Ultraschallsensoren liefern die Abstandssignale zum Boden oder zur Pflanze für die Niveau­regelung der Ackerspritzen.

Ultraschallsensoren liefern die Abstandssignale zum Boden oder zur Pflanze für die Niveau­regelung der Ackerspritzen.Pepperl+Fuchs

Die Vorteile der Ultraschallsensorik in der Landwirtschaft liegen klar auf der Hand: Unabhängig von Farbe und Oberfläche lässt sich ein Objekt millimetergenau erfassen. Staub und Schmutz wirken sich nicht negativ auf das Messergebnis aus. Schließlich haben Ultraschallsensoren einen Selbstreinigungseffekt: Die hochfrequenten Vibrationen an der Oberfläche des Ultraschallwandlers schütteln Verschmutzungen einfach ab.

Diese Eigenschaften gehen auf das Messprinzip zurück: Der Ultraschallwandler, im Wesentlichen ein Verbund aus einer Piezokeramik und einer akustischen Anpassschicht, wird im Sendebetrieb durch ein hochfrequentes Burst-Paket auf der Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers oder einen Einzelimpuls angeregt und sendet unhörbare Schallwellen aus. In den Sendepausen arbeitet der Wandler als hochempfindliches Mikrofon und erfasst die vom Umfeld reflektierten Schallwellen. Das Empfangssignal liegt dabei in der Größenordnung weniger Millivolt, wird gefiltert und anschließend verstärkt. Analog zur Radartechnik berechnet ein Microcontroller anhand der Laufzeit des Echos die Entfernung zum Objekt – bei den Feldspritzen den Abstand zum Boden oder der Feldfrucht. Die Stärke des empfangenen Signals hat bei dieser abstandsmessenden Betriebsart keine Auswirkung auf das Messergebnis.

Die Ultraschallsensor vom Typ 30GM werden direkt in die Gestänge der Ackerspritzen montiert.

Die Ultraschallsensor vom Typ 30GM werden direkt in die Gestänge der Ackerspritzen montiert.Pepperl+Fuchs

Pflanzenspritzen werden üblicherweise dazu eingesetzt Flüssigdünger, Pestizide und andere Flüssigkeiten während des Wachstums gleichmäßig und genau dosiert auf Erntepflanzen zu verteilen – mehrmals während der Wachstumsphase.

Höhenmessung mit Ultraschall: robust und zuverlässig

Da die Pflanzen dann unterschiedlich hoch sind und Pflanzenspritzen auch bei verschiedenen Gewächsen zum Einsatz kommen, muss sich die Auslegerhöhe des Sprühgeräts genau einstellen lassen und im Betrieb präzise eingehalten oder nachgeregelt werden. Dies stellt sicher, dass die Flüssigkeiten richtig dosiert auf die Pflanzen aufgebracht werden. Der Ultraschallsensor misst die Schalllaufzeit, kompensiert dabei den Einfluss der Umgebungstemperatur – mit steigender Temperatur nimmt die Schallgeschwindigkeit zu – und ermittelt daraus die korrekte Entfernung des Auslegers zur Pflanze. Dieser Abstand wird zur Nachführung der Höhe des Auslegers zum Beispiel über einen analogen Stromausgang an die Niveau­regulierung des Fahrzeugs übergeben. Mit einer voreingestellten Mittelwertbildung im Sensor gleitet der Ausleger über die Pflanzen und gleicht Bodenwellen aus. Auch Fahrtwind und Windböen sowie Regen bringen den Sensor dabei nicht aus dem Tritt. Darüber hinaus wird eine mögliche Kollision der Ausleger mit dem Boden in unebenem Terrain verhindert. So kann sich der Maschinenführer auf das Fahren konzentrieren.

Zusammen mit der Gestänge-Nivellierung sorgt die Spritzhöhenüberwachung für die präzise Ausbringung von Düngemittel.

Zusammen mit der Gestänge-Nivellierung sorgt die Spritzhöhenüberwachung für die präzise Ausbringung von Düngemittel.Pepperl+Fuchs

Halb voll oder halb leer?

Weitere Voraussetzung für einen reibungslosen Einsatz ohne Unterbrechungen ist ein ausreichend gefüllter Tank. Auch hier leisten Ultraschallsensoren ihren Beitrag zur Effizienzsteigerung. Rechtzeitig warnt der Ultraschallsensor per Schaltsignal vor einem Leerlaufen des Behälters, beziehungsweise über ein zweites Signal vor Überfüllung.

Eine hohe IP-Schutzart, die Baureihe 30GM von Pepperl+Fuchs erreicht IP67, lässt den Fahrer der Feldspritze nicht im Regen stehen. Die Schutzart macht den Sensor unempfindlich gegen Feuchtigkeit, Schmutz und Chemikalien, wie sie üblicherweise in der Landwirtschaft vorkommen. Das Gehäuse besteht aus einer Metallhülse mit M30-Gewinde und ermöglicht eine Montage des Sensors am Gestänge des Auslegers.

Bei der Füllstandsmessung im Spritzmittelbehälter sind die Sensoren über lange Zeit direkt dem mitunter chemisch aggressiven Spritzmittel ausgesetzt. Hier empfiehlt es sich, die Ultraschallsensoren mit einer Wandlerschutzfolie auszurüsten oder Varianten mit Edelstahlhülse zu spezifizieren.