ADCP介绍
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简介及操作
1 H-ADCF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。
ADCP流速及流量测量原理
随着海洋资源的开发利用，ADCP 在海洋工程、海洋观测和海洋能 源等领域的应用前景广阔。
环保监测
利用ADCP对水流、水温和水质等 进行实时监测，为环保部门提供准 确的数据支持。
农业灌溉
在农业灌溉领域，ADCP可用于测 量灌溉水的流量和流速，优化灌溉 方案，提高水资源利用效率。
未来展望
跨界融合
声学多普勒流速仪（ADCP）工作原理
ADCP主要由换能器、电子设 备、和数据存储器等组成。
换能器负责发射和接收声波 信号，电子设备处理接收到 的声波信号，数据存储器用
于存储测量数据。
ADCP通过向水体中发射声波 并接收反射或散射回来的声波 信号，利用多普勒效应计算出
流速。
流速测量的影响因素
悬浮颗粒浓度
声波发射
声波接收
流速计算
流量计算
利用声学多普勒效应，通 过测量声波在流体中传播 时因流体流速引起的频率 变化来推算流体的流速和 流量。
ADCP向流体中发射声波， 声波遇到流体中的颗粒或 障碍物后发生散射。
ADCP接收散射回来的声波 ，并分析声波频率的变化 。
根据声波频率的变化，结 合声波传播速度和流体物 理性质，计算出流体的流 速。
河流流速及流量测量
河流流速测量
ADCP通过向河水中发射声波，利用声波在水中的传播速度差异，测量水流的垂 直和水平方向速度分量，从而得到河流的实时流速。
河流流量测量
基于流速和断面面积，ADCP通过测量河流的断面面积，结合流速数据，计算河 流的流量。
海洋流速及流量测量
海洋流速测量
在海洋环境中，ADCP通过向海水发 射声波，利用声波在水中的传播速度 差异，测量海水的流速。
ADCP流速及流量测量原 理
adcp操作规程
adcp操作规程ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler）是一种利用声红外技术测量海洋、河流、湖泊等水体流速的设备。
ADCP操作规程是指在使用ADCP设备进行流速测量时，需要遵循的一系列操作步骤和注意事项。
下面是ADCP操作规程的具体内容，共计1200字。
一、设备准备1. 校验ADCP设备：在进行流速测量之前，首先需要校验ADCP设备的各项参数，包括水深、传感器的水平和垂直位置等。
2. 准备ADCP设备：将ADCP设备放置在水体中心位置，确保设备与水面平行，并能够获取到最佳的声红外信号。
二、安装ADCP设备1. 安装测量支架：根据实际需要，选择合适的测量支架，并将其固定在测量现场。
确保支架的高度和角度可以满足实际测量要求。
2. 安装传感器：将ADCP设备上的传感器安装到测量支架的适当位置，并确保传感器与水体的接触良好，避免影响测量精度。
三、启动ADCP设备1. 打开电源：将ADCP设备接通电源，并确保设备正常启动。
此时，ADCP设备会自动进行自检和校准。
2. 设置测量参数：根据实际需求，设置ADCP设备的测量参数，包括测量时间间隔、测量深度范围等。
3. 启动测量：通过ADCP设备上的控制面板或相关软件启动测量。
此时，ADCP设备会对水体进行声红外探测，获取流速数据。
四、数据处理与分析1. 数据获取：待ADCP设备测量完成后，将测量数据导出到计算机中，以便进行后续的数据处理与分析。
2. 数据预处理：对ADCP测量数据进行预处理，包括数据清洗、异常值处理和插值等操作，以提高数据质量和准确性。
3. 流速计算：利用ADCP测量数据，通过相关的计算方法和公式，计算得出水体的流速分布。
4. 数据分析：将计算得到的流速数据进行分析，寻找流速变化的规律和规律，并制作相应的图表和报告，以便于数据的展示和理解。
五、操作注意事项1. 设备安全：在操作ADCP设备时，应确保设备的安全。
adcp测量流速原理
adcp测量流速原理
ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler）测量流速的原理是基于声学多普勒效应。
ADCP设备通过发送声波至水体中，利用声波反射回设备的时间和频率变化来测量水体中的流速。
ADCP设备中的传感器发送一系列短脉冲的声波波束，这些声波在水体中传播并反射回设备。
当水中存在流动时，返回的声波将受到多普勒频移的影响。
多普勒频移是由于声波传播速度与流体中的流速不同而导致的频率变化。
ADCP设备接收到反射回来的声波后，通过比较发射时的声波频率与接收到的声波频率，可以计算出多普勒频移。
从多普勒频移可以推算出水体中的流速，根据声波的传播方向和多普勒频移计算得出水体中的流速矢量。
ADCP设备通常具备多个传感器来覆盖不同深度范围的水体，可以进行垂直剖面的流速测量。
通过将不同深度处的测量结果综合起来，可以得到水体的流速剖面图以及流速数据。
总结来说，ADCP测量流速的原理是通过发送和接收声波，利用多普勒频移计算水体中的流速，从而得到流速剖面以及流速数据。
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。
ADCP介绍
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, Vz
VE, VN, 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 采样
呯
呯集合
平均步长
平均步长
平均步长
采样步长
采样步长
采样步长
ADCP在走航测量中测量如下数据：
相对流速（由“水跟踪”测出） 船速(由“底跟踪”测出, 或由GPS算出) 水深（由河底回波强度测出，类似于回声测深仪） 船的航行轨迹（由船速和计时数据算出，或由GPS算出）
水跟踪和底跟踪
水跟踪 由水中颗粒的回波测量水 流相对于ADCP的运动， 该功能叫做水跟踪。 底跟踪 由河底或海底的回波测量 河底或海底相对于ADCP 的运动，该功能叫做底跟 踪。如果河底或海底无推 移质，底跟踪测得的速度 即为测船的速度。
声束角（beam angle）： 声束轴线（即换能器轴线）与ADCP轴线的夹角 。通常为20度、25度、或30度。
声束宽度(beam width)： 以角度表示。即声束扩散角。声束宽度一般定 义为在换能器回波能量曲线上-3分贝对应的离声 束中轴线的角度。
声束坐标及沿声束方向流速
Fd ＝ 2 F V/C
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：
adcp使用场景
adcp使用场景
ADCP（AcousticDopplerCurrentProfiler）是一种利用声波测量水流速度和方向的仪器。
它可以在任何水深测量流速和流向，并且可以在瞬间测量整个水柱的流速。
以下是ADCP的使用场景：
1. 海洋研究：ADCP可以帮助研究海洋中的水流和洋流，了解海洋环境的变化和影响。
它可以用于研究海洋中的潮汐、海浪、风、冰和的海流等。
2. 水文环境调查：ADCP可以用于水文环境调查，例如河流、湖泊和水库等水体的流速和流向。
它可以提供准确的水文数据，帮助分析水文环境的变化和影响。
3. 水利工程测量：ADCP可以用于水利工程测量，例如水闸、水坝和水电站等水利设施的流速和流向。
它可以提供准确的水文数据，帮助计算水利工程的水力学参数，如液力坝和泄洪堰的水流量。
4. 水下勘察和测绘：ADCP可以用于水下勘察和测绘，例如海底地形、潜水器等水下设施的水流速度和方向。
它可以提供准确的水文数据，帮助水下勘察和测绘的相关工作。
总之，ADCP可以在许多不同的场景中使用，它是测量水流速度和方向的可靠工具，可以提供准确的水文数据，帮助分析和研究水文环境。
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ADCP走航测量
ADCP在走航测量中测量如下数据：
• 水的相对速度（相对于船的速度，由“水跟踪”测出 ）
• 船速(由“底跟踪”测出, 或由GPS算出) • 水深（由河底回波强度测出，类似于回声测深仪） • 船的航行轨迹（由船速和计时数据算出，或由GPS算
出）
距离 = 3m
ADCP走航测量
0.2
0.2 Depth
RDI公司ADCP发展历程
• 1981，第一代：窄带 ADCP • 1991，第二代：宽带 ADCP • 1995，第三代：“骏马”系列 ADCP • 尺寸大大减小；价格降低一半左右
“骏马”系列 ADCP三种型号
“瑞江”牌：河流型 “监测”牌：直读型 “哨兵”牌：自容型
第三代河流ADCP与第二代河流ADCP的比较
声学多普勒原理
• 由于观察者与声源之间的相对运动使观察 者接收到的声波频率发生改变的一种现象
TRAIN APPROACHES-Higher Pitch
TRAIN RECEDES-Lower Pitch
经典实例
声学多普勒频移取决于沿声束方向运动
观察者速度
表观速度
0 波 / 单位时间
8 波 / 单位时间
• 水流断面被分割成若干个离散的层，叫 做深度单元
• 下面的内容将介绍怎样测量这些深度单 元中的流速数据的过程
RD Instruments
• Acoustic – 声学的 • Doppler -- 多普勒 • Current -- 流速 • Profiler -- 断面
声波的传播
• ADCP 向水中发射固定频率的声波短脉 冲。
由式（1）可以看到，随着呯数目的提高, 流速测量的短 期误差迅速减少。
ADCP短期误差比较
标准误差 (cm/s)
图１a. 流速测量短期误差的比较（1200 kHz ADCP)
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
时间平均步长（秒）
宽带 ADCP 模式１
窄带 ADCP
宽带 ADCP 模式 12
ADCP流速测量的空间和时间分辨率
时间平均步长 (流速测量1短期误差)比窄带ADCP要 小许多，上式表明对于给定的流速测量精度要求 （例如１cm/s）, 宽带ADCP达到精度要求所需 的时间平均步长要比窄带ADCP要短许多。即宽 带ADCP的时间分辨率比窄带ADCP高许多。
RDI 公司划分为四个部门（领域）
4 波 / 单位时间
4 波 / 单位时间
60
12 波 / 单位时间 10 波 / 单位时间
相对运动矢量
• 当两个物体以一定角度相对运动时，将 得到不同的“多普勒频移”。
• 如果二者相互垂直（90度）运动，将不 发生多普勒频移。
• 只有当两个物体的相对运动角度不是90 度时，才发生多普勒频移。
声束坐标及沿声束方向流速
频率改变
脉冲相干
0.5-1 % 一对短脉冲 不
较长、变化的 相位改变
宽带
25% (6%)
两个以上编码脉冲波 系列 是。每个编码脉冲波 系列由若干个编码单 元组成 较短、不变
相位改变
宽带 ADCP
• 发射两组或两组以上编码脉冲波序列。序列之间间隔为“延 迟”。
• 脉冲序列中编码单元的个数取决于延迟长度（时间）。 • 脉冲序列数目取决于单元尺寸。 • 分析回波信号，计算自相关函数。用相关系数最大处对应的
• Current – 从每个波束接收到的回波信号可得 到水流的东向、北向和垂向速度分量。
• Profiler – 将从上到下的整个水柱划分成若干 个深度单元，各深度单元的流速数据组成流速 断面。
船载 ADCP 流速测量
• ADCP 测量水流对ADCP的相对运动。 • 船载ADCP 测量到的相对运动是船速加
相位改变计算流速。至少要求有两个脉冲序列来计算相关函 数。
宽带ADCP编码脉冲波序列
未编码脉冲波波形
编码脉冲波波形：相位改变180度
编码单元
ADCP流速测量的短期精度
流速测量的短期精度通常由标准误差来量度：
(1)
N R t
式中：ε＝标准误差(m/s)； ＝标准差(m/s),在许多文献中被称为单呯标准差； N＝呯次数；R为呯速率； t＝呯集合采样步长或时间平均步长(s)。
回波
cell 2
回波
cell 1
回波
开始 结束
发射脉冲
回波 闸口１ 闸口２ 闸口３ 闸口４
时间
单元 ４ 单元 ３ 单元 ２
单元 １ 盲区
ADCP利用倾斜计数据进行倾斜校正
未倾斜时对应单元
倾斜后对应单元 倾斜角度
换能器发射能量分布：主瓣与旁瓣
o
180
o
180
o
270 o 90
40 db 30 db 0 db 10 db
Fd ＝ 2 F V/C
Fd ＝声学多普勒频移 F ＝ 发射波频率 V ＝沿声束方向流速 C＝声波在水中的传播速度
流速测量
• 每个波束接收到的信号被独立地处理后 转换成沿波束方向的流速分量。
• 根据ADCP波束与水面之间的夹角，各 沿波束方向的流速分量被转换成水平和 垂直分量。
不同坐标下的流速及其转换
ADCP 工 作 前 提
• 用 ADCP 测流时有二个基本假设：
1. 反射声波信号的浮游物体是随着水流运动 的。
2. 所有四个ADCP波束都在测量同一个流速矢 量。即流速在一个小范围的同一水平面上是 不变的
水平层上的流速一致性
Current Vector
Homogeneous Layer: Zero error velocity
• 一个运动物体发出的声波被一个静止的观察者 听见时在频率上将发生变化。
• 如果发声体朝着观察者运动，被听见的声音频 率会升高。
• 如果发声体背着观察者运动，被听见的声音频 率会降低。
• 这种现象的例子是当你站在铁路旁并有一列火 车通过时，当火车逼近你时其汽笛声声调变高 ，当火车离你远去时，汽笛声声调变底。
底跟踪脉冲
短脉冲未能 覆盖河底
长脉冲 覆盖河底
短脉冲
长脉冲
流速计算
• 在同一个数据组中，ADCP 分别记录下底跟踪 速度和断面水流速度信息。
• 实测的断面水流速度信息包括船体的运动。 • 在RDI 软件中用户可以选择参考底跟踪数据（
或GPS数据）而得到“真”水流速度。 • 真水流断面速度 = 实测的水流断面速度 – 底
o
90 o
270
o
270 o 90
2
40 db 30 db 20 db 10 db
o
90 o
270
o
0
大直径换能器
o
0
小直径换能器
旁瓣（Side Lobe）
• 对于声束角＝20 度的ADCP，旁 瓣区大约为水深 的 6%
• 25 度: 10%
• 30 度: 15%
6% 94%
20? 20?
Side lobe Main lobe
跟踪速度
ADCP分类
• 窄带 (Narrowband), 即脉冲不相干 ( pulse incoherent）
• 脉冲相干(pulse to pulse coherent)
• 宽带 (Broadband)
ADCP 主要差别
频带宽 脉冲波型 编码
窄带
0.5-1 % 一个长脉冲 不
脉冲延迟
多普勒频移 （流速）测量
ADCP无线电遥控作业
美国地调局 USGS
ADCP自容作业（美国 Pumoncky 河）
长江三峡黄陵庙水文站ADCP
系统集成: • ADCP • DGPS • 测深仪 • 电罗经
长江三峡导流明渠截流水文测验： ADCP应用, 2002. 11. 6.
长江三峡导流明渠截流水文测验： ADCP应用（续）, 2002. 11. 6.
VＵ VＥ
VＮ
V1, V2, V3, V4
V4 V1
VX, VY, Vz
V2 V3
VE, VN, 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
流速空间分 布均匀
流速空间分布 不均匀
流速断面
• 一台 ADCP 可以顶替若干台传统的流速 仪。
化，价格大幅度降低 • 1996，声学多普勒计程仪（DVL）
RDI公司的重要技术成果 (2)
• 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 • 2001, 模式 11、12 • 2003, ChannelMaster H-ADCP • 2003, StreamPro ADCP
• 这些声脉冲碰到水中的散射体（浮游生 物，泥沙等）将发生散射。
声波的传播
1 cm
Euphasiid
1 cm
Pteropod
1 mm
Copepod
声波的传播
• 被散射体反射回的声波被ADCP接收到 • 当散射体有相对运动，其反射的声波在
频率上有一定的变化（频移） • 这种效应叫做多普勒效应 …
多普勒效应
近岸与内陆水域
导航
深海水域
管道及人工渠道
RDI公司的重要技术成果 (1)
在二十多年的发展历程中，RDI公司始终位于 ADCP技术的世界领先地位。
• 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