DE3020394A1

DE3020394A1 - Buoy for indicating ocean currents - is transparent plastics float containing infrared emitter

Info

Publication number: DE3020394A1
Application number: DE19803020394
Authority: DE
Inventors: Claus Ing.(grad.) 2104 Hamburg Petters
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1980-05-29
Filing date: 1980-05-29
Publication date: 1981-12-03
Also published as: JPS5712366A; DE3020394C2

Abstract

An ocean float for surveying oceanic surface currents is a freely drifting buoy emitting infrared radiation and capable of being detected by an infrared line scan system. Pref. the buoy emits at approximately 40 deg.C. It has an area of at least 1 square m. The buoy may contain a passive radiant heat emitter system operated by solar heat as the energy source. It may be constructed as an infrared reflector. With this arrangement the buoy can be detected without needing to be of the large size required for visual detection and observation by aircraft. It can be used for continuous monitoring of currents. The buoy may be of plastics material such as thermoplastics cellulose derivs. and have metal plates below the transparent surface coated with a matt black facing.

Description

Ozeanischer SchvimmkörperOceanic floating body

Die Erfindung bezieht-sich auf einen ozeanischen Schwimmkörper zur Vermessung von ozeanischen Oberflächenströmungen.The invention relates to an oceanic floating body for Surveying ocean surface currents.

Ozeanische Schwimmkörper sind in den vielfältigsten Ausführungsformeln bekannt geworden. So offenbart beispielsweise die D.--OS 27 18 566 eine Seeboje, die aus einem Schwimmkörper mit von der Wasserlinie aus nach oben und nach unten weisenden Stangen, Verankerungsmitteln und Haltemitteln versehen ist. Zur Vermessung von Oberflächenströungen ist diese Ausführung jedoch nicht gedacht und auch nicht verwendbar.Oceanic floats are in the most diverse forms known. For example, the D .-- OS 27 18 566 discloses a sea buoy, those from a floating body with up and down from the waterline pointing rods, anchoring means and holding means is provided. For measurement However, this design is neither intended nor intended for surface currents usable.

Zur Vermessung von großflächigen Meeresströmungen werden daher sog. Driftsysteme eingesetzt, wie beispielsweise sog. "Driftkarten". Diese geben jedoch nur über den Endpunkt und nicht über den eg und die Zeit Auskunft. Eine andere Methode sieht die Farbkennzeichnung der Strömungsflächen vor. Hier ist die relativ kurze bzw. begrenzte Meßzeit von Nachteil, so daß diese Methode nur sehr lokale Anwendung finden kann und unfreiwillige Messungen, wie beispielsweise die Verfolgung von blfel'dern durch Radar oder Infrarctsysteme, oder der Nachweis der Verteilung von radioaktiver Abfällen, sind hier nur sehr begrenzt - wenn überhaupt - möglich.To measure large-scale ocean currents, so-called. Drift systems are used, such as so-called "drift cards". However, these give information only about the end point and not about the eg and the time. Another method provides for the color coding of the flow surfaces. Here is the relatively short one or limited measuring time is a disadvantage, so that this method can only be used very locally can find and involuntary measurements, such as the tracking of blfel'dern by radar or infrared systems, or the detection of the distribution of radioactive Waste is only possible to a very limited extent - if at all - here.

Um nunOberflächenströungpn über einen Zeitraum von 2 - 3 Monater messen zu können, sind bisher äußerst aufwendige Driftbojen erforderlich. Im einen Falle handelt es sich hier um farblich unterschiedlich gekennzeichnete Schwinmscheiben mit Durchmessern von 5 - 10 m, deren Weg von Flugzeugen verfolgt wird und in einem speziellen Fall handelt es sich um eine Testboje, die zusätzlich noch Daten über Temperaturen, Luftdruck, Wasserqualität usw. liefert und von Satelliten aus überwacht wird. Der Aufwand so einer Boje, die als Vcrlustobjskt angesehen werden muß, ist unverhältni mäßig hoch.In order to now measure surface currents over a period of 2 - 3 months To be able to do so, extremely complex drift buoys have been required up to now. In one case These are Schwinm discs marked in different colors with diameters of 5 - 10 m, the path of which is followed by airplanes and in one special case is a test buoy, which also has data about Temperatures, air pressure, water quality, etc. supplies and monitored from satellites will. The expense of such a buoy, which must be viewed as a loss object, is disproportionately high.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Driftboje zu konzipieren, die als extrem billiges Massenprodukt gefertigt und verstärkt eingesetzt werden kann, so daß größere ozeanische Flächen aufgrund der nunmehr wesentlich höheren Datendichte präziser und genauer vermessen werden können.The present invention is based on the object of a drift buoy to conceive that manufactured and increasingly used as an extremely cheap mass product can be, so that larger oceanic areas due to the now much higher Data density can be measured more precisely and more accurately.

Diese Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise durch die in den Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen gelöst. In dersnachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele abgehandelt, die n den Figuren der Zeichnung schematisch dargeste,llt sind.This task is carried out in a surprisingly simple manner by the Claims laid down measures resolved. In the description below are Embodiments dealt with, which n the figures of the drawing schematically dargeste, llt are.

Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Schwimmkörper mit Absorption und Speicherung von Sonnenenergie, Fig. 2 einen Querschnitt eines weiteren Ausführuntsbeispiels einer Driftboje mit Umwandlung von chemischer Energie Fig. 3 einen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels mit integrierter Energiequelle.They show: FIG. 1 a cross section through a floating body Absorption and storage of solar energy, Fig. 2 is a cross section of another Exemplary embodiment of a drift buoy with conversion of chemical energy Fig. 3 shows a cross section of a third exemplary embodiment with an integrated energy source.

Der allgemeine Erfindungsgedanke der vorgeschlagenen Maßnahmen sieht einen wärmestrahlenden Schwimmkörper vor und dessen Identifikation im Infrarotbereich. Grundsätzlich ist dabei an eine Boje von etwa +400 C gedacht, die zu dem sie umgebenden Medium eine Temperaturdifferenz von rund 200 C aufweist und deren Uberwachung von Satellitten, Schiffen oder Flugzeugen erfolgen kann.The general inventive concept of the proposed measures sees a heat-radiating float in front of it and its identification in the infrared range. Basically, a buoy of around +400 C is intended to be the one surrounding it Medium has a temperature difference of around 200 C and its monitoring of Satellites, ships or aircraft can be made.

Die Uberwachungsmessungen müssen auf elektrooptischem Wege, beispielsweise durch ein sog. Infrarot-Linescan-System erfolgen, dessen Ausgabeeinheit Schwarz-Weiß- oder Farbbilder liefert sowie .Níag,netbandaufzeichnungen für die weitere elektronische Auswertung. Solche Systeme sind allgemein bekannt. Sie liefcrn eine Tempe rat urauflös ung von 0,10 C bei einem Blickwirke1 von etwa 0,2 ;z;i.liradiant. Da das Wasser Infrarot stark absorbiert und die örtlichen Tenperatursahwankungen der Wasseroberfläche cerinr sind, können beispielsweise 5000 - 10 000 m hoch fliegende Flugkörper mit dem vorgenannten Detektorsystem ohne Schwierigkeit einen 1 m2 großen Schwimmkörper, wie er hier vorgeschlagen ° wird, mit einer Temperaturdifferenz von etwa 20 C identifizieren, c.h. die Iden'ifikationsmöglichkeit wird im hier vorgeschlagenen Falle durch Abstrahlung von Wärmeenergie hergestellt. Diese Wärmeenergie kann nun auf dreierlei verschiedene Arten erzeugt werden, im ersten Falle handelt es sich um Absorption und Speicherung von Sonnenenergie, im zweiten Falle um eine Umwandlung von chemischer Energie und im dritten Falle um eine Kombikation der beiden erstgenannten Möglickeiten.The monitoring measurements must be electro-optical, for example by a so-called infrared line scan system, the output unit of which is black-and-white or color images supplies as well as .níag, netbandaufcorder for further electronic Evaluation. Such systems are well known. They deliver a temperature resolution of 0.10 C with a visual effect1 of about 0.2; z; i.liradian. As the water Infrared strongly absorbed and the local temperature fluctuations the water surface are cerinr, for example 5000 - 10 000 m high Missile with the aforementioned detector system without difficulty a 1 m2 Float, as proposed here °, with a temperature difference of identify about 20 C, c.h. the identification option is proposed here Trap made by radiating thermal energy. This thermal energy can now can be produced in three different ways, in the first case it is about absorption and storage of solar energy, in the second case about conversion of chemical energy and, in the third case, a combination of the first two Possibilities.

Die Fig. 1 zeigt nun einen Schwimmkörper zum erstgenannten Fall.Fig. 1 now shows a float for the former case.

Der Bojenkörper besteht aus einer tragenden Struktur 1 und ist so ausgebildet, daß er auf dem Wasser schwimmt. Der über der Wasseroberfläche liegende Teil der Boje ist als Glaskuppel 2 ausgebildet, die zusammen mit der Struktur 1 einen wasserdichten Körper bildet. Die Struktur 1 ist an ihrer Innenseite mit Isolationstraterial 3 versehen und die Innenseite der Glaskuppel 2 ist it einer wärmeabsorbierenden Schicht 4 ausgestattet. Unter Benutzung von Absorptionsfarben und/oder einer strukturierten Oberfläche 4a wird eine optimale Wrr.eaufnahme sichergestellt und in des Wärmespeichermedium 6 abgegeben. Der Raum 5 zwischen der Glaskuppel 2 und der wärmeabsorbierenden Schicht 4, 4a kann aus Luft oder Vakuum bestehen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Schicht 4 in direktem Kontakt mit der Glaskuppel 2 anzubringen bw. die Rückseite der Glaskuppel 2 direkt als wärmeabsorbierende Schicht auszubilden.The buoy body consists of a supporting structure 1 and is so trained to swim on water. The one lying above the water surface Part of the buoy is designed as a glass dome 2, which together with the structure 1 forms a waterproof body. The structure 1 is on its inside with insulation material 3 provided and the inside of the glass dome 2 is it a heat-absorbing Layer 4 equipped. Using absorption colors and / or a structured one Surface 4a ensures optimal heat absorption and in the heat storage medium 6 submitted. The space 5 between the glass dome 2 and the heat-absorbing layer 4, 4a can consist of air or vacuum. Of course it is also possible to attach the layer 4 in direct contact with the glass dome 2 bw. the backside to form the glass dome 2 directly as a heat-absorbing layer.

Der -innerhalb der vorbeschriebenen Struktur gebildete Hohlraum t.'ird mit einem Medium hoher Wärmekapazität gefüllt und bildet so den Wärmespeicher 6. Dieses Medium kann Wasser sein, aber beispielsweise auch Salzhydrat di-Natriumhydrogenphosphat ist denkbar. Dieses Material schmilzt bei +360 C. Durch die Sonneneinstrahlung wird der Wärmespeicher 6 auf eine höhere Temperatu.The cavity t.'ird formed within the structure described above filled with a medium of high heat capacity and thus forms the heat accumulator 6. This medium can be water, but also, for example, salt hydrate disodium hydrogen phosphate is conceivable. This material melts at +360 C. As a result of solar radiation will the heat accumulator 6 to a higher Temperatu.

als seine Umgebung gebracht. Die wärmeabsorbierende Schicht N dien-t gleichzeitig als Strahlungsfläche, die von hochfliegenden Infrarot-Sensoren in Flugzeugen oder Satelliten identifiziert werden kann. Zur Vermeidung von unterschiedlichen Temperaturbeschichtungen innerhalb des Wärmespeichermediums, sind an der wärmeabsorbierenden Schicht 4, 4a Wärmeleiter 7 angebracht, di über Wärmetauscher 8 die unteren Schichten des Speichenmediums erwärmen bzw. wärmekonstant halten.brought as its surroundings. The heat absorbing layer N serves at the same time as a radiation surface that is generated by soaring infrared sensors in airplanes or satellites can be identified. To avoid different Temperature coatings within the heat storage medium are at the heat absorbing Layer 4, 4a heat conductor 7 attached, ie the lower layers via heat exchanger 8 of the spoke medium or keep it at a constant temperature.

Zur Stabilisierung der Boje auf der Wasseroberfläche ist diese über einen Abstandhalter 9 mit einem Gewicht 10 verbunden oder mit einem Treibanker.To stabilize the buoy on the water surface, it is over a spacer 9 connected to a weight 10 or to a sea anchor.

Weiterhin kann die Boje durch die Anbringung eines Ringes 11 al.Furthermore, the buoy by attaching a ring 11 al.

sog. Oberflächenfolger ausgebildet werden und so für die Beobachtung reiner Oberflächenströmungen spezialisiert werden. Dieser Ring 11 kann konstruktiv auch so ausgebildet sein, daß er zusätlich noch zur Aufnahme des Wärmespeichermediums dient.so-called surface followers are formed and so for observation be specialized in pure surface currents. This ring 11 can be constructive also be designed so that it also has to accommodate the heat storage medium serves.

Die Fi. 2 zeigt eine Variante des vorgeschlagenen Schwimm.körpcls wobei die Boje. mit einer eigenen Wärmequelle ausgerüstet ist. E:n Material 13, das bei Berührung mit Seewasser exotherm reagiert -beispielsweise Aluminium - gibt die entstehende Wärme entweder (n das wärmeleitende Medium 14 oder direkt an den Wärmespeicher 6 ab In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird sowohl die Sonnenenerf-i als auch chemische Energie als Wärmequelle genutzt. Hierzu sind zwei Wärmespeicher 6 und 14 mit unterschiedlichem Temperaturnivc übereinander angeordnet, wobei beide Speicher 6,14 miteinander über l,ärmetauscher 15 verbunden sind. Letztere sind konstruktiv ausgebildet, daß die Forderung er-füllt wird, daß das höhere Teure raturniveau immer im Speicher vorhanden ist. Die vorbeschriebene Variante kann nun auch so gestaltet sein, daß die Strukturen 1 und/oder 11 Bestandteile der Seewasserbatterie 13 sind. Hierbei wird vorzugsweise das Stabilisierungsgewicht 12 ein integrncrter Bestandteil des Schwimmkörpers bzw. der Strukturen 1, 11,13 ein.The Fi. 2 shows a variant of the proposed floating body being the buoy. is equipped with its own heat source. E: n material 13, which reacts exothermically when it comes into contact with seawater - for example aluminum the resulting heat either (n the heat-conducting medium 14 or directly to the Heat storage 6 from In the embodiment shown, both the Sonnenenerf-i as well as chemical energy as a heat source. There are two heat accumulators for this purpose 6 and 14 with different Temperaturnivc arranged one above the other, both Memory 6,14 are connected to one another via l, heat exchanger 15. The latter are constructive trained that the requirement is met, that the higher expensive rature level always is present in memory. The variant described above can now also be designed in this way be that the structures 1 and / or 11 are components of the seawater battery 13. Here, the stabilizing weight 12 is preferably an integral part of the floating body or the structures 1, 11, 13.

Die Fig. 3 zeigt nun eine dritte Ausführungsform, bei der die Seewasserbatterie 13 der Fig. 2 durch eine eigene Energiequelle '6 ersetzt wird. Diese Energiequelle kann Wärme durch chemische Reaktion mt dem umgebenden Medium 6 oder ein in ihr vorhandenes Medium. 17 herleiten.3 now shows a third embodiment in which the seawater battery 13 of FIG. 2 is replaced by its own energy source 6. This source of energy can heat through chemical reaction with the surrounding medium 6 or one existing in it Medium. 17 derive.

Diese Energiequelle 16 kann aber auch ein sog. Wellenmotor sein, der über ein mechanisches Systen die Wellenenergie in Wärme umwandelt.This energy source 16 can also be a so-called. Wave motor, the converts the wave energy into heat via a mechanical system.

Grundsätzlich wird der vorgeschlagene Schwimmkörper mit passiver ttärm.eabstrahlung der kostengünstigste sein. Als-Energiequelle dient-die Sonne, wobei die Boje als Infrarotreflektor ausgebildet ist und so als virtuelle Strahlungsquelle zu orten ist. Günstiger noch erscheint die Ausbildung der Bojenoberfläche als sog.Basically, the proposed float is made with passive heat radiation be the cheapest. The sun serves as the source of energy, with the buoy as Infrared reflector is designed and so to be located as a virtual radiation source is. The formation of the buoy surface as a so-called

"sch.warzer Körper", der die gesamte auftreffende Strahlung absorbiert und vollständig in rne umsetzt. Eine gute Isolierung gegen die Umgebungstemperaturen vorausgesetzt, werden durch-diese Ausge-° staltung im Hochsommer Temperaturen bis zu +170 C für die Wärmespeicherung ermöglicht, die im vorliegenden Falle beispielsweise beschichtete Metallplatten sein können."black body" that absorbs all incident radiation and fully implemented. Good insulation against ambient temperatures Provided that this design means that in midsummer temperatures are up to to +170 C for heat storage, which in the present case, for example coated metal plates can be.

eben der reinen Ortung der Driftboje bzw. des Schwimmkörpers fallen durch die Infrarottechnik noch andere wesentliche MeXergebni e an, wie die Temperatur des umgebenden Was er. Durch Messtangen in verschiedenen Spektralbereichen können Werte in bezug auf die Wasserqualität, Verunreinigungsfaktoren etc. ermittelt werden.the mere locating of the drift buoy or the float infrared technology also provides other essential measurement results, such as temperature of the surrounding what he. With measuring rods in different spectral ranges Values relating to water quality, pollution factors, etc. can be determined.

Claims

Ocean floating body PATENT CLAIMS 1. Ocean floating body for the measurement of oceanic surface currents, therefore not indicated -n e t that it is designed as a driftboJe, - which in the infrared wavelength range Radiation is emitted and can be detected by means of an infrared line scan system.

2. .Swimmkörper according to claim 1, characterized g e k e n n -z e i c h n e t that the drift buoy as an active heat radiator with a temperature level of around + 40 ° C.

3. Floating body according to claims 1 and 2, thereby g e -ke n n indicates that the drift buoy has an area of at least 1 m2.

4 float according to one or more of claims 1 to 3, in that the drift buoy is a passive thermal radiation system is designed, which absorbs energy and emits heat.

5. floating body according to one or more of claims 1 to 4, It is noted that aluminum is used for active heat generation will.

6. floating body according to one or more of claims 1 to 5, in that it is used as an energy source for a passive heat radiation system the sun is used.

7. floating body according to one or more of claims 1 to 6, in that the drift buoy is designed as an infrared reflector is.

8. Floating body according to one or more of claims 1 to characterized it is not noted that the drift buoy 1 absorbs all of the radiation that occurs absorbent black body is formed by.

9. floating body according to one or more of claims 1 to 8, by the fact that the drift buoy has its own heat storage system assigned.

10. Floating body according to one or more of claims 1 to 9, in that the drift buoy is made of clear plastic, such as thermoplastic cellulose derivatives.

11. Floating body according to one or more of claims 1 to 10 in that the drift buoy is a so-called "black body" is fitted with metal plates under the crystal-clear plastic surface, which are coated with a flat black coating.

12. Floating body according to one or more of claims 1 to characterized , it is not indicated that the drift buoy is provided with a ring (11), which is also designed to accommodate the heat storage medium (6).