ADCP检测技术探讨水利部南京水利水文自动化研究所

ADCP检测技术探讨研究中心韩继伟水利部南京水利水文自动化研究所

中国

常州2020年1月智慧水利与河湖长制高峰论坛>新型水文仪器层出不穷随着社会的发展、新技术日新月异，现代水文监测由传统的人工驻站观测发展为以无人值守有人看管的自动在线监测为主，人工巡测为辅的现代化水文测验

模式。大量先进测验技术手段和新型仪器设备应用于水文行业。例如声学多普雷

技术的ADCP、图像识别技术PIV、PTV、超声波时差法、雷达测流、

电磁流速仪等某省市界断面水资源水量的监测，对这些新型水文仪器测量的准确性法治性提出

了更高要求。这些水文仪器不仅是水文仪器，还得是计量认证过的仪器。

目前新

型水文仪器的计量是“短板

”。>新型水文仪器的计量短板按照我国“水利工程补短板水利行业强监管

”新时期治水工作重点的要求，进一步推动水文现代化建设，解决日益突出的“水计量

”这一水利行业监管短板，迫切需要对水文、水资源计量器具按照《计量法》要求开展计量检定工作。随着“最严格水资源管理制度

”的实施，ADCP类监测仪器在界断面、国家基本水文断面应用颇多，其监测数据的法制性、可溯源性要求随之提出，因此迫切需要对这类仪器开展检测计量。>ADCP简介ADCP是声学多普勒剖面流速仪的英文缩写，它利用声学多普勒原理来实现流速测量的。这里有两个假设，一是反射声波信号的浮游物体是随着水流

运动的且运动速度和水流一致；二是四个波束都在测量同一个流速矢量，即

流速在一个小范围的同一水平面上是稳定均匀的。ADCP仪器有多种类型，其中以走航式ADCP的结构和功能最复杂，对实现检测的要求也最高，如果能够实现对走航式ADCP的检测，也就涵盖了其它类

型ADCP的检测，下面就以走航式ADCP为例，来探讨其检测方法。找方案&找标准找方案微信（扫第一个码）每日分享各个领域高质量专业的解决方案，内容包括某省市、乡村振兴、智慧城管、智慧园区、智慧公安、智慧水务（水利）、智慧林草、社会综合治理、智慧旅游、智慧工地、智慧环卫、智慧医院、智慧环保、智慧安监等领域，结合数字孪生、人工智能、物联网、大数据、云计算等技术，分享行业售前方案、设计方案、技术方案和项目信息等。找标准微信（扫第二个码）每日分享各个智慧领域国家和地方标准规范，国家和地方政策指导文件，让各个智慧方案有据可依，内容包括找方案中的各个行业的政策和规范，内容在不断的收集和完善中。找方案知识星球（扫第三个码）会员可下载所有资料，并每日上新（注：所有资料均通过互联网等公开渠道获取，个人学习使用，请勿用于商业用途）。找标准知识星球（扫第四个码）会员可下载所有资料，并每日上新（注：所有资料均通过互联网等公开渠道获取，个人学习使用，请勿用于商业用途）。找方案星球优惠券（扫第五个码）扫描69元价格优惠加入，1W+方案任意下载，资源不断的丰富完善中......找方案微信找方标准信>ADCP的检测参数实现对走航式ADCP仪器性能的全面检测，需对它的5个性能，即底

跟踪性能、水跟踪性能、定向性能、

测深性能和纵横摇性能，再加上1个，换能器的声性能，共计6个检测项。仪器类型检测参数依托平台难点和关键技术备

注ADCP底跟踪速度水槽+检定车水跟踪速度水槽+检定车水中反射物、消声测深水槽+检定车长测杆及控制换能器发射声场水槽+检定车测量设备及控制声源级+指向性流向流向检测仪检测仪的准确性陆上纵横摇倾角检测平台+

标准倾角仪倾角检测平台研制陆上>ADCP的检测方法底跟踪、水跟踪、测深和换能器声性能,需在水槽环境下实现检测。GB/T24558-2009《声学多普勒流速剖面仪》指出流向性能在陆上检测，纵横摇性能没有提及，但也宜在陆上检测。>速度检测平台（拖曳

水槽）水槽：长度194米，其中注水段

180米，槽内壁宽7.5米，深

度6.1-6.3米，水深5.5米。检定车：尺寸：8.3m×7.6m×3.2m（宽×长×高）；车速范

围：0.01～6m/s；重量：14

000kg；供电功率：45kW（3

80V）（1）底跟踪速度的检测底跟踪速度的检测主要是由拖曳水槽实现的，借用仪器的采集软件，一般水槽都是可以做底跟踪比测试验的。底跟踪检测实现难度不大，主要是采集软件部分

工作。（2）水跟踪速度的检测水跟踪检测需要水中存在合适的声学反射物才能实现，而这正是实现ADCP检测的最大难点所在。水槽一般在室内，水体内的悬移质随着时间的推移，都会逐渐沉

淀，而由于在室内，缺乏水体流动、阳光照射等原因，水中的微生物也会越来越

少。这样就造成水中声学反射物越来越少，使得对ADCP的水跟踪性能难于检测。（3）水跟踪检测的难点在水中增加合适的声学反射物是实现ADCP检测的关键，国内外的检测机构为此都做过不少尝试，如美国地调局曾在泰勒水槽试验过在水中撒石灰水，山东水文局在潍坊水槽试验过加泥浆水。虽然在泰勒水槽的试验实现了ADCP的水跟踪检测，

但因为水体遭到污染，污染清除困难，代价也很大，因此难于把此种方式作为正常检测手段来应用。我所通过不断的探索和试验，提出了一种方法，可以有效增加水中的反射物实现对ADCP水跟踪性能的检测，且不会污染水体。这个方法就是通过在水槽水体中增加纳米气泡，作为水中的声波反射物，从而有效反射超声波，对水槽水体也不会造成污染。空压机+格栅式气泡发生（4）

探索与试验A

、传统气泡发生（太大，上升速度快，滞留时间短）B、纳米气泡发生纳米气泡发生装置是把空气用高速旋回切割方式融入水中，

采用旋回式气液混合型纳米气泡发生技术快速高效地制取微纳米气泡水。C、水槽的消声由于普通水槽的壁面会反射声

波，干扰声场，从而带来较大

的试验误差。这就需要在壁面

覆盖一层吸声材料，做成消声

水槽，

以消除反射波，提高测

量准确度。接到下发的任务单就自动运行，

（任务执行自动化）。自动完成控车（控车系统自动化）自动采集数据（采集系统自动化）自动生成检测报告（数据分析处理自动化）速度检测过程实现全自动化（A）（B）

（C）

（D）找方案&找标准找方案微信（扫第一个码）每日分享各个领域高质量专业的解决方案，内容包括某省市、乡村振兴、智慧城管、智慧园区、智慧公安、智慧水务（水利）、智慧林草、社会综合治理、智慧旅游、智慧工地、智慧环卫、智慧医院、智慧环保、智慧安监等领域，结合数字孪生、人工智能、物联网、大数据、云计算等技术，分享行业售前方案、设计方案、技术方案和项目信息等。找标准微信（扫第二个码）每日分享各个智慧领域国家和地方标准规范，国家和地方政策指导文件，让各个智慧方案有据可依，内容包括找方案中的各个行业的政策和规范，内容在不断的收集和完善中。找方案知识星球（扫第三个码）会员可下载所有资料，并每日上新（注：所有资料均通过互联网等公开渠道获取，个人学习使用，请勿用于商业用途）。找标准知识星球（扫第四个码）会员可下载所有资料，并每日上新（注：所有资料均通过互联网等公开渠道获取，个人学习使用，请勿用于商业用途）。找方案星球优惠券（扫第五个码）扫描69元价格优惠加入，1W+方案任意下载，资源不断的丰富完善中......找方案微信找方标准信检

定

证

书>换能器声性能检测平台声源级和指向性测量系

统整体框架由标准水听器、

前置信号处理和数据采集器构成。标准水听器布置在水槽中，通过监听水槽内换能器的信息，经前置放大、滤波处理后，

由数据采集器采集信号，经处理后的数据传送到计算机，

其基本结构如图示。>

测深性能测平台

这个平台是由拖曳水槽+测

深杆组成。>定向性能检

测平台研制>纵横摇（倾角）检

测平台研制>

常见新型水文仪器测试时间：2018

年5

月28日测试环境：气温:23

°C、相对湿度:70%RH、水温:13.0

°C测试人：韩继伟、、毛春雷测试结果：底跟踪速度误差0.0010m/s～0.0290m/s；剖面流速误差0.0004m/s～0.0350m/s标准检定点测速轮速度底跟踪剖面速度绝对误差相对误差（%）流速绝对误差相对误差（%）0.200.20000.19950.00050.2500.20110.00120.5830.500.49950.50250.00300.5940.49990.00040.0871.001.00111.00730.00620.6190.99890.00220.2161.501.50181.49760.00420.2781.49710.00470.3112.002.00171.99650.00530.2631.99780.00400.1982.502.49842.50130.00290.1162.48350.01500.5983.003.00162.97270.02890.9632.99600.00570.1883.503.50173.48500.01670.4773.49340.00840.2394.004.00153.98530.01620.4064.01610.01460.3645.004.99644.97190.02450.4904.96140.03500.701最大值4.99604.97200.02900.9634.96100.03500.701最小值0.20000.19900.00100.1160.20100.00040.087平均值2.32002.31200.01100.4452.31500.00900.349标准差1.49001.48100.01000.2311.48500.01000.197>WHR600-

1

型ADCP检

测结果实现ADCP的检测是既是工程项目，也是科研项目。需要做开创性的工作，从轨道焊接、检定车的四轮驱动、测试杆、水中反射物的探寻到流向检测仪、倾角检测仪的研制等，都做了大量试验，

最终实现了水槽环境下对ADCP的全面检测这一中心任务。同时，也对机械式、电磁式，尤其是声学类流速流量仪器的测试方法进行了不少摸索工作，形成了一套测试方案，取得了较好的测试效果，也算是为后续正式开展此类仪器的检测做了些前期工作。

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