Акустическая доплеровская велосиметрия - Acoustic Doppler velocimetry - Wikipedia

Акустическая доплеровская велосиметрия (ADV) предназначен для регистрации мгновенных составляющих скорости в одной точке с относительно высокой частотой. Измерения выполняются путем измерения скорости частиц в удаленном объеме для отбора проб на основе эффекта доплеровского сдвига.[1][2]

Характеристики и особенности зонда

Головка зонда включает 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 расстояние может немного измениться.[3] Размер объема отбора проб определяется условиями отбора проб и ручной настройкой. В стандартной конфигурации объем для отбора проб представляет собой цилиндр с водой диаметром 6 мм и высотой 9 мм, хотя более новые лабораторные ADV могут иметь меньший объем отбора проб (например, Сонтек microADV, Nortek Vectrino +).

Типичная система ADV, оснащенная N приемниками, одновременно записывает 4.N значений для каждого образца. То есть для каждого приемника составляющая скорости, значение мощности сигнала, отношение сигнал-шум (SNR) и значение корреляции. Сила сигнала, SNR и значения корреляции используются в основном для определения качества и точности данных скорости, хотя сила сигнала (интенсивность акустического обратного рассеяния) может быть связана с мгновенной концентрацией взвешенных отложений при надлежащей калибровке.[4] Компонент скорости измеряется вдоль линии, соединяющей объем отбора проб с приемником. Данные скорости необходимо преобразовать в декартову систему координат, и тригонометрическое преобразование может вызвать некоторые ошибки разрешения скорости.

Хотя акустическая доплеровская велосиметрия (ADV) стала популярным методом в лабораторных условиях в полевых условиях, несколько исследователей точно указали, что выходные сигналы ADV включают комбинированные эффекты турбулентных флуктуаций скорости, доплеровского шума, наложения сигналов, турбулентного сдвига и других возмущений. Доказательства включают высокий уровень шума и скачки во всех компонентах скорости.[2][5] В турбулентных потоках выходные данные скорости ADV представляют собой комбинацию доплеровского шума, наложения сигналов, флуктуации скорости, вибрации установки и других возмущений. На сигнал может также отрицательно повлиять сдвиг скорости в объеме выборки и близость границы.[6] Леммин и Лермитт,[7] Шансон и др.,[8] и Бланкерт и Леммин[9] обсудили врожденный доплеровский шум системы ADV. Скачки могут быть вызваны наложением доплеровского сигнала. Маклелланд и Николас [2] объяснили физические процессы, в то время как Никора и Геринг,[5] Горинг и Никора[10] и Валь[11] разработаны методы устранения ошибок наложения имен, называемых «шипами». Эти методы были разработаны для ситуаций с установившимся потоком и протестированы в искусственных каналах. Не все из них надежны, и метод сброса порогового значения фазового пространства кажется надежным методом в установившихся потоках. [11][12]). Просто "сырые" данные скорости ADV не являются "истинными" турбулентными скоростями, и их никогда нельзя использовать без соответствующей постобработки (например,[10][11][12]). Шансон [3] представил краткий обзор опыта, полученного в ходе лабораторных и полевых исследований систем Sontek и Nortek ADV.


использованная литература

  1. ^ Voulgaris, G .; Троубридж, Дж. Х. (февраль 1998 г.). «Оценка акустического доплеровского измерителя скорости (ADV) для измерения турбулентности». Журнал атмосферных и океанических технологий. 15 (1): 272–289. Bibcode:1998JAtOT..15..272V. Дои:10.1175 / 1520-0426 (1998) 015 <0272: EOTADV> 2.0.CO; 2.
  2. ^ а б c Маклелланд, Стюарт Дж .; Николас, Эндрю П. (15 февраля 2000 г.). «Новый метод оценки погрешностей высокочастотных измерений ADV». Гидрологические процессы. 14 (2): 351–366. Дои:10.1002 / (SICI) 1099-1085 (20000215) 14: 2 <351 :: AID-HYP963> 3.0.CO; 2-K.
  3. ^ а б Шансон, Х. (2008). "Акустическая допплеровская скоростьометрия (ADV) в полевых условиях и в лаборатории: практический опыт" (PDF). Во Фредерике Ларрарте; Хьюберт Шансон (ред.). Опыт и проблемы в канализации: измерения и гидродинамика, отчет о гидравлической модели № CH70 / 08. Университет Квинсленда, Отдел гражданского строительства. С. 49–66. ISBN  978-1-86499-928-0.
  4. ^ Шансон, Хуберт; Такеучи, Майко; Треветан, Марк (сентябрь 2008 г.). «Использование мутности и интенсивности акустического обратного 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. PMID  17716809.
  5. ^ а б Никора, Владимир И .; Геринг, Дерек Г. (июнь 1998 г.). «ADV измерения турбулентности: можем ли мы улучшить их интерпретацию?». Журнал гидротехники. 124 (6): 630–634. Дои:10.1061 / (ASCE) 0733-9429 (1998) 124: 6 (630).
  6. ^ Гарсия, Карлос М .; Кантеро, Мариано I .; Ниньо, Ярко; Гарсия, 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).
  7. ^ Lemmin, U .; Lhermitte, R .; Никора, Владимир И .; Геринг, Дерек Г. (сентябрь 1999 г.). «ADV измерения турбулентности: можем ли мы улучшить их интерпретацию?». Журнал гидротехники. 125 (9): 987–988. Дои:10.1061 / (ASCE) 0733-9429 (1999) 125: 9 (987).
  8. ^ Шансон, Хуберт; Аоки, Син-Ичи; Маруяма, Мамору (январь 2002 г.). «Нестационарный двумерный поток через отверстие: крупномасштабное экспериментальное исследование» (PDF). Журнал гидравлических исследований. 40 (1): 63–71. Дои:10.1080/00221680209499874. S2CID  46040718.
  9. ^ Blanckaert, K ​​.; Леммин, У. (январь 2006 г.). «Средства снижения шума при акустических измерениях турбулентности». Журнал гидравлических исследований. 44 (1): 3–17. Дои:10.1080/00221686.2006.9521657. S2CID  117641861.
  10. ^ а б Горинг, Дерек Г .; Никора, Владимир Иванович (январь 2002 г.). "Отказ от данных акустического доплеровского велоциметра". Журнал гидротехники. 128 (1): 117–126. Дои:10.1061 / (ASCE) 0733-9429 (2002) 128: 1 (117).
  11. ^ а б c Валь, Тони Л. (июнь 2003 г.). "Обсуждение" Дерека Г. Горинга и Владимира И. Никора "Дерека Г. Горинга" Отказ от данных акустического доплеровского измерителя скорости ". Журнал гидротехники. 129 (6): 484–487. Дои:10.1061 / (ASCE) 0733-9429 (2003) 129: 6 (484).
  12. ^ а б Шансон, Хуберт; Треветан, Марк; Аоки, Син-ичи (октябрь 2008 г.). «Акустическая доплеровская велосиметрия (ADV) в небольшом устье: полевой опыт и постобработка сигнала» (PDF). Измерение расхода и приборы. 19 (5): 307–313. Дои:10.1016 / j.flowmeasinst.2008.03.003.