聲學(xué)多普勒流量測驗(yàn)學(xué)習(xí)

1、聲學(xué)多普勒技術(shù)在水文測驗(yàn)中的應(yīng)用聲學(xué)多普勒技術(shù)在水文測驗(yàn)中的應(yīng)用 學(xué)習(xí)內(nèi)容：聲學(xué)多普勒流速儀的測驗(yàn)原理。走航式流量測驗(yàn)河貓流量測驗(yàn)的具體操作一、聲學(xué)多普勒流速儀的測驗(yàn)原理一、聲學(xué)多普勒流速儀的測驗(yàn)原理 聲學(xué)多普勒流速儀聲學(xué)多普勒流速儀是一種利用聲學(xué)多普勒原理測量水流速度剖面的儀器機(jī)械式流速儀機(jī)械式流速儀是測量儀器所處位置的測點(diǎn)流速聲學(xué)多普勒流速儀聲學(xué)多普勒流速儀可以測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)多普勒流速儀的測驗(yàn)原理一、聲學(xué)多普勒流速儀的測驗(yàn)原理多普勒頻移是由于聲源多普勒頻移是由于聲源與接受物體之間的相對與接受物體之間的相對運(yùn)動(dòng)而引起的運(yùn)動(dòng)而引起的聲源與物

2、體之間在垂直方聲源與物體之間在垂直方向的相對運(yùn)動(dòng)，則不會(huì)產(chǎn)向的相對運(yùn)動(dòng)，則不會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移生多普勒頻移如果發(fā)射某頻率的聲波如果發(fā)射某頻率的聲波被一個(gè)移動(dòng)的物體所反被一個(gè)移動(dòng)的物體所反射，也會(huì)產(chǎn)生多普勒頻射，也會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移移一、聲學(xué)多普勒流速儀的測驗(yàn)原理一、聲學(xué)多普勒流速儀的測驗(yàn)原理聲學(xué)多普勒流速儀聲學(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CVFFsd2Fd：聲學(xué)多普勒頻移；聲學(xué)多普勒頻移；Fs：發(fā)射聲波的頻率：發(fā)射聲波的頻率V：顆粒物沿聲波方向的移動(dòng)速度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：聲波在水中的傳播速度一、聲學(xué)多普勒流速

3、儀的測驗(yàn)原理一、聲學(xué)多普勒流速儀的測驗(yàn)原理聲學(xué)多普勒效應(yīng)（三種類型）聲學(xué)多普勒效應(yīng)（三種類型） 1.1.窄帶窄帶( (narrowband):narrowband):ADVP聲信號發(fā)射，接收和處理的一種方法：對于每一個(gè)流速測量，ADVP發(fā)射一個(gè)單獨(dú)的，相對講較長的脈沖聲波，然后聆聽（即接受）水體中顆粒物對這個(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)頻率改變即稱為多普勒頻移，用來計(jì)算水體的速度。 2.2.脈沖相干脈沖相干(pulse (pulse coherent):coherent):ADVP聲信號發(fā)射，接收和處理的一種方法。對于每一個(gè)流速測量，ADVP發(fā)射一對較短的脈沖。ADV

4、P測量兩個(gè)反射信號之間的相位差并據(jù)此計(jì)算多普勒頻移。 3.3.寬帶寬帶( (broadband):broadband):ADVP的聲信號發(fā)射，接收和處理的一種方法。對于每一個(gè)流速測量，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)多普勒流速儀的測驗(yàn)原理一、聲學(xué)多普勒流速儀的測驗(yàn)原理l聲學(xué)多普勒流速儀在流量測驗(yàn)方面的應(yīng)用走航方式 實(shí)時(shí)的流量測驗(yàn) 后面重點(diǎn)講固定方式 在線的自動(dòng)連續(xù)測驗(yàn)涉水方式 點(diǎn)流速的流量測驗(yàn)二、走航式流量測驗(yàn)二、走航式流量測驗(yàn)從理論上講，走航式聲學(xué)多普勒流速儀流量測從理論上講，走航式聲

5、學(xué)多普勒流速儀流量測量原理與傳統(tǒng)的人工船測或纜道測量等的基本量原理與傳統(tǒng)的人工船測或纜道測量等的基本原理一樣。原理一樣。在測流斷面上布設(shè)多條垂線。在測流斷面上布設(shè)多條垂線。在每條垂線處測量水深并測量多點(diǎn)的流速。在每條垂線處測量水深并測量多點(diǎn)的流速。計(jì)算得到垂線平均流速。計(jì)算得到垂線平均流速。只是聲學(xué)多普勒流速儀所測的垂線可以很多很只是聲學(xué)多普勒流速儀所測的垂線可以很多很多，每條垂線上的測點(diǎn)也可以很多很多。多，每條垂線上的測點(diǎn)也可以很多很多。二、走航式流量測驗(yàn)二、走航式流量測驗(yàn)xYZ剖面剖面（j）測量單元測量單元 (n)Q總總 = (qn,j) + (q邊界邊界) XY二、走航式流量測驗(yàn)二、走航

6、式流量測驗(yàn) 但是二者之間還是有一些不同之處：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。無論是人工船測、）傳統(tǒng)方法是靜態(tài)方法。無論是人工船測、纜道測量等等，儀器總是固定于所測垂線上進(jìn)纜道測量等等，儀器總是固定于所測垂線上進(jìn)行測量。而聲學(xué)多普勒流速儀是動(dòng)態(tài)測量方法。行測量。而聲學(xué)多普勒流速儀是動(dòng)態(tài)測量方法。聲學(xué)多普勒流速儀在隨測量船只運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)在隨測量船只運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行測量。行測量。（2）傳統(tǒng)方法的測流斷面通常要求垂直于河岸。）傳統(tǒng)方法的測流斷面通常要求垂直于河岸。聲學(xué)多普勒流速儀測量過程中不要求測流斷面聲學(xué)多普勒流速儀測量過程中不要求測流斷面垂直于河岸。船的航行軌跡可以是斜線或

7、曲線。垂直于河岸。船的航行軌跡可以是斜線或曲線。二、走航式流量測驗(yàn)二、走航式流量測驗(yàn)走航式聲學(xué)多普勒流速儀走航式聲學(xué)多普勒流速儀主要生產(chǎn)廠家有主要生產(chǎn)廠家有1、美國、美國RDI公司公司2、美國、美國SONTEK公司公司二、走航式流量測驗(yàn)二、走航式流量測驗(yàn)RDI公司產(chǎn)品公司產(chǎn)品二、走航式流量測驗(yàn)二、走航式流量測驗(yàn)SONTEK公司公司三、聲學(xué)多普勒流速儀的安裝三、聲學(xué)多普勒流速儀的安裝1、走航式安裝法、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。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：將探頭安裝在供銷商提供的金屬船體上。船體安裝：將探頭安裝在供銷商提供的金屬船體上。三、聲學(xué)多

8、普勒流速儀的操作三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作（ADP河貓為例）河貓為例）1、走航式安裝法、走航式安裝法-安裝注意事項(xiàng)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)測船入水深度：儀器探頭的入水深度，應(yīng)根據(jù)測船航行速度、水流速度、水面波浪大小、測船吃航行速度、水流速度、水面波浪大小、測船吃水深度等因素綜合考慮，使探頭在整個(gè)測驗(yàn)過水深度等因素綜合考慮，使探頭在整個(gè)測驗(yàn)過程中始終不會(huì)露出水面。程中始終不會(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器縱軸垂直，水平方向應(yīng)使儀器探頭上的方向標(biāo)識箭頭與船體縱軸線平行。標(biāo)識

9、箭頭與船體縱軸線平行。三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作2、準(zhǔn)備工作、準(zhǔn)備工作儀器是否有污損、變形。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供電系統(tǒng)輸出的直流電壓是否符合儀器標(biāo)稱要求。標(biāo)稱要求。使用的電纜和插頭接件應(yīng)逐一清點(diǎn)，應(yīng)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。備有足夠的備件上。將儀器安裝到測船上并檢查設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情將儀器安裝到測船上并檢查設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況是否正常。況是否正常。三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作3、現(xiàn)場測驗(yàn)、現(xiàn)場測驗(yàn)（1）首先儀器供電，將數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連，使用）首先儀器供電，將數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連，使用SonUtil

10、s 3.02SonUtils 3.02 ( (診斷軟件診斷軟件) )對儀器自檢。對儀器自檢。 SonUtils 3.02SonUtils 3.02主要功能：主要功能：用于診斷儀器是否正常工作；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；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；儀器安裝時(shí)，可用于校正羅盤；將儀器內(nèi)存中的數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)和對內(nèi)存的格式化；將儀器內(nèi)存中的數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)和對內(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；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。用直接命令檢查和維修儀器。三、聲學(xué)多普勒流速儀的

11、操作三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作SonUtils 3.02 使用步驟：使用步驟： 1 1、雙擊圖標(biāo)、雙擊圖標(biāo) 出現(xiàn)左邊的一排菜單。出現(xiàn)左邊的一排菜單。2 2、單擊、單擊“通訊通訊”中的中的COM1 COM1 右邊出現(xiàn)右邊出現(xiàn)“connected connected to COM1: at 9600to COM1: at 9600”。三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作SonUtils 3.02 使用步驟：使用步驟：3 3、單擊、單擊“初始化初始化” 右邊出現(xiàn)右邊出現(xiàn) 三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作三、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、

12、系統(tǒng)參數(shù)、顯示設(shè)置、自動(dòng)測量參數(shù)。三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作三、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、設(shè)置時(shí)間6、保存文件、關(guān)閉應(yīng)用程序。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三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作現(xiàn)場測驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件1、雙擊圖標(biāo)雙擊圖標(biāo) RiverSurveyor三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作現(xiàn)場測驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件2、點(diǎn)擊點(diǎn)擊“工具菜單工具菜單”中中 “系統(tǒng)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

13、學(xué)多普勒流速儀的操作三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作現(xiàn)場測驗(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、換能器深度、保存記錄目錄根據(jù)測站名設(shè)定根據(jù)斷面長短根據(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三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作現(xiàn)場測驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件6、用戶設(shè)置-剖面范圍剖面范圍 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三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作現(xiàn)場測驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件7、用戶設(shè)置-剖面范圍剖面范圍 設(shè)置：坐標(biāo)系統(tǒng)、底跟蹤、溫度模式。無GPS、無走底沙時(shí)采

14、用測驗(yàn)斷面水溫，探頭測出設(shè)置完成，單擊確定三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作現(xiàn)場測驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件8、設(shè)置完成后，進(jìn)入測量階段。單擊設(shè)置完成后，進(jìn)入測量階段。單擊“工具欄工具欄”中的草中的草綠色三角形。綠色三角形。出現(xiàn)三條流速信號，形狀相似將探頭測到信息反映在項(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三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作現(xiàn)場測驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件9、當(dāng)測量正確后，將船開到岸的一側(cè)。單擊“工具”欄中的紅色按鈕開始流量測驗(yàn)。根據(jù)水流方向確定左右岸使用測距儀測量到岸邊距離根據(jù)岸邊河床形狀確定注：當(dāng)按下紅鈕，測驗(yàn)開始，數(shù)

15、據(jù)記錄保存，測船開始向另一邊行駛注：當(dāng)按下紅鈕，測驗(yàn)開始，數(shù)據(jù)記錄保存，測船開始向另一邊行駛?cè)?、聲學(xué)多普勒流速儀的操作三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作現(xiàn)場測驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件測驗(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三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作現(xiàn)場測驗(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，完成一次測驗(yàn)程過。輸出到岸邊距離。三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作現(xiàn)場測驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件11、完成一次測驗(yàn)后，使用同樣方法

16、，從另一岸測回。完成一測回流量測驗(yàn)。12、單擊”處理“-”流量計(jì)算“對一次驗(yàn)測進(jìn)行整理。對左右兩邊距離進(jìn)行調(diào)整對河岸兩過計(jì)算剖面進(jìn)行選擇三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作現(xiàn)場測驗(yàn)，使用RiverSurveyor軟件10、流量成果查看。單擊上”文件“-”流量摘要“，可以看到本次測驗(yàn)的水文要素。將成果輸?shù)较鄳?yīng)報(bào)表中。三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作三、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)聲學(xué)多普勒流速儀檢查和保養(yǎng)每次測量結(jié)束后，即時(shí)拆卸設(shè)備。使用干凈手每次測量結(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。巾擦干聲學(xué)多普勒流速儀探頭。其次，對聲學(xué)多普勒流速

17、儀進(jìn)行檢查，以確定其次，對聲學(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。換能器、機(jī)殼、接插件、電纜是否有損壞、損傷。測驗(yàn)完畢，將儀器設(shè)備裝入儀器箱內(nèi)且保持自測驗(yàn)完畢，將儀器設(shè)備裝入儀器箱內(nèi)且保持自然狀態(tài)然狀態(tài)。定期對儀器供電設(shè)備檢查，急時(shí)補(bǔ)充電源。定期對儀器供電設(shè)備檢查，急時(shí)補(bǔ)充電源。野外作業(yè)時(shí)，應(yīng)避免傳感器長時(shí)間暴曬。野外作業(yè)時(shí)，應(yīng)避免傳感器長時(shí)間暴曬。河貓長時(shí)間不使用，應(yīng)將電臺中的干電池急時(shí)河貓長時(shí)間不使用，應(yīng)將電臺中的干電池急時(shí)取出。取出。三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作三、聲學(xué)多普勒流速儀的操作12.測驗(yàn)精度分析及誤差來源測驗(yàn)精度分析及誤差來源(暢流期）暢流期）對測站采用走航式流量測驗(yàn)，其測驗(yàn)精度應(yīng)滿足對測站采用走航式流量測驗(yàn)，其測驗(yàn)精度應(yīng)滿足GB50179-93的規(guī)定。的規(guī)定。單次流量測