ES2940330T3

ES2940330T3 - Dispositivos y procedimientos para el análisis de suelos in situ

Info

Publication number: ES2940330T3
Application number: ES19725292T
Authority: ES
Inventors: Niels Grabbert; Dominic Roth
Original assignee: Stenon GmbH
Current assignee: Stenon GmbH
Priority date: 2018-05-11
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2023-05-05
Anticipated expiration: 2039-05-08
Also published as: RU2759207C1; WO2019215257A3; HRP20230266T1; FI3791161T3; PT3791161T; LT3791161T; AU2019267088B2; CL2020002905A1; JP2021521461A; MX2020011981A; AU2019267088A1; DK3791161T3; ZA202007085B; BR112020022876A2; WO2019215257A2; BR112020022876B1; EP3791161A2; UA127138C2; CN112189132B; CN112189132A

Abstract

La invención se refiere al campo del análisis de suelos, en particular al análisis técnico de suelos agrícolas u hortícolas. En particular, la invención se refiere a un dispositivo sensor para el análisis de suelos in situ, a un método para el análisis de suelos in situ y a un dispositivo configurado para llevar a cabo el método de análisis de suelos, en el que dicho dispositivo, junto y en interacción con uno o más de dichos dispositivos sensores, representa un sistema para el análisis de suelos in situ. El dispositivo sensor tiene un conjunto de sensores que comprende uno o más sensores que están configurados de forma individual o acumulativa para la medición in situ simultánea de al menos dos de las siguientes propiedades del suelo a analizar y para proporcionar los datos de medición respectivos correspondientes: (a) espectro de impedancia, (b) temperatura, (c) espectro de absorción NIR-VIS-UV en un rango espectral desde NIR (rango espectral infrarrojo cercano) a UV (rango espectral ultravioleta), y (d) carácter ácido o básico, en particular valor de pH. En este caso, la distancia entre cada uno de los dos sensores del conjunto de sensores, que se define con respecto a los respectivos sensores de magnitudes de medida, no supera un valor de 10 cm. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivos y procedimientos para el análisis de suelos in situ

La presente invención se refiere al campo del análisis de suelos, en particular - sin embargo sin limitarse al - al análisis técnico de suelos usados en agricultura u horticultura. En particular, la invención se refiere a un dispositivo detector para el análisis de suelos in situ, a un procedimiento para el análisis de suelos in situ y a un dispositivo configurado para la realización del procedimiento de análisis de suelos, en donde este dispositivo junto y en cooperación con uno o varios de los dispositivos detectores mencionados representa un sistema para el análisis de suelos in situ.

En el campo del análisis de suelos, actualmente se utilizan procedimientos de análisis esencialmente basados en laboratorio que se basan en que se extraen una o más muestras de un suelo que va a analizarse, se transportan a un laboratorio adecuado y allí se procesan y se analizan. A continuación, se crea un informe de análisis correspondiente y se envía a un destinatario o cliente. Por regla general, transcurren a este respecto al menos varios días desde la extracción de muestras hasta la notificación del resultado del análisis, sin embargo en la mayoría de los casos semanas, en particular durante los períodos de máxima demanda, tal como por ejemplo en primavera (para Europa Central). En un laboratorio estándar típico para análisis de suelos, pueden determinarse el contenido de agua, el contenido de micro y macronutrientes, la conductividad eléctrica, el tipo de suelo, el valor de pH, así como las cantidades disponibles y totales o bien concentraciones de nitrógeno, fósforo y carbono por medio de procedimientos de análisis basados en laboratorio estandarizados. Por ejemplo, una muestra de suelo típica para un agricultor comprende los parámetros tipo de suelo, contenido de nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio, boro, cobre, zinc, manganeso y hierro, así como el valor de pH del suelo y posiblemente una declaración sobre su requerimiento de cal. Los procedimientos utilizados en dichos análisis de laboratorio si bien son muy precisos, sin embargo no pueden usarse "in situ", es decir no pueden usarse sin una extracción de muestras previa y no en el lugar sobre el suelo que va a analizarse, por ejemplo un área útil agrícola u hortícola, ya sea porque el equipo técnico necesario para ello no es móvil o porque se requieren condiciones ambientales normalizadas para el análisis, que sólo pueden realizarse en un laboratorio.

Como alternativa a los análisis de suelos en el laboratorio, ya están disponibles también actualmente algunos procedimientos para el análisis de suelos in situ o semi-in situ. Sin embargo, el espectro de análisis a este respecto se limita al análisis del contenido de agua, el valor de pH y la conductividad eléctrica y el tipo de suelo del suelo de la muestra de suelo. Sin embargo, otros parámetros, tal como en particular los parámetros altamente relevantes para agricultores y horticultores con respecto al contenido de potasio, magnesio, cobre, manganeso, zinc, bromo, hierro, de fósforo disponible, de humus, así como con respecto al contenido de nitrógeno total y con respecto al contenido de carbono total, actualmente no pueden analizarse in situ. Además, ninguno de los procedimientos de análisis in situ conocidos hasta la fecha permite una documentación legalmente segura de los resultados de medición o bien de los resultados de análisis, tal como pueden requerirse en muchos países como base para una comprobación de las normas legales, por ejemplo de los reglamentos legales sobre fertilizantes, etc.

Por el documento US 5.621.669 A se conoce una sonda detectora para la humedad y otras propiedades de materiales a granel. Ésta contiene funciones de selección, entrada, excitación y aislamiento para la obtención de señales de un grupo de detectores, para la conversión de las señales en información digital, para la correlación de partes de la información y para la transmisión de la información a uno o más actuadores externos y receptores y controladores remotos.

Por el documento US 2003/0009286 A1 se conocen un aparato y un procedimiento para el registro de características de suelos que están configurados para producir un registro eficaz de información de datos de alta precisión sobre la distribución de las características de suelos en un campo agrícola y para gestionar la información de datos colectivamente.

Por el documento US 9.285.501 B2 se conoce un sistema de múltiples detectores para la medición rápida in situ de la reflexión difusa del suelo, la conductividad del suelo y otras propiedades del suelo en tres dimensiones.

Por el documento US 7.944.220 B2 se conoce un detector de contenido de humedad para la medición del contenido de humedad de un medio. El detector contiene una sonda que inyecta una señal eléctrica en el medio. Los complejos circuitos de impedancia entre la sonda y la fuente de señal eléctrica permiten que la electrónica de medición genere una señal indicativa del contenido de humedad dentro del medio en función de los cambios en la permitividad del medio.

Por el documento US 5.859.536 A se conoce un dispositivo de medición que presenta un par de electrodos de medición que están dispuestos en un medio y un circuito que está conectado con los electrodos de medición a través de redes de adaptación de impedancia para generar una señal de salida que varía en respuesta a una modificación capacitiva en el medio. El circuito comprende una primera parte del circuito con los electrodos de medición y una segunda parte del circuito que incluye un oscilador. Las partes del circuito primera y segunda se ajustan con respecto a su impedancia para permitir una medición más precisa de las modificaciones capacitivas.

Por el documento CN 106950183 A se conoce un aparato portátil para la detección de nutrientes del suelo basado en tecnología espectral.

Por el documento US 2018/0085003 A1 se conoce un espectrómetro de mano que puede usarse para iluminar un objeto y medir uno o más espectros. Los datos espectrales del objeto pueden utilizarse para determinar uno o más atributos del objeto. En particular, el espectrómetro puede acoplarse con una base de datos con información espectral que puede usarse para determinar los atributos del objeto. El sistema de espectrómetro puede comprender un aparato de comunicación de mano que está acoplado a un espectrómetro y que permite al usuario proporcionar información relacionada con el objeto medido.

Por el documento US 2016/0033437 A1 se conoce una plataforma de detectores remotos con un detector táctil de bajo costo, que está acoplado a placas capacitivas para medir la capacitancia de un suelo. La plataforma de detectores también puede presentar otros detectores para medir otros parámetros del huerto, tal como por ejemplo la resistencia del suelo, el valor de pH del suelo, la luz ambiental, la temperatura del suelo o del aire y la humedad del aire. Basándose en mediciones de la resistencia y de la capacitancia de un suelo, puede determinarse el contenido de humedad del suelo.

Por el documento EP 1203955 A1 se conoce un procedimiento de medición de suelos que utiliza un aparato de medición de suelos para la medición de propiedades de un suelo. El procedimiento comprende una obtención de datos de medición de un detector de suelo en base a información relacionada al menos con el tipo de suelo de un sitio de medición y el contenido de agua. Para calcular las propiedades del suelo, los datos medidos recopilados se introducen en un modelo que se determina sobre la base de la información relacionada con ese tipo de suelo y el contenido de agua.

La presente invención se basa en el objetivo de proporcionar dispositivos y procedimientos mejorados con respecto a esto para el análisis de suelos in situ. En particular, un objetivo de la invención es proporcionar dispositivos y procedimientos para el análisis de suelos in situ que, en comparación con las soluciones conocidas hasta ahora, permitan analizar propiedades del suelo adicionales y/o conseguir una calidad mejorada de los resultados de análisis.

La solución de este objetivo se consigue de acuerdo con la enseñanza de las reivindicaciones independientes. Varias formas de realización y perfeccionamientos de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Un primer aspecto de la invención se refiere a un dispositivo detector para el análisis de suelos in situ.

El dispositivo detector presenta un componente detector con uno o más detectores, que están configurados de forma individual o acumulativa para la medición simultánea in situ de al menos dos, preferentemente al menos tres o todas, de las siguientes propiedades del suelo de un suelo que va a analizarse y para la facilitación de correspondientes datos de medición respectivos: (a) espectro de impedancia, (b) temperatura y (c) espectro de absorción en una región espectral que se extiende desde NIR (región espectral de infrarrojo cercano) hasta UV (región espectral ultravioleta), NIR-VIS-UV, y opcionalmente (d) carácter ácido o básico, en particular el valor de pH. A este respecto, la distancia entre cada dos de los detectores del componente detector, definida con respecto a sus respectivos captadores de magnitud de medición, no supera un valor de 10 cm, preferentemente de 5 cm y de manera especialmente preferente de 3 cm. El componente detector está configurado para medir una resistencia de corriente alterna de una sección de suelo que va a medirse dependiendo de la frecuencia de una tensión alterna de medición aplicada en la sección de suelo, para la medición in situ del espectro de impedancia.

Por un "análisis de suelo in situ" en el sentido de la invención ha de entenderse un análisis de un suelo, en particular un suelo en un área de cultivo agrícola u hortícola, en el que se realiza una medición de propiedades del suelo deseadas en el lugar sobre el propio suelo, sin que sea necesario para ello una extracción de muestras del suelo. En particular, un análisis de suelo in situ puede realizarse debido a que se dispone un dispositivo detector correspondiente en o sobre el suelo que va a analizarse, o se introduce en este al menos parcialmente, de modo que la tecnología de detectores del dispositivo detector pueda medir la propiedad relevante del suelo, en donde esta permanece invariable en su lugar, al menos esencialmente. Una evaluación de los datos de medición generados por medio de una o más mediciones in situ con el propósito de un análisis de suelo adicional que vaya más allá de la mera adquisición de datos de medición también puede realizarse "in situ", es decir, en el lugar de la medición, sin embargo sin que esto sea obligatorio. En cambio, los análisis de suelos que se basan en que se extrae en primer lugar una muestra del suelo que va a analizarse, que luego se somete a una medición en el mismo lugar o en otro y, dado el caso, a un análisis posterior, no son análisis de suelos in situ en el sentido de la invención.

Por una medición in situ "simultánea" de varias propiedades del suelo debe entenderse un proceso de medición "in situ" en el que los períodos de medición para la medición de al menos dos de las propiedades del suelo que se van a medir se superponen al menos parcialmente. En particular, por tanto, las mediciones de varias propiedades del suelo que realmente tienen lugar exactamente al mismo tiempo también son mediciones simultáneas en el sentido de la invención, como mediciones en las que, por ejemplo, si bien un primer período de medición para medir una primera propiedad del suelo no coincide exactamente con un segundo período de medición para una segunda propiedad del suelo, sin embargo, hay al menos un intervalo de tiempo dentro del cual ambas propiedades se miden simultáneamente. A este respecto, un período de medición de una propiedad del suelo se define como un período en el que un sistema de detectores correspondiente está activo para realizar una medición asociada de la propiedad del suelo en sí o de una magnitud usada para su determinación indirecta.

Por un "espectro de impedancia" en el sentido de la invención ha de entenderse un espectro que representa una resistencia de corriente alterna (impedancia Z) de un material, en este caso de una sección de suelo que va a medirse, en función de la frecuencia (w) de una tensión alterna de medición aplicada, por ejemplo, mediante electrodos a la sección de suelo, lo que puede realizarse en particular mediante una función matemática Z(w). La resistencia de corriente alterna en un elemento de red bipolar (en este caso la sección de suelo) se define a este respecto como la relación entre la tensión eléctrica y la intensidad de corriente.

Por un espectro de absorción en el sentido de la invención debe entenderse un espectro electromagnético que contiene líneas espectrales "oscuras", es decir, cortes en el recorrido espectral, que surgen cuando la radiación electromagnética de banda ancha irradia o penetra la materia y los cuantos de radiación (fotones) de determinadas longitudes de onda o intervalos de longitud de onda se absorben a este respecto por la materia. A este respecto, pueden ocurrir uno o más mecanismos de absorción diferentes, principalmente dependiendo de la longitud de onda. En particular, las transiciones electrónicas entre diferentes niveles de energía de átomos, moléculas o cristales u otros cuerpos sólidos (por ejemplo, en el contexto de la luminiscencia), así como excitaciones de otros grados de libertad, en particular grados de libertad rotacionales o vibratorios de moléculas y en los cuerpos sólidos son posibles. Comparando los espectros de absorción obtenidos, en particular los espectros de reflexión, con los espectros de referencia correspondientes, se pueden sacar conclusiones cualitativas y/o cuantitativas sobre la composición del material de la materia medida.

Por un "captador de magnitud de medición" o de manera abreviada "captador" en el sentido de la invención debe entenderse la parte de un dispositivo de medición, es decir, de un detector, que responde directamente a una magnitud de medición. Con ello es el captador el primer elemento de una cadena de medición. En particular, el captador puede implementarse en forma de uno o más electrodos, un receptor óptico o un detector de temperatura, pero no se limita a ellos. Como distancia entre dos captadores ha de entenderse la separación más corta entre los dos.

El dispositivo detector de acuerdo con el primer aspecto de la invención se caracteriza por que, por un lado, puede detectar al menos dos propiedades del suelo diferentes mediante detectores y, al menos esencialmente, de forma no destructiva, que también se seleccionan de tal manera que exista una clara correlación entre ellas, que permite conseguir a partir de los datos de medición obtenidos por medio de la medición mediante la fusión de datos una precisión de medición elevada en comparación con las mediciones individuales y, por lo tanto, una calidad del análisis del suelo elevada. Además, los captadores de magnitudes de medición de los detectores se concentran en un espacio muy estrecho (por ejemplo, en un área < 100 cm2, preferentemente < 25 cm2, de manera especialmente preferente < 9 cm2), de modo que puede suponerse que la sección de suelo medida es homogénea en una buena aproximación, 10 que se utiliza para mejorar aún más la precisión de la medición, en particular con respecto al hecho de que la correlación entre los resultados de medición individuales depende en gran medida de la distancia y permite regularmente a una mejora significativa en la calidad del análisis del suelo solo en caso de pequeñas distancias por medio de la fusión de datos.

Además, las mediciones tienen lugar simultáneamente, de modo que se pueden minimizar los errores de medición dependientes del tiempo. De lo contrario, podría producirse un error de medición de este tipo, por ejemplo, si una medición de impedancia produjera un calentamiento local del suelo, lo que conduciría a valores de medición de temperatura falsificados en el caso de una medición de temperatura posterior desplazada temporalmente. Además, la combinación de los diversos procedimientos de medición mencionados hace posible lograr propiedades del suelo que van más allá de las posibilidades anteriores de medición in situ mediante la combinación de los datos de medición de las mediciones individuales. Una medición simultánea también acorta el tiempo total requerido para el proceso de medición en comparación con las mediciones individuales puramente secuenciales.

Dado que se suprime la extracción de muestras del suelo al igual que llevarlas a un laboratorio ex situ, los resultados del análisis de suelo pueden estar disponibles en el menor tiempo posible, en particular también en el sitio directamente durante la medición, de modo que ya no es necesario ningún retraso temporal significativo hasta la disposición de los resultados del análisis.

A continuación se describen formas de realización preferidas del dispositivo detector, que en cada caso pueden combinarse entre sí de manera discrecional así como con los otros aspectos de la invención descritos más adelante, a menos que esto no se excluya expresamente o sea técnicamente imposible.

En algunas formas de realización, el componente detector contiene un detector de impedancia para el registro in situ de un espectro de impedancia del suelo que va a analizarse. Éste presenta (i) un primer elemento de soporte; (ii) dos conductores impresos dispuestos en el primer elemento de soporte sin embargo aislados eléctricamente de éste y entre sí, de los que al menos uno contiene un material polimérico o compuesto resistente a la corrosión eléctricamente conductor; (iii) y un dispositivo de control. El dispositivo de control está configurado para aplicar una tensión alterna entre los dos conductores impresos, para variar su frecuencia por un intervalo de frecuencia predeterminado y a este respecto, en el funcionamiento del dispositivo detector cuando se introduce en el suelo que va a analizarse de modo que los conductores impresos estén en contacto eléctrico con éste, para registrar un espectro de impedancia del suelo que va a analizarse en respuesta a la tensión alterna aplicada a éste a través de los conductores impresos y proporcionarlo en forma de datos de medición correspondientes. De esta manera, el dispositivo detector puede registrar un espectro de impedancia del suelo que va a analizarse, con cuya ayuda pueden determinarse en particular diferentes tipos de suelo, texturas de suelo, conductividades, contenido de agua, concentraciones de iones y tipos de iones.

El diseño especial de los conductores impresos en el elemento de soporte, así como su especial elección del material permiten tanto un contacto eléctrico particularmente bueno con el suelo circundante, como también una alta estabilidad, en particular estabilidad frente a la abrasión y corrosión, con respecto al suelo y, por lo tanto, una larga vida útil del dispositivo detector.

Los conductores impresos pueden enrollarse en particular sobre el primer elemento de soporte, preferentemente de modo que los dos conductores impresos discurran de manera paralela uno con respecto a otro, lo que representa una solución especialmente precisa y de espacio optimizado. Por "conductividad eléctrica" ha de entenderse a este respecto una magnitud física que indica cómo de intensa es la capacidad de una sustancia para conducir corriente eléctrica. Por "eléctricamente conductor" en el sentido de la invención debe entenderse según esto una conductividad eléctrica que (a 25 °C) asciende a al menos 106 S/m, o sea se corresponde al menos a la conductividad de los metales.

En algunas formas de realización adicionales, el primer elemento de soporte es eléctricamente conductor, en particular de manera metálica, al menos en un área cubierta por los conductores impresos, y el dispositivo de control también está configurado para conectar, durante el registro del espectro de impedancia del suelo que va a analizarse, el potencial eléctrico de esta al menos un área a un potencial de masa. De esta manera, una falsificación de señal del espectro de impedancia registrado mediante acoplamientos electromagnéticos externos puede reducirse o incluso evitarse. El potencial de masa puede ser a este respecto en particular el potencial de masa (potencial cero) de una fuente de alimentación del dispositivo detector, por ejemplo, de una batería recargable utilizada para ello.

En algunas formas de realización adicionales, el intervalo de frecuencia predeterminado incluye el intervalo de 100 Hz a 1 MHz, de manera que puede determinarse un espectro que, debido a su anchura y posición en el espectro electromagnético, permite sacar conclusiones particularmente bien sobre un gran número de diferentes propiedades del suelo.

En algunas formas de realización adicionales, el primer elemento de soporte está formado como espiga hueca al menos por secciones para la introducción al menos por secciones en el suelo que va a analizarse. Además, se ha aplicado una capa aislante sobre la superficie de la espiga, sobre la que a su vez están dispuestos los dos conductores impresos, en particular enrollados. El dispositivo de control está dispuesto a este respecto dentro de una sección hueca del primer elemento de soporte. La configuración a modo de espiga del primer elemento de soporte sirve para introducirse (introducirse por perforación) al menos parcialmente en el suelo que va a analizarse y a este respecto llevar a contacto los conductores impresos que sirven como captador de magnitudes de medición del detector de impedancia con el suelo. Mediante el aislamiento, los conductores impresos están desacoplados eléctricamente entre sí y de la espiga, que puede estar conectada, tal como se ha descrito anteriormente, en particular al potencial de masa. Además, el dispositivo de control dentro de la sección hueca del primer elemento de soporte está protegido contra influencias no deseadas, en particular del suelo o del otro entorno, en particular contra el polvo, la humedad y sustancias que provocan corrosión.

En algunas formas de realización adicionales, el componente detector contiene para el registro de una temperatura del suelo que va a analizarse un detector de temperatura, en donde éste está formado junto con el detector de impedancia como componente detector de temperatura/impedancia integrado, que está configurado para registrar simultáneamente e in situ tanto un espectro de impedancia como también una temperatura del suelo que va a analizarse y proporcionarlos en cada caso en forma de datos de medición correspondientes. De esta manera, no solo se determinan al menos dos magnitudes de medición diferentes que, como se explicó anteriormente, permiten un espectro más amplio de propiedades del suelo que se pueden determinar, así como una mayor calidad de análisis, sino que también se hace posible una densidad de integración particularmente alta, que permite formar el dispositivo detector especialmente de manera que ahorra espacio.

El detector de temperatura, o partes del mismo, puede o pueden estar dispuestos en particular al igual que el dispositivo de control dentro de una sección hueca del primer elemento de soporte para estar protegido allí de influencias externas no deseadas.

El primer elemento de soporte y/o al menos uno de los conductores impresos pueden servir a este respecto en particular al mismo tiempo como sonda de medición de temperatura (es decir, captador de magnitudes de medición) y para ello pueden conectarse con el detector de temperatura de manera termoconductora.

Por lo tanto, el primer elemento de soporte o bien el al menos un conductor impreso está formado preferentemente por medio de un material con buena conductividad térmica, en particular un metal, tal como por ejemplo aluminio o un material polimérico o compuesto con buena conductividad térmica.

En algunas formas de realización, el detector de temperatura está integrado en el dispositivo de control, por ejemplo en una placa de conductor impreso común o un circuito integrado común, lo que a su vez es ventajoso en términos de integración alta y, por lo tanto, que ahorra espacio del dispositivo detector, en particular también con respecto al logro de una disposición optimizada a ser posible en su densidad de los captadores de magnitudes de medición de los diversos detectores del dispositivo detector.

En algunas formas de realización, el detector de temperatura está dispuesto dentro de una sección eléctricamente conductora del primer elemento de soporte, de modo que resulta un apantallamiento al menos parcialmente del detector de temperatura frente a cualquier interacción electromagnética generada por los conductores impresos durante la aplicación de la tensión alterna a éstos, de manera que puede elevarse la precisión de medición y contrarrestarse los efectos de interferencia no deseados.

En algunas formas de realización, el componente detector contiene un componente de espectrómetro de absorción para el registro in situ de un espectro de absorción del suelo que va a analizarse. Éste presenta al menos dos espectrómetros de absorción MEMS, construidos en particular a base de un interferómetro Fabry-Perot (es decir, espectrómetros de absorción que fueron fabricados al menos parcialmente por medio de tecnología MEMS, en particular contienen componentes MEMS), cuya cobertura espectral difiere al menos para áreas parciales del espectro electromagnético, en donde puede registrarse de manera acumulativa un espectro de absorción del suelo que va a analizarse mediante la totalidad de los espectrómetros de absorción MEMS, que presenta tanto proporciones en la región NIR como también en la región VIS como también en la región UV. La cobertura espectral puede, en particular, extenderse consistentemente desde la región NIR hasta la región UV y, en particular, puede incluir la región desde 350 nm hasta 1700 nm para permitir una medición particularmente muy diferenciada en una región espectral especialmente relevante regularmente para el análisis del suelo.

En algunas formas de realización, el componente del espectrómetro de absorción presenta además un soporte móvil, en particular giratorio y/o desplazable en traslación, sobre el que están dispuestos los espectrómetros de absorción de modo que cuando el soporte se mueve con respecto a una superficie de medición virtual, en la que se encuentra el suelo que va a analizarse en el funcionamiento de medición del dispositivo detector, puede medirse espectrométricamente una zona del suelo que va a escanearse a este respecto por los espectrómetros de absorción, para registrar un espectro de absorción integrado a través de la zona que va a escanearse. De esta manera, pueden conseguirse resultados estadísticamente más utilizables y más precisos, en donde puede escanearse la mayor superficie de suelo posible, idealmente a la menor distancia posible. En el caso de un soporte giratorio, el espectro de absorción medido puede integrarse o promediarse en particular a través del ángulo de giro del soporte, y en el caso de un movimiento de traslación en particular a través del recorrido de este movimiento de traslación. De esta manera, las características no específicas del suelo, por ejemplo pequeñas piedras, ramitas, etc., tienen en promedio solo una influencia reducida, en particular pequeña, en los resultados de medición obtenidos, que también puede eliminarse al menos en gran medida, en particular por medio de filtrado dirigido, por ejemplo por medio de valores de umbral.

En algunas formas de realización, está dispuesta además al menos una fuente de radiación electromagnética en el soporte móvil, que está configurada para irradiar electromagnéticamente, en el funcionamiento de medición durante el movimiento del soporte con respecto a la superficie de medición, la zona del suelo que va a escanearse a este respecto por los espectrómetros de absorción para generar el espectro de absorción que va a medirse. De esta manera, es posible, por un lado, escanear un área de suelo aumentada debido al movimiento, sin embargo por otro lado, dejar sin cambios el posicionamiento relativo de la fuente de radiación con respecto a los espectrómetros de absorción, lo que puede tener como consecuencia una mayor precisión de medición y puede ayudar a reducir o bien evitar el trabajo de ajuste.

En algunas formas de realización, el componente de espectrómetro de absorción presenta además un dispositivo de obturador móvil. Éste está configurado para mover temporalmente un diafragma a una zona espacial definida entre los espectrómetros de absorción y la superficie de medición, en donde en el lado del diafragma dirigido a los espectrómetros de absorción está dispuesta una referencia de calibración, tal como por ejemplo en particular Spectralon, para calibrar al menos uno, preferiblemente todos, los espectrómetros de absorción. Debido a ello, el dispositivo detector puede calibrarse automáticamente, por ejemplo, después de un cierto número predeterminado de procesos de medición (por ejemplo, mediante calibración de referencia y corriente oscura), en particular también en el marco del propio análisis de suelo in situ.

En algunas formas de realización, el componente de espectrómetro de absorción presenta además un sistema óptico transparente, al menos esencialmente, en un intervalo de longitud de onda correspondiente al espectro de absorción que va a registrarse, que está dispuesto en la zona espacial entre los espectrómetros de absorción y la superficie de medición para separar estos espacialmente uno de otro. A este respecto, el sistema óptico está dotado de un nanorrecubrimiento hidrófilo en su lado dirigido hacia la superficie de medición, que en particular también puede presentar una mayor resistencia al rayado en comparación con el material del cuerpo del sistema óptico. Con el fin de lograr la mayor resistencia posible al rayado, el sistema óptico también puede estar configurado en particular de cristal de zafiro. La separación espacial sirve en particular para proteger los espectrómetros de absorción y, dado el caso, el dispositivo de obturación de influencias externas no deseadas (en particular contra el polvo, la humedad, influencias mecánicas), por ejemplo, mediante el suelo que va a analizarse.

En algunas formas de realización, el componente detector contiene un componente de medición de potencial para el registro in situ de un carácter ácido o básico, en particular de un valor de pH, del suelo que va a analizarse. Éste presenta: (i) un segundo elemento de soporte, (ii) un electrodo de referencia de electrolito/metal dispuesto en o sobre el segundo elemento de soporte; (iii) un electrodo de óxido metálico dispuesto sobre una superficie del segundo elemento de soporte prevista en el funcionamiento de medición para el contacto con el suelo que va a analizarse; (iv) un diafragma de iones dispuesto en el segundo miembro de soporte entre el electrodo de óxido metálico y el electrodo de referencia de electrolito/metal y que está en contacto con el electrodo de referencia de electrolito/metal; (v) un electrodo de calibración dispuesto en la superficie del segundo elemento de soporte prevista para el contactado con el suelo que va a analizarse y resistente a la corrosión aislado eléctricamente del electrodo de óxido metálico; y (vi) un dispositivo de medición. A este respecto, el dispositivo de medición está configurado: (a) para determinar un estado actual del electrodo de óxido metálico, para medir una resistencia eléctrica que se produce entre el electrodo de calibración y el electrodo de óxido metálico y/o una capacitancia eléctrica que se produce entre ellos cuando estos dos electrodos están en contacto en cada caso con el suelo que va a analizarse; y (b) para determinar un carácter ácido o básico, en particular un valor de pH, del suelo que va a analizarse, para medir una diferencia de potencial eléctrico que se produce entre el electrodo de referencia y el electrodo de óxido metálico, teniendo en cuenta una calibración de medición previamente determinada basándose en el estado actual determinado del electrodo de óxido metálico, si estos dos electrodos están en contacto en cada caso con el suelo que va a analizarse.

La medición del carácter ácido o básico del suelo mediante el componente de medición de potencial puede realizarse de manera correspondiente en el funcionamiento, de modo que se mide una diferencia de potencial eléctrico que se produce entre el electrodo de referencia y el electrodo de óxido metálico de acuerdo con la característica parcial (b) anterior. Esta diferencia de potencial depende del carácter ácido o básico del suelo, que está en contacto físico con los dos electrodos durante el proceso de medición, de modo que pueda usarse para su medición. El potencial medido es o corresponde al menos al potencial RedOx entre los dos electrodos, en donde la ecuación química RedOx asociada es tal como sigue:

RedOx xMe yH2O ^ MeXOy y2H+ y2e-

A este respecto, la abreviatura "Me" significa un metal. Por lo tanto, la diferencia de potencial se basa en las propiedades electroquímicas especiales de los detectores basados en óxido metálico/metal, en particular detectores de pH, en donde el sistema de óxido metálico/metal puede ser en particular Sb²O³/Sb, IrO2/IR, TIO2/TI o RuO2/Ru. Estos materiales presentan una dependencia directa de la oxidación y la reducción, mientras que al mismo tiempo tienen una buena conductividad eléctrica en relación con la concentración de iones de hidrógeno circundantes (valor de pH) en el suelo. Por lo tanto, su potencial redox se puede correlacionar con el electrodo de referencia y, a partir de esto, se puede determinar el carácter ácido o básico o bien el valor de pH del suelo. Además, el material del electrodo de óxido metálico se selecciona preferentemente de modo que éste disponga de buena resistencia a la abrasión y al impacto (con respecto al suelo), lo que es el caso de los sistemas de materiales mencionados.

La diferencia de potencial redox se determina por medio de la medición de las corrientes de iones que fluyen a través del diafragma de iones entre los dos electrodos, en donde preferentemente está previsto adicionalmente un convertidor de impedancia o amplificador para convertir o amplificar las corrientes posiblemente muy débiles antes de medirlas con el fin de una capacidad de medición y precisión de medición elevada. El tamaño del diafragma de iones se selecciona también preferentemente para que sea lo más grande posible en relación con el tamaño del (segundo) elemento de soporte para proporcionar un área de sección transversal lo más grande posible para el flujo de corriente de iones a través del diafragma de iones.

Sin embargo, los óxidos metálicos generalmente son estables frente a la corrosión sólo de manera limitada frente a ácidos o bases, de modo que los electrodos de óxido metálico a menudo se degradan con el tiempo cuando se usan para análisis de suelo, lo que puede conducir en particular a la reducción del espesor de capa del electrodo de óxido metálico con una modificación que sigue a esto de la resistencia eléctrica, por consiguiente de la intensidad de corriente y por consiguiente a su vez de los resultados de medición. Por lo tanto, el dispositivo de medición de acuerdo con la característica parcial (a) está configurado además para determinar un estado actual, en particular un espesor de capa actual, del electrodo de óxido metálico midiendo una resistencia eléctrica (o conductividad) que se produce entre el electrodo de calibración y el electrodo de óxido metálico y/o una capacitancia eléctrica que se produce entre estos, mientras que los dos estén en contacto en cada caso con el suelo que va a analizarse, que entonces conecta eléctricamente ambos electrodos. La medición puede realizarse, en particular, de forma cíclica. La conductividad y/o la capacitancia del suelo pueden determinarse, en particular, si no se conocen a priori, por medio del detector de impedancia mencionado anteriormente del dispositivo detector, de modo que puede determinarse de manera correspondiente la conductividad o la resistencia eléctrica o la capacitancia de la capa de óxido metálico mediante el dispositivo de medición por medio de la medición anteriormente mencionada, en donde la conductividad o bien la capacitancia del electrodo de óxido metálico se correlaciona directamente con su espesor de capa de óxido metálico. Por consiguiente, la medición puede calibrarse de nuevo por medio del dispositivo de medición basándose en la medición del estado del electrodo de óxido metálico en caso necesario, en particular también cíclicamente como medida preventiva, para garantizar la precisión de medición incluso durante largos períodos de tiempo a pesar de que se produzca la degradación del óxido metálico.

En algunas formas de realización, el electrodo de calibración está fabricado de un material que contiene un material polimérico y/o compuesto eléctricamente conductor y resistente a la corrosión. En particular, estos materiales pueden ofrecer ventajas como un bajo peso, una alta resistencia a la corrosión así como una larga durabilidad y estabilidad como referencia de calibración.

En algunas formas de realización, el segundo elemento de soporte está formado como espiga para la introducción al menos por secciones en el suelo que va a analizarse, en donde está aplicada una capa aislante sobre la superficie de la espiga, sobre la que están dispuestos el electrodo de óxido metálico, el diafragma de iones y/o el electrodo de calibración. Esto permite una implementación particularmente compacta. Además, el electrodo de referencia de electrolito/metal puede estar dispuesto ventajosamente dentro del (segundo) elemento de soporte, es decir, de la espiga, y por consiguiente puede estar protegido contra influencias externas no deseadas.

En algunas formas de realización, el dispositivo detector presenta además un dispositivo de comunicación para la transmisión de datos de medición registrados para su evaluación a una contraparte externa con respecto al dispositivo detector. La contraparte puede ser en particular un dispositivo de evaluación separado o una plataforma informática distante (remota), por ejemplo en un entorno de nube, o un servidor back-end o una red informática distribuida. De esta manera, el procesamiento posterior de los datos de medición puede externalizarse para determinar los resultados finales del análisis del suelo del dispositivo detector, lo que puede ser conveniente en particular cuando se requieren cálculos complejos, costosos que pueden realizarse más rápido o mejor en sistemas informáticos centrales o especializados que localmente en el propio dispositivo detector.

Sin embargo, es igualmente posible en otras formas de realización prever el equipo necesario para evaluar los resultados de medición en el propio dispositivo detector. También en este caso puede ser conveniente prever dicho dispositivo de comunicación en el dispositivo detector, al menos para permitir actualizaciones remotas del software utilizado para evaluar y/o controlar el dispositivo detector.

En algunas formas de realización, el dispositivo de comunicación está configurado para transmitir los datos de medición de forma inalámbrica por medio de una comunicación basada en la tecnología de radio LoRa y/o la tecnología de radio Internet de las cosas de banda estrecha, NB-loT. Estas tecnologías son en particular especialmente ventajosas cuando el dispositivo detector se debe usar en lugares donde no hay otra cobertura de datos de radio, por ejemplo a través de radio móvil convencional, o no está lo suficientemente desarrollada. Las tecnologías de radio mencionadas permiten una transmisión inalámbrica de datos en distancias de hasta 30 km, lo que corresponde aproximadamente al doble del alcance máximo (dispositivo final - estación base) de las tecnologías de radio móvil convencionales. A este respecto, el consumo de energía suele ser muy bajo, de modo que estas tecnologías también pueden utilizarse con sensatez en dispositivos móviles que funcionan con batería. Además, al menos el uso de la tecnología LoRa está libre de licencia en muchos países, lo que tiene un efecto positivo correspondientemente sobre los costos de funcionamiento.

En particular, el dispositivo de comunicación también puede estar configurado para recibir datos, en particular datos de resultados de análisis de suelos determinados externamente al dispositivo, de modo que la información correspondiente pueda facilitarse al usuario in situ en el propio dispositivo detector en una interfaz hombre-máquina adecuada, por ejemplo, un dispositivo de visualización o un dispositivo de salida óptica o acústica.

En algunas formas de realización, el dispositivo detector presenta además un dispositivo de almacenamiento seguro para la deposición protegida contra el acceso no autorizado de una identificación del aparato unívoca del dispositivo detector y/o al menos de una clave criptográfica para el cifrado de datos de medición y/o metadatos transmitidos por medio del dispositivo de comunicación. Los metadatos pueden representar, en particular, sin limitarse a esto, una ubicación, un momento temporal y/o un modo de medición de una medición realizada in situ con el dispositivo detector, así como la identificación del aparato o una identificación del usuario. De esta manera, puede realizarse en particular una comunicación protegida en particular frente a ataques "man-in-the-middle" a través del dispositivo de comunicación, así como una identidad del aparato protegida contra cambios no autorizados.

En algunas formas de realización, el dispositivo de comunicación está configurado además para escribir datos de medición y/o metadatos que van a transmitirse en una cadena de bloques que se produce como contraparte externa o para hacer que otra contraparte externa escriba los datos de medición y/o metadatos que se le transmiten en una cadena de bloques. Estas formas de realización son ventajosas en particular con respecto a una documentación legalmente segura de los resultados de medición. Además, estas formas de realización también permiten una protección de la comunicación, en particular con respecto a una protección contra la posterior falsificación de los resultados de medición o resultados de análisis de suelo obtenidos.

En algunas formas de realización, el dispositivo detector está configurado para realizar una autentificación de un usuario del dispositivo detector y solo permite que los datos y/o metadatos de medición se transmitan a una contraparte externa si la autentificación se ha desarrollado con éxito. También con esta medida pueden protegerse la comunicación y la documentación de los resultados de medición contra ataques, en particular con respecto a una falsificación de los datos de medición. Mediante una o varias de las medidas de protección antes mencionadas pueden lograrse por consiguiente los requisitos previos para una obtención de una documentación legalmente segura de los resultados de la medición, que dado el caso puede ser requerida por ley.

En algunas formas de realización, el dispositivo detector presenta además un dispositivo de determinación de la posición para determinar una posición actual del dispositivo detector y para proporcionar los metadatos correspondientes que identifican la posición. En particular, esto permite poner a disposición también una ubicación de la medición junto con los datos de medición por medio de metadatos correspondientes. Además, puede implementarse de esta manera una vigilancia espacial del dispositivo detector, lo que permite igualmente una protección adicional contra el uso indebido, en particular, contra el uso indebido por parte de personas no autorizadas.

En algunas formas de realización, el dispositivo detector está formado como unidad portátil. Esto significa en particular que las dimensiones y el peso del dispositivo permiten sin más que un usuario humano lo transporte fácilmente, por ejemplo, a un punto de medición en un campo. Idealmente, por lo tanto, las dimensiones del dispositivo detector en cada dirección ascienden como máximo a unos pocos decímetros, por ejemplo, <50 cm) y el peso se encuentra preferentemente por debajo de 25 kg, idealmente por debajo de 10 kg. Por consiguiente, el dispositivo detector puede utilizarse de forma especialmente flexible y sin la ayuda de vehículos u otros dispositivos de maniobra.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un procedimiento implementado por ordenador para el análisis de suelos, que comprende:

(i) recibir datos de medición relacionados con al menos dos, preferentemente al menos tres o todas las siguientes propiedades de suelo de un suelo que va a analizarse: (a) espectro de impedancia, (b) temperatura, (c) espectro de absorción en un región espectral que va desde NIR hasta UV, NIR-VIS-UV, y opcionalmente (d) carácter ácido o básico, en particular valor de pH; y (ii) determinar al menos una de las propiedades del suelo o al menos una propiedad del suelo derivada de la misma basándose en una vinculación de los datos de medición recibidos por medio de fusión de datos para obtener un resultado de medición respectivo para la al menos una propiedad del suelo que va a determinarse. Con la ayuda de este procedimiento, es posible por consiguiente vincular entre sí los resultados de medición con respecto a las propiedades del suelo mencionadas en el marco de una fusión de datos, en donde nuevamente se debe señalar que las propiedades del suelo mencionadas se han seleccionado de modo que existe una correlación entre ellos al menos en algunas combinaciones, que puede usarse en el contexto de la fusión de datos para obtener resultados de análisis de suelo más precisos o adicionales. La fusión de datos puede implementarse en particular basándose en la lógica difusa y/o una o más redes neuronales artificiales.

En algunas formas de realización para ello se registran los datos de medición por un dispositivo detector de acuerdo con el primer aspecto de la invención, en particular de acuerdo con una o más de las formas de realización descritas de esto. El procedimiento sigue entonces la medición in situ verdadera para el registro de los datos de medición, en donde el dispositivo detector en particular, tal como se ha descrito anteriormente, puede transmitir los datos de medición así como dado el caso metadatos adicionales para ello por medio de su dispositivo de comunicación a través de una conexión de comunicación correspondiente a un dispositivo central o espacialmente distribuido que ejecuta el procedimiento.

En algunas formas de realización, el procedimiento se realiza en al menos un nodo central de una red, en particular un entorno de nube o una red informática distribuida, que está configurada para estar en conexión de comunicación para recibir los respectivos datos de medición con una pluralidad de dispositivos detectores, en particular de acuerdo con el primer aspecto de la invención, para el registro de los respectivos datos de medición. Esto permite, en particular, un uso potente y variable de los recursos para realizar el procedimiento. También pueden implementarse modificaciones, en particular actualizaciones de un software utilizado para la realización del procedimiento, de forma centralizada sin tener que distribuirse en cada caso a los dispositivos detectores correspondientes, de modo que el sistema completo puede desarrollarse y actualizarse de manera sencilla.

Un tercer aspecto de la invención se refiere a un programa informático que está configurado para ejecutar el procedimiento de acuerdo con el segundo aspecto de la invención, en particular de acuerdo con una o más de sus formas de realización descritas, cuando se ejecuta en una plataforma de procesador. La plataforma de procesador puede contener un solo procesador o una pluralidad de procesadores y puede estar centrada localmente, por ejemplo en una sola computadora, o sin embargo implementarse también a través de una red de computadoras distribuida, descentralizada. En particular, la plataforma de procesador y el programa informático para esto también pueden estar presentes también en el propio dispositivo detector para permitirle realizar el procedimiento.

El programa informático puede almacenarse en particular en un soporte de datos no volátil. Se trata preferentemente de un soporte de datos en forma de un soporte de datos óptico o de un módulo de memoria flash. Esto puede ser ventajoso si el programa informático como tal se va a comercializar independientemente de una plataforma de procesador en la que se vayan a ejecutar uno o más programas. En otra implementación, el programa informático puede estar presente como un archivo en una unidad de procesamiento de datos, en particular en un servidor, y puede descargarse a través de una conexión de datos, por ejemplo, Internet o una conexión de datos dedicada, como una red propietaria o local. Además, el programa informático puede presentar una pluralidad de módulos de programa individuales que interactúan.

Un cuarto aspecto de la invención se refiere a un dispositivo para el análisis de suelos, en donde el dispositivo está configurado para realizar el procedimiento de acuerdo con el segundo aspecto de la invención, en particular de acuerdo con una o más de sus formas de realización descritas. El dispositivo puede presentar, en particular, la plataforma de procesador mencionada y según esto en particular una única unidad de procesamiento de datos, por ejemplo una computadora, o una red informática distribuida, descentralizada.

En particular, en algunas formas de realización, el propio dispositivo para el registro de los datos de medición puede presentar un dispositivo detector de acuerdo con el primer aspecto de la invención, en particular de acuerdo con una o más de las formas de realización descritas del mismo. Esto es particularmente ventajoso si el análisis de los datos de medición para obtener resultados de análisis de suelos secundarios debe realizarse in situ, es decir en el lugar en el propio dispositivo detector, lo que en particular también permite un funcionamiento fuera de línea así como una determinación de tales resultados independiente de la calidad de una conexión de comunicación con una plataforma de procesador externa.

Las características y ventajas explicadas en relación con el segundo aspecto de la invención también se aplican correspondientemente a los aspectos tercero y cuarto de la invención.

Otras ventajas, características y posibilidades de aplicación de la presente invención resultan de la siguiente descripción detallada en relación con las figuras.

A este respecto muestra

la Figura 1 esquemáticamente un dispositivo detector de acuerdo con una forma de realización de la invención;

la Figura 2 esquemáticamente un dispositivo detector configurado de manera modular de acuerdo con otra forma de realización de la invención, en el que además de un módulo de medición está previsto también un módulo de mando/radio;

la Figura 3A esquemáticamente un componente detector de impedancia/temperatura integrado para un dispositivo detector de acuerdo con una forma de realización de la invención y la Figura 3B un esquema equivalente simplificado para ello;

la Figura 4 esquemáticamente un componente de medición de potencial, en particular un componente detector de pH, para un dispositivo detector de acuerdo con una realización de la invención;

la Figura 5 esquemáticamente un componente de espectrómetro de absorción para un dispositivo detector de acuerdo con una forma de realización de la invención;

la Figura 6 una vista general esquemática de un sistema total para el análisis de suelos, de acuerdo con una forma de realización de la invención; y

la Figura 7 una vista general a modo de ejemplo de diversas relaciones entre magnitudes de medición individuales que pueden detectarse mediante los detectores del dispositivo detector de acuerdo con las figuras 1 o bien 2, por medio de las cuales pueden determinarse distintas propiedades del suelo en el contexto de una fusión de datos de acuerdo con el procedimiento de acuerdo con la invención.

En las figuras se utilizan en general los mismos números de referencia para los mismos elementos o elementos correspondientes entre sí de la invención.

El dispositivo detector 1 mostrado en la Figura 1 de acuerdo con una forma de realización de la invención está configurado como módulo, que a su vez presenta varios componentes, en particular componentes detectores, en una carcasa 2 común. Un primero de estos componentes es un componente de detector de impedancia/temperatura 3 combinado, que está formado al menos parcialmente en un primer elemento de soporte a modo de barra o espiga y está configurado para perforar un suelo que va a analizarse. Otro de los componentes es un componente de medición de potencial 4, en particular un componente detector de pH, que está formado por medio de un segundo elemento de soporte que, al igual que el primer elemento de soporte, presenta una forma de barra o espiga y también está configurado para perforar el suelo que va a analizarse. Entre estos dos componentes 3 y 4 así como en las inmediaciones de ellos, está dispuesto un componente de espectrómetro de absorción 5 como otro de los componentes, que presenta una ventana de medición que está posicionada de modo que cuando el primer y el segundo elemento de soporte perforan de manera conjunta el suelo que va a analizarse, se encuentra sobre o por encima de este. Por lo tanto, los tres componentes detectores están concentrados en un espacio estrecho, preferentemente en un área total de menos de 100 cm2, de modo que la influencia de las heterogeneidades en el suelo que va a analizarse puede mantenerse baja en los resultados de medición y en particular puede reducirse a un mínimo. El dispositivo detector 1 está formado como unidad móvil, en particular portátil, tiene preferentemente un peso de menos de 25 kg y una extensión máxima de menos de 1 m, preferentemente de como máximo 0,5 m. Además, el dispositivo detector 1 presenta un dispositivo de suministro de energía (no representado), que puede estar configurado en particular en forma de un acumulador de energía electroquímico, recargable, tal como por ejemplo como batería de iones de litio.

Los componentes individuales, en particular los componentes detectores 2, 3 y 4 del dispositivo detector 1, también pueden estar configurados en cada caso como módulo extraíble o intercambiable individualmente, lo que en particular hace posible generar de manera fácil y dinámica diferentes configuraciones de detector, así como mantener o sustituir los componentes detectores individuales dependiendo de su estado de envejecimiento o funcional en cada caso de manera individual.

El dispositivo detector 1 permite por consiguiente utilizar hasta cuatro tipos de detectores diferentes por medición y aprovechar sus diferentes principios de medición para obtener los datos de medición correspondientes, en base a los cuales, con la ayuda de la correlación o fusión de datos, puede conseguirse in situ una determinación de las propiedades del suelo que va más allá de la medición directa de las propiedades del suelo con precisión suficientemente alta en cualquier caso para muchas aplicaciones. En particular, por ejemplo, la impedancia del suelo que va a medirse, la temperatura del suelo, su espectro de absorción en toda la región espectral UV-VIS-IR, así como su valor de pH pueden medirse al mismo tiempo y en el espacio más denso simultáneamente. Es precisamente esta disposición estrechamente adyacente de los captadores de magnitudes de medición de los diversos componentes detectores 2, 3 y 4 lo que hace posible correlacionar con éxito los datos de medición con el fin de determinar las propiedades del suelo con la precisión requerida para aplicaciones típicas, particularmente agrícolas. Además, la disposición densa de los captadores de magnitudes de medición también permite la creación de mapas de suelo de ultra alta resolución, es decir mapas de suelo con una cuadrícula de menos de 100 cm2 de área de la celda de la cuadrícula. El registro simultáneo de las diversas magnitudes que van a medirse permite además mostrar las dependencias dinámicas y reales entre los valores de medición individuales. En particular, también los artefactos de medición ya pueden reconocerse y eliminarse in situ por medio de un software de evaluación apropiado, por ejemplo basado en inteligencia artificial, para aumentar aún más la calidad de los resultados de medición originales.

La Figura 2 muestra un dispositivo detector 1 construido modularmente de acuerdo con otra forma de realización de la invención, que además de un módulo detector 6a presenta también un módulo de mando/radio 6b que puede acoplarse con esto por medio de una conexión separable. Los dos módulos 6a y 6b se muestran en la figura 2 por un lado como módulos separados (abajo a la izquierda), así como por otro lado en el estado conectado (arriba a la derecha). Las carcasas de los dos módulos 6a y 6b se han conformado preferentemente de modo que cuando los dos módulos están conectados entre sí, forman un asa de transporte o manipulación 10 en el punto de conexión que es fácil de agarrar por la mano humana, en particular puede agarrarse, que es adecuada en particular también para la extracción del suelo de un dispositivo detector 1 insertado en un suelo para el análisis.

En particular, como se muestra en la figura 2, el asa puede estar configurada como un estrechamiento de la sección transversal del dispositivo detector 1 en el punto de conexión entre los dos módulos 6a y 6b. El módulo de mando/radio 6b presenta un dispositivo de determinación de posición 7, con la ayuda del cual, por ejemplo, en interacción con un sistema de reconocimiento de posición basado en satélites tal como por ejemplo GPS, GALILEO o GLONASS, o con la ayuda de la determinación de posición basada en telefonía móvil, puede determinarse la posición del dispositivo detector 1, en particular durante un proceso de medición, y pueden generarse datos de posición correspondientes como metadatos asociados con la medición.

Además, el módulo de mando/radio 6b dispone de un dispositivo de comunicación 8, que en particular puede estar configurado para realizar, por medio de tecnología de telefonía móvil (por ejemplo, 3G, LTE, 5G) u otra tecnología de radio, tal como por ejemplo LoRa y/o NB-IoT, una comunicación de datos con una contraparte externa, en particular para enviar datos de medición obtenidos por medio del dispositivo detector 1 a un centro de procesamiento de datos externo para su posterior evaluación, y para recibir nuevamente los resultados de análisis de suelo que resultan de tal evaluación dado el caso, y para emitirlos al propio dispositivo detector 1 en una interfaz hombre-máquina 9. Una interfaz hombre-máquina 9 de este tipo puede estar prevista en particular en forma de un dispositivo de visualización en el dispositivo detector 1, con respecto a una solución que ahorra espacio a ser posible, preferentemente como una pantalla de mando, que permite tanto la entrada del usuario como también una salida de información, tal como es este el caso por ejemplo con una pantalla sensible al tacto.

La Figura 3A muestra un componente detector de impedancia/temperatura 3 integrado introducido por perforación en un suelo 11 que va a analizarse para un dispositivo detector de acuerdo con una forma de realización de la invención, que puede estar previsto en particular en un dispositivo detector 1 según la figura 1 o la figura 2. La Figura 3B muestra un esquema equivalente simplificado para la rama de medición de impedancia del componente detector de impedancia/temperatura 3.

El componente detector 3 de la figura 3A presenta un primer elemento de soporte 12 en forma de espiga, que puede estar fabricado especialmente de metal, preferentemente de un metal resistente a la corrosión. La espiga puede, en particular, tener una forma sustancialmente cilíndrica y ser puntiaguda en su cara frontal prevista para la introducción por perforación en el suelo para facilitar la perforación. Sobre un área superficial que normalmente entra en contacto con el suelo circundante en el estado introducido por perforación, se ha aplicado una capa de pasivación 13 sobre el primer elemento de soporte 12, que puede contener en particular uno o más materiales poliméricos y que actúa como aislante eléctrico. Dos conductores impresos 14 están enrollados de manera paralela uno con respecto a otro y sin tocarse alrededor del primer elemento de soporte 12 sobre la capa de pasivación 13. Por consiguiente, los dos conductores impresos 14 están aislados eléctricamente del elemento de soporte 12 por medio de la capa de pasivación 13. En su cara frontal opuesta a la punta que puede introducirse por perforación en el suelo, el componente detector de impedancia/temperatura 3 presenta un circuito impreso (PCB) 15 dispuesto dentro del elemento de soporte 12 y protegido por medio de una tapa metálica 16 (carcasa metálica) que se encuentra encima, en la que están previstos un dispositivo de control 15a, un preamplificador de señal 15b así como un detector de temperatura 15c en forma de un circuito integrado o bien de un componente de detector semiconductor. La tapa metálica 16 sirve a este respecto no solo para la protección mecánica, sino también como apantallamiento electromagnético del detector de temperatura 15c, del dispositivo de control 15a y del preamplificador de señal 15b, que están colocados en su interior. Además de controlar el componente detector 3, el dispositivo de control 15a sirve al mismo tiempo para medir la impedancia y proporcionar los datos de medición correspondientes y está conectado eléctricamente en cada caso con los conductores impresos 14 a través del preamplificador de señal 15b. El detector de temperatura 15c también se puede conectar a los conductores impresos 14, en donde estos sirven entonces como captadores de magnitudes de medición adicionalmente o como alternativa al primer elemento de soporte 12 para el detector de temperatura 15c, mientras que en cualquier caso sirven como electrodos de medición para la medición de la impedancia.

El componente detector de impedancia/temperatura 3 puede describirse por consiguiente en términos de su rama de medición de impedancia por medio del esquema equivalente simplificado descrito en la figura 3B. Durante el proceso de medición de impedancia, el dispositivo de control 15a aplica una tensión alterna de medición definida entre un primer conductor impreso 14a y el correspondiente segundo conductor impreso 14b de los dos conductores impresos 14. Dado que durante el proceso de medición se ha introducido por perforación el primer elemento de soporte 11 con los conductores impresos 14 que se encuentran sobre éste en el suelo 11 que va a analizarse, los dos conductores impresos 14a, 14b están en contacto eléctrico con el suelo 11 que los rodea entonces, de modo que éste conecta los dos conductores impresos 14a, 14b en el sentido de una resistencia eléctrica Rel. En el esquema equivalente, los dos conductores impresos 14a, 14b presentan en cada caso incluso una resistencia eléctrica R^ct1o R^ct1, así como una capacitancia (parásita) C^dl1o CDL2 conectada para ello en paralelo. Por consiguiente, puede determinarse un espectro de impedancia Z(w) en función de la frecuencia w de la tensión alterna de medición aplicada mediante la relación dada en la figura 3B. El intervalo de frecuencia utilizado para obtener el espectro de impedancia Z(w) puede seleccionarse de manera específica a la aplicación y normalmente incluye el intervalo de frecuencia de 100 Hz a 1 MHz. El primer elemento de soporte 12 se conecta idealmente a un potencial de masa durante el proceso de medición de impedancia y para ello se conecta eléctricamente por ejemplo al polo cero de la fuente de alimentación del dispositivo detector 1, lo que contrarresta una falsificación de señal de Z(w) mediante acoplamientos electromagnéticos externos.

Basándose en este espectro de impedancia Z(w) obtenido, puede conseguirse mediante una evaluación adicional una diferenciación con respecto al tipo de suelo, la textura del suelo, la conductividad eléctrica, el contenido de agua, la concentración de iones y el tipo de iones, en particular por medio de los modelos dieléctricos mixtos (por ejemplo, modelo de Bruggeman, modelo de Maxwell-Garnett). Las evaluaciones cuantitativas también son posibles de esta manera. Simultáneamente con la medición de impedancia puede realizarse además una medición de temperatura por medio del detector de temperatura, en donde, tal como ya se ha mencionado, los dos conductores impresos 14 y/o el primer elemento de soporte 12 pueden servir como captadores de magnitudes de medición. En algunas formas de realización, el componente detector de impedancia/temperatura 3 puede representar en particular ya la totalidad de los detectores del dispositivo detector 1 o incluso el propio dispositivo detector.

La Figura 4 muestra un componente de medición de potencial 4 introducido por perforación en un suelo 11 que va a analizarse de acuerdo con una forma de realización de la invención, en particular un componente detector de pH que puede estar previsto en particular en un dispositivo detector 1 según la figura 1 o la figura 2. El componente de medición de potencial 4 presenta un segundo elemento de soporte 17 en forma de espiga, cuya forma puede corresponder en particular esencialmente a la del primer elemento de soporte 12 del componente detector de impedancia/temperatura 3. Está prevista una capa de pasivación 18, en particular una pasivación de polímero (por ejemplo, de HDPE), en una sección superficial del segundo elemento de soporte 17, que está previsto para entrar en contacto con el suelo 11 que va a analizarse en el estado introducido por perforación.

Por una parte, sobre esta capa de pasivación 18 están dispuestos un electrodo de óxido metálico 21, así como un electrodo de calibración 22 en forma de conductores impresos anulares, con cuya ayuda, dado el conocimiento de la resistencia eléctrica del suelo 11, que se puede determinar en particular por medio del componente detector de impedancia/temperatura 3, se puede determinar un estado, en particular un espesor de capa del electrodo de óxido metálico 21 por medio de la medición de resistencia o medición de conductividad entre los dos electrodos 21 y 22, que están acoplados eléctricamente mediante el suelo 11. El espesor de capa puede servir entonces como magnitud de calibración para la medición real de un carácter ácido o básico, en particular de un valor de pH, del suelo 11. La medición se puede realizar en particular antes de cada medición del valor de pH o cíclicamente en intervalos de tiempo predeterminados. El componente de medición de potencial puede realizar por consiguiente una autocalibración (in situ) de forma independiente.

El electrodo de óxido metálico 21 así como el electrodo de calibración 22 están aislados eléctricamente en cada caso mediante la capa de pasivación 18 del segundo elemento de soporte 17, que en particular puede estar fabricado de metal, y entre sí. El electrodo de calibración 22 puede contener en particular un material polimérico conductor y/o un material compuesto conductor o puede estar fabricado completamente de estos. El electrodo de óxido metálico 21 así como el electrodo de calibración 22 presentan en cada caso conexiones eléctricas 21a y 22a, que en particular pueden estar fabricadas del mismo material que el electrodo asociado 21 y 22, respectivamente.

Para la medición del carácter ácido o básico del suelo por medio de la medición de potencial, el componente de medición de potencial 4 presenta además un electrodo de referencia de electrolito/metal 19 (por ejemplo, electrodo de AgCl/Ag), que como partes constituyentes dispuestas en una carcasa metálica 23 (tapa metálica) formada como parte de o como complemento del segundo elemento de soporte 17 contiene un recipiente de electrolito 19b para alojar un electrolito líquido o pastoso 19a como electrodo de referencia de electrolito, y un electrodo de referencia de metal 19c, que está en conexión eléctricamente conductora con el recipiente de electrolito 19b y el electrolito 19a ubicado en el mismo. En particular, se logra una protección mecánica robusta del electrodo de referencia 19 por medio de la carcasa metálica 23.

La combinación del electrodo de óxido metálico 21, el electrodo de referencia de electrolito/metal 19 y un diafragma de iones 20 dispuesto entre ellos en la superficie del segundo elemento de soporte 17, que está en conexión iónicamente conductora con el electrodo de referencia de electrolito/metal 19 y que a través del suelo circundante 11 durante el proceso de medición igualmente puede llevarse a una conexión conductora de iones con el electrodo de óxido metálico, representa un dispositivo de medición para medir el carácter ácido o básico del suelo 11 basándose en reacción redox química ya mencionada anteriormente:

xMe yhhO ^ MexOy y2H+ y2e-

cuyo equilibrio de reacción está determinado en gran medida por la concentración de iones hidrógeno (H+) presente en el suelo 11, de modo que puede determinarse la concentración de iones H+ en el suelo y, por lo tanto, su valor de pH por medio de las corrientes de iones que se producen durante la medición o bien de la diferencia de potencia que se produce entre el electrodo de óxido metálico 21 y el electrodo de referencia de electrolito/metal 19 con consideración de una calibración basándose en la medición descrita del estado del elemento de óxido metálico 21.

La Figura 5 muestra esquemáticamente un componente de espectrómetro de absorción 5 para un dispositivo detector de acuerdo con la invención, que puede ser en particular el dispositivo detector 1 de acuerdo con la figura 1 o la figura 2. De manera correspondiente a esto, a continuación se vuelve a hacer referencia al dispositivo detector 1. El componente de espectrómetro de absorción 5 presenta un soporte 24 esencialmente en forma de disco, que puede girar alrededor del eje A, adaptado en la carcasa 2 del dispositivo detector 1 entre los dos componentes detectores 3 y 4, cuya una superficie del disco mira hacia una abertura de la carcasa 2 que sirve como abertura de medición o bien ventana de medición del componente de espectrómetro de absorción 5. El área virtual de esta abertura ubicada en su límite geométrico exterior también puede denominarse área de medición M, que en el funcionamiento de medición se encuentra normalmente, al menos esencialmente, en paralelo a la superficie de suelo del suelo 11 que va a analizarse, o coincide con éste y en la figura 5 está representada como una línea discontinua. El soporte 24 está posicionado con respecto a esta superficie de medición M de tal manera que se encuentra por encima de la superficie del suelo en el funcionamiento de medición, estando definida una distancia mínima mediante la conformación de la carcasa 2. En el lado del soporte 24 que mira hacia la superficie de medición, están dispuestos dos (o más) espectrómetros de absorción MEMS individuales 26a, 26b, que en cada caso cubren al menos parcialmente diferentes regiones espectrales y cubren acumulativamente una región espectral UV-VIS-NIR, que en particular incluye la región espectral desde 350 nm hasta 1700 nm. El uso de la tecnología MEMS para generar los espectrómetros de absorción permite a este respecto la producción de diseños particularmente pequeños y, por lo tanto, que ahorran espacio.

Además, en el mismo lado del soporte 24 está prevista una fuente 25 de radiación electromagnética, por ejemplo una lámpara halógena, cuya radiación cubre esta región espectral UV-VIS-NIR. A este respecto, la fuente 25 y los espectrómetros de absorción 26a, 26b están dispuestos uno con respecto al otro, o bien ópticamente separados uno de otro por una pantalla formada en el soporte 24, de modo que la radiación de la fuente 25 puede llegar a los espectrómetros de absorción 26a, 26b solo de modo indirecto en forma de radiación reflejada.

Adicionalmente presenta el componente de espectrómetro de absorción 5 un sistema óptico protector 27, que puede estar configurado en particular en forma de un cristal de material resistente a los arañazos y al menos en gran medida transparente en la región espectral mencionada, por ejemplo, un cristal de zafiro, con un nanorrecubrimiento hidrófilo y que mejora la protección contra arañazos. El nanorrecubrimiento facilita a este respecto el mantenimiento del sistema óptico así como su limpieza y aumenta su robustez mecánica. El sistema óptico protector 27 está dispuesto a este respecto entre el soporte 24 con los componentes ópticos 25, 26a, 26b ubicados en él y la superficie de medición (a una distancia, por ejemplo, de aproximadamente 3 cm), que puede proteger los componentes ópticos contra influencias dañinas desde el exterior, en particular mediante el suelo 11 que va a analizarse, por ejemplo contra el polvo y la humedad así como daños provocados mecánicos.

Además presenta el componente de espectrómetro de absorción 5 un dispositivo de cierre u obturador 28, en donde se trata esencialmente de una pantalla en forma de disco que puede insertarse (y de nuevo desplazarse hacia fuera, preferentemente en paralelo al sistema óptico protector 27, en el espacio definido entre el soporte 24 con los componentes ópticos 25, 26a, 26b y el sistema óptico protector 27. En su lado orientado hacia los componentes ópticos 25, 26a, 26b, esta pantalla está revestida con un revestimiento de calibración 29, por ejemplo Spectralon. Spectralon es un material de PTFE sinterizado que exhibe un grado de reflexión extremadamente alto y uniforme tanto en la región ultravioleta (UV) como también en la región visible (VIS) y en la región de infrarrojo cercana (NIR) del espectro electromagnético. Muestra un comportamiento de reflexión lambertiano, es decir, refleja de forma muy difusa o mate. El revestimiento de calibración 29 sirve como referencia de calibración, con la ayuda de la cual los espectrómetros de absorción 26a, 26b pueden calibrarse in situ cuando la pantalla se ha insertado en el espacio entre los espectrómetros de absorción 26a, 26b y el sistema óptico protector 27 para este propósito. Por el contrario, durante el proceso de medición para el análisis del suelo, la pantalla está desplazada hacia fuera para no perturbar la trayectoria del haz entre los componentes ópticos 25, 26a, 26b y el suelo 11.

El componente de espectrómetro de absorción 5 también está configurado de tal manera que en el funcionamiento de medición, cuando la superficie de suelo del suelo 11 que va a analizarse coincide, al menos esencialmente, con el área de medición, el soporte 24 gira alrededor del eje de rotación A, que se encuentra esencialmente perpendicular al área de medición, mientras que la fuente 25 y los dos espectrómetros de absorción 26a, 26b están activos para registrar un espectro de absorción en la región espectral mencionada basándose en la radiación de la fuente 25 reflejada en la superficie del suelo en los espectrómetros de absorción 26a, 26b.

La Figura 6 muestra una vista general esquemática de un sistema (global) 30 para el análisis del suelo, de acuerdo con una forma de realización de la invención. El sistema 30 presenta uno o normalmente varios dispositivos detectores, en particular dispositivos detectores 1 de acuerdo con las figuras 1 o 2 (de los cuales en este caso solo se muestra uno), que sirven para obtener en el lugar, es decir in situ, datos de medición que caracterizan propiedades de un suelo 11 que va a analizarse. A continuación, estos datos de medición pueden transmitirse desde el respectivo dispositivo detector 1 por medio del dispositivo de comunicación 8 a través de una conexión de comunicación, que puede estar configurada en particular como transferencia de cadena de bloques, a una contraparte 33 externa del dispositivo, que puede realizarse en particular en forma de uno o más nodos de red (por ejemplo, servidores) en una red informática o bien en un entorno de nube.

En el ejemplo representado, la transmisión tiene lugar en varias etapas, transmitiéndose los datos de medición y los metadatos asociados dado el caso para la medición en primer lugar a través de una conexión de comunicación inalámbrica, que puede implementarse en particular utilizando tecnologías de radio LoRa o NB-IoT, a una puerta de enlace 32, que puede estar posicionada, por ejemplo, en la granja de un agricultor que utiliza el sistema 30. Los datos de medición y los metadatos pueden transmitirse desde esta puerta de enlace 32 a la contraparte 33 para su evaluación, por ejemplo, de la manera clásica a través de una conexión a Internet inalámbrica o por cable. También se proporciona una transferencia de cadena de bloques, de modo que toda la comunicación entre el dispositivo detector 1 y la contraparte 33 se implementa utilizando tecnología de cadena de bloques. Esta ruta de comunicación es bidireccional, por lo que también se puede utilizar en la dirección opuesta, en particular para la transmisión al respectivo dispositivo detector 1 de datos de análisis obtenidos por la contraparte 33 basándose en los datos de medición y metadatos transmitidos a ésta. Los metadatos registrados por el respectivo dispositivo detector 1 pueden contener información, en particular dependiendo de la configuración, sobre la hora y la ubicación de una medición del suelo realizada, y una identificación del aparato unívoca y/o identificación del usuario.

Adicionalmente o como alternativa puede estar prevista una conexión de comunicación 35 adicional entre la contraparte 33 y uno o más terminales de usuario 34, que se puede configurar en particular como acceso remoto (remote-access), por ejemplo a través de un portal web, y a su vez se puede implementar ventajosamente usando tecnología de cadena de bloques. Todas las conexiones de comunicación en el sistema están preferentemente encriptadas con el fin de mantener la seguridad de los datos y para proteger contra la manipulación, por ejemplo usando procedimientos de cifrado simétricos o asimétricos conocidos. A través de la conexión de comunicación 35 existe otra forma de acceder a los datos de análisis obtenidos. De esta forma, por ejemplo, el agricultor u horticultor también puede acceder a los datos de análisis en un intervalo de tiempo más largo desde la realización de la medición, por ejemplo desde su granja o en movimiento, a través de un terminal 34 correspondiente sin que deba tener con él el dispositivo detector 1.

La Figura 7 representa una vista general a modo de ejemplo de diversas relaciones entre magnitudes de medición individuales que pueden registrarse por medio de los detectores del dispositivo detector de acuerdo con las figuras 1 0 bien 2, por medio de las cuales pueden determinarse en el contexto de una fusión de datos (o en este caso de manera sinónima fusión de detectores) distintas propiedades del suelo de acuerdo con el procedimiento de acuerdo con la invención. A este respecto, las relaciones están caracterizadas por medio de flechas etiquetadas correspondientemente, indicando las etiquetas aquellas magnitudes físicas o químicas que pueden usarse en particular en el contexto de la fusión de datos para formar enlaces entre las diversas magnitudes de medición directas suministradas por los componentes detectores 3 a 5, que permiten determinar propiedades del suelo derivadas adicionales y/o aumentar la precisión de los resultados que pueden conseguirse. En particular, pueden determinarse de esta manera una serie de parámetros importantes para la agricultura y la horticultura, a los que pertenecen en particular el contenido total de nitrógeno, el contenido total de humus, la relación nitrógeno con respecto al material orgánico, el fosfato disponible, el potasio disponible, el magnesio disponible, la conductividad eléctrica, la humedad del suelo y el valor de pH del suelo.

Si bien anteriormente se ha descrito al menos una forma de realización a modo de ejemplo, debe apreciarse que existe un gran número de variaciones al respecto. También se debe tener en cuenta a este respecto que las formas de realización a modo de ejemplo descritas representan solo ejemplos no limitativos, y no pretenden limitar el alcance, la aplicabilidad o la configuración de los dispositivos y procedimientos descritos en el presente documento. Más bien, la descripción anterior proporcionará a los expertos en la técnica una guía para implementar al menos una forma de realización a modo de ejemplo, entendiéndose que pueden realizarse diversas modificaciones en el modo de funcionamiento y la disposición de los elementos descritos en una forma de realización a modo de ejemplo sin apartarse a este respecto del objeto determinado en cada caso en las reivindicaciones adjuntas así como sus equivalentes legales.

Lista de referencia

1 dispositivo detector

2 carcasa

3 componente detector de impedancia/temperatura

4 componente de medición de potencial, en particular componente detector de pH

5 componente de espectrómetro de absorción

6a módulo detector

b módulo de mando/radio

dispositivo de determinación de posición

dispositivo de comunicación

interfaz hombre-máquina, en particular pantalla de mando

0 asa de transporte o manipulación

1 suelo

2 (primer) elemento de soporte, en forma de espiga

3 pasivación, en particular pasivación de polímero, del primer elemento de soporte

4 conductores impreso

4a primer conductor impreso

4b segundo conductor impreso

5 PCB integrado con dispositivo de control y detector de temperatura

5a dispositivo de control

5b preamplificador de señal

5c detector de temperatura

6 carcasa metálica, en particular tapa metálica, del primer elemento de soporte

7 (segundo) elemento de soporte, en forma de espiga

8 pasivación, en particular pasivación de polímero, del segundo elemento de soporte

9 electrodo de referencia electrolito/metal

9a electrodo de referencia de electrolito (electrolito)

9b recipiente de electrolito

9c electrodo de referencia de metal

0 diafragma de iones

1 electrodo de óxido metálico

1 a conexión del electrodo de óxido metálico

2 electrodo de calibración

2a conexión del electrodo de calibración

3 carcasa metálica, en particular tapa metálica, del segundo elemento de soporte

4 soporte giratorio con eje de rotación A

5 fuente de radiación electromagnética

6a,b espectrómetro de absorción MEMS con superficie de medición M

7 sistema óptico (protector), en particular cristal de zafiro con nanorrecubrimiento hidrófilo 8 dispositivo de obturador

9 referencia de calibración, en particular revestimiento de calibración

0 sistema para el análisis de suelos in situ

1 conexión de comunicación, en particular transferencia de cadena de bloques

2 puerta de enlace

3 contraparte, en particular entorno de cadena de bloques/nube o dispositivo de evaluación local 4 terminal de usuario

5 acceso remoto

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo detector (1) para el análisis de suelos in situ, que presenta:

un componente detector con uno o varios detectores que están configurados individualmente o de manera acumulativa para la medición in situ simultánea de las siguientes propiedades del suelo de un suelo (11) que va a analizarse y para la facilitación de los datos de medición respectivos correspondientes:

(a) espectro de impedancia;

(b) temperatura; y

(c) espectro de absorción en una región espectral NIR-VIS-UV que se extiende desde NIR hasta UV;

en donde:

la distancia entre en cada caso dos de los detectores del componente detector, definida con respecto a sus respectivos captadores de magnitudes de medición, no excede un valor de 10 cm;

para la medición in situ del espectro de impedancia (Z(w)), el componente detector está configurado para medir una resistencia de corriente alterna de una sección de suelo que va a medirse, en función de la frecuencia (w) de una tensión alterna de medición aplicada a la sección de suelo; y

para la medición in situ del espectro de absorción, el componente detector está configurado para registrar en la región espectral mencionada una radiación reflejada en la superficie de suelo del suelo (1) que va a analizarse.

2. Dispositivo detector (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el componente detector presenta además uno o varios detectores que están configurados de manera individual o acumulativa para realizar una medición in situ, simultánea con las otras mediciones, de un carácter ácido o básico del suelo (11) que va a analizarse y facilitar los datos de medición correspondientes.

3. Dispositivo detector (1) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el componente detector contiene un detector de impedancia para el registro in situ de un espectro de impedancia del suelo (11) que va a analizarse, que presenta: un primer elemento de soporte (12);

dos conductores impresos (14) dispuestos sobre el primer elemento de soporte (12) sin embargo de manera eléctricamente aislada de éste y entre sí, de los cuales al menos uno contiene un material polimérico o compuesto resistente a la corrosión eléctricamente conductor;

un dispositivo de control (15a), que está configurado para aplicar una tensión alterna entre los dos conductores impresos (14), para variar su frecuencia por un intervalo de frecuencia predeterminado, y a este respecto en el funcionamiento del dispositivo detector (1), cuando éste se ha introducido en el suelo (11) que va a analizarse de modo que los conductores impresos (14) estén en contacto eléctrico con éste, para registrar un espectro de impedancia del suelo (11) que va a analizarse en reacción a la tensión alterna aplicada a éste a través de los conductores impresos (14) y para facilitarlo en forma de datos de medición correspondientes.

4. Dispositivo detector (1) de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el primer elemento de soporte es eléctricamente conductor al menos en una zona cubierta por los conductores impresos (14) y el dispositivo de control (15a) está configurado además para conectar el potencial eléctrico de esta al menos una zona a un potencial de masa durante el registro del espectro de impedancia del suelo (11) que va a analizarse.

5. Dispositivo detector (1) de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, en donde el intervalo de frecuencia predeterminado incluye el intervalo de 100 Hz a 1 MHz.

6. Dispositivo detector (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 5, en donde:

el primer elemento de soporte está configurado como espiga hueca al menos por secciones para la introducción al menos por secciones en el suelo (11) que va a analizarse,

en donde se ha aplicado una capa aislante sobre la superficie de la espiga, y sobre la que están dispuestos a su vez los dos conductores impresos (14); y el dispositivo de control (15a) está dispuesto en el interior de una sección hueca del primer elemento de soporte (12).

7. Dispositivo detector (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 6, en donde el componente detector contiene un detector de temperatura (15c) para la detección de una temperatura del suelo (11) que va a analizarse, en donde éste está formado junto con el detector de impedancia como componente detector de impedancia/temperatura (3) integrado, que está configurado para registrar de manera simultánea e in situ tanto un espectro de impedancia como también una temperatura del suelo (11) que va a analizarse y facilitarlos en cada caso en forma de datos de medición correspondientes.

8. Dispositivo detector (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el componente detector contiene un componente de espectrómetro de absorción (5) para el registro in situ de un espectro de absorción del suelo (11) que va a analizarse, que presenta:

una fuente (25) para la radiación electromagnética, cuya radiación cubre la región espectral NIR-VIS-UV que se extiende desde NIR hasta UV mencionada;

al menos dos espectrómetros de absorción MEMS (26a, 26b), cuya cobertura espectral difiere al menos para regiones parciales del espectro electromagnético, de modo que puede registrarse de manera acumulativa mediante la totalidad de los espectrómetros de absorción MEMS (26a, 26b) un espectro de absorción del suelo (11) que va a analizarse, que presenta tanto proporciones en la región NIR como también en la región VIS como también en la región UV.

9. Dispositivo detector (1) según la reivindicación 8, en donde el componente de espectrómetro de absorción (5) presenta además un soporte (4) móvil, sobre el que están dispuestos los espectrómetros de absorción de modo que, cuando el soporte (24) se mueve con respecto a una superficie de medición virtual sobre la que descansa el suelo (11) que va a analizarse en el funcionamiento de medición del dispositivo detector (1), pueden medir de manera espectrométrica una zona del suelo (11) que va escanearse a este respecto por los espectrómetros de absorción para registrar un espectro de absorción integrado a través de la zona que va a escanearse.

10. Dispositivo detector (1) según la reivindicación 8 o 9, en donde el componente de espectrómetro de absorción (5) presenta además un dispositivo de obturador (28) móvil que está configurado para desplazar temporalmente una pantalla a una zona espacial definida entre los espectrómetros de absorción y la superficie de medición, en donde en el lado de la pantalla que mira hacia los espectrómetros de absorción está dispuesta una referencia de calibración (29) para la calibración al menos de uno de los espectrómetros de absorción.

11. Dispositivo detector (1) según una de las reivindicaciones 8 a 10, en donde el componente de espectrómetro de absorción (5) presenta además un sistema óptico (27) ópticamente transparente, al menos esencialmente, en un intervalo de longitud de onda que corresponde al espectro de absorción que va a captarse, que está dispuesto en la zona espacial entre los espectrómetros de absorción y la superficie de medición, para separar estos espacialmente uno de otro; en donde el sistema óptico (27) está dotado en su lado que mira hacia la superficie de medición de un nanorrecubrimiento hidrófilo y que mejora la protección contra arañazos.

12. Dispositivo detector (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el componente detector contiene un componente de medición de potencial (4) para el registro in situ de un carácter ácido o básico del suelo (11) que va a analizarse, que presenta:

un segundo elemento de soporte (17);

un electrodo de referencia de electrolito/metal (19) dispuesto en o sobre el segundo elemento de soporte;

un electrodo de óxido metálico (21) dispuesto sobre una superficie del segundo elemento de soporte (17), prevista durante el funcionamiento de medición para el contacto del suelo (11) que va a analizarse;

un diafragma iónico (20) dispuesto en el segundo elemento de soporte entre el electrodo de óxido metálico (21) y el electrodo de referencia electrolito/metal (19) y que está en contacto con el electrodo de referencia electrolito/metal (19);

un electrodo de calibración (22) dispuesto en la superficie del segundo elemento de soporte (17) prevista para el contacto del suelo (11) que va a analizarse y resistente a la corrosión eléctricamente aislado del electrodo de óxido metálico (21); y

un dispositivo de medición que está configurado:

para determinar un estado actual del electrodo de óxido metálico (21), para medir una resistencia eléctrica que surge entre el electrodo de calibración (22) y el electrodo de óxido metálico (21) y/o para medir una capacitancia eléctrica que surge entre éstos, cuando estos dos electrodos están en contacto en cada caso con el suelo (11) que va a analizarse; y

para determinar un carácter ácido o básico del suelo (11) que va a analizarse, para medir una diferencia de potencial eléctrico que surge entre el electrodo de referencia y el electrodo de óxido metálico (21) con consideración de una calibración de medición previamente determinada basándose en el estado actual determinado del electrodo de óxido metálico (21), cuando estos dos electrodos están en contacto en cada caso con el suelo (11) que va a analizarse.

13. Dispositivo detector (1) de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el electrodo de calibración (22) está fabricado de un material que contiene un material polimérico o compuesto eléctricamente conductor y resistente a la corrosión.

14. Dispositivo detector (1) de acuerdo con la reivindicación 12 o 13, en donde el segundo elemento de soporte está formado como espiga para la introducción al menos por secciones en el suelo (11) que va a analizarse, en donde sobre la superficie de la espiga se ha aplicado una capa aislante, sobre la que están dispuestos el electrodo de óxido metálico (21), el diafragma iónico (20) y/o el electrodo de calibración (22).

15. Dispositivo detector (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que presenta además un dispositivo de comunicación (8) para la transmisión de datos de medición registrados para su evaluación a una contraparte externa con respecto al dispositivo detector (1).

16. Dispositivo detector (1) de acuerdo con la reivindicación 15, en donde el dispositivo de comunicación (8) está configurado para transmitir los datos de medición de forma inalámbrica por medio de comunicación basándose en la tecnología de radio LoRa y/o en la tecnología de radio de internet de cosas de banda estrecha, NB-IoT.

17. Dispositivo detector (1) de acuerdo con la reivindicación 15 o 16, que presenta además un dispositivo de almacenamiento seguro para el depósito protegido contra el acceso no autorizado de una identificación del aparato unívoca del dispositivo detector (1) y/o al menos una clave criptográfica para el cifrado de datos de medición y/o metadatos transmitidos por medio del dispositivo de comunicación (8).

18. Dispositivo detector (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 15 a 17, en donde el dispositivo de comunicación (8) está configurado además para escribir, en una cadena de bloques que se produce como contraparte externa, datos de medición y/o metadatos que van a transmitirse o hacer que otra contraparte externa escriba, en una cadena de bloques, los datos de medición y/o metadatos que se le transmiten.

19. Dispositivo detector (1) de acuerdo con la reivindicación 18, en donde el dispositivo detector (1) está configurado para realizar una autentificación de un usuario del dispositivo detector (1) y permitir una transmisión de datos de medición y/o metadatos a una contraparte externa solo si la autentificación se ha desarrollado con éxito.

20. Dispositivo detector (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que presenta además un dispositivo de determinación de posición (7) para determinar una posición actual del dispositivo detector (1) y para proporcionar los metadatos correspondientes que caracterizan la posición.

21. Procedimiento implementado por ordenador para el análisis de suelos, que presenta:

recibir datos de medición relacionados con las siguientes propiedades de suelo de un suelo (11) que va a analizarse: en donde los datos de medición representan lo siguiente:

(a) un espectro de impedancia (Z(w)), que indica la resistencia de corriente alterna de una sección de suelo que va a medirse en función de la frecuencia (w) de una tensión alterna de medición aplicada a la sección de suelo,

(b) una temperatura,

(c) un espectro de absorción en una región espectral NIR-VIS-UV que se extiende desde NIR hasta UV; y

determinar al menos una de las propiedades del suelo o al menos una propiedad del suelo derivada de éstas basándose en una combinación de los datos de medición recibidos por medio de fusión de datos para obtener un resultado de medición respectivo para la al menos una propiedad del suelo que va a determinarse.

22. Procedimiento implementado por ordenador de acuerdo con la reivindicación 21, que presenta además: recibir datos de medición relacionados con la siguiente propiedad de suelo del suelo (11) que va a analizarse: carácter ácido o básico.

23. Procedimiento implementado por ordenador de acuerdo con la reivindicación 21 o 22, en donde los datos de medición se registran por un dispositivo detector (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 20.

24. Procedimiento implementado por ordenador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 23, en donde el procedimiento se realiza en al menos un nodo central (33) de una red, que está configurado para estar en conexión de comunicación (31) para recibir los respectivos datos de medición con una pluralidad de dispositivos detectores (1) para el registro de los datos de medición respectivos.

25. Programa informático que está configurado para realizar, cuando se ejecuta en una plataforma de procesador, el procedimiento implementado por ordenador de acuerdo con una de las reivindicaciones 21 a 24.

26. Dispositivo (33) para el análisis de suelos, en donde el dispositivo está configurado para realizar el procedimiento implementado por ordenador de acuerdo con una de las reivindicaciones 21 a 24.

27. Dispositivo (1, 33) de acuerdo con la reivindicación 26, que presenta un dispositivo detector (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 20 para el registro de los datos de medición.