Reflektion und Absorption – so funktioniert der MARWIS.

Wenn Sie sich schon länger fragen, wie der MARWIS oder auch der NIRS31-UMB funktionieren , dann wird es nun Zeit für diesen Blogbeitrag: Hier beleuchten wir das spektrale Messprinzip dieser Technikwunder genauer…

regenfall

Warum ist das Meer blau? Bei gutem Wetter und von außen betrachtet, aufgrund der Spiegelung des Himmels. In Wirklichkeit ist dem so aufgrund der Tatsache, dass verschiedene Lichtwellenlängen (Farben) innerhalb von Wasser unterschiedlich stark absorbiert, gestreut und reflektiert werden. Grundlage hierfür ist das Lambert-Beersches Absorptionsgesetz, das besagt, wenn Licht durch ein Medium wandert wird es absorbiert. Die Abnahme der Intensität des Lichts längs der Schichtdicke wird in der Physik durch eine Abklingfunktion beschrieben.

Doch wie könnte man sich diesen Effekt für ein Tauchtiefen-Messgerät zu Nutze machen? Würde man hierfür nur ein einzelnes blaues Licht nehmen, verhindern die unterschiedlichen Wassertrübungen eine absolute Betrachtung der Intensität. Nimmt man stattdessen ein blaues und rotes Licht mit unterschiedlichen Absorptionsspektren in Kombination, ist die Wassertiefenmessung unabhängig von Wassertrübungen. Es besteht lediglich das Problem, dass sich unterschiedliche Leistungen und Ausrichtungen der Lampen negativ auf die Wassertiefenmessung auswirken würden. Dem wirkt eine Referenzmessung zum Abgleich entgegen.

Aber was bedeutet diese Erklärung für unseren mobilen Wettersensor MARWIS? Auch MARWIS arbeitet mit den unterschiedlichen Absorptionsspektren verschiedener Lichtwellenlängen, die hier jedoch auf der Straßenoberfläche reflektiert werden. Dadurch kommt es zu weiteren unbekannten und zudem stärkeren Schwächungen des Signals. Um dies zu kompensieren setzt Lufft beim MARWIS vier anstatt nur zwei Wellenlängen (Sender) sowie zwei Empfänger ein. Das ermöglicht neben einer viel genaueren Berechnung der Wasserfilmhöhe und des Eisanteils in Prozent, eine noch bessere Gesamtaussage über den Straßenzustand. Die sechs unterschiedlichen optischen Achsen (vier Sender, zwei Empfänger) machten eine aufwendige Gehäusekonstruktion notwendig. Ein spezielles Verfahren gleicht deren Einbauposition sowie Fertigungstoleranzen aus, was auch die letzte Fehlerquelle eliminiert.

Dasselbe Messprinzip findet übrigens auch bei unserem berührungslosen Straßenwettersensor NIRS31-UMB Anwendung.
Ich hoffe dieser Artikel beleuchtet die spannende Welt der Messtechnik etwas näher. Weitere Produktinformationen finden Sie auf unserer Homepage sowie auf der MARWIS-Produktseite.

 

Karli Informationen zum Autor:
Mein Name ist Karlheinz Woschée und ich war von 2013 bis 2015 bei Lufft als Embedded Software-Entwickler tätig, nachdem ich schon bei anderen namhaften Messtechnik-Herstellern einschlägige Berufserfahrung gesammelt hatte. Bei Lufft war die Mitwirkung bei der MARWIS-Geräteentwicklung mein größtes Projekt. Dabei war ich nämlich u.a. für die Integration der Mess-Algorithmen und umfassende Versuchsreihen zuständig.

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