Gesellschaft für Geosystemanalyse

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Schergeschwindigkeitssensor (SPM-38)

Der SPM-38 gilt als einer der am besten geeigneten Sensoren zur Erfassung von Mikrostruktur-Fließgeschwindigkeits-Fluktuationen in Ozeanen und Seen. Der Messkopf geht in Größe und Form weitestgehend auf den von Tom Osborn entwickelten Originalsensor zurück, womit sich die Sonde über 30 Jahre bei In-Situ-Messungen bewährt hat. In der Forschungsgemeinschaft für Mikrostrukturuntersuchungen gelten das Funktionsprinzip und das Ansprechverhalten als bestens etabliert und akzeptiert.

 

Funktionsprinzip

Der SPM-38 misst eine einzelne räumliche Komponenten turbulenter Schwankungen von Fließgeschwindigkeiten im rechten Winkel zur Hauptachse der Sonde. Das Sensorelement besteht aus einer parabolischen, flexiblen Gummispitze.

Bei flachwinkliger Anströmung wird eine hydrodynamische Auftriebskraft erzeugt, welche sich proportional zu der fluktuierenden Querströmung x verhält. Das in die Gummisensorspitze eingebettete piezokeramische Element übersetzt die Auftriebskraft in ein elektrisches Signal welches proportional zur Strömungskomponente x ist. Die Länge der Sensorspitze, in diesem Fall 10 mm, bestimmt die maximale Auflösung der Wellenzahl, welche schätzungsweise 48 Zyklen pro Meter beträgt. Bei Verwendung der empirisch bewiesenen räumlichen Antwortfunktion (SRF= Spatial Response Function) lassen sich Messungen soweit korrigieren, dass Wellenzahlen mit 150 Zyklen pro Meter möglich sind.

Merkmale

Beispieldaten

Mit dem SPM-38 gemessenes Spektrum der Schergeschwindigkeit (rot) und das mit einer Disspationsrate von 8.5 × 10^-8 W/kg korrespondierende Nasmyth-Universalspektrum (schwarz). Das gemessene Spektrum wurde mittels der empirischen Antwortkorrektur des Sensors korrigiert und befindet sich in guter Übereinstimmung mit dem Universalspektrum.

- Shear Spectrum: Schergeschwindigkeitsspektrum
- Wavenumber: Wellenzahl (Zyklen pro Meter)

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