Messung des Durchflusses - Hydrometrie: Theorie und Praxis der Durchflussmessung in offenen Gerinnen - page 220

ten, die heute für unterschiedliche Anwendungen zur Verfügung steht; zum anderen
gab es eine intensive Überprüfung der „neuen“ Messgeräte seitens der Nutzer und
gewässerkundlichen Dienststellen durch Vergleichsmessungen mit traditionellen
Messverfahren, wie z. B. dem hydrometrischen Flügel (Adler 1992 , 1993 , 1994 ,
2005 sowie ISO TS 25154 2005).
Es stellte sich schnell heraus, dass trotz vieler Vorbehalte Durchflussmessungen
mit akustischen Ultraschalldopplergeräten eine mindestens gleich hohe Genauig-
keit wie die klassischen Verfahren bei deutlich geringerem Zeitaufwand erreichen.
Weltweit gibt es zurzeit vier Anbieter von mobilen ADCP-Geräten. Firmeninfor-
matioen sind am Ende von Kap. 4 zusammengestellt.
Messprinzip: ADCP-Geräte nutzen zur Geschwindigkeitsmessung das Dopp-
lerprinzip, das in Kap. 4.5.6 bei der Vorstellung von Ultraschallgeräten zur Mes-
sung punkthafter Strömungsgeschwindigkeiten ausführlich dargestellt worden ist.
Grundsätzlich werden dabei die von einem Messgerät (Wandler, Sensor) in das
Wasser ausgesandten Ultraschallimpulse von Partikeln im Wasser, z. B. Schweb-
stoffen, reflektiert und von dem Wandler (Sensor) als Echos empfangen. Die emp-
fangenen Strahlen weisen eine andere Frequenz auf als die ausgesandten. Die
Frequenzverschiebung, auch Dopplerverschiebung genannt, ist ein Maß für die
Transportgeschwindigkeit der Partikel, die mit der Strömung, die sie trägt, verein-
fachend gleichgesetzt wird (vgl. Abb. 4.25 ). Dabei wird bei einem ADCP nur die
Komponente des Ultraschalls, die sich parallel zum Schallstrahl bewegt, die Radial-
geschwindigkeit, messtechnisch erfasst.
Da die Ultraschallgeschwindigkeit im Wasser bekannt ist (1.480 m/s bei 20 °C)
lässt sich bei Verwendung des Pulsverfahrens, bei dem einige Hundert Impulse
pro Sekunde periodisch wiederkehrend abgestrahlt werden, über die Auswertung
der Signallaufzeit gleichzeitig die Entfernung des Partikels vom Sensor und damit
die Position des Messvolumens bestimmen. So können Echos aus verschiedenen
Tiefenschichten unterschieden und die Geschwindigkeitsverteilung in einem Mess-
querschnitt (vgl. Abb. 4.35 ) konstruiert werden (Details s. Kap. 4.5.6).
In der Puls-Doppler-Messtechnik werden zwei grundsätzlich unterschiedliche
Methoden zur messtechnischen Erfassung der Doppler-Verschiebung eingesetzt:
a) die inkohärente Pulsmethode, bei der die Zeitverschiebung zwischen zwei auf-
einander folgenden Ultraschallbündeln erfasst wird; dieses Verfahren wird auch
als „broad band“ bezeichnet (Simpson 2001 ),
b) die kohärente Pulsmethode, bei der die Dopplerverschiebung des reflektierten
Echos erfasst und analysiert wird; dieses Verfahren wird auch „narrow band“
genannt.
Beide Philosophien haben Vor- und Nachteile und werden von verschiedenen Her-
stellern in Konkurrenz zueinander eingesetzt.
Die „narrow band“-Methode wurde ursprünglich für ozeanographische Anwen-
dungen, bei denen u. a. die schnelle Erfassung von Meereswellen mit hoher räum-
licher Auflösung im Vordergrund steht, entwickelt; sie erfasst sinngemäß einen
stark begrenzten Frequenzbereich, wodurch eine kürzere Ansprechzeit möglich ist.