Testexperimente zur akustischen Navigation in Eis und Wasser für ...

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$Planungsraster FP C SoSe2013 Di. 13:30-18:00 h Gruppe \ Tag 9.4 ...$

6 Tests des Akustischen Systems zur Vorfelderkundung (ARS) 56 Amplitude [# ADC Kanal] Rohdaten 5000 4000 3000 2000 1000 0 -1000 -2000 -3000 -4000 -5000 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 Zeit [s] Magnitude [# ADC Kanal / Hz] 20000 15000 10000 5000 Frequenzspektrum 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 3 ×10 8000 Frequenz [Hz] Amplitude [# ADC Kanal] Signal nach Bandpass Filter 5000 4000 3000 2000 1000 0 -1000 -2000 -3000 -4000 -5000 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 Zeit [s] Abbildung 6.4: Filterung des Signals einer Messung im Wasser gefüllten Schmelzkanal des IceMole. Oben: Von Kanal 0 aufgezeichnete Rohdaten des Phasenarrays bei Aussendung eines Pulses unter einem Winkel von 0 Grad. Am Anfang der Aufzeichnung ist der Sende-Puls zu sehen, der langsam abklingt. Nach 0,57 ms ist das Echo von einem im Schmelzkanal in einer Entfernung von ca. 0,42 m deponierten ca. 12 cm großen Stein zu sehen. Mitte: Frequenzspektrum des Signals. In rot sind die Grenzen eines Bandpass- Filters bei 200 kHz und 1,2 MHz eingezeichnet. Unten: Das zurück transformierte Signal zeigt keine Abnahme in der Signalamplitude. Die Unterdrückung der niederfrequenten Grundschwingung am Anfang des Signals ist deutlich zu erkennen. 56
6 Tests des Akustischen Systems zur Vorfelderkundung (ARS) 57 6.3 Feldtest Morteratsch Nach der Inbetriebnahme der Phasenarrays mit der in Abschnitt 6.2 beschriebenen DAQ wurden im Rahmen des ersten Feldtests des IceMole auf dem Morteratsch Gletscher im Engadin (Schweiz) erste Testdaten mit dem System genommen. Hierbei stand zunächst der Test der Ansteuerung der Phasenarrays und der Datennahme unter einsatznahen Bedingungen im Vordergrund. Ein weiterer zentraler Untersuchungsgegenstand war die Reichweite, bis zu der größere Strukturen im Eis vom Phasenarray erkannt werden können. Abbildung 6.5: Testumgebung des Feldtests auf dem Morteratsch Gletscher. 6.3.1 Testumgebung Unter Berücksichtigung der geplanten Test-Manöver des IceMole und der Tests der anderen Subsysteme wurde während des Feldtests ein Testfeld in unmittelbarer Umgebung einer größeren Gletscherspalte gewählt. Hier wurden an verschiedenen Stellen Messungen mit dem Phasenarray durchgeführt. Zur besseren Handhabung während der Messungen wurde das Phasenarray in Anlehnung an die Integration im Schmelzkopf in ein zylinderförmiges Gehäuse aus Aluminium mit einem Durchmesser von 10 cm eingelassen. Während einer Messung wurde das Phasenarray an eine ebene Oberfläche des Eises frontal vor der Ziel-Struktur gedrückt. Der Anpressdruck schmilzt das Eis vor dem Phasenarray wodurch sich ein dünner Wasserfilm zwischen Array und Eis bildet. Dies ist Wichtig für die Ankopplung des Arrays an das Eis. Der Reflektionsfaktor r beim Übergang einer Schallwelle von Medium 1 zu Medium 2 ist abhängig von der Differenz der Schallkennimpedanzen Z i der Medien [27]: r = Z 2 − Z 1 Z 1 + Z 2 (6.3) Um so mehr Schallleistung reflektiert wird, desto weniger Schallleistung wird transmittiert [27]. Da die Differenz der Schallkennimpedanzen beim Übergang von Luft zu Eis deutlich größer ist als beim Übergang von Wasser zu Eis, erhöht der Wasserfilm zwischen Array und Eis die Ankopplung des Arrays an das Eis. 57
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6.2.3 Datenverarbeitung und Filteru
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1 Einführung Im Zuge der Widerlegu
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