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                                          新一代声学多普勒水流剖面仪M9 在水文测验中的应用(一)
                                          发布时间:2020-04-02

                                          摘要:新一代走航式声学多普勒水流剖面仪M9克服了早期仪器的缺陷,采用多频、智能的多种工作模式,解决了困惑水文的高、低流速测流难题。M9灵活的配置,考虑不同用户的需求,可实现无线通讯、内置GPSag体育手机app、?ag体育手机app??,解决河床走底引起的多普勒流速仪流量测验误差。列举了各种不同条件、环境的河道ag体育手机app,采用 M9实测的案例,显示了该仪器的优异性能。


                                          关键词:M9ag体育手机app;多频;智能;脉冲相干、宽带ag体育手机app、窄带多种工作模式自动切换ag体育手机app;高、低速测流


                                          前言

                                          采用多普勒频移原理研制的走航式声学多普勒水流剖面仪,应用于水文测验已经有二十多年的历史。由于制作复杂、生产成本高、以及使用量不大等原因,世界上能够生产该类仪器的著名厂家仅为可数的几家,而且基本上集中在美国。近几年ag体育手机app,国内部分厂家开始研制类似产品,并陆续投放市场。

                                          二十余年来,厂家历经了数次的改进,生产出了不少型号和不同工作频率的仪器ag体育手机app,供不同条件和环境下的使用。其性能虽有了很大的提高ag体育手机app,但因为最初的设计是针对海洋测流需要ag体育手机app,这对于在内河河道上的使用ag体育手机app,带来了一些不足;在水文测验中还是感到有些不尽人意。一直以来ag体育手机appag体育手机app,困惑水文的高ag体育手机app、低流速测流难题,仍然没有给出有效的解决方案。

                                          经过多年的研究和总结了目前所有多普勒流速仪产品存在的问题ag体育手机app;美国赛莱默公司旗下的SonTek 公司在2009年开发出了最新一代的走航式声学多普勒水流剖面仪 M9/S5。经过数年多在世界各地的实际使用和比测ag体育手机app,效果非常之好ag体育手机app,成为了目前世界上最先进的一种声学多普勒流量计。


                                          M9 的技术指标和配置

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                                            考虑到不同用户的需要,M9系列的仪器有着灵活的配置。其标准配置为:仪器主机+10米电源/通讯电缆线(可延长)ag体育手机app;可安装在船舷边使用;实现主机与计算机之间的直接通讯。若装备有小型载体(船体)时,可配置无线电台的通讯方式,通讯距离可达1500米ag体育手机app,实现主机与计算机之间的无线通讯。为了满足在河床走底情况下测流的需要,还可以选配内置的 GPS,有二种供选择ag体育手机appag体育手机app;即 SonTek 的DGPS(亚米级精度),和SonTek 的RTK GPS(0.03米精度)。此外ag体育手机app,M9/S5系列的仪器还可以配置SonTek自行研制的单体船,以及其它公司配套的三体船或自带动力的??卮?;这种浮体保证了仪器在测量时的平稳和较小的仪器入水深度。


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                                          从上述技术指标可以看到,M9 从很浅的不到0.3米处河岸开始测量,一直到最深达80米的河床深度,仍然可以一次完成测量并计算出该测流断面的流量,这大大满足了全世界 85 % 以上河道测流的需求。


                                          M9/S5 的特点和优势

                                          作为一种全新的M9/S5ag体育手机app,实际上是一款专为河流流量测验所设计的仪器ag体育手机app。与老一代所有现有的多普勒流速仪相比ag体育手机app,有以下几个特点:

                                          1、多种频率换能器的配置。4个一组的二种不同频率换能器用于流速的测量,满足了从浅水到深水的不同河床条件,只用一款仪器进行流量测验的需要ag体育手机app。

                                          2、垂直声波探头专用于水深的测量。改变了原先采用斜向测速声波测量流速的同时,测量水深的方法。直接提高了水深的测量精度,以及流量的测量精度。500KHz工作频率的波束使得仪器的测量范围增加到80米之深。

                                          3、全自动的测量方式,有四种自动转换的功能

                                          工作模式的自动转换。仪器采用了一种 SmartPulseHD智能脉冲功能,基于实测动态的水深和流速,自动地选择 脉冲相干(PC)工作模式、或 宽带工作模式ag体育手机app、或 窄带工作模式,这三种不同的工作模式都有其优点和弱点。M9/S5充分发挥了各种模式的优势,自动切换,使得仪器始终处于高分辨率的最佳性能比。

                                          ? 测量单元的自动转换??筛菔挡馑詈土魉?,自动选择从0.02~4米的测量单元。保证在浅水时具有很高的分辨率;在深水时有更大的测量范围。

                                          ?  二种不同频率换能器工作状态的转换g体育手机app?筛菔挡獾乃詈土魉?,在浅水时采用高频的3MHz换能器测量流速,在深水时采用低频的1MHz换能器测量流速;仪器始终保持最佳的工作状态。

                                          ?  采样频率的自动转换??筛菟畹谋浠?,自动调整仪器每秒钟的采样频率ag体育手机app,其最高采样频率达到 70Hzag体育手机app。在水深变化的情况下,尽可能地获取更多的采样数,以提高仪器的测量精度。

                                          以下图为例ag体育手机app,在同一个测流断面上ag体育手机app,用二种不同的仪器测量的成果ag体育手机app。上图是采用老一代多普勒流速仪实测的成果;下图是M9 采用智能脉冲功能所表现的高分辨率,犹如HD“高清电视”的效果。测量精度大为提高ag体育手机appag体育手机app。

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                                          4、仪器内部的流量计算功能。内置微处理器直接计算流量数据,而不再依赖于外部的计算机和测量软件进行实测数据的处理和计算。M9在测量过程中ag体育手机app,即使通讯中断,也不会影响到测量的过程,更不会因此而丢失数据。仪器测量运行时甚至可关闭计算机;而重新开机通讯后仍可获得全部数据。大大提高了测量的可靠性ag体育手机app。16G内存可用于保存实测的流速、水深流量、GPS等大量数据

                                          5、可内置的GPSag体育手机app,满足了在走底河床情况下,仍然采用声学多 普勒 原理测量流量的可能性,而不必过虑因为采用外置GPS 所带来的不兼容等问题的困惑。SonTek 自行研制配套的DGPS(亚米级精度)ag体育手机app,和RTK GPS(0.03米精度),不同于市场上所选用的各种型号的GPSag体育手机app。DGPS不需要寻找地面上设置的基站,直接接收地球上空静止卫星的差分信号,以获得差分GPS 的精度。RTK GPS也不需要地面上已知点的支持,而自行在河岸的任何开阔处设立一个RTK基站。使得仪器的使用非常之灵活和简单。保证了在走底河床情况下的正确测流ag体育手机app。

                                          6、多种通讯方式 - 有线与无线的选择ag体育手机app。对于无线通讯ag体育手机app,也可以根据需要,采用无线电台的通讯方式。有效的通讯距离达1500米ag体育手机app。除了可使用计算机与主机之间的通讯之外,还可以采用平板电脑来控制主机测量的开始和结束ag体育手机app,并在平板电脑屏幕上给出实测的各种数据ag体育手机app、航迹和图表ag体育手机app。使用非常方便。

                                          7、支持多国语言的操作、数据处理的计算机软件??商峁┐罅康氖挡馐輆g体育手机app,和经过计算ag体育手机app、分析后的数据ag体育手机app,同时提供多种方式ag体育手机app,方便用户自行修正和处理数据ag体育手机appag体育手机app。软件还可用于控制、下载ag体育手机app、查看、分析数据等。


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