聲學多普勒流速剖面儀ADCP

聲學多普勒流速剖面儀ADCP

挪威Nortek AS公司是世界上為數不多的幾家專業研制、生產聲學多普勒流速儀的廠家，在美國、英國等地都設有分公司，產品銷往世界50多個國家和地區。

聲學多普勒流速剖面儀ADCP

 “闊龍"工作原理

      如上圖所示聲波信號沿著相同的波束被發送及接收,根據多普勒原理將水中的懸浮粒子的流速流向計算出來，量測的流速為該水層的平均流速。因其聲波束相當窄小所以沒有旁波效應（sidelobe即當聲波束接近不同介質接口時所產生的偏折現象）。

      多普勒偏移及測量方式

      “闊龍"是利用著名的多普勒頻移的物理原理測量水流速度。如果視聲源相對于接收器而移動，則其相對的聲波傳輸頻率會有所偏移。在闊龍中，這現象系以下列公式表示：所以當我們得知ＦDoppler、ＦSource、Ｃ即可計算出v。

      V＝FDoppler／F Source＊(C/2)

      其中

      ＦDoppler     ＝ 所接收到頻率的變化量，即所謂的多普勒偏移

      ＦSource      ＝ “闊龍"所送出聲波的頻率

      Ｖ    ＝ 水流速度

      Ｃ    ＝ 音速(如在水中則為水中聲速)

      在“闊龍"中，同一聲波探頭系同時作為發聲器及接收器。傳出的聲波會被水里的物體所反射，然后由同一聲波探頭所接收。此時探頭所接收到回傳的多普勒位移實際上為水中微細顆粒的兩倍移動速度(相對于聲波探頭)所造成。這是因為闊龍上之聲波探頭既是發聲源也是接收器，而當水中顆粒接收由探頭傳來的入射聲波時因顆粒與探頭的相對速度V產生了第一次的多普勒頻移；然后當探頭接收到此移動顆粒反射回來的聲波時 (此時的聲波頻率已經有多普勒頻移)又因為顆粒與探頭的相對速度V而產生了第二次的多普勒頻移。

      闊龍聲波探頭傳送出一個已知頻率的聲波脈沖，當此脈沖在水中行進時，會被水里的物體所反射。此種反射也就是散射，而此散射的強弱(即反射的強度，是一個水中顆粒數量及大小的函數)即稱為訊號強度(strength)或訊號振幅(Amplitude)。回傳的訊號由聲波探頭所接收，闊龍經由計算頻率的改變，來算出水中顆粒相對于探頭的速度。

      “闊龍"聲波探頭會將大部分的聲波能量集中在一條狹窄的波束中發送。水中顆粒經過各波束而測得的多普勒偏移，與顆粒本身的速度成一定的比例關系。而水流的速度可視為其所帶動顆粒的速度；所有垂直于波束的顆粒移動都不會造成多普勒偏移。綜合數個聲波探頭所得的速度，并且知道這些顆粒與探頭的相對方向后，三度空間的速度即可算出。

      “闊龍"測量剖面流速的優勢

      優于傳統的流速測量技術：

      a) 無活動部件（如螺旋槳等），不易磨損；

      b) 不需作定期校正

      優于其它聲學剖面流速測量的技術：

      a)  電路集成化程度高，只有一塊主板＋羅盤。

      b)  體積小、重量輕，便于攜帶安裝。（尤其適合在浮標上安裝使用！）

      c)  杜幫工程塑料外殼，抗腐蝕，耐老化。

      數據處理軟件

      “闊龍"資料后處理軟件ExploreP適用于 Windows 98TM/NT/Me/2000/XP。顯示以時間序列為基準的頻譜分析圖及垂直剖面速度分析圖形。獨立窗口顯示其它參數如壓力（水位）溫度及電力大小等將資料以ASCII文件的格式轉換儲存。