什么是声学多普勒流速仪？
发布时间：2014.02.15 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：
***初是SonTek公司为美国陆军工程兵团水道实验室设计制造的。该流速仪运用多普勒原理，采用遥距测量的方式，对距离探头一定距离的采样点进行测量。如今，ADV已成为水力及海洋实验室的标准流速测量仪器。广泛应用于研究波浪轨迹、研究水体运动轨迹、桥桩周围水流扰动的研究、水沙试验测试、室内水力模型实验、野外测量（ 沼泽地小流速的测量、黄石******公园热喷泉水的测量、水处理厂沉淀池中的测量）、水产养殖业（水流扰动对渔业的影响）、水处理厂（用ADVOcean 测量水流的流量）、测量沼泽地中的流速、ADV研究海浪、泥沙实验室等。
MicroADV超声测速仪基于多普勒效应（Doppler effect）的理论。所谓多普勒效应是为纪念奥地利物理学家多普勒而命名的，他于1842年首先提出了这一理论，即：当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的波频已发生改变，声波频率在声源移向观察者时变高，在声源远离观察者时变低.
ADV的测量很重要参数是控制体距离发射探头约为5cm，是一个圆柱体（体积为0.08cm3），由探头发射超声波，遇到控制体后反射，并由接受探头接受反射的信号，因此，MicroADV测量的实际是控制体与发射探头的相对运动速度。
几何形状:
MicroADV主要由三部分组成：量测探头、信号调理、信号处理。量测探头由三个10MHz的接收探头和一个发射探头组成， 三个接收探头分布在发射探头轴线的周围，它们之间的夹角为120°，接收探头与采样体的连线与发射探头轴线之间的夹角为30°，采样体位于探头下方5cm或10cm，这样可以基本上消除探头对流场的干扰。
坐标系统:
信号调整器由检测微弱反射信号的模拟电路组成；数字信号处理由一个单独的电路板完成，主要针对输出频率为25Hz的实时三维流速测量值的计算。ADV的数据采集软件用自带的ADF2.6，信号和各种流动参数处理由WINADV完成，它提供的数据文件为文本文件，可以方便地由Excel、Matlab、Grapher等许多软件处理。此外，ADV测量采用与厂家一致地坐标系统和记法，即Vx、Vy和Vz分别代表纵向、横向和垂向流速。
ADV采样体:
ADV采样体的尺寸取决于四个因素：发射声束、接收声束、脉冲长度、接受窗（返回信号的时间跨越周期）。右图表示每一个因素对采样体尺寸的影响。采样体的水平边界由发射声束和接收声束的相交部分确定，但声束相交部分的范围不易确定，因此把发射声束和接收声束近似假定为圆柱体（对于10MHz ADV，其直径为6mm）。采样体的垂直边界由接收窗和脉冲长度的卷积确定。对于10MHz ADV采样体的总高度为9mm，且采样体的高度可随ADV数据采集软件中的设置改变而变化，***小高度可达1.2mm，但这样设置会影响测量精度。另外，ADV测速点位置在采样体的垂直中心上。
ADV速度范围和信号强度:
为保护仪器积测量精度，在一般情况下，用户设定的速度范围应大于试验中出现的与流动方向有关的***大流速。
信号强度是测量接受探头接受超声波信号强度的尺度，在ADV中信号强度是用信号和噪音的比值，即信噪比SNR来衡量的。信噪比主要可以检验水中是否存在足够的介质，如泥沙、微粒等，来反射声波信号。如果水中粒子过少，返回的信号就会比周围的噪音还要小，要是没有足够大的信号强度，ADV是不可能进行准确测量的，所得的数据肯定和实际差别很大。如果SNR降低，表明ADV测量中噪音很大，就会影响测量数据的准确性。对于瞬时流速测量（以25Hz采样），信噪比一般要求大于15分贝；对于平均流速测量（以0.5Hz采样），ADV可以在信噪比为5分贝时正常工作。
影响ADV 测试精度的主要因素:
由ADV测速原理可知，不同的声速会对多普勒频移产生影响。在水中，声速主要是温度和水的含盐度的函数，它们的变化将引起声速的变化，如改变5℃的温度，声速将改变1％；改变1.2％的含盐度，声速将改变1％；如果ADV使用的声速误差为1％，速度测量结果的误差将会达2％。对于由声速变化而引起的速度测量误差可以在后处理中修正。
另外，不同的采样频率和采样体高度对ADV测速也有影响，前者对平均流速的测量影响较小，而后者的不同所得的结果波动较大，为保证精度，一般ADV采样体高度采用9mm，采样频率采用25Hz。
ADV操作不当和信噪比太低都会降低ADV测试精度。
MicroADV超声测速仪基于多普勒效应（Doppler effect）的理论。所谓多普勒效应是为纪念奥地利物理学家多普勒而命名的，他于1842年首先提出了这一理论，即：当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的波频已发生改变，声波频率在声源移向观察者时变高，在声源远离观察者时变低.
ADV的测量很重要参数是控制体距离发射探头约为5cm，是一个圆柱体（体积为0.08cm3），由探头发射超声波，遇到控制体后反射，并由接受探头接受反射的信号，因此，MicroADV测量的实际是控制体与发射探头的相对运动速度。
几何形状:
MicroADV主要由三部分组成：量测探头、信号调理、信号处理。量测探头由三个10MHz的接收探头和一个发射探头组成， 三个接收探头分布在发射探头轴线的周围，它们之间的夹角为120°，接收探头与采样体的连线与发射探头轴线之间的夹角为30°，采样体位于探头下方5cm或10cm，这样可以基本上消除探头对流场的干扰。
坐标系统:
信号调整器由检测微弱反射信号的模拟电路组成；数字信号处理由一个单独的电路板完成，主要针对输出频率为25Hz的实时三维流速测量值的计算。ADV的数据采集软件用自带的ADF2.6，信号和各种流动参数处理由WINADV完成，它提供的数据文件为文本文件，可以方便地由Excel、Matlab、Grapher等许多软件处理。此外，ADV测量采用与厂家一致地坐标系统和记法，即Vx、Vy和Vz分别代表纵向、横向和垂向流速。
ADV采样体:
ADV采样体的尺寸取决于四个因素：发射声束、接收声束、脉冲长度、接受窗（返回信号的时间跨越周期）。右图表示每一个因素对采样体尺寸的影响。采样体的水平边界由发射声束和接收声束的相交部分确定，但声束相交部分的范围不易确定，因此把发射声束和接收声束近似假定为圆柱体（对于10MHz ADV，其直径为6mm）。采样体的垂直边界由接收窗和脉冲长度的卷积确定。对于10MHz ADV采样体的总高度为9mm，且采样体的高度可随ADV数据采集软件中的设置改变而变化，***小高度可达1.2mm，但这样设置会影响测量精度。另外，ADV测速点位置在采样体的垂直中心上。
ADV速度范围和信号强度:
为保护仪器积测量精度，在一般情况下，用户设定的速度范围应大于试验中出现的与流动方向有关的***大流速。
信号强度是测量接受探头接受超声波信号强度的尺度，在ADV中信号强度是用信号和噪音的比值，即信噪比SNR来衡量的。信噪比主要可以检验水中是否存在足够的介质，如泥沙、微粒等，来反射声波信号。如果水中粒子过少，返回的信号就会比周围的噪音还要小，要是没有足够大的信号强度，ADV是不可能进行准确测量的，所得的数据肯定和实际差别很大。如果SNR降低，表明ADV测量中噪音很大，就会影响测量数据的准确性。对于瞬时流速测量（以25Hz采样），信噪比一般要求大于15分贝；对于平均流速测量（以0.5Hz采样），ADV可以在信噪比为5分贝时正常工作。
影响ADV 测试精度的主要因素:
由ADV测速原理可知，不同的声速会对多普勒频移产生影响。在水中，声速主要是温度和水的含盐度的函数，它们的变化将引起声速的变化，如改变5℃的温度，声速将改变1％；改变1.2％的含盐度，声速将改变1％；如果ADV使用的声速误差为1％，速度测量结果的误差将会达2％。对于由声速变化而引起的速度测量误差可以在后处理中修正。
另外，不同的采样频率和采样体高度对ADV测速也有影响，前者对平均流速的测量影响较小，而后者的不同所得的结果波动较大，为保证精度，一般ADV采样体高度采用9mm，采样频率采用25Hz。
ADV操作不当和信噪比太低都会降低ADV测试精度。
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