DE19914889A1

DE19914889A1 - Sensor to detect the thickness of sedimentary deposits in basins, lagoons, rivers or lakes without the application of external thrust from a pushrod

Info

Publication number: DE19914889A1
Application number: DE1999114889
Authority: DE
Inventors: Ulrich Claus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-10-05

Abstract

A sensor to detect the thickness of sedimentary deposits in basins, lagoons, rivers or lakes without the application of external thrust from a pushrod. A sensor assembly measures the depth of a layer of sediment on the bottom of a water treatment basin, lagoon or waterway. Attached by an umbilical wire, the cylindrical probe has a sharp conical nose which penetrates the upper boundary layers of sludge, exposing sidewall detectors top the sludge layers. The housing also incorporates an electric motor with an eccentric mass on the motor shaft, a reflection or transmitted light photometer and a measuring aperture in the cylinder wall. The housing further has a pressure transducer with an outer membrane. The sensor is allowed to descend vertically through with running motor.

Description

Die Erfindung betrifft die Messung der Dicke, beziehungsweise Höhe, von weichen Sedimentschichten (Schlammspiegel) in Gewässern mit Hilfe photometrischer Verfahren.The invention relates to the measurement of the thickness or height of soft Sediment layers (sludge levels) in water using photometric methods.

Die photometrische Schlammspiegelmessung erfolgt nach dem allgemeinen technischen Stand ausschließlich in künstlich angelegten Wasserbecken mit bekannter Höhe der Bodenplatte durch den Einsatz stationärer, vertikal verschiebbarer, Meßsonden, die mittels Auf- oder Durchlichtphotometrie die Trenn- bzw. Übergangszone zwischen Klar- und Absetzphase erkennen und über die bekannte Höhendifferenz zwischen Bodenplatte und Sonde auf die Mächtigkeit der Schlammschicht schließen lassen. Wenn das Niveau des Beckenbodens bekannt ist, genügt dabei das Aufsetzen auf die Grenzschicht oder deren teilweise Durchdringung im unmittelbaren Grenzbereich, um den Schlammspiegel ermitteln zu können. Die Eintauchtiefe von der Gewässeroberfläche aus wird anhand allgemein bekannter Längenmeßverfahren bestimmt.The photometric sludge level measurement is carried out according to the general state of the art only in artificially created water basins with a known base plate height the use of stationary, vertically displaceable measuring probes, which can be opened or closed Transmitted light photometry the separation or transition zone between the clear and settling phases recognize and on the known height difference between the base plate and probe on the Let the thickness of the sludge layer close. If the level of the pelvic floor is known is sufficient to place on the boundary layer or its partial penetration in the immediate limit range in order to be able to determine the sludge level. The immersion depth of the surface of the water is determined using generally known length measurement methods.

Diesen derzeit bekannten Anordnungen haftet der Nachteil an, daß ohne Einwirkung äußerer senkrechter Kräfte, die nur mittels starrer Konstruktionselemente übertragen werden könnten, kein vollständiges Durchdringen der Sedimentschicht erfolgt und deshalb die direkte Messung der Dicke des Sediments ohne Kenntnis der Beckengeometrie nicht möglich ist. Besonders in natürlichen Gewässern und bei nichtstationären Messungen ist deshalb mit den bekannten Vorrichtungen keine Schlammspiegelmessung durchführbar. Weiterhin tritt ohne Einsatz starrer Konstruktionselemente in vielen Fällen, besonders in offenen Gewässern, ein Abdriften von Meßsonden infolge von Strömungen auf, so daß eine Tiefenermittlung anhand der eingetauchten Kabellänge mit großen Meßfehlern verbunden ist.These currently known arrangements have the disadvantage that without external influences vertical forces that could only be transmitted using rigid structural elements, there is no complete penetration of the sediment layer and therefore the direct measurement the thickness of the sediment is not possible without knowledge of the pelvic geometry. Especially in natural waters and non-stationary measurements is therefore familiar with the Devices no sludge level measurement can be carried out. Furthermore, more rigid occurs without use Construction elements in many cases, especially in open waters, drift from Measuring probes due to currents, so that a depth determination based on the immersed Cable length is associated with large measurement errors.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, eine Tauchsonde zu schaffen, die ohne Einwirkung äußerer Kräfte weiche Sedimentschichten vollständig durchdringt und dabei mit geeigneten Sensoren ausgestattet ist, die sowohl das Passierren von Grenzschichten erkennen, wie auch den Tiefenunterschied zwischen Sedimentober- und -untergrenze messen können.The problem underlying the invention is to provide a submersible that without the influence of external forces, it completely penetrates soft sediment layers and thereby is equipped with suitable sensors that both detect the passage of boundary layers, as well as measure the difference in depth between the upper and lower sediment limits.

Das Problem wird durch die in den Ansprüchen 1 und 4 gekennzeichnete Erfindung gelöst.The problem is solved by the invention characterized in claims 1 and 4.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.Advantageous refinements are specified in the further claims.

Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einem wasserdichten stabförmigen und an den Enden konisch angespitzten Sondengehäuse, das im vorderen Teil einen Elektromotor mit einer Exzentermasse auf der Rotorwelle aufweist und in dessen weiteren Innenraum ein Reflexions- oder ein Durchlichtphotometer, bestehend aus einer Lichtquelle und einem Lichtempfänger sowie ein Druckwandler angeordnet sind.The arrangement according to the invention consists of a waterproof rod-shaped and attached to the Ends of a conically pointed probe housing, which has an electric motor with a Has eccentric mass on the rotor shaft and in its further interior a reflection or a transmitted light photometer, consisting of a light source and a light receiver as well a pressure transducer are arranged.

Am hinteren Ende der Sonde ist ein zugfestes Anschlußkabel zur Energie- und Signalverbindung mit dem Auswertegerät, sowie zum Rückholen der Sonde nach Abschluß jeder Messung, befestigt.At the rear end of the probe is a tensile connection cable for power and signal connection with the evaluation device and to retrieve the probe after each measurement is completed, attached.

Vorzugsweise in der Mantelfläche des Sondengehäuses befindet sich ein Meßspalt, in den das äußere Medium (Flüssigkeit oder Sediment) leicht ein- und austreten kann und durch den der optische Weg des Durchlichtsensors führt. Anstelle des Durchlichtsensors kann auch ein Meßfenster mit einem Reflexsensor angeordnet sein, der die Reflexionseigenschaften des im Fenster sichtbaren Mediums (Lichtabsorption oder Totalreflexion) ermittelt.There is preferably a measuring gap in the outer surface of the probe housing, in which the external medium (liquid or sediment) can easily enter and exit and through which the optical path of the transmitted light sensor leads. Instead of the transmitted light sensor, a Measuring window can be arranged with a reflex sensor that the reflection properties of the im Window visible medium (light absorption or total reflection) determined.

Ebenfalls in der Mantelfläche ist eine Druckmembran angeordnet, die den Außendruck zu einem Drucksensor weiterleitet, ohne dabei das äußere Medium in den Sondeninnenraum gelangen zu lassen.A pressure membrane is also arranged in the lateral surface, which compresses the external pressure Pressure sensor forwards without getting the external medium into the interior of the probe to let.

Für eine Messung wird die Tauchsonde am Anschlußkabel zunächst abgesenkt, während der Lichtsensor die optischen Eigenschaften der Flüssigkeit als Referenzgröße an das Auswertegerät leitet. Mit zunehmender Eintauchtiefe erhöht sich der Druck auf die Membran im Außenmantel der Sonde, wodurch der Drucksensor ein der Tauchtiefe proportionales und als Eintauchtiefe geeichtes Drucksignal übermittelt. Sobald die Sedimentschicht erreicht wird, verändert sich deutlich das Signal des Lichtsensors. Die zu diesem Zeitpunkt meßbare Eintauchtiefe ist die Sedimentobergrenze. Spätestens jetzt wird der Elektromotor mit der Exzentermasse eingeschaltet, wodurch die Sonde durch die Vibration und ihr Eigengewicht leicht in das Sediment hineingleitet und nach einiger Zeit den festen Grund erreicht, was anhand der dann unveränderlichen Tiefe und des konstanten Außendrucks leicht festzustellen ist. Die Dicke der Sedimentschicht ist als Differenz der beiden Tiefenwerte zu errechnen.For a measurement, the immersion probe on the connection cable is first lowered while the Light sensor the optical properties of the liquid as a reference variable to the evaluation device directs. With increasing immersion depth, the pressure on the membrane in the outer jacket increases the probe, whereby the pressure sensor is proportional to the immersion depth and as the immersion depth calibrated pressure signal transmitted. As soon as the sediment layer is reached, changes clearly the signal from the light sensor. The immersion depth that can be measured at this time is Upper sediment limit. At the latest now the electric motor with the eccentric mass switched on, which makes the probe easily into the Sediment slides in and after some time reaches the solid bottom, which is based on the then constant depth and constant external pressure is easy to determine. The thickness of the Sediment layer is to be calculated as the difference between the two depth values.

Zur Verringerung der Störanfälligkeit, etwa durch Verschmutzung des Meßspaltes, können mehrere Lichtsensoren miteinander in einer Sonde kombiniert werden.To reduce the susceptibility to faults, for example due to contamination of the measuring gap several light sensors can be combined in one probe.

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit können anstelle von einem Drucksensor auch mehrere Drucksensoren in einer Sonde kombiniert werden.To increase the measuring accuracy, several can be used instead of one pressure sensor Pressure sensors can be combined in one probe.

Zur Reduzierung des Energieverbrauchs und zur Vermeidung von Fremdlichteinflüssen können die Lichtquellen mit einer Impulsfolge moduliert werden. To reduce energy consumption and to avoid extraneous light influences the light sources are modulated with a pulse train.

Wird die beschriebene Messung in weiteren Meßpunkten wiederholt, so ist für ein Gewässer ein komplettes Tiefen- und Schlammprofil konstruierbar. Hierfür kann die Anordnung auch mit einem Positionserkennungssystem bekannter Bauart erweitert werden, so daß eine automatisierte Erfassung der Koordinaten der Meßpunkte möglich ist.If the measurement described is repeated in other measuring points, then for a body of water complete depth and mud profile can be constructed. The arrangement can also be used for this a position detection system of known design can be expanded so that an automated Detection of the coordinates of the measuring points is possible.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung nachstehend erläutert werden. Fig. 1 zeigt eine Anordnung in einer erfindungsgemäßen Ausführung. In einem stabförmigen und an den Enden konischen Sondengehäuse 1 befindet sich ein Elektromotor 2 mit einer Exzentermasse 3. Im Außenmantel ist ein Meßspalt 4 angeordnet, der von innen mit lichtdurchlässigem Material abgedichtet ist. Seitlich vom Meßspalt befinden sich eine Lichtquelle 5 und ein Lichtempfänger 6, deren optische Verbindung den Meßspalt durchdringt. Weiterhin ist im Außenmantel eine Druckmembran 7 angeordnet, die intern mit einem Drucksensor 8 verbunden ist. Über das Anschlußkabel 9 ist die Sonde mit einem Auswertegerät für den Außendruck, geeicht als Tiefenmesser, und den Lichtsensor als Indikator der optischen Eigenschaften des Außenmediums verbunden.The invention will be explained below using an exemplary embodiment. Fig. 1 shows an arrangement in an embodiment according to the invention. In a rod-shaped and tapered at the ends of the probe housing 1, an electric motor 2 is located with an eccentric mass. 3 A measuring gap 4 is arranged in the outer jacket, which is sealed from the inside with transparent material. To the side of the measuring gap are a light source 5 and a light receiver 6 , the optical connection of which penetrates the measuring gap. Furthermore, a pressure membrane 7 is arranged in the outer jacket, which is connected internally to a pressure sensor 8 . Via the connection cable 9 , the probe is connected to an evaluation device for external pressure, calibrated as a depth gauge, and the light sensor as an indicator of the optical properties of the external medium.

Claims

1. Arrangement for sludge level measurement in water by means of a submersible probe, characterized in that an electric motor with an eccentric mass on its rotor shaft, at least one photometer, consisting of one or more light sources and one or more light receivers in a waterproof, rod-shaped and conically tapered at the ends of the probe housing , which determines the photometric properties of the surrounding liquid via an outer measuring gap or a measuring window, and at least one electrical pressure transducer are arranged for determining the external pressure.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the light sources of the existing photometer can be modulated with a pulse train.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that a position detection system known design is integrated.

4. Method for measuring sludge level in water using a submersible probe, thereby characterized in that an arrangement according to the invention in the water to be examined is lowered with the electric motor switched on, while at the same time the pressure curve, calibrated as immersion depth, and the photometric properties of the surrounding medium be observed in such a way that with significant changes in the photometric Properties the associated immersion depth as the depth of the upper boundary layer and then the achievable total depth is determined as the depth of the lower boundary layer.

5. The method according to claim 4, characterized in that together with the determined The horizontal measuring positions can also be determined so that a coherent grid model of the basic water profile can be constructed.