流向测量方法及流向仪

可大范围地测量水面流速，测量速度快，可测得流速分布，但测速准确度不高。

测量水面流向可以很简单，如浮标测量。测量水下流向要使用专门的流向仪器，由于测流向时都要同时测量流速，所以这类仪器都是流速流向仪。

浮标和测杆可用于测量水面流向。因比较简单，不加详述，着重介绍流速流向仪。

前面介绍的各种声学多普勒流速仪、时差法流速测量、电磁流速仪、扫描式电波流速仪都可以同时测得流速、流向，也可以归为流速流向仪。但通常被称为流速流向仪的是专门用来测量某点流向、流速的仪器，测量流速的可以是转子式流速仪，也可以是非转子式流速仪。

1.流速流向仪的流向测量原理

流向仪在水下测量流向时，仪器本身应能自动对准流向。流向仪中的流向传感器都以地磁场为基准。目前应用较多的流向传感器是一能高灵敏转动的磁针，它一直保持指向北南方向，而流向仪的中轴线应该和水流流向一致。通过各种方式在水上测出水下流向仪相对于磁针（北南方向）的偏角，就测出了流向。

实际应用时，有磁感应式和电阻式等仪器，都可以在水上读出水下流向仪的流向（相对于北南磁极的方向）。电阻式流向仪输出的电阻量可以转换为数字量。比较先进的流向仪中装有数字码盘，可以直接将流向数据转为数字量输出。

可以应用更先进的流向、方位传感器，直接感应地磁场并输出流向数据。ADCP等仪器中已包含了先进的地磁场方向测量仪器。

2.流速流向仪的结构组成

流速流向仪由流速传感器、流向传感器、尾翼、悬挂装置、水上接收指示器、传输电缆等组成。

（1）流速传感器。测量流速的各种方式都可以用于流速流向仪，目前使用的是旋桨式流速仪。

（2）流向传感器。流向传感器是一单独部件，一般安装在流速仪后部，双尾翼的中间。其流向传感部分有不同形式。

（3）尾翼。尾翼要保证流向仪正对流向，同时还要使流向仪稳定地处于正对流向的位置。和转子式流速仪相比，流速流向仪的尾翼要大些，常采用双尾翼，以利稳定。(www.xing528.com)

（4）悬挂装置。测量流向时，倚靠水流对尾翼的冲力使流速流向仪正对流向，流速小时，此冲力很小。为了使流速流向仪能灵敏地转动，需要有专门的悬挂装置，其转动阻力应很小，保证流速流向仪在规定的低速范围内能对准流向。

（5）水上接收指示器。水上接收指示器用电缆与水下的流速流向仪相连，能指示或记录流向数据。它也有相应的流速测量功能。

（6）传输电缆。水上、水下仪器需要用电缆连接，电缆是多芯的，因仪器不同而不同。

3.典型产品介绍

用于陆地水文的流速流向仪产品很少，这里以ZSX—4型数字式流速流向仪（图2.45）为例进行介绍。海洋水文中应用的海流计都能测量流速、流向，产品很多，性能和自动化程度都很好。

图2.45　ZSX—4型数字式流速流向仪

ZSX—4型数字式流速流向仪是ZSX—3型直读式流速流向仪的改进型，使用了光电码盘，输出流向的数字信号。流速仪的信号产生方式应用了磁钢—霍尔元件。

（1）主要技术指标。测量范围：流向0～360°，流速0.1～5m/s；适用水深：＜40m；测量准确度：流向±3°，流速全线相对均方差≤1.5%；测速历时设置：1～100s；测速参数设置：可置入流速仪参数a、b，历时T；使用要求：距离铁质船体≥1.7m；电源：交流220V，或直流12V；数据存储功能：能保存2000个单点记录。

（2）流速流向测量原理。包括流速测量原理和流向测量原理两部分内容。

1）流速测量原理。使用旋桨式流速仪测速，应用磁钢—霍尔元件产生信号，四个磁钢随桨叶转动，一转产生四个信号。

2）流向测量原理。在双尾翼的中部装有流向传感器，内有一个磁性浮子，漂浮在密封在传感器中的油液中，旋转阻力很小。在地磁场的作用下，磁性浮子的南北极能自动转动，一直定位在地磁北南方向。磁浮子的磁力矩带动一光电码盘转动，使光电码盘的基准线也定位在地磁南北方向。流速流向仪正对流向时，就可以从光电码盘上得到流向的数字量输出。

（3）流速流向仪的应用。安装和使用方法与旋桨式流速仪基本相同。要注意远离铁磁物体，应能自由转动，还要注意水上、水下部分多芯电缆连接的可靠性。