声学多普勒测流原理及应用研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第 １ １ 期 （ 总第 ３ ７ ８期 ）
［ 文章编号 】１ ０ ０ ９ — ２ ８ ４ ６（ ２ ｏ １ ３ ）１ ｌ 一 ０ ０ １ ７ — ０ ３
吉 林
水
利
２ ０ １ ３年 １ １ 月
பைடு நூலகம்
声 学 多普勒测流原理及应 用研 究
张春 海 ．董 晓冰 ｚ
（ １ ． 吉林 市 ７ ｇｆ ｆ ， ］ 水 电勘 测设 计研 究院 ，吉林 吉林 １ ３ ２ ０ ０ ０；
法 。
［ 关键 词 ］ 多普 勒 测 流仪 ； 原 理 ； 应 用 ［ 中 图 分 类 号 ］Ｐ ３ ３ ５ ：Ｓ １ ５ ７ ［ 文 献 标 识 码 ］Ｂ
够 反射声波的颗粒物运动方向接近换能器时 ． 换 能 器 接 收到 的 反射 回来 的声 波 频率 比发 射声 波 的
回来 的声波 频 率 比发 射 声 波 的频率 低 。这种 接 收 到 的 回波频 率 与发 射 声 波频 率 之 间 的差 值 ．在 声 学 上称 其 为多 普勒频 移 。
声 学 多普 勒频移 可 由公式 （ １ ） 计算 ：
Ｆ ｏ ＝ ２ Ｆ ｓ Ｖ ／ Ｃ （ １ ）
等许多领域和部 门， 在 我 国的 河 流 、 湖泊 、 海 洋 等
微 元长 度 ： 为 时 间微元 。
多 普 勒 流速 仪 的 ４个 换 能器 的每 个轴 线 分 部 作 为 ４个 声 束 坐标 ．经 换 能 器所 测 得 的 流速 便 是 水 流 沿各 个 声束 坐 标 的流 速 相 互 独 立 的空 间 声 束 坐 标 系 由多普 勒 流速 仪 上 的任 意 ３个换 能 器 的 轴 线组 成 。Ｘ — Ｙ — Ｚ直 角坐 标 系 由多普 勒 流速 仪 本
声学多普 勒测流 （ Ａ Ｄ Ｃ Ｐ ） 的 先 决 条 件 是 假 定 水 体 中颗 粒 物 的运 动 速 度与 水 体 流速 相 同 ．在 此 假 定下 利 用 声学 多 普 勒 频移 测 量 水体 流 速 多 普 勒 流速 仪 安 装 在特 制 的 船上 ．每 个 多普 勒 流 速 仪 上 均 配 有 ４个 同 时 具 有 发 射 和 接 收 的 功 能 换 能 器 换 能 器 所 发射 的声 波 能够 集 中 在一 个 较 窄 的 范围内． 即换能 器能 够发 射 出一 个声 束 。换 能器 具 有 两个 方 面 的作用 ． 一 是 向水 体 中发 射 声波 ． 二 是 接 收被 水 体 反射 回来 的声 波 当 随水 体 流 动 的 能
息量大 、 资 料完 整 等优 点 。 尤其 适 用 于 复杂 环 境 下
的流体 流速 、 流 量 的测量０ － ２ １ 。
是 声波 在水 中的传播 速度
水 体流 量可 由公 式 （ ２ ） 计算 ：
ｆ ｒ ｆ ｄ
一 一 一
２ 河 流 多普 勒 测 流 原 理 与 方 法
态 测 量
测得 沿 各个 声 束坐 标上 的流 速分 量 ．然 后 依 据声
的水体 流速 、 流 量测 验 中被 广泛 应用 。 声学多 普勒测 流（ Ａ ＤＣ Ｐ ） 利 用 声 学 多 普 勒 原
理 测量 水 流 剖 面 的流 速 ．与传 统 的 流体 流 速 测 量
方 法相 比 ， 具有 测 验分 辨 率 高 、 时间短 、 精 度好 、 信
式 中： 是声 学 多普 勒 频移 ； 是发 射声 波 频 率； 是水 体 中 颗 粒 物 沿声 束 方 向 的 移 动 速 度 ； Ｃ
２ ． 中石 油 吉林 石化 分公 司有 机合 成厂 ，吉林
吉林
１ ３ ２ ０ ２ ２ ）
［ 摘 要 】 声 学 多 普勒 测 流 （ Ａ Ｄ Ｃ Ｐ ） 利 用 声 学 多普 勒 原 理 测 量 水 流 剖 面 的 流速 ，是 一 种 高精 度 流 体 测 流 方 法 。 多 普 勒 测 流 与 传 统 测 流 方 法 相 比 ，具 有 测 验 分 辨 率 高 、精 确 度 好 、信 ． ｇ － 量 大 、 资料 完 整 等 优 点 ，尤 其 适 用 于复 杂 环 境 下 的 流 体 流 速 、流 量 的 测 量 。 文 章 透 过 多普 勒 测 流 与 传 统 测 流 的 对 比， 详 细地 阐述 了 多普 勒 测 流 的原 理 及 方
Ｑ Ｊ Ｊ （ （ × ） ） ｄ ｚ ｄ ｔ
（ ２ ）
式中： 为 对 应 于测 验 起 点 与 终 点 之 间 的 流 量； 为测船从测验起点至终点的航行时 间： ｄ为 水深 ； 为测 船航 迹 断 面某微 元 处 流速 矢量 ； 为
测 船 速度 矢 量 ； 为 垂 向坐标 单 位 矢 量 ； 为垂 向
张春 海等 ２ ０ １ ３年 ｌ １月
身定 义 Ｘ— Ｙ — Ｚ直 角坐标 系 中 的 Ｚ坐标 与 多普 勒 流速 仪轴线 方 向一致 。多普 勒流 速仪工 作 时 ， 首 先
量 。多普 勒测 流是 一种 动态测 流法 ， 即 在测船 移动
的 同时 ．不 间 断地 发射 和接 收声 波进 行 连 续 的动
频 率 高 当随 水体 流 动 的能 够 反射 声 波 的 颗粒 物
声学 多普勒测流 （ ＡＤ Ｃ Ｐ ） 是 一 种 高 精 度 测 流 方 法 多 普 勒 测 流 （ ＡＤ Ｃ Ｐ ） 始 于上 世 纪 ９ ０年 代 引 入我 国， 目前 其 应 用 已涉 及 到 工 水 利 、 气象 、 农 业 的运 动 方 向远 离换 能 器 时 ．换 能器 接 收 到 的反 射
［ 收 稿 日期 ］２ ０ １ ３ — ０ ７ — １ ０
［ 作者简介 】 张春 海（ １ ９ ７ ８ 一 ） ， 男， 学士 ， ２ ｏ ｏ ２ 年毕业于沈阳农业大学水土保持 专业， 工程 师， 现从事 水土保持研 究设计。
１ ７ —
一
吉 林水 利
声 学 多普 勒测 流原 理及 应用研 究
［ 文章编号 】１ ０ ０ ９ — ２ ８ ４ ６（ ２ ｏ １ ３ ）１ ｌ 一 ０ ０ １ ７ — ０ ３
吉 林
水
利
２ ０ １ ３年 １ １ 月
பைடு நூலகம்
声 学 多普勒测流原理及应 用研 究
张春 海 ．董 晓冰 ｚ
（ １ ． 吉林 市 ７ ｇｆ ｆ ， ］ 水 电勘 测设 计研 究院 ，吉林 吉林 １ ３ ２ ０ ０ ０；
法 。
［ 关键 词 ］ 多普 勒 测 流仪 ； 原 理 ； 应 用 ［ 中 图 分 类 号 ］Ｐ ３ ３ ５ ：Ｓ １ ５ ７ ［ 文 献 标 识 码 ］Ｂ
够 反射声波的颗粒物运动方向接近换能器时 ． 换 能 器 接 收到 的 反射 回来 的声 波 频率 比发 射声 波 的
回来 的声波 频 率 比发 射 声 波 的频率 低 。这种 接 收 到 的 回波频 率 与发 射 声 波频 率 之 间 的差 值 ．在 声 学 上称 其 为多 普勒频 移 。
声 学 多普 勒频移 可 由公式 （ １ ） 计算 ：
Ｆ ｏ ＝ ２ Ｆ ｓ Ｖ ／ Ｃ （ １ ）
等许多领域和部 门， 在 我 国的 河 流 、 湖泊 、 海 洋 等
微 元长 度 ： 为 时 间微元 。
多 普 勒 流速 仪 的 ４个 换 能器 的每 个轴 线 分 部 作 为 ４个 声 束 坐标 ．经 换 能 器所 测 得 的 流速 便 是 水 流 沿各 个 声束 坐 标 的流 速 相 互 独 立 的空 间 声 束 坐 标 系 由多普 勒 流速 仪 上 的任 意 ３个换 能 器 的 轴 线组 成 。Ｘ — Ｙ — Ｚ直 角坐 标 系 由多普 勒 流速 仪 本
声学多普 勒测流 （ Ａ Ｄ Ｃ Ｐ ） 的 先 决 条 件 是 假 定 水 体 中颗 粒 物 的运 动 速 度与 水 体 流速 相 同 ．在 此 假 定下 利 用 声学 多 普 勒 频移 测 量 水体 流 速 多 普 勒 流速 仪 安 装 在特 制 的 船上 ．每 个 多普 勒 流 速 仪 上 均 配 有 ４个 同 时 具 有 发 射 和 接 收 的 功 能 换 能 器 换 能 器 所 发射 的声 波 能够 集 中 在一 个 较 窄 的 范围内． 即换能 器能 够发 射 出一 个声 束 。换 能器 具 有 两个 方 面 的作用 ． 一 是 向水 体 中发 射 声波 ． 二 是 接 收被 水 体 反射 回来 的声 波 当 随水 体 流 动 的 能
息量大 、 资 料完 整 等优 点 。 尤其 适 用 于 复杂 环 境 下
的流体 流速 、 流 量 的测量０ － ２ １ 。
是 声波 在水 中的传播 速度
水 体流 量可 由公 式 （ ２ ） 计算 ：
ｆ ｒ ｆ ｄ
一 一 一
２ 河 流 多普 勒 测 流 原 理 与 方 法
态 测 量
测得 沿 各个 声 束坐 标上 的流 速分 量 ．然 后 依 据声
的水体 流速 、 流 量测 验 中被 广泛 应用 。 声学多 普勒测 流（ Ａ ＤＣ Ｐ ） 利 用 声 学 多 普 勒 原
理 测量 水 流 剖 面 的流 速 ．与传 统 的 流体 流 速 测 量
方 法相 比 ， 具有 测 验分 辨 率 高 、 时间短 、 精 度好 、 信
式 中： 是声 学 多普 勒 频移 ； 是发 射声 波 频 率； 是水 体 中 颗 粒 物 沿声 束 方 向 的 移 动 速 度 ； Ｃ
２ ． 中石 油 吉林 石化 分公 司有 机合 成厂 ，吉林
吉林
１ ３ ２ ０ ２ ２ ）
［ 摘 要 】 声 学 多 普勒 测 流 （ Ａ Ｄ Ｃ Ｐ ） 利 用 声 学 多普 勒 原 理 测 量 水 流 剖 面 的 流速 ，是 一 种 高精 度 流 体 测 流 方 法 。 多 普 勒 测 流 与 传 统 测 流 方 法 相 比 ，具 有 测 验 分 辨 率 高 、精 确 度 好 、信 ． ｇ － 量 大 、 资料 完 整 等 优 点 ，尤 其 适 用 于复 杂 环 境 下 的 流 体 流 速 、流 量 的 测 量 。 文 章 透 过 多普 勒 测 流 与 传 统 测 流 的 对 比， 详 细地 阐述 了 多普 勒 测 流 的原 理 及 方
Ｑ Ｊ Ｊ （ （ × ） ） ｄ ｚ ｄ ｔ
（ ２ ）
式中： 为 对 应 于测 验 起 点 与 终 点 之 间 的 流 量； 为测船从测验起点至终点的航行时 间： ｄ为 水深 ； 为测 船航 迹 断 面某微 元 处 流速 矢量 ； 为
测 船 速度 矢 量 ； 为 垂 向坐标 单 位 矢 量 ； 为垂 向
张春 海等 ２ ０ １ ３年 ｌ １月
身定 义 Ｘ— Ｙ — Ｚ直 角坐标 系 中 的 Ｚ坐标 与 多普 勒 流速 仪轴线 方 向一致 。多普 勒流 速仪工 作 时 ， 首 先
量 。多普 勒测 流是 一种 动态测 流法 ， 即 在测船 移动
的 同时 ．不 间 断地 发射 和接 收声 波进 行 连 续 的动
频 率 高 当随 水体 流 动 的能 够 反射 声 波 的 颗粒 物
声学 多普勒测流 （ ＡＤ Ｃ Ｐ ） 是 一 种 高 精 度 测 流 方 法 多 普 勒 测 流 （ ＡＤ Ｃ Ｐ ） 始 于上 世 纪 ９ ０年 代 引 入我 国， 目前 其 应 用 已涉 及 到 工 水 利 、 气象 、 农 业 的运 动 方 向远 离换 能 器 时 ．换 能器 接 收 到 的反 射
［ 收 稿 日期 ］２ ０ １ ３ — ０ ７ — １ ０
［ 作者简介 】 张春 海（ １ ９ ７ ８ 一 ） ， 男， 学士 ， ２ ｏ ｏ ２ 年毕业于沈阳农业大学水土保持 专业， 工程 师， 现从事 水土保持研 究设计。
１ ７ —
一
吉 林水 利
声 学 多普 勒测 流原 理及 应用研 究