In dieser Arbeit wird ein Sechs-Frequenz-Verfahren in Ultraschall-Echo-Technik beschrieben, mit dessen Hilfe die Konzentration und die Korngröße von suspendiertem Sand in Meerwasser gemessen werden kann. Bei dem neuen Verfahren wird die Luftblasenkonzentration separat berechnet und nicht wie bei den bisherigen Ultraschallverfahren oder bei der optischen Messung mit dem Optical Backscattering Sensor, unkontrolliert der Sandkonzentration zugeschlagen. Für die Berechnnung der Sandkonzentration und der Luftblasenkonzentration aus den Echointensitäten der drei Sende-Empfangswandler wird der Nearest Neighbor Algorithmus eingesetzt. In der Arbeit werden nach einer kurzen Übersicht der bisher verwendeten Methoden der Sandkonzentrationsmessung die einzelnen Kenngrößen der Meßstrecke behandelt (akustische Eigenschaften von Wasser, Luftblasen und Sand, Kenngrößen der Meeresboden-Grenzschicht, Strahlungs- und Empfangskeule von Ultraschallwandlern). Abschließend wird die Theorie des neuen Meßverfahrens dargelegt (Grundlagen der Mehrfrequenzverfahren, Nearest Neighbor Algorithmus, Kalibrierung, Fehlerschätzung) und die Realisierung von Geräten und Software für das neue Verfahren beschrieben. Simulationen bei verschiedenen Sand- und Luftblasenkonzentrationen zeigen die theoretisch erreichbare Genauigkeit des Meßprinzips auf. Mit dem beschriebenen Meßsystem wurden schließlich verschiedene Meßreihen im Labor, im großen Wellenkanal in Hannover sowie auf Sylt durchgeführt. Dabei zeigte sich insbesondere bei kleinen und mittleren Sandkonzentrationen eine relativ hohe Genauigkeit. Im Rahmen der Arbeit werden detaillierte Betrachtungen zur möglichen Anwendung von Spreizbandverfahren, zu Fehlerquellen, zur Auswertung von Signalen aus dem Nahfeld der Wandler und zur Störung der Meßergebnisse durch Luftblasen durchgeführt, die nicht nur für das beschriebene Meßsystem, sondern für die Ultraschallmessung von suspendiertem Sand allgemein gelten.
Messung der Sandkonzentration im Meerwasser durch ein fehlerkorrigierendes Ultraschall-Mehrfrequenzverfahren
Measurement of the concentration of sand in seawater by a fault-correcting ultrasound multiple frequency method
1995
161 Seiten, Bilder, Tabellen, 53 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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