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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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! `. C D/ L2 O+ K) m: ^' {, g) }. d: k

ADCP简介

; c$ Y% D8 J' ]

    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。

8 {0 R; r$ b& R$ B* j- U# q* ?

01

# ]" X% \1 _* k

主要技术参数

- z8 i; J+ L- d& x0 d* \

(1)技术指标

/ D( o4 }" p! E. g

流速范围:±5m/s(缺省值),±20m/s(最大值);

4 m9 _8 X% |& H, f0 x. j

流速准确度:

- h0 t$ M4 j0 B. U$ l/ ]

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

, H* c6 j" x2 Z/ }. ]5 L$ I& H6 n

    300kHz:±0.5%/±5mm/s (实测水流速度);

4 r* \" {+ O& ^9 x

流速分辨率:1mm/s ;

$ D# M- q% Z' i& Z: P. ^

深度单元个数:1-128 ;

$ @: C! ~6 k" h0 q0 ^

发射速率:2Hz(典型).

) }7 |+ Q3 h2 x3 d& l6 T

标准传感器: 

2 b$ p2 X, F+ W

温度(装在换能器上):

8 K' T# m7 A; w# e# E T9 d) }

    量程:-5-45°C

+ w/ v+ c! s2 l' e" N

    精确度:±0.4° C

) ?& g2 Q" u: k. l& C6 }/ q0 ]

    分辨率:0.01 ° C

. y) d' u5 d, V$ Q

倾斜

; l* G% r& @ b' G4 ?, v7 Q& |

    量程:±15°

! Y9 D/ U8 b" S8 Z

    准确度:±0.5°

% o- n! p; T4 X; M0 S

    分辨率:0.01 °

( ~# q9 p- W( G6 C3 K

罗经(磁通门型,内置现场标定功能)

8 O$ Y# l/ P# Y1 H

    *长期准确度:±2°

) I) A Y H$ E d: X2 S9 j' {

    *精密度:±0.5°

: w6 `" N/ i, r7 p; t

    分辨率:0.01 °

! T% g* r. s5 {$ p2 X: T8 `' `

    允许最大倾角:±15°

3 g! R; q, i& h X) y2 g

   *:在磁倾角为60°、总场为0.5G 的情况下。

% I4 _5 e' Y/ I; \" m, w3 d4 O

(2)参数设置

& W6 `% ]! g+ W0 J: B

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。

# a, P+ n& c9 R) q

02

* y9 Y9 u# h. F8 ?. n# r; d3 P

ADCP检测

3 W$ h; X0 F) r# H( a3 R C* R

(1) 首先打开BBTalk软件进行ADCP相关配置参数的测试;

6 w! t+ H o: I x$ O" U6 l

(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;

7 a, H6 |! t u, H9 G( [0 y

(3) 检测ADCP常用命令:

8 }; A! P0 q8 W) x

PS0:) a- I% `! ]) K8 U6 S4 r$ H( }

) n% |" n. m4 C8 m6 k$ x

  系统基本参数信息

PA: - a$ E% \: e1 M, Y5 h- I

  系统自检

PC1:  外部传感器测试( L2 k. s: d# s3 y2 ?

PC2:  内置传感器测试

1 ?" O* E8 m8 s1 K

PS3:  声束坐标转换矩阵

' w+ v5 H2 x5 W: M( e

03

. n Q, `5 ^- O: F+ h9 _

WinRiver II操作

3 i1 Y* T* O8 g3 H8 j: N' t4 ~& H

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

0 l: T, d0 E: 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)。

u! J- v8 P8 v0 A

     安装好硬件

& y/ f2 Y% S, L! k* J/ H/ {, e8 A

     打开WinRiver II程序:

! a+ i+ G9 o3 N) z c4 p. v

“配置”→“外围设备”→“外围设备配置对话框”对话框:

! @) `3 E, J, [

点击“添加”出现“设备选择对话框”对话框:

* a& I0 h7 T4 u8 `/ V$ x1 @ j( p! g8 j: {: a

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:

0 J2 A, A& Y+ l X; u: j

    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”。

1 y% E9 D, ?" V& S

点击“文件”选择“新测量”:

2 m5 s+ R# G# |6 X

出现“设置对话框”:

5 P$ l/ f, H$ T1 ]

添加需要的信息,点击“下一步”:

8 \0 M1 ?/ A2 F3 A8 f# ?

添加合适的水温,点击“下一步”:

' X- R- a, M4 J: f Q

    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”:

/ F- k1 F$ c- U' m U* B( O4 f! j

选择合适的文件名、输出目录等,选择“下一步”:

' S( l* \" z% H; u0 \# y% }9 p

    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。

0 m. m0 O+ H/ o9 N% l- M2 O) D

    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:

! b7 G0 a- i9 ?& B/ `) N6 _

EX11111    把地球坐标改为ENU坐标;

% {* g2 r; t/ k8 {

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

5 Y: ]" W2 i% e8 k! Q: K' K; ~

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

7 e& ?3 K8 X) h# u# l

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

' G& h0 L; E, V! k$ M

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

, g9 y8 _/ O: [

WF25        盲区,为25cm (600K);

( z' i" r& O% W

ES11         盐度校准 (例如11,根据海域设定);

8 B U4 J6 g+ @3 ]2 n: L: f

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。

+ b6 a( {5 w& }% E) z

只设置前面的就可以了,后面的默认。

/ l7 }5 t+ J' Q# u! K/ x/ E# z

    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):

. E' T- z& e* R5 o3 J* Y

点击“完成”后,点击“采集”→“开始发射”

8 ^1 K- E$ E4 C0 ]" `% S

出现“ADCP时钟设置对话框”,点击“设置时钟”:

/ u6 x% a( q+ I, J6 c% |% a1 d

出现“ADCP时钟”对话框,后点击两次“确定”。

& z8 y5 B4 @7 Q* |

    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。

% W" s2 z, e, s# o

    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)。

' `, _, T) C/ Z) Q0 A/ k7 V

点击“采集”→“开始断面测量”:

4 O7 r( @: `1 ]: G

出现“开始断面测量”对话框,设置离岸距离,点击“确定”。

* l: q8 ~% h/ _1 Y. C) s+ K/ ^

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”。

; k- I( \* M* K7 F

点击“采集”→“停止发射”。

; Y6 s: L4 N; n" H: Z/ a

生成的数据文件有:

" \" C/ b5 z' S F2 J! `- [8 b5 g5 t0 j1 ]

测量文件:WinRiver II的核心测量文件(配置文件):*.mmt,

+ O1 v' f& j6 u/ [+ _. g ~

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

$ p1 Q, W- k0 W; V* ]- C6 t

导航数据文件:文本文件

. [2 G3 K7 }2 |$ C$ q" c( n

如有外部传感器,如测深仪、外部罗经等,可以记录相应数据。

3 V' q+ @% w! W; f* K5 v

04

6 G. Y! f' a3 \/ ?- m$ A

注意事项

r* ` L; i3 V. \- H/ j+ h" h' }0 T) U

(1)安装

2 q. X7 k6 Z1 {- X. U

•    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。

. i4 t2 U4 a' U/ w9 @1 R

•    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;

" B+ Y) ]2 Y; d3 ^' m: o; [

•    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;

1 V1 |. d4 g& \+ z* S

•    波束3指向船头方

+ I( f8 N; n5 T% n* l U

(2)测量

' e; N% B: D' n

•    船速越慢精度越高,一般船速不超过最大流速;

) M \4 }4 W" k

•    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;

- [9 N" ~6 d8 V+ H( o

•    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;

# ~6 X; Y$ G- k8 D5 y# q# 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。

' A9 `# H7 b/ ~. n4 ]" F; Z! t

05

1 l6 }$ J. h8 N+ N) h

常见问题及解决办法

& c& X; ~- @% F4 _& a

(1)ADCP设置参数

& c! D2 |2 G. W! ~ p7 U

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

8 q+ z& G+ t0 ^6 t9 f4 w

•   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;

$ B( D0 a7 j/ S# m1 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。

1 P$ g" m6 e3 f; v8 U, k" D

(2)现场测量

/ J6 v' q; L, f% G9 w6 }# q" f

•   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;

* v2 m+ ]; P2 W8 k( i6 a

•   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。

* W- Z% k1 C/ b7 l: @3 h4 c+ |$ l

(3)ADCP无底跟踪或跟踪丢失

$ e- M1 d; R% x' R9 u' y% M

    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。

* u/ M7 Q9 L4 w5 G X

06

5 \+ l* t+ j+ L2 B8 v

维修养护

! h4 }2 e8 C [) k+ d

(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;

8 l& w8 E$ l1 J1 ?6 N

(2)每次用完后要用淡水清洗、擦干ADCP传感器表面;

$ x7 e% g8 E/ z( r* z" e

(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;

* f/ p, s' ^3 Q' s: f

(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;

) N6 e: t$ S& W

(5)整理好ADCP传感器、数据线及工具包并装箱,以备下次使用。

: m( x0 Z' d! O: }) X

作者:大江 小海

0 A9 \! s4 ~+ ~' g

编辑:小海

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智绘

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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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