GCD-Elektronik 2 500 Meter unter dem Meer

Unter Wasser das Weltall erforschen: Im Rahmen des ANTARES-Forschungsprojekts, bei dem Neutrino-Teilchen von entfernten kosmischen Quellen nachgewiesen und analysiert werden sollen, hat die AMADEUS-Gruppe am Erlangen Centre for Astroparticle Physics der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg das ANTARES-Neutrinoteleskop mit Hydrophonen ausgerüstet. Die dabei eingesetzten Elektronik-Boards zur Signalerfassung, digitalen Verarbeitung und Datenübertragung wurden speziell für das Projekt von der GCD Hard- & Software GmbH entwickelt.

Am Erlangen Centre for Astroparticle Physics der Universität Erlangen wird erforscht, wie man aus den akustischen Signalen in der Tiefsee die relativ schwachen Signale, die hochenergetische Elementarteilchen wie Neutrinos verursachen, herausfiltern kann. Zu diesem Zweck hat das Team das ANTARES-Neutrinoteleskop, das im Mittelmeer etwa 30 Kilometer vor der südfranzösischen Küste in 2 500 Metern Tiefe im Einsatz ist, mit Hydrophonen (Unterwassermikrofonen) ausgerüstet. Name des Forschungsprojekts: AMADEUS - "Antares Modules for Acoustic Detection under the Sea". Mit dabei: die von der GCD Hard- & Software GmbH entwickelten Elektronikkomponenten.

Eine große Anzahl künstlicher und natürlicher Quellen erzeugen wesentlich stärkere akustische Signale als Neutrino-Teilchen, so dass der Signaldetektion sowie der elektronischen Auswertung ein hoher Stellenwert zukommt. Zur technischen Realisierung der elektronischen Akustikkomponenten - Zweikanal-Messverstärker zur Filterung und hochauflösenden Analog-Digital-Umsetzung der Messdaten - wählte die Universität Erlangen deshalb die GCD Hard- & Software GmbH als erfahrenen Kooperationspartner.

"Das Projekt war sowohl zeitlich als auch von den technischen Rahmenbedingungen eine große Herausforderung", führt Dr. Robert Lahmann, Projektleiter am Erlangen Centre for Astroparticle Physics, aus. "Die Hydrophone samt Auswertungselektronik mussten zu den bestehenden technischen Spezifikationen des ANTARES-Neutrinoteleskops kompatibel sein, etwa in Bezug auf Kommunikationsprotokolle oder die elektrischen und mechanischen Eigenschaften. Ebenfalls mussten die Einheiten ausgesprochen robust und die Fernwartbarkeit im vollen Umfang gewährleistet sein, da ein Zugriff auf den Versuchsaufbau knapp 2,5 Kilometer unter der Meeresoberfläche nachträglich nicht mehr möglich ist."

Konzeption und Umsetzung: Projektphase ein voller Erfolg

Die GCD Hard- & Software GmbH zeichnete verantwortlich für das Schaltungs- und FPGA-Design des AcouADC-Boards (Acoustic Analog-to-Digital-Converter) sowie dessen mechanische, elektrische sowie protokollarische Integration in die Unterwasserelektronikmodule zum Auslesen der Hydrophone. Innerhalb kürzester Zeit lieferten die GCD-Spezialisten bereits den ersten Prototyp, sodass die AMADEUS-Forschungsgruppe der Universität mit dem ausführlichen Testen der Elektronik und Sensoren unter realistischen Bedingungen beginnen konnte. Nach einem Jahr Projektlaufzeit wurden die AcouADC-Serienmodelle termingerecht fertiggestellt und konnten in das ANTARES-Neutrinoteleskop eingebaut werden.

Jeder der achtzehn eingesetzten AcouADC-Boards digitalisiert jetzt die Daten von je zwei der insgesamt 36 Hydrophone. Die programmierte Logik der FPGA-Bausteine bereitet die digitalen Daten anschließend auf die Übermittlung per TCP/IP an die rund 40 Kilometer entfernte Küstenstation vor. "Wir zeichnen jetzt große Mengen an interessanten Daten aus über zwei Kilometer Tiefe im Mittelmeer auf. Ein großes Lob gebührt dafür der GCD Hard- & Software GmbH - das Projekt ist ein voller Erfolg", so Dr. Lahmanns Resümee.

Weitere Informationen unter www.gcd-solutions.de und www.acoustics.physik.uni-erlangen.de.