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声学多普勒流速剖面仪（ADCP的应用实例

ADCP）

声学多普勒流速剖面仪（是一种融合了多学科技术而研

制的新型测速声呐设备，作为水声技术的一个典型应用，作为一种

测速仪器，ADCP在水运工程（包括内河和海洋工程）中得到了广泛

应用，对于声学多普勒测流技术的研究日益受到人们的关注。目前

测流仪器种类繁多，按照工

作原理的不同可以分为机械式海流计、压力式海流计、电磁式海流

计以及声学海流计等。现在大量运用的是声学多普勒海流计。声学

多普勒海流计采用声遥测方式，对被测流场无干扰，能够获得高精

度的速度信息，被国际海委会定为4种

先进的海洋观测仪器之一，因此ADCP成为当前广泛采用的测流仪

器，是水资源调查中必不可少的重要测验设备。通过ADCP在具体

工程中的应用研究，归纳总结了ADCP在工程应用中的主要工作流

程，以及在工程应用中的注意事项。

一、ADCP工作原理

（一）多普勒效应

波源和观察者有相对运动时，观察者接收到波的频率与波源发

生的频率并不相同的现象；如果二者相互接近，观察者接收到的频

率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率

减小。这便是著名的多普勒效应（奥地利物理学家及数学家

克里斯琴・约翰・多普勒于1842年首先提由这一理论），

它不仅适用于声波，同样适用于所有类型的波，包括电磁波。ADCP

就是利用声波的多普勒效应发展起来的一种新型测流设备，它是一

种既可测量相对水底速度，同时又可以兼顾测量相对水流速度的声

呐设备。

ADCP利用声学多普勒原理，测量分层水介质散射信号的频移

信息，并利用矢量合成方法获取海流垂直剖面水流速度,即水流的垂

直剖面分布。对被测验流场不产生任何扰动，也不存在机械惯性和

机械磨损，能一次测得一个剖面上若干层的流速的三维分量和绝对

方向。

（二）ADC网流原理

水体中存在大量的散射体，诸如微小粒子、浮游生物等，它们

随水体流动。这些散射体和水体是融为一体的，其速度即代表水流

速度。当ADCP向水体中发射声波脉冲信号，被水体中悬浮的、随

水体运动的散射体后产生反射，ADCP再

对回波信号进行接收和处理。根据多普勒原理，由于ADCP和散射

体之间存在相对运动，发射声波与散射回波频率之间就存在一个多

普勒频率，这种频率的变化完全取决于反射体的运动速度。通过测

量这个多普勒频移就可以直接解算由ADCP和散射体的相对速度。

如果将海流分为若干层，通过

测量就可以得到海流各层相对ADCP的流速剖面。ADCP换

能器既是发射器又是接收器，它从根本上摆脱了机械式仪器的测验

原理。

一般地，ADCP的工作频率低，则作用距离远而空间分辨率低；

ADCP的工作频率高，则作用距离近而空间分辨率高。这就要求选择

测流系统的工作频率时，要根据不同目的来进行折中。这种频率的

ADCP

变化完全取决于反射体的运动速度，即水流速度，便可根据该

多普勒频移计算由相对于ADCP的流速大小。

当ADCP向水体中发射的声波脉冲信号碰到水体中悬浮的、随

水体运动的微粒后产生反射，ADCP可以根据被反射

到ADCP的声波脉冲信号和ADCP发射的声波脉冲信号频率的差异

(即多普勒频移)，计算由相对于ADCP的流速大小:

V=cXFd/(2Fs)(1)

VFdFs

式中：为相对于测船的水体流速；为声学多普勒频移；

c

为发射声波脉冲信号频率；为声波脉冲信号在水体中的传播速度

(不计盐度和深度)，即：

c=1449.2+4.6T-5.5X10-2T2+2.9X10-4T3(2)T