DE4243172A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Bodenabstandes einer Ultraschalleinrichtung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Bodenabstandes einer UltraschalleinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung
des Bodenabstandes einer einen Sender und einen Empfänger
aufweisenden Ultraschalleinrichtung zur Beeinflussung der
Wirkhöhe eines Arbeitsgerätes an einer landwirtschaftlichen
Maschine, bei dem die Bodenoberfläche mit der
Ultraschalleinrichtung abgetastet und dabei entsprechende
Signale gewonnen werden. Die Arbeitsgeräte können oberhalb
oder unterhalb der Bodenoberfläche arbeiten, so daß unter
der Wirkhöhe auch die Wirktiefe verstanden wird. Die
Erfindung zeigt gleichzeitig auch eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung wird
insbesondere an einer Rübenerntemaschine angewendet.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art sind aus der DE-OS 34 36 601 im
Zusammenhang mit einer Sämaschine bekannt. Die Sämaschine
trägt eine Ultraschalleinrichtung mit einem Sender und
einem Empfänger, die nebeneinander angeordnet sind. Bei der
bekannten Vorrichtung geht es darum, die Ablagetiefe von
Saatkörnern auch auf Böden mit sehr vielen auf der
Bodenoberfläche liegenden Kluten genau zu bestimmen, so daß
ein sicherer Aufgang und ein optimales Wachstum der im
Boden abgelegten Saatkörner möglich ist. Hierzu wird
vorgeschlagen, im bestimmten Zeit- oder auch in bestimmten
Wegintervallen Ultraschallwellen auszusenden, die auf die
Bodenoberfläche hin gerichtet sind und von der dortigen
Oberflächenstruktur reflektiert werden. Aus den vom
Empfänger aufgenommenen Signalen wird ein die auf der
Bodenoberfläche liegenden Kluten berücksichtigender, für
das Bodenprofil charakteristischer Wert ermittelt, der
einem Wert entspricht, den man bei der Abtastung einer
ideal eingeebneten Bodenoberfläche erhalten würde. Mit
Hilfe eines Mikroprozessors wird ein Mittelwert gebildet,
der dann die Arbeitstiefe bestimmt, indem eine
Steuereinrichtung von dem Mikroprozessor aus angesteuert
wird und in Abhängigkeit davon die Wirktiefe der Säschare
bestimmt wird. Die bekannte Vorrichtung erfordert eine
aufwendige Auswerteeinheit mit einem Mikroprozessor zur
Mittelwertbildung. Je nach der Ausbildung und
Beschaffenheit der Kluten an der Bodenoberfläche tritt eine
beachtliche Streuwirkung im reflektierten Signal ein, so
daß durch entsprechende Verstärkungsmaßnahmen in der
Auswerteeinheit ein brauchbares Signal gewonnen werden muß.
Die Genauigkeit der Mittelwertbildung ist abhängig von dem
verwendeten Zeit- oder Wegsignal. Bei kurzen Intervallen
ergeben sich fortlaufend Steuerbewegungen. Bei großen
Intervallen wird die Wirkhöhe nur entsprechend ungenau
bestimmt.
In der allgemeinen Ultraschalltechnik ist es bekannt, den
Sender und den Empfänger, auch als kombinierte Einheit, im
Inneren eines Schutzrohres anzuordnen, um lokale
Luftturbulenzen z. B. durch Wärmequellen von dem Sender und
dem Empfänger fernzuhalten. Eine Fokussierung der
Schallkeule mit Hilfe des Schutzrohres ist nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art
bereitzustellen, die keine aufwendige Auswerteeinheit mit
Mikroprozessor zum Erreichen eines Mittelwertes benötigt.
Erfindungsgemäß wird dies bei dem Verfahren der eingangs
beschriebenen Art dadurch erreicht, daß die von der
Bodenoberfläche reflektierten Ultraschallwellen fokussiert
dem Empfänger der Ultraschalleinrichtung als gemitteltes
Signal zugeführt werden.
Durch die Bodenoberfläche, die je nach Beschaffenheit mehr
oder weniger uneben ausgebildet ist, tritt eine
unvermeidliche Streuwirkung an den reflektierten
Ultraschallwellen ein. Diese reflektierten
Ultraschallwellen werden dem Empfänger fokussiert
zugeführt. Dabei ergeben sich notwendigerweise
unterschiedliche Laufzeiten. Durch die Reflexion ergibt
sich die Möglichkeit, das am Empfänger empfangene Signal
bereits als gemitteltes Signal mit einer solchen Intensität
zu empfangen, die ausreicht, um auf eine aufwendige
Auswerteeinheit verzichten zu können. In den unmittelbar
entstehenden Mittelwert geht der Grad der Zerkluftung der
Bodenoberfläche mit ein. Durch eine kontinuierliche
Mittelwerterfassung ist das Arbeitsergebnis unabhängig von
der Fahrgeschwindigkeit. Die Ultraschalleinrichtung
arbeitet berührungslos und hat gegenüber Tasträdern,
Tastschleifern u. dgl. den Vorteil, daß eine Verstopfung
und Verschmutzung der Tasteinrichtung nicht eintritt. Die
Messung erfolgt relativ nahe an der Bodenoberfläche.
Hieraus resultiert eine hohe Genauigkeit. Die Abhängigkeit
von Zeit- oder Wegintervallen ist beseitigt.
Die Fokussierung der von der Bodenoberfläche reflektierten
Ultraschallwellen erfolgt vorzugsweise durch Reflexion.
Dabei werden glatte und ebene Flächen eingesetzt.
Das gemittelte Signal kann kontinuierlich als Analogsignal
ermittelt und in ein elektrisches Signal umgeformt werden,
so daß es entweder unmittelbar auf eine
Steuerungseinrichtung zur Beeinflussung der Wirkhöhe des
Arbeitsgerätes genutzt werden kann. Gegebenenfalls ist eine
Signalumformung erforderlich.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß für die
Fokussierung der von der Bodenoberfläche reflektierten
Ultraschallwellen Reflexionsflächen an der
landwirtschaftlichen Maschine vorgesehen sind, die relativ
zum Empfänger der Ultraschalleinrichtung angeordnet sind.
Es handelt sich dabei um glatte ebene Flächen, die so
ausgerichtet und angeordnet sind, daß die beabsichtigte
Fokussierwirkung auf den Empfänger der
Ultraschalleinrichtung eintritt. Durch diese
Reflexionsflächen tritt letztlich nicht nur eine
Mittelwertbildung ein, sondern das am Empfänger entstehende
Signal erhält auch eine brauchbare Intensität.
Vorzugsweise sind die Reflexionsflächen im Bereich zwischen
dem Empfänger und der Bodenoberfläche vorgesehen, um die
Bandbreite der unterschiedlichen Laufzeiten möglichst klein
zu halten und damit zu einer ausgeprägten Mittelwertbildung
beizutragen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Reflexionsfläche an
einem Reflexionsrohr vorgesehen sind, welches zumindest den
Empfänger der Ultraschalleinrichtung umgibt und auf die
Bodenoberfläche gerichtet ist. Dieses Rohr mit seiner
ebenen inneren Oberfläche dient in erster Linie der
Reflexion und Fokussierung der reflektierten
Ultraschallwellen. Daneben stellt es auch einen
mechanischen Schutz vor Verschmutzung und gegenüber äußeren
Einflüssen zumindest für den Empfänger dar. Das
Reflexionsrohr mit der Ultraschalleinrichtung stellt eine
relativ kleinbauende Einheit dar, die sich leicht und ohne
Störung für die Anordnung der Arbeitsgeräte an einer
landwirtschaftlichen Maschine unterbringen läßt.
Die Ultraschalleinrichtung kann eine Sender/Empfänger-
Einheit aufweisen, die konzentrisch in dem Reflexionsrohr
angeordnet ist. Diese Rohrform wird sich im allgemeinen
anbieten, wobei der Sender und der Empfänger dann nicht
nebeneinander angeordnet sind, sondern konzentrisch zur
Achse des Reflexionsrohres untergebracht sind.
Das Reflexionsrohr kann vorzugsweise kreisrunden
Querschnitt aufweisen, einen größeren Innendurchmesser als
die Schallkeule des Sender aufweisen und in Richtung auf
die Bodenoberfläche einem etwa dem Dreifachen des
Innendurchmessers entsprechende Länge besitzen. Die
Schallkeule des Senders wird durch das Reflexionsrohr nicht
beeinflußt. Die beachtliche Länge des Reflexionsrohres
dient der Gewinnung eines möglichst intensiven Signals,
auch unter Ausnutzung von Mehrfachreflexionen. Das
angegebene Verhältnis zwischen Innendurchmesser und Länge
hat sich als besonders brauchbar erwiesen.
Die Sender/Empfänger-Einheit ist etwa 40 cm über der
Bodenoberfläche angeordnet, und das nach unten gerichtete
freie Ende des Reflexionsrohres weist von der
Bodenoberfläche einen Abstand von etwa 12 cm auf. Damit
werden überraschenderweise sehr gute Arbeitsergebnisse
erzielt. Das Reflexionsrohr kann dabei einen
Innendurchmesser von etwa 10 cm aufweisen.
Die Erfindung wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
anhand der Zeichnungen weiter erläutert und beschrieben. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Rübenerntemaschine in schematisierter
Seitenansicht mit der Ultraschalleinrichtung,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch die
Ultraschalleinrichtung und
Fig. 3 die Verdeutlichung der geometrischen Verhältnisse
an der Ultraschalleinrichtung.
Die in Fig. 1 angedeutete Rübenerntemaschine ist
hinsichtlich der Anordnung ihrer Arbeitsgeräte an sich
bekannt. Auf einem Maschinenrahmen 1 ist in Fahrtrichtung
gemäß Pfeil 2 vorn eine Einrichtung zur Behandlung des
Rübenblattes vorgesehen, die einen nur angedeuteten
Häcksler 3, eine Putzer 4 und ein Köpfmesser 5 aufweist.
Entgegen der Fahrtrichtung schließen sich Rodeschare 6,
Siebsterne 7 sowie nicht näher dargestellte Einrichtungen
an, die zum Überführen der gerodeten Rüben in einen Bunker
8 dienen. Der Maschinenraum 1, der die Arbeitsgeräte 3, 4,
5, 6 trägt, ist an einer Vertikalführung 9 aufgehängt und
über eine Steuereinrichtung 10, die als Hydrozylinder
ausgebildet sein kann, höhenveränderlich gelagert, so daß
damit die Wirkhöhe der Arbeitsgeräte veränderlich ist. Die
relative Wirkhöhe der einzelnen Arbeitsgeräte untereinander
kann durch besondere Maßnahmen eingestellt bzw. verstellt
werden.
Zur Ermittlung der relativen Wirkhöhe der Arbeitsgeräte zur
Bodenoberfläche 11 ist eine Ultraschalleinrichtung 12
vorgesehen, die eine Sender/Empfänger-Einheit 13 aufweist,
die in einem Reflexionsrohr 14 gelagert ist. Das
Reflexionsrohr 14 weist auf seiner Innenseite eine glatte
und ebene Reflexionsfläche 15 (Fig. 2). Die von dem Sender
der Ultraschalleinrichtung 12 ausgesandten
Ultraschallwellen sind in Fig. 2 durch die durchgezogenen
Begrenzungslinien der Schallkeule 16 verdeutlicht. Die von
der Bodenoberfläche 11 reflektierten Ultraschallwellen 17
sind zur Verdeutlichung gestrichelt dargestellt und werden
durch Reflexion in dem Reflexionsrohr 14 fokussiert auf den
Empfänger der Ultraschalleinrichtung 12 zurückgeworfen.
Einige der von dem Sender ausgesandten Ultraschallwellen
werden infolge der zerklüfteten Bodenoberfläche 11 auch so
reflektiert, daß sie nicht nutzbar sind. Durch die mit
Hilfe des Reflexionsrohres 14 herbeigeführte Fokussierung
der reflektierten Ultraschallwellen 17 entsteht jedoch ein
ausgeprägtes Signal im Sinne einer Mittelwertbildung,
welches unmittelbar oder unter Zwischenschaltung einer
Verarbeite- und Auswerteeinheit (nicht dargestellt) der
Steuereinrichtung 10 für die Einsteuerung bzw.
Nachsteuerung der Wirkhöhe des Arbeitsgerätes dienen kann.
Es versteht sich, daß die Steuereinrichtung 10 oder eine
dazwischengeschaltete Verarbeitungseinrichtung für die
Signale die Einstellung einer Grundwirkhöhe ermöglicht, die
dann je nach dem Verlauf der Bodenoberfläche 11
nachgesteuert wird.
Wichtig sind die geometrischen Verhältnisse an dem
Reflexionsrohr 14, wie dies in Fig. 3 verdeutlicht ist.
Das Reflexionsrohr 14 weist eine Länge 18 von etwa 30 cm
auf und besitzt einen Innendurchmesser 19 von etwa 10 cm.
Die Sender/Empfänger-Einheit 13 ist im Inneren des
Reflexionsrohres 14 so angeordnet, daß der Bodenabstand 20
etwa 40 cm beträgt. Der Abstand 21 des nach unten
gerichteten freien Endes des Reflexionsrohres 14 von der
Bodenoberfläche 11 beträgt etwa 12 cm.
Bezugszeichenliste
1 Maschinenrahmen
2 Pfeil
3 Häcksler
4 Putzer
5 Köpfmesser
6 Rodeschaare
7 Siebsterne
8 Bunker
9 Vertikalführung
10 Steuereinrichtung
11 Bodenoberfläche
12 Ultraschalleinrichtung
13 Sender/Empfänger-Einheit
14 Reflexionsrohr
15 Reflexionsfläche
16 Schallkeule
17 Ultraschallwellen
18 Länge
19 Innendurchmesser
20 Bodenabstand
21 Abstand
2 Pfeil
3 Häcksler
4 Putzer
5 Köpfmesser
6 Rodeschaare
7 Siebsterne
8 Bunker
9 Vertikalführung
10 Steuereinrichtung
11 Bodenoberfläche
12 Ultraschalleinrichtung
13 Sender/Empfänger-Einheit
14 Reflexionsrohr
15 Reflexionsfläche
16 Schallkeule
17 Ultraschallwellen
18 Länge
19 Innendurchmesser
20 Bodenabstand
21 Abstand
Claims (10)
1. Verfahren zur Bestimmung des Bodenabstandes einer einen
Sender und einen Empfänger aufweisenden
Ultraschalleinrichtung (12) zur Beeinflussung der Wirkhöhe
eines Arbeitsgerätes (3, 4, 5, 6) an einer
landwirtschaftlichen Maschine, bei dem die Bodenoberfläche
(11) mit der Ultraschalleinrichtung (12) abgetastet und
dabei entsprechende Signale gewonnen werden, dadurch
gekennzeichnet, daß die von der Bodenoberfläche (11)
reflektierten Ultraschallwellen (17) fokussiert dem
Empfänger der Ultraschalleinrichtung (12) als gemitteltes
Signal zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fokussierung der von der Bodenoberfläche (11)
reflektierten Ultraschallwellen (17) durch Reflexion
erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das gemittelte Signal als Analogsignal
kontinuierlich ermittelt und in ein elektrisches Signal
umgeformt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Ultraschalleinrichtung
(12) auf der das Arbeitsgerät (3, 4, 5, 6) tragenden
landwirtschaftlichen Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß
für die Fokussierung der von der Bodenoberfläche (11)
reflektierten Ultraschallwellen (17) Reflexionsflächen (15)
an der landwirtschaftlichen Maschine vorgesehen sind, die
relativ zum Empfänger der Ultraschalleinrichtung (12)
angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Reflexionsflächen (15) im Bereich zwischen dem
Empfänger und der Bodenoberfläche (11) vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Reflexionsflächen (15) an einem
Reflexionsrohr (14) vorgesehen sind, welches zumindest den
Empfänger der Ultraschalleinrichtung (12) umgibt und auf
die Bodenoberfläche gerichtet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ultraschalleinrichtung (12) eine Sender/Empfänger-
Einheit (13) aufweist, die konzentrisch in dem
Reflexionsrohr (14) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Reflexionsrohr (14) kreisrunden Querschnitt aufweist,
einen größeren Innendurchmesser (19) als die Schallkeule
(16) des Senders aufweist und in Richtung auf die
Bodenoberfläche (11) eine etwa dem Dreifachen des
Innendurchmessers entsprechende Länge (18) besitzt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sender/Empfänger-Einheit (13) etwa 40 cm über der
Bodenoberfläche (11) angeordnet ist und das nach unten
gerichtete freie Ende des Reflexionsrohres (14) einen
Abstand (21) von der Bodenoberfläche (11) von etwa 12 cm
aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Reflexionsrohr (14) einen Innendurchmesser (19) von
etwa 10 cm aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924243172 DE4243172A1 (de) | 1992-12-19 | 1992-12-19 | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Bodenabstandes einer Ultraschalleinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924243172 DE4243172A1 (de) | 1992-12-19 | 1992-12-19 | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Bodenabstandes einer Ultraschalleinrichtung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4243172A1 true DE4243172A1 (de) | 1994-06-30 |
Family
ID=6475902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924243172 Withdrawn DE4243172A1 (de) | 1992-12-19 | 1992-12-19 | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Bodenabstandes einer Ultraschalleinrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4243172A1 (de) |
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8130 | Withdrawal |