國產(chǎn)聲學(xué)多普勒流速剖面儀結(jié)構(gòu)與原理：水流數(shù)據(jù)如何“準(zhǔn)確捕捉”？

　　國產(chǎn)聲學(xué)多普勒流速剖面儀(ADCP)的核心功能是利用聲學(xué)多普勒效應(yīng)，測量水體分層流速、流向，同步計(jì)算流量與水深，本質(zhì)是一款“無接觸式、高精度水文剖面測量設(shè)備”。其核心作用圍繞“準(zhǔn)確測流、高效作業(yè)、場景適配”展開，適配我國復(fù)雜多樣的水文環(huán)境需求。
 

　　全剖面準(zhǔn)確測流。這是其核心的功能，設(shè)備可自動(dòng)分層(多達(dá)128層)測量水流三維流速與流向，無需擾動(dòng)流場，避免傳統(tǒng)測流方式對(duì)水流的干擾，測量精度可達(dá)±0.05m/s，同時(shí)通過內(nèi)部算法積分運(yùn)算直接得出流量值，實(shí)現(xiàn)流速與流量的一體化測量。
 

　　高效便捷作業(yè)。相比人工涉水測流或單點(diǎn)測量，國產(chǎn)ADCP搭載走航式設(shè)計(jì)，裝船橫渡河流僅需3-10分鐘即可完成斷面測量，大幅提升作業(yè)效率；部分型號(hào)適配無人船平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控與全自動(dòng)測量，降低惡劣環(huán)境下的人員安全風(fēng)險(xiǎn)。
 

　　復(fù)雜場景適配。針對(duì)我國寬淺河道、高含沙水域、生態(tài)小流量等特有水文條件，國產(chǎn)ADCP通過技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化，在淺水高精度測量、高含沙水體穿透能力、頂部盲區(qū)等方面形成優(yōu)勢，同時(shí)可與國內(nèi)水文業(yè)務(wù)系統(tǒng)無縫銜接，提供一站式解決方案。
 

　　國產(chǎn)聲學(xué)多普勒流速剖面儀的核心是通過聲波與水體散射體的相互作用獲取流速信息，結(jié)構(gòu)簡潔且技術(shù)成熟，關(guān)鍵在于換能器設(shè)計(jì)與信號(hào)處理算法的自主優(yōu)化。
 

　　(一)核心結(jié)構(gòu)組成
 

　　設(shè)備主要由換能器陣列、信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸模塊、定位與姿態(tài)模塊及供電系統(tǒng)構(gòu)成。換能器陣列是核心部件，通常配備4個(gè)高頻換能器，采用微米級(jí)工藝制造，可發(fā)射與接收高頻聲脈沖，部分國產(chǎn)型號(hào)集成多頻協(xié)同技術(shù)，適配不同水深場景；信號(hào)處理單元搭載自主研發(fā)算法，能快速解析回波信號(hào)的多普勒頻移，轉(zhuǎn)化為流速數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)模塊支持本地存儲(chǔ)與無線傳輸，可實(shí)時(shí)導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表，適配外業(yè)作業(yè)需求；定位與姿態(tài)模塊融合北斗準(zhǔn)確定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)測流軌跡與流速數(shù)據(jù)的時(shí)空同步；供電系統(tǒng)采用低功耗設(shè)計(jì)，滿足野外長時(shí)間作業(yè)需求。
 

　　(二)工作原理
 

　　其工作核心是聲學(xué)多普勒效應(yīng)：設(shè)備通過換能器向水體發(fā)射高頻聲脈沖，水體中的散射體(氣泡、懸浮泥沙、浮游生物等)會(huì)反射聲波形成回波。當(dāng)散射體隨水流運(yùn)動(dòng)時(shí)，回波信號(hào)會(huì)產(chǎn)生頻移--散射體朝向換能器運(yùn)動(dòng)時(shí)頻移為正，背離時(shí)頻移為負(fù)，頻移大小與水流速度成正比。換能器接收回波后，信號(hào)處理單元通過自主算法分析頻移信息，結(jié)合換能器布局計(jì)算出水流的三維流速與流向；同時(shí)利用河底跟蹤功能測量水深與船舶對(duì)底速度，通過積分運(yùn)算得出斷面流量。國產(chǎn)ADCP通過超寬帶擴(kuò)頻調(diào)制、智能算法拼接等技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步提升了信號(hào)穩(wěn)定性與測量精度，在復(fù)雜水文環(huán)境中也能獲取可靠數(shù)據(jù)。