ADCP流速及流量測量原理

1、ADCP流速及流量測量原理第一頁，共32頁。2 聲學多普勒流速剖面儀AcousticDopplerCurrentProfiler起源：1980s四大海洋觀測儀器之一：海洋湖泊河口第二頁，共32頁。3ADCP 是用于采集流速大小和方向的聲學設備流速剖面視為不同水層(Bin)或深度單元（Bepth Cell）的流速基本概念第三頁，共32頁。4AcousticDopplerCurrentProfiler基本概念第四頁，共32頁。5聲波發(fā)射ADCP的換能器以固定頻率向水體和水底分別發(fā)射一個短脈沖和長脈沖聲波聲脈沖由于水里顆粒物存在反射并被換能器接收第五頁，共32頁。6聲波發(fā)射第六頁，共32頁。7聲波發(fā)

2、射ADCP收到懸浮顆粒物反射回來的聲波由于懸浮顆粒物的相對速度而產(chǎn)生頻移這就是多普勒效應第七頁，共32頁。8多普勒效應AcousticDopplerCurrentProfiler第八頁，共32頁。9多普勒頻移第九頁，共32頁。10相對速度懸浮顆粒物與換能器有相對運動才存在“多普勒效應” 如果懸浮顆粒物運動垂直于（90度）換能器則沒有“多普勒效應”知道了懸浮顆粒物與換能器發(fā)聲方向的角度就可以通過“多普勒”頻移推算出懸浮顆粒物的運動速度第十頁，共32頁。11相對速度 8 Waves Measured第十一頁，共32頁。12流速測量AcousticDopplerCurrentProfiler第十二頁

3、，共32頁。13流速測量ADCP通常具有3個以上換能器，同時發(fā)射和接受3個波束以上的聲信號，獲得3個以上的相對速度信號按波束獨立處理并轉(zhuǎn)換成波束向相對速度利用波速間的角度，將波束向（波束坐標）的相對速度轉(zhuǎn)換為水平和垂向速度（地球坐標）第十三頁，共32頁。14 坐標關系和速度轉(zhuǎn)換波束坐標系：V1、V2、 V3、 V4 儀器坐標系：U、V、 W、 e 第十四頁，共32頁。15地球坐標系：如果存在安裝誤差或羅經(jīng)誤差 坐標關系和速度轉(zhuǎn)換第十五頁，共32頁。16流速剖面AcousticDopplerCurrentProfiler第十六頁，共32頁。17 傳統(tǒng)流速儀法起點樁水面f0D1f2f3fnfn-1

4、d1D2d2d3D3f1D4A1A2A3V1V2V3V4流速測量流量測量V流速（m/s）n 旋槳回轉(zhuǎn)率，n=N/T(1/s)K 水力螺距（m）C為儀器常數(shù)（m/s）流速面積法第十七頁，共32頁。實時多垂線多水深單元效率高量程大傳統(tǒng)流速儀ADCP水深單元流速剖面第十八頁，共32頁。19ADCP 測流回顧Acoustic 以固定頻率發(fā)射聲波脈沖. Doppler 接受反射回來有“多普勒”頻移的聲波，通過頻移計算波束向的相對速度Current 應用4波速向相對速度、波速間夾角、姿態(tài)數(shù)據(jù)（首向heading,縱搖pitch,橫搖roll）Profiler 測量不同層次（depth cell）的流速第十

5、九頁，共32頁。20 走航式ADCP流速測量Water-trackBottom-track第二十頁，共32頁。21盲區(qū)上下盲區(qū)：左右盲區(qū)：為流速系數(shù)：0.670.75第二十一頁，共32頁。Distance = 3mDepth0.20.20.1流量測量Q ENSEMBLE = 1.5 m3/sS Q = 1.5 m3/s第二十二頁，共32頁。Distance = 9mDepth流量測量0.20.20.10.30.30.30.20.3Q ENSEMBLE = 4.2 m3/sS Q = 5.7 m3/s第二十三頁，共32頁。Distance = 15mDepth流量測量0.20.20.10.30.

6、30.30.20.30.40.40.50.40.50.40.30.30.20.30.5Q ENSEMBLE = 12.3 m3/sS Q = 18 m3/s第二十四頁，共32頁。Distance = 21mDepth流量測量0.20.20.10.30.30.30.20.30.40.40.50.40.50.40.30.30.20.30.50.60.70.60.60.60.50.50.40.40.30.30.2Q ENSEMBLE = 17.1 m3/sS Q = 35.1 m3/s第二十五頁，共32頁。Distance = 27mDepth流量測量0.20.20.10.30.30.30.20.3

7、0.40.40.50.40.50.40.30.30.20.30.50.60.70.60.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.80.80.70.70.50.50.40.40.30.30.2Q ENSEMBLE = 21.6 m3/sS Q = 56.7 m3/s第二十六頁，共32頁。Distance = 33mDepth流量測量0.20.20.10.30.30.30.20.30.40.40.50.40.50.40.30.30.20.30.50.60.70.60.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.80.80.70.70.50.50.40

8、.40.30.30.21.01.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.2Q ENSEMBLE = 28.2 m3/sS Q = 84.9 m3/s第二十七頁，共32頁。Distance = 39mDepth流量測量0.20.20.10.30.30.30.20.30.40.40.50.40.50.40.30.30.20.30.50.60.70.60.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.80.80.70.70.50.50.40.40.30.30.21.01.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.21.

9、01.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.2Q ENSEMBLE = 28.2 m3/sS Q = 113.1 m3/s第二十八頁，共32頁。Distance = 45mDepth流量測量0.20.20.10.30.30.30.20.30.40.40.50.40.50.40.30.30.20.30.50.60.70.60.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.80.80.70.70.50.50.40.40.30.30.21.01.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.21.01.01.00.91.

10、00.90.70.70.50.50.40.40.20.20.90.80.80.60.50.40.20.80.80.70.50.4Q ENSEMBLE = 23.1 m3/sS Q = 136.2 m3/s第二十九頁，共32頁。Distance = 51m流量測量0.20.20.10.30.30.30.20.30.40.40.50.40.50.40.30.30.20.30.50.60.70.60.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.80.80.70.70.50.50.40.40.30.30.21.01.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40

11、.20.21.01.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.20.90.80.80.60.50.40.20.80.80.70.50.40.70.70.60.40.30.60.40.30.2Q ENSEMBLE = 13.2 m3/sS Q = 149.4 m3/s第三十頁，共32頁。Distance = 57m流量測量0.20.20.10.30.30.30.20.30.40.40.50.40.50.40.30.30.20.30.50.60.70.60.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.80.80.70.70.50.50.40.40.30.30.21.01.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.21.01