EP4689646A1 - Vorrichtung, überwachungsvorrichtung, system und verfahren zum überwachen des gehaltes chemischer substanzen von böden - Google Patents

Vorrichtung, überwachungsvorrichtung, system und verfahren zum überwachen des gehaltes chemischer substanzen von böden

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Publication number
EP4689646A1
EP4689646A1 EP24716309.0A EP24716309A EP4689646A1 EP 4689646 A1 EP4689646 A1 EP 4689646A1 EP 24716309 A EP24716309 A EP 24716309A EP 4689646 A1 EP4689646 A1 EP 4689646A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
monitoring
pump
solution
suction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24716309.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tom LEENDERS
Humberto MARTINEZ BARRON Y ROBLES
Rodrigo MARTINEZ BARRON Y ROBLES
Hannes Bernhard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nerite GmbH
Original Assignee
Nerite GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nerite GmbH filed Critical Nerite GmbH
Publication of EP4689646A1 publication Critical patent/EP4689646A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials
    • G01N33/243—Earth materials for determining biological parameters concerning composting, biodegradability or bioavailability
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
    • A01C21/00—Methods of fertilising, sowing or planting
    • A01C21/007—Determining fertilization requirements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials
    • G01N33/245—Earth materials for agricultural purposes

Definitions

  • the present invention relates to a device, a monitoring device, a system and a method for monitoring the content of chemical substances in soils.
  • fertilizers In addition to the use of labor, machines and seeds, a key resource in field farming is the application of fertilizers. In order to optimize the use of fertilizers, it makes sense to examine the soils to be fertilized, which makes it possible to estimate where which substances and in what quantities are necessary for a good yield. This is typically done by taking samples from the soils to be examined and sending them to a laboratory. After a laboratory test, the farmer is given results that he can use to plan the use of fertilizers. The process is currently quite complex and cannot be carried out in real time. This means that inappropriate amounts of fertilizer are introduced into the soil and that more resources are used than necessary.
  • the device according to the invention for monitoring the content of chemical substances in soils has a chamber in which at least one detector chip for detecting at least one chemical substance is arranged.
  • An inlet and an outlet are arranged on the chamber.
  • a pump of the device is provided to suck a solution through the inlet into the chamber.
  • the pump is connected to the outlet of the chamber.
  • the pump is connected to the inlet of the chamber and the solution is sucked out of the soil, then passed through the pump and pumped through the inlet into the chamber.
  • the solution By transporting the solution from the soil into the chamber, the solution reaches the detector chip.
  • the detector chip is now able to analyze the solution and examine it for the content of certain chemical substances.
  • the solution is extracted from the soil.
  • the solution is sucked by the pump from the soil into the inlet of the chamber.
  • the device according to the invention advantageously makes it possible for the laboratory, in which a chemical analysis is carried out in accordance with the state of the art, to be relocated to the field. This significantly simplifies the monitoring process.
  • the farmer benefits in particular from the fact that there are no time delays between the measurement and the result due to sending the samples to laboratories.
  • the outlet has an eighth valve with which the outlet can be opened or closed.
  • the inlet of the device has a seventh valve with which the inlet can be opened or closed. This advantageously makes it possible to close the outlet or the inlet for certain operating modes of the device.
  • the pump is a vacuum pump, i.e. that the pump is able to suck in a fluid, in particular the solution.
  • the device can be provided with a rechargeable battery.
  • the device has solar cells, which provide electrical energy to operate the device or can also charge the rechargeable battery.
  • the device comprises a charging connection with which the rechargeable battery can be charged.
  • the device is equipped with a GPS module. This makes it possible, for example, to link measurement data obtained from the at least one detector chip with location coordinates.
  • the chamber is provided to have further detector chips for detecting different chemical substances.
  • the chamber has at least one further detector chip.
  • the detector chip(s) are arranged in the chamber in an exchangeable manner. This advantageously makes it possible to replace defective detector chips or, as required, to add detector chips to the device for detecting the content of different chemical substances.
  • the device has a communication unit for sending and receiving data.
  • the communication unit is preferably provided to send and receive the data wirelessly. This advantageously enables data on the content of chemical substances in the soil to be transmitted directly from the field to an evaluation point. It is conceivable, for example, that the communication unit transmits data on the content of chemical substances in the soil, preferably with an identifier for the device and/or with location coordinates, to the evaluation point, that the evaluation point processes the transmitted data and makes it available to the farmer. It is also conceivable that a measurement for monitoring the content of chemical substances in the soil is initiated by the device using a start signal, which is transmitted, for example, from the evaluation point to the communication unit.
  • the device has an energy-saving device that switches the device's electrical consumers off.
  • the only energy-saving devices suggested by the prior art are those that put electrical consumers, such as processors, into a sleep mode. In this sleep mode, energy consumption is reduced, but the electrical consumers still consume energy. By switching off the power, significantly less energy is consumed than in the classic sleep mode. This is particularly beneficial to the device according to the invention, as it can then be operated even more safely and autonomously.
  • the chamber has a flushing opening for fluidically connecting the chamber to an area outside the device.
  • the flushing opening can be opened and closed with a first valve of the chamber. This advantageously makes it possible for the solution to be removed from the chamber after a measurement has taken place.
  • the sixth valve is closed to remove the solution from the chamber after the measurement so that no further solution can be sucked into the chamber through the inlet.
  • the first valve is then opened, allowing air from the outside area around the device to enter the chamber. In order to expel the solution from the chamber and flush the chamber, air can now be sucked into the chamber from the outside area using the pump. The chamber is thus actively flushed.
  • the flushing opening at the bottom of the chamber and that the solution can flow out of the chamber by gravity after the measurement when the first valve is open.
  • the solution flows from the flushing opening through a hose into a collecting container.
  • the chamber has a degassing opening, wherein the degassing opening is arranged higher in the chamber than the inlet. Air bubbles that are introduced into the chamber when the solution is introduced can escape from the chamber through the degassing opening. This advantageously ensures a reliable measurement.
  • the device has at least one reservoir for receiving a calibration substance.
  • a calibration opening preferably has a second valve with which the calibration opening can be opened and closed.
  • the reservoir is fluidically connected to the chamber. If the device does not have a second valve, the reservoir is always fluidically connected to the chamber. This advantageously makes it possible to calibrate the detector chip(s) and thus avoid measurement deviations.
  • the first valve is closed and the second valve is opened.
  • the sixth valve is closed. It is conceivable that the calibration substance enters the chamber through the calibration opening. However, it is also conceivable that the pump sucks the calibration substance into the chamber through the calibration opening.
  • the calibration substance is deposited on the at least one detector chip. Due to the previously known properties of the calibration substance, measured values output by the detector chip can now be checked and adjusted accordingly. It is conceivable that the reservoir for collecting the calibration substance is a syringe which can be manually attached to the calibration opening and operated.
  • the monitoring device has a device according to the invention.
  • a tip of the monitoring device is intended to be inserted into the soil.
  • the tip has openings which are fluidically permeable.
  • a tube is arranged between the tip and the device, which the soil is fluidically connected to the inlet of the device through the openings.
  • the inlet is connected to the soil through the openings via a fluidically connecting suction line.
  • the pipe arranged between the tip and the device makes it possible to arrange the device in an exposed manner so that, for example, growing plants do not protrude over the device.
  • the connection between the tip and the chamber by means of a suction line has the advantage of achieving greater flexibility when arranging the monitoring device.
  • the suction line is attached to the device with a pneumatic quick connector. This makes it very easy to remove and reattach the suction line.
  • the tip is made of a metal or a ceramic. It is conceivable that the device is screwed or plugged onto the pipe.
  • the tip is arranged on a suction cup of the monitoring device, with the suction line flexibly connecting the inlet to the suction cup.
  • the suction line flexibly connecting the inlet to the suction cup.
  • the ventilation line is preferably designed to ventilate the inside of the suction cup via a ventilation valve. This enables a particularly clever way of taking samples.
  • a vacuum is created in the suction cup via the pump.
  • the vacuum causes solution from the bottom to collect in the lower area of the suction cup.
  • the pump creates a vacuum at least until the channel is immersed in the solution. If there is enough solution in the suction cup, the ventilation valve is opened. This connects the upper part of the suction cup to the atmosphere via the ventilation line and the pump can suck the solution out through the channel and the suction line.
  • the ventilation line is attached to the device with a pneumatic quick connector. This makes it very easy to remove and reattach the ventilation line.
  • the openings are microchannels.
  • Microchannels in the sense of the present invention are channels whose respective diameter is a few micrometers, i.e. less than 1 mm. This ensures that the solution can be effectively sucked out of the soil and transported through the pipe or suction line into the chamber.
  • the microchannels serve as protection, which prevents the device from being penetrated by coarse soil components.
  • a further object for solving the problem formulated at the outset and a further object of the present invention is a system which has a plurality of monitoring devices according to the invention.
  • a further object of the present invention is a method for monitoring the content of chemical substances in soils, in which a monitoring device according to the invention is used.
  • the solution is pumped from the ground through the openings of the tip along the pipe or the suction line into the chamber.
  • the at least one detector chip in the chamber determines the content of at least one chemical substance in the solution.
  • Fig. 1 a schematic view of a monitoring device according to an exemplary embodiment of the present invention with a device according to an exemplary embodiment of the present invention for carrying out a method according to an exemplary embodiment of the present invention
  • Fig. 2 a schematic view of a system according to an exemplary
  • FIG. 3 a schematic view of a monitoring device according to another exemplary embodiment of the present invention with a device according to another exemplary embodiment of the present invention for carrying out a method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 1 shows a schematic view of a monitoring device 20 according to an exemplary embodiment of the present invention with a device 1 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows a system 100 according to an exemplary embodiment of the present invention with a plurality of monitoring devices
  • the monitoring device 20 shown and the system 100 shown are intended to carry out a method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the device 1 shown in Figure 1 is a device 1 for monitoring the content of chemical substances in soils 6.
  • the device 1 is intended to be plugged or screwed onto a tube 23, at the end of which, opposite the device 1, a tip 21 is arranged.
  • the tip 21 is arranged.
  • the device 1 has openings 22 in the form of microchannels and is intended to be inserted into the base 6. Together with the tube 23 and the tip 21, the device 1 forms the monitoring device 20.
  • the device 1 has a pump 7.
  • the pump 7 is a suction pump, for example a vacuum pump, and is intended to suck a solution 26 from the soil 6 through the openings 22 of the tip 21, along the pipe 23 through the entrance 4 into the chamber 2.
  • the solution 26 contains components of the soil 6, for example nutrients, which can be used to determine the composition and in particular the content of certain chemical substances in the soil 6.
  • At least one detector chip 3.1 is arranged in the chamber 2 for this purpose. In the embodiment of the device 1 shown here, a detector chip 3.1 and three further detector chips 3.2, 3.3 and 3.4 are arranged in the chamber 2.
  • the detector chips 3.1, 3.2, 3.3 and 3.4 are each intended to be able to detect different chemical substances. Thus, in the embodiment shown here, four different chemical substances can be detected in the soil 6 and their respective content determined.
  • the detector chips 3.1, 3.2, 3.3 and 3.4 are arranged in the chamber 2 in an exchangeable manner. Exchangeable means that the detector chips 3.1, 3.2, 3.3 and 3.4 can be exchanged by the user. This means that, for example, defective Detector chips can be replaced or detector chips for detecting one chemical substance can be exchanged for detector chips for detecting another chemical substance.
  • the determination of the content of chemical substances in the soil 6 includes the determination of the moisture content, the pH value, the phosphate content, the nitrate content, the potassium content and the magnesium content. This list is not exhaustive and is merely exemplary.
  • a flushing opening 9 of the chamber 2 connects the chamber 2 with an area outside the device 1.
  • the flushing opening 9 can be opened and closed with a first valve 9.1.
  • the chamber 2 is flushed in order to remove residues of the solution 26 from the chamber 2 and in particular from the detector chips 3.1, 3.2, 3.3, 3.4.
  • the inlet 4 of the chamber 2 is closed with a sixth valve 14 and the flushing opening 9 is opened by opening the first valve 9.1.
  • An eighth valve 18 at the outlet 5 of the chamber 2 is opened, as is a seventh valve 15 which is arranged between the pump 7 and the outside area around the device 1.
  • the pump 7 now sucks air through the flushing opening 9 into the chamber 2 and out again from the outlet 5 of the chamber 2.
  • the chamber 2 is thereby flushed and cleaned of residues of the solution 26.
  • the device 1 has 4 reservoirs 10, 11, 12, 13.
  • the reservoir 10 is connected to the interior of the chamber 2 via a calibration opening.
  • a second valve 10.1 is provided to open or close the calibration opening.
  • the second reservoir 11 is also connected to the interior of the chamber 2 such that a fluidic connection can be established between the second reservoir 11 and the chamber 2 via a third valve 11.1.
  • the third reservoir 12 is connected to the chamber 2 via a fourth valve 12.1.
  • the fourth reservoir 13 is connected to the chamber 2 via a fifth valve 13.1.
  • the reservoirs 10, 11, 12, 13 each contain different calibration substances so that the detector chips 3.1, 3.2, 3.3 and 3.4 can be calibrated specifically.
  • one of the reservoirs 10, 11, 12, 13 is connected to the chamber 2 by opening the associated valve 10.1, 11.1, 12.1, 13.1 and the calibration substance is introduced into the chamber 2.
  • the introduction can be supported by the pump 7.
  • target values are known which are to be displayed by the detector chips 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 which are intended for calibration.
  • the detector chips 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 can be calibrated using these target values, for example corrected by an offset.
  • the device 1 To supply energy to the device 1, the device 1 has a rechargeable battery 17 and solar cells 16. The solar cells 16 ensure an independent energy supply.
  • the device 1 also has a communication unit 8.
  • the communication unit 8 is designed to be able to send and receive data wirelessly. For example, measured values from the device can be sent to an evaluation point 101 or commands, for example for measuring or calibrating, can be received.
  • FIG. 2 shows a system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the system comprises several monitoring devices 20.
  • the monitoring devices 20 are arranged more or less far apart from each other. It is conceivable, for example, that when growing grain, one monitoring device 20 per hectare is inserted into the soil 6. However, it is also conceivable that when cultivating vegetables or fruit, significantly smaller distances are provided between the monitoring devices 20.
  • the top row of Figure 2 shows how the monitoring of the content of chemical substances in the soil 6 is carried out using several pipes 23 and a device 1.
  • several pipes 23 are inserted into the soil 6.
  • a device 1 is then inserted or screwed onto a pipe 23 and combined with the pipe 23 and the tip (not shown here) to form a monitoring device 20.
  • the device 1 can be removed from the pipe 23 and moved to the next pipe 23.
  • a device 1 is arranged on several pipes 23, for example on all pipes 23. This is shown in the bottom row of Figure 2.
  • Figure 3 shows a schematic view of a monitoring device 20 according to another exemplary embodiment of the present invention with a device 1 according to another exemplary embodiment of the present invention for carrying out a method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the basic principles of the embodiment shown here are the same as those which have already been discussed in connection with Figures 1 and 2. Therefore, only the differences are discussed in more detail here.
  • the chamber 2 is connected to the pump 7 via its inlet 4.
  • the pump 7 is in turn connected to a channel 25 of a suction cup 29 via a flexible suction line 24.
  • the flexible connection of the suction cup 29 to the device 1 allows a high degree of freedom in the arrangement of the monitoring device 20.
  • the pump 7 creates a vacuum in the suction cup 29. This sucks the solution 26 from the base 6 through the openings 22 of the tip 21 into the suction cup 29.
  • a conductivity sensor 31 determines the fill level of the solution 26 in the suction cup 29. If there is sufficient solution 26 in the suction cup 29, in particular if the channel 25 is submerged in the solution 26, a vent valve 28 of the device 1 is opened.
  • the vent valve 28 connects the upper part of the suction cup 29 to the atmosphere via a vent line 27. If the ventilation valve 28 is opened, the pump 7 pumps solution 26 through the channel 25 and through the suction line 24 through the pump 7 and the inlet 4 into the chamber 2.
  • the device 1 In order to prevent air bubbles from interfering with the measurement in the chamber 2, the device 1 has a degassing opening 30 through which the air bubbles can escape from the chamber 2.
  • the flushing opening 9 is located at the bottom of the chamber 2 and can be opened via the first valve 9.1. Once a measurement is completed, the first valve 9.1 is simply opened and the solution 26 is discharged from the chamber 2 due to gravity.
  • the device 1 has a humidity sensor 32 and a temperature sensor 33. These sensors 32, 33 determine the humidity and the temperature of the soil 6.
  • the temperature sensor 32 is arranged on the outside of the suction cup 29 and thus determines the temperature 32 of the soil 6 in the area in which the solution 26 is sucked out of the soil 6.
  • the reservoir 10 for holding a calibration substance is a simple syringe.
  • the syringe can be connected via a line to the chamber 2 for introducing the calibration substance.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zum Überwachen des Gehaltes chemischer Substanzen von Böden (6), wobei in der Vorrichtung (1) eine Kammer (2) vorgesehen ist, welche wenigstens einen Detektorchip (3.1) zum Detektieren wenigstens einer chemischen Substanz und einen Eingang (4) aufweist wobei die Vorrichtung eine Pumpe (7) aufweist, wobei die Pumpe (7) mit einem Ausgang (5) der Kammer (2) verbunden und dazu vorgesehen ist, eine Lösung (26) aus dem Boden (6) durch den Eingang (4) in die Kammer (2) zu saugen oder wobei die Pumpe (7) dazu vorgesehen ist, eine Lösung (26) aus dem Boden (6) zu saugen und durch den Eingang (4) in die Kammer (4) zu pumpen.. Weiterhin werden eine Überwachungsvorrichtung (20), ein System (100) und ein Verfahren zum Überwachen des Gehaltes chemischer Substanzen von Böden (6) vorgeschlagen.

Description

Nerite GmbH Jülicher Straße 209c 52070 Aachen
Vorrichtung, Überwachungsvorrichtung, System und Verfahren zum Überwachen des Gehaltes chemischer Substanzen von Böden
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, eine Überwachungsvorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Überwachen des Gehaltes chemischer Substanzen von Böden.
In der Land- und Forstwirtschaft ist die Schonung von Ressourcen seit je her ein zentraler Punkt des Wirtschaftens. Neben positiven Effekten für die betroffenen Ökosysteme sind es selbstverständlich auch wirtschaftliche Aspekte, die den angepassten Einsatz von Ressourcen fördern.
Neben dem Einsatz von Arbeitskraft, Maschinen und Saatgut ist eine zentrale Ressource in der Feldwirtschaft das Ausbringen von Düngemitteln. Um den Einsatz von Düngemitteln zu optimieren, werden sinnvollerweise die zu düngenden Böden untersucht, wodurch eine Einschätzung ermöglicht wird, an welchen Stellen welche Stoffe in welcher Menge für einen guten Ertrag notwendigerweise einzubringen sind. Typischerweise geschieht dies so, dass aus den zu untersuchenden Böden Proben entnommen und in ein Labor verbracht werden. Nach einer Untersuchung im Labor bekommt der Landwirt Ergebnisse mitgeteilt, mit denen er den Einsatz von Düngemitteln planen kann. Das Verfahren ist bisher recht aufwendig und nicht in Echtzeit durchführbar. Dies führt dazu, dass nicht angepasste Mengen an Düngemittel in die Böden eingebracht werden und dass hierdurch mehr Ressourcen verbraucht werden, als nötig wäre.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung, eine Über- wachungsvorrichtung, ein System sowie ein Verfahren zum Überwachen des Gehaltes chemischer Substanzen von Böden bereitzustellen, welche in der Anwendung deutlich einfacher sind, als dies beim Stand der Technik der Fall ist, und die Möglichkeit bieten, die zeitliche Genauigkeit der Überwachung deutlich zu steigern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überwachen des Gehaltes chemischer Substanzen von Böden weist eine Kammer auf, in welcher wenigstens ein Detektorchip zum Detektieren wenigstens einer chemischen Substanz angeordnet ist. An der Kammer sind ein Eingang und ein Ausgang angeordnet. Eine Pumpe der Vorrichtung ist dazu vorgesehen, eine Lösung durch den Eingang in die Kammer zu saugen. Hierzu ist die Pumpe mit dem Ausgang der Kammer verbunden. Alternativ ist vorgesehen, dass die Pumpe mit dem Eingang der Kammer verbunden ist und die Lösung aus dem Boden gesaugt, anschließend durch die Pumpe geführt und durch den Eingang in die Kammer gepumpt wird. Durch das Transportieren der Lösung vom Boden in die Kammer hinein gelangt die Lösung auf den Detektorchip. Der Detektorchip ist nun in der Lage, die Lösung zu analysieren und auf den Gehalt bestimmter chemischer Substanzen zu untersuchen. Zum Überwachen chemischer Substanzen von Böden ist vorgesehen, dass die Lösung aus dem Boden extrahiert wird. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Lösung von der Pumpe aus dem Boden in den Eingang der Kammer angesaugt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es auf vorteilhafte Weise, dass das Labor, in dem, dem Stand der Technik folgend, eine chemische Analyse durchgeführt wird, auf das Feld verlagert wird. Dies vereinfacht den Überwachungsvorgang deutlich. Neben den wegfallenden Transportwegen profitiert der Landwirt insbesondere davon, dass es keine zeitlichen Verzögerungen zwischen der Messung und dem Ergebnis durch ein Einschicken der Proben an Labore gibt. Denkbar ist, dass der Ausgang ein achtes Ventil aufweist, mit welchem der Ausgang geöffnet oder geschlossen werden kann. Denkbar ist ferner, dass der Eingang der Vorrichtung ein siebtes Ventil aufweist, mit welchem der Eingang geöffnet oder geschlossen werden kann. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, den Ausgang bzw. den Eingang für bestimmte Betriebsmodi der Vorrichtung zu schließen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Pumpe eine Vakuumpumpe ist, dass die Pumpe also in der Lage ist, ein Fluid, insbesondere die Lösung, anzusaugen.
Zur Versorgung mit elektrischer Energie kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung einen Akkumulator aufweist. Denkbar ist alternativ oder zusätzlich, dass die Vorrichtung Solarzellen aufweist, welche elektrische Energie zum Betreiben der Vorrichtung bereitstellen oder auch den Akkumulator laden können. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Ladeanschluss umfasst, mit welchem der Akkumulator geladen werden kann.
Denkbar ist, dass die Vorrichtung mit einem GPS-Modul ausgestattet ist. Hierdurch können beispielsweise von dem wenigstens einen Detektorchip gewonnene Messdaten mit Ortskoordinaten verknüpft werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Kammer dazu vorgesehen ist, weitere Detektorchips zum Detek- tieren jeweils andere chemischer Substanzen aufzuweisen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kammer wenigstens einen weiteren Detektorchip aufweist. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, die eingesaugte Lösung auf den Gehalt unterschiedlicher Chemikalien zu testen. Insbesondere ist vorgesehen, dass der bzw. die Detektorchips austauschbar in der Kammer angeordnet sind. Hierdurch ist auf vorteilhafte Weise möglich, defekte Detektorchips auszutauschen oder auch, je nach Bedarf, Detektorchips zur Detektion des Gehaltes unterschiedlicher chemischer Substanzen der Vorrichtung hinzuzufügen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Kommunikationseinheit zum Senden und Empfangen von Daten aufweist. Die Kommunikationseinheit ist hierbei vorzugsweise dazu vorgesehen, die Daten drahtlos zu senden und zu empfangen. Dies ermöglicht es auf vorteilhafte Weise, Daten über den Gehalt chemischer Substanzen des Bodens direkt vom Feld an einen Auswertungsstelle zu übermitteln. Denkbar ist beispielsweise, dass die Kommunikationseinheit Daten über den Gehalt chemischer Substanzen des Bodens, vorzugsweise mit einer Kennung der Vorrichtung und/oder mit Ortskoordinaten, an die Auswertungsstelle übermittelt, dass die Auswertungsstelle die übermittelten Daten aufbereitet und dem Landwirt zur Verfügung stellt. Denkbar ist auch, dass eine Messung zur Überwachung des Gehaltes chemischer Substanzen des Bodens durch die Vorrichtung durch ein Start-Signal initiiert wird, welches, beispielsweise von der Auswertungsstelle, an die Kommunikationseinheit übermittelt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Energiespareinrichtung aufweist, die elektrische Verbraucher der Vorrichtung stromlos schaltet. Aus dem Stand der Technik nahegelegt sind lediglich Energiespareinrichtungen, welche elektrische Verbraucher, wie beispielsweise Prozessoren, in einen Ruhemodus versetzen. In diesem Ruhemodus wird zwar der Energieverbrauch herabgesetzt, die elektrischen Verbraucher verbrauchen jedoch immer noch Energie. Durch das Stromlosschalten wird deutlich weniger Energie verbraucht als im klassischen Ruhemodus. Dies kommt insbesondere der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugute, da sie so noch sicherer autark betrieben werden kann.
Zum Erreichen einer hohen Messqualität ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Kammer eine Spülöffnung zum fluidischen Verbinden der Kammer mit einem Bereich außerhalb der Vorrichtung aufweist. Die Spülöffnung kann mit einem ersten Ventil der Kammer geöffnet und geschlossen werden. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, dass nach einem erfolgten Messvorgang die Lösung aus der Kammer entfernt wird. Denkbar ist beispielsweise, dass zum Entfernen der Lösung aus der Kammer nach dem Messvorgang das sechste Ventil geschlossen wird, sodass durch den Eingang keine weitere Lösung in die Kammer gesaugt werden kann. Das erste Ventil wird sodann geöffnet, wodurch Luft aus dem Außenbereich um die Vorrichtung herum in die Kammer gelangen kann. Um die Lösung aus der Kammer auszutreiben und die Kammer zu spülen kann nun mit der Pumpe Luft aus dem Außenbereich in die Kammer eingesaugt werden. Die Kammer wird somit aktiv gespült. Denkbar ist aber auch, dass die Spülöffnung am Boden der Kammer angeordnet ist und dass die Lösung nach der Messung bei geöffnetem ersten Ventil durch die Schwerkraft aus der Kammer fließen kann. Besonders bevorzugt fließt die Lösung aus der Spülöffnung durch einen Schlauch in ein Auffangbehältnis.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kammer eine Entgasungsöffnung aufweist, wobei die Entgasungsöffnung in der Kammer höher angeordnet ist als der Eingang. Durch die Entgasungsöffnung könne Luftblasen, welche bei Einleiten der Lösung in die Kammer eingetragen werden, aus der Kammer austreten. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise für eine verlässliche Messung gesorgt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung wenigstens ein Reservoir zum Aufnehmen einer Kalibriersubstanz aufweist. Eine Kalibrieröffnung weist vorzugsweise ein zweites Ventil auf, mit dem die Kalibrieröffnung geöffnet und verschlossen werden kann. Bei geöffneter Kalibrieröffnung ist das Reservoir mit der Kammer fluidisch verbunden. Weist die Vorrichtung kein zweites Ventil auf, ist das Reservoir stets mit der Kammer fluidisch verbunden. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, den bzw. die Detektorchips zu kalibrieren und somit Messabweichungen zu vermeiden. Zum Kalibrieren der Detektorchips wird das erste Ventil geschlossen und das zweite Ventil geöffnet. Vorzugsweise wird das sechste Ventil geschlossen. Denkbar ist, dass die Kalibriersubstanz durch die Kalibrieröffnung in die Kammer tritt. Denkbar ist aber auch, dass die Pumpe die Kalibriersubstanz durch die Kalibrieröffnung in die Kammer saugt. Die Kalibriersubstanz legt sich auf den wenigstens einen Detektorchip. Durch vorbekannte Eigenschaften der Kalibriersubstanz können nun vom Detektorchip ausgegebene Messwerte überprüft und entsprechend angepasst werden. Denkbar ist, dass das Reservoir zum Aufnehmen der Kalibriersubstanz eine Spritze ist, welche händisch an die Kalibrieröffnung angesteckt und betätigt werden kann.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Überwachungsvor- richtung zum Überwachen des Gehaltes chemischer Substanzen von Böden. Die Überwachungsvorrichtung weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf. Eine Spitze der Überwachungsvorrichtung ist dazu vorgesehen, in den Boden eingesteckt zu werden. Die Spitze weist Öffnungen auf, welche fluidisch durchgängig sind. Zwischen der Spitze und der Vorrichtung ist ein Rohr angeordnet, welches den Boden durch die Öffnungen fluidisch mit dem Eingang der Vorrichtung verbindet. Alternativ hierzu ist vorgesehen, dass der Eingang über eine fluidisch verbindende Ansaugleitung durch die Öffnungen mit dem Boden verbunden ist. Hierdurch ist auf vorteilhafte Weise möglich, die Vorrichtung direkt auf dem Feld so anzuordnen, dass mit der Pumpe eine Lösung aus dem Boden entnommen und der Kammer zum Überwachen des Gehaltes chemischer Substanzen des Bodens zugeführt werden kann. Das zwischen der Spitze und der Vorrichtung angeordnete Rohr ermöglicht es, die Vorrichtung exponiert anzuordnen, sodass beispielsweise wachsende Pflanzen die Vorrichtung nicht überragen. Die Verbindung zwischen Spitze und Kammer mittels Ansaugleitung hat den Vorteil, dass eine größere Flexibilität beim Anordnen der Überwachungsvorrichtung erreicht wird. Vorzugsweise ist die Ansaugleitung mit einem Pneumatikschnellverbinder an der Vorrichtung befestigt. Hierdurch lässt sich die Ansaugleitung sehr einfach lösen und wieder befestigen. Denkbar ist, dass die Spitze aus einem Metall oder einer Keramik gefertigt ist. Denkbar ist, dass die Vorrichtung auf das Rohr aufgeschraubt oder aufgesteckt ist. Somit ist es beispielsweise möglich, an unterschiedlichen Orten jeweils ein Rohr und eine Spitze einzustecken und zum Messen des Gehaltes chemischer Substanzen im Boden am jeweiligen Ort eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf das Rohr aufzuschrauben bzw. aufzustecken, was die Investitionskosten des Landwirtes reduziert. Ist eine Ansaugleitung vorgesehen, so kann die Vorrichtung beispielsweise mit Rohrschellen an dem Rohr, welches in diesem Fall lediglich zum Halten der Vorrichtung vorgesehen ist, befestigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Spitze an einer Saugkerze der Überwachungsvorrichtung angeordnet ist, wobei die Ansaugleitung den Eingang flexibel mit der Saugkerze verbindet. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, die Vorrichtung und den Ort der Probenentnahme im Wesentlichen unabhängig voneinander zu bestimmen. Es kann beispielsweise an einer Stelle die Vorrichtung platziert werden und in einer bestimmten Entfernung von der Vorrichtung die Saugkerze eingeschlämmt werden. Denkbar ist, dass unterschiedlich lange Saugkerzen verwendet werden. So ist es beispielsweise möglich, durch unterschiedlich lange Saugkerzen Proben in unterschiedlichen Tiefen zu entnehmen. Vorzugsweise ist hierzu vorgesehen, dass die Ansaugleitung mit einem Kanal im Inneren der Saugkerze verbunden ist, wobei sich der Kanal von einem oberen Ende der Saugkerze in Richtung der Spitze erstreckt. An dem oberen Ende ist eine Belüftungsleitung an der Saugkerze angeschlossen. Die Belüftungsleitung ist vorzugsweise dazu vorgesehen ist, über ein Belüftungsventil das Innere der Saugkerze zu belüften. Hierdurch wird eine besonders geschickte Art und Weise der Probenentnahme ermöglicht. Zunächst wird über die Pumpe ein Vakuum in der Saugkerze bereitgestellt. Durch das Vakuum sammelt sich Lösung aus dem Boden im unteren Bereich der Saugkerze. Die Pumpe erzeugt zumindest so lange ein Vakuum, bis der Kanal in der Lösung eingetaucht ist. Ist ausreichend viel Lösung in der Saugkerze vorhanden, so wird das Belüftungsventil geöffnet. Hierdurch wird der obere Teil der Saugkerze über die Belüftungsleitung mit der Atmosphäre verbunden und die Pumpe kann durch den Kanal und durch die Ansaugleitung die Lösung absaugen. Vorzugsweise ist die Belüftungsleitung mit einem Pneumatikschnellverbinder an der Vorrichtung befestigt. Hierdurch lässt sich die Belüftungsleitung sehr einfach lösen und wieder befestigen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Öffnungen Mikrokanäle sind. Mikrokanäle im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Kanäle, deren jeweiliger Durchmesser wenige Mikrometer, also weniger als 1 mm, beträgt. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Lösung effektiv aus dem Boden abgesaugt und durch das Rohr bzw. die Absaugleitung in die Kammer transportiert werden kann. Die Mikrokanäle dienen hierbei als Schutz, welcher die Vorrichtung vor dem Eindringen grober Bodenbestandteile bewahrt.
Die zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung genannten Merkmale, Einzelheiten und Vorteile beziehen sich ebenfalls auf die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung.
Ein weiterer Gegenstand zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe und weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System, welches eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtungen aufweist. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Überwachen des Gehaltes chemischer Substanzen von Böden, bei dem eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung verwendet wird. Hierbei wird von der Pumpe die Lösung aus dem Boden durch die Öffnungen der Spitze entlang des Rohres bzw. der Ansaugleitung in die Kammer transportiert. Der wenigstens eine Detektorchip in der Kammer ermittelt den Gehalt wenigstens einer chemischen Substanz der Lösung.
Die zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrich- tung genannten Merkmale, Einzelheiten und Vorteile beziehen sich ebenfalls auf das erfindungsgemäße System sowie auf das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Ansicht einer Überwachungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Ausführen eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2: eine schematische Ansicht eines Systems gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Mehrzahl von Überwachungsvorrichtung gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und
Fig. 3 . eine schematische Ansicht einer Überwachungsvorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Vorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Ausführen eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Überwachungsvorrichtung 20 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Vorrichtung 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 2 zeigt ein System 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Mehrzahl von Überwachungsvorrichtungen
20 gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und einer Auswertungsstelle 101. Die gezeigten Überwachungsvorrichtung 20 und das gezeigte System 100 sind dazu vorgesehen, ein Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Überwachen des Gehaltes chemischer Substanzen von Böden 6. Die Vorrichtung 1 ist dazu vorgesehen, auf ein Rohr 23 aufgesteckt oder aufgeschraubt zu werden, an dessen, der Vorrichtung 1 gegenüberliegendem, Ende eine Spitze 21 angeordnet ist. Die Spitze
21 weist Öffnungen 22 in Form von Mikrokanälen auf, und ist dazu vorgesehen, in den Boden 6 eingesteckt zu werden. Zusammen mit dem Rohr 23 und der Spitze 21 bildet die Vorrichtung 1 die Überwachungsvorrichtung 20.
Um den Gehalt chemischer Substanzen von Böden 6 überwachen zu können, weist die Vorrichtung 1 eine Pumpe 7 auf. Die Pumpe 7 ist eine Säugpumpe, beispielsweise eine Vakuumpumpe, und ist dazu vorgesehen, eine Lösung 26 aus dem Boden 6 durch die Öffnungen 22 der Spitze 21, entlang des Rohres 23 durch den Eingang 4 in die Kammer 2 zu saugen. Die Lösung 26 enthält dabei Bestandteile des Bodens 6, beispielsweise Nährstoffe, über welche auf die Zusammensetzung und insbesondere den Gehalt bestimmter chemischer Substanzen im Boden 6 geschlossen werden kann. In der Kammer 2 ist dazu wenigstens ein Detektorchip 3.1 angeordnet. In der hier dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 1 sind ein Detektorchip 3.1 sowie drei weitere Detektorchips 3.2, 3.3 und 3.4 in der Kammer 2 angeordnet. Die Detektorchips 3.1, 3.2, 3.3 und 3.4 sind dazu vorgesehen, jeweils unterschiedliche chemische Substanzen detektieren zu können. Somit können in der hier dargestellten Ausführungsform vier unterschiedliche chemische Substanzen im Boden 6 nachgewiesen und ihr jeweiliger Gehalt bestimmt werden. Die Detektorchips 3.1, 3.2, 3.3 und 3.4 sind austauschbar in der Kammer 2 angeordnet. Austauschbar bedeutet, dass die Detektorchips 3.1, 3.2, 3.3 und 3.4 durch den Anwender getauscht werden können. Somit können beispielsweise defekte Detektorchips ersetzt oder Detektorchips zur Detektion einer chemischen Substanz gegen Detektorchips zur Detektion einer anderen chemischen Substanz getauscht werden.
Denkbar ist, dass die Bestimmung des Gehaltes der chemischen Substanzen im Boden 6 die Bestimmung des Feuchtegehaltes, des pH-Wertes, des Phosphatgehaltes, des Nitratgehaltes, des Kaliumgehaltes und des Magnesiumgehaltes umfasst. Diese Auflistung ist nicht abschließend und lediglich beispielhaft.
Eine Spülöffnung 9 der Kammer 2 verbindet die Kammer 2 mit einem Bereich außerhalb der Vorrichtung l.die Spülöffnung 9 kann mit einem ersten Ventil 9.1 geöffnet und verschlossen werden. Ist eine Messung mit der Vorrichtung 1 erfolgt, so wird die Kammer 2 gespült, um Reste der Lösung 26 aus der Kammer 2 und insbesondere von den Detektorchips 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 zu entfernen. Hierzu wird der Eingang 4 der Kammer 2 mit einem sechsten Ventil 14 verschlossen und die Spülöffnung 9 durch Öffnen des ersten Ventils 9.1 geöffnet. Ein achtes Ventil 18 am Ausgang 5 der Kammer 2 wird ebenso geöffnet, wie ein siebtes Ventil 15, welches zwischen der Pumpe 7 und dem Außenbereich um die Vorrichtung 1 herum angeordnet ist. Die Pumpe 7 saugt nun Luft durch die Spülöffnung 9 in die Kammer 2 und aus dem Ausgang 5 der Kammer 2 wieder heraus. Die Kammer 2 wird dadurch gespült und von Resten der Lösung 26 gereinigt.
Zur Kalibrierung der Detektorchips 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 ist wenigstens ein Reservoir 10 vorgesehen, welches eine Kalibrierungssubstanz aufweist. In der hier gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung 1 4 Reservoirs 10, 11, 12, 13 auf. Das Reservoir 10 ist über eine Kalibrieröffnung mit dem Inneren der Kammer 2 verbunden. Ein zweites Ventil 10.1 ist dazu vorgesehen, die Kalibrieröffnung zu öffnen oder zu schließen. Das zweite Reservoir 11 ist ebenfalls mit dem Inneren der Kammer 2 so verbunden, dass eine fluidische Verbindung zwischen dem zweiten Reservoir 11 und der Kammer 2 über ein drittes Ventil 11.1 hergestellt werden kann. Das dritte Reservoir 12 ist über ein viertes Ventil 12.1 mit der Kammer 2 verbunden. Das vierte Reservoir 13 ist über ein fünftes Ventil 13.1 mit der Kammer 2 verbunden. Die Reservoire 10, 11, 12, 13 enthalten jeweils unterschiedliche Kalibrierungssubstanzen, sodass die Detektorchips 3.1, 3.2, 3.3 und 3.4 gezielt kalibriert werden können. Um einen der Detektorchips 3.1, 3.2, 3.3 und 3.4 zu kalibrieren, wird eines der Reservoirs 10, 11, 12, 13 durch Öffnen des zugehörigen Ventils 10.1, 11.1, 12.1, 13.1 mit der Kammer 2 verbunden und die Kalibrierungssubstanz wird in die Kammer 2 eingeleitet. Das Einleiten kann durch die Pumpe 7 unterstützt werden. Durch die vorbestimmten Eigenschaften der Kalibrierungssubstanz sind Sollwerte bekannt, welche von den Detektorchips 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, welche zum Kalibrieren vorgesehen sind, angezeigt werden sollen. Anhand dieser Sollwerte können die Detektorchips 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 kalibriert, beispielsweise um einen Offset berichtigt werden.
Zur Energieversorgung der Vorrichtung 1 weist die Vorrichtung 1 einen Akkumulator 17 und Solarzellen 16 auf. Durch die Solarzellen 16 ist eine autarke Energieversorgung sichergestellt. Ferner weist die Vorrichtung 1 eine Kommunikationseinheit 8 auf. Die Kommunikationseinheit 8 ist dazu vorgesehen, drahtlos Daten senden und empfangen zu können. So können beispielsweise Messwerte der Vorrichtung an eine Auswertungsstelle 101 gesendet oder Befehle, beispielsweise zum Messen oder zum Kalibrieren, empfangen werden.
In Figur 2 ist ein System gemäß einer beispielhaften Ausführung von der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das System umfasst mehrere Überwachungsvor- richtungen 20. Je nach Pflanze, welche auf den Boden 6 kultiviert wird, sind die Überwachungsvorrichtungen 20 mehr oder weniger weit voneinander angeordnet. Vorstellbar ist beispielsweise, dass beim Anbau von Getreide eine Überwachungsvorrichtung 20 pro Hektar in den Boden 6 eingesteckt ist. Denkbar ist aber auch, dass bei der Kultivierung von Gemüse oder Obst deutlich geringere Abstände zwischen den Überwachungsvorrichtung 20 vorgesehen sind.
In der oberen Reihe der Figur 2 ist dargestellt, wie die Überwachung des Gehaltes chemischer Substanzen des Bodens 6 mit mehreren Rohren 23 und einer Vorrichtung 1 durchgeführt wird. Um den Einsatz von Kapital zu optimieren, werden mehrere Rohre 23 in den Boden 6 eingesteckt. Zur Überwachung wird nun eine Vorrichtung 1 auf ein Rohr 23 gesteckt oder geschraubt und mit dem Rohr 23 und der Spitze (hier nicht gezeigt) zu einer Überwachungsvorrichtung 20 zusammengefügt. Nachdem die Analyse des Bodens 6 an diesem Rohr 23 durchgeführt worden ist, kann die Vorrichtung 1 wieder vom Rohr 23 entfernt und zum nächsten Rohr 23 verbracht werden. Alternativ oder auch zusätzlich ist vorgesehen, dass auf mehreren Rohren 23, beispielsweise auf allen Rohren 23, eine Vorrichtung 1 angeordnet ist. Dies ist in der unteren Reihe der Figur 2 dargestellt.
Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Überwachungsvorrichtung 20 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Vorrichtung 1 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Ausführen eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Grundprinzipien der hier gezeigten Ausführungsform sind gleich denen, welche bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 diskutiert worden sind. Daher werden hier lediglich die Unterschiede tiefer gehend thematisiert.
Die Kammer 2 ist über ihren Eingang 4 mit der Pumpe 7 verbunden. Die Pumpe 7 ist wiederum über eine flexible Ansaugleitung 24 mit einem Kanal 25 einer Saugkerze 29 verbunden. Durch die flexible Anbindung der Saugkerze 29 an die Vorrichtung 1 ist ein hohes Maß an Freiheit bei der Anordnung der Überwachungsvorrichtung 20 erreicht. Im Betrieb erzeugt die Pumpe 7 ein Vakuum in der Saugkerze 29. hierdurch wird die Lösung 26 aus dem Boden 6 durch die Öffnungen 22 der Spitze 21 in die Saugkerze 29 gesaugt. Ein Leitfähigkeitssensor 31 ermittelt den Füllstand der Lösung 26 in der Saugkerze 29. ist ausreichend viel Lösung 26 in der Saugkerze 29 vorhanden, taucht insbesondere der Kanal 25 in die Lösung 26 ein, so wird ein Belüftungsventil 28 der Vorrichtung 1 geöffnet. Das Belüftungsventil 28 verbindet den oberen Teil der Saugkerze 29 über eine Belüftungsleitung 27 mit der Atmosphäre. Ist das Belüftungsventil 28 geöffnet, so fördert die Pumpe 7 durch den Kanal 25 und durch die Ansaugleitung 24 Lösung 26 durch die Pumpe 7 und den Eingang 4 in die Kammer 2.
Um zu vermeiden, dass Luftblasen die Messung in der Kammer 2 stören, weist die Vorrichtung 1 eine Entgasungsöffnung 30 auf, durch welche die Luftblasen aus der Kammer 2 austreten können.
Am Boden der Kammer 2 ist die Spülöffnung 9 angeordnet, welche über das erste Ventil 9.1 geöffnet werden kann. Ist eine Messung abgeschlossen, so wird einfach das erste Ventil 9.1 geöffnet und die Lösung 26 wird aus der Kammer 2 schwerkraftbedingt ausgeleitet. Neben den Detektorchips 3.1 (hier ist lediglich einer von vier gezeigten Detektorchips bezeichnet) weist die Vorrichtung 1 einen Feuchtigkeitssensor 32 und einen Temperatursensor 33 auf. Diese Sensoren 32, 33 ermitteln die Feuchtigkeit bzw. die Temperatur des Bodens 6. Der Temperatursensor 32 ist hier außen an der Saugkerze 29 angeordnet und ermittelt so die Temperatur 32 des Bodens 6 in dem Bereich, in dem die Lösung 26 aus dem Boden 6 gesaugt wird.
Das Reservoir 10 zur Aufnahme einer Kalibriersubstanz ist in der hier gezeigten Ausführungsform eine einfache Spritze. Die Spritze kann eine Leitung mit der Kammer 2 zum Einführen der Kalibriersubstanz verbunden werden.
Bezuaszeichenliste:
1 Vorrichtung
2 Kammer
3.1 Detektorchip
3.2 weiterer Detektorchip
3.3 weiterer Detektorchip
3.4 weiterer Detektorchip
4 Eingang
5 Ausgang
6 Boden
7 Pumpe
8 Kommunikationseinheit
9 Spülöffnung
9.1 erstes Ventil
10 Reservoir
10.1 zweites Ventil
11 zweites Reservoir
11.1 drittes Ventil
12 drittes Reservoir
12.1 viertes Ventil
13 viertes Reservoir
13.1 fünftes Ventil
14 sechstes Ventil
15 siebtes Ventil
16 Solarzellen
17 Akkumulator
18 achtes Ventil
20 Überwachungsvorrichtung
21 Spitze
22 Öffnung
23 Rohr
24 Ansaugleitung
25 Kanal 26 Lösung
27 Belüftungsleitung
28 Belüftungsventil
29 Saugkerze 30 Entgasungsöffnung
31 Leitfähigkeitssensor
32 Feuchtigkeitssensor
33 Temperatursensor 100 System
101 Auswertungsstelle

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung (1) zum Überwachen des Gehaltes chemischer Substanzen von Böden (6), wobei in der Vorrichtung (1) eine Kammer (2) vorgesehen ist, welche wenigstens einen Detektorchip (3.1) zum Delektieren wenigstens einer chemischen Substanz und einen Eingang (4) aufweist wobei die Vorrichtung eine Pumpe (7) aufweist, wobei die Pumpe (7) mit einem Ausgang (5) der Kammer (2) verbunden und dazu vorgesehen ist, eine Lösung (26) aus dem Boden (6) durch den Eingang (4) in die Kammer (2) zu saugen oder wobei die Pumpe (7) dazu vorgesehen ist, eine Lösung (26) aus dem Boden (6) zu saugen und durch den Eingang (4) in die Kammer (2) zu pumpen.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (2) dazu vorgesehen ist, weitere Detektorchips (3.2, 3.3, 3.4) zum Delektieren jeweils anderer chemischer Substanzen aufzuweisen, wobei die Kammer (2) vorzugsweise wenigstens einen weiteren Detektorchip (3.2, 3.3, 3.4) aufweist.
3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Kommunikationseinheit (8) zum Senden und Empfangen von Daten, vorzugsweise zum drahtlosen Senden und Empfangen von Daten aufweist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (2) eine Spülöffnung (9) zum fluidischen Verbinden der Kammer (2) mit einem Bereich außerhalb der Vorrichtung (1) aufweist, wobei die Spülöffnung (9) mit einem ersten Ventil (9.1) der Kammer (2) geöffnet und verschlossen werden kann.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens ein Reservoir (10) zum Aufnehmen einer Kalibriersubstanz aufweist, wobei die Kammer eine Kalibrieröffnung zum fluidischen Verbinden der Kammer (2) mit dem wenigstens einen Reservoir (10) aufweist, wobei die Kalibrieröffnung vorzugsweise mit einem zweiten Ventil (10.1) der Kammer (2) geöffnet und verschlossen werden kann.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Detektorchip (3.1) und vorzugsweise die weiteren Detektorchips (3.2, 3.3, 3.4) austauschbar in der Kammer (2) angeordnet sind.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (2) eine Entgasungsöffnung (30) aufweist, wobei die Entgasungsöffnung (30) in der Kammer (2) höher angeordnet ist als der Eingang (4).
8. Überwachungsvorrichtung (20) um Überwachen des Gehaltes chemischer Substanzen von Böden (6) mit einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überwachungsvorrichtung
(20) eine Spitze (21) zum Einstecken in den Boden (6) aufweist, wobei die Spitze (21) Öffnungen (22) aufweist, wobei zwischen der Spitze
(21) und der Vorrichtung (1) ein, den Eingang (4) durch die Öffnungen
(22) mit dem Boden (6) fluidisch verbindendes, Rohr (23) oder eine, den Eingang (4) durch die Öffnungen (22) mit dem Boden (6) fluidisch verbindende Ansaugleitung (24) angeordnet ist.
9. Überwachungsvorrichtung (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (21) an einer Saugkerze (29) der Überwachungsvorrichtung (20) angeordnet ist, wobei die Ansaugleitung (24) den Eingang (4) flexibel mit der Saugkerze (29) verbindet.
10. Überwachungsvorrichtung (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitung (24) mit einem Kanal (25) im Inneren der Saugkerze (29) verbunden ist, wobei sich der Kanal (25) von einem oberen Ende der Saugkerze (29) in Richtung der Spitze (22) erstreckt, wobei an dem oberen Ende eine Belüftungsleitung (27) an der Saugkerze (29) angeschlossen ist, wobei die Belüftungsleitung (27) vorzugsweise dazu vorgesehen ist, über ein Belüftungsventil (28) das Innere der Saugkerze (29) zu belüften.
11. Überwachungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (22) Mikrokanäle sind.
12. Überwachungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (20) einen Leitfähigkeitssensor (31) zum Detektieren einer Menge der die Öffnungen (22) angesaugten Lösung (26) aufweist, wobei der Leitfähigkeitssensor (31) vorzugsweise in der Saugkerze (29) angeordnet ist.
13. System (100), aufweisend eine Mehrzahl von Überwachungsvorrich- tungen (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 12.
14. Verfahren zum Überwachen des Gehaltes chemischer Substanzen von Böden mit einer Überwachungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei von der Pumpe (7) eine Lösung (26) durch die Öffnungen (22) der Spitze (21), entlang des Rohres (23) in die Kammer (2) transportiert wird, wobei der wenigstens eine Detektorchip (3.1) den Gehalt wenigstens einer chemischen Substanz der Lösung (26) ermittelt.
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