Akustik Doppler akım profilleyici - Acoustic Doppler current profiler

Bir akustik Doppler akım profilleyici (ADCP) bir hidroakustik Akım ölçer benzer sonar, ölçmek için kullanılır su akımı hızlar kullanarak bir derinlik aralığında Doppler etkisi nın-nin ses dalgaları su sütunu içindeki parçacıklardan geri saçılır. ADCP terimi, tüm akustik akım profilleyicileri için genel bir terimdir, ancak kısaltma, tarafından sunulan bir enstrüman serisinden kaynaklanmaktadır. RD Aletleri 1980'lerde. ADCP'lerin çalışma frekansı aralığı 38'denkHz birkaçına Megahertz. Ses kullanarak rüzgar hızı profili oluşturmak için havada kullanılan cihaz, SODAR ve aynı temel ilkelerle çalışır.

Çalışma prensibi

Üç ışınlı ADCP'ler hızın üç bileşenini çözer. (Aquadopp Profiler 1MHz ve 0.6 MHz, Nortek Modelleri)
Dört dönüştürücülü ADCP'nin başı (Model WH-600, RD Instruments)

ADCP'ler şunları içerir: piezoelektrik ses sinyallerini iletmek ve almak için dönüştürücüler. Ses dalgalarının seyahat süresi, mesafenin bir tahminini verir. Yankının frekans kayması, akustik yol boyunca su hızı ile orantılıdır. 3D hızları ölçmek için en az üç ışın gereklidir. Nehirlerde, yalnızca 2B hız önemlidir ve ADCP'ler tipik olarak iki ışına sahiptir. Son yıllarda, ADCP'lere (özellikle dalga ve türbülans ölçümleri) daha fazla işlevsellik eklenmiştir ve sistemler 2,3,4,5 veya hatta 9 ışınlarla bulunabilir.

Bir ADCP'nin diğer bileşenleri bir elektronik amplifikatör, bir alıcı, seyahat süresini ölçmek için bir saat, a Sıcaklık sensörü, yönü bilmek için bir pusula ve yönü bilmek için bir eğim / yuvarlanma sensörü. Bir analogtan dijitale dönüştürücü ve bir dijital sinyal işlemcisi geri dönen sinyali örneklemek için gereklidir. Doppler kayması. Bir sıcaklık sensör, tahmini ses hızı kullanarak alet konumunda deniz suyu hal denklemi ve bunu frekans kaymasının su hızlarına geçişini tahmin etmek için kullanır. Bu prosedür, tuzluluk önceden yapılandırılmış sabit bir değere sahiptir. Son olarak, sonuçlar dahili belleğe kaydedilir veya çevrimiçi olarak harici bir ekran yazılımına gönderilir.

Beş dönüştürücülü bir ADCP'nin su altı fotoğrafı (Model Signature1000, Nortek)

İşleme yöntemleri

Doppler kaymasını ve dolayısıyla akustik ışınlar boyunca su hızını hesaplamak için üç yaygın yöntem kullanılır. İlk yöntem, tek renkli bir iletim darbesi kullanır ve "tutarsız "veya"dar bant ". Yöntem sağlamdır ve iyi kalitede ortalama akım profilleri sağlar, ancak uzay-zaman çözünürlüğü sınırlıdır. İletim darbesi tekrarlanan kodlanmış öğelerden oluştuğunda, yöntem" tekrar dizisi kodlaması "olarak adlandırılır.[1] veya "geniş bant". Bu yöntem, uzay-zaman çözünürlüğünü 5 faktör (tipik) ile geliştirir. Ticari olarak, bu yöntem ABD patenti ile korunmuştur.[2] 5615173, 2011'e kadar. Darbeden darbeye uyumlu yöntem[3] sonraki darbelerden gelen yankının birbirini etkilemeyeceğinin varsayıldığı bir iletim darbeleri dizisine dayanır. Bu yöntem yalnızca çok kısa profilleme aralıkları için geçerlidir, ancak uzay zaman çözünürlüğündeki buna karşılık gelen gelişme 1000 mertebesindedir.

Başvurular

Montaja bağlı olarak, yana bakan, aşağı bakan ve yukarı bakan ADCP'ler arasında ayrım yapılabilir. Alta monte edilmiş bir ADCP, yüzeye kadar eşit aralıklarla akımların hızını ve yönünü ölçebilir. Nehir veya kanallarda bir duvara veya köprüye yanlamasına monte edilerek, mevcut profili bankadan bankaya ölçebilir. Çok derin sularda yüzeyden kablolar üzerine indirilebilirler.

Birincil kullanım oşinografi.[4] Aletler ayrıca şu alanlarda da kullanılabilir: nehirler ve kanallar sürekli ölçmek için deşarj.

Üzerine monte palamar su kolonu içinde veya doğrudan deniz tabanında, su akımı ve dalga çalışmaları yapılabilir. Bir seferde yıllarca su altında kalabilirler, sınırlayıcı faktör pil takımının ömrüdür. Konuşlandırmanın niteliğine bağlı olarak, alet genellikle aynı şekilde kıyıdan çalıştırılabilme özelliğine sahiptir. göbek kablosu veri iletişimi için. Yerine koyma süresi, ikame edilerek üç kat uzatılabilir lityum pil paketleri standart alkali paketler için.

Alt izleme

Doppler kaymasının hesaplandığı pencereyi ayarlayarak, alet ile taban arasındaki göreceli hızı ölçmek mümkündür. Bu özelliğe alt parça adı verilir. Sürecin iki bölümü vardır; Önce akustik yankıdan tabanın konumunu belirleyin, ardından alt konum etrafında ortalanmış bir pencereden hızı hesaplayın. Bir ADCP, hareket eden bir gemiye monte edildiğinde, taban ray hızı, ölçülen su hızından çıkarılabilir. Sonuç, net akım profilidir. Alt yol, kıyı bölgelerindeki su akıntılarının araştırılması için temel sağlar. Akustik sinyallerin dibe ulaşamadığı derin suda, gemi hızı, daha karmaşık bir hız ve yön bilgisi kombinasyonundan tahmin edilir. Küresel Konumlama Sistemi, cayro, vb.

Deşarj ölçümleri

Nehirlerde, toplam su taşınmasını ölçmek için ADCP kullanılır. Yöntem, sürekli ölçüm yaparken bir bankadan diğerine geçmek için yan tarafa monte edilmiş bir ADCP'ye sahip bir tekne gerektirir. Alt ray özelliğini kullanarak, teknenin izinin yanı sıra enine kesit alanı, sol ve sağ sahil alanları için ayarlandıktan sonra tahmin edilir. Deşarj, daha sonra vektör yolu ile mevcut hız arasındaki iç çarpım olarak hesaplanabilir. Yöntem, dünyanın dört bir yanındaki hidrografik araştırma kuruluşları tarafından kullanılmaktadır ve nehir deşarjını sürekli olarak izlemek için birçok yerde kullanılan aşama deşarj eğrilerinde önemli bir bileşen oluşturmaktadır.

DVL

Sualtı araçları için dip takip özelliği navigasyon sistemlerinde önemli bir bileşen olarak kullanılabilir. Bu durumda, aracın hızı bir başlangıç pozisyon düzeltmesi, pusula veya cayro başlık ve veriler ivme sensörü. Sensör paketi birleştirilir (tipik olarak bir Kalman filtresi ) aracın konumunu tahmin etmek için. Bu, denizaltılarda gezinmeye yardımcı olabilir. özerk, ve uzaktan kumandalı su altı araçları.

AWAC (Akustik Dalga ve Akımlar), özellikle yüzey dalga yüksekliği ve yönü için tasarlanmış bir ADCP türüdür.

Dalga ölçümleri

Bazı ADCP'ler yüzeyi ölçmek için yapılandırılabilir dalga yüksekliği ve yön. Dalga yüksekliği, kısa darbelerden ve basit tepe tahmin algoritmalarından gelen yankıyı kullanarak yüzeye olan mesafeyi ölçen dikey bir ışın ile tahmin edilir. Dalga yönü, ışın boyunca hız tahminleri ile dikey ışından dalga yüksekliği ölçümünün çapraz ilişkilendirilmesiyle bulunur. Dalga ölçümleri tipik olarak deniz tabanına monte edilen aletler için mevcuttur, ancak son gelişmeler, aletin aynı zamanda dönen yeraltı şamandıralarına da monte edilmesine izin vermektedir.[5]

Türbülans

Darbeden darbeye uyumlu işlemeye sahip ADCP'ler, küçük ölçekli hareketi çözmek için gereken hassasiyetle hızı tahmin edebilir. Sonuç olarak, tahmin etmek mümkündür çalkantılı düzgün yapılandırılmış ADCP'lerden gelen parametreler. Tipik bir yaklaşım, kiriş boyunca hızının Kolmogorov yapı yapılandırması ve böylece dağıtım oranını tahmin edin. ADCP'lerin türbülans ölçümüne uygulanması, sabit konuşlandırmalardan mümkündür, ancak planörler gibi su altı yapılarını hareket ettirerek veya yeraltından da yapılabilir. şamandıralar.

Avantajlar ve dezavantajlar

ADCP'lerin iki önemli avantajı, maruz kalınan hareketli parçaların olmamasıdır. biyolojik kirlilik ve uzaktan Algılama görünüm, tek, sabit bir aletin 1000 m'yi aşan aralıklarda mevcut profili ölçebildiği durum. Bu özellikler, uzun vadeli ölçümlere izin verir. okyanus akıntıları su sütununun önemli bir kısmı üzerinde. 1980'lerin ortasındaki başlangıcından bu yana, dünya okyanuslarında binlerce ADCP kullanıldı ve enstrüman dünyayı anlamamızda önemli bir rol oynadı. okyanus sirkülasyonu.

ADCP'lerin temel dezavantajı, sınıra yakın veri kaybıdır. Bu mekanizma, genellikle bir yan kanat girişim, su kolonunun% 6-12'sini kaplar ve yüzeye bakan aletler için yüzeye yakın hız bilgisinin kaybı gerçek bir dezavantajdır. Maliyet de bir endişe kaynağıdır, ancak normal olarak güvenli ve profesyonel bir dağıtım sağlamak için gereken geminin maliyetine göre çok düşüktür.

Herhangi bir akustik enstrüman gibi, ADCP katkıda bulunur gürültü kirliliği okyanusta müdahale edebilecek memeli deniz hayvanı navigasyon ve ekolokasyon.[6] Etki, aletin frekansına ve gücüne bağlıdır, ancak çoğu ADCP, gürültü kirliliğinin ciddi bir sorun olarak tanımlanmadığı bir frekans aralığında çalışır.

Referanslar

  1. ^ "Doppler Sonar ve Sodar'ın Geliştirilmiş Hassasiyeti için Tekrar-Sıralı Kodlama, R. Pinkel ve J. A. Smith". Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 9: 149. 1992. doi:10.1175 / 1520-0426 (1992) 009 <0149: RSCFIP> 2.0.CO; 2. ISSN  1520-0426.
  2. ^ "Akustik doppler akım profilleyici, ABD Patenti 5615173".
  3. ^ "Darbeden Darbeye Tutarlı Doppler Sonar Sinyal İşleme Teknikleri, Roger Lhermitte". Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 1: 293. 1984. doi:10.1175 / 1520-0426 (1984) 001 <0293: PTPCDS> 2.0.CO; 2. ISSN  1520-0426.
  4. ^ William J. Emery, Richard E. Thomson (2001). Fiziksel oşinografide veri analizi yöntemleri. Gulf Professional Publishing. s. 83. ISBN  978-0-444-50757-0. Alındı 2011-02-06.
  5. ^ "Yönlü ve yönsüz sıvı dalgasını ve akımını belirlemek için sistem ve yöntem". ABD Patent ofisi.
  6. ^ Hogan, C Michael (Ekim 2011). "Dünya Konularının Simge Ansiklopedisi". Washington, D.C .: Çevresel Bilgi Koalisyonu, Ulusal Bilim ve Çevre Konseyi. Alındı 2012-09-13.