接触式声学多普勒（ADCP）在线测流系统 - 声学多普勒流速仪的工作原理

一、系统概述

随着大量水利工程的兴建，水文站测验河段的测验条件发生了明显的改变，尤其是水库等蓄水工程的水文调节对大坝上下 游水文站的影响尤为显著。为了获得河道流量的变化过程，势必要增加测量次数，加大工作量及经济成本。在此背景下，急需实行流量在线监测以解决 水利工程环境影响的流量测量问题。

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声学多普勒（ADCP）在线测流系统是目前在线测流最成熟最可靠的测流方案之一。通过我司研发的流量测算与无线传输系统, 将ADCP采集到的水位与流速流量数据实时传输到用户数据管理软件平台，实现河流断面测流的无人值守与长期野外工作。采用ADCP在线测流系统通常用 于断面资料丰富的天然河道或形状规则、易于建模的人工渠道。

二、适用范围

◆ 适合用于变动回水严重、河流条件复杂的水文站或工程施工中的临时监测点、城市河流上进行流量测验。

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◆ 不适合于含沙量、波浪大、漂浮物多、暴涨暴落河流，仪器易受损。

三、测量原理

声学多普勒（ADCP）测流传感器是根据声波频率在声源移向观察者时变高，而在声源远离观察者时变低的多 普勒频移原理测量水体流速的，每个换能器既是发射器又是接收器。每个换能器发射某一固定频率的声波，然后接收被水体中颗粒物 （如泥沙、气泡等漂浮物）散射回来的声波。假定水体中颗粒物与水体流速相同，当颗粒物的移动方向是接近换能器时， 换能器接收到的回波频率比发射频率高；当颗粒物的移动方向是背离换能器时，换能器接收到的回波频率比发射频率低，发射频率与回波频率存在差值。

四、功能特点

● 声波传感器适合各种测量环境，操作方便快捷，不干扰水流，可减轻测流强度。

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● 可以测出河底卵石间的过隙流量，这是传统测流根本无法做到的。

● 能够同时测量悬浮物浓度剖面，为计算河流输沙率及泥沙迁移规律研究提供可靠依据。

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● 可以自动消除环境因素的影响，自动鉴别测量数据质量，避免影响测量数据精度的不合理现象。

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● 在低流速、非恒定流速情况下仍能获得高精度数据。

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● 实现自动和实时监控测量，而通常采用的河流流量测量方法，例如人工测船、桥测、缆道测量、涉水测量、走航式ADCP测量， 都无法做到自动和实时在线监测。

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● 可直接测出断面流层流速分布，且可通过软件掌握断面流速流量和流场的变化过程。

五、安装方式

根据工作方式的不同，可将ADCP分为水平固定式、底座固定式、浮标垂直式。

◆ 水平式

水平式安装在河流或渠道的岸边，测得1~128个水层的流速分布，得到断面平均流速，通过标准测量方法建立率定关系模型， 并结合已知的断面资料得到过水面积，即可计算实时流量，常用于天然河道或断面稳定易于建模的人工渠道。另还可以将ADCP安装较为稳定的水面 漂浮平台，向下发生声波，测量垂线的流速分布，达到自动测流的目的。

◆ 垂直式

在浮标上安装ADCP长期或间断监测某一断面代表垂线的流速，再同走航 ADCP资料对比分析，建立断面流速与代表垂线ADCP流速的相关关系，分析其代表性及误差，即可推求断面流量， 适合水位波动较大的河流或潮位波浪变幅较大的海域中。

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◆ 底座式

ADCP安装在水底，由固定支架固定。这种方式适合自容式安装方式，内部含有大容量的数据存储设备， 可以保证测量数据的完整性存储。这种ADCP本身不易晃动，能够保证数据测量的准确性,这是它最好的特点。 另外它不受外界自然条件的影响，缺点就是不能直接将数据传输给用户，实时性比较差。另外可以在人工水渠安装并采用水下电缆传输， 实现在线监测，缺点是后期维护要求较高。

六、现场案例

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