海流計發展現狀與發展趨勢展望

宋大雷，周相建，陳朝暉，周麗芹，鄭金明

海流計發展現狀與發展趨勢展望

宋大雷1，周相建1，陳朝暉2，周麗芹1，鄭金明1

從機械海流計、電磁海流計、聲學多普勒海流計、聲學時差海流計4方面總結國內外海流計的發展歷程和研究現狀，分析比較各種海流計的技術特點和適用場合。展望海流計的發展趨勢，為海流計的設計開發和研究應用提供借鑒和參考。

流速測量；機械海流計；電磁海流計；聲學多普勒海流計；聲學時差海流計

1 機械海流計發展及現狀

海流計是一種測量海水流速和流向的儀器，安裝在argo浮標、錨定資料浮標、潛標、海床基、自治水下機器人(AUV)、水下滑翔機、調查船等海洋測流平臺上用于海流觀測。

機械海流計在所有類型的海流計中出現的時間最早，是過去海洋觀測的主要裝備。最早的機械海流計是1905年瑞典物理海洋學家V.W. Ekman發明的純機械自容式厄克曼海流計，使用一個帶屏蔽殼體的螺旋槳和記錄轉盤測量平均流速，通過向盒中拋金屬球測流向[1]。20世紀20年代，S.J. Savonius發明了薩沃紐斯轉子，起初用于測量風速，60年代初才出現薩沃紐斯轉子海流計，從此機械海流計進入快速發展時期。60年代末70年代初，Woods Hole海洋研究所為表面系泊深海測流的需要研制了薩沃紐斯轉子VACM矢量平均海流計，后來AMF公司(今EG&G)制造了商業化的VACM產品，成為60年代主要的測流儀器。70年代末，Scripps海洋研究所的Weller為測振蕩流使用旋槳研制了VMCM，不久EG&G公司制造了商業化的VMCM產品。這一時期，挪威Aanderaa公司研制了著名的轉子式RCM機械海流計(見圖1)，后來該儀器經過多次升級，流速測量精度高達±1 cm/s，流向測量精度±5°，代表了機械海流計的發展水平。

我國機械式海流計的發展始于1958年國務院科學規劃委員會海洋組領導的中國近海海洋綜合調查(簡稱全國海洋普查)，為了滿足海洋普查的需要，制造了純機械式的厄克曼海流計[2]。60年代中期和70年代初，我國經歷了2次全國海洋儀器大會戰，并成立了國家海洋局海洋技術研究所(今國家海洋技術中心)、青島儀器儀表研究所(今山東省科學院海洋儀器儀表研究所)等海洋儀器設備研究機構，促進了機械海流計的進一步發展和提高。這一時期比較有代表性的產品是天津氣象海洋儀器廠生產的厄克曼海流計和印刷海流計[3]。80年代以來，我國機械海流計逐漸成熟，國家海洋局海洋技術研究所、中國科學院海洋研究所、山東海洋儀器儀表研究所、中國海洋大學等多個科研機構都研制了各自的機械海流計，尤其是1993年青島海洋大學(今中國海洋大學)研制的SLC9-2型機械海流計，流速測量精度達到滿量程的±1.5%，流向測量精度達到±4°，代表了當前國內機械海流計的發展水平，至今仍在我國廣泛使用，見圖2。

由于機械海流計存在接觸測量擾流、低流速下轉子或旋槳停轉、機械轉子慣性大等問題，機械海流計測流精度不高，且無法測量低速流和快速變化的湍流。由于原理的限制，機械海流計無法測量三維流速。此外，機械海流計的運動部件在海水中容易發生銹蝕、卡死等故障[4]。因此，隨著聲學多普勒測流儀器的推廣應用，機械海流計不再是主流的測流儀器，關于機械海流計的研究也逐漸減少。但是，機械海流計由于其性能可靠、結構簡單、使用方便、價格低廉，目前仍被應用于水文測量中對流速測量精度要求不高的場合。在科研方面，機械海流計也用于聲多普勒流速剖面儀(ADCP)、聲多普勒流速計(ADV)等其他類型測流儀器的標定[5-6]。

2 電磁海流計發展及現狀

國外利用法拉第電磁感應定律測流已有近百年的歷史。Young, Gerrard和Jevons在1918年的海試中發現地磁場中海水的運動會產生電氣干擾，不久又設計實驗驗證了流速和感應電動勢之間的定量關系[7]。這個現象迅速引起了人們的關注，但由于地磁場強度較弱，更多的研究人員利用人工交變磁場測量海水流速，并取得了成功。1947年，R.W. Guelke和C.A. Schoute-Vanneck首先系統地闡述了利用電磁感應原理測海水流速的方法，并基于這種方法設計了一種流速測量裝置，其流速測量精度僅為測量值的±10%[8]。此后，各科研機構和海洋儀器公司都研制了有各自特色的電磁海流計，如美國Marsh-McBimey公司的OEM512、日本ALEC株式會社的AEM系列電磁海流計等，普遍采用的傳感器外形有球形、圓柱形、圓盤形3種形式，電極的安裝形式主要有嵌入式和凸出式2種類型。60年代起，科研人員探討了圓柱形、球形、圓盤形傳感器的擾流問題[9]，美國Cushing公司的Vincent Cushing比較了不同傳感器外形、電極形式的電磁海流計在靈敏度、線性響應和余弦響應等方面的差異[10]。七八十年代，人們先后深入探討了均勻流、震蕩流和組合流場中電磁海流計的性能，誤差分析發現電磁海流計在純均勻流和純震蕩流場中性能良好，但在均勻流和震蕩流同時存在的組合流場中測量誤差較大[11]。1983年，美國InterOcean Systems公司研制了S4型電磁海流計(見圖3)，其流速測量精度為測量值的2%±1 cm/s，流向測量精度±2°，是目前世界上使用最廣泛的電磁海流計。此后，為進一步了解電磁海流計的特性，研究人員又開展了電磁海流計與VMCM、ADCP，ADV等其他類型海流計的比測研究[12-13]，比測結果表明，各類型海流計的測量結果基本一致。

我國對電磁海流計的研究始于上世紀六七十年代，經過2次全國海洋儀器大會戰，我國出現了電磁海流計，用于第二次太平洋調查和其他海洋調查,它是當時大洋走航測表層流的惟一儀器[2]。1963年，我國長春氣象儀器研究所研制成功HLL2型地磁場電磁海流計。1980年，國家海洋局海洋技術研究所(今國家海洋技術中心)在HLL2的基礎上研制了HLL2-A型地磁場電磁海流計，利用地磁場強度的垂直分量測海流，只能測表層海流，測量精度僅為(10%±10)cm/s[14]。在1984年舉辦的全國江河湖海儀器交流產品展銷會上,國家海洋局海洋技術研究所研制的SLC4-1型電磁海流計，是當時深海區表層測流惟一的儀器[3]。1985年，天津氣象海洋儀器廠研制了SLC3-2型船用電磁海流計，可測200 m以內各流層的流速、流向[15]。雖然80年代后期以來國內關于電磁海流計的研究成果很少，但是電磁海流計仍被我國科研工作者廣泛采用。

電磁海流計沒有機械磨損部件，對海水中的微粒不敏感，故電磁海流計有性能可靠、魯棒性好等突出優點。但電磁海流計的傳感器結構影響被測流場，海水中存在的電磁干擾和海水電導率的變化會導致測得的電壓產生零漂，故電磁海流計測流精度不高。此外，電磁海流計測量前需校準，故操作比較繁瑣。實驗研究表明，電磁海流計在5～20 Hz的低頻宏觀湍流中頻率響應良好，但在大湍流強度的環境中測量誤差較大，故適用于測量表面波控碎波區和內陸架等環境中的流速，不適用于近底淺水環境和近岸沉積物運輸等大湍流強度場合的流速測量[11]。近年來，關于電磁海流計的研究以應用為主，國外學者將電磁海流計用于地形攔截波垂直結構和水平結構、強潮口落潮三角洲沙壩動力地貌行為、近岸沙洲形成過程、大洋表層環流等方面的研究[16-18]，國內的王愛軍使用日本ALEC電子株式會社研制的AEM HR研究了臺風對沿海鹽沼沉積物動態響應的影響[19]。總之，國外對電磁海流計的研究比較多，且已形成商業化的電磁海流計產品，我國目前用于科學研究的電磁海流計以國外產品為主。

3 聲學多普勒海流計發展及現狀

3.1 聲學多普勒流速剖面儀

國外對聲學多普勒測流技術的研究比較早。1963年，美國邁阿密大學的Koczy等人首先提出用聲學多普勒技術測量流速的思想[20]。60年代末到70年代初，美國白橡樹海軍武器實驗室、ChesapeakeBay研究所、國家海洋調查局工程開發實驗室、Sperry海洋儀器公司等都開展了多普勒測流技術的研究。80年代，美國AMETEK/Straza公司首先研制出300 kHz的DCP4400窄帶ADCP。此后不久，美國RDI、日本Furuno、法國Thomson、挪威Aanderaa等相繼推出了成熟的窄帶ADCP產品。窄帶ADCP只能發射簡單脈沖且帶寬很窄，應用有局限性。90年代初，各大海洋儀器公司和科研機構開始研究寬帶多普勒測流技術，RDI，SonTek，Nortek等公司不久后相繼研制出寬帶ADCP產品，見圖4。

寬帶ADCP能夠發射復雜的超聲波脈沖串，提高了流速測量范圍和測量精度。此后，為了進一步增大ADCP的作用距離，各海洋儀器公司和研究機構又研制出低頻率的寬帶相控陣ADCP。此外，為提高流速測量的效率，RDI，Nortek等研制了走航式ADCP，能高效地測出大面積海域的流場。RDI研制的工作頻率低于300 kHz的ADCP流速測量準確度為測量值的(1%±0.5) cm/s，工作頻率超過600 kHz的ADCP流速測量精度為±0.3 cm/s，代表了當前ADCP的技術水平。

國內對聲學多普勒測流技術的研究以科研院所為主，主要靠國家科技攻關計劃、863計劃等科研基金的資助。國家海洋局海洋技術研究所從20世紀70年代開始研究船載多普勒測流技術，90年代后期研制成功測量水深150 m的200 kHz走航式ADCP，并安裝在國家海洋局3條監測船上。中國科學院聲學研究所在譜估計方面進行了大量的研究，70年代后期研制出拖拽式ADCP樣機，80年代初開始研究寬帶ADCP技術，1997年與海洋技術研究所共同承擔863計劃818-03專題，目標是研制剖面深度為60 m和350 m的船用寬帶多功能ADCP[21-22]。哈爾濱工程大學水聲工程實驗室從90年代就開始了關于多普勒測速技術的研究，成功研制出多普勒計程儀等聲學多普勒測速儀器，在多普勒測速理論和相控陣理論方面具備較強的基礎[23]。另外，國內在聲學多普勒流速剖面儀方面有研發基礎的單位還有中船重工第715所等。

ADCP是目前應用最廣泛的流速測量儀器，聲學多普勒測流技術是國內外流速測量領域研究的熱點。2008年，日本古野公司發明了一種測量多普勒頻偏的裝置，降低了噪聲，提高了測量精度[24]。TRDI、SonTek/YSI和Nortek公司針對海洋觀測、油氣勘探、導航安全等不同應用研制專用產品，ADCP呈現出專用化、系列化、布放形式多樣化的特點。近年來，國內科研機構也從未停止對聲學多普勒測流技術的研究，東南大學的韓寧和方世良提出用正弦信號組合脈沖調制的方法可以提高ADCP測流分辨率和精度[25]，中科院聲學所改進了寬帶聲學多普勒技術中模糊速度處理方法，后來又研制出與目前水文系統中用于流量測驗的主流設備性能相當的河流型聲學多普勒流速剖面儀[26]。此外，ADCP也被用于湍流耗散、潮汐觀測、波浪測量等方面的研究。總之，國外一直主導著聲學多普勒測流技術的發展，雖然我國很多單位都研制成功了聲學多普勒流速剖面儀樣機，但是在通過項目驗收后進一步開發形成產品的較少，導致國外測流儀器依然占據著國內市場。

3.2 單點聲學多普勒海流計

單點聲學多普勒海流計安裝在浮標、潛標、錨定的船等海洋測量平臺上，用于定點測量海水流速。單點聲學多普勒海流計也是基于聲學多普勒測流技術發展而來的，其發展歷程與ADCP相似。單點聲學多普勒海流計又可分為普通聲學多普勒海流計和聲學多普勒流速儀(ADV)2種類型。目前國外比較有名的普通多普勒海流計有挪威Aanderaa的RCM Blue(見圖5)、Nortek的Aquadopp等。聲學多普勒流速儀最突出的特點是測量精度高、響應速度快，能精確測量快速變化的湍流，目前代表產品有美國SonTek公司研制的ADV和挪威Nortek公司研制的Vector，見圖6。其中，Vector流速測量精度最高，可達測量值的(0.5%±1)mm/s。

國內在單點聲學多普勒海流計研究方面起步較晚，國家海洋局第三海洋研究所于上世紀80年代末研制成功SLY1-1型聲學多普勒海流計[27]，南京水利水文自動化研究所于90年代初研制成功LSW-1型超聲多普勒流速儀，流速測量精度為全量程的±1.5%，并于90年代末被推廣應用到含沙江河[28]。近年來，國家海洋技術研究所研究了聲學多普勒海流計數據采集控制技術[29]。此外，華北電力大學在該方面也有所研究[30]。在聲學多普勒流速儀方面，清華大學能源重點實驗室的盧浩等使用ADV研究了粗糙元展向和流向間距不同的壁湍流流動特性[31]，清華大學的何奇峰通過水槽實驗系統分析和檢驗了ADV的適用性，并將ADV用于測量水流紊動特性、泥沙濃度和泥沙濃度紊動[32]，河海大學的呂升奇等研究了水體顆粒特性對ADV信號強度的影響[33]。在863計劃的支持下，中科院聲學所于2015年研制了ADL樣機。可見，目前我國對ADV的研究比較多。

3.3 聲相關流速剖面儀

聲相關流速剖面儀(ACCP)是在聲相關計程儀(ACL)的基礎上發展起來的一種新型測流儀器。與ADCP相比，ACCP使用更小、更輕、更廉價的換能器陣測量更大剖面深度的流場。20世紀70年代后期，Dickey和Edward提出了聲相關測速理論，并用于測量船相對于海底的速度[34]。RDI于90年代首先研制成功頻率75 kHz剖面深度為400 m的ACCP樣機，在海試中與ADCP比測結果一致，后來又研制成功2臺頻率22 kHz、剖面深度為1 000 m的大深度ACCP[35]。由于聲相關技術能夠測量接近海底的流速剖面，荷蘭的Robert F. van Unen等人將聲相關技術用于測量懸浮沙濃度[36]。

國內對聲相關流速剖面儀(ACCP)的研究以中科院聲學所為主，該所于90年代初開始研究聲相關測流速理論，1997年承擔863計劃818-03-02課題，研究船用聲相關海流剖面(ACCP)測量關鍵技術，1999年研制成功75 kHz的ACCP原理樣機，2001年底研制出23.5 kHz大深度ACCP樣機，并在2002年初成功完成海試[21, 37]，之后又在聲相關測速理論和信號處理方法方面進行了深入研究[38]，并討論了使用ACCP觀測深水散射層的可能性[39]。此外，中船重工726研究所、707研究所九江分部、哈爾濱工程大學、哈爾濱工業大學等單位也對聲相關測速技術進行了研究。

總之，聲學多普勒海流計采用遙測的測量方式，不擾流，且一次可以測量整個流速剖面，故流速測量精度和效率都很高。聲學多普勒海流計頻率響應特性很好，特別適用于測量快速變化的湍流，尤其是ADV能對邊界層做非常精確的測量。但是，聲學多普勒海流計存在一定的測量盲區。此外，由于聲學多普勒海流計是通過測量散射體的速度測海水流速的，故只能用于測量沿海等散射體濃度高于一定值海域的流速，在極深水和極地等散射體濃度過低的海水中無法應用。近年來，聲學多普勒海流計仍是國內外應用最廣泛的流速測量儀器，其中關于聲學多普勒流速剖面儀的研究最多，關于單點聲學多普勒海流計的研究次之，關于聲相關流速剖面儀的研究成果最少。

4 聲學時差海流計的發展及現狀

國外從20世紀70年代就開始了聲學時差法測流技術的研究，關于時差海流計的研究主要出自美國Woods Hole海洋研究所、NOBSKA公司和FSI公司。1975年，Gytre和Trygve提出用聲學時差法測量流速可以達到很高的精度[40]。1977年，Woods Hole海洋研究所的A.J. Williams將聲學時差傳感器搭載在自由落體探頭上，用于測量水平速度的垂直剪切[41]。A.J. Williams在ONR和NSF的資助下研制出深海聲學壓力計BASS，在海底邊界層的研究中用于測量雷諾應力，在海水表面邊界層的研究中用于研究海氣相互作用[42]，在近底混合方面的研究中用于測量物質通量、熱通量、鹽通量、輸沙量等參數[43]，在海浪過程的研究中用于研究波浪對沉積物運輸的影響[44]。此外，BASS還被用于測量旋量和里查遜數[45-46]。在海底風暴試驗未獲得資助的情況下，A. J. Williams在BASS的基礎上研制出體積更小、成本更低的MAVS，期望能夠以模塊的形式嵌入海洋觀測系統。1997年，NOBSKA成立，MAVS(見圖7)開始商業化，至今已形成5代產品，廣泛應用于海洋漁業、油氣勘探、科學研究等領域中。在美國海軍研究局的資助下， Woods Hole海洋研究所的N.L. Brown和K.D. Lawson提出基于聲信號相位差的流速測量方法，并詳細闡述了一種新型聲學時差海流計的計方法[47]，FSI基于該技術于20世紀90年代先后開發出商業化的3軸聲學時差海流計3D-ACM和2軸聲學時差海流計2D-ACM。

我國對聲學時差海流計的研究比較少，國家海洋局海洋技術研究所(今國家海洋技術中心)于20世紀80年代研制成功基于時差法的聲學矢量平均海流計，安裝在資料浮標上用于測表層流[22]。近年來，哈爾濱工程大學王向紅等人在聲學時差法測流技術方面做了大量研究，提出了互相關時延估計、時間電壓轉換等聲傳播微小時差精確測量方法[48]，并在此基礎上提出了聲學時差海流計的設計方案[49-50]。

聲學時差海流計頻率響應好、無測量死區、測速不依賴反射體、對氣泡不敏感，能夠測量三維流速，特別適用于湍流、低速流、純凈流、碎波區的流速測量。雖然聲學時差海流計也存在擾流問題，但在測流時舍棄了受干擾最大的測量聲軸，因此仍有很高的測流精度。此外，聲學時差海流計無活動部件，性能可靠。近年來，有研究表明聲學時差海流計在氣泡濃度超過25%的環境中測量誤差較大[46]。美國的NOBSKA公司和FSI公司目前在聲學時差法測流技術領域處于領先地位，都有商業化的聲學時差海流計產品，NOBSKA的MAVS-5流速測量精度為0.3 cm/s，流向測量精度為±2°，代表著當前聲學時差海流計的發展水平。目前，國內從事聲學時差海流計研究的科研單位以哈爾濱工程大學為主，我國至今并沒有出現商業化的時差海流計產品。

5 海流計的發展趨勢展望

各類海流計各具特色，未來流速測量仍會保持以聲學多普勒海流計為主、多種類型海流計并存的局面。從測流精度方面看，聲學海流計的精度遠高于機械海流計和電磁海流計，聲學多普勒海流計與時差海流計精度相當；從測量效率方面看，聲學多普勒海流計測流效率最高；從適用海域方面看，聲學多普勒海流計在散射體濃度過低的海域中無法使用，聲學時差海流計卻不受此限制；從適用海流深度方面看，電磁海流計在表面邊界層海流觀測中表現良好；從成本方面看，機械海流計價格最低，在測流精度要求不高的場合有優勢。因此，每類海流計都有各自的特點和適用場合，見表1。聲學多普勒海流計仍將是未來的主流測流設備，聲學時差海流計優勢明顯，有較大的發展潛力。

表1 各類海流計優缺點比較

未來海流計發展將呈現以下特點。

1)海流計發展將呈現專用化。聲學多普勒海流計正向專用化方向發展，針對油氣開發、海洋漁業、近岸海洋工程、可再生能源、導航安全、河流水文監測等應用設計專用海流計。

2)儀器體積將逐漸小型化。海流計通常作為一個獨立的儀器外掛在海洋測流平臺上，若能將其簡化成一個測流傳感器，同時將電子艙集成在載體內部，那么將會大大減輕載體負擔，這一點尤其對基于AUV、水下滑翔機等移動平臺的流速測量有重要意義。

3)海流計布放方式更加多樣化。目前，海流計能夠布放在浮標、潛標、海床基、水下機器人、調查船及海洋工程結構物等平臺上，實現單點測流或向上、向下、向兩側等形式的剖面測量，隨著新型海洋測流平臺和應用需求的出現，將會出現更加多樣的布放形式。

4)海流計性能將會進一步提高。海流計作為重要的海洋觀測儀器一直是海洋工作者研究的課題，隨著技術的不斷發展，海流計的測流精度將會更高，功耗將會更低，剖面作用距離將會更大，可靠性將會更高。

6 總結

綜上所述，國外一直主導著測流技術的發展，我國經過半個多世紀的發展在海流計研制方面已取得了可喜的成績，但與國外仍存在一定的差距。總體來講，各類海流計都有其優缺點，適用于不同的場合和應用需求，海流計正在向著專用化、小型化、布放形式多樣化、高性能、低成本的方向發展。

[1] JENKINS A D, BYE J A T. Some aspects of the work of V.W. Ekman [J]. Polar record, 2006,42(220):15-22.

[2] 惠紹棠,霍樹梅.中國海洋儀器設備研究發展的歷史回顧[J].海洋技術,1998,17(4):1-6.

[3] 張正惕,楊世倫,谷國傳.我國海洋測流儀器的發展與現狀[J].海洋技術,1999,18(2):17-21.

[4] HOSEGOOD P, HAREN H V. Ekman-induced turbulence over the continental slope in the Faeroe-Shetland Channel as inferred from spikes in current meter observations[J]. Deep-sea research I, 2003,50(5):657-680.

[5] OBERG K, MUELLER D S. Validation of streamflow measurements made with acoustic Doppler current profilers [J]. Journal of hydraulic engineering, 2007,133(12):1421-1432.

[6] REHMEL M. Application of acoustic doppler velocimeters for streamflow measurements[J]. Journal of hydraulic engineering, 2007,133(12):1433-1438.

[7] YOUNG F B, GERRARD H, JEVONS W. On electrical disturbances due to tides and waves[J]. Philosophical magazine series 6, 1920,40(235):149-159.

[8] GUELKE R W, SCHOUTE-VANNECK C A. The measurement of sea-water velocities by electromagnetic induction[J]. Journal of power engineering, 1947,94(37):71-74.

[9] ROSHKO A. Experiments on the flow past a circular cylinder at very high Reynolds number[J]. Journal of fluid mechanics, 1961,10(3):345-356.

[10] CUSHING V. Electromagnetic water current meter [C]. Proceedings of the OCEANS 76 Conference, Washington DC：1976.

[11] AUBREY D G, TROWBRIDGE J H. Kinematic and dynamic estimates from electromagnetic current meter data [J]. Journal of geophysical research, 1985,90(C5):9137-9146.

[12] BEARDSLEY R, BRISCOE M, SIGNELL R, et al. A VMCM S4 current meter intercomparison on a surface mooring in shallow water [C]. Proceedings of the 1986 IEEE Third Working Conference on Current Measurement, 1986:7-12.

[13] MACVICAR B, BEAULIEU E, CHAMPAGNE V, et al. Measuring water velocity in highly turbulent flows: field tests of an electromagnetic current meter (ECM) and an acoustic doppler velocimeter (ADV) [J]. Earth surface processes and landforms, 2007,32(9):1412-1432.

[14] 海洋儀器研究所205組.HLL2：A型電磁海流計及其使用的幾個問題[J].海洋技術,1980(1):1-13+60.

[15] 王鳳玲.基于傾角法的海流計設計[D].青島：中國海洋大學,2008.

[16] IGETA Y, KITADE Y, MATSUYAMA M. Characteristics of coastal-trapped waves induced by typhoon along the southeast coast of Honshu, Japan [J]. Journal of oceanography, 2007,63(5):745-760.

[17] ROBIN N, LEVOY F, MONFORT O. Bar morphodynamic behaviour on the ebb delta of a macrotidal inlet (Normandy, France)[J]. Journal of coastal research, 2007,23(6):1370-1378.

[18] AAGAARD T, KROON A, HUGHES M G, et al. Field observations of nearshore bar formation[J]. Earth surface processes and landforms, 2008,33(7):1021-1032.

[19] WANG A, GAO S, CHEN J, et al. Sediment dynamic responses of coastal salt marsh to typhoon “KAEMI” in Quanzhou Bay, Fujian Province, China [J]. Chinese science bulletin, 2009,54(1):120-130.

[20] KOCZY F, KRONENGOLD M, LOEWENSTEIN J. A Doppler current meter [M]. New York: Plenum Press, 1963.

[21] 王長紅,朱敏,何平,等.聲相關流速剖面儀(ACCP)原理樣機研制[C].武漢：中國聲學學會1999年青年學術會議,1999.

[22] 朱光文.我國海洋探測技術五十年發展的回顧與展望(一)[J].海洋技術,1999,18(2):2-17.

[23] 馬淳燕.寬帶相控多普勒測速技術研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學,2009.

[24] KAWANAMI S, OKIMOTO K, MUSHIAKE M. Doppler measuring device for water current meter, has barycentric frequency determiner determining barycentric frequency of received echo signal, and Doppler shift determiner determining Doppler shift[P]. Japan: GB2437619-A, 2007-10-31.

[25] HAN N, FANG S. A combined pulse modulation-processing method for ADCP applications[J]. Flow measurement and instrumentation, 2015,45:75-81.

[26] 馬海濤,彭東立,王華亮,等.寬帶多普勒技術中模糊速度處理方法改進[J].聲學學報,2011,36(2):226-230.

[27] 曾潮生,聊洪榮,林于平,等.SLY1-1型聲學多普勒海流計[J].臺灣海峽,1987,6(2):188-194.

[28] 鄧昌閭.LSW-1型超聲多普勒流速儀[J].水文,1991(6):44-45.

[29] 李文彬.基于聲學多普勒海流計數據采集控制技術研究[D].天津：國家海洋技術中心,2008.

[30] 范寒柏,李瑞琪,趙文成,等.點式聲學多普勒海流計研究設計[J].儀表技術與傳感器,2015(11):38-41.

[31] 盧浩,王兵,張會強,等.粗糙元展向和流向間距不同的壁湍流ADV實驗研究[C].廣州：第八屆全國實驗流體力學學術會議,2010.

[32] 何奇峰.超聲多普勒流速儀(ADV)的應用研究[D].北京：清華大學,2013.

[33] 呂升奇,袁禮偉,薛苑.水體顆粒特性對ADV信號強度的影響研究[J].人民長江,2015,46(4):78-81.

[34] DICKEY F, EDWARD J A. Velocity measurement using correlation sonar[C]. Proceedings of the IEEE Conference on Position Location and Navigation, 1978:255-264.

[35] BRADLEY S, DEINES K, ROWE F. Acoustic correlation current profiler[C]. Proceedings of the IEEE Fourth Working Conference on Current Measurement, 1990:306-313.

[36] VAN UNEN R F, KAMMINGA S D, NIJVELDT D. Results of a high-resolution correlation current profiler [C]. OCEANS'97 MTS/IEEE Conference Proceedings, 1997:477-482.

[37] 王長紅,邱薇,汪玉玲,等.大深度聲相關流速剖面儀樣機研制[C].桂林：中國聲學學會2002年全國聲學學術會議,2002.

[38] 朱維慶,馮雷,王長紅,等.聲相關流體速度測量理論和信號處理方法[J].聲學學報,2007,32(2):144-150.

[39] 龔麗輝,馮雷,王長紅,等.利用聲相關流速剖面儀觀測深水散射層[J].聲學技術,2008,27(6):807-811.

[40] GYTRE T. Ultrasonic measurements of ocean currents down to 1 mm/sec[C]. Wales：Conference Proceeding 32 of the IERE Conference on Instrumentation in Oceanography,1975 .

[41] WILLIAMS A J, TOCHKO J S. An acoustic sensor of velocity for benthic boundary layer studies[J]. Bottom turbulence, 1977(19): 83-97.

[42] WILLIAMS A J, MORRISON A T, IRISH J D. Vector averaging in a wave field[C]. 2013 MTS/IEEE OCEANS-Bergen, 2013:1-8.

[43] THWAITES F T, WILLIAMS III A J. BASS measurements of currents, waves, stress, and turbulence in the North Sea bottom-boundary layer[J]. IEEE journal of oceanic engineering, 2001,26(2):161-170.

[44] WILLIAMS A J. Bottom boundary layer wave measurements for particle studies[C]. Singapore： OCEANS 2006-Asia Pacific,2006.

[45] WILLIAMS A J. Current measurement by differential acoustic travel-time reviewed[C]. Tallinn： 2014 IEEE/OES Baltic International Symposium (BALTIC),2014.

[47] BROWN N L. A simple low cost acoustic current meter[C]. Brighton： Proceedings of Oceanology International,1992.

[48] 雷亞輝,王之海,王向紅.時間電壓轉換技術在超聲流速計中的應用[J].應用科技,2010,37(8):23-25+30.

[49] 翟錫亮.聲傳播時間海流計的技術研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學,2008.

[50] 韋祥楊.時差法三維流速測量技術研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學,2009.

(1.中國海洋大學工程學院，山東 青島 266100；2.中國海洋大學物理海洋教育部重點實驗室，山東 青島 266003)

On Development Course and Trend of the Current Meter

SONG Da-Lei1, ZHOU Xiang-Jian1, CHEN Zhao-Hui2, ZHOU Li-Qin1, ZHENG Jin-Ming1

(1.College of Engineering, Ocean University of China, Qingdao Shandong 266100, China;2.Key Laboratory of Physical Oceanography, Ocean University of China, Qingdao Shandong 266003, China)

The development history and research status of the domestic and overseas current meter were summarized from aspects of mechanical current meter (MCM), electromagnetic current meter (EMCM), acoustic Doppler current meter (ADCM) and acoustic time difference current meter. The technical characteristics and applicable occasions of the current meter were analyzed comparatively. The paper expounds the range of application, looks forward to the development trend, in order to provide reference for the design and research of current meter.

current measurement; MCM; EMCM; ADCM; acoustic time difference current meter

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.01.024

2016-11-16

國家自然科學基金(41527901)

宋大雷(1971—)，男，博士，教授研究方向:海洋觀測儀器檢測技術

P716

A

1671-7953(2017)01-0093-08

修回日期：2016-11-28