声学多普勒流速剖面仪ADCP简介
声学多普勒流速剖面仪ADCP及其在水文测流中的应用
声学多普勒流速剖面仪ADCP及其在水文测流中的应用蓝标;曲娟【摘要】This paper describes flow measurement principle of ADCP （Acoustic Doppler Current Profiler）.Compared with the regular hydrometric propeller,the characteristics and measurement process for ADCP flow measurement are introduced.The possible emerging problems in flow measurement of ADCP are summarized,and some attention matters are pointed out.%本文阐述了声学多普勒流速剖面仪ADCP的流量测量原理,并通过对ADCP流量测量仪与常规流速仪的比较,说明了ADCP流量测量的特点及其测量过程,并对ADCP流量测量中可能出现的问题进行了总结归纳,指出了应用中应注意的问题。
【期刊名称】《气象水文海洋仪器》【年(卷),期】2011(028)004【总页数】5页(P65-68,73)【关键词】ADCP;测流;应用【作者】蓝标;曲娟【作者单位】深圳市水务局防洪设施管理处,深圳518000;长春气象仪器研究所,长春130012【正文语种】中文【中图分类】TH7660 概述在河流水文测验工作中，流速和流量的测量是两项很重要的工作，过去，一般都采用单点式流速仪（如机械式流速仪、电接式流速仪等）逐一的对各条测流垂线进行点流速测量，然后根据流速面积法换算出整个断面的流量，这种测验方法其测量精度虽然能够满足水文测验规范的要求[1]，但历时时间长，工作强度大，是其很大的弊端。
美国RDI公司研制的一种先进的测流仪——声学多普勒测流剖面仪，对于水文测验工作来说，则在很大程度上改变了流量测验的方法，实现了测流技术革命性的突破，将在河流水文测验工作中会获得更广泛的应用。
adcp单元层数
adcp单元层数
adcp单元层数是指ADCP（声学多普勒流速剖面仪）的测量层数。
ADCP是一种用于测量河流、海洋或其他流体流动速度的设备，它通过声学多普勒效应来测量流体的速度。
ADCP的测量层数通常是指设备能够同时测量的垂直方向上的层数。
例如，一个二层的ADCP可以测量一个流体截面上的两个不同深度处的速度。
三层的ADCP则可以测量三个不同深度处的速度，以此类推。
ADCP单元层数的选择取决于研究的需求和目标。
对于一些简单的应用，可能只需要测量一个深度处的速度，而对于其他应用，可能需要测量多个深度处的速度以更好地了解流体的流动特性。
需要注意的是，ADCP的单元层数并不是越多越好。
过多的层数会增加设备的复杂性、成本和功耗，同时也会增加数据处理的难度。
因此，在选择ADCP时，需要根据实际需求来选择合适的单元层数。
1。
ADCP流速及流量测量原理
ADCP流速及流量测量原理ADC流速及流量测量原理是指使用ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler）测量水流速和流量的原理。
ADCP是一种利用声学多普勒效应测定液体中微小颗粒速度的设备，可以通过声波对液体中流动物体的速度进行测量，进而计算水流速和流量。
ADCP的测量原理包括声波的发射和接收、多普勒效应的应用以及数据处理三个方面。
首先，在ADCP中，通过一个或多个发射器向水体中发射一束或多束高频声波，一般在100kHz至1MHz之间。
这些声波在水体中传播并与水体中的颗粒相互作用。
由于声速在液体中有一定值，当声波遇到运动的颗粒时，声波的频率将发生变化。
根据多普勒效应，颗粒运动方向和音源接收器之间的相对速度将导致声波的频率偏移。
经过接收器接收的声波频率相对于发射时的频率偏移量与颗粒速度成正比。
其次，ADCP利用多普勒效应来测量颗粒的速度。
接收到的声波频率偏移量与颗粒速度成正比，通过测量频移量的大小可以得出颗粒的速度。
多个接收器可以同时测量不同方向的速度分量。
这种多普勒效应测量的速度被称为径向速度，即相对于发射器和接收器之间连线的径向速度。
最后，通过对径向速度的测量数据进行处理，可以得到水流速和流量的信息。
针对横截面或纵向的速度分布，可以进行不同的数据处理方法，如简单平均或高斯拟合。
通过分析速度分布在水体断面上的变化，可以计算出水体的平均流速和流量。
此外，还可以根据声波的传播时间和相互作用，对水体的深度进行测量。
总之，ADCP利用声波与水体中微小颗粒相互作用，通过多普勒效应测量颗粒的速度，进而计算水流速和流量。
其原理包括声波发射和接收、多普勒效应的应用以及数据处理。
该技术在水文学和海洋学研究中得到广泛应用，可以用于测量河流、海洋和湖泊等水体的流速和流量，对水资源管理和环境保护具有重要意义。
最新ADCP简介及操作资料
1H-ADCP简介1.1 ADCP理论知识H-ADCP是英文Horizontal Acoustic Doppler Current Profiler的缩写。
中文通常译为水平声学多普勒流速剖面仪。
流速、流量测验方法的发明被认为是河流流量测验领域的一次革命。
它比传统的河流流量测验方法提高效率十几倍。
标志着河流流速、流量测验的现代化。
H-ADCP是一种利用声学多普勒原理测验水流速度剖面的仪器。
H-ADCP一般配备有二个（或四个）换能器。
换能器与轴线成一定夹角。
每个换能器既是发射器又是接收器。
换能器发射的声波具有指向性，即声波能量集中于较窄的方向范围内（称为声束，类似于探照灯发射的光束）。
换能器发射某一固定频率的声波，然后聆听被水体中颗粒物散射回来的声波。
假定颗粒物的运动速度与水体流速相同。
当颗粒物的运动方向是接近换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频率高。
当颗粒物的运动方向是背离换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频率低。
如前所述，假定水体中颗粒物的运动速度与水体流速相同，通过跟踪颗粒物的运动（称为“水跟踪”）所测验的速度是水流相对于（也即安装平台）的速度。
当安装在固定平台上，“水跟踪”测验的流速即为水流的绝对速度。
当安装在船上（移动平台），在“水跟踪”测验的相对速度中扣除船速（平台的移动速度）后即得到水流的绝对速度。
H-ADCP 流速坐标：声束坐标仪器坐标：Ｘ－Ｙ流速数据：Ux, Uy注：不含罗盘H-ADCP用途：河流水文站或水情站流速、流量实时测验，明渠流速、流量实时测验；灌渠流速、流量实时测验；河流水质监测站总量实时监测；利用H-ADCP提供的流速和水位数据，应用指标流速法或数值方法计算流量。
河流、河口区流场数据采集，为流场数值模型提供标定或验证数据。
港口水域流场实时监测，为保证进出港船只安全提供流速数据。
海上采油平台附近流场实时监测H-ADCP应用：（1）通过电缆与电脑连接即可以作为一个独立的流速、流量在线监测系统。
声学多普勒流速剖面仪ADCP简介
投标支持文件汇编投标产品名称：声学多普勒流速剖面仪 (ADCP)生产厂家：RD Instruments (RDI)，美国(1)RDI公司及其ADCP简介(2)RDI公司ISO9001 国际质量体系认证证书(3)上海黄浦江和太浦河ADCP比测实验部分图片(4)长江三峡黄陵庙水文站ADCP与DGPS、测深仪、及电罗经集成试验简报(5)走航式ADCP测量软件WinRiver中文版(6)RDI公司河流型ADCP国内用户名单(7)关于ADCP四波束和三波束的讨论(8)关于ADCP工作模式的讨论(1) 美国RDI公司及其ADCP简介RD Instruments，简称RDI，位于美国加利福尼亚州圣地亚哥市，是全球最大的ADCP（即：声学多普勒流速剖面仪）生产厂家。
RDI已通过ISO9001国际质量体系认证。
目前年产值超过两千万美元。
RDI成立于1981年。
在二十多年的发展历程中，RDI始终位于ADCP技术的世界领先地位。
以下是 RDI公司的重要技术成果：•1981，生产出世界上第一台商品ADCP•1982，河流型ADCP，开创了ADCP河流流量测量的纪元•1991，宽带 ADCP专利技术•1995，“骏马”系列 ADCP：使ADCP小型化，价格大幅度降低•1997，“骏马”系列“瑞江”牌河流型ADCP•1998，相控阵ADCP专利技术•1999，ADCP波浪仪专利技术•2001，H-ADCP：用于河流流量在线监测•2001, 零盲区技术RDI公司向中国客户提供ADCP已有十几年的历史。
至今已有一百多台RDI公司生产的ADCP应用于中国的海洋、河流、科研船只、海军舰艇、海上采油平台、等等。
其中应用于河流流量测量的走航式ADCP有四十几台。
RDI公司生产的ADCP以其优良的性能和可靠性赢得了用户的好评。
其重要优点为：∙采用宽带专利技术，因此具有高分辩率、高精度。
这对走航测量尤为重要。
∙采用四波束换能器。
有效地消除船摇晃的影响; 提高测量的可靠性。
声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的应用实例
声学多普勒流速剖面仪（ADCP）的应用实例声学多普勒流速剖面仪（ADCP）是一种融合了多学科技术而研制的新型测速声呐设备，作为水声技术的一个典型应用，作为一种测速仪器，ADCP在水运工程（包括内河和海洋工程）中得到了广泛应用，对于声学多普勒测流技术的研究日益受到人们的关注。
目前测流仪器种类繁多, 按照工作原理的不同可以分为机械式海流计、压力式海流计、电磁式海流计以及声学海流计等。
现在大量运用的是声学多普勒海流计。
声学多普勒海流计采用声遥测方式，对被测流场无干扰，能够获得高精度的速度信息，被国际海委会定为4种先进的海洋观测仪器之一，因此ADCP成为当前广泛采用的测流仪器，是水资源调查中必不可少的重要测验设备。
通过ADCP在具体工程中的应用研究，归纳总结了ADCP在工程应用中的主要工作流程，以及在工程应用中的注意事项。
一、ADCP工作原理（一）多普勒效应波源和观察者有相对运动时，观察者接收到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象；如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小。
这便是著名的多普勒效应（奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒于1842年首先提出这一理论），它不仅适用于声波，同样适用于所有类型的波，包括电磁波。
ADCP就是利用声波的多普勒效应发展起来的一种新型测流设备,它是一种既可测量相对水底速度,同时又可以兼顾测量相对水流速度的声呐设备。
ADCP利用声学多普勒原理，测量分层水介质散射信号的频移信息，并利用矢量合成方法获取海流垂直剖面水流速度,即水流的垂直剖面分布。
对被测验流场不产生任何扰动，也不存在机械惯性和机械磨损，能一次测得一个剖面上若干层的流速的三维分量和绝对方向。
（二）ADCP测流原理水体中存在大量的散射体，诸如微小粒子、浮游生物等，它们随水体流动。
这些散射体和水体是融为一体的，其速度即代表水流速度。
当ADCP向水体中发射声波脉冲信号，被水体中悬浮的、随水体运动的散射体后产生反射，ADCP再对回波信号进行接收和处理。
ADCP介绍及使用方法
ADCP介绍及常用使用方法ADCP全称为Acoustic Doppler Current Profilers，即声学多普勒流速剖面仪，是二十世纪八十年代初发展起来的一种新型测流设备。
它与传统机械转动为基础的传感流速于不同，其采用声波换能器作为传感器，换能器发射生脉冲波，生脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反射，由换能器接收信号，经测定多普勒频率而测算出流速。
ADCP具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历史短、测速范围大等特点。
ADCP的测量原理与传统的测量基本原理一样：在测流断面上布设多条垂线，在每条垂线处测量水深并测量多点的流速从而得到垂线平均流速。
它与传统方法的不同之处在于：传统流速仪法是静态方法，流速仪是固定的；而ADCP则是动态方法，它在随测量船运动过程中进行测验。
传统流速仪法要求测流断面垂直于河岸；而ADCP方法不要求测流断面垂直于河岸，测船航行的轨迹可以使斜线或曲线。
ADCP所测的垂线（子断面）可以很多，每天垂线上的测点也很多。
下面介绍ADCP的常用使用方法：一、仪器安装：如图所示，将仪器安装在测杆上。
要求3#波束对准船头方向，注意接口处用硅脂进行水密处理。
连接电源时要注意正负极（红正黑负），切勿接反。
并连入计算机。
二、仪器自检在仪器入水前，运行BBTALK软件，按软件提示操作，进行检查。
设置串口与波特率等：运行TEST命令文件完成测试。
三、数据采集运行WinRiver软件，选择采集模式。
根据实际情况，设置各设备的串口、参数等。
对于长江口测量常用参数如下（仅供参考）：参数：600k及ADCP序号（如8532，9309等）；Depth（深度）为ADCP放置在水下的深度，根据实际情况而定，一般为0.5；Vairation（磁偏角），上海的值为-4；MaxDepth（最大水深），可以取略大于实际水深2-3m的值来设定；SecendDepth，可取MaxDepth值；Max水速，一般长江口可取3.0，根据实际情况大概估计；Max船速，一般情况下不超过Max水速值；Streambed（底部土质），根据实际情况选择mud，slit，sand等；Bottelm Mode，一般选择Mode 5（选择AUTO亦可）；Water Mode，一般选择Mode 1（选择AUTO亦可）；专业相关的命令运算符如下：EX11111——转成enu（地球）坐标WP4——water-pin水跟踪（4个值一组）BP4——bottlem-pin底跟踪（4个值一组）WF25——盲区为25cmES10——指盐度（取实际值，不一定是10，只是举例，下同）WS50——分层单元，指一个seil层厚度，一般要求不高时用50cm，要求高时用30cmWN80——一共有多少个层？一般取（max水深/每个seil层厚度）+2的值，只要大于max水深/层厚就好了TE00000000——连续采集数据，若不设置的话一般为1.6s-2s一个数据，若需要自己设置时，00 00 00 00分别对应时、分、秒、毫秒设置值。
声学多普勒流速剖面仪
（1）
（1）式中，V为相对于测船的水体流速；Fd为声学多普勒频移；Fs为发射声波脉冲信号频率；c为声波脉冲 信号在水体中的传播速度（不计盐度和深度），即：
将ADCP安装在位于水中或水底的锚系观测平台上，是海洋学中海流和波潮研究的常用方法。在电池容量允许 的范围内，ADCP可在水中持续观测数年时间；而一些ADCP则可通过传输数据的脐带电缆向仪器供电。
优势与劣势
优势
劣势
ADCP有两大优势：首先是ADCP的遥感属性，即这样一个小型的设备能够测量超过1000米范围的剖面流速，为 科学研究、工程和监测工作带来了极大的便利；此外，ADCP没有活动部件，因此可抗生物附着。这些特点使得 ADCP能提供长期的洋流观测。19世纪80年代中起，已有数千台ADCP在世界各大海洋中投入使用，改变了人类对洋 流的认识，对洋流的研究和观测有巨大贡献。
（1）20世纪60～70年代探索研究阶段
20世纪60年代初，美国迈阿密大学海洋实验室与Airpax电子公司首先开展了声学多普勒测流技术研究。 1969～1970年期间，美国白橡树海军武器实验室继Kronengold之后亦进行了相关设计试验。70年代初，中大洋 动力学试验（MODE）中采用萨沃纽斯转子海流计，因转子无法准确响应海洋上层动力学特性，由此加速了声学多 普勒测流剖面的研究。自此，美、英、法、加、日、挪威与中国先后开展了相关技术研究。经探索与试验，首台 船用ADCP于70年代中期诞生。著名的DCP 4400窄带流速剖面仪于80年代形成。
ADCP简介及操作
1H-ADCP简介1.1 ADCP理论知识H-ADCP是英文Horizontal Acoustic Doppler Current Profiler的缩写。
中文通常译为水平声学多普勒流速剖面仪。
流速、流量测验方法的发明被认为是河流流量测验领域的一次革命。
它比传统的河流流量测验方法提高效率十几倍。
标志着河流流速、流量测验的现代化。
H-ADCP是一种利用声学多普勒原理测验水流速度剖面的仪器。
H-ADCP一般配备有二个（或四个）换能器。
换能器与轴线成一定夹角。
每个换能器既是发射器又是接收器。
换能器发射的声波具有指向性，即声波能量集中于较窄的方向范围内（称为声束，类似于探照灯发射的光束）。
换能器发射某一固定频率的声波，然后聆听被水体中颗粒物散射回来的声波。
假定颗粒物的运动速度与水体流速相同。
当颗粒物的运动方向是接近换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频率高。
当颗粒物的运动方向是背离换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频率低。
如前所述，假定水体中颗粒物的运动速度与水体流速相同，通过跟踪颗粒物的运动（称为“水跟踪”）所测验的速度是水流相对于（也即安装平台）的速度。
当安装在固定平台上，“水跟踪”测验的流速即为水流的绝对速度。
当安装在船上（移动平台），在“水跟踪”测验的相对速度中扣除船速（平台的移动速度）后即得到水流的绝对速度。
H-ADCP 流速坐标：声束坐标仪器坐标：Ｘ－Ｙ流速数据：Ux, Uy注：不含罗盘H-ADCP用途：河流水文站或水情站流速、流量实时测验，明渠流速、流量实时测验；灌渠流速、流量实时测验；河流水质监测站总量实时监测；利用H-ADCP提供的流速和水位数据，应用指标流速法或数值方法计算流量。
河流、河口区流场数据采集，为流场数值模型提供标定或验证数据。
港口水域流场实时监测，为保证进出港船只安全提供流速数据。
海上采油平台附近流场实时监测H-ADCP应用：（1）通过电缆与电脑连接即可以作为一个独立的流速、流量在线监测系统。
走航式ADCP实用技能简介
lI自然科学篇ll ZIRAN KEXUE PlAN走航式ADCP实用技能简介邓怀勇ADCP是英文A cou sti c Doppler C urr en t Profi ler的缩写，中文通常译为声学多普勒流速剖面仪。
用ADCP进行河流流量测验是近十几年才发展和应用的新的流量测验方法，此方法的发明被以为是河流流量测验领域的一次革命，ADCP专门用于测量河流、水渠或狭窄海峡的流量，仪器性能稳定，是一种快速有效的测流装置。
当使用ADCP从河流某断面一侧测至另一侧时，能在较短的时间内即可测出流量，比传统流速仪法提高多倍效率。
我站使用的ADCP是美国RDI公司第三代河流ADCP“骏马”系列的船测(走航测量)“瑞江”牌 ADCP，工作频率600KHz。
使用两年多来，积累了一些经验，经历了一些教训。
本文就ADCP在应用及维护和使用中的一些注意事项作一些简单探讨。
1ADCP的应用1．1基本原理安装在测船上的ADCP，其测量系统包括几个部分：①ADCP②信号传输线③电脑④数据采集软件。
ADCP是一种利用声学多普勒原理测量水流速度剖面的仪器，一般配备四个换能器(即探头)，每个探头即是发射器又是接收器，利用声学原理ADCP向水体发射某一固定频率的声波，然后聆听被水体中悬浮且随水体运动的颗粒物散射回来的声波，并记录发射波与反射波之间频率改变，这个频率改变即称为多普勒频移，据此可计算出水流相对于ADCP的速波。
同时ADCP还向河底发射“底跟踪” 声波，测出ADCP安装在测船上(或移动平台)的运动速波及水深，将水流相对速度扣除船速即得到水流的绝对速度。
按多普勒频移方程：凡一2F罟式中：R一～多普勒频移；2——系数(ADCP既发射声波又接收回波，因此多普勒频移加倍) F——发射频率；C一一超声波在水体中的传播速度，与温度、含盐度有关；V——水流的运动速度。
由式可知，发射波频率F为已知，只要测定声速C和频移Fa，即可求出水流速度。
声学多普勒流速剖面仪ADCP简介概要
投标支持文件汇编投标产品名称：声学多普勒流速剖面仪 (ADCP)生产厂家：RD Instruments (RDI)，美国(1)RDI公司及其ADCP简介(2)RDI公司ISO9001 国际质量体系认证证书(3)上海黄浦江和太浦河ADCP比测实验部分图片(4)长江三峡黄陵庙水文站ADCP与DGPS、测深仪、及电罗经集成试验简报(5)走航式ADCP测量软件WinRiver中文版(6)RDI公司河流型ADCP国内用户名单(7)关于ADCP四波束和三波束的讨论(8)关于ADCP工作模式的讨论(1) 美国RDI公司及其ADCP简介RD Instruments，简称RDI，位于美国加利福尼亚州圣地亚哥市，是全球最大的ADCP（即：声学多普勒流速剖面仪）生产厂家。
RDI已通过ISO9001国际质量体系认证。
目前年产值超过两千万美元。
RDI成立于1981年。
在二十多年的发展历程中，RDI始终位于ADCP技术的世界领先地位。
以下是 RDI公司的重要技术成果：•1981，生产出世界上第一台商品ADCP•1982，河流型ADCP，开创了ADCP河流流量测量的纪元•1991，宽带 ADCP专利技术•1995，“骏马”系列 ADCP：使ADCP小型化，价格大幅度降低•1997，“骏马”系列“瑞江”牌河流型ADCP•1998，相控阵ADCP专利技术•1999，ADCP波浪仪专利技术•2001，H-ADCP：用于河流流量在线监测•2001, 零盲区技术RDI公司向中国客户提供ADCP已有十几年的历史。
至今已有一百多台RDI公司生产的ADCP应用于中国的海洋、河流、科研船只、海军舰艇、海上采油平台、等等。
其中应用于河流流量测量的走航式ADCP有四十几台。
RDI公司生产的ADCP以其优良的性能和可靠性赢得了用户的好评。
其重要优点为：∙采用宽带专利技术，因此具有高分辩率、高精度。
这对走航测量尤为重要。
∙采用四波束换能器。
有效地消除船摇晃的影响; 提高测量的可靠性。
3.ADCP介绍
3.ADCP介绍
声学多普勒流速剖⾯仪(ADCP)流量测验原理及应⽤(普及版)⿊龙江省⽔⽂局培训教材
拓展翔
ADCP
A coustic－声学
D oppler－多普勒
C urrent－流速
P rofiler－剖⾯仪
三体船ADCP
ADCP
内置
数传电台
和电池
舵槽
遥测型ADCP
声学多普勒原理
TRAIN APPROACHES--
Higher Pitch
经典实例
TRAIN RECEDES--
Lower Pitch
ADCP 利⽤声波测量流速
⼈类能听到的声波频率范围为40-24,000 Hz ADCP 频率范围为300,000-3,000,000 Hz ADCP利⽤⽔中颗粒测流速
不同坐标下的流速及其转换
摇数据，将ADCP坐标(X-Y-Z)下的流速分量转换成地球坐标下的流速分量—东向，北向和垂
深度单元和流速剖⾯
⽔跟踪和底跟踪
⽔跟踪
底跟踪
所需流速=测得流速+ 船速
ADCP 流量测验与航迹⽆关n V b
V f
/航迹
ADCP 流量测验原理
ADCP实测区、⾮实测区、微断⾯、单元⽰意图t 0
t
m
t
k+1
微断⾯
起点离岸距离
终点
离岸
距离
表层
底层
中层(ADCP实测区)
岸边区
t
k
t
1
单元
ADCP⽅法与传统⽅法的不同
ADCP获得河道流量的⽅法
回波频率与发射波频率之差由下式确。
ADCP介绍
Depth
0.3 0.3 0.4 0.4 0.5 0.54 0.5 0.7 0.7
0.2 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.2 0.2 0.2
Q ENSEMBLE = 9.4 m3/s S Q = 28.4 m3/s
最小剖面深度 （minimum profiling range）：
• 最小剖面深度取决于系统的盲区和最小单元 长度。 • 通常假定在垂线上至少保证两个有效单元， 则最小剖面深度的计算公式为：
最小剖面深度＝盲区＋２×最小单元长度＋旁 瓣区厚度或最小单元长度（两者中较大者）
盲区(blanking distance)
不同坐标下的流速及其转换
X = 声束3 & 4. Y =声束1 & 2. Z =垂直于Ｘ－Ｙ
VＵ
VＥ
VＮ
V4 V1 V3
V2
V1, V2, V3, V4
VX, VY, VzVE, NhomakorabeaN, VU
声束对
水平流速
非水平流速
１－２声束对
３－４声束对
流速矢量 实测流速分量 未测流速分量
流速空间分布及空间平均
ADCP 流量测验原理
与传统流速仪法（人工船测、桥测、缆道、涉水） 的基本原理一样： • 将整个测流断面化分为许多子断面（即布设多条 垂线） • 在每个子断面中垂线处测量水深并测量多点的流 速从而得到垂线（即子断面）平均流速
ADCP实测区、非实测区、微断面、单元示意图
表层 底层 微断面 单元 中层(ADCP实测区) 岸边区
ADCP流量测验示意过程
距离= 39m
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.8 1.0 1.0 1.0 1.0 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.6 0.8 0.8 1.0 1.0 1.0 1.0 0.1 0.3 0.4 0.5 0.5 0.6 0.7 0.7 0.9 0.9 0.9 0.9
adcp测量原理
adcp测量原理宝子们！今天咱们来唠唠ADCP这个超酷的东西的测量原理呀。
ADCP呢，全名叫做声学多普勒流速剖面仪。
你可以把它想象成一个超级智能的水下小侦探。
它主要是靠声学原理来干活的。
ADCP会发出声波，就像我们在水里丢个小石子会产生水波一样，不过它是声波哦。
这个声波在水里传播的时候呢，就会遇到水里那些跑来跑去的小颗粒，什么泥沙颗粒呀，浮游生物之类的。
当声波撞到这些小颗粒的时候，就会发生反射。
这就好比我们对着山谷大喊一声，声音会被山谷反射回来一样的道理呢。
那ADCP怎么知道流速呢？这就很有趣啦。
因为这些小颗粒是随着水流在运动的呀。
当声波反射回来的时候，由于小颗粒在动，声波的频率就会发生变化。
这就是多普勒效应啦。
就像你站在路边，一辆汽车按着喇叭呼啸而过，汽车靠近你的时候喇叭声音听起来比较高，汽车开远了声音就变低了，这就是因为汽车的运动导致声音频率的变化。
在水里也是这样，ADCP通过检测反射声波频率的变化，就能算出这些小颗粒的运动速度啦，而小颗粒的运动速度基本上就代表了水流的速度呢。
而且呀，ADCP可不光能测一个点的流速哦。
它能测剖面的流速呢。
它是怎么做到的呢？它会从不同的角度发出声波，然后接收不同深度的小颗粒反射回来的声波。
这样就像是在水下画了好多条线，把不同深度的水流速度都给探测出来了。
就像我们用好多把尺子同时量一个东西的不同部分一样。
你想啊，这对研究海洋、河流啥的可太有用了。
比如说在河流里，我们想知道河水从河面到河底是怎么流的，ADCP就能告诉我们。
在海洋里也是，它能让我们了解不同深度的海流情况。
这对航海啦，研究海洋生态啦，都有着超级大的意义呢。
再说说ADCP的精度吧。
虽然它是靠小颗粒的反射来测量的，但是它可精准着呢。
就像一个特别细心的小工匠，能把流速精确到一个很小的数值。
当然啦，它也不是在所有情况下都完美无缺的。
如果水里的小颗粒太少了，就像一个特别空旷的房间里没几个东西可以反射声波，那它的测量可能就会受到一点影响。
75kHz声学多普勒流速剖面仪(ADCP)技术规格书20140322
75kHz自容式声学多普勒流速剖面仪技术规格书中国科学院声学研究所2014年3月目录1 简介 (1)2 主要性能指标 (1)3 接口 (3)3.1 电气接口 (3)3.2 安装接口 (4)3.3 数据接口 (4)3.3.1 命令格式 (6)3.3.2 输出格式 (16)1 简介75kHz自容式声学多普勒流速剖面仪（Self-contained Acoustic Doppler Current Profilers，ADCP）采用多普勒原理测量其自身相对海流的运动速度，壳体为铝合金材料，整机耐压3000米，最大测流量程500米，广泛用于海洋流场长期定点观测，实物照片如图1所示。
图1 多普勒流速剖面仪照片2 主要性能指标（1）工作频率：75kHz（2）测速范围：±10m/s（3）准确度：±1%测量值±0.5cm/s（4）测流层数：1～128层；分层厚度：4，8，16，32m（5）测流最大作用距离：500m 1（6）数据接口：RS422；波特率：300至11520，缺省9600（7）内置压力、温度、方位和姿态传感器（8）数据内存容量：2GB（9）功耗：30V供电时，待机功耗小于20mW，低功率发射时功耗小于5W，高功率发射时功耗小于25W（10）电源：直流输入，24-50V；4个550WH电池组，开路电压40～42V （11）主机外径：φ561mm⨯1037mm（不包含插座高度），壳体材料：铝合金；相关尺寸见图2（12）环境适应性：工作温度：-5︒C--+45︒C；储存温度（不含电池）：-30︒C --+50︒C （13）最大工作水深：3000m（14）重量：95kg（空气中）/约58kg（水中）注：1，流散射强度不低于-70dB条件下图2 3000米耐压75kHz自容式ADCP外形尺寸3 接口3.1 电气接口在ADCP的上部有2个插座，分别为9芯的工作接口（采用Subconn公司MCLPBH9MSS型插座）和7芯网络测试接口（采用Subconn公司MCLPBH7MSS 型插座），信号定义见图1和表2；1）工作接口供电电压范围为电压范围为24～50V；数据通讯采用RS422形式，缺省通讯设置波特率为9600，1位停止位，无校验，ADCP通过RS422接口接收主控计算机的命令同时把测量数据发送给主控计算机，软件协议见3.3数据接口部分。
无线传输声学多普勒流速剖面仪
声学多普勒流速剖面仪无线传输系统1、声学多普勒流速剖面仪简介声学多普勒流速剖面仪(简称走航式ADCP)是美国TRDI公司生产的声学测流设备，主要用于河流流量的自动测验，是取代传统流量测量方式的高科技产品。
走航ADCP外型如图1所示，具体参数技术指标如下：图1 走航式ADCP外形图2、引进无线传输系统的必要性采用走航式ADCP进行河流流量测验时，需要将走航式ADCP探头悬淹入水面以下一定深度，从岸的一边移动到另外一边，这样走航式ADCP将整个断面流量测验出。
为保证流量测验精度，必须满足以下测验条件：（1）、每次流量测验需要往返4次，每次流量测验值和4次的平均值比较后，误差不得超过5%，如果超过5%，查找分析误差原因，并重新测验；(2)、为保证流量测验精度，每次测验时，走航式ADCP移动速度不能太快，尽量让船速小于等于流速；(3)、尽量保证船体平稳。
走航式ADCP移动过程中，船体前后、左右摇晃角度尽可能小；(4)、走航式ADCP在流量测验中，尽量保持较为顺直的移动路线。
测流轨迹尽可能垂直于主流方向。
对于采用走航式ADCP进行流量测验时，一般将ADCP探头悬挂在船体外侧，测验人员携带蓄电池、笔记本电脑等测流设备上船进行流量测验。
机动船往往移动速度较快，枯水期船速大大高于水流速度，高水时水面流速很大，船速和航向难于控制，影响流量测验精度，且安全生产难于保证。
为彻底解决采用走航式ADCP进行流量测验过程中出现的问题，拟采用无线传输系统配合走航ADCP进行流量测验。
将走航式ADCP安装在船体上，船体内部有蓄电池和无线传输电台，船体有悬挂结构，便于采用水文站缆道系统进行低速平稳牵引。
安装走航式ADCP的船体需要保持平稳，尽可能采用三体结构。
船体后部有尾翼便于控制航向。
电台和蓄电池安装在船舱内，需要良好的防水。
走航式ADCP测流时信号量很大，传输数据多。
为保证信号传输质量，无线传输电台串口要达到115200比特位/秒。
ADCP(声学多普勒海流剖面仪)测量原理与技术
一般来说GPS方法测船速不如“底跟踪”方 法精确。
ADCP测量原理与技术
盲区
所谓盲区, 是由于测船不能靠近, 或者因ADCP本身的原因, 仪器无法测 到数据的区域, 称为“ 盲区”, 亦可称作“ 非实测区”。 顶部盲区；底部盲区；侧部盲区
TRAIN APPROACHES-Higher Pitch
TRAIN RECEDES-Lower Pitch
ADCP测量原理与技术
波束和地球坐标
波束（wave beam）是指由换能器发射出来的声脉冲波在测流面上形成的 形状（比如说像手电筒向黑暗处射出的光束）。
地球直角坐标系：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向 地球赤道面与格林尼治子午圈的交点 。
横摇（roll），又称侧滚角，导航系统中用来标 识目标的横向倾角，其值等于目标物体所在平 面上，与艏艉线垂直的线与其在水平面的投影 间的夹角。
升沉（heave），船体在垂向的移动距离。
纵摇、横摇、升沉由姿态传感器测得。
ADCP测量原理与技术
深度单元（Bin)
水流在垂向上被分割成若干单元，叫深度单元（depth cell） 一台ADCP相当于许多单点测流仪
ADCP测量原理与技术
艏向、纵摇、横摇、升沉
艏向（Heading），在某时刻船首在水平面上的方位，用与基准方位间的偏转角度 表示，通常基准方位为0°按顺时针依次增加，360°与0°重合。 由罗经测得。
纵摇（pitch），又称俯仰角，导航系统中用来 标识目标的纵向倾角，其值等于艏艉线与其在 水平面的投影间的夹角。
ADCP测量原理与技术
ADCP测流
1．引言河流流量测量是水文工作者的重要任务之一。
传统的河流流量方法包括人工船测，桥测，缆道测量，和涉水测量等。
其基本原理是在测流断面上布设多条垂线。
在每条垂线处测量水深并用流速仪测量一至几个点的流速仪从而得到线平均流速。
进而得到断面面积和断面平均流速。
流量则由断面面积和断面平均流速的乘积得到。
ADCP是英文Acoustic Durrent Profiler的缩写。
中文通常译为声学多普勒流速剖面仪。
当装备有ADCP的测量船从河流某断面一侧航行至另一侧时，ADCG即刻测出河流流量。
本文简要介绍ADCP和ADCP河流流量测量原理和方法。
2．ADCP简介顾名思义，ADCP是一种利用声学多普勒原理测量水流速度剖面的仪器。
与机械式电磁式流速仪不同，ADCP是一种遥测仪器。
即ADCP流速测量点不在ADCP所处的位置。
而且，ADCP可以测量距其一定范围内的许多点的流速。
也就是说，一台ADCP可以替代许多台机械式电磁式流速式。
为了测量三维流速，ADCP一般装备有四个（或三个）声换能器。
换能器总是安装成与ADCP轴线成一定倾角。
每个换能器即是发射器对应于一个声束。
换能器发射的声波尽可能集中于较窄轴线成一定倾角。
每个换能器即是发射器又是接收器。
换能器发射的声波尽可能集中于较窄的声束范围内。
每一个换能器对应于一个声束。
换能器发射某一固定频率的声波，然后聆听被子水体中颗粒物散射回来的声波。
假定水体中颗粒物与水体流速相同。
当颗粒物的移动方向是接近换能器时，换能器聆听到的回疲频率高。
当颗粒物的移动方向是背离换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频低。
声学多普勒频移，即发射声波频率与回波频率之差由下式确定：式中：Fd是声学多普勒移；FS是回波频率；V是颗粒物沿声方向的移动速度（即沿声束方向的水流速度）C是声波在水中全会传播速度。
ADCP每个换能器轴线即为一个声束座标。
每个换能器测量的流速是水流是水流沿其声束座标方向的速度。
任意三个换能器轴线即组成一组相独立的空间声束座标系。
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投标支持文件汇编
投标产品名称：声学多普勒流速剖面仪 (ADCP)
生产厂家：RD Instruments (RDI)，美国
(1)RDI公司及其ADCP简介
(2)RDI公司ISO9001 国际质量体系认证证书
(3)上海黄浦江和太浦河ADCP比测实验部分图片
(4)长江三峡黄陵庙水文站ADCP与DGPS、测深仪、及电罗经集
成试验简报
(5)走航式ADCP测量软件WinRiver中文版
(6)RDI公司河流型ADCP国内用户名单
(7)关于ADCP四波束和三波束的讨论
(8)关于ADCP工作模式的讨论
(1) 美国RDI公司及其ADCP简介
RD Instruments，简称RDI，位于美国加利福尼亚州圣地亚哥市，是全球最大的ADCP（即：声学多普勒流速剖面仪）生产厂家。
RDI已通过ISO9001国际质量体系认证。
目前年产值超过两千万美元。
RDI成立于1981年。
在二十多年的发展历程中，RDI始终位于ADCP技术的世界领先地位。
以下是 RDI公司的重要技术成果：
•1981，生产出世界上第一台商品ADCP
•1982，河流型ADCP，开创了ADCP河流流量测量的纪元
•1991，宽带 ADCP专利技术
•1995，“骏马”系列 ADCP：使ADCP小型化，价格大幅度降低
•1997，“骏马”系列“瑞江”牌河流型ADCP
•1998，相控阵ADCP专利技术
•1999，ADCP波浪仪专利技术
•2001，H-ADCP：用于河流流量在线监测
•2001, 零盲区技术
RDI公司向中国客户提供ADCP已有十几年的历史。
至今已有一百多台RDI公司生产的ADCP应用于中国的海洋、河流、科研船只、海军舰艇、海上采油平台、等等。
其中应用于河流流量测量的走航式ADCP有四十几台。
RDI公司生产的ADCP以其优良的性能和可靠性赢得了用户的好评。
其重要优点为：
∙采用宽带专利技术，因此具有高分辩率、高精度。
这对走航测量尤为重要。
∙采用四波束换能器。
有效地消除船摇晃的影响; 提高测量的可靠性。
∙高度可靠性。
迄今为止，在中国应用的四十几台河流型ADCP无一台发生质量问题。
达到了零故障率、零返修率。
因此，尽管RDI公司ADCP价格通常高于其它厂家的同类产品，大多数用户还是选择RDI公司生产的ADCP。
(3) 上海黄浦江和太浦河ADCP与传统转子式
流速仪比测实验部分图片
客户：上海市水文总站
厂方：美国RDI公司
厂方中国代理：劳雷工业公司
比测时间：2001年9月27日～9月30日
站位１：黄浦江松浦大桥水文站测流断面
站位２：太浦河练塘水文站测流断面
在比测中，采用了一台RDI公司“瑞江”牌600 kHz走航式ADCP。
附比测实验部分图片：
站位１：黄浦江松浦大桥水文站测流断面
站位２：太浦河练塘水文站测流断面
RDI公司“瑞江”牌600 kHz走航式ADCP
走航式ADCP安装在租用的小船上
在黄浦江松浦大桥水文站测流断面比测中，采用四条测船和一个缆道测点，25小时连续测量
黄浦江松浦大桥水文站测流断面ADCP走航测量实例
黄浦江松浦大桥水文站测流断面ADCP走航测量结果与人工船测结果的比较：两者吻合很好
(4) 长江三峡黄陵庙水文站ADCP与
DGPS、测深仪、及电罗经集成试验简报
最近，水利部长江水利委员会与RDI公司联合进行了将ADCP与DGPS、测深仪、及电罗经集成的试验并取得成功。
这是国内首次将DGPS、测深仪、及电罗经同时与ADCP 集成。
从而解决了ADCP在洪水期使用时遇到的高含沙量水流、河底存在推移质运动的问题，以及磁罗盘受铁壳船干扰的问题。
试验于2002年9月18日至20日在长江三峡黄陵庙水文站测流断面进行。
该测流断面位于长江三峡大坝下游约５公里处。
试验期间已过洪水期，流量大约为11,000立方米／秒，河宽约为400米，河床最深处为53米，含沙量约为0.5公斤／立方米。
试验船为黄陵庙水文站测船，铁壳船体，长约30米。
测船左舷中部装有ADCP安装支架。
该支架可以沿滑道上下滑动，调节ADCP入水深度。
试验采用了四台RDI公司的ADCP：
∙WHM150 型150 kHz ADCP
∙RDR300 型300 kHz BBADCP
∙WHM300 型300 kHz ADCP
∙WHR600 型600 kHz ADCP
测船上配备有一台电罗经和一台DGPS,和一台测深仪为。
ADCP与DGPS、测深仪、及电罗经的集成是由电脑运行RDI公司的WinRiver软件来完成的。
WinRiver软件具备与DGPS、测深仪、及电罗经进行通讯的接口，可以同时接受DGPS、测深仪、及电罗经的数据并将这些数据用于流速和流量的计算。
每一个外接仪器与电脑连接需要一个串口。
因此，当ADCP与DGPS、测深仪、及电罗经集成时，共需四个串口。
笔记本电脑通常只具备一个串口和一个或两个USB口。
试验中采用了一个USB口／多串口转换器。
该转换器可以将电脑的一个USB口转换成四个串口。
试验结果表明，由采用DGPS、测深仪、及电罗经数据得到的流量与底跟踪得到的流量吻合很好。
试验报告正在整理中。
以下是部分试验图片。
长江三峡黄陵庙水文站
黄陵庙水文站测船
WHM300 型300 kHz ADCP
参加试验人员合影
(5) RDI公司走航式ADCP河流流量测量软件
WinRiver已有中文版
自动设置仪器参数界面
工作界面
(7) 关于ADCP四波束和三波束的讨论
美国RDI公司生产的ADCP采用四波束换能器，而有的厂家的ADCP采用三波束换能器。
那末是四波束好还是三波束好？
回答这个问题，我们不妨做一个类比。
众所周知，三个轮子的汽车也能行驶。
但是为什么三轮汽车并不多见，而四轮汽车却随处可见。
其原因很简单，四轮汽车更安全、更可靠、行驶性能更好。
类似地，尽管ADCP只要有三个波束就可以测量三维流速，采用四个波束的ADCP的性能将好于三波束ADCP。
以下是四波束ADCP的主要优点：
１．即使因为某种原因（例如：水中杂物，游鱼，水下结构物等），四个波束中某一波束或者某一波束的某一单元失去信号或者信号不好，其它三个波束仍
然能够提供有效数据。
因而流速测量的可靠性提高。
２．采用四个波束测量，增加了测量信息量，使流速测量的短期精度比采用三波束提高约25%。
３．由于四波束的对称性，能够有效地消除由于船只横摇和纵摆引起的流速测量误差。
当然，四波束ADCP的造价要比三波束ADCP高。
这也是RDI公司的ADCP比其它厂家的ADCP价格略高的原因之一。
总之，四波束ADCP的可靠性和工作性能都比三波束ADCP要好。
（８）关于ADCP工作模式的讨论
美国RDI公司生产的“骏马”系列“瑞江”牌河流ADCP包括两种工作模式：标准模式和浅水高精度模式。
标准模式流速测量范围大，剖面深度大。
应用于大多数情况。
浅水高精度模式流速测量范围小，剖面深度小，但流速测量精度非常高。
其流速测量短期精度可达１个毫米／秒的量级。
因此，当流速很低，仅为几个厘米／秒的情况下，采用浅水高精度模式效果特别好。
我们曾在太湖流域某河流采用600 kHz“瑞江”ADCP浅水高精度模式进行了流速和流量测量。
当时测流断面约一半部分流速仅为１－３cm/s。
测量效果很好。
必须指出的是，有的厂家制造的窄带ADCP声称只需要一个工作模式就够了的说法是不恰当的。
用户可以提这样的问题：在１－３cm/s的流速情况下，窄带ADCP能够得到精确的测量结果吗？别说窄带ADCP，就是宽带ADCP标准模式也不能在这样低的流速情况下得到精确的测量结果，而必须采用高精度模式。
事实上，窄带ADCP的所谓一个工作模式与RDI公司宽带ADCP标准模式是相对应的。
它并不包含在低流速情况下精确测量的能力。
国内几个窄带ADCP的用户普遍反映，在走航测量时，当流速为10 cm/s左右时（流速还并不算很低！），窄带ADCP 流速测量精度已经很差，流速矢量沿航迹的分布很乱，呈“狼牙棒”状。
这是由于窄带ADCP短期精度低，远低于宽带ADCP的缘故。
因此，对于浅水高精度模式所能够解决的低流速测量问题，窄带ADCP的所谓一个工作模式并不能解决。
RDI公司的“瑞江”牌河流ADCP包括两种工作模式显然提高了ADCP的性能和价值。
太湖流域某河流采用600 kHz“瑞江”ADCP浅水高精度模式流速、流量测量实例。