声学多普勒流速剖面仪(ADCP)
ADCP概念
ADCP(AcousticDoppler Current Profiler,声学多普勒流速剖面仪),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。
简单点说就是一个通过声学原理测量水流流速以及流速剖面的一种电子传感器。
发展历程(国外)
60年代初期 | 美国Florida Miami大学、美国海军武器实验室等实验性研究 |
70年代初期 | 美国NOAA、Scripps海洋研究所等开始介入产品可行性研究 |
80年代初期 | 美国Ametek DCP-4400 300KHz窄带ADCP开始面市 |
1981年至今 | RDI公司成立 |
直至现在RDI公司的ADCP产品依旧是业内最优秀的产品
国外该领域其他优秀公司
维赛(Sontek/YSI)仪器公司于2002年成立并从应用角度开展多普勒测流技术研发,RDI从导航定位、海洋测流和内陆水资源探测三个方向开展研究。2005年,Teledyne RD Instrument(TRDI)成立。Nortek于2006年应用新型波浪数据处理技术根据水表面跟踪和流速数据结合压力数据可分辨出三维波谱中风浪和涌浪大小和方向;
目前TRDI、Sontek/YSl和Nortek已成为国外多普勒测流研发的三家主导公司。
发展历程(国内 )
国内海流测量技术经历了三个阶段:20世纪50~70年代纯机械海流计,80年代单点电测海流计,90年代后以ADCP为主。国家海洋局海洋技术研究所于1972年以课题立项方式首先就船载多普勒测流技术进行研究,由此拉开我国对ADCP研究的序幕。
但总的来说,国内发展简单来说有两条路线,一条是以中科院声学所为主的科研院校技术发展路线,现在市场上的海鹰,华测等公司推出的相关产品就是使用的声学所的技术;另一条路线是以中海答案等公司独立研发进行发展的路线。
总的来说国内相关产品无非就是自研和采用科研院所的技术发展而来。
ADCP原理
ADCP其原理类似于声纳:利用多普勒效应进行流速测量,换能器发射脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒,浮游生物等反散射,由换能器接收信号,经测定多普勒频移而测算出流速。
当然具体的ADCP还涉及多普勒频移,不同波束角的影响,ADCP波束坐标系等相关知识,就不展开说了。
多普勒效应
波源和观察者具有相对运动时,观察者接收到波的频率与波源发出的频率并不相同这一现象被称为多普勒效应。
不仅应用于声波,也应用于所有类型的波,如电磁波。
ADCP流量测量应用
水文流量测验主要方法:
电波流速仪法 | 流速仪法 | 浮标法 |
比降面积法 | 声学多普勒法 | 水工建筑物法 |
量水建筑物法 | 时差法 | 电磁法 |
稀释法(示踪剂法) |
声学多普勒法
优点
①测量速度快,可以进行断面准同步测量。
②可以体现三维流速流向情况。
③能自动消 除各种外界因素的影响,还具有对数据资料进行评判的能力。对测量数据质量进行鉴别,避 免不合理数据参与数据处理,而影响测量数据精度的现象出现。
④ADCP 利用声波作为传 感器,不但操作方便快速,而且测量时不干扰水流,可以直接测量流速断面,适合各种环境 测量。该仪器的投入,使用可减轻人工测流强度,增加测流人员的安全性,具有测量精度高、 快速、高效、省时、省力等优点。
⑤ADCP 能够在测量流速剖面的同时测量悬浮物浓度剖面, 是研究泥沙迁移规律,计算输沙率的十分有效的工具。
⑥ADCP 可以施测出卵石(且主河槽 卵石较大)河床中卵石间的过隙流量,这是用流速仪等传统测流仪器无法达到的,因而也使 其测验成果更加精确。
局限性
①ADCP 测流速度快,效率高,一般情况下要以 2 次来回测量的平均值作为最后的测量 成果。由于 4 次测量的路线不一定相同,并且不一定在要求的断面上,这就给要求严格的测 验资料统计带来了麻烦。
②河底走沙条件下,ADCP 的底跟踪失效,使测得的船速失真,导致流量测验不准确。
③在高含沙量区域,回波强度衰 减快,使底跟踪和水深测量失效,导致测流失败。
④ADCP 存在盲区,用于插补盲 区(表层、底层和左右岸非实测区)的指数流速分布公式对测流精度的影响还有待检验。
一般是搭载在船上,可以是这样的
也可以是这样的