DE4207642C1 - System for measurement and analysis of gasket from ground below rubbish dumps. - on site with boring rod and probe device using light of given frequency range - Google Patents

System for measurement and analysis of gasket from ground below rubbish dumps. - on site with boring rod and probe device using light of given frequency range

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Abstract

Ground-gas measuring device has a boring rod (7), a boring-rod tip (6) and, within the rod, a boring probe (8). The rod and its tip are inserted to a given depth in the ground, with part of the rod protruding. In the tip (6) there is a light-transmitter (1) that transmits in a prescribed frequency range. The transmitted light goes through the probe (8), which measures the light absorption, and reaches a gastight measuring chamber (33) at the top of the boring rod (7). The probe (8) and rod (7) are perforated or slotted, so that the ground-gases can penetrate the probe below the surface of the ground, rise to the surface, and flow out above the surface. The chamber (33) has an optical arrangement that diverts the measurement light beam through various filters to a light sensor (23). There is a regulator unit (30) in which the various constituents of the ground-gases and/or their concentration are evaluated. USE/ADVANTAGE - Measurements of these gases are needed at sites such as old dumps for waste materials and rubbish, and common methods entail taking specimens and analysing them in the laboratory; this involves difficulties in transit. The proposed arrangement enables analysis to be done on site, without the need for consumable materials; also, measurements are facilitated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bodengasmeßgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a bottom gas measuring device according to the preamble of claim 1.

Bodengasmeßgeräte werden insbesondere in Standorten eingesetzt, bei denen mit einer Schadstoffansammlung zu rechnen ist. Diese Standorte sind beispielsweise Deponien, die mit Altlasten belastet sind.Soil gas meters are used particularly in locations used in those with a build-up of pollutants to calculate. These locations are, for example Landfills that are contaminated with contaminated sites.

Bei bekannten Bodengasmessungen werden Bodenproben entnommen und in speziellen Meßgeräten in Labors analysiert. Die Analysemethoden sind sehr unterschiedlich und hauptsächlich von der zu erwartenden Kontamination abhängig. Der Nachteil dieser Untersuchungsmethoden besteht darin, daß flüchtige Kontaminationen auf dem Weg zum Labor verdampfen können und somit ein Nachweis schwierig oder unmöglich wird. With known soil gas measurements, soil samples are used taken and in special measuring devices in laboratories analyzed. The methods of analysis are very different and mainly from the contamination to be expected dependent. The disadvantage of these examination methods is that there is volatile contamination along the way evaporate to the laboratory and thus proof becomes difficult or impossible.  

Eine Verbesserung in dieser Hinsicht wird durch ein Bodengasmeßgerät zur Untersuchung von Bodenluft kontaminierter Böden mit Dräger-Stitz-Sonde und Dräger-Röhrchen der Firma Dräger erreicht. Eine derartige Meßanordnung ist aus dem veröffentlichten Dräger-Prospekt "Untersuchung von Bodenluft kontaminierter Böden" bekannt und ist in der Fig. 2 dargestellt. Die Meßanordnung besteht aus einem Bohrstock 41 mit einer Bohrstockspitze 40, die in das zu untersuchende Erdreich eingeschlagen werden. Die Einschlagtiefe kann weitgehend frei bestimmt werden, indem die Länge des Bohrstockes 41 variiert wird. Der Bohrstock besitzt im untersten Bereich eine Öffnung 46, durch die die Bodenluft eindringen und/oder mit einer Balgpumpe 45 angesaugt werden kann. Im Inneren des Bohrstockes 41 befindet sich eine Bohrsonde 42. In der Bohrsonde 42 ist ein sogenanntes Dräger-Röhrchen 44 eingebracht. Die Bohrsonde 42 ist gegenüber dem Bohrstock 41 mit Dichtringen 43 abgedichtet, so daß die im unteren Bereich des Bohrstockes eindringende Bodenluft nur in die Bohrsonde eindringen kann. Innerhalb der Bohrsonde sind weitere Dichtringe 47 angeordnet. Die Bodenluft durchdringt das Dräger-Röhrchen 44 und wird durch die Balgpumpe 45 abgesaug.An improvement in this regard is achieved by a soil gas measuring device for examining soil air contaminated soil with a Dräger-Stitz probe and Dräger-tubes from the company Dräger. Such a measuring arrangement is known from the published Dräger brochure "Investigation of soil air contaminated soils" and is shown in FIG. 2. The measuring arrangement consists of a boring bar 41 with a boring bar tip 40 which are driven into the soil to be examined. The depth of impact can largely be freely determined by varying the length of the drill rod 41 . In the lowermost area, the boring bar has an opening 46 through which the soil air can penetrate and / or be sucked in with a bellows pump 45 . A drilling probe 42 is located inside the boring bar 41 . A so-called Dräger tube 44 is introduced into the drilling probe 42 . The drilling probe 42 is sealed off from the drilling rig 41 with sealing rings 43 , so that the soil air penetrating into the lower area of the drilling rig can only penetrate into the drilling probe. Further sealing rings 47 are arranged within the drilling probe. The soil air penetrates the Dräger tube 44 and is sucked off by the bellows pump 45 .

Das Dräger-Röhrchen 44 stellt das eigentliche Prüfröhrchen für den Nachweis von bodenluftrelevanten Stoffen dar, wobei für bestimmte nachzuweisende Stoffe entsprechende Prüfröhrchen eingesetzt werden müssen. Vorhandene Schadstoffe verursachen eine Verfärbung der Röhrchen und werden somit nachgewiesen.The Dräger tube 44 represents the actual test tube for the detection of substances relevant to soil air, with the corresponding test tubes having to be used for certain substances to be detected. Existing pollutants cause discoloration of the tubes and are therefore detected.

Diese Meßmethode beseitigt den eingangs genannten Nachteil, daß eine Verflüchtigung des Schadstoffes erfolgen kann, indem vor Ort der Schadstoff nachgewiesen wird. Als nachteilig wird aber angesehen, daß die verwendeten Prüfröhrchen nach dem einmaligen Gebrauch nicht mehr verwendet werden können. Zu den nachteiligen Verbrauchskosten kommen noch Entsorgungsprobleme, da in den verwendeten Prüfröhrchen enthaltene chemische Substanzen selbst zumindest teilweise umweltbelastend sind.This method of measurement eliminates the above Disadvantage that volatilization of the pollutant can be done by demonstrating the pollutant on site becomes. It is considered disadvantageous that the  used test tubes after single use can no longer be used. To the disadvantage Consumption costs still have disposal problems, as in chemical contained in the test tubes used Substances themselves are at least partially environmentally harmful are.

Aus der deutschen Patentschrift DE 39 33 043 C1 ist ein Verfahren zur Messung der Konzentration mehrerer Gaskomponenten eines Gasgemisches bekannt, bei dem auf den Einsatz von Prüfröhrchen verzichtet wird. Bei diesem Verfahren durchstrahlt das Licht einer Lichtquelle mit kontinuierlichem Spektrum, eine Meßgaszelle. Aus der Intensität schmaler und breiter Absorptionslinien des die Meßzelle verlassenden Lichtes wird die Konzentration der Komponenten mit einem Spektrometer und Detektor bestimmt. Zur Eliminierung von mit hoher Konzentration vorliegenden Störkomponenten wird in den Lichtstrahl zwischen der Lichtquelle und dem Detektor eine Hilfsgaszelle geschaltet, die eine Komponente mit einem sehr schmalen Absorptionslinienspektrum aufweist.From the German patent DE 39 33 043 C1 is a Procedure for measuring the concentration of several Gas components of a gas mixture known in the the use of test tubes is dispensed with. In this process, the light shines through one Continuous spectrum light source, one Sample gas cell. From the intensity narrower and wider Absorption lines of the light leaving the measuring cell the concentration of the components with a Spectrometer and detector determined. To eliminate interfering components present with high concentration into the light beam between the light source and the Detector switched an auxiliary gas cell, the one Component with a very narrow Has absorption line spectrum.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung ein Bodengasmeßgerät anzugeben, bei dem eine Analyse vor Ort ermöglicht wird und die Verwendung von Verbrauchsmaterial vermieden wird. Zusätzlich soll erreicht werden, daß ohne zusätzliche Eingriffe die Vermessung von mehreren Bodengaskomponenten durchgeführt werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.It is therefore an object of the invention to provide a floor gas measuring device specify where an on-site analysis is enabled and the use of consumables is avoided. In addition, it should be achieved that without additional Interventions measuring several soil gas components can be carried out. This task is accomplished by solved a device with the features of claim 1.

Gemäß der Erfindung wird die Untersuchung der Bodenluft mit Hilfe einer Lichtabsorptionsmessung durchgeführt. Zu diesem Zweck wird in der Bohrstockspitze ein Lichtsender angebracht, der Licht in einem vorgebbaren Frequenzbereeich aussendet. Dieses Licht wird in eine Bohrsonde eingestrahlt. Die Bohrsonde und der Bohrstock sind gelocht oder geschlitzt ausgeführt, um die Bodengase in die Bohrsonde eindringen zu lassen. Die Bohrsonde bildet die Meßstrecke. Auf dieser Meßstrecke wird das Licht bestimmter Wellenlängen von bestimmten Gasbestandteilen absorbiert. In einer gasdichten optischen Meßkammer ist ein Lichtdetektor angebracht, der die empfangene Lichtstrahlung detektiert. Im Strahlengang vor dem Lichtdetektor ist eine der Anzahl der zu vermessenden Bodengaskomponenten entsprechende Anzahl von optischen Filtern angebracht, die nur für einen sehr engen Frequenzbereich durchlässig sind. Durch eine optische Anordnung im Inneren der Meßkammer wird der Meßlichtstrahl sequentiell auf die verschiedenen optischen Filter gelenkt. Im weiteren Verlauf wird jeder durch die optischen Filter auf eine Frequenz oder einen sehr engen Frequenzbereich begrenzte Meßlichtstrahl auf einen Lichtdetektor geführt. Die Ablenkung des Meßlichtstrahles auf die einzelnen Filter und die Auswertung der im Lichtdetektor empfangenen Lichtstrahlung wird so aufeinander abgestimmt, daß eine Zuordnung einer Frequenz zum gerade empfangenen Lichtstrahl erfolgen kann.According to the invention, the Examination of the soil air with the help of a Light absorption measurement carried out. To this The purpose of this is a light transmitter in the tip of the drill stick attached, the light in a predetermined Frequency range emits. This light turns into a Radiated drilling probe. The drilling probe and the cane are perforated or slotted to the floor gases to penetrate into the drilling probe. The drilling probe forms the measuring section. On this test section, that is Light of certain wavelengths of certain Gas components absorbed. In a gas-tight optical measuring chamber, a light detector is attached, the the received light radiation is detected. In the beam path in front of the light detector is one of the number of too corresponding number of soil gas components attached optical filters that only for a very  narrow frequency range are permeable. By a optical arrangement inside the measuring chamber Measuring light beam sequentially on the different optical filter steered. In the further course everyone will through the optical filters to a frequency or a very narrow frequency range limited measuring light beam led a light detector. The distraction of the Measuring light beam on the individual filters and Evaluation of those received in the light detector Light radiation is coordinated so that a Assignment of a frequency to the currently received Beam of light can take place.

Der Frequenzbereich der Filter ist entsprechend der zu erwartenden Bodengase zu wählen. Beispielsweise absorbiert Benzol das Licht im Wellenlängenbereich 10,6 µm, so daß ein Filter zu wählen ist, das für diesen Bereich durchlässig ist.The frequency range of the filters is corresponding to the expected soil gases to choose. For example Benzene absorbs the light in the wavelength range 10.6 µm, so that a filter must be selected that is suitable for this Area is permeable.

In der Steuereinheit wird festgestellt, welche Lichtfrequenzen in welchem Ausmaß absorbiert wurden. Aus den absorbierten Frequenzen und dem Grad der Absorption in Abhängigkeit von dem Absorptionsweg, der abhängig ist von der Sondenlänge, kann auf die Art und Konzentration des oder der Bodengase geschlossen werden.The control unit determines which To what extent light frequencies were absorbed. Out the absorbed frequencies and the degree of absorption depending on the absorption path that is dependent from the probe length, to the type and concentration of the soil gas or gases are closed.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann auf Verbrauchsmaterial verzichtet werden. Auf diese Weise entstehen keine Entsorgungsprobleme und die laufenden Kosten für Messungen können erheblich reduziert werden. Zudem ist die Bestimmung mehrerer Bodengaskomponenten möglich, ohne daß ein Wechsel von Meßelementen notwendig wird. In the arrangement according to the invention, Consumables are dispensed with. In this way there are no disposal problems and ongoing ones Measurement costs can be significantly reduced. In addition, the determination of several soil gas components possible without having to change measuring elements becomes.  

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird im Eintrittsbereich des Meßlichtstrahles in die Meßkammer ein drehendes optisches Phasengitter angeordnet, das die Meßlichtstrahlen beugt und in einer nachfolgenden Abbildungsoptik auf einen Brennpunktbereich abbildet. Durch die Beugung am drehenden optischen Gitter und eine nachfolgende Ausblendung des Hauptmaximums des Beugungsbildes werden rotierende Meßlichtstrahlen erzeugt.In an advantageous embodiment of the invention in the entry area of the measuring light beam into the measuring chamber a rotating optical phase grating arranged, the Diffracted measuring light beams and in a subsequent one Imaging optics maps to a focus area. By the diffraction on the rotating optical grating and a subsequent blanking of the main maximum of the Diffraction pattern are rotating measuring light beams generated.

Im Brennpunktbereich der rotierenden Meßlichtstrahlen ist ein Kegel angeordnet, dessen Spitze dem Phasengitter zugewandt ist und dessen Mantelfläche verspiegelt ist. Im nachfolgenden Verlauf des Strahlenganges sind kreisförmig ein Filter angeordnet. Der Durchlaßberreich der Filter ist so zu wählen, daß nur der Frequenzbereich, der für die Messung entscheidend ist, durchgelassen wird. Nach dem Filter sind justierbare Hohlspiegel angeordnet, die gegen die vertikale Achse geneigt sind, wobei die Neigungsrichtung entgegengesetzt zur Neigungsrichtung der Mantelfläche des Kegels ist.In the focal point area of the rotating measuring light beams a cone is arranged, the tip of which is the phase grating is facing and the lateral surface is mirrored. in the the subsequent course of the beam path are circular a filter arranged. The passage range of the filter is so choose that only the frequency range for the Measurement is crucial, is let through. After this Filters are arranged against concave adjustable mirrors the vertical axis is inclined, the Direction of inclination opposite to the direction of inclination of the Surface of the cone is.

Die Krümmung der Hohlspiegel wird so bestimmt, daß sich eine sammelnde Wirkung ergibt und die reflektierten Lichtstrahlen auf den Lichtdetektor treffen.The curvature of the concave mirror is determined so that has a collecting effect and the reflected Light rays hit the light detector.

Eine Anpassung an verschiedene Einsatzbereiche ergibt sich in vorteilhafter Weise, wenn die optischen Filter durchstimmbar sind. So können die Filter leicht an die zu bestimmenden Bodengaskomponenten angepaßt werdn.An adaptation to different areas of application results turns out to be advantageous if the optical filter are tunable. So the filters can easily be attached to the determining ground gas components are adapted.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des drehenden optischen Gitters erhält man durch die Ausnutzung von Dichteunterschieden in flüssigen Medien, die durch Ultraschallschwinger erzeugt werden. Zu diesem Zweck ist das flüssige Medium in ein flaches, zylinderförmiges Gefäß eingebracht. An der Mantelfläche sind die Ultraschallsender angebracht, die sequentiell angesteuert werden. Durch die sequentielle Ansteuerung dreht sich das optische Gitter. Durch die Anzahl der Ultraschallsender und deren Anordnung wird die Auflösung der Rotation und die Lage der einzelnen Gitterpositionen festgelegt. Diese Gitterpositionen können leicht an die Lage der Filter in der Meßzelle abgestimmt werden.An advantageous embodiment of the rotating optical Grids are obtained by using Differences in density in liquid media caused by Ultrasonic vibrators are generated. For this purpose  the liquid medium into a flat, cylindrical Vessel introduced. They are on the outer surface Ultrasound transmitter attached, which is controlled sequentially will. The sequential control turns it optical grating. By the number of ultrasound transmitters and their arrangement will resolve the rotation and the location of the individual grid positions. These Grid positions can be easily matched to the location of the filters of the measuring cell.

Als vorteilhafte Maßnahme gegen Einflüsse der Außentemperatur wird die optische Meßkammer mit einem Mantel aus thermisch isolierendem Material umgeben und in eine weitere Gehäusekammer eingefügt, die ebenfalls aus thermisch isolierendem Material besteht.As an advantageous measure against the influences of Outside temperature is the optical measuring chamber with a Jacket surrounded by thermal insulating material and in inserted another housing chamber, which is also made of thermally insulating material.

Im folgenden werden die Erfindung und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 erläutert.The invention and further advantageous refinements of the invention are explained below using an exemplary embodiment according to FIG. 1.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bodengasmeßgerätes. Fig. 1 shows an embodiment of the floor gas measuring device according to the invention.

Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel eines bekannten Bodengasmeßgerätes. Fig. 2 shows the embodiment of a known soil gas measuring device.

Das Bodengasmeßgerät besteht im wesentlichen aus drei Teilen, der Bohrstockspitze, dem Bohrstock und der Meßzelle.The bottom gas measuring device consists essentially of three Parts, the cane tip, the cane and the Measuring cell.

Die Bohrstockspitze besteht aus einem nach unten spitz zulaufenden Hohlkörper 6, der nach oben offen ist. In der Bohrstockspitze sind Halterungen 4 angebracht. Im unteren Bereich der Halterung 4 ist eine Platte 5 befestigt, die die Lichtquelle 1 trägt. Im oberen Bereich der Halterungen 4 sind die Trägerelemente 3 angebracht, die zur Befestigung der Abbildungsoptik 2, die vorzugsweise aus einer Sammellinse besteht, dient. Mit Hilfe dieser Sammellinse 2 wird die von der Lichtquelle 1 ausgesandte Lichtstrahlung in einen parallelen Lichtstrahl umgeformt.The drill tip consists of a hollow body 6 which tapers downwards and is open at the top. Brackets 4 are attached in the tip of the drill rod. A plate 5 , which carries the light source 1, is fastened in the lower region of the holder 4 . In the upper area of the brackets 4 , the carrier elements 3 are attached, which are used to fasten the imaging optics 2 , which preferably consists of a converging lens. With the help of this converging lens 2 , the light radiation emitted by the light source 1 is converted into a parallel light beam.

An dem nach oben offenen Teil der Bohrstockspitze fügt sich der Bohrstock an. In der Figur ist hier eine Unterbrechung mit einer wellenförmigen Linie dargestellt, die andeuten soll, daß der Bohrstock eine variable Länge haben kann.Adds to the part of the drill bit tip that is open at the top the cane. In the figure there is one Interruption shown with a wavy line which is supposed to imply that the cane is a variable length may have.

Der Bohrstock besteht aus dem äußeren Rahmen 7, der geschlitzt oder gelocht ausgeführt ist. Durch die Schlitze oder Löcher können die Bodengase, in das Innere des Bohrstockes eintreten. Im Inneren des Bohrstockes befindet sich die Bohrsonde 8, die ebenfalls gelocht oder geschlitzt ausgeführt ist, damit die Bodengase eindringen können.The cane consists of the outer frame 7 , which is slotted or perforated. The bottom gases can enter the interior of the drill rod through the slots or holes. In the interior of the boring bar there is the drilling probe 8 , which is also perforated or slotted so that the bottom gases can penetrate.

Die Bohrsonde 8 dient selbst als Meßstrecke, durch die das Licht, das mit der Lichtquelle 1 erzeugt und mit der Abbildungsoptik 2 zu einem parallelen Lichtstrahl geformt wird, strahlt. Verschiedene Komponenten der Bodengase, die durch die bestehende Thermik in die Bohrsonde gelangen und zur Erdoberfläche aufsteigen, absorbieren bestimmte Frequenzen der Lichtstrahlung. Die Auswertung dieser Absorption findet in der Meßzelle 33, deren Aufbau weiter unten erläutert wird, statt. Um die Strömungsgeschwindigkeiten der Bodengase mit in die Auswertung einfließen zu lassen, sind im Bohrstock 7 und/oder in der Bohrsonde 8 Strömungssensoren 71 angebracht. The drilling probe 8 itself serves as a measuring section through which the light which is generated with the light source 1 and is formed into a parallel light beam with the imaging optics 2 radiates. Different components of the soil gases, which get into the drilling probe due to the existing thermals and rise to the earth's surface, absorb certain frequencies of light radiation. This absorption is evaluated in the measuring cell 33 , the structure of which is explained below. In order to allow the flow velocities of the soil gases to be included in the evaluation, 8 flow sensors 71 are installed in the drill rig 7 and / or in the drilling probe.

Im oberen Bereich des Bohrstockes 8 ist ein Sondenschutzgehäuse 11 angebracht, das unter der Erdoberfläche mit dem Bohrstock verbunden ist, bis kurz über der Erdoberfläche parallel zum Bohrstock verläuft und dann übergeht in einen parallelen Verlauf zur Erdoberfläche, wobei die Enden auf die Erdoberfläche geführt sind und auf ihr aufliegen.In the upper area of the drill rig 8 , a probe protection housing 11 is attached, which is connected to the drill rig below the surface of the earth, runs parallel to the drill rig up to just above the surface of the earth and then changes into a parallel course to the surface of the earth, the ends being guided to the surface of the earth and rest on it.

Am oberen Ende des Bohrstockes ist ein gasdurchlässiger Aufsatz 12 angebracht, der auf dem Sondenschutzgehäuse aufliegt und zur Abführung der Bodengase dient. Weiterhin dient dieser Aufsatz 12 als Träger für die Meßzelle 33.A gas-permeable attachment 12 is attached to the upper end of the boring bar and rests on the probe protection housing and is used to discharge the bottom gases. Furthermore, this attachment 12 serves as a carrier for the measuring cell 33 .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Teil 9 des Bohrstockes 7, etwa im Bereich der Erdoberfläche bis hinunter zur Angriffsebene des Sondenschutzgehäuses 11 gasundurchlässig ausgeführt, was zu einer Verbesserung des thermischen Auftriebes der Bodengase führt.In an advantageous embodiment of the invention, a part of the Bohrstockes 7, about 9 run in the region of the earth's surface down to the plane of attack of the probe gas impermeable protective housing 11, which leads to an improvement of the thermal buoyancy of the soil gases.

Eine weitere Verbesserung des thermischen Auftriebes wird erreicht, wenn der Zwischenraum zwischen dem Bohrstock 7 und dem Sondenschutzgehäuse 11 mit einem thermisch isolierenden Material 10 aufgefüllt ist.A further improvement in the thermal buoyancy is achieved if the space between the boring bar 7 and the probe protection housing 11 is filled with a thermally insulating material 10 .

Der Bohrstock 7 wird mit der Bohrstockspitze 6 bis zur gewünschten Tiefe in den Erdboden eingebracht. Diese Tiefe ist abhängig vom Anwendungsfall und beträgt in der Regel 1 bis 6 Meter. Der Bohrstock ragt nur ein kurzes Stück über die Erdoberfläche und ist abgedeckt durch das Sondenschutzgehäuse 11 und den gasdurchlässigen Aufsatz 12. Auf diesem Aufsatz 12 ist die Meßkammer 33 aufgesetzt.The drill stick 7 is brought into the ground with the drill bit tip 6 to the desired depth. This depth depends on the application and is usually 1 to 6 meters. The boring stick protrudes only a short distance above the surface of the earth and is covered by the probe protection housing 11 and the gas-permeable attachment 12 . The measuring chamber 33 is placed on this attachment 12 .

In diese Meßkammerr 33 fällt der Lichtstrahl L nach Durchlaufen der Bohrsonde 8 durch das drehende optische Phasengitter 15 und einer nachfolgenden Abbildungsoptik 14 ein. Der Lichtstrahl wird in Abhängigkeit der Wellenlänge verschieden start gebeugt und teilt sich somit auf verschiedenen Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen auf, von denen in der Figur die Lichtstrahlen L1 und L2 beispielhaft dargestellt sind. Im Strahlengang ist der Kegel 16 angeordnet, der mit einer reflektierenden Mantelfläche versehen ist, wobei zur Ausblendung des Hauptmaximums der gebeugten Lichtstrahlen der Bereich der Kegelspitze mit einer nicht reflektierenden Schicht versehen ist. Weiterhin wird der Kegel 16 von der lichtdurchlässigen Halterung 161 gehalten. Im weiteren Verlauf des Strahlenganges sind die Filter 17 angeordnet. Diese Filter 17 werden von den Halterungen 18 getragen. Sie sind kreisförmig angeordnet und zum Kreismittelpunkt hin nach oben verlaufend, so daß die Lichtstrahlen L1 und L2 ungefähr senkrecht durch die Filter hindurchtreten.The light beam L falls into this measuring chamber 33 after passing through the drilling probe 8 through the rotating optical phase grating 15 and a subsequent imaging optics 14 . The light beam is diffracted differently depending on the wavelength and is thus divided into different light beams with different wavelengths, of which the light beams L1 and L2 are shown as examples in the figure. The cone 16 , which is provided with a reflecting lateral surface, is arranged in the beam path, the region of the cone tip being provided with a non-reflecting layer in order to mask out the main maximum of the diffracted light beams. Furthermore, the cone 16 is held by the translucent holder 161 . The filters 17 are arranged in the further course of the beam path. These filters 17 are carried by the brackets 18 . They are arranged in a circle and run upwards towards the center of the circle, so that the light beams L1 and L2 pass through the filters approximately perpendicularly.

Durch die Halterungen 18 und 22 ist ein Hohlspiegel 19 befestigt, wobei die Befestigung nicht starr erfolgt, so daß eine Justierung der Hohlspiegel möglich ist. Die Hohlspiegel 19 sind so dimensioniert, daß sie die Lichtstrahlen in dem vorgegebenen Frequenzbereich auf den Lichtempfänger 23 hin reflektieren.A concave mirror 19 is attached by the brackets 18 and 22 , the attachment not being rigid, so that an adjustment of the concave mirror is possible. The concave mirrors 19 are dimensioned such that they reflect the light beams in the predetermined frequency range onto the light receiver 23 .

Der Lichtempfänger 23 ist mit einer Halterung 231, die in der Figur an der Steuereinheit 30 angebracht ist, befestigt. Die Steuereinheit 30 steuert die Rotationsgeschwindigkeit des optischen Gitters 15, sowie die Synchronität in der Auswertung bezüglich der Frequenzen, welche ausgewertet werden und der Lage des Phasengitters, die bestimmt, durch welches Filter der Lichtstrahl geführt wird.The light receiver 23 is fastened with a holder 231 , which is attached to the control unit 30 in the figure. The control unit 30 controls the rotational speed of the optical grating 15 , as well as the synchronicity in the evaluation with regard to the frequencies which are evaluated and the position of the phase grating, which determines which filter the light beam is passed through.

Die gesamte Meßkammer 33 befindet sich, wie in der Fig. 1 dargestellt, vorzugsweise in einem zylinderförmigen Gehäuse, das mit einem aus thermisch isolierendem Material bestehenden Mantel 26 umgeben ist. Zur weiteren Isolierung und zum Schutz ist die Meßkammer in einer weiteren Gehäusekammer untergebracht, die ebenfalls mit einem aus thermisch isolierendem Material bestehenden Mantel 25 umgeben ist.The entire measuring chamber 33 is, as shown in FIG. 1, preferably in a cylindrical housing which is surrounded by a jacket 26 made of thermally insulating material. For further insulation and protection, the measuring chamber is accommodated in a further housing chamber, which is also surrounded by a jacket 25 made of thermally insulating material.

Die gesamte Anordnung kann weiterhin mit einer Schutzhaube 28 abgedeckt sein, die mit den Halterungen 27 am äußeren Mantel 25 der Meßkammer befestigt ist. Zur Einbeziehung von äußeren Einflüssen in die Meßergebnisse sind Temperatur-, Druck- und/oder Feuchtesensoren 24 vorgesehen, die an verschiedenen Stellen in der gesamten Meßanordnung angebracht sein können. Vorzugsweise sind diese Sensoren entsprechend der Figur an der Schutzhülle 28, im inneren und äußeren Bereich des Mantels 25 bzw. 26 und in der Steuereinheit 30 angebracht.The entire arrangement can also be covered with a protective hood 28 which is fastened to the outer jacket 25 of the measuring chamber by means of the holders 27 . In order to include external influences in the measurement results, temperature, pressure and / or humidity sensors 24 are provided, which can be attached at various points in the entire measurement arrangement. According to the figure, these sensors are preferably attached to the protective cover 28 , in the inner and outer region of the jacket 25 or 26 and in the control unit 30 .

Um das Bodengasmeßgerät von einer äußeren Energieversorgung unabhängig zu machen, sind an der Schutzhülle 28 Solarzellen 29 angebracht, die eine ausreichende Energieversorgung über weite Bereiche sicherstellen.In order to make the soil gas measuring device independent of an external energy supply, solar cells 29 are attached to the protective cover 28 , which ensure an adequate energy supply over wide areas.

Claims (12)

1. Bodengasmeßgerät, bestehend aus einem Bohrstock (7), einer Bohrstockspitze (6) und einer Bohrsonde (8), wobei die Bohrsonde (8) in etwa konzentrisch im Inneren des Bohrstockes (7) angebracht ist und der Bohrstock (7) und die Bohrstockspitze (6) bis zu einer vorgegebenen Tiefe in den Erdboden eingebracht werden und der Bohrstock (7) zum Teil aus der Erde herausragt, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - in der Bohrstockspitze (6) ein Lichtsender (1) angebracht ist, der Licht in einem vorgebbaren Frequenzbereich aussendet,
  • - das ausgesandte Licht die Bohrsonde (8), die als Meßstrecke zur Lichtabsorptionsmessung dient, durchstrahlt und in eine am oberen Ende des Bohrstockes (7) angeordnete gasdichte optische Meßkammer (33) gelangt,
  • - die Bohrsonde (8) und der Bohrstock (7) gelocht oder geschlitzt ausgeführt sind, um die Bodengase in die Bohrsonde (8) unter der Erdoberfläche eindringen, in dieser zur Erdoberfläche aufsteigen und oberhalb der Erdoberfläche ausströmen zu lassen,
  • - die gasdichte optische Meßkammer (33) eine optische Anordnung beinhaltet, die den Meßlichtstrahl zeitlich sequentiell auf verschiedene Filter ablenkt und auf einen Lichtsensor (23) führt,
  • - eine Steuereinheit (30) vorhanden ist, in der die verschiedenen Komponenten der Bodengase und/oder deren Konzentration sequentiell ausgewertet werden, indem die Absorption der im Lichtsender (1) erzeugten Lichtstrahlung durch Messung und Vergleich mit dem im Lichtdetektor (23) empfangenen Licht unter Einbeziehung der von der Sondenlänge abhängigen Absorptionsweglänge ermittelt wird.
1. Bodengasmeßgerät consisting of an auger (7), a Bohrstockspitze (6) and a drilling probe (8), wherein the drilling probe (8) is mounted in approximately concentrically inside the Bohrstockes (7) and the auger (7) and the Drill rod tip ( 6 ) are introduced into the ground to a predetermined depth and the drill rod ( 7 ) partially protrudes from the ground, characterized in that
  • - A light transmitter ( 1 ) is mounted in the drill tip ( 6 ), which emits light in a predeterminable frequency range,
  • - The emitted light radiates through the drilling probe ( 8 ), which serves as a measuring section for light absorption measurement, and reaches a gas-tight optical measuring chamber ( 33 ) arranged at the upper end of the boring bar ( 7 ),
  • - The drilling probe ( 8 ) and the boring bar ( 7 ) are perforated or slotted to penetrate the soil gases into the drilling probe ( 8 ) below the surface of the earth, rise up to the surface of the earth and let it flow out above the surface,
  • the gas-tight optical measuring chamber ( 33 ) contains an optical arrangement which deflects the measuring light beam sequentially in time onto different filters and leads to a light sensor ( 23 ),
  • - A control unit ( 30 ) is present, in which the various components of the soil gases and / or their concentration are evaluated sequentially by absorbing the light radiation generated in the light transmitter ( 1 ) by measurement and comparison with the light received in the light detector ( 23 ) Inclusion of the absorption path length dependent on the probe length is determined.
2. Bodengasmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - im Eintrittsbereich der Meßlichtstrahlen in die optische Meßkammer (33) ein drehendes optisches Phasengitter (15) und nachfolgend eine Abbildungsoptik (14) zur Beugung und kreisförmigen Ablenkung der Lichtstrahlen angeordnet ist, wobei das Hauptmaximum der gebeugten Lichtstrahlen ausgeblendet wird,
  • - im Strahlengang der gebeugten Lichtstrahlen ein Kegel angeordnet ist, dessen Mantelfläche verspiegelt ist, um die einfallenden Lichtstrahlen abzulenken und dessen Höhe so dimensioniert ist, daß die Nebenmaxima höhere Ordnung ausgeblendet werden,
  • - im Strahlengang der abgelenkten Lichtstrahlen Filter (17) angebracht sind, die nur für einen engen Wellenlängenbereich durchlässig und austauschbar sind,
  • - verstellbare Hohlspiegel (19) nach den Filtern (17) im Strahlengang der abgelenkten Lichtstrahlen angeordnet sind, welche eine Neigung haben, die der Neigung der Mantelfläche des Kegels entgegengesetzt ist, und die ankommenden Lichtstrahlen nochmals ablenken,
  • - die Krümmung der Hohlspiegel (19) in der Weise auf die übrige optische Anordnung abgestimmt ist, daß die abgelenkten Lichtstrahlen auf den Lichtsensor (23) treffen.
2. Soil gas measuring device according to claim 1, characterized in that
  • a rotating optical phase grating ( 15 ) and subsequently imaging optics ( 14 ) for diffraction and circular deflection of the light beams are arranged in the entry region of the measuring light beams into the optical measuring chamber ( 33 ), the main maximum of the diffracted light beams being masked out,
  • a cone is arranged in the beam path of the diffracted light beams, the lateral surface of which is mirrored in order to deflect the incident light beams and the height of which is dimensioned such that the secondary maxima of a higher order are masked out,
  • - Filters ( 17 ) are attached in the beam path of the deflected light beams, which are only permeable and exchangeable for a narrow wavelength range,
  • adjustable concave mirrors ( 19 ) are arranged after the filters ( 17 ) in the beam path of the deflected light beams, which have an inclination that is opposite to the inclination of the lateral surface of the cone, and deflect the incoming light beams again,
  • - The curvature of the concave mirror ( 19 ) is matched to the rest of the optical arrangement in such a way that the deflected light rays hit the light sensor ( 23 ).
3. Bodengasmeßgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Filter (17) für bestimmte enge Durchlaßbereiche abstimmbar ausgeführt sind.3. Soil gas measuring device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the optical filters ( 17 ) are designed to be tunable for certain narrow pass bands. 4. Bodengasmeßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das drehende optische Phasengitter (15) durch die Dichteunterschiede in einem flüssigen Medium, das in ein zylinderförmiges Gefäß eingebracht ist, realisiert ist, wobei die Dichteunterschiede durch Ultraschallschwingungen erzeugt werden, und die Ultraschallsender zur Erzeugung der Schwingungen an der Mantelfläche des zylinderförmigen Gefäßes angebracht sind und sequentiell angesteuert werden.4. Soil gas measuring device according to claim 2 or 3, characterized in that the rotating optical phase grating ( 15 ) is realized by the density differences in a liquid medium which is introduced into a cylindrical vessel, the density differences being generated by ultrasonic vibrations, and the ultrasonic transmitter to generate the vibrations are attached to the lateral surface of the cylindrical vessel and are controlled sequentially. 5. Bodengasmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Mantel (26) der optischen Meßkammer (33) aus einem thermisch isolierenden Material besteht,
  • - die optische Meßkammer (33) in einer weiteren Gehäusekammer (32) untergebracht ist, die aus thermisch isolierendem Material besteht.
5. Soil gas measuring device according to one of claims 1 to 4, characterized in that
  • - The jacket ( 26 ) of the optical measuring chamber ( 33 ) consists of a thermally insulating material,
  • - The optical measuring chamber ( 33 ) is housed in a further housing chamber ( 32 ) which consists of thermally insulating material.
6. Bodengasmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Gehäusekammer (32) auf einem aus gasdurchlässigem Material bestehenden Aufsatz (12) angebracht ist,
  • - der Aufsatz (12) auf einem Sondenschutzgehäuse (11) angebracht ist
  • - das Sondenschutzgehäuse (11) am Bohrstock (7) angebracht ist, wobei das Sondenschutzgehäuse (11) einen kleinen Abstand zum Bohrstock (7) aufweist und zum Teil unter der Erdoberfläche liegt,
  • - das Sondenschutzgehäuse (11) ein kurzes Stück über der Erdoberfläche parallel zum Bohrstock (7) verläuft und dann übergeht zu einem parallelen Verlauf zur Erdoberfläche und daß es nach einem vorgebbaren Abstand vom Bohrstock (7) zur Erdoberfläche hin ausläuft und auf der Erdoberfläche aufliegt,
  • - der Raum zwischen dem Bohrstock (7) und dem Sondenschutzgehäuse zumindest teilweise mit einem thermisch isolierenden Material gefüllt ist.
6. Soil gas measuring device according to claim 5, characterized in that
  • - The housing chamber ( 32 ) is attached to an attachment ( 12 ) consisting of gas-permeable material,
  • - The attachment ( 12 ) is attached to a probe protection housing ( 11 )
  • - The probe protection housing ( 11 ) is attached to the boring bar ( 7 ), the probe protection housing ( 11 ) being at a small distance from the boring bar ( 7 ) and partly lying below the surface of the earth,
  • - The probe protection housing ( 11 ) runs a short distance above the earth's surface parallel to the boring bar ( 7 ) and then changes to a parallel course to the earth's surface and that it runs out after a predeterminable distance from the boring bar ( 7 ) to the earth's surface and rests on the earth's surface,
  • - The space between the boring bar ( 7 ) and the probe protection housing is at least partially filled with a thermally insulating material.
7. Bodengasmeßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Bohrstockes (7), an dem das Sondenschutzgehäuse (11) anliegt, bis etwa zum Bereich der Erdoberfläche aus gasundurchlässigem Material besteht. 7. Soil gas measuring device according to claim 6, characterized in that the part of the boring bar ( 7 ), on which the probe protective housing ( 11 ) rests, consists approximately of the region of the earth's surface made of gas-impermeable material. 8. Bodengasmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (30) in der optischen Meßkammer (33) und/oder in der Gehäusekammer (32) angeordnet ist und mit der Steuereinheit eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen der Meßergebnisse verbunden ist.8. Soil gas measuring device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the control unit ( 30 ) in the optical measuring chamber ( 33 ) and / or in the housing chamber ( 32 ) is arranged and with the control unit a display unit for displaying the measurement results is connected . 9. Bodengasmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Meßanordnung mit einer Schutzhülle (28) umgeben ist.9. Soil gas measuring device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the entire measuring arrangement is surrounded by a protective cover ( 28 ). 10. Bodengasmeßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schutzhülle (28) Solarzellen angebracht sind, die zur Stromversorgung der Meßanordnung dienen.10. Soil gas measuring device according to claim 9, characterized in that on the protective cover ( 28 ) solar cells are attached, which serve to supply power to the measuring arrangement. 11. Bodengasmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an verschiedenen Stellen der Meßanordnung Temperatur-, Druck und/oder Feuchtesensoren angebracht sind, welche die Temperatur, den Druck und/oder die Luftfeuchtigkeit bestimmen und die Meßergebnisse an die Steuereinheit (30) geben. 11. Soil gas measuring device according to one of claims 1 to 10, characterized in that temperature, pressure and / or humidity sensors are attached at various points in the measuring arrangement, which determine the temperature, the pressure and / or the air humidity and the measurement results to the control unit ( 30 ) give. 12. Bodengasmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Bohrsonde (8) Strömungs- und/oder Temperatursensoren angebracht sind, welche die Gasströmung und/oder die Temperatur in der Bohrsonde bestimmen und zur Auswertung in der Steuereinheit (30) zur Verfügung stellen.12. Soil gas measuring device according to one of claims 1 to 11, characterized in that in the area of the drilling probe ( 8 ) flow and / or temperature sensors are attached which determine the gas flow and / or the temperature in the drilling probe and for evaluation in the control unit ( 30 ).
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