DE10025547C1

DE10025547C1 - Automatic deep-sea probe provides vertical measuring profile of sea water parameters by movement between measuring points at different depths

Info

Publication number: DE10025547C1
Application number: DE2000125547
Authority: DE
Inventors: Gereon Dr Budeus; Klaus Ohm; Rainer Plugge; Michael Damm
Original assignee: Alfred Wegener Insitut fuer Polar und Meeresforschung
Current assignee: Alfred Wegener Insitut fuer Polar und Meeresforschung
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2001-12-06
Anticipated expiration: 2020-05-24

Abstract

The deep-sea probe has a low viscosity compression fluid within the saturated aliphatic hydrocarbon group used for an autonomous operating drive which moves the probe at a constant velocity between individual measuring points at different depths along an anchoring cable. The operating drive has a number of balls suspended in the compression fluid and a sliding piston (270) displaced along a sleeve (280) in dependence on the variations in the volume of the compression fluid resulting from the sea water pressure. The sleeve has integrated vent channels (370) for venting the collected gases during the probe immersion.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Tiefseesonde zur periodischen Erstellung von vertikalen Messprofilen ausgewählter Seewasser parameter entlang einem Verankerungsseil, bestehend aus einem Messgerät, einem durch Veränderung von potentieller Energie wirkenden Abtriebsmodul und einem Auftrieb erzeugende Hohlkugeln aufweisenden Auftriebsmodul, das eine gegenüber dem Seewasser stärker kompressible Kompressionsflüssigkeit zur gleichzeitigen Austarierung von Gesamtdicke und -kompressibilität der Tiefseesonde durch vom Seewasserdruck abhängige Volumenänderungen enthält.The invention relates to an automatic deep-sea probe periodic creation of vertical measurement profiles of selected sea water parameters along an anchoring rope, consisting of a measuring device, an output module that acts by changing potential energy and a buoyancy-generating hollow balls having buoyancy module, the a compression fluid that is more compressible than sea water for the simultaneous balancing of total thickness and compressibility of the Deep sea probe due to volume changes dependent on sea water pressure contains.

In der physikalischen Ozeanographie gibt es eine Tendenz zur verstärkten Anwendung automatischer Messsysteme. Dies gilt in besonderem Maße für die polaren Meeresgebiete, da dort schiffsgebundene Messungen während des Winters aus verschiedenen Gründen selten möglich sind. Die höheren Kosten automatischer Systeme sind dadurch gerechtfertigt, dass sie entweder sehr teure Schiffszeit sparen oder Datensätze liefern, die auf andere Art nicht zu erhalten wären. Herkömmliche Verankerungen zur Positionierung eines automatischen Messsystems bestehen aus einem Grundgewicht am Meeres boden, Messgeräten in verschiedenen Meerestiefen, die zum Beispiel Salzgehalt, Temperatur, Strömungsrichtung und -geschwindigkeit als Seewas serparameter messen, und Auftriebskörpern, die das die Messgeräte und das Grundgewicht verbindende Seil vertikal halten. Sie liefern über ein bis zwei Jahre einzelne, über die Tiefe in mehreren hundert Metern Abstand verteilte Zeitserien und verbleiben an den vorbestimmten Stellen der Wassersäule, bis sie wieder geborgen werden. Die eingesetzten Messgeräte benötigen nur ein druckfestes Gehäuse und weisen in der Regel eine höhere spezifische Dichte als das sie umgebende Meerwasser auf, sodass sie ohne den Verankerungs auftrieb absinken würden.In physical oceanography there is a tendency to intensify Application of automatic measuring systems. This applies in particular to the polar areas of the sea, since ship-bound measurements take place there during of winter are rarely possible for various reasons. The higher The cost of automated systems is justified by either save very expensive ship time or provide data sets that are not otherwise could be obtained. Conventional anchors for positioning a automatic measuring systems consist of a basic weight at sea bottom, measuring devices at different sea depths, for example Salinity, temperature, flow direction and speed as sea water measure parameters, and buoyancy bodies, which the measuring instruments and the Hold the basic weight connecting rope vertically. They deliver over one or two Years individual, distributed over the depth at a distance of several hundred meters Time series and remain at the predetermined locations on the water column until they will be rescued. The measuring devices used only need one pressure-resistant housing and usually have a higher specific density than the sea water surrounding them, so that they are without the anchorage buoyancy would decrease.

Messsysteme zur Erstellung von Messprofilen wurden entwickelt, um ganze Profile der Messparameter von knapp unter der Wasseroberfläche bis auf den Meeresboden erstellen zu können. Herkömmliche profitierende Geräte werden vom Schiff aus mit Hilfe von Draht und Winde eingesetzt. Sie weisen grundsätzlich eine höhere spezifische Dichte auf als Meerwasser, sodass das Gesamtgewicht der profitierenden Einheit als Vortrieb für die Abwärtsbewe gung beim Profilieren dient. Anforderungen an die Einstellbarkeit der spezifischen Dichte eines ozeanographischen Messgeräts treten erstmals bei den sogenannten "Driftern" auf, die in bestimmten Tiefen die Bewegungen des Wassers verfolgen sollen. Für diese Geräteklasse ist es wesentlich, dass ihre Kompressibilität geringer ist als die von Meerwasser. Sie weisen ebenfalls druckfeste Gehäuse auf, deren Kompressibilität jetzt jedoch rechnerisch bestimmt worden ist. In neuerer Zeit sind profitierende Drifter aufgekommen, die längere Zeit in einer Tiefe verbleiben und gelegentlich an die Meeres oberfläche auftauchen, um Messdaten per Satellit abzugeben. Diese ändern ihr Volumen aktiv dadurch, dass Hydrauliköl aus dem Inneren in ein mit einer elastischen Membran abgeschlossenes Volumen gepumpt wird. Alternativ wird auch die Masse der Gerätes durch Wasseraufnahme erhöht und durch Auspumpen erniedrigt. Zur Erbringung der Pumparbeit wird in jedem Falle elektrische Hilfsenergie benötigt. Die mit solchen Anordnungen maximal erreichbaren Meerestiefen liegen bei ungefähr 2000 m.Measuring systems for the creation of measuring profiles were developed to whole Profiles of the measurement parameters from just below the water surface to the To be able to create seabed. Conventional profitable devices will be used from the ship with the help of wire and winch. You point basically a higher specific density than seawater, so that Total weight of the profitable unit as propulsion for the downward moves profiling. Requirements for the adjustability of the The specific density of an oceanographic measuring device occurs for the first time the so - called "drifters", which at certain depths the movements of the Should track water. It is essential for this device class that your Compressibility is less than that of sea water. They also point flameproof casing, but its compressibility is now calculated has been determined. Profitable drifters have emerged in recent times, which remain in depth for a long time and occasionally to the sea Surface appear to deliver measurement data via satellite. Change this their volume is active in that hydraulic oil from the inside into one with a elastic membrane is completed volume pumped. Alternatively, will also the mass of the device is increased by water absorption and by Pump down reduced. In any case, to provide the pumping work electrical auxiliary energy required. The maximum with such arrangements achievable sea depths are around 2000 m.

Deshalb wurden für den Einsatz in größeren Tiefen bis in den Bereich von 4000 m und zur Ermöglichung vieler Tauchgänge (mehr als 100) selbst profitierende Geräte entwickelt. Als Prototyp existiert ein sogenannter "Seil- Krabbler" der Firma WHO, der entlang eines Verankerungsseils zwischen Bodengewicht und Auftriebsboje vertikal geführt wird. Bei diesem Gerät werden Auf- und Abwärtsbewegung beide über einen Hilfsenergie benötigen den Motorantrieb bewerkstelligt. Es arbeitet ohne Kompressibilitätsjustage, der durch Tarierfehler entstehende Mehraufwand an Leistung bei der Bewegung in der einen Richtung wird jedoch nach Umkehr des Geräts in die andere Richtung wieder eingespart. Der Bedarf an einer selbstprofilierenden Tiefsee sonde ergibt sich beispielsweise aus der Notwendigkeit, während eines Grön landsommers durchgeführte Messkampagnen durch Messungen auch während des Winters zu ergänzen. Hauptziel ist es dabei, zu ermitteln, bis zu welcher Tiefe und zu welchem Zeitpunkt winterliche Konvektionsereignisse die Wassersäule modifizieren. Dazu werden beispielsweise tägliche Messprofile von Temperatur und Salzgehalt über eine Wassersäule von 4000 m Tiefe und für die Dauer von einem Jahr benötigt.That is why they were designed for use at greater depths in the range of 4000 m and to enable many dives (more than 100) themselves profitable devices developed. A so-called "rope Crawler "from WHO, which runs along an anchoring rope between Soil weight and buoyancy is guided vertically. With this device will both need up and down movement via an auxiliary power accomplished the motor drive. It works without compressibility adjustment additional effort in terms of performance when moving in however, one direction will change after the device is reversed Direction saved again. The need for a self-profiling deep sea probe arises, for example, from the need for a groen landsommers carried out measurement campaigns through measurements too to supplement during the winter. The main goal is to determine up to what depth and at what time winter convection events Modify water column. For example, daily measurement profiles of temperature and salinity over a water column of 4000 m depth and needed for a period of one year.

Aus dem Zweijahresbericht 1996/97 des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven, ist der Aufsatz "Die Jojo-Sonde" von G. Budeus und K. Ohm bekannt (Kapitel 2 "Ausgewählte Forschungsthemen", Seiten 70 bis 73), von dem die vorliegende Erfindung als nächstliegendem Stand der Technik ausgeht. Die hierin beschriebene selbstprofilierende Tiefseesonde, die wegen ihres Prinzips kurz "Jojo-Sonde" genannt wird, wurde speziell für den Einsatz in tiefen polaren Becken konzipiert. Es handelt sich hierbei um ein verankertes Messsystem, welches in einem Sommer ausgelegt und im darauf folgenden Sommer wieder geborgen werden kann. Im Verlauf dieses Jahres nimmt die Jojo-Sonde Tiefenprofile vorgegebener Mess parameter auf und speichert sie elektronisch.The article "Die Jojo-Sonde" by G. Budeus and K. Ohm is known from the biennial report 1996/97 of the Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, Bremerhaven (Chapter 2 "Selected Research Topics", pages 70 to 73 ), from which the present invention is based as the closest prior art. The self-profiling deep-sea probe described here, which is called "Jojo-Probe" for its principle, was specially designed for use in deep polar pools. It is an anchored measuring system, which can be designed in one summer and recovered the following summer. In the course of this year, the yoyo probe will record depth profiles of specified measurement parameters and save them electronically.

Ein großes Problem bei solchen automatisierten Messsystemen betrifft die Stromversorgung. Das bekannte Messgerät wird aus Batterien in seinem Inneren mit Energie versorgt. Aus Platzmangel können diese aber nur für eine maximale Gesamtmesszeit von etwa 400 Stunden ausgelegt werden. Für jedes aufzunehmende Profil steht also nur etwa eine Stunde zur Verfügung. Die Sonde muss daher einmal am Tag in einer Stunde am Verankerungsseil zu Boden sinken, was bei einer Tiefe von 4000 m eine zu erreichende Geschwindigkeit von fast einem Meter pro Sekunde bedeutet. Dabei nimmt die Sonde, die dazu bereits eine äußerst schlanke Bauform aufweist, etwa einen Messwert pro Meter auf. Ein weiteres Problem ist die Energieversorgung für die Abwärtsbewegung der Jojo-Sonde an dem Verankerungsseil entlang. Es ist völlig unpraktikabel, diese ebenfalls durch Batterien in der Sonde zur Verfügung zu stellen. Die Ladung einer modernen Batterie mit einem Kilogramm Gewicht würde für weniger als 30 Profile reichen. Ihr Gewicht müsste zudem durch entsprechenden Auftrieb tariert werden und hätte damit ein größeres Sondenvolumen zur Folge. Die Energieversorgung für die Abwärtsbewegung wird deshalb bei der bekannten Jojo-Sonde ausschließlich mechanisch durch Änderung der potentiellen Energie gelöst. Zu Beginn des Abtauchens wird aus einem Vorratsgefäß eine Bleikugel an ein Abtriebsmodul in der Sonde abgegeben, die zusammen mit der Sonde auf den Meeresboden absinkt. Dort fällt die Bleikugel in einen Korb und die Sonde steigt ohne Ballast aufgrund ihres Auftriebs, der durch luftgefüllte Hohlkugeln aus Glas im Auftriebsmodul erzeugt wird, wieder auf. Die Vertikalbewegung der Sonde erfolgt also völlig ohne Hilfsenergie, sodass die Sonde auch in dieser Hinsicht autark arbeitet.A big problem with such automated measuring systems concerns Power supply. The well-known measuring device is made of batteries in his Energized inside. Due to lack of space, these can only be used for one maximum total measuring time of around 400 hours. For each profile to be recorded is therefore only available for about an hour. The probe must therefore be attached to the anchoring rope once an hour sink to the bottom, which is to be reached at a depth of 4000 m Means speed of almost one meter per second. The takes Probe that already has an extremely slim design, for example one Measured value per meter. Another problem is the energy supply for the downward movement of the yoyo probe along the anchoring rope. It is completely impractical, this also by batteries in the probe To make available. The charge of a modern battery with one Kilograms of weight would suffice for less than 30 profiles. Your weight would also have to be buoyed by appropriate buoyancy and thus would have result in a larger probe volume. The energy supply for the Downward movement is therefore only the case with the known yoyo probe mechanically solved by changing the potential energy. At the beginning of Diving turns a storage ball into a lead ball to an output module released in the probe, which together with the probe to the ocean floor sinks. There the lead ball falls into a basket and the probe rises without ballast due to their buoyancy, which is caused by air-filled hollow spheres made of glass in the Buoyancy module is generated, back on. The vertical movement of the probe takes place completely without auxiliary energy, so that the probe also in this regard works independently.

Für die Güte der aufgenommenen Messprofile ist die Konstanz der Absinkge schwindigkeit der Jojo-Sonde ausschlaggebend. Dazu muss sie in jeder Tiefe ungefähr die gleiche Kompressibilität wie das Meerwasser haben. Unter normalen Bedingungen wird Wasser als inkompressibel angenommen. In der Tiefsee ist der Druck aber so hoch, dass der Einfluss der Kompressibilität des Meerwassers auf seine Dichte zu berücksichtigen ist. Wäre die Jojo-Sonde völlig inkompressibel und in Oberflächennähe auf die Seewasserdichte tariert, so würde ihre Dichte mit zunehmender Sinktiefe zunehmend geringer als die des umgebenden Wassers sein und damit ihr Auftrieb zunehmen. Dadurch würde sich die Sinkgeschwindigkeit verringern. Eine hilfsenergiegesteuerte Regelung der Sinkgeschwindigkeit von außen wie bei den bekannten motorunterstützten Sonden ist bei der autarken Jojo-Sonde nicht gewünscht. Bisher existierte in der ozeanographischen Messtechnik die Anforderung nicht, die Kompressibilität einer Sonde der von Meerwasser anzugleichen und gleichzeitig die Tarierung ohne eine aktive, hilfsenergiebehaftete Regelung auf einige Gramm genau dauerhaft über viele Tauchgänge zu halten. Da ein bestimmtes Teilvolumen (Messgerät) nahezu inkompressibel ist, versieht man ein anderes Teilvolumen der bekannten Jojo-Sonde oberhalb des Messkopfes mit einer gegenüber Meerwasser höheren Kompressibilität, um den See wasser-Kompressibilitätseffekt zu kompensieren, Hierfür werden Flüssigkeiten verwendet, die ungefähr 2,5 bis 4 mal kompressibler sowie leichter als Meerwasser sind. Solche Kompressionsflüssigkeiten weisen also eine geringere Dichte als Seewasser auf, vermischen sich nicht mit diesem und sind in der Regel sehr dünnflüssig. Sie tragen zur Tarierung (zum Auftrieb) der Sonde bei.The consistency of the sink is the quality of the recorded measurement profiles speed of the yoyo probe is decisive. To do this, it must be at every depth have about the same compressibility as sea water. Under Under normal conditions, water is assumed to be incompressible. In the Deep sea pressure is so high, however, that the compressibility of the Sea water must be considered for its density. Would be the yoyo probe completely incompressible and tared to seawater density near the surface, their density would become increasingly lower than that with increasing depth of sink of the surrounding water and thus increase their buoyancy. Thereby the sink rate would decrease. An auxiliary energy controlled Regulation of the sink rate from the outside as in the known Motor-assisted probes are not desired with the self-sufficient yoyo probe. So far, there has been no requirement in oceanographic measurement technology to adjust the compressibility of a probe to that of sea water and at the same time taring without active, auxiliary energy-dependent regulation to hold a few grams precisely over many dives. There a certain partial volume (measuring device) is almost incompressible, one sees another partial volume of the well-known yoyo probe above the measuring head with a higher compressibility compared to sea water around the lake To compensate for the water compressibility effect, this is done using liquids used which is about 2.5 to 4 times more compressible and lighter than Are sea water. Such compression fluids therefore have one lower density than sea water, do not mix with it and are usually very thin. They contribute to the buoyancy (buoyancy) of the Probe at.

Insbesondere bei tiefen Tauchgängen treten jedoch spezielle Probleme auf. Zum einen besteht die Gefahr, dass die niederviskose Flüssigkeit während des unbeobachteten Langzeitbetriebs während der Messkampagne teilweise verloren geht. Kleine Verluste führen hier wegen der Auftriebsänderung bereits zur Funktionsuntüchtigkeit der Sonde. Zum anderen treten aufgrund der enormen Tauchtiefen beim Wiederauftauchen Ausgasungen im Seewasser auf, die sich in der Sonde sammeln und ihr Gesamtgewicht verändern können. Beide Probleme haben zur Folge, dass sich die Dichtetarierung ändert und damit auch die Geschwindigkeiten der Auf- und Abwärtsbewegung. Im ungünstigsten Fall führt dies dazu, dass die Sonde nicht mehr auftaucht bzw. nicht mehr absinkt. Im weniger ungünstigen Fall verlässt man jedoch das Zeitfenster für die Messungen, wodurch aber ebenfalls die Aufgabe der Profilmessungen nicht mehr erfüllt wird. Das ist um so gravierender, als dass das Auftreten derartiger Probleme erst nach Beendigung einer Messkampagne von typisch einem Jahr bemerkt wird, sodass die langen Messzeiträume verloren gehen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Sonde der eingangs genannten Art konstruktiv so zu verbessern, dass diese spezifischen Probleme tiefer Tauchgänge sicher vermieden sind. However, there are special problems, especially during deep dives. On the one hand, there is a risk that the low-viscosity liquid during the partly unobserved long-term operation during the measurement campaign get lost. Small losses already result from the change in buoyancy to the inoperability of the probe. On the other hand, due to the enormous diving depths when resurfacing outgassing in lake water that collect in the probe and can change their total weight. Both problems have the consequence that the density taring changes and hence the speeds of the up and down movement. in the In the worst case, this leads to the probe no longer appearing or no longer sinks. In the less unfavorable case, however, you leave it Time window for the measurements, but also the task of Profile measurements are no longer met. This is all the more serious than that the occurrence of such problems only after the end of a measurement campaign of typically one year is noticed, so the long measurement periods get lost. The object of the present invention is therefore a To improve the probe of the type mentioned at the outset in such a way that this specific problems of deep dives are safely avoided.

Als Lösung für diese Aufgabe ist bei der erfindungsgemäßen automatischen Tiefseesonde zur periodischen Erstellung von vertikalen Messprofilen deshalb vorgesehen, dass die Kompressionsflüssigkeit, die aus der flüssigen Gruppe der gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffe stammt, die Hohlkugeln im Auftriebsmodul umgibt und ihre Volumenänderungen über einen im Axial schnitt u-förmigen Kolben mit einem vom Seewasserdruck frei beaufschlagten Kolbenboden erzeugt werden, der als unterer Abschluss des Auftriebsmoduls axial verschiebbar in einer Laufbuchse gelagert und so bis über seine Wandungshöhe mit einer geringen Wassermenge gefüllt ist, dass sich ein an seinem offenen Kolbenende angeordneter äußerer Dichtungsring zur Lauf buchse im Wasser bewegt, und dass die Laufbuchse in einem Abschnitt unterhalb der untersten erreichbaren Dichtungsringposition, aber oberhalb der Nennposition des Kolbenbodens bei minimalem Seewasserdruck Gasentlüf tungskanäle aufweist.The solution to this problem is in the automatic according to the invention Deep sea probe for the periodic creation of vertical measurement profiles provided that the compression fluid coming from the fluid group of the saturated aliphatic hydrocarbons, the hollow spheres in the Buoyancy module surrounds and their volume changes via one in the axial cut u-shaped pistons with one free from seawater pressure Piston plate are generated, which is the lower end of the buoyancy module axially slidably mounted in a liner and so over his Wall height is filled with a small amount of water that a its open piston end arranged outer sealing ring for running bushing moves in the water, and that the bushing in one section below the lowest achievable sealing ring position, but above that Nominal position of the piston crown at minimum sea water pressure has channels.

Bei der Kompressionsflüssigkeit handelt es sich um flüssige Alkane, beispiels weise Hexan, Pentan oder Heptan. Diese Flüssigkeiten sind leichter als Meerwasser und erzeugen ebenfalls einen gewissen Auftrieb. Deshalb ist es zweckmäßig, sie in das Auftriebsmodul zu integrieren. Das erfolgt bei der Erfindung dadurch, dass die Haupt-Auftriebselemente, die luftgefüllten Hohl kugeln, im Auftriebsmodul in die Kompressionsflüssigkeit eingebettet sind. Die Volumenveränderung der Kompressionsflüssigkeit wird über den becherförmi gen Kolben bewirkt, der das Auftriebsmodul nach unten hin wie ein beweg licher Boden abschließt. Es ist bei der niedrigen Viskosität der Alkane wie z. B. Hexan außerordentlich aufwendig, eine hexandichte Ringdichtung am Kolben zu realisieren. Um aber auch geringste Hexanverluste zu vermeiden, wird bei der erfindungsgemäßen Tiefseesonde deshalb der becherförmige Kolben mit Wasser, das schwerer ist als das Hexan, aufgefüllt. So ist gewährleistet, dass sich das Wasser nicht mit dem Hexan vermischt und immer im Bereich des Kolbens unterhalb der Kompressionsflüssigkeit eingeschlossen bleibt. Dabei ist die Menge des eingeschlossenen Wassers so bemessen, dass sich das Wasser auch noch etwas über den "Becherrand" des Kolben hinaus erstreckt. The compression fluid is a liquid alkane, for example such as hexane, pentane or heptane. These liquids are lighter than Sea water and also generate a certain buoyancy. That's why it is expedient to integrate them into the buoyancy module. That takes place at the Invention in that the main buoyancy elements, the air-filled hollow balls, are embedded in the buoyancy module in the compression fluid. The Volume change of the compression fluid is over the cup-shaped gen piston that moves the buoyancy module down like a floor closes. It is with the low viscosity of the alkanes such. B. Hexane is extremely complex, a hexane-tight ring seal on the piston to realize. However, in order to avoid even the slightest loss of hexane, the cup-shaped piston with the deep-sea probe according to the invention Replenished water heavier than hexane. This ensures that the water does not mix with the hexane and is always in the range of Piston remains trapped below the compression fluid. It is measure the amount of water enclosed so that the Water also extends a little beyond the "cup rim" of the flask.

Der Dichtungsring am äußeren Kolbenrand dichtet so wirksam gegen das Wasser ab und nicht gegen die geringviskose Kompressionsflüssigkeit. Durch diese Maßnahme ist die Kompressionsflüssigkeit sicher im Auftriebsmodul eingeschlossen, auch geringste Verluste sind zuverlässig ausgeschlossen.The sealing ring on the outer edge of the piston effectively seals against this Water off and not against the low-viscosity compression fluid. By this measure makes the compression fluid safe in the buoyancy module included, even the smallest losses are reliably excluded.

Das zweite gravierende Problem der Ausgasung von nicht mehr im Wasser lösbaren Gasen beim Auftauchen und deren mögliche Ansammlung in der Sonde, die zu einer Vergrößerung des Auftriebs bzw. zu einer Verringerung der Absinkgeschwindigkeit führen würde, wird bei der erfindungsgemäßen Tiefseesonde durch die entsprechend positionierten Gasentlüftungskanäle erreicht. Deren Dimensionierung und Anordnung wird dabei entsprechend den konstruktiven Verhältnissen zwischen Kolben und Laufbuchse vorgenommen. Durch die Entlüftungskanäle wird nicht gelöstes Gas, das sich unterhalb des Kolbenboden sammelt, abgeführt, wenn beim Auftauchvorgang der Kolben boden die entsprechende Lüftungsbohrung, die bevorzugt in der Laufbuchse schräg nach oben gerichtet ist, erreicht. Durch diese Maßnahme wird die erfindungsgemäße Tiefseesonde bei jedem Auftauchvorgang automatisch entlüftet. Auftriebsvergrößernde Gasansammlungen in der Sonde sind sicher vermieden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bezüglich weiterer konstruktiver Details der erfindungsgemäßen Sonde auf den anschließenden speziellen Beschreibungsteil verwiesen.The second serious problem of outgassing is no longer in the water releasable gases when surfacing and their possible accumulation in the Probe that increases the buoyancy or reduces the Sink rate would result in the invention Deep sea probe through the appropriately positioned gas ventilation channels reached. Their dimensioning and arrangement is according to the constructive relationships between the piston and the liner. Through the ventilation channels is not dissolved gas, which is below the The piston crown collects and is discharged when the piston emerges the corresponding ventilation hole, which is preferred in the liner is directed obliquely upwards. This measure will deep sea probe according to the invention automatically with each surfacing process vented. Buoyancy-increasing gas accumulations in the probe are safe avoided. In order to avoid repetitions, additional constructive details of the probe according to the invention on the subsequent referenced special description part.

Zum weiteren Verständnis der Erfindung wird diese anhand von schematischen Figuren im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigt:For a further understanding of the invention, this is based on schematic figures explained in more detail below. It shows:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tiefseesonde als Gesamtansicht in einer Verankerung, Fig. 1 shows an embodiment of the deep probe according to the invention as a whole in view of an anchor,

Fig. 2 die Tiefseesonde gemäß Fig. 1 im Querschnitt und Fig. 2 shows the deep sea probe of FIG. 1 in cross section and

Fig. 3 Details der Tiefseesonde gemäß Fig. 1. Fig. 3 Details of the deep probe of FIG. 1.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Tiefsee sonde zur Erstellung periodischer Messprofile als Gesamtansicht in einer Verankerung schematisch dargestellt. An einem Verankerungsseil 100, das zwischen einem Grundgewicht 110 und Auftriebskugeln 120 eine Länge von ungefähr 4000 m misst, ist eine Tiefseesonde 130 vertikal verschiebbar befestigt. Die Tiefseesonde 130 weist an ihrem unteren Ende ein Messgerät 135 und an ihrem oberen Ende ein Abtriebsmodul 140 zur Aufnahme von Ballastkugeln auf. Diese sind in einem Vorratsbehälter 150 am oberen Seilende bevorratet und werden über eine Steuereinheit zu Beginn jedes Tauchgangs an das Abtriebsmodul 140 abgegeben. Durch das vergrößerte Gewicht sinkt die Tiefseesonde 130 unter Aufnahme von Messwerten etwa im Meterintervall zum Meeresboden, wo die Ballastkugel automatisch in einen Auffangbehälter 160 abgegeben wird. Die gewichtsverringerte Tiefseesonde 130 steigt sodann aufgrund ihres über ein Auftriebsmodul 170 erzeugten Auftriebs wieder an die Oberfläche, wo sie bis zum nächsten Tauchgang in Wartestellung verbleibt.In Fig. 1, an embodiment of the deep sea probe according to the invention for creating periodic measurement profiles is shown schematically as an overall view in an anchor. A deep-sea probe 130 is fastened in a vertically displaceable manner on an anchoring rope 100 , which measures a length of approximately 4000 m between a basic weight 110 and buoyancy balls 120 . The deep-sea probe 130 has a measuring device 135 at its lower end and an output module 140 at its upper end for receiving ballast balls. These are stored in a storage container 150 at the upper end of the rope and are delivered to the output module 140 via a control unit at the beginning of each dive. Due to the increased weight, the deep-sea probe 130 sinks while taking measured values approximately in the meter interval to the sea floor, where the ballast ball is automatically released into a collecting container 160 . The weight-reduced deep-sea probe 130 then rises again to the surface due to its buoyancy generated by a buoyancy module 170 , where it remains in the waiting position until the next dive.

Der Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung der erfindungs gemäßen automatischen Tiefseesonde 200 in einem Ausführungsbeispiel zu entnehmen. In einem rohrförmigen Gehäuse 210 ist im unteren Bereich ein Messgerät 220 angeordnet, dem ein Kopfstück 230 zur Minimierung des Strömungswiderstandes vorgelagert ist. Das Gehäuse 210 ist nahezu inkom pressibel. Oberhalb des Gehäuses 210 befindet sich ein Auftriebsmodul 240. Ein außen am Gehäuse 210 befestigtes Abtriebsmodul wurde bereits im Zusammenhang mit der bekannten Jojo-Sonde erläutert und ist hier nicht weiter dargestellt. Das Auftriebsmodul 240 besteht aus einer entsprechend dem zu erreichenden Auftrieb ausgelegten Anzahl von wenig kompressiblen Hohlkugeln 250 aus Glas. Diese sind vollständig umgeben von einer Kompressionsflüssigkeit 260, im gewählten Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um Hexan. Hexan weist gegenüber Meerwasser eine deutlich größere Kompressibilität auf. Durch entsprechende Wahl der Volumenanteile von Hohlkugeln 250 und Kompressionsflüssigkeit 260 lässt sich sowohl die Gesamtdichte als auch die Gesamtkompressibilität der Tiefseesonde 200 auf die des Meerwassers einstellen. Dazu weist das Auftriebsmodul 240, das an seinem oberen Ende fest verschlossen ist, als unteren Abschluss einen im Axialschnitt u-förmigen Kolben 270 auf, der axial verschieblich in einer Laufbuchse 280 geführt ist. Die axiale Verschiebung wird durch den Seewasserdruck p herbeigeführt, der frei auf einen Kolbenboden 290 des Kolbens 270 einwirken kann. Weitere Details des Kolbens 270 und der Laufbuchse 280 sowie die Wirkweise sind der Fig. 3 zu entnehmen. Fig. 2 is shown in a schematic cross-sectional view of the fiction, modern automatic deep probe 200 in one embodiment. A measuring device 220 is arranged in a tubular housing 210 in the lower area, and a head piece 230 is arranged in front of it to minimize the flow resistance. The housing 210 is almost incompressible. A buoyancy module 240 is located above the housing 210 . An output module fastened on the outside of the housing 210 has already been explained in connection with the known yoyo probe and is not shown further here. The buoyancy module 240 consists of a number of less compressible hollow spheres 250 made of glass, which is designed according to the buoyancy to be achieved. These are completely surrounded by a compression liquid 260 , in the selected exemplary embodiment it is hexane. Hexane is much more compressible than sea water. The total density and the overall compressibility of the deep-sea probe 200 can be adjusted to that of the sea water by appropriate selection of the volume fractions of hollow spheres 250 and compression liquid 260 . For this purpose, the buoyancy module 240 , which is tightly closed at its upper end, has as its lower end a piston 270 which is U-shaped in axial section and which is guided axially displaceably in a bushing 280 . The axial displacement is brought about by the sea water pressure p, which can act freely on a piston crown 290 of the piston 270 . Further details of the piston 270 and the liner 280 and the mode of action can be found in FIG. 3.

In der Fig. 3 ist die Laufbuchse 280 (vgl. Fig. 2) mit dem darin geführten Kolben 270 im Detail dargestellt. An seinem offenen Kolbenende 300 weist der Kolben 270 an seiner Außenseite einen Dichtungsring 310 auf. Da es äußerst problematisch ist, eine auf Dauer hexandichte Dichtung zu erstellen, ist der becherförmige Kolben 270 in seinem Innern mit einer geringen Wassermenge 320 bis mindestens über seine Wandungshöhe 330 aufgefüllt. Da das Wasser schwerer ist als das Hexan, verbleibt es im unteren Bereich, das heißt im Kolbenbereich des Auftriebsmoduls. Der Dichtungsring 310 dichtet so gegen das Wasser und nicht gegen das extrem dünnflüssige Hexan.In FIG. 3, the bushing 280 is shown (see. Fig. 2) with the piston 270 guided therein in detail. At its open piston end 300 , the piston 270 has a sealing ring 310 on its outside. Since it is extremely problematic to create a permanently hexane-tight seal, the cup-shaped piston 270 is filled up with a small amount of water 320 to at least above its wall height 330 . Since the water is heavier than the hexane, it remains in the lower area, i.e. in the piston area of the buoyancy module. The sealing ring 310 thus seals against the water and not against the extremely thin hexane.

Die Fig. 3 zeigt drei unterschiedliche Stellungen des Kolbens 270. Die unterste Stellung I mit der größtmögliche Volumeneinnahme wird vom Kolben 270 bei höheren Seewassertemperaturen und bei Atmosphärendruck einge nommen. Diese Stellung tritt beispielsweise beim Füllen sowie beim Aussetzen oder Bergen der Verankerung ein. Zum Entlüften beim Befüllen weist der Kolben 270 in der Mitte seines Kolbenbodens 290 eine verschließbare Entlüftungsbohrung 340 auf. In der Warteposition der Tiefseesonde 200 an der Verankerung 100 (vgl. Fig. 1) kurz unterhalb der Wasseroberfläche nimmt der Kolben 270 die mittlere Stellung II ein. Auf seinen Kolbenboden wirkt dabei ein Minimaldruck ein, die Nenntemperatur beträgt ungefähr 1°C. Dieser Betriebs minimaldruck bewirkt nur eine geringe Kompression der Kompressionsflüssigkeit 260, die Tiefseesonde 200 hat maximalen Auftrieb. Während des Abtauchens muss sich dagegen der Auftrieb langsam verringern, um die Absinkgeschwindigkeit konstant zu halten. Am unteren Wendepunkt hat die Tiefseesonde 200 dann minimalen Auftrieb bei einer Stellung III unter einem Maximaldruck von je nach Meerestiefe 360 bar bis 400 bar. Die Kompressions flüssigkeit 260 weist jetzt ihre größte Dichte auf, sie ist mit einem minimalen Volumen maximal komprimiert, ihre Auftriebswirkung ist am kleinsten. Durch die Kolbenstellung wird also die Gesamtkompressibilität der Tiefseesonde 200 durch vom Seewasserdruck abhängige Volumenänderungen sehr genau und automatisch austariert, sodass ohne Aufwendung zusätzlicher Hilfsenergien eine konstante Absinkgeschwindigkeit erreicht werden kann. Gleiches gilt natürlich auch während des Auftauchens, aufgrund der begrenzten Energieversorgung für das Messgerät 220 werden jedoch hierbei keine Messprofile aufgenommen. Fig. 3 shows three different positions of the piston 270th The lowest position I with the largest possible volume is taken by the piston 270 at higher sea water temperatures and at atmospheric pressure. This position occurs, for example, when filling and when the anchor is suspended or recovered. The piston 270 has a closable vent hole 340 in the middle of its piston head 290 for venting during filling. In the waiting position of the deep-sea probe 200 at the anchor 100 (cf. FIG. 1) just below the water surface, the piston 270 assumes the middle position II. A minimum pressure acts on its piston crown, the nominal temperature is approximately 1 ° C. This minimum operating pressure causes only a slight compression of the compression fluid 260 , the deep-sea probe 200 has maximum buoyancy. In contrast, during the descent, the buoyancy must slowly decrease in order to keep the rate of descent constant. At the lower turning point, the deep-sea probe 200 then has minimal buoyancy at a position III under a maximum pressure of 360 bar to 400 bar, depending on the depth of the sea. The compression liquid 260 now has its greatest density, it is compressed to a maximum with a minimum volume, its buoyancy effect is the smallest. Due to the piston position, the overall compressibility of the deep-sea probe 200 is very precisely and automatically balanced by volume changes dependent on the sea water pressure, so that a constant rate of descent can be achieved without the use of additional auxiliary energy. The same naturally also applies during surfacing, however, due to the limited energy supply for the measuring device 220 , no measuring profiles are recorded here.

Während des Auftauchens treten aus dem Seewasser nicht mehr lösbare Gase aus und sammeln sich zunächst unter dem Kolbenboden 290. Um diese Gase während der Auftauchvorgänge nicht in der Tiefseesonde 200 auftriebsverstärkend zu sammeln, weist die Laufbuchse 280 in einem Abschnitt 350 unterhalb einer untersten erreichbaren Dichtungsringposition 360 Gasent lüftungskanäle 370 auf. Hierbei handelt es sich im dargestellten Ausführungs beispiel um einfache Schrägbohrungen 380 und um eine Längsnut 390, die in einer Schrägbohrung 400 endet. Dabei sind alle Bohrungen 380, 400 so angeordnet, dass der Dichtungsring 310 bei Erreichen seiner untersten Dichtungsringposition 360 nicht über sie hinweg fährt, um seine Dichtwirkung nicht aufzuheben. Während des Auftauchens fährt nun der Kolben 270 kontinuierlich aus seiner Stellung III, die zum Betriebsmaximaldruck gehört, in eine Stellung I, die zum Betriebsminimaldruck gehört, und eventuelle darüber hinaus. Die gelösten, nach oben drängenden Gase werden dabei bei Erreichen der Entlüftungsbohrungen 380, 400 und über die Längsnut 390 automatisch abgeführt. Die Ausgasungen akkumulieren nicht in der Tiefseesonde 200, die durch die genannten Maßnahmen hervorragend dazu geeignet ist, ohne Beobachtung und Zuführung von Hilfsenergie über einen sehr langen Messzeitraum hinweg hochgenaue Messprofile automatisch aufzunehmen.During the surfacing, gases that can no longer be released emerge from the sea water and initially collect under the piston crown 290 . In order not to collect these gases in the deep-sea probe 200 in a buoyancy-boosting manner during the ascending processes, the bushing 280 has gas ventilation channels 370 in a section 350 below a lowest achievable sealing ring position 360 . In the illustrated embodiment, this is, for example, simple oblique bores 380 and a longitudinal groove 390 which ends in an oblique bore 400 . All bores 380 , 400 are arranged in such a way that the sealing ring 310 does not travel over it when it reaches its lowest sealing ring position 360 in order not to cancel its sealing effect. During the ascent, the piston 270 now moves continuously from its position III, which belongs to the maximum operating pressure, to a position I, which belongs to the minimum operating pressure, and possibly beyond. The dissolved gases that are pushing upwards are automatically removed when the ventilation holes 380 , 400 are reached and via the longitudinal groove 390 . The outgassings do not accumulate in the deep-sea probe 200 , which, due to the measures mentioned, is excellently suited to automatically record highly precise measurement profiles over a very long measurement period without observation and supply of auxiliary energy.

Reference list

100100

Verankerungsseil
Anchoring rope

110110

Grundgewicht
Basis weight

120120

Auftriebskugel
Buoyancy ball

130130

Tiefseesonde
Deep sea probe

135135

Messgerät
Measuring device

140140

Abtriebsmodul
Output module

150150

Vorratsbehälter
Storage container

160160

Auffangbehälter
Collecting container

170170

Auftriebsmodul
Buoyancy module

200200

Tiefseesonde
Deep sea probe

210210

Gehäuse
casing

220220

Messgerät
Measuring device

230230

Kopfstück
Headpiece

240240

Auftriebsmodul
Buoyancy module

250250

Hohlkugel
Hollow sphere

260260

Kompressionsflüssigkeit
Compression fluid

270270

Kolben
piston

280280

Laufbuchse
Liner

290290

Kolbenboden
Piston crown

300300

offenes Kolbenende
open piston end

310310

Dichtungsring
Sealing ring

320320

Wassermenge
Amount of water

330330

Wandungshöhe
Wall height

340340

Entlüftungsbohrung
Vent hole

350350

Abschnitt
section

360360

Dichtungsringposition
Sealing ring position

370370

Gasentlüftungskanal
Gas ventilation duct

380380

Schrägbohrung
Oblique hole

390390

Längsnut
Longitudinal groove

400400

Schrägbohrung
Oblique hole

Claims

1.Automatic deep-sea probe for the periodic creation of vertical measurement profiles of selected seawater parameters along an anchoring rope, consisting of a measuring device, an output module which acts by changing potential energy and a buoyancy module which produces hollow spheres and which contains a compression fluid which is more compressible than seawater for the simultaneous balancing of Total thickness and compressibility of the deep-sea probe due to volume changes dependent on sea water, characterized in that the compression liquid ( 260 ), which comes from the liquid group of saturated aliphatic hydrocarbons, surrounds the hollow spheres ( 250 ) in the buoyancy module ( 240 ) and transfers their volume changes an axially U-shaped piston ( 270 ) with a piston head ( 290 ) free from sea water pressure is generated, which acts as the lower end of the buoyancy module ( 240 ) axia l slidably mounted in a liner ( 280 ) and filled with a small amount of water ( 320 ) over its wall height ( 330 ) such that an outer sealing ring ( 310 ) arranged on its open piston end ( 300 ) to the liner ( 280 ) in Water ( 320 ) moves, and that the liner ( 280 ) in a section ( 350 ) below the lowest achievable sealing ring position ( 360 ), but above the nominal position of the piston head ( 290 ) at minimum sea water pressure gas ventilation channels ( 380 , 390 , 400 ) .