聲學多(duo)普勒流速剖面(mian)儀ADCP

聲(sheng)學多(duo)普勒流速剖面(mian)儀ADCP

挪威(wei)Nortek AS公(gong)司是(shi)世界(jie)上(shang)為數不(bu)多(duo)的幾(ji)家(jia)專(zhuan)業研制(zhi)、生(sheng)產聲學多(duo)普勒流速儀的廠家(jia)，在美(mei)國(guo)、英國(guo)等(deng)地(di)都(dou)設有(you)分公(gong)司，產品銷(xiao)往(wang)世界(jie)50多(duo)個國家(jia)和(he)地(di)區。

聲(sheng)學多(duo)普勒流速剖面(mian)儀ADCP

 “闊龍"工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)

      如(ru)上圖(tu)所示(shi)聲波(bo)信號沿著相同(tong)的波(bo)束被(bei)發(fa)送(song)及接收(shou),根(gen)據多(duo)普勒原(yuan)理(li)將水中的懸浮粒子的(de)流(liu)速流向(xiang)計算出來，量測的(de)流(liu)速為該水層(ceng)的(de)平均流(liu)速。因(yin)其(qi)聲(sheng)波(bo)束相當(dang)窄小所以沒有旁波(bo)效應(ying)（sidelobe即當(dang)聲波(bo)束接(jie)近(jin)不(bu)同介(jie)質接(jie)口(kou)時(shi)所產生(sheng)的偏折現象(xiang)）。

      多(duo)普勒偏移(yi)及測量方式

      “闊龍(long)"是(shi)利(li)用(yong)著(zhu)名(ming)的多(duo)普勒頻(pin)移(yi)的物(wu)理(li)原(yuan)理(li)測量水流(liu)速度(du)。如(ru)果(guo)視(shi)聲(sheng)源相對(dui)於(yu)接(jie)收(shou)器而(er)移(yi)動，則其(qi)相對(dui)的聲(sheng)波(bo)傳輸(shu)頻(pin)率(lv)會有(you)所偏移(yi)。在闊(kuo)龍中，這(zhe)現象(xiang)系(xi)以下列(lie)公(gong)式表示(shi)：所以當我們得知(zhi)ＦDoppler、ＦSource、Ｃ即(ji)可(ke)計算出(chu)v。

      V＝FDoppler／F Source＊(C/2)

      其(qi)中

      ＦDoppler     ＝ 所接收(shou)到(dao)頻(pin)率(lv)的變(bian)化量，即所謂的(de)多(duo)普勒偏移(yi)

      ＦSource      ＝ “闊龍(long)"所送(song)出聲波(bo)的頻(pin)率(lv)

      Ｖ    ＝ 水流(liu)速度(du)

      Ｃ    ＝ 音(yin)速(如(ru)在水(shui)中則為水中聲速)

      在“闊(kuo)龍"中，同壹聲波(bo)探(tan)頭(tou)系(xi)同(tong)時(shi)作(zuo)為發(fa)聲(sheng)器及接收(shou)器。傳(chuan)出的(de)聲波(bo)會被(bei)水裏(li)的(de)物體(ti)所反(fan)射，然後(hou)由(you)同壹聲波(bo)探(tan)頭(tou)所接收(shou)。此時(shi)探(tan)頭(tou)所接收(shou)到(dao)回(hui)傳(chuan)的(de)多(duo)普勒位(wei)移(yi)實際上(shang)為水中微細(xi)顆粒的兩(liang)倍移(yi)動速度(du)(相對(dui)於(yu)聲(sheng)波(bo)探(tan)頭(tou))所造成(cheng)。這(zhe)是(shi)因(yin)為闊龍上之聲(sheng)波(bo)探(tan)頭(tou)既(ji)是(shi)發(fa)聲(sheng)源也是(shi)接(jie)收器，而(er)當水(shui)中顆粒接收由(you)探(tan)頭(tou)傳(chuan)來的(de)入射聲波(bo)時(shi)因(yin)顆粒與探(tan)頭(tou)的(de)相對(dui)速度(du)V產生(sheng)了第(di)壹次的(de)多(duo)普勒頻(pin)移(yi)；然後(hou)當(dang)探(tan)頭(tou)接(jie)收(shou)到(dao)此移(yi)動顆粒反(fan)射回(hui)來的(de)聲波(bo)時(shi) (此時(shi)的(de)聲波(bo)頻(pin)率(lv)已經(jing)有多(duo)普勒頻(pin)移(yi))又(you)因(yin)為顆粒與探(tan)頭(tou)的(de)相對(dui)速度(du)V而產生(sheng)了第(di)二次的(de)多(duo)普勒頻(pin)移(yi)。

      闊龍(long)聲(sheng)波(bo)探(tan)頭(tou)傳(chuan)送(song)出壹個已知(zhi)頻(pin)率(lv)的聲(sheng)波(bo)脈沖(chong)，當(dang)此脈沖(chong)在水(shui)中行進(jin)時(shi)，會(hui)被(bei)水裏(li)的(de)物體(ti)所反(fan)射。此種(zhong)反(fan)射也就(jiu)是(shi)散(san)射，而此散(san)射的強弱(ruo)(即反(fan)射的強度(du)，是(shi)壹個水中顆粒數量及大小的(de)函(han)數)即(ji)稱為訊(xun)號強度(du)(strength)或(huo)訊(xun)號振幅(fu)(Amplitude)。回(hui)傳(chuan)的(de)訊(xun)號由(you)聲波(bo)探(tan)頭(tou)所接收(shou)，闊(kuo)龍經由(you)計算(suan)頻(pin)率(lv)的改(gai)變(bian)，來算(suan)出水(shui)中顆粒相對(dui)於(yu)探(tan)頭(tou)的(de)速度(du)。

      “闊龍"聲波(bo)探(tan)頭(tou)會(hui)將(jiang)大部分的聲(sheng)波(bo)能量集(ji)中在壹條狹(xia)窄的波(bo)束中發(fa)送(song)。水中顆粒經過(guo)各(ge)波(bo)束而(er)測得的多(duo)普勒偏移(yi)，與顆粒本身的(de)速度(du)成壹定(ding)的比例(li)關系(xi)。而水(shui)流的(de)速度(du)可視(shi)為其(qi)所帶動顆粒的速度(du)；所有垂(chui)直(zhi)於(yu)波(bo)束的(de)顆粒移(yi)動都(dou)不(bu)會造(zao)成多(duo)普勒偏移(yi)。綜合(he)數(shu)個聲波(bo)探(tan)頭(tou)所得的(de)速度(du)，並且知(zhi)道(dao)這(zhe)些(xie)顆粒與探(tan)頭(tou)的(de)相對(dui)方向(xiang)後(hou)，三(san)度(du)空間的速度(du)即可算出。

      “闊龍(long)"測(ce)量剖面(mian)流速的優勢(shi)

      優於(yu)傳(chuan)統的流(liu)速測量技術：

      a) 無活動部件(jian)（如(ru)螺旋槳等），不(bu)易(yi)磨損(sun)；

      b) 不(bu)需作(zuo)定(ding)期(qi)校正(zheng)

      優於(yu)其(qi)它(ta)聲學剖面(mian)流速測量的技(ji)術：

      a)  電路(lu)集(ji)成(cheng)化程(cheng)度(du)高，只(zhi)有壹塊(kuai)主板(ban)＋羅(luo)盤。

      b)  體(ti)積小、重(zhong)量輕(qing)，便於(yu)攜(xie)帶安(an)裝(zhuang)。（尤(you)其(qi)適(shi)合(he)在浮(fu)標(biao)上安(an)裝(zhuang)使(shi)用(yong)！）

      c)  杜(du)幫(bang)工程(cheng)塑料外(wai)殼(ke)，抗腐(fu)蝕，耐老化。

      數據(ju)處(chu)理(li)軟件

      “闊(kuo)龍"資料後(hou)處(chu)理(li)軟件ExploreP適(shi)用(yong)於(yu) Windows 98TM/NT/Me/2000/XP。顯示(shi)以時(shi)間序列(lie)為基準的頻(pin)譜(pu)分析圖(tu)及垂(chui)直(zhi)剖面(mian)速度(du)分析圖(tu)形。獨立窗(chuang)口(kou)顯示(shi)其(qi)它(ta)參(can)數(shu)如(ru)壓(ya)力(li)（水(shui)位(wei)）溫度(du)及電力(li)大小等(deng)將(jiang)資料以ASCII文(wen)件的(de)格式轉(zhuan)換(huan)儲(chu)存。