NI Messgeräte Die Messsonde im Auge des Tornados

Twistex ist eine Gruppe von Meteorologen, die auf das Erfassen von Daten aus Tornados spezialisiert ist. Jüngste Aufgabe war es, dynamische Sensormessungen am Boden innerhalb eines Tornados durchzuführen, unter anderem erstmalig auch von Audiosignalen. Lösungen von National Instruments halfen das dazu notwendige Messgerät zu entwickeln.

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Wenn sie kommen und über das Land fegen, steht kein Stein mehr auf dem anderen. In Amerika werden Tornados wegen ihre brachialen Zerstörungsgewalt gefürchtet. Doch auch hier zu Lande schlagen solche Wetterphänome ab und an zu, denn Tornados können sich an jedem Ort während des ganzen Jahres bilden.

Die Meterologen von Twistex haben es sich mit Forschern der Iowa State University zur Aufgabe gemacht, Messdaten aus Tornados zu erfassen. Die Wissenschaftler wollen anhand der Messdaten atmosphärische Bedingungen untersuchen, Ort und Zeitpunkt schwerer Unwetter vorhersagen und somit letztlich Menschenleben retten. Das Forschungsteam nutzt die von Twistex erhaltenen Daten als Vergleichswert für den Test an maßstabsgetreuen Modellen. Das Twistex-Team ist in zwei Gruppen aufgeteilt: Team „Mobile Mesonet“ und Team „Probe“.

Messfahrzeuge umkreisen die Gewitterzelle

Das Team „Mobile Mesonet“ kreist die Gewitterzellen des Tornados mit Fahrzeugen ein, die mit Messgeräten ausgestattet sind, um Daten über den Umfang des Tornados zu erfassen, die das Radar nicht messen kann. Das Team „Probe“ platziert Sensorsonden in der Route des Tornados, um Daten aus der bodennahen Grenzschicht in den unteren zwei Metern des Tornados zu sammeln. Seit 2001 platziert Twistex Sonden in den Kurs des Tornados und hat dabei einige der detailliertesten Daten aus einem Tornado gesammelt.

Vom kleinen Luftdrucksensor zur großen Messsonde

Im Lauf der Zeit wurden die Sonden, und damit die erfassten Daten, umfassender und komplexer. Das Messgerät, das einmal ein kleiner, konischer Luftdrucksensor war, hat sich zu einem 2,5 m hohen, 272 kg schweren Gerät entwickelt, mit dem Daten zu Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck, Geräuschen, Windgeschwindigkeit und -richtung gewonnen werden.

Um diese Forschungen weiterzuführen, benötigten die Meteorologen ein robustes, eigenständiges Messgerät, das diese verschiedenen Signale erfassen, die großen Datensätze speichern und die Daten anschaulich darstellen konnte. Außerdem musste das Messgerät klein und mobil sein, um sich als Lösung zu eignen. Stand-alone-Datenloggern waren Leistungsgrenzen gesetzt, wie ungenügende Sample-Raten und die Kanalanzahl. Und die Forscher mussten einen Weg finden, wie sie die zunehmende Anzahl an Datensätzen schnell miteinander vergleichen und zuordnen konnten.

„Dank der Lösung von NI für unsere Sonde entwickelten und erstellten wir schnell ein neues Messgerät, um Daten von mehreren Sensortypen zu erfassen. Die Flexibilität ermöglichte es uns, unseren Messaufbau benutzerdefiniert anzupassen, damit wir uns darauf konzentrieren konnten, was wir maßen, und nicht darauf, wie wir dabei vorgehen sollten“, sagt Tim Samaras, namhafter Tornadoforscher.

Um diese Einschränkungen zu beseitigen, erweiterten die Meterologen die Twistex-Sonde von 2011 um LabVIEW, den Industrie-Controller NI 3110, CompactDAQ-Hardware und DIAdem. So konnten sie Datenerfassung, -speicherung und -analyse in einem robusten Messgerät kombinieren, das sich zügig an künftige Anforderungen anpassen lässt. Dieser Prozess wurde durch einen anstehenden Drehtermin für die amerikanische Fernsehsendung Storm Chasers zusätzlich beschleunigt. Durch die benutzerfreundliche NI-Produktfamilie entwickelte und erstellte das Twistex-Team nicht nur den Datenerfassungsteil des Messgeräts in weniger als einer Woche, sondern konnten danach auch noch direkt losfahren.

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