Diplomarbeit - FB 4 Allgemein - Fachhochschule Düsseldorf

Bild 1.13 Lautsprecherarray [24]
Messprinzip
1 Methoden der Windgeschwindigkeitsmessung
Das System besteht aus den drei grundlegenden
Bestandteilen [17]:
• Antennensystem (Bild 1.12a und b mit
Lautsprecherarray 12 (Bild 1.13) und
akustischer Abschirmung,
• akustischer Signalprozessor mit Sende- und
Empfangseinheit sowie einem
Prozessrechner mit Fast-Fourier-Analyse zur
Bestimmung der Doppler-Verschiebung,
• Computer mit Bedien- und Anzeigesoftware
Beim SODAR-Verfahren werden drei hörbare Schallimpulse zeitlich und räumlich
gebündelt an die Atmosphäre abgestrahlt. Diese Impulse sind sehr energiereich. Daher
wird, um Energie zu sparen, eine Frequenz von nur 1600 Hz und nicht ein Schall mit
einer höheren Frequenz, wie z. B. Ultraschall verwendet. Das an Inhomogenitäten aus
der Atmosphäre zurückgestreute Signal wird auf die Dopplerverschiebung 13 analysiert.
Die Laufzeit des abgestrahlten und wieder empfangenen Signals ist ein Maß für den
Abstand zwischen der Schallquelle und der streuenden Inhomogenität. Aus Laufzeit,
Intensität und Frequenzverschiebung des zurückgestreuten Zeitsignals werden die
Profile der Rückstreuamplitude in Strahlrichtung bestimmt. Mit Hilfe trigonometrischer
Funktionen wird die horizontale Windgeschwindigkeit aus den Windkomponenten in
Strahlrichtung berechnet.
Doppler Effekt
Das SODAR-Verfahren basiert auf dem Doppler Effekt. Sendet eine Schallquelle ein
Signal mir der Frequenz f0 aus, so stellt ein Beobachter, der sich mit der
Geschwindigkeit c auf die Quelle zubewegt (Vorzeichen +) oder von ihr fortbewegt
(Vorzeichen -), eine Frequenz f1 fest (1.14).
⎛ c ⎞
1 = f ⋅⎜
1 ± ⎟
(1.14)
⎝ a ⎠
f 0
Auch bei einer Bewegung der Quelle gegenüber dem Beobachter tritt eine
Frequenzverschiebung auf:
12 Array: reihenartige Anordnung gleichartiger elektronischer Bauelemente
13 Doppler Effekt: nach dem österreichischen Physiker Christian Doppler
19