Geoscience Reference
In-Depth Information
mit
f
1
= Sendefrequenz (kHz)
f
2
= Dopplerfrequenz (kHz)
c
= Schallgeschwindigkeit [m/s]
α
= Winkel zwischen der Strömungsrichtung und der Ausbreitungsrichtung des Ult-
raschalls (Einstrahlwinkel) [-]
v
= Strömungsgeschwindigkeit [m/s].
Gleichung (4.11) vereinfacht sich, wenn
f
1
,
cos α
und
c
konstant sind zu
(4.12)
f
=
f
1
−
f
2
=
k
0
·
v
mit
k
0
= Konstante.
Demnach ist die Frequenzverschiebung direkt proportional zur örtlichen Strö-
mungsgeschwindigkeit
v
. (Details zur Ableitung s. Bernard
1990
, Bonfig
2002
,
Teufel
2004a
).
Probleme bei der Anwendung des Ultraschall-Dopplerprinzips zur Fließge-
schwindigkeitsmessung:
Voraussetzung für die Anwendung dieses Verfahrens ist, dass im Wasser ein
Mindestfeststoffanteil vorhanden ist; diese Bedingung ist bei natürlichen Gewäs-
sern i. d. R. erfüllt.
Grundsätzlich wird bei der Ultraschall-Doppler-Messung die Geschwindigkeit
der im Wasser mitgeführten Teilchen, die Partikelgeschwindigkeit in Abb.
4.25
,
gemessen. Diese können im Vergleich zur realen Strömungsgeschwindigkeit u. U.
einen Schlupf aufweisen; außerdem haben die Anzahl der Partikel, deren Größe,
Art und Verteilung Einfluss auf die Signalstärke der reflektierten Schallwellen und
damit auf die Qualität der Geschwindigkeitsmessung (Bonfig
2002
).
Darüber hinaus werden Ultraschallmessungen grundsätzlich von den Eigen-
schaften des zu messenden Mediums beeinflusst (vgl. auch Kap. 3.5.5 Ultraschall-
Echolotpegel). So ist die Schallgeschwindigkeit im Wasser eine Funktion von Tem-
peratur und Salzgehalt.
C
c = Schallgeschwindigkeit
f = Sendefrequenz
v
p
=
Partikelgeschwindigkeit
α
= Einstrahlwinkel
v
p
Empfängerkristall
akustische
Entkopplung
α
v
f
2
Abb. 4.25
Ultraschall-
Doppler Messprinzip. (Nach
Teufel
2004a
)
f
1
Sendekristall
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