ADCP檢測(cè)技術(shù)探討研究中心韓繼偉水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所

中國(guó)

常州2020年1月智慧水利與河湖長(zhǎng)制高峰論壇>新型水文儀器層出不窮隨著社會(huì)的發(fā)展、新技術(shù)日新月異，現(xiàn)代水文監(jiān)測(cè)由傳統(tǒng)的人工駐站觀測(cè)發(fā)展為以無(wú)人值守有人看管的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)為主，人工巡測(cè)為輔的現(xiàn)代化水文測(cè)驗(yàn)

模式。大量先進(jìn)測(cè)驗(yàn)技術(shù)手段和新型儀器設(shè)備應(yīng)用于水文行業(yè)。例如聲學(xué)多普雷

技術(shù)的ADCP、圖像識(shí)別技術(shù)PIV、PTV、超聲波時(shí)差法、雷達(dá)測(cè)流、

電磁流速儀等某省市界斷面水資源水量的監(jiān)測(cè)，對(duì)這些新型水文儀器測(cè)量的準(zhǔn)確性法治性提出

了更高要求。這些水文儀器不僅是水文儀器，還得是計(jì)量認(rèn)證過(guò)的儀器。

目前新

型水文儀器的計(jì)量是“短板

”。>新型水文儀器的計(jì)量短板按照我國(guó)“水利工程補(bǔ)短板水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管

”新時(shí)期治水工作重點(diǎn)的要求，進(jìn)一步推動(dòng)水文現(xiàn)代化建設(shè)，解決日益突出的“水計(jì)量

”這一水利行業(yè)監(jiān)管短板，迫切需要對(duì)水文、水資源計(jì)量器具按照《計(jì)量法》要求開展計(jì)量檢定工作。隨著“最嚴(yán)格水資源管理制度

”的實(shí)施，ADCP類監(jiān)測(cè)儀器在界斷面、國(guó)家基本水文斷面應(yīng)用頗多，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的法制性、可溯源性要求隨之提出，因此迫切需要對(duì)這類儀器開展檢測(cè)計(jì)量。>ADCP簡(jiǎn)介ADCP是聲學(xué)多普勒剖面流速儀的英文縮寫，它利用聲學(xué)多普勒原理來(lái)實(shí)現(xiàn)流速測(cè)量的。這里有兩個(gè)假設(shè)，一是反射聲波信號(hào)的浮游物體是隨著水流

運(yùn)動(dòng)的且運(yùn)動(dòng)速度和水流一致；二是四個(gè)波束都在測(cè)量同一個(gè)流速矢量，即

流速在一個(gè)小范圍的同一水平面上是穩(wěn)定均勻的。ADCP儀器有多種類型，其中以走航式ADCP的結(jié)構(gòu)和功能最復(fù)雜，對(duì)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的要求也最高，如果能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)走航式ADCP的檢測(cè)，也就涵蓋了其它類

型ADCP的檢測(cè)，下面就以走航式ADCP為例，來(lái)探討其檢測(cè)方法。找方案&找標(biāo)準(zhǔn)找方案微信（掃第一個(gè)碼）每日分享各個(gè)領(lǐng)域高質(zhì)量專業(yè)的解決方案，內(nèi)容包括某省市、鄉(xiāng)村振興、智慧城管、智慧園區(qū)、智慧公安、智慧水務(wù)（水利）、智慧林草、社會(huì)綜合治理、智慧旅游、智慧工地、智慧環(huán)衛(wèi)、智慧醫(yī)院、智慧環(huán)保、智慧安監(jiān)等領(lǐng)域，結(jié)合數(shù)字孿生、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，分享行業(yè)售前方案、設(shè)計(jì)方案、技術(shù)方案和項(xiàng)目信息等。找標(biāo)準(zhǔn)微信（掃第二個(gè)碼）每日分享各個(gè)智慧領(lǐng)域國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，國(guó)家和地方政策指導(dǎo)文件，讓各個(gè)智慧方案有據(jù)可依，內(nèi)容包括找方案中的各個(gè)行業(yè)的政策和規(guī)范，內(nèi)容在不斷的收集和完善中。找方案知識(shí)星球（掃第三個(gè)碼）會(huì)員可下載所有資料，并每日上新（注：所有資料均通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)等公開渠道獲取，個(gè)人學(xué)習(xí)使用，請(qǐng)勿用于商業(yè)用途）。找標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)星球（掃第四個(gè)碼）會(huì)員可下載所有資料，并每日上新（注：所有資料均通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)等公開渠道獲取，個(gè)人學(xué)習(xí)使用，請(qǐng)勿用于商業(yè)用途）。找方案星球優(yōu)惠券（掃第五個(gè)碼）掃描69元價(jià)格優(yōu)惠加入，1W+方案任意下載，資源不斷的豐富完善中......找方案微信找方標(biāo)準(zhǔn)信>ADCP的檢測(cè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)走航式ADCP儀器性能的全面檢測(cè)，需對(duì)它的5個(gè)性能，即底

跟蹤性能、水跟蹤性能、定向性能、

測(cè)深性能和縱橫搖性能，再加上1個(gè)，換能器的聲性能，共計(jì)6個(gè)檢測(cè)項(xiàng)。儀器類型檢測(cè)參數(shù)依托平臺(tái)難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)備

注ADCP底跟蹤速度水槽+檢定車水跟蹤速度水槽+檢定車水中反射物、消聲測(cè)深水槽+檢定車長(zhǎng)測(cè)桿及控制換能器發(fā)射聲場(chǎng)水槽+檢定車測(cè)量設(shè)備及控制聲源級(jí)+指向性流向流向檢測(cè)儀檢測(cè)儀的準(zhǔn)確性陸上縱橫搖傾角檢測(cè)平臺(tái)+

標(biāo)準(zhǔn)傾角儀傾角檢測(cè)平臺(tái)研制陸上>ADCP的檢測(cè)方法底跟蹤、水跟蹤、測(cè)深和換能器聲性能,需在水槽環(huán)境下實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。GB/T24558-2009《聲學(xué)多普勒流速剖面儀》指出流向性能在陸上檢測(cè)，縱橫搖性能沒(méi)有提及，但也宜在陸上檢測(cè)。>速度檢測(cè)平臺(tái)（拖曳

水槽）水槽：長(zhǎng)度194米，其中注水段

180米，槽內(nèi)壁寬7.5米，深

度6.1-6.3米，水深5.5米。檢定車：尺寸：8.3m×7.6m×3.2m（寬×長(zhǎng)×高）；車速范

圍：0.01～6m/s；重量：14

000kg；供電功率：45kW（3

80V）（1）底跟蹤速度的檢測(cè)底跟蹤速度的檢測(cè)主要是由拖曳水槽實(shí)現(xiàn)的，借用儀器的采集軟件，一般水槽都是可以做底跟蹤比測(cè)試驗(yàn)的。底跟蹤檢測(cè)實(shí)現(xiàn)難度不大，主要是采集軟件部分

工作。（2）水跟蹤速度的檢測(cè)水跟蹤檢測(cè)需要水中存在合適的聲學(xué)反射物才能實(shí)現(xiàn)，而這正是實(shí)現(xiàn)ADCP檢測(cè)的最大難點(diǎn)所在。水槽一般在室內(nèi)，水體內(nèi)的懸移質(zhì)隨著時(shí)間的推移，都會(huì)逐漸沉

淀，而由于在室內(nèi)，缺乏水體流動(dòng)、陽(yáng)光照射等原因，水中的微生物也會(huì)越來(lái)越

少。這樣就造成水中聲學(xué)反射物越來(lái)越少，使得對(duì)ADCP的水跟蹤性能難于檢測(cè)。（3）水跟蹤檢測(cè)的難點(diǎn)在水中增加合適的聲學(xué)反射物是實(shí)現(xiàn)ADCP檢測(cè)的關(guān)鍵，國(guó)內(nèi)外的檢測(cè)機(jī)構(gòu)為此都做過(guò)不少嘗試，如美國(guó)地調(diào)局曾在泰勒水槽試驗(yàn)過(guò)在水中撒石灰水，山東水文局在濰坊水槽試驗(yàn)過(guò)加泥漿水。雖然在泰勒水槽的試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了ADCP的水跟蹤檢測(cè)，

但因?yàn)樗w遭到污染，污染清除困難，代價(jià)也很大，因此難于把此種方式作為正常檢測(cè)手段來(lái)應(yīng)用。我所通過(guò)不斷的探索和試驗(yàn)，提出了一種方法，可以有效增加水中的反射物實(shí)現(xiàn)對(duì)ADCP水跟蹤性能的檢測(cè)，且不會(huì)污染水體。這個(gè)方法就是通過(guò)在水槽水體中增加納米氣泡，作為水中的聲波反射物，從而有效反射超聲波，對(duì)水槽水體也不會(huì)造成污染?？諌簷C(jī)+格柵式氣泡發(fā)生（4）

探索與試驗(yàn)A

、傳統(tǒng)氣泡發(fā)生（太大，上升速度快，滯留時(shí)間短）B、納米氣泡發(fā)生納米氣泡發(fā)生裝置是把空氣用高速旋回切割方式融入水中，

采用旋回式氣液混合型納米氣泡發(fā)生技術(shù)快速高效地制取微納米氣泡水。C、水槽的消聲由于普通水槽的壁面會(huì)反射聲

波，干擾聲場(chǎng)，從而帶來(lái)較大

的試驗(yàn)誤差。這就需要在壁面

覆蓋一層吸聲材料，做成消聲

水槽，

以消除反射波，提高測(cè)

量準(zhǔn)確度。接到下發(fā)的任務(wù)單就自動(dòng)運(yùn)行，

（任務(wù)執(zhí)行自動(dòng)化）。自動(dòng)完成控車（控車系統(tǒng)自動(dòng)化）自動(dòng)采集數(shù)據(jù)（采集系統(tǒng)自動(dòng)化）自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告（數(shù)據(jù)分析處理自動(dòng)化）速度檢測(cè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化（A）（B）

（C）

（D）找方案&找標(biāo)準(zhǔn)找方案微信（掃第一個(gè)碼）每日分享各個(gè)領(lǐng)域高質(zhì)量專業(yè)的解決方案，內(nèi)容包括某省市、鄉(xiāng)村振興、智慧城管、智慧園區(qū)、智慧公安、智慧水務(wù)（水利）、智慧林草、社會(huì)綜合治理、智慧旅游、智慧工地、智慧環(huán)衛(wèi)、智慧醫(yī)院、智慧環(huán)保、智慧安監(jiān)等領(lǐng)域，結(jié)合數(shù)字孿生、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，分享行業(yè)售前方案、設(shè)計(jì)方案、技術(shù)方案和項(xiàng)目信息等。找標(biāo)準(zhǔn)微信（掃第二個(gè)碼）每日分享各個(gè)智慧領(lǐng)域國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，國(guó)家和地方政策指導(dǎo)文件，讓各個(gè)智慧方案有據(jù)可依，內(nèi)容包括找方案中的各個(gè)行業(yè)的政策和規(guī)范，內(nèi)容在不斷的收集和完善中。找方案知識(shí)星球（掃第三個(gè)碼）會(huì)員可下載所有資料，并每日上新（注：所有資料均通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)等公開渠道獲取，個(gè)人學(xué)習(xí)使用，請(qǐng)勿用于商業(yè)用途）。找標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)星球（掃第四個(gè)碼）會(huì)員可下載所有資料，并每日上新（注：所有資料均通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)等公開渠道獲取，個(gè)人學(xué)習(xí)使用，請(qǐng)勿用于商業(yè)用途）。找方案星球優(yōu)惠券（掃第五個(gè)碼）掃描69元價(jià)格優(yōu)惠加入，1W+方案任意下載，資源不斷的豐富完善中......找方案微信找方標(biāo)準(zhǔn)信檢

定

證

書>換能器聲性能檢測(cè)平臺(tái)聲源級(jí)和指向性測(cè)量系

統(tǒng)整體框架由標(biāo)準(zhǔn)水聽器、

前置信號(hào)處理和數(shù)據(jù)采集器構(gòu)成。標(biāo)準(zhǔn)水聽器布置在水槽中，通過(guò)監(jiān)聽水槽內(nèi)換能器的信息，經(jīng)前置放大、濾波處理后，

由數(shù)據(jù)采集器采集信號(hào)，經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)，

其基本結(jié)構(gòu)如圖示。>

測(cè)深性能測(cè)平臺(tái)

這個(gè)平臺(tái)是由拖曳水槽+測(cè)

深桿組成。>定向性能檢

測(cè)平臺(tái)研制>縱橫搖（傾角）檢

測(cè)平臺(tái)研制>

常見(jiàn)新型水文儀器測(cè)試時(shí)間：2018

年5

月28日測(cè)試環(huán)境：氣溫:23

°C、相對(duì)濕度:70%RH、水溫:13.0

°C測(cè)試人：韓繼偉、、毛春雷測(cè)試結(jié)果：底跟蹤速度誤差0.0010m/s～0.0290m/s；剖面流速誤差0.0004m/s～0.0350m/s標(biāo)準(zhǔn)檢定點(diǎn)測(cè)速輪速度底跟蹤剖面速度絕對(duì)誤差相對(duì)誤差（%）流速絕對(duì)誤差相對(duì)誤差（%）0.200.20000.19950.00050.2500.20110.00120.5830.500.49950.50250.00300.5940.49990.00040.0871.001.00111.00730.00620.6190.99890.00220.2161.501.50181.49760.00420.2781.49710.00470.3112.002.00171.99650.00530.2631.99780.00400.1982.502.49842.50130.00290.1162.48350.01500.5983.003.00162.97270.02890.9632.99600.00570.1883.503.50173.48500.01670.4773.49340.00840.2394.004.00153.98530.01620.4064.01610.01460.3645.004.99644.97190.02450.4904.96140.03500.701最大值4.99604.97200.02900.9634.96100.03500.701最小值0.20000.19900.00100.1160.20100.00040.087平均值2.32002.31200.01100.4452.31500.00900.349標(biāo)準(zhǔn)差1.49001.48100.01000.2311.48500.01000.197>WHR600-

1

型ADCP檢

測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)ADCP的檢測(cè)是既是工程項(xiàng)目，也是科研項(xiàng)目。需要做開創(chuàng)性的工作，從軌道焊接、檢定車的四輪驅(qū)動(dòng)、測(cè)試桿、水中反射物的探尋到流向檢測(cè)儀、傾角檢測(cè)儀的研制等，都做了大量試驗(yàn)，

最終實(shí)現(xiàn)了水槽環(huán)境下對(duì)ADCP的全面檢測(cè)這一中心任務(wù)。同時(shí)，也對(duì)機(jī)械式、電磁式，尤其是聲學(xué)類流速流量?jī)x器的測(cè)試方法進(jìn)行了不少摸索工作，形成了一套測(cè)試方案，取得了較好的測(cè)試效果，也算是為后續(xù)正式開展此類儀器的檢測(cè)做了些前期工作。

為國(guó)家落實(shí)最嚴(yán)格的水資源管理制度，提供技術(shù)支撐。找方案&找標(biāo)準(zhǔn)找方案微信（掃第一個(gè)碼）每日分享各個(gè)領(lǐng)域高質(zhì)量專業(yè)的解決方案，內(nèi)容包括某省市、鄉(xiāng)村振興、智慧城管、智慧園區(qū)、智慧公安、智慧水務(wù)（水利）、智慧林草、社會(huì)綜合治理、智慧旅游、智慧工地、智慧環(huán)衛(wèi)、智慧醫(yī)院、智慧環(huán)保、智慧安監(jiān)等領(lǐng)域，結(jié)合數(shù)字孿生、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，分享行業(yè)售前方案、設(shè)計(jì)方案、技術(shù)方案和項(xiàng)目信息等。找標(biāo)準(zhǔn)微信（掃第二個(gè)碼）每日分享各個(gè)智慧領(lǐng)域國(guó)家和地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，國(guó)家和地方政策指導(dǎo)文件，讓各個(gè)智慧方案有