Harutyunyan, Gurgen: Drahtlose Bildübertragung durch nichtmetallische Rohre und Kanäle

Abstract in German:

Angesichts der technischen und wirtschaftlichen Erfordernisse von Untersuchungen des Zustandes von Abwasserkanälen wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Kanalreinigungsgerät weiterentwickelt, das eine funkbasierte Echtzeit-Kanalinspektion während des Reinigungsprozesses ermöglicht. Hauptaugenmerk lag auf einer drahtlosen Videoübertragung mit maximaler Reichweite, da drahtgebundene Lösungen erfahrungsgemäß dem rauen Betrieb in der Kanalreinigungstechnik nicht gewachsen sind. Der zu nutzende Übertragungskanal nichtmetallisches Rohr" stellt dabei hohe Anforderungen an das gesamte Funksystem, angefangen bei der Wahl eines geeigneten Modulationsverfahrens (analog oder digital) über die aufzuwendende Sendeleistung, die Wahl der Übertragungsfrequenz und die Gestaltung der Antennen und deren Polarisation bis hin zur Optimierung des Empfängers. Die Ermittlung und Auswertung optimaler Übertragungsbedingungen beruht auf analytischen, numerischen und experimentellen Untersuchungen des Ausbreitungsmediums. Ein speziell hierfür entwickeltes, auf der geometrischen Optik basierendes, phänomenologisches Modell beschreibt die Wellenausbreitung im Kanalrohr und liefert wertvolle Aussagen für die Systemoptimierung. Zu den Hauptmerkmalen der Ausbreitungseigenschaften dielektrisch berandeter Rohre gehört ein bei bestimmten Durchmesser-Wellenlängenverhältnissen auftretender Wellenführungseffekt mit einem messbaren Übertragungsgewinn von bis zu 20 dB im Vergleich zur Freiraumausbreitung über gleiche Distanz. Das Zustandekommen dieses Wellenführungseffektes konnte durch Reflexionen an der Grenzfläche zwischen zwei dielektrischen Medien (z.B. LuftPVC) entlang des gesamten Rohrumfanges erklärt werden. Das Modell basiert auf der vektoriellen Zerlegung des elektrischen Feldvektors eines Sendesignals beliebiger Polarisation in vertikal bzw. horizontal bzgl. der Rohrberandung orientierte Komponenten. Vielfachreflexionen mit polarisations- und entfernungsabhängigen Reflexionsfaktoren werden darin ebenso berücksichtigt wie mögliche inhomogene und verlustbehaftete Eigenschaften der Rohrberandung. Das Modell liefert eine Ausgangsbasis für numerische Modellierungen der wesentlich komplexeren Geometrien teilweise wassergefüllter Rohre, für die in der vorliegenden Arbeit aussagekräftige Plausibilitätsbetrachtungen angestellt wurden.Neben dem gerätetechnisch nutzbaren Übertragungsgewinn konnte eine weitere Verbesserung der Übertragungsqualität bzw. -Reichweite durch digitale Modulationsverfahren erreicht werden. Beide Ansätze wurden schließlich in einem voll funktionsfähigen Prototyp einer funkbasierten Kanalreinigungssonde realisiert, die in Kooperation mit dem Unternehmen KEG mbH im Rahmen eines vom BMWA geförderten Vorhabens entwickelt und in Feldtests erprobt wurde