声学多普勒流速剖面仪ADCP

挪威Nortek AS公司是世界上为数不多的几家专业研制、生产声学多普勒流速仪的厂家，在美国、英国等地都设有分公司，产品销往世界50多个国家和地区。

声学多普勒流速剖面仪ADCP

 “阔龙”工作原理

      如上图所示声波信号沿着相同的波束被发送及接收,根据多普勒原理将水中的悬浮粒子的流速流向计算出来，量测的流速为该水层的平均流速。因其声波束相当窄小所以没有旁波效应（sidelobe即当声波束接近不同介质接口时所产生的偏折现象）。

      多普勒偏移及测量方式

      “阔龙”是利用著名的多普勒频移的物理原理测量水流速度。如果视声源相对于接收器而移动，则其相对的声波传输频率会有所偏移。在阔龙中，这现象系以下列公式表示：所以当我们得知ＦDoppler、ＦSource、Ｃ即可计算出v。

      V＝FDoppler／F Source＊(C/2)

      其中

      ＦDoppler     ＝ 所接收到频率的变化量，即所谓的多普勒偏移

      ＦSource      ＝ “阔龙”所送出声波的频率

      Ｖ    ＝ 水流速度

      Ｃ    ＝ 音速(如在水中则为水中声速)

      在“阔龙”中，同一声波探头系同时作为发声器及接收器。传出的声波会被水里的物体所反射，然后由同一声波探头所接收。此时探头所接收到回传的多普勒位移实际上为水中微细颗粒的两倍移动速度(相对于声波探头)所造成。这是因为阔龙上之声波探头既是发声源也是接收器，而当水中颗粒接收由探头传来的入射声波时因颗粒与探头的相对速度V产生了第一次的多普勒频移；然后当探头接收到此移动颗粒反射回来的声波时 (此时的声波频率已经有多普勒频移)又因为颗粒与探头的相对速度V而产生了第二次的多普勒频移。

      阔龙声波探头传送出一个已知频率的声波脉冲，当此脉冲在水中行进时，会被水里的物体所反射。此种反射也就是散射，而此散射的强弱(即反射的强度，是一个水中颗粒数量及大小的函数)即称为讯号强度(strength)或讯号振幅(Amplitude)。回传的讯号由声波探头所接收，阔龙经由计算频率的改变，来算出水中颗粒相对于探头的速度。

      “阔龙”声波探头会将大部分的声波能量集中在一条狭窄的波束中发送。水中颗粒经过各波束而测得的多普勒偏移，与颗粒本身的速度成一定的比例关系。而水流的速度可视为其所带动颗粒的速度；所有垂直于波束的颗粒移动都不会造成多普勒偏移。综合数个声波探头所得的速度，并且知道这些颗粒与探头的相对方向后，三度空间的速度即可算出。

      “阔龙”测量剖面流速的优势

      优于传统的流速测量技术：

      a) 无活动部件（如螺旋桨等），不易磨损；

      b) 不需作定期校正

      优于其它声学剖面流速测量的技术：

      a)  电路集成化程度高，只有一块主板＋罗盘。

      b)  体积小、重量轻，便于携带安装。（尤其适合在浮标上安装使用！）

      c)  杜帮工程塑料外壳，抗腐蚀，耐老化。

      数据处理软件

      “阔龙”资料后处理软件ExploreP适用于 Windows 98TM/NT/Me/2000/XP。显示以时间序列为基准的频谱分析图及垂直剖面速度分析图形。独立窗口显示其它参数如压力（水位）温度及电力大小等将资料以ASCII文件的格式转换储存。