Trübungssensoren sind optische Messgeräte, die die Auswirkungen von Schwebeteilchen im Wasser erfassen und so die kontinuierliche Beurteilung der Wasserklarheit und der Partikelbelastung ermöglichen. Diese Sensoren unterstützen die Kartierung der Wasserqualität, die Verfolgung von Sedimentfahnen, Umweltuntersuchungen, die Überwachung von Baggerarbeiten sowie die Überwachung des Meeresbodens.
In dieser Kategorie werden führende Hersteller von Trübungssensoren vorgestellt, deren Lösungen für USVs, AUVs, UUVs, ROVs, Überwachungsbojen und Meeresboden-Landegeräte konzipiert sind.
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Hydrografische und ozeanografische Ausrüstung für unbemannte und autonome Oberflächenfahrzeuge sowie Unterwasserfahrzeuge
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Ein Trübungssensor misst die optischen Effekte von Schwebeteilchen im Wasser und liefert damit einen indirekten Hinweis auf die Wasserklarheit und die Partikelbelastung. Es handelt sich dabei nicht um eine direkte Messung der Schwebstoffkonzentration, und die Reaktion des Sensors kann je nach Partikelgröße, -form, -farbe und -zusammensetzung variieren. Bei der Überwachung von Meeres- und Süßgewässern unterstützen diese Geräte die kontinuierliche Beobachtung, wo manuelle Probenahmen nur begrenzt möglich sind. Ein Trübungssensor kann als eigenständige Trübungssonde eingesetzt, in eine Multiparametersonde integriert oder an ein autonomes Unterwasserfahrzeug oder eine ortsfeste Messstation angeschlossen werden.
Die Trübungsüberwachung findet breite Anwendung bei Umweltuntersuchungen, Sedimentstudien, der Überwachung von Ausbaggerarbeiten und der Bewertung der Wasserqualität. Im Gegensatz zu einem Labor-Trübungsmessgerät muss ein Meeres-Trübungssensor oder ein Unterwasser-Trübungsmonitor unter wechselnden Bedingungen hinsichtlich Druck, Temperatur, Biofouling, Umgebungslicht, Blasenbildung und Partikelbelastung funktionieren. Die Auswahl des Messgeräts hängt daher von der Messreichweite, der optischen Geometrie, der Ansprechzeit, der Einsatzdauer, der Integration, der Kalibrierung und dem Schwebstoffgehalt ab.
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Verschiedene Trübungssensoren nutzen unterschiedliche optische Anordnungen, um zu erfassen, wie Partikel Licht streuen oder abschwächen. Das Verfahren beeinflusst Empfindlichkeit, Messbereich, Vergleichbarkeit und Eignung für den Einsatz.
Nephelometrische Trübungssensoren messen Licht, das in einem Winkel von etwa 90 Grad zum einfallenden Strahl gestreut wird. Diese Geometrie bietet eine gute Empfindlichkeit bei relativ geringer Trübung. Eine nephelometrische Trübungssonde kann je nach angewandter Methode und Geräteauslegung sichtbares oder nahinfrarotes Licht verwenden. Systeme im nahen Infrarotbereich reagieren im Allgemeinen weniger empfindlich auf Störungen durch die Wasserfarbe.
Ein optischer Trübungssensor auf Rückstreubasis erfasst Licht, das von Partikeln in Winkeln von mehr als 90 Grad zurückgeworfen wird. Kompakte Rückstreukonstruktionen eignen sich für untergetauchte Messgeräte und Bedingungen mit hohem Sedimentgehalt. Das Ansprechverhalten kann je nach Partikelgröße, -form, -zusammensetzung und -konzentration variieren, während sehr hohe Partikellasten zu einem nichtlinearen Ansprechverhalten oder einer Sensorsättigung führen können.
Unterwasser-Trübungssonden sind für den direkten Einsatz in Flüssen, Seen, Flussmündungen, Küstengewässern und im Meer konzipiert. Sie verfügen in der Regel über druckfeste Gehäuse, abgedichtete optische Fenster und Unterwasseranschlüsse. Bei langfristigen Einsätzen sind Verschmutzungsschutz, Tiefenklassifizierung, Stromverbrauch, Zugangsmöglichkeiten zur Reinigung, Ausrichtung der Fenster sowie Sedimentablagerungen von Bedeutung. Mechanische Wischer oder andere Maßnahmen zum Verschmutzungsschutz können erforderlich sein.
Inline- und Durchfluss-Trübungssensoren messen das Wasser, das durch einen kontrollierten Probenahmeweg fließt, anstatt die Optik direkt der Umgebung auszusetzen. Diese Konfigurationen eignen sich für Pumpensysteme, Forschungsschiffe, autonome Oberflächenplattformen und an Labore angeschlossene Aufbauten. Ein stabiler Durchfluss kann die Konsistenz verbessern, jedoch müssen bei Trübungsmessungen die Verweildauer in den Schläuchen, Blasenbildung, Ablagerungen, das Pumpenverhalten und Verunreinigungen berücksichtigt werden.
Multiparameter-Sonden kombinieren die Trübungsmessung mit Parametern wie Leitfähigkeit, Temperatur, Druck, gelöstem Sauerstoff, pH-Wert oder Fluoreszenz. Die Integration eines Trübungssensors zur Wasserqualitätsmessung in ein gemeinsames Gehäuse vereinfacht die synchronisierte Datenerfassung und kann die Komplexität der Nutzlast verringern. Die zusätzlichen Messungen helfen dabei, durch Sedimente bedingte Veränderungen von biologischen oder chemischen Einflüssen zu unterscheiden.
Autonome und ferngesteuerte Plattformen ermöglichen eine Trübungsüberwachung, die über Festpunktbeobachtungen hinausgeht. An Fahrzeugen montierte Trübungssensoren können Trübungsfahnen kartieren und optische Daten mit Navigations-, Strömungs-, Tiefen- und anderen Messwerten kombinieren.
Unbemannte Oberflächenfahrzeuge (USVs) können einen Trübungsmonitor oder einen Trübungslogger entlang programmierter Transekte mitführen, um die Wasserqualität an der Oberfläche oder in oberflächennahen Schichten zu kartieren. Dies ist besonders dort nützlich, wo die Trübung über kurze Entfernungen hinweg in Flüssen, Stauseen, Häfen, Flussmündungen und Küstengebieten variiert. Die Anordnung der Sensoren sollte Störungen durch Reflexionen am Rumpf, Blasen, Propellerströmung und aufgewirbeltes Sediment minimieren.
Autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) und andere unbemannte Unterwasserfahrzeuge (UUVs) können Trübungssonden einsetzen, um suspendiertes Sediment durch dreidimensionale Vermessungen zu charakterisieren. Zu den Anwendungsbereichen zählen Baggerwolken, natürliche Resuspension, baubedingte Störungen und Sedimenttransport. Anhand von Navigationsdaten lassen sich die Messungen georeferenzieren, während eine adaptive Missionslogik die Abtastdichte erhöhen kann, sobald ein Trübungsschwellenwert oder -gradient erkannt wird. Die Abtastfrequenz und die Fahrzeuggeschwindigkeit sollten auf die Reaktionszeit des Sensors abgestimmt werden, um räumliche Unschärfen zu begrenzen.
Ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge (ROVs) können bei Unterwasserinspektionen, Bauarbeiten, Eingriffen und wissenschaftlichen Einsätzen Trübungsmessungen in Echtzeit liefern. Die Bediener können die Daten der Trübungssensoren mit Video-, Sonar-, Positions- und Aufgabenaktivitäten verknüpfen. Eine sorgfältige Montage ist wichtig, da Triebwerke Material vom Meeresboden aufwirbeln und Messwerte erzeugen können, die nicht die Hintergrundbedingungen widerspiegeln.
Überwachungsbojen können Trübungssensoren in festgelegten Tiefen oder an Profiling-Systemen unterstützen, während Glider wiederholte Messungen über die gesamte Wassersäule hinweg in größeren Gebieten erfassen können. Sie ermöglichen die Beobachtung von Schichtung, Abfluss, Sedimenttransport, Stürmen und Gezeitenänderungen. Ein stromsparender Betrieb, Datenspeicherung und wirksame Maßnahmen gegen Bewuchs sind bei langen Einsätzen besonders wichtig.
Meeresboden-Landegeräte und benthische Observatorien nutzen Trübungssensoren zur Überwachung der Partikelverhältnisse in der Nähe des Meeresbodens. Diese Messungen ermöglichen die Charakterisierung von Resuspension, Sedimentation, Prozessen in der benthischen Grenzschicht sowie von Störungen. Bei der Interpretation von Langzeitaufzeichnungen sollten die Ausrichtung der Messgeräte, die Probenahmehöhe, lokale Strömungen sowie Sedimentablagerungen auf dem optischen Fenster berücksichtigt werden.
Trübungswerte erfordern eine klare Messmethode und eine einheitliche Berichtsführung. Zu den gängigen Referenzen gehören:
Feldprogramme sollten Kalibrierung, optische Konfiguration, Referenzstandards, Wartung und Geräteverfahren dokumentieren. Die Werkskalibrierung gewährleistet die Rückverfolgbarkeit; eine standortspezifische Kalibrierung anhand entnommener Wasserproben kann jedoch erforderlich sein, wenn Trübungsdaten zur Abschätzung der Konzentration an Schwebstoffen herangezogen werden.
Die Trübungsmessung wird zunehmend mit bordseitiger Datenverarbeitung, autonomer Steuerung und ergänzenden Messungen kombiniert:
Diese Entwicklungen untermauern den Einsatz von Trübungssensoren als aktive Komponenten autonomer Beobachtungssysteme. Bei Unterwasseranwendungen hängen zuverlässige Ergebnisse nach wie vor von einer angemessenen Kalibrierung, einer sorgfältigen Integration, geeigneten Maßnahmen gegen Verschmutzung sowie dem Verständnis dafür ab, wie lokale Partikeleigenschaften die optische Reaktion beeinflussen.
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