ES2901641T3 - Sistema para determinar o vigilar una magnitud de estado de un objeto a medir y procedimiento correspondiente - Google Patents
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Abstract
Sistema (1) para determinar y/o vigilar al menos una magnitud de estado de un objeto a medir (100), con al menos un sensor para análisis (2), un dispositivo de control (3) y un dispositivo de lectura (4), estando configurado el sensor para análisis (2) para poderse introducir en el objeto a medir (100) y permanecer allí, y para ser sensible a al menos un tipo de iones y generar datos de medición partiendo de una concentración del tipo de iones en el objeto a medir (100), estando configurado el dispositivo de control (3) para controlar el sensor para análisis (2) con respecto a la generación de los datos de medición, estando configurado el dispositivo de lectura (4) para leer los datos de medición del sensor para análisis (2), y con una red independiente duradera con un nodo de red central común, estando previstos varios sensores para análisis (2) que son sensibles al mismo tipo de iones o a tipos de iones diferentes, estando configurados los varios sensores para análisis (2) para poder ser leídos mediante el nodo de red central común, presentando el dispositivo de lectura (4) una primera unidad de lectura (4a) y una segunda unidad de lectura (4b), estando configurada la primera unidad de lectura (4a) como el nodo de red central común, y siendo la segunda unidad de lectura (4b) una unidad de lectora móvil dispuesta en el exterior del objeto a medir (100), que está configurada para comunicar de forma inalámbrica con la primera unidad de lectora (4a) introducida en el objeto a medir (100), estando configurados los sensores para análisis (2) y la primera unidad de lectura (4a) para estar enterradas de forma duradera en el objeto a medir (100), presentando el sistema (1) además al menos una fuente de energía (8), que está configurada para abastecer al menos un sensor para análisis (2) con energía, presentando la fuente de energía (8) al menos un acumulador, y estando configurada la fuente de energía (8) de tal modo que el acumulador puede cargarse de forma inductiva.
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema para determinar o vigilar una magnitud de estado de un objeto a medir y procedimiento correspondiente
La invención se refiere a un sistema para determinar y/o vigilar al menos una magnitud de estado de un objeto a medir. Además, la invención se refiere a un procedimiento para determinar y/o vigilar al menos una magnitud de estado de un objeto a medir.
Por disposiciones legales, por ejemplo en la agricultura, es necesario vigilar o controlar el estado de suelos o también del agua. Esto sirve para mantener la calidad del agua o para impedir una sobrefertilización.
Para el análisis de suelos y aguas se conocen dos métodos: En una variante se toma una muestra del suelo o del agua y se envía a un laboratorio. Si bien, esto es exacto, también es caro. Además, tarda un tiempo determinado hasta que estén disponibles los resultados. Asimismo, existe la posibilidad de que las muestras se hagan inservibles por el envío, que se contaminen o que se intercambien en el laboratorio. Alternativamente, puede tomarse directamente en el objeto a medir un frotis con una tira de ensayo. No obstante, esto solo ofrece una evaluación aproximada.
El documento US 2016 / 169855 A1 describe un sistema de análisis que puede asignarse al llamado 'precisión farming' (agricultura de precisión). Un sistema de adquisición de datos y análisis enterrado en el suelo comunica con una pluralidad de sensores enterrados en el suelo. Los datos de los sensores de suelo se combinan con datos de un vehículo aéreo no tripulado que vuela sobre el suelo para sacar conclusiones acerca del estado del suelo, y averiguar si son necesarias medidas correctoras.
El documento US 9046461 B1 describe sensores inalámbricos para vigilar parámetros ambientales. Los sensores, y en particular los receptores, se encuentran por encima del suelo y están dispuestos en una topología en malla. Puesto que pueden cambiar condiciones ambientales en el suelo, como por ejemplo el contenido de humedad, esto conduce también a un cambio del comportamiento en alta frecuencia de los sensores. El documento US 9046461 B1 describe un procedimiento para compensar estos cambios.
El objetivo de la invención es permitir una posibilidad lo más sencilla y fiable posible para el control de una magnitud de estado de un objeto a medir.
La invención consigue el objetivo mediante el sistema dado a conocer en la reivindicación 1 para determinar y/o vigilar al menos una magnitud de estado de un objeto a medir.
El sistema presenta al menos un sensor para análisis, un dispositivo de control y un dispositivo de lectura. El sensor para análisis está configurado para poderse introducir en el objeto a medir y permanecer allí. El sensor para análisis está configurado para ser sensible a al menos un tipo de iones y generar datos de medición partiendo de una concentración del tipo de iones en el objeto a medir. El dispositivo de control está configurado para controlar el sensor para análisis con respecto a la generación de los datos de medición. El dispositivo de lectura está configurado para leer los datos de medición del sensor para análisis.
El sensor para análisis permite, por lo tanto, en particular la medición de iones, reaccionando el sensor para análisis específicamente preferentemente a al menos un tipo de iones, alternativamente solo a un tipo de iones. El tipo de iones tiene a este respecto una relación indirecta o directa con la magnitud de estado a determinar y/o a vigilar del objeto a medir, de modo que también los datos de medición del sensor para análisis tienen una relación directa o indirecta con la magnitud de estado.
El sensor para análisis está configurado de tal modo que se introduce en el objeto a medir para permanecer allí. Por lo tanto, no se trata de una medición única, sino que se crea un sistema de medición duradero.
Según la configuración, el sistema crea una posibilidad de una medición continua, rápida, apta para funcionar en tiempo real de iones en una sustancia a medir del objeto a medir. Esto sirve, por ejemplo, para el control de suelos o de la calidad de agua. Según la configuración, en particular cuando se usa un dispositivo de evaluación, resulta una evaluación directa, rápida o incluso un acuse de recibo en tiempo real. Además, resultan las ventajas de una recopilación de muestras directa y una evaluación directa. Cuando se usan varios sensores para análisis, pueden vigilarse, por ejemplo, también superficies agrícolas grandes, sin acompañamiento constante por parte de personal.
Siguen tres variantes para el objeto a medir cuya magnitud de estado ha de ser determinada o vigilada.
En una configuración, el objeto a medir es un suelo. El suelo es, por ejemplo, una tierra de labor, un prado o un campo de cultivo.
En otra configuración, el objeto a medir es agua. El agua es, por ejemplo, un río, un estanque, un lago o un depósito
de clarificación. El sensor para análisis o dado el caso los sensores para análisis se encuentran a este respecto por ejemplo en tuberías de agua, grifos de agua, centrales abastecedoras de agua domésticas, centrales abastecedoras de agua, pozos, pozos profundos, bombas, instalaciones de calefacción, acondicionadores de agua, filtros de agua, contadores de agua, piscinas, embalses, lagos y aguas ríos, arroyos etc. No obstante, las aplicaciones también pueden servir para un uso particular, por ejemplo en piscinas. En otra configuración, el objeto a medir es un producto agrícola. Los productos agrícolas pueden ser, por ejemplo, frutas o verduras o se trata de biomasa para la obtención de energía. Además, puede tratarse de forrajes en forma de ensilado.
Una magnitud de estado es, por ejemplo, el contenido de nitrato, para el que hay disposiciones legales en la agricultura. Por ejemplo debe controlarse regularmente la concentración de nitratos en instalaciones de pozos o de agua potable, no debiendo rebasarse unos valores límite predeterminados. Por ejemplo, la fertilización de campos de cultivo solo debe hacerse en el marco del balance de nitrógeno hasta un límite máximo predeterminado por superficie y año.
Otras magnitudes de estado son, por ejemplo, la concentración de amonio o la concentración de amoníaco. Estos parámetros son idóneos como indicadores para contaminaciones de aguas por aguas residuales domésticas y por la producción agrícola. El amonio es un nutriente vegetal no tóxico. El amoníaco, en cambio, es un gas tóxico, de olor penetrante, tóxico. Las dos formas se presentan al mismo tiempo en el agua. Lo que importa a este respecto es la referencia al valor pH. El valor pH se determina a este respecto por ejemplo mediante un sensor adicional, que se presentará a continuación. Alrededor del punto neutro de 7,0 existe una relación equilibrada entre amonio y amoníaco. Cuando el valor pH se desplaza al medio alcalino (básico), se libera el amoníaco de los iones amonio. En soluciones fuertemente básicas se presenta amoníaco libre, que en concentraciones elevadas es letal para cualquier vida en el agua. Otras magnitudes de estado son, por ejemplo, la concentración y/o el tipo de los tipos de ácidos. En el ejemplo del ensilado, la vigilancia del valor pH, por regla general, no ofrece información suficiente acerca de la calidad de fermentación. Por lo tanto, es necesaria la detección de varios tipos de ácidos (por ejemplo ácido butírico, acético y láctico).
Posibles aplicaciones del sistema en la agricultura son, por ejemplo:
• El control del contenido de nitrógeno en forma de valores límite de nitrato o la determinación del momento óptimo de siembra etc., introduciéndose al menos un sensor para análisis en un suelo húmedo.
• La vigilancia de depósitos de agua, que se usan por ejemplo en la agricultura.
• La vigilancia de la presencia de agua subterránea expuesta a la influencia de superficies agrícolas.
• La vigilancia de depósitos de estiércol licuado, como ejemplo de portadores de productos agrícolas, para aclarar el contenido de fertilizante antes de aplicarlo en el campo de cultivo.
• El control de agua potable y de pozo (disposición legal, también para explotaciones agrícolas).
• La gestión optimizada de la fertilización.
• La vigilancia de depósitos de ensilado.
De acuerdo con la invención están previstos varios sensores para análisis. Por lo tanto, los al menos dos sensores para análisis se encuentran a este respecto en el mismo lugar o en lugares diferentes en el interior del objeto a medir. Además, los sensores para análisis se leen mediante al menos un nodo común. En una configuración, el dispositivo de lectura puede ser este nodo común o al menos presentar un nodo común de este tipo, por ejemplo en forma de una unidad de lectura como parte del dispositivo de lectura. El nodo común está configurado en este sentido para poderse introducir en el objeto a medir y permanecer allí. Por lo tanto, los sensores para análisis y el nodo común estarían introducidos en el objeto a medir para la lectura de los sensores para análisis, pudiendo comunicar los sensores para análisis, que pueden estar distribuidos en el objeto a medir, con el nodo común dispuesto de forma central en el objeto a medir en el interior del objeto a medir.
En una configuración está previsto que los sensores para análisis sean sensibles al mismo tiempo de iones. De forma alternativa o complementaria, en una configuración está previsto que los sensores para análisis sean sensibles a diferentes tipos de iones. En una configuración, al menos dos sensores para análisis son sensibles al mismo tipo de iones y al menos un sensor para análisis es sensible a otro tipo de iones.
En otra configuración, al menos un sensor para análisis es sensible a al menos dos tipos de iones. Un multisensor de este tipo suministra datos de medición de varios tipos de iones, para detectar, por ejemplo, la acción recíproca de diferentes iones. A este respecto, los datos de medición pueden interpretarse mediante algoritmos correspondientes.
En una configuración, el sistema presenta al menos un dispositivo de memoria.
El dispositivo de memoria sirve en una configuración para depositar datos de evaluación y/o datos de referencia para la evaluación de los datos de medición del al menos un sensor para análisis. El dispositivo de memoria puede estar configurado para poderse introducir en el objeto a medir y permanecer allí. El dispositivo de memoria puede estar conectado con el dispositivo de lectura y puede estar introducido junto con este en el objeto a medir.
En una configuración alternativa o complementaria, el dispositivo de memoria está configurado para guardar los datos de medición y/o datos derivados de los datos de medición. En una configuración, el dispositivo de lectura está configurado para leer datos de medición del al menos un sensor para análisis y guardarlos en el dispositivo de memoria. Los datos derivados de los datos de medición son, por ejemplo, informaciones derivadas con ayuda de datos de referencia de los datos de medición primarios (por ejemplo un valor de tensión) acerca de los iones o acerca del medio a medir en el que se encuentra el sensor para análisis (por ejemplo la concentración de los iones). De forma alternativa o complementaria, los datos derivados son una medida para los cambios de los datos de medición del al menos un sensor para análisis o una medida para la desviación entre los datos de medición de varios sensores para análisis.
Según una configuración, el sistema presenta al menos un dispositivo de evaluación. En una configuración, el dispositivo de evaluación está configurado para evaluar los datos de medición del al menos un sensor para análisis o alternativamente de los sensores para análisis con respecto a la magnitud de estado y/o para derivar datos de los datos de medición. En una configuración, el dispositivo de evaluación está conectado con el dispositivo de memoria y/o con el dispositivo de control y/o con el dispositivo de lectura. El dispositivo de evaluación puede estar configurado para poderse introducir en el objeto a medir y permanecer allí. En una configuración, el dispositivo de evaluación puede estar introducido junto con el dispositivo de memoria y/o el dispositivo de lectura en el objeto a medir. En una configuración, la evaluación comprende la determinación de una concentración referida a una superficie y/o de un cambio de la concentración. Cuando se usan varios sensores para análisis, en una configuración la evaluación comprende la determinación de una distribución de la concentración.
Una configuración prevé que el sistema presente al menos un sensor adicional. En una configuración, el sensor adicional está configurado para generar datos de medición al menos en función de una temperatura, un nivel de relleno, un caudal (caudal másico y/o volumétrico), un valor pH, una resistencia eléctrica, una conductividad eléctrica, una parte de un gas, una parte de oxígeno (como gas seleccionado) o una velocidad de flujo. Por lo tanto, el sensor adicional es diferente de los sensores para análisis y preferentemente no depende de un tipo de iones especial. En una configuración, los datos de medición del sensor adicional se refieren al objeto a medir propiamente dicho (por ejemplo la temperatura o el nivel de relleno en un recipiente) y, en una configuración alternativa, al entorno del objeto a medir (por ejemplo a la cantidad de agua que se vierte en el objeto a medir).
De acuerdo con la invención, el sistema presenta al menos una fuente de energía. La fuente de energía está configurada a este respecto para abastecer al menos un sensor para análisis con energía. De forma alternativa o complementaria, la fuente de energía del suministro de energía sirve al menos para el dispositivo de lectura, el dispositivo de evaluación, el dispositivo de control o el dispositivo de memoria.
Las siguientes configuraciones se refieren a la configuración concreta de la fuente de energía.
Una configuración prevé que la fuente de energía presente al menos una batería.
No obstante, de acuerdo con la invención, la fuente de energía presenta siempre al menos un acumulador. En la configuración de acuerdo con la invención, la fuente de energía está configurada de tal modo que el acumulador puede cargarse sin contacto. De acuerdo con la invención, la carga se realiza por un principio de funcionamiento inductivo, estando fijados en el acumulador un circuito eléctrico correspondiente y/o componentes para el acoplamiento y la transformación de la energía para la carga del acumulador.
Según una configuración complementaria, la fuente de energía está configurada para generar energía mediante «energy harvesting" (cosecha de energía). Para ello se aprovecha por ejemplo la energía eólica o una diferencia de temperatura.
En una configuración está previsto que al menos un sensor para análisis y el dispositivo de lectura estén conectados de forma inalámbrica y/o por ondas electromagnéticas entre sí con respecto a la transmisión de datos. Por lo tanto, en esta configuración en particular no hay una conexión por cable entre al menos un sensor para análisis y el dispositivo de lectura. De forma alternativa o complementaria, también el al menos un sensor para análisis y el dispositivo de control establecen contacto entre sí de forma inalámbrica.
En una configuración, los datos se transmiten en particular a distancias cortas mediante Bluetooth Low Energy (bluetooth de baja energía). En otra configuración, los componentes que comunican entre sí disponen de antenas, que permiten una transmisión de datos también a distancias más grandes.
En una configuración, el dispositivo de lectura está configurado como unidad móvil. En esta configuración, se coloca por ejemplo el dispositivo de lectura cerca de los sensores para análisis que se encuentran en el objeto a medir, y dado el caso del al menos un sensor adicional, y se leen los datos de medición. La unidad móvil dispone preferentemente de al menos una antena para la recepción de los datos.
De acuerdo con la invención, el dispositivo de lectura presenta una primera unidad de lectura central que está configurada para ser introducido en el objeto a medir y permanecer allí. En una configuración de este tipo, la primera unidad de lectura central introducida en el objeto a medir lee de forma central los sensores para análisis que también se encuentran en el objeto a medir. En esta configuración, el dispositivo de lectura presenta además una segunda unidad de lectura, dado el caso móvil. La segunda unidad de lectura móvil se encuentra en el exterior del objeto a medir y comunica con la primera unidad de lectura central que se encuentra en el objeto a medir.
Las siguientes configuraciones se refieren a la configuración concreta del al menos un sensor para análisis.
Según una configuración, el al menos un sensor para análisis presenta al menos un electrodo selectivo de iones impreso en una lámina, preferentemente flexible, por ejemplo con pastas de serigrafía, una membrana selectiva de iones, que presenta preferentemente al menos un ionóforo, un electrodo de referencia y un contraelectrodo. El ionóforo sirve a este respecto para el transporte del tipo de iones asignado por la membrana, que es por lo tanto selectiva de iones. A este respecto, el sensor para análisis es preferentemente económico.
Un electrodo selectivo de iones (otras denominaciones son: electrodo para iones específicos o electrodo sensible a iones) permite la medición de la concentración o de la actividad de un ion disuelto determinado. A este respecto se mide la tensión eléctrica entre el electrodo selectivo de iones y un segundo electrodo (el electrodo de referencia). En una configuración, la lámina está hecha al menos en parte de poliéster (PET o PEN) o de poliimidas (PI) o de otros materiales sintéticos, como poliuretano (PU) o de textiles sintéticos. Cuando pasan diferentes tipos de iones por una membrana, unos datos de calibrado correspondientes permiten una compensación de los valores de medición.
Preferentemente se trata de un sensor para análisis impreso, que presenta electrodos colectores y electrodos de referencia, así como al menos una capa de pasivación. La fabricación se realiza preferentemente con pastas de serigrafía comercialmente disponibles, realizándose en una configuración una optimización de los electrodos impresos mediante caldeo a temperaturas específicas según las pastas. En una configuración, el acabado del electrodo de referencia prevé la aplicación de una mezcla de butiral de polivinilo, metanol y cloruro de sodio (véase T. Guinovart et. al., "Potentiometric sensors using cotton yarns, carbon nanotubes and polymeric membranes", Analyst, 2013, 5208 -5215). En una configuración, la fabricación del primer sensor comprende la aplicación de un material selectivo de iones en forma de un ionóforo (por ejemplo nonactina, valinomicina, ionóforo de sodio) en un electrodo colector. A este respecto, en una configuración está prevista una mezcla con una matriz (materiales reticulantes, en particular polímeros y preferentemente butiral de polivinilo, PVB y cloruro de polivinilo, PVC). En una configuración se minimiza la cantidad del ionóforo, para permitir una realización económica del sensor para análisis.
Según una configuración, al menos un sensor para análisis está configurado para ser sensible a al menos un tipo de iones en un entorno húmedo o mojado. Por lo tanto, el sensor para análisis está configurado, por ejemplo, para poder medir en líquidos o suelos húmedos los iones o las sustancias respectivamente relevantes.
En una configuración, al menos un sensor para análisis permite una medición de al menos una de las sustancias siguientes y/o de sus productos de descomposición: nitrato, nitrito, cloruro, fluoruro, sulfato, amonio, oxígeno, fosfatos, potasio, sodio o calcio.
De forma alternativa o complementaria, el sensor para análisis permite una medición de al menos un ácido y/o de al menos un producto de descomposición en un proceso de fermentación.
En una configuración, al menos un sensor para análisis está configurado para permitir una medición de al menos un biocida, un plastificante, algas, hongos, esporas, bacterias, un tóxico, una toxina o un material metálico. La medición se refiere, por lo tanto, a una de las magnitudes de estado anteriormente mencionadas.
A este respecto, al menos un sensor para análisis está configurado para generar continuamente datos de medición o generar datos de medición solo en momentos de medición predeterminables.
En una configuración, al menos un sensor para análisis está configurado para que el sensor para análisis sea biodegradable. Por lo tanto, el sensor para análisis puede permanecer por completo en el objeto a medir hasta su descomposición.
En una configuración, al menos un sensor para análisis presenta una unidad de identificación. En una configuración, la unidad de identificación es una etiqueta RFID y en una configuración alternativa, es una placa o una etiqueta adhesiva con un número de serie.
Además, se explicará en el presente documento a modo de ejemplo un procedimiento para determinar y/o vigilar al menos una magnitud de estado de un objeto a medir.
El procedimiento descrito a modo de ejemplo comprende al menos las siguientes etapas:
• la introducción de al menos un sensor para análisis en el objeto a medir para permanecer allí, • la generación de datos de medición mediante el sensor para análisis partiendo de una concentración de un tipo de iones en el objeto a medir,
• el control del sensor para análisis con respecto a la generación de los datos de medición, y
• la lectura de los datos de medición del sensor para análisis.
A este respecto, los datos de medición tienen en particular relación con la magnitud de estado y permiten preferentemente una evaluación con respecto a la magnitud de estado.
Las configuraciones arriba descritas del dispositivo también pueden realizarse a este respecto mediante el procedimiento, de modo que las configuraciones y realizaciones también son válidas correspondientemente para el procedimiento. Por lo tanto, se renuncia a repeticiones.
Concretamente, hay una pluralidad de posibilidades de configurar y perfeccionar el sistema de acuerdo con la invención.
Muestran:
la figura 1 una representación esquemática de un ejemplo de la aplicación del sistema como diagrama de bloques, la figura 2 una representación esquemática de otro ejemplo de realización y
la figura 3 una vista superior de un sensor para análisis.
En la figura 1 está representado esquemáticamente un ejemplo de aplicación del sistema 1. A este respecto se vigila o determina una magnitud de estado de un suelo como objeto a medir 100. La magnitud de estado es en este caso a modo de ejemplo la carga del suelo por un fertilizante.
El sistema 1 dispone a este respecto en el ejemplo de cuatro sensores para análisis 2, que están introducidos en el suelo 100, para permanecer allí de forma duradera y generar datos de medición. Los sensores para análisis 2 reaccionan a este respecto a iones que se encuentran en un entorno en particular mojado o al menos húmedo.
Para las mediciones y la comunicación de los datos de medición, en la configuración mostrada cada sensor para análisis 2 dispone de una fuente de energía 8. Las fuentes de energía 8 son de acuerdo con la invención acumuladores (o pilas recargables), que pueden cargarse sin contacto mediante el principio de funcionamiento inductivo y el circuito eléctrico y los componentes correspondientes. Además, un sensor para análisis 2 dispone también de una unidad de identificación 9, mediante la cual ha de identificarse por ejemplo adicionalmente mediante tecnología GPS la posición del sensor para análisis 2. Los otros sensores para análisis 2 pueden identificarse, por ejemplo, mediante sus números de serie.
Las mediciones de los sensores para análisis 2 se controlan mediante un dispositivo de control 3, que comunica en particular por radio con los sensores para análisis 2 y que predetermina los momentos de medición o que vigila también el suministro de energía. El dispositivo de control 3 también puede estar introducido en el suelo 100.
El dispositivo de control 3 está configurado para comunicar con los sensores para análisis 2 e iniciar y/o coordinar una medición que ha de realizarse mediante los sensores para análisis 2.
En una configuración alternativa puede renunciarse al dispositivo de control 3. En tal caso, los sensores para análisis 2 podrían presentar un control integrado. El control integrado podría estar configurado a este respecto para iniciar una medición en intervalos de tiempo periódicos. A este respecto, podría ser, por ejemplo, un reloj programador implementado por hardware o software.
En otro ejemplo de realización concebible, los sensores para análisis 2 podrían presentar, por ejemplo, una unidad de control integrada, inteligente. Una unidad de control de este tipo podría decidir de forma inteligente (por ejemplo basándose en circuitos de regulación de retroalimentación o en una evaluación estadística de valores de medición anteriores) la frecuencia con la que deben detectarse valores de medición. Cuando en un sector de suelo 100 los valores de medición apenas varían, por ejemplo, a lo largo de un año, el año siguiente pueden realizarse/protocolizarse menos mediciones y registrarse menos puntos de medición. Cuando los valores de medición varían, por el contrario, con mayor frecuencia o cubren un gran rango de valores, las mediciones pueden realizarse en el futuro con mayor frecuencia. El control inteligente también puede realizarse teniéndose en cuenta otros datos de sensores, como por ejemplo de sensores de precipitación, temperatura y humedad, que también están fijados en el sector de suelo 100 o en el suelo de forma elevada por encima del suelo.
Además, está previsto un dispositivo de lectura 4, que en el ejemplo representado en la figura 1 está instalado fijamente en el suelo 100, que lee los datos de medición, también sin contacto, y en este caso en particular de forma inalámbrica
y los transmite a un dispositivo de evaluación 6. El dispositivo de evaluación 6 evalúa los datos de medición aplicando algoritmos y/o datos de referencia etc. y deriva de ello datos que tienen relación con la magnitud de estado del objeto a medir 100. Así, los datos generados dan por ejemplo información acerca de un contenido de nitrato en el suelo 100. El dispositivo de evaluación 6 guarda los datos (de evaluación) generados en este caso en un dispositivo de memoria 5.
El dispositivo de memoria 5 puede ser un dispositivo de memoria central, en el que pueden guardarse los datos de un sensor para análisis y preferentemente de todos los sensores para análisis. De forma adicional o alternativa a ello, cada sensor para análisis 2 puede presentar un dispositivo de memoria propio. Si en este caso fallara la memoria de un sensor para análisis 2, los diferentes sensores para análisis 2 podrían comunicar entre sí y podrían guardar de forma intermedia los datos del sensor para análisis 2 con memoria defectuosa.
De forma complementaria está previsto un sensor adicional 7, que suministra más información acerca del objeto a medir 100. En el ejemplo mostrado, esto es el valor pH. El sensor adicional 7 también es leído en este caso por el dispositivo de lectura 4, para transmitir los valores de medición con respecto al valor pH al dispositivo de evaluación 6. Los valores de medición del sensor adicional 7 se usan, por lo tanto, junto con los datos de medición de los sensor para análisis 2 para vigilar la magnitud de estado del objeto a medir 100, que en este caso es, por ejemplo, la carga del suelo.
El dispositivo de lectura 4, el dispositivo de memoria 5, el dispositivo de evaluación 6 y el sensor adicional 7 pueden estar introducidos todos ellos en el suelo 100 y permanecer allí.
En el ejemplo de realización representado en la figura 1, comunican al menos dos y preferentemente todos los sensores para análisis 2 con el dispositivo de lectura 4. Es decir, el dispositivo de lectura 4 puede leer al menos dos y preferentemente todos los sensores para análisis 2. Los datos leídos pueden guardarse en el dispositivo de memoria 5. Opcionalmente, los datos leídos pueden ser evaluados por el dispositivo de evaluación 6 y los valores evaluados pueden guardarse de forma alternativa o adicional a los datos leídos en el dispositivo de memoria 5.
De acuerdo con la invención, se crea por lo tanto una red independiente duradera en el interior del objeto a medir 100, formando el dispositivo de lectura 4 propiamente dicho o al menos una unidad de lectura 4a que pertenece al dispositivo de lectura 4 un nodo de red central para la lectura de los sensores para análisis 2. En el ejemplo de realización representado en la figura 1, los sensores para análisis 2 y el dispositivo de lectura 4 pueden estar enterrados de forma duradera en el suelo 100. Por lo tanto, se crea una red independiente que está enterrada en el suelo 100 y puede permanecer allí de forma duradera.
Como se ha mencionado al principio, el dispositivo de lectura 4 puede estar dispuesto de forma estacionaria en el suelo 100. En este caso, podría conducir, por ejemplo, un cable a la superficie en el exterior del suelo, para leer allí de forma estacionaria los datos del dispositivo de lectura 4 y/o del dispositivo de memoria 5 y/o del dispositivo de evaluación 6.
De acuerdo con la invención, el dispositivo de lectura 4 presenta al menos dos unidades de lectura 4a, 4b, que comunican de forma inalámbrica entre sí. A este respecto, una primera unidad de lectura 4a, como está representada en la figura 1, está introducida en el suelo 100. Una segunda unidad de lectura 4b está dispuesta en el exterior del objeto a medir 100 y está configurada como unidad de lectura móvil, que puede estar dispuesta a su vez en un vehículo 12.
De acuerdo con la invención, la segunda unidad de lectura 4b móvil comunica con la unidad de lectura 4a que se encuentra en el suelo 100. Como se ha mencionado al principio, la primera unidad de lectura 4a del dispositivo de lectura 4 forma de acuerdo con la invención el nodo de red central, que lee al menos dos y preferentemente todos los sensores para análisis 2 en el suelo. La primera unidad de lectura 4a central puede guardar todos los datos leídos, también de forma central, en el dispositivo de memoria 5 conectado con la misma. Por lo tanto, se crea una red independiente en el interior del objeto a medir 100.
En cuanto la segunda unidad de lectura 4b móvil se encuentre cerca de la primera unidad de lectura 4a enterrada en el suelo 100, las dos unidades de lectura 4a, 4b pueden comunicar entre sí y los datos leídos previamente mediante la primera unidad de lectura 4a enterrada (o guardados en el dispositivo de memoria 5) pueden transmitirse a la segunda unidad de lectura 4b móvil en el exterior o por encima del suelo 100.
Una variante descrita no realizada de acuerdo con la invención prevé que el dispositivo de lectura 4 no presente unidades de lectura 4a separadas, que puedan introducirse en el suelo 100, sino que esté fijado directamente como dispositivo de lectura móvil en el exterior del suelo 100, por ejemplo en un vehículo. En este caso, los sensores para análisis 2 introducidos en el suelo 100 serían leídos todos individualmente por el dispositivo de lectura 4. Un ejemplo de este tipo se describirá a continuación más detalladamente con referencia a la figura 2.
La forma de realización representada en la figura 1 presenta en comparación con esto, no obstante, la ventaja de que al menos dos sensores para análisis 2 y preferentemente todos pueden ser leídos por una unidad de lectura 4a central, también enterrada en el suelo, debiendo leer en este caso la segunda unidad de lectura 4b móvil, dispuesta en el exterior del suelo 100, únicamente la unidad de lectura 4a central individual enterrada en el suelo. Por lo tanto, no es necesario leer cada sensor para análisis 2 individualmente.
Otra ventaja está en que podría marcarse la posición de la unidad de lectura 4a central enterrada en el suelo 100 en la superficie del suelo 100, por ejemplo con una banderilla o similares. En un campo de cultivo 100 grande, el agricultor podría irse por ejemplo directamente a esta posición marcada y podría leer directamente la unidad de lectura 4a central enterrada por debajo. No obstante, cuando los sensores para análisis 2 deben leerse individualmente cada uno, el agricultor debería recorrer toda el campo de cultivo 100 para poder estar seguro de haber leído todos los sensores para análisis 2, puesto que los sensores para análisis 2 pueden encontrarse en cualquier lugar en el campo de cultivo. En el presente caso, esto sería también más bien lo más habitual, puesto que los sensores para análisis 2 están concebidos como unidades móviles, que pueden distribuirse en lugares aleatorios en el campo de cultivo. Al arar el campo de cultivo, los sensores para análisis 2 se distribuyen aún más de forma aleatoria. De hecho, es incluso deseable una distribución aleatoria, para obtener muestras de suelo en lugares completamente diferentes del suelo 100.
Otra configuración del sistema 1 muestra la figura 2. En esta están representados un total de tres objetos a medir 100 diferentes: una tierra de labor como ejemplo de un suelo, un curso de un río como ejemplo de un agua y una pila de compost como ejemplo de un producto agrícola.
En los tres objetos a medir 100 está introducido respectivamente un sensor para análisis 2 y respectivamente un sensor adicional 7. El sensor adicional 7 del curso del río es, por ejemplo, un caudalímetro y el sensor adicional 7 de la pila de compost es un medidor de temperatura. El sensor adicional 7 del suelo 100 determina la humedad.
El caudalímetro 7 del agua 100 está conectado en este caso con un aerogenerador como ejemplo de una fuente de energía 8, que está realizando cosecha de energía.
Además, el dispositivo de lectura 4 está configurado de forma móvil y se mueve en este caso a modo de ejemplo con un tractor 12 por el área en la que se encuentran los objetos a medir 100. A este respecto, se mueve en particular el dispositivo de lectura 4 por encima del suelo como objeto a medir 100. El proceso de lectura se realiza a este respecto por ejemplo mediante una aplicación de la tecnología RFID. El dispositivo de lectura 4 está conectado por radio con un dispositivo de memoria 5, que está realizado en este caso como nube. Como se ha mencionado al principio, el dispositivo de lectura 4 presenta de acuerdo con la invención una primera unidad de lectura 4a fijamente instalada en el suelo 100, así como una segunda unidad de lectura 4b móvil. Por consiguiente, en el ejemplo representado en la figura 2 también puede tratarse de una segunda unidad de lectura 4b dispuesta en el tractor 12, como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 1.
La posterior evaluación de los datos de medición que están depositados en el dispositivo de memoria 5 se realiza mediante un ordenador como dispositivo de evaluación 6.
La figura 3 muestra el electrodo selectivo de iones 21 de un sensor para análisis 2, que está aplicado en una lámina flexible 20. Mediante el electrodo selectivo de iones 21 se determina la concentración de un ion. Para ello, en el ejemplo de realización representado está prevista una membrana selectiva de iones 22 circular, que está rodeada por dos electrodos semicirculares en forma de un electrodo de referencia 23 y un contraelectrodo 24. La membrana selectiva de iones 22 separa a este respecto el medio de medición, en particular húmedo o al menos mojado (por ejemplo agua corriente o la tierra del suelo o el producto agrícola propiamente dicho) de la disposición de electrodos. Mediante ionóforos aplicados o integrados, la membrana 22 está ajustada de tal modo que solo los iones deseados pueden pasar por la membrana 22. En el lugar en el que está la membrana selectiva de iones 22, también está previsto un electrodo colector, cuyo establecimiento de contacto eléctrico está representado mediante una línea.
A partir de la tensión eléctrica medida o del potencial eléctrico medido puede determinarse la concentración de los iones.
Aunque algunos aspectos se han descrito en relación con un dispositivo, se sobrentiende que estos aspectos representan también una descripción del procedimiento correspondiente, de modo que un bloque o un elemento constructivo de un dispositivo también ha de entenderse como una etapa de procedimiento correspondiente o como una característica de una etapa de procedimiento. De forma análoga a ello, unos aspectos que se han descrito en relación con una o como etapa de procedimiento, también representan una descripción de un bloque o detalle o característica correspondiente de un dispositivo correspondiente. Algunas o todas las etapas de procedimiento pueden realizarse mediante un aparato hardware (o usándose un aparato hardware), como por ejemplo un microprocesador, un ordenador programable o un circuito electrónico. En algunos ejemplos de realización, algunas o varias de las etapas de procedimiento más importantes pueden realizarse mediante un aparato de este tipo.
Los ejemplos de realización anteriormente descritos representan únicamente una ilustración de los principios de la presente invención. Se entiende que los expertos entenderán perfectamente modificaciones y variaciones de las disposiciones y detalles descritos en el presente documento. La intención es, por lo tanto, que la invención únicamente quede limitada por el alcance de protección de las reivindicaciones expuestas a continuación y no por los detalles específicos, que se han presentado con ayuda de la descripción y la explicación de los ejemplos de realización en el presente documento.
Claims (15)
1. Sistema (1) para determinar y/o vigilar al menos una magnitud de estado de un objeto a medir (100),
con al menos un sensor para análisis (2), un dispositivo de control (3) y un dispositivo de lectura (4), estando configurado el sensor para análisis (2) para poderse introducir en el objeto a medir (100) y permanecer allí, y para ser sensible a al menos un tipo de iones y generar datos de medición partiendo de una concentración del tipo de iones en el objeto a medir (100),
estando configurado el dispositivo de control (3) para controlar el sensor para análisis (2) con respecto a la generación de los datos de medición,
estando configurado el dispositivo de lectura (4) para leer los datos de medición del sensor para análisis (2), y con una red independiente duradera con un nodo de red central común,
estando previstos varios sensores para análisis (2) que son sensibles al mismo tipo de iones o a tipos de iones diferentes, estando configurados los varios sensores para análisis (2) para poder ser leídos mediante el nodo de red central común,
presentando el dispositivo de lectura (4) una primera unidad de lectura (4a) y una segunda unidad de lectura (4b), estando configurada la primera unidad de lectura (4a) como el nodo de red central común, y siendo la segunda unidad de lectura (4b) una unidad de lectora móvil dispuesta en el exterior del objeto a medir (100), que está configurada para comunicar de forma inalámbrica con la primera unidad de lectora (4a) introducida en el objeto a medir (100), estando configurados los sensores para análisis (2) y la primera unidad de lectura (4a) para estar enterradas de forma duradera en el objeto a medir (100),
presentando el sistema (1) además al menos una fuente de energía (8), que está configurada para abastecer al menos un sensor para análisis (2) con energía, presentando la fuente de energía (8) al menos un acumulador, y estando configurada la fuente de energía (8) de tal modo que el acumulador puede cargarse de forma inductiva.
2. Sistema (1) según la reivindicación 1, siendo el objeto a medir (100) un suelo, o un agua, o un producto agrícola.
3. Sistema (1) según una de las reivindicaciones 1 o 2, estando configurados los varios sensores para análisis (2) para poder ser leídos individualmente.
4. Sistema (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, estando previsto al menos un dispositivo de memoria (5), y estando configurado el dispositivo de memoria (5) para guardar los datos de medición y/o datos derivados de los datos de medición, y estando conectado el dispositivo de memoria (5) con el dispositivo de lectura (4) y estando configurado para poderse introducir en el objeto a medir (100) y permanecer allí.
5. Sistema (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, presentando el sistema (1) al menos un dispositivo de evaluación (6), y estando configurado el dispositivo de evaluación (6) para evaluar los datos de medición con respecto a la magnitud de estado y/o para derivar datos de los datos de medición.
6. Sistema (1) según la reivindicación 5, estando conectado el dispositivo de evaluación (6) con el dispositivo de lectura (4) y estando configurado para poderse introducir en el objeto a medir (100) y permanecer allí.
7. Sistema (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, presentando el sistema (1) al menos un sensor adicional (7), siendo el sensor adicional (7) un sensor independiente de iones, diferente del al menos un sensor para análisis (2), y estando configurado el sensor adicional (7) para poderse introducir en el objeto a medir (100) y permanecer allí y para generar datos de medición al menos en función de una temperatura, un nivel de relleno, un caudal, un valor pH, una resistencia eléctrica, una conductividad eléctrica, una parte de un gas, una parte de oxígeno o una velocidad de flujo. y pudiendo ser leído el sensor adicional (7) por el dispositivo de lectura (4).
8. Sistema (1) según la reivindicación 7, presentando el sistema (1) al menos un dispositivo de evaluación (6), y estando configurado el dispositivo de evaluación (6) de forma para usar valores de medición leídos mediante el dispositivo de lectura (4) del sensor adicional (7) junto con los datos de medición del al menos un sensor para análisis (2) para vigilar la magnitud de estado del objeto a medir (100).
9. Sistema (1) según una de las reivindicaciones anteriores, estando configurada la fuente de energía (8) para generar energía mediante energy harvesting (cosecha de energía).
10. Sistema (1) según una de las reivindicaciones 1 a 9, estando conectados al menos un sensor para análisis (2) y el dispositivo de lectura (4) de forma inalámbrica y/o por ondas electromagnéticas entre sí con respecto a la transmisión de datos.
11. Sistema (1) según una de las reivindicaciones 1 a 10, estando configurado el dispositivo de lectura (4) como unidad móvil.
12. Sistema (1) según una de las reivindicaciones 1 a 11, presentando al menos un sensor para análisis (2) al menos un electrodo selectivo de iones (21) impreso en una lámina (20), una membrana selectiva de iones (22) que presenta preferentemente al menos un ionóforo, un electrodo de referencia (23) y un contraelectrodo (24).
13. Sistema (1) según una de las reivindicaciones 1 a 12, estando configurado al menos un sensor para análisis (2) para permitir una medición al menos de nitrato, nitrito, cloruro, fluoruro, sulfato, amonio, oxígeno, fosfatos, potasio, sodio o calcio y/o los productos de descomposición de estos y/o de al menos un ácido y/o de al menos un producto de descomposición en un proceso de fermentación.
14. Sistema (1) según una de las reivindicaciones 1 a 13, estando configurado al menos un sensor para análisis (2) para permitir una medición de al menos un biocida, un plastificante, algas, hongos, esporas, bacterias, un tóxico, una toxina o un material metálico.
15. Sistema (1) según una de las reivindicaciones 1 a 14, siendo biodegradable al menos un sensor para análisis (2).
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