Aquadopp

Aquadopp-Strömungsmessgeräte messen dreidimensionale Strömungen innerhalb einer Messzelle von 0,75 m Größe, welche sich in einem frei wählbaren Abstand von 0,35 bis maximal 5 m vom Schallgeber befindet. Mögliche Zeitskalen liegen zwischen 1 Sekunde und mehreren Stunden. Größere Tiefen können mittels senkrechter Seilvorrichtungen erreicht werden, entlang derer die Strömungsmesser in die gewünschten Positionen bewegt werden.

Aquadopps benötigen keine Kalibrierungen. Sie sind leicht, handlich, kompakt und robust, foulingresistent und beeinflussen die Messungen nicht, da sich das Gerät sowie Befestigungsvorrichtungen in ausreichender Entfernung vom Messvolumen befinden. Interne Batterien und Datenspeicher sowie Kompass, Druck-, Temperatur-, Neigungssensoren und zwei analoge Eingänge für externe Sonden gehören zum Leistungsumfang. Aquadopps kommen überall zum Einsatz, wo Einzelpunktmessungen für die Ermittlung von Strömungen gewünscht und variable sowie unkomplizierte Installationen gefordert sind. Neben flexiblen Anwendungen finden die Geräte auch in stationären Dauerbeobachtungsstellen oder bei Echtzeitaufzeichnungen, z.B. an Bojen oder Erdölplattformen, Verwendung.

Der Aquadopp ist vielseitig einsetzbar, robust und kosteneffizient, bis zu einer Tiefe von 300 m einsetzbar und erträgt einen Druck von etwa 30 bar. Die Ausstattung umfasst neben den Signalgebern/-empfängern und der für Dopplermessungen notwendigen Elektronik Drucksensor, Widerstandsthermometer, Kompass und Neigungssensor. Bei festinstallierten Aquadopps (z.B. an Bojen, Dalben, Kaimauern) können unterschiedliche Ausrichtungen der Schallgeber und -empfänger notwendig sein, um Störeinflüsse der Bauwerke zu vermeiden.

Die variable Gestaltung der Messköpfe ermöglicht vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Es existieren unterschiedliche Ausführungen, von denen vorrangig der Standardmesskopf (standard sensor head) mit einseitiger Ausrichtung der drei Schallgeber, ein Messkopf mit rechtwinklig abgewandten Schallgebern (right angle sensor head) und ein Messkopf mit symmetrischer Ausrichtung der Schallgeber (symmetric sensor head) Verwendung finden. Weitere Modellen sind in der Broschüre dargestellt. Ein nachträglicher Austausch von Messköpfen oder gewünschte nutzerdefinierte Anpassungen sind möglich.

Die Bedienungssoftware für Windowsbetriebssysteme dient Echtzeitaufnahmen sowie Planung und Konfiguration autarker Einsätze. Gewöhnlich wird der Aquadopp über einen angeschlossenen PC konfiguriert. Kommunikationen über RS232/RS422 Schnittstellen (binär oder ASCII) weiterer Konsolen, über Analogausgänge oder über Windows-Computer mittels ActiveX-Komponenten sind ebenfalls möglich.

Die häufigste Anwendung ist der Einsatz an senkrechten Zugvorrichtungen (mooring lines) mit ein oder mehreren Geräten an Seilen oder Kabeln, welche von der Sohle zu Auftriebskörpern verlaufen. Die Instrumente sind mit Klemmvorrichtungen direkt am Zugseil oder mittels einer Aquafin befestigt. Eine Diagnose-Modus (Diagnostic Mode) ermöglicht Messungen auch bei Strömungseinflüssen auf die Vorrichtung. Dabei werden neben den Strömungen parallel Hilfsparameter wie Signalstärken, Neigung, Ausrichtung etc. mit 1 Hz aufgezeichnet und bei der Auswertung analysiert. Ursprünglich entwickelt um Bewegungen, Neigung und Rotation von Zugvorrichtungen berücksichtigen zu können, wurde dieser Modus später auch zur Wellenerfassung verwendet, wie unten ausgeführt wird.

Bestückungen mit externen Sensoren von Herstellern wie Campbell (Trübung), Seapoint (Trübung) oder Seabird (CT) sind möglich.

Neben den Zugvorrichtungen werden Aquadopps auch an Oberflächenbojen, Pfählen oder sohlgestützten Rahmen angebracht. Dabei ist zu beachten, dass keine Störungen durch die Konstruktionen auftreten. Die flexible Abstandwahl des Messbereichs und die Auswahl verschiedener Messköpfe sind dafür von Vorteil. Für unterschiedliche Befestigungsstrukturen bestehen entsprechende Konfigurationen um optimierte Messungen durchzuführen.

In Kanälen, Flüssen und Häfen können Aquadopps oberhalb der Sohle seitlich an Berandungen befestigt werden um Sedimentablagerungen zu vermeiden. Die Signalgeber sind dabei bspw. horizontal in die Strömung gerichtet, Fließgeschwindigkeiten werden in 5 m Entfernung vom Gerät aufgezeichnet und Messungen erfolgen mit einem 2D-Sensor, welcher nur die horizontalen Komponenten erfasst.Zusätzlich zu Strömungsmessungen kann der Aquadopp konfiguriert werden, um parallel Wellenhöhen, -perioden und -richtungen aufzuzeichnen, was als PUV-Methode bezeichnet wird. Dies bedeutet die zweidimensionale Erfassung der Fließgeschwindigkeit und des Drucks mit 1 Hz sowie spätere Prozessierung mittels der Nortek-Software QuickWave oder Matlab-Routinen, die von der Nortek-Seite heruntergeladen werden können. Die Verwendung als Wellensensor benötigt zusätzlichen Datenspeicher. Dennoch ist der Aquadopp das kosteneffizienteste Gerät auf dem Markt, welches nach der PUV-Methode Wellen erfasst. Weitere Informationen dazu finden Sie hier.

Der erste Aquadopp wurde 1998 ausgeliefert. Heute wird das Gerät weltweit von wissenschaftlichen Instituten, Ingenieuren und Behörden eingesetzt. Kundenreferenzlisten können auf Anfrage bereit gestellt werden.

Zwei weitere Aquadopp-Modelle wurden für Tiefen bis 3000m bzw. 6000m entwickelt und verfügen über die gleiche Grundausstattung wie der Standard-Aquadopp. Messraten sind bis zu einem Hz und wählbare Messpositionen bis 5m Abstand vom Gerät möglich. Unterschiede bestehen in Gehäusematerialien und -abmessungen sowie in den unterschiedlichen Gewichten. Der Standard-Aquadopp besitzt ein Kunststoffgehäuse mit Titanschrauben und wiegt an Land lediglich 2,2 kg. Das Kunststoffgehäuse des 3000m Aquadopp ist verstärkt und weist einen größeren Durchmesser auf (Gewicht: 4,4 kg) und der 6000m Aquadopp besitzt ein komplettes Titangehäuse und das Gewicht beträgt 10 kg. Die Messköpfe sind aus dem hochwertigen Kunststoff POM gefertigt. Die Ausrichtung der Signalgeber ist wie in der Standardausführung des Aquadopps entweder symmetrisch oder seitlich ausgerichtet.

Die häufigste Anwendung ist der Einsatz an senkrechten Zugvorrichtungen mit ein oder mehreren Geräten an Seilen oder Kabeln, welche von der Sohle zu Auftriebskörpern gespannt sind. Die Instrumente sind mit Klemmvorrichtungen direkt am Zugseil oder mittels einer Finne befestigt, welche die Ausrichtung des Instrumentes in die Strömung gewährleistet. Da in Tiefen ab etwa 500 m oft nur geringe Mengen an Schwebmaterial vorhanden sind, wurden zur Qualitätssicherung der Messungen für die Aquadopp 3000m / 6000m Schallgeber und Geräteelektronik entsprechend unterschiedlicher Einflussfaktoren auf die Signalgüte modifiziert. Die nachgewiesene Leistungsfähigkeit in großen Tiefen ist hier dokumentiert. Zusammenfassend lassen sich folgende Eigenschaften aufführen:

Die Gehäuse sind kompakt, ohne bewegliche Teile, von geringem Gewicht und korrosionsresistent

Rekalibrierungen nach den Werkskalibrierungen sind nicht notwendig

Geringer Energieverbrauch auch bei langfristigem Einsatz

Optionale Hardware- und Softwarekonfigurationen für unterschiedliche Anforderungen und Messbedingungen

Aufzeichnung zusätzlicher Messparameter wie Signalstärke, Neigung, Ausrichtung, Batterieladung und Staus-/Fehlercodes

Flexible Vorgehensweise bei Messungen: Messintervalle, Durchschnittsintervalle und Pingraten können unabhängig voneinander im Planungsmenü der Bedienungssoftware festgelegt werden

Der Kompass verfügt über eine Kalibrierungsroutine, welche der Eliminierung von Störeffekten durch Kabel oder Befestigungsklemmen dient.

Ein Diagnosemodus analysiert detailliert Bewegungen von vertikalen Seil- oder Kabelvorrichtungen wie Zug, Rotation und Neigung.

Die akustische Signalgüte wird aufgezeichnet um ein Qualitätsmaß für die akustischen Bedingungen während der Messungen zu erhalten.

Der Aquadopp IM300 ist der Standard-Aquadopp erweitert um ein induktives Modem, das Seabird Inductive Modem Module (IMM). Das System ist vorgesehen für Einsätze an langen Zugvorrichtungen (mooring lines) mit Datenübertragung entlang von Stahlkabeln zu einem Empfangsmodem, beispielsweise in einer Boje o.ä. (Abb. 1). Dafür wurden an dem Gerät verschiedene Hard- und Firmwareänderungen vorgenommen, welche aber auch noch den alleinigen Betrieb als Strömungsmesser ohne Modemfunktion erlauben.

Zweck des induktiven Modems ist die Kommunikation ohne aufwendige Unterwasserverkabelung, wobei ein niederfrequentes Signal in einem ummantelten Stahlkabel generiert wird und das Meerwasser als Erdrückleitung dient.

Abb. 2

Die Kommunikation mit dem Empfangsgerät an der Oberfläche wird von dem Seabird Inductive Modem (IMM) durchgeführt, während die Unterstützung des IMM Kommunikationsprotokolls und die Datenübertragung vom Aquadopp zum IMM durch die Aquadopp-Firmware erfolgt.

Von außen betrachtet wirkt die Anschlussvorrichtung wie eine mechanische Modifikation der Abschlusskappe. Das Gesamtsystem besteht aus verschiedenen Teilen:

Im Inneren des Gehäuses befindet sich das Seabird IMM auf einer Interfaceplatine, welche die Kommunikation der Aquadopp-Elektronik mit der IMM-Platine und dem Drahtbund, welcher um das Kabel geklemmt ist, gewährleistet. Die Platine ist nahtlos in die Elektronik des Aquadopps integriert. Nachrüstungen sind für alle nach dem Sommer 2008 ausgelieferten Aquadopps möglich (Firmware-Versionen 3.xx und spätere).

Eine spezielle Abschlusskappe, welche den am Kabel befestigten Drahtbund beinhaltet, ersetzt die übliche Kappe.

Eine Klemmvorrichtung verbindet den Aquadopp starr mit dem Kabel.

Eine Finnen-Vorrichtung sichert eine stabile Position des Aquadopps auch in starken Strömungen und kann sowohl mit kurzen als auch langen Aquadopp-Gehäusen verwendet werden (Abb. 1 und 2).

Ein Abweiser verhindert Gefährdungen des Aquadopps durch Fischleinen oder –netze, welche so entlang des Kabels abgleiten. Der Winkel des Abweisers und der Aquafin zum Kabel ist gleich um ein Verhaken von entlang des Kabels gezogener Leinen oder Netze zu vermeiden.

Abb. 3

Es bestehen zwei Modelle für die Klemmvorrichtungen:

Das Standardsystem ist für die Benutzung mit variablen Klemmen vorgesehen und kann für Kabel mit Durchmessern von 6 bis 13 mm angepasst werden (Abb. 3). Abbildung 4 stellt hingegen ein optionales System dar, welches für Kabel mit festgelegten Durchmessern konzipiert ist.

Abb. 4

Der Durchmesser ist bei Bestellungen anzugeben und es wird empfohlen Kabelstücke zu Nortek zu schicken um die Anfertigung testen zu können. Vorteile fixer Durchmesser bestehen in einer ausreichenden Befestigung mit nur einem Bolzen. Auf das Zerlegen und Justieren der Klemme vor dem Anschluss kann verzichtet werden. Desweiteren ist dieses System voraussichtlich besser abgesichert und weniger anfällig bezüglich unerwünschten Gleitens entlang der Kabel.

Abb. 5

Sowohl die variablen Klemmvorrichtungen als auch die Finnen können auch für Befestigungen der Standard-Aquadopp-Strömungsmesser ohne induktive Modems verwendet werden, wie unten dargestellt (Abb. 5)

Für den Aquadopp IM6000 wurde das Seabird Inductive Modem Module (IMM) erweitert. Wie für das Flachwassersystem ist das System für Einsätze an langen Zugvorrichtungen (mooring lines) mit Datenübertragung entlang von Stahlkabeln zu einem Empfangsmodem, beispielsweise in einer Boje o.ä. vorgesehen.

Zweck des induktiven Modems ist die Kommunikation ohne aufwendige Unterwasserverkabelung, wobei ein niederfrequentes Signal in einem ummantelten Stahlkabel generiert wird und das Meerwasser als Erdrückleitung dient. Die Kommunikation mit dem Empfangsgerät an der Oberfläche wird von dem Seabird Inductive Modem (IMM) durchgeführt, während die Unterstützung des IMM Kommunikationsprotokolls und die Datenübertragung vom Aquadopp zum IMM durch die Aquadopp-Firmware erfolgt.

Auch im Aquadopp IM6000 ist die Anschlussvorrichtung eine Modifikation der Abschlusskappe. Das Gesamtsystem besteht aus den folgenden Teilen:

Wie bei dem Aquadopp IM400 befindet sich im Inneren des Gehäuses das Seabird IMM auf einer Interfaceplatine, welche die Kommunikation der Aquadopp-Elektronik mit der IMM-Platine und dem Drahtbund, welcher um das Kabel geklemmt ist, gewährleistet. Die Platine ist nahtlos in die Elektronik des Aquadopps integriert. Nachrüstungen sind für alle nach dem Sommer 2008 ausgelieferten Aquadopps möglich (Firmware-Versionen 3.xx und spätere).

Eine spezielle Abschlusskappe, welche den am Kabel befestigten Drahtbund beinhaltet, ersetzt die übliche Kappe.

Eine Klemmvorrichtung verbindet den Aquadopp starr mit dem Kabel.

Eine Finnen-Vorrichtung sichert eine stabile Position des Aquadopps auch in starken Strömungen und kann sowohl mit kurzen als auch langen Aquadopp-Gehäusen eingesetzt verwendet werden.

Ein Abweiser zur Vermeidung des Verhakens von Fischleinen oder -netzen, wie für den Aquadopp IM400 möglich, ist für den Aquadopp IM6000 nicht notwendig, da bei großen Einsatztiefen nicht mit Fischereiaktivitäten zu rechnen ist.