多普勒流量計的工作原理

多普勒原理同其他原理比較時(shí)，“多普勒”概念容易被默認為成“連續波”，這種誤解會(huì )導致混淆和歪曲。由于多普勒的脈沖和連續方式是完全不同的，因此了解引用哪種多普勒方法總是重要的，本節將對此進(jìn)行解釋。

連續波系統通常是單波束解決方案，這意味著(zhù)采用單波束來(lái)接收聲波信號。如果多普勒系統沒(méi)有被定位為“脈沖”、“剖析”或“距離選通”儀器，則通常默示其為連續波系統。連續波系統最常使用獨立的發(fā)射和接收換能器，從而發(fā)射相對于水深的長(cháng)聲脈沖。

本質(zhì)上，系統將連續信號發(fā)射到水中，同時(shí)監聽(tīng)信號反射。因此，接收的信號是沿聲束范圍里，所有散射介質(zhì)的反射信號振幅與相位組合，任何空間信息都是未知的，因為不可能將特定回聲信號與沿波束的對應位置關(guān)聯(lián)。

尤其是在淺水區，有些連續波系統更容易測量到從水面或河床反射的信號，因為連續波系統不跟蹤反射來(lái)自哪個(gè)位置。這些錯誤的邊界反射會(huì )給真實(shí)的測量帶來(lái)明顯的噪聲和偏差。

脈沖式多普勒系統（如SonTek-IQ）在水中傳輸短的聲波脈沖，然后分段偵聽(tīng)反射信號，依據脈沖傳輸后的時(shí)間轉換成脈沖在水中的傳播距離，從而確定了作為信號源顆粒的位置。

通過(guò)測量發(fā)射脈沖后的特定時(shí)間內反射的聲波信號，系統能夠測量水速的剖面，其中的水柱分成多個(gè)深度單元（也稱(chēng)為距離單元或層）。在每個(gè)單元中，水速是根據測量的聲學(xué)數據計算的。這樣做的效果是提供了從底部到水面的許多離散的、緊密間隔的測量數據。一些脈沖多普勒系統將報告來(lái)自單個(gè)測量單元的流速，而不是輸出測量的剖面流速。也就是說(shuō)，他們在得到速度剖面后計算平均速度。

由于每個(gè)脈沖多普勒換能器既是發(fā)射器又是接收器（稱(chēng)為“單站”），因此系統在發(fā)射信號后必須等待一小段時(shí)間，以便有時(shí)間從系統中清除發(fā)射脈沖。這種暫停會(huì )在系統旁邊產(chǎn)生一個(gè)無(wú)法收集數據的區域，這被稱(chēng)為“盲區”。

SonTek-IQ系統具有四個(gè)用于測量水流速度的換能器：

兩束與測量上游和下游的系統的軸線(xiàn)對齊

兩束對系統側面進(jìn)行測量的偏斜波束

因此，SonTek-IQ可以解釋整個(gè)渠寬上某些水平速度的變化。另外，除壓力傳感器外，還具有一束用于精確測量水深的聲束。

連續波 (CW) 多普勒系統通常使用單聲束來(lái)接收已被水中懸浮顆粒所反射的信號。通常，將系統置于渠道、管道或水流的中間，這意味著(zhù)要測量的水流速度處于儀器前方的渠道中心。有些型號集成了用于測量深度的壓力傳感器。

脈沖多普勒系統使用兩個(gè)或多個(gè)聲束來(lái)接收已被水中懸浮顆粒所反射的信號。聲束被進(jìn)一步“劃分”為可測量整個(gè)水柱中各層水流速度的離散單元。對于SonTek-IQ，共有四束聲束-一束在渠道中心朝向上游，一束在渠道中心朝向下游，一束偏斜聲束朝向渠道右側，一束偏斜聲束朝向渠道左側。SonTek-IQ還具有用于測量水深的第五束聲束以及壓力傳感器。

SonTek-IQ Plus版本提供了流量監測解決方案，適用于深度最大為5m的較大運河和自然環(huán)境。具有在水平和垂直方向跨渠道采集小至2cm的單元中的速度分析數據的功能。