JP7072085B2 - 現場土壌分析のためのデバイスおよび方法 - Google Patents
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Description
(i)分析される土壌の以下の土壌特性、すなわち、(a)インピーダンススペクトル、(b)温度、(c)NIRからUVまで広がるスペクトル範囲NIR-VIS-UVにおける吸収スペクトル、および選択的に(d)酸性または塩基性の性質、特にpH値、の少なくとも2つ、好ましくは少なくとも3つ、または全てに関する測定データを受信すること、および(ii)決定される少なくとも1つの土壌特性のためのそれぞれの測定結果を得るために、データ融合による受信された測定データの組合せに基づき、土壌特性のうちの少なくとも1つまたはそこから引き出された少なくとも1つの土壌特性を決定することを含む、土壌分析のための、コンピュータにより実行される方法に関する。したがって、この方法を利用することによって、データ融合の枠組み内で前記土壌特性に関する測定結果をリンクさせることが可能であり、少なくともいくつかの組合せのために、土壌分析に関するより正確なまたは追加的な結果を得るためにデータ融合の枠組み内で使用することができるそれらの間の相関関係が存在するように前記土壌特性が選択されることが再び指摘されなければならない。具体的には、データ融合は、ファジー論理および/または1つ以上の人工ニューラルネットワークに基づいて実行することができる。
図面では、
1 センサデバイス
2 ハウジング
3 インピーダンス/温度センサアセンブリ
4 電位測定アセンブリ、特にpHセンサアセンブリ
5 吸光度計アセンブリ
6a センサモジュール
6b オペレーティング/無線モジュール
7 位置判定デバイス
8 通信デバイス
9 マンマシンインタフェース、特に操作ディスプレイ
10 運搬ハンドルまたは操作ハンドル
11 土壌
12 スパイクの形状の(第1の)支持部材
13 第1の支持部材のパッシベーション、特にポリマーパッシベーション
14 伝導性トラック
14a 第1の伝導性トラック
14b 第2の伝導性トラック
15 制御デバイスおよび温度センサを備えた集積PCB
15a 制御デバイス
15b 信号プリアンプ
15c 温度センサ
16 第1の支持部材の金属ハウジング、特に金属キャップ
17 スパイクの形状の(第2の)支持部材
18 第2の支持部材のパッシベーション、特にポリマーパッシベーション
19 電解質/金属基準電極
19a 電解質基準電極(電解質)
19b 電解質容器
19c 金属基準電極
20 イオンダイアフラム
21 金属酸化物電極
21a 金属酸化物電極の接点
22 校正電極
22a 校正電極の接点
23 第2の支持部材の金属ハウジング、特に金属キャップ
24 回転軸Aを有する回転可能なキャリア
25 電磁放射源
26a、b 測定面Mを有するMEMS吸光度計
27 (保護)光学系、特に親水性ナノコーティングを有するサファイアガラス
28 シャッターデバイス
29 校正基準、特に校正コーティング
30 現場土壌分析のためのシステム
31 通信リンク、特にブロックチェーン転送
32 ゲートウェイ
33 カウンターパート、特にブロックチェーン/クラウド環境またはローカル評価デバイス
34 ユーザ端子デバイス
35 リモートアクセス
Claims (22)
- 現場土壌分析のためのセンサデバイス(1)であって、
分析される土壌(11)の以下の土壌特性、すなわち
(a)インピーダンススペクトル、
(b)温度、
(c)NIRからUVまで広がるスペクトル範囲の吸収スペクトルNIR-VIS-UVの同時現場測定のために、および対応するそれぞれの測定データを提供するために、2つ以上のセンサを備えるセンサアセンブリを備え、
前記センサアセンブリの各2つのセンサのセンサの間の距離は、10cmの値を超過せず、
前記インピーダンススペクトル(Z(ω))を現場で測定するために、前記センサアセンブリは、測定される土壌の一部の交流電流抵抗を、前記土壌の一部に印加される交流測定電圧の周波数(ω)に関して測定するように構成されている、センサデバイス(1)。 - 前記センサアセンブリは、他の測定と同時に、前記分析される土壌(11)の酸性または塩基性の性質の現場測定を行い、対応する測定データを提供するように構成された1つ以上のセンサをさらに含む、請求項1に記載のセンサデバイス(1)。
- 前記センサアセンブリは、前記分析される土壌(11)のインピーダンススペクトルの現場検出のためのインピーダンスセンサを含み、前記インピーダンスセンサは、
第1の支持部材(12)と、
前記第1の支持部材(12)上に配置されているが、前記第1の支持部材(12)からおよび互いから電気的に絶縁されている、2つの伝導性トラック(14)であって、前記2つの伝導性トラック(14)のうちの少なくとも一方が導電性の耐食性ポリマーまたは複合材料を含有する、2つの伝導性トラック(14)と、
前記2つの伝導性トラック(14)の間にAC電圧を印加し、前記AC電圧の周波数を所定の周波数範囲にわたって変化させ、この過程で、前記センサデバイス(1)の動作中に、前記伝導性トラック(14)が前記分析される土壌(11)と電気的に接触するように前記センサデバイス(1)が前記分析される土壌(11)に導入されたとき、前記伝導性トラック(14)を介して前記分析される土壌(11)に印加された前記AC電圧に応答して前記分析される土壌(11)の前記インピーダンススペクトルを検出し、対応する測定データの形態で前記インピーダンススペクトルを提供するように構成された制御デバイス(15a)と、を備える、請求項1または2に記載のセンサデバイス(1)。 - 前記第1の支持部材は、少なくとも前記伝導性トラック(14)によってカバーされた領域において導電性であり、前記制御デバイス(15a)は、前記分析される土壌(11)の前記インピーダンススペクトルの前記検出中に、この少なくとも1つの領域に地電位を印加するようにさらに構成されている、請求項3に記載のセンサデバイス(1)。
- 前記所定の周波数範囲は、100Hz~1MHzの範囲を含む、請求項3または4に記載のセンサデバイス(1)。
- 前記第1の支持部材は、前記分析される土壌(11)への少なくとも部分的な導入のために、少なくとも部分的に中空のスパイクとして構成されており、
前記スパイクの表面に絶縁層が提供されており、次いで、前記絶縁層の上には、前記2つの伝導性トラック(14)が配置されており、
前記制御デバイス(15a)は、前記第1の支持部材(12)の中空部分の内部に位置する、請求項3~5のいずれか一項に記載のセンサデバイス(1)。 - 前記センサアセンブリは、前記分析される土壌(11)の温度を検出するための温度センサ(15c)を備え、この前記温度センサ(15c)は、前記インピーダンスセンサとともに、統合されたインピーダンス/温度センサアセンブリ(3)として構成されており、前記統合されたインピーダンス/温度センサアセンブリ(3)は、前記分析される土壌(11)のインピーダンススペクトルおよび温度を同時にかつ現場で検出し、これをそれぞれ対応する測定データの形態で利用可能にするように構成されている、請求項3~6のいずれか一項に記載のセンサデバイス(1)。
- 前記センサアセンブリは、前記分析される土壌(11)の吸収スペクトルを現場検出するための吸光度計アセンブリ(5)を備え、前記吸光度計アセンブリは、
少なくとも2つの吸光度計(26a、26b)を備え、前記吸光度計(26a、26b)のスペクトル範囲は、少なくとも電磁スペクトルのいくつかの部分において異なり、これにより、前記分析される土壌(11)の吸収スペクトルは、前記吸光度計(26a、26b)の全体によって総体的に検出することができ、前記吸収スペクトルは、NIR範囲における部分だけでなく、VIS範囲における部分およびUV範囲における部分も有する、請求項1~7のいずれか一項記載のセンサデバイス(1)。 - 前記吸光度計アセンブリ(5)は、可動キャリア(4)をさらに備え、前記吸光度計は、前記分析される土壌(11)が前記センサデバイス(1)の測定動作中に静止する仮想測定面に対して前記キャリア(24)が移動させられると、前記吸光度計が、前記吸光度計によってスキャンされる前記土壌(11)の領域にわたって積分される吸収スペクトルを検出するために、スキャンされる前記領域を分光的に測定することができるように前記可動キャリア(4)上に配置されている、請求項8に記載のセンサデバイス(1)。
- 前記吸光度計アセンブリ(5)は、前記吸光度計と前記測定面との間に画定されたスペース内へスクリーンを一時的に移動させるように構成された可動なシャッターデバイス(28)をさらに備え、前記吸光度計のうちの少なくとも1つの校正のために、前記吸光度計に面した前記スクリーンの側に校正基準(29)が配置されている、請求項8または9に記載のセンサデバイス(1)。
- 前記吸光度計アセンブリ(5)は、検出される前記吸収スペクトルに対応する波長範囲において少なくとも実質的に光学的に透明である光学系(27)をさらに備え、前記光学系(27)は、前記吸光度計と前記測定面とを互いに空間的に分離させるために、前記吸光度計と前記測定面との間の前記スペースに配置されている、、請求項8~10のいずれか一項に記載のセンサデバイス(1)。
- 前記センサアセンブリは、前記分析される土壌(11)の酸性または塩基性の性質の現場検出のための電位測定アセンブリ(4)を含み、前記電位測定アセンブリ(4)は、
第2の支持部材(17)と、
前記第2の支持部材の中または上に配置された電解質/金属基準電極(19)と、
前記第2の支持部材(17)の表面上に配置された金属酸化物電極(21)であって、前記第2の支持部材(17)の表面は、測定動作中に前記分析される土壌(11)と接触する、金属酸化物電極(21)と、
前記金属酸化物電極(21)と前記電解質/金属基準電極(19)との間において前記第2の支持部材上に配置され、かつ前記電解質/金属基準電極(19)と接触しているイオンダイアフラム(20)と、
前記分析される土壌(11)と接触するために提供された前記第2の支持部材(17)の前記表面上に配置され、かつ前記金属酸化物電極(21)から電気的に絶縁されている、耐食性校正電極(22)と、
測定デバイスと、を備え、前記測定デバイスは、
前記金属酸化物電極(21)の現状を決定するために、前記校正電極(22)と前記金属酸化物電極(21)との間に生じる電気抵抗を測定しかつ/またはこれらの2つの電極が各々前記分析される土壌(11)と接触しているときにこれらの間に生じる電気容量を測定することと、
前記分析される土壌(11)の酸性または塩基性の性質を決定するために、前記基準電極と前記金属酸化物電極(21)が各々前記分析される土壌(11)と接触しているときに、前記金属酸化物電極(21)の前記決定された現状に基づいて予め決定された測定校正を考慮に入れて、これらの2つの電極の間に生じる電位差を測定することと、を行うように構成されている、請求項1~11のいずれか一項に記載のセンサデバイス(1)。 - 前記校正電極(22)は、導電性でかつ耐食性のポリマーまたは複合材料を含有する材料から形成されている、請求項12に記載のセンサデバイス(1)。
- 前記第2の支持部材は、前記分析される土壌(11)への少なくとも部分的な導入のためのスパイクとして構成されており、前記スパイクの表面に絶縁層が設けられており、前記絶縁層上に、前記金属酸化物電極(21)、前記イオンダイアフラム(20)および/または前記校正電極(22)が配置されている、請求項12または13に記載のセンサデバイス(1)。
- 評価のために、前記センサデバイス(1)に関して外部にあるカウンターパートへ検出された測定データを送信するための通信デバイス(8)をさらに備える、請求項1~14のいずれか一項に記載のセンサデバイス(1)。
- 前記通信デバイス(8)は、前記測定データを無線で送信するように構成されている、請求項15に記載のセンサデバイス(1)。
- 前記センサデバイス(1)の固有デバイス識別、および/または前記通信デバイス(8)によって送信される測定データおよび/または前記測定データに対応するメタデータを暗号化するための少なくとも1つの暗号キーを記憶するための安全な記憶デバイスをさらに備える、請求項15または16に記載のセンサデバイス(1)。
- 前記センサデバイス(1)は、前記センサデバイス(1)のユーザの認証を行い、かつ前記認証が成功した場合にのみ前記カウンターパートへの測定データおよび/または前記測定データに対応するメタデータの送信を許可するように構成されている、請求項15に記載のセンサデバイス(1)。
- 前記センサデバイス(1)の現在位置を決定し、この位置を特徴付ける対応するメタデータを提供するための位置決定デバイス(7)をさらに備える、請求項1~18のいずれか一項に記載のセンサデバイス(1)。
- 土壌分析のための、コンピュータによって実行される方法であって、
請求項1~19のいずれか一項に記載のセンサデバイス(1)によって検出される前記測定データを受信し、
前記受信された測定データの組合せに基づき、前記土壌特性のうちの少なくとも1つまたは前記土壌特性から抽出された少なくとも1つの土壌特性を決定することを含む、方法。 - 前記方法は、ネットワークの少なくとも1つの中央ノード(33)において行われ、前記少なくとも1つの中央ノード(33)は、それぞれの測定データを受信するために、前記それぞれの測定データを検出するための複数のセンサデバイス(1)と通信接続(31)するように構成されている、請求項20に記載の方法。
- プロセッサプラットフォームにおいて実行されたとき、請求項20又は21のいずれかに記載の方法を行うように構成された、コンピュータプログラム。
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