Eidg. Anstalt für Wasserversorgung reinigung und Gewässersch
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4.7 METHODEN<br />
QUERSCHNITT DURCH DEN MESSKOPF<br />
Tracerzuleitung<br />
tl<br />
Einspritzventil<br />
W ASSER<br />
Emissionslicht ^<br />
Fotodetektor<br />
ele<br />
AgMk<br />
N ^'•^<br />
i7<br />
Tracerwolke<br />
Lichtstrahl<br />
11IIIIIII141»ffl<br />
I_I_I AMII►IMI/I<br />
Abb. 4.31<br />
Lichtquelle<br />
Sammellinse<br />
Glasplatte<br />
4-38<br />
Ein Strömungsmessgerät ohne Nullpunktdrift<br />
Für die Quantifizierung von Mischungsprozessen in Seen werden im oberen Hypolimnion<br />
Temperaturmessungen verwendet. Weil im tiefen Hypolimnion die zeitlichen <strong>und</strong> räumlichen<br />
Temperaturgradienten sehr klein sind, versagt dort diese Methode. Seit Jahren<br />
bemüht sich die Gruppe Seephysik daher um den direkten Nachweis von Mischungsprozessen<br />
via Strömungsmessungen. Da die Strömungen in Bodennähe tiefer Seen sehr klein<br />
1 cm/s) sind, müssen <strong>für</strong> Strömungsmessgeräte besonders strenge Anforderungen bezüglich<br />
der Stabilität des Nullpunktes <strong>und</strong> der Anlaufschwelle gestellt werden.<br />
Die hier beschriebene Sonde erfüllt diese Forderungen in fast idealer Weise. Sie<br />
basiert auf folgender Idee: Eine ungefähr 1 cm grosse Farbwolke wird in zeitlich<br />
kurzen Abständen ins Wasser emittiert <strong>und</strong> über eine Strecke von 10 cm optisch ver-<br />
folgt, indem der Schwerpunkt der Wolke in Abständen von 50 Millisek<strong>und</strong>en gemessen<br />
wird. Aus diesen Positionsbestimmungen kann direkt, ohne weitere Kalibrierung, der<br />
Strömungsvektor berechnet werden. Abb. 4.31 zeigt den Querschnitt durch den Messkopf.<br />
Er besteht aus 36 monochromatischen Lichtquellen (grün, 560 nm), die einen gebündelten<br />
Strahl ins Wasser aussenden <strong>und</strong> wabenförmig um einen Lichtdetektor angeordnet<br />
Druckgehäuse<br />
Messprinzip des Messgerätes <strong>für</strong> kleine<br />
Strömungen. Die Position der in der Strömung<br />
driftenden künstlichen Tracerwolke<br />
wird via Lichtemission in einem Fotodetektor<br />
gemessen.<br />
sind. Die Lichtquellen werden in Abständen<br />
von 1 Millisek<strong>und</strong>e während<br />
einiger 10 Mikrosek<strong>und</strong>en sequentiell<br />
gezündet. "Trifft" der Strahl die<br />
Rhodamin-Tracerwolke, emittiert diese<br />
rotes Licht, das vom Detektor selektiv<br />
gemessen wird. Die Grösse dieses Antwortsignals<br />
gibt den Deckungsgrad der<br />
Wolke mit dem Strahl an. Aus den 36<br />
Signalen kann die (Schwerpunkts-)<br />
Position berechnet werden. Dank der<br />
Methode der Emission werden durch die<br />
Farbverschiebung des Rhodamins Störungen<br />
durch andere Partikel, die grünes<br />
Licht emittieren, eliminiert. Da die<br />
empfangenen Lichtmengen sehr klein<br />
sind, musste ein sehr grosser Aufwand<br />
bei der analogen <strong>und</strong> digitalen Daten-<br />
verarbeitung getrieben werden. Die<br />
Sonde arbeitet autark oder über eine<br />
"Nabelschnur" mit einem Terminal verb<strong>und</strong>en.<br />
Der Messbereich erstreckt sich<br />
bis zu Geschwindigkeiten von 2 cm/s,<br />
bei einem (statistischen) Nullpunkts-<br />
fehler von 0.2 cm/s.<br />
(B. Stotz, M. Schurter)
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