声学多普勒流速剖面仪从最初的走航式，衍生出固定在岸壁、桩体上的横向测量设备H-ADCP（horizontal acoustic Doppler current profile）和固定在水底的垂向测量设备V-ADCP（vertical acoustic Doppler current profile）。

ADCP以仪器中心为原点构建了一个三维坐标系，并以仪器中心轴对称布置了若干个波束轴，为了利用多普勒效应，将波束轴设置成与仪器中心轴具有固定的外倾夹角。ADCP换能器向波束轴方向发射的声信号，经水体中随水流运动的悬浮物质散射后，部分回波被换能器接收。通过测定声信号在波束声程上不同位置的多普勒频移，得到波束上的轴向流速分布，通过合成处理，得到仪器中心轴上的流速矢量分布，即流速剖面。再通过内置的罗盘得到仪器坐标系的磁方向，就可以得到地球坐标系流速剖面。其过程即：波束坐标（V₁、V₂、V₃、V₄）→仪器坐标（V_X、V_Y、V_Z）→地球坐标（V_N、V_E、V_H）的测量与处理。在实际应用中，剖面往往被划分成几十个至上百个单元，如同在仪器中心轴上有众多流速仪在同时观测。

图1 多普勒流速剖面测量原理示意图

ADCP除了测定仪器坐标系上的流速剖面，还同时通过声信号的河底反射后频率的变化测得仪器相对大地运动的速度和方向（又称“底跟踪”）。仪器坐标系上的流速矢量，通过坐标转换，变成相对大地的运动矢量。利用二维向量积原理，用流速、航速及其方向夹角计算断面流量，使得ADCP能够直接测量河流流量。

式中为航迹总历时；为剖面水深；为流速；为航速；为流速与航速矢量的夹角；为垂向距离；为剖面观测时间。

图2 走航ADCP测流原理示意图

走航式ADCP测流完全符合“流量模”理论。与常规的流速仪法测流以部分面积及其部分平均流速进行流量计算是一致的，相当于以高密度垂线和测点的流速仪法测流，所以精度优势明显。

H-ADCP以仪器中心为原点建立平面坐标系，两个波束与仪器中心轴对称布置，波束外倾（一般采用20°外倾角），用以监测水下某一层流的流速与往复情况。除了港口、工程利用观测流态外，主要用于河渠流量监测。在理想的水文测验环境条件下，断面水力因素变化规则稳定，在断面上能够提供有规律的流速分布，经过分析确定代表流层的高度和区间位置，将H-ADCP所测代表流速与断面平均流速建立相关关系，间接推算断面流量，可实现流量的自动监测。利用H-ADCP测流，使用效果取决于是否能够有良好的代表流速关系。通常，代表流速并不需要完全横贯断面，但水位变幅相对于水深不宜过大。

图3 H-ADCP测流原理示意图

利用V-ADCP测流，可用代表流速法的方式测流，也可用水力学法的方式测流。前者与H-ADCP相同，后者则是依据水力因素的分布规律，用V-ADCP在断面特征位置处所测的流速剖面，用相应的水力学公式计算管道或渠道流量。这种方法需要断面流速分布非常规则与稳定。

图4 V-ADCP测流原理示意图

按照适用对象的不同，可分为海洋型和河流型。海洋型设备主要为海上平台使用的向下发射的垂线剖面观测设备，一般安装在海洋调查船、石油钻井平台、海洋观测浮标等处，也有横向观测设备安装在港口、潟湖口、海上设施等处，还有坐底安装在海底的。河流型设备主要是采用测船或测量浮体安装的走航式设备，还有横向或坐底固定式设备。海洋型和河流型两大类的显著差异是工作频率的不同，前者多采用低频，后者多采用高频。按信号处理技术不同，可分为宽带、窄带和脉冲相干三类。

按换能器布置结构不同，还有单频和双频之分，多个换能器组（活塞式）和平面相控阵之分，有无中央波束之分，中央波束单一测深和兼有测速功能之分。按使用方式不同，可分为走航测流、巡航调查及固定测流。走航测流安装上有船载和浮体之分，巡航调查安装有船载式和潜航器之分，固定测流安装上有岸边、水中墩墙、水底、浮标等之分。除了固定式的H-ADCP和V-ADCP，其他款型设备仍然以ADCP代称。

ADCP具有不扰动流场、分辨力高、测验历时短、测速范围大、精度高等特点，被广泛用于海洋、河口、湖泊、水库等水体的流场结构调查、流速和流量测验、工程应用等方面。H-ADCP在河槽稳定、水深足够、水位变幅较小的河流上，有较好的使用效果；V-ADCP适宜在没有冲淤和水底推移质影响、流态平稳的人工渠道上应用。对于一些特殊环境下的应用，ADCP可以外接罗盘、卫星定位测量接收机、测深仪等，通过相关的校准操作保证其准确性是必不可少的。

不同类型的ADCP具有多种不同的工作频率，仪器有效量程（即剖面范围）、精度、分辨率以及使用条件也各有差异，需在使用中根据实际情况进行合理选配。