海流观测中常用的海流计 - 声学多普勒流速仪原理

能将海水运动的流速、流向观测出来并提供给人们进行分析的仪器，我们统称为海流计，即计量海水流动的仪器。根据其流速测量原理，可以将其分为机械旋桨式海流计、电磁感应式海流计、声学多普勒海流计和漂流浮标四个基本种类。

一、机械旋桨式海流计

基本原理：依据旋桨叶片受水流推动的转数来确定流速，用磁盘确定流向。

) P w; v5 a9 E% J

缺点：螺旋桨是其不可或缺的基本部件。但由于它直接暴露在水体中，不可避免地受到漂浮物和附着生物的影响，从而导致流速测量不准。

二、电磁海流计

基本原理：流过一个环形线圈的电流在传感器周围产生一个磁场，流动的水体作为一个运动的导体切割磁力线时，根据法拉第感应定律，在磁场中运动的导体产生电势，根据电势和水流速度的比例关系得到水流的相关数据。

8 @3 D; S5 Z2 C5 D( r' Y

三、声学多普勒海流计

基本原理：当观测对象和观察者做相对运动时，观察者释放的超声波经被测对象反射回来之后，接收到的频率就会和原频率不同，这就是多普勒频移。因此，相对于探头随水移动的小颗粒、小气泡也会使探头发出频率的改变，且随水中悬浮运动速度的增加而增加，由此测出多普勒频移，也就测出了水的流速。

缺点：在水下的仪器本身是超声波发射者，因此发射能量、电池寿命和声波衰减等问题不易解决，从而限制了该类仪器的发展。

/ O! M& B& a1 o$ B3 B( ?) y

四、声学多普勒海流剖面仪

基本原理：同上。不同的是它有四个发射超声波的探头，可以测量两个方向的水平和垂直流速，从而得到这两个方向流速的空间矢量，将它们合成后，就得到某一个特定点上的真实的流速矢量。它一次可以测量一个剖面上若干层水流速度的三维分量和绝对方向。

. a( g8 Y# Z: a; t

五、漂流浮标测流

' ^1 G. K3 s+ R! X7 X. a! `- U

漂流浮标具有体积小、重量轻等优点，在海洋观测中优势日渐突出。它能在恶劣海况下全天候或全天时工作。

) u1 ]$ b: ^+ m

六、Marotte HS海流计

: b6 u* W7 \0 S; t- B/ w& s

Marotte HS海流计是水德科技代理的一款产品，由澳大利亚MGL公司生产提供。

# y) e+ a7 T9 \9 I: r5 A

+ J+ Z3 ?" Z3 K# o

澳大利亚MGL公司——Marotte HS海流计

! g( g, B) h+ q2 l

应用场景

+ I; }) l' u* Y5 U5 d" t8 b4 n- _

Marotte HS（高采样率）是下一代拖倾式海流计，它配备了新式外壳并能定制化内部电子元件。快速测量的灵敏度得到了提高，配备的磁力计可以使之能对方向进行测量，而无需在部署前知道仪器的方向。

海流计特点：

使用简单

只需插入SD卡并打开电源开关即可开始记录，无需再怀疑仪器是否已正确启动。

改进的倾斜传感器 : z5 M# i) Y4 O& K; W

倾斜传感器同时使用加速度计（倾斜）和磁力计（罗盘），可实现精确的方向测量，而无需在部署时知道设备的方向。

坚固的 ABS 外壳 3 w. r+ a0 m6 R

注塑外壳提高了低速时的灵敏度，同时减少了高速时形成涡流。

高采样率

该仪器每秒采样可达两次，并能对采样值进行平均。此功能可以测量长波周期。可根据要求提供更高的采样率。

存储容量大 ' x* ~) R* M" \( C% f; S1 [" L9 @

数据记录在8GB Micro SD卡上。无需再牺牲部署长度或采样率。可用1Hz的频率部署五到六个月。

高效电源 0 U, D) K F% W% D: V7 M$ ~

该仪器使用两节标准碱性AA电池供电，无需充电或更换昂贵的电池。由于电源高效，该仪器可以使用一组电池以1Hz采样频率运行5到6个月。

海流计的应用：

-珊瑚礁的局部水动力学

# L7 v* c2 b. @, A

-水产养殖

-河流流量环境监测

-教育

8 E4 m- i+ V: T2 @9 e/ b

海流计的实例数据：

- e: A* l- K p6 q+ q1 Y

! c3 A# |, W* @" X) L5 K: }# z

图1显示了当前的速度和方向是如何随着时间变化的，方向的变化显示为不同的颜色。

# D+ p# ^, ?/ a# T0 R

图2显示了二维彩色图上的波谱，最主要的波浪周期显示为暗红色，最次要的波浪周期显示为蓝色。

1 q* i7 A! T' j, i * ? J0 p- o1 K! K6 \+ b9 Y0 \5 l6 n& V : O7 i( ]8 J4 U: @% }" A7 ^6 a