DE19503017C2 - Schneeprofilmeßsonde - Google Patents
SchneeprofilmeßsondeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Messung des Schichtaufbaus
einer Schneedecke, die in dieser Anmeldung als Schneeprofilmeßsonde
bezeichnet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer
optischen Meßstrecke zur Ermittlung eines Schneeprofils.
Aus der DE 43 22 800 A1, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird,
ist eine Vorrichtung zum Messen seines Schneeprofils bekannt geworden,
bei der eine Vielzahl von elastisch verformbaren Fühlern entlang einem
zylindrischen länglichen Gehäuse angebracht sind. Die Fühler, welche mit
Verformungsdetektoren versehen sind, sind von einer Ruheposition in
eine Meßposition verfahrbar, in der sie mit dem Schnee in Berührung
kommen und damit eine Verformung der Fühler bewirken. Mit der
Vorrichtung können exakte Schneeprofilmessungen, insbesondere auch
deren zeitlicher Verlauf (z. B. Beeinflussung des Schneeprofils durch einen
vorbeifahrenden Skiläufer), durchgeführt werden, wie sie insbesondere im
Bereich der Lawinenforschung erforderlich sind. Wegen der verwendeten
großen Anzahl von Fühlern und der daraus folgenden Komplexheit der
Anordnung ist diese Vorrichtung nur bedingt für schnelle Schneeprofil
messungen bei alpinen Tourengängen geeignet.
Aus der DE 42 04 165 C1 ist ein Verfahren zur optronischen Schneefall
detektion bekannt geworden. Dabei wird ein modulierter Lichtstrahl
ausgesandt und der reflektierte Anteil des ausgesandten Lichtstrahls wird
empfangen. Die Erfassung erfolgt durch Messen des erhöhten durch
Einzelreflexion an Schneeflocken aus unterschiedlichen Entfernungen und
damit unterschiedlichen Reflexionsfaktoren bedingten Rauschanteils und
durch Vergleichen mit dem bekannten konstanten Eigenrauschen der
Empfangsanordnung sowie dem Hintergrundrauschen. Das offenbarte
Verfahren gibt jedoch keine Hinweise auf die Ausbildung einer Schnee
profilmeßsonde.
Aus der DE 33 44 088 A1 ist eine Schneefallwarneinrichtung bekannt gewor
den. Dazu ist ein Schneeauffangbehälter mit vier Infrarotlichtschranken
bestückt, die mit einem Steuergerät verbunden sind. Die Auslösung eines
Alarms erfolgt nach einer bestimmten Schneehöhe, die sich im Auffang
behälter angesammelt hat. Auch dieser Druckschrift können keine Hin
weise zur Ausbildung einer Schneeprofilmeßsonde entnommen werden.
Aus dem Aufsatz "Cone penetration testing in snow" von Leo H.J. Schaap und
Paul M.B. Föhn in Can. Geotech. J. 24, 335-341 (1987) ist eine
Schneeprofilmeßsonde nach Art der Rammsonde bekannt geworden. Dabei wird
der Widerstand, den die Schneedecke der Sondenspitze beim Einführen der
Sonde entgegenstellt, mittels mechanischer Spannungsensoren erfaßt. Es handelt
sich dabei um eine von der Rammsonde bekannte kegelförmige Spitze, die in
mechanischer Verbindung zu den Spannungssensoren steht. Das elektrische
Signal der Sensoren wird beim Einführen erfaßt, um daraus ein Schneeprofil zu
erstellen. Auch aus dem Aufsatz "A New Instrument for Determining Strength
Profiles in Snow Cover" von Timothy Dowd und R.L. Brown in Journal of
Glaciology, Band 32, Nr. 111, 1986, S. 299-301 ist eine Schneeprofilmeßsonde bekannt
geworden, die ebenfalls auf dem Prinzip der Rammsonde beruht.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schneeprofilmeßsonde bereitzu
stellen, die eine leichte Handhabbarkeit für schnelle, zuverlässige Ein
fachmessungen gewährleistet.
Die Aufgabe wird gelöst mit Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 1
und 4 und durch die in Anspruch 20 angegebene Verwendung einer
bekannten Vorrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen
ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Sonde weist einen stabförmigen Trägerkörper
auf, der in eine Schneeschicht einführbar ist. Mit einer Positionsbestim
mungseinrichtung kann die Eindringtiefe des Trägerkörpers in einer
Schneedecke bestimmt werden. An einem Ende des Trägerkörpers ist
eine Meßeinrichtung vorgesehen, mit der die Messung des Schneeprofils
durchgeführt wird.
Es ist der besondere Vorteil dieser Vorrichtung, daß sie mit nur einer
Meßeinrichtung auskommt. Auf diese Weise können die Komplexität und
damit die Herstellungskosten gesenkt werden. Durch eine insgesamt
kleinere Baugröße wird die Transportabilität erhöht.
Die Meßeinrichtung kann auf einem mechanischen (z. B. über Dehnungs
meßstreifen) oder einem optischen (z. B. über eine optische Meßstrecke)
Prinzip beruhen.
Die Positionsbestimmungseinrichtung dient zur Bestimmung der momenta
nen Position des Meßelements relativ zur Schneedecke. Beispielsweise
wird die Positionsbestimmungseinrichtung mit einer Schneeauflageplatte in
Zusammenhang mit einem Reibrad realisiert. Alternativ dazu können
auch Helligkeitssensoren bereitgestellt sein, die über die Trägerkörperlän
ge verteilt sind und mit denen die Eindringtiefe durch Ermittlung einer
Hell-Dunkel-Grenze festgestellt werden kann.
Die Positionsbestimmung kann auch durch optische, kapazitive oder
magnetische Sensoren erfolgen, die am Trägerkörper angebracht sind.
Dies entspricht dem Prinzip elektronischer Schiebelehren.
In alternativer Weise kann ein Verschiebeteil vor
gesehen sein, das sich über die gesamte Länge des Trägerkörpers ver
schieben läßt, wobei damit eine Positionsmessung ausgeführt wird. Ein
solches Verschiebeteil könnte beispielsweise ein ausklappbarer Flügel sein,
der sich vor dem Einführen der Sonde in den Schnee an der Unterseite
befindet und vom Trägerkörper wegragt. Beim Einführen der Sonde in
den Schnee bleibt der Flügel dann auf der Schneeoberfläche liegen. Der
Flügel kann beispielsweise in einer Führungsnut am Trägerkörper geführt
werden.
Gemäß einer weiteren Alternative kann die Positionsbestimmungsein
richtung in Form einer Abstandsmeßeinrichtung realisiert werden, mit der
der Abstand des der Meßeinrichtung gegenüberliegenden Endes des
Trägerkörper von der Schneeoberfläche bestimmt werden kann. Mit Hilfe
der bekannten Länge des Trägerkörpers kann daraus die Eindringtiefe
der Meßeinrichtung in die Schneedecke ermittelt werden. Die Abstands
meßeinrichtung kann auf einem Ultraschall- oder Lasersystem beruhen.
Die Signale der Positionsbestimmungseinrichtung und der Meßeinrichtung
werden in einer Auswerteeinheit zusammengeführt und ausgewertet. Dies
wird vorzugsweise mittels einer optischen Datenstrecke innerhalb des
Trägerkörpers realisiert.
Sowohl Reflexions- als auch Durchlichtmessung beruhen auf einem
Lichtsender, der insbesondere auch ein Laser sein kann, und einem
Lichtempfänger, z. B. ein Fotodetektor. Das Reflexionsvermögen bzw. das
Absorptionsvermögen einer Schneeschicht erlaubt Rückschlüsse auf deren
Härte. Der Lichtweg kann durch optische Elemente, wie Linsen oder
Spiegel, festgelegt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegen
den Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeich
nung zeigen:
Fig. 1a ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schneeprofilmeßsonde
mit einem optischen Reflexionsmeßelement;
Fig. 1b die Sonde von Fig. 1a in einer um 90° um die Längsachse
gedrehten Ansicht;
Fig. 2a, b, c detaillierte Ansicht eines Meßkopfes der Sonde eines zwei
ten Ausführungsbeispiels;
Fig. 3a einen Meßelementträger für eine Schneeprofilmeßsonde mit
mechanischem Spannungsmeßelement;
Fig. 3b eine Schneeprofilmeßsonde eines dritten Ausführungsbeispiels
unter Verwendung des in Fig. 3a gezeigten Meßelement
trägers;
Fig. 4a, b Schnittansichten eines vierten Ausführungsbeispiels der Er
findung, bei der eine Hubeinrichtung verwendet wird;
Fig. 5a, b eine Veranschaulichung der Ausbildung der Sondenspitze;
Fig. 6 eine fünftes Ausführungsbeispiel einer Schneeprofilmeßsonde;
Fig. 7 einen Meßkopf einer Schneeprofilmeßsonde gemäß dem
fünften Ausführungsbeispiel; und
Fig. 8 einen Meßkopf einer Schneeprofilmeßsonde gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel.
Es wird zunächst das in Fig. 4 veranschaulichte vierte Ausführungsbei
spiel beschrieben. In der Schneeprofilmeßsonde befindet sich, wie in den
Fig. 4 dargestellt, ein bewegliches Meßelement 12, welches an einer
Spindelmutter 11 befestigt ist. Zum Bewegen des Meßelementes 12 wird
eine Gewindespindel 14 benötigt. Das Meßelement 12 ist mittels einer
Tastspitze 17 verlängert und ragt aus dem Trägerkörper 1 heraus. An
der Tastspitze 17 befindet sich ein Temperatursensor 5 für die gleich
zeitige Erfassung der verschiedenen Schneeschichttemperaturen.
Die Schneeprofilmeßsonde wird in den Schnee eingebracht und die
Messung gestartet. Die Position des Meßelementes 12 wird über die
Spindelmutter 11 und durch Drehung der Gewindespindel 14 verändert.
Die Betätigung der Gewindespindel 14 kann von Hand oder durch einen
Motorantrieb (nicht gezeigt) erfolgen. Beim Verfahren des Meßelementes
12 längs der Schneewandung wird je nach Schneeschichtfestigkeit über
die Tastspitze 17 das Meßelement 12 mehr oder weniger verformt. Diese
Verformung kann mit einem Sensor 13 meßtechnisch erfaßt und an
schließend ausgewertet werden. Die Zuordnung der Position des Meß
elementes 12 zu der Sondenlänge und der gerade erreichten Schneetiefe
kann mittels der erfaßten Umdrehungen der Gewindespindel 14 und
deren bekannter Gewindesteigung ermittelt werden.
Eine weitere Möglichkeit dieser Zuordnung kann über einen optischen,
kapazitiven oder magnetischen Sensor erfolgen, ähnlich wie dies bei
spielsweise bei elektronischen Schiebelehren der Fall ist.
Über das Zuleitungskabel 6 werden die Werte des Sensors 13 und des
Temperatursensors 5 an eine Auswerte- und Anzeigeeinheit (nicht ge
zeigt) geführt; dort erfolgt die meßtechnische Erfassung, die Berechnung
und Speicherung, sowie die Anzeige des Schneeprofiles auf einem Dis
play.
Somit können mit dieser Ausführung der Schneeprofilmeßsonde die
einzelnen Schichthärten der jeweiligen Schneeschichtdicken, sowie die
Schichttemperaturen in Abhängigkeit von der Schneetiefe längs der Sonde
erfaßt, ausgewertet und als Schneeprofil dargestellt werden.
Weiterhin kann die Schneeprofilmeßsonde mittels einer speziellen Vor
richtung verlängert werden, um über die gesamte Schneehöhe ein Schnee
profil erstellen zu können.
Längs der Öffnung im Trägerkörper 1, durch die die Tastspitze ragt, soll
eine geeignete Dichtung 15 eingebracht sein, um das Eindringen von
Feuchtigkeit in den Hohlraum des Trägerkörpers 1 zu verhindern. Diese
Dichtung kann beispielsweise durch zwei sich überlappende, leicht nach
giebige Kunststofflippen erreicht werden, die beiderseits der länglichen
Öffnung angebracht sind.
Statt des Sensors 13 am Meßelement 12 kann auch ein berührungsloser
Sensor, z. B. ein induktiver Wegaufnehmer als Abstandsfühler die Ver
formung des Meßelementes 12, bedingt durch die jeweilige Schnee
schichthärte, erfassen. Hierbei wird die Durchbiegung des Meßelementes
12 mit dem berührungslosen Weggeber erfaßt und ausgewertet.
Die Eindringspitze 7 soll, wie in den Fig. 5 dargestellt, schreibfe
derförmig ausgebildet sein. Dadurch wird beim Einbringen der Schnee
profilmeßsonde in den Schnee ein Abscheren der einzelnen Schneeschich
ten an der Meßseite des Trägerkörpers 1 bewirkt. Der abgescherte
Schnee wird nach der der Meßseite abgewandten Seite des Trägerkörpers
abgedrängt und verdichtet dort bewußt den umliegenden Schnee. Durch
die in der Eindringspitze 7 zusätzlich eingefügten Auskleidung 16 der
Kehlung wird der Verdrängungseffekt noch zusätzlich verstärkt. Die
Breite a der Spitze muß so gewählt werden, daß die Tastspitze 17 die
Messung nur an der abgescherten Schneewandung durchführt.
Würde statt dieser speziellen Eindringspitze 7 z. B. ein Kegel verwendet,
wie er von der Rammsonde her bekannt ist, erfolgt durch die Einbrin
gung der Sonde in den Schnee eine gleichmäßige Verdrängung und
damit einer Verdichtung auch auf die Meßseite der Sonde, was zu
Falschmessungen führt. Weiterhin kann von einer eingelagerten Eis- oder
Harschschicht durch das Einbringen der Sonde ein Teil abbrechen und
eine darunterliegende Schicht zumindest zum Teil verdecken.
Daher ist die Verwendung dieser speziellen Eindringspitze 7 für die
Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit der Schneeprofilmeßsonde beson
ders vorteilhaft.
Es werden nun Schneeprofilmeßsonden ohne mechanischen Antrieb
beschrieben, wie sie in den Fig. 1 bis 3 veranschaulicht sind.
Alle Schneeprofilmeßsonden ohne mechanischen Antrieb haben, wie in
den Fig. 1 dargestellt, verschiedene gemeinsame Einrichtungen.
Diese Schneeprofilmeßsonden haben als Trägermaterial einen teilbaren
Trägerkörper 1, auf welchem die verschiedenen Meßköpfe aufgeschraubt
werden. Diese Meßköpfe bilden eine Einheit, welche den elektrischen
Anschluß, die Befestigung, das jeweils verwendete Meßsystem und die
schreibfederförmige Spitze 7 umschließen. Im Trägerkörper 1 befindet
sich eine Anschlußbuchse 19 für den Meßkopf und in einem armierten
Stahlmantelkabel das Zuleitungskabel 6 zur Auswerte- und Anzeigeein
heit.
Die Schneeprofilmeßsonde soll auch zusätzlich als Lawinensonde Ver
wendung finden, dazu muß statt des Meßkopfes ein Kegel, wie er von
einer normalen Lawinensonde her bekannt ist, auf den Trägerkörper 1
aufschraubbar sein.
Der Trägerkörper 1 ist zum Transport teilbar ausgeführt. Zum Messen
werden die einzelnen Rohrteile ineinander gesteckt. Dadurch ist die
Sondenlänge beliebig lang ausführbar. Im Rohr verläuft ein Stahlkabel,
mit welchem die einzelnen ineinander gesteckten Rohrteile zusammen
gespannt werden. Das Stahlkabel ist an einem Ende des Trägerkörpers
1 an der Anschlußbuchse 19 für das Meßsystem befestigt. Am anderen
Ende des Trägerkörpers 1 ragt das Stahlkabel aus dem Trägerkörper
heraus und ist dort an einer Gewindestange 20 befestigt. An dieser
Gewindestange 20 befindet sich eine Spannmutter 4, welche sich am
Trägerkörper 1 abstützt. Durch das Drehen der Spannmutter 4 an der
Gewindestange 20 wird das Stahlkabel gespannt und die Sonde erhält die
für die Meßaufgabe nötige Stabilität.
Um das Zuleitungskabel 6, welches von der Anschlußbuchse 19 für den
Meßkopf zur Auswerte- und Anzeigeeinheit verläuft, vor Beschädigung
beim Zusammenlegen der einzelnen Sondenteile zu schützen, soll dieses
vorzugsweise in der Seele des Stahlkabels mitverlegt sein.
Die Befestigung für die Meßköpfe soll schraubbar sein, um ein Verlieren
des Meßkopfes im Schnee zu verhindern.
Die Eindringspitze 7 soll vorzugsweise wiederum, wie in den Fig. 5
dargestellt, schreibfederförmig ausgebildet sein. Dadurch wird sicherge
stellt, daß das jeweilig verwendete Meßelement die erforderliche Messung
nur an einer abgescherten Schneewandung durchführt.
Zum Bestimmen der Schneeschichttiefe wird eine Schneeauflageplatte 3
an der Außenseite des Trägerkörpers 1 angebracht. Wird die Schnee
profilmeßsonde in den Schnee eingerammt, liegt diese Schneeauflageplatte
3 auf der Schneeoberfläche auf und sie wird mit der Einbringgeschwin
digkeit entlang des Trägerkörpers 1 verfahren. Dabei ist es gleichgültig
mit welcher Geschwindigkeit die Schneeprofilmeßsonde eingerammt wird,
ob die Geschwindigkeit verändert wird, oder sogar kurz zurückgezogen
wird. Dies kann in der Auswerte- und Anzeigeeinheit berücksichtigt
werden. Weiterhin ist am Trägerkörper 1 eine geeignete Einrichtung zu
schaffen, um die Weglänge (Schneetiefe) zu bestimmen. Hierfür kann
beispielsweise ein Reibrad Verwendung finden. Das Reibrad 2 ist hierbei
in der Schneeauflageplatte 3 untergebracht und liegt am Trägerkörper 1
an. Wird die Schneeprofilmeßsonde in den Schnee eingebracht, wird
durch das Vorbeigleiten des Trägerkörpers 1 eine Drehung des Reibrades
2 bewirkt. Über die Anzahl der Umdrehungen des Reibrades 2 kann auf
die Schneetiefe geschlossen werden, wobei hier ein möglicher Halt bei
der Einbringung wie auch ein Zurückziehen der Sonde ebenfalls erfaßt
und bei der Auswertung berücksichtigt werden.
Eine weitere Möglichkeit die Schneetiefe zu bestimmen kann z. B. ein
Widerstandsband am Trägerkörper 1 sein, wobei hier die Schneeauflage
platte 3 den Mittelabgriff des Widerstandes darstellt. Über die Verände
rung des Widerstandes, ausgelöst durch die jeweilige Eindringtiefe der
Schneeprofilmeßsonde in den Schnee und damit der Position der Schnee
auflageplatte 3 am Trägerkörper 1, kann die zu den erfaßten Werten des
Meßsystems und des Temperatursensors dazugehörige Schneetiefe bestimmt
werden. Weiterhin kann eine Positionsbestimmung mittels eines
optischen, kapazitiven oder magnetischen Sensors erfolgen, ähnlich wie
dies beispielsweise bei elektronischen Schiebelehren der Fall ist.
Über das Zuleitungskabel 6 werden die Werte des verwendeten Meßsy
stems und des Temperatursensors 5 wiederum an eine Auswerte- und
Anzeigeeinheit geführt, dort erfolgt die meßtechnische Erfassung, die
Berechnung und Speicherung, sowie die Anzeige des Schneeprofiles auf
einem Display.
Die Schneeprofilmeßsonde wird ineinander gesteckt und das Stahlkabel
mit der Spannmutter 4 gespannt. Daraufhin wird die Schneeauflageplatte
3 auf das Trägerrohr 1 aufgeschoben und elektrisch angeschlossen.
Danach kann der Meßkopf auf das Trägerrohr 1 aufgesteckt und festge
schraubt werden. Anschließend wird das Zuleitungskabel 6 an die Aus
werte- und Anzeigeeinheit angeschlossen und die Messung gestartet. Die
Schneeprofilmeßsonde wird in den Schnee eingebracht. Das Meßsystem
erfaßt während der Einbringung laufend die Schneeschichthärte und der
ebenfalls am Meßsystem angebrachte Temperatursensor 5 die jeweilige
Temperatur. Die Schneeauflageplatte 3 liegt hierbei an der Schneeober
fläche auf, und der Trägerkörper 1 wird an dieser vorbei geschoben.
Dabei wird die Anzahl der Umdrehungen des Reibrades 2 der jeweiligen
Meßtiefe (Schneetiefe) zugeordnet. Somit kann durch durch dieses Ver
fahren ein Schneeschichtprofil aufgenommen und angezeigt werden.
Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils Teile einer Schneeprofilmeßsonde
mit einem optischen Meßsystemen.
Hierbei ist das Meßsystem derart ausgeführt, um eine optische Meß
strecke, wie in den Fig. 2 dargestellt, zu erhalten. Dies kann z. B. auf
dem Durchlichtprinzip beruhen. An der flachen, im Querschnitt U-förmi
gen Sondenspitze befindet sich in einer Seitenwange ein Lichtsender 8
und an der gegenüberliegenden Seite der Wange ein Lichtempfänger 9
zum Messen der ankommenden Lichtstärke. Diese ankommende Licht
stärke wird beeinflußt durch die Dichte der einzelnen Schneeschichten
innerhalb des Lichtweges 10. Diese Veränderungen können erfaßt und
den jeweiligen Schneeschichthärten zugeordnet werden. An einer Seiten
wange befindet sich weiterhin ein Temperatursensor 5 zum gleichzeitigen
Erfassen der jeweiligen Schneeschichttemperaturen.
Statt des Durchlichtprinzipes kann auch das Reflexionsverfahren, wie in
den Fig. 1 dargestellt, Anwendung finden. Hierbei wird mittels eines
speziellen Reflexions-Meßelementes 18 der Reflexionsgrad der einzelnen
Schneeschichthärten erfaßt und der jeweiligen Schneeschichtdichte zu
geordnet. Die verschiedenen Reflexionen basieren auf der Tatsache, daß
jede Gefügedichte sowie auch die Schneekristallgröße und -formen ver
schiedene Reflexionen bewirken.
Fig. 3 zeigt eine Schneeprofilmeßsonde mit einem mechanischen Meß
element 12, wobei diese Schneeprofilmeßsonde ohne mechanischen An
trieb auskommt.
Im Meßkopf der Schneeprofilmeßsonde befindet sich ein Meßelement
träger 11 mit dem dazugehörigen Meßelement 12, wie in den Fig. 3
dargestellt. Das Meßelement 12 ist mittels einer Tastspitze 17 verlängert
und ragt aus der Sondenwandung heraus. An der Tastspitze befindet sich
ein Temperatursensor 5 für die gleichzeitige Erfassung der Schneeschicht
temperaturen.
Während des Einbringens der Schneeprofilmeßsonde in den Schnee wird
die Tastspitze längs der Schneewandung geführt. Dabei wird je nach
Schneeschichtfestigkeit über die Tastspitze 17 das Meßelement 12 mehr
oder weniger verformt. Diese Verformung kann mit einem Sensor 13
meßtechnisch erfaßt und anschließend ausgewertet werden. Die Zuord
nung der Position des Meßelementes 12 zur Schneetiefe kann auch
hierbei mittels des Schneeauflageplatte 3 ermittelt und ausgewertet
werden.
Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Schnee
profilmeßsonde modular aufgebaut aus einem Meßkopf 25, einem rohrför
migen Trägerkörper 1 und einem Handgerät 24. Diese Schneeprofilmeß
sonde kann zusätzlich auch als Lawinensonde verwendet werden. Der
Trägerkörper ist zum Transport teilbar ausgeführt. Zum Messen werden
die einzelnen Rohrteile mittels eines Trapezgewindes miteinander ver
schraubt, wodurch eine variable Sondenlänge erreicht werden kann. An
einem Ende des Trägerkörpers 1 wird der Meßkopf 25 aufgeschraubt.
Der Meßkopf 25 bildet eine Einheit, welche den Temperatursensor 5, die
Eindringspitze 7, den Sensor 13, eine Erfassungselektronik 23 und einen
Sender aufweist. Der Sender ist Teil einer optischen Datenstrecke 21
zwischen dem Meßkopf 25 und dem Handgerät 24 in dem rohrförmigen
Trägerkörper 1. Das Handgerät 24 enthält den Empfänger der optischen
Datenstrecke 21, eine Abstandsmeßeinrichtung 22 und eine Auswerteein
heit. Das Handgerät 24 wird am anderen Ende des Trägerkörpers 1
aufgeschraubt.
Die Übertragung der Daten über Schneeschichthärte und Temperatur vom
Meßkopf 25 zur Auswerteeinheit im Handgerät 24 erfolgt mittig inner
halb des Trägerkörpers 1 über die optische Datenstrecke. Diese hat den
besonderen Vorteil, daß die Datenstrecke nicht an die variable Länge
des Trägerkörpers angepaßt werden muß.
Die Eindringtiefe der Schneeprofilmeßsonde in den Schnee wird mittels
einer Abstandsmeßeinrichtung 22 bestimmt, welche den jeweiligen Ab
stand des Handgerätes 24 von der Schneeoberfläche erfaßt und die
Werte der Auswerteeinheit zur Verfügung stellt. Diese Abstandsmeßvor
richtung 22 befindet sich an der dem Trägerkörper 1 zugewandten Seite
des Handgerätes 24 und kann beispielsweise ein Ultraschallsystem sein.
Jedoch ist auch die Verwendung eines Lasers als Abstandsmeßeinrichtung
22 ebenso denkbar, wie zum Beispiel ein Infrarotsystem.
In Fig. 7 ist im Detail die Ausführung des Meßkopfes 25 mit kegelför
miger Eindringspitze 7 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel dargestellt.
Mittig der Eindringspitze 7 befindet sich in der Längsrichtung des Trä
gerkörpers 1 in einer Bohrung der Eindringspitze 7 eine Tastspitze 17.
Diese wirkt direkt auf ein flexibles Meßelement 12. Zwischen der Tast
spitze 17 und der Eindringspitze 7 ist in dem Zwischenraum der Boh
rung eine hochflexible Dichtungsmasse eingebracht. Diese verhindert das
Eindringen von Feuchtigkeit in diesen Zwischenraum und damit das
Festfrieren der Tastspitze 17.
Durch die jeweils verschieden anzutreffenden Schneeschichthärten wird
beim Einbringen der Schneeprofilmeßsonde in den Schnee über die
Tastspitze 17 das flexible Meßelement 12 mehr oder weniger verformt.
Diese Verformungen des flexiblen Meßelements 12 können mit einem
geeigneten Sensor 13 erfaßt werden. Der Sensor 13 kann zum Beispiel
ein Dehnungsmeßstreifen sein, jedoch ist auch die Verwendung von
piezoresistiven oder kapazitiven Drucksensoren dafür denkbar. Das flexi
ble Meßelement 12 kann hierbei wie eine Kraftmeßdose, wie sie von
Druckprüfmaschinen her bekannt ist, ausgeführt sein. In dem Meßkopf 25
ist weiterhin die Erfassungselektronik 23 und der Sender für die optische
Datenstrecke 21 untergebracht.
In Fig. 8 ist ein Meßkopf 25 für eine sechste Ausführungsform der
Schneeprofilmeßsonde der Erfindung dargestellt. Hier ist die in der
Eindringspitze 7 eingefügte Auskleidung der Kehlung 16 wie eine Mem
bran ausgeführt. Diese Membran wird durch das Vorbeigleiten der
abgescherten Schneeschichten und deren Härten mehr oder weniger
verformt. Diese Verformungen der Membran können direkt mit einem
geeigneten Sensor 13 erfaßt werden. Der Sensor kann zum Beispiel ein
Dehnungsmeßstreifen sein. Es ist auch eine mechanische Übertragung der
Verformung der Membran auf einen piezoresistiven oder kapazitiven
Drucksensor denkbar. In dem Meßkopf 25 ist wie im sechsten Ausfüh
rungsbeispiel weiterhin die Erfassungselektronik 23 und der Sender 21 für
die optische Datenübertragung untergebracht.
Bezugszeichenliste
1 Trägerkörper
2 Reibrad
3 Schneeauflageplatte
4 Spannmutter
5 Temperatursensor
6 Zuleitungskabel
7 Eindringspitze
8 Sender
9 Empfänger
10 Lichtweg
11 Meßelementträger und Spindelmutter
12 flexibles Meßelement
13 Sensor
14 Gewindespindel
15 Dichtung
16 Auskleidung der Kehlung
17 Tastspitze (Verlängerung des Meßelements 12)
18 Reflexions-Meßelement
19 Anschlußbuchse
20 Gewindestange
21 optische Datenstrecke
22 Abstandsmeßeinrichtung
23 Erfassungselektronik
24 Handgerät
25 Meßkopf
2 Reibrad
3 Schneeauflageplatte
4 Spannmutter
5 Temperatursensor
6 Zuleitungskabel
7 Eindringspitze
8 Sender
9 Empfänger
10 Lichtweg
11 Meßelementträger und Spindelmutter
12 flexibles Meßelement
13 Sensor
14 Gewindespindel
15 Dichtung
16 Auskleidung der Kehlung
17 Tastspitze (Verlängerung des Meßelements 12)
18 Reflexions-Meßelement
19 Anschlußbuchse
20 Gewindestange
21 optische Datenstrecke
22 Abstandsmeßeinrichtung
23 Erfassungselektronik
24 Handgerät
25 Meßkopf
Claims (21)
1. Schneeprofilmeßsonde mit
einem stabförmigen Trägerkörper (1), der in eine Schneeschicht einführ bar ist;
einer Positionsbestimmungseinrichtung (2, 3), mit der die Eindringtiefe des Trägerkörpers (1) in einer Schneedecke bestimmbar ist;
einer Meßeinrichtung (12, 13, 17) an einem Ende des Trägerkörpers (1) zur Messung des Schneeprofils,
wobei das in den Schnee eindringende Ende des Trägerkörpers (1) mit einer im wesentlichen kegelförmigen Spitze (7) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die kegelförmige Spitze (7) eine Bohrung aufweist, in welcher sich eine Tastspitze (17) erstreckt, die mit einem Ende an einem flexiblen Meß element (12) befestigt ist.
einem stabförmigen Trägerkörper (1), der in eine Schneeschicht einführ bar ist;
einer Positionsbestimmungseinrichtung (2, 3), mit der die Eindringtiefe des Trägerkörpers (1) in einer Schneedecke bestimmbar ist;
einer Meßeinrichtung (12, 13, 17) an einem Ende des Trägerkörpers (1) zur Messung des Schneeprofils,
wobei das in den Schnee eindringende Ende des Trägerkörpers (1) mit einer im wesentlichen kegelförmigen Spitze (7) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die kegelförmige Spitze (7) eine Bohrung aufweist, in welcher sich eine Tastspitze (17) erstreckt, die mit einem Ende an einem flexiblen Meß element (12) befestigt ist.
2. Schneeprofilmeßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Bohrung in der Längsrichtung des Trägerkörpers, vorzugsweise
mittig dazu, erstreckt.
3. Schneeprofilmeßsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Meßelement (12) einen Dehnungsmeßstreifen aufweist.
4. Schneeprofilmeßsonde mit
einem stabförmigen Trägerkörper (1), der in eine Schneeschicht einführ bar ist;
einer Positionsbestimmungseinrichtung (2, 3), mit der die Eindringtiefe des Trägerkörpers (1) in einer Schneedecke bestimmbar ist;
gekennzeichnet durch
eine Meßeinrichtung (8, 9, 10; 18) an einem Ende des Trägerkörpers zur Bestimmung des optischen Absorptionsvermögens oder des optischen Reflexionsvermögens von Schnee.
einem stabförmigen Trägerkörper (1), der in eine Schneeschicht einführ bar ist;
einer Positionsbestimmungseinrichtung (2, 3), mit der die Eindringtiefe des Trägerkörpers (1) in einer Schneedecke bestimmbar ist;
gekennzeichnet durch
eine Meßeinrichtung (8, 9, 10; 18) an einem Ende des Trägerkörpers zur Bestimmung des optischen Absorptionsvermögens oder des optischen Reflexionsvermögens von Schnee.
5. Schneeprofilmeßsonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das in den Schnee eindringende Ende des Trägerkörpers (1) mit einer
schreibfederförmigen Spitze (7) versehen ist, in deren Bereich die
Meßeinrichtung (8, 9, 10; 18) untergebracht ist.
6. Schneeprofilmeßsonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spitze mit einer Kehlung (16) ausgekleidet ist.
7. Schneeprofilmeßsonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kehlung (16) der Spitze derart ausgeformt ist, daß der Schnee beim
Einführen des Trägerkörpers (1) nach nur einer Seite des Trägerkörpers
(1) verdrängt wird.
8. Schneeprofilmeßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) aus mehreren hinter
einandersteckbaren Teilträgerkörpern mit Verbindungsenden besteht,
wobei ein erster Teilträgerkörper die Meßeinrichtung (8, 9, 10; 11, 12,
13, 17) an dem, dem Verbindungsende gegenüberliegenden Ende auf
weist.
9. Schneeprofilmeßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) zumindest abschnitts
weise rohrartig hohl ist.
10. Schneeprofilmeßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsbestimmungseinrichtung ein
Schneeauflageteil (3) aufweist, entlang dessen der Trägerkörper (1)
führbar ist.
11. Schneeprofilmeßsonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die mechanische Führung durch eine Bohrung in dem Schneeauflageteil
(3) entsprechend dem Querschnitt des Trägerkörpers (1) gewährleistet
wird.
12. Schneeprofilmeßsonde nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich
net, daß die Positionsbestimmungseinrichtung eine am Trägerkörper (1)
angebrachte Längenmaßskala und eine am Schneeauflageteil (3) ange
brachte Ablesekante aufweist.
13. Schneeprofilmeßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsbestimmungseinrichtung einen
optischen, kapazitiven oder magnetischen Sensor aufweist, der als
Positionsgeber dient.
14. Schneeprofilmeßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsbestimmungseinrichtung ein
Verschiebeteil aufweist, das entlang des Trägerkörpers (1) verschiebbar
ist.
15. Schneeprofilmeßsonde nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Positionsbestimmungseinrichtung (2, 3) ein
Reibrad (2) aufweist, das im Schneeauflageteil (3) angeordnet ist und
als Weggeber dient.
16. Schneeprofilmeßsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Positionsbestimmungseinrichtung eine Abstands
meßeinrichtung (22) zur Messung des Abstands des der Meßeinrichtung
(8, 9, 10; 18; 11, 12, 13, 17) gegenüberliegenden Endes des Träger
körpers (1) von der Schneeschicht aufweist, wobei aus dem Abstand die
Eindringtiefe des Trägerkörpers (1) berechnet werden kann.
17. Schneeprofilmeßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Signale der Positionsbestimmungseinrichtung
und der Meßeinrichtung in einer Auswerteeinheit mit einer Speicher
einheit zur Aufzeichnung eines Schneeprofils zusammengeführt sind.
18. Schneeprofilmeßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (8, 9, 10; 18; 11, 12,
13, 17) weiterhin einen Sensor (5) zur Erfassung der Temperatur
aufweist.
19. Schneeprofilmeßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Signal der Meßeinrichtung (8, 9, 10;
18; 11, 12, 13, 17) mittels einer optischen Datenstrecke (21) übertragen
wird.
20. Verwendung eines Lichtsenders (8) und eines darauf ausgerichteten
Lichtempfängers (9) in Verbindung mit einer Ansteuer- und einer
Auswerteeinrichtung zur Messung des Absorptionsvermögens bzw. des
Reflexionsvermögens von Schnee, um daraus eine Schneeschichthärte zu
bestimmen.
21. Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Licht
sender (8) ein Laser, insbesondere ein Halbleiterlaser, ist.
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DE102020102597A1 (de) | 2020-02-03 | 2021-08-05 | Technische Universität Dresden | Verfahren zur thermo-optischen Analyse von Schnee- und Eisschichtungen und thermo-optisches Analysesystem |
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DE4204165C1 (en) * | 1992-02-13 | 1993-06-03 | Deutsche Aerospace Ag, 8000 Muenchen, De | Opto-electronic snow fall detection method for guided missile - evaluating noise component in reflected laser light beam signal caused by reflection from individual snowflakes |
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