ADCP操作手册 - 声学多普勒流速仪使用方法

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- B& b' ^5 }- p. R

ADCP简介

) @+ I6 z. R; s2 `3 K1 Q! y

    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。

( L& p; o: O5 L0 q5 e& _

01

2 N6 C& n) X3 F

主要技术参数

6 g; s8 E. {8 j/ P

(1)技术指标

* |9 v" n! M/ ~) R) B

流速范围:±5m/s(缺省值),±20m/s(最大值);

7 C; K3 r0 K2 ]

流速准确度:

1 \* l* Y8 Y& e+ f5 }7 A5 |# P: d; R

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

( D$ e( I) \0 R# p) a( R

    300kHz:±0.5%/±5mm/s (实测水流速度);

8 e) t. ?8 X3 S) A3 z

流速分辨率:1mm/s ;

3 _; k, i' ` ]. h

深度单元个数:1-128 ;

: M0 M3 N. ?2 w/ b" B/ l

发射速率:2Hz(典型).

- f7 k' G3 O% Y8 e6 R8 L

标准传感器: 

, P' { l& j6 B) r

温度(装在换能器上):

/ t: J1 m" b ]; H

    量程:-5-45°C

! a; z/ N$ L0 h7 ?2 Q! M

    精确度:±0.4° C

0 i. d6 y7 N1 E D' L

    分辨率:0.01 ° C

, T7 j: h, O0 d

倾斜

" N t% _3 @% X$ F' G* _

    量程:±15°

+ S" ?& D9 M% i/ X2 v0 j

    准确度:±0.5°

2 x) o8 x+ w! B

    分辨率:0.01 °

5 _6 r! [4 I x! s2 Y2 H

罗经(磁通门型,内置现场标定功能)

& P# Q$ Z7 b, {6 U% V, t+ m1 C- f

    *长期准确度:±2°

+ X, q( n- X; @5 w/ `+ W1 b

    *精密度:±0.5°

( T3 A7 c7 t d% g; p, F

    分辨率:0.01 °

, u% _6 m' _5 z( e' P, J: D

    允许最大倾角:±15°

- y5 s& J9 o0 E* o3 b9 ?

   *:在磁倾角为60°、总场为0.5G 的情况下。

. ~1 Z9 o( P6 M1 L$ g/ o$ u0 a @( N

(2)参数设置

8 _7 r3 |4 g0 K; y6 n9 |

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。

4 ?4 s7 D( H* k- U- [) j7 L" ?- F) K

02

. F u) t- |% f. ^& z+ k6 G8 N

ADCP检测

`4 U4 |4 Z* i! |8 U3 l

(1) 首先打开BBTalk软件进行ADCP相关配置参数的测试;

* w0 H! A9 {% V5 h/ u

(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;

: b. y7 v5 W6 h# q& {) D( G

(3) 检测ADCP常用命令:

+ |+ D/ o w+ j+ l4 V( p: b

PS0:; d& c* c5 K& a; \: R$ l

. u- x. z& m7 s# H

  系统基本参数信息

PA:  . J7 s) E* P& z% \: w4 \6 Y! o

  系统自检

PC1:  外部传感器测试! L, N t! p2 S% P/ j" F' a

PC2:  内置传感器测试

) S$ I5 D) d# Q) `' i, m2 {# V: m

PS3:  声束坐标转换矩阵

& H+ f* [: u, v( Y0 F7 F& w

03

, N8 p' Z( ?% y0 a+ D6 T

WinRiver II操作

1 W% s/ P. Y9 Z. @: u( D( J

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

* Y& N* z* C) 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)。

, d) t' f) X4 U

     安装好硬件

2 m% C! p/ O& h7 y

     打开WinRiver II程序:

, B1 ~% F7 w2 m

“配置”→“外围设备”→“外围设备配置对话框”对话框:

6 Y5 C% v2 \1 ^% E# _

点击“添加”出现“设备选择对话框”对话框:

) k6 r/ n& z7 z0 U5 c" C) a, [2 k 3 c! `3 X4 d9 ~( d; s `7 Q9 V

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 Z9 ]) J+ F3 f" H

    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”。

+ D8 \ ]+ e h h- X

点击“文件”选择“新测量”:

' H# H0 K4 h$ b7 l

出现“设置对话框”:

- E! H% i7 b w. w

添加需要的信息,点击“下一步”:

9 j, [4 M& e- ^ N

添加合适的水温,点击“下一步”:

" Z6 h% a5 ]2 r. }, {* { c$ `

    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”:

' g2 j) Q }: _% e4 r) l

选择合适的文件名、输出目录等,选择“下一步”:

; z @3 v y, H5 `. E+ f- U

    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。

/ z; K, }: _* V; N$ W- \ c; l2 W

    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:

) t0 n5 z1 m6 I4 A. b

EX11111    把地球坐标改为ENU坐标;

! t" O8 _& w2 y$ H

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

+ a7 Y0 O/ M2 v8 v

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

" k7 @7 Q. V5 k* j( x' g. c

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

}# n- ]* r! ~# z

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

( t! H2 H: y, w) N

WF25        盲区,为25cm (600K);

8 ]- J+ S; \7 ~& ?$ e% k6 X9 m( |+ _

ES11         盐度校准 (例如11,根据海域设定);

4 u6 x7 c) I. ?( Y& e; w

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。

4 X& V( d& f# m( O( S

只设置前面的就可以了,后面的默认。

+ o6 |" o- H$ z6 |

    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):

& ^2 {; `0 b* w7 N4 J1 w

点击“完成”后,点击“采集”→“开始发射”

2 E% }5 S' L8 j& O% p/ i

出现“ADCP时钟设置对话框”,点击“设置时钟”:

/ N4 _9 A* F( K% @

出现“ADCP时钟”对话框,后点击两次“确定”。

+ V' i$ D) t# f6 m& J- M" x

    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。

. k0 z3 G8 e2 X" a( P; A8 B

    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)。

8 O' X) C6 u5 K9 ]* S

点击“采集”→“开始断面测量”:

+ a" i7 ]+ N- }/ i7 e

出现“开始断面测量”对话框,设置离岸距离,点击“确定”。

0 L% }+ q& q5 P* R

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”。

# s# G0 h" \' X I* s

点击“采集”→“停止发射”。

9 v0 K4 N, e3 M$ V

生成的数据文件有:

! a2 V: |+ \2 ]

测量文件:WinRiver II的核心测量文件(配置文件):*.mmt,

* X# ~; @) z1 W0 p+ N2 N

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

& g$ S. p' i! A' `' G, [

导航数据文件:文本文件

( X) A& f3 p' E( a

如有外部传感器,如测深仪、外部罗经等,可以记录相应数据。

$ N9 \" U7 Q& S' j! R* q0 v$ L

04

0 H# k% U y& c4 a; T- i6 y

注意事项

; S0 J0 s( U& `$ N$ X' Y3 _

(1)安装

# R7 p* L2 M: N- O1 p( `* 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。

$ u/ T* P: t3 s

•    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;

4 m: y8 U' e5 D4 ?

•    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;

* y6 B+ L9 A$ J- e$ X

•    波束3指向船头方

3 O6 z4 `* v& z

(2)测量

' X8 s/ ?" Z$ |% G

•    船速越慢精度越高,一般船速不超过最大流速;

^- C2 B# q* j' U% t/ e* T4 G" N. l

•    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;

- g Q3 s! t" F- x0 [

•    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 ~- ]( r7 ~& K" o& p- n* N; p# X

•    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。

: o5 `3 Z2 Z6 D8 v1 v$ F3 ^

05

+ H2 ?# w/ l9 j: y" J' X

常见问题及解决办法

! ]; e8 O7 M# f+ ~. Q) {% B! [0 A

(1)ADCP设置参数

# J. j! H! T% ?# ?+ K' R' Q& W

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

# }. ]# p' R! 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;

* M( _" s( C2 s P( |8 {" e

•   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。

: T/ s' G3 C6 x) w$ L2 l

(2)现场测量

1 g0 d9 E; X9 b A3 q" r1 `: ~: g

•   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;

+ v; ^% j+ f! ~4 R$ y5 i, M; h0 D

•   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。

. T9 U0 K! z a) m* ?' c9 D

(3)ADCP无底跟踪或跟踪丢失

- F" _, Z% \: _2 }

    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。

, r. X( }! z0 f _2 L

06

1 u/ b, A/ R5 I N" m* f

维修养护

3 D! y0 m5 }, ?$ r w! v

(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;

9 {8 Q, Q$ L) D% ]

(2)每次用完后要用淡水清洗、擦干ADCP传感器表面;

& h: c3 C* _2 O2 y

(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;

/ A4 q$ N* T* K- O( w% 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;

7 C9 [, n4 Y& N. J

(5)整理好ADCP传感器、数据线及工具包并装箱,以备下次使用。

1 m# d# p$ X3 |0 N3 u- ]& Q/ J# P

作者:大江 小海

4 I# S1 y7 f0 i$ l) o# z

编辑:小海

0 a& ~: B+ B# L( [

智绘

! _- X; J+ ]/ P: K$ r

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, i. Q6 c) o }' O' k9 H

江海智绘

2 o- c6 w" s# R8 d5 A1 [

操作说明在不断完善中,欢迎您多提宝贵意见和使用反馈!

# V' t1 v! C. K& {* v) e( W+ d! z' [ # Q! p1 o- D0 E' H- {0 d: r 0 Y) ]- g4 Q$ Q5 u5 `7 y3 l( ` X3 u+ t& ] 5 S8 J* x6 A2 \! R
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