DE4242215C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Fahrbahnzuständen unter berührungsloser Aufnahme von Substanzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Maschinenbaus und der Mechanik und betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Fahrbahnzuständen unter berührungsloser Aufnahme von Substanzen, wie sie z. B. bei der Ermittlung der auf der Straße befindlichen Salzmenge zur Anwendung kommen.

In der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, um Messungen an flüssigen, staubförmigen oder zerstäuben Substanzen durchzuführen.

Generell läßt sich dies z. B. auf optischem oder elektrischem Wege durchführen.

Für alle Meßmethoden sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt.

Nach der DE 40 29 615 A1 ist eine Einrichtung zur Erfassung von Fahrbahnzustandsdaten mittels Sensoren bekannt, bei der ein Block, der die erforderlichen Sensoren enthält, so in die Fahr­ bahn eingebettet ist, daß die obere Fläche des Blockes in der gleichen Ebene wie die Oberfläche der Fahrbahn liegt. Dadurch ist der Block atmosphärischen Niederschlägen ausgesetzt. Auf diese Weise lassen sich der Bedeckungsgrad der Fahrbahn durch Feuchtig­ keit oder Eis, der Wasserpegel oder die Eisdicke, die Temperatur und/oder die Anwesenheit oder Konzentration von Salz messen.

Der Block ist so ausgebildet, daß er aus zwei konzentrischen Hohlzylindern besteht, wobei der obere über den unteren gestülpt ist und daß zwischen den Wänden der Hohlzylinder ein oder mehrere O-Ringe zur Abdichtung vorgesehen sind.

In der DE 38 24 840 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von einem in Wasser gelösten Taumit­ tel beschrieben.

Danach wird das in Wasser gelöste Taumittel mit einer Vorrichtung mit wenigstens einem auf einer Fahrbahn abrollenden Rad als Lösung aufgenommen. Ein an der Lauffläche des Rades anliegendes Meßrad einer Meßeinrichtung übernimmt mit seiner als Meßfläche dienenden Mantelfläche die vorher durch Abweismittel zu einer Feuchteschicht abgepreßte Lösung in einer Feuchteschicht. In einem Abstand A angeordnete Elektroden der Meßeinrichtung sind mit der Meßfläche in schleifendem Kontakt. Mit Hilfe einer durch eine Recheneinheit an die Elektroden angelegten niederfrequenten Wechselspannung wird die elektrische Leitfähigkeit der Feuchte­ schicht zwischen den Elektroden bestimmt. Mit einem Temperatur­ meßmittel wird die Temperatur der Feuchteschicht auf der Meßflä­ che gemessen und der Recheneinheit als Wert zur Temperaturkompen­ sation der aus dem Leitwert errechneten Taumittelkonzentration zugeführt. Das Verfahren und die Vorrichtung sind zum Steuern eines Salzstreugerätes geeignet.

Eine weitere Lösung ist nach der DE 38 29 008 A1 bekannt.

Danach wird bei einem Verfahren zur Messung des Tausalzgehalts von auf Verkehrsflächen befindlichen Wasserschichten und mit einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens eine hoch­ frequente Strahlung, deren Frequenz zwischen 100 und 10 000 MHz liegt, auf den mit der zu untersuchenden Wasserschicht bedeckten Bereich der betreffenden Verkehrsfläche gerichtet, und es wird die Intensität des von der zu untersuchenden Wasserschicht ref­ lektierten Strahlungsanteils und/oder die Phasenverschiebung des von der zu untersuchenden Wasserschicht reflektierten Strahlungs­ anteils in bezug auf die Wasserschicht gerichtete einfallende Strahlung gemessen. Die erhaltenen Meßwerte bilden je für sich oder miteinander ein Maß für den Salzgehalt der Wasserschicht. Die Vorrichtung weist eine erste Richtantenne, die von einem Hochfrequenzgenerator gespeist ist und deren Strahlungsanteil die Verkehrsfläche unter einem spitzen Winkel in bezug auf die Lot­ rechte trifft, und eine zweite Richtantenne auf, die gleichfalls unter einem spitzen Winkel in bezug auf die Lotrechte auf die Verkehrsfläche trifft. Die zweite Richtantenne ist mit einem Phasenmeßgerät verbunden. Beide Richtantennen sind oberhalb der Verkehrsfläche, vorzugsweise seitlich angeordnet.

Auch in der DE 31 20 362 A1 wird ein Verfahren und eine Einrichtung zur Mengenmessung löslicher Substanzen wie Auftausalzen auf einer Fahrbahnoberfläche beschrieben.

Die Vorrichtung besteht aus einem Probenahmeband gemäß DE 30 19 341 A1, dessen saugfähige Innenschicht mit der Abdeckfolie an den Rändern der kalibrierten, dem Ansaugen der zu testenden Straßen­ flüssigkeit dienenden Fenster verklebt ist und um dieses Fenster herum mit Stärkekleister auf der Oberfläche fixierte z. B. Silber­ chromatpunkte unterschiedlicher Konzentration enthält, die je nach Konzentrationsverhältnis von einer Chloridlösung entfärbt oder nicht entfärbt werden und damit die Eingabelung des Chlorid­ gehaltes der angesaugten Lösung erlauben. Der Anwendung des Probenahmebandes dient die Apparatur, die die Straßenoberfläche mit Lösungsmittel in wegeabhängiger Menge in einer seitlich begrenzten Spur versorgt und die resultierende Lösung mittels einer Bürstenwalze von der Straßenoberfläche auf das Probenahmeband, das von einer Vorratstrommel abrollt, überträgt.

Weiterhin ist nach der US 4 615 225 ein Verfahren bekannt, bei dem ein flüssiges leitfähiges Material analysiert wird, indem mittels eines elektrischen Funkens eine kleine Menge des flüssi­ gen leitfähigen Materials verdampft wird und mit Hilfe eines Trägergases über Leitungen zu einem Analysegerät gebracht wird.

Es ist ebenfalls ein Gerät nach dem DE-GM 19 95 735 bekannt, bei dem sich die zu untersuchende Substanz in einem geschlossenen Raum befindet, dort aufgewirbelt wird und über Rohrleitungen zu der Stelle gebracht wird, wo die Untersuchung stattfindet.

Der Nachteil der bekannten Verfahren und Vorrichtungen besteht darin, daß entweder ein direkter Kontakt mit der Oberfläche erfolgt, auf der sich die Substanzen befinden, an denen Messungen vorgenommen werden sollen, oder daß nur die Menge der in Wasser gelösten Taumittel ermittelt werden kann, oder daß die Probenahme in einem geschlossenen Raum stattfindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Fahrbahnzuständen anzugeben, durch die ohne direkten Kontakt mit der Oberfläche, auf der sich die zu messenden Substanzen befinden, eine elektrische, optische oder radiometrische Messung an den Substanzen erfolgen kann, wobei auch Messungen an anderen Lösungen als an Taumittel-Wasser-Lösungen erfolgen können und wobei die Probenahme nicht an einen geschlossenen Raum gebunden ist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung und des Verfahrens ist folgende:

Über mindestens zwei Düsen wird ein Gas oder ein Gas-Flüssig­ keits-Gemisch auf die Oberfläche geblasen, auf der sich die zu messenden Substanzen befinden. Dadurch werden diese Substanzen aufgewirbelt und ein Teil davon lagert sich auf der Meßseite des oder der Sensoren ab. Die Haftung an der Meßseite des Sensors wird durch Adhäsion erreicht.

Durch diesen ersten Zyklusschritt wird eine größere Salzmenge auf der Meßseite des oder der Sensoren abgelagert, als der oder die Sensoren zur Messung benötigen. Um diesen nicht benötigten Teil des fluiden Mediums zu entfernen und um auch immer ein gleichgro­ ßes Meßvolumen zu gewährleisten, wird danach ein Gas über die Meßseite des oder der Sensoren geblasen.

Nun erfolgt die elektrische, optische oder radiometrische Messung an den auf der Meßseite des Sensors befindlichen Substanzen. Die Art der Messung hängt von der Art der zu messenden Substanz ab und von der Art des eingesetzten Sensors.

Danach wird ein Gasstrom über die Innenseite der Abschirmung geblasen, um die Innenseite der Abschirmung zu reinigen.

Anschließend wird ein Gas-Flüssigkeitsgemisch über die Meßseite des oder der Sensoren geblasen. Dadurch wird die Meßseite gespült und von dem darauf befindlichen fluiden Medium befreit.

Als letzter Schritt wird ein Gasstrom über die Meßseite des oder der Sensoren geblasen, um die Meßseite zu trocknen.

Dieser Zyklus kann beliebig oft unmittelbar hintereinander durch­ geführt werden.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des Verfahrens und der Vorrichtung gegenüber einer relativ zur Vorrichtung bewegten Oberfläche.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Konzentrationsmessung von Auf­ tausalzen an einer Fahrbahnoberfläche.

Die Vorrichtung enthält einen Sensor 1 zur Messung der elektri­ schen Leitfähigkeit von Salzlösungen. Dieser Sensor 1 ist von einer 5 cm hohen Abschirmung 2 umgeben. Am unteren Ende in der Abschirmung sind vier Düsen 3 gegenüberstehend angeordnet. Die Düsen 3 sind in einem Winkel von 45° bezogen auf die Mittelach­ se der Vorrichtung angeordnet. Oberhalb der vier Düsen 3 ist eine weitere Düse 4 in einem Winkel von 120° bezogen auf die Mittel­ achse der Vorrichtung und auf die Meßseite des Sensors 1 gerich­ tet, angeordnet.

Ebenfalls oberhalb der vier Düsen 3 sind vier weitere Düsen 5 in einem Winkel von 90° bezogen auf die Mittelachse der Vorrichtung angeordnet.

Weiterhin oberhalb der vier Düsen 3 ist eine weitere Düse 6, in einem Winkel von 135° bezogen auf die Mittelachse der Vorrich­ tung und auf die Meßseite des Sensors 1 gerichtet, angeordnet. Zu den Düsen 3 bis 6 führen getrennte Zuleitungen 7 zu einer Lochscheibe 9. In den Zuleitungen 7 oberhalb der Lochscheibe 9 ist jeweils ein Behälter 8 für Wasser und Luft eingebaut. Die drehbar gelagerte Lochscheibe 9 öffnet und schließt die Zulei­ tungen 7 zu den Düsen 3 bis 6. In der Lochscheibe 9 sind Bohrun­ gen und Ausfräsungen angebracht, die den Wasser- und Luftstrom zu den Düsen 3 bis 6 steuern. Dies erfolgt folgendermaßen:

Als erster Zyklusschritt wird ein Wasser-Luft-Gemisch mit einem Druck von 0,5 MPa innerhalb von 0,01 s auf die Fahrbahnoberflä­ che geblasen. Das Wasser-Luft-Gemisch entsteht, indem durch jeweils ein Loch in der Lochscheibe 9 gleichzeitig der Wasser- und der Luftbehälter 8 über die Düsen 3 entleert werden. Die Lochscheibe 9 dreht sich weiter und verschließt somit die Zuleitung 7 zu den Düsen 3. In dieser Zeit lagert sich das aufge­ wirbelte in Wasser gelöste Salz auf der Meßseite des Sensors 1 ab. Da sich mehr ablagert, als zur Messung benötigt wird, wird nun die Zuleitung 7 für Luft durch ein Loch in der Lochscheibe 9 zu der Düse 4 geöffnet und die Luft mit einem Druck von 0,5 MPa innerhalb von 0,01 s auf die Meßseite des Sensors 1 geblasen. Dadurch wird das überschüssige fluide Medium von dem Sensor 1 entfernt. Die Lochscheibe 9 dreht sich weiter und verschließt wieder die Zuleitung 7 zu der Düse 4.

Nun wird die elektrische Leitfähigkeit der Salzlösung gemessen. Da die elektrische Leitfähigkeit über einen weiten Konzentrati­ onsbereich nahezu proportional zur Salzkonzentration ist, sind über eine Eichkurve sofort Aussagen über die Salzkonzentration auf der Fahrbahn machbar.

Anschließend wird der Raum unterhalb des Sensors 1 und die Innen­ seite der Abschirmung (2) von möglicherweise anhaftendem Schmutz gesäubert, indem die Lochscheibe 9 mittels eines Loches die Zuleitungen 7 für Luft zu den Düsen 5 freigibt und somit Luft auf die Innenwände der Abschirmung 2 geblasen wird.

Danach wird die Meßseite des Sensors 1 gespült und gereinigt, indem die Lochscheibe 9 mittels eines Loches die Zuleitungen 7 von den Behältern 8 für Wasser und Luft zu den Düsen 6 freigibt und somit ein Wasser-Luft-Gemisch über die Meßseite des Sensors 1 mit einem Druck von 0,5 MPa innerhalb von 0,05 s geblasen wird. Durch dieses Wasser-Luft-Gemisch wird die Meßseite des Sensors 1 gespült und gereinigt.

Für den nächsten Meßzyklus muß die Meßseite des Sensors 1 noch getrocknet werden. Dies geschieht, indem die Lochscheibe 9 sich weiterdreht und die Zuleitung 7 für Luft zu der Düse 6 freigibt. Die Luft wird mit einem Druck von 0,05 MPa innerhalb von 0,05 s auf die Meßseite des Sensors 1 geblasen.

Dieser Meßzyklus wird jeweils nach 2 s wiederholt.

Das Ergebnis der Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Salzlösung kann über eine Recheneinheit direkt zur Steuerung des Streugerätes verwendet werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Messung von Fahrbahnzuständen unter berührungs­ loser Aufnahme von Substanzen, wobei über Zuleitungen (7) für Gas und Flüssigkeit zuerst ein Gas-Flüssigkeitsgemisch über minde­ stens zwei paarweise gegenüberstehend angeordnete Düsen (3) mindestens 0,001 s auf die Fahrbahnoberfläche geblasen wird, auf der sich die zu messenden Substanzen befinden, daß danach ein Gas über ein bis zwei weitere Düsen (4) auf die Meßseite eines oder mehrerer Sensoren (1), die von einer Abschirmung (2) umgeben sind, mindestens 0,001 s geblasen wird, daß anschließend eine elektrische, optische oder radiometrische Messung an den Substan­ zen, die sich an der Meßseite des oder der Sensoren (1) abgela­ gert haben, mittels des oder der Sensoren (1) durchgeführt wird, daß danach ein Gas über mindestens zwei weitere Düsen (5) minde­ stens 0,001 s auf die Innenseite der Abschirmung (2) geblasen wird, daß anschließend über ein bis zwei weitere Düsen (6) zuerst ein Gas-Flüssigkeitsgemisch und anschließend ein Gas mindestens 0,001 s auf die Meßseite des oder der Sensoren (1) geblasen wird, wobei turbulente, gerichtete und/oder impulsartige Gas- und/oder Flüssigkeitsströme eingesetzt werden und wobei der gesamte Meßzy­ klus ein oder mehrmals hintereinander ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zuleitungen (7) über Behälter (8) für Gas und Flüssigkeiten geführt werden, wobei in den Behältern (8) jeweils die Menge an Gas und/oder Flüssigkeit gespeichert wird, die für einen Verfahrensschritt in einem Zyklus gebraucht wird.

3. Vorrichtung zur Messung von Fahrbahnzuständen unter berüh­ rungsloser Aufnahme von Substanzen bestehend aus mindestens einem Sensor (1), der von einer Abschirmung (2) umgeben ist, und einer Vorrichtung zum Aufnehmen der Substanzen durch ein fluides Medi­ um, welche eine Mittelachse aufweist, wobei neben dem oder den Sensoren (1) mindestens zwei paarweise gegenüberstehend angeord­ nete Düsen (3) vorhanden sind, wobei die Düsenöffnungen in einem Winkel von 30 bis 60° zur Mittelachse der Vorrichtung, auf die Fahrbahnoberfläche gerichtet, angeordnet sind, wobei weitere ein bis zwei Düsen (4) in einem Winkel von 95 bis 135° zur Mittel­ achse der Vorrichtung, auf die Meßseite des oder der Sensoren (1) gerichtet, angeordnet sind, wobei mindestens zwei weitere Düsen (5) in einem Winkel von 80 bis 120° zur Mittelachse der Vorrich­ tung angeordnet sind, wobei weitere ein bis zwei Düsen (6) in einem Winkel von 120 bis 150° zur Mittelachse der Vorrichtung, auf die Meßseite des oder der Sensoren (1) gerichtet, angeordnet sind, wobei der Gas- und/oder Flüssigkeitsdruck, mit dem das Gas und/oder die Flüssigkeit aus den Düsen (3 bis 6) austreten, zwischen 0,05 und 5 MPa beträgt und die Durchsatzmengen durch die Düsen (3 bis 6) je Meßzyklus für die Flüssigkeit 1 bis 10 cm³ und für das Gas 1 bis 20 l betragen, und wobei in oder an der Vor­ richtung Zuleitungen (7) für das Gas und die Flüssigkeit an­ geordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Höhe der Abschirmung (2) mindestens der Breite eines Sensors (1) entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Zuleitungen (7) über Behälter (8) für Gas und Flüssigkeit geführt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Gas- und/oder Flüs­ sigkeitsdruck 0,5 MPa beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der für die Steuerung der Düsen im Meßzyklus eine Lochscheibe (9) vorhanden ist.