Ultraschallsensoren arbeiten nach dem Echolot-Prinzip: Sie senden in kurzen Abständen für das menschliche Ohr unhörbare Schallimpulse aus und empfangen deren Echo. Der Ultraschallwandler – sprich die Schallmembran – fungiert dabei zugleich als Sender/Lautsprecher und als Empfänger/Mikrofon. Aus der Echolaufzeit – dem zeitlichen Abstand zwischen Senden und Empfangen des Signals – errechnet ein Mikroprozessor präzise den Abstand zum Objekt. Die Stärke des reflektierten Signals spielt dabei keine Rolle. Da die Schallausbreitung in der Luft geringfügig von der Temperatur abhängig ist, wird diese gemessen und ein Kompensationswert eingerechnet, um die Präzision der Messung zu erhöhen. Ultraschallsensoren erfassen Objekte millimetergenau, unabhängig von Farbe und Oberflächenbeschaffenheit. Staub und Schmutz haben keinen Einfluss auf ihre Messgenauigkeit, u.a. weil die Oberfläche des Wandlers mit hoher Frequenz vibriert. Staub und Flüssigkeitströpfchen werden abgeschüttelt, Ablagerungen auf dem Sensor können so gar nicht erst entstehen. Die Schallimpulse durchdringen auch Nebel und Staubwolken. Mit diesen bauartbedingten Eigenschaften ist die Ultraschalltechnologie für den Einsatz unter den rauen Bedingungen in der Landwirtschaft prädestiniert.
Automatische Steuerung reduziert Spritzmittelverbrauch
Wie alle Kulturpflanzen sind auch Obstbäume dem Angriff von Schädlingen ausgesetzt. Regelmäßiger Pflanzenschutz ist in Obstplantagen deshalb unverzichtbar, nicht nur für die Sicherung der Ernte, sondern auch für die langfristige Gesunderhaltung der Bäume. Je nach Jahreszeit und Witterung werden deshalb in bestimmten Abständen Pflanzenschutzmittel gespritzt. Diese Mittel müssen aus finanziellen wie ökologischen Gründen so effizient wie möglich eingesetzt werden. Bei der herkömmlichen Verteilung der Pestizide wird das Spritzmittel jedoch kontinuierlich ausgebracht. So wird es auch in den Zwischenräumen zwischen den Bäumen verteilt, wo es gar nicht gebraucht wird. Um das Ausbringen auf die Zielobjekte – die Bäume – zu beschränken, wird eine präzise und schnelle automatische Steuerung der Spritze benötigt. Die entscheidende Rolle spielt dabei die genaue Erfassung der Abfolge von Bäumen und Zwischenräumen. Ultraschallsensoren können die Lücken präzise erkennen und eine entsprechende Unterbrechung des Sprühvorgangs auslösen. Die Detektion können z.B. zylindrische M30-Ultraschallsensoren der Serie 30GM70 übernehmen. Sie weisen neben den bauartbedingten Stärken der Ultraschallmessung weitere Vorzüge auf, die für diese Anwendung wichtig sind. Die Sensoren verfügen über eine hohe IP-Schutzart und sind deshalb unempfindlich gegen Witterungseinflüsse. Mit einer zusätzlichen Schutzfolie können die Wandler zudem gegen die Chemikalien, welche in den Spritzmitteln enthalten sind, geschützt werden, ohne dass ihre sensorische Leistung geschmälert wird.
Einfache Inbetriebnahme und Handhabung
Die Sensoren werden seitlich am Vorratsbehälter für das Spritzmittel angebracht (Bild 2). Ihr Detektionsbereich befindet sich damit unmittelbar vor der Sprühfahne. Bei der Wahl der Anbringung, besonders der Montagehöhe über dem Boden, sind die Ausmaße des keulenförmigen Detektionsbereichs zu berücksichtigen. Die Größe dieser sogenannten Schallkeule kann im Bedarfsfall reduziert werden. So vermeidet man störende Reflexionen und damit Fehlschaltungen, ausgelöst etwa durch größere Bodenunebenheiten. Da Blätter, Zweige und Baumstämme mit ihren unregelmäßigen Konturen und dämpfenden Oberflächen keine idealen Reflektoren für den Schall sind, muss ein Gerät mit ausreichender Reichweite und Funktionsreserve gewählt werden. Wie in anderen Einsatzgebieten kommt es auch in der Landwirtschaft darauf an, dass die Handhabung der Geräte möglichst einfach und intuitiv ist. Der Maschinenfahrer kann die Schaltgrenzen bei Bedarf mit Potentiometern direkt am Sensor einstellen. Mit dem USB-Programmieradapter UC-18/30GM-IR und dem Programm Ultra-Prog-IR für die Inbetriebnahme und zur Parametrierung können Objektentfernung und Echosignalstärke aber auch im Detail visualisiert werden. Außerdem sind damit die optimale Ausrichtung, sowie die präzise Einstellung der Schaltgrenzen möglich.
Kollisionsschutz im Gewächshaus
Ein bedeutender Teil der Agrarproduktion, vor allem von besonders hochwertigen oder empfindlichen Pflanzen, findet heute in Gewächshäusern statt. Im sprichwörtlichen Treibhausklima -warm und feucht – fühlen sich aber nicht nur die Nutzpflanzen, sondern auch viele Schädlinge sehr wohl. Bei üppigem Nahrungsangebot unter geschützten Bedingungen vermehren sie sich besonders schnell und sind eine große Gefahr für die Ernte. Die Betreiber von Gewächshäusern setzen heute zunehmend auf biologische Maßnahmen, um die Schädlinge in Schach zu halten. Damit lässt sich erreichen, dass deren natürliche Feinde – wie Schlupfwespen, Raubmilben oder Nematoden – im Gewächshaus die Oberhand behalten. In großen Gewächshäusern werden Maschinen eingesetzt, um die Eier der Nützlinge in der richtigen Menge und zur richtigen Zeit gleichmäßig in den Kulturen zu verteilen. Das niederländische Unternehmen De Vette CV in Schipluiden bei Rotterdam hat dafür ein automatisiertes Verteilsystem entwickelt. Die hängende Apparatur wird platzsparend unter dem Treibhausdach befestigt und fährt über den Beeten hin und her. Ventilatoren blasen die Eier der Nützlinge durch Metallrinnen zum Zielort über den Pflanzen. Das Verteilgerät muss automatisch stoppen, bevor es an die Glasfassade am Ende des Treibhauses stößt, oder wenn es eine zu diesem Zweck montierte Abgrenzungsplatte aus beliebigem Material erreicht. Auch hier sorgen Ultraschallsensoren, die an beiden Seiten der Apparatur angebracht sind, für eine sichere Signalgebung. Ihre Leistung wird von der – je nach Pflanzensorte und Vegetationsphase – mal staubigen, mal schmutzig-feuchten Atmosphäre nicht beeinträchtigt. Sie erfassen sowohl die Glasfassade des Gewächshauses als auch die Abgrenzungsplatte ohne Einschränkung und sorgen damit für zuverlässigen Kollisionsschutz. Im Gegensatz zu mechanischen Schaltern arbeiten sie verschleißfrei, zudem sind ihre Schaltpunkte durchgehend reproduzierbar. Die Schutzart IP67 garantiert die zuverlässige Funktion in feucht-warmer Umgebung, auch im direkten Einflussbereich des Bewässerungssystems. Ihre kompakte Bauform erlaubt es, die Sensoren flach und platzsparend auf dem Verteilsystem anzubringen. Die Stärken von Ultraschallsensoren werden bereits -neben diesen Beispielen – in vielen landwirtschaftlichen Anwendungen genutzt, in denen es um Objekterkennung, Abstandsmessung oder Kollisionsschutz geht.
