Nortek Ultraschallmessgeräte: Velocimeter (Fließgeschwindigkeitsmessgeräte)

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Velocimeter (Fließgeschwindigkeitsmessgeräte) gehören zu einer Klasse von 3D-Fließgeschwindigkeitsmessgeräten zur Erfassung starker Fluktuationen. Die Vector und Vectrino liefern mit bis zu 64 Hz bzw. 200 Hz zeitlich hochaufgelöste dreidimensionale Einzelpunktmesswerte. Die Geräte sind unterschiedlich konzipiert und sowohl für Einsätze im marinen Bereich und in Binnengewässern als auch für Laborrinnen geeignet. Es bestehen drei bzw. vier Empfänger, welche das Echo eines ausgesandten kurzen akustischen Pulses aufzeichnen. Das empfangene Signal wird verarbeitet um die Doppler-Verschiebung zu ermitteln, die Skalierung erfolgt auf Basis der mittels der gemessenen Temperatur erfassten Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit und der resultierende Geschwindigkeitsvektor wird auf den PC übertragen. Mittels unterschiedlicher Messköpfe lassen sich die Velocimeter für verschiedene Zwecke umrüsten und optimieren.

Velocimeter -

Vector Vectrino Vectrino II

Der Vector basiert auf einer Prozessverarbeitung, welche ursprünglich für den Nortek Acoustic Doppler Velocimeter entwickelt wurde. Das Gerät misst dreidimensionale Fließgeschwindigkeiten auch unter turbulenten Bedingungen in einer Entfernung von 15 cm vom Schallgeber mit wählbaren zeitlichen Auflösungen von 1 bis 64 Hz. Eine dem Stand der Technik entsprechende Stromversorgung und eine miniaturisierte Elektronik in kompakten Gehäusen eignen den Vector sowohl für Echt-Zeit-Aufzeichnungen als auch für autonome Einsätze. Zusätzlich zu kontinuierlichen Aufnahmen sind Messungen im Zeitstaffelbetrieb (Burst Mode) möglich, wobei sich aktive Messphasen mit "Schlafphasen" abwechseln um Datenspeicher und Batteriestrom zu sparen.

Vector - mit Stangensonde

Messungen hoher Qualität können sowohl bei marinen Anwendungen als auch bei hohen Sedimentkonzentrationen z.B. in Küstennähe oder Tieflandflüssen durchgeführt werden. Es bestehen keine Ansprüche an die Wasserqualität solange ausreichend Schwebmaterial vorhanden ist. Messungen in destilliertem Wasser sind bspw. nicht möglich. Auch oberflächennahe Aufzeichnungen bspw. von Wellenkämmen können durchgeführt werden, da das System nahezu unmittelbar reagiert, wenn die Sonde eintaucht und abwechselndes Ein- und Austauchen insofern keine Behinderung darstellen.

Der Vector wird weltweit von Wissenschaftlern und Ingenieuren ozeanographischer Institute genutzt. Ausführliche Kundenreferenzlisten können von Nortek bereitgestellt werden.

Vector - mit Kabelsonde

Downloads / Zusatzinformationen

	Eine Broschüre (pdf-Format) zum Vector finden Sie hier [1.859 KB]
	Weitere Informationen finden Sie auf der Nortek-Homepage

Der Vectrino ist eine Weiterentwicklung des NDV/ADV. Die Standard-Firmware bietet eine dem NDV/ADV vergleichbare Leistungsfähigkeit mit einer Messrate von 25 Hz. Die optionale erweiterte Vectrino+ Firmware erlaubt Messungen mit bis zu 200 Hz und verfügt zusätzlich über einen Echolot-Modus, in welchem der Abstand zur Sohle mit 10 Hz und einer Genauigkeit im Submillimeterbereich erfasst wird. Aufgrund der Vectrino+ Firmware und des geringen Abstands von Messvolumen zur Sonde (5 cm) eignet sich der Vectrino im Vergleich zum Vector insbesondere für detaillierte Untersuchungen in Laboren, aber auch in offenen Gewässern des Binnenlandes und im Meer. Die eingesetzte Pulse-Coherent-Technik (Zwischenperiodenkompensation) ist neben der hohen Messrate auch durch eine hohe Genauigkeit und einen äußerst geringen Versatz der Werte bei Null-Geschwindigkeiten charakterisiert.
Wesentliche Änderungen des Vectrino gegenüber den NDV/ADV-Vorgänger-Modellen sind:

Vectrino - Feldsonde

	reduzierte Größen von Sonden und Elektronik
	die Erweiterung der Sonde um einen vierten Schallempfänger und somit verbesserte Turbulenzmessungen durch eine zusätzliche Qualitätssicherung aufgrund redundanter Messwerte
	erhöhte interne Messfrequenzen und reduziertes Rauschen
	erweiterter Messbereich für höhere Fließgeschwindigkeiten
	einfacher Austausch von Messköpfen aufgrund in den Köpfen gespeicherter Onboard-Konfigurationen
	in die Sonde integrierter Temperatursensor
	in Kombination mit der Vectrino+ (Vectrino Plus) Firmware eine Aufzeichnungsrate bis zu 200 Hz

Es bestehen verschiedenen Versionen von Messköpfen, welche abhängig von Einsatzbedingungen gewählt werden können. Neben den üblicherweise abwärts ausgerichteten Sonden (1. Bild rechts) mit der Position des Messvolumen 5 cm unterhalb des Signalgebers können auch seitlich ausgerichtete Sensoren (2. Foto rechts) verwendet werden, beispielseise bei geringen Wassertiefen von 2 bis 3 cm. Das Messvolumen befindet sich hier seitlich von der Sonde und lediglich die physikalischen Maße und nicht der Abstand zum Messvolumen wirken somit bei geringen Wassertiefen limitierend. Das dritte Bild unterhalb stellt eine robustere Variante als Feldsonde dar.
Die unterste Abbildung enthält verschiedene Sondenversionen sowohl mit starren Stangenbefestigungen als auch als flexiblere Kabelsonden. Es bestehen somit mehrere Kombinationsmöglichkeiten, die auf Anfrage besprochen und gewählt werden können.

Vectrino - Messköpfe

Downloads / Zusatzinformationen

Broschüren (pdf-Format) zu verschiedenen Ausführungen des Vectrino können heruntergeladen werden:

	Vectrino mit Feldsonde [1.605 KB]
	Vectrino Laborversion [2.206 KB]
	Vectrino Traverse-System [229 KB]
	Weitere Informationen finden Sie auf der Nortek-Homepage

Vectrino - Modellvarianten

Der Vectrino II ist ein für Profilmessungen weiter entwickelter Velocimeter zur Aufzeichnung dreidimensionaler Fließgeschwindigkeiten mit Messraten bis zu 100 Hz. Er wurde vorrangig für Laboranwendungen entworfen, aber auch bereits bei Naturmessungen erfolgreich eingesetzt, beispielsweise in Spülzonen an Stränden. Grundlagentechnologie ist die phasenkohärente Ultraschall-Prozessierung, welche sich durch eine hohe Genauigkeit bei hohen Messraten ohne wesentliche Nullpunktverschiebung auszeichnet.

Eignung für Profilmessungen

Der neue Vectrino II liefert aussergewöhnliche Möglichkeiten für hochauflösende Beobachtungen der Grenzschichtdynamik und von Turbulenzen sowohl in Labroratorien als auch bei Feldmessungen. Mit der Fähigkeit die drei x-, y-, z-Richtungskompontenen von Strömungen über eine Reichweite von 3 cm mit einer Auflösung von 1mm und Messraten von 100 Hz aufzuzeichnen, ermöglicht der Vectrino II neue Einsichten in einem weiten Spektrum wissenschaftlicher Anwendungen.

Neue Hardware, Firmware und Software

Der Vectrino II ist mit komplett neuer Elektronik, Firmware und Software ausgestattet. In die Firmware wurden anpassungsfähige Pinging-Systeme integriert um Effekte der „Weak Spots“ – Bereiche unerwünschter Kollisionen ausgesandter und reflektierter Signale – im Strömungsprofil zu reduzieren. Die neue Betriebs-Software wurde u.a. um Darstellungen von Kontourendigrammen in Echtzeit (Abbildung rechts unten) und Energiespektren erweitert.

Das Hardware-Design wurde von dem bewährten Vectrino-Einzelpunkt-Messsystem übernommen und minimiert die durch die Sonde verursachten Interferenzen auf das Strömungsprofil. Da Gehäuse und Sonden der Vorgänger-Version weiter Verwendung finden, kann der Vectrino II mit vorhandenen Vorrichtungen befestigt und betrieben werden.

Simultane Sohlen-Abstandserfassung

Weiterhin können Sohlenabstandsmessungen mit Messraten von 10 Hz in der neuen Firmware nun gleichzeitig mit den hochauflösenden Fließgeschwindigkeitsaufzeichnungen durchgeführt werden.
Die Möglichkeit simultaner Erfassung von Strömungen und Sohlabstand machen den Vectrino II zu einem idealen Gerät für Messungen über bewegter Sohle.
Es vereinfacht Datenanalysen durch Zuordnung von Strömungsdaten zu Sohlpositionen.

Merkmale des neuen Vectrinos

	Profil-Strömungsmessungen in bodennahen Grenzschichten
	Erfassung von Änderungen bewegter Sohlen
	Untersuchung von Turbulenzen
	Erfassung und Darstellung von Strömungsprofilen in Echtzeit
	Darstellung von Energiespektra in Echtzeit
	Darstellung von Mittelwerten und Standardabweichungen in Echtzeit
	Simultane Sohlenabstandserfassung
	Anpassungsfähiges Pinging-System zu Reduzierung von Kollisionen ausgesandter und reflektierter Signale
	Matlab-Output in structured array (*.mat)
	Kommunikation mit hohen Übertragungsraten (RS-422)
	Kabellängen bis 100 m verfügbar

Schlüsselparameter

	Maximaler Fließgeschwindigkeitsbereich: +/- 3m/s
	Maximale Messraten für Fließgeschwindigkeiten: 100 Hz
	Maximale Messraten für Sohlenabstandsmessungen: 10 Hz

Downloads / Zusatzinformationen

Eine Broschüre (pdf-Format) zum Vectrino II finden Sie hier [949 KB] .

Publikationen:

N4000-745 [673 KB]
Zedel and Hay (2011): Turbulence measurements in a jet: comparing the Vectrino and Vectrino II. Current, Wave & Turbulence Measurement Workshop, Monterey, CA, 2011. 6 Seiten.

N4000-737 [2.354 KB]
Craig, Loadman, Clement, Rusello, Siegel (2011): Characterization and Testing of a new Bistatic Profiling Acoustic Doppler Velocimeter: The Vectrino II. Current, Wave & Turbulence Measurement Workshop, Monterey, CA, 2011. 7 Seiten.

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