声学多普勒流速剖面仪（ADCP）的应用实例
声学多普勒流速剖面仪（ADCP）是一种融合了多学科技术而研制的新型测速声呐设备，作为水声技术的一个典型应用，作为一种测速仪器，ADCP在水运工程（包括内河和海洋工程）中得到了广泛应用，对于声学多普勒测流技术的研究日益受到人们的关注。目前测流仪器种类繁多, 按照工作原理的不同可以分为机械式海流计、压力式海流计、电磁式海流计以及声学海流计等。现在大量运用的是声学多普勒海流计。声学多普勒海流计采用声遥测方式，对被测流场无干扰，能够获得高精度的速度信息，被国际海委会定为4种先进的海洋观测仪器之一，因此ADCP成为当前广泛采用的测流仪器，是水资源调查中必不可少的重要测验设备。通过ADCP在具体工程中的应用研究，归纳总结了ADCP在工程应用中的主要工作流程，以及在工程应用中的注意事项。
一、ADCP工作原理
（一）多普勒效应
波源和观察者有相对运动时，观察者接收到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象；如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率
减小。这便是著名的多普勒效应（奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒于1842年首先提出这一理论），它不仅适用于声波，同样适用于所有类型的波，包括电磁波。ADCP就是利用声波的多普勒效应发展起来的一种新型测流设备,它是一种既可测量相对水底速度,同时又可以兼顾测量相对水流速度的声呐设备。
ADCP利用声学多普勒原理，测量分层水介质散射信号的频移信息，并利用矢量合成方法获取海流垂直剖面水流速度,即水流的垂直剖面分布。对被测验流场不产生任何扰动，也不存在机械惯性和机械磨损，能一次测得一个剖面上若干层的流速的三维分量和绝对方向。
（二）ADCP测流原理
水体中存在大量的散射体，诸如微小粒子、浮游生物等，它们随水体流动。这些散射体和水体是融为一体的，其速度即代表水流速度。当ADCP向水体中发射声波脉冲信号，被水体中悬浮的、随水体运动的散射体后产生反射，ADCP再对回波信号进行接收和处理。根据多普勒原理，由于ADCP 和散射体之间存在相对运动，发射声波与散射回波频率之间就存在一个多普勒频率，这种频率的变化完全取决于反射体的运动速度。通过测量这个多普勒频移就可以直接解算出ADCP和散射体的相对速度。如果将海流分为若干层，通过
测量就可以得到海流各层相对ADCP的流速剖面。ADCP换能器既是发射器又是接收器，它从根本上摆脱了机械式仪器的测验原理。
一般地，ADCP的工作频率低，则作用距离远而空间分辨率低；ADCP的工作频率高，则作用距离近而空间分辨率高。这就要求选择测流系统的工作频率时，要根据不同目的来进行折中。这种频率的变化完全取决于反射体的运动速度，即水流速度，ADCP便可根据该多普勒频移计算出相对于ADCP的流速大小。
当ADCP向水体中发射的声波脉冲信号碰到水体中悬浮的、随水体运动的微粒后产生反射，ADCP可以根据被反射到ADCP的声波脉冲信号和ADCP发射的声波脉冲信号频率的差异（即多普勒频移），计算出相对于ADCP的流速大小：
V=c×Fd/(2Fs) （1）
式中：V为相对于测船的水体流速；Fd为声学多普勒频移；Fs为发射声波脉冲信号频率；c为声波脉冲信号在水体中的传播速度（不计盐度和深度），即：
c=1449.2+4.6T-5.5×10-2T2+2.9×10-4T3（2）式中：T为换能器附近的水体温度。
ADCP的每个换能器轴线即为一个波束坐标，每个换能器测得的流速是沿其波束坐标方向的流速，任意三个换能器轴线轴线即组成一组相互独立的空间波束坐标系。另外，