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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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1 t1 V9 {1 s; X q

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9 V( K# G' c8 }1 f w, x

ADCP简介

$ J/ Y3 y. D+ P6 N: f$ S

    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。

$ T- S" {) a& C o! f' J

01

' p) N! J& }7 y3 ]

主要技术参数

o2 |2 F v, U1 P0 Z$ z

(1)技术指标

5 i/ j# p2 N7 m' k

流速范围:±5m/s(缺省值),±20m/s(最大值);

0 _9 ]! @( m+ ]3 u( G3 e

流速准确度:

1 L$ Y7 W) J R; e2 Q& `, ^

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

* e8 o1 E2 F. v6 H; n

    300kHz:±0.5%/±5mm/s (实测水流速度);

* ]( d! p4 Y, [5 p

流速分辨率:1mm/s ;

: u* ^7 w8 Q: D3 {. h' [5 |

深度单元个数:1-128 ;

1 a) j( r( {8 O$ ?; x. B

发射速率:2Hz(典型).

+ e$ B% Z; d3 a! F9 V9 f4 @9 E0 w' K

标准传感器: 

6 M% h% g$ c6 V

温度(装在换能器上):

+ D* \! E' A9 K1 l

    量程:-5-45°C

$ m/ K; y4 C) A* r. M! Z3 {

    精确度:±0.4° C

; m0 d( d7 K* Q \/ s

    分辨率:0.01 ° C

8 ?( O& e! B: V: @' t W

倾斜

& x, P* o! E/ h6 S% @# L

    量程:±15°

( G% B( ]! R: Y! y/ k" u% G' d

    准确度:±0.5°

7 D2 _ _2 Y& b

    分辨率:0.01 °

+ {5 N3 g6 y) d, |6 O

罗经(磁通门型,内置现场标定功能)

6 w/ B7 q5 ^4 P: w0 z

    *长期准确度:±2°

& s s! w- r6 b5 x" Q' x

    *精密度:±0.5°

8 j. ]1 _6 Y; Y

    分辨率:0.01 °

( @( a1 J* G8 g( m! V

    允许最大倾角:±15°

. u( ]3 o; _3 e

   *:在磁倾角为60°、总场为0.5G 的情况下。

* J. s* S7 c B8 ?, S1 d0 `

(2)参数设置

, Z$ ]& V0 S& l' J

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。

9 }$ B0 y y; Q# H! j" o$ C* N1 {

02

. y! ]1 ~5 g9 a0 K* ~$ O# q

ADCP检测

# q8 f, a0 l7 P" X: n& o" b3 r

(1) 首先打开BBTalk软件进行ADCP相关配置参数的测试;

. m# Q' \6 s: o! s

(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;

. O) y- j6 p1 c6 Q' k& U+ c

(3) 检测ADCP常用命令:

2 E3 o( X& U% p2 u( R+ R- J

PS0:2 R. r' R4 p1 \2 ^

. i- x# G, y' q

  系统基本参数信息

PA:  2 U5 Z( ]9 Q+ Q, [

  系统自检

PC1:  外部传感器测试7 N* ]4 [7 ]& Y* H

PC2:  内置传感器测试

; _( y' x, O3 w3 Z W9 S

PS3:  声束坐标转换矩阵

8 X: ]- ^: O& [5 U F* {7 f

03

# x2 s- T2 H3 p

WinRiver II操作

3 ~0 z1 }9 T! X- A1 S

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

* L) @; w" e5 Q e) w; h

    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)。

+ l0 F; c- ~5 J9 f$ c' q- a

     安装好硬件

5 {7 _+ L; ^& A

     打开WinRiver II程序:

0 c$ q5 p6 s8 z0 d

“配置”→“外围设备”→“外围设备配置对话框”对话框:

6 Y, Y8 P# J; I" @& N* P

点击“添加”出现“设备选择对话框”对话框:

: r. o. K" i) z* H# a2 [! \" B6 u3 |9 L8 J5 D% u* z7 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:

7 {% H- A$ S9 j9 D& k

    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”。

, [8 m! N" I# I0 Q3 x; \

点击“文件”选择“新测量”:

1 l/ c3 P" b) H- t1 C

出现“设置对话框”:

6 m! _6 R/ A3 P: Z& ~, x+ z3 L

添加需要的信息,点击“下一步”:

7 P/ z! n! w- u* A

添加合适的水温,点击“下一步”:

, ?- s- w# x; _4 h2 G$ j: D

    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”:

( W4 w7 b+ X4 E8 ^+ w4 b

选择合适的文件名、输出目录等,选择“下一步”:

9 y" @: a. R# f. ~1 {- 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。

, x* _# k! x: U$ q% P 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:

% e$ @- A5 \# C& U" C5 r

EX11111    把地球坐标改为ENU坐标;

4 z L. Z: |2 P

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

! o7 I$ T f7 Z7 Q, h2 z+ o7 S ]

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

% _3 {' f, O7 s: K4 R' G% d+ ~9 `2 ^

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

$ C# Y$ `) D/ Y# E! j) f7 H

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

+ u$ w1 U0 R* k5 V3 N

WF25        盲区,为25cm (600K);

4 \0 p0 F3 n5 p0 V, W

ES11         盐度校准 (例如11,根据海域设定);

' G Y* S8 S8 e0 X( y6 \

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。

3 w! H5 x$ A {% O K: u0 ~# y

只设置前面的就可以了,后面的默认。

0 B. z; l4 c& o, o) z$ U

    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):

& T, U" M2 \! ]1 [5 K; f

点击“完成”后,点击“采集”→“开始发射”

5 G, Z9 b1 L& _7 `9 ~4 F

出现“ADCP时钟设置对话框”,点击“设置时钟”:

( y3 d2 c# B! Z/ j7 k. A

出现“ADCP时钟”对话框,后点击两次“确定”。

* C& M9 F4 y% e) m

    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/ p% v/ j6 |4 f" V; {" A

    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)。

$ R$ @2 e, t+ o" s: t

点击“采集”→“开始断面测量”:

/ w) m- F; g: k+ q+ U

出现“开始断面测量”对话框,设置离岸距离,点击“确定”。

. k# }. j8 g" N7 v, c# ~

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”。

9 V! z! D/ y; G2 n; b% w& R$ C

点击“采集”→“停止发射”。

" ~; Q- M' G2 u) A

生成的数据文件有:

0 ~1 b3 W3 b( W* K" @3 p( D

测量文件:WinRiver II的核心测量文件(配置文件):*.mmt,

+ f/ z% x8 b; x+ \; c/ |- T

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

, T7 {4 o, _8 f' I4 d$ N

导航数据文件:文本文件

3 \% Y1 P' _( Y- q% B

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 X! G9 a4 e& _( m! c5 s

04

3 ~% f" h3 W4 Z% c9 I* y t h

注意事项

@7 Z. u2 I1 z! L3 L7 U5 k

(1)安装

3 b# I6 _* @0 m, a: b w) M

•    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。

5 d' j2 f, E2 R! m, u3 B( {

•    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;

2 J- w+ v7 O6 F5 _% 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;

; D& `5 }- e! G0 p n. r$ {

•    波束3指向船头方

" i1 P9 m$ N! S( |) o- |

(2)测量

, _6 v; c% H ~8 }

•    船速越慢精度越高,一般船速不超过最大流速;

0 Z. }+ n T6 G7 i' i

•    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;

8 k6 U& m6 S& v5 N& q3 A: m

•    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;

0 H& m! v) o- v5 g2 ^5 r

•    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。

/ J4 m& K% J5 I' L" x

05

0 m+ ]% M. L) f% y! A2 u1 l

常见问题及解决办法

! y" E, C3 P# i/ V

(1)ADCP设置参数

1 n( G) o s6 q7 }1 q& ^1 I1 f; I1 @

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

+ h# h, e8 y2 y

•   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;

# s- |8 { M' 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。

3 `3 N* g3 l, @0 e; E/ l5 a8 m

(2)现场测量

! }+ N! K# a. F' @2 q" i# Q5 q: I

•   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( ^1 F7 ?9 e6 B7 C

•   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。

* c( P- D0 h4 b9 B/ {% N+ \1 W, b' l

(3)ADCP无底跟踪或跟踪丢失

: V0 ]# C+ h2 k4 l/ y3 U

    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。

# b+ _9 Y) t0 r( ~

06

5 @, g* Z7 |0 [5 Q% Z

维修养护

# r/ T [% C4 }5 T! 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;

) g; }% m" M: Y9 s2 c

(2)每次用完后要用淡水清洗、擦干ADCP传感器表面;

; ?& @7 ]" L/ F$ u( ], f7 Y+ 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;

0 C: b/ L6 @( f- S% i- c9 g

(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;

1 V9 u* [7 W* Z7 z3 s: f

(5)整理好ADCP传感器、数据线及工具包并装箱,以备下次使用。

9 D" N7 }! [% _+ K' m! m+ e& o, @* {

作者:大江 小海

- v9 y7 M" T+ u) j0 ]

编辑:小海

0 @! R) c8 ?1 n' d" G

智绘

- c7 T- @( p; u* i

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/ W5 B5 h1 @+ w, u- Y: r) k2 Q" g

江海智绘

' u: @9 i9 e5 j4 b) K* @# f

操作说明在不断完善中,欢迎您多提宝贵意见和使用反馈!

, x# f/ v, t- u$ U) d% u5 ~+ H! A ) o) I( l o& Q! U m ; w2 @) x( O0 b2 k8 b. ] `* \; j0 J7 L( i" l% n$ \, q" O+ D' d8 I5 O' b. v! O+ x5 ^
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