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

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.
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