机械旋桨式海流计是海洋水文测量中常用的海流测量仪器，它是根据海流对海流计转子(即旋桨部位)的动量传递而进行工作的。当海水流过海流计时，海流的直线运动能量产生转子转矩，此转矩克服转子的惯性、轴承等内摩阻，以及海流与转子之间相对运动引起的流体阻力等，使转子转动。从流体力学理论分析，上述各力作用下的运动机理十分复杂，而其综合作用结果使复杂程度加深，难以具体分析，但其作用结果却十分简单:即在一定的速度范围内，海流计转子的转速与海流速度呈简单的近似线性关系。因此，国内外都应用传统的水槽实验方法，建立转子转速与水流速度的经验公式

式(6.1)是以前的公式，由生产厂家提供，现有标准规定的公式为

式中，K、b为海流计转子的水力螺距；C、a为常数；n为海流计转子的转率。

尽管使用上述公式即可简单地计算出海流速度，但并不意味着V和n间存在着数学上的线性关系。而仅说明在一定的流速范围内，n和V呈近似的线性关系。故该公式仅仅是一个经验公式。经验公式是根据海流计检定试验得到的一组实验点据，经数据处理，求得K(b)和C(a)，从而得到该经验公式。当流速超出规定范围时，此经验公式不成立或误差较大。

直读式海流计是目前国内使用较广的旋浆式海流计。它主要由水下探测器、水上显示器和传输电缆等部分组成，其结构如图6.1所示。水下探测器和水上显示器之间用一根三芯轻便负重电缆连接，100m电缆在空气中仅重6kg。电缆中有增加强度的钢丝，所以强度较高，可以直接承吊水下探测器。

在水下探测器中，流速传感器由旋浆与磁敏器件组成。旋浆在水流的冲击下转动，旋浆的转速正比于被测流速。仪器经内部率定，就能测出实际流速值。旋浆的转动通过磁性耦合，使防水密封机身内的干簧管产生相应的动作。尾舵用于感受流向，使机身在水中的形态稳定，保持与水流方向一致。在防水密封的不锈钢机壳内，装有发送测量信号的传感器及变换电路。仪器的旋浆具有良好的流入角特性和倾斜特性。(www.daowen.com)

图6.1　直读式海流计结构图

①旋桨；②信号发送；③导流罩；④保护罩；⑤干簧管；⑥传输电缆；⑦吊架；⑧机身；⑨尾翼；⑩数据终端

仪器的水上显示器主要由单片机、液晶显示器及电源组成。单片机是仪器的核心，用于定时控制、测量、记忆、数据处理、显示驱动及打印驱动。单片机通过控制晶体管T2的导通来控制电缆芯线3(相对于地)的电位。电缆芯线1接地。芯线2用于传输测量信号。

在测流状态下T2不导通，电缆芯线3的电位为0，PNP型晶体管T1由R3提供的偏压而导。旋浆(图6.1①)上嵌有两小块磁铁(图6.1②)，在密封机壳内的相应位置装有干簧管G(图6.1⑤)。当旋浆转动时，磁铁块与干簧管的距离时远时近，从而使干簧管G时通时断而产生电流脉冲，其频率正比于流速。流速为3～350cm/s时，相应的脉冲频率为0～17.5Hz。流速脉冲经电缆芯线2传到水上显示器。因R1的存在，电流脉冲变为电压脉冲。在快测档，每次10s的脉冲微分计数为350，即350cm/s。在正常档，每次测速用150s，经单片机计算后，显示平均流速。该仪器流速测量范围为3～350cm/s，启动流速小于3cm/s。在测速状态下，V-F变换器因无电源而不工作。

在流向测量状态时T2导通，电缆芯线3的电位为电源正(约＋6V)。在此条件下，电阻R3和R4的比例使晶体管T1所得的偏压不足而不导。这时，尽管旋浆和干簧管仍在照常动作，但不会产生流速脉冲电流。而电缆芯线3的正电位使一个＋5V输出的精密恒压源工作，该恒压源向流向传感器供电，使流向传感器动作，输出信号。同时，V-F变换器因获得工作电源而开始正常工作。流向传感器把机身方向和地磁子午线的夹角变为电压信号，经电缆芯线2传到水上显示器。相应于量程0°～360°，信号的频率为1～440Hz。流向传感器采用原国家海洋局海洋技术研究所研制的YLS-2型电位计罗盘，这种罗盘体积小，精度高。它与双垂直尾翼和水平尾翼配合测出流向值。由于仪器采用了较好的隔磁措施，使整机的流向精度小于±4°。每次流向测量状态只保持1.2s。为了延长电池的使用寿命，所用单片机及接口集成线路都是CMOS型，并尽可能按间歇方式工作。水下探测器和水上显示器共用一组6V直流工作电压。水下探测器的工作状态由单片机通过三芯电缆1、2、3控制，由流速和流向传感器采集的信号经过A/D转换后，通过三芯电缆送至单片机进行数据处理，然后传送至显示器、打印机和存储器。该仪器的记忆功能，仅限于每小时的整点数据，只能记忆48个数据。该仪器不搭配任何外部设备即可按液晶显示数字直读方式工作，又能配合打印机工作，还有能与任何微机系统连接的RS-232接口，既能给出当时直读的测量数据，又能导出存储的测量数据。测量系统采用低功耗单片机对测量数据进行处理，整机以低功耗运行，每次测量结束都有音响提示，如图6.2所示。