ADCP流速及流量测量原理[精制材料]

多普勒流速剖面仪(ADCP)与流速仪法流量对比分析摘要:随着时代的发展,水文仪器已进入高科技时代,ADCP即多普勒流速剖面仪是目前测量江河流量的最高端产品,但任何仪器设备都不是万能的,对于操作者来说将提出更高的要求。

本文通过与流速仪法对比分析,总结出了利用两种不同的方法所存在的差异,对于同行业使用ADCP测流具有一定的参考价值。

关键词:ADCP 流速仪对比分析1 情况简介松花江(六)站是松花江控制站,也是国家重要水文站。

该站位于吉林省德惠市松花江镇,设立于1923年1月,最初站名为松花江铁桥;1933年11月更改站名为松花江; 1966年6月经过几次迁移,最后为目前的松花江(六)水文站,集水面积51500km2。

畅流期采用牵船索人工摆舵船上测流。

该站ADCP于2008年就已经配置到位,近几年来一直在进行对比及操作训练,目前该站人员已经能够对ADCP进行熟练操作和使用,对比数据经计算分析合理可靠,具备投入使用的条件。

ADCP是利用多普勒效应原理进行流速测量。

ADCP因其原理的优越性,突破传统机械转动为基础的传感流速仪,用声波换能器作传感器,换能器发射声脉冲波,声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射,由换能器接收信号,经测定多普勒频移而测算出流速。

ADCP具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点。

目前被广泛用于海洋、河口的流场结构调查、流速和流量测验等。

与传统的人工船测,桥测,缆道测量,和涉水测量的基本原理一样:在测流断面上布设多条垂线,在每条垂线处测量水深并测量多点的流速从而得到垂线平均流速,但ADCP所测的垂线可以很多,每条垂线上的测点也很多。

2 对比分析的目的通过对比ADCP测流与常规流速仪测流数据,分析之间存在差异的原因,可以尽量减少由于操作不当产生的误差,以便ADCP在本站更好地投入应用。

同时还可以解决本站由于偏角测量引起的流量改正等一系列问题。

1 H-ADCF简介1.1 ADCP 理论知识H-ADCP 是英文Horizontal Acoustic Doppler Current Profiler 的缩写。

中文通常译为水平声学多普勒流速剖面仪。

流速、流量测验方法的发明被认为是河流流量测验领域的一次革命。

它比传统的河流流量测验方法提高效率十几倍。

标志着河流流速、流量测验的现代化。

H-ADCP是一种利用声学多普勒原理测验水流速度剖面的仪器。

H-ADCP一般配备有二个（或四个）换能器。

换能器与轴线成一定夹角。

每个换能器既是发射器又是接收器。

换能器发射的声波具有指向性，即声波能量集中于较窄的方向范围内（称为声束，类似于探照灯发射的光束）。

换能器发射某一固定频率的声波，然后聆听被水体中颗粒物散射回来的声波。

假定颗粒物的运动速度与水体流速相同。

当颗粒物的运动方向是接近换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频率高。

当颗粒物的运动方向是背离换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频率低。

如前所述，假定水体中颗粒物的运动速度与水体流速相同，通过跟踪颗粒物的运动（称为“水跟踪”）所测验的速度是水流相对于（也即安装平台）的速度。

当安装在固定平台上，“水跟踪”测验的流速即为水流的绝对速度。

当安装在船上（移动平台），在“水跟踪” 测验的相对速度中扣除船速（平台的移动速度）后即得到水流的绝对速度。

H-ADCP流速坐标:声束坐标仪器坐标：X — Y流速数据: Ux, Uy注：不含罗盘H-ADCP用途：河流水文站或水情站流速、流量实时测验，明渠流速、流量实时测验；灌渠流速、流量实时测验；河流水质监测站总量实时监测；利用H-ADCP提供的流速和水位数据，应用指标流速法或数值方法计算流量。

河流、河口区流场数据采集，为流场数值模型提供标定或验证数据。

港口水域流场实时监测，为保证进出港船只安全提供流速数据。

海上采油平台附近流场实时监测H-ADCP应用：（1）通过电缆与电脑连接即可以作为一个独立的流速、流量在线监测系统。

ADCP流速及流量测量原理ADC流速及流量测量原理是指使用ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler）测量水流速和流量的原理。

ADCP是一种利用声学多普勒效应测定液体中微小颗粒速度的设备，可以通过声波对液体中流动物体的速度进行测量，进而计算水流速和流量。

ADCP的测量原理包括声波的发射和接收、多普勒效应的应用以及数据处理三个方面。

首先，在ADCP中，通过一个或多个发射器向水体中发射一束或多束高频声波，一般在100kHz至1MHz之间。

这些声波在水体中传播并与水体中的颗粒相互作用。

由于声速在液体中有一定值，当声波遇到运动的颗粒时，声波的频率将发生变化。

根据多普勒效应，颗粒运动方向和音源接收器之间的相对速度将导致声波的频率偏移。

经过接收器接收的声波频率相对于发射时的频率偏移量与颗粒速度成正比。

其次，ADCP利用多普勒效应来测量颗粒的速度。

接收到的声波频率偏移量与颗粒速度成正比，通过测量频移量的大小可以得出颗粒的速度。

多个接收器可以同时测量不同方向的速度分量。

这种多普勒效应测量的速度被称为径向速度，即相对于发射器和接收器之间连线的径向速度。

最后，通过对径向速度的测量数据进行处理，可以得到水流速和流量的信息。

针对横截面或纵向的速度分布，可以进行不同的数据处理方法，如简单平均或高斯拟合。

通过分析速度分布在水体断面上的变化，可以计算出水体的平均流速和流量。

此外，还可以根据声波的传播时间和相互作用，对水体的深度进行测量。

总之，ADCP利用声波与水体中微小颗粒相互作用，通过多普勒效应测量颗粒的速度，进而计算水流速和流量。

其原理包括声波发射和接收、多普勒效应的应用以及数据处理。

该技术在水文学和海洋学研究中得到广泛应用，可以用于测量河流、海洋和湖泊等水体的流速和流量，对水资源管理和环境保护具有重要意义。

ADCP原理1 说明这是声学多普勒流速剖面仪操作规则的第二版本：这是一个实际性的突破。

第一版本主要介绍了窄带声学流速剖面仪。

从那时开始，Teledyne RDI公司就已经介绍了宽带ADCP,并且最近在工作室越来越多的采用这种技术。

这一版本的修正反映了由宽带技术所引起的变化。

这个突破是基础性原则和实际信息的结合，而要理解宽带ADCPs如何工作和怎么使用它们正需要这些基础性原则和实际的信息。

这个突破将介绍一些基本的概念，它适用于大部分所介绍的规则，这些规则只能浅薄的处理它们。

要想进一步的学习，我们推荐使用在书目中所列的参考书目。

Teledyne RDI公司的历史Teledyne RDI公司坐落在CA San Diego，专门从事水下声学多普勒产品的设计和制造，这种设备大量应用于水流剖面和精确导航。

本公司的前身是RDI公司，这个公司由 Fran Rowe 和 Kent Deines在1982年创建。

这个公司的成立是第一个声学多普勒流速剖面仪工业发展的结果。

这个变革性的装置能够对水下的128个独立的监测点阵列进行剖面水流测量。

多年之后，RDI公司通过对新产品的发展、高级数据的质量和最高水平的服务质量和服务支持提供坚定的承诺，使它在工业中经历了稳步的发展并保持主导地位。

在2021年8月，RDI公司被Teledyne 科技公司收购，而现在它作为Teledyne科技有限公司的间接子公司来运作。

在这些成就的基础上，这个公司的名字变为 TeledyneRDI公司。

这个公司现在雇佣了200多个受过多种训练的科学家、工程师、销售人员和支持人员；拥有30,000平方英尺的符合ISO-9001:2000标准的设施，其中包括先进的工程技术，实验室，制造业和质量检测区。

ADCP的历史ADCPs的前身是多普勒计程仪，即测量船在水上或海底的速度。

第一个商业ADCP在1970’s中期制造。

它是一个商业性计程仪的改编。

为了更精确地测量水流的速度和能在超过一定深度剖面的单元内测量，人们重新设计速率日志。

走航式ADCP与流速仪法流量比测分析发表时间：2018-08-29T11:28:29.487Z 来源：《防护工程》2018年第8期作者：翟玉明[导读] 统计多次走航式ADCP与流速仪法流量测验结果，分析走航式ADCP流量测验误差的来源，探讨消除走航式ADCP流量测验误差的方法，从而提高走航式ADCP的测验精度，使ADCP技术广泛应用到生产实践中。

翟玉明江苏省水文水资源勘测局南通分局江苏省南通市 226010摘要：本文对走航式ADCP与流速仪法流量测验进行比测分析，统计多次走航式ADCP与流速仪法流量测验结果，分析走航式ADCP流量测验误差的来源，探讨消除走航式ADCP流量测验误差的方法，从而提高走航式ADCP的测验精度，使ADCP技术广泛应用到生产实践中。

关键词：走航式ADCP 流量误差计算模型前言：随着经济社会的发展和水利现代化要求，新时代对水文提出了新的要求。

现代水文是水利现代化可持续发展的技术支撑，“更全、更准、更快、更新”是对水文水资源信息服务的新要求。

近几年来，我国水文测报基础设施与技术装备得到了较快的发展，水文自动测报系统逐渐完善，水文测报的新技术、新仪器、新设备得到了广泛的运用。

特别是引进了声学多普勒流速剖面仪（ADCP）以后，达到了快速测得断面流量的要求。

但是对成果的准确性和精度的可靠性还得在实践中积累经验数据加以论证并建立流量模型才能把成果运用到生产实践中。

因此流量比测是必不可少的环节。

本文以走航式ADCP与流速仪法在营船港闸水文站的流量测验结果来分析走航式ADCP流量测验误差的来源及消除的方法，并建立流量计算模型。

一、营船港闸水文站基本情况营船港闸水文站属于国家基本水文站，测验项目有水位、降雨量、流量。

测流断面位于闸上游220米，断面宽94.0米，最深处河底高程为-2.69，稳定水位2.00米，两岸边坡为斜石坡。

测验设施包括水文缆道，电动绞车，86型旋杯式流速仪，走航式ADCP。

ADCP基本原理及比测试验赵胜凯【摘要】流速仪施测流量的测量成果可以作为率定或校核其他测流方法的标准。

ADCP是目前世界上比较先进的河流流量实时测量设备，为加快石家庄水文现代化建设，近年来河北省石家庄水文水资源勘测局先后引进3台走航式ADCP测流设备。

为了率定ADCP与流速仪测流折算系数，在2008年南水北调京石段应急供水期间，利用石津渠测流断面对走航式ADCP测流与流速仪精测法测流进行了比测试验，并对取得的换算系数进行了水文检验。

通过对参数修正，提高了该仪器测验精度，达到正式应用的目的。

【期刊名称】《中国科技信息》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】2页(P138-139)【作者】赵胜凯【作者单位】河北省石家庄水文水资源勘测局【正文语种】中文【中图分类】基础科学中国科技信息 2015 年第 03 期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATIONFeb.2015-138-工程技术推广ADCP 是英文“Acoustic Doppler Current Profiler”的缩写，中文译为声学多普勒流速剖面仪。

ADCP 是当今测流仪器中先进设备的代表，专门用于河流、水渠或狭窄海峡的流量测量工作，该仪器性能稳定，是一种快速、有效的测流设备。

当安装有该设备的测船从河流某断面一侧岸边运行至另一侧岸边时，就能实时测出并显示该河流的流量、水深及断面面积，与传统的流速仪侧法比较省时、省力，效率大大提高。

ADCP 基本原理及流量计算基本原理我局 ADCP 配有换能器四个， ADCP 轴线与换能器成一固定角度，四个换能器既发射信号又接收信号，换能器发射的是声波脉冲信号。

这些声波脉冲碰到水体中悬浮的且随水体运动的微粒后产生反射波，换能器接收并记录发射波与反射波之间的频率改变，这个频率改变即称多普勒频移，可据此计算出水流相对于 ADCP 的速度。

同时，还向河底发射底跟踪声波脉冲，测出ADCP 安装平台（测船）的运动速度以及水深，然后将水流相对速度扣除船速得到水流的绝对速度。