聲學(xué)多普勒流速剖面儀ADCP

聲學(xué)多普勒流速剖面儀ADCP

 挪威Nortek AS公司是世界上為數不多的幾家專(zhuān)業(yè)研制、生產(chǎn)聲學(xué)多普勒流速儀的廠(chǎng)家，在美國、英國等地都設有分公司，產(chǎn)品銷(xiāo)往世界50多個(gè)國家和地區。

聲學(xué)多普勒流速剖面儀ADCP

  “闊龍"工作原理

       如上圖所示聲波信號沿著(zhù)相同的波束被發(fā)送及接收,根據多普勒原理將水中的懸浮粒子的流速流向計算出來(lái)，量測的流速為該水層的平均流速。因其聲波束相當窄小所以沒(méi)有旁波效應（sidelobe即當聲波束接近不同介質(zhì)接口時(shí)所產(chǎn)生的偏折現象）。

       多普勒偏移及測量方式

       “闊龍"是利用的多普勒頻移的物理原理測量水流速度。如果視聲源相對于接收器而移動(dòng)，則其相對的聲波傳輸頻率會(huì )有所偏移。在闊龍中，這現象系以下列公式表示：所以當我們得知ＦDoppler、ＦSource、Ｃ即可計算出v。

       V＝FDoppler／F Source＊(C/2)

       其中

       ＦDoppler     ＝ 所接收到頻率的變化量，即所謂的多普勒偏移

       ＦSource      ＝ “闊龍"所送出聲波的頻率

       Ｖ    ＝ 水流速度

       Ｃ    ＝ 音速(如在水中則為水中聲速) 

       在“闊龍"中，同一聲波探頭系同時(shí)作為發(fā)聲器及接收器。傳出的聲波會(huì )被水里的物體所反射，然后由同一聲波探頭所接收。此時(shí)探頭所接收到回傳的多普勒位移實(shí)際上為水中微細顆粒的兩倍移動(dòng)速度(相對于聲波探頭)所造成。這是因為闊龍上之聲波探頭既是發(fā)聲源也是接收器，而當水中顆粒接收由探頭傳來(lái)的入射聲波時(shí)因顆粒與探頭的相對速度V產(chǎn)生了第一次的多普勒頻移；然后當探頭接收到此移動(dòng)顆粒反射回來(lái)的聲波時(shí) (此時(shí)的聲波頻率已經(jīng)有多普勒頻移)又因為顆粒與探頭的相對速度V而產(chǎn)生了第二次的多普勒頻移。

       闊龍聲波探頭傳送出一個(gè)已知頻率的聲波脈沖，當此脈沖在水中行進(jìn)時(shí)，會(huì )被水里的物體所反射。此種反射也就是散射，而此散射的強弱(即反射的強度，是一個(gè)水中顆粒數量及大小的函數)即稱(chēng)為訊號強度(strength)或訊號振幅(Amplitude)?；貍鞯挠嵦栍陕暡ㄌ筋^所接收，闊龍經(jīng)由計算頻率的改變，來(lái)算出水中顆粒相對于探頭的速度。

       “闊龍"聲波探頭會(huì )將大部分的聲波能量集中在一條狹窄的波束中發(fā)送。水中顆粒經(jīng)過(guò)各波束而測得的多普勒偏移，與顆粒本身的速度成一定的比例關(guān)系。而水流的速度可視為其所帶動(dòng)顆粒的速度；所有垂直于波束的顆粒移動(dòng)都不會(huì )造成多普勒偏移。綜合數個(gè)聲波探頭所得的速度，并且知道這些顆粒與探頭的相對方向后，三度空間的速度即可算出。

       “闊龍"測量剖面流速的優(yōu)勢

        優(yōu)于傳統的流速測量技術(shù)：

       a) 無(wú)活動(dòng)部件（如螺旋槳等），不易磨損；

       b) 不需作定期校正

        優(yōu)于其它聲學(xué)剖面流速測量的技術(shù)：

       a)  電路集成化程度高，只有一塊主板＋羅盤(pán)。

       b)  體積小、重量輕，便于攜帶安裝。（尤其適合在浮標上安裝使用?。?/span>

       c)  杜幫工程塑料外殼，抗腐蝕，耐老化。 

       數據處理軟件

       “闊龍"資料后處理軟件ExploreP適用于 Windows 98TM/NT/Me/2000/XP。顯示以時(shí)間序列為基準的頻譜分析圖及垂直剖面速度分析圖形。獨立窗口顯示其它參數如壓力（水位）溫度及電力大小等將資料以ASCII文件的格式轉換儲存。