ADCP操作手册 - 声学多普勒流速仪使用方法

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' ?- o# G) J+ v( `$ B

ADCP简介

0 k! J* f/ e2 v: L1 F' r* [; G

    ADCP (声学多普勒流速仪),由美国TRDI公司生产;它是利用声学多普勒原理设计的一种声学测流设备,有4个声学传感,某一类型的ADCP以一定的频率向水中发射声波信号。天然水体中一般都含有一定的细颗粒悬浮物质,声波碰到天然水体中细颗粒物质就会发生散射;水体中悬浮颗粒物不同,接收到的声强信号频率也会发生变化。通过计算ADCP频率随悬浮物移动变化的关系,去除船体移动速度,就可以得到水流速度。ADCP就是通过细颗粒悬浮物和其它物体对发射一定频率声波的反射,从而应用Doppler原理来观测水体的流速。

5 [4 E$ Z! b: d3 ?

01

/ [: \) B) d) a2 |1 Q

主要技术参数

j3 J, X/ x% R. a, m. w! u1 I/ f$ O% h/ l

(1)技术指标

7 L1 K& K# o* F* z% N$ h

流速范围:±5m/s(缺省值),±20m/s(最大值);

/ }/ ]& x9 X* w a9 b* H" H

流速准确度:

8 o0 m2 j; i6 G+ X0 U. w( N" y# I

    1200、600kHz:±0.25% /±2.5mm/s(实测水流速度);

" R+ z% b& \ G, g& [$ y

    300kHz:±0.5%/±5mm/s (实测水流速度);

, B! H. k6 s/ l& H3 u- [5 `. ]

流速分辨率:1mm/s ;

, Y5 X0 g5 P, a# A

深度单元个数:1-128 ;

- [5 d2 z! V. k

发射速率:2Hz(典型).

. T5 A5 L5 q$ h* F+ |

标准传感器: 

. ]0 J7 D$ J; ?% F- V' C

温度(装在换能器上):

, R% J( X$ F9 |4 F

    量程:-5-45°C

' j' j/ W+ a8 L% A5 c" U* A, f0 ^

    精确度:±0.4° C

6 B/ }" h9 S# u6 g" Y8 |

    分辨率:0.01 ° C

) {% h: y+ [& \0 L4 h4 {

倾斜

; R0 w8 f; }8 Z% W

    量程:±15°

! Y$ Z0 T5 L9 B0 a3 D9 s3 o

    准确度:±0.5°

$ X( m o3 P: d4 u

    分辨率:0.01 °

* Q3 p& M, y5 d6 s8 ^

罗经(磁通门型,内置现场标定功能)

4 M( i9 ~. d5 q$ c

    *长期准确度:±2°

1 _0 g* Z$ |* k! A7 G# \; N, k

    *精密度:±0.5°

; @, E$ V4 B5 X# _$ z4 n% s

    分辨率:0.01 °

9 }, S/ j! t* ?) m8 [+ D% X% @( R

    允许最大倾角:±15°

2 ]7 i% [- q; k! d9 ]6 |/ r

   *:在磁倾角为60°、总场为0.5G 的情况下。

9 C3 J4 I1 k" s: z6 l

(2)参数设置

( g4 o, j/ F, X9 @, u2 }

注:模式1 适合所有河流,最大流速到 20米/秒;模式11 为极高分辨率浅水模式,适合浅水低流速河流:流速低于 1米/秒,低紊流。

7 y- Y n. l1 D+ X- {

02

# e3 p+ ?; d" b2 Q# M& K

ADCP检测

7 [8 }2 B0 y; g& C: f( t c

(1) 首先打开BBTalk软件进行ADCP相关配置参数的测试;

7 f( S4 [1 L2 Z1 B

(2) 野外观测前/后、每天工作前/后都应检测ADCP,并做好相关记录;

! ~5 ~3 Y) h$ ?& [. H0 ~

(3) 检测ADCP常用命令:

; a! _7 {9 i+ y1 j1 m

PS0:0 C! _8 E5 `' \

5 ?1 g. W8 I. |5 H3 W. w9 i% Q' X

  系统基本参数信息

PA: 0 q( f- J5 w% u! F6 F, Y" [( |

  系统自检

PC1:  外部传感器测试3 ^( e1 r$ V& d9 ~, X0 S. W

PC2:  内置传感器测试

. u5 k7 _' Y5 d4 ^( C( N

PS3:  声束坐标转换矩阵

" c& n4 c) @6 B: ?* k3 y# r4 n U

03

! ]% _# R9 h+ ^

WinRiver II操作

A% y! d! k- W, b& E7 \

*本操作软件主要针对河流型的1200KHz,600KHz,300KHz的ADCP进行操作

% @$ T! ~6 J' O* g" H+ s1 v$ {- |

    WinRiver II可以采集ADCP、GPS、测深仪、外部罗经的数据(铁船对ADCP的罗经有干扰,应使用木船,如果使用铁船应使用外部罗经)。

/ ]; @8 V+ |/ Y z3 I6 C. X

     安装好硬件

) K1 f. ^4 z( s2 F$ F9 ~2 r

     打开WinRiver II程序:

& p1 x K" s" q" y5 C' |

“配置”→“外围设备”→“外围设备配置对话框”对话框:

3 o( t, k3 w3 O4 n2 b0 S

点击“添加”出现“设备选择对话框”对话框:

/ J5 W, d$ }! k5 f 5 O6 A; Z7 _" i: C# C

点击要添加的设备,包括ADCP和GPS(这里已经添加好了ADCP),点击“确定”出现“串口通信设置”对话框:

9 r1 D$ ?: A4 U) n" v4 ]

    将“通信端口”改成所选择设备正在使用的端口,波特率GPS为9600(ADCP也是9600),点击“确定”。继续添加所需要设备,直到添加完。点击“外围设备配置对话框”中的“关闭”。

9 D0 n$ Y' S' \

点击“文件”选择“新测量”:

6 @/ M9 S( h& \! }( U

出现“设置对话框”:

' _' D& V' M0 B" F' n" v( O

添加需要的信息,点击“下一步”:

. a& w$ p" a& d7 { ~; F

添加合适的水温,点击“下一步”:

: r/ b2 D; @# n& R

    等待ADCP前面的指示灯变为绿色,选择GPS前面的复选框,等待GPS前面的指示灯也变为绿色。把其余参数按实际情况设置好,其中“换能器入水深度”为仪器换能器在水下深度,一般为0.5米(注意:此处单位为米,数值为正值),风浪大时可放深一些,防止ADCP传感器露出水面。“磁偏角”上海地区为-4。“二次底深”指起始水深,用于测河流断面流量,海上定点观测可以填最小水深。“底跟式”(底跟踪模式)有模式5和7两种,但这里只有模式5一种,所以自动即模式5。“水跟踪模式”选择模式1即可,填好后,选择“下一步”:

5 N7 Z5 G- N9 ^. h% m) z! K

选择合适的文件名、输出目录等,选择“下一步”:

% M4 r2 x& s; v8 K* t& ]; k

    输入合适的命令,其中如果“固定指令”、“向导指令”、“用户指令”冲突,则服从后面的,即“用户指令”命令优先。

: b- J4 z2 B$ _+ P

    在“用户指令”中用到的命令有(不区分大小写):例如,在使用ADCP内部罗经情况下:

* Z% A3 d& F6 h2 _% M. t

EX11111    把地球坐标改为ENU坐标;

( ~( k* T; Q& c

WP4          4个水跟踪数据的平均(adcp四次发射的数据进行平均);

- K6 f, Y& d; Y( d, J0 R9 i0 X

BP4           4个底跟踪数据的平均(adcp四次发射的数据进行平均);

5 Q8 o2 S1 Q* y! X$ Y( i

WS50        Cell Size(50 cm)(ADCP-600K 要设置在30cm 以上);

5 Y& ^" \( r, ^, i+ L' Y [

WN30        层数,根据水深设定=最大水深/Cell size+2;

4 I+ ?9 w1 `# G- j w) X( B

WF25        盲区,为25cm (600K);

# _8 f5 l: m. P7 y

ES11         盐度校准 (例如11,根据海域设定);

6 u7 z4 b( T$ n6 `0 _: |

TE00001000  设置采样时间(例如10秒钟,格式为时分秒:“00:00:00.00”命令中不要带冒号和点)。默认采样时间间隔为TP×WP,因为水深不同声波反射的时间也不同,会在某一值左右不停变化。TE必须大于TP(两次发射的时间间隔)×WP(要对几次发射的数据进行平均),否则按TP×WP的实际时间进行记录。

# d2 q. F: e2 N: y

只设置前面的就可以了,后面的默认。

' }$ x( |# \ V

    设置好“用户指令”后点击“下一步”,出现设置的整体情况(“用户指令”里面的那些指令在这时候还没有被接受,所以现在显示的和“用户指令”中设置的不同):

m2 [( G" ~: r' d; Q5 W

点击“完成”后,点击“采集”→“开始发射”

! I% l0 j0 P5 B9 @5 V h) x

出现“ADCP时钟设置对话框”,点击“设置时钟”:

( S* m4 |' q: q. p

出现“ADCP时钟”对话框,后点击两次“确定”。

3 }8 R; g: n0 d

    出现“命令日志”对话框,开始执行前面设置的“固定指令”、“向导指令”、“用户指令”等。

; b3 p/ P% p5 E; P

    直到设置完成后自动结束(这时可以点击现场配置检查配置是否正确)。

5 c) y3 s' O9 H. E/ l2 N7 Z! S

点击“采集”→“开始断面测量”:

8 G8 G: o5 u O) `# x) j4 c

出现“开始断面测量”对话框,设置离岸距离,点击“确定”。

6 y; K7 Q- C6 d3 P, ~) t

直到数据采集完成后点击“采集”→“停止断面测量”。出现 “结束断面测量”对话框,设置“离岸距离”,点击“确定”。

\6 b, x8 O5 K3 W5 s/ c, n

点击“采集”→“停止发射”。

; H7 b4 w6 k9 L- ^

生成的数据文件有:

" U4 v$ h S5 i! M3 X3 g

测量文件:WinRiver II的核心测量文件(配置文件):*.mmt,

/ [: ?2 Z% P! p5 h# b* c; F- L

数据文件格式:prefix(文件名前缀)_meas(测量编号)_MMM(断面测次号)_NNN(文件序号)_Date_Time.PDO

% `- D! l5 K* L5 N% b& ^

导航数据文件:文本文件

2 w- w4 i5 \$ g# w$ l* Z* E0 R

如有外部传感器,如测深仪、外部罗经等,可以记录相应数据。

- g) U$ U4 W' Z7 `3 Z

04

! J% v) ?) `0 _4 a% c5 Q. Z, G+ t

注意事项

* f# R' z3 \! F7 |

(1)安装

3 ], g& D8 `( T& `) E$ G

•    在安装与工作结束后从水中取出ADCP过程中,确保ADCP不在工作或测试状态下,否则,可能会导致程序出现错误或丢失,使仪器无法正常工作。

" B: u$ \ S9 J2 N2 U* y

•    如使用ADCP内部罗经,要使用木船,如果作用铁船,则要外接罗经;

w( i4 P! S% r) E1 T' W9 k

•    换能器的深度最好超过船底,安装要牢固,避免在其周围产生水泡;

: q& E" C2 z3 @2 b/ ~! k' q$ Z! z

•    波束3指向船头方

# [6 x) [6 z: ~5 c( |$ G0 f8 `

(2)测量

: O, l2 ]/ L, x* P. A d2 w

•    船速越慢精度越高,一般船速不超过最大流速;

$ ^4 V Z. H5 s( o+ \) x

•    在未知河段测量时,应先预测一次,然后将测得的河床深度、形状及流速大小输入到“设置向导”中,以设置合适的测量参数;

; D/ H+ ~: F$ {

•    在开始及结束测量的岸边,船应稍停留片刻,以便获得用于计算岸边流量的10个平均数据;

# \9 t* \* r/ H

•    应当用多次断面测量的平均值(至少四次,即来回两次)作为最后的河流流量测量结果。

! D4 Q( y5 X8 s* H3 x4 P) z

05

- y" P& Q6 C- R( i% P* l0 e2 Y% y) F

常见问题及解决办法

. p/ [0 J4 \* q1 f; {1 g+ }

(1)ADCP设置参数

5 f4 }. A! R0 h2 r& V( u' {0 U

•   ADCP数据传输最好不要用USB接口,要用COM口或PC卡转COM口;

& j+ \/ k0 D" t9 O

•   ADCP开始工作后,如发现参数设置有问题,只有停止发射后才能修改设置;

" i5 F' q+ w4 p8 p, J9 H, y

•   如果进行定点观测,一般设置采样间隔要在10秒以上为佳,目的就是要减少紊动的影响,如果外接差分GPS,采样间隔最好不要超过20秒。

9 F( h/ a5 \7 o3 [: X$ ?

(2)现场测量

; \0 |# I0 L: V1 }( L4 J

•   如对所测区域不了解,先在的观测点一定范围内测量水深,如发现变化较大时,要换一下定点测量位置;因为在同一时间,ADCP四个传感器测量水深相差较大时,可能会增加流速测量误差或无法计算剖面流速;了解现场水深、地形以及最大流速等、可以优化参数设置,提高观测数据质量;

7 p+ g3 l& a) |- s. x, g

•   流速很低或流速紊乱、不均匀时,数据质量也不好,一般发生在不同水流交汇地段、河口地区转流时段,如出现这样情况,可以尝试设置参数WB1,把宽带改窄带,如果还不好,就要用备用流速仪加测,弥补此时流速测量。

) [2 c @; l5 F2 D

(3)ADCP无底跟踪或跟踪丢失

( c, M a1 z; e; y

    当ADCP无底跟踪或跟踪丢失时,可以尝试以下操作:重新设置参数近底回波强度阈值(BA)和速度分量最小相关性阈值(BC),由原来的BA30、BC220,改为BA20和BC210。但要注意:只有无底跟踪或跟踪丢失时,才尝试以上设置,因为,在这样做可能也会造成底跟踪错误,同时增大流速误差。

" A M. c8 z* U; d1 ^4 j

06

( V% g- @$ t$ X, Z& d8 {

维修养护

% Y5 u$ ~' b: N

(1)野外安装到下水以前要确保ADCP传感器用黄帽子盖住,换能器表面不要触及硬物上,也不能长期受太阳光照射;

0 i' t% b: u L4 c

(2)每次用完后要用淡水清洗、擦干ADCP传感器表面;

3 `/ ^6 U. ` r" h ]& D: Q1 K) x

(3)现场连接ADCP传感器与数据线时,要抹一点硅脂,但不要多,同时注意不要抹到插头上;

; ^/ @! A3 A% \9 x$ e& q

(4)连接完毕后,要锁好数据线上的胶圈,拔下插头前,要先打开胶圈;

2 s5 K2 j) ^* h; c

(5)整理好ADCP传感器、数据线及工具包并装箱,以备下次使用。

; ~- \, l Z* v$ r3 [

作者:大江 小海

8 v6 w1 g3 ~# ?2 S4 b

编辑:小海

/ |; X0 @: ~6 v, r0 Q: m( f) ]; f

智绘

/ Z5 d0 v( T ~" F% \5 ?

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江海智绘

& `! ^' G+ B# l b* q$ ^/ K

操作说明在不断完善中,欢迎您多提宝贵意见和使用反馈!

5 ]* g# P1 f" M( S( L! [; w 8 @0 U2 M# u! m) \0 L 9 `% z0 k. \: d/ G I 3 r5 N( A$ g: t! y) s0 L9 w8 U8 r3 z8 R- V
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