声学多普勒流速仪ADV教学提纲
河流声学多普勒测流方法
河流声学多普勒测流方法作者：朱洪戬赵博然来源：《吉林农业》2014年第01期摘要：利用声学多普勒原理测量河流的流速是一种高精度测流方法。
与传统的测流方法相比，多普勒测流具有测量精确度好、分辨率高、资料完整、信息量大等优点，适用于复杂河流的流速、流量测量。
关键词：声学多普勒测流；原理；方法中图分类号：P335文献标识码：A文章编号：1674-0432（2014）-01-60-1河流声学多普勒测流于20世纪90年代引入我国，广泛应用于气象、农业、水利等许多领域。
声学多普勒测流利用声学多普勒原理测量水流剖面的流速，与传统的测流方法相比，具有测量精度好、时间短、分辨率高、资料完整、信息量大等优点，适用于复杂河流的流速、流量的测量[1]。
1测量原理与方法声学多普勒测流假定水体流速与水体中颗粒物的运动速度相同，利用多普勒频移测量水流流速。
标准的多普勒测流配有4个换能器。
换能器的作用，一是向水体中发射声波，二是接收被水体反射回来的声波。
当河流中的颗粒物运动方向接近换能器时，换能器接收的反射频率比发射频率高；当河流中的颗粒物的运动方向远离换能器时，换能器接收的反射频率比发射频率低。
这种回波频率与发射频率之间的差值，即为多普勒频移[2-3]。
2.1相同之处按照《声学多普勒流量测验规范》的要求[4]，传统测流与多普勒测流在测量方法与基本原理上有相同之处，它们都需要设置测速垂线，每条测速垂线上都要测量河流水深，并且要测量不同水深点的流速，依据不同水深点的流速计算该垂线上的平均流速。
2.2不同之处传统测流是将流速仪固定在水中不同深度逐点测量。
多普勒测流是在测船移动时，对不同深度点不间断地连续动态测量。
传统测流时的垂线条数受自然条件的制约，一个河流断面只能设置数个垂线，每条垂线上也只能测量数个不同深度的流速。
多普勒测流理论上可以测量无数条垂线及无数个深度的流速。
传统测流的测量断面必须垂直于河岸，多普勒测流可以随机的沿斜线或曲线测量。
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]。
声学多普勒流量测验学习演示文稿
三、声学多普勒流速仪的操作 SonUtils 3.02 使用步骤：
1、双击图标 → 出现左边的一排菜单。
2、单击“通讯”中的COM1 → 右边出现“connected to
COM1: at 9600”。
第十八页，共33页。
三、声学多普勒流速仪的操作 SonUtils 3.02 使用步骤：
3、单击“初始化” → 右边出现
声学多普勒流量测验学习演示 文稿
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声学多普勒流量测验学习
第二页，共33页。
一、声学多普勒流速仪的测验原理
声学多普勒流速仪是一种利用声学多普 勒原理测量水流速度剖面的仪器
机械式流速仪是测量仪器所处位置的测
点流速
声学多普勒流速仪可以测量距仪器一定
范围内的许许多多点的点流速及该范围内 的平均流速
倍，否则可能使 探头露出水面，
失去底跟踪
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三、声学多普勒流速仪的操作
现场测验，使用RiverSurveyor软件 10、当船行驶到另一岸边，再一次单击“工具栏“中的红色圆
形按钮，完成一次测验程过。
输出到岸 边距离。
第三十页，共33页。
三、声学多普勒流速仪的操作
现场测验，使用RiverSurveyor软件 11、完成一次测验后，使用同样方法，从另一岸测回。完
第三页，共33页。
一、声学多普勒流速仪的测验原理
多普勒频移是由于声源与接 受物体之间的相对运动而引 起的
声源与物体之间在垂直方 向的相对运动，则不会产 生多普勒频移
如果发射某频率的声波被 一个移动的物体所反射， 也会产生多普勒频移
第四页，共33页。
一、声学多普勒流速仪的测验原理
声学多普勒流速仪换能器发射某一固定频率的
手持式声学多普勒流速仪操作手册
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1）建议阅读●我们建议阅读有关该仪器的运行原理。
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●如果需要关于该仪器的硬件及软件的具体资料，请查阅该仪器的操作手册。
●看该仪器操作手册的第3 部分以便获得更多的提示。
2）快速开始●打开仪器后盖将电池装入。
●按on/off 键1 秒钟开机，按住4 秒钟关机。
●从主菜单按1 可进入参数设置菜单。
o 按Enter 键可以进行多屏的功能显示转换。
o 用菜单中的条款可以改变影响数据收集的参数。
●在主菜单里按2 可以进入系统功能菜单。
o 按Enter 键可以进行多屏的功能显示转换。
o 用菜单中的条款可以进入该仪器的诊断程序。
●收集试验数据的设置。
o 从参数设置菜单中选择数据收集的方式（普通/流量）。
2o 从主菜单按3 开始数据收集。
o 随着屏幕的快速显示，用Next Station 键和Prev.Station 键，选择测量地点，用Set 键设置各种参数。
o 看仪器操作手册第4.5 部分，描写了普通测量和流量测量的过程。
3）计算机软件的安装●软件用于从仪器下载文件，给ASCⅡ文本数据文件，并且可以执行系统诊断。
●将仪器的软件CD 放入计算机光驱。
●放入后，计算机将自动显示一个安装菜单。
o 如果放入后几秒安装窗口没有出现，键入Start|Run 并且输入d:/install.exe.这里的d 指的是计算机的光驱。
●在菜单中，按FlowTracker Software Instalation 键。
●随屏幕上的安装指令操作。
●看仪器操作手册第6.1 部分可以获得详细的介绍。
4）从仪器下载数据文件●用电源/通讯电缆线连接流速仪和计算机。
●用Start|Programs|SonTek Software|FlowTracker 开始运行仪器软件.●用SonRecW 运行数据下载软件。
声学多普勒流速仪工作原理
声学多普勒测量原理采用多普勒频移物理原理来测量水流速度多普勒效应(多普勒频移)：某一个声源(超声波)发出的声波被另一个接收体接收并反射如果该声源相对于接收体是移动的，接收体接收到的声波频率将会与声源的发射频率有差异如果两个物体之间的相对距离是减少的，接收的频率会增加如果两个物体之间的相对距离是增加的，接收的频率就减小声学多普勒测量原理这样的多普勒效应在日常生活中经常会发生当你听到迎面开来的一列火车气笛声或者一辆警车的警报声(一个声源)，声音会显得频率较高;而当火车或者警车离你远去时，则听到的声音会变成较低的声音注意：速度V代表了声源和接收器之间的相对速度(也就是改变了二者之间距离的运动)垂直于声源和接收器之间联线的运动不会导致多普勒频移声学多普勒测量原理超声波在水中的传播速度C会受到水温的变化而变化同样的水流速度，会因为水温的改变，而产生不同的多普勒频移所有的多普勒仪器都带有一个水温传感器在测量多普勒频移的同时，测量水温，并在计算中对流速的计算进行补偿和修正声学多普勒测量原理超声波传播的距离(包括反射回来的距离)，与超声波发射的频率有关频率越高，超声波的声能越容易被水中的悬浮颗粒所吸收这样测量的距离就越小，但是测量的精度会提高声学多普勒测量原理超声波传播的距离还与水中的悬浮颗粒的含量(通常称为含沙量)有关含沙量越大，超声波被吸收的声能就越多，同样的也会减小仪器的测量距离但是，由于含沙量仅仅是吸收超声波的声能，并不改变超声波的传播速度，所以并不影响超声波的测量精度声学多普勒水流剖面仪测量原理声学多普勒水流剖面仪的英文名字：Acoustic Doppler Current Profiler 通常，我们会简称为 ADCP声学多普勒水流剖面仪测量原理有多个超声波换能器(探头)同时向多个方向发射超声波因为自然界的水中都有一些悬浮颗粒，这些在不同距离的悬浮颗粒会将传播到该位置的部分声波反射回发射的仪器仪器收到不同距离的反射信号之后就可以加以分析声学多普勒水流剖面仪测量原理如果这些悬浮颗粒是向着仪器迫近，反射的频率会高于发射的频率如果是远离则会低于发射频率ADCP借着这种频率的微小差异，代入上述的多普勒频移方程式，就可以计算出水流的速度声学多普勒水流剖面仪测量原理仪器放进水中并不清楚实际的水流流向。
声学多普勒流速仪ADV
A
4
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。
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。
A
9
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。
A
10
感谢观看
A
11
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7
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。
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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。
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：
Fd
2F0Vcos CVcos
（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。
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 Vcos远远小于C，可忽略不计，简化（1）式为 NhomakorabeaFd
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。
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。
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。