DE102005042213A1 - Vorrichtung zur Übertragung von Messdaten aus der Tiefsee - Google Patents
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Abstract
Die Vorrichtung dient zur Übertragung von auf dem Meeresboden gewonnenen Messdaten, wie zum Beispiel Wasserdruckmessungen in der Tsunami-Frühwarnung. Von einer Sensoreinheit werden Daten akustisch an eine Boje übermittelt, wobei das Hydrophon des Empfängers der Boje nahe am Meeresgrund in die Verankerung integriert ist und die Empfangssignale das Drehentlastungsgelenk der Verankerung induktiv passieren. In Gegenrichtung werden von der Boje Steuersignale akustisch an die Sensoreinheit übermittelt, wobei der Transducer des Senders oberhalb des Drehentlastungsgelenks an der Verankerung befestigt ist.
Description
- Hintergrund
- Für die Frühwarnung vor Tsunamis ist es erforderlich, in der Tiefsee Wellen mit Wellenlängen von 10 Minuten bis 2 Stunden und Amplituden von einem zwanzigstel des Tidenhubs zu detektieren. Dies ist allein mit Bojen und z.B. dem GPS-Satellitensystem nicht in der erforderlichen Genauigkeit möglich, so dass zusätzlich der Wasserdruck auf dem Meeresgrund gemessen und entsprechende Warnmeldungen innerhalb weniger Minuten an die Boje übermittelt werden müssen. Die Weiterleitung der Daten von den Bojen zu den nationalen Auswertezentren wird dann mit geeigneten Satelliten realisiert.
- Stand der Kunst
- Der Bau von Bojen mit Tiefseeverankerung und Satellitenkommunikation ist bekannt, der Bau von Ozean-Boden-Sensorsystemen (OBS) ebenfalls. Neu ist die Forderung, die am Meeresgrund gewonnen Daten quasi in Echtzeit zuverlässig an die Boje zu übertragen.
- Im DART-Projekt der NOAA (National Oceanic and Athmospheric Administration, USA) wurde die Datenübermittlung dadurch realisiert, dass autogetriggerte Daten akustisch mit einem Ultraschalltransducer vom OBS zu einem Hydrophon übertragen werden, das bis zu 150m unterhalb der Boje montiert werden sollte.
- Dieses Verfahren wird durch Wettereinflüsse gestört und verbraucht erhebliche Energie auf Transducerseite, so dass die Serviceintervalldauer durch die in Druckzylindern des OBS installierte Batteriekapazität beschränkt ist.
- Zur Verbesserung der Energiesituation wird im vom GeoForschungsZentrum Potsdam vorangetriebenen Projekt für ein Tsunami-Frühwarnsystem vor der Küste Sumatras versucht, eine bidirektionale akustische Verbindung zu realisieren, so dass vom OBS nur die Daten abgerufen werden können, die im Auswertezentrum tatsächlich benötigt werden. Zusätzlich können dann kurze Sektionen seismischer (X, Y, Z und P-Wellen) aus der Tiefsee abgerufen werden, wenn das OBS um eine Speichereinheit, ein Seismometer und einen Differenzdruckmesser erweitertet wird.
- Denkbar wäre auch, die Daten über in das Verankerungsseil integrierte Leitungen elektrisch oder optisch zu übermitteln und wünschenswert, zusätzlich Energie von der Boje zum OBS zu übertragen. Eine geeignete Technologie, die unkontrollierbaren Bewegungen der Boje in einem Drehentlastungsgelenk mit induktiver Signalkopplung ohne Beeinträchtigung der Datenübermittlung zu ermöglichen, ist z.B. für eine Boje zur Überwachung des Atomteststopabkommens sowie für bojengestützte Sinkstofffallen in der Tiefseeforschung bereits entwickelt worden.
- Nachteil dieses Verfahrens ist es, dass bei direkter Kabelverbindung das OBS zugleich mit dem Anker der Boje zu Wasser gelassen und kontrolliert abgesenkt werden muss und ein separater Service von Verankerung und OBS nicht möglich ist.
- Die Nachteile beider geschilderten Systeme werden durch die nachfolgend offengelegte Erfindung vermieden, und es wird die Flexibilität des akustischen Verfahrens mit der Störsicherheit und Energieeffizienz der Kabellösung gepaart.
- Die Erfindung
- Es wird vorgeschlagen, auf Seiten der Boje die akustische Sendeeinrichtung von der akustischen Empfangseinrichtung zu trennen.
- Zum Empfang der akustischen Signale des OBS dient ein Hydrophon, das erforderlichenfalls zusammen mit einer analogen Signalaufbereitungselektronik kurz über dem Meeresboden am Ankerseil montiert ist und über eine zweiadrige elektrische Leitung und einen induktiven Koppler am Drehentlastungsgelenk an die Empfangseinheit auf der Boje angeschlossen ist. In Gegenrichtung können Datenübertragungspausen genutzt werden, um ggf. die installierte Signalaufbereitungselektronik über den induktiven Koppler mit Energie zu versorgen. Dadurch wird die an der Tiefseeverankerung montierte Empfangseinheit batterieunabhängig, so dass das Serviceintervall der Verankerung nicht verkürzt wird.
- Zum Senden der akustischen Signale der Boje dient ein üblicher piezokeramischer Transducer, der gegebenenfalls zusammen mit einer Sendeendstufe und Akkumulatoren zur Energiepufferung kurz oberhalb des Drehentlastungsgelenks montiert ist und über eine direkte Kabelverbindung zur Boje verfügt. Dabei ist es wünschenswert, den Transducer zur Vermeidung von Bewuchs in einer Meerestiefe unterhalb 200m abzuhängen.
- Letzteres lässt sich konstruktiv dadurch erreichen, dass das Drehentlastungsgelenk unterhalb des Sendetransducers angebracht ist, gefolgt vom "Float", einem Auftriebskörper, der unterhalb der Zone mit Wellenturbulenz üblicherweise in einer Tiefe von 50–200m auf dem Meeresboden verankert ist und durch seinen Auftrieb das Ankerseil bis zum Boden strafft und stabilisiert. Zusätzlicher Auftrieb oberhalb des Sendetransducers stabilisiert dessen Position und Richtung und sorgt für eine verwicklungsfreie Führung des Ankerseils am Drehentlastungsgelenk.
- Ausführungsbeispiel
- In der Zeichnung
1 ist ein Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und zeigt eine neben einer verankerten Boje abgesenkte Sensoreinheit auf dem Meeresboden. -
1 stellt eine Sensoreinheit (3 ) am Meeresboden (14 ) dar, die neben Anker (11 ) abgesenkt ist. Die Boje (2 ) schwimmt auf der Meeresoberfläche (1 ) und ist über Kette(12 ) und Ankerseil (10 ) am Anker (11 ) gehalten. Zum Informationsaustausch mit der Boje ist ein akustisches Modem (4 ) in die Sensoreinheit integriert. Dieses empfängt die Ultraschallsignale des Transducers (6 ), der zwischen Kette und Ankerseil montiert und über ein Kabel entlang Kette(12 ) mit der Boje (2 ) verbunden ist. Das Modem (4 ) sendet seine Signale an die Hydrophoneinheit (5 ), die meeresbodennah am Anker (11 ) montiert und über eine am Ankerseil geführte Doppelader an die Primärseite des induktiven Kopplers im Drehentlastungsgelenk (7 ) angeschlossen ist. Sekundärseitig werden die Signale an der Kette entlang zur Boje geführt. - Das Ankerseil (
10 ) wird vom Auftriebskörper (8 ) straff gehalten und ein Drehentlastungsgelenk (7 ) ist oberhalb des Auftriebskörpers angebracht gefolgt von Transducer (6 ) und einem weiteren Auftriebskörper (9 ), der die Einheit "Modem – Drehentlastungsgelenk" straff hält. Daran schließt sich Ankerkette (12 ) und Boje (2 ) an, die mit Antenne (13 ) die Verbindung zu den nicht mehr dargestellten Satelliten herstellt.
Claims (7)
- Vorrichtung zur Übertragung von Messdaten aus der Tiefsee, die mindestens aus einer Sensoreinheit auf dem Meeresgrund sowie mindestens einer separat verankerten Boje besteht und bei dem mindestens ein akustisches Modempaar die Datenverbindung zwischen Sensoreinheit und Boje herstellt dadurch gekennzeichnet, dass das Modem der Boje über mindestens einen Sendetransducer sowie mindestens ein separates Empfangshydrophon verfügt, das über mindestens einen induktiven Koppler angeschlossen ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrophonsignale durch eine mit dem Hydrophon verbundene Signalaufbereitungsschaltung aufbereitet werden.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Empfangspausen der induktive Koppler von der Boje genutzt wird, um elektrische Energie zur Signalaufbereitungsschaltung zu übertragen.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine lokale Sendeendstufe direkt mit dem Transducer verbunden ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass lokale Akkumulatoren Energiespitzen der Sendeendstufe direkt am Transducer abpuffern.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangshydrophon (
5 ) von der Boje genutzt wird, um die akustische Übertragungsqualität des Kanals zum bzw. vom eigenen Transducer (6 ) zu bestimmen. - Tsunami-Warnsystem mit einer Vorrichtung zur Übertragung von Messdaten aus der Tiefsee, die mindestens aus einer Sensoreinheit auf dem Meeresgrund sowie mindestens einer separat verankerten Boje besteht und bei dem mindestens ein akustisches Modempaar die Datenverbindung zwischen Sensoreinheit und Boje herstellt dadurch gekennzeichnet, dass das Modem der Boje über mindestens einen Sendetransducer sowie mindestens ein separates Empfangshydrophon verfügt, das über mindestens einen induktiven Koppler angeschlossen ist, und bei dem die Boje über einen Satelliten oder ein Satellitensystem mit einem Datenzentrum verbunden ist, in dem die Daten mit weiteren geophysikalischen Daten korreliert werden.
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Publications (1)
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| DE102005042213A Withdrawn DE102005042213A1 (de) | 2005-09-05 | 2005-09-05 | Vorrichtung zur Übertragung von Messdaten aus der Tiefsee |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102005042213A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021058051A1 (de) | 2019-09-26 | 2021-04-01 | Geomar Helmholtz-Zentrum Für Ozeanforschung Kiel | Meeresbodenmessungen-messeinheit, meeresbodenmessungen-messeinheiten-sensorschwarm und einsatzverfahren dafür |
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2005
- 2005-09-05 DE DE102005042213A patent/DE102005042213A1/de not_active Withdrawn
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