La velocimetría acústica Doppler ( ADV ) está diseñada para registrar componentes de velocidad instantánea en un único punto con una frecuencia relativamente alta. Las mediciones se realizan midiendo la velocidad de las partículas en un volumen de muestreo remoto en función del efecto de desplazamiento Doppler. [1] [2]
El cabezal de la sonda incluye un transmisor y entre dos y cuatro receptores. El volumen de muestreo remoto se encuentra normalmente a 5 o 10 cm de la punta del transmisor, pero algunos estudios han demostrado que la distancia puede variar ligeramente. [3] El tamaño del volumen de muestreo está determinado por las condiciones de muestreo y la configuración manual. En una configuración estándar, el volumen de muestreo es aproximadamente un cilindro de agua con un diámetro de 6 mm y una altura de 9 mm, aunque los ADV de laboratorio más nuevos pueden tener un volumen de muestreo menor (por ejemplo, Sontek microADV, Nortek Vectrino+).
Un sistema ADV típico equipado con N receptores registra simultáneamente 4.N valores con cada muestra. Es decir, para cada receptor, un componente de velocidad, un valor de intensidad de señal, una relación señal-ruido (SNR) y un valor de correlación. La intensidad de la señal, la relación señal-ruido y los valores de correlación se utilizan principalmente para determinar la calidad y la precisión de los datos de velocidad, aunque la intensidad de la señal (intensidad de retrodispersión acústica) puede estar relacionada con la concentración instantánea de sedimentos suspendidos con una calibración adecuada. [4] El componente de velocidad se mide a lo largo de la línea que conecta el volumen de muestreo con el receptor. Los datos de velocidad deben transformarse a un sistema cartesiano de coordenadas y la transformación trigonométrica puede causar algunos errores de resolución de velocidad.
Aunque la velocimetría acústica Doppler (ADV) se ha convertido en una técnica popular en aplicaciones de laboratorio y de campo, varios investigadores señalaron con precisión que las salidas de señal ADV incluyen los efectos combinados de fluctuaciones de velocidad turbulenta, ruido Doppler, aliasing de señal, cizallamiento turbulento y otras perturbaciones. Las evidencias incluyen altos niveles de ruido y picos en todos los componentes de velocidad. [2] [5] En flujos turbulentos, las salidas de velocidad ADV son una combinación de ruido Doppler, aliasing de señal, fluctuaciones de velocidad, vibraciones de instalación y otras perturbaciones. La señal puede verse afectada negativamente aún más por el cizallamiento de velocidad a través del volumen de muestreo y la proximidad de límites. [6] Lemmin y Lhermitte, [7] Chanson et al., [8] y Blanckaert y Lemmin [9] analizaron el ruido Doppler inherente de un sistema ADV. Los picos pueden ser causados por el aliasing de la señal Doppler. McLelland y Nicholas [2] explicaron los procesos físicos mientras que Nikora y Goring, [5] Goring y Nikora [10] y Wahl [11] desarrollaron técnicas para eliminar errores de aliasing llamados "picos". Estos métodos se desarrollaron para situaciones de flujo constante y se probaron en canales artificiales. No todos son confiables, y la técnica de eliminación de picos de umbralización de espacio de fase parece ser un método robusto en flujos constantes [11] [12] ). Simplemente, los datos de velocidad ADV "brutos" no son velocidades turbulentas "verdaderas" y nunca se deben usar sin un posprocesamiento adecuado (por ejemplo, [10] [11] [12] ). Chanson [3] presentó un resumen de las experiencias obtenidas durante las investigaciones de laboratorio y de campo con los sistemas ADV de Sontek y Nortek.