Акустическая допплеровская велосиметрия

Акустическая допплеровская велоциметрия ( ADV ) предназначена для регистрации мгновенных компонентов скорости в одной точке с относительно высокой частотой. Измерения проводятся путем измерения скорости частиц в удаленном объеме отбора проб на основе эффекта доплеровского сдвига. ^[1]^[2]

Характеристики и особенности зонда

Головка зонда включает в себя один передатчик и от двух до четырех приемников. Объем удаленного отбора проб обычно расположен на расстоянии 5 или 10 см от кончика передатчика, но некоторые исследования показали, что это расстояние может незначительно меняться. ^[3] Размер объема выборки определяется условиями отбора проб и ручной настройкой. В стандартной конфигурации объем пробы составляет примерно цилиндр с водой диаметром 6 мм и высотой 9 мм, хотя более новые лабораторные ADV могут иметь меньший объем пробы (например, Sontek microADV, Nortek Vectrino+).

Типичная система ADV, оснащенная N приемниками, одновременно записывает 4,N значения для каждой выборки. То есть для каждого приемника — составляющая скорости, значение уровня сигнала, отношение сигнал/шум (SNR) и значение корреляции. Значения мощности сигнала, отношения сигнал/шум и корреляции используются в первую очередь для определения качества и точности данных о скорости, хотя мощность сигнала (интенсивность обратного акустического рассеяния) может быть связана с мгновенной концентрацией взвешенных отложений при правильной калибровке. ^[4] Компонента скорости измеряется вдоль линии, соединяющей объем отбора проб с приемником. Данные о скорости должны быть преобразованы в декартову систему координат, а тригонометрическое преобразование может вызвать некоторые ошибки разрешения скорости.

Хотя акустическая доплеровская велосиметрия (ADV) стала популярной методикой в лабораторных условиях и в полевых условиях, некоторые исследователи точно отметили, что выходные сигналы ADV включают в себя комбинированные эффекты турбулентных флуктуаций скорости, доплеровского шума, наложения сигналов, турбулентного сдвига и других возмущений. Доказательствами являются высокие уровни шума и скачки всех компонентов скорости. ^[2]^[5] В турбулентных потоках выходные данные скорости ADV представляют собой комбинацию доплеровского шума, наложения сигналов, флуктуаций скорости, вибраций установки и других помех. На сигнал может дополнительно отрицательно повлиять сдвиг скорости в объеме выборки и близость границы. ^[6] Леммин и Лермитт, ^[7] Сонг и др., ^[8] и Бланкарт и Леммин ^[9] обсуждался собственный доплеровский шум системы ADV. Пики могут быть вызваны наложением доплеровского сигнала. Маклелланд и Николас ^[2] объясняли физические процессы, пока Никора и Геринг ^[5] Геринг и Никора ^[10] и Валь ^[11] разработал методы устранения ошибок псевдонимов, называемых «шипами». Эти методы были разработаны для ситуаций с устойчивым течением и опробованы в искусственных каналах. Не все из них надежны, и метод устранения пиков с пороговой коррекцией в фазовом пространстве кажется надежным методом в устойчивых потоках. ^[11]^[12]). Проще говоря, «необработанные» данные о скорости ADV не являются «истинными» турбулентными скоростями, и их никогда не следует использовать без адекватной последующей обработки (например, ^[10]^[11]^[12]). Песня ^[3] представил краткий обзор опыта, полученного в ходе лабораторных и полевых исследований с системами Sontek и Nortek ADV.

Ссылки

^ Вулгарис, Г.; Троубридж, Дж. Х. (февраль 1998 г.). «Оценка акустического доплеровского измерителя скорости (ADV) для измерения турбулентности» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 15 (1): 272–289. Бибкод : 1998JAtOT..15..272В . doi : 10.1175/1520-0426(1998)015<0272:EOTADV>2.0.CO;2 . S2CID 55541781 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Маклелланд, Стюарт Дж.; Николас, Эндрю П. (15 февраля 2000 г.). «Новый метод оценки погрешностей высокочастотных измерений АДВ». Гидрологические процессы . 14 (2): 351–366. doi : 10.1002/(SICI)1099-1085(20000215)14:2<351::AID-HYP963>3.0.CO;2-K .
^ Перейти обратно: ^а ^б Шансон, Х. (2008). «Акустическая допплеровская скорость (ADV) в полевых и лабораторных условиях: практический опыт» (PDF) . У Фредерики Ларрарт; Юбер Шансон (ред.). Опыт и проблемы в канализации: измерения и гидродинамика, отчет о гидравлической модели № CH70/08 . Университет Квинсленда, факультет гражданского строительства. стр. 49–66. ISBN 978-1-86499-928-0 .
^ Шансон, Юбер; Такеучи, Майко; Треветан, Марк (сентябрь 2008 г.). «Использование мутности и интенсивности обратного акустического рассеяния в качестве суррогатных показателей концентрации взвешенных отложений в небольшом субтропическом устье» (PDF) . Журнал экологического менеджмента . 88 (4): 1406–1416. дои : 10.1016/j.jenvman.2007.07.009 . ПМИД 17716809 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Никора Владимир Иванович; Геринг, Дерек Г. (июнь 1998 г.). «Измерения турбулентности ADV: можем ли мы улучшить их интерпретацию?». Журнал гидротехники . 124 (6): 630–634. doi : 10.1061/(ASCE)0733-9429(1998)124:6(630) .
^ Гарсиа, Карлос М.; Кантеро, Мариано И.; Ниньо, Ярко; Гарсиа, Марсело Х. (декабрь 2005 г.). «Измерения турбулентности с помощью акустических доплеровских измерителей скорости» (PDF) . Журнал гидротехники . 131 (12): 1062–1073. дои : 10.1061/(ASCE)0733-9429(2005)131:12(1062) .
^ Леммин, У.; Лермитт, Р.; Никора Владимир Иванович; Геринг, Дерек Г. (сентябрь 1999 г.). «Измерения турбулентности ADV: можем ли мы улучшить их интерпретацию?». Журнал гидротехники . 125 (9): 987–988. doi : 10.1061/(ASCE)0733-9429(1999)125:9(987) .
^ Шансон, Юбер; Аоки, Син-Ичи; Маруяма, Мамору (январь 2002 г.). «Нестационарный двумерный поток через отверстие: крупномасштабное экспериментальное исследование» (PDF) . Журнал гидравлических исследований . 40 (1): 63–71. Бибкод : 2002JHydR..40...63C . дои : 10.1080/00221680209499874 . S2CID 46040718 .
^ Бланкарт, К.; Леммин, У. (январь 2006 г.). «Средства снижения шума при измерениях акустической турбулентности». Журнал гидравлических исследований . 44 (1): 3–17. Бибкод : 2006JHydR..44....3B . дои : 10.1080/00221686.2006.9521657 . S2CID 117641861 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Геринг, Дерек Г.; Никора, Владимир Иванович (январь 2002 г.). «Описание данных акустического доплеровского велосиметра». Журнал гидротехники . 128 (1): 117–126. doi : 10.1061/(ASCE)0733-9429(2002)128:1(117) .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Уол, Тони Л. (июнь 2003 г.). «Обсуждение «Описания данных акустического доплеровского велосиметра» Дерека Г. Горинга и Владимира И. Никоры» . Журнал гидротехники . 129 (6): 484–487. дои : 10.1061/(ASCE)0733-9429(2003)129:6(484) .
^ Перейти обратно: ^а ^б Шансон, Юбер; Треветан, Марк; Аоки, Синъити (октябрь 2008 г.). «Акустическая допплеровская велоциметрия (ADV) в малом устье: полевой опыт и постобработка сигналов» (PDF) . Измерение расхода и контрольно-измерительные приборы . 19 (5): 307–313. doi : 10.1016/j.flowmeasinst.2008.03.003 .

[Voulgaris_and_Trowbridge_1998-1] Вулгарис, Г.; Троубридж, Дж. Х. (февраль 1998 г.). «Оценка акустического доплеровского измерителя скорости (ADV) для измерения турбулентности» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 15 (1): 272–289. Бибкод : 1998JAtOT..15..272В . doi : 10.1175/1520-0426(1998)015<0272:EOTADV>2.0.CO;2 . S2CID 55541781 .

[McLelland_and_Nicholas_2000-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Маклелланд, Стюарт Дж.; Николас, Эндрю П. (15 февраля 2000 г.). «Новый метод оценки погрешностей высокочастотных измерений АДВ». Гидрологические процессы . 14 (2): 351–366. doi : 10.1002/(SICI)1099-1085(20000215)14:2<351::AID-HYP963>3.0.CO;2-K .

[Chanson_2008-3] Перейти обратно: ^а ^б Шансон, Х. (2008). «Акустическая допплеровская скорость (ADV) в полевых и лабораторных условиях: практический опыт» (PDF) . У Фредерики Ларрарт; Юбер Шансон (ред.). Опыт и проблемы в канализации: измерения и гидродинамика, отчет о гидравлической модели № CH70/08 . Университет Квинсленда, факультет гражданского строительства. стр. 49–66. ISBN 978-1-86499-928-0 .

[Chanson_et_al._2008a-4] Шансон, Юбер; Такеучи, Майко; Треветан, Марк (сентябрь 2008 г.). «Использование мутности и интенсивности обратного акустического рассеяния в качестве суррогатных показателей концентрации взвешенных отложений в небольшом субтропическом устье» (PDF) . Журнал экологического менеджмента . 88 (4): 1406–1416. дои : 10.1016/j.jenvman.2007.07.009 . ПМИД 17716809 .

[Nikora_and_Goring_1998-5] Перейти обратно: ^а ^б Никора Владимир Иванович; Геринг, Дерек Г. (июнь 1998 г.). «Измерения турбулентности ADV: можем ли мы улучшить их интерпретацию?». Журнал гидротехники . 124 (6): 630–634. doi : 10.1061/(ASCE)0733-9429(1998)124:6(630) .

[Chanson_et_al._2007-6] Гарсиа, Карлос М.; Кантеро, Мариано И.; Ниньо, Ярко; Гарсиа, Марсело Х. (декабрь 2005 г.). «Измерения турбулентности с помощью акустических доплеровских измерителей скорости» (PDF) . Журнал гидротехники . 131 (12): 1062–1073. дои : 10.1061/(ASCE)0733-9429(2005)131:12(1062) .

[Lemmin_and_Lhermitte_1999-7] Леммин, У.; Лермитт, Р.; Никора Владимир Иванович; Геринг, Дерек Г. (сентябрь 1999 г.). «Измерения турбулентности ADV: можем ли мы улучшить их интерпретацию?». Журнал гидротехники . 125 (9): 987–988. doi : 10.1061/(ASCE)0733-9429(1999)125:9(987) .

[Chanson_et_al._2002-8] Шансон, Юбер; Аоки, Син-Ичи; Маруяма, Мамору (январь 2002 г.). «Нестационарный двумерный поток через отверстие: крупномасштабное экспериментальное исследование» (PDF) . Журнал гидравлических исследований . 40 (1): 63–71. Бибкод : 2002JHydR..40...63C . дои : 10.1080/00221680209499874 . S2CID 46040718 .

[Blanckaert_and_Lhemmin_2006-9] Бланкарт, К.; Леммин, У. (январь 2006 г.). «Средства снижения шума при измерениях акустической турбулентности». Журнал гидравлических исследований . 44 (1): 3–17. Бибкод : 2006JHydR..44....3B . дои : 10.1080/00221686.2006.9521657 . S2CID 117641861 .

[Goring_and_Nikora_2002-10] Перейти обратно: ^а ^б Геринг, Дерек Г.; Никора, Владимир Иванович (январь 2002 г.). «Описание данных акустического доплеровского велосиметра». Журнал гидротехники . 128 (1): 117–126. doi : 10.1061/(ASCE)0733-9429(2002)128:1(117) .

[Wahl_2003-11] Перейти обратно: ^а ^б ^с Уол, Тони Л. (июнь 2003 г.). «Обсуждение «Описания данных акустического доплеровского велосиметра» Дерека Г. Горинга и Владимира И. Никоры» . Журнал гидротехники . 129 (6): 484–487. дои : 10.1061/(ASCE)0733-9429(2003)129:6(484) .

[Chanson_et_al._2008b-12] Перейти обратно: ^а ^б Шансон, Юбер; Треветан, Марк; Аоки, Синъити (октябрь 2008 г.). «Акустическая допплеровская велоциметрия (ADV) в малом устье: полевой опыт и постобработка сигналов» (PDF) . Измерение расхода и контрольно-измерительные приборы . 19 (5): 307–313. doi : 10.1016/j.flowmeasinst.2008.03.003 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]