声学多普勒流速剖面仪 编制说明

1《声学多普勒流速剖面仪》编制说明一、工作简况1、任务来源、计划项目编号、标准负责起草单位和参加起草根据“自然资源部办公厅关于印发2021年度自然资源标准制修订工作计划的通知（自然资办发[2021]60号）”由我单位负责声学多普勒流速剖面仪国家标准修订工作；计划项目编号：20220721-T-418。标准负责起草单位：国家海洋技术中心。参加起草单位：中国科学院声学研究所、中国船舶重工集团公司第七一五研究所、国家海洋标准计量中心、辽宁航星海洋科技有限公司、杭州瑞利海洋装备有限公司。2、制定背景声学多普勒流速剖面仪（AcousticDopplerCurrentProfiler，缩写：ADCP）是二十世纪80年代初发展起来的一种新型测流设备，一出现就得到了海洋学界的高度重视，它的应用揭示了海流的时空分布特征，能描述流体质点运动状态，被国际海委会定为4种先进的海洋观测仪器之一，在国防建设、国民经济、海洋环境保护、科学研究、河流湖泊水文监测等方面发挥了重要作用。ADCP利用多普勒效应原理进行流速测量，具备省时、高分辨率、高精度、信息海量完整、低能耗的特点，尤其适合流态复杂条件下的测验，因其原理的优越性，突破传统机械转动为基础的传感流速仪，用声波换能器作传感器，换能器发射声脉冲2波，声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射，由换能器接收信号，经测定多普勒频移而测算出流速。与传统的测流仪相比，ADCP具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点，减轻了传统工作的劳动强度，目前被广泛用于海洋、河口的流场结构调查、流速和流量测验等，可实时监测海洋流场对海洋科学研究、海洋经济建设和国防建设具有重要意义。二十世纪80年代起，已有数千台ADCP在世界各大海洋中投入使用，改变了人类对洋流的认识，对洋流的研究和观测有巨大贡献，同时我国也开始了ADCP的开发研制工的合理化、规范化程度决定了ADCP能否安全、可靠、高效完成水下观测任务。ADCP的国产化及推广应用与产品的标准化生产密此标准为ADCP的样机研发和生产打下坚实基础，标准从发布到现在已过去了十几年，标准中引用的部分标准已经废止，而且现在国内ADCP已经可以批量生产，标准中部分内容已不适应实际生产需要，急需对本标准的内容根据目前的实际情况做适当的修改，解决生产企业在标准执行过程中所产生的问在本次标准的修订过程中，在保留原有起草单位的同时，加入了两个国内ADCP的主要生产厂家（辽宁航星海洋科技有限公司和杭州瑞利海洋装备有限公司）作为起草单位，确保修订后的标准能够符合企业的实际情况，保障标准的有效执行，使修订后的标准在保障产品质量的同时，能够满足厂家大规模生产的需求。3、主要工作过程3作启动会，进行了任务分工，调研多家单位，进行技术摸底。研相关的专家、研究机构、计量单位、监管单位、生产厂家和用户对现行标准的修改意见。见，根据征询的修改意见修订标准。国家标准征求意见稿的关键内容进行试验验证，验证其合理性和23年4月-23年5月，征询相关专家意见，修订《声学多普勒流速剖面仪》标准征求意见稿初稿，并起草“编制说明”；启动征求意见筹备工作。4、标准主要起草人及其所做的工作析、处理整改意见。徐茁：负责征求意见稿的技术验证工作。朱丽萍：负责标准计量方面的起草、文体的检查及相关意见张目宁：负责调研、汇总整改意见。杨逍：负责标准涉及软件部分的起草、意见分析。4二、标准编制原则和确定标准主要内容的论据。修订标准时，增列的新旧标准水平的对比。根据国内主要的研究机构和生产厂家对现行标准的意见和研究机构、计量单位、监管单位、生产厂家和用户对现行标准的修改意见，汇总整理、分析和处理整改的意见，根据征询的修改意见修订标准，起草了《声学多普勒流速剖面仪》标准征求意见稿初稿，并起草“编制说明”；在保障产品质量的前提下，修改1、替换已经废止的引用标准；2、增加同步同频比测方法；3、允许工作频率大于300kHz的设备进行同步比测；4、减少出厂检测项目，优化检测流程，在出厂检验过程中5、在出厂检验项目中，流速检测可采用实验室检测方法；6、根据实际情况，在航行实验中将具体航速改为低速、中速、高速，方便操作；7、增加了通信接口（网络接口和无线接口8、修改了自检内容。修订后的标准优化了检测流程，增加实验室检测内容，在保证产品质量的前提下，缩短检测时间，提高生产效率，修订后的国标更加符合现阶段的技术水平，可有效降低企业生产成本，提高产品与进口产品的竞争力。5加入了两个国内ADCP的主要生产厂家（辽宁航星海洋科技有限公司和杭州瑞利海洋装备有限公司）作为起草单位，确保修订后的标准能够符合企业的实际情况，保障标准的有效执行，使修订后的标准在保障产品质量的同时，能够满足厂家大规模生产的需三、主要试验(或验证)的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果。1、声学多普勒流速剖面仪（ADCP）工作原理概述ADCP向水中发射声信号后，接收声信号经水体中散射体（如浮游生物、悬浮物等）散射后产生的回波信号，并对信号进行处理得到回波产生多普勒频移。根据多普勒原理，当ADCP和散射体之间存在相对运动，发射声波与散射回波频率之间就会产生多普勒频移，利用多普勒频移即可解算出ADCP与水体之间的相对相同伪随机子序列组成的复杂编码发射信号，利用复协方差法估计回波信号的多普勒频移。ADCP的每个换能器轴线组成一个波束坐标，每个换能器测的流速是沿其波束坐标方向的流速，ADCP先测出沿每一波束坐标的流速分量；再把波束坐标系的流速转换为局部坐标系的三维流速；最后用罗盘和倾斜计提供的方向和倾斜角把局部坐标系的流速转换为地球坐标系的流速。大多数ADCP换能器阵采用四波束JANUS配置，目的是最大限度地减少载体运动给ADCP测量带来的不利影响，提高ADCP的测速精度。9海流作为海洋中的主要运动特征，无论在理论研究还是工程技术方面都有其重要意义，已愈来愈成为理论工作者和工程技术人员关注的焦点。长期、定点、连续的海流剖面，使人们对海流有了一个立体的、全面的、随时间变化规律性的认识。2、主要试验对修订的《声学多普勒流速剖面仪》国家标准征求意见稿的频ADCP）以下验证内容：验证结论：按照标准中规定的方法对船载双频ADCP样机（编号为001）进行产品质量检验，结合湖上试验大纲规定的检验项目内容完成了相关指标的检验及论证工作。在湖上性能检验过程中，整机运行状态良好，标定试验顺利完成了该套受试设备高低频测量通道的安装偏角和k系数标校封装，在对地测速精度考核试验中，三个受检测速点的测速精度考核均满足指标要求。同时，在对水测速性能检验试验及测深检验试验当中，样机相关研制指标均达到了研制技术要求，达到了试验预期目的，验证了该标准中的试验方法等内容合理、可行。(2)对修订的《声学多普勒流速剖面仪》国家标准征求意见稿的.1.1投放自容式或直读式流速剖面仪的同步比测，其试验步骤如下的“两台流速剖面仪按安装要求安装在同一基座或7锚系，如果分别安装于不同的基座或锚系，布放时应保证两台流速剖面仪所观测的水体位置尽可能相同”内容进行试验验证，验证其合理性和可行性。验证结论：我单位按照标准中规定的方法进行同步吊放比测，验证了该标准中的.1.1投放自容式或直读式流速剖面仪的同步比测，其试验步骤如下的“两台流速剖面仪按安装要求安装在同一基座或锚系，如果分别安装于不同的基座或锚系，布放时应保证两台流速剖面仪所观测的水体位置尽可能相同”内容合理、可行。(3)对修订的《声学多普勒流速剖面仪》国家标准征求意见稿的.1.2船载的自容式或直读式流速剖面仪同步比测的试验步骤如下：“到达满足试验水深的水域后，实验船选择2种以上有明显大小差异的的速度进行试验；”内容进行试验验证，验证其合理性和可行性。验证结论：我单位按照标准中规定的方法对300kHz移动平台ADCP的海上试验，验证了该标准中的.1.2船载的自容式或直读式流速剖面仪同步比测的试验步骤如下：“到达满足试验水深的水域后，实验船选择2种以上有明显大小差异的的速度进行试(4)对修订的《声学多普勒流速剖面仪》国家标准征求意见稿的6.6.1中提到的流速、流向的模拟器检测法，即利用专用检测仪在空气中模拟水体回波信号特征对ADCP的流速流向测量性能进行检测内容进行试验验证，验证其合理性和可行性。验证结论：8我单位按照标准中规定的方法对声学多普勒流速剖面仪产品质量检验，验证了该标准中的流速、流向的模拟器检测法内容合综合以上验证结论，修订后《声学多普勒流速剖面仪》国家修订后的标准优化了检测流程，增加实验室检测内容，可有效降低了产品的检测费用，进而可降低产品的生产成本，提高了产品的竞争力，促进了国产ADCP的使用，推动ADCP的国产化进声学多普勒流速剖面仪（ADCP）是目前国际上最主要的声学流速测量仪器之一，国内近些年来在ADCP的研发和产品化方面取得了明显的进展。经过多年发展，辽宁航星海洋科技有限公司、杭州瑞利海洋装备有限公司推出了系列的声学多普勒流速剖面仪产品，目前已形成批量生产能力，生产的产品多次在国家重要海洋调查任务中成功应用，为国家重点研发计划和国家重要海洋调查任务提供支撑，部分产品具备替代进口的能力。ADCP是重要的流速测量仪器，在国防建设、国民经济、海洋环境保护、科学研究、河流湖泊水文监测等方面发挥了重要作用。近年，国际上ADCP主要在多频组合测量、小型化等方面取得了一些进展。近年来，随着我国科研水平和生产制造能力的不断提升，国内多家单位在ADCP的研发方面取得了较大进展，推出了船载式、直读式、自容式和河流型等系列ADCP产品，并在全球海洋实现了应用。未来随着我国海洋强国战略的推进，国产海洋仪器必将会取得更大的发展。9四、采用国际标准和国外先进标准的程度，以及与国际、国外同类标准水平的对比情况，或与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况。自研产品与进口产品比测主要技术指标基本一致。对自容ADCP样机与TRDI公司自容式ADCP安装在同一个浮体进行比测试验，在吊放比测试验中，自研样机均能通过测速精度 (±[1%测量值+0.5cm/s]）指标考核，表明样机技术指标考核的可重复性和测量数据的一致性，通过与国外产品的比测可以看出，自研样机测量结果稳定，测速精度与国外产品相当，数据格式与国外产品兼容，因此具备了在相关领域进行推广应用的基五、与有关的现行法律、法规和强制性标准的关系。洋仪器产品质量监督管理条例实施细则》的要求，符合国家有关政策、法令和法规，与相关的国家标准