Heft 43

60 K. STRIGGOW
sprünge am Sender- und Empfängerquarz vernachlässigt werden dürfen -
Bedingung
festgelegt ist, woraus sich
P = wl/c = 2nm
(m = natürliche Zahl)
f= mc/l
durch die
ergibt. Das Ausgangssignal dieser Anordnung ist also eine Sinusschwingung mit einer
Frequenz, welche der Schallgeschwindigkeit direkt und der Laufstreckenlänge indirekt
proportional (und ein ganzzahliges Vielfaches der "sing-around"-Frequenz beim Impulsumlaufverfahren
- vgl. Abschnitt 2.2.) ist.
KROEBEL und Mitarbeiter entwickelten auch Methoden, um diese Rückkopplungsschaltung
mit bekanntem m schwingen zu lassen, bauten entsprechende Geräte in hoher
mechanischer und elektronischer Vollkommenheit und setzten sie erfolgreich für ozeanologische
Untersuchungen ein.
In der ursprünglichen Version [33] wurde ein eindeutiger Wert für m durch eine aufwendige
elektronische Schaltung mit einem breitbandigen und einem schmalbandigen Verstärkerkanal
erzwungen. Später wurde die Eindeutigkeit mit geometrischen Mitteln, nämlich durch
die Aufspaltung des Schallweges unter Verwendung vollständig spiegelnder bzw. teildurchlässiger
Flächen erreicht [34, 36, I]. Der Grundgedanke hierbei besteht darin, durch Interferenz
der auf Wegen verschiedener Länge laufenden Schallstrahlen alle möglichen Wellenlängen
bis auf eine einzige Ausnahme auszulöschen.
Für Eichzwecke modifizierte KROEBEL [35, 36, I] dieses Verfahren, um im Labor absolute
Messungen der Schallgeschwindigkeit reinen Wassers durchführen zu können, indem erstens
der Schwingungsmodus m um einen bekannten (ganzzahligen!) Betrag Llm erhöht wurde und
zweitens die Länge I der Laufstrecke um einen solchen (interferometrisch mit Hilfe eines
Laser-Strahles) ausgemessenen Betrag LI! vergrößert wurde, daß die Generatorschaltung
wieder genau auf der Ausgangsfrequenz arbeitete. Die Frequenzgleichheit in beiden Zuständen
bedeutet, daß durch die Laufstreckenänderung LI! (- unabhängig davon, ob an den
Oberflächen von Sender und Empfänger Phasensprünge stattfinden -) die Phasenverschiebung
um exakt
vergrößert wurde, woraus sich
Llp = 2nm
i'll
c= ~ f
i'lm
ergibt. Da Llm (als natürliche Zahl) exakt bekannt ist undfund LI! mit relativen Fehlern von
beziehungsweise 10- 7 und 2,5 . 10- 7 gemessen werden konnten, ließ sich die Schallgeschwindigkeit
mit einem relativen Fehler von nur 3,5 . 10- 7 ermitteln.
Um diese Präzision weitgehend ausnutzen zu können, versuchte KROEBEL auch noch den
Einfluß von geometrischen Verzerrungen des Schallfeldes durch einen geeigneten Versuchsaufbau
klein zu halten und überdies rechnerisch zu berücksichtigen.
4. Optische Verfahren
Das Prinzip der optischen Verfahren zur Messung der Schallgeschwindigkeit beruht auf
den Beugungserscheinungen von Licht an einer schalldurchstrahlten Flüssigkeit.
Messung der Schallgeschwindigkeit, Teil I 61
Da der Brechungsindex der Flüssigkeit von ihrer Dichte abhängt, wirken die mit einer
Ultraschallwelle einhergehenden periodischen Dichteschwankungen wie ein Beugungsgitter,
en Gitterkonstante" der Wellenlänge des Ultraschalls entspricht und mit den aus
ess " . .
d Optik bekannten Methoden aus der Lage der Beugungsbilder ermittelt werden kann
(:\ CRANDALL [37]). Die Schallgeschwindigkeit (= Phasengeschwindigkeit) wird aus
F!quenzfund Wellenlänge A des Ultraschalles gemäß
c = A ' f
ermittelt.
Ozeanologische Anwendung dieses Verfahrens sind noch nicht bekannt geworden.
Literatur
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