水体颗粒特性对ADV信号强度的影响研究.pdf

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1、第46卷第4期人民长江Vo1．46．NO．42015年2月YangtzeRiverFeb．．2015文章编号：1001—4179(2015)04—0078—05水体颗粒特性对ADV信号强度的影响研究吕升奇，袁礼伟，薛苑(1．河海大学水利水电学院，江苏南京210098；2．河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098；3．河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心，江苏南京210098)摘要：为研究声学多普勒测速仪(ADV)在挟沙水流中进行流速测量的适用情况，提高ADV测流精度，在自循环水槽中开展了水温、盐度、颗粒浓度、粒径等对ADV信号强度影响的实验研究。实验

2、结果表明：在一定水温范围内，信号强度与水温之间呈现较好的正相关关系；水体盐度对信号强度没有明显影响；颗粒浓度及粒径与信号强度并非呈单一的相关关系，存在明显的转折区，在转折区前后，分别呈现正相关和负相关关系。关键词：信号强度；声学多普勒测速仪；塑料砂；颗粒浓度中图法分类号：TVl4文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．04．019与河流泥沙运动力学相关的基础研究很多均要涉行了探讨，林鹏、陈立、Sottolichio、Kuang等的研究表及到浑水中流速的精确测量，因此，近年来涌现出很多明，泥沙颗粒浓度对ADV的准确测量存在重要影基于声学、光学、电

3、学及图像的各类测流仪器，显著提响。但是这些研究都缺乏系统性，给出的大都是高了水流量测的精度、效率及安全性¨。其中利用光定性的研究结论，亟待进行专门系统性的定量性研究学、电学及图像测流方法的仪器通常对工作环境的要本文在白循环水槽中进行实验，研究水温、盐度、颗粒求较高，测量精度受水体含沙特性影响较大。相对浓度、粒径等对ADV信号强度的影响，为提高ADV测而言，声学方法由于对工作环境的要求不高，在低浓度流精度提供参考。浑水中测量精度较高，因而得到了更多的应用。声学l测量原理及影响因素分析多普勒测速仪(ADV)即是利用声学方法进行流速精确测量的，不仅能直接测量三维流速，而且具有对水流1．1ADV

4、流速测量原理干扰小、测量精度高、无需率定、操作简便、资料后处理ADV在测量流体运动速度时，发射器发射出一束功能强等特点，已经在实验室及野外流速测量中得到已知频率的声脉冲，当声脉冲通过采样体时，能量被采了广泛的应用。。’。样体中的颗粒(如悬浮物、小的生物体、气泡等)向各ADV通过检测超声回波的多普勒频移量来测量个方向反射，部分能量被接收器接收，并且由信号调理流速，不同的水体特性如水温、盐度等及水体中颗粒特部分测量出频率的变化，最后由信号处理部分计算出性如颗粒浓度(体积比)、粒径等能对声强信号产生影水流流速。Nortek开发的新型Vectrino+小威龙点式响，也将影响测量精度。对此一些学者

5、开展过一系列流速仪(见图1)，运行环境温度为一5～45℃，采样研究，程鹏利用ADCP在渤海辽东浅滩2个站位进行频率最高达到200Hz，测速精度达到测量值的了定点观测，分析了影响ADCP测量精度的因素，包括±0．5％±1mm／s，同时还能以10Hz的采样频率测量悬移质的平均粒径、平均体积和测量深度等。魏进探头距离床面的距离，精度达到毫米级分辨率。与传春针对声学多普勒测流技术在国内推广应用的问题进统的流速仪相比，新型小威龙点式流速仪缩减了探头收稿日期：2014—08—26基金项目：国家自然科学基金项目(5l109065)作者简介：吕升奇，男，讲师，主要从事水力学及河流动力学研究。E—mail

6、：cnj

7、vsq@hhu．edu．80人民长江2015年准确测定水温，在实验过程中，也要尽量保持水温基本越大。在转折区之后，颗粒浓度相对较大，相同的颗粒一致。浓度下，粒径越小，信号强度却越小。分析该现象的原因在于，当颗粒浓度相对较小时，相同的颗粒浓度下，粒径越小，颗粒的数量就越多，信号强度也就较强。但是，当颗粒浓度相对较大时，小粒径的颗粒由于数量多，颗粒对声波的阻挡作用和散射作用也更强，导致信号强度较弱。图4水温对信号强度的影响3．2盐度影响通过向水体中逐渐溶解食盐，水体的盐度逐渐从0增加至最高时的36‰，从实验结果看来，在此过程中，ADV的信号强度在167．4～168．7counts之

8、间波图6颗粒浓度及粒径对信号强度的影响动，没有显示出明显的相关性(见图5)，这表明盐度对信号强度没有明显影响。4结论ADV通过流体中颗粒物对声波的反射来收集信号，信号强度的大小受到流体及颗粒物特性的影响，本文通过实验研究了水温、盐度、颗粒的浓度及粒径等对ADV信号强度的影响情况，并分析其原因，得出如下结论。(1)在20．3℃～40．1c【=的水温条件下，信号强度图5盐度对信号强度的影响与水温呈较好的正相关关系，这就要求在应用ADV进