[發(fā)明專利]一種新型四波束ADCP校準(zhǔn)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810706968.4
• 申請(qǐng)日: 2018-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN110672879A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭世旭;楊梟杰;趙鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P21/02
• 分類號(hào): G01P21/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種新型四波束ADCP校準(zhǔn)方法。本發(fā)明將四波束ADCP固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和應(yīng)答器陣列固定于固定框架上，使四波束ADCP其中一個(gè)換能器聲軸方向正對(duì)位于應(yīng)答器陣列中間的收發(fā)換能器，PC機(jī)控制水下旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)四波束ADCP旋轉(zhuǎn)，使四波束ADCP各個(gè)換能器聲軸方向依次正對(duì)收發(fā)換能器，當(dāng)收發(fā)換能器接收到ADCP換能器發(fā)射的信號(hào)后，回發(fā)不同頻偏和時(shí)延的聲波信號(hào)，以模擬不同水層的流速，根據(jù)頻偏及時(shí)延與不同水層處流速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)對(duì)四波束ADCP的流速校準(zhǔn)，并利用應(yīng)答器陣列對(duì)四波束ADCP換能器的電聲參數(shù)（發(fā)射源級(jí)、指向性、接收靈敏度）進(jìn)行校準(zhǔn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于校準(zhǔn)方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種新型四波束ADCP校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

ADCP（聲學(xué)多普勒流速剖面儀）作為國(guó)內(nèi)外河道、海洋系統(tǒng)流速流量測(cè)量使用的普遍儀器，不同于傳統(tǒng)的機(jī)械式流速儀，其利用聲學(xué)換能器發(fā)射聲波，當(dāng)發(fā)射的聲波遇到水中泥沙顆粒、浮游生物等隨水流動(dòng)的散射體時(shí)產(chǎn)生背散射，聲學(xué)換能器接收信號(hào)，通過(guò)接收到散射聲信號(hào)的多普勒頻移計(jì)算流速。其具有非接觸，可自動(dòng)實(shí)時(shí)在線連續(xù)監(jiān)測(cè)等諸多優(yōu)點(diǎn),可極大地減小勞動(dòng)強(qiáng)度、增加工作效率。

四波束ADCP可測(cè)量不同水層的三維流速，在國(guó)內(nèi)外被廣泛使用，生產(chǎn)廠家給出的技術(shù)指標(biāo)往往是在特定實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的測(cè)試結(jié)果，對(duì)其使用過(guò)程中的校準(zhǔn)較為困難。目前四波束ADCP的校準(zhǔn)主要使用水槽拖車試驗(yàn)和GPS檢測(cè)法對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)“GB/T 24558-2009”中所述的水槽拖車試驗(yàn)流速校準(zhǔn)方式是通過(guò)將ADCP固定于拖車底部，拖車分別以不同的速度進(jìn)行跑車，每個(gè)速度紀(jì)錄ADCP不少于30組數(shù)據(jù)，將ADCP測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均，與拖車速度值進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)的，試驗(yàn)條件要求水池長(zhǎng)度大于100m、寬度大于7m、深度大于4.5m；標(biāo)準(zhǔn)“HY/T 102-2007中所述的GPS檢測(cè)法流速校準(zhǔn)方式是通過(guò)將ADCP固定于拖車底部，在被檢ADCP流速測(cè)量范圍內(nèi)選取11個(gè)檢測(cè)速度點(diǎn)，拖車往返航行，同時(shí)記錄GPS速度測(cè)量值、GPS位置測(cè)量值和ADCP速度測(cè)量值，計(jì)算相關(guān)系數(shù)和誤差限來(lái)實(shí)現(xiàn)的，檢測(cè)條件要求水深大于100m的水域。這些方法對(duì)于試驗(yàn)條件要求高，而且航次試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、成本高，因此，開發(fā)一種可在普通小型普通水池中進(jìn)行四波束ADCP性能校準(zhǔn)方法顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有校準(zhǔn)方法的不足，本發(fā)明提出了一種新型四波束ADCP校準(zhǔn)方法，該方法利用聲學(xué)應(yīng)答器發(fā)射不同頻偏和時(shí)延的聲波信號(hào)，模擬不同水層的流速對(duì)四波束ADCP進(jìn)行流速校準(zhǔn)，并利用應(yīng)答器陣列對(duì)四波束ADCP換能器的電聲參數(shù)（發(fā)射源級(jí)、指向性、接收靈敏度）進(jìn)行校準(zhǔn)。此校準(zhǔn)方法系統(tǒng)搭建簡(jiǎn)單，操作方便，校準(zhǔn)環(huán)境要求低，成本低。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明是利用固定框架及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使四波束ADCP四個(gè)換能器聲軸方向依次正對(duì)應(yīng)答器陣列中間的收發(fā)換能器聲軸方向，當(dāng)應(yīng)答器陣列中的收發(fā)換能器接收到ADCP換能器發(fā)射的信號(hào)后，回發(fā)帶有頻偏和時(shí)延的聲波信號(hào)，以模擬不同水層的流速，根據(jù)頻偏及時(shí)延與不同水層處流速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)對(duì)四波束ADCP進(jìn)行流速校準(zhǔn)；并利用應(yīng)答器陣列對(duì)四波束ADCP換能器的電聲參數(shù)（發(fā)射源級(jí)、指向性、接收靈敏度）進(jìn)行校準(zhǔn)。具體是：

通過(guò)繩索將整體裝置固定于小型普通水池中，進(jìn)行線路的連接，完成校準(zhǔn)裝置與儀器的搭建。

PC機(jī)編寫LabVIEW程序，通過(guò)RS232串口與伺服電機(jī)控制器相連，控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制四波束ADCP換能器聲軸方向依次對(duì)準(zhǔn)應(yīng)答器陣列中間的收發(fā)換能器。指令設(shè)置為每次旋轉(zhuǎn)90°，速度控制為10°/S。

四波束ADCP發(fā)射一定頻率的聲波信號(hào)，同時(shí)發(fā)射信號(hào)的同步信號(hào)接到信號(hào)采集發(fā)射裝置數(shù)據(jù)采集卡的一個(gè)通道。