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PC-ADP 常见问题解答

阅读809次 2010-3-16


PC-ADP(脉冲相干声学多普勒剖面仪)代表了多普勒剖面技术的技术发展水平。因为它在固件和硬件上与传统ADP都有所不同,因此,对于这种产品,用户常有很多疑问。

脉冲相干模式到底是什么?
在脉冲相干模式下,ADP发送一对脉冲,两脉冲间通过一个时间的延迟将之分开。然后测量每个脉冲返回信号的相位。被时间分开的两脉冲之间的相位变化直接与水中颗粒的速度成比例。这与SonTek ADV所采用的技术相同。ADV能以极低的不确定度进行高精度测量而著称。ADP系统的PC模式所能做的是能允许极小单元大小(小至1.6厘米),并且是极低的测量不确定度。有关完整解释,请参阅PC-ADP的操作原理。

PC-ADP与具有“脉冲相干模式”的ADP有何不同?
作为一种可选的功能,SonTek的许多ADP系统支持脉冲相干模式操作。我们常说的“PC-ADP”是脉冲相干的一个固件选项、特殊硬件和软件的组合(包括一个经优化的用于高分辨率剖面测量、半径为10厘米的换能器头)。

人们通常如何配置PC-ADP?
最为常见的应用是用于输沙率的研究或其它底部边界层的研究工作。在这些应用中,通常将PC-ADP头朝下安装在三脚架上或其它结构上,距底部约1~2米。当然,也可将其朝上安装以用于其它研究。

PC-ADP可否用于低流速的测量?
脉冲相干技术是一项优秀的技术,可测量低至毫米级/秒的低流速。最小分辨率为0.1毫米/秒。

PC-ADP可否用于高流速或动态环境?
高于2米/秒的水流建议使用标准ADP模式测量。

哪种压力传感器可用于PC-ADP?
PC-ADP可以选用连续型、模拟型或频率型各种不同的压力传感器。模拟传感器是一种应变式的压力传感器,位于PC-ADP换能器的头部,其精确度为0.1%;还可以选择更为先进的、精确度为0.01%的RPT共振式压力传感器,但其最大深度限于20米;作为第三个选择,我们也可以外置Paroscientific公司生产的石英压力传感器。

其它有哪些传感器可连接于PC-ADP?
ADP电子设计允许与外部的一个串行口设备和两个模拟口设备(0-5V)集成。通常,串行口设备是指SeaBird 公司的MicroCAT CT 电导、温度传感器;模拟口设备是D&A 公司的OBS浊度传感器。如果需要第二个模拟口设备,那就不得不牺牲电池电压参数的监测。

为什么采用15度倾斜角的换能器头,而不是25度倾斜角的换能器头?
理论上,从精确度的角度上讲,45度才是最佳配置。当你由45度向0度转动时,你将得到更大的测量范围,但却要付出水平方向精确度降低的代价。水平范围与精确度的最佳折衷就是20-30度倾斜角范围。朝0度方向移动的其它好处是可能受旁瓣干扰的区域较小。从数学上讲,旁瓣干扰的百分比与换能器角度的余弦成正比。减少旁瓣能量的影响可使用户得到更大的测量剖面,而不会受到水面或底部边界反射信号的破坏。由于SonTek采用大面积的换能器,因此旁瓣能量较低。这是为什么SonTek的标准型ADP使用25度倾斜角(更精确)形状,而不是20度或更小度数。然而,对于PC-ADP,换能器头设计成15度倾斜角更为合适。原因有三:

  • 15度倾斜角的三个波束所形成的“采样锥体”占据空间较小。因此,用来计算流速的采样面积在空间上更为接近。这将减少因水平方向采样面积内流速不均匀而引起的不确定度。由于ADP在空间上着眼于较小体积,因此这对底层研究很有益。
  • 15度角将减少由旁瓣干扰产生的“死区”(近底部)。因为单元很小,采集的数据尽可能地靠近边界**丶2捎1.6厘米单元大小和15度倾斜角,将确保除了最后一个测量单元外的整个剖面数据的完整性。
  • 15度倾斜角形状有助于测量较大的水平流速。使用PC模式的其中一个折衷是可测量的最大流速与标准ADP模式相比被减小了。这样的形状有助于扩展ADP在脉冲相干模式下可测量的流速范围。

    如前所述,由于15度倾斜角,在速度精确度上存在一个折衷;然而,脉冲相干模式的脉冲信号不确定度是如此的低,这远远弥补了由15度形状产生的不足。

    能将脉冲相干模式用于25度波束角的ADP中吗?
    是的,可以。脉冲相干模式在大多数标准ADP系统中可用。使用25度波束角,只是不会有上述讨论中所提到15度倾斜角的所有优点,但它仍可工作。可测量的最大流速范围也将会减小50%,才不至于产生不确定性之类的误差。

    能同时使用底跟踪和脉冲相干模式吗?
    不可以。要么在标准模式下使用装有底跟踪的ADP(底跟踪功能需激活),要么在静止应用中使用脉冲相干模式。两种不能同时使用。

    能在运动状态或浮标上使用PC-ADP吗?
    建议仅在仪器被固定的状态下使用PC-ADP。

    能将底跟踪与倾斜角设为15度的PC-ADP换能器一同使用吗?
    是的,仅在标准模式上操作时有可能。然而,与相应频率的25度倾斜系统相比,系统表现会有所降低。一般来说,你不得不采用4倍长的平均间隔时间才能得到相同的不确定度。

    如果使用mini-ADP换能器头,能购买两个不同的换能器头(一个15度角,一个25度角),在需要时可进行互换吗?
    是的,可以,但是您需要从SonTek/YSI获取有关在转换头时如何重置系统的专门指导。注意,尽管您可互换换能器头,但却不能互换频率。

    PC-ADP的最大输出速率是多少?
    最大输出速率是2Hz。注意,2Hz数据速率只有在使用了ADP内置记录器时才能达到。如果在5秒或更高的时间间隔内进行数据平均,那可通过使用CurrentMonitor软件程序来获得实时数据。。

    最大单元数是多少?
    ADP结构可设近100个测量单元。而在PC模式下工作时,您必须考虑到额外的单元会加入要求系统处理——特别是在2Hz时。因此,对于PC-ADP的一般应用(需要高数据速率),合理的单元数大约是20~30个。

    最大水流剖面范围是多少?
    与标准ADP模式相比,使用脉冲相干模式的一个主要折衷是最大范围被减小了。总的来说,大多数研究者使用ADP的范围不超过1~2米。然而,这不是上限。您能进行剖面测量的最大实际范围与您所期望测量的最大流速有关。有关更多完整解释请参阅PC- ADP技术资料,或直接与我们联系。

    为什么只能以波束坐标来输出数据?
    这也是为了节省处理的系统开销。为了使单元数最多、数据输出率最大,数据只能以固有的波束矢量形式被记录。为了能以更为容易理解的XYZ或ENU坐标来浏览数据,有必要使用本公司的数据分析程序ViewADP处理数据(可通过SonTek网站免费下载该程序)。

    能用PC-ADP以脉冲相干模式来测量方向波吗?
    是的,可以。但首先必须确保换能器头部安装有压力传感器。然后使用SonTek的ViewADP-Pro软件(需要单独购买),并采用PUV方法来处理方向波的数据。

    PC-ADP现有几个声学频率?
    具有Mini ADP头、15度倾斜角的标准PC-ADP组件的声学频率是1.5 MHz。1.5MHz提供了单元分辨率与最大范围的最佳折衷。注意,3.0 MHz系统也能配置于Mini换能器头;但是,单元分辨率与1.5MHz(1.6厘米)相同。

    脉冲相干方法也能用于大多数3.0、1.0和0.5MHz标准ADP系统;然而,某些1.0和0.5MHz系统与这种功能部件不匹配。更多相关信息请联系我们。

    SonTek,ADP和ADV为SonTek/YSI公司(San Diego, CA USA)注册商标。