声学多普勒海流计是利用“声学多普勒效应”原理研制而成的测量海流的仪器。1842年，奥地利物理学家及数学家克里斯蒂安·多普勒(Christian Doppler，1803—1853)发现，当频率一定的振源与观察者之间作相对运动时，观察者接收到来自该振源的辐射波频率会发生变化。这种由于振源和观察者之间的相对运动而产生的接收信号相对于振源频率的频移现象被称为多普勒效应。测出此频移就能测出物体的运动速度。实际测量时，换能器发射某一固定频率的声波f0，由于水体中颗粒物的漫反射，换能器可以接收到被水体中颗粒物散射回来的声波f′，假定颗粒物的运动速度V与水体流速相同，当颗粒物的运动方向接近换能器时，换能器接收到的回波频率比发射波频率高；当颗粒物的运动方向背离换能器时，换能器接收到的回波频率比发射波频率低。如果静止介质中的声速取为C，那么声学多普勒频移，即发射声波频率与回波频率之差fd可表示为

式中，fd为多普勒频移；C为声波的传播速度；θ1、θ2分别为V和I1A、I2A连接线的夹角，如图6.5所示，I1为发射器(振源)，A为颗粒物，I2为接收器；f0为I1发射的频率；f′为I2接收到的反射波频率；V为颗粒物的运动速度；V1为颗粒物沿换能器声束方向上的流速分量；V2为颗粒物垂直换能器声束方向上的流速分量。

仪器换能器固定后，C、θ1、θ2、f0均为常数，且大部分声学多普勒仪器的发射器和接收器设计为同一个换能器，即θ1＝θ2＝θ，于是可得水体中颗粒物的运动速度，即水体的运动速度为

式中，K为系数，K＝。

由此可知，水体流速V与fd呈线性关系，这便是声学多普勒海流计测量流速的基本公式。(www.daowen.com)

图6.5　声学多普勒海流计测量流速原理图

由于流速分量V2与换能器声束方向垂直，不会产生多普勒频移，因而一个换能器只能测得与其声束方向一致的流速分量V1，而要获得海流的二维流速、流向数据，必须测得V2，因此声学多普勒海流计至少要配置2个换能器，而目前比较成熟的该类仪器一般都配置3～4个换能器，以便提供海流的三维流速、流向数据。图6.6所示为挪威诺泰克公司生产的三波束声学多普勒海流计“Aquadopp”(中文简称“小阔龙”)。

图6.6　声学多普勒海流计“小阔龙”测流示意图