Hidrológiai Közlöny 2006 (86. évfolyam)
5. szám - Tanulmányok, ismertetések - Sokoray-Varga Béla–Józsa János: Akusztikus Doppler-elvű terepi turbulencia-mérések módszertana és adatelemzése
28 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2006. 86. ÉVF. 5. SZ. 2. Akusztikus Doppler-elvű mérési módszer és berendezés bemutatása Az egyre inkább terjedő akusztikus Doppler-elvű mérőműszerek egyik legnagyobb előnye, hogy nem mechanikus, forgó alkatrész segítségével mérik a víz sebességét, hanem a hang különféle összetételű vízben való terjedési sebességére alapozva, amire egyszer kalibrálva a műszer nem veszít mérési pontosságából. Másik lényeges előnyük, hogy a mért térrész közvetlen zavarása nélkül tudják annak jellemző sebességét megállapítani, hiszen a mért térfogattal csak az akusztikus jel érintkezik. Az akusztikus Doppler-elvű sebességmérő berendezések rendszerint a következő részekből állnak: - jelkibocsátó illetve vevő müszerfejek - energiaellátó tápegység - vezérlő, jelfeldolgozó és memóriaegység. A következőkben mérés elvét, és az ilyen berendezések működését a vizsgálatokban használt Nortek Vector műszer példáján mutatjuk be (Nortek, 2001). 2.1. Működési elv - Doppler-eltolódás A műszer a víz sebességét a Doppler-hatás elvének felhasználásával méri, mely a következő: ha egy hangforrás a vevőhöz képest mozog, akkor a fogadott hang frekvenciája eltolódik a kibocsátottéhoz képest. A frekvencia-változás, valamint a jeladó és jelvevő közti relatív sebesség között a következő összefüggés áll fenn: v , f — r e * . f J fogadott J kibocsátott » ^hang ffogadott - frekvencia-változás a vevőnél (Doppler-eltolódás), /kibocsátott - a kibocsátott hang frekvenciája, v r e/- a jeladó és vevő közötti relatív sebesség, c han g - a hang terjedési sebessége az adott közegben. Kibocsátott hangsugár frekvenciája: f 0 A jelet visszaverő részecskék mozgásiránya: Fogadott hangsugár frekvenciája: f D Hangforrás felé tartó fo>fo fo Hangforrástól távolodó </o Nem, vagy ortogonálisán -ÍD ~fo 1. ábra: A Doppler-eltolódás jellege a víz sebességének irányától fiiggően A víz sebessége tehát közvetett módon kerül mérésre. A készülék jeladója egy hangsugarat bocsát ki a vízben, amely a vízen való keresztülhaladás közben az útjába kerülő, de a vízzel együtt mozgó részecskékről (pl. lebegtetett hordalék) visszaverődik. A készülék jelvevője érzékeli a visszaverődött hangot. A visszavert hang frekvenciájának megváltozása arányos a víz sebességével. Ha a jeladó és aj elvevő egy készülékre van rögzítve, akkor a frekvenciaváltozás és a víz sebessége között a következő összefüggés áll fenn: f - ? - Cvi z . f J visszavert J kibocsátott ' ^ hang - a hang megváltozott frekvenciája a vevőnél - a kibocsátott hang frekvenciája - a hangforrás (egyben jelvevő) és a jelet visszaverő részecskék közötti relatív sebesség - a hang terjedési sebessége az adott vízben ahol: fvisszavert fkibocsátott Cviz Chang Amennyiben a hangforrás és a részecskék közötti távolság csökken, azaz közelednek egymáshoz, akkor a frekvencia növekszik, ha távolodnak egymástól, akkor a frekvencia csökken. A hang visszaverődésének egyenesére merőleges mozgás értelemszerűen nem eredményez Doppler-eltolódást (/. ábra). W 2. ábra: A Nortek Vector ADV-berendezés képe
