聲學(xué)多普勒流速儀坐標(biāo)系統(tǒng)

信號(hào)調(diào)整器由檢測(cè)微弱反射信號(hào)的模擬電路組成;數(shù)字信號(hào)處理由一個(gè)單獨(dú)的電路板完成，主要針對(duì)輸出頻率為25Hz的實(shí)時(shí)三維流速測(cè)量值的計(jì)算。ADV的數(shù)據(jù)采集軟件用自帶的ADF2.6，信號(hào)和各種流動(dòng)參數(shù)處理由WINADV完成，它提供的數(shù)據(jù)文件為文本文件，可以方便地由Excel、Matlab、Grapher等許多軟件處理。此外，ADV測(cè)量采用與廠家一致地坐標(biāo)系統(tǒng)和記法，即Vx、Vy和Vz分別代表縱向、橫向和垂向流速。

MicroADV主要由三部分組成:量測(cè)探頭、信號(hào)調(diào)理、信號(hào)處理。量測(cè)探頭由三個(gè)10MHz的接收探頭和一個(gè)發(fā)射探頭組成， 三個(gè)接收探頭分布在發(fā)射探頭軸線的周圍，它們之間的夾角為120°，接收探頭與采樣體的連線與發(fā)射探頭軸線之間的夾角為30°，采樣體位于探頭下方5cm或10cm，這樣可以基本上消除探頭對(duì)流場(chǎng)的干擾。

如今，ADV已成為水力及海洋實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)流速測(cè)量?jī)x器。廣泛應(yīng)用于研究波浪軌跡、研究水體運(yùn)動(dòng)軌跡、橋樁周圍水流擾動(dòng)的研究、水沙試驗(yàn)測(cè)試、室內(nèi)水力模型實(shí)驗(yàn)、野外測(cè)量( 沼澤地小流速的測(cè)量、黃石國(guó)家公園熱噴泉水的測(cè)量、水處理廠沉淀池中的測(cè)量)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)(水流擾動(dòng)對(duì)漁業(yè)的影響)、水處理廠(用ADVOcean 測(cè)量水流的流量)、測(cè)量沼澤地中的流速、ADV研究海浪、泥沙實(shí)驗(yàn)室等。

MicroADV超聲測(cè)速儀基于多普勒效應(yīng)(Doppler effect)的理論。所謂多普勒效應(yīng)是為紀(jì)念?yuàn)W地利物理學(xué)家多普勒而命名的，他于1842年首先提出了這一理論，即:當(dāng)波源和觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波頻已發(fā)生改變，聲波頻率在聲源移向觀察者時(shí)變高，在聲源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)變低。

ADV的測(cè)量很重要參數(shù)是控制體距離發(fā)射探頭約為5cm，是一個(gè)圓柱體(體積為0.08cm3)，由探頭發(fā)射超聲波，遇到控制體后反射，并由接受探頭接受反射的信號(hào)，因此，MicroADV測(cè)量的實(shí)際是控制體與發(fā)射探頭的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。

ADV采樣體的尺寸取決于四個(gè)因素:發(fā)射聲束、接收聲束、脈沖長(zhǎng)度、接受窗(返回信號(hào)的時(shí)間跨越周期)。右圖表示每一個(gè)因素對(duì)采樣體尺寸的影響。采樣體的水平邊界由發(fā)射聲束和接收聲束的相交部分確定，但聲束相交部分的范圍不易確定，因此把發(fā)射聲束和接收聲束近似假定為圓柱體(對(duì)于10MHz ADV，其直徑為6mm)。采樣體的垂直邊界由接收窗和脈沖長(zhǎng)度的卷積確定。對(duì)于10MHz ADV采樣體的總高度為9mm，且采樣體的高度可隨ADV數(shù)據(jù)采集軟件中的設(shè)置改變而變化，最小高度可達(dá)1.2mm，但這樣設(shè)置會(huì)影響測(cè)量精度。另外，ADV測(cè)速點(diǎn)位置在采樣體的垂直中心上。

為保護(hù)儀器及測(cè)量精度，在一般情況下，用戶設(shè)定的速度范圍應(yīng)大于試驗(yàn)中出現(xiàn)的與流動(dòng)方向有關(guān)的最大流速。

信號(hào)強(qiáng)度是測(cè)量接受探頭接受超聲波信號(hào)強(qiáng)度的尺度，在ADV中信號(hào)強(qiáng)度是用信號(hào)和噪音的比值，即信噪比SNR來(lái)衡量的。信噪比主要可以檢驗(yàn)水中是否存在足夠的介質(zhì)，如泥沙、微粒等，來(lái)反射聲波信號(hào)。如果水中粒子過(guò)少，返回的信號(hào)就會(huì)比周圍的噪音還要小，要是沒有足夠大的信號(hào)強(qiáng)度，ADV是不可能進(jìn)行精確測(cè)量的，所得的數(shù)據(jù)肯定和實(shí)際差別很大。如果SNR降低，表明ADV測(cè)量中噪音很大，就會(huì)影響測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性。對(duì)于瞬時(shí)流速測(cè)量(以25Hz采樣)，信噪比一般要求大于15分貝;對(duì)于平均流速測(cè)量(以0.5Hz采樣)，ADV可以在信噪比為5分貝時(shí)正常工作。

由ADV測(cè)速理可知，不同的聲速會(huì)對(duì)多普勒頻移產(chǎn)生影響。在水中，聲速主要是溫度和水的含鹽度的函數(shù)，它們的變化將引起聲速的變化，如改變5℃的溫度，聲速將改變1%;改變1.2%的含鹽度，聲速將改變1%;如果ADV使用的聲速誤差為1%，速度測(cè)量結(jié)果的誤差將會(huì)達(dá)2%。對(duì)于由聲速變化而引起的速度測(cè)量誤差可以在后處理中修正。

另外，不同的采樣頻率和采樣體高度對(duì)ADV測(cè)速也有影響，前者對(duì)平均流速的測(cè)量影響較小，而后者的不同所得的結(jié)果波動(dòng)較大，為保證精度，一般ADV采樣體高度采用9mm，采樣頻率采用25Hz。

ADV操作不當(dāng)和信噪比太低都會(huì)降低ADV測(cè)試精度。

1、小河流流量測(cè)驗(yàn)

2、明渠流量測(cè)驗(yàn)

3、冰期垂線法流量測(cè)驗(yàn)

1、采用TRDI公司寬帶專利技術(shù)。

2、標(biāo)準(zhǔn)配置1-20 個(gè)可選單元、1-10cm 可選單元長(zhǎng)度、0.1-2m剖面范圍(可升級(jí)至4m)。

3、'藍(lán)牙'(BlueTooth)無(wú)線通訊。

1、微型換能器:直徑3.5cm，長(zhǎng)12cm

2、電子單元:長(zhǎng)20cm、寬10cm、厚15cm

3、小型浮體:長(zhǎng)71cm、寬43cm、厚10cm

4、HP iPAQ掌上電腦

5、'藍(lán)牙'(BlueTooth)無(wú)線通訊

6、StreamPro操作軟件

7、WinRiver軟件