AT524954B1 - Bodensensor - Google Patents

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AT524954B1 ATA50678/2021A AT506782021A AT524954B1 AT 524954 B1 AT524954 B1 AT 524954B1 AT 506782021 A AT506782021 A AT 506782021A AT 524954 B1 AT524954 B1 AT 524954B1
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bodensensor (1) zur Erfassung der Beschaffenheit eines Untergrunds, umfassend zumindest eine elektromagnetische Sendespule (2) und zumindest ein Paar elektromagnetischer Empfangsspulen (3, 3‘), wobei die Sendespule (2) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Primärfelds und die Empfangsspulen (3, 3‘) zum Empfangen eines im Untergrund durch das Primärfeld induzierten elektromagnetischen Sekundärfelds ausgebildet ist, wobei der Bodensensor (1) eine Mittelebene E aufweist, wobei die Sendespule (2) im Bereich der Mittelebene E angeordnet ist, und die Empfangsspulen (3, 3‘) in einem Abstand d1 äquidistant zur Mittelebene E angeordnet sind.

Description

Beschreibung
BODENSENSOR
[0001] Die Erfindung betrifft einen Bodensensor zur Erfassung der Beschaffenheit eines Untergrunds.
[0002] Aus der WO 2017/092885 A1 ist ein Bodensensor zur Erfassung der Beschaffenheit eines Untergrunds bekannt. Dieser basiert auf einem geophysikalischen Messsystem, dem Prinzip der Elektromagnetischen Induktion (EMI), und wird eingesetzt, um die Beschaffenheit eines Untergrundes zu detektieren. Dabei wird von einer Sendespule ein Primärfeld erzeugt, das in Abhängigkeit von der Untergrundsituation ein Sekundärfeld induziert. Je nach Spulenkonfiguration kann der nahe Oberflächenbereich von wenigen Zentimetern bis mehreren Metern erfasst werden. Da die EMI Technologie im Gegensatz zu anderen geophysikalischen Methoden unter nahezu allen Bodensituationen einsetzbar und auch vergleichsweise kostengünstig in der Anschaffung ist, hat sie sich als Messmethode in der teilflächenspezifischen Landwirtschaft (sogenanntes Precision Farming) etabliert.
[0003] Bei der Montage eines derartigen hochempfindlichen EMI Messsystems auf einem Fahrzeug treten jedoch ungewünschte Wechselwirkungen mit dem Fahrzeug auf. Konkret verursacht das Fahrzeug ein elektromagnetisches Störfeld, welches mit dem durch das Messsystem erzeugte Primärfeld in Wechselwirkung tritt. Dabei wird ein Störfluss erzeugt, der in der Datenprozessierung gesondert behandelt werden muss. Das im Verhältnis zum Störsignal relativ schwache Nutzsignal kann durch eine ungünstige Montage gattungsgemäßer Bodensensoren am Fahrzeug gänzlich unbrauchbar werden.
[0004] Ein weiteres Problem ergibt sich bei Messungen auf hochohmigen Böden. Hier führt die geringe Leitfähigkeit des Bodens ebenfalls zu einem ungünstigen Signal-Rausch-Verhältnis. In Kombination mit dem hohen Rauschanteil durch das Störfeld der Arbeitsmaschine können die Messdaten im ungünstigsten Fall unbrauchbar werden.
[0005] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese und andere Probleme zu lösen. [0006] Diese und andere Aufgaben werden durch einen Bodensensor gemäß Anspruch 1 gelöst.
[0007] Ein erfindungsgemäßer Bodensensor zur Erfassung der Beschaffenheit eines Untergrunds umfasst zumindest eine elektromagnetische Sendespule und zumindest ein Paar elektromagnetischer Empfangsspulen. Die Sendespule ist zur Erzeugung eines elektromagnetischen Primärfelds und die Empfangsspulen sind zum Empfangen eines im Untergrund durch das Primärfeld induzierten elektromagnetischen Sekundärfelds ausgebildet. Der Bodensensor weist eine Mittelebene E auf. Die Mittelebene E kann insbesondere eine Ebene mit gleichem Abstand Zu zwei seitlichen Abmessungen des Bodensensors sein; es kann sich hinsichtlich der äußeren Form des Bodensensors auch um eine Symmetrieebene handeln. Vorzugsweise kann der Bodensensor im Bereich dieser Mittelebene an einem Arbeitsgerät befestigt werden. Erfindungsgemäß ist die Sendespule im Bereich der Mittelebene E angeordnet, und die Empfangsspulen sind beidseitig in einem im Wesentlichen gleichen Abstand d1 zur Mittelebene E angeordnet.
[0008] Dadurch ergeben sich die erfindungsgemäßen Vorteile, dass gleichzeitig das induzierte elektromagnetische Feld äquidistant zur Sendespule gemessen werden kann. Somit erfolgt eine Verdoppelung des Messsignals. Sofern die Bodenbeschaffenheit kleinräumige lokale Unterschiede zwischen den Positionen der Empfangsspulen aufweist, kann auch eine Mittelwertbildung der beiden empfangenen Signale erfolgen.
[0009] Es kann vorgesehen sein, dass zwei, drei oder mehr Paare elektromagnetischer Empfangsspulen vorgesehen sind, die jeweils äquidistant, also in gleichen Abständen, zur Mittelebene E angeordnet sind.
[0010] Dadurch ergeben sich die erfindungsgemäßen Vorteile, dass bei der Messung eine Auswahl getroffen werden kann, welches Messsignal berücksichtigt werden soll. Empfangsspulen,
die näher an der Mittelebene E liegen, haben bei bestimmungsgemäßen Gebrauch ein höheres Störsignal, da sie näher am Motor der Arbeitsmaschine liegen. Gleichzeitig haben diese Empfangsspulen eine geringere Erkundungstiefe aufgrund ihrer Nähe zur Sendespule. Hingegen haben Empfangsspulen mit größerem Abstand zur Mittelebene E ein niedrigeres Störsignal und eine höhere Erkundungstiefe. Durch die erfindungsgemäße Anordnung mehrerer äquidistant angeordneter Empfangsspulenpaare können je nach gewünschter Erkundungstiefe und akzeptablem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) bestimmte Empfangsspulenpaare ausgewählt werden.
[0011] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Abstände der benachbarten Empfangsspulen gleich dem Abstand der Sendespule zur nächstliegenden Empfangsspule sind.
[0012] Dadurch ergibt sich der erfindungsgemäße Vorteil, dass ein symmetrischer Bereich um die Sendespule gleichmäßig durch die Empfangsspulen abgedeckt ist.
[0013] Insbesondere kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Empfangsspulen relativ zur Sendespule starr angeordnet sind. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Empfangsspulen relativ zur Sendespule beweglich angeordnet sind, beispielsweise auf beweglichen Schlitten, die über Einrastungen an einem festen Rahmen oder dergleichen fixiert werden können. Dadurch könnte die Ortsauflösung bzw. Erkundungstiefe der Messung vor Ort variiert werden. Beispielsweise können vorab kalibrierte Einrastungen äquidistant zur Mittelebene mit einer Genauigkeit von unter 0,5 mm vorgesehen sein, wobei die beweglichen Schlitten eine torsionsfreie Bewegung der Empfangsspulen zu den Einrastungen sicherstellen.
[0014] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass d+ gleich 20 cm bis 80 cm, vorzugsweise 40 cm ist. In der Praxis hat sich gezeigt, dass dieser Abstand besonders vorteilhafte Ergebnisse liefert und geeignet ist, einen Teil der ungewünschten Wechselwirkungen mit der Arbeitsmaschine zu unterdrücken.
[0015] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Sendespule dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld mit einer Frequenz im Bereich von 5 kHz bis 30 kHz, insbesondere 8 kHz bis 16 kHz zu erzeugen.
[0016] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Sendespule und die Empfangsspulen horizontal ko-planar angeordnet sind.
[0017] Dadurch ergeben sich die erfindungsgemäßen Vorteile, dass bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das von der Sendespule erzeugte magnetische Hauptfeld in den Boden eindringt und das induzierte Messfeld besonders vorteilhaft von den Empfangsspulen gemessen werden kann. Zur Berechnung der Eindringtiefe ö des Primärfelds in den Boden kann auf die dimensionslose Induktionszahl ß zurückgegriffen werden. Diese berechnet sich aus
wHoos?
= «1, ß 2
wobei w die Frequenz, u die magnetische Feldkonstante, co die spezifische elektrische Leitfähigkeit und s den Abstand zwischen der Sendespule und der Empfangsspule bezeichnet. Die Induktionszahl ß ist für kleine Werte näherungsweise das Verhältnis des Spulenabstands s zur Eindringtiefe ö, sodass durch Wahl unterschiedlicher Spulenabstände s unterschiedliche Eindringtiefen ö gewählt werden können. Es kann somit aus dem Abstand der Empfangsspulen auf die Eindringtiefe geschlossen werden.
[0018] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Sendespule und die Empfangsspulen jeweils Windungen mit einem Drahtdurchmesser von etwa 0,7 mm aufweisen, wobei das Verhältnis der Windungszahl der Sendespule zur Windungszahl der Empfangsspulen etwa 100:700 ist. Auch hier hat sich in der Praxis gezeigt, dass diese Werte besonders vorteilhafte Ergebnisse liefern.
[0019] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die induzierte Messspannung im Bereich von etwa 9 nV bei einer Frequenz von 4 kHz und die magnetische Flussdichte im Bereich von
1079 T liegt.
[0020] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Sendespule und die Empfangsspulen jeweils einen Durchmesser im Bereich von 10 cm bis 50 cm, insbesondere 25 cm bis 40 cm aufweisen. Diese Abmessungen sind in der Praxis besonders vorteilhaft, um den Bodensensor auf handelsüblichen Arbeitsmaschinen anbringen zu können.
[0021] Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass ein Lock-in Verstärker zur Verstärkung des von den Empfangsspulen empfangenen Magnetfeldsignals vorgesehen ist.
[0022] Erfindungsgemäß können zwei, drei oder mehr Paare elektromagnetischer Empfangsspulen und ein Multiplexer, der dazu ausgebildet ist, die Empfangsspulen paarweise zeitlich hintereinander abzufragen, vorgesehen sein. Dabei kann die Abfrage der Empfangsspulenpaare vorzugsweise mit einer Frequenz im Bereich von 10 Hz erfolgen.
[0023] Dadurch ergeben sich die Vorteile, dass Messergebnisse von Spulenpaaren in unterschiedlichen Abständen zur Sendespule zur Verfügung stehen, welche jeweils getrennt für die Kompensation des Fahrzeugstöreinflusses verwendet werden können. Durch eine Umschaltfrequenz des Multiplexers im Bereich von 10 Hz wird eine in der Praxis für langsam fahrende Arbeitsmaschinen sinnvolle Sampling Rate erreicht.
[0024] Erfindungsgemäß kann eine Datenverarbeitungseinheit vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) der von den Empfangsspulen empfangenen Signale zu berechnen, und jenes Paar von Empfangsspulen auszuwählen, welches das höchste Signal-Rausch-Verhältnis aufweist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Messergebnisse nach ihrem SNR gefiltert werden können, und vorzugsweise jene Messergebnisse verwendet werden, die das geringste SNR aufweisen.
[0025] Erfindungsgemäß kann eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, beispielsweise ein Traktor, vorgesehen sein, die einen erfindungsgemäßen Bodensensor umfasst. Mit einer derartigen Arbeitsmaschine kann eine präzise Untersuchung des Untergrundes auch während einer Arbeitsfahrt erfolgen. Mit den Daten der Untersuchung kann eine teilflächenspezifische Landwirtschaft betrieben und optimiert werden.
[0026] Erfindungsgemäß kann der Bodensensor an einem Hubwerk vorne oder hinten an der Arbeitsmaschine befestigt sein. Insbesondere kann der Bodensensor in Bezug auf eine Längsachse der Arbeitsmaschine zentriert an der Arbeitsmaschine befestigt sein. Insbesondere kann der Bodensensor derart an der Arbeitsmaschine befestigt sein, dass seine Mittelebene E relativ zur Längsachse der Arbeitsmaschine im Wesentlichen zentriert verläuft, sodass die Störsignale eines in der Regel zentral angeordneten Motors bzw. Antriebs in gleicher Weise auf die äquidistant zur Mittelebene E angeordneten Empfangsspulen einwirken.
[0027] Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Zeichnungen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
[0028] Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine mit einer am Fronthubwerk montierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bodensensors;
[0029] Figs. 2a - 2b: zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Bodensensors in Ansichten von unten;
[0030] Fig. 3: ein schematisches Schaltbild einer elektronischen Schaltung zur Ansteuerung eines erfindungsgemäßen Bodensensors.
[0031] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine 4, in diesem Ausführungsbeispiel als Traktor illustriert, mit einem am Fronthubwerk montierten Bodensensor 1. Schematisch ist eine in Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine 4 unterschiedlich verlaufende Bodenbeschaffenheit angedeutet. Die vom Bodensensor 1 durch die Sendespule 2 gesendeten elektromagnetischen Signale werden vom Boden aufgenommen und erzeugen ein Induktionsfeld, wel-
ches von den Empfangsspulen 3, 3‘ aufgenommen wird.
[0032] Die gemessenen Signale werden an eine Datenverarbeitungseinheit 5 in der Arbeitsmaschine 4 übermittelt und dort ausgewertet, um die Bodenbeschaffenheit zu detektieren. Dabei befindet sich die Arbeitsmaschine 4 in Bewegung, sodass kontinuierlich ein Bereich des Untergrunds analysiert werden kann.
[0033] Figs. 2a - 2b zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Bodensensors 1 in Ansichten von unten. Der Bodensensor 1 ist im Wesentlichen quaderförmig und weist eine Koppelvorrichtung zur Befestigung an einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine auf. Der Bodensensor 1 umfasst eine Mittelebene E. Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Bodensensors 1 wird dieser an einer Arbeitsmaschine angebracht und entlang der Erstreckung der Mittelebene E in geringem Abstand über einen Boden bewegt.
[0034] Der Bodensensor 1 umfasst eine Sendespule 2 und zwei Paar elektromagnetischer Empfangsspulen 3, 3‘. Die Sendespule 2 und die Empfangsspulen 3, 3‘ sind jeweils als horizontal koplanare Spulen mit einem Durchmesser von etwa 15 cm ausgebildet. In der vorliegenden Abbildung verlaufen die Sendespule 2 und die Empfangsspulen 3, 3‘ normal auf die Zeichnungsebene. Die Sendespule 2 ist zur Erzeugung eines elektromagnetischen Primärfelds und die Empfangsspulen 3, 3‘ zum Empfangen eines im Untergrund durch das Primärfeld induzierten elektromagnetischen Sekundärfelds ausgebildet.
[0035] Die Sendespule 2 ist im Bereich der Mittelebene E angeordnet. Ein erstes Empfangsspulenpaar umfasst zwei Empfangsspulen 3, 3‘, die beidseitig in einem im Wesentlichen gleichen Abstand d}; zur Mittelebene E angeordnet sind. Der Abstand d; ist etwa 40 cm. Ein zweites Empfangsspulenpaar umfasst zwei Empfangsspulen 3, 3°, die beidseitig in einem im Wesentlichen gleichen Abstand d» zur Mittelebene E angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist d» > 2d-, nämlich etwa 100 cm. Mit anderen Worten, im Ausführungsbeispiel der Fig. 2a sind die Empfangsspulen 3, 3‘ jeweils äquidistant zur Sendespule 2 angeordnet, jedoch ist der Abstand benachbarter Empfangsspulen 3, 3‘ gegebenenfalls anders als der Abstand der Sendespule 2 zur nächstliegenden Empfangsspule 3, 3°.
[0036] Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2b entspricht jenem der Fig. 2a, wobei jedoch in diesem Ausführungsbeispiel d> = 2d+; gilt, nämlich etwa 80 cm. Mit anderen Worten, im Ausführungsbeispiel der Fig. 2b sind die Abstände benachbarter Empfangsspulen 3, 3‘ stets gleich dem Abstand der Sendespule 2 zur nächstliegenden Empfangsspule 3, 3‘. Hierdurch kann ein symmetrischer Bereich um die Sendespule 2 gleichmäßig durch die Empfangsspulen 3, 3‘ abgedeckt werden.
[0037] In anderen nicht beschriebenen Ausführungsbeispielen ist lediglich ein Paar an Empfangsspulen 3, 3‘ vorgesehen, bzw. sind mehr als zwei Paare an Empfangsspulen 3, 3‘ vorgesehen.
[0038] Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Bodensensors 1 mit einer elektronischen Schaltung zur Ansteuerung des Bodensensors 1. Der Bodensensor 1 umfasst eine Sendespule 2, die mit Tx bezeichnet ist, sowie drei Paare an Empfangsspulen 3, 3‘, die mit Rx1, Rx2 und Rx3 bezeichnet sind. Die Sendespule 2 und die Empfangsspulen 3, 3‘ sind an ein TX/RX-Spulenarray 7 geschaltet, sodass sie unabhängig voneinander aktiviert werden können.
[0039] Es ist ein Frequenzgenerator 8 vorgesehen, der ein periodisches elektrisches Sendesignal mit einer Frequenz im Bereich von 8 kHz - 9 kHz generiert, welches in eine Datenverarbeitungseinheit 5 und in das TX/RX-Spulenarray 7 geleitet wird. Die Sendespule 2 generiert daraus ein Primärfeld zur Einleitung in den Boden.
[0040] Die Empfangsspulen 3, 3‘ werden vom Multiplexer 6 zeitlich hintereinander mit einer Frequenz von etwa 10 Hz abgefragt. Die von den Empfangsspulen 3, 3‘ empfangenen Signale werden von einem Lock-In-Verstärker verstärkt und gelangen anschließend in einen A/D-Wandler 9. Dieser überträgt das übersetzte Signal an die Datenverarbeitungseinheit 5, wo die Berechnung der 1D-Inversion zur Bestimmung der Bodenparameter aus den drei Empfangsspulenpaaren
Rx1, Rx2, Rx3 empfangenen Leitfähigkeitswerten erfolgt. Die Datenverarbeitungseinheit 5 berechnet aus dem Sendesignal und den Empfangssignalen der Empfangsspulen 3, 3‘ jeweils ein Signal-Rausch-Verhältnis und wählt jenes Paar von Empfangsspulen 3, 3‘ aus, welches das höchste Signal-Rausch-Verhältnis aufweist.
[0041] Überdies werden die Daten von einer Speichereinheit 10 gespeichert. GPS-Daten der Arbeitsmaschine werden von einem GPS-Empfänger 11 entgegengenommen, um die Position des Bodensensors 1 festzustellen. Die Daten können über eine Busschnittstelle 12 abgegriffen werden und es kann ein Austausch mit einer seriellen Schnittstelle 13 erfolgen.
[0042] Der Schutzbereich der Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele sondern umfasst sämtliche Gegenstände der nachfolgenden Patentansprüche. Insbesondere ist der Schutzbereich nicht beschränkt auf Bodensensoren zur Verwendung in der Landwirtschaft.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Bodensensor 2 Sendespule 3, 3‘ Empfangsspule
4 Arbeitsmaschine
5 Datenverarbeitungseinheit 6 Multiplexer
7 TX/RX-Spulenarray
8 Frequenzgenerator
9 A/D-Wandler
10 Speichereinheit
11 GPS-Empfänger
12 Busschnittstelle
13 Serielle Schnittstelle

Claims (14)

Patentansprüche
1. Bodensensor (1) zur Erfassung der Beschaffenheit eines Untergrunds, umfassend zumindest eine elektromagnetische Sendespule (2) und zumindest ein Paar elektromagnetischer Empfangsspulen (3, 3°), wobei die Sendespule (2) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Primärfelds und die Empfangsspulen (3, 3°‘) zum Empfangen eines im Untergrund durch das Primärfeld induzierten elektromagnetischen Sekundärfelds ausgebildet ist, wobei der Bodensensor (1) eine Mittelebene E aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Sendespule (2) im Bereich der Mittelebene E angeordnet ist, und - die Empfangsspulen (3, 3‘) beidseitig in einem im Wesentlichen gleichen Abstand d+ zur
Mittelebene E angeordnet sind.
2. Bodensensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, drei oder mehr Paare elektromagnetischer Empfangsspulen (3, 3°) vorgesehen sind, die jeweils äquidistant zur Mittelebene E angeordnet sind.
3. Bodensensor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände benachbarter Empfangsspulen (3, 3°) gleich dem Abstand der Sendespule (2) zur nächstliegenden Empfangsspule (3, 3‘) sind.
4. Bodensensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand d+; gleich 20cm bis 80 cm, vorzugsweise 40 cm ist.
5. Bodensensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (2) dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld mit einer Frequenz im Bereich von 5 kHz bis 30 kHz, vorzugsweise 8 kHz bis 16 kHz zu erzeugen.
6. Bodensensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (2) und die Empfangsspulen (3, 3‘) horizontal ko-planar angeordnet sind.
7. Bodensensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (2) und die Empfangsspulen (3, 3°) jeweils Windungen mit einem Drahtdurchmesser von etwa 0,7mm aufweisen, wobei das Verhältnis der Windungszahl der Sendespule (2) zur Windungszahl der Empfangsspulen (3, 3°) etwa 100:700 ist.
8. Bodensensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendespule (2) und die Empfangsspulen (3, 3‘) jeweils einen Durchmesser im Bereich von 10 cm bis 50 cm, insbesondere 25 cm bis 40 cm aufweisen.
9. Bodensensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lock-in Verstärker zur Verstärkung des von den Empfangsspulen (3, 3‘) empfangenen Magnetfeldsignals vorgesehen ist.
10. Bodensensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, drei oder mehr Paare elektromagnetischer Empfangsspulen (3, 3‘) vorgesehen sind und ein Multiplexer (6) vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, die Empfangsspulen (3, 3°) paarweise zeitlich hintereinander abzufragen, vorzugsweise mit einer Frequenz im Bereich von 10 Hz.
11. Bodensensor (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenverarbeitungseinheit (5) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, das Signal-Rausch-Verhältnis der von den Empfangsspulen (3, 3‘) empfangenen Signale zu berechnen, und jenes Paar von Empfangsspulen (3, 3‘) auszuwählen, welches das höchste Signal-Rausch-Verhältnis aufweist.
12. Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (4), umfassend einen Bodensensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (4) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodensensor (1) an einem Hubwerk vorne oder hinten an der Arbeitsmaschine befestigt ist.
14. Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (4) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodensensor (1) in Bezug auf eine Längsachse der Arbeitsmaschine zentriert an der Arbeitsmaschine befestigt ist, vorzugsweise derart, dass die Mittelebene E relativ zur Längsachse im Wesentlichen zentriert verläuft.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5654637A (en) * 1995-05-19 1997-08-05 Geonics Limited Method for detecting buried high conductivity objects including scaling of voltages for eliminating noise of a particular depth
US20090201024A1 (en) * 2008-02-07 2009-08-13 Geonics Limited Ground Conductivity Meter with Automatic Calibration
US20090219027A1 (en) * 2007-09-28 2009-09-03 The Regents Of The University Of California Multi-sensor system for the detection and characterization of unexploded ordnance
WO2017092885A1 (de) * 2015-12-02 2017-06-08 Geoprospectors Gmbh Bodensensor
WO2018050665A1 (de) * 2016-09-13 2018-03-22 Geoprospectors Gmbh Vorrichtung zur erfassung der beschaffenheit eines untergrunds

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6894639B1 (en) * 1991-12-18 2005-05-17 Raytheon Company Generalized hebbian learning for principal component analysis and automatic target recognition, systems and method
US6445334B1 (en) * 2000-12-29 2002-09-03 Planning Systems Incorporated Ground penetrating radar system
US6967574B1 (en) * 2003-01-21 2005-11-22 The Johns Hopkins University Multi-mode electromagnetic target discriminator sensor system and method of operation thereof
US8174429B2 (en) * 2003-08-15 2012-05-08 L-3 Communications Cyterra Corporation Mine detection
US7521890B2 (en) * 2005-12-27 2009-04-21 Power Science Inc. System and method for selective transfer of radio frequency power
AU2008299384B2 (en) * 2007-05-14 2013-07-11 Ocean Floor Geophysics Inc. Underwater electric field electromagnetic prospecting system
WO2011075639A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-23 Christopher Gary Sentelle Moving entity detection
US8842035B2 (en) * 2010-04-08 2014-09-23 L-3 Communications Security And Detection Systems, Inc. Sensor head
US20130113648A1 (en) * 2011-09-30 2013-05-09 L-3 Communications Cyterra Corporation Sensor head
WO2014055732A2 (en) * 2012-10-04 2014-04-10 Whaley Brian A Shieldings for metal detector heads and manufacturing methods thereof
RU2537908C2 (ru) * 2013-03-06 2015-01-10 Государственное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ АФИ Россельхозакадемии) Устройство для внутрипочвенного измерения агротехнологических характеристик пахотного слоя почвы в движении
DE102018201251A1 (de) * 2018-01-26 2019-08-01 Fugro N.V. Detektieren von Gegenständen, die in einem Gewässer untergetaucht oder zumindest teilweise in einem Gewässerbett verborgen sind
EP3572846B1 (de) * 2018-05-22 2024-02-21 Iris Instruments Hochleistungstransformator und sender für geophysikalische messungen
WO2020113467A1 (zh) * 2018-12-05 2020-06-11 中国科学院地质与地球物理研究所 一种感应式磁传感器及电磁勘探设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5654637A (en) * 1995-05-19 1997-08-05 Geonics Limited Method for detecting buried high conductivity objects including scaling of voltages for eliminating noise of a particular depth
US20090219027A1 (en) * 2007-09-28 2009-09-03 The Regents Of The University Of California Multi-sensor system for the detection and characterization of unexploded ordnance
US20090201024A1 (en) * 2008-02-07 2009-08-13 Geonics Limited Ground Conductivity Meter with Automatic Calibration
WO2017092885A1 (de) * 2015-12-02 2017-06-08 Geoprospectors Gmbh Bodensensor
WO2018050665A1 (de) * 2016-09-13 2018-03-22 Geoprospectors Gmbh Vorrichtung zur erfassung der beschaffenheit eines untergrunds

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