DE2109165A1 - Oceanographic measuring mast system for recording oceanographic parameters, e.g. in shelf seas - Google Patents
Oceanographic measuring mast system for recording oceanographic parameters, e.g. in shelf seasInfo
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Description
Kiel, den 17. 2". 1971 - ZP/Pr/do AJ 2709Kiel, February 17 ". 1971 - ZP / Pr / do AJ 2709
OBeanographisches Meßmastsystem zur Erfassung ozeanogra- pftlscher Parameter z, B. in Schelfmeeren. Aeanographic measuring mast system for recording oceanographic parameters, e.g. in shelf seas.
Die Erfindung betrifft ein in sich starres, ozeanographisches Meßmastsystem zur schwingungslosen Erfassung ozeanographischer Parameter in Schelfmeeren.The invention relates to an inherently rigid, oceanographic measuring mast system for the vibration-free detection of oceanographic Parameters in shelf seas.
Vm Kenntnis von ozeanographischen Parametern zu erhalten, war es bisher üblich, die hierfür notwendigen Messungen im Meerwasser durch Forschungsschiffe oder durch Beobachtungsbojen ausführen zu lassen. In beiden Fällen erwies es sich jedoch, d*ß die Jeweils an den Ankerseilen der Meßstationen befestigten Meßsensoren ungenaue Meßdaten der festzustellenden ParaBeter lieferten. Ursache hierfür waien die, die Meßsensoren tragenden Ankereeile, die ihre Lage unter dem Einfluß der Heeresströmungen fortwährend änderten. In order to gain knowledge of oceanographic parameters, it has hitherto been customary to have the measurements required for this in seawater carried out by research vessels or by observation buoys. In both cases, however, it turned out that the measuring sensors attached to the anchor ropes of the measuring stations provided inaccurate measurement data for the parameters to be determined. The reason for this was the anchor ropes carrying the measuring sensors, which constantly changed their position under the influence of the army currents.
Die außerordentlich große Variabilität der oeeanographischen Faktoren macht es jedoch erforderlich, für genaue MessungenThe extraordinarily great variability of the oeeanographic However, factors makes it necessary for accurate measurements
der verschiedenen Meeresparameter ein System zu konzipieren, das weniger anfällig gegenüber den Meeresströmungen ist.to design a system of the various marine parameters, that is less susceptible to ocean currents.
Zur Erfüllung dieser Erfordernisse ist es bekannt, Ankermastsysteme zu verwenden.To meet these requirements, it is known to anchor mast systems to use.
Das "Institut für Meereskunde in Kiel" hat eiij solches System entwickelt und erprobt. Die von diesem Institut.gesammelten Erfahrungen mit einem derartigen System sind in dem Aufsatz von V.Krause mit dem Titel "Hydrographische Messungen mit einem Beobachtungsmast in der Ostsee", abgedruckt in der Schriftenreihe "Kieler Meeresforschungen" Jahrgang 1960, Bd.16, Heft 1, Seiten 13-27, bekanntgeworden. Die hier angegebene Meßstation besteht im wesentlichen aus dem Mast, dem Gehäuse und den Instrumenten. Der Mast besteht aus Rohren von vorzugsweise 10The "Institute for Oceanography in Kiel" has such a system developed and tested. The ones collected by this institute Experience with such a system can be found in the article by V. Krause with the title "Hydrographic measurements with an observation mast in the Baltic Sea", printed in the series of publications "Kieler Meeresforschungen" Born in 1960, Volume 16, Issue 1, Pages 13-27, became known. The measuring station specified here essentially consists of the mast, the housing and the instruments. The mast consists of tubes of preferably 10
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Meter Länge, wobei jedes Maststück in einzelne wasserdichte Kammern -unterteilt ist. Das Material aus dem der Mast besteht, ist eine Aluminium-Legierung· mit geringem·'spezifischem Gewicht. Die aus diesen Eigenschaften resultierenden Auftriebskräfte verhindern weitgehend die Neigung des Mastes im Wasser. Die einzelnen Maststücke haben an ihren Enden jeweils zwei Bohrungen zur Aufnahme von Doppelkreuzgelenken, die dazu dienen, die einzelnen Maststücke miteinander zu verbinden. Jedoch sind die derart miteinander verbundenen Maststücke nicht arretiert, so daß sich jedes einzelne Maststück nach einer Resultierenden einstellt, die sich durch die jeweils angreifenden Kräfte der Meeresströmung bildet. Das Auslegen eines Mastes geht folgendermaßen vor sich:Meters in length, with each mast section in individual watertight chambers - is divided. The material from which the mast is made is an aluminum alloy with a low specific weight. the Buoyancy forces resulting from these properties largely prevent the mast from tilting in the water. The single ones Mast sections each have two holes at their ends to accommodate double universal joints that serve to support the individual To connect mast pieces together. However, they are so with each other connected mast sections not locked, so that each individual mast section adjusts according to a resultant, which is formed by the attacking forces of the ocean current. The laying out of a mast proceeds as follows themselves:
Der an Bord fertigmontierte und in einer Ebene mehrfach gefaltete Mast wird zu Wasser gelassen und kann dort aufgrund seiner schwimmfähigen Kammern bis zu seiner vollen Länge entfaltet werden. Am Ende des Mastes wird das Gehäuse befestigt. Dieses dient der Aufnahme der Registriergeräte und der Energiequelle. Dann wird das Gehäuse auf Grund gefiert, wobei es den an der Meeresoberfläche schwimmenden Mast nachzieht. Zur Kenntlichmachung des Mastes wird vom Gehäuse eine Trosse zu einem entfernt liegenden Ankerstein gelegt und von dort zu einer Markierungstonne geführt. Von dem am Mast befestigten Meßsensoren führt ein mehradriges Kabel inner- oder außerhalb des Mastes entlang zu dem Gehäuse. Zur Überbrückung der Doppelkreuzgelenke werden jeweils nach Anzahl der elektrischen Leiter entsprechende Stecker und Steckdosen verwendet. Die von den Meßsensoren ermittelten Meßdaten werden auf diesem Weg zu den Registrierinstrumenten geführt und dort aufgezeichnet.The mast, which is fully assembled on board and folded several times in one plane, is lowered into the water and can there due to its buoyant chambers can be unfolded to their full length. The housing is attached to the end of the mast. This serves the recording of the recorders and the energy source. Then the housing is lowered to the bottom, whereby it is the one on the surface of the sea floating mast pulls. To make the mast recognizable, a hawser changes from the housing to a remote one Anchoring stone was laid and led from there to a marking buoy. A multicore leads from the measuring sensors attached to the mast Cable inside or outside the mast along to the housing. To bridge the double universal joints each Plugs and sockets are used according to the number of electrical conductors. The measurement data determined by the measurement sensors are taken this way to the registration instruments and recorded there.
Der Nachteil eines derartigen Meßmastsystemes besteht im wesentlichen darin, daß bei einem derart schwingenden Gebilde für jedes Maststück die Neigung von der Vertikalen gemessen werden muß, um auf den absoluten Betrag der Strömungsgeschwindigkeit schließen zu können.The disadvantage of such a measuring mast system is essentially in that with such a vibrating structure the inclination from the vertical must be measured for each mast section, in order to be able to deduce the absolute amount of the flow velocity.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannten Nachteile eines derartigen Systems zu vermeiden und ein Meßmastsystem zu konzipieren, das in sich starr ist und damit eine unverfälschte Registrierung von Meßwerten der ozeanographischen Parameter erlaubt.The invention is therefore based on the object of avoiding the known disadvantages of such a system and a measuring mast system to conceive that is inherently rigid and thus an unadulterated registration of measured values of the oceanographic Parameters allowed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Arretierung der Doppelkreuzgelenke (6) zwischen den Maststücken (5) in der Weise geschieht, daß zwei Arretierschalen (7) nach dem Absenken, d. h. Senkrechtstellen des Mastes, durch eine schnell korrodierende Bruchstelle (8), vorzugsweise aus Magnesium, durch ihr Eigengewicht um eine Achse (9) über die Doppelkreuzgelenke (6) fallen, wobei die dem Meerwasser zugekehrte Seite der Arretierschale (7) am unteren Ende leicht konisch ist und das über die beiden Arretierschalen ein Ring (10), der die negative Form des Konusses besitzt, mit seinem Eigengewicht fällt, derart, daß die Doppelkreuzgelenke (6) somit durch eine starre Einheit festumschlossen sind.This object is achieved according to the invention in that the lock the double universal joints (6) between the mast pieces (5) happens in such a way that two locking shells (7) after lowering, d. H. Vertical positioning of the mast, due to a rapidly corroding fracture point (8), preferably made of magnesium, fall by their own weight about an axis (9) over the double universal joints (6), with the one facing the seawater Side of the locking shell (7) is slightly conical at the lower end and a ring (10) over the two locking shells, which the Has negative shape of the cone, falls with its own weight, so that the double universal joints (6) thus by a rigid unit are firmly enclosed.
Um ein solches Meßmastsystem, das Jeweils pro Maststück für eine bestimmte Anzahl von Meßstellen zusammengesetzt wird und wobei jede Meßstelle aus vielen zu einem Paket ausammengefaßte Meßsensoren besteht, "auf einfache Weise zu verkabeln, so daß gegebenenfalls die einzelnen Maststücke auch untereinander leicht ausgetauscht werden können, sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung die an beliebiger Stelle und Stückzahl des Mastes angebrachten Sensorpakete durch einen im Innern des Mastes laufenden Leitungsdraht induktiv ankoppelbar.To have such a measuring mast system, each per mast section for a certain number of measuring points is put together and each measuring point is summarized from many to a package There is measuring sensors "to be wired in a simple manner, so that, if necessary, the individual mast sections can also be connected to one another can be easily exchanged, are, according to a further embodiment of the invention, at any point and number of items The sensor packages attached to the mast can be inductively coupled by a wire running inside the mast.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. Show it:
Fig. 1 ein ozeanographisches Meßmastsystem mit Ankermast und Oberflächenboje.1 shows an oceanographic measuring mast system with anchor mast and surface buoy.
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2 eine erfindungsgemäße Arretiervorriciitung zur Verbindung der Maststücke untereinander mit Sensorpaket und Verbindungskabel.2 a locking device according to the invention for connection the mast sections with each other with the sensor package and connection cable.
Das in Fig. 1 dargestellte Ankermastsystem besteht im wesentliehen aus dem Mast 1, den Ankersteinen 2, den Tragkabeln 3» sowie aus der Oberflächenboje 4-. Der Mast besteht in an sich bekannterweise aus aluminiumlegierten Rohren, mit geringem spezifischem Gewicht von ca'. 10 Meter Länge. Jedes dieser Maststücke 5 ist durch Unterteilung in wasserdichte^ Kammern schwimmfähig ausgebildet. Die Zusammensetzung der einzelnen Maststücke kann mittels bekannter Doppelkreuzgelenke 6 an Bord eines Schiffes erfolgen und dort fertigmontiert bis zu seinem Einsatzort verbleiben.The anchor mast system shown in Fig. 1 consists essentially of the mast 1, the anchor stones 2, the support cables 3 »and the surface buoy 4-. The mast consists of aluminum alloy tubes, known per se, with a low specific weight of approx . 10 meters in length. Each of these mast pieces 5 is made buoyant by being divided into watertight chambers. The assembly of the individual mast pieces can take place on board a ship by means of known double universal joints 6 and remain there fully assembled until it is used.
Am Einsatzort wird dann,- wie eingangs zum Stand der Technik bereits geschildert, der Mast entfaltet, jedoch wird dieser nicht durch das Gewicht eines Instrumentengehäuses,sondern durch das Gewicht eines Ankersteines 2, das am Mastende angebracht wird auf Grund gefiert. Nach diesem Vorgang werden die einzelnen Mastglieder durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 2 wie folgt arretiert.'Zwei Arretierschalen 7 fallen nach dem Absenken, d. h. Senkrechtstellen des Mastes infolge einer schnell korrodierenden Bruchstelle 8, die vorzugsweise aus Magnesium besteht, durch ihr Eigengewicht um eine Achse 9 über die Doppelkreuzgelenke 6 (Fig. 2) . Die dem Meerwasser zugekehrte Seite der Arretierschalen ist am unteren Ende leicht konisch, so daß sie mit der anderen Arretierschale eine Kegelform bildet. Über diese beiden Arretierschalen fällt ebenfalls durch sein Eigengewicht ein Ring 10, der die negative Form des Kegels besitzt. Somit werden die Doppelkreuzgelenke 6 durch eine starre Einheit festumschlossen. Sollten sich die einzelnen Maststücke 5 bei der Arretierung nicht in der Lotrechten befinden, wird der Ring 10At the place of use, - as at the beginning, it becomes the state of the art already described, the mast unfolds, but this is not due to the weight of an instrument housing, but by the weight of an anchor stone 2 attached to the end of the mast is celebrated on the ground. After this process, the individual mast members are through the device according to the invention 2 locked as follows.'Zwo locking shells 7 fall after lowering, d. H. Vertical positioning of the mast as a result of a rapidly corroding fracture point 8, which is preferably consists of magnesium, due to its own weight about an axis 9 via the double universal joints 6 (Fig. 2). The sea water facing side of the locking shells is slightly conical at the lower end, so that they are with the other locking shell forms a cone shape. A ring 10 also falls over these two locking shells due to its own weight, which has the negative shape of the cone. Thus, the double universal joints 6 are firmly enclosed by a rigid unit. Should the individual mast pieces 5 when locking are not in the vertical, the ring 10
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zunächst auf die Arretierschalen 7 und etwas später durch die Eigenschwingungen der Maststücke auf den Kegel rutschen. Zur Lösung der Arretierung wird der Ring durch ein besonderes Signal aufgetrennt und gibt die Arretierung wieder frei. Das Mittel, das die Auftrennung bewirkt, kann beispielsweise ein Sprengsatz oder dergleichen sein.first on the locking shells 7 and a little later by the Natural vibrations of the mast sections slip onto the cone. To release the lock, the ring is triggered by a special signal separated and releases the lock again. The means that effects the separation can, for example, be a Be an explosive device or the like.
Die durch die Meßsensoren 11, 12, 13 ermittelten Meßdaten der verschiedenen Meeresparameter, z. B. der Strömung, Schallgeschwindigkeit, Temperatur und Leitfähigkeit, werden unter Zuhilfenahme von einem mehradrigen Kabel 3 von dem Sensorpaket 14-abgenommen und zwecks Registrierung den Aufzeichnungsgeräten in der Oberflächenboje 4- zugeführt. Anstelle von einem mehradrigen Kabel kann auch ein induktiv an die Sens.orpakete gekoppelter Einleiter treten, wobei die Meßdaten der einzelnen Sensoren derart verschlüsselt sind, daß sie nur über einen bestimmten Adressenimpuls abgerufen werden können.The measured data determined by the measuring sensors 11, 12, 13 different sea parameters, e.g. B. the flow, speed of sound, temperature and conductivity are with the help 14-removed from a multi-core cable 3 from the sensor package and fed to the recording devices in the surface buoy 4- for registration. Instead of a multi-core Cable can also connect a single conductor inductively coupled to the sensor packages, with the measurement data from the individual sensors are encrypted in such a way that they can only be accessed via a specific address pulse.
Die weiteren Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die gemessenen Werte nicht mehr auf einem Schreiber in einem Grundgehäuse registriert werden, sondern das sie auf einem Magnetband abgespeichert werden, das sich in einer der Markierung dienenden Oberflächenboje befindet. In dieser Boje befindet sich ebenfalls die Energieversorgung. Durch die Verlagerung der Elektronik und der Energiequellen in eine Oberflächenlage bietet sich damit die Möglichkeit an, gleichzeitig zu 'den ozeanographischen Messungen auch die dazugehörigen meteorologischen Messungen"durchzuführen. Die Energieversorgung in dieser Boje gestattet ein Einsetzen der Meßstation von mindestens 6 Monaten, wobei eine hohe Abfragerate der Sensoren zugrunde gelegt ist.The further advantages of the invention are that the measured values are no longer on a recorder in one Basic housing are registered, but that they are stored on a magnetic tape that is in one of the markings serving surface buoy is located. The energy supply is also located in this buoy. By relocating the electronics and the energy sources in a surface layer offers the possibility of simultaneously to 'the oceanographic measurements also the associated meteorological measurements ". The energy supply in this buoy allows the measuring station to be used of at least 6 months, based on a high polling rate of the sensors.
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