II. Đo l−u l−ợng n−ớc bằng máy ADCP:
1. Nguyên lý hoạt động cơ bản của máy ADCP
Máy ADCP đo đ−ợc l−u tốc nhờ ứng dụng một đặc tính vật lý của âm phản xạ trong tr−ờng hợp nguồn phát âm và vật phản xạ chuyển động, đó là hiệu ứng Đốp-lơ (Doppler effect) hoặc còn gọi là dịch chuyển Đốp-lơ (Doppler shift). Đặc tính này đ−ợc mô tả nh−
sau:
Khi nguồn phát âm và vật phản xạ âm chuyển động t−ơng đối với nhau thì tần số của âm phản xạ sẽ thay đổi so với tần số của âm nguồn đã phát ra. Ph−ơng trình dịch chuyển Đốp - lơ (cho một lần phản xạ) đ−ợc viết:
⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = C V F Fd s (4-77) Trong đó:
Fd - Giá trị dịch chuyển Đốp - lơ (KHz).
Fs - Tần số của âm nguồn khi các vật không chuyển động (KHz). V - Tốc độ chuyển động t−ơng đối giữa nguồn âm và vật phản xạ (m/s). C - Tốc độ truyền âm trong môi tr−ờng đo đạc (n−ớc) - m/s.
Khi nguồn âm và vật phản xạ tiến lại gần nhau tức là V tăng thì Fd tăng; khi nguồn âm và vật phản xạ chuyển động xa dần thì Fd giảm.
Để đo đ−ợc chính xác giá trị Fd, khi vận hành ADCP phải tạo ra nguồn phát âm có tần số cao, để tạo ra năng l−ợng âm đủ lớn. Xung năng l−ợng (gọi là ping) đ−ợc truyền vào n−ớc giống nh− SONAR (viết tắt của Sound Navigation Ranging) của tầu ngầm nh−ng với tần số cao hơn nhiều. Năng l−ợng âm đ−ợc phát vào dòng chảy, khi gặp các phần tử lơ lửng (bùn cát lơ lửng..) chuyển động với vận tốc của dòng n−ớc, một phần năng l−ợng âm sẽ phản hồi trở lại ADCP và máy sẽ đo đ−ợc Fd, còn các thành phần khác trong công thức (4-77) đã đ−ợc xác định. Từ đó máy sẽ tính đ−ợc tốc độ chuyển động t−ơng đối (V) giữa dòng n−ớc và ADCP. Đồng thời ADCP cũng đo đ−ợc h−ớng và tốc độ chuyển động của nó so với đáy sông (kênh) bằng ph−ơng pháp đã dùng để đo l−u tốc. Nh− vậy máy sẽ xác định đ−ợc tốc độ dòng chảy so với đáy sông.
Việc thu nhận tín hiệu âm phản hồi của ADCP có thể là từng ping đơn hoặc một tập hợp ping. Để giảm thông tin cần l−u trữ cho máy tính, trong thực tế cần điều khiển cho ADCP nhận từng tập hợp ping và tính toán số liệu trung bình tr−ớc khi truyền chúng về máy tính.
Một trong những hình thức thu nhận xung năng l−ợng của ADCP đ−ợc môt tả nh− hình (4-31).
Hình 4-31. Các hình thức thu nhận xung năng l−ợng âm của ADCP
Nh− vậy ADCP sẽ xác định đ−ợc l−u tốc trung bình tại trung tâm của các tập hợp thuộc các tầng sâu đã đ−ợc xác định. Từ số liệu này ADCP sẽ tính đ−ợc l−u l−ợng n−ớc và các yếu tố khác bằng các phần mềm đã lập sẵn.