脈衝式和連續式聲學都卜勒原理比較 (第三章)

流速限值要求

如果低流量和低速度是預期條件，則需注意連續波系統可能會更受限制。由於連續波系統是同時發射和接收信號，發射信號會干擾連續波系統檢測都卜勒頻移為零的能力；因此無法檢測到零速或低速。因此，連續波系統設有最低流速限值，低於該速度將無法感測。

脈衝都卜勒系統沒有流速限值規定。由於發射和接收脈衝都是定時的，因此脈衝都卜勒電子設備能夠檢測與發射信號分離的零都卜勒頻移信號。這樣，最低流速限值實質上即為系統的速度解析度。在有回水條件、雙向流動和分層流動的區域中提高了脈衝都卜勒的功效，在這些區域中，速度較低和接近零的可能性更大。

流量計算

任何都卜勒儀器收集的原始資料都是速度資料。儘管經常被忽略，但需要注意的是都卜勒儀器如何將測得的速度轉換為流量值。正如前面所討論的，連續波系統不提供任何有關水柱中速度分佈的資訊。其單一測量結果是波束路徑中可檢測到的所有聲反射的組合。總訊號可能受到水柱中沉積物濃度的衰減和變化以及總測距偏差的影響。因此，通常需要校正連續波系統，以便以任何精度將測得的速度與實際平均流道速度相關聯。進行校正時，僅在特定的校正條件下才有正確的值。對於條件一致且不變的地點，連續波系統的性能應與脈衝都卜勒系統類似。然而，為了使連續波系統能夠提供準確的速度資料，流場條件的任何變化都需要重新進行校正。在因降雨、回水、底部附近的高沉積物負荷等可能導致條件變化的場合，都需重新校正以涵蓋每種特定情況。如果需要一定的精度要求，則應謹慎考慮設備、人工或服務中的初始校正費用和和潛在的持續校正費用。

某些連續波系統會發佈流量精度規格，即使流量是如上所述基於環境因素以及客戶提供的並非直接測得的詳細資訊（例如管道截面積）而計算得出的參數。這些流量精度規格通常依賴於理想、簡化和不變條件的假設，因此，應謹慎對待。

SonTek-IQ 標準模型可測量速度剖面，然後處理資料以輸出單個測量單元並使用理論模型計算流量。SonTek-IQ Plus 和 SonTek-IQ Pipe 模型可提供速度剖面，計算流量時，它們允許使用者在使用理論模型或指標速度校正之間作出選擇。與連續波系統相同，特定場所的率定可以比理論模型更準確地將測量速度與實際平均流道流速關聯。SonTek-IQ 對多波束的應用可滿足更多選擇，在流場內找到一個波束和區域隨著條件的變化，提供最穩定的關係。對於 SonTek-IQ，流量演算法專為應用於小管道、灌溉溝渠、排水渠、管道等而設計，其獨特的波束幾何形狀在詳細研究此類應用（如下圖)速度條件的基礎上，考慮了渠寬上的水準速度變化並提高了理論流量計算的性能。

由於流量計算的多個變數取決於操作人員和環境特徵（流道截面積測量、儀器安裝與設置、水力特性等），因此，SonTek 發佈了 SonTek-IQ 系統的速度精度而不是流量精度規格。

建議根據公認的 ISO 或其他政府規定的標準，採用適當的現場技術和儀器（例如可擕式機械流量計、聲學都卜勒流速計或聲學都卜勒流速剖面儀）定期評估並檢查現場的流量精度。SonTek 可應要求提供有關這些標準和方法的其他參考資料。

脈衝都卜勒系統可按照編制的程式分層測量水柱。可以手動配置脈衝都卜勒 SonTek-IQ，也可以使用可自動調整和優化聲脈衝圖以更改水深和水況的智慧自我調整模式 SmartPulseHD 進行配置。如果需要，使用者可以轉而定義自訂配置參數，例如盲區和單元大小。請注意，SonTek-IQ 標準模型擁有一種簡化輸出僅包含集成測量結果的脈衝解決方法。

在都卜勒系統中，SonTek-IQ 的另一個特點是同時使用中心線波束和偏斜波束。偏斜波束允許朝著流道兩側測量速度。

附加資訊有助於更全面地理解整個測量橫截面的流量。如果並未測量某個點的實際速度剖面，尤其難以準確量化明渠流量條件，即使只是偶爾作為檢測分析也是如此。如果沒有這些附加資訊，則用於根據測得的速度資料計算流量的方法需要依賴假設和估計。

SonTek-IQ Pipe 可在大多數工業或農業應用中使用的底部或頂部安裝式流量計。它可以提供從 0.5m 一直到 5.0m 的管道中的精確流量值。

儘管都卜勒流量計精度極高，但用戶設置和對細節的關注同樣會影響流量資料的優劣。尤其重要的是應驗證感測器安裝處的橫截面尺寸。