Trübungssensoren sind optische Messgeräte, die die Wasserklarheit durch die Erfassung von Licht messen, das von Schwebeteilchen durchgelassen oder gestreut wird. Diese Sensoren werden in der Regel auf AUVs, USVs, Bojen, Verankerungen, Meeresbodenbeobachtungsstationen und fest installierten Überwachungssystemen eingesetzt.
Auf dieser Seite werden führende Hersteller optischer Trübungssensoren vorgestellt, deren Produkte die Überwachung von Ausstoßfahnen, Untersuchungen zum Sedimenttransport, Baggerarbeiten, die Aquakultur sowie die Bewertung der Wasserqualität unterstützen.
Lesen Sie den Technologieübersicht
Hochpräzise Sensoren, Multiparameter-CTDs und integrierte Systeme für die marine Umweltforschung und -überwachung
Baken und telemetrische Ortungsgeräte für marine und Offshore-Anwendungen
Fortschrittliche Lösungen für die Wasserqualitätsüberwachung und Umweltsensorik
Modulare hydrografische und ozeanografische Messgeräte für Vermessung, Forschung und autonome Meeresoperationen
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Trübungssensoren messen Veränderungen der Wasserklarheit, indem sie erfassen, wie Schwebeteilchen das durchgelassene oder gestreute Licht beeinflussen. Zu diesen Partikeln können Sedimente, organisches Material, Plankton und andere Schwebstoffe gehören. Eine kontinuierliche Trübungsüberwachung kann Aufschluss über sich ändernde Wasserbedingungen, Sedimentdynamik und das Verhalten von Auswaschungsfahnen geben.
Ein Trübungssensor kann als eigenständige Trübungssonde betrieben werden, Teil eines Multiparameter-Messgeräts sein oder in ein größeres Überwachungssystem integriert werden. Bei der Auswahl eines Wassertrübungssensors müssen die Messgeometrie, der Messbereich, die Kalibrierung, die Tauchtiefe, das Verschmutzungsrisiko sowie die Partikeleigenschaften berücksichtigt werden. Die Trübung ist eine optische Messung und kein direktes Maß für die Konzentration von Schwebstoffen; daher variieren die Ergebnisse je nach Partikelgröße, -form, -farbe und -zusammensetzung.
Wasserturbiditätssensor „Ares“ von Xeos by Satlink.
Nephelometrische Sensoren bestimmen die Trübung anhand des Lichts, das in einem Winkel von etwa 90 Grad zum einfallenden Lichtstrahl gestreut wird. Diese Geometrie wird häufig für die Messung der Wassertrübung eingesetzt, insbesondere bei geringer Trübung. Die Norm ISO 7027-1 legt die nephelometrische Messung im nahen Infrarotbereich fest, während andere Verfahren unterschiedliche Lichtquellen verwenden und möglicherweise andere Einheiten angeben.
Ein optischer Trübungssensor, der auf Rückstreuung basiert, misst das Licht, das nach der Wechselwirkung mit Schwebeteilchen zum Detektor zurückgestrahlt wird. Der Detektor ist jenseits des herkömmlichen 90-Grad-Nephelometriewinkels positioniert. Rückstreukonzepte eignen sich für kompakte In-situ-Messgeräte und Anwendungen zur Sedimentüberwachung, doch die Reaktion variiert je nach Partikeleigenschaften. Bei der Angabe der Messergebnisse sollten die optische Methode und die Einheit angegeben werden.
Tauchfähige Trübungssensoren vereinen die optischen Komponenten, die Elektronik und ein druckfestes Gehäuse für den direkten Einsatz unter Wasser. Ein Trübungssensor für den Einsatz im Meer kann an einem Rahmen, einer Verankerung, einem Profiler oder einer mobilen Plattform installiert werden, wobei die Tiefenklasse, die Anschlüsse und die Materialien an die jeweilige Umgebung angepasst sind.
Eine In-situ-Trübungssonde misst das Wasser direkt am Messort, anstatt auf eine entnommene Probe zurückzugreifen. Der Begriff beschreibt eher die Einsatzmethode als ein bestimmtes optisches Messprinzip. In-situ-Sonden können nephelometrische, Rückstreu- oder andere optische Konfigurationen nutzen und werden üblicherweise mit Datenloggern, Telemetrie oder anderen Umweltsensoren kombiniert. Die Montage sollte Störungen durch Blasen, Strukturen, Reflexionen vom Meeresboden und Strömungsstörungen minimieren.
Multiparameter-Sonden kombinieren die Trübungsmessung mit der Messung von Temperatur, Leitfähigkeit, gelöstem Sauerstoff, Chlorophyllfluoreszenz oder anderen Wasserqualitätsparametern. Synchronisierte Messungen können aufzeigen, ob Veränderungen der Trübung mit hydrographischen, biologischen oder wassermassenbedingten Schwankungen zusammenfallen.
Ein Labor-Trübungsmessgerät wird für Einzelproben unter kontrollierten Bedingungen verwendet, während Inline-Trübungsmessgeräte das durch eine Durchflusszelle oder Prozessleitung fließende Wasser untersuchen. Diese Geräte können Feldsensoren zur Verifizierung, Kalibrierungsprüfung, Qualitätskontrolle oder Überwachung von gepumpten Meerwassersystemen ergänzen.
Trübungswerte hängen von der Wellenlänge, der Detektorkonfiguration, der optischen Geometrie und dem Kalibrierstandard ab. Einheiten sollten daher mit ausreichenden Methodenangaben angegeben werden, um einen aussagekräftigen Vergleich zu ermöglichen. Werte in unterschiedlichen Einheiten sollten nicht automatisch als austauschbar betrachtet werden.
| Einheit | Bedeutung & Messkontext |
| NTU | Nephelometrische Trübungs-Einheiten (NTU) beziehen sich auf nephelometrische Messungen unter Verwendung eines Detektors bei einem Winkel von etwa 90 Grad. Die EPA-Methode 180.1 nutzt sichtbares Licht und gibt die Trübung in NTU an. |
| FNU | Formazin-Nephelometrie-Einheiten werden für nephelometrische Messungen im nahen Infrarotbereich mit einer Detektion bei etwa 90 Grad verwendet, wie in der Norm ISO 7027-1 festgelegt. |
| FTU | Formazin-Trübungs-Einheiten sind eine allgemeine oder veraltete Bezeichnung, die sich auf die Kalibrierung anhand von Formazin bezieht. Da der Begriff keine bestimmte optische Geometrie definiert, sollte auch die Messmethode angegeben werden. |
| FBU | Formazin-Rückstreueinheiten bezeichnen Messungen, bei denen Nahinfrarotlicht und eine Rückstreudetektoranordnung anstelle der herkömmlichen 90-Grad-Nephelometrie zum Einsatz kommen. |
Eine einheitliche Berichterstattung ist wichtig, wenn Trübungsüberwachungsdaten verschiedener Messgeräte verglichen werden. Im Rahmen von Feldprogrammen sollten zudem Kalibrierungsprüfungen, Reinigungsmaßnahmen, der Sensorbereich sowie Werte außerhalb des zuverlässigen Betriebsbereichs erfasst werden.
Trübungssensoren von AML Oceanographic.
Die Trübungsüberwachung in Küsten- und Mündungsgebieten trägt dazu bei, die durch Gezeiten, Süßwasserzufluss, Wellen und Abfluss entstandenen Bedingungen zu charakterisieren. Kontinuierliche Messungen können kurzzeitige Plume-, Sturm- oder Resuspensionsereignisse aufdecken, die bei gelegentlichen Probenahmen möglicherweise übersehen werden.
Trübungssensoren werden häufig als optische Indikatoren für Schwankungen der Schwebstoffkonzentration eingesetzt. Die Umrechnung der Trübung in die Schwebstoffkonzentration erfordert standortspezifische Wasserprobenahmen und Kalibrierungen, da die Sensorantwort je nach Partikelgröße, Zusammensetzung, Form und optischen Eigenschaften variieren kann. Optische Messungen sollten daher am besten als kalibrierte Sediment-Ersatzgrößen betrachtet werden und nicht als universelle direkte Konzentrationsmessungen.
Ein Trübungsmessgerät kann kontinuierliche Beobachtungen im Umfeld von Baggerarbeiten, Kabelverlegungen, Landgewinnungsmaßnahmen und anderen maritimen Bauaktivitäten liefern. Strategisch platzierte Messgeräte können dabei helfen, Hintergrundbedingungen von lokalen Anstiegen des Schwebstoffgehalts zu unterscheiden und Muster während der Arbeiten zu dokumentieren.
Die Trübung kann Teil der Umweltüberwachung rund um Aquakulturanlagen, Fischzuchtanlagen und Fischereiforschungsstandorte sein. In Kombination mit Messungen des gelösten Sauerstoffs, der Temperatur, des Salzgehalts und biologischer Parameter liefert die Trübung zusätzliche Informationen zu den sich ändernden Bedingungen in der Wassersäule.
Ein Trübungslogger oder ein integrierter Sensor kann an Bojen, Verankerungen, benthischen Landern und festen Beobachtungsstationen für Langzeitmessungen eingesetzt werden. Stromverbrauch, Speicherkapazität, optische Verschmutzung, Montagegeometrie, Kalibrierungsstabilität und Wartungsintervalle sind für den autonomen Einsatz von entscheidender Bedeutung.
Ein Trübungssensor für Unterwasseranwendungen kann in autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) integriert werden, während vergleichbare Instrumente unbemannte Oberflächenfahrzeuge (USVs) unterstützen können. Mobile Plattformen ermöglichen eine räumliche Kartierung, sofern die Reaktionszeit des Sensors, fahrzeugbedingte Blasenbildung, Strömungsstörungen, die Abtastfrequenz und die Zeitsynchronisation berücksichtigt werden.
Langfristige Einsätze im Ozean erfordern Maßnahmen, um zu verhindern, dass Bewuchs oder Verunreinigungen auf optischen Oberflächen zu falschen Trends führen. Bewuchs kann Messwerte verfälschen und lässt sich ohne Inspektion und Qualitätskontrolle nur schwer von tatsächlichen Umweltveränderungen unterscheiden.
Die Wartung sollte parallel zur Einsatzdauer geplant werden, da selbst ein geeigneter Trübungssensor langfristig ungenaue Daten liefern kann, wenn seine optischen Oberflächen nicht sauber bleiben.
Die Trübungsmesstechnik entwickelt sich parallel zu autonomen Meeresbeobachtungssystemen und integrierten Wasserqualitätsnetzwerken weiter.
Diese Entwicklungen wandeln Trübungssensoren von eigenständigen Wasserqualitätsmessgeräten zu integrierten Komponenten dauerhafter ozeanografischer Beobachtungssysteme.
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