ADCP操作手册 - 声学多普勒流速仪使用方法

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ADCP简介

    ADCP (声学多普勒流速仪)，由美国TRDI公司生产；它是利用声学多普勒原理设计的一种声学测流设备，有4个声学传感，某一类型的ADCP以一定的频率向水中发射声波信号。天然水体中一般都含有一定的细颗粒悬浮物质，声波碰到天然水体中细颗粒物质就会发生散射；水体中悬浮颗粒物不同，接收到的声强信号频率也会发生变化。通过计算ADCP频率随悬浮物移动变化的关系，去除船体移动速度，就可以得到水流速度。ADCP就是通过细颗粒悬浮物和其它物体对发射一定频率声波的反射，从而应用Doppler原理来观测水体的流速。

01

: j. v2 O# k: k* X7 ]

主要技术参数

3 s; D6 D! u) o1 e$ [. _* A

（1）技术指标

% J# {+ k( Z' f: ~

流速范围：±5m/s(缺省值),±20m/s(最大值);

流速准确度:

    1200、600kHz：±0.25% /±2.5mm/s（实测水流速度）;

    300kHz：±0.5%/±5mm/s （实测水流速度）;

流速分辨率：1mm/s ;

: d- |& Z/ x' S4 n) r' K

深度单元个数：1-128 ;

发射速率：2Hz(典型).

标准传感器： 

* l N% X7 a% \. \, q

温度（装在换能器上）：

    量程：-5-45°C

0 P! |4 J3 }$ E& i

    精确度：±0.4° C

    分辨率：0.01 ° C

2 A3 U) C$ H& q" |

倾斜

    量程：±15°

0 K, U& q0 t: o+ v! A# e7 C$ y, d

    准确度：±0.5°

+ P7 T; L' p/ Y5 P) J

    分辨率：0.01 °

7 j/ h( b7 o$ f& Y0 Z/ a

罗经（磁通门型，内置现场标定功能）

& M. `* Q3 b4 p O" F2 ?2 S" i+ B

    *长期准确度：±2°

    *精密度：±0.5°

" e/ w8 e, E( d

    分辨率：0.01 °

0 M/ `0 V( E$ l1 ? W1 F

    允许最大倾角：±15°

   *：在磁倾角为60°、总场为0.5G 的情况下。

（2）参数设置

0 ]: }* r2 z: }& k# d$ q9 q

注：模式1 适合所有河流，最大流速到 20米/秒；模式11 为极高分辨率浅水模式，适合浅水低流速河流：流速低于 1米/秒，低紊流。

W5 N$ s* V! O3 h

02

ADCP检测

: F' I' Y4 z3 M2 A2 f/ B8 l; a3 ~

(1) 首先打开BBTalk软件进行ADCP相关配置参数的测试;

(2) 野外观测前/后、每天工作前/后都应检测ADCP，并做好相关记录；

(3) 检测ADCP常用命令：

2 |! ^+ z O8 `7 R$ g

PS0： # n7 s, d# P+ c% l" ~8 m

  系统基本参数信息

PA：  f" R$ c) {+ f

  系统自检

PC1：  外部传感器测试

PC2：  内置传感器测试

PS3：  声束坐标转换矩阵

03

WinRiver II操作

" a9 n, w; }' D3 r4 b

*本操作软件主要针对河流型的1200KHz，600KHz，300KHz的ADCP进行操作

$ s9 @; V6 n* w) V

    WinRiver II可以采集ADCP、GPS、测深仪、外部罗经的数据（铁船对ADCP的罗经有干扰，应使用木船，如果使用铁船应使用外部罗经）。

     安装好硬件

     打开WinRiver II程序：

“配置”→“外围设备”→“外围设备配置对话框”对话框：

3 s+ e: N5 z+ i; U3 n4 e

点击“添加”出现“设备选择对话框”对话框：

点击要添加的设备,包括ADCP和GPS(这里已经添加好了ADCP)，点击“确定”出现“串口通信设置”对话框：

    将“通信端口”改成所选择设备正在使用的端口，波特率GPS为9600（ADCP也是9600），点击“确定”。继续添加所需要设备，直到添加完。点击“外围设备配置对话框”中的“关闭”。

& B8 l+ Q' t2 Y8 b# ~7 X

点击“文件”选择“新测量”：

6 z. G& G2 c/ @" D. c

出现“设置对话框”：

' u$ p( P* A& T' p

添加需要的信息，点击“下一步”：

添加合适的水温，点击“下一步”：

    等待ADCP前面的指示灯变为绿色，选择GPS前面的复选框，等待GPS前面的指示灯也变为绿色。把其余参数按实际情况设置好，其中“换能器入水深度”为仪器换能器在水下深度，一般为0.5米（注意：此处单位为米，数值为正值），风浪大时可放深一些，防止ADCP传感器露出水面。“磁偏角”上海地区为-4。“二次底深”指起始水深,用于测河流断面流量，海上定点观测可以填最小水深。“底跟式”（底跟踪模式）有模式5和7两种，但这里只有模式5一种，所以自动即模式5。“水跟踪模式”选择模式1即可，填好后，选择“下一步”：

选择合适的文件名、输出目录等，选择“下一步”：

    输入合适的命令，其中如果“固定指令”、“向导指令”、“用户指令”冲突，则服从后面的，即“用户指令”命令优先。

- S3 Q# p/ u- Q+ B

    在“用户指令”中用到的命令有（不区分大小写）：例如，在使用ADCP内部罗经情况下：

6 d+ ` t' N4 ]4 d3 q

EX11111    把地球坐标改为ENU坐标；

WP4          4个水跟踪数据的平均（adcp四次发射的数据进行平均）；

/ }. n: w, C# Q0 ~

BP4           4个底跟踪数据的平均（adcp四次发射的数据进行平均）；

WS50        Cell Size（50 cm）（ADCP-600K 要设置在30cm 以上）；

- B$ c# k) N- j5 O5 c9 v/ y

WN30        层数，根据水深设定=最大水深/Cell size+2；

( x# S2 \* S; n; T0 D% T# ^

WF25        盲区，为25cm (600K)；

+ R$ ^ v- i9 m& p: `

ES11         盐度校准 （例如11，根据海域设定）；

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TE00001000  设置采样时间（例如10秒钟，格式为时分秒：“00：00：00.00”命令中不要带冒号和点）。默认采样时间间隔为TP×WP，因为水深不同声波反射的时间也不同，会在某一值左右不停变化。TE必须大于TP（两次发射的时间间隔）×WP（要对几次发射的数据进行平均），否则按TP×WP的实际时间进行记录。

只设置前面的就可以了，后面的默认。

    设置好“用户指令”后点击“下一步”，出现设置的整体情况（“用户指令”里面的那些指令在这时候还没有被接受，所以现在显示的和“用户指令”中设置的不同）：

点击“完成”后，点击“采集”→“开始发射”

出现“ADCP时钟设置对话框”，点击“设置时钟”：

9 T4 d' Q7 B& G' I# n8 v

出现“ADCP时钟”对话框，后点击两次“确定”。

    出现“命令日志”对话框，开始执行前面设置的“固定指令”、“向导指令”、“用户指令”等。

    直到设置完成后自动结束（这时可以点击现场配置检查配置是否正确）。

. F, A8 L# X8 k( W d, g4 {: ~3 L

点击“采集”→“开始断面测量”：

出现“开始断面测量”对话框，设置离岸距离，点击“确定”。

4 n$ v2 L) x5 @! K f' g$ A% @

直到数据采集完成后点击“采集”→“停止断面测量”。出现 “结束断面测量”对话框，设置“离岸距离”，点击“确定”。

点击“采集”→“停止发射”。

) D" N( Q6 b3 ~# l& ^( C. u$ K/ F% ?

生成的数据文件有：

" X9 e, o6 a' b, A* o. W/ ~

测量文件：WinRiver II的核心测量文件（配置文件）:*.mmt,

) f3 x) d7 t" {7 _& P/ W6 Q* s

数据文件格式：prefix（文件名前缀）_meas（测量编号）_MMM（断面测次号）_NNN（文件序号）_Date_Time.PDO

o& E+ s) v5 P* b

导航数据文件：文本文件

如有外部传感器，如测深仪、外部罗经等，可以记录相应数据。

) y3 u4 O5 m/ D4 H2 U

04

! m& [& @- q( W# z/ ]. k/ Z

注意事项

- W/ y; t1 u: O R: o9 e5 j" a4 f

（1）安装

•    在安装与工作结束后从水中取出ADCP过程中，确保ADCP不在工作或测试状态下，否则，可能会导致程序出现错误或丢失，使仪器无法正常工作。

" L6 v* a& U6 f# s, I, ?

•    如使用ADCP内部罗经，要使用木船，如果作用铁船，则要外接罗经；

•    换能器的深度最好超过船底，安装要牢固，避免在其周围产生水泡；

•    波束3指向船头方向。

（2）测量

•    船速越慢精度越高，一般船速不超过最大流速；

•    在未知河段测量时，应先预测一次，然后将测得的河床深度、形状及流速大小输入到“设置向导”中，以设置合适的测量参数；

•    在开始及结束测量的岸边，船应稍停留片刻，以便获得用于计算岸边流量的10个平均数据；

•    应当用多次断面测量的平均值（至少四次，即来回两次）作为最后的河流流量测量结果。

05

, S% O0 K) E* n( L- k. A8 z5 s

常见问题及解决办法

（1）ADCP设置参数

•   ADCP数据传输最好不要用USB接口，要用COM口或PC卡转COM口；

m$ w0 _+ [' N6 R3 \

•   ADCP开始工作后，如发现参数设置有问题，只有停止发射后才能修改设置；

•   如果进行定点观测，一般设置采样间隔要在10秒以上为佳，目的就是要减少紊动的影响，如果外接差分GPS，采样间隔最好不要超过20秒。

2 b! I8 F" Z" k" B2 }4 q$ V

（2）现场测量

$ R5 Z- @. Y. M

•   如对所测区域不了解，先在的观测点一定范围内测量水深，如发现变化较大时，要换一下定点测量位置；因为在同一时间，ADCP四个传感器测量水深相差较大时，可能会增加流速测量误差或无法计算剖面流速；了解现场水深、地形以及最大流速等、可以优化参数设置，提高观测数据质量；

•   流速很低或流速紊乱、不均匀时，数据质量也不好，一般发生在不同水流交汇地段、河口地区转流时段，如出现这样情况，可以尝试设置参数WB1，把宽带改窄带，如果还不好，就要用备用流速仪加测，弥补此时流速测量。

1 w) p" W$ T' a( ]

（3）ADCP无底跟踪或跟踪丢失

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    当ADCP无底跟踪或跟踪丢失时，可以尝试以下操作：重新设置参数近底回波强度阈值（BA）和速度分量最小相关性阈值（BC），由原来的BA30、BC220，改为BA20和BC210。但要注意：只有无底跟踪或跟踪丢失时，才尝试以上设置，因为，在这样做可能也会造成底跟踪错误，同时增大流速误差。

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维修养护

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（1）野外安装到下水以前要确保ADCP传感器用黄帽子盖住，换能器表面不要触及硬物上，也不能长期受太阳光照射；

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（2）每次用完后要用淡水清洗、擦干ADCP传感器表面；

2 M) o' s4 N o( Q

（3）现场连接ADCP传感器与数据线时，要抹一点硅脂，但不要多，同时注意不要抹到插头上；

7 G) {& V; i$ a+ x& A# D- \; ^

（4）连接完毕后，要锁好数据线上的胶圈，拔下插头前，要先打开胶圈；

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（5）整理好ADCP传感器、数据线及工具包并装箱，以备下次使用。

作者：大江 小海

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编辑：小海

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