声学多普勒测速仪
多普勒测速仪工作原理
多普勒测速仪工作原理
多普勒测速仪是一种利用多普勒效应来测量物体速度的仪器。
多普勒效应是指当光源和接收器相对于移动的物体时，接收到的光频率会发生变化。
多普勒测速仪使用一束光源发出一束特定频率的光。
当这束光照射到目标物体上时，一部分光会被反射回测速仪的接收器。
当目标物体静止时，接收器接收到的光频率与发射的光频率相同。
然而，当目标物体在远离或靠近测速仪的过程中，接收器接收到的光频率会发生变化。
如果物体远离多普勒测速仪，则接收到的光频率会降低；如果物体靠近多普勒测速仪，则接收到的光频率会增加。
通过测量接收到的光频率的变化，多普勒测速仪可以计算出物体的速度。
具体计算的方法是通过测量接收到的光频率与发射光频率之间的频率差异，然后根据多普勒效应公式计算出速度的大小和方向。
值得注意的是，多普勒测速仪在测量物体速度时，需要考虑光的波长以及物体的运动方向。
声学多普勒流速剖面仪-最新国标
声学多普勒流速剖面仪1 范围本标准规定了声学多普勒流速剖面仪产品的类型和组成、要求、试验方法、检验规则，以及标志、包装、运输、贮存。
本标准适用于声学多普勒流速剖面仪（简称流速剖面仪）的设计、生产和使用。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T2828.1-2012 计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划GB/T 10250-2007 船舶电气与电子设备的电磁兼容性GB/T 13972-2010 海洋水文仪器通用技术条件GB 18523-2001水文仪器安全要求GB/T 32065.2-2015 海洋仪器环境试验方法第2部分：低温试验GB/T 32065.3-2015 海洋仪器环境试验方法第3部分：低温贮存试验GB/T 32065.4-2015 海洋仪器环境试验方法第4部分：高温试验GB/T 32065.5-2015 海洋仪器环境试验方法第5部分：高温贮存试验GB/T 32065.6-2015 海洋仪器环境试验方法第6部分：恒定湿热试验GB/T 32065.11-2021 海洋仪器环境试验方法第11部分：冲击与碰撞试验GB/T 32065.14-2019 海洋仪器环境试验方法第14部分:振动试验GB/T 32065.15-2019 海洋仪器环境试验方法第15部分:水压试验HY/T 042-2015海洋仪器设备分类、代码与型号命名JJG 763-2019温盐深测量仪检定规程3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1声学多普勒速剖面仪 acoustic doppler current profiler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，并利用失量合成方法获取海流垂直剖面水流速度的水声仪器。
中考物理总复习《声学专练》专项提升练习题(附答案)
中考物理总复习《声学专练》专项提升练习题(附答案) :___________班级___________姓名______________________题型训练训练题01【2023·江苏苏州·中考真题】人眼对观察到的景物有暂时的“记忆”，在外界景物消失后，视神经对它的印象还会延续0.1s 左右，这种特征叫视觉暂留．例如在一张白色卡片纸的正、反面分别画上鸟笼和鸟，让卡片纸快速旋转，当正、反两面交替出现在眼前的时间间隔在0.1s 之内时，人眼就能看到鸟在笼中的现象（图甲）。
一些城市地铁行驶在某些区间时，乘客能看到窗外出现清晰的动态广告，往往也是利用了视觉暂留的原理。
某段地铁内隧道广告的制作方法如下：在隧道侧壁与车窗相同高度处，沿运行方向每经过距离d ，安装一块大小相同的广告灯箱，如图乙。
灯箱采用频闪方式实现亮、暗交替，且工作时各灯箱亮、暗同步变化（人的视觉暂留时间以0.1s 计算）。
（1）要实现时长15s 的广告效果，至少需要安装 块广告灯箱；（2）灯箱安装好后，调节灯箱发光频率f ，控制地铁速度v ，当它们满足下述哪种情况时，乘客能看到流畅稳定的广告画面？答： 。
A ．5Hz f =，且v df =B ．10Hz f =，且12v df = C ．20Hz f =，且v df =D ．30Hz f =，且3v df =（3）座位上乘客发现正常显示的广告画面突然向地铁前进方向缓慢移动，可能原因是 （写出一种即可）。
训练题02【2023·云南·中考真题】我国自主研制的“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功完成了万米级海试。
潜水器配备了国际先进水平的声学系统，声学系统由母船部分和潜水器本体部分组成，为“奋斗者”号实现了水声通信、精细探测和定位导航。
水声通信是“奋斗者”号与母船之间唯一的沟通方式。
由于可见光和电磁波在海水中传播时衰减很快，也无法通过一根连接母船的线缆来进行通信。
多普勒效应及声速测量实验报告
多普勒效应及声速测量实验报告实验目的：通过实验探究多普勒效应原理及其在声速测量中的应用。
实验原理：多普勒效应是指在观察者和物体之间相对运动时，物体发出的声波的频率和观察者接收到的频率之间的变化。
当物体向观察者靠近时，观察者接收到的频率比物体发出的频率要高；相反，当物体远离观察者时，观察者接收到的频率比物体发出的频率要低。
在声速测量中，我们可以利用多普勒效应来测量声速。
我们可以发射一个声波信号，当信号击中另一固体物体反弹回来后，我们测量反弹信号的频率变化，从而计算出声速。
实验设备：声音发生器、音叉、示波器、计时器、直尺、实验台。
实验步骤：1. 将发生器放在实验台上，并调节成合适的频率。
2. 将音叉放在实验台上，调节成与发生器相同的频率。
3. 将示波器与音叉相连，观察示波器显示的波形，并记录下音叉的频率。
4. 将音叉固定在实验台上，将示波器调至多普勒效应实验模式，并调节示波器的控制器，使波形频率增加50Hz左右。
5. 开始实验，将一个直尺放在音叉震动的方向上，将其上的一段用胶布固定在音叉上，并让另一端在示波器前来回振动。
6. 启动计时器，记录下直尺来回振动一次所需的时间，反复测量多次并取平均值。
7. 计算出声波的频率，利用多普勒效应公式（f1 = f0(v - v0) / (v + v1)）计算出声速。
实验结果：在实验过程中，我们记录了多组来回振动一次所需的时间，并计算出平均值，如下所示：来回振动时间（秒）平均值（秒）0.417 0.4210.416 0.4180.415 0.4210.418 0.4200.422 0.423通过上述记录和计算，我们可以得出音叉的频率为440Hz，利用多普勒效应公式，可得出声速为340m/s。
实验结论：通过本次实验，我们成功探究了多普勒效应的原理并在声速测量中应用，更深入地了解了声波在空间中的传播规律，并通过实验得出了准确的声速计算结果，从而加深了对声学的理论和实践知识的理解和认识。
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。
多普勒测速仪_捷联惯导组合导航技术研究
[作者简介] 秦瑞,助理工程师.[收稿日期] 2005210220[文章编号] 100921300(2006)0620068205多普勒测速仪/捷联惯导组合导航技术研究秦 瑞1, 王顺伟2, 袁晓峰2, 季德成2(1.海军驻中国航天科工集团第三研究院军事代表室,北京 100074;2.北京自动化控制设备研究所,北京 100074)[摘 要] 提出了利用多普勒测速仪辅助捷联惯导系统动基座对准以及基于卡尔曼滤波的组合导航方案,并对该导航方案水上实验的结果进行了分析.实验结果表明,多普勒测速仪能够有效地抑制惯导误差随时间积累的缺点,提高了导航定位的精度.[关键词] 多普勒测速仪; 捷联惯导系统; 对准; 组合导航; 卡尔曼滤波[中图分类号] TJ765.2+2 [文献标识码] AStudy of I n tegra ted Nav i ga ti on of Strap 2down I nerti a lNav i ga ti on A i ded by D VLQ in Rui 1, W ang Shun wei 2, Yuan Xiaofeng 2, J i Decheng2(1.Naval Rep resentative Bureau I n The Third Research Acade my,C ASI C,Beijing 100074,China;2.The I nstitute of Aut omatic Contr ol Equi pment of Beijing,Beijing 100074,China )Abstract:A revising method is p r oposed,in which the vel ocity of Dopp ler vel ocity l og (DVL )is used t o aid the align ment of strap 2do wn inertial navigati on syste m with DVL and the integrated navigati on based Kal m an filter .The result of surface water experi m ent de monstrates that DVL can eli m inate the accu mula 2ted err ors of inertial navigati on syste m and i m p r ove navigati on accuracy .Keywords:Dopp ler vel ocity l og; strap 2down inertial navigati on syste m; align ment; integrated navi 2gati on; Kal m an filter1 引言惯性导航是完全自主导航设备,自主完成导航任务,与外界不发生任何光、电联系,自主性好,工作不受气象条件的限制.这一独特的优点,对航行器的使用非常重要.所以,惯性导航系统作为主要的传感器在舰船、飞机、宇宙航行器上得到了广泛的应用.但是,它的误差随时间积累,难以长时间准确提供导航信息.多普勒计程仪利用反射回声波的多普勒频移能够测量水面或者是水下航行器相对水底的绝对速度或者是水流的相对速度,具有一定的实时性和自主性.利用多普勒计程仪的速度误差不随时间积累的特性,与惯导系统构成组合导航系统,是提高导航系统精度的有效途径.尤其对于水下或水面航行体无法接受卫星导航信号的情况下进行组合导航,具有一定的工程应用价值.・86・战术导弹技术 TacticalM issile Technol ogy Nove mber,2006,(6):68～72图1 DVL 辅助对准原理框图图2 DVL 辅助惯导导航系统原理框图2 多普勒测速仪的工作原理多普勒测速仪(Dopp ler vel ocity l og,DVL )是利用波的多普勒效应以及测流原理制成的声学设备,能够用来测量水流速度与方向、航行体相对地面的绝对速度以及水的深度.2.1 多普勒效应以及测流原理多普勒效应是指当机械波或电磁波的发射源与接收点间沿两者连线方向存在相对速度时,接收频率与发射频率并不相同,这一频率差称为多普勒频移.多普勒频移与载体相对速度成正比,因此,根据发射频率和多普勒频移能得出这一相对速度.这是DVL 测水速和地速的基本原理.由于水存在流动性,测流的基本原理是:声学多普勒信号发生器向水中发射固定频率的超声波短脉冲,这些超声波短脉冲碰到水中的散射体(浮游生物、泥沙等)将发生散射.从散射体返回的信号在频率上有变化(频移).从每个波速上得到的回波信号可得到水流的东向、北向以及垂向速度分量.2.2 多普勒测速仪功能及工作原理多普勒测速仪是根据声波在水中的多普勒效应制造的一种精密测速仪器.它采用三个独立的活塞型换能器产生三个向下与铅垂线成一定角度的笔形波速测量出航行体的三维速度.根据测流原理能够得到航行体相对水流的速度,该功能叫做水跟踪.同理,利用多普勒效应能够测量其相对水底的速度,叫做底跟踪.值得注意的是,底跟踪的速度不同于水层测量,因为其发射的波束必须完整地到达水底,所以DVL 要根据其对水深的初略估计自动调节发射的脉冲长度,并且当水深超过30m 时,一般不再适宜使用底跟踪.水跟踪测量的速度是底跟踪测量的速度加真实的水流速.在使用过程中,由于DVL 存在安装误差,所以在使用之前必须利用其他导航系统对其进行校准,测量出安装误差角,以便在运行时把DVL 测量出的速度转化到载体坐标系上.3 D V L 辅助惯导组合导航技术原理3.1 D V L 辅助惯导动基座对准原理多普勒计程仪有测速精度高的优点,所以可以用它测出的速度信息进行辅助动基座对准.首先,惯导系统利用地球自转角速率和重力加速度进行自主式粗对准.然后把DVL 测量的速度与惯导的速度匹配,利用卡尔曼滤波器对状态进行估计,并根据状态估计值对惯导系统进行修正,完成惯导系统的初始对准.其原理框图如图1所示.3.2 D V L 与惯导组合导航原理通过卡尔曼滤波器进行信息融合,并利用其输出的参数误差估计值直接校正系统输出的导航参数,能够将惯性导航系统和多普勒测速仪进行组合,构成具有高精度、高可靠性、高自主性的功能完善的水下组合导航系统.在校正方式的选择上,采取输出校正与反馈校正相结合的办法.估计过程中首先采用输出校正,等滤波器稳定(即估计误差稳定)后进行反馈校正,并以校正后的导航参数作为导航参数输出.如果只采用输出校正,由于惯导系统导航误差随时间积累,误差越来越大,与状态方程线性化相矛盾,可能导致滤波发散.而反馈校正是将估计的状态引入系统内部进行校正,由于卡尔曼滤波存在动态收敛・96・战术导弹技术 TacticalM issile Technol ogy Nove mber,2006,(6)过程,在过渡过程中估计精度不高,用不精确的估计值进行反馈校正效果不好,可能引起系统振荡.图2是组合导航系统的原理框图.3.2.1 D V L 测量模型用DVL 测速是基于声速的传播,声速在水中传播要受到水密度等诸多因素的影响,所以必须建立测速仪的测量模型.精确的声速测量模型需要精确的水温、水压和盐度等信息.由于盐度受水表面的蒸发、降雨量、水深度等的影响,所以某个区域的水流断面特性还和气候密切相关.在组合导航的过程中,需合理地选用DVL 的工作模式.在水深大于30m 的时候由于声速在水中传播受到衰减,测速精度受到很大影响,一般使用水跟踪模式.而在水较浅的时候,由于水流受风浪的影响,作为散射源的水流流动方向不一致,而且还存在着水流速误差,从而产生较大的测速误差.所以,在建立DVL 测速模型时,要充分考虑到诸多影响因素,并根据不同的环境选用不同的工作模式.3.2.2 系统状态方程与量测方程惯导系统的误差方程在不同坐标系下不尽相同,在本文研究中,采用的是北天东地理坐标系.取状态向量为X =(φN ,φU ,φE ,ΔV N ,ΔV E ,Δλ,ΔL,εx ,εy ,εz ,δV d ,δΔ,δC )T.其中,φN ,φU 和φE 为姿态失准角;ΔV N 和ΔV E 为北向、东向速度误差;Δλ和ΔL 为经度、纬度误差;εx ,εy 和εz 为纵向、垂向和侧向陀螺的漂移;δV d 为速度偏移误差;δΔ为偏流角误差;δC 为刻度系数误差.系统状态方程如下:φ・N=-V N RφU -(ωie sin L +V E Rtan L )φE+ΔV ER-ωie sin L ΔL +C nb (1,1)εx +C nb (1,2)εy +C nb (1,3)εz .φ・U=V N RφN +(ωie cos L +V E R)φE ++ΔV ERtan L +(ωie co s L +V E Rsec 2L )ΔL +C n b (2,1)εx +C n b (2,2)εy +C nb (2,3)εz .φ・E =(ωie sin L +V E Rtan L )φN -(ωie cos L +V ER )φU +ΔV N R+C nb (3,1)εx +C nb (3,2)εy +C nb (3,3)εz .ΔV ・N =f E ・φu -f U ・φE -2(ωie sin L +V E Rtan L )ΔV E -(2ωie V E co s L +V E V NRsec 2L )ΔL + N .ΔV ・N =f U ・φE -f N ・φU +(2ωie sin L +V E Rtan L )ΔV N +V ER tan L ΔV E +(2ωie V N co s L +V E V NRsec 2L )ΔL + E .Δλ・=ΔV ERsec L +V ER sec L tan L ΔL.ΔL ・=ΔV NR .ε・x =-1T g εx +ωx .ε・y =-1T g εy +ωy .ε・z =-1T gεz +ωx .其中,f N ,f U 和f E 分别为三个加速度计测得的比力在导航坐标系上的分量;V N ,V E ,L 和λ为惯导系统导航参数输出; N 和 E 为加速度计随机噪声,服从零均值正态分布.根据多普勒计程仪工作原理,它测量载体相对海底的速度和偏流角,测量误差主要有速度偏移误差δV d ,偏流角误差δΔ,刻度系数误差δC.δV d 和δΔ用一阶马尔可夫过程表示,δC 为随机常数.相应误差状态方程为δV d =-1T gδV d +w d ,δΔ=-1T gδΔ+w Δ,δC =0.(1)其中,w d 和w Δ为激励白噪声.取SI N S 解算速度和DVL 测量速度之差作为观・07・战术导弹技术 TacticalM issile Technol ogy Nove mber,2006,(6)图4 纯惯导导航纬度误差测量,得系统观测向量为Z k=δV N -δV dNδV E -δV dE.(2)3.2.3 卡尔曼滤波器上述的状态方程和观测方程可以表示成:X ・=A (t )X +G W.Z k =H k X k +V k .(3)式中,量测噪声为v =[v kN v kE ],系统观测矩阵H 为H =00-V N 1000000-sin k d -V N -V E00 V E 0100000-cos k d V E -V N.其中,k d 表示考虑偏流角的航迹方向.系统的状态方程是连续线性的,观测方程是离散线性的.将状态方程离散化为X k =<k,k -1X k -1+Γk,k -1W k -1,Z k =H k X k +V k .(4)式中,<k,k -1为状态转移矩阵,Γk,k -1为模型噪声转移矩阵,W k 为模型噪声,H k 为观测矩阵,V k 为观测噪声.离散卡尔曼滤波方程如下:状态一步预测:X ^k /k -1=<k,k -1X ^k -1.(5) 状态估计:X ^k =X ^k /k -1+K k (Z k -H k X ^k /k -1).(6) 滤波增益:K k =P k /k -1H Tk (H k P k /k -1H Tk +R k )-1.(7) 一步预测均方误差:P k /k -1=<k,k -1P k -1<k,k -1T +Q k -1.(8) 估计均方误差:P k =(I -K k H k )P k /k -1(I -K k H k )T+K k R k K Tk .(9)4 实验验证为了检验上述组合导航系统方案的可行性,在某地进行了摸底实验.利用GPS 的速度和位置作为测量基准,分别进行了以下三种实验:(1)DVL测速实验,测试测速效果;(2)DVL 辅助惯导系统对准实验并测试了纯惯导导航精度,以检验DVL 辅助惯导水上动基座对准的效果;(3)DVL 辅助惯导系统对准及组合导航实验,测试了组合导航精度,以检验惯导/DVL 组合导航的效果.4.1 D V L 测速实验取水上实验的一组测速数据分析,误差曲线如图3所示.从图中可以看出,DVL 测速精度较高,为与惯导系统组合提供了基准条件.多普勒测速仪在通电开始阶段,测速误差较大,这和DVL 的安装失准角相关.经过校准后,其测速精度明显得到了提高.图3 DVL 测速误差4.2 D V L 辅助惯导系统水上动基座对准及纯惯导导航实验利用DVL 提供的测速信息辅助惯导系统进行了对准实验,实现了水上动基座对准,对准后惯导系统在纯惯性工作状态下工作.导航1h 的经纬度(位置)误差曲线见图4和图5,导航综合误差达到1.6n m ,表明水上动基座对准效果良好.・17・战术导弹技术 TacticalM issile Technol ogy Nove mber,2006,(6)图5 纯惯导导航经度误差图6 DVL 与惯导组合导航纬度误差图7 DVL 与惯导组合导航经度误差4.3 D V L 与惯导组合导航实验精度测试惯导系统对准后,导航1h,纯惯导误差已经达到3470.5m ,而用DVL 辅助惯导进行组合导航,导航误差只有几米,见图6和图7,实验数据见表1.多普勒测速仪与惯导系统组合,惯导误差随时间发散的问题得到了很好的抑制.表1 纯惯导与组合导航定位误差统计结果t /m in0102030405060纯惯导导航纬度误差/m 31510924347018503090组合导航纬度误差/m 252-21-8-3纯惯导导航经度误差/m -12-57-179-354-1057-1308-1580组合导航纬度误差/m-1-4-2-9-5-6-15 结 论利用DVL 辅助惯导系统的技术方案可以实现水上动基座对准及组合导航,可以有效地克服惯导导航误差随时间发散的缺点,提高了导航系统的精度.[参 考 文 献][1] M ikael B liksted Larsen .H igh Perfor mance Dopp ler 2I ner 2tial Navigati on Experi m ent Result [C ].I EEE,2000.[2] Steve Beiter,B ill San Fili po .Precisi on Hybird Navigati onSyste m f or Varied M arine App licati ons[C ].I EEE,1998.[3] 曹洁,刘繁明.AUV 中SI N S/DVL 组合导航技术研究[J ].中国航海,2004,(2).[4] 秦永元,等著.卡尔曼滤波与组合导航原理[M ].西安:西北工业大学出版社,1998.・27・战术导弹技术 TacticalM issile Technol ogy Nove mber,2006,(6)。
声学多普勒流速仪ADV
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原理
声学多普勒测速仪是基于多普勒效应的理论。即：当波源 和观察者有相对运动时，观察者接收到的波频已发生改变， 声波频率在声源移向观察者时变高，在声源远离观察者时 变低。
ADV的测量很重要参数是控制体距离发射探头约为5cm， 是一个圆柱体，由探头发射超声波，遇到控制体后反 射，并由接受探头接受反射的信号，因此，ADV测量的 实际是控制体与发射探头的相对运动速度。
声学多普勒流速仪
ADV（Acoustic Doppler Velocimetry）
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1
简介 结构 原理 应用
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简介
• SonTek公司为美国陆军工程兵团水道实验室设计制造的。 该流速仪运用多普勒原理，采用遥距测量的方式，对距离探 头一定距离的采样点进行测量。
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结构
声学多普勒测速仪主要由三部分组成：量测探头、信号调 理、信号处理。量测探头由三个10MHz的接收探头和一个 发射探头组成，三个接收探头分布在发射探头轴线的周围， 它们之间的夹角为120°，接收探头与采样体的连线与发 射探头轴线之间的夹角为30°，采样体位于探头下方5cm 或10cm，这样可以基本上消除探头对流场的干扰。
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长江三峡大江截流
在我国已有不少 成功应用实例。
功果桥电站水库下闸蓄水。
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感谢观看
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应用
声学多普勒测速仪测流装置,它不破坏流场、响应速度快、 测量精度高，获得的信息量大、资料完整,由于其方便、快 速和精确的流速测量特点,应用范围起来越广泛。
如今，ADV已成为水力及海洋实验室的标准流速测量仪器。 广泛应用于研究波浪轨迹、研究水体运动轨迹、桥桩周围 水流扰动的研究、水沙试验测试、室内水力模型实验、野 外测量（ 沼泽地小流速的测量、黄石国家公园热喷泉水的 测量、水处理厂沉淀池中的测量）、水产养殖业（水流扰 动对渔业的影响）、水处理厂（用ADVOcean 测量水流的流 量）、测量沼泽地中的流速、ADV研究海浪、泥沙实验室等。
声学多普勒流速剖面仪检测方法
声学多普勒流速剖面仪检测方法我折腾了好久声学多普勒流速剖面仪检测方法，总算找到点门道。
一开始，我真是瞎摸索。
这声学多普勒流速剖面仪，听起来就很复杂。
我拿到这仪器的时候，都不知道从哪儿下手。
我先试着按照说明书的基本设置来，就像搭积木一样，一步一步照着做。
但是，问题很快就来了。
比如说，仪器的安装角度很关键。
我刚开始没太在意这个，就随便找个看着差不多的位置给安上了。
结果测出来的流速数据乱得一塌糊涂，就像一锅粥，我当时就懵了。
后来我才知道，这个安装角度得根据水流的方向还有周围的环境来调整。
你想啊，这就好比拍照的时候相机的角度没调好，拍出来的照片肯定不好看，一个道理。
还有这仪器的校准，哎呀，这可太折磨人了。
我试过用标准的流速装置来校准它，但是每次得到的结果都有点偏差。
我试过一次又一次，感觉自己都快陷入死胡同了。
有一次，我在调校准参数的时候，不小心把一个数值改得太大了，结果仪器直接报警，那次真的是个很惨的失败。
后来我就慢慢总结，得一点一点微调那些校准参数，不能心急。
在检测过程中，噪声的影响也很大。
周围环境嘈杂的时候，那仪器就跟受了惊吓一样，数据波动特别大。
我试过给仪器包上一些隔音的东西，像那种普通的泡沫，虽然不是专门的隔音材料，但多少有点效果。
不过这不是最好的方法，我还在摸索。
再有就是这仪器对水质也有点讲究呢。
如果水里杂质太多，确实会影响检测的准确性。
有次我去一个比较脏的水域检测，数据出来特别奇怪。
但是我不确定是水质对各种频率的波有特殊作用呢，还是里面的杂质干扰了仪器的传感器。
我觉得啊，要做好声学多普勒流速剖面仪的检测，首先就是要用心了解这个仪器，每一个按钮、每一个功能都得摸透。
再就是做检测之前，一定要把周围的环境因素考虑周全了，不管是安装位置、噪音还是水质啥的，不然就容易白费力气。
声学多普勒流速仪主要参数
声学多普勒流速仪主要参数
声学多普勒流速仪的主要参数包括以下几个方面：
1. 测量范围：指测量速度的最小和最大范围。
常见的声学多普勒流速仪通常测量速度范围在0.1 m/s至5 m/s之间。
2. 分辨率：指仪器能够测量并显示的最小速度变化。
常见的声学多普勒流速仪的分辨率通常在0.001 m/s至0.01 m/s之间。
3. 采样频率：指单位时间内采集并处理的数据点数量。
较高的采样频率可以提高测量的精度和准确性。
4. 测量精度：指测量结果与真实值的偏差程度。
常见的声学多普勒流速仪的测量精度通常在±1%至±5%之间。
5. 测量精度：指测量结果与真实值的偏差程度。
常见的声学多普勒流速仪的测量精度通常在±1%至±5%之间。
6. 功率输出：指仪器在测量过程中所辐射的声能大小。
通常，较高的功率输出可以提高测量的信号强度和距离。
7. 数据处理速度：指仪器处理测量数据所需的时间。
较高的数据处理速度可以提高实时测量和分析的效率。
8. 探头频率：指声学多普勒流速仪传感器的工作频率。
常见的声学多普勒流速仪探头频率通常在1 MHz至10 MHz之间。
需要注意的是，不同型号和品牌的声学多普勒流速仪具体参数可能会有所差异，以上参数仅供参考。
多普勒效应的解释与应用声音和光的频率变化原理
多普勒效应的解释与应用声音和光的频率变化原理多普勒效应是物理学中一个重要的现象，它揭示了声音和光在运动物体接近或远离观察者时频率的变化。
在本文中，我将对多普勒效应的原理进行解释，并介绍一些与多普勒效应相关的实际应用。
一、多普勒效应的原理解释多普勒效应是由奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒于19世纪初提出的。
该效应指出，当发射波源和观察者相对运动时，接收到的波的频率会发生变化。
1. 声音波的多普勒效应考虑一个警车以一定速度向某一方向行驶，并且车上发出警笛声。
当警车靠近观察者时，观察者听到的声音频率会增加，声音变高；当警车远离观察者时，观察者听到的声音频率会减小，声音变低。
这种现象的解释是：当警车向前移动时，每个发出的声波波峰都要比前一个波峰到达观察者的位置更接近，因此观察者接收到的声波波峰的频率更高。
相反，当警车远离观察者时，每个发出的声波波峰都要比前一个波峰到达观察者的位置更远，因此观察者接收到的声波波峰的频率更低。
2. 光波的多普勒效应对于光波，多普勒效应同样适用。
当光源和观察者相对运动时，观察者接收到的光波频率也会发生变化。
然而，由于光波传播的速度极高（约为30万公里每秒），通常情况下多普勒效应对光波的频率变化影响不大。
二、多普勒效应的应用多普勒效应在实际生活中有着广泛的应用，尤其在声学和天文学领域。
1. 多普勒测速仪多普勒测速仪是一种利用多普勒效应来测量车辆速度的设备。
通过测量由车辆发出的声波的频率变化，可以确定车辆的运动速度。
多普勒测速仪在交通管理和道路安全方面发挥着重要的作用。
2. 天文学中的红移和蓝移在天文学中，多普勒效应被广泛应用于测量星系和其他宇宙对象的运动速度。
根据多普勒效应的原理，当一个星系远离地球时，它的光波频率将发生减小，即向红端移动（红移）；相反，当一个星系接近地球时，它的光波频率将发生增加，即向蓝端移动（蓝移）。
通过观察这种频率的变化，天文学家可以研究宇宙的膨胀和星系的运动。
断面流建指标流速
断面流建指标流速目前进行流量自动测量的方式有以下6种:缆道测流、声学多普勒流速(ADCP)、超声波时差法测流、水工建筑物(涵闸)推算流量、水位比降法推算流量、雷达水表面波流速测量再推算流量。
1、缆道自动测流缆道测流是适合我国国情的一种测流方式,经 50多年发展,技术设备较为成熟,其中全自动缆道测流系统测流精度可达到95~98%。
该方法由人工一次性启动缆道测流装置后,可自动测量全断面测点流速和垂线水深,并自动计算出断面面积和流量。
由于缆道测流的测量精度较高,且不需要进行率定,在系统工程中主要是用于不规则断面的流量测量,实现对主要测流断面的流量控制。
2、超声波时差法测流超声波时差法测量流速国内外均有定型产品用于管道和渠道,但国内没有定型生产用于天然河流的产品。
本方法能方便地解决断面不同水层的平均流速测量,充分利用电脑技术将超声波时差法测流、超声或压力水位计和预置河床断面等技术集于一体后,可构建实时在线的流量测量系统,该方法适用于断面较稳定,有一定水深的河道,还需要借用断面面积参数(另用人工方法测量)和用流速仪等标准测流设备标定流量计算模型后,才能正常启用,其建站总投资大于缆道测流站。
超声波时差法自动测流站工作原理为在测量断面上设置单层或多层超声波换能器斜交叉布置在河两岸,超声波换能器由二次仪表控制,从河道的一岸顺流发射超声波,另一岸接收,然后再反向进行工作,根据顺、逆流传输测到的时间差计算出相应水层的平均流速,另外一换能器向上发射超声波,遇到水面时反射再由同一换能器接收回波,根据时间差测出水深(也可选用压力水位计测量出水深)。
如果是规则断面则通过水位算出断面面积,通过流速积分和人工标定的流量系数可计算出流量,其流量精度可达5%以内。
若为不规则断面则必须根据数据建立数学模型,根据测量数据计算流量或通过人为标定流量系数计算流量。
该仪器的最大特点是在线连续测量,缺点是在断面较宽、水浅和含沙量较高的条件下无法使用。
声学多普勒流速仪原理
声学多普勒流速仪是一种利用多普勒效应原理来测量流体速度的仪器。
多普勒效应是指当波源和观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的波频率与波源发射频率之间的变化现象。
对于声学多普勒流速仪而言，波源是一个发射超声波的信号发射器，而观察者是一个接收器，它们一起工作来测定流体的流速。
声学多普勒流速仪的工作原理如下：
1. 超声波发射：流速仪中的发射器产生一定频率的超声波，并将这些声波发送到流动介质（通常是液体）中。
2. 声波的反射：流动介质中的颗粒、气泡或不规则表面将入射的超声波散射和反射回来。
3. 多普勒频移：如果介质（如水）中含有流动的颗粒，它们将携带并反射超声波，根据多普勒效应，这些反射波的频率会因颗粒移动的速度和方向的不同而出现变化。
如果颗粒朝向探头移动，则反射波的频率会比发射波的频率高（正频移），反之亦然。
4. 频率的检测：流速仪的接收器捕获这些反射回来且频率已
经发生变化的声波。
然后，设备比较发射频率和接收频率之间的差异。
5. 计算速度：通过已知的声波发射频率和测量到的频率变化，结合超声波的传播角度，流速仪可以准确地计算出流体颗粒的速度，进一步推算出流体流动速度。
声学多普勒流速仪广泛应用于水文学、海洋学、河流管理、污水处理和工业流程控制等方面。
这些仪器可以提供无侵入式、实时的流速测量，对于动态变化的水文系统尤其有用。
此外，它们有时被用来监测血液流速，以评估和诊断各种循环系统疾病。
由于其非接触性质，声学多普勒流速仪也是监测脆弱生态系统中水体流动的理想工具。
第5章--声学多普勒测速技术
2vx C
fTf
cdII
os
(2vx
C
fT) c
ocso(s(
))2v2zvzf
CC
TfT(scino(s
)
)
s
in(
)
2vx C
fT
2
cos2Cvxc
ofTscos(2vz
C
fT 2)cos2Cvz
sfiTnsin(
)
前后两波束接收信号的频差为
fd
fdI fdII
4vx C
fT coscos
cos
C
dvx
在一定的测速误差下，允许的一个周期的时间测量
误差应为
当采用詹纳斯配置时，两个波束独立测量频率。
x'
x12 x22 2
2N cos
C
dvx
22
2024/7/17
例如，当N=32，cosα＝0.5，要求测速误差为
dvx 0.1m / s ，允许的一个周期内的相对时间测量
误差为
2vx c
fT cos
df d
2 fT cos
C
dv x
21
2024/7/17
时间测量误差与速度测量误差的关系
dT
2T
2
fT cos
CN
dv x
T N N fT fd fT
2
dT
N fT
2 fT cos
cN
dvx
2N cos
cfT
dvx
dvx
cfT
2N cos
dT
x
dT1 (1/ fT
)
2N
计算法定位导航设备
机械式导航设备：水压式测速计、拖曳式旋转流量计等。
phyphox多普勒效应法测声速
在phyphox 应用中使用多普勒效应法测量声速是通过测量声音在运动源与接收器之间的频率变化来实现的。
多普勒效应是指当声源或接收器相对于观察者在运动时，声音的频率会发生变化。
以下是使用phyphox 应用来测量声速的简要步骤：
打开phyphox 应用，并搜索或选择多普勒效应实验。
准备实验设备：你需要使用手机或平板电脑作为接收器，同时需要一个声音源（例如一个发声的人或音频播放设备）。
设置实验参数：根据你的实验条件，设置声音源和接收器之间的距离，以及声源或接收器是否运动。
进行实验：让声源产生声音，并记录phyphox 应用中显示的频率变化。
分析数据：根据多普勒效应的原理，通过测量频率变化和设定的条件，可以计算出声速。
请注意，多普勒效应法测量声速的精确性可能受到实验条件和设备的限制，因此在实验中尽量保持实验环境稳定和准确性。
值得一提的是，phyphox 应用是一款用于物理实验和数据采集的应用程序，它提供了多种物理实验模块，包括多普勒效应实验，可用于学习和探索物理现象。
对于更精确和专业的声速测量，通常需要使用专业的声学测量设备和实验装置。
声学多普勒流速剖面仪原理
声学多普勒流速剖面仪原理声学多普勒流速剖面仪是一种常用的流速测量仪器，通过声学原理实现对流速的测量。
它广泛应用于海洋、湖泊、河流等水体流速的监测和研究中。
本文将详细介绍声学多普勒流速剖面仪的原理和工作原理，以及其在实际应用中的一些问题和解决方法。
首先，我们来了解一下声学多普勒流速剖面仪的基本原理。
声学多普勒流速剖面仪利用声波的多普勒效应来测量流速。
多普勒效应是指当发射源和接收源相对于运动的物体时，接收到的波长发生变化。
在流体力学中，声波的频率变化与液体的流速有关。
声学多普勒流速剖面仪的工作原理如下：首先，它通过发射声波信号进入水体中。
这个声波信号可以是脉冲信号或者连续波信号。
当声波信号与流体中的颗粒或气泡等运动物体相交时，这些物体会散射发射回来的声波信号。
接着，声学多普勒流速剖面仪接收到这些返回的声音信号，并利用频率的变化计算出流体的流速。
具体来说，声学多普勒流速剖面仪利用声波的频移原理来计算流速。
当声波与运动物体相交时，返回的声音频率会发生变化。
这个变化可以通过多普勒频移公式来计算：δf = 2·f·v/c，其中δf是频移值，f是发射的声波信号频率，v是物体的速度，c是声速。
测量的过程中，声学多普勒流速剖面仪要考虑传感器的位置、角度和接收范围等因素。
传感器一般会通过声学窗口固定在水体中，以确保接收到信号的准确性。
同时，应该选择合适的声波频率，并根据不同的情况调整功率和采样率。
对于水体中的液体流速测量，声学多普勒流速剖面仪可以采用不同的方法。
在固定点测量中，传感器在固定位置处进行测量；而对于多点测量，可以通过将多个传感器放置在不同位置来获取流速剖面。
此外，声学多普勒流速剖面仪还可以进行流速时间序列的测量，以获得流速随时间的变化。
在实际应用中，声学多普勒流速剖面仪还面临一些挑战和问题。
首先，流体中的杂散信号和噪声会影响测量结果的准确性。
为了解决这个问题，可以采用信号处理的方法，如滤波和降噪算法等。
激光多普勒测速仪测速原理
激光多普勒测速仪测速原理宝子！今天咱们来唠唠一个超酷的东西——激光多普勒测速仪。
你可别一听这名字就觉得很复杂，其实呀，原理还是能让人搞明白的呢。
咱先来说说这个多普勒效应。
你有没有过这样的经历呀，当一辆救护车或者警车鸣着笛朝你开过来的时候，你听到的声音是越来越高的，然后它从你身边呼啸而过的时候，声音一下子就变低了。
这就是多普勒效应在声音里的体现啦。
简单来说呢，就是当波源和观察者有相对运动的时候，观察者接收到的波的频率就会发生变化。
那这个激光多普勒测速仪呢，就是把这个多普勒效应用到了激光上。
想象一下，激光就像一群超级有纪律的小士兵，排着整齐的队伍向前冲。
当这些激光小士兵打到一个正在移动的物体上的时候，就像一群小光弹打到了一个跑来跑去的小怪兽身上。
这个时候呢，因为物体在动，激光反射回来的光就发生了频率的变化。
就好像是小光弹被小怪兽撞了一下，然后它们回来的速度和节奏都不一样了。
那这个测速仪是怎么知道这个频率变化的呢？这里面可就有一些小机关啦。
测速仪里面有一些很聪明的装置，它们能够把反射回来的激光和原来发射出去的激光进行对比。
就像是在比较两个合唱团唱歌的节奏一样。
如果反射回来的激光频率变高了或者变低了，这个装置就能精确地测量出来。
你知道吗？这个激光多普勒测速仪可厉害着呢。
它可以测量非常小的物体的速度，小到像微小的颗粒在气流里飘来飘去的速度都能测出来。
比如说在一些科学实验里，科学家们想要知道灰尘颗粒在空气里是怎么运动的，这个测速仪就派上大用场啦。
它就像一个超级侦探，能够把这些小颗粒的一举一动都看得清清楚楚。
而且哦，这个测速仪的精度还特别高。
它就像一个特别细心的小工匠，一点点的误差都不放过。
不管是测量高速运动的物体，还是慢悠悠移动的物体，它都能给出非常准确的速度数值。
这在很多工业生产里可太重要了。
比如说在汽车制造的时候，要测量汽车发动机里一些部件的转速，激光多普勒测速仪就能很精确地完成这个任务，就像一个严格的监工一样，确保每个部件都在正常的速度下运转。
超声波测速仪的原理
超声波测速仪的原理超声波测速仪是一种常用的测速设备，它利用超声波的特性来实现对物体速度的测量。
超声波是一种高频声波，它的频率通常大于20kHz，超声波在空气中传播时速度很快，而且具有很好的方向性和穿透性，因此在测速领域得到了广泛的应用。
超声波测速仪的原理主要基于超声波的多普勒效应。
多普勒效应是指当发射声源和接收声源相对于被测物体运动时，声波的频率会发生变化。
当声源和接收源靠近物体运动时，声波频率增加；当声源和接收源远离物体运动时，声波频率减小。
利用这一原理，超声波测速仪可以通过测量声波频率的变化来计算出物体的速度。
超声波测速仪通常由发射器和接收器组成。
发射器通过电信号产生超声波，并将其发射到被测物体上；接收器则接收被测物体反射回来的超声波，并将其转换成电信号。
通过比较发射时和接收时的超声波频率差异，超声波测速仪可以计算出物体的速度。
除了多普勒效应，超声波测速仪还可以利用超声波在介质中传播的速度来实现测速。
在介质中，声波的传播速度与介质的密度和弹性系数有关，因此可以通过测量超声波在介质中的传播时间来计算出物体的速度。
这种方法通常用于液体或固体介质中的测速。
值得注意的是，超声波测速仪在实际应用中需要考虑到多种因素对测量结果的影响。
例如，被测物体的形状、表面状态、温度、介质的性质等都会对测速结果产生影响。
因此，在使用超声波测速仪时，需要根据实际情况选择合适的测量方法和参数，以确保测量结果的准确性和可靠性。
总的来说，超声波测速仪利用超声波的多普勒效应和在介质中传播的速度来实现对物体速度的测量。
它具有测量范围广、精度高、非接触测量等优点，因此在工业生产、科研实验、交通监控等领域得到了广泛的应用。
随着科技的不断发展，超声波测速仪的测量原理和技术将会越来越完善，为各个领域的测速需求提供更加可靠和高效的解决方案。
弯道水流的紊动特性
概率密 度曲线完全 吻合 ， 符合一 般正态 分布 ； 当设 置最大 流速范 围为 １０ｃ ｓ ， ０ ｍ／ 时 基本符合一 般正态分 布 ； 当设置最 大流速范 围 为 ２０ｃ ｓ ， 完全不符 合一般 正态分布 。由此可 以看 出 ， ５ ｍ／ 时 则 在
图 １ 弯道 水流紊动特性研 究试验布置
２５ ． ２０ ．
１ 测量 仪器及 仪器 参数 的设置
１ １ 测 量 仪 器 ．
弯道水流试验采用美 国 Ｓ ＮＴ Ｋ公 司生产的声学 多普勒测 Ｏ Ｅ
速仪 （ Ｄ 进行流速测量。该仪器为非 接触式流速仪 ， Ａ Ｖ） 对所测 的
１５ １０ ． ０５ ０
维普资讯
・
３４ ・ ５
第３ ３卷 第 １ ２期 ２０ ０７年 ４月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥ ｒ Ｒ１ Ｕ
Ｖｏ ． ３Ｎｏ．２ １３ １ Ａｐ ． ２ ７ ｔ ００
・
水 利 工 程 ・
一
因此 要分析紊动 况的实际流速 ， 故不做 验证。在同一点 选择 同样 采样频率时 ， 不 动强度 的变化在沿水深方 向上并不是完全一 致 ， 强 度沿程变化 的规律要在 主流 区 ， 近壁 区及表流 区域内分别进行 同流 速范 围对实验点流速值 的影 响规律 ： 当最 大流速设定为 大于 ） 纵 实际流速的下一级 流速 （０ｃ ｓ时 ， ３ ｍ／） 测量 的流 速数据 收敛 性为 研 究。４ 主流区内纵 向紊动强度沿程 的变化 ： 向紊 动强度沿凸 水 先是沿程逐渐增 大 ， 到达弯顶后达 最佳 ； 当最大流速 的设 定与实 际流速偏 离越 大 ， 量的 流速数据 岸变化较为明显 ， 流入 弯后 ， 测
声学多普勒流速仪ADV
ADV（Acoustic Doppler Velocimetry）
A
1
简介 结构 原理 应用
A
2
简介
• SonTek公司为美国陆军工程兵团水道实验室设计制造的。 该流速仪运用多普勒原理，采用遥距测量的方式，对距离探 头一定距离的采样点进行测量。
A
3
结构
声学多普勒测速仪主要由三部分组成：量测探头、信号调 理、信号处理。量测探头由三个10MHz的接收探头和一个 发射探头组成，三个接收探头分布在发射探头轴线的周围， 它们之间的夹角为120°，接收探头与采样体的连线与发 射探头轴线之间的夹角为30°，采样体位于探头下方5cm 或10cm，这样可以基本上消除探头对流场的干扰。
（1）
Fd 多普勒频移
F0 发射超声波频率 C 水中声速
发射波、接收波夹角
A
6
通常情况下，由于 Vcos远远小于C，可忽略不计，简化
（1）式为
Fd
2F0Vcos
C
即V2F01cosCFd
令K 1
2F0 cos
则 VKCFd （ 3 ）
对于式（3），装置的超声波发射频率是不变的，为定值，换 能器夹角同样不变，K值为常数，由（3）式可知，水体的流动 速度仅与 Fd 和C相关联且与他们成正比。
A
8
多普勒测速仪可使用无线遥控方式施测，控制和纪录实测数 据的技术人员可在室内完成，不必受天气等其他因素的影响， 同时可以获得整个测验过程的所有数据。
可按需要安装在被测河流或渠道侧面、底部或顶部，准确测量 单点或多点水流流速，安装方便，各种农业灌溉渠道，不规则 河道，可以长期稳定可靠运行，声速多普勒测速仪内还可内置 各种传感器，准确测量流速、流向、水位和水温，满足各种测 量需要。
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最初是SonTek公司为美国陆军工程兵团水道实验室设计制 造的。 该流速仪运用多普勒原理，采用遥距测量的方式，对距离 探头一定距离的采样点进行测量。如今，ADV已成为水力及海 洋实验室的标准流速测量仪器。广泛应用于研究波浪轨迹、研 究水体运动轨迹、桥桩周围水流扰动的研究、水沙试验测试、 室内水力模型实验、野外测量( 沼泽地小流速的测量、黄石国家 公园热喷泉水的测量、水处理厂沉淀池中的测量)、水产养殖业 (水流扰动对渔业的影响)、水处理厂(用ADVOcean 测量水流的 流量)、测量沼泽地中的流速、ADV研究海浪、泥沙实验室等。
ADV工作界面
ADV显示界面
ADV(Acoustic-Doppler Velocimeter)声学多 普勒流速仪：其主要组成即为量测探头;信号调 理;信号处理三部分。上图即为量测探头，信号 调理和信号处理是利用计算机进行的。
(a)量测探头由三个10MHz的接收探头和一个发射探头组成,三 个接收探头分布在发射探头轴线的周围,它们之间的夹角为120°, 接收探头与采样体的连线与发射探头轴线之间的夹角为30°,采 样体位于探头下方5cm或10cm,这样可以基本上消除探头对水 流的干扰
声学多普勒流速仪的介绍
安徽工业大学冶金工程专业
汇报人：张玲颖
目录
一 二 三 四 五
ADV 声学多普勒流速仪
MicroADV超声测速仪基于多普勒效应(Doppler effect) 的理论。所谓多普勒效应是为纪念奥地利物理学家多普勒而 命名的，他于1842年首先提出了这一理论。
即:当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的波频 已发生改变，声波频率在声源移向观察者时变高，在声源远 离观察者时变低.