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  • 声 学多普勒流速仪工作原理

    发布时间:2014.02.26 新闻来源:超声波流量计_超声波明渠流量计_多普勒流速仪-南 京卓玛机电有限公司 浏览次数:
    声学多普勒丈量原理
    采 用多普勒频移物理原理来丈量水流速度
    多普勒效应(多普勒频移):
    某一个声源(超声波)发 出的声波被另一个接收体接收并反射
    假 如该声源相对于接收体是移动的,接 收体接收到的声波频率将会与声源的发射频率有差异
    假 如两个物体之间的相对间隔是减少的,接收的频率会增加
    假 如两个物体之间的相对间隔是增加的,接收的频率就减小
    声学多普勒丈量原理
    这 样的多普勒效应在日常生活中经常会发生
    当 你听到迎面开来的一列火车气笛声或者一辆警车的警报声(一个声源),声音会显得频率较高;而 当火车或者警车离你远往时,则 听到的声音会变成较低的声音
    留意:
    速度V代 表了声源和接收器之间的相对速度(也 就是改变了二者之间间隔的运动)
    垂 直于声源和接收器之间联线的运动不会导致多普勒频移
    声学多普勒丈量原理
    超 声波在水中的传播速度C会 受到水温的变化而变化
    同样的水流速度,会由于水温的改变,而 产生不同的多普勒频移
    所 有的多普勒仪器都带有一个水温传感器
    在 丈量多普勒频移的同时,丈量水温,并 在计算中对流速的计算进行补偿和修正
    声学多普勒丈量原理
    超声波传播的间隔(包括反射回来的间隔),与 超声波发射的频率有关
    频率越高,超 声波的声能越轻易被水中的悬浮颗粒所吸收
    这 样丈量的间隔就越小,但 是丈量的精度会进步
    声学多普勒丈量原理
    超 声波传播的间隔还与水中的悬浮颗粒的含量(通常称为含沙量)有关
    含沙量越大,超 声波被吸收的声能就越多,同 样的也会减小仪器的丈量间隔
    但是,由 于含沙量仅仅是吸收超声波的声能,并 不改变超声波的传播速度,所 以并不影响超声波的丈量精度
    声 学多普勒水流剖面仪丈量原理
    声 学多普勒水流剖面仪的英文名字:Acoustic Doppler Current Profiler
    通常,我们会简称为 ADCP
    声 学多普勒水流剖面仪丈量原理
    有多个超声波换能器(探头)同 时向多个方向发射超声波
    由 于自然界的水中都有一些悬浮颗粒,这 些在不同间隔的悬浮颗粒会将传播到该位置的部分声波反射回发射的仪器
    仪 器收到不同间隔的反射信号之后就可以加以分析
    声 学多普勒水流剖面仪丈量原理
    假 如这些悬浮颗粒是向着仪器迫近,反 射的频率会高于发射的频率
    假 如是阔别则会低于发射频率
    ADCP借 着这种频率的微小差异,代 进上述的多普勒频移方程式,就 可以计算出水流的速度
    声 学多普勒水流剖面仪丈量原理
    仪 器放进水中并不清楚实际的水流流向。通常, ADCP会 有二到三个发射探头
    根据几何学原理,二 个方向的丈量可以计算出平面的二维流速,而 三个方向的丈量就可以计算出水中三维的流速流向
    至 于丈量不同深度流速的原理也很简单,水 越深处的数据反射回来得越慢,将 各个时段传回的数据分别运算就可以知道各层次的流速流向
    剖面仪的工作原理
    SonTek的产品,从 它们的工作原理方面来划分,可以分为二大类
    其 中的一类称为多普勒剖面仪
    另 一类则称为多普勒流速仪
    剖面仪的工作原理
    多 普勒剖面仪是采用了收发兼容的声学换能器
    同 一个换能器在发出一组超声波后,等 待接收从不同间隔的水中悬浮颗粒发射回来的超声波信号;然 后分段接收不同间隔水流的速度和方向。对 于安装在水面或海底的垂直方向发射的多普勒剖面仪,通 常会采用一种称为底跟踪的技术,在 发射的途中碰到河底,会 有一个很强信号的反射,用 这种方法可以判定是否测到了河底或水面
    剖面仪的工作原理
    剖 面仪可以丈量不同间隔、不同单元,或 者说不同剖面的流速流向
    假 如超声波是垂直方向发射,还 可以丈量水深或水位
    剖面仪的工作原理
    剖 面仪的探头若是安装成向下或向上发射超声波,在 水面部分和靠近底部都会有一定范围的声波盲区,即 在这部分的流速是丈量不到的
    但 是在软件的均匀流速计算和流量计算中都会用流速分布的关系进行补偿,大 大地减小了丈量误差
    同样,剖 面仪的探头若是水平发射的,在 离开探头前方的一定间隔内也会有盲区,通 常我们会避开丈量这段间隔的流速
    不 同工作频率所带来的盲区也不同,工作频率越低,可以丈量的范围越大,但 是相应的盲区也增加
    流速仪的工作原理
    多 普勒流速仪是采用了收发分置的声学换能器(探头)
    发 射超声波的换能器只是发射信号,而 另外的二个或三个换能器接收固定点中的悬浮颗粒,反 射回来的超声波信号
    流速仪的工作原理
    由 于收发分置的多普勒流速仪产品只是丈量换能器四周点的流速
    这 类仪器的工作频率通常是较高
    本文共分 1
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