Ultraschall-Anemometer

Für die Bestimmung von lokalen C_n²-Werten werden 3D Ultraschallanemometer vom Typ HS-50 (Gill Instruments, GB) verwendet. Diese messen mit einer hohen zeitlichen Auflösung von 50 Hz Zeitreihen der Schallgeschwindigkeit zwischen 3 gegenüberliegenden Paaren von Sender- und Empfängereinheiten in 3 Richtungen. Aus den Laufzeitdifferenzen der Schallgeschwindigkeit können die horizontalen Windgeschwindigkeitskomponenten u und v, sowie die vertikale Windgeschwindigkeit w abgeleitet werden. Aus der Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit von der Temperatur kann die Zeitreihe von Temperaturschwankungen bestimmt werden.

Für Wellenlängen im sichtbaren und nahen Infrarot sind Temperaturschwankungen hauptsächlich für Variationen im Brechungsindex verantwortlich. Aus der Spektralanalyse der Zeitreihe der Temperaturschwankungen kann über eine Fourier-Transformation die Strukturfunktionskonstante der Temperatur C_T² ermittelt werden. C_n² ist für den betrachteten Wellenlängenbereich proportional zu C_T² und man erhält C_n² [1] nach

mit dem über den betrachteten Zeitraum mittleren Luftdruck , der mittleren Absoluttemperatur, der mittleren Windgeschwindigkeit , der Frequenz f und dem Varianzspektrum der Temperatur .

Diese Messmethode kann auch auf mobilen Messgeräteplattformen eingesetzt werden um räumliche Variationen der optischen Turbulenz zu erfassen. Entscheidend ist es die Eigenbewegung der mobilen Plattform zu berücksichtigen bzw. zu kompensieren.

Durch unsere umfangreiche Expertise in diesem Bereich werden die messtechnischen Verfahren kontinuierlich verfeinert.