nachl¨assigt, sowie eine konstante Erdbeschleunigung angenommen wird. Jedoch f¨uhrt dies bei großen Tiefen zu erheblichen Fehlern. Solche linearen Zusammenh¨ange werden haupts¨achlich f¨ur XBT-Sonden (englisch f¨ur Expendable Bathythermoghraph) verwen-det. Die Einweg-XBT-Sonden werden f¨ur Aufnahmen von Temperaturprofilen ¨uber gerin-ge Tiefen gerin-genutzt. Dazu wird die Sonde, die ¨uber einen Temperatursensor verf¨ugt, ¨uber Bord eines fahrenden Schiffes geworfen und sinkt in erster N¨aherung mit konstanter Fall-geschwindigkeit bis der Doppeldraht zum Messschreiber abgespult ist und reißt. Die Tiefe kann als Funktion der Zeit durch die konstante Fallgeschwindigkeit bestimmt werden.
XBT-Sonden erm¨oglichen ein zeitsparendes Erstellen von Temperaturprofilen, weil daf¨ur das Schiff nicht aufgestoppt werden muss, wie es bei einer CTD-Messung n¨otig ist.
F¨ur alle Druckprofile, die mit dem druckneutralen Drucksensor aufgenommen wurden, ist die Umrechnung mit einem MATLAB-Programm durchgef¨uhrt worden. Abbildung 2-30 zeigt als Beispiel die aus der Umrechnung resultierende Tiefe. Zu erkennen ist hierbei der sehr kleine Unterschied zwischen dem Druck- und dem Tiefenprofil.
hierbei nicht.
F¨ur die Messung des hydrostatischen Drucks wurde auf Technologien zur¨uckgegriffen, die dem heutigen Stand der Technik entsprechen. Die M¨oglichkeiten, einen Druck in ein elek-trisches Signal zu wandeln sind vielf¨altig und zeichnen sich je nach Anwendungsgebiet durch ihre Vor- und Nachteile aus. Da der Druckaufnehmer das einzige Bauteil des druck-neutralen Drucksensors ist, das nicht durch einen druckdruck-neutralen Verguss gesch¨utzt wird, sind Problemstellungen wie beispielsweise Korrosionsbest¨andigkeit gegen¨uber Seewasser zu l¨osen. Um den Entwicklungsaufwand sowie die Herstellungskosten des Drucksensors nicht unn¨otig in die H¨ohe zu treiben, wurde f¨ur die Druckaufnahme ein kommerzielles Produkt verwendet. Der Druckaufnehmer der Firma Keller AG erwies sich durch den kor-rosionsbest¨andigen Aufbau des Druckaufnehmers und der druckneutral modifizierbaren Messlektronik als besonders geeignet. Der piezoresistive Druckaufnehmer ist dabei in ei-ner ¨Ol gef¨ullten Metallkapsel integriert. Die Messelektronik wurde so modifiziert, dass sie einen hydrostatischen Druck von 600 bar standh¨alt.
Um dem Benutzer des Sensors eine m¨oglichst komfortable Schnittstelle zu bieten, wurde der Drucksensor mit einem Mikrocontroller ausgestattet, der es erm¨oglicht, das Messer-gebnis weiter aufzubereiten. Ein 24 Bit Analog - Digital - Wandler formt die Ausgangs-spannung der Messelektronik in digitale Signale um, die dann wiederum von dem Mi-krocontroller verarbeitet werden k¨onnen. Eine serielle RS232 Schnittstelle erlaubt es dem Benutzer, die Messwerte direkt aufzunehmen und Einstellungen am Sensor vorzunehmen.
Die Programmierschnittstelle des Mikrocontrollers wurde ebenfalls ¨uber einen Unterwas-sersteckverbinder nach außen gef¨uhrt und erm¨oglicht es, so Programm¨anderungen auch nach dem druckneutralen Verguss vorzunehmen.
Der so entstandene druckneutrale Drucksensor wurde, bevor er in den Einsatz kam, in
ei-Abb. 2-31 Fertig montierter druckneutraler Drucksensor
nem Drucktank bis 600 bar getestet. Diese Tests verliefen sehr positiv, so dass der Sensor an einer CTD-Sonde in der Tiefsee bis 4.600 m zum Einsatz kam. Dabei zeigte sich, dass der Sensor nach einer vorangegangenen Kalibrierung eine Genauigkeit von 0,035 % ¨uber den gesamten Messbereich aufweist und sehr gut mit dem wesentlich teueren Drucksensor in der CTD-Sonde korrespondierte. Mit dieser Genauigkeit l¨asst sich die Tiefe auf 2 m genau bestimmen. Einfl¨usse der Temperatur auf die Messwerte konnten nicht festgestellt werden.
Die Umrechnung des Drucks in eine Tiefe erfolgte nach Fofonoff und Millard [Fof83]. Diese Umrechnung muss auf dem Mess-PC, der die Informationen des Drucksensors aufnimmt, erfolgen. Der druckneutrale Drucksensor verf¨ugt ¨uber einen integrierten Mikrocontroller der eine Vielzahl von Informationen liefert, aber nicht die Umrechnung des Druckes di-rekt in eine Tiefe erm¨oglicht. In einer sp¨ateren Softwarerevision k¨onnte dem Benutzer die M¨oglichkeit gegeben werden, den Breitengrad, der f¨ur die Umrechnung in eine Tiefe n¨otig ist, ¨uber die Benutzerschnittstelle einzugeben und somit direkt eine Tiefe durch den Drucksensor zu ermitteln.
Die Herstellungkosten f¨ur den hier vorgestellten Sensor betragen weniger als 600 Euro.
Mit einem Durchmesser von 60 mm und einer L¨ange von 175 mm (inklusive Unterwasser-steckverbinder) und einer Verdr¨angung von 0,28 l bei einem Gesamtgewicht von 0,48 kg stellt dieser Sensor ein kleines und zu dem kosteng¨unstiges Messinstrument dar, das f¨ur zahlreiche Anwendungen in der Meerestechnik geeignet ist. Miniaturisierungsm¨ oglichkei-ten bieoglichkei-ten sich beispielsweise, wenn der Sensor nicht ¨uber einen Mikrocontroller verf¨ugen muss. F¨ur viele Anwendungen reicht eine analoge Ausgangsspannung aus. Das Volumen des Sensors w¨urde sich dabei um ein Drittel verringern. Der druckneutrale Drucksensor
Abb. 2-32 Druckneutraler Drucksensor wie er im ROV der Firma Enitech bis 5.200 m eingesetzt wird
kann so in vielen Anwendungsbereichen, beispielsweise als Altimeter in Unterwasserfahr-zeugen, als Druckaufnehmer in meerestechnischen Messsonden oder station¨ar zum Messen des Meeresspiegel eingesetzt werden. Eine Version des Drucksensors ohne Mikrocontroller (siehe Abbildung 2-32) ist bei der Firma Enitech in einem ROV bis zu einer Einsatztiefe von 5.200 m erfolgreich im Einsatz und soll nach dem Abschluss der Feldtests 2010 als Produkt auf den Markt gebracht werden.
3 Druckneutraler Winkelsensor
Neben verschiedenen Navigationssensoren sind in einem Unterwasserfahrzeug auch Sen-soren zu linearen oder rotatorischen Positionsbestimmung n¨otig. Bei der Gestaltung von Sensorsystemen kommen die Vorteile der druckneutralen Technologie wesentlich zum Tra-gen. Dabei werden, anlehnend an diese Technologie, nur die Messprinzipien angewendet, die es erlauben, beispielsweise auf gedichtete Wellendurchf¨uhrungen zu verzichten. Bei der Entwicklung solcher Sensorsysteme sind Fragestellungen wie Messstabilit¨at bei ho-hen Dr¨ucken sowie niedrigen Temperaturen zu kl¨aren. Weiterhin m¨ussen die Sensoren mit den im Fahrzeug herrschenden Versorgungsspannungen und Kommunikationsproto-kollen arbeiten k¨onnen. Ein Anwendungsfall f¨ur einen druckneutralen Sensor besteht in der Messung von Winkeln an Wellen. In der Versuchsplattform DNS Pegel arbeiten die Ruderstellmodule mit einem Winkelsensor in einem geschlossenen Regelkreis. F¨ur diese Anwendung wurde ein druckneutraler Winkelsensor entwickelt.