关于多普勒流速剖面仪几项关键技术的说明

《关于多普勒流速剖面仪几项关键技术的说明》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、关于多普勒流速剖面仪（ADCP）几项关键技术的说明前言目前ADCP的几项关键技术如：1)换能器的个数2)信号处理技术3)工作模式4)零盲区技术为了使用户更清楚地了解先进的关键技术，我们专门就“三波束与四波束”、“宽带与窄带”和“单一模式与多模式”、“零盲区技术”等问题以及ADCP用于定点点测速等分别做了说明，其目的在于使用户正确认识各厂家的多普勒流速剖面仪在关键技术方面的差异，正确选择高性价比的产品。一、关于四波束和三波束的比较美国TRDI公司生产的多普勒流速剖面仪(ADCP)采用四波束换能器，而有的厂家的多普勒流速剖面仪采

2、用三波束换能器。那末是四波束好还是三波束好？应该说，从原理上说，多普勒流速剖面仪只要有三个波束就可以测量三维流速，但是采用四个波束的的性能大大优于于三波束。以下是四波束ADCP的主要优点：1.即使因为某种原因（例如：水中杂物，游鱼，水下结构物等），四个波束中某一波束或者某一波束的某一单元失去信号或者信号不好，其它三个波束仍然能够提供有效数据。因而流速测量的可靠性和灵活性大为提高。2.采用四个波束测量，增加了测量信息量，使流速测量的短期精度比采用三波束提高约25%。3.由于四波束的对称性，能够有效地消除船只摇摆引起的流速测量误

3、差。当然，四波束ADCP的造价要比三波束高。这也是TRDI公司的ADCP比其它厂家的价格略高的原因之一。总之，四波束ADCP的可靠性和工作性能都比三波束要好。二、宽带ADCP与窄带仪器的比较目前在海洋和河流流速、流量测量中采用的ADCP主要有两种：宽带ADCP和窄带仪器。宽带ADCP与窄带的区别在于它们采用不同的声信号发射、接收和处理方法。窄带的声信号发射、接收和处理方法是：对于每一个流速测量，仪器发射一个单独的,相对讲较长的脉冲声波，然后接收水体中悬浮物对这个脉冲的回波信号，并记录发射波与回波之间的频率改变。这个频率改变即

4、为多普勒频移，用来计算水体的速度。宽带ADCP的声信号发射、接收和处理方法是：对于每一个流速测量，ADCP发射两组或更多组编码脉冲波，利用ADCP测量脉冲波组之间的相关系数及相位差来计算多普勒频移。TRDI公司第一代ADCP（1981年至1990年）采用的是窄带数字信号处理技术。虽然窄带处理技术在当时是测流领域的一大革新，但由于窄带ADCP流速测量短期误差较大，流速测量在垂向和水平方向的分辨率较低，不能满足用户的需要，因此1991年，TRDI公司又开发出它的第二代产品：即宽带ADCP。宽带ADCP短期误差小,其空间和时间分辨

5、率较高。宽带ADCP的诞生是ADCP技术发展的重要里程。TRDI公司也因此在美国获得了宽带声信号发射、接收和处理方法的专利，专利号为：BroadBandADCP–USPatent#35,535BroadBandTransducer–USPatent#5,343,443因为是专利，只有TRDI公司能够生产宽带ADCP,其它厂家只能仍然采用窄带声信号发射、接收和处理方法。宽带信号处理技术与窄带比较有如下优点：（1）宽带ADCP流速测量短期精度比窄带仪器高四倍左右(可以实现较快走航测量)（2）宽带ADCP流速测量的时间分辨率（或走

6、航测量时的水平空间分辨率）比窄带高近10倍左右。系统频率(kHz)深度单元长度(m)单脉冲标准差(cm/s)宽带窄带12000.2611.776.9（3）各仪器的流速测量精度及测量数据最大输出速率：流速测量精度数据最大输出速率数据个数/秒RDI宽带（ADCP）SonTek窄带（ADP）RDI宽带（ADCP）SonTek窄带（ADP）±0.25%±0.25cm/s±1%±0.5cm/s1.5（模式1）3-13（模式12）0.2注：数据最大输出速率取决于单元长度、单元个数。（4）宽带ADCP盲区较小、垂向空间分辨率较高。最小剖面

7、深度是越小越好。最大剖面深度是越大越好。然而最小和最大剖面深度与系统频率有关，且互相矛盾。通常系统频率越高，最小剖面深度越小，但最大剖面深度也越小。系统频率越低，最大剖面深度越大，但最小剖面深度也越大。对于窄带，最小和最大剖面深度的矛盾特别突出。这是因为窄带仪器盲区较大、且垂向空间分辨率较低的缘故。而对于宽带ADCP，最小和最大剖面深度的矛盾较小。这是因为宽带ADCP盲区较小、且垂向空间分辨率较高，常规模式垂向可达128个单元，高分辨率模式垂向可达256个单元，而窄带垂向只能达到100个单元。（5）宽带ADCP对水深和含沙量

8、季节性变化的适应性较好。窄带仪器对于水深和含沙量季节性变化的适应性很差。因为窄带仪器盲区大、垂向空间分辨率低。在枯水期水较浅时，只能采用较高频率的窄带仪器。而当洪水期水深较大、含沙量较高时，较高频率的窄带仪器不能达到河底，只能采用较低频率的窄带仪器。这样，同一台窄带仪器不能兼顾同一条河流的