HYT 102-2007 聲學(xué)多普勒流速剖面儀檢測方法

中華人民共和國海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)聲學(xué)多普勒流速剖面儀檢測方法2007-12-19發(fā)布IHY/T102—2007 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 4技術(shù)要求 14.1外觀 4.2計(jì)量性能 24.3環(huán)境適應(yīng)性 25檢測項(xiàng)目 26檢測所用標(biāo)準(zhǔn)儀器設(shè)備 3 36.2同類型測流儀器 37檢測條件 37.1試驗(yàn)區(qū) 37.2試驗(yàn)船 37.3儀器安裝 38檢測方法 38.1外觀檢查 38.2底跟蹤速度檢測 38.3流速檢測 58.4流向檢測 8.5流速剖面最大深度檢測 88.6底跟蹤最大深度檢測 88.7環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn) 89檢測報(bào)告 8附錄A(資料性附錄)ADCP計(jì)量性能檢測數(shù)據(jù)記錄表 附錄B(資料性附錄)相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表 附錄C(資料性附錄)檢測報(bào)告格式 25Ⅲ本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A、附錄B和附錄C為資料性附錄。本標(biāo)準(zhǔn)由國家海洋標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國海洋標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC283)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：國家海洋標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：李揚(yáng)眉、龐永超、李明釗、陳華秋。1聲學(xué)多普勒流速剖面儀檢測方法1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了聲學(xué)多普勒流速剖面儀(以下簡稱ADCP)的檢測項(xiàng)目、檢測所用標(biāo)準(zhǔn)儀器設(shè)備、檢測2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。HY016.2海洋儀器基本環(huán)境試驗(yàn)方法低溫試驗(yàn)HY016.3海洋儀器基本環(huán)境試驗(yàn)方法低溫貯存試驗(yàn)HY016.4海洋儀器基本環(huán)境試驗(yàn)方法高溫試驗(yàn)HY016.5海洋儀器基本環(huán)境試驗(yàn)方法高溫貯存試驗(yàn)HY016.8海洋儀器基本環(huán)境試驗(yàn)方法交變濕熱試驗(yàn)HY016.11海洋儀器基本環(huán)境試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)HY016.13海洋儀器基本環(huán)境試驗(yàn)方法連續(xù)沖擊試驗(yàn)HY016.14海洋儀器基本環(huán)境試驗(yàn)方法傾斜和搖擺試驗(yàn)HY016.15海洋儀器基本環(huán)境試驗(yàn)方法水靜壓力試驗(yàn)3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。聲學(xué)多普勒流速剖面儀acousticDopplercurrentprofiler利用聲學(xué)多普勒原理，測量分層水中介質(zhì)散射信號(hào)的頻移信息，并利用矢量合成方法獲取垂直剖面水流速度的儀器。采用發(fā)射聲波，然后接收被河底或海底反射的回波信號(hào)，并根據(jù)其測量流速剖面儀相對(duì)于河底或海底運(yùn)動(dòng)的方法。4技術(shù)要求ADCP的外觀要求如下：a)北向標(biāo)志(或艏向定位標(biāo)志)應(yīng)清晰無磨損；c)緊固件、接插件不應(yīng)有松動(dòng)現(xiàn)象。2頻率<300kHz時(shí)，示值誤差：±(測量值×1%+0.01m/s)(長期平均);頻率≥300kHz時(shí)，示值誤差：±(測量值×1%+0.005m/s)(長期平均)。流速剖面最大深度范圍規(guī)定見表1。mADCP所處水深小于表中列出的范圍時(shí)，流速剖面測量的有效范圍為實(shí)際水深的85%。表中未列出的頻底跟蹤最大深度范圍規(guī)定見表2。表2底跟蹤最大深度范圍m頻率>300kHz的ADCP在高含沙量的水體、底質(zhì)浮泥較厚或移動(dòng)的泥沙底質(zhì)等情況下不宜進(jìn)行底跟蹤測量。表中未列出的頻率可參考本表或由產(chǎn)品確定。a)溫度：-2℃~+35℃。3f)底跟蹤最大深度；g)環(huán)境適應(yīng)性6檢測所用標(biāo)準(zhǔn)儀器設(shè)備GPS的速度測量范圍應(yīng)覆蓋被檢ADCP的流速測量范圍，速度示值誤差應(yīng)不大于被檢ADCP的速度示值誤差，方向示值誤差應(yīng)不大于被檢ADCP的流向示值誤差。GPS應(yīng)經(jīng)檢定(或校準(zhǔn)),并在相應(yīng)有效周期內(nèi)使用。6.2同類型測流儀器同類型測流儀器的速度測量范圍應(yīng)覆蓋被檢測ADCP的流速測量范圍，速度示值誤差應(yīng)不大于被檢ADCP的速度示值誤差，流向示值誤差應(yīng)不大于被檢ADCP的流向示值誤差。同類型測流儀器應(yīng)經(jīng)7檢測條件7.1試驗(yàn)區(qū)試驗(yàn)區(qū)應(yīng)有穩(wěn)定寬闊的分層流場，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的水流速應(yīng)無顯著變化。海況應(yīng)不大于3級(jí)。7.2試驗(yàn)船試驗(yàn)船排水量應(yīng)不少于100t,船速應(yīng)在0m/s～8.0m/s范圍內(nèi)可調(diào)，應(yīng)配有羅盤導(dǎo)航控制系統(tǒng)。被檢ADCP換能器的安裝轉(zhuǎn)盤應(yīng)水平，刻度范圍應(yīng)為0°~360°,最小插孔轉(zhuǎn)角應(yīng)為2.5°,刻度盤最被檢ADCP的聲學(xué)換能器應(yīng)盡可能安裝于試驗(yàn)船的中軸線上；換能器應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離試驗(yàn)船螺旋槳，入水深度應(yīng)使換能器發(fā)出的聲波不受船體遮擋。以GPS作為檢測標(biāo)準(zhǔn)儀器時(shí)，GPS的接收天線應(yīng)安裝于試驗(yàn)船的最高處，并盡可能在被檢ADCP的聲學(xué)換能器的正上方。以同類型測流儀器作為檢測標(biāo)準(zhǔn)儀器時(shí)，其換能器安裝位置應(yīng)盡可能靠近被檢ADCP的換能器，并應(yīng)互不干擾；兩者應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離試驗(yàn)船螺旋槳，入水深度應(yīng)使換能器發(fā)出的聲波不受船體遮擋。8檢測方法按4.1的要求，目測和手感檢查ADCP的外觀。8.2底跟蹤速度檢測8.2.1檢測原理將被檢ADCP與GPS安裝在同一條試驗(yàn)船相近位置上，在滿足要求的試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，當(dāng)試驗(yàn)船以一定速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，GPS測得的速度與ADCP測得的底跟蹤速度都是試驗(yàn)船相對(duì)于大地的運(yùn)動(dòng)速度，因此兩個(gè)測量序列相關(guān)。選用滿足6.1要求的GPS作為檢測標(biāo)準(zhǔn)儀器，可檢測ADCP的底跟蹤速度。8.2.2檢測程序檢測程序如下：a)確認(rèn)檢測條件，應(yīng)滿足第7章中規(guī)定的要求，試驗(yàn)區(qū)底面應(yīng)平坦，地貌傾角應(yīng)不大于5°;b)在被檢ADCP底跟蹤速度測量范圍內(nèi)選取11個(gè)檢測速度點(diǎn)；c)被檢ADCP瞬時(shí)數(shù)據(jù)光滑窗口的寬度應(yīng)與標(biāo)稱的技術(shù)指標(biāo)對(duì)應(yīng)，被檢ADCP應(yīng)使用GPS的時(shí)鐘；d)試驗(yàn)船應(yīng)處于水深大于30m的區(qū)域，選取b)中1個(gè)檢測速度點(diǎn)作勻速直線運(yùn)動(dòng)；4e)試驗(yàn)船航行時(shí)，同時(shí)連續(xù)記錄GPS的速度測量值和被檢ADCP的底跟蹤速度測量值，記錄數(shù)據(jù)應(yīng)不少于120組，填入記錄表中，記錄表格式參見表A.1;f)按8.2.3、8.2.4進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；8.2.3數(shù)據(jù)處理8.2.3.1對(duì)選定的速度點(diǎn)的GPS測量數(shù)據(jù)集和被檢ADCP的測量數(shù)據(jù)集分別剔除含有粗大誤差樣a)設(shè)樣本為x;,其中i=1,2,…,n;b)分別按公式(1)、公式(2)計(jì)算樣本平均值元、樣本標(biāo)準(zhǔn)差σ; (1) (2)c)剔除含有l(wèi)x;-|>3σ的樣本值d)重復(fù)b)、c)。8.2.3.2經(jīng)8.2.3.1剔除后，有效數(shù)據(jù)總量應(yīng)不少于100組。否則，應(yīng)暫停試驗(yàn)，分析和排除試驗(yàn)中的各干擾因素后重新檢測此速度點(diǎn)。8.2.3.3計(jì)算GPS的測量序列V?,的平均值V。和被檢ADCP的測量序列Vr,的平均值Vp。8.2.3.4分別按公式(3)、公式(4)、公式(5)計(jì)算相關(guān)系數(shù)r和回歸系數(shù)a、回歸系數(shù)b。 (4) (5)8.2.4檢測結(jié)果檢測結(jié)果的判據(jù)如下：a)判據(jù)一選取顯著性水平α=0.01,查相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表確定自由度γ=n-2(n為測量數(shù)據(jù)組數(shù))時(shí)的臨界相關(guān)系數(shù)r。。相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表參見表B.1。當(dāng)r≥r。時(shí)，認(rèn)為二者相關(guān)，判據(jù)一成立；當(dāng)b)判據(jù)二計(jì)算誤差限.,其中△。為被檢ADCP底跟蹤速度標(biāo)稱示值誤差，△。為GPS速度標(biāo)稱示值誤差。當(dāng)68.3%的Vp,滿足a+b×Vc-△≤Vp≤a+b×Vc;+△時(shí)，即Vp,落在以回歸曲線為中心的±△誤差帶內(nèi)的概率不小于68.3%,判據(jù)二成立；反之，判據(jù)二不成立。c)判據(jù)的運(yùn)用5以GPS作為檢測標(biāo)準(zhǔn)儀器。試驗(yàn)船在同一航線上作往返航行，在滿足要求的試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，被檢b)在被檢ADCP流速測量范圍內(nèi)選取11個(gè)檢測速度點(diǎn)；d)被檢ADCP瞬時(shí)數(shù)據(jù)光滑窗口的寬度應(yīng)與標(biāo)稱的技術(shù)指標(biāo)對(duì)應(yīng)，被檢ADCP應(yīng)使用GPS的e)試驗(yàn)船應(yīng)處于水深大于100m的區(qū)域，以b)中1個(gè)檢測速度點(diǎn)在選定的航線上往返作勻速直g)按8.3.1.3、8.3.1.4對(duì)GPS和被檢ADCP的流速測量值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；a)按8.2.3.1處理GPS測量數(shù)據(jù)集和被檢ADCP測量數(shù)據(jù)集；c)計(jì)算GPS同一地點(diǎn)的往返速度矢量差序列Voc,的平均值V和被檢ADCP相應(yīng)地點(diǎn)的往返速度矢量差序列Vpc,的平均值Vpc;(矢量差用N、E分量分別相減后再合成計(jì)算)選取顯著性水平α=0.01,查相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表確定自由度γ=n—2(n為測量數(shù)據(jù)組數(shù))時(shí)的6c)判據(jù)的運(yùn)用以同類型測流儀器作為檢測標(biāo)準(zhǔn)儀器。將被檢ADCP與標(biāo)準(zhǔn)ADb)在被檢ADCP流速測量范圍內(nèi)選取11個(gè)檢測速度點(diǎn)；c)標(biāo)準(zhǔn)ADCP和被檢ADCP瞬時(shí)數(shù)據(jù)光滑窗口的寬度分別應(yīng)與其標(biāo)稱技術(shù)指標(biāo)對(duì)應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)ADCP和被檢ADCP都應(yīng)使用GPS的時(shí)鐘；d)試驗(yàn)船應(yīng)處于水深大于100m的區(qū)域，選取b)中1個(gè)檢測速度點(diǎn)作勻速直線運(yùn)動(dòng)；f)按8.3.2.3、8.3.2.4對(duì)相同深度流層的標(biāo)準(zhǔn)ADCP和被檢ADCP的流速測量值進(jìn)行數(shù)據(jù)a)按8.2.3.1處理標(biāo)準(zhǔn)ADCP測量數(shù)據(jù)集和被檢ADCP的測量數(shù)據(jù)集；c)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)ADCP的測量序列Vs,的平均值Vs和被檢ADCP的測量序列Vp,的平均值Vr;78.3.2.4檢測結(jié)果檢測結(jié)果的判據(jù)如下：a)判據(jù)一選取顯著性水平α=0.01,查相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表確定自由度γ=n-2(n為測量數(shù)據(jù)組數(shù))時(shí)的臨界相關(guān)系數(shù)r。相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表參見表B.1。當(dāng)r≥r。時(shí)，認(rèn)為二者相關(guān)，判據(jù)一成立；b)判據(jù)二計(jì)算誤差限△=√△?。+b2△,其中△。為被檢ADCP流速標(biāo)稱示值誤差，A。為標(biāo)準(zhǔn)ADCP流速標(biāo)稱示值誤差。當(dāng)68.3%的Vp,滿足a+b×Vs-△≤Vp,≤a+b×Vs,+△時(shí)，即Vr,落在以回歸曲線為中心的±△誤差帶內(nèi)的概率不小于68.3%,判據(jù)二成立；反之，判據(jù)二不成立。c)判據(jù)的運(yùn)用當(dāng)判據(jù)一成立，判據(jù)二也成立時(shí)，認(rèn)為被檢ADCP在此速度檢測點(diǎn)上此深度流層的流速示值誤差滿足相應(yīng)的技術(shù)要求。當(dāng)判據(jù)一成立，判據(jù)二不成立時(shí)，認(rèn)為被檢ADCP在此速度檢測點(diǎn)上此深度流層的流速示值誤差不滿足相應(yīng)的技術(shù)要求。8.4流向檢測8.4.1檢測原理ADCP的流向直接測量量是海流相對(duì)于換能器的夾角，通過扣除換能器安裝角度后將其轉(zhuǎn)換為海流對(duì)大地坐標(biāo)的方位角。本方法采用改變ADCP換能器安裝角度，比較角度增量的方法檢測被檢8.4.2檢測程序檢測程序如下：a)確認(rèn)檢測條件，應(yīng)滿足第7章中規(guī)定的要求；b)試驗(yàn)船應(yīng)處于水深大于30m的區(qū)域，以5kn的速度保持勻速直線運(yùn)動(dòng)；c)根據(jù)被檢ADCP聲學(xué)換能器安裝轉(zhuǎn)盤插孔位置，確定轉(zhuǎn)盤插銷起始位置的方位角A以及每次檢測準(zhǔn)備轉(zhuǎn)動(dòng)的角度θ?;d)把被檢ADCP聲學(xué)換能器安裝轉(zhuǎn)盤插銷插至A處，連續(xù)記錄ADCP測得的流向值，記錄數(shù)據(jù)應(yīng)不少于60組，填入記錄表中，記錄表格式參見表A.4;e)把被檢ADCP聲學(xué)換能器的方向轉(zhuǎn)過一個(gè)角度θ,將安裝轉(zhuǎn)盤的插銷插于A+0處，連續(xù)記錄被檢ADCP測得的流向值，記錄數(shù)據(jù)應(yīng)不少于60組，填入記錄表中，記錄表格式參見表f)重復(fù)e),直至累計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度覆蓋被檢儀器流向測量范圍；g)按8.4.3、8.4.4對(duì)各深度流層的測量值進(jìn)行處理數(shù)據(jù)。8.4.3數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理步驟如下：a)按8.2.3.1處理測量數(shù)據(jù)集，每個(gè)位置上有效測量應(yīng)不少于50組；b)計(jì)算每個(gè)位置i上測量序列的平均值σ;及0;+1—0;c)計(jì)算誤差限△=√20r。,其中0。為被檢ADCP流向標(biāo)稱示值誤差。8.4.4檢測結(jié)果當(dāng)max(O+i-0)-6≤△時(shí)，認(rèn)為被檢ADCP在此深度流層的流向示值誤差滿足相應(yīng)的技術(shù)8時(shí)，認(rèn)為被檢ADCP在此深度流層的流向示值誤差不滿足相應(yīng)的技術(shù)在試驗(yàn)船所處水深大于被檢ADCP的標(biāo)稱流速剖面最大深度的120%時(shí)，按8.3進(jìn)行流速檢測，按8.4進(jìn)行流向檢測。表3ADCP環(huán)境試驗(yàn)方法試驗(yàn)項(xiàng)目123高溫試驗(yàn)4高溫貯存試驗(yàn)567899檢測報(bào)告9k)檢測結(jié)果；1)當(dāng)需對(duì)檢測結(jié)果做出解釋時(shí)，應(yīng)記錄對(duì)檢測方法的偏離、增添或刪節(jié)以及特定檢測條件的信息，特定方法、客戶群體要求的附加信息。檢測記錄表格式參見附錄A,檢測報(bào)告格式參見附錄C。(資料性附錄)ADCP計(jì)量性能檢測數(shù)據(jù)記錄表ADCP計(jì)量性能檢測數(shù)據(jù)記錄表的格式見表A.1～表A.4的底跟蹤速度檢測數(shù)據(jù)記錄表、流速檢測數(shù)據(jù)記錄表(1)、流速檢測數(shù)據(jù)記錄表(2)和流向檢測數(shù)據(jù)記錄表。表A.1底跟蹤速度檢測數(shù)據(jù)記錄表時(shí)間備注表A.2流速檢測數(shù)據(jù)記錄表(1)測點(diǎn)地點(diǎn)層深序號(hào)備注矢量差矢量差NENENENENENE時(shí)間備注表A.4流向檢測數(shù)據(jù)記錄表0123456789(資料性附錄)相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表表B.1相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表γT123456789(資料性附錄)檢測報(bào)告格式檢測報(bào)告首頁格式見圖C.1;檢測報(bào)告內(nèi)頁格式見圖C.2～圖C.3;檢測結(jié)果記錄表格式見表C.1~