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ADCP操作手册 - 声学多普勒流速仪使用方法

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! S/ h4 o7 H' [' B

ADCP简介

# U3 i+ n) C/ y: R7 m

    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。

! ^/ s, L! y" P" J, u( \

01

7 r# K( d% F7 A" w L8 h1 @

主要技术参数

, m# Z, C: v! P3 T

(1)技术指标

2 }: \# m1 K3 K, o& [* f$ ]

流速范围:±5m/s(缺省值),±20m/s(最大值);

$ }$ R: J1 |+ p0 K8 M0 s- k- f

流速准确度:

, G, e |& a8 U9 y' n; n" `

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

7 a/ G* ?! S1 k4 M2 |+ Z( N

    300kHz:±0.5%/±5mm/s (实测水流速度);

7 i7 s. \% U: C% ?

流速分辨率:1mm/s ;

* s" D, U& C, ^' |) c. G+ q

深度单元个数:1-128 ;

7 x, \0 y* r) ^8 k# d

发射速率:2Hz(典型).

5 @. D. p! N: r9 X

标准传感器: 

/ N, a! o2 R, u. [( ~5 p

温度(装在换能器上):

" ]3 g, m$ G0 V( P0 N2 d- H6 h

    量程:-5-45°C

1 C) @( h; C9 ~, ?7 r

    精确度:±0.4° C

0 c: u" L- s7 r7 O9 Q

    分辨率:0.01 ° C

5 m& o$ B6 }2 \" n% \5 r

倾斜

; Y( {0 I/ Z5 x

    量程:±15°

7 [4 o0 [6 t% t0 p

    准确度:±0.5°

& J/ K5 M# H0 y v

    分辨率:0.01 °

) f: K3 \6 M; N

罗经(磁通门型,内置现场标定功能)

- B3 {6 F% ?- X

    *长期准确度:±2°

3 B/ O2 s/ x- q" j/ f

    *精密度:±0.5°

8 [* V# [! l) Q, \

    分辨率:0.01 °

! s: y9 E3 f5 B) P! R+ y- U

    允许最大倾角:±15°

3 v8 \* z* \- P9 \- c! u

   *:在磁倾角为60°、总场为0.5G 的情况下。

% s2 x4 I: d# r& ]8 \8 n( |

(2)参数设置

2 O3 W0 i" y; {

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。

( |1 S" |+ @+ Y. M% h

02

% z/ r) r0 u$ s5 l# y

ADCP检测

* ~5 r3 W0 E/ m

(1) 首先打开BBTalk软件进行ADCP相关配置参数的测试;

4 _5 X# o9 Q* b$ v

(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;

$ }% W5 Q- x% J3 M. P

(3) 检测ADCP常用命令:

, t7 ?$ B3 S# N, } K; i1 k; ~% M

PS0:; C1 Z* f0 o5 L" `' e) ^( j

% i& j) I' E* g4 T4 Y$ h6 a

  系统基本参数信息

PA: * s/ p9 s9 S) E5 `4 m

  系统自检

PC1:  外部传感器测试( g/ F$ @0 H& D% @" Q5 p4 |- B* B

PC2:  内置传感器测试

+ b+ J7 D2 a5 W* i& F* }

PS3:  声束坐标转换矩阵

) H7 m/ C# G. }) _# v

03

) Y9 m4 r/ y, C. U+ o' N

WinRiver II操作

# |+ }8 X0 W% x# `! W

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

: b& y) G- q; A# ?

    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)。

3 h" H( U& F7 E% l' J3 v+ L# s

     安装好硬件

# {, U% I# O! T1 w% B q8 F

     打开WinRiver II程序:

( w3 G! j7 H9 t( W

“配置”→“外围设备”→“外围设备配置对话框”对话框:

t' L- f; x1 u1 ]5 n! F

点击“添加”出现“设备选择对话框”对话框:

- F7 E- a4 V* z5 _- k$ d! X4 g0 H% ]! ?# N2 o

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:

: \$ Z7 L6 y, @8 M

    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”。

) t' J8 z- }2 M5 o- @3 V1 f/ D

点击“文件”选择“新测量”:

; E: l" K" _: n" u. v

出现“设置对话框”:

# M* e9 }* g, _

添加需要的信息,点击“下一步”:

! K7 W; d. D. ?# X! u

添加合适的水温,点击“下一步”:

" v# {; H; [0 m- m! T3 A

    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 H. `) H/ C# u5 o$ S' f, X

选择合适的文件名、输出目录等,选择“下一步”:

& @( j3 A# e' v. w! ^5 d* i

    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。

5 s, Y" o G" r+ e: p0 k3 O7 T

    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:

0 t* R! U1 b+ |

EX11111    把地球坐标改为ENU坐标;

3 b1 p* p; c% M1 a9 n6 b

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

, K. }; F- M' P4 u& t( M

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

5 v8 L3 ^7 T6 O& B. i

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

' J: M: V7 ]& [' k& ^7 N

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

0 V; Q$ g' Y0 _+ D5 m- |" C

WF25        盲区,为25cm (600K);

7 ^& F' _9 w! \- B- F9 ` k( b

ES11         盐度校准 (例如11,根据海域设定);

/ j! ^( ^* _# H; V" m7 u) k

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。

1 D U3 d# ^. O/ o3 T

只设置前面的就可以了,后面的默认。

% ^2 g J* k I% Z9 A( F

    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):

6 Z0 U! I# b; m, o+ C9 P

点击“完成”后,点击“采集”→“开始发射”

; I8 o( [. F/ {% q1 o* A( }& f

出现“ADCP时钟设置对话框”,点击“设置时钟”:

: S9 g* ~! t; f) y+ J

出现“ADCP时钟”对话框,后点击两次“确定”。

' J4 ?0 y6 P! J

    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。

8 v+ f A, H+ T" ?, P8 Y

    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)。

% X! p& [5 k- x. Z/ a

点击“采集”→“开始断面测量”:

- F( n' C* A9 \

出现“开始断面测量”对话框,设置离岸距离,点击“确定”。

. r. s& o6 I4 K/ l+ }" I

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”。

! _: Z& s. I2 x! T# t3 f

点击“采集”→“停止发射”。

" D, F/ g# R$ d! S5 C' L

生成的数据文件有:

) q* \0 m/ [8 F! V' E

测量文件:WinRiver II的核心测量文件(配置文件):*.mmt,

2 p& S* u! B' ~( a! P4 B

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

3 c1 i: W3 r) _$ J2 d3 F. I

导航数据文件:文本文件

6 N) C; E5 p2 n/ r) f0 S

如有外部传感器,如测深仪、外部罗经等,可以记录相应数据。

; ]5 p+ I. F: D2 d' r* w2 q. C

04

- o+ `& c$ q0 S6 X0 v

注意事项

& K! l" j+ M0 \. U! M

(1)安装

! F1 {6 c5 C8 v# g; s

•    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。

K% ^: l5 m! ]( z8 a3 c/ t

•    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;

$ L2 z% Y3 j' u9 h7 A4 J# Y2 N/ t

•    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;

' h0 W. [$ w1 V( f L+ W# g' C9 m8 D

•    波束3指向船头方

! F: Z" S7 O1 l

(2)测量

+ \5 j7 E! t2 z% V6 e& W! Q

•    船速越慢精度越高,一般船速不超过最大流速;

- S6 C& t& N* W, l9 }# s' [. [' l- R

•    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;

) f/ f5 P j2 K3 W

•    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;

5 I3 g+ A/ {# l

•    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。

J. J" q' d' S# k: w

05

5 Y& |% J" Q. u. n( W: p

常见问题及解决办法

) z0 ?3 _/ k9 t& H6 J

(1)ADCP设置参数

- [, H) x/ s: |) h( r

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

4 W# }! a& ]* l

•   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;

, a' |9 F3 d" {/ Y# Z3 k

•   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。

2 b) E8 Q, M+ m' A' U' {) P: Q! S

(2)现场测量

2 \# I. W$ V3 f+ L: y# X! k0 Q& W

•   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;

+ U+ ~" k* U* U

•   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。

1 k0 \$ Q, @& z! B

(3)ADCP无底跟踪或跟踪丢失

, L& ~5 T0 Y2 }* ?/ n% q& t+ h

    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。

3 v. o5 l1 Q# z' V1 m4 { ]4 B

06

B4 `/ j6 F% A# J( U8 e1 @

维修养护

( @* |9 B/ L+ f. h7 N! M' q

(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;

& k: x; p. [* c* C0 Q

(2)每次用完后要用淡水清洗、擦干ADCP传感器表面;

' |2 g9 q' L; M

(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;

5 \8 t( u/ Y/ h- I, V. W' H

(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;

4 I+ ^) E/ r1 l2 q& O2 ]

(5)整理好ADCP传感器、数据线及工具包并装箱,以备下次使用。

% A; v, _8 A: o! E0 K# ]

作者:大江 小海

% F3 d' v" p, H; i5 M

编辑:小海

1 }1 @; E0 }9 f0 [4 |

智绘

. ^9 h6 z3 F) U, X5 g; e) v/ ~" @0 `

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1 A, k4 H/ {4 g+ D4 {7 D- H5 o& ?

江海智绘

/ ~8 y1 S% q8 \' f; | a

操作说明在不断完善中,欢迎您多提宝贵意见和使用反馈!

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