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(shù)不多的幾家專業(yè)研制、生產(chǎn)聲學(xué)多普勒流速儀的廠家，在美國(guó)、英國(guó)等地都設(shè)有分公司，產(chǎn)品銷往世界50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

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(hào)沿著相同的波束被發(fā)送及接收,根據(jù)多普勒原理將水中的懸浮粒子的流速流向計(jì)算出來(lái)，量測(cè)的流速為該水層的平均流速。因其聲波束相當(dāng)窄小所以沒(méi)有旁波效應(yīng)（sidelobe即當(dāng)聲波束接近不同介質(zhì)接口時(shí)所產(chǎn)生的偏折現(xiàn)象）。

      多普勒偏移及測(cè)量方式

      “闊龍"是利用著名的多普勒頻移的物理原理測(cè)量水流速度。如果視聲源相對(duì)于接收器而移動(dòng)，則其相對(duì)的聲波傳輸頻率會(huì)有所偏移。在闊龍中，這現(xiàn)象系以下列公式表示：所以當(dāng)我們得知ＦDoppler、ＦSource、Ｃ即可計(jì)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(xì)顆粒的兩倍移動(dòng)速度(相對(duì)于聲波探頭)所造成。這是因?yàn)殚燒埳现暡ㄌ筋^既是發(fā)聲源也是接收器，而當(dāng)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(duì)速度V產(chǎn)生了第一次的多普勒頻移；然后當(dāng)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?yàn)轭w粒與探頭的相對(duì)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(dāng)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(qiáng)弱(即反射的強(qiáng)度，是一個(gè)水中顆粒數(shù)量及大小的函數(shù))即稱為訊號(hào)強(qiáng)度(strength)或訊號(hào)振幅(Amplitude)。回傳的訊號(hào)由聲波探頭所接收，闊龍經(jīng)由計(jì)算頻率的改變，來(lái)算出水中顆粒相對(duì)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(cè)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(shù)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(duì)方向后，三度空間的速度即可算出。

      “闊龍"測(cè)量剖面流速的優(yōu)勢(shì)

      優(yōu)于傳統(tǒng)的流速測(cè)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(cè)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(biāo)上安裝使用！）

      c)  杜幫工程塑料外殼，抗腐蝕，耐老化。

      數(shù)據(jù)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(zhǔn)的頻譜分析圖及垂直剖面速度分析圖形。獨(dú)立窗口顯示其它參數(shù)如壓力（水位）溫度及電力大小等將資料以ASCII文件的格式轉(zhuǎn)換儲(chǔ)存。