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声学多普勒和流量测量的基础知识
来源:www.csbllyb.com 作者:youwang 日期:2021-4-9 0:15:47 浏览次数:0
声学多普勒流速测量系统采用多普勒频移的物理原理来测量水流速度。多普勒原理指出了,如果声源相对于接收器运动,则接收器处的声音频率会与发射频率相偏移。请注意,多普勒系统实际上并未直接测量水流速度,而是测量悬浮在水柱中的散射颗粒的速度,并假设颗粒的运动速度与水流速度相同。如果没有反射信号的散射颗粒,则多普勒系统将无法测量速度。反射信号的振幅将随着水中散射颗粒的密度、颗粒材料及其在发射频率下的声波反射率以及与换能器的距离而变化。传输的声波信号从换能器呈几何图形传播,而且声音也被水所吸收。传输损耗与系统范围的平方成正比,而反射信号强度降低到系统噪声等级的距离决定了最大测量范围。
需要注意的是
此类多普勒系统无法直接测量流量(排放量)。流量是基于测得速度、测得水位和渠道截面积而计算出的参数。由于系统仅测量声波所在的渠道的部分水流速,因此使用教科书理论模型或特定于地点的校准(指标流速率定)将仪器测得的速度与平均流速相关联。然后将平均流速 (V) 乘以渠道截面积 (A) 以求出流量值 (Q=VA),其中渠道截面积由用户提供的有关渠道几何形状、仪器位置以及所测水位的信息所确定。因此,流量的准确度部分取决于估算流量时,渠道流速分布的信息量。
以下是笔直且洁净的混凝土衬砌运河(显示的典型现场照片)中不规则速度分布的部分示例,这是在SonTek-IQ的开发过程中使用FlowTracker手持式ADV系统在密集间隔的离散单点中测得的流速:
如示例中所示,渠道中的速度分布通常是不均匀的,并且边界层(如渠道的底部或侧面)附近的速度通常明显较低。
仪器常用到名称如下:
# 由于速度数据中的任何误差都会导致计算出的流量出现误差,因此仪器的速度测量精度至关重要。
# 用户给出的渠道几何形状和仪器位置的误差将导致计算出的流量出现误差。
# 将仪器测得的速度与平均流速相关联的方法将影响所计算出的流量的精度。