【科普】测流神器：声学多普勒剖面流量计（H-ADCP）测流系统 - adcp声学多普勒流速仪频率

一、应用场景

　　声学多普勒剖面流量计（H-ADCP）测流系统

　　H-ADCP采集高质量的水平剖面数据，借助于智能声波脉冲功能，即使水流条件发生变化，仍然可以获得高分辨率和高质量的数据。特别适用于：

　　■混凝土渠道

) P: {5 [& P( {) i' i

　　■天然河流

3 p: ~, j* w8 |

　　■小溪

6 `2 p1 Y; L8 A5 E

　　■灌溉渠道

S) I0 P' r; [# H

　　■水电水道

/ O b+ B- I6 Y

　　■供水渠道

　　■排水渠道的流量监测。

4 a) Y; S$ P* X- {

二、需求分析

　　在河流、渠道的水文信息测验工作中，流速、流量和流向的测量是很重要的工作，传统的流量测验方法主要有流速仪法、浮标法等，测验手段有人工船测、缆道测量等，这些测验方法原理简单明了、实用性强，但是费工费时，效率低。为适应新时代经济社会发展和水利灌区信息化建设的需求，及时向相关部门提供准确的水情信息，需要快速采集河流、灌渠的水流量数据，声学多普勒剖面流量仪测流有不可比拟的优越性。

三、系统组成

0 v& \# M3 c- D- M; r3 L

　　3.1系统拓扑图

7 B2 g2 ], q2 V; a

' z. D% z) g, h

　　3.2系统组成

　　设备数量备注

2 Z9 y1 g3 Q: R, b* [6 n S6 J

　　H-ADCP 1台适用渠宽100m以内

　　遥测终端机1台

+ w E; [- ~- f1 Q

　　供电系统1套根据现场，市电或太阳能供电

　　立杆、安装支架1套根据现场定制

5 R4 O8 _% K s& y! L7 s/ s0 C& X# L

　　物联网卡及通讯费1张/年

　　安装、辅材1项

; u* V0 q! R d! c8 Q& {! P1 n% C

　　平台接入1项接入已有平台或新建平台

四、测流原理

$ c* E- i- r4 z

　　声学多普勒剖面流量计(ADCP)是利用声学多普勒效应进行测流的。从设备的换能器发生一定频率的脉冲，当该脉冲碰到水中的发射物体（如悬浮物质）后产生回波信号，该回波信号被声学多普勒流速仪接收。悬浮物质会随水流而漂移，从而产生多普勒效应（即回波信号额频率与发射信号的频率之间产生一个频差），通过测量得到的多普勒频移可得到相应点的流速。

　　声学多普勒流量仪安装有2个换能器，换能器与安装中心轴线有一定的夹角，每个换能器既是发射器又是接收器。换能器发射的声波能集中于较窄的范围内也称为声束。假定悬浮物质的运动速度和水体流速相同，当悬浮物质的运动方向是接近换能器时，换能器接收到回波频率比发射波的频率高；当悬浮物质的运动方向是背离换能器时，换能器接收的回波频率比发射频率低。声学多普勒频移，即发射声波频率与回波频率之差：

4 I3 t- M4 \2 J' Z q

　　分层数据示意图：

3 t7 S& ]$ ]1 Q, P s. ?( j

　　Fshift/n=-2*Fsource*(Vn/C)Vh=f(V1,V2,…Vn);

　　VC=f(Vh，h);S=f(H，W);

/ D( m" ~: H% C& S, }

　　Q=VC*S;

　　Fsource：发射的超声波频率（Hz）Fshift/n：第n剖面的返回频率改变量（Hz）C：声速（m/s）

# V$ L6 w3 }1 P' D8 A; @

　　V：反射面的水流速度（m/s）Vh：ADCP所在水层的平均流速（m/s）Vc：河道平均流速（m/s）

　　H1：河水距离剖面仪的高度（m）D1：分层的层间距（m）

　　W1：河水的宽度（m）S：河道断面面积

0 Q' C0 a% Q/ h- c) P

　　Q：河道的总流

" ~* [$ y# p$ U( t- F$ a

五、系统特点

　　新一代流速产品，性能更稳定、测量更精确；分层流速测量，更适应宽流域的流速分布；分层流速流向测量，掌握水体的流动趋势；Web云端数据服务；

　　内置水深测量探头；流量仪简单易用；

　　内置温度传感器，自动校准声速；内置姿态传感器、水位传感器测量；

　　外形小型及流线型的设计，方便安装。

六、安装简介

$ r& `2 r0 `+ a, Q7 N' L* A

　　（一）安装条件

　　■仪器安装位置的选择，不能太靠近闸门或水坝；

　　■采样区域尽可能大；

( o" a" k9 k+ o6 p

　　■采样历时也应增加；

9 m" t3 Q0 \; Q. W

　　■安装在河岸边或渠壁的基座上、桥墩或其它建筑物侧壁上；

, X) ^7 p. K2 w8 U8 [1 m% t

　　■安装位置的水层，有较好的代表性，尽可能避开有回流的地方；

　　■注意两个声学传感器位于同一水平面上。

6 X7 B8 e4 v4 c% r) T0 X- V* ?" h

　　■剖面仪水平安装时：距水底距离：>=300mm，距水面距离：300mm（根据不同的河宽会有变化）

　　（二）典型的安装

　　侧装河道斜坡滑梯式安装

　　侧装--河道斜坡塔架式安装：

七、应用效果

: U$ Q d. v! v7 P# n! A2 w1 Y ( g) |% e% c/ s 0 G; |. h1 i0 S3 }6 H/ n