und eines Feuchtegehalts des Bodens gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Messung von Bodenparametern gemäß Anspruch 10.
  • Die mechanisierte Landbewirtschaftung führt zu zunehmend höheren Fahrzeug- und Maschinengewichten und damit zu einer zunehmenden Bodenbelastung. Die Bodenbelastung besteht insbesondere in einer Verdichtung des Erdreichs, die solche Ausmaße annehmen kann, dass der Pflanzenwuchs sowie die biologische Aktivität im Boden nachhaltig beeinträchtigt ist. Die daraus resultierenden Ertragseinbußen konterkarieren stellenweise die durch schlagkräftige Maschinen erreichten Effizienzsteigerungen.
  • Um den Einfluss der mechanisierten Landbewirtschaftung zu messen, können bspw. sogenannte Penetrometer eingesetzt werden, die als einfach zu handhabende Instrumente für die Beurteilung von Bodenverdichtungen eine relativ breite Anwendung gefunden haben. Allerdings liefern derartige Penetrometer typischerweise keine eindeutigen Messwerte, da insbesondere die Abhängigkeit des Eindringwiderstandes einer Messsonde vom Bodenfeuchtegehalt eine Einschränkung der Aussagekraft der Eindringwiderstände über die Bodendichte darstellt.
  • Ein System zur Erfassung von chemischen Bestandteilen eines Bodens mit einer bodenberührenden Abtasteinrichtung und einer Einrichtung zur Zuführung von Lösungsmittel zur Bodenabtasteinrichtung ist aus der EP 0 370 593 B1 bekannt. Der mit dem Lösungsmittel hergestellte Auszug des Bodens wird mit einer Spannung beaufschlagt, so dass aus einer Spannungsdifferenz die chemischen Bestandteile des Bodens analysiert werden können.
  • Ein Sensor zur Erfassung einer Bodenfeuchtigkeit ist weiterhin aus der US 54 79 104 bekannt. Dort wird eine Schaltung zur Ansteuerung des elektrischen Sensors sowie der Sensor selbst beschrieben. Der Sensor erlaubt eine Messung des Bodenwiderstands sowie einer Kapazität mit Hilfe von in den Boden gedrückten und als Elektroden verwende ten Messspitzen.
  • Die US 56 63 649 A offenbart ein Bodenpenetrometer, das zeit- und ortsgleich einen Eindringwiderstand und einen Feuchtegehalt eines Bodens messen kann. Die Messung der Bodenfeuchte erfolgt über zwei oder mehr langgestreckte, in vertikaler Richtung an einem Sondenstab anliegende, elektrisch leitfähige Elemente, die oberhalb der Penetrometerspitze angeordnet sind und mittels derer ein elektromagnetisches Feld in dem zu messenden Substrat angelegt wird.
  • In der WO 02/42738 A1 ist eine Bodensonde zur Erfassung einer Untergrundqualität eines Bodens offenbart. Mittels einer stabförmigen Bodensonde mit spitzem Ende und eines damit verbundenen Kraftaufnehmers kann eine Bodendichte gemessen werden.
  • Die DE 37 02 725 A1 beschreibt einen Feuchtesensor zur Verwendung in automatischen Bewässerungsanlagen, bei dem die Feuchtemessung kapazitiv erfolgt.
  • Schließlich ist ein Sensor zur Erfassung von Bodenparametern sowie ein entsprechendes Verfahren aus der US 61 38 590 bekannt.
    •
  • Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine zuverlässige Bestimmung von Bodenparametern, insbesondere einer Bodenverdichtung sowie einer Bodenfeuchte zu ermöglichen.
  • Dieses Ziel der Erfindung wird mit einem Sensor gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie mit einem Verfahren gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
  • Ein Sensor zur gleichzeitigen und ortsgleichen Erfassung einer Bodenverdichtung und eines Feuchtegehalts des Bodens weist eine Messspitze zur Einführung in ein zu untersuchendes Erdreich und eine damit verbundene Vorrichtung zur Erfassung eines Eindringwiderstands auf. Erfindungsgemäß weist die Messspitze einen Messaufnehmer zur Erfassung eines Feuchtegehalts des untersuchten Erdreichs auf. Die Messspitze kann wahlweise in vertikaler oder schräger Richtung in den Boden geschoben werden. Bei Hanglagen ist bspw. auch eine horizontale Einführrichtung möglich.
  • Der erfindungsgemäße Sensor ermöglicht die gleichzeitige und ortsgleiche Erfassung des Eindringwiderstands der Sonde sowie des Feuchtegehalts des Bodens. Mit diesen beiden erfassten Werten kann dann eine Bodenverdichtung in Echtzeit ermittelt werden, die einem realen Wert entspricht. Bei einer Messung des Eindringwiderstands allein würde eine nur eingeschränkte Aussagekraft über die Bodenverdichtung zu ermitteln sein, da die Bodenverdichtung nicht nur vom gemessenen Eindringwiderstand, sondern ebenso vom Feuchtigkeitsgehalt im Boden abhängt. Dieser Zusammenhang kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Sensors in Echtzeit berechnet und berücksichtigt werden. Die Vorrichtung zur Erfassung des Eindringwiderstands kann insbesondere eine mit der Messspitze verbundenen Kraftmessdose umfassen. Der Eindringwiderstand kann wahlweise auch mit kapazitiven oder resistiven Dehnmessstreifen an der Sonde gemessen werden.
  • Der Messaufnehmer zur Erfassung des Feuchtegehalts des Bodens ist ein dielektrischer Messaufnehmer, der eine Messspitze mit einem zum Boden weisenden Kegelabschnitt aus einem leitfähigen Material umfasst. Der Kegelabschnitt mit seiner zum Boden weisenden Spitze kann insbesondere ein Messingkegel o. dgl. sein. Beabstandet zu dem Kegelabschnitt sowie getrennt von diesem ist oberhalb vom Kegel an der Sonde ein elektrisch leitfähiger Ring vorgesehen, der insbesondere ein Messingring sein kann. Die Messspitze kann auf diese Weise mit einer von einem Oszillator erzeugten hochfrequenten Spannung beaufschlagt werden und fungiert dabei als Kondensator.
  • Eine erfindungsgemäße Messanordnung mit einem Sensor gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen sieht zusätzlich eine Vorschubeinrichtung vor, die eine gleichmäßige Einführung der Messspitze in das zu untersuchende Erdreich ermöglicht. Vorzugsweise wird die Messspitze mit Hilfe der Vorschubeinrichtung mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit in das Erdreich eingeführt. Eine bevorzugte Vorschubgeschwindigkeit kann ca. 30 mm/s betragen. Die Vorschubeinrichtung kann für eine Verbesserung der Messbedingungen und für eine möglichst gute Reproduzierbarkeit der Messergebnisse sorgen, indem die Messbedingungen weitgehend konstant gehalten werden.
  • Weiterhin kann wahlweise eine Tiefenmesseinrichtung zur Erfassung einer aktuellen Eindringtiefe vorgesehen sein. Die Tiefenmesseinrichtung ermöglicht bspw. eine Wiederholbarkeit von Messungen mit definierter Eindringtiefe. In Zusammenhang mit der Vorschubeinrichtung kann die Tiefenmesseinrichtung für deren Abschaltung nach Erreichen einer vorgegebenen Maximaltiefe sorgen.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Kommunikationseinrichtung zur satellitengestützten Lageerfassung und/oder zur georeferenzierten Speicherung der Messdaten vor. Eine Satellitennavigationseinrichtung kann für eine exakte Ortung der Messeinrichtung sorgen. Die gewonnenen Messdaten können somit jeweils mit einer exakten Lagekoordinate versehen werden, so dass eine Bodenkartierung mit hoher Genauigkeit ermöglicht ist. Die Messdaten können entweder in einem internen Speicher der Messanordnung abgelegt oder mittels einer Funkübertragung zu einer zentralen Datenbank übermittelt werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur gleichzeitigen und ortsgleichen Erfassung einer Bodenverdichtung und eines Feuchtegehalts des Bodens sieht eine gleichzeitige Messung eines Eindringwiderstands einer Messspitze sowie eine Erfassung des Feuchtege halts des untersuchten Erdreichs auf. Der Eindringwiderstand kann insbesondere mit einer Kraftmessdose, einer DMS oder dgl. ermittelt werden. Der Feuchtegehalt des Bodens wird mit einem dielektrischen Messaufnehmer erfasst. Der dielektrische Messaufnehmer kann mit einer Hochfrequenz beaufschlagt werden und wirkt dadurch als Kondensator.
  • Vorzugsweise wird die Messspitze mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit in den Boden geschoben, bspw. mit ca. 30 mm/s. Es kann vorteilhaft sein, die Eindringtiefe zu messen und anzuzeigen oder zur Steuerung des Vorschubs der Messspitze zu verwenden.
  • Die gewonnenen Messdaten können mit Hilfe eines satellitengestützten Ortungssystems mit einer Standortinformation versehen werden und bspw. zur Bodenkartierung dienen. Die Messdaten können entweder in einem internen Speicher der Messanordnung abgelegt und später ausgelesen oder an eine zentrale Datenbank übermittelt werden.
  • Zur Bestimmung der Bodenfeuchte eignen sich verschiedene Messmethoden, die die jeweiligen dielektrischen Eigenschaften des Bodens erfassen. Zwischen der Bodenfeuchte und der Dielektrizität des feuchten Bodens existiert ein empirisch belegter Zusammenhang. Die bekannten Messmethoden liefern unter Laborbedingungen hinreichend genaue Ergebnisse; im Feldeinsatz sind sie jedoch relativ ungenau. Ein wesentlicher Grund für die unzuverlässigen Werte im Feldeinsatz liegt darin, dass die Dielektrizität nicht nur von der Bodenfeuchte sondern auch von der Bodendichte abhängt. Um den Einfluss der Bodendichte auszuschließen kann der volumetrische Feuchtegehalt eingeführt werden. Wenn auch die Variabilität der Bodenfeuchte bei verschiedenen Bodenproben durch die Verwendung des volumetrischen Feuchtegehalts wesentlich eingeschränkt werden kann, so muss doch das Bodenvolumen der Probe bekannt sein, was nur unter Laborbedingungen zutrifft. Ein konventioneller Weg der Ermittlung der Bodendichte ist die Messung des Eindringwiderstands in den Boden mittels sogenannter Penetrometer. Dieses Verfahren liefert direkte Ergebnisse als Konusindex, der als Eindringwiderstand bezogen auf die Querschnittsfläche eines genormten Kegels einer Messsonde definiert ist und eng korreliert mit der Bodendichte, aber auch von der Bodenart und dem Bodenfeuchtegehalt beeinflusst wird. Daraus ergibt sich der Vorschlag, die Bodenfeuchte θ und die Bodendichte ρ gleichzeitig und ortsgleich zu messen.
  • Der erfindungsgemäße Sensor zur gleichzeitigen Erfassung der Bodenfeuchte und Bodendichte wird im Folgenden auch als Hygro-Penetrometer bezeichnet. Das Sensorsystem ist in der Lage, in Echtzeit ein Signalpaar zu liefern, dass die dielektrischen Eigenschaften des feuchten Bodens und die mechanischen Eigenschaften des Bodens als Widerstandskraft gegenüber dem Eindringen eines Penetrometerkegels wiedergibt.
  • Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Sensors bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Verwendung eines modifizierten Vertikalpenetrometers, das in Echtzeit eine Kraft als Maß für den Eindringwiderstand sowie eine Bodenfeuchte am gleichen Messort ermitteln kann. Das hierbei zur Anwendung kommende dielektrische Messprinzip kann durch einfache elektronische Standardbauteile realisiert werden. Sogenannte Horizontalpenetrometer wurden schon vielfältig untersucht. Sie arbeiten aber nur in einer Tiefe und sind nicht in der Lage, die Bodendichte als Tiefenprofil anzugeben. Gerade ein solches Tiefenprofil ist jedoch für landwirtschaftliche Zwecke von wesentlicher Bedeutung, um die Qualität der Bodenstruktur für das pflanzliche Wachstum, insbesondere der Wurzeln, messen bzw. erfassen oder beurteilen zu können. Ein Tiefenprofil ist auch dann von Bedeutung, wenn bspw. der Verlauf von Verdichtungen im Boden aufgrund von Befahrung mit schweren Maschinen erfasst und beurteilt werden soll. Es kann damit bspw. abgeschätzt werden, bis in welche Tiefe diese Verdichtungen reichen.
  • Die Erfassung der gewonnenen Messdaten in Echtzeit (sog. Realtime) ist von besonderer Bedeutung für die Kartierung von aktuellen Bodeneigenschaften mit satellitengestützten Ortungsverfahren (sog. GPS bzw. DGPS) und um damit eine teilflächenspezifische Bodenbearbeitung durchführen zu können.
    •
  • Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. In den Zeichnungen zeigt:
  • 1 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in schematischer Darstellung,
  • 2 eine alternative Variante des Sensorsystems gemäß 1,
  • 3 einen Aufbau eines dielektrischen Messaufnehmers in schematischer Darstellung,
  • 4 ein Ersatzschaltbild des dielektrischen Messaufnehmers,
  • 5 einen Zusammenhang zwischen Bodendichte und Signal des dielektrischen Sensors in einem zweidimensionalen Diagramm und
  • 6 einen Zusammenhang zwischen Bodeneindringwiderstand, Bodendichte und volumetrischer Bodenfeuchte in einer dreidimensionalen Diagrammdarstellung.
  • 1 zeigt eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in schematischer Darstellung. Das Sensorsystem umfasst einen Sensor 2, der als Bodensonde ausgestaltet ist. An einem Schaft 4, der typischerweise aus Kunststoff bestehen kann, ist an einer Unterseite ein dielektrischer Messaufnehmer 6 angebracht, der in das zu untersuchende Erdreich eingeschoben werden kann. Die Messspitze des dielektrischen Messaufnehmers 6 weist einen spitzen Kegelabschnitt 8 mit nach unten weisender Kegelspitze auf, damit die Bodensonde leicht in den Boden 12 eindringen kann. Weiterhin ist ein Ring 10 vorgesehen, der beabstandet zum Kegelabschnitt 8 und oberhalb von diesem am Schaft 4 angebracht ist. Sowohl Kegelabschnitt 8 wie auch Ring 10 bestehen aus elektrisch leitendem Material, bspw. aus Messing. An einem oberen Ende des Schafts 4 ist ein Kraftaufnehmer 14 vorgesehen, bspw. eine Kraftmessdose o. dgl. Bei der Kegelspitze handelt es sich um einen genormten Kegel nach ASAE Standard S. 313/3 1958.
  • Das sog. Penetrometer bzw. Vertikalpenetrometer ist vorzugsweise mit einem elektrischen Antrieb für Eindringbewegungen in den Boden (vgl. 2) und einem Kraftaufnehmer 14 ausgestattet. Als Kraftaufnehmer 14 kann bspw. eine Kraftmessdose mit einem maximalen Messbereich von ca. 500 bis 800 N eingesetzt werden. Eine typische maximale Vertikalbewegung kann zwischen 400 und 500 mm betragen. Diese wird im folgenden Zusammenhang auch als Eindringtiefe ΔsE bezeichnet.
  • Im Schaft 4 ist ein Koaxialkabel 16 zur elektrischen Verbindung zwischen dem Messaufnehmer 6 und dem Kraftaufnehmer 14 vorgesehen. Der Schaft 4 besteht meist aus Kunststoff und kann einen typischen Durchmesser von ca. 10 mm aufweisen. Eine typische Länge des Schaftes 4 bis unterhalb den Kraftaufnehmer 14 liegt bei ca. 450 mm. Der Kegelabschnitt 8 der genormten Messspitze weist einen Kegelwinkel von 30 Grad auf. Die Länge des Kegelabschnittes 8 beträgt 18,6 mm. Der Abstand vom Boden bis zum Ring 10 kann ca. 21 mm betragen. Der Ring 10 selbst kann eine Breite von ca. 5 bis 10 mm aufweisen.
  • In den meisten Fällen steigt der Eindringwiderstand mit zunehmenden Gehalt an Schluff und Ton, mit abnehmender Bodenfeuchte, mit wachsender Tiefe der Eindringung in den Boden und bei steigenden Bodendichten. Es kann davon ausgegangen werden, dass für einen ausgewählten Boden die Signale des dielektrischen Meßaufnehmers und des Kraftaufnehmers als Funktion dargestellt werden können:
    Figure 00080001
    mit
    • SDielektrik(θ, ρ)
    = Ausgangssignal des dielektrischen Messaufnehmers,
    SKraft(θ, ρ)
    = Ausgangssignal des Kraftaufnehmers.
  • Die Koeffizienten a1, a2, b1, b2 sind durch Kalibrierung zu bestimmen und es gilt: a1 ≠ a2 ≠ 0, b1 ≠ b2 ≠ 0.
  • Das bedeutet, dass die Ausgangssignale beider Messaufnehmer vom Feuchtegehalt (θ) und von der Bodendichte(ρ) abhängen. Die Messmethode wird somit durch die Interpretation des Wertepaares für den Feuchtegehalt und die Bodendichte mit höherer Genauigkeit charakterisiert.
  • 2 zeigt eine alternative Variante der erfindungsgemäßen Messanordnung, die eine zusätzliche Vorschubeinrichtung 22 zur gleichmäßigen Einführung der Messspitze 6 des Sensors 2 in das Erdreich 12. Eine bevorzugte Vorschubgeschwindigkeit vE kann bspw. bei ca. 30 mm/s liegen. Die konstante Vorschub- bzw. Eindringgeschwindigkeit vE kann für eine gute Reproduzierbarkeit der Messergebnisse bei unterschiedlichen Messungen sorgen. Eine mit der Vorschubeinrichtung 22 gekoppelte Steuereinrichtung 23 kann für eine variable Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit vE sowie für eine Steuerung der Vorschubbewegung des Sensors 2 während der Messung sorgen.
  • Weiterhin zeigt die Variante der 2 eine optionale Tiefenmesseinrichtung 24, die eine Eindringtiefe ΔsE permanent erfassen und ggf. an die Steuereinrichtung 23 übermitteln kann. Die Steuereinrichtung 23 kann ggf. für eine Abschaltung der Vorschubbewegung nach Erreichen einer zuvor definierten Eindringtiefe sE sorgen. Die Abtastung der Eindringtiefe ΔsE kann in vorteilhafter Weise mittels eines optischen Messaufnehmers erfolgen. Vorzugsweise ist auch die Kraftaufnehmer 14 mit der Steuereinrichtung 23 gekoppelt, so dass dort die gesamten Mess- und Steuerdaten gesammelt bzw. an die Komponenten der Messanordnung übergeben werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann eine Kommunikationseinrichtung 26 vorsehen, die eine satellitengestützte Lageerfassung und/oder eine georeferenzierte Speicherung der Messdaten ermöglicht. Die Messdaten können wahlweise in einem internen Speicher der Messanordnung abgelegt oder mit Hilfe der Kommunikationseinrichtung 26 an eine zentrale Datenbank übermittelt werden, vorzugsweise mit einer Funkdatenübertragung. Vorzugsweise ist auch die optionale Kommunikationseinrichtung 26 mit der Steuereinrichtung 23 gekoppelt.
  • 3 verdeutlicht in schematischer Form den Aufbau des dielektrischen Messaufnehmers 6, der ein typisches Gewicht von ca. 110 g haben kann und in den Penetrometerstab integriert ist. Der dielektrische Messaufnehmer 6 basiert auf dem Prinzip der Impedanzmessung mit einer Sonde, deren Messergebnisse von den physikalischen Abmessungen der Sonde und von der Bodenfeuchte abhängen. Der Messingring 10 und der Messingkegel 8 am Ende des Penetrometerstabes stellen die beiden Elektroden eines Kondensators dar. Die Impedanz des Kondensators reagiert, wenn sich die Bodenfeuchte oder die Bodendichte in der Umgebung der Elektroden ändert. Durch Kalibrierung mit Bodenproben verschiedener Bodenarten, Bodendichten und Bodenfeuchtegehalte können die Eigenschaften des Messprinzips ermittelt werden.
  • Ein Hochfrequenzoszillator 20 erzeugt eine hochfrequente Spannung von mehreren Megahertz. Die Wellendetektoren 18 erfassen die vom Messaufnehmer 6 mit Hilfe eines Schwingkreises aus Kondensator Cp und Widerstand Rp (vgl. das Ersatzschaltbild der 4) beeinflussten Spannungen.
  • Um einen Fehlereinfluss, der von der Ausgangsimpedanz des Oszillators ausgeht, zu eliminieren, wird eine zusätzliche Impedanz Z0 eingeführt. Die Impedanz der Probe, die in 3 mit Zp dargestellt ist, kann dann mit Gleichung 6 bestimmt werden:
    Figure 00100001
  • Dabei ist:
    • Up:
    Ausgangsspannung des Wellendetektors bezogen auf den Punkt a und
    Uo:
    Ausgangsspannung des Wellendetektors bezogen auf den Punkt b.
  • Da ein möglicher Salzgehalt im Bodenwasser die dielektrischen Eigenschaften der Probe direkt beeinflusst, empfiehlt sich eine Messfrequenz von mehr als 30 MHz. Eine typische sinnvolle Messfrequenz kann bspw. bei ca. 100 MHz liegen.
  • 5 zeigt eine Kurvenschar für verschiedene Bodendichten, welche die Abhängigkeit zwischen der volumetrischen Bodenfeuchte und dem Sensorsignal des dielektrischen Messaufnehmers angeben. An der Abszisse ist der volumetrische Feuchtegehalt in Prozent und an der Ordinate ein Sensorausgangssignal (in mV) aufgetragen. Dieses Sensorausgangssignal liefert einen Wert für die Eindringkraft in N. Zur Versuchsdurchführung wurden Bodenproben mit verschiedenen volumetrischen Feuchten in sieben zylindrische Kunststoffbehälter in einen Bereich zwischen 0 und 42,5 m3 m–3. D.h. es wurde ein Bereich der Feuchte zwischen absolut trockenem und gesättigtem Feuchtezustand gemessen. Die Behälter hatten eine Höhe von 400 mm und einen Durchmesser von 340 mm. Die Bodenproben sind als toniger Lehm und mit der Textur Ton 34%, Schluff 43% und Sand 11% anzusprechen.
  • 6 zeigt ein weiteres Ergebnis der Gesamtuntersuchungen in Form eines dreidimensionalen Kurvenverlaufs für die Abhängigkeit zwischen der volumetrischen Bodenfeuchte, der Bodendichte und dem Eindringwiderstand für den ausgewählten Bodenwiderstand. Die vertikale Achse zeigt den Konusindex (in Mpa). Die parallel zur Zeichnungsebene liegende horizontale Achse zeigt die Bodendichte (in Mg m–3). Die aus der Zeichnungsebene weisende Achse zeigt den volumetrischen Feuchtegehalt θ (in m3 m–3). Aus der Darstellung kann entnommen werden, dass der Verlauf des Eindringwiderstandes mit den theoretischen Überlegungen übereinstimmt. Andererseits tritt der Maximalwert des Eindringwiderstandes nicht immer bei der trockensten Probe auf.
  • Der Einfluss des Feuchtegehalts auf die Bodendichte müsste berücksichtigt werden und die rheologische Interaktion zwischen dem Boden und der Konusoberfläche des Penetrometers ändert sich signifikant, wenn entweder der Feuchtegehalt oder die Bodendichte (in trockenem Zustand) sich ändern. Es muss deshalb davon ausgegangen werden, dass der Eindringwiderstand gemessen als Konusindex in vielen verschiedenen Kombinationen von Kohäsion und Reibung sich wiederfinden lässt.

Claims (17)

  1. Sensor zur gleichzeitigen und ortsgleichen Erfassung einer Bodenverdichtung und eines Feuchtegehalts des Bodens, mit einem dielektrischen Messaufnehmer (6), der einen elektrisch leitenden Kegelabschnitt (8) mit einer zum Boden (12) weisenden Spitze aufweist, und mit einer damit verbundenen Vorrichtung zur Erfassung eines Eindringwiderstandes, die einen mit dem dielektrischen Messaufnehmer (6) gekoppelten Kraftaufnehmer (14) umfasst.
  2. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen elektrisch leitenden Ring (10) oberhalb des Kegelabschnitts (8) und getrennt von diesem.
  3. Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelabschnitt (8) ein Messingkegel ist und dass der Ring (10) ein Messingring ist.
  4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorschubeinrichtung (22) zur gleichmäßigen Einführung des dielektrischen Messaufnehmers (6) in das zu untersuchende Erdreich vorhanden ist.
  5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Messaufnehmer (6) mit annähernd konstanter Vorschubgeschwindigkeit in das Erdreich einführbar ist.
  6. Sensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Messaufnehmer (6) mit einer Vorschubgeschwindigkeit von ca. 30 mm/s in das Erdreich einführbar ist.
  7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tiefenmesseinrichtung (24) zur Erfassung einer aktuellen Eindringtiefe des dielektrischen Messaufnehmers (6) im Erdreich vorgesehen ist.
  8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kommunikationseinrichtung (26) zur satellitengestützten Lageerfassung und/oder zur georeferenzierten Speicherung der Messdaten vorhanden ist.
  9. Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten in einem internen Speicher des Sensors ablegbar sind.
  10. Verfahren zur gleichzeitigen Erfassung einer Bodenverdichtung und eines Feuchtegehalts des Bodens, bei dem mit einem dielektrischen Messaufnehmer (6), der einen elektrisch leitenden Kegelabschnitt (8) mit einer zum Boden (12) weisenden Spitze aufweist, ein Eindringwiderstand und gleichzeitig ein Feuchtegehalt (θ) eines zu untersuchenden Erdreichs gemessen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der als Kondensator fungierende dielektrische Messaufnehmer (6) mit einer Hochfrequenz beaufschlagt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Messaufnehmer (6) vor jeder Messreihe kalibriert wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Messaufnehmer (6) mit weitgehend konstanter Vorschubgeschwindigkeit in das zu untersuchende Erdreich eingeschoben wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Messaufnehmer (6) mit einer Vorschubgeschwindigkeit von ca. 30 mm/s in das zu untersuchende Erdreich eingeschoben wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindringtiefe des dielektrischen Messaufnehmers (6) im Erdreich gemessen wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnenen Messdaten mit Hilfe eines satellitengestützten Ortungssystems mit einer Standortinformation versehen werden.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnenen Messdaten in einem internen Speicher der Messanordnung abgelegt werden.
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