Sensoren

Ultraschallsensoren für automatisierte Anwendungen in der Landwirtschaft

| Redakteur: Jan Vollmuth

Ultraschallsensoren sorgen in landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen etwa für zuverlässige Höhennivellierung von Spritzauslegern.
Ultraschallsensoren sorgen in landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen etwa für zuverlässige Höhennivellierung von Spritzauslegern. (Bild: Pepperl-Fuchs GmbH)

In der Landwirtschaft müssen Sensoren beweisen, was sie aushalten können. Soll die Automatisierung in diesem rauen Umfeld funktionieren, müssen die Sensoren einerseits robust sein und andererseits unter widrigsten Bedingungen präzise differenzieren können. Ihre bauartbedingten Stärken prädestinieren die Ultraschalltechnologie für dieses Einsatzgebiet.

Der Traktor rüttelt und schüttelt bei seiner Fahrt über den trockenen, unebenen Boden. An seiner Seite trägt er einen weiten Ausleger, aus dessen Düsen Pflanzenschutzmittel auf die jungen Pflanzen spritzt. Trotz der Erschütterungen und Vibrationen, denen der Traktor ausgesetzt ist, bleibt der Ausleger auf gleichmäßiger Höhe über dem Boden.

Zuverlässiges Messprinzip

Für diese Balance sorgen die automatische Steuerung des Auslegers – und Ultraschallsensoren. Dank der neuesten Auswertungsalgorithmen kann die Steuerung wahlweise auf die Pflanzenoberfläche oder auf den Ackerboden ausgerichtet werden. So kann sie Kollisionen des Auslegers in unregelmäßigem Gelände vorbeugen und eine konstante und gleichmäßige Ausbringung von Flüssigdünger oder Pflanzenschutzmittel gewährleisten. Die Algorithmen nutzen für ihre Berechnungen die Daten von Ultraschallsensoren, die am Ausleger angebracht sind.

Ultraschallsensoren funktionieren wie das Echolot: Sie senden in kurzen Abständen unhörbare Schallimpulse aus und registrieren deren Echo. Aus dem zeitlichen Abstand zwischen Senden und Empfangen des Signals errechnet ein integrierter Mikroprozessor millimetergenau den Abstand zum Objekt. Farbe und Oberflächenbeschaffenheit, Staub und Schmutz, Sonnen- und Lichteinstrahlung haben keinen Einfluss auf das Schallsignal und die Messgenauigkeit. Die Impulse durchdringen auch Nebel und Staubwolken. Die schallemittierende Oberfläche des Sensors vibriert mit hoher Frequenz. Staub und flüssige Tropfen werden so abgeschüttelt. Für den Außeneinsatz vorgesehene Geräte von Pepperl+Fuchs sind zudem in robusten Gehäusen mit hohen Schutzarten (IP67 bis IP69K) untergebracht. Sie arbeiten laut Hersteller auch unter dauerhaft schmutzigen oder staubigen Bedingungen zuverlässig. Mit diesen bauartbedingten Eigenschaften bringt die Ultraschalltechnologie die in der Landwirtschaft benötigte Robustheit und Zuverlässigkeit mit.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Ein typisches Einsatzgebiet für den Einsatz von Ultraschallsensoren an landwirtschaftlichen Maschinen ist neben der bereits erwähnten automatische Steuerung von Auslegern die korrekte Höheneinstellung des Schnittbalkens bei Salaterntemaschinen oder des Mähwerks am Mähdrescher. Im letzteren kontrollieren Ultraschallgeräte auch die Füllhöhe des Korntanks, in Kartoffelerntemaschinen die des Erntebehälters. Außerdem können die Sensoren dort die Beladung der Zuführbänder überwachen und auf dieser Grundlage das Erntetempo der Maschine regulieren.

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An feinfühligen Erdbeererntemaschinen sorgen Ultraschallsensoren dafür, dass das Fahrzeug automatisch die Spur zwischen den Pflanzreihen hält. Weitere Sensoren an den filigranen Fruchtgreifern schützen diese vor Bodenkontakt und damit vor Beschädigung.

Optimierter Pflanzenschutz

Ultraschallsensoren können auch helfen, das Ausbringen von Pflanzenschutzmitteln auf die Zielpflanzen zu beschränken und den Verbrauch dieser Mittel zu reduzieren – was neben dem ökonomischen Einspareffekt auch einen ökologischen Vorteil mit sich bringt. Ein Beispiel für diese Einsatzart sind Obstplantagen. Bei der herkömmlichen Methode wird das Spritzmittel kontinuierlich ausgebracht und so auch in den Zwischenräumen zwischen den Bäumen verteilt. Mit einer präzisen und schnellen automatischen Steuerung der Spritze lässt sich eine abgestimmte Intervallschaltung realisieren. Die entscheidende Rolle spielt dabei die genaue Erfassung der Abfolge von Bäumen und Zwischenräumen. Ultraschallsensoren können die Lücken präzise detektieren und eine entsprechende Unterbrechung des Sprühvorgangs auslösen.

An diesem Beispiel lässt sich auch die Handhabung von Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs in der Praxis beschreiben: Die Geräte werden hier seitlich am Vorratsbehälter für das Spritzmittel angebracht. Ihr Detektionsbereich ist damit unmittelbar vor die Sprühfahne gerichtet. Bei der Wahl der Anbringung, besonders der Montagehöhe über dem Boden, spielen die Ausmaße des keulenförmigen Erfassungsfeldes eine Rolle. Die Größe dieser sogenannten Schallkeule ist bei entsprechender Konfiguration variabel und kann auf die Anwendung abgestimmt werden. So vermeidet man störende Reflexionen und damit Fehlschaltungen, ausgelöst etwa durch größere Bodenunebenheiten. Je nach Gerät und Ausführung kann die Parametrierung direkt am Sensor oder mithilfe von Softwaretools durchgeführt werden. Eine hohe Signaldichte und passende Schnittstellen erlauben die detaillierte Visualisierung und Auswertung der Messdaten für den optimierten automatischen Betrieb der Anwendung. (jv)

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