WO2012001171A1 - Messsystem und verfahren zur bestimmung eines stickstoffgehaltes von pflanzen - Google Patents

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Tobias Haas
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Georg Fritzmeier Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a measuring system and a method for determining a nitrogen content of plants.
  • US Pat. Nos. 4,986,655, DE 101 48 746 C2, DE 199 50 396 C2 and DE 10 2006 042 412 B4 each disclose an active measuring system or a method, wherein their fertilizer requirement is via the illumination of plants with artificial light sources and an analysis of the reflected radiation is determined.
  • the document EP 2 158 801 A1 discloses an active plant measuring system in which not only artificial light but also the influence of natural ambient light is considered. This influence is regarded as a disturbance and should be minimized accordingly.
  • the document DE 100 02 880 C1 discloses an active measuring system in which natural light is used to illuminate the plants in addition to artificial light.
  • a disadvantage of all measuring systems of the prior art is the technical complexity of the artificial lighting.
  • the invention is based on the object to provide a measuring system whose device complexity is minimized.
  • the passive measuring system according to the invention is used to detect the nitrogen content of plants and has a Einstrahlkopf for detecting the radiation from the environment - especially from the sun -. Furthermore, a reflection head for detecting a reflected radiation from the plant portion of the radiation from the environment is provided. Furthermore, the measuring system has a signal processor for processing the measurement signals obtained via the two heads. In this case, the reflection head has a common filter device or two separate filter devices each having a plurality of filter segments with different bandpass lengths.
  • the passive measuring system according to the invention does not require an artificial light source, so that its technical complexity is minimized.
  • a first variant of the passive measuring system according to the invention is used to detect the nitrogen content of plants and has a Einstrahlkopf or light frequency converter for detecting the radiation from the environment - especially from the sun - and a reflection head or light-frequency converter for detection a reflected radiation from the plant - especially from the sun -.
  • a common filter disc is arranged, which has a plurality of filter segments with different bandpass lengths, which are successively movable in the beam path of the Einstrahlkopfes and in the beam path of the reflection head.
  • a signal processor is provided for processing the measurement signals obtained via the heads. Due to the common filter disc for both heads of device complexity of the measuring system is minimized.
  • this variant has the advantage that any dirt present on a head (for example on a lens) has a uniform effect on all filter segments and thus uniformly on the different measured reflected bandpass lengths.
  • the irradiation head has a lens associated with or facing the sun and a light-frequency transducer, and if the reflection head has an objective associated with or facing the plants and a light-frequency transducer.
  • the various filter segments are arranged on a common with eg 1000 rev / min rotatable filter disc, which is in operative connection with the Einstrahlkopf and with the reflection head, the filter segments can easily by rotation of the filter disc in rapid succession by the two heads - preferably between the lens and the light-frequency converter.
  • the filter segments can be arranged on two separate rotatable filter discs, wherein the first filter disc is arranged in the Einstrahlkopf and the second filter disc in the reflection head.
  • an index or encoder is attached eccentrically to the filter disk or to the filter disks, with which a housing-fixed index sensor is in sensory operative connection.
  • the respective located in the beam path from the lens to the light-frequency converter filter segment can be determined, so that the measurement results of the light-frequency converter can be assigned to the respective filter segment. Furthermore, so that the speed of the filter disk can be monitored.
  • the signal processor is connected to the two light frequency converters and the index sensor and with a speed controller operatively connected to the filter disk or with two speed controllers operatively connected to the speed controllers via signal lines. Then, the speed of the common filter disk or, respectively, the speeds of the separate filter disks may be kept so low that sufficient (e.g., five) periods of light-frequency converter per filter segment are achieved. Furthermore, the signal processor can determine values dependent on the nitrogen content and, if necessary, calculate optimal fertilizer quantities in addition.
  • the irradiation head and the reflection head have two separate filter devices, each having separate filters, each associated with an objective and a light-frequency converter.
  • Four narrow-band filter segments are preferred, which are transparent to different spectral colors.
  • a first filter segment is substantially transparent to light beams having a wavelength of 670 nm, and if a second filter segment is substantially transparent to light beams of wavelength 700 nm, and if a third filter segment is substantially transparent to light beams of wavelength 740 nm, and Finally, when a fourth filter segment is substantially transparent to light beams of wavelength 780nm.
  • the filter segments can have a respective half-width of a maximum of 10 nm.
  • the method according to the invention for controlling a fertilization of plants has the steps:
  • the first step (detection of the nitrogen content) is preferably carried out while driving through the plants or while driving past the plants with a mobile working machine (in particular a tractor) by means of the signal processor.
  • the first step can also be done by a drone.
  • the second step (determining a quantity of fertilizer) is preferably carried out by means of a PC of the mobile working machine.
  • Amount of fertilizer) from the signal processor - in particular via Bluetooth - to the PC is important.
  • the fertilizer is optimally utilized if the determination of the quantity of fertilizer takes place by means of or depending on an agronomic control function which depends on the variety of the plant. This can be stored in the PC.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the passive measuring system according to the invention in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the passive measuring system according to the invention in a schematic representation
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the passive measuring system according to the invention in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a passive measuring system according to the invention. It has a Einstrahlsensor or Einstrahlkopf 1, a reflection sensor or reflection head 2 and a signal processor 4, which are arranged in a common housing (not shown).
  • the reflection head 2 has a filter device 6, which consists essentially of an approximately circular filter disk 8, which is driven via a shaft 10 by a (not shown) motor.
  • the filter disk 8 is divided into four approximately equal filter segments 12a, 12b, 12c, 12d.
  • an encoder 14 is attached to the outer circumference of the filter disk 8, whose revolution is detected by an index sensor 16.
  • a light-frequency converter 18 is arranged in an eccentric position, while on the (in Figure 1) lower side of the filter disk 8 at a corresponding position, a lens 20 is arranged.
  • the Einstrahlkopf 1 is basically constructed as the reflection head 2, wherein the lens above and the sensor are arranged below the filter disc (not shown in detail in the Einstrahlkopf 1).
  • the first embodiment of the illustrated passive measuring system In operation of the first embodiment of the illustrated passive measuring system, it is attached to a tractor (not shown) and is moved along or past plants 22. Incident ambient or sunlight 24 is detected on the one hand by the irradiation head 1, and on the other hand partially reflected by the plants 22. The corresponding radiation fraction 26 is passed through the lens 20 through the filter disk 8 to the light-frequency converter 18. Since the filter disk 8 is rotationally driven, the four filter segments 12a-d move sequentially in the optical path directed from the objective 20 to the light-frequency converter 18 in a continuous sequence.
  • the filter disk 8 rotates with the following bandpass wavelengths:
  • the filters 12a-d must be narrow band and should have a full width at half maximum of 10 nm.
  • the filters 12a-d should optimally be a foil so as not to be shock sensitive. Even very thin glass or Plexiglas are possible.
  • the number of revolutions of the filter disk 8 is controlled by the index sensor 16 and the light-frequency converter 18. On average, at least five full Periods of the light converter 18 per filter segment 12a-d can be achieved. If this value falls below five periods, then the signal processor 4 in the head controls the speed of the filter disk 8 downwards until five periods are reached again. The time for one revolution of the filter disk 8 is measured.
  • the signal processor 4 knows which filter segment 12a-d is just above the light-frequency converter 18 and can thereby assign the light intensities to the individual wavelengths.
  • the filter disc 8 rotates so fast that the values have a temporal relationship and can be offset against each other.
  • the values of the irradiation head 1 and the reflection head 2 are calculated by the signal processor 4 and sent to the PC.
  • the white balance is achieved via a defined white plate, which adjusts the spectral sensitivity of the receiver and the transmission of the filters.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the passive measuring system according to the invention in a schematic representation.
  • first exemplary embodiment according to FIG. 1 Only the differences from the first exemplary embodiment according to FIG. 1 will be described below:
  • the objectives 120a-d direct the radiation component 26 through respective filters 1 12a, 12b, 12c, 12d separated from one another.
  • the filter 1 12a has a bandpass wavelength of 670 nm, the filter 1 12b 700 nm, the filter 1 12c 740 nm and the filter 1 12d 780 nm.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of the passive measuring system according to the invention in a schematic representation.
  • the essential difference from the first exemplary embodiment according to FIG. 1 is that a common filter device 206 is provided which has a filter disk 8 with four filter segments 12a-12d. These have the (with reference to Figure 1) mentioned bandpass wavelengths 670nm, 700nm, 740nm and 780nm.
  • the filter disk 8 is rotationally driven by means of the shaft 10, the reflection head 2 being provided on the one hand (in FIG.
  • the irradiation head 201 has an objective 220 facing the sunlight 24 (not shown in FIG. 3) and a light-frequency converter 218, while the reflection head 2 has an objective facing the plants (not shown in FIG. 3) and a light-frequency converter 18 has.
  • the filter disk 8 is arranged on the one hand with a filter segment 12a in the beam path of the irradiation head 201 and simultaneously with another filter segment 12c in the beam path of the reflection head 2.
  • the two light-frequency converters 18, 218 and the index sensor 16 are connected via signal lines, which are symbolized by arrows in Figure 3, to the signal processor 204, which controls the speed of the shaft 10 (also symbolized by an arrow).
  • the signal processor 4; 104; 204 relates the incident sunlight 24 to the light reflected from the plants 22. From these data it is concluded that the previous nitrogen supply.
  • a passive measuring system for detecting the nitrogen content of plants with a Einstrahlkopf for detecting the radiation from the environment - especially from the sun -. Furthermore, a reflection head for detecting a reflected radiation from the plant portion of the radiation from the environment is provided. Furthermore, the measuring system has a signal processor for processing the measurement signals obtained via the two heads.
  • the heads each have a filter device with a plurality of filter segments with different bandpass lengths.

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Abstract

Offenbart ist ein passives Messsystems zur Erfassung des Stickstoffgehaltes von Pflanzen mit einem Einstrahlkopf zur Erfassung der Einstrahlung aus der Umgebung - insbesondere von der Sonne -. Weiterhin ist ein Reflexionskopf zur Erfassung eines von der Pflanze reflektierten Strahlungsanteils der Einstrahlung aus der Umgebung vorgesehen. Weiterhin hat das Messsystem einen Signalprozessor zur Verarbeitung der über die beiden Köpfe erhaltenen Messsignale. Dabei haben die Köpfe jeweils eine Filtervorrichtung mit einer Vielzahl von Filtersegmenten mit unterschiedlichen Bandpasslängen. Weiterhin ist ein Verfahren zur Steuerung einer Düngung von Pflanzen mit folgenden Schritten offenbart: Erfassen des Stickstoffgehaltes der Pflanzen über ein vorbeschriebenes passives Messsystem; Ermitteln einer Düngemittelmenge - insbesondere Stickstoff - in Abhängigkeit des ermittelten Stickstoffgehaltes; und Ausbringen der ermittelten Düngemittelmenge.

Description

Messsystem und Verfahren
zur Bestimmung eines Stickstoffgehaltes von Pflanzen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Messsystem und ein Verfahren zur Bestimmung eines Stickstoffgehaltes von Pflanzen.
Die Druckschriften US 4,986,655, DE 101 48 746 C2, DE 199 50 396 C2 und DE 10 2006 042 412 B4 offenbaren jeweils ein aktives Messsystem bzw. ein Verfahren, wobei über Beleuchtung von Pflanzen mit künstlichen Lichtquellen und über eine Analyse der reflektierten Strahlung ihr Düngemittelbedarf ermittelt wird.
Die Druckschrift EP 2 158 801 A1 offenbart ein aktives Pflanzen-Messsystem, bei dem neben künstlichem Licht auch der Einfluss von natürlichem Umgebungslicht beachtet wird. Dieser Einfluss wird als Störgröße angesehen und soll dem entsprechend minimiert werden.
Die Druckschrift DE 100 02 880 C1 offenbart ein aktives Messsystem, bei dem zur Beleuchtung der Pflanzen neben künstlichem Licht auch natürliches Licht genutzt wird.
Nachteilig an allen Messsystemen des Standes der Technik ist der vorrichtungstechnische Aufwand für die künstliche Beleuchtung.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Messsystem zu schaffen, dessen vorrichtungstechnischer Aufwand minimiert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Messsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben. Das erfindungsgemäße passive Messsystem dient zur Erfassung des Stickstoff- gehaltes von Pflanzen und hat einen Einstrahlkopf zur Erfassung der Einstrahlung aus der Umgebung - insbesondere von der Sonne -. Weiterhin ist einen Reflexionskopf zur Erfassung eines von der Pflanze reflektierten Strahlungsanteils der Einstrahlung aus der Umgebung vorgesehen. Weiterhin hat das Messsystem einen Signalprozessor zur Verarbeitung der über die beiden Köpfe erhaltenen Messsignale. Dabei hat der Reflexionskopf eine gemeinsame Filtervorrichtung oder zwei voneinander getrennte Filtervorrichtungen mit jeweils einer Vielzahl von Filtersegmenten mit unterschiedlichen Bandpasslängen.
Das erfindungsgemäße passive Messsystem benötigt keine künstliche Lichtquelle, so dass ihr vorrichtungstechnischer Aufwand minimiert ist.
Eine erste Variante des erfindungsgemäßen passiven Messsystems dient zur Erfassung des Stickstoffgehaltes von Pflanzen und hat einen Einstrahlkopf bzw. Licht- Frequenz-Wandler zur Erfassung der Einstrahlung aus der Umgebung - insbesondere von der Sonne - und einen Reflexionskopf bzw. Licht-Frequenz-Wandler zur Erfassung eines von der Pflanze reflektierten Strahlungsanteils - insbesondere von der Sonne -. Zwischen den Köpfen ist eine gemeinsame Filterscheibe angeordnet, die eine Vielzahl von Filtersegmenten mit unterschiedlichen Bandpasslängen hat, die nacheinander in den Strahlengang des Einstrahlkopfes und in den Strahlengang des Reflexionskopfes bewegbar sind. Weiterhin ist ein Signalprozessor zur Verarbeitung der über die Köpfe erhaltenen Messsignale vorgesehen. Durch die gemeinsame Filterscheibe für beide Köpfe ist der vorrichtungstechnische Aufwand der Messsystems minimiert. Weiterhin hat diese Variante den Vorteil, dass sich evtl. an einem Kopf (z.B. auf einem Objektiv) befindlicher Schmutz gleichmäßig auf alle Filtersegmente und somit gleichmäßig auf die verschiedenen gemessenen reflektierten Bandpasslängen auswirkt.
Es wird bevorzugt, wenn der Einstrahlkopf ein der Sonne zugeordnetes oder zugewandtes Objektiv und einen Licht-Frequenz-Wandler hat, und wenn der Reflexionskopf ein den Pflanzen zugeordnetes oder zugewandtes Objektiv und einen Licht- Frequenz-Wandler hat. Wenn die verschiedenen Filtersegmente auf einer gemeinsamen mit z.B. 1000 U/min drehbaren Filterscheibe angeordnet sind, die in Wirkverbindung mit dem Einstrahlkopf und mit dem Reflexionskopf steht, können die Filtersegmente einfach durch Drehung der Filterscheibe in schneller Folge durch die beiden Köpfe - vorzugsweise zwischen dem Objektiv und dem Licht-Frequenz-Wandler hindurch - bewegt werden.
Alternativ können die Filtersegmente auf zwei getrennten drehbaren Filterscheiben angeordnet sein, wobei die erste Filterscheibe in dem Einstrahlkopf und die zweite Filterscheibe in dem Reflexionskopf angeordnet ist.
Vorzugsweise ist exzentrisch an der Filterscheibe oder an den Filterscheiben ein Index oder Geber befestigt, mit dem ein gehäusefester Index-Sensor in sensorischer Wirkverbindung steht. Damit kann das jeweilige im Strahlengang vom Objektiv zum Licht-Frequenz-Wandler befindliche Filtersegment ermittelt werden, so dass die Messergebnisse des Licht-Frequenz-Wandlers dem jeweiligen Filtersegment zugeordnet werden können. Weiterhin kann damit die Drehzahl der Filterscheibe überwacht werden.
Vorzugsweise ist der Signalprozessor mit den beiden Licht-Frequenz-Wandlern und mit dem Index-Sensor und mit einem mit der Filterscheibe in Wirkverbindung stehenden Drehzahlregler bzw. mit zwei mit den Filterscheiben in Wirkverbindung stehenden Drehzahlreglern über Signalleitungen verbunden. Dann kann die Drehzahl der gemeinsamen Filterscheibe bzw. dann können die Drehzahlen der getrennten Filterscheiben so niedrig gehalten werden, dass ausreichend viele (z.B. fünf) Perioden des Licht-Frequenz-Wandlers pro Filtersegment erreicht werden. Weiterhin kann der Signalprozessor vom Stickstoffgehalt abhängige Werte ermitteln und evtl. in Ergänzung daraus optimale Düngemittelmengen errechnen.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Messsystems haben der Einstrahlkopf und der Reflexionskopf zwei getrennte Filtervorrichtungen, die jeweils voneinander getrennte Filter aufweisen, denen jeweils ein Objektiv und ein Licht-Frequenz- Wandler zugeordnet sind. Es werden vier schmalbandige Filtersegmente bevorzugt, die für verschiedene Spektralfarben durchlässig sind.
Dabei wird es bevorzugt, wenn ein erstes Filtersegment im Wesentlichen für Lichtstrahlen der Wellenlänge 670nm durchlässig ist, und wenn ein zweites Filtersegment im Wesentlichen für Lichtstrahlen der Wellenlänge 700nm durchlässig ist, und wenn ein drittes Filtersegment im Wesentlichen für Lichtstrahlen der Wellenlänge 740nm durchlässig ist, und wenn schließlich ein viertes Filtersegment im Wesentlichen für Lichtstrahlen der Wellenlänge 780nm durchlässig ist. Dabei können die Filtersegmente eine jeweilige Halbwertsbreite von maximal 10nm aufweisen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Düngung von Pflanzen hat die Schritte:
- Erfassen des Stickstoffgehaltes der Pflanzen über ein vorbeschriebenes passives Messsystem;
- Ermitteln einer Düngemittelmenge - insbesondere Stickstoff - in Abhängigkeit des ermittelten Stickstoffgehaltes; und
- Ausbringen der ermittelten Düngemittelmenge.
Der erste Schritt (Erfassen des Stickstoffgehaltes) erfolgt vorzugsweise während einem Durchfahren der Pflanzen bzw. während eines Vorbeifahrens an den Pflanzen mit einer mobilen Arbeitsmaschine (insbesondere Traktor) mittels des Signalprozessors.
Der erste Schritt kann auch durch eine Drohne erfolgen.
Der zweite Schritt (Ermitteln einer Düngemittelmenge) erfolgt vorzugsweise mittels eines PC's der mobilen Arbeitsmaschine.
Es wird bevorzugt, wenn nach dem Erfassen des Stickstoffgehaltes ein Übermitteln eines Wertes (bzgl. dem ermittelten Stickstoff oder der auszubringenden
Düngemittelmenge) vom Signalprozessor - insbesondere über Bluetooth - zum PC erfolgt. Vorzugsweise wird vor dem ersten Schritt (Erfassen des Stickstoffgehaltes) ein Weißabgleich - insbesondere mit einer definierten Weißplatte - durchgeführt. Dabei ist insbesondere ein Weißabgleich nach der Fertigung und vor dem ersten Einsatz des erfindungsgemäßen passiven Messsystems wichtig.
Optimal wird das Düngemittel verwertet, wenn das Ermitteln der Düngemittelmenge mittels einer oder in Abhängigkeit einer von der Sorte der Pflanze abhängigen agronomischen Regelfunktion erfolgt. Diese kann im PC hinterlegt sein.
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen passiven Messsystems in einer schematischen Darstellung;
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen passiven Messsystems in einer schematischen Darstellung; und
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen passiven Messsystems in einer schematischen Darstellung.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen passiven Messsystems in einer schematischen Darstellung. Es hat einen Einstrahlsensor bzw. Einstrahlkopf 1 , einen Reflexionssensor bzw. Reflexionskopf 2 und einen Signalprozessor 4, die in einem gemeinsamen (nicht gezeigten) Gehäuse angeordnet sind.
Der Reflexionskopf 2 hat eine Filtervorrichtung 6, die im Wesentlichen aus einer etwa kreisrunden Filterscheibe 8 besteht, die über eine Welle 10 von einem (nicht gezeigten) Motor angetrieben wird. Die Filterscheibe 8 ist in vier etwa gleich große Filtersegmente 12a, 12b, 12c, 12d unterteilt. Weiterhin ist am Außenumfang der Filterscheibe 8 ein Geber 14 befestigt, dessen Umlaufbewegung von einem Index-Sensor 16 erfasst wird. An der (in Figur 1 ) oberen Seite der Filterscheibe 8 ist in einer exzentrischen Position ein Licht-Frequenz-Wandler 18 angeordnet, während an der (in Figur 1 ) unteren Seite der Filterscheibe 8 an einer entsprechenden Position ein Objektiv 20 angeordnet ist.
Der Einstrahlkopf 1 ist prinzipiell wie der Reflexionskopf 2 aufgebaut, wobei das Objektiv oberhalb und der Sensor unterhalb der Filterscheibe angeordnet sind (im Einstrahlkopf 1 nicht näher gezeigt).
Im Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels des dargestellten passiven Messsystems ist dieses an einem (nicht gezeigten) Traktor befestigt und wird an Pflanzen 22 entlang - oder vorbei bewegt. Dabei wird einfallendes Umgebungs- bzw. Sonnenlicht 24 einerseits vom Einstrahlkopf 1 erfasst, und andererseits von den Pflanzen 22 teilweise reflektiert. Der dem entsprechende Strahlungsanteil 26 wird über das Objektiv 20 durch die Filterscheibe 8 zum Licht-Frequenz-Wandler 18 geleitet. Da die Filterscheibe 8 rotatorisch angetrieben wird, bewegen sich die vier Filtersegmente 12a bis d in stetiger Abfolge nacheinander in den vom Objektiv 20 zum Licht-Frequenz-Wandler 18 gerichteten Strahlengang.
Zwischen den Messköpfen rotiert die Filterscheibe 8 mit folgenden Bandpasswellenlängen:
670 nm
700 nm
740 nm
780 nm
Die Filter 12a-d müssen schmalbandig sein und sollten eine Halbwertsbreite von maximal 10 nm haben. Die Filter 12a-d sollten optimaler Weise eine Folie sein, um keine Erschütterungsempfindlichkeit zu haben. Auch sehr dünnes Glas oder Plexiglas sind möglich. Die Umdrehungszahl der Filterscheibe 8 wird vom Index-Sensor 16 und vom Licht-Frequenz-Wandler 18 geregelt. Im Durchschnitt sollen mindestens fünf volle Perioden des Lichtwandlers 18 pro Filtersegment 12a-d erreicht werden. Sinkt dieser Wert unter fünf Perioden, dann regelt der Signalprozessor 4 im Kopf die Drehzahl der Filterscheibe 8 so lange nach unten, bis wieder fünf Perioden erreicht werden. Die Zeit für einen Umlauf der Filterscheibe 8 wird gemessen. Dadurch weiß der Signalprozessor 4, welches Filtersegment 12a-d sich gerade über dem Licht-Frequenz-Wandler 18 befindet und kann die Lichtintensitäten dadurch den einzelnen Wellenlängen zuordnen. Die Filterscheibe 8 dreht so schnell, dass die Werte einen zeitlichen Zusammenhang haben und miteinander verrechnet werden können. Die Werte des Einstrahlkopfes 1 und des Reflexionskopfes 2 werden vom Signalprozessor 4 verrechnet und an den PC gesendet.
Der Weißabgleich erfolgt über eine definierte Weißplatte, bei der die spektrale Empfindlichkeit des Empfängers und die Transmission der Filter angeglichen werden.
Der Vorteil dieses Systems ist, dass es nur einen Empfänger 18 in jedem Kopf 1 , 2 gibt. Befindet sich z.B. Schmutz auf der Linse, wirkt das nicht auf eine einzelne Wellenlänge, sondern auf alle. Der Messwert wird somit nicht beeinflusst.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen passiven Messsystems in einer schematischen Darstellung. Dabei werden im Folgenden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 beschrieben:
Im Einstrahlkopf 101 und im Reflexionskopf 102 sind für die vier zu vermessenden Wellenlängen (670 nm / 700 nm / 740 nm / 780 nm) jeweils vier getrennte Objektive 120a, 120b, 120c, 120d angeordnet, die von dem von den Pflanzen 22 reflektierten Strahlungsanteil 26 durchleuchtet werden. Dabei lenken die Objektive 120a-d den Strahlungsanteil 26 durch jeweilige von einander getrennte Filter 1 12a, 1 12b, 1 12c, 1 12d. Dabei hat der Filter 1 12a eine Bandpasswellenlänge von 670 nm, der Filter 1 12b 700 nm, der Filter 1 12c 740 nm und der Filter 1 12d 780 nm. Dem entsprechend werden über vier getrennte Licht-Frequenz-Wandler 1 18a, 1 18b, 1 18c, 1 18d gleichzeitig die entsprechenden Lichtintensitäten ausgewertet und an den Signalprozessor 104 über entsprechende Signalleitungen übermittelt. Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen passiven Messsystems in einer schematischen Darstellung. Der wesentliche Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 liegt darin, dass eine gemeinsame Filtervorrichtung 206 vorgesehen ist, die eine Filterscheibe 8 mit vier Filtersegmenten 12a - 12d hat. Diese haben die (mit Bezug zu Figur 1 ) genannten Bandpasswellenlängen 670nm, 700nm, 740nm und 780nm. Die Filterscheibe 8 wird über die Welle 10 rotatorisch angetrieben, dabei sind zur vorrichtungstechnischen Vereinfachung des erfindungsgemäßen passiven Messsystems einerseits (in Figur 3 links) der Einstrahlkopf 201 und andererseits (in Figur 3 rechts) der Reflexionskopf 2 vorgesehen. Der Einstrahlkopf 201 hat ein dem (in Figur 3 nicht dargestellten) Sonnenlicht 24 zugewandtes Objektiv 220 und einen Licht-Frequenz-Wandler 218, während der Reflexionskopf 2 ein den (in Figur 3 nicht dargestellten) Pflanzen zugewandtes Objektiv und einen Licht-Frequenz-Wandler 18 hat. Dabei ist die Filterscheibe 8 einerseits mit einem Filtersegment 12a im Strahlengang des Einstrahlkopfes 201 und gleichzeitig mit einem anderen Filtersegment 12c im Strahlengang des Reflexionskopfes 2 angeordnet.
Die Überwachung der Drehzahl der Filterscheibe 8 bzw. die Ermittlung desjenigen Filtersegmentes 12a, 12c, das sich momentan in einem der Strahlengänge der Köpfe 201 , 2 befindet, erfolgt - wie bereits mit Bezug zu Figur 1 erläutert - über den Geber 14 und den Index-Sensor 16.
Die beiden Licht-Frequenz-Wandler 18, 218 und der Index-Sensor 16 sind über Signalleitungen, die in Figur 3 mit Pfeilen symbolisiert sind, mit dem Signalprozessor 204 verbunden, der die Drehzahl der Welle 10 steuert (ebenfalls mit einem Pfeil symbolisiert).
Des Weiteren gelten beim zweiten Ausführungsbeispiel auch die Erläuterungen zum ersten Ausführungsbeispiel.
Zusammenfassend sei festgehalten, dass bei allen Ausführungsbeispielen das vom Einstrahlkopf 1 ; 101 ; 201 direkt ermittelte Sonnenlicht 24 über eine Signalleitung zum Signalprozessor 4; 104; 104 übermittelt wird. Die Werte werden vom Signalprozessor 4; 104; 104 verrechnet und an den (nicht gezeigten) PC gesendet. In allen Ausführungsbeispielen wird vom PC über eine der Sorte der Pflanzen 22 entsprechende agronomische Regelfunktion eine Stickstoffmenge berechnet, die daraufhin möglichst zeitnah den Pflanzen 22 zur Verfügung gestellt wird.
Bei allen Ausführungsbeispielen setzt der Signalprozessor 4; 104; 204 das einfallende Sonnenlicht 24 mit dem von den Pflanzen 22 reflektierten Licht ins Verhältnis. Aus diesen Daten wird auf die bisherige Stickstoffversorgung geschlossen.
Offenbart ist ein passives Messsystems zur Erfassung des Stickstoffgehaltes von Pflanzen mit einem Einstrahlkopf zur Erfassung der Einstrahlung aus der Umgebung - insbesondere von der Sonne -. Weiterhin ist ein Reflexionskopf zur Erfassung eines von der Pflanze reflektierten Strahlungsanteils der Einstrahlung aus der Umgebung vorgesehen. Weiterhin hat das Messsystem einen Signalprozessor zur Verarbeitung der über die beiden Köpfe erhaltenen Messsignale. Dabei haben die Köpfe jeweils eine Filtervorrichtung mit einer Vielzahl von Filtersegmenten mit unterschiedlichen Bandpasslängen.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Steuerung einer Düngung von Pflanzen mit folgenden Schritten offenbart:
- Erfassen des Stickstoffgehaltes der Pflanzen über ein vorbeschriebenes passives Messsystem;
- Ermitteln einer Düngemittelmenge - insbesondere Stickstoff - in Abhängigkeit des ermittelten Stickstoffgehaltes; und
- Ausbringen der ermittelten Düngemittelmenge. Bezugszeichenliste
1; 101; 201 Einstrahlkopf
2; 102 Reflexionskopf
4; 104; 204 Signalprozessor
6; 106 getrennte Filtervorrichtung 8 Filterscheibe
10 Welle
12a, 12b, 12c, 12d Filtersegment
14 Geber
16 Index-Sensor
18; 218 Licht-Frequenz-Wandler 20; 220 Objektiv
22 Pflanzen
24 Sonnenlicht
26 Strahlungsanteil
112a, 112b, 112c, 112d Filter
118a, 118b, 118c, 118d Licht-Frequenz-Wandler 120a, 120b, 120c, 120d Objektiv
206 gemeinsame Filtervorrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Passives Messsystem zur Erfassung des Stickstoffgehaltes von Pflanzen (22) mit einem Einstrahlkopf (201 ) zur Erfassung der Einstrahlung (24) aus der Umgebung und mit einem Reflexionskopf (2) zur Erfassung eines von der Pflanze (22) reflektierten Strahlungsanteils (26) mit einer zwischen den
Köpfen (201 , 2) angeordneten Filterscheibe (8), die eine Vielzahl von Filtersegmenten (12a, 12b, 12c, 12d) mit unterschiedlichen Bandpasslängen hat, die nacheinander in den Strahlengang bewegbar sind, und mit einem Signalprozessor (204) zur Verarbeitung der über die Köpfe (1 , 2) erhaltenen Messsignale.
2. Passives Messsystem zur Erfassung eines Stickstoffgehaltes von Pflanzen (22) mit einem Einstrahlkopf (1 ; 101 ; 201 ) zur Erfassung einer Einstrahlung (24) aus der Umgebung und mit einem Reflexionskopf (2; 102) zur Erfassung eines von der Pflanze (22) reflektierten Strahlungsanteils (26) der Einstrahlung (24) aus der Umgebung und mit einem Signalprozessor (4; 104; 204) zur Verarbeitung von über die beiden Köpfe (1 , 2; 101 , 102; 201 ) erhaltenen Messsignalen, und mit einer gemeinsamen Filtervorrichtung (206) oder mit zwei getrennten Filtervorrichtungen (6; 106), die jeweils eine Vielzahl von Filtersegmenten (12a, 12b, 12c, 12d; 1 12a, 1 12b, 1 12c, 1 12d) mit unterschiedlichen Bandpasslängen hat oder haben.
3. Messsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Einstrahlkopf (1 ; 201 ) ein der Sonne zugeordnetes Objektiv (220) und einen Licht-Frequenz-Wandler (218) hat, und wobei der Reflexionskopf (2) ein den Pflanzen (22) zugeordnetes Objektiv (20) und einen Licht-Frequenz-Wandler (18) hat.
4. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filtersegmente (12a, 12b, 12c, 12d) auf einer gemeinsamen drehbaren Filterscheibe (8) angeordnet sind, die in Wirkverbindung mit dem Einstrahlkopf (201 ) und mit dem Reflexionskopf (2) steht.
5. Messsystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Filtersegmente (12a, 12b, 12c, 12d) auf zwei getrennten drehbaren Filterscheiben (8) angeordnet sind, wobei die erste Filterscheibe in dem Einstrahlkopf (1 ) und die zweite Filterscheibe (8) in dem Reflexionskopf (2) angeordnet ist.
6. Messsystem nach Anspruch 1 , 4 oder 5, wobei exzentrisch an der Filterscheibe (8) oder an den Filterscheiben (8) ein Index oder Geber (14) befestigt ist, mit dem ein gehäusefester Index-Sensor (16) in Wirkverbindung steht.
7. Messsystem nach Anspruch 6, wobei der Signalprozessor (4; 204) mit den
beiden Licht-Frequenz-Wandlern (18, 218) und mit dem Index-Sensor (16) und mit einem mit der Filterscheibe (8) in Wirkverbindung stehenden Drehzahlregler oder mit zwei mit den Filterscheiben (8) in Wirkverbindung stehenden Drehzahlreglern über Signalleitungen verbunden ist.
8. Messsystem nach Anspruch 2, wobei der Einstrahlkopf (101 ) und der Reflexionskopf (102) zwei getrennte Filtervorrichtungen (106) haben, die jeweils voneinander getrennte Filter (1 12a, 1 12b, 1 12c, 1 12d) aufweisen, denen jeweils ein Objektiv (120a, 120b, 120c, 120d) und ein Licht-Frequenz- Wandler (1 18a, 1 18b, 1 18c, 1 18d) zugeordnet sind.
9. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit vier schmal- bandigen Filtersegmenten (12a, 12b, 12c, 12d; 1 12a, 1 12b, 1 12c, 1 12d), die für verschiedene Spektralfarben durchlässig sind.
10. Messsystem nach Anspruch 9, wobei ein erstes Filtersegment (12a; 1 12a) im Wesentlichen für Lichtstrahlen der Wellenlänge 670nm durchlässig ist, und wobei ein zweites Filtersegment (12b; 1 12b) im Wesentlichen für Lichtstrahlen der Wellenlänge 700nm durchlässig ist, und wobei ein drittes Filtersegment (12c;
1 12c) im Wesentlichen für Lichtstrahlen der Wellenlänge 740nm durchlässig ist, und wobei ein viertes Filtersegment (12d; 1 12d) im Wesentlichen für Lichtstrahlen der Wellenlänge 780nm durchlässig ist.
1 1 .Verfahren zur Steuerung einer Düngung von Pflanzen (22) mit den Schritten:
- Erfassen des Stickstoffgehaltes der Pflanzen über ein passives Messsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche;
- Ermitteln einer Düngemittelmenge in Abhängigkeit des Stickstoffgehaltes; und
- Ausbringen der Düngemittelmenge.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei nach dem Erfassen des Stickstoffgehaltes ein Übermitteln eines Wertes vom Signalprozessor (4; 104) zu einer Datenverarbeitungseinheit erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei vor dem Erfassen des Stickstoff- gehaltes ein Weißabgleich erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei das Ermitteln der
Düngemittelmenge mittels einer oder in Abhängigkeit einer von der Sorte der Pflanze (22) abhängigen agronomischen Regelfunktion erfolgt.
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