ADCP原理(7)

10 声速纠正

假定一个温度和一个传感器深度，并且利用这个传感器来测量温度，在这两者的基础上，ADCP来测量声速。ADCP利用这个声速把这个速度数据转化成工程单位，并且沿着声束计算他们的距离。这个声速连同其他的ADCP数据一起被记录下来。这一部分描述了纠正法，这个纠正有助于声速的变化和误差分析。

在传感器中对声速变化的纠正

速度以mm/s为输出。这个比例因子与传感器测量的速度成比例。在这个给定的测量温度和假设的盐度上，ADCP自动计算声速。如果弄错了（比如说，如果假设的盐度是错误的），在后处理过程中利用下面的等式速率可以被纠正：

这里的Creal是传感器中真实的速度，CADCP是由ADCP记录的声速。

你也可以用下面的等式计算声速(Urick, 1983):

这里：

T是以oC为单位的温度

S是在以千分之几为单位的盐度(‰) D是以米为单位的深度

随着深度变化（比如说，远离传感器）的速度变化不影响校准，就像后面所说的。

适合速度变化的深度单元深度的纠正

ADCP通过假定在水中的速度是恒定的来计算深度单元的位置。这样做的目的是这个ADCP能够自动的计算出传感器的声束角(20o 或者30o)。

当变化范围很大，并且声速不同于传感器的速度，如果声速剖面已知的话，每个深度单元的深度都能够纠正。完成这个的步骤主要包括以下几步：

① 确定第一个深度单元的位置

② 利用这个等式确定深度单元的长度：

这里的L是深度单元的长度。 ① 利用上面的深度单元的长度决定下一个深度单元的位置。 ② 对所有的深度单元重复上述操作。

11 传感器

传感器的质量对数据质量是至关重要的。ADCPs把显著的高需求放到传感器上。他们必须是定向的（包括窄带波束宽度和抑制的旁瓣）和有效的。宽带的处理过程需要25-50%的带宽，深度部署需要传感器能够忍受剧烈的压力。这一部分描述了传感器的特征，特别是影响测量值性能这一部分。

传感器中的有源元件是压电陶瓷圆盘，它能够在电场的影响下扩张和收缩。通过把这个薄的银层附在陶瓷的表面上利用这个电场。当使用电压时，这个磁盘通过电压的极性变薄或变厚。

利用聚氨酯把这个磁盘封装在用带有反射基底材料的的金属杯子中。独立的ADCPs为高压使用而设计，它利用不可压缩的反射材料，所以这个传感器在压力作用下不能被打破。

传感器的波束图型

根据角度传感器的波束图型展示了发射声音原理传感器的强度。这个角度是相对于传感器轴测量的，这个轴是一条从传感器中心垂直画到传感器表面的一条直线。这个声束图型与根据方向引进的声音对传感器的敏感度是相互作用的。

Figure 23 展示了传感器波束图型的一个例子。主要的凸角指向传感器的轴，定义为0°.大部分能量都经过这个主要凸起。这个波束宽度主要是在-3dB这个水平的宽度（-3dB对应与信号强度的一半）。

旁瓣所指的方向与主要凸起的方向不同。从主要凸起的15°以外，旁瓣

就被相对于主要凸起的35dB线或者更大的所抑制。这个旁瓣的大小主要依靠传感器的大小还有制造的细节。如果传感器大了（以给定的频率），波束就会变窄，并且抑制了旁瓣。

Figure 23.150kHz传感器的典型波束图型。传感器的响应是单程的，并且在传感器轴上相对与单程测量的。

有些旁瓣不依靠传感器的大小，而是受压电陶瓷上振动模式的结果。找到与主要凸起分离40°的旁瓣是很常见的，这些旁瓣是主要的误差源。

在Figure23中所展示的传感器波束图型是一个单程的，因为它展示了发射声音的强度。传感器对回声的敏感度以双程的波束图型为特征，因为这个传感器既发射声波也接受声波。这个双程的波束图型简单的说是单程声束图型的两

倍（以dB为单位）。因此，在单程图型中旁瓣受40dB的抑制，而在双程波束图形中受80dB的抑制。从这些方向反射回来的能量相对于主瓣来说受100，000，000个因子的抑制。

Table2 列出了一些TRDI的传感器的规模和特征。

Table2．一些典型的宽带ADCP传感器的特征

传感器的空隙

传感器前面的障碍会干扰声束和降低数据质量。Figure 24指出了这个区域，你必须清楚这个区域的所有障碍。

Figure 24.清除传感器前面阴影部分的障碍。这一

部分包括围绕传感器15°的一个圆锥体。

接近表面或底部测量

从硬表面返回的回声，比如说海平面或者底部，比从散射体返回的回声要强的多，以致它能淹没对传感器的旁瓣抑制。正常情况下，如果太接近与表面（当向上看的时候）或者底部（当向下看时），你应该拒绝这时的数据。Figure 25指出了传感器的声束角与垂直方向成20°或30°角。对于这个20°的传感器，这个回声经过面对表面的旁瓣返回到ADCP，与此同时来自主瓣的回声以94%的距离返回到表面。这就意味着来自表面变化范围的数据至少有6%的数据是受到损害的。除了损害覆盖了变化范围的较大部分外（15%），这个概念对于30°的传感器的也是一样的。在这个表面往底下看的时候，对ADCP的效果也是一样的。

Figure 25.传感器的波束角和在表面受污染层

厚度的关系。

这是控制这个的等式：

这里：

Rmax是可接受数据的最大范围

D是从ADCP到表面或底部的距离（视情况而定） 角θ是声束相对于垂直方向的角（一般是20o 或者30o）

当我们往下看的时候，来自底部回声的受损区经常使速率数据偏向零.在移动的船上，来自底部回声的受损区一般也是不能预计的。当向上看的时候，由于表面波浪和风的影响，来自表面回声的受损区也是不可预计的，但是偏向零的偏差是很平常的。这个表面或者底部的速度平均是零；这个零速度就是使测量速度偏向它的速度。

响铃

响铃是一种效应，在这种效应中，来自发射脉冲的能量在发射脉冲完成之后将暂存一会。如果没有响铃，在发射之后这个传感器就会立即接收到回声。然而，回声信号是很弱的，它不能获得很多响铃从而污染回声。因此，在听到或者处理回声之前，ADCP应该等待铃声消失。这个等待时间叫做空白期。Table 3展示了典型的振铃时间。这个响铃时间约等于系统默认的空白期。

Table 3.典型的响铃时间，以在传感器前面的距离表示。

响铃使这个速度数据偏向于零速度，因为响铃信号不是多普勒频移。响铃的来源主要包括：

① 接收器的电子线路 ② 传感器和/或者是电子线路的防护外壳 ③ 船上的海底阀箱 ④ 船体

一般而言，塑料的防护外壳比金属的防护外壳响铃情况要少。覆盖隔声玻璃的海底阀箱在内部反射声音，因此导致更多的响铃。在低的反向散射中响铃是一个问题，因为响铃的能量能使上面很弱的回声信号保持很长时间。

响铃在船上比在其他应用中会引发更多连续的问题。通过以下步骤你可以使响铃在船上的作用最小化：

① 在金属传感器和金属船体之间的带有较大声阻抗失配的材料上增加

传感器。这减少了进入船体的声音能量（注意：当选择声阻抗材料时一定要小心。一些普通的材料，比如说符合泡沫塑料，会出现与声水中的声阻抗不匹配，事实上，这些材料与专用的是相当的接近）。

② 把在海底阀箱中能把活跃的声音信号减弱的带有声吸收材料的海底

阀箱排成一排。

③ 当使用隔音玻璃时，选择玻璃材料时应该与水中的声阻抗相匹配，这

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库ADCP原理(7)在线全文阅读。