ADCP相关名词解释

1、ADCP 相关名词解释深度单元 (depth cell or depth bin)： ADCP流速测量在水深方向(即垂线)上分好多层。每一层即为一个测量单元。 实测流速是每一层 (即单元)内流速 的平均值。一个单元相当于一个定点流速仪。深度单元数目( number of depth cells )：一般 ADCP最多可以有 128 个单元 用户可根据现场情况和需要设定单元数目。最大剖面范围( maximum profiling range )：指 ADCP能够提供有效数据的距离 范围(即离 ADCP的距离)。最大剖面范围取决于 A DCP声信号发射，接收和处理 方法，系统频率，深度单元尺寸，水

2、体含沙量，温度，盐度等 。脉冲 (ping) ：指 ADCP完成一次信号发射 ，接收 ，和处理，即完成一次采样 Pulse脉冲发射速率( ping rate )：指 ADCP在单位时间内完成一次信号发射，接收， 和处理(即完成一次采样)的次数。集合或剖面(ensemble 或profile )：由多次脉冲 (ping) 采样进行平均的结果。 ADCP输出的数据通常都是相应于集合或剖面的。即多次脉冲采样的平均值。时间平均步长( time-averaging interval )：相应于集合或剖面的时间或周期。 在时间平均步长内的所有脉冲采样值经过平均后输出。分辨率 (resolution) ：这

3、里讨论的分辨率为 ADCP测量的空间分辨率和时间分辨 率。对于仰视或俯视的 ADCP， 空间分辨率通常以深度单元的尺寸来量度。单元 尺寸越小，空间分辨率越高 。时间分辨率通常以满足某一精度测量要求的时间 平均步长来量度。 精度要求越高， 所需的 时间平均步长越长 ，即时间分辨率越 低。值得注意的是， 空间分辨率和时间分辨率是相关的 。对于一定的精度要求， 提高空间分辨率(即采用较小的深度单元)则会降低时间分辨率。 反之，降低 空间分辨率(即采用较大的深度单元)则会提高时 间分辨率。另外 ，当应用 ADCP进 行走航测量时，时 间分辨率乘以船速即为水平方 向的空间分辨率。换能器 (transdu

4、cer) ：将电能和声能相互转换的装置。由压电陶瓷片制成。一 方面，当受交流电激励时，压电陶瓷片产生振动，发射声波。另一方面，压电陶 瓷片接受 回波产生振动 ，再转换为电信号。仰视( up-looking )：ADCP换能器向上(例如安装在河底的 ADCP)，称为仰视。 俯视( down-looking )：ADCP换能器向下(例如安装在调查船上的 ADCP)，称为 俯视。侧视 (side-looking) ：ADCP换能器向侧面(例如安装在河岸侧壁的 ADCP)，称为侧视 坚纽斯(Janus )构型 ：以罗马坚纽斯门神名字命名的 ADCP四声束换能器结构 型式。声束 (beam) ： 类似于

5、手电筒发射的光束。压电陶瓷片振动发出的声波也具有一 定的方向性且能量集中于较小的范围内。声束角( beam angle )：声束轴线(即换能器轴线)与 ADCP轴线的夹角。通常 为 20 度，25 度，或 30 度。声束宽度 (beam width) ：以角度表示。即声束扩散角。声束宽度一般定义为在换 能器回波相应能量曲线上 - 3 分贝对应的离声束中轴线的角度。声束座标( beam coordinates ) : ADCP 每个声束轴线即为一个声束座标。任意 三个声束轴线即组成一组相互独立的空间声束座标系。 每个换能器测量的流速是 水流沿其声束座标方向的速度。系统座标 (system coo

6、rdinates):ADCP 自身定义的直角座标系： X-Y- Z。Z 方向 与 ADCP轴线方向一致。 ADCP首先测出沿每一声束座标的流速。然后经过座标转 换为 X-Y-Z 座标系下的三维流速。地球座标( earth coordinates ): 即东- 北- 上座标。应用 ADCP内置罗盘和倾斜 计所提供的方向和倾斜数据 ，X-Y- Z 座标下的流速可转换为地球座标系下的三 维流速。盲区 (blanking distance) ：靠近 ADCP换能器一定的范围。在该范围内 ，ADCP 不能提供有效测量数据。 ADCP的 换能器既是声发射器也是声接收器。两者交替 进行工作。 当压电陶瓷片受

7、交流电激励产生 振动发射声波后 ，压电陶瓷片会产 生余震。要等到余震衰减掉后压电陶瓷片才能够正常接收 回波信号。余震衰减 需要一点时间。这个时间乘以声速即为 ADCP的盲区。主瓣( main lobe )：在 ADCP发射的声束中，能量的分布主要集中于声束中轴线 附近，呈现一较大的峰值， 称为主瓣。 主瓣的宽度也即声束宽度一般定义为在换 能器回波响应能量曲线上 - 3 分贝对应的离声束中轴线的角度。旁瓣 (side lobe) ：在主瓣傍边，能量还有一个较小的峰值 ，称为旁瓣。通常旁 瓣位于距主瓣 40度附近 。旁瓣对应的回波强度大约为 -40 分贝。旁瓣影响 (side lobe effec

8、ts)： 旁瓣的影响主要在遇到边界时显现出来。例如在 ADCP河流流量测量时，靠近河底的水层为受到旁瓣的影响 ，称为旁瓣影响区。在该区内，流速测量数据无效。旁瓣影响区的厚度与ADCP声束与仪器轴线的夹角有关。夹角为 20 度时，旁瓣影响 区的厚度约为水深的 6%， 25度时，约 为 10% ，30 度时，约为 15%。声学多普勒频移 (acoustic Doppler drift): 声波在流动的介质中传播频率发 生改变的一种现象。对于静止的观察者来说 ，所听到移动声源的频率与静止声N为采样(脉冲)次数源的频率之差即为声学多普勒频移。当声源的移动方向是接近静止的观察者时， 观察者听到的声波频率

9、较高。 当声源的移动方向是背离静止的观察者时， 观察者 听到的声波频率较低。水跟踪 (water tracking):ADCP测量水体中颗粒物的运动引起的声学多普勒频移，好像在跟踪水体中颗粒物的运动 ，故称为水跟踪。水跟踪所测量的速度是 水流相对于 ADCP(也即 ADCP安装平台)的速度。当 ADCP安 装在固定平台上， “水跟踪”测量的流速即为水流的绝对速度。当 ADCP安装在船上(移动平台) ， “水跟踪” 测量的相对速度中扣除船速 (平台的移动速度) 后才得到水流的绝对 速度。底跟踪 (bottom tracking):指 ADCP通过接收和处理由河底或海底的回波信号跟踪河底或海底的运

10、动。 如果河底或海底没有推移质在运动 ，“底跟踪” 所测量 的速度即是船速。窄带 (narrowband): ADCP声信号发射 ，接收和处理的一种方法：对于每一个流 速测量，ADCP发射一个单独的， 相对讲较长的脉冲声波 ，然后聆听 (即接受 ) 水体 中颗粒物对这个脉冲的反射波 ，并记录发射波与反射波之间的频率改变。 这个频率改变即称为多普勒频移 ，用来计算水体的速度。脉冲相干 (pulse coherent): ADCP声信号发射 ，接收和处理的一种方法。对于 每一个流速测量， ADCP发射一对较短的脉冲。 ADCP测量两个反射信号之间的相 位差并据此计算多普勒频移。宽带 (broadb

11、and): ADCP的声信号发射，接收和处理的一种方法。对于每一个流 速测量，ADCP发射两组或更多组 编码脉冲波， ADCP测量脉冲波组之间的相关系 数及相位差 ，用来计算多普勒频移。宽带型 ADCP介于窄带型和相干型 ADCP之 间。流速测量误差( velocity measurement error ): ADCP 流速测量的误差或称为 不确定性主要由系统的声学多普勒噪音引起的。声学多普勒噪音是随机的, 具有白噪声的特性。 可通过样本平均减小或消除。 平均不仅可以减小或消除声学多普 勒仪器本身的噪音引起的误差 , 也可以减小或消除由环境水体中颗粒不规则运动 和 水流的脉动(紊流) 引起的

12、误差。流速测量精度或标准误差由下式确定：1/2= /(N) 1/2 (A-1)式中： 为标准差 , 相位变化越大。然而，相位的变化范围为 又从零度开始。对于相位测量的电子线路 度+ 40 度)是一样的。因此，对于特定的0至 360度。当相位超过 360度后 ， ，相位 40 度与 400 度( 400 度=360 ADCP系统，当流速超过一临界值(对在许多文献中被称为单脉冲标准差单脉冲标准差( single ping standard deviation): ADCP系统 声学多普勒噪音的一种量度。它与系统频率 , 声信号发射 ，接收和处理方法 , 以及单元尺寸有 关。误释流速 (ambigu

13、ity velocity): 对于相干型和宽带型 ADCP， 多普勒频移是由 脉冲波被反射后与发射波之间的相位差来计算的 。流速越大， 多普勒频移越大， 应于相位 360 度)，ADCP无法确定流速值。这个临界流速被称为误释流速。误释 流速由下式确定 ：V = C/4FTL (A - 4)式中： L 为两个脉冲之间的延迟时间。误释流速的大小决定 了相干型或宽带型 ADCP的流速测量范围 。用户可以根据水 体的最大可能流速或表观流速设定误释流速。自容式(self-contained )ADCP: 指具有长期 自动测量和记录功能的 ADCP。自 容式 ADCP需配备 内置或外置电池 ，记录器。工作时脱离电脑。例如 RDI 公司 生产的“骏马”系列“哨兵”型 ADCP即为自容式 ADCP。直读式( direct-reading) ADC