Vector-Gen2
Die Vector Generation 2 ist ein hochpräzises Einpunkt-Strömungsmessgerät, das 3D-Geschwindigkeiten in einem sehr kleinen Messvolumen mit einer Abtastrate von bis zu 64 Hz erfasst. Es wird häufig für Anwendungen im Sedimenttransport, für Messungen kleinräumiger Turbulenzen und für Studien im Küsteningenieurwesen eingesetzt. Das Gerät hat bezüglich der Datenqualität in unterschiedlichsten Einsatzbereichen eine hervorragende Erfolgsbilanz. Diese Version ist für den Einsatz bis zu einer Tiefe von 300 m geeignet. Folgende Funktionen und Anwendungsbereiche lassen sich hervorheben:
Messungen kleinräumige Turbulenzen
Abtastraten bis zu 64 Hz
Kleines Messvolumen für Messungen nahe an Grenzflächen
Optionale Echolotfunktion
Untersuchungen orbitaler Wellenbewegungen
Messungen in großen Strömungsrinnen
Gründe für die Entwicklung der Generation 2 des Vectors
Das erste Vector wurde im März 1999 eingeführt. Seitdem hat sich die Doppler-Technologie weiter entwickelt und einige der für die Herstellung erforderlichen Komponenten sind veraltet. Deshalb hat Nortek bei dieser Gelegenheit auch Leistung und Design des Vector verbessert um seine Position als zuverlässiger Sensor zur Messung von Strömungen, Wellen und Turbulenzen auch in Zukunft zu sichern. 2025 wurde die ursprüngliche Version des Vector durch den neuen Vector ersetzt.
Obwohl der Übergang möglichst komplikationsfrei ablaufen soll, gibt es Unterschiede, die zu berücksichtigen sind. Hier ein Überblick:
Ausstattung
Der Vector der zweiten Generation ist ein kompakter Velocimeter, der Strömungen, Wellen und Turbulenzen misst. Das integrierte Design enthält Funktionen, die beim ursprünglichen Vector optional waren. Ein vereinfachtes Konzept gewährleistet eine einheitliche Funktionalität bei allen Einsätzen und reduziert die Komplexität bei Bestellung, Einrichtung und Integration im Feld. Derzeit gibt es nur eine Version für Wassertiefen bis 300 m. Die Abbildungen rechts stellen die Ausstattung dar.
Kompaktere Bauform: Der Durchmesser des Instruments wurde von 75 mm auf 48 mm reduziert und die Länge von etwa 700 mm auf 250 mm verkürzt, was zu einem deutlich kleineren Platzbedarf führt. Oben im Bild ist der ursprüngliche Vector neben dem Vector der zweiten Generation zu sehen. Diese neue, kleinere Größe ermöglicht nun den Einsatz des Vector auch in Bereichen, die für die ursprüngliche Version unzugänglich waren.
Leichtbauweise: Das Gewicht wurde von 5 kg auf 650 g an der Luft reduziert (85 % leichter), was das Instrument leichter handhabbar, transportierbar und installierbar macht – insbesondere auf autonomen Plattformen oder in engen Umgebungen.
Verzicht auf Stab: Der Vector der zweiten Generation besitzt keinen herkömmlichen starren Stab mehr, der die Sonde (das zentrale Element mit drei Empfangsarme und zusätzlichen Sensoren) mit dem Instrumentengehäuse verbindet. Da das Gehäuse des Instruments nun deutlich kleiner ist, ist eine Trennung vom Gehäuse nicht mehr notwendig um Strömungsstörungen zu vermeiden. Das kleinere Gehäuse ermöglicht zudem eine flexiblere Positionierung des Instruments, weshalb es für den Vector der zweiten Generation auch keine Kabelsonden-Option geben wird. Umfangreiche CFD-Modellierungen zur neuen Gehäuseform ergaben, dass diese keine größeren Strömungsstörungen verursacht werden als bei der Form des ursprünglichen Vector. Weiter werden die hochwertigen Kalibrierverfahren, die beim ursprünglichen Vector angewendet wurden, auch beim Vector der zweiten Generation angewandt.
Größerer Sende-Wandler: Beim Vector der zweiten Generation wurde der zentrale Sende-Wandler im Vergleich zum ursprünglichen Design aufgerüstet. Er funktioniert nun als Breitbandwandler mit verbesserter Leistung und kann bei Bedarf auch als Empfänger arbeiten. Die drei schräg angeordneten Empfangswandler wurden unverändert vom ursprünglichen Vector-Design übernommen.
Verzicht auf interne Batterien: Die deutlich kleinere Baugröße bedeutet, dass im Vector der zweiten Generation kein Platz mehr für interne Batterien vorhanden ist. Stattdessen steht für eigenständige Einsätze ein kleiner externer Batteriekanister zur Verfügung (unten im Bild dargestellt). Dieses kleine Gehäuse enthält eine wiederaufladbare Li-Ionen-Batterie mit 76 Wh, die den Vector bei kontinuierlicher Messung mit 32 Hz Abtastrate und maximaler Leistung mehr als 48 Stunden betreiben kann – oder etwa zwei Wochen bei stündlichen Messungen in 10-minütigen Intervallen. Für Anwendungen, die mehr Batteriekapazität benötigen, bietet Nortek eine breite Auswahl an Batteriekanistern und -paketen an, die sowohl mit dem Vector als auch mit den Geräten der zweiten Generation der Aquadopp-Serie austauschbar sind.
Standardmäßige Bulkhead-Steckverbinder: Der Vector der zweiten Generation verfügt an der Abscglusskappe über zwei MCBH-FS-Steckverbinder: einen 6-poligen und einen 8-poligen Anschluss. Der 8-polige Anschluss wird für Kommunikation- und Stromversorgung genutzt. Der 6-polige Anschluss dient der Stromversorgung und Kommunikation externer Sensoren sowie für Synchronisationsoptionen.
Temperatur- und Drucksensor in Empfangssonde: Beim ursprünglichen Vector sind sowohl der Temperatur- als auch der Drucksensor in der Kunststoff-Kappe an der Basis des Stabs integriert. Beim Vector der zweiten Generation befinden sich beide Sensoren in der Sonde – dem zentralen Element mit den Empfängern (Abb. 1 und 2). Dadurch liegen Temperatur- und Druckmessungen nun wesentlich näher am tatsächlichen Messvolumen. Außerdem ist der Thermistor nun in einem Bronzekontakt direkt im Wasser untergebracht, was eine schnellere Reaktionszeit auf Temperaturänderungen ermöglicht.
LED: Wie bei neueren Nortekgeräten, verfügt der Vector der zweiten Generation über eine LED an der Sonde als externe Statusanzeige (siehe Abb. 2). Die LED leuchtet auf, sobald das Gerät mit Strom versorgt wird, und blinkt mit der vom Benutzer festgelegten Abtastrate, um die Datenerfassung anzuzeigen.
Aktualisierungen der Elektronik
Moderne Elektronik: Die Elektronik des Instruments wurde vollständig neu entwickelt und nutzt nun eine moderne System-on-Module-Architektur, wodurch sie deutlich leistungsfähiger und fortschrittlicher ist. Die aktualisierte Elektronik verbraucht weniger Strom und ist weniger anfällig für Störungen, was zu einer höheren Messgenauigkeit bei gleichem Energieverbrauch führt. Außerdem sind die elektronischen Komponenten nun vollständig gekapselt und für Benutzer unzugänglich, um unnötige Belastung oder Beschädigung zu vermeiden.
Broadband: Während alle Doppler-Velocimeter das Pulse-Coherent-Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung verwenden – siehe Principles of Operation: High Resolution – konnte der ursprüngliche Vector in diesem Schema nur Schmalbandimpulse senden. Der Vector der zweiten Generation verfügt nun über Broadband-Technologie, die eine deutlich höhere Genauigkeit pro Ping (bei gleichem Energieverbrauch) ermöglicht. Die Geräte können mit einer Bandbreite von 25 % („Broadband“) für verbesserte Präzision konfiguriert werden, zusätzlich zur traditionellen 6 % Bandbreite („Narrowband“) für eine zuverlässigere Messung in Gewässern mit wenig Schwebfracht.
Paralleler Empfang: Der ursprüngliche Vector arbeitete mit einem multiplexed Pinging-Verfahren, bei dem jeder Empfangsstrahl nacheinander aktiviert wurde – das heißt, die Impulse wurden von jedem Empfänger einzeln empfangen (Abb. 5). Dieses Verfahren minimierte akustische Interferenzen zwischen den Strahlen, begrenzte jedoch die Abtastrate und zeitliche Auflösung. Der Vector der zweiten Generation ermöglicht nun den gleichzeitigen Empfang auf allen Strahlen, sodass alle Empfänger den gesendeten Impuls zur selben Zeit aufnehmen. Dadurch benötigt das Gerät für denselben Pingzyklus nur ein Drittel der Energie (und ein Drittel der Zeit), was sowohl den Stromverbrauch als auch die zeitliche Auflösung verbessert. Diese Leistungssteigerung führt dazu, dass die interne Abtastrate des Vector der zweiten Generation – also die tatsächliche Frequenz, mit der der Sendewandler Impulse aussendet – auf 703 Hz erhöht wurde (im Vergleich zu 250 Hz beim ursprünglichen Vector), was präzisere Messungen über denselben Zeitraum ermöglicht.
Ethernet- und serielle Kommunikation: Ähnlich wie bei Norteks Signature-Serie unterstützt der Vector der zweiten Generation sowohl Ethernet- als auch serielle (RS-422) Kommunikation. Im Gegensatz zur Signature-Serie, bei der jedes Protokoll ein separates Kabel erfordert, bietet der Vector der zweiten Generation jedoch eine Schnittstellenbox (Abb. 6), die beide Protokolle über ein einziges Kabel zum Instrument unterstützt. Die Vector-Schnittstellenbox ermöglicht es dem Benutzer, einfach zwischen dem seriellen Modus und dem Ethernet-Modus zu wechseln. Eine integrierte LED-Anzeige liefert eine klare optische Rückmeldung über den aktiven Verbindungstyp. Die Box verfügt über einen Stromeingang, serielle und Ethernet-Anschlüsse sowie einen dedizierten Kommunikationsanschluss zum Anschluss an den Vector der zweiten Generation.
Hinweis: Die Kabel des Vector der zweiten Generation und der Signature-Serie sind nicht untereinander austauschbar, und Kabel der ursprünglichen Vector-Modelle funktionieren nicht mit dem Vector der zweiten Generation.
Höhere Eingangsspannung: Der Eingangsspannungsbereich wurde von 9–15 V (ursprünglicher Vector) auf 9–24 V (Vector der zweiten Generation) erweitert. Dies ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Stromversorgung des Instruments aus unterschiedlichen externen Quellen oder digitalen Systemen und bietet mehr Spielraum bei Integrationsprojekten.
Größerer Speicher: Der Vector kann nun mit bis zu 512 GB internem Speicher ausgestattet werden, was die Einsatzdauer erheblich verlängert, da speicherbedingte Einschränkungen deutlich reduziert werden.
Aktualisierungen der Funktionen
Echolot: Beim Vector der zweiten Generation wurde ein Kurzstrecken-Echolotmodus ergänzt. Dieser arbeitet über den zentralen Sendestrahl und ermöglicht es, Strukturen in der Wassersäule im Strahlengang abzubilden. Diese Funktion ist besonders nützlich für Anwender, die sich mit Sedimenttransport oder Veränderungen der Bodenmorphologie beschäftigen.
Schnell reagierender Neigungs- und Richtungssensor: Anstelle eines flüssigkeitsbasierten Neigungssensors verfügt der Vector der zweiten Generation nun über einen vollständigen 360°-Neigungs- und Richtungssensor. Die zugehörige Elektronik ist direkt im Instrument integriert und liefert statische Neigungs- und Richtungsdaten. Für dynamisch bewegte Plattformen wird Nortek ein lizenziertes Firmware-Upgrade zu einem vollständigen AHRS (Attitude and Heading Reference Sensor) anbieten, das den Einsatz in dynamischen Umgebungen ermöglicht. Interessenten sollten ihren lokalen Nortek-Vertreter kontaktieren, sobald dieses Upgrade verfügbar ist. Das Instrument muss hierfür nicht ins Werk zurückgeschickt werden – es wird lediglich ein Lizenzschlüssel benötigt.
Schneller Sauerstoffsensor: Für Eddy Covariance-Systeme hat Nortek die Möglichkeit implementiert, einen vom Benutzer bereitgestellten PyroScience AquapHOx-T Transmitter zu integrieren. Der AquapHOx wird dabei als digitaler externer Sensor am Vector betrieben, wobei der Vector die Stromversorgung, die Abtastzeitsteuerung und die Datenspeicherung für den AquapHOx übernimmt.
Verbesserte Korrelationsausgabe: Der Korrelationsparameter, der zur Beurteilung der Datenqualität dient, besitzt nun eine höhere Auflösung – von 1 % auf 0,01 %. Dies ermöglicht eine präzisere Einschätzung der Messzuverlässigkeit. Weitere Informationen finden sich im Handbuch Principles of Operation – Currents.
Spektrumanalysator: In der Software steht nun eine Spektrumanalysator-Option zur Verfügung, um externe Störungen zu analysieren – ein nützliches Werkzeug bei Systemintegrationen oder für Online-Anwendungen.
Sensorabtastung mit voller Rate: Alle Sensoren – einschließlich Geschwindigkeit, Druck, Temperatur, Neigung und Richtung – tasten nun mit 64 Hz ab und liefern so hochgradig synchronisierte und hochauflösende Zeitreihen über alle Kanäle hinweg.
Erweiterter Geschwindigkeitsbereich: Die Vector-Geräte der zweiten Generation führen den Extended Velocity Range (EVR) als neue Standardfunktion ein, um die Leistung in Umgebungen mit höheren Strömungsgeschwindigkeiten und Turbulenzen zu verbessern. EVR erweitert den maximal messbaren Geschwindigkeitsbereich, ohne an Präzision einzubüßen, indem zwei Impulspaare mit unterschiedlichen Zeitverzögerungen verwendet werden: eine kürzere Verzögerung liefert eine grobe Geschwindigkeitsmessung, während eine längere Verzögerung eine hochpräzise Messung ermöglicht. Durch den Vergleich dieser beiden Messwerte kann das Instrument Phasenmehrdeutigkeiten auflösen und den messbaren Geschwindigkeitsbereich effektiv erweitern. Die EVR-Einstellungen werden automatisch anhand der gewählten Anwendung optimiert, können aber auch manuell über die Befehlsoberfläche in der Einsatzsoftware angepasst werden.
ASCII-basierte Befehlsoberfläche: Die Vector-Geräte der zweiten Generation verfügen nun über eine umfassendere, ASCII-basierte Befehlsoberfläche, die eine bessere Steuerung über Datenlogger ermöglicht. Für Anwender, die mit der Signature-Serie vertraut sind, basiert die Befehlsstruktur auf ähnlichen Prinzipien.
Datendateien: Um die zusätzlichen Funktionen zu unterstützen, unterscheidet sich die Datenstruktur des Vector der zweiten Generation vollständig von der seines Vorgängers. Jeder autonome Einsatz wird auf der internen Speicherkarte des Vector gespeichert und trägt die Dateiendung .vec2.
Nortek-Deployment-Software
Der Vector der zweiten Generation wird ausschließlich über Nortek Deployment, Norteks webbasierte Bereitstellungs- und Konfigurationssoftware, eingerichtet. Der Zugriff erfolgt über https://deployment.nortekgroup.com/ . Diese moderne Software ersetzt die frühere Vector-Benutzeroberfläche und bietet eine optimierte, benutzerfreundliche Bedienung für alle aktuellen Nortek-Instrumente. Nortek Deployment ermöglicht einen vereinfachten Arbeitsablauf zur Konfiguration der Instrumentenparameter, Verwaltung der Sensoreinstellungen und zum Starten von Einsätzen. Die Software kann auch aus dem Microsoft Store installiert oder als Offline-Installationsdatei von der Nortek-Website heruntergeladen werden.
Hinweis: Beim Vector der zweiten Generation unterstützt die serielle Kommunikation alle Funktionen außer dem Herunterladen von Daten und dem Aktualisieren der Firmware – beides erfordert eine Ethernet-Verbindung. Umgekehrt unterstützt die Ethernet-Verbindung keine Live-Datenerfassung.
Nachfolgend sind die wichtigsten Funktionen dieser Software aufgeführt:
Umfassende Hilfefunktion: Detaillierte Informationen zur Bedienung des Instruments finden sich im Abschnitt „Hilfe“ der Software. Der Inhalt der Hilfetexte ändert sich je nach aktuell angezeigter Seite in der Software, sodass für jeden Schritt im Konfigurationsprozess relevante Informationen erscheinen. Zusätzlich können Benutzer direkt in der Software in den FAQs suchen, ohne unsere Website erneut aufrufen zu müssen. Der Support-Bereich der Software enthält außerdem nützliche Links zu externen Ressourcen wie GitHub, unseren Social-Media-Plattformen und unserer Support-Website.
Mehrere Zugriffsarten: Die Nortek-Deployment-Software kann entweder über das Web genutzt oder aus dem bevorzugten App-Store heruntergeladen werden (nur für Windows-Benutzer). Über die Webanwendung ist der Zugriff auf die Nortek-Deployment-Software von jedem Betriebssystem aus möglich, einschließlich Windows und macOS.
Vollständiger Datenexport: Zur Datenvisualisierung unterstützt die Nortek-Deployment-Software die vollständige Konvertierung des nativen Binärformats (Nortek DF8) in entweder ASCII-lesbare CSV-Dateien oder direkt in MATLAB. Für die schnellere Konvertierung größerer Dateien, bei denen nur die wichtigsten Parameter benötigt werden, stehen zwei verschiedene Exportstufen zur Verfügung. Auch eine Koordinatentransformation wird im Rahmen des Datenexports unterstützt.
Befehlsprotokoll: Die an das Instrument gesendeten Befehle können im aufklappbaren Befehlsprotokoll der Software eingesehen werden. Durch Aktivieren des „Erweiterten Modus“ können Befehle auch direkt über dieses Befehlsprotokoll an das Instrument gesendet werden.
Diagnosemodus: Durch Aktivieren des erweiterten Modus steht ein Spektrumanalysator zur Verfügung. Diese Funktion ist besonders nützlich zur Analyse externer Störungen, beispielsweise bei Bojenintegrationen oder Online-Anwendungen.
FAQs
Kann ich meine bestehenden Vector-Geräte weiterhin verwenden? Werden diese Instrumente noch unterstützt?
Ja, der ursprüngliche Vector funktioniert weiterhin wie vorgesehen. Die Lebensdauer dieser Instrumente kann über ein Jahrzehnt betragen, sofern sie gut gepflegt werden. Nortek plant, für diese ursprünglichen Geräte so lange wie möglich technischen Support bereitzustellen. Allerdings hängt jeglicher physischer Service oder Reparatur von der Verfügbarkeit veralteter Teile und Komponenten ab.
Kann ich weiterhin Ersatzteile (Batterien, Kabel) für mein bestehendes Instrument kaufen?
Ja. Nortek wird weiterhin Batterien und Kabel für die ursprünglichen Geräte auf Lager halten, jedoch abhängig von der Verfügbarkeit der Teile und Komponenten.
Unterstützt der Vector der zweiten Generation analoge Ein-/Ausgänge?
Nein. Der Vector der zweiten Generation unterstützt keine analogen Ausgänge. Die analogen Eingänge wurden auf einen einzelnen digitalen Eingang umgestellt, der derzeit den PyroScience AquapHOx Transmitter für den Einsatz in Eddy Covariance-Systemen unterstützt. Weitere schnelle Sauerstoffsensoren mit digitaler Schnittstelle werden in Zukunft unterstützt.
Kann ich weiterhin Ersatzteile für das ursprüngliche Design kaufen?
Ja, allerdings ebenfalls abhängig von der Verfügbarkeit veralteter Teile und Komponenten. Nortek geht davon aus, dass Ersatzteile in der Regel noch ein paar Jahre verfügbar sein werden. Wer jedoch Bedenken bezüglich der langfristigen Verfügbarkeit hat, sollte möglichst frühzeitig auf ein neues Instrument der zweiten Generation umsteigen.
Gibt es Handbücher für den Vector der zweiten Generation?
Eine umfassende Hilfefunktion mit detaillierten Anweisungen zur Bedienung und Konfiguration des Instruments ist in der Nortek-Deployment-Software integriert. Zusätzlich zu den Hilfeseiten in der Software sind auf unserer Support-Website folgende relevante Handbücher im PDF-Format verfügbar:
Principles of Operation – High Resolution: Überblick über die grundlegenden Prinzipien hochauflösender Geschwindigkeitsmessungen mit Nortek-Instrumenten. Themen wie Pulse Coherent-Techniken, Phase Wrapping, Extended Velocity Range und zugehörige Signalverhalten werden detailliert behandelt. Während einige Konzepte speziell für fortschrittliche Einpunkt-Systeme wie den Vector der zweiten Generation gelten, ist der Großteil des Inhalts allgemein auf hochauflösende akustische Doppler-Velocimetrie in Norteks gesamtem Produktspektrum anwendbar.
Principles of Operation – Currents: Überblick über die Betriebsprinzipien bei der Strömungsmessung mit Nortek-Instrumenten. Die meisten hier enthaltenen Informationen sind allgemein und für alle Arten von Strömungsmessgeräten und -profilern relevant.
Principles of Operation – Waves: Überblick über die Betriebsprinzipien bei der Wellenmessung mit Nortek-Instrumenten. Enthält Details zu verschiedenen Verarbeitungsmethoden und Wellenparametern. Auch hier sind die meisten Informationen allgemein und für alle Arten von Strömungsmessgeräten und -profilern anwendbar.
Principles of Operation – Echosounder: Überblick über die Betriebsprinzipien beim Einsatz eines Nortek-Instruments als Echolot. Beinhaltet Details zur Funktionsweise und zur erforderlichen Kalibrierung.
Bitte prüfen Sie stets die Nortek-Website oder wenden Sie sich an uns, um die aktuellsten Informationen zu erhalten. Sollten Sie weitere Details, Zeichnungen oder Informationen benötigen, kontaktieren Sie uns bitte – wir helfen Ihnen gerne weiter.
Abb. 6: Vector-Schnittstellenbox. Wichtige Komponenten sind unter anderem der Stromeingang, die serielle Schnittstelle, der Ethernet-Netzwerkanschluss, Statusanzeigen (LED) sowie der Kommunikationsanschluss zum Instrument.
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Abb. 8: Die Nortek-Deployment-Software zur Konfiguration des Vector der zweiten Generation. Das Bedienfeld auf der rechten Seite zeigt Informationen zum aktuellen Schritt im Einsatzplanungsprozess an. Diese Informationen umfassen Antworten auf häufig gestellte Fragen, Hinweise darauf, wie sich geänderte Einstellungen auf den Einsatz auswirken, sowie Links zu den entsprechenden Handbüchern.