聲學(xué)多普勒流量測(cè)驗(yàn)學(xué)習(xí)

1、聲學(xué)多普勒技術(shù)在水文測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用,,學(xué)習(xí)內(nèi)容：,１．聲學(xué)多普勒流速儀的測(cè)驗(yàn)原理。２．走航式流量測(cè)驗(yàn)３．ＡＤＰ河貓流量測(cè)驗(yàn)的具體操作,一、聲學(xué)多普勒流速儀的測(cè)驗(yàn)原理,聲學(xué)多普勒流速儀是一種利用聲學(xué)多普勒原理測(cè)量水流速度剖面的儀器機(jī)械式流速儀是測(cè)量?jī)x器所處位置的測(cè)點(diǎn)流速聲學(xué)多普勒流速儀可以測(cè)量距儀器一定范圍內(nèi)的許許多多點(diǎn)的點(diǎn)流速及該范圍內(nèi)的平均流速,一、聲學(xué)多普勒流速儀的測(cè)驗(yàn)原理,多普勒頻移是由于聲源與接受物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的

2、,聲源與物體之間在垂直方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則不會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移,如果發(fā)射某頻率的聲波被一個(gè)移動(dòng)的物體所反射，也會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移,,一、聲學(xué)多普勒流速儀的測(cè)驗(yàn)原理,聲學(xué)多普勒流速儀換能器發(fā)射某一固定頻率的聲波，被流動(dòng)水體中的顆粒物反射，會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移,Fd：聲學(xué)多普勒頻移；Fs：發(fā)射聲波的頻率V：顆粒物沿聲波方向的移動(dòng)速度C：聲波在水中的傳播速度,一、聲學(xué)多普勒流速儀的測(cè)驗(yàn)原理,聲學(xué)多普勒效應(yīng)（三種類(lèi)型） 1.窄帶(narro

3、wband):ADVP聲信號(hào)發(fā)射，接收和處理的一種方法：對(duì)于每一個(gè)流速測(cè)量，ADVP發(fā)射一個(gè)單獨(dú)的，相對(duì)講較長(zhǎng)的脈沖聲波，然后聆聽(tīng)（即接受）水體中顆粒物對(duì)這個(gè)脈沖的反射波，并記錄發(fā)射波與反射波之間的頻率改變。這個(gè)頻率改變即稱(chēng)為多普勒頻移，用來(lái)計(jì)算水體的速度。 2.脈沖相干(pulse coherent):ADVP聲信號(hào)發(fā)射，接收和處理的一種方法。對(duì)于每一個(gè)流速測(cè)量，ADVP發(fā)射一對(duì)較短的脈沖。ADVP測(cè)量?jī)蓚€(gè)反射信號(hào)之間的相位差

4、并據(jù)此計(jì)算多普勒頻移。 3.寬帶(broadband):ADVP的聲信號(hào)發(fā)射，接收和處理的一種方法。對(duì)于每一個(gè)流速測(cè)量，ADVP發(fā)射一組脈沖波，該脈沖波被反射后與發(fā)射波之間有一相位差，用來(lái)計(jì)算多普勒頻移。寬帶型ADVP的介于窄帶型和相干型ADVP之間。,一、聲學(xué)多普勒流速儀的測(cè)驗(yàn)原理,,聲學(xué)多普勒流速儀在流量測(cè)驗(yàn)方面的應(yīng)用走航方式 － 實(shí)時(shí)的流量測(cè)驗(yàn) 后面重點(diǎn)講固定方式 － 在線的自動(dòng)連續(xù)測(cè)驗(yàn)涉水方式 － 點(diǎn)流速的流量

5、測(cè)驗(yàn),二、走航式流量測(cè)驗(yàn),從理論上講，走航式聲學(xué)多普勒流速儀流量測(cè)量原理與傳統(tǒng)的人工船測(cè)或纜道測(cè)量等的基本原理一樣。在測(cè)流斷面上布設(shè)多條垂線。在每條垂線處測(cè)量水深并測(cè)量多點(diǎn)的流速。計(jì)算得到垂線平均流速。只是聲學(xué)多普勒流速儀所測(cè)的垂線可以很多很多，每條垂線上的測(cè)點(diǎn)也可以很多很多。,二、走航式流量測(cè)驗(yàn),,,,,,,x,Y,Z,剖面（j）,測(cè)量單元 (n),,,,,Q總 = Σ(qn,j) + Σ(q邊界),,,,X,Y,二、走航式流

6、量測(cè)驗(yàn),但是二者之間還是有一些不同之處：（1）傳統(tǒng)方法是靜態(tài)方法。無(wú)論是人工船測(cè)、纜道測(cè)量等等，儀器總是固定于所測(cè)垂線上進(jìn)行測(cè)量。而聲學(xué)多普勒流速儀是動(dòng)態(tài)測(cè)量方法。聲學(xué)多普勒流速儀在隨測(cè)量船只運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量。（2）傳統(tǒng)方法的測(cè)流斷面通常要求垂直于河岸。聲學(xué)多普勒流速儀測(cè)量過(guò)程中不要求測(cè)流斷面垂直于河岸。船的航行軌跡可以是斜線或曲線。,二、走航式流量測(cè)驗(yàn),走航式聲學(xué)多普勒流速儀主要生產(chǎn)廠家有1、美國(guó)RDI公司2、美國(guó)SONTE

7、K公司,二、走航式流量測(cè)驗(yàn),RDI公司產(chǎn)品,二、走航式流量測(cè)驗(yàn),SONTEK公司,三、聲學(xué)多普勒流速儀的安裝,1、走航式安裝法支架安裝：將探頭安裝在船尾機(jī)的一側(cè)支架上。船體安裝：將探頭安裝在供銷(xiāo)商提供的金屬船體上。,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作（ADP河貓為例）,1、走航式安裝法-------安裝注意事項(xiàng)入水深度：儀器探頭的入水深度，應(yīng)根據(jù)測(cè)船航行速度、水流速度、水面波浪大小、測(cè)船吃水深度等因素綜合考慮，使探頭在整個(gè)測(cè)驗(yàn)過(guò)程中始終不

8、會(huì)露出水面。探頭方向：探頭安裝方向，垂直方向應(yīng)保證儀器縱軸垂直，水平方向應(yīng)使儀器探頭上的方向標(biāo)識(shí)箭頭與船體縱軸線平行。,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,2、準(zhǔn)備工作儀器是否有污損、變形。供電系統(tǒng)輸出的直流電壓是否符合儀器標(biāo)稱(chēng)要求。使用的電纜和插頭接件應(yīng)逐一清點(diǎn)，應(yīng)備有足夠的備件上。將儀器安裝到測(cè)船上并檢查設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況是否正常。,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,3、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)（1）首先儀器供電，將數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連，使用SonUtils

9、 3.02 (診斷軟件)對(duì)儀器自檢。 SonUtils 3.02主要功能：用于診斷儀器是否正常工作；將本地時(shí)間（計(jì)算機(jī)時(shí)間）傳遞給儀器；儀器安裝時(shí)，可用于校正羅盤(pán)；將儀器內(nèi)存中的數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)和對(duì)內(nèi)存的格式化；檢查儀器的硬件配置和儀器工作時(shí)的用戶設(shè)置；用直接命令檢查和維修儀器。,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,SonUtils 3.02 使用步驟： 1、雙擊圖標(biāo) → 出現(xiàn)左邊的一排菜單。2、單擊“通訊”中的COM1 →

10、 右邊出現(xiàn)“connected to COM1: at 9600”。,,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,SonUtils 3.02 使用步驟：3、單擊“初始化” → 右邊出現(xiàn),三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,SonUtils 3.02 使用步驟：4、依次點(diǎn)擊：硬件配置、系統(tǒng)參數(shù)、顯示設(shè)置、自動(dòng)測(cè)量參數(shù)。,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,SonUtils 3.02 使用步驟：5、設(shè)置時(shí)間,6、保存文件、關(guān)閉應(yīng)用程序。,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作

11、,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件1、雙擊圖標(biāo) → RiverSurveyor,,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件2、點(diǎn)擊“工具菜單”中 “系統(tǒng)”,,3、單擊“系統(tǒng)菜單”中“單擊這里進(jìn)行檢查”,單擊,4、單擊“系統(tǒng)菜單”中“轉(zhuǎn)到ADP用戶設(shè)置”進(jìn)入用戶設(shè)置,單擊,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件5、用戶設(shè)置-基本設(shè)置 設(shè)置：文件名前綴、

12、換能器深度、保存記錄目錄,根據(jù)測(cè)站名設(shè)定,根據(jù)斷面長(zhǎng)短,根據(jù)探頭入水深度,方便用戶管理,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件6、用戶設(shè)置-剖面范圍 設(shè)置：最大深度、流層大小、盲區(qū)。,斷面最大水深+1米,根據(jù)斷面水深、大小、精度要求,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件7、用戶設(shè)置-剖面范圍 設(shè)置：坐標(biāo)系統(tǒng)、底跟蹤、溫度模式。,無(wú)GPS、無(wú)走底沙時(shí)采用,測(cè)

13、驗(yàn)斷面水溫，探頭測(cè)出,設(shè)置完成，單擊確定,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件8、設(shè)置完成后，進(jìn)入測(cè)量階段。單擊“工具欄”中的草綠色三角形。,出現(xiàn)三條流速信號(hào)，形狀相似,將探頭測(cè)到信息反映在項(xiàng)目菜單中，只是顯示并不記錄保存。,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件9、當(dāng)測(cè)量正確后，將船開(kāi)到岸的一側(cè)。單擊“工具”欄中的紅色按鈕開(kāi)始流量測(cè)驗(yàn)。,根據(jù)水流方向確定左右岸,

14、使用測(cè)距儀測(cè)量到岸邊距離,根據(jù)岸邊河床形狀確定,注：當(dāng)按下紅鈕，測(cè)驗(yàn)開(kāi)始，數(shù)據(jù)記錄保存，測(cè)船開(kāi)始向另一邊行駛,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件,測(cè)驗(yàn)時(shí)，船在斷面線上行駛，保持穩(wěn)定,船速小于流速的2倍，否則可能使探頭露出水面，失去底跟蹤,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件10、當(dāng)船行駛到另一岸邊，再一次單擊“工具欄“中的紅色圓形按鈕，完成一次測(cè)驗(yàn)程過(guò)。,輸出到

15、岸邊距離。,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件11、完成一次測(cè)驗(yàn)后，使用同樣方法，從另一岸測(cè)回。完成一測(cè)回流量測(cè)驗(yàn)。12、單擊”處理“-”流量計(jì)算“對(duì)一次驗(yàn)測(cè)進(jìn)行整理。,對(duì)左右兩邊距離進(jìn)行調(diào)整,對(duì)河岸兩過(guò)計(jì)算剖面進(jìn)行選擇,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件10、流量成果查看。單擊上”文件“-”流量摘要“，可以看到本次測(cè)驗(yàn)的水文要素。將成果輸?shù)较鄳?yīng)報(bào)表中。,

16、三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,11.聲學(xué)多普勒流速儀檢查和保養(yǎng)每次測(cè)量結(jié)束后，即時(shí)拆卸設(shè)備。使用干凈手巾擦干聲學(xué)多普勒流速儀探頭。其次，對(duì)聲學(xué)多普勒流速儀進(jìn)行檢查，以確定換能器、機(jī)殼、接插件、電纜是否有損壞、損傷。測(cè)驗(yàn)完畢，將儀器設(shè)備裝入儀器箱內(nèi)且保持自然狀態(tài)。定期對(duì)儀器供電設(shè)備檢查，急時(shí)補(bǔ)充電源。野外作業(yè)時(shí)，應(yīng)避免傳感器長(zhǎng)時(shí)間暴曬。河貓長(zhǎng)時(shí)間不使用，應(yīng)將電臺(tái)中的干電池急時(shí)取出。,三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作,12.測(cè)驗(yàn)精度分析