声学多普勒流速仪ADV
声学多普勒流速仪测量湍流流速的峰值降噪方法
声学多普勒流速仪测量湍流流速的峰值降噪方法张鹏;杨胜发;胡江;陈阳【摘要】声学多普勒流速仪常用于测量水流三维瞬时流速，受外界以及仪器自身等多种因素影响，采集的流速时间序列中不免存在噪声干扰。
为了获取真实反映湍流瞬时紊动过程中的高频流速信号，需对流速仪测量流速信号中含有的噪声值进行过滤，为此提出了一套流速信号预处理方法。
先对大于3.5倍样本标准差的流速数据进行修正；其次分析样本中局部区域数据的变化情况，对大于2倍局部样本标准差的数据进行插值修正；根据傅里叶线性变换性质，提出从流速信号功率谱中过滤掉仪器固有噪声功率谱。
水槽实验数据分析结果表明：调整数据量不超过总数的12%，符合柯尔莫戈洛夫的-5/3次幂频率增加规律，对高频噪声降噪作用明显，为湍流瞬时紊动过程分析提供了更为准确的方法。
%ADV was usually used to measure three-dimensional momentary velocities of turbulent flow. However, this method is sensitive to external environment and instrument itself, which can lead to spike noise in collecting velocity time series. In order to obtain the true and high-frequency velocity signals of instantaneous turbulent flow, a new velocity signal pretreatment method should be put forward to filtrate the noise signal. Firstly the velocity data that is 3. 5 times greater than sample standard deviation was revised;then the data signal variation of local area in sample is analyzed and furthermore the velocity data that is 2 times greater than sample standard deviation was reversed by interpolation method. So the power spectrum filtering method for filtrating instrument noise was put forward based on Fourier linear transformation. The analysis results of experimental datashows that the number of mended data is less than 12% of the total;the velocity power spectrum of processed data is more aligned with Kolmog-orov power spectrum. The proposed method has an obvious effect in despiking of high frequency noise, which provides more accu-rate analysis basis for turbulence characteristics analysis.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2016(047)008【总页数】4页(P76-79)【关键词】ADV;峰值降噪;功率谱;数据处理【作者】张鹏;杨胜发;胡江;陈阳【作者单位】重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆400074; 重庆交通大学河海学院，重庆400074;重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆400074; 重庆交通大学河海学院，重庆400074;重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆400074; 重庆交通大学河海学院，重庆400074;重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆400074; 重庆交通大学河海学院，重庆400074【正文语种】中文【中图分类】TV14声学多普勒流速仪(ADV)因其能够以高频采样的方式获取水流单点三维瞬时流速，且采样体积小、操作简捷、野外测量方便，而广泛应用于明渠湍流流速测量中[1]。
声学多普勒流速仪测流规范
SL377—2006的通知
水国科〔2006〕×××号
部直属单位，各省、自治区、直辖市水利（水务）厅（局），各计划单列市水利（水务局），新疆生产建设兵团水利局：
经审查，批准《声学多普勒流量测验规范》为水利行业标准，并予以发布。标准编号为SL ×××—2006。
本标准自2006年×月×日起实施。
ICS 17.120
P 12
中华人民共和国水利行业标准
SL337—2006
声学多普勒流量测验规范
Code for discharge measurement of acoustic Doppler current
2006-04-24发布2006-07-01实施
中华人民共和国水利部 发布
中华人民共和国水利部
3采用垂向代表线法，声学多普勒流速仪应布置在断面上。
4垂向代表线法测速频次可根据水情变化情况、模型推流的需要确定。
5应适当安排水道断面的测量次数，以减少借用断面带来的误差。
2.2.4 横向流量测验是将声学多普勒流速仪水平安装，测量水平方向的流速分布。横向流量测验一般将仪器安装在河岸、渠道侧壁或其他建筑物侧壁上。
2.2.6 根据试验资料确定的相关关系或模型应进行校测，校测的样本数应不少于10次。当校测点明显偏离原率定相关关系时，应及时加密校测测次，以满足重新率定相关关系。校测结果宜用统计检验法进行检验。当原相关关系与校测样本有显著性差异时，应重新进行试验并率定相关关系。
2.3 操作的一般要求
2.3.1 采用声学多普勒流速进行流量测验，操作人员应经过培训，且达到如下要求：
1.0.3 声学多普勒流速仪在本标准中指剖面式的，按用途和安装方式可分为走航式和定点式两大类。声学多普勒点流速仪的测验技术要求，可参照《河流流量测验规范》GB50179—93执行。声学多普勒流速仪专用名词见附录A。
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）
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。
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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。
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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
（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。
声学多普勒测速仪终版.pptx
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
2.ADV速度范围和信号强度: 在一般情况下，用户设定的速度范围应大于试验中出现的与 流动方向有关的最大流速。 信号强度是测量接受探头接受超声波信号强度的尺度，在 ADV中信号强度是用信号和噪音的比值，即信噪比SNR来衡量 的。信噪比主要可以检验水中是否存在足够的介质，如泥沙、微 粒等，来反射声波信号。如果水中粒子过少，返回的信号就会比 周围的噪音还要小，要是没有足够大的信号强度，ADV是不可 能进行精确测量的，所得的数据肯定和实际差别很大。
(b)信号调理器由检测微弱反射信号的模拟电路组成.
(c)数字信号处理由一个单独的电路板完成,主要针对输出频率为 25Hz的实时三维流速测量值的计算.
1. ADV的测量很重要参数是控制体距离发射探头约为5cm， 发射探头是一个圆柱体(体积0.08cm3)，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。
声学多普勒流量测验学习
设置：文件名前缀、换能器深度、保存记录目录
根据测站名设定 根据断面长短
根据探头入水深度
方便用户管理
三、声学多普勒流速仪的操作 现场测验，使用RiverSurveyor软件
6、用户设置-剖面范围
设置：最大深度、流层大小、盲区。
断面最大水 深+1米
根据断面水 深、大小、 精度要求
一、声学多普勒流速仪的测验原理
声学多普勒流速仪在流量测验方面的应用
走航方式 － 实时的流量测验
后面重点讲
固定方式 － 在线的自动连续测验
涉水方式 － 点流速的流量测验
二、走航式流量测验
从理论上讲，走航式声学多普勒流速仪流量测 量原理与传统的人工船测或缆道测量等的基本 原理一样。 在测流断面上布设多条垂线。
Fd
V 2 Fs C
Fd：声学多普勒频移； Fs：发射声波的频率 V：颗粒物沿声波方向的移动速度 C：声波在水中的传播速度
一、声学多普勒流速仪的测验原理
声学多普勒效应（三种类型）
1.窄带(narrowband):ADVP声信号发射，接收和处理的一种方法：对于每一个 流速测量，ADVP发射一个单独的，相对讲较长的脉冲声波，然后聆听（即接受） 水体中颗粒物对这个脉冲的反射波，并记录发射波与反射波之间的频率改变。 这个频率改变即称为多普勒频移，用来计算水体的速度。 2.脉冲相干(pulse coherent):ADVP声信号发射，接收和处理的一种方法。对 于每一个流速测量，ADVP发射一对较短的脉冲。ADVP测量两个反射信号之间的 相位差并据此计算多普勒频移。 3.宽带(broadband):ADVP的声信号发射，接收和处理的一种方法。对于每一个 流速测量，ADVP发射一组脉冲波，该脉冲波被反射后与发射波之间有一相位差， 用来计算多普勒频移。宽带型ADVP的介于窄带型和相干型ADVP之间。
关于ADV测量的流速去噪方法讨论以及前景展望
关于ADV测量的流速去噪方法讨论以及前景展望作者：黄亚非来源：《卷宗》2015年第08期摘要：在水利行业中，正确地测量瞬时流速一直是许多学者研究的重点。
市面上出现的测量流速的仪器也数不胜数，科技测量流速的仪器ADV已被广泛使用。
但是ADV测量也会出现差错，许多学者已经对流速去噪研究出各种方法。
相位空间法、小波分析以及相位空间改进法等都能不同程度地对流速去噪。
本文将对这个几种方法分析讨论，并且对未来流速去噪的方法前景进行展望。
关键词：ADV；相位空间法；小波分析；流速；去噪1 前景由于ADV（声学多普勒流速仪）在测量流速的过程中，ADV会受到仪器流速测定范围、紊动强度过高和边界脉冲等的影响，流速存在不同程度百分比的间隔毛刺点，毛刺点即为偏离正常值较大的不真实流速值，从而导致水流流速的统计特性以及流速的能谱密度等都会出现差错。
尽管通过调节ADV仪器的参数会减少毛刺点的出现，但是仍不能完全地消除所有的噪音点。
这就需要采用数字信号处理方法等方法对毛刺点剔除和代替 [1][2][3]。
相位空间法、小波分析以及相位空间改进法等数字信号处理方法都能不同程度地对流速去噪，但是各自效果、适用范围和侧重点均有所不同，下面本文将对其讨论。
2 流速去噪方法讨论近年以来，许多学者提出了较多处理ADV测量的流速去噪方法。
RC滤波器[4]、加速度阙值法[1]等能很好的剔除并替代点流速噪音点，但仅限于单个流速噪音点。
当初ADV测量的流速连续出现多个噪音点时，上述方法便失效。
为了解决这个问题，Nikora和Goring提出来一种新方法。
采用庞加莱映射或三维椭圆阙值，以流速和他的差分变量作为映射或椭圆图像的主轴和次轴。
大于固定标准值，落在椭圆外的流速被认定为噪音点。
此算法迭代直到没有噪音点出现才停止，此时剔除并替代所有噪音点而恢复流速真实值。
在过去十多年里，研究者们研究出各种各样的数字信号处理方式剔除噪音点。
这些算法的共同目的就是基于统计参数找到噪音点的位置再替代，以恢复ADV数据的真实性。
Hydra,ADVOcean声学多普勒流速仪和声学多普勒流速仪价格
Hydra ，ADVOcean 声学多普勒流速仪和声学多普勒流速仪价格Hydra/ADVOcean声学多普勒流速仪 标题：Hydra/ADVOcean 声学多普勒流速仪高尖端ADV 性能和坚固耐用的质量使ADVOcean 无所不能。
在大多数具有挑战性的环境下，代表精确测量三维流速最完善的解决方案，ADVOcean/Hydra 可以集成和安装许多外部传感器，提供完整的海洋数据采集系统。
配备可选的共振式压力传感器，同时采集压力和流速数据，采样频率高达25Hz ，使这套强大的数据采集系统成为海洋近岸研究和处理的最为权威的方法。
应 用 ● 紊流 ● 近岸动力研究 ● 边界层分析 ● 方向波 ● 输沙率 特 点 ● 非常坚固的外壳 ● 在低反射环境中超强的灵敏度 ● 声学测深仪 ● ViewHydra 软件 ADVOcean 标准配置 ● 5MHz 声学频率 ● 距离采样单元：18厘米 ● 采样单元大小：2.0立方厘米 ● 不锈钢探头和1.27厘米厚的不锈钢外壳 ● 集成温...厂家：上海政泓 市场价格： 优惠价格：百度搜索联系ADP 声学多普勒剖面仪 标题：ADP 声学多普勒剖面仪SonTek/YSI 公司的ADP 声学多普勒剖面仪是一款久经考验、性能卓越、多功能的测流仪，在全球拥有众多忠实的用户。
无论是运用于水文、海洋还是港口监测，ADP 均能满足您的需求。
可选项和特点 ● 用于走航的底跟踪和GPS 输入接口 ● 用于实时监测和后处理的视窗95/98/NT/XP 软件 ● 用于测量水平剖面的侧视式配置 ● 水位和波谱 ● 包括CT 和浊度的外部传感器（可选） 适用频率和范围 频率（KHz ） 30001500 1000 500 250 最大剖面范围（米） 3-6 15-2525-40 70-120 120-180 流 速 ● 测量范围：±10米/秒 ● 分辨率：0.1厘米/秒 ● 准确度：所测流速的±1％，&plu...厂家：上海政泓 市场价格： 优惠价格：百度搜索联系 标题：Triton 声学多普勒流速仪紧凑、小巧的Triton 采用SonTek/YSI 公司著名的声学多普勒点流速测量技术，集成的压力传感器可以提厂家：上海政泓 市场价格： 优惠价格：百度Triton 声学多普勒流速仪 供波向的测量。
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河流或渠道中的不均匀体，当随着水体流动时，会对流
速测量装置中发射到水中的超声波产生不规则的散射现
象，装置的接收换能器会收到部分的散射声波，当水体
流动时，相对的运动就存在于发射器、散射器和接收器
之间，依据多普勒理论，即会产生多普勒频移。根据多
普勒频移方程，频移的大小：
Fd2CF0VVccooss（1）
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。
感谢观看
声学多普勒流速仪
ADV（Acoustic Doppler Velocimetry）
简介 结构 原理 应用
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。
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。
信号调理与信号处理在计算机上完成。
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。
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。
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
通常情况下，由于 Vco 远s远小于C，可忽略不计，简化
（1）式为 Fd 2F0VCcos 即 V2F01 cosCFd
令K 1
2F0 cos
则 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。
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。