ADP原理操作及应用

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1、声学多普勒流速流向剖面仪ADP（ADCP）原理、操作及应用王秀海2012.9环境科学与工程学院大型仪器技术交流活动月明渠河流流量测量传统的河流流量测量手段人工船测缆道测量桥上测量涉水测量传统流量测量基本方法测流断面上布设多条垂线在每条垂线处测量水深用转子流速仪测量1～N点流速计算垂线平均流速和断面平均流速根据测量时的水位，计算断面面积由断面面积乘断面平均流速得流量ADCP河流流量测量ADCP的发明被认为是河流测量领域的一次革命近年来国际上流行的一种新的流量测量仪器ADCP是英文的缩写AcousticDopplerCurrentProfiler通常译

2、为《声学多普勒水流剖面仪》ADCP测量方式安装在固定的平台上，例如安装在河岸边或河底，进行定点的水平或垂直方向的流速剖面测量。ADCP有两种不同的安装和应用的方式安装在活动的平台上，例如安装在测量船上，进行航行方向的垂线流速剖面测量。两种不同测量方式的ADCPSonTek公司生产的Argonaut－SL、XR型声学多普勒流速仪适用于在线监测SonTek公司生产的RiverSurveyor型河流流量测量系统(ADP)适用于船测ADCP测量原理ADCP是一种利用声学多普勒原理测量水流速度剖面的仪器机械式流速仪是测量仪器所处位置的测点流速ADCP可以测量

3、距仪器一定范围内的许许多多点的点流速及该范围内的平均流速声学多普勒原理多普勒频移是由于声源与接受物体之间的相对运动而引起的声源与物体之间在垂直方向的相对运动，则不会产生多普勒频移如果发射某频率的声波被一个移动的物体所反射，也会产生多普勒频移ADCP工作原理－1ADCP换能器发射某一固定频率的声波，被流动水体中的颗粒物反射，会产生多普勒频移Fd：声学多普勒频移；Fs：发射声波的频率V：颗粒物沿声波方向的移动速度C：声波在水中的传播速度ADCP工作原理－2为了测量三维流速，ADCP一般装备有3～4个声学换能器，换能器的安装与ADCP的轴线成一定倾角。每

4、个换能器都发射一个固定频率的声波，并接收流动水体中颗粒物的反射波。由多普勒频移计算出水流沿其声束坐标方向的速度。三个换能器的轴线可组成一组相互独立的空间声束坐标系，利用罗盘和倾斜仪，可将上述声束坐标方向的速度转换为地球坐标系下的三维流速。ADCP工作原理－3ADCP通过跟踪水体中颗粒物的运动（水跟踪）所测量的速度是水流相对于ADCP（即ADCP安装平台）的速度。当ADCP安装在固定平台上，《水跟踪》测量的流速即为水流的绝对速度。当ADCP安装在船上（移动平台），《水跟踪》测量的相对速度中扣除船速（平台的移动速度）后才得到水流的绝对速度。ADCP工作

5、原理－4走航式ADCP仪器中带有测量船速的装置。一般有两种方法。第一种方法称为《底跟踪》。是指ADCP通过接收和处理由河底的回波信号跟踪河底的运动，在河底没有移动的悬移质的情况下，《底跟踪》所测量的速度即是船速。另一种方法是利用GPS测量船速。由航迹上任意两点的GPS坐标值可以得到两点间的位移，再除以相对应的时间即可得到船速。走航式ADCP测量原理－1xYZ剖面（j）测量单元(n)Q总=Σ(qn,j)+Σ(q边界)XY走航式ADCP测量原理－2从理论上讲，走航式ADCP流量测量原理与传统的人工船测或缆道测量等的基本原理一样。在测流断面上布设多条垂线

6、。在每条垂线处测量水深并测量多点的流速。计算得到垂线平均流速。只是ADCP所测的垂线可以很多很多，每条垂线上的测点也可以很多很多。走航式ADCP测量原理－3但是二者之间还是有一些不同之处：（1）传统方法是静态方法。无论是人工船测、缆道测量等等，仪器总是固定于所测垂线上进行测量。而ADCP是动态测量方法。ADCP在随测量船只运动过程中进行测量。（2）传统方法的测流断面通常要求垂直于河岸。ADCP测量过程中不要求测流断面垂直于河岸。船的航行轨迹可以是斜线或曲线。走航式ADCP测量原理－4利用ADCP测量时航迹可以是曲线走航式ADCP测量原理－5为了计算

7、流量，ADCP在测量以下几个数据：（1）水的相对速度（相当于船的速度，由水跟踪测出）；（2）船速（由底跟踪测出，或由GPS算出）；（3）水深（由河底回波强度测出，类似于回声测深仪）；（4）船的航行轨迹（由船速和计时数据算出，或由GPS算出）。由相对速度扣除船速可得到水流的绝对速度。走航式ADCP测量原理－6实际上，走航式ADCP实测的是断面中部区域内的流速。这个区域称为ADCP实测区。另有四个小区域，由于测船不能靠近，或者因ADCP本身的原因，不能实测，我们将之称为非实测区。走航式ADCP测量原理－7ADP实测部分和估算部分水面河底岸边实测部分走航

8、式ADCP测量原理－8水面区域：厚度为ADCP换能器的入水深度加上ADCP的盲区。河底区域：河底界面对声波的干扰而造成的盲