ADCP介绍解析.ppt

ADCP 河流流量测量原理及操作使用方法 美 国 R D I 公 司 水利部南京水利水文自动化研究所 RDI公司简介 1981年建立，在美国加利福尼亚州，圣地亚哥 创始人：Fran Rowe, Kent Deines (RD) 最大的ADCP生产厂家 已通过 ISO9001 国际质量体系认证 ADCP 产品年销售额约二千万美元 大约四千多台ADCP应用于世界各地 大约一百多台ADCP 在中国 ADCP 基本原理概要 声学多普勒测流仪基本原理要点 a)?????????什么是多普勒现象? b)?????????什么是波束和地球坐标 c)?????????船的航向、纵摇、横摇的影响 d)?????????什么是深度单元（Bin) e)?????????什么是流速断面 f)??????????什么是底跟踪 ADCP 流速断面的基础 ADCP 是专用于测量断面的水流速度和方向的声学设备 水流断面被分割成若干个离散的层，叫做深度单元 下面的内容将介绍怎样测量这些深度单元中的流速数据的过程 RD Instruments Acoustic – 声学的 Doppler -- 多普勒 Current -- 流速 Profiler -- 断面 声 波 的 传 播 ADCP 向水中发射固定频率的声波短脉冲。 这些声脉冲碰到水中的散射体（浮游生物，泥沙等）将发生散射。 声 波 的 传 播 声 波 的 传 播 被散射体反射回的声波被ADCP接收到 当散射体有相对运动，其反射的声波在频率上有一定的变化（频移） 这种效应叫做多普勒效应 … 多 普 勒 效 应 一个运动物体发出的声波被一个静止的观察者听见时在频率上将发生变化。 如果发声体朝着观察者运动，被听见的声音频率会升高。 如果发声体背着观察者运动，被听见的声音频率会降低。 这种现象的例子是当你站在铁路旁并有一列火车通过时，当火车逼近你时其汽笛声声调变高，当火车离你远去时，汽笛声声调变底。 声学多普勒原理 由于观察者与声源之间的相对运动使观察者接收到的声波频率发生改变的一种现象 声学多普勒频移取决于沿声束方向运动 相 对 运 动 矢 量 当两个物体以一定角度相对运动时，将得到不同的“多普勒频移”。 如果二者相互垂直（90度）运动，将不发生多普勒频移。 只有当两个物体的相对运动角度不是90度时，才发生多普勒频移。 声束坐标及沿声束方向流速 Fd ＝ 2 F V/C Fd ＝声学多普勒频移 F ＝ 发射波频率 V ＝沿声束方向流速 C＝声波在水中的传播速度 流 速 测 量 每个波束接收到的信号被独立地处理后转换成沿波束方向的流速分量。 根据ADCP波束与水面之间的夹角，各沿波束方向的流速分量被转换成水平和垂直分量。 不同坐标下的流速及其转换 ADCP首先测量的是沿声束方向的流速分量。 根据声束角，将声束坐标下的流速分量转换成 ADCP坐标(X-Y-Z)下的流速分量 利用罗盘提供的方向、倾斜计提供的纵摇和横摇数据，将ADCP坐标(X-Y-Z)下的流速分量转换成地球坐标下的流速分量—东向，北向和垂向分量。 不同坐标下的流速及其转换 声束对 流速空间分布及空间平均 流 速 断 面 一台 ADCP 可以顶替若干台传统的流速仪。 在使用ADCP时，用户可以设置不同厚度的深度单元（即Bin）。 对每个深度单元， ADCP 可测出其中流速矢量的东向，北向和垂向分量。 各个深度单元的流速数据组合成流速断面。 ADCP如何测量垂线上各点流速（流速剖面） ADCP利用倾斜计数据进行倾斜校正 换能器发射能量分布：主瓣与旁瓣 旁瓣（Side Lobe） 对于声束角＝20度的ADCP，旁瓣区大约为水深的 6% 25 度: 10% 30 度: 15% ADCP 工 作 前 提 用 ADCP 测流时有二个基本假设： 1. 反射声波信号的浮游物体是随着水流运动的。 2. 所有四个ADCP波束都在测量同一个流速矢量。即流速在一个小范围的同一水平面上是不变的 水平层上的流速一致性 ADCP 测流原理小结 Acoustic -- ADCP 向水中发射固定频率的超声波短脉冲。 Doppler --这些超声波脉冲碰到水中的散射体（浮游生物，泥沙等）将发生散射。从散射体返回的信号在频率上有变化（频移）。 Current – 从每个波束接收到的回波信号可得到水流的东向、北向和垂向速度分量。 Profiler – 将从上到下的整个水柱划分成若干个深度单元，各深度单元的流速数据组成流速断面。 船载 ADCP 流速测量 ADCP 测量水流对ADCP的相对运动。 船载ADCP 测量到的相对运动是船速加真实的水流速。 要获得真实的水流速必须