WO2014096089A1 - Verfahren und messeinrichtung zur messung von inhaltsstoffen und/oder eigenschaften eines produktes - Google Patents

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WO2014096089A1
WO2014096089A1 PCT/EP2013/077220 EP2013077220W WO2014096089A1 WO 2014096089 A1 WO2014096089 A1 WO 2014096089A1 EP 2013077220 W EP2013077220 W EP 2013077220W WO 2014096089 A1 WO2014096089 A1 WO 2014096089A1
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light
measuring
measuring device
detector
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PCT/EP2013/077220
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Rainer Strietzel
Matthias RÄDLE
Tobias Roland TEUMER
Patrick DÖRNHOFER
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Asg Luftfahrttechnik Und Sensorik Gmbh
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    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring contents of substances and / or properties of a product such as crop by means of a measuring device, wherein a relative movement between the product and the measuring device is generated, wherein the product is acted upon by means of at least one light source with light, wherein the light reflected by the product is detected by at least one detector, being evaluated at the at least one detector corresponding signals which correspond to the intensity in a specific wavelength range of the light reflected light, and to a measuring device for measuring contents substances and / or properties of a product such Crop material comprising a measuring head, along which the product moves, wherein in the measuring head at least one light source for emitting light to the product and at least one detector for detecting the light reflected from the product is arranged and an evaluation and Signalver Processing device for detecting and processing a signal applied to the at least one detector signal, which corresponds to the intensity at least in a certain wavelength range of the light reflected light.
  • the measuring device comprises an optical spectrometer, which detects the intensity of harvested material of reflected light wavelength-resolved.
  • the crop is subjected to broadband (so-called white) light.
  • the individual light-excited vibration modes of the ingredients of the crop to be detected (which have an effect through absorption, scattering or extinction), or for measuring the parameters of the crop itself, can be recorded and the measured data can be fed to a suitable evaluation device which indicates the respective content calculated the ingredients of interest or the parameters in a conventional manner.
  • the measuring device comprises the visible wave or near infrared spectrometer, which measures the intensity of the crop reflected, reflected broadband light wavelength resolved.
  • the spectrometer has a lamp arranged directly adjacent to the crop, which acts on the crop with white light. Furthermore, the spectrometer has a sensor which has a housing, a dispersive element arranged in the housing which reflects light from the crop in wavelength-dependent directions, and a detector arranged in the housing with photosensitive elements arranged side by side, the output signal of the elements of the detector corresponds to intensity received in a particular light wave range.
  • Known measuring devices measure the humidity z. On near infrared emission of a region on a surface of the crop. This area is detected as a whole and not spatially resolved, so that an average of the reflected light forms, which enters the detector.
  • the method is disadvantageous since individual surface areas - holes and structures - can lead to a falsification of the measured value.
  • Harvested goods in the agricultural sector must be examined with regard to their recyclable material content.
  • a harvester or other used for harvesting equipment which usually harvested biological products by a cutting tool, shredded and an ejection shaft z. B. transported to a truck.
  • the discharge chute may also lead to an integrated storage container.
  • the value of the crop depends on the dry content or the residual water content. The more residual water is in the crop, the lower the logically, the dry content and thus the lower the value of the crop per total mass unit.
  • the present invention has the object, a method and a measuring device of the type mentioned in such a way that in a compact and robust construction of the measuring device, an evaluation of the signals with little electronic effort is possible.
  • the environment provided for this measurement can be described as follows:
  • the measuring device must be installed on a mobile device and withstand shocks, dust and fluctuating temperatures. Therefore, the measuring device should be as simple and robust as possible.
  • the measurement must also be fast, because the mobile device moves at about 0.5 to 15 km / h. Therefore, measured values must be emitted continuously until at least once per second.
  • the object is u. a. This is achieved by scanning individual objects of the product in a defined focal plane by means of measurement points corresponding to the dimension of the objects, and by processing only signals of those objects of the product which are located in the defined focal plane.
  • a broadband near-infrared detector is used, wherein a wavelength selection on the light emitting side, for example by using narrow-band LED s or other corresponding radiation sources in the measuring device takes place.
  • the light sources are operated sequentially clocked. For example, three light sources of different wavelengths designed as infrared LEDs each successively emit a very short pulse focused on the measurement material. The radiation returned by the material to be measured is received by a single detector. By this embodiment, a particularly compact design is possible.
  • the object is achieved according fiction, by a measuring device in that the measuring head defines a focal plane, along which moves individual objects of the product and scanned by the dimension of objects corresponding measurement points and that the evaluation and signal processing means an intensity setpoint comparator for Selection of those signals that are reflected by objects that are located in the defined focal plane.
  • a transparent separating disk preferably made of sapphire, is advantageously used in order to protect LEDs and detectors from environmental influences. Focusing is designed so that a measuring zone is created directly above the window. The harvested crops are passed in particle form over the cutting disk and thus through the measuring zone. If holes in the material flow occur due to low density, so that the NIR pulses do not hit any measured material, this has a drastic effect on the detector signal and is recognized by the specially applied data processing and taken into account accordingly.
  • an intensity discrimination is carried out by means of an intensity SOV value method in order to obtain distance information.
  • Particles or other objects that are outside the focus range result in a significantly reduced detector signal. Since it is a punctiform measuring zone, the intensity of the detector signal is much lower when the NIR pulse hits no or a particle outside the measuring zone.
  • Such processes can be scanned by means of an evaluation with a data rate up to megahertz. Even data streams of the order of magnitude mentioned can be received in simple electronic circuits, amplified and processed in microcontrollers. Also, complex mathematical relationships can be mapped in microcontrollers.
  • z. B receive a data stream of 100 kHz and stored as a time series in an evaluation circuit such as microcontroller.
  • the microcontroller examines the detector signals according to the emitted 2 to 5 wavelengths, determines the characteristic absorptions from this and uses correlation methods to determine, for example, the humidity.
  • the moisture can be evaluated by the usual measurements of the extinction, the water bands in the near infrared.
  • the wavelengths used for this purpose are known in the literature and can be described below in this invention.
  • wavelengths are preferably to be applied around the range of 1470 nm. At higher water contents, this wavelength range is unfavorable. From a humidity of 80% or excess water on surfaces, the absorption is too strong, so that it goes into saturation.
  • a wavelength range around 1200 nm to 1300 nm offers, which has weaker extinctions for water.
  • At least one reference wavelength must be measured. This is done by using a wavelength of, for example, 1100 nm.
  • wavelengths may be used.
  • more than one reference wavelength must be used.
  • wavelengths in the range around 1100 nm, 1300 nm, 1470 nm and 1700 nm.
  • the corresponding exact wavelengths are known in the literature and not an integral part of the invention described herein.
  • the speed with which the data is collected enables discrete scanning even of heavily rugged surfaces, such as the product carpet passing by.
  • the intensity distribution of the backscattered light is recorded and assigned corresponding percentiles in intensity by means of a mathematical correlation of the density of the passing carpet.
  • the highest intensities correspond to the particles in focus and thus to the surface of the passing product carpet.
  • the 50 intensity value thus indicates this product at a certain depth. By reading the percentile of the 50 intensity value, it is thus possible to obtain depth information.
  • the time series allows for further mathematical evaluations that can not be used in previously customary devices.
  • a significant advantage of the invention described here is the punctiform scanning of the surface. Individual product points which can lead to errors are read out of the time series in mathematical algorithms and only the measuring points which precede the preliminary test can form an average which indicates the exact value of the moisture.
  • boxplot filter Another filter to be used here is found in the literature under the name “boxplot filter”, in which the upper and lower portions of the distribution of the intensities are cut off, for example 20 in each case and 60% of the average values in the example. Further mathematical processing can be carried out, such as the mean or median value.
  • the commonly used devices measure the humidity z. B. on near-infrared remission of a range from the surface. This area is not displayed spatially resolved, but the mean value of the light from the area reaches the detector.
  • he is using the usual procedure in Near-infrared discrimination, eg. B. on the detection of two or more wavelengths or spectrometers up to 256 wavelengths.
  • the method according to the invention scans the surface for individual points, although the measuring device itself has no moving parts.
  • the fiction, contemporary device rather uses the proper motion of the product and is therefore extremely compact and robust to build. Only then can it be used on highly vibrating combine harvesters, forage harvesters and other mobile equipment.
  • this is completed over a scratch-resistant surface with respect to the product space and tolerates in this design whatsoever whatsoever and also impinging product. The impacting product then tends to clean the surface.
  • microwave namely to detect the moisture in the entire room and not only on the surface
  • the product is cut and passed by the sensor in a random position.
  • an automatic averaging is carried out over the entire product.
  • the optical embodiments of the near-infrared radiation guide may be constructed in an application-adapted manner.
  • the so-called. 45-0 - geometry Find application The lighting side is led at an angle of 45 ° to the product, the detection side at 0 °, ie perpendicular to the product, determines the humidity.
  • the application can of course be reversed, so that the light beam is irradiated with 0 ° and the detection is 45 °.
  • a 180 ° backscatter can be advantageous for the measurement.
  • light is at an angle, z. B. 45 °, illuminated obliquely to the product and detected by the product remitted 180 ° light.
  • Another embodiment may consist in a diffuse illumination.
  • the light is shone onto the product at many or all angles of the rear half-space and arrives diffusely on the product surface. At an angle, z. B. 0 °, sits the detector along with imaging optics. This geometry is known in microscopy under diffuse incident light and can also be used here advantageously.
  • the basic principle of fast sampling from one location point at a time and the possible mathematical discrimination and readout of the optimal measurement points can be applied in a variety of ways.
  • Germanium detectors can also be used.
  • Fig. 2 is a schematic side view of a measuring head
  • FIG. 3 shows a bottom view of the measuring head according to FIG. 2.
  • the measuring device ME comprises a measuring head MK, along which the product P moves, wherein in the measuring head MK at least one light source LI, L2, L3 for emitting light to the product P and at least one detector D for detecting the product P reflected Light is arranged.
  • the measuring head MK is equipped with an evaluation and signal processing device SVE for detecting and processing a on the connected to at least one detector D signal applied, which corresponds to the intensity at least in a certain wavelength range of light ⁇ , ⁇ 2, ⁇ 3 of the reflected light.
  • the measuring head MK forms a focal plane FE, along which individual objects O of the product P move and are scanned by means of the dimension of the objects O corresponding measuring points MP.
  • the evaluation and signal processing device SVE has an intensity setpoint comparator for the selection of those signals which are reflected by objects O, which are located in the defined focal plane FE.
  • the measuring device ME has a single, broadband near-infrared detector D, which accepts all the wavelengths ⁇ , ⁇ 2, ⁇ 3 used in the measuring device ME, wherein a wavelength discrimination takes place on a light-emitting side of the measuring device ME.
  • the measuring device ME has several, in the present embodiment, three light sources LI, L2, L3. These are operated in a clocked manner by means of a control unit STE, in order to successively transmit IR radiation with a respective wavelength ⁇ , ⁇ 2, ⁇ 3 to the product P in the case of a sequential, respectively very short pulse.
  • the light sources LI, L2, L3 are designed as infrared LEDs with integrated focusing optics FOL1, FOL2, FOL3 and each generate a measuring point MP lying in the focal plane.
  • the return radiation is received by the single detector D.
  • the detector D is associated with a focusing optics FOD such as lens, which is focused on the focusing level FE.
  • the detector D is connected to a transimpedance amplifier TIV whose output is connected to an analog-to-digital converter AD.
  • the digitized by the analog-to-digital converter AD signals are stored in a memory SP and processed in an intensity target value comparator ISV.
  • Fig. 2 shows purely schematically the measuring head MK with a housing G and arranged in a housing wall transparent disc S, through which the Product P is illuminated.
  • the housing G the light sources LI, L2, L3 and the detector D are arranged.
  • the transparent pane S forms the focal plane FE, along which the objects O of the product P are moved.
  • FIG. 1 A bottom view of the measuring head MK is shown in FIG.
  • a frusto-conical recess A is mounted, with a peripheral edge R, which receives the disc S.
  • the recess A Parallel to the plane spanned by the peripheral edge R, the recess A has a bottom surface BF, in which the detector D is arranged centrally.
  • the light sources LI, L2, L3 are arranged in a circumferential edge surface RF. These run along optical axes OALl, OAL2, OAL3, which occupy an angle ⁇ of approximately 45 ° relative to an optical axis OAD of the detector D.
  • the optical axes OAL1, OAL2, OAL3 and OAD intersect in the defined focal plane FE and form a measuring zone MZ with the measuring point MP.
  • the data processing of the measuring device ME will be described below.
  • the objects O of the product P such as harvested grasses or chips, pass through the measuring zone MZ, where they are separated from the light sources z. B. LI, L2, L3 pulsed illuminated with measuring points MP. The reflected infrared signal is received by the detector D. However, it must be ensured that the entire system only evaluates the objects O relevant for the measurement.
  • a data stream of 100 kHz is received and designed as a time series in the memory SP as a microcontroller Evaluation and signal processing device SVE filed.
  • the microcontroller examines a wavelength with low absorption by the occurring moisture. For the times in which the intensity of a received light signal corresponds to a target specification, ie the object O lies in the focal plane FE, the microcontroller searches for the information belonging to the second or second to third wavelength from the acquired data at this time. From these temporally related data, a humidity is determined by correlation. The moisture can be easily evaluated by the usual measurements of the extinction, the water bands in the near infrared.
  • the light source LI emits light having a wavelength of 1400 nm
  • the light source L2 emits light having a wavelength of 1200 nm
  • the light source L3 emits light having a wavelength of 1050 nm.
  • the optical embodiments of the near-infrared radiation guide may be constructed in an application-adapted manner.
  • the so-called 45-0 geometry can be used.
  • the illumination side is guided at 45 ° obliquely onto the product P, the detection side at 0 °, ie perpendicular to the product, as shown in FIGS. 1, 2 and 3.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Messeinrichtung zur Messung von Inhaltsstoffen und/oder Eigenschaften eines Produktes (P) wie Erntegut mittels einer Messeinrichtung (ME), wobei eine Relativbewegung zwischen dem Produkt (P) und der Messeinrichtung (ME) erzeugt wird, wobei das Produkt (P) mittels zumindest einer Lichtquelle (LI, L2, L3) mit Licht beaufschlagt wird, wobei von dem Produkt (P) reflektiertes Licht durch zumindest einen Detektor (D) erfasst wird, wobei an dem zumindest einem Detektor (D) anliegende Signale, welche der Intensität in einem bestimmten Lichtwellenlängenbereich des reflektierten Lichts entsprechen, ausgewertet werden. Um bei einem kompakten und robusten Aufbau der Messeinrichtung eine Auswertung der Signale mit geringem elektronischen Aufwand zu ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass einzelne Objekte (O) des Produktes (P) in einer definierten Fokusebene (FE) mittels der Dimension der Objekte (O) entsprechenden Messpunkte (MP) abgetastet werden, und dass nur Signale derjenigen Objekte (O) des Produktes (P) weiterverarbeitet werden, die sich in der definierten Fokusebene (FE) befinden.

Description

Verfahren und Messeinrichtung zur Messung von Inhalts Stoffen und/oder Eigenschaften eines Produktes
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Inhalts Stoffen und/oder Eigenschaften eines Produktes wie Erntegut mittels einer Messeinrichtung, wobei eine Relativbewegung zwischen dem Produkt und der Messeinrichtung erzeugt wird, wobei das Produkt mittels zumindest einer Lichtquelle mit Licht beaufschlagt wird, wobei von dem Produkt reflektiertes Licht durch zumindest einen Detektor erfasst wird, wobei an dem zumindest einem Detektor anliegende Signale, welche der Intensität in einem bestimmten Lichtwellenlängenbereich des reflektierten Lichts entsprechen, ausgewertet werden sowie auf eine Messeinrichtung zur Messung von Inhalts Stoffen und/oder Eigenschaften eines Produktes wie Erntegut, umfassend einen Messkopf, entlang dem sich das Produkt bewegt, wobei in dem Messkopf zumindest eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht auf das Produkt und zumindest einen Detektor zum Erfassen des von dem Produkt reflektierten Lichts angeordnet ist sowie eine Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung zur Erfassung und Verarbeitung eines an dem zumindest einen Detektor anliegenden Signals, welches der Intensität zumindest in einem bestimmten Lichtwellenlängenbereich des reflektierten Lichts entspricht.
Ein entsprechendes Verfahren sowie eine Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in der DE 199 22 867 AI beschrieben. Die Messseinrichtung umfasst ein optisches Spektrometer, das die Intensität von Erntegut reflektierten Lichts wellenlängenaufgelöst erfasst. Dabei wird das Erntegut mit breitbandigem (sog. weißem) Licht beaufschlagt. Die einzelnen lichtangeregten Schwingungsmoden der nachzuweisenden Inhaltsstoffe des Ernteguts (die sich durch Absorption, Streuung bzw. Extinktion auswirken), bzw. zur Messung der Parameter des Ernteguts selbst, können so erfasst und die gemessenen Daten einer geeigneten Auswerteeinrichtung zugeführt werden, die den jeweiligen Gehalt an den interessierenden Inhaltsstoffen bzw. die Parameter in an sich bekannter Weise berechnet.
Die Messeinrichtung umfasst das in sichtbarem Wellenbereich oder in nahem Infrarotbereich arbeitende Spektrometer, das die Intensität des von dem Erntegut reflektierenden, breitbandigen Lichts wellenlängenaufgelöst erfasst. Das Spektrometer weist eine dem Erntegut unmittelbar benachbart angeordnete Lampe auf, die das Erntegut mit weißem Licht beaufschlagt. Ferner weist das Spektrometer einen Sensor auf, welcher ein Gehäuse, ein im Gehäuse angeordnetes, das von dem Erntegut reflektierte Licht in wellenlängenabhängige Richtungen ablenkendes dispersives Element sowie einen im Gehäuse angeordneten Detektor mit nebeneinander angeordneten lichtempfindlichen Elementen aufweist, wobei das Ausgangssignal der Elemente des Detektors der in einem bestimmten Lichtwellenbereich empfangenen Intensität entspricht.
Bekannte Messeinrichtungen vermessen die Feuchte z. B. über Nahinfrarotemission eines Bereichs auf einer Oberfläche des Ernte guts. Dieser Bereich wird als Ganzes und nicht ortsaufgelöst erfasst, sodass sich ein Mittelwert des rückgestrahlten Lichtes bildet, welches in den Detektor gelangt. Das Verfahren ist nachteilig, da einzelne Oberflächenbereiche - Löcher und Strukturen - zur Verfälschung des Messwertes führen können.
Ernte güter im landwirtschaftlichen Bereich müssen hinsichtlich ihres Wertstoffgehaltes untersucht werden. Im üblichen Anwendungsfall wird eine Erntemaschine oder ein anderes zu Erntezwecken eingesetztes Gerät, das in der Regel biologische Produkte durch ein Schneidwerkzeug aberntet, zerhäckselt und über einen Auswurf Schacht z. B. zu einem LKW transportiert. Der Auswurfschacht kann ebenfalls in einen integrierten Speicherbehälter führen. Der Wert des Ernteguts hängt von dem Trockengehalt bzw. von dem Restwassergehalt ab. Je mehr Restwasser im Erntegut ist, umso geringer ist logischerweise der Trockengehalt und damit umso geringer der Wert des Ernteguts pro Gesamtmasseneinheit.
Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Messeinrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass bei einem kompakten und robusten Aufbau der Messeinrichtung eine Auswertung der Signale mit geringem elektronischen Aufwand ermöglicht wird. Die für diese Messung vorgesehene Umgebung lässt sich folgendermaßen beschreiben:
Die Messeinrichtung muss auf einem fahrbaren Gerät untergebracht sein und Erschütterungen, Staub und schwankende Temperaturen überstehen. Daher soll die Messeinrichtung möglichst einfach und robust ausgeführt sein.
Gleichzeitig muss eine hohe Präzision gewährleistet sein, weil z. B. in einem typischen Anwendungsfall der Feuchtigkeitsgehalt zwischen < 5% und 60 % schwankt und die Messung wenigstens auf einen Prozentpunkt genau erfolgen muss.
Die Messung muss ebenfalls schnell erfolgen, da sich das fahrbare Gerät mit ca. 0,5 bis 15 km/h fortbewegt. Es müssen daher Messwerte von kontinuierlich bis mindestens einmal pro Sekunde abgegeben werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß u. a. dadurch gelöst, dass einzelne Objekte des Produktes in einer definierten Fokusebene mittels der Dimension der Objekte entsprechenden Messpunkte abgetastet werden, und dass nur Signale derjenigen Objekte des Produktes weiterverarbeitet werden, die sich in der definierten Fokusebene befinden.
Die erfinderische Idee, damit sich die obigen Anforderungen der Messeinrichtung erfüllen, lässt sich folgendermaßen beschreiben:
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein breitbandiger Nahinfrarot- Detektor eingesetzt, wobei eine Wellenlängenselektion auf der Lichtsendeseite, zum Beispiel durch Verwendung schmalbandiger LED s oder anderer entsprechender Strahlungsquellen in der Messeinrichtung erfolgt.
Dabei werden die Lichtquellen sequenziell getaktet betrieben. Zum Beispiel senden drei als Infrarot-LEDs ausgebildete Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge jeweils nacheinander einen sehr kurzen Puls fokussiert auf das Messgut aus. Die vom Messgut zurückgesendete Strahlung wird von einem einzigen Detektor empfangen. Durch diese Ausführungsform ist eine besonders kompakte Bauweise möglich.
Die Aufgabe wird erfindungs gemäß durch eine Messeinrichtung dadurch gelöst, dass der Messkopf eine Fokusebene definiert, entlang der einzelne Objekte des Produktes bewegt und mittels der Dimension der Objekte entsprechende Messpunkte abgetastet werden und dass die Auswerte- und Signal Verarbeitungseinrichtung einen Intensitäts- Sollwert- Vergleicher zur Selektion derjenigen Signale aufweist, die von Objekten reflektiert werden, die sich in der definierten Fokusebene befinden.
Im einfachsten Fall kommen vorzugsweise zwei bis maximal acht sendende Lichtquellen wie Leuchtdioden mit vorzugsweise integrierter Fokussieroptik zum Einsatz. Auf der Nachweis seite werden über eine einzelne Linse und einen einzelnen Detektor mit Verstärker wie Transimpedanzverstärker die Signale erfasst. Es ist damit leicht einsehbar, dass die erfindungsgemäße Messeinrichtung gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten komplexen Nahinfrarot-Spektrometern durch die geschickte Auswahl der Bauteile erhebliche Vorteile vorweist.
In der erfindungs gemäßen Messeinrichtung wird in vorteilhafter Weise eine transparente Trennscheibe, vorzugsweise aus Saphir eingesetzt, um LED s und Detektor vor Umwelteinflüssen zu schützen. Die Fokussierung wird so ausgelegt, dass unmittelbar über dem Fenster eine Messzone entsteht. Die geernteten Erntegüter werden in Teilchenform über die Trennscheibe und somit durch die Messzone geführt. Treten aufgrund geringer Dichte Löcher im Gutstrom auf, sodass die NIR-Impulse kein Messgut treffen, wirkt sich dies drastisch auf das Detektorsignal aus und wird von der speziell angewandten Datenverarbeitung erkannt und entsprechend korrigierend berücksichtigt.
Dies wird in der erfindungsgemäßen Messeinrichtung dadurch gewährleistet, dass mittels eines Intensitäts-SoUwertverfahrens eine Intensitätsdiskriminierung erfolgt, um eine Abstandsinformation zu erhalten. Partikel oder andere Objekte, die sich außerhalb des Fokusbereichs befinden, führen zu einem wesentlich reduzierten Detektorsignal. Da es sich um eine punktförmige Messzone handelt, ist die Intensität des Detektorsignals sehr viel geringer, wenn der NIR-Impuls kein oder ein Partikel außerhalb der Messzone trifft.
Solche Vorgänge können mittels einer Auswerteelektronik mit einer Datenrate bis zu Megahertz abgetastet werden. Auch Datenströme in der genannten Größenordnung lassen sich in einfachen elektronischen Schaltungen empfangen, verstärken und in Mikrocontrollern verarbeiten. Auch können komplexe mathematische Zusammenhänge in Mikrocontrollern abgebildet werden.
In dem hier beschriebenen Anwendungsfall wird z. B. ein Datenstrom von 100 kHz empfangen und als Zeitreihe in einer Auswerteschaltung wie Mikrocontroller abgelegt. Der Mikrocontroller untersucht die Detektorsignale entsprechend der ausgesendeten 2 bis 5 Wellenlängen, ermittelt daraus die charakteristischen Absorptionen und bestimmt über Korrelationsmethoden zum Beispiel die Feuchte.
Die Feuchte lässt sich über die üblichen Messungen der Extinktion, der Wasserbanden im Nahinfrarot, auswerten. Die hierzu verwendeten Wellenlängen sind in der Literatur bekannt und lassen sich in dieser Erfindung nachfolgend beschreiben.
Aus den zu einem Zeitpunkt gehörenden N-tupeln von Informationen wird eine gemäß Kalibrierkurve festgelegte Feuchte hinterlegt. Im üblichen Messablauf führt nur jeder 3. bis 20. Messpunkt zu einer Auswertung, da sich zu den Zeitpunkten der anderen Messungen kein Partikel im Fokus befindet. Dies bedeutet, dass der Infrarotlichtstrahl zu diesem Zeitpunkt zwischen fliegende Partikel in den Hintergrund leuchtet und ein von diesem Hintergrund remittiertes Signal nicht sinnvoll ausgewertet werden sollte.
Damit erhält das erfindungs gemäße System auf sehr einfache Weise mit extrem wenigen Bauteilen und einem einfachen Aufbau eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Zuverlässigkeit und Anwendungsbreite. Die Beschreibung der notwendigen Wellenlängen lässt sich wie folgt darstellen: Grundidee ist jeweils die Verwendung einer Wellenlänge in einer Absorptionsbande von Wasser im Nahinfrarot, hier sind Wellenlängen vorzugsweise um den Bereich von 1470 nm anzuwenden. Bei höheren Wassergehalten ist dieser Wellenlängenbereich ungünstig. Ab einer Feuchte von 80 % oder überständigem Wasser auf Oberflächen ist die Absorption zu stark, so dass sie in eine Sättigung geht. Hier bietet sich ein Wellenlängenbereich um 1200 nm bis 1300 nm an, der schwächere Extinktionen für Wasser aufweist.
Bei extrem schwachen Wassergehalten, also ggf. unter 5 % oder 3 % Feuchte, ist es vorteilhaft, auf Wellenlängen im Bereich 1900 nm auszuweichen, um die dort stärkere Wasserbande auszunutzen.
In allen Fällen muss mindestens eine Referenzwellenlänge vermessen werden. Dies geschieht dadurch, dass eine Wellenlänge von beispielsweise 1100 nm verwendet wird.
Es können auch andere Wellenlängen zur Anwendung kommen. Bei Produkten, die im Nahinfrarot selbst neben Wasser andere Absorptionen aufweisen, muss mehr als eine Vergleichswellenlänge angewendet werden.
Hier bietet sich an, Wellenlängen im Bereich um 1100 nm, 1300 nm, 1470 nm und 1700 nm zu verwenden. Die entsprechenden exakten Wellenlängen sind in der Literatur bekannt und kein wesentlicher Bestandteil der hier beschriebenen Erfindung.
Die Geschwindigkeit, mit der die Daten erfasst werden, ermöglicht eine diskrete Abtastung auch von stark zerklüfteten Oberflächen, wie eben auch dem vorbeifliegenden Produktteppich.
Neben der Feuchte lassen sich also sinnreich auch Informationen über die Oberflächendichte erhalten. Dabei wird die Intensitätsverteilung des zurückgestreuten Lichtes aufgezeichnet und entsprechende Perzentilen in der Intensität mittels einer mathematischen Korrelation der Dichte des vorbeifliegenden Teppichs zugeordnet. Die höchsten Intensitäten entsprechen den im Fokus liegenden Partikeln und damit quasi der Oberfläche des vorbeifliegenden Produktteppichs. Der 50 -Intensitätswert zeigt damit dieses Produkt in einer bestimmten Tiefe an. Über das Ablesen der Perzentile des 50 -Intensitätswertes lässt sich also eine Tiefeninformation gewinnen. Die Zeitreihe lässt weitere mathematische Auswertungen zu, die in bisher marktüblichen Geräten keine Anwendung finden können.
Ein wesentlicher Vorteil der hier beschriebenen Erfindung ist die punktförmige Abtastung der Oberfläche. Einzelne Produktpunkte, die zu Fehlern führen können, werden in mathematischen Algorithmen aus der Zeitreihe ausgelesen und nur von den die Vorprüfung überstehenden Messpunkten kann ein Mittelwert gebildet werden, der den genauen Wert der Feuchte angibt.
Alternativ können auch andere mathematische Werte gebildet werden. Es bietet sich beispielsweise an, anstelle des Mittelwertes den Medianwert zu nehmen. Dieser Medianwert reagiert häufig weniger stark auf asymmetrische Verteilungen. Auch Mischungen von Mittelwerten und Medianwerten sind möglich. Dadurch können über eine mathematische Korrelation auch bei sehr inhomogenen Oberflächen sehr genaue Feuchtewerte erhalten werden.
Ein weiterer hier anzuwendender Filter wird in der Literatur unter dem Namen „Boxplot-Filter" gefunden. Dabei werden von der Verteilung der Intensitäten ein unterer und ein oberer Anteil abgeschnitten, z. B. jeweils 20 , und von den mittleren Werten im Beispiel 60 % können weitere mathematische Verarbeitungen durchgeführt werden, wie z. B. der Mittelwert oder Medianwert.
Die Möglichkeiten der hier verwendeten Messeinrichtung sowie die Anwendungsbreite gehen weit über gängige Apparaturen hinaus. Die am Markt gängigen Geräte vermessen die Feuchte z. B. über Nahinfrarot- Remission eines Bereiches aus der Oberfläche. Dieser Bereich wird nicht ortsaufgelöst abgebildet, sondern der Mittelwert des Lichtes aus dem Bereich gelangt in den Detektor. Hier wird er mit dem üblichen Verfahren im Nahinfrarot diskriminiert, z. B. über den Nachweis von zwei oder mehr Wellenlängen oder auch über Spektrometer bis zu 256 Wellenlängen.
Dennoch ist dieses Verfahren über die vorangeschaltete Mittelwertbildung gegenüber dem erfindungsgemäßen Verfahren nachteilig, da einzelne Oberflächenpunkte, -löcher und -strukturen zu Verfälschungen des Mittelwertes führen können.
Das erfindungs gemäße Verfahren hingegen scannt die Oberfläche auf Einzelpunkte ab, obwohl die Messeinrichtung selbst keine bewegten Teile hat. Das erfindungs gemäße Gerät verwendet vielmehr die Eigenbewegung des Produktes und ist damit selbst extrem kompakt und robust zu bauen. Nur dadurch kann es auf den stark vibrierenden Mähdreschern, Feldhäckslern und anderen fahrbaren Geräten eingesetzt werden.
In einer Ausführungsform der Messeinrichtung wird dieses über eine kratzfeste Oberfläche gegenüber dem Produktraum abgeschlossen und toleriert in dieser Bauform vorbeischießendes und auch auftreffendes Produkt. Das auftreffende Produkt führt dann eher zur Säuberung der Oberfläche.
Andere konkurrierende Systeme verwenden Mittelinfrarot oder kapazitive Messungen oder Mikrowellenmessungen. Alle diese Bauformen weisen jedoch Nachteile gegenüber dem hier dargestellten erfindungs gemäßen System auf.
Ein häufig genannter Vorteil von Mikrowelle, nämlich die Feuchte im gesamten Raum zu erfassen und nicht nur an der Oberfläche, ist im Anwendungsfall ohne Bedeutung, da das Produkt geschnitten und in zufälliger Lage an dem Sensor vorbeigeführt wird. Damit kommt quasi jeder innere Zustand des Produktes auch einmal als Rand des vorbeifliegenden Produktteppichs vor, und es wird eine automatische Mittelwertbildung über das gesamte Produkt durchgeführt.
Die optischen Ausführungsformen der Nahinfrarot-Strahlungsführung können anwendungsangepasst aufgebaut sein. Beispielsweise kann die sog. 45-0 - Geometrie Anwendung finden. Dabei wird die Beleuchtung sseite unter 45° schräg auf das Produkt geführt, die Nachweisseite unter 0°, also senkrecht zum Produkt, die Feuchte bestimmt.
Die Anwendung kann selbstverständlich auch umgekehrt sein, so dass der Lichtstrahl mit 0° bestrahlt wird und der Nachweis 45° beträgt. Es zeigt sich jedoch auch, dass eine 180° - Rückstreuung vorteilhaft für die Messung sein kann. Dabei wird Licht unter einem Winkel, z. B. 45°, schräg auf das Produkt geleuchtet und das vom Produkt 180° remittierte Licht nachgewiesen.
Eine weitere Ausführungsform kann in einer diffusen Beleuchtung bestehen. Dabei wird das Licht unter vielen oder allen Winkeln des rückwärtigen Halbraumes auf das Produkt geleuchtet und kommt diffus auf der Produktoberfläche an. Unter einem Winkel, z. B. 0°, sitzt der Detektor samt Abbildungsoptik. Diese Geometrie ist in der Mikroskopie unter Diffus-Auflicht bekannt und kann hier ebenfalls vorteilhaft angewendet werden.
Als Lichtquelle können unterschiedliche zum Einsatz kommen.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten für das erfindungsgemäße Verfahren:
Das Grundprinzip der schnellen Abtastung aus jeweils einem Ortspunkt und der damit möglichen mathematischen Diskriminierung und Auslesung der optimalen Messpunkte lässt sich sehr vielfältig anwenden.
Hier zu erwähnen sind Oberflächenfeuchtemessungen von allen diffus strahlenden Körpern, wie Papier, Tapete, Erde, Erdkrume, Asphalt und vielen anderen. Auch die Feuchte von Haufwerken kann hiermit bestimmt werden. Auch einzelne fliegende Partikel können auf Feuchte abgetastet werden.
Ein Vorteil der erfindungs gemäßen Vorrichtung gegenüber z. B. bildhaften Abbildungen liegt in der Einfachheit des Aufbaus. In unserem Verfahren werden nur 1 bis max. 5 Einzelstrahler verwendet. Diese führen zu einem extrem einfachen elektronischen Aufbau. Bildanalytische Systeme verwenden Kameras mit z. B. 128 x 128 Pixeln. Diese Bildpunkte, genannt Pixel, müssen mit einzelnen Nahinfrarot-Detektoren ausgestattet sein.
Hier kommen Materialien wie Indium/ Gallium/ Arsenid zum Einsatz. Es können auch Germaniumdetektoren zum Einsatz kommen.
Es ist jedoch sofort einsichtig, dass ein komplexer bildanalytischer Aufbau einer im derzeitigen Stand der Technik unüblichen Bauweise zu sehr hohem elektronischen Aufwand führt, da eine Vielzahl von Einzelbildpunkten gebaut und verarbeitet werden müssen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungs gemäßen Messeinrichtung,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Messkopfes und
Fig. 3 eine Unteransicht des Messkopfes gemäß Fig. 2.
Fig. 1 zeigt rein schematisch eine Messeinrichtung ME zur Messung von Inhalts Stoffen und/oder Eigenschaften eines Produktes P wie Erntegut EG. Die Messeinrichtung ME umfasst einen Messkopf MK, entlang dem sich das Produkt P bewegt, wobei in dem Messkopf MK zumindest eine Lichtquelle LI, L2, L3 zum Aussenden von Licht auf das Produkt P und zumindest ein Detektor D zum Erfassen des von dem Produkt P reflektierten Lichts angeordnet ist. Der Messkopf MK ist mit einer Auswerte- und Signal Verarbeitungseinrichtung SVE zur Erfassung und Verarbeitung eines an dem zumindest einen Detektor D anliegenden Signals verbunden, welches der Intensität zumindest in einem bestimmten Lichtwellenlängenbereich λΐ, λ2, λ3 des reflektierten Lichts entspricht.
Der Messkopf MK bildet eine Fokusebene FE, entlang der sich einzelne Objekte O des Produktes P bewegen und mittels der Dimension der Objekte O entsprechenden Messpunkte MP abgetastet werden. Die Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung SVE weist einen Intensitäts-Sollwert- Vergleicher zur Selektion derjenigen Signale auf, die von Objekten O reflektiert werden, die sich in der definierten Fokusebene FE befinden.
Die Messeinrichtung ME weist einen einzigen, breitbandigen Nahinfrarot-Detektor D auf, der alle in der Messeinrichtung ME zur Anwendung kommenden Wellenlängen λΐ, λ2, λ3 akzeptiert, wobei eine Wellenlängendiskriminierung auf einer Lichtsendeseite der Messeinrichtung ME erfolgt.
Dazu ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung ME mehrere, im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Lichtquellen LI, L2, L3 aufweist. Diese werden mittels einer Steuereinheit STE getaktet betrieben, um bei einem sequenziellen, jeweils sehr kurzen Impuls nacheinander eine IR-Strahlung mit jeweils einer Wellenlänge λΐ, λ2, λ3 auf das Produkt P zu senden. Die Lichtquellen LI, L2, L3 sind als Infrarot- LEDs mit integrierter Fokussieroptik FOL1, FOL2, FOL3 ausgebildet und erzeugen jeweils einen in der Fokusebene liegenden Messpunkt MP. Die Rückstrahlung wird von dem einzigen Detektor D empfangen. Dem Detektor D ist eine Fokussieroptik FOD wie Linse zugeordnet, die auf die Fokus sierebene FE fokussiert ist. Des Weiteren ist der Detektor D mit einem Transimpendanzverstärker TIV verbunden, dessen Ausgang mit einem Analog-Digital-Wandler AD verbunden ist. Die durch den Analog-Digital- Wandler AD digitalisierten Signale werden in einem Speicher SP gespeichert und in einem Intensität- Soll wert- Vergleicher ISV verarbeitet.
Fig. 2 zeigt rein schematisch den Messkopf MK mit einem Gehäuse G und einer in einer Gehäusewandung angeordneten transparenten Scheibe S, durch die hindurch das Produkt P beleuchtet wird. In dem Gehäuse G sind die Lichtquellen LI, L2, L3 sowie der Detektor D angeordnet. Die transparente Scheibe S bildet die Fokusebene FE, entlang der die Objekte O des Produktes P bewegt werden.
Eine Unteransicht des Messkopfes MK ist in Fig. 3 dargestellt. In dem Gehäuse G ist eine kegelstumpfförmige Ausnehmung A angebracht, mit einem umlaufenden Rand R, der die Scheibe S aufnimmt. Parallel zu der von dem umlaufenden Rand R aufgespannten Ebene weist die Ausnehmung A eine Bodenfläche BF auf, in der zentral der Detektor D angeordnet ist. In einer umlaufenden Randfläche RF sind die Lichtquellen LI, L2, L3 angeordnet. Diese verlaufen entlang von optischen Achsen OALl, OAL2, OAL3, die bezogen auf eine optische Achse OAD des Detektors D einen Winkel α von etwa 45° einnehmen. Die optischen Achsen OALl, OAL2, OAL3 und OAD schneiden sich in der definierten Fokusebene FE und bilden eine Messzone MZ mit dem Messpunkt MP.
Nachfolgend soll die Datenverarbeitung der Messeinrichtung ME beschrieben werden.
In der erfindungsgemäßen Messeinrichtung ME wird in vorteilhafter Weise eine spezielle Datenverarbeitung verwendet. Die Objekte O des Produktes P wie geerntete Gräser oder Hackschnipsel durchfliegen die Messzone MZ und werden dort von den Lichtquellen z. B. LI, L2, L3 pulsförmig mit Messpunkten MP beleuchtet. Das rückgestrahlte Infrarotsignal wird von dem Detektor D empfangen. Es muss jedoch gewährleistet sein, dass das Gesamtsystem nur die für die Messung relevanten Objekte O auswertet.
Dies wird dadurch erreicht, dass in der Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung SVE mittels dem Intensitäts-Sollwert- Vergleicher ISV eine Intensitätsdiskriminierung durchgeführt wird. Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht es, über die Intensitätsdiskriminierung der Messsignale eine Abstandsinformation zu erhalten.
In dem hier beschriebenen Anwendungsfall wird ein Datenstrom von 100 kHz empfangen und als Zeitreihe in dem Speicher SP der als Mikrocontroller ausgebildeten Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung SVE abgelegt. Der Mikrocontroller untersucht eine Wellenlänge mit geringer Absorption durch die auftretende Feuchte. Für die Zeitpunkte, in denen die Intensität eines empfangenen Lichtsignals einer Sollvorgabe entspricht, also das Objekt O in der Fokusebene FE liegt, sucht der Mikrocontroller die zu diesem Zeitpunkt gehörende Information der zweiten bzw. zweiten bis dritten Wellenlänge aus den erfassten Daten. Aus diesen zeitmäßig zusammengehörenden Daten wird über Korrelation eine Feuchte bestimmt. Die Feuchte lässt sich einfach über die üblichen Messungen der Extinktion, der Wasserbanden im Nahinfrarot, auswerten.
Aus dem zu einem Zeitpunkt gehörenden N-Tupeln von Informationen wird eine gemäß Kalibierkurve festgelegte Feuchte hinterlegt. Im üblichen Messablauf führt nicht jeder Messpunkt zu einer Auswertung, da sich zu manchen Zeitpunkten kein Objekt O im Fokus befindet. Dies bedeutet, dass der Infrarotstrahl zu diesem Zeitpunkt zwischen fliegende Objekte in den Hintergrund leuchtet und ein von diesem Hintergrund reimitiertes Signal ausgewertet wird.
Es wird jeweils eine Wellenlänge in einer Absorptionsbande von Wasser im Infrarot verwendet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sendet die Lichtquelle LI Licht mit einer Wellenlänge von 1400 nm, die Lichtquelle L2 Licht mit einer Wellenlänge von 1200 nm und die Lichtquelle L3 Licht mit einer Wellenlänge von 1050 nm aus.
Die optischen Ausführungsformen der Nahinfrarot-Strahlungsführung können anwendungsangepasst aufgebaut sein. Beispielsweise kann die sogenannte 45-0- Geometrie Anwendung finden. Dabei wird die Beleuchtungsseite unter 45° schräg auf das Produkt P geführt, die Nachweisseite unter 0°, also senkrecht zum Produkt, wie dies in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist.

Claims

Patentansprüche Verfahren und Messeinrichtung zur Messung von Inhalts Stoffen und/oder Eigenschaften eines Produktes
1. Verfahren zur Messung von Inhaltsstoffen und/oder Eigenschaften eines Produktes (P) wie Erntegut mittels einer Messeinrichtung (ME), wobei eine Relativbewegung zwischen dem Produkt (P) und der Messeinrichtung (ME) erzeugt wird, wobei das Produkt (P) mittels zumindest einer Lichtquelle (LI, L2, L3) mit Licht beaufschlagt wird,
wobei von dem Produkt (P) reflektiertes Licht durch zumindest einen Detektor (D) erfasst wird,
wobei an dem zumindest einem Detektor (D) anliegende Signale, welche der Intensität in einem bestimmten Lichtwellenlängenbereich des reflektierten Lichts entsprechen, ausgewertet werden,
dadurch gekennzeichnet ,
dass einzelne Objekte (O) des Produktes (P) in einer definierten Fokusebene (FE) mittels der Dimension der Objekte (O) entsprechenden Messpunkte (MP) abgetastet werden, und dass nur Signale derjenigen Objekte (O) des Produktes (P) weiterverarbeitet werden, die sich in der definierten Fokusebene (FE) befinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Messpunkte (MP) mit einer Datenrate im Bereich von 100 kHz erzeugt und abgetastet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet ,
dass eine Intensität der von den abgetasteten Messpunkten (MP) reflektierten Lichtstrahlen mit Intensitäts-Sollwert- Vorgaben verglichen wird und dass nur die Signale derjenigen reflektierten Lichtstrahlen weiterverarbeitet werden, die einer Sollwert- Vorgabe entsprechen.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Fokusebene (FE) in eine die zumindest eine Lichtquelle (L) und den zumindest einen Detektor (D) von dem Produkt (P) trennende Scheibe (S) gelegt wird, vorzugsweise in einem Abstand von 5mm bis 50 mm, wobei das Produkt (P) in Form eines Schüttgutes wie Erntegutes an der Scheibe (S) vorbeigeführt wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass lichtsenderseitig eine Wellenlängenauflösung erfolgt, wobei mehrere Lichtquellen (LI, L2, L3) verwendet werden, die Licht einer definierten Wellenlänge (λΐ, λ2, λ3) aussenden, dass die Lichtquellen (LI, L2, L3) getaktet betrieben werden, wobei sequenziell jeweils ein kurzer Lichtimpuls definierte Wellenlängen (λΐ, λ2, λ3) zur Erzeugung des Messpunktes (MP) auf die Objekte (O) des Produktes (P) ausgesendet wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass als Lichtquelle (LI, L2, L3) eine Nahinfrarot- LED mit integrierter Fokus sieroptik (FOL1, FOL2, FOL3) verwendet wird.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass mehrere, vorzugsweise zwei bis fünf Lichtquellen (LI, L2, L3) mit Licht verschiedener Wellenlänge verwendet werden.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , dass die von dem Messpunkt (MP) reflektierte wellenlängenaufgelöste Infrarotstrahlung über eine Fokussieroptik (FOD) wie Linse von dem einzigen Detektor (D) empfangen wird.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die von dem Messpunkt (MP) reflektierten Infrarotstrahlen von dem Detektor (D) erfasst, digitalisiert und als Zeitreihe abgespeichert werden, wobei zu jedem Infrarotimpuls ein Messwert in Form eines N-Tupels von Informationen umfassend zumindest eine Zeit, eine Intensität und eine Wellenlänge des Signals abgespeichert wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass für Zeitpunkte, in denen die Intensität des empfangenen Infrarotstrahls einer Soll-Vorgabe entspricht, d. h. die Objekte (O) des Produktes (P) in der definierten Fokusebene (FE) liegen, die zugehörigen Informationen der Wellenlänge aus den gespeicherten Informationen gesucht werden und dass aus den zeitmäßig zusammengehörigen Daten über Korrelation der Inhaltsstoff in und/oder die Eigenschaft des Produktes (P) bestimmt wird.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass als Eigenschaft des Produktes (P) die Feuchte über die Messung der Extinktionen, d. h. der Wasserbanden im Nahinfrarotbereich, ausgewertet wird.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass aus den zu einem Messpunkt (MP) gehörenden N-Tupeln von Informationen eine gemäß einer Kalibrierkurve festgelegte Feuchte hinterlegt wird.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass jeweils eine Wellenlänge in einer Absorptionsbande von Wasser im Nahinfrarotbereich verwendet wird, vorzugsweise im Wellenlängenbereich 1470 nm, wobei bei höheren Wassergehalten, d. h. bei einer Feuchte ab 80 % oder überständigem Wasser auf Oberflächen ein Wellenlängenbereich 1200 nm bis 1300 nm und dass bei schwachem Wassergehalt, d. h. Feuchte im Bereich von < 3 oder 5 % Wellenlängen im Bereich von 1900 nm verwendet werden.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass mindestens eine Referenzwellenlänge vermessen wird, vorzugsweise 1100 nm, 1300 nm, 1470 nm oder 1700 nm.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass als Eigenschaft des Produktes (P) eine Oberflächendichte gemessen wird, wobei die Intensitätsverteilung des von dem Produkt (P) reflektierten Lichts aufgezeichnet und entsprechend Perzentile in der Intensität mittels einer mathematischen Korrelation die Dichte des Produktes (P) zugeordnet wird.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die in der Fokussierebene (FE) liegenden Objekte (O) des Produktes (P) Signale mit der höchsten Intensität erzeugen und einer Oberfläche des vorbeibewegten Produkt- Teppichs entsprechen und dass ein 50 %- Intensitätswert das Schüttgut in einer bestimmten Tiefe anzeigt, wobei über die Perzentile des 50 -Intensitätswertes eine Tiefeninformation bestimmen wird.
17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , dass die Oberfläche des an der Messeinrichtung (ME) vorbeigeführten Produkt- Teppichs punktgenau erfasst wird, wobei fehlerhafte Objektpunkte durch mathematische Algorithmen aus der Zeitreihe ausgelesen und nur von dem eine Vorprüfung überstehenden Messpunkten ein Mittelwert oder Medianwert gebildet wird, aus dem der genaue Wert der Feuchte gebildet wird.
18. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die gespeicherten Messwerte einen Boxplot-Filter durchlaufen, wobei von der Verteilung der Intensitäten ein unterer und ein oberer Anteil abgeschnitten wird, beispielsweise jeweils 20 , und von den mittleren Werten, z. B. 60 , weitere mathematische Verarbeitungen durchgeführt werden, wie z. B. Mittelwert oder Medianwert bestimmt werden.
19. Messeinrichtung (ME) zur Messung von Inhaltsstoffen und/oder Eigenschaften eines Produktes (P) wie Erntegut (EG), umfassend einen Messkopf (MK), entlang dem sich das Produkt (P) bewegt, wobei in dem Messkopf (MK) zumindest eine Lichtquelle (LI, L2, L3) zum Aussenden von Licht auf das Produkt (P) und zumindest einen Detektor (D) zum Erfassen des von dem Produkt (P) reflektierten Lichts angeordnet ist sowie eine Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung (SVE) zur Erfassung und Verarbeitung eines an dem zumindest einen Detektor (D) anliegenden Signals, welches der Intensität zumindest in einem bestimmten Lichtwellenlängenbereich (λΐ, λ2, λ3) des reflektierten Lichts entspricht,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Messkopf (MK) eine Fokusebene (FE) definiert, entlang der einzelne Objekte (O) des Produktes (P) bewegt und mittels der Dimension der Objekte (O) entsprechende Messpunkte (MP) abgetastet werden und dass die Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung einen Intensitäts-Sollwert- Vergleicher (ISV) zur Selektion derjenigen Signale aufweist, die von Objekten (O) reflektiert werden, die sich in der definierten Fokusebene (FE) befinden.
20. Messeinrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Fokusebene (FE) durch eine die zumindest eine Lichtquelle (LI, L2, L3) und den zumindest einen Detektor (D) von dem Produkt (P) trennende transparente Scheibe (S) gebildet wird.
21. Messeinrichtung nach Anspruch 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die zumindest eine Lichtquelle (LI, L2, L3) eine Fokussieroptik (FOL1, FOL2, FOL3) derart aufweist, dass der von der zumindest einen Lichtquelle (LI, L2. L3) ausgehende Lichtstrahl in der Fokusebene (FE) fokussiert ist und den Messpunkt (MP) bildet.
22. Messeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 21,
dadurch gekennzeichnet ,
dass der Detektor (D) eine Fokussieroptik (FOD) aufweist, die in die Fokusebene (FE) auf den Messpunkt (MP) fokussiert ist.
23. Messeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 22,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Messeinrichtung (ME) mehrere, vorzugsweise drei Lichtquellen (LI, L2, L3) aufweist, die jeweils Licht einer definierten Wellenlänge (λΐ, λ2, λ3) aussenden und getaktet betrieben werden.
24. Messeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 23,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Lichtquellen (LI, L2, L3) als Infrarot- LED ausgebildet sind.
25. Messeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 24,
dadurch gekennzeichnet ,
dass der Detektor (D) als breitbandiger Nahinfrarot-Detektor ausgebildet ist.
26. Messeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 25,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung (SVE) eine Analog- Digital- Wandlereinheit (ADWl) zur Digitalisierung der erfassten Signale sowie eine Speichereinheit (SP) zur Speicherung der Signale entsprechend ihrer Intensität, Empfangszeit und Wellenlänge aufweist.
27. Messeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 26,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die vorzugsweise drei Lichtquellen (LI, L2,L3) unter einem Winkel α von 450 schräg auf die Fokusebene (FE) in den Messpunkt (MP) gerichtet sind und dass der Detektor (D) unter einem Winkel von 0°, d. h. senkrecht, auf den Messpunkt (MP) zur Fokusebene (FE) ausgerichtet ist.
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