DE10047937C1 - Determining ground water tension involves optical scanning of porous hydrophilic material to detect changes in reflection characteristics caused by varying ground water tension - Google Patents

Abstract

The method involves optical scanning of a porous hydrophilic material, whereby the changes in the reflection characteristics of the hydrophilic material caused by the varying ground water tension are measured optically. The tensiometer has a transmitter (S1) and receiver (E1) for transmitting light to and receiving light from the porous material (3). Independent claims are also included for the following: a tensiometer for implementing the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Bodenwasserspannung sowie ein Tensiometer zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for measuring the soil water tension and a tensiometer to carry out the method.

Mit Hilfe von Tensiometern ist die Bestimmung der Wasserspannung in Böden möglich. Der Begriff der Bodenwasserspannung entspricht in seiner Bedeutung den Begriffen Matrixpotential, Saugspannung und Wasserspannung. Die Boden­ wasserspannung ist ein wichtiger Parameter zur Charakterisierung des Bodenwasserhaushaltes.With the help of tensiometers is the determination of water tension in soils possible. The term soil water tension corresponds in meaning to Terms matrix potential, suction tension and water tension. The floor Water tension is an important parameter for characterizing the Soil water balance.

Die Bodenwasserspannung ist das Maß für die Summe der Haltekräfte für das Wasser im Boden. Sie ist entscheidend für pflanzenphysiologische Untersuchungen, da Pflanzen dieses Potential überwinden müssen, um dem Boden Wasser zu entnehmen. Zugleich ist die Kenntnis der Bodenwasserspannung nötig für Wassertransport- oder Wasserhaushaltsstudien, da Wasser immer von Orten höheren Potentials zu Orten niedrigeren Potentials fließt.The soil water tension is the measure of the sum of the holding forces for the Water in the ground. It is crucial for plant physiological studies, because plants have to overcome this potential to get water to the soil remove. At the same time, knowledge of the soil water tension is necessary for Water transport or water balance studies because water is always from places higher potential flows to places of lower potential.

Zur direkten Messung der Wasserspannung werden bisher vorzugsweise Tensiometer eingesetzt. Sie bestehen aus einem Hohlraum, der vollständig mit Wasser gefüllt ist. Dieser steht mit dem Boden über eine semipermeable Membran (vorzugsweise eine feinporöse Keramik) in Verbindung, die wasserdurchlässig ist und Gase sperrt. Diese überträgt die Bodenwasserspannung über den kapillaren Verbund auf das Tensiometerwasser, wodurch ein meßbarer atmosphärischer Unterdruck entsteht. Dieser kann z. B. mit Hilfe eines elektronischen Drucksensors gemessen und zur Anzeige gebracht - oder mit Datenloggern aufgezeichnet - werden. Up to now, direct measurement of water tension has been preferred Tensiometer used. They consist of a cavity that is completely covered Water is filled. This stands with the floor over a semipermeable membrane (preferably a fine porous ceramic), which is permeable to water and locks gases. This transmits the soil water tension over the capillary Compound on the tensiometer water, creating a measurable atmospheric Negative pressure arises. This can e.g. B. with the help of an electronic pressure sensor measured and displayed - or recorded with data loggers - become.  

Solche Tensiometer messen jedoch nur in einem eingeschränkten Messbereich (0. . . ca. 900 hPa), der durch den Dampfpunkt des Wassers begrenzt und damit wesentlich kleiner ist als der pflanzenphysiologisch relevante (0. . .15.000 hPa). Ab Erreichen des Dampfpunktes verdampft das Wasser, wodurch das Tensiometer die Bodenwasserspannung nicht mehr auf den Druckaufnehmer übertragen kann und "leerläuft". Das Wasser wird aus dem Tensiometer herausgesaugt. Ein leergelaufenes Tensiometer bedeutet jedoch einen erhöhten Wartungsaufwand, da es neu befüllt werden muß.However, such tensiometers only measure in a limited measuring range (0 ... approx. 900 hPa), which is limited by the vapor point of the water and thus is significantly smaller than the plant physiologically relevant one (0 ... 15,000 hPa). From When the steam point is reached, the water evaporates, causing the tensiometer to Soil water tension can no longer be transferred to the pressure transducer and "Idling". The water is sucked out of the tensiometer. An empty one However, tensiometer means an increased maintenance effort because it is refilled must become.

Die anderen zur Zeit verfügbaren Meßgeräte messen die Bodenwasserspannung indirekt und erfüllen nicht die benötigten Ansprüche an Genauigkeit, vor allem im Bereich niedriger Bodenwasserspannungen (fast gesättigter Boden).The other measuring devices currently available measure the Soil water tension indirectly and do not meet the required requirements Accuracy, especially in the area of low soil water tensions (almost saturated Ground).

Aus der DE 43 08 720 A1 ist ein Tensiometer mit einem in den Boden einzubringenden porösen Hohlkörper und einer Druckmeßeinrichtung bekannt.DE 43 08 720 A1 describes a tensiometer with one in the ground known porous hollow body and a pressure measuring device.

Aus der DE 26 18 540 A1 ist eine tensiometerbasierte elektronische Bewässerungsregelung bekannt. Dabei sind auf einer T-Schiene, die als Träger und Bodenspieß dient, eine keramische Zelle, ein Druckschalter, ein Entlüftungsventil und ein Wasserbehälter montiert. Die genannten Teile sind durch Verbindungsrohre miteinander gekoppelt. Die keramische Zelle wird so weit in den Boden versenkt, wie die Wurzellage der jeweiligen Pflanzenkultur es erfordert. Beim Trocknen des Bodens tritt eine kapillare Saugspannung auf, die das Wasser aus der keramischen Zelle heraussaugt. Über ein Verbindungsrohr erfolgt ein Druckausgleich zwischen der keramischen Zelle und dem Druckschalter. Der Druckschalter dient zur Ansteuerung von Wasserventilen. Die im Tensiometer auftretenden Luftblasen werden in regelmäßigen Zeitabständen durch Öffnen eines Magnetventils aus dem System herausgelassen, wobei gleichzeitig eine automatische Wassernachfüllung erfolgt.DE 26 18 540 A1 describes a tensiometer-based electronic Irrigation scheme known. Here are on a T-rail, which as a carrier and Floor spit serves, a ceramic cell, a pressure switch, a vent valve and a water tank mounted. The parts mentioned are through connecting pipes coupled with each other. The ceramic cell is sunk into the ground as far as the root position of the respective plant culture requires it. When drying the floor A capillary suction voltage occurs, which pushes the water out of the ceramic cell sucks. A pressure equalization between the ceramic cell and the pressure switch. The pressure switch is used for control of water valves. The air bubbles appearing in the tensiometer are in regular intervals by opening a solenoid valve from the system let out, at the same time an automatic water refill takes place.

Aus der DE 195 38 145 A1 ist bereits ein optoelektronisches Verfahren zur Online-Materialfeuchtemessung von rieselfähigen Messobjekten wie Erdboden, Pflanzsubstrat, Kompost, Sand bekannt, bei dem die Reflexionseigenschaften eines wasserdichten Festkörpers wie Glas oder Plexiglas gemessen werden. Hierbei wird das Messobjekt mittels einer Infrarot-Reflexlichtschranke und einer im Messobjekt befindlichen Linse beleuchtet. Der Anteil der reflektierten Strahlung wird gemessen, wobei der Anteil der reflektierten Strahlung mit zunehmender Materialfeuchte abnimmt.DE 195 38 145 A1 already describes an optoelectronic process for Online material moisture measurement of free-flowing objects such as soil, Plant substrate, compost, sand known, in which the reflective properties of a  waterproof solid such as glass or plexiglass can be measured. Here will the measurement object by means of an infrared reflex light barrier and one in the measurement object located lens illuminated. The proportion of reflected radiation is measured the proportion of the reflected radiation with increasing material moisture decreases.

Aus DE 196 16 391 C2 ist ein Tensiometer bekannt, das bei Überschreiten des Meßbereiches ein 2/2-Wege-Ventil NC ansteuert. Dieses Ventil ist auf der einen Seite mit dem Meßraum des Tensiometers und auf der anderen Seite mit einem Wasserreservoir verbunden. Öffnet nun das Ventil bei der voreingestellten Bodenwasserspannung, so kann Wasser aus dem Reservoir in das Tensiometer nachfließen und der Unterdruck im Tensiometer fällt. Auf diese Weise kann der Unterdruck immer in einem Bereich gehalten werden, der Blasenbildung vermeidet. Der Meßbereich ist bei diesem Meßgerät nicht größer als bei herkömmlichen Tensiometern.From DE 196 16 391 C2 a tensiometer is known which, when the Control a 2/2-way valve NC. This valve is on one side with the measuring room of the tensiometer and on the other side with a Connected water reservoir. Now opens the valve at the preset Soil water tension, so water can flow from the reservoir into the tensiometer  flow and the vacuum in the tensiometer falls. In this way, the Vacuum should always be kept in an area that avoids blistering. The measuring range of this measuring device is not larger than that of conventional ones Tensiometers.

Aus DE 196 29 745 C2 ist ein Gerät bekannt, das mit Hilfe von Laufzeitmessung von elektrischen Hochfrequenzwellen im Boden den Wassergehalt bestimmt. Das ist möglich, da die Dielektrizitätskonstante e des Bodens bei der verwendeten Frequenz maßgeblich vom Wassergehalt abhängig ist. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen mit ε^-0,5 skaliert, kann über eine Laufzeitmessung der Wassergehalt bestimmt werden. Dieses Gerät ist eingebettet in eine Matrix aus definiertem porösem Material, bei dem der Zusammenhang Wassergehalt und Bodenwasserspannung bekannt ist. Damit ist eine Messung der Bodenwasserspannung im Außenraum über eine Wassergehalts­ messung im definierten porösen Material möglich, wenn der Außenraum (Boden) in kapillarem Verbund mit dem porösen Medium steht.From DE 196 29 745 C2 a device is known which determines the water content with the aid of transit time measurement of high-frequency electrical waves in the ground. This is possible because the dielectric constant e of the soil at the frequency used is largely dependent on the water content. Since the propagation speed of electromagnetic waves scales with ε ^-0.5 , the water content can be determined using a transit time measurement. This device is embedded in a matrix of defined porous material, in which the relationship between water content and soil water tension is known. It is therefore possible to measure the soil water tension in the exterior by means of a water content measurement in the defined porous material if the exterior (floor) is in a capillary connection with the porous medium.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßverfahren und ein Tensiometer bereitzustellen, die es erlauben, den Meßbereich über den Meßbereich herkömmlicher Tensiometer zu erweitern. Gleichzeitig soll das Tensiometer wartungsarm (selbstbefüllend) sein. Die Meßgenauigkeit soll hoch sein, auch bei niedrigen Bodenwasserspannungen.The object of the invention is a measuring method and a tensiometer To provide, which allow the measuring range over the measuring range expand conventional tensiometer. At the same time, the tensiometer be low-maintenance (self-filling). The measuring accuracy should be high, even with low soil water tensions.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren und das im Anspruch 2 beschriebene Tensiometer gelöst.This object is achieved by the one described in claim 1 Method and the tensiometer described in claim 2 solved.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Tensiometers sind Gegenstand der Patentansprüche 3 bis 22.Preferred developments and embodiments of the invention Tensiometers are the subject of claims 3 to 22.

Ausführungsbeispiele, Funktion und Varianten des erfindungsgemäßen Tensiometers werden anhand der nachfolgenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Embodiments, function and variants of the invention Tensiometers are explained using the following drawings. Show it:

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tensiometers, Fig. 1 shows an embodiment of the tensiometer of the present invention,

Fig. 2 die Wasseroberfläche in einer Kapillare eines porösen, hydrophilen Materials, Fig. 2, the water surface in a capillary porous of a hydrophilic material,

Fig. 3 die Reflexion an einer planen und einer gewölbten Oberfläche, Fig. 3 the reflection at a plane and a curved surface,

Fig. 4 die Signalkurve bei einer Reflexionsmessung in einem Winkel von ca. 70° gegen die Normale (typischer Verlauf), Fig. 4 shows the waveform for a reflection measurement at an angle of approximately 70 ° relative to the normal (typical curve),

Fig. 5 die Messung in verschiedenen Winkeln, Fig. 5 shows the measurement at different angles,

Fig. 6 die Reflexion bei einer Anordnung mit Lichteinfall senkrecht zur Oberfläche und Fig. 6 shows the reflection in an arrangement with incidence of light perpendicular to the surface and

Fig. 7 die Messung der Steigung des Empfängersignals bei Variation des Referenzdruckes. Fig. 7 the measurement of the slope of the receiver signal with variation of the reference pressure.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Tensiometers mit einem Strahlungsempfänger E1 und einem Lichtsender S1, der aus einer Lichtdiode, oder einem, vorzugsweise gepulsten, Halbleiterlaser besteht. Damit Lichtsender S1 und Strahlungsempfänger E1 nur über einen möglichst kleinen Winkelbereich senden und empfangen können, sind in den Strahlengang vorzugsweise optische Bauteile wie Blenden oder Linsen in den Strahlengang eingefügt. Über ein poröses Material 3 wird der Kontakt zum Bodenwasser hergestellt. Gleichzeitig wird die Innenseite des porösen Materials 3 zur Abtastung durch die optischen Bauteile benutzt. Der Innenraum (Meßraum) 5 steht über ein Referenzluftröhrchen 8 mit der Außenluft in Verbindung. Das Röhrchen 8 wird durch einen wasserabweisenden, luftdurchlässigen Verschluß 9 geschützt. Dieser verhindert das Eindringen von Wasser in das Röhrchen 8 bei Stauwasser und kann beispielsweise aus porösem Teflon bestehen. Fig. 1 shows schematically an embodiment of a tensiometer according to the invention with a radiation receiver E1 and a light transmitter S1, which consists of a light diode, or a, preferably pulsed, semiconductor laser. So that light transmitter S1 and radiation receiver E1 can only send and receive over the smallest possible angular range, optical components such as diaphragms or lenses are preferably inserted into the beam path. The contact to the soil water is established via a porous material 3 . At the same time, the inside of the porous material 3 is used for scanning by the optical components. The interior (measuring space) 5 is connected to the outside air via a reference air tube 8 . The tube 8 is protected by a water-repellent, air-permeable closure 9 . This prevents the penetration of water into the tube 8 in the case of backwater and can consist, for example, of porous Teflon.

Das Signal gelangt vom Strahlungsempfänger E1 über eine Drahtverbindung zu einer Auswerteschaltung 4, in der es verarbeitet wird. Dazu wird vorzugsweise ein Mikrocontroller eingesetzt. Die Spitze 6 am Tensiometer erleichtert das Einbringen in den Boden. Der Schaft 7 mit variabler Länge ermöglicht den Einsatz des Sensors in verschiedenen Tiefen. Das Tensiometer ist über eine Signal- und Versorgungsleitung 10 angeschlossen. Der Schaft 7 ist mit einer Kappe 11 verschlossen.The signal passes from the radiation receiver E1 via a wire connection to an evaluation circuit 4 , in which it is processed. A microcontroller is preferably used for this. The tip 6 on the tensiometer makes it easier to insert it into the ground. The shaft 7 with variable length enables the sensor to be used at different depths. The tensiometer is connected via a signal and supply line 10 . The shaft 7 is closed with a cap 11 .

Durch die Größe der Kapillaren des porösen Materials 3 von maximal einigen µm werden bei allen beschriebenen Messungen immer viele Kapillaren abgetastet. Die Abtastung einer einzelnen Kapillare ist technisch nur sehr schwer zu realisieren.Due to the size of the capillaries of the porous material 3 of at most a few µm, many capillaries are always scanned in all the measurements described. The scanning of a single capillary is technically very difficult to implement.

In Fig. 2 sind die Verhältnisse an der Oberfläche eines porösen, hydrophilen Materials dargestellt. Die anliegende Bodenwasserspannung steigt mit den Bildern von oben nach unten an. Die von den optischen Bauteilen abgetastete Oberfläche liegt in den Bildern immer oben. In FIG. 2, the situation is shown on the surface of a porous hydrophilic material. The soil water tension increases with the pictures from top to bottom. The surface scanned by the optical components is always on top in the pictures.

Zu sehen ist hierbei, daß nicht nur die Reflexion an der Wasseroberfläche eine Rolle spielt, sondern auch die Reflexion am Material selbst, das teilweise nicht von Wasser bedeckt ist. Um diese störende Untergrundreflexion zu vermindern, können zwei Verfahren angewandt werden. Entweder durch Einfärben des porösen Materials mit einem wenig reflektierenden Farbstoff oder durch das Einsetzen von optischen Filtern, um das vom porösen Material reflektierte Licht heraus zu filtern, bzw. zu reduzieren. Als Filter kommen z. B. Polarisations- oder Interferenzfilter in Frage.It can be seen here that not only the reflection on the water surface is a Role plays, but also the reflection on the material itself, which is partly not from Water is covered. To reduce this disturbing background reflection, you can two procedures are used. Either by coloring the porous material with a little reflective dye or by using optical Filter to filter out the light reflected by the porous material to reduce. As filters come e.g. B. polarization or interference filter in question.

Das oberste Bild (a) in Fig. 2 zeigt schematisch die Form der Wasseroberfläche bei niedrigen Bodenwasserspannungen (nahe Sättigung). Durch die Form der sich weitenden Kapillaren ist die Oberfläche konvex gekrümmt. Steigt die Bodenwasserspannung an (b), so zieht sich die Oberfläche weiter in die Kapillare zurück. Dabei wird sie erst flacher und krümmt sich bei steigender Wasserspannung konkav nach innen (c und d). Bei sehr hohen Wasserspannungen zieht sich die Wasseroberfläche soweit zurück (d), daß sie optisch nicht mehr abtastbar ist.The top picture (a) in Fig. 2 shows schematically the shape of the water surface at low soil water tensions (near saturation). Due to the shape of the widening capillaries, the surface is convexly curved. If the soil water tension increases (b), the surface retracts further into the capillary. It only becomes flatter and curves concavely inwards as the water tension increases (c and d). At very high water tensions, the water surface retracts (d) to such an extent that it can no longer be scanned optically.

Die Krümmung der Wasseroberfläche ist nicht nur eine Funktion der Bodenwasserspannung. Sie hängt zusätzlich vom Kapillardurchmesser und über die Kohäsionskräfte vom Material ab (die Kohäsionskräfte bestimmen den Randwinkel).The curvature of the water surface is not just a function of the Soil water tension. It also depends on the capillary diameter and the Cohesive forces on the material (the cohesive forces determine the contact angle).

Das Verhalten von parallel eingestrahltem Licht bei Reflexion an einer nicht gekrümmten und einer gekrümmten Oberfläche zeigt Fig. 3. An der ebenen Oberfläche werden parallele Strahlen, wieder parallel, in gleichem Winkel, reflektiert. Ein Signal kann nur detektiert werden, wenn sich der Empfänger im ausfallenden Strahlenbündel befindet. Ist dieses Strahlenbündel eng, so erhält man ein Signal nur in einem eng begrenzten Bereich. Wird das Licht an gekrümmten Oberflächen reflektiert, so wird sich auch in anderen Winkeln/Richtungen ein Signal nachweisen lassen (Streuung). Je stärker die Krümmung ist, desto mehr wird das Bündel aufgeweitet. Dabei ist die Richtung der Krümmung (konkav oder konvex) in erster Näherung ohne Bedeutung.The behavior of light radiated in parallel when reflected on a non-curved and a curved surface is shown in FIG. 3. On the flat surface, parallel rays are reflected, again in parallel, at the same angle. A signal can only be detected if the receiver is located in the beam of rays that is falling out. If this bundle of rays is narrow, a signal is only obtained in a narrowly limited area. If the light is reflected on curved surfaces, a signal can also be detected in other angles / directions (scattering). The greater the curvature, the more the bundle is expanded. The direction of the curvature (concave or convex) is irrelevant in the first approximation.

In Fig. 4 ist eine exemplarische Signalkurve zu sehen. Bei niedrigen Bodenwasserspannungen steigt die Kurve mit steigender Wasserspannung erst etwas an. Bei weiter steigender Wasserspannung fällt die Kurve, bis sie sich asymptotisch einem Grenzwert annähert. An exemplary signal curve can be seen in FIG . At low soil water tensions, the curve only increases slightly with increasing water tension. As the water tension continues to rise, the curve falls until it approaches an asymptotic limit.

Der Anstieg bei niedrigen Wasserspannungen ist damit erklärbar, daß sich die zuerst nach oben gewölbte Wasseroberfläche ((a) in Fig. 2) beim Zurückziehen (ansteigende Bodenwasserspannung) abflacht (= Maximalwert des Signals (b) in Fig. 2) und erst dann konkav mit größer werdender Krümmung nach innen in das poröse Material wandert ((c + d) in Fig. 2). Bei welcher Bodenwasserspannung der Maximalwert auftritt, hängt vom Material des porösen Materials und der Kapillargröße ab. Von den gleichen Parametern ist es auch abhängig, wie schnell die Kurve gegen den Grenzwert läuft. Damit ist der nutzbare Meßbereich des Tensiometers über die Porengröße und das Material einstellbar.The increase at low water tensions can be explained by the fact that the first curved upward water surface ((a) in Fig. 2) flattens when retracting (increasing soil water tension) (= maximum value of the signal (b) in Fig. 2) and only then becomes concave migrates inward into the porous material with increasing curvature ((c + d) in FIG. 2). The soil water tension at which the maximum value occurs depends on the material of the porous material and the capillary size. How fast the curve runs against the limit value also depends on the same parameters. The usable measuring range of the tensiometer can thus be adjusted via the pore size and the material.

Als weitere Variante zur Messung bietet es sich an, das Licht senkrecht auf die Oberfläche fallen zu lassen und die resultierende Winkelverteilung zu messen (Fig. 6). Je stärker die zu vermessende Oberfläche gekrümmt ist, desto mehr wird das Licht um größere Winkel abgelenkt.As a further variant for measurement, it is advisable to let the light fall perpendicularly onto the surface and to measure the resulting angular distribution ( FIG. 6). The more the surface to be measured is curved, the more the light is deflected by larger angles.

Wird die Intensität des Signals nur in einem Winkel gemessen, ist die oben beschriebene Signalkurve in niedrigen Bodenwasserspannungsbereichen durch das Maximum nicht eindeutig. Diese Nichteindeutigkeit kann z. B. auf die drei nachfolgend beschriebenen Weisen behoben werden.If the intensity of the signal is measured only at one angle, it is above described signal curve in low soil water tension ranges by the Maximum not clear. This ambiguity can e.g. B. the three below described ways are resolved.

In (Fig. 5) ist eine Variante dargestellt, bei der unter mindestens zwei Winkeln gemessen wird. Der zweite Sender S2 und der entsprechende Empfänger E2 werden dazu unter sehr großem Winkel zur Normalen angebracht (fast 90°). Ist der Wassermeniskus konvex nach oben gekrümmt, so erhält man am Empfänger E2 ein Signal. Zieht sich der Meniskus ins Material zurück, kann bei diesem kleinen Winkel nichts mehr nachgewiesen werden. Das Signal am Empfänger E2 wird deutlich kleiner (die reflektierten Anteile von der Wasseroberfläche verschwinden). Damit ist eine Aussage möglich, ob man sich am aufsteigenden oder am abfallenden Teil der Meßkurve befindet. Um das System weiter zu vereinfachen kann auf den Sender S2 verzichtet werden.A variant is shown in ( FIG. 5) in which measurements are carried out at at least two angles. For this purpose, the second transmitter S2 and the corresponding receiver E2 are attached at a very large angle to the normal (almost 90 °). If the water meniscus is convexly curved upwards, a signal is received at the receiver E2. If the meniscus withdraws into the material, nothing can be detected at this small angle. The signal at the receiver E2 becomes significantly smaller (the reflected parts disappear from the water surface). This enables a statement to be made as to whether one is on the ascending or descending part of the measurement curve. In order to further simplify the system, the transmitter S2 can be omitted.

Ebenfalls ein eindeutiges Signal und zusätzlich eine größere Meßgenauigkeit bzw. einen größeren Meßbereich erhält man durch den Einsatz von zwei oder mehr porösen Materialien unterschiedlicher Porosität. Dazu werden die Reflexionen der verschiedenen Oberflächen vermessen. Mit diesen Signalen kann z. B. ein Mikrocontroller bewerten, ob sich das Signal am aufsteigenden oder am absteigenden Teil der Meßkurven befindet.Also a clear signal and, in addition, greater measuring accuracy or a larger measuring range is obtained by using two or more porous materials of different porosity. The reflections of the different surfaces. With these signals z. B. a microcontroller  evaluate whether the signal is on the ascending or descending part of the measurement curves.

Eine weitere Variante stellt die dynamische Messung (Fig. 7) dar, die entweder allein oder ergänzend zu den oben beschriebenen Methoden eingesetzt werden kann. Dabei dient als Signal nicht die absolute Intensität am Empfänger, sondern die Steigung der Signalkurve bei Variation der Wasserspannung. Da die Bodenwasserspannung nicht aktiv variiert werden kann, muß der Referenzdruck (normalerweise Luftdruck) variiert werden. Dabei wird eine Messung mit dem Luftdruck als Referenz durchgeführt und eine zweite mit einem definiert veränderten Druck (ca. 20 bis 50 hPa). Für die zweite Messung wird die Referenz mit einem Ventil verschlossen, und es wird (z. B. mit einer Schlauchpumpe) Überdruck im Tensiometer-Meßraum 5 erzeugt. Damit wird eine höhere Bodenwasserspannung simuliert, deren Ergebnis ausgewertet wird. Für dieses Meßprinzip muß eine Keramik eingesetzt werden, deren Bubble Point (Lufteintrittspunkt) höher als der gewünschte Meßbereich liegt.Another variant is the dynamic measurement ( FIG. 7), which can be used either alone or in addition to the methods described above. It is not the absolute intensity at the receiver that serves as the signal, but the slope of the signal curve when the water voltage varies. Since the soil water tension cannot be actively varied, the reference pressure (normally air pressure) must be varied. One measurement is carried out with the air pressure as a reference and a second with a defined change in pressure (approx. 20 to 50 hPa). For the second measurement, the reference is closed with a valve and (eg with a peristaltic pump) excess pressure is generated in the tensiometer measuring chamber 5 . This simulates a higher soil water tension, the result of which is evaluated. For this measuring principle, a ceramic must be used, the bubble point of which is higher than the desired measuring range.

Um eine langzeitstabile Messung durchführen zu können, muß das poröse Material auf der Innenseite, die optisch abgetastet wird, vor Befall bzw. Ansiedlung von Mikroorganismen geschützt werden. Dazu kann die Innenseite mit einem Fungizid behandelt werden. Zusätzlich bieten Schichten, z. B. aus Silber, einen guten Schutz vor dem Befall mit Mikroorganismen. Um dies auszunutzen, kann eine Silberschicht in der Keramik integriert werden.In order to be able to perform a long-term stable measurement, the porous Material on the inside, which is optically scanned, before infestation or settlement protected by microorganisms. The inside can be done with a Fungicide to be treated. In addition, layers, e.g. B. made of silver, a good one Protection against infestation with microorganisms. To take advantage of this, a Silver layer can be integrated in the ceramic.

Die optische Abtastung sollte nur kurzzeitig (gepulst) erfolgen, damit möglichen Organismen kein Licht zum Wachstum angeboten wird. Gleichzeitig kann die Wellenlänge entsprechend gewählt werden, um Befall zu minimieren (z. B. IR- Licht).The optical scanning should only take place for a short time (pulsed) no light for growth is offered to possible organisms. At the same time the wavelength should be selected accordingly to minimize infestation (e.g. IR Light).

Da die Bodenwasserspannung im Gleichgewichtszustand mit der Luftfeuchte in direktem Zusammenhang steht, kann mit dem beschriebenen Meßgerät ebenfalls die Luftfeuchte in Bereichen hoher relativer Feuchte gemessen werden (ca. 99 bis 100%rF).Because the soil water tension is in equilibrium with the humidity is directly related, can also with the measuring device described the air humidity is measured in areas of high relative humidity (approx. 99 to 100% RH).

Claims (22)

1. Verfahren zur Bodenwasserspannungsmessung mit optischer Abtastung eines porösen, hydrophilen Materials (3), bei dem die durch die sich ändernde Bodenwasserspannung hervorgerufenen Änderungen der Reflexionseigenschaften des porösen Materials (3) optisch vermessen werden.1. A method for soil water tension measurement with optical scanning of a porous, hydrophilic material ( 3 ), in which the changes in the reflection properties of the porous material ( 3 ) caused by the changing soil water tension are measured optically. 2. Tensiometer zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlungssender (S1) und ein Strahlungsempfänger (E1) vorgesehen sind, die das Licht auf das poröse Material (3) richten bzw. das vom porösen Material (3) reflektierte Licht empfangen.2. Tensiometer for performing the method according to claim 1, characterized in that a radiation transmitter (S1) and a radiation receiver (E1) are provided which direct the light onto the porous material ( 3 ) or the light reflected from the porous material ( 3 ) receive. 3. Tensiometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungssender (S 1) und Strahlungsempfänger (E1) nur in einem kleinen Winkel Licht aussenden bzw. empfangen.3. tensiometer according to claim 2, characterized in that radiation transmitter (S 1) and radiation receiver (E1) only emit light at a small angle or receive. 4. Tensiometer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungssender (S1) und der Strahlungsempfänger unter identischem Winkel zur Oberfläche des porösen Materials (3) montiert sind, wobei der Fokus der beiden Bauteile an einem Punkt der Oberfläche liegt.4. Tensiometer according to claim 2 or 3, characterized in that the radiation transmitter (S1) and the radiation receiver are mounted at an identical angle to the surface of the porous material ( 3 ), the focus of the two components being at a point on the surface. 5. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungssender (S1) aus einem Halbleiterlaser besteht.5. Tensiometer according to one of claims 2 to 4, characterized in that the Radiation transmitter (S1) consists of a semiconductor laser. 6. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungssender (S1) das Licht senkrecht auf die poröse Oberfläche des porösen Materials (3) einstrahlt.6. Tensiometer according to one of claims 2 to 5, characterized in that the radiation transmitter (S1) radiates the light perpendicularly onto the porous surface of the porous material ( 3 ). 7. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung mehrere unter verschiedenen Winkeln zum porösen Material (3) angeordnete Sender (S1, S2) und/oder Empfänger (E1, E2) vorgesehen sind.7. tensiometer according to one of claims 2 to 6, characterized in that for the evaluation several at different angles to the porous material ( 3 ) arranged transmitter (S1, S2) and / or receiver (E1, E2) are provided. 8. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Signal nicht die Intensität selbst, sondern die Intensitätsänderung bei künstlichen Wasserspannungsänderungen ausgewertet wird.8. tensiometer according to one of claims 2 to 7, characterized in that as Signal not the intensity itself, but the change in intensity in artificial Changes in water tension are evaluated. 9. Tensiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ein- und Ausleitung des Lichtes Glasfaserkabel vorgesehen sind. 9. Tensiometer according to one of the preceding claims, characterized in that fiber optic cables are provided for the input and output of the light.   10. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der störenden Untergrundstrahlung Polarisationsfilter vorgesehen sind.10. Tensiometer according to one of claims 2 to 9, characterized in that Polarization filters are provided to reduce the disturbing background radiation are. 11. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere poröse Materialien (3) unterschiedlicher Porosität vorgesehen sind und die Signale von mindestens zwei unterschiedlichen Porositäten ausgewertet werden.11. Tensiometer according to one of claims 2 to 10, characterized in that several porous materials ( 3 ) of different porosity are provided and the signals of at least two different porosities are evaluated. 12. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung von störender Reflexion am porösen Material dieses geeignet eingefärbt ist.12. Tensiometer according to one of claims 2 to 11, characterized in that suitable for reducing disturbing reflection on the porous material is colored. 13. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung von störender Strahlung ein entsprechender optischer Filter eingesetzt ist.13. Tensiometer according to one of claims 2 to 12, characterized in that an appropriate optical filter to reduce interfering radiation is inserted. 14. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftdruck an die Meßstelle herangeführt ist (Röhrchen 8).14. Tensiometer according to one of claims 2 to 13, characterized in that the air pressure is brought to the measuring point (tube 8 ). 15. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Bewuchs des porösen Materials (3) durch Mikroorganismen das Material mit geeigneten Fungiziden behandelt, und/oder eine geeignete Schicht, z. B. aus Silber, in das poröse Material integriert ist.15. Tensiometer according to one of claims 2 to 14, characterized in that to avoid fouling of the porous material ( 3 ) treated by microorganisms, the material with suitable fungicides, and / or a suitable layer, for. B. of silver, is integrated into the porous material. 16. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsquelle (S1) in Bezug auf minimalen Mikroorganismenbefall optimaler Wellenlänge verwendet ist.16. Tensiometer according to one of claims 2 to 15, characterized in that a radiation source (S1) with regard to minimal microorganism infestation more optimal Wavelength is used. 17. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung des Signals ein Mikrocontroller vorgesehen ist.17. Tensiometer according to one of claims 2 to 16, characterized in that A microcontroller is provided for evaluating the signal. 18. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabe des Signals analog und/oder digital erfolgt.18. Tensiometer according to one of claims 2 to 17, characterized in that the signal is output in analog and / or digital form. 19. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material (3) aus einer Al₂O₃ Sinterkeramik besteht.19. Tensiometer according to one of claims 2 to 18, characterized in that the porous material ( 3 ) consists of an Al ₂ O ₃ sintered ceramic. 20. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereich über die Porosität und/oder das Material eingestellt wird. 20. Tensiometer according to one of claims 2 to 19, characterized in that the measuring range is set via the porosity and / or the material.   21. Tensiometer nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch abgetastete Oberfläche automatisch mechanisch und/oder chemisch gereinigt wird.21. Tensiometer according to one of claims 2 to 20, characterized in that the optically scanned surface automatically mechanically and / or chemically is cleaned. 22. Tensiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tensiometer zur Messung der relativen Luftfeuchte in Bereichen hoher relativer Feuchte (nahe Sättigung) eingesetzt wird22. Tensiometer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the tensiometer for measuring the relative humidity in Areas of high relative humidity (near saturation) is used