Wellenmessung im arktischen Meer
Wellenmessung auf offenem Meer und im Eis mit AHRS.
"Die Geräte waren zuverlässig und fielen unter den rauen arktischen Bedingungen nicht aus. Sie liefen über ein Jahr lang ununterbrochen, ohne dass sie ausgeschaltet werden mussten usw." | Dr. Martin Doble
Programm für die Randeiszone (MIZ)
In den letzten Jahrzehnten hat sich die Arktis stärker erwärmt als jede andere Region, was zu einem erheblichen Rückgang der Meereismenge geführt hat. Die Kombination aus einer größeren eisfreien Fläche und einer mobileren Eisdecke hat zur Entstehung einer saisonalen Eisrandzone (MIZ) in der Beaufortsee geführt.
Die MIZ-Initiative des Office of Naval Research umfasst ein integriertes Programm von Beobachtungen und Simulationen zur Untersuchung der Dynamik zwischen Eis, Ozean und Atmosphäre mit mehreren autonomen Systemen, einschließlich Wellenbojen.
Ellipse-A zur Untersuchung der Eigenschaften von Meereswellen
Das Programm umfasste 25 Wellenbojen zur Quantifizierung der Welleneigenschaften und -entwicklung auf hoher See und im Eis. Zwanzig Bojen wurden im Sommer eingesetzt, 5 im Winter. "Wir brauchten eine sehr schnelle und kosteneffiziente Lösung für die Messung gerichteter Wellenspektren im Ozean.
Die Zeit bis zum Einsatz war kurz, daher war eine integrierte Lösung, die uns sofort gute Heavewerte lieferte, entscheidend. Die Lieferzeit der Einheiten war ebenfalls entscheidend", erklärt Dr. Martin Doble, Ozeanograph an der französischen UPMC School und Mitglied des oceoresearch-Programms.
Die Sommerbojen, die zunächst in das Eis gebohrt wurden, wurden mit Solarzellen betrieben und mit Ellipse-A ausgestattet, um sowohl entfernte als auch nahe Welleneffekte auf der lokalen Eisscholle zu erfassen. Nach dem Abschmelzen des Eises wurden die Sommerbojen weiterhin zur Messung der Eigenschaften des offenen Ozeans eingesetzt.
Die 5 Winterbojen wurden auf dem Eis installiert. Diese Bojen waren aus Aluminium gefertigt, um eine bessere Widerstandsfähigkeit zu gewährleisten, und enthielten genügend Batterien, um sie in den dunklen Wintermonaten mit Strom zu versorgen. Jede Boje enthielt außerdem Verarbeitungs- und Steuerelektronik, eine SD-Karte, ein GPS sowie ein Iridium-Satellitenmodem und Antennen, um die aufgezeichneten Daten bei Bedarf an die Basisstation in Cambridge zu übertragen.
Die Daten der Sommerbojen (Wellen auf dem offenen Ozean) und der Winterbojen (Wellen im Eis) wurden auch zusammen verwendet, um die Wellendämpfungsrate zu bestimmen.
Wann eine Temperaturkalibrierung sinnvoll ist
Die Ellipse-A Trägheitssensoren wurden hier für Wellenhöhe und -richtung verwendet. Ellipse-A misst in Echtzeit das rollen, nicken, richtung mit einer Genauigkeit von 0,35° und die Hebung mit einer Genauigkeit von 10 cm.
Jeder Sensor wird auf Vorspannung, Linearität, Verstärkung, Fehlausrichtung, Querachse und gyroskop von -40°C bis +85°C kalibriert. Dadurch können sie auch in rauen Umgebungen zuverlässige Daten liefern, und was kann rauer sein als das arktische Eis? "Die Geräte waren zuverlässig und fielen unter den rauen arktischen Bedingungen nicht aus.
Die Ellipse-A laufen seit über einem Jahr ununterbrochen, ohne dass die Stromversorgung unterbrochen werden muss, und die Zahlen sehen gut aus und liefern klare Ergebnisse", so Dr. Doble.
"Wir brauchten eine sehr schnelle und kostengünstige Lösung für die Messung von gerichteten Wellenspektren im Ozean." | Dr. Martin Doble
Ellipse-A: Hochleistungs-Miniatur-AHRS
Während des Projekts wurde die Ellipse Series eingeführt, eine neue Produktlinie, die die IG-500-Serie ersetzt.
Die neuen Miniatur-Trägheitssensoren lage bei gleichem Budget noch genauer und zuverlässiger (IP68) und bieten nun einen Heave, der sich automatisch an die Wellenperiode anpasst, um eine höhere Leistung zu erzielen.
Die Ellipse-A werden derzeit in einem neuen ONR-Projekt in der Beaufort-/Tschuktschensee eingesetzt.
Ellipse-A
Ellipse-A ist ein erschwingliches und leistungsstarkes lage und richtung (AHRS). Es verfügt über ein erstklassiges magnetisches Kalibrierungsverfahren für eine optimale richtung und eignet sich für Anwendungen mit geringer bis mittlerer Dynamik.
Werkskalibriert von -40°C bis 85°C liefert dieser robuste inertiale Bewegungssensor rollen, nicken, richtung und Heave-Daten.
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Haben Sie noch Fragen?
Willkommen in unserem FAQ-Bereich! Hier finden Sie Antworten auf die häufigsten Fragen zu den von uns vorgestellten Anwendungen. Wenn Sie nicht finden, wonach Sie suchen, können Sie uns gerne direkt kontaktieren!
Was sind Sensoren zur Wellenmessung?
Sensoren zur Wellenmessung sind unverzichtbar, wenn es darum geht, die Dynamik der Ozeane zu verstehen und die Sicherheit und Effizienz im Schiffsbetrieb zu verbessern. Indem sie genaue und aktuelle Daten über die Wellenbedingungen liefern, helfen sie bei der Entscheidungsfindung in verschiedenen Bereichen, von der Schifffahrt und Navigation bis hin zum Umweltschutz.
Wellenbojen sind schwimmende Geräte, die mit Sensoren ausgestattet sind, um Wellenparameter wie Höhe, Periode und Richtung zu messen.
Sie verwenden in der Regel Beschleunigungsmesser oder Gyroskope, um Wellenbewegungen zu erfassen, und können Echtzeitdaten zur Analyse an Einrichtungen an Land übertragen.
Was ist Bathymetrie?
Die Bathymetrie ist die Untersuchung und Messung der Tiefe und Form von Unterwasserlandschaften, wobei der Schwerpunkt auf der Kartierung des Meeresbodens und anderer Unterwasserlandschaften liegt. Sie ist das Unterwasser-Äquivalent zur Topografie und bietet detaillierte Einblicke in die Unterwassereigenschaften von Ozeanen, Meeren, Seen und Flüssen. Die Bathymetrie spielt eine entscheidende Rolle bei verschiedenen Anwendungen, wie z. B. in der Navigation, beim Meeresbau, bei der Erkundung von Ressourcen und bei Umweltstudien.
Moderne bathymetrische Verfahren stützen sich auf Sonarsysteme wie Einstrahl- und Fächerecholote, die Schallwellen zur Messung der Wassertiefe nutzen. Diese Geräte senden Schallimpulse zum Meeresboden und zeichnen die Zeit auf, die die Echos zur Rückkehr benötigen, um die Tiefe auf der Grundlage der Schallgeschwindigkeit im Wasser zu berechnen. Vor allem mit Fächerecholoten können große Bereiche des Meeresbodens auf einmal kartiert werden, was eine sehr detaillierte und genaue Darstellung des Meeresbodens ermöglicht.
Bathymetrische Daten sind unerlässlich für die Erstellung von Seekarten, die Schiffe sicher führen, indem sie potenzielle Unterwassergefahren wie untergetauchte Felsen, Wracks und Sandbänke identifizieren. Sie spielen auch eine wichtige Rolle in der wissenschaftlichen Forschung, da sie Forschern helfen, geologische Unterwassermerkmale, Meeresströmungen und marine Ökosysteme zu verstehen.
Wozu dient eine Boje?
Eine Boje ist ein schwimmendes Gerät, das in erster Linie in maritimen und wasserbasierten Umgebungen für mehrere wichtige Zwecke verwendet wird. Bojen werden oft an bestimmten Stellen platziert, um sichere Passagen, Kanäle oder gefährliche Bereiche in Gewässern zu markieren. Sie leiten Schiffe und Boote und helfen ihnen, gefährliche Stellen wie Felsen, flache Gewässer oder Wracks zu vermeiden.
Sie werden als Ankerplätze für Schiffe verwendet. Anlegebojen ermöglichen das Anlegen von Schiffen, ohne den Anker werfen zu müssen, was besonders in Gebieten nützlich sein kann, in denen das Ankern unpraktisch oder umweltschädlich ist.
Instrumentierte Bojen sind mit Sensoren ausgestattet, die Umweltbedingungen wie Temperatur, Wellenhöhe, Windgeschwindigkeit und Luftdruck messen. Diese Bojen liefern wertvolle Daten für die Wettervorhersage, die Klimaforschung und ozeanographische Studien.
Einige Bojen dienen als Plattformen für die Erfassung und Übermittlung von Echtzeitdaten aus dem Wasser oder vom Meeresboden und werden häufig in der wissenschaftlichen Forschung, der Umweltüberwachung und für militärische Zwecke eingesetzt.
In der kommerziellen Fischerei markieren Bojen den Standort von Fallen oder Netzen. Sie helfen auch in der Aquakultur, indem sie die Standorte von Unterwasserfarmen markieren.
Bojen können auch ausgewiesene Gebiete markieren, z. B. Zonen, in denen nicht geankert, nicht geangelt oder geschwommen werden darf, und so zur Durchsetzung von Vorschriften auf dem Wasser beitragen.
In allen Fällen sind Bojen von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung der Sicherheit, die Erleichterung von Meeresaktivitäten und die Unterstützung der wissenschaftlichen Forschung.
Was ist Auftrieb?
Der Auftrieb ist die Kraft, die von einer Flüssigkeit (z. B. Wasser oder Luft) ausgeübt wird und die dem Gewicht eines darin eingetauchten Objekts entgegenwirkt. Sie ermöglicht es Objekten, zu schwimmen oder an die Oberfläche zu steigen, wenn ihre Dichte geringer ist als die der Flüssigkeit. Der Auftrieb entsteht durch den unterschiedlichen Druck, der auf die untergetauchten Teile des Objekts ausgeübt wird - in geringerer Tiefe herrscht ein größerer Druck, der eine nach oben gerichtete Kraft erzeugt.
Das Prinzip des Auftriebs wird durch das archimedische Prinzip beschrieben, das besagt, dass die nach oben gerichtete Auftriebskraft auf ein Objekt gleich dem Gewicht der vom Objekt verdrängten Flüssigkeit ist. Ist die Auftriebskraft größer als das Gewicht des Objekts, schwimmt es; ist sie geringer, sinkt es. Der Auftrieb ist in vielen Bereichen von grundlegender Bedeutung, von der Meerestechnik (Konstruktion von Schiffen und U-Booten) bis hin zur Funktionalität von schwimmenden Geräten wie Bojen.