Inspektion mit Sonar

Wer hat Sonar erfunden und wie funktioniert Sonar?

Das erste Sonar-System wurde Ende des 19. Jahrhunderts von dem französischen Ingenieur Paul Langevin entwickelt, der es zur Erkennung von U-Booten im Ersten Weltkrieg einsetzte. Die Technologie wurde im Laufe der Jahre weiterentwickelt und verbessert und wird heute in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt.

Das grundlegende Prinzip von Sonar besteht darin, Schallwellen zu senden und die reflektierten Schallwellen zu empfangen. Durch Messung der Zeit, die die Schallwellen brauchen, um von dem Sonar-System ausgesendet und von einem Objekt zurückreflektiert zu werden, kann die Entfernung zu dem Objekt bestimmt werden. Durch die Analyse der Frequenz und der Amplitude der reflektierten Schallwellen können auch Informationen über die Form und die Struktur des Objekts gewonnen werden.

Sonar wird in verschiedenen Varianten eingesetzt, darunter als aktives Sonar, das Schallwellen sendet und die reflektierten Schallwellen empfängt, und als passives Sonar, das Schallwellen von anderen Objekten empfängt. Es gibt auch Hybrid-Systeme, die sowohl aktive als auch passive Elemente enthalten.

Für die Inspektion per Unterwasserdrohne kommt natürlich nur das aktive Sonar infrage.

Profil von einem Betonschacht
Profil von einem Betonschacht

Was sieht man auf Sonar-Aufnahmen?

Auf einer Sonaraufnahme, auch als Sonarbild oder Hydrographie bezeichnet, können verschiedene Arten von Objekten erkannt werden, darunter:

  1. Unterwasser-Topografie: Sonar kann verwendet werden, um die Topographie des Meeresbodens zu erkunden und die Form und Struktur von Gebirgen und anderen geologischen Formationen im Untergrund zu verstehen.
  2. Wassertiefen: Die Entfernung vom Sonar-System zum Meeresboden kann verwendet werden, um die Wassertiefe zu bestimmen.
  3. Schiffe und Unterwasserfahrzeuge: Sonar kann verwendet werden, um die Position und Bewegung von Schiffen und anderen Unterwasserschiffen zu verfolgen.
  4. Objekte unter Wasser: Sonar eignet sich dazu Objekte unter Wasser aufzuspüren, z.B. um havarierte Gegenstände zu finden.
  5. Hindernisse und Gefahren: Sonar kann verwendet werden, um Hindernisse wie Felsen, Wracks und andere Gefahren im Wasser zu erkennen und zu vermeiden.
  6. Lebewesen: Sonar kann auch verwendet werden, um die Anwesenheit und Bewegung von Lebewesen im Wasser zu verfolgen.

Die Informationen, die auf einer Sonaraufnahme sichtbar sind, hängen von der Art des verwendeten Sonar-Systems und den Einstellungen ab. Die Aufnahmen können als Bilder oder als Daten dargestellt werden, die von speziellen Software-Tools analysiert werden können.

Querschnitt von einem Betonbauwerk
Querschnitt von einem Betonbauwerk

Wofür eignet sich Sonar bei der Unterwasserinspektion mit ROVs?

Sonar eignet sich bei der Unterwasserinspektion von Rohren und Wasserbauwerken per ROV (Remotely Operated Vehicle, ferngesteuertes Fahrzeug), um die Form und Struktur von Objekten im Wasser zu erkennen und mögliche Schäden oder Defekte zu identifizieren. Es kann auch verwendet werden, um die Durchmesser und Längen von Rohren zu bestimmen und um festzustellen, ob es Verstopfungen oder andere Hindernisse gibt.

Sonar wird häufig in Kombination mit anderen Sensoren wie Kameras verwendet, um ein umfassendes Bild von dem Zustand der Objekte im Wasser zu erlangen.

Ein sehr wichtiges Einsatzgebiet von Sonar ist die Navigation unter Wasser – wenn die Sicht nicht ausreicht sowie das Aufspüren von (havarierten) Gegenständen unter Wasser.

In welchem Frequenzbereich arbeitet Sonar?

Sonar arbeitet im akustischen Frequenzbereich, das heißt es nutzt Schallwellen, um die Entfernung und Tiefe von Objekten zu bestimmen. Die Frequenzbänder, die für Sonar verwendet werden, variieren je nach Einsatzbereich und Anwendung.

Im Allgemeinen gibt es drei Hauptkategorien von Sonar:

  • Niederfrequenz-Sonar: Diese Art von Sonar arbeitet im Bereich von wenigen Hertz bis zu etwa 10 kHz und wird hauptsächlich zur Tiefenmessung und zur Erkennung von Unterwasserobstacle verwendet.
  • Mittelfrequenz-Sonar: Diese Art von Sonar arbeitet im Bereich von etwa 10 kHz bis etwa 100 kHz und wird hauptsächlich zur Erkennung und Verfolgung von Unterwasserschiffen verwendet.
  • Hochfrequenz-Sonar: Diese Art von Sonar arbeitet im Bereich von etwa 100 kHz bis zu mehreren Megahertz und wird hauptsächlich zur Erkennung von kleineren Objekten in der Nähe der Wasseroberfläche verwendet.

Es ist wichtig zu beachten, dass Sonar nur in Flüssigkeiten oder Materialien funktioniert, die Schallwellen gut leiten.

Was hat es mit 3D Sonar auf sich?

3D Sonar funktioniert ähnlich wie traditionelles Sonar, indem es Schallwellen verwendet, um Entfernung und Tiefe zu messen. Allerdings sendet es mehrere Wellen aus, die unterschiedliche Frequenzen und Winkel haben, und empfängt dann die reflektierten Wellen, um ein dreidimensionales Bild des Unterwasserumgebung zu erstellen. Diese Systeme sind bisher noch extrem teuer!

Welche Hersteller von Sonarsystemen gibt es?

Es gibt viele Hersteller von Sonarsystemen, die verschiedene Arten von Sonartechnologie produzieren. Einige bekannte Hersteller von Sonarsystemen sind:

  • Raytheon: Dieses Unternehmen produziert eine Vielzahl von Sonarsystemen für den militärischen und zivilen Einsatz, darunter Niederfrequenz-, Mittelfrequenz- und Hochfrequenz-Sonar.
  • Thales: Dieses Unternehmen produziert ebenfalls eine Vielzahl von Sonarsystemen für den militärischen und zivilen Einsatz, darunter Niederfrequenz-, Mittelfrequenz- und Hochfrequenz-Sonar.
  • Kongsberg: Dieses norwegische Unternehmen produziert vor allem Mittelfrequenz-Sonar für den militärischen und zivilen Einsatz, aber auch Niederfrequenz- und Hochfrequenz-Sonar.
  • L3Harris Technologies: Dieses Unternehmen produziert eine Vielzahl von Sonarsystemen für den militärischen Einsatz, darunter Niederfrequenz-, Mittelfrequenz- und Hochfrequenz-Sonar.
  • Atlas Elektronik: Dieses deutsche Unternehmen produziert eine Vielzahl von Sonarsystemen für den militärischen und zivilen Einsatz, darunter Niederfrequenz-, Mittelfrequenz- und Hochfrequenz-Sonar.
  • Sonardyne: Dieses britische Unternehmen produziert eine Vielzahl von Sonarsystemen für den Einsatz an ROVs, darunter Niederfrequenz-, Mittelfrequenz- und Hochfrequenz-Sonar.
  • Edgetech: Dieses US-amerikanische Unternehmen produziert ebenfalls Sonarsysteme für den Einsatz an ROVs, darunter Niederfrequenz- und Mittelfrequenz-Sonar.
  • Teledyne Blueview: Dieses Unternehmen produziert vor allem Hochfrequenz-Sonar für den Einsatz an ROVs, aber auch Mittelfrequenz-Sonar.
  • R2Sonic: Dieses Unternehmen produziert eine Vielzahl von Sonarsystemen für den Einsatz an ROVs, darunter Niederfrequenz-, Mittelfrequenz- und Hochfrequenz-Sonar.
  • Saab: Dieses schwedische Unternehmen produziert vor allem Mittelfrequenz-Sonar für den Einsatz an ROVs, aber auch Niederfrequenz- und Hochfrequenz-Sonar.
  • Oceaneering: Dieses US-amerikanische Unternehmen produziert eine Vielzahl von Sonarsystemen für den Einsatz an ROVs, darunter Niederfrequenz-, Mittelfrequenz- und Hochfrequenz-Sonar.
  • Subsea 7: Dieses britische Unternehmen produziert ebenfalls Sonarsysteme für den Einsatz an ROVs, darunter Niederfrequenz-, Mittelfrequenz- und Hochfrequenz-Sonar.

Es gibt viele weitere Hersteller von Sonarsystemen, die nicht in dieser Liste aufgeführt sind. Es ist wichtig, dass bei der Auswahl eines Sonarsystems das jeweilige Anwendungsgebiet berücksichtigt wird, um das am besten geeignete System zu finden.

Einfaches Sonarsystem für ROVs
Einfaches Sonarsystem für ROVs

Was ist der Unterschied zwischen Sonar und Echolot?

Sonar und Echolot sind zwei verschiedene Technologien, die zur Messung der Entfernung und Tiefe von Objekten in der Nähe oder unter der Wasseroberfläche verwendet werden. Allerdings gibt es einige wichtige Unterschiede zwischen diesen beiden Technologien. Sonar wird hauptsächlich in der Meeresforschung, im Schifffahrtsverkehr und in der Militärtechnik eingesetzt, während Echolot hauptsächlich in der Fischfangindustrie verwendet wird. Echolot funktioniert, indem es Schallwellen aussendet und die reflektierten Wellen empfängt, um die Entfernung und Tiefe von Objekten zu bestimmen, aber auch die Art und Menge von Fisch im Wasser zu bestimmen. Sonar kann in verschiedenen Frequenzbereichen arbeiten, darunter Niederfrequenz, Mittelfrequenz und Hochfrequenz, während Echolot hauptsächlich im Bereich von wenigen Hz bis zu etwa 300 kHz arbeitet. Sonar kann sehr genaue Messungen von Entfernung und Tiefe durchführen, während Echolot in der Regel weniger genaue Messungen von Entfernung und Tiefe liefern kann.

Was wird Sonar in Zukunft zu bieten haben?

Da die Technik einer ständigen Weiterentwicklung unterliegt ist mit höheren Reichweiten und verbesserter Auflösung zu rechnen. Inzwischen gibt es bereits 3D Sonarsysteme deren Preis aber im 6-stelligen Eurobereich liegt.