CN103712773A - 一种实验用波浪参数测量装置 - Google Patents

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CN103712773A CN201410018314.4A CN201410018314A CN103712773A CN 103712773 A CN103712773 A CN 103712773A CN 201410018314 A CN201410018314 A CN 201410018314A CN 103712773 A CN103712773 A CN 103712773A
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刘志慧
牛怀磊
张家行
刘新泽
汤皓
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Abstract

本发明属于波浪参数测量设备技术领域，涉及一种实验用波浪参数测量装置，由两块角钢和两条钢板间隔焊接组成的长方形结构的固定支架放置在外部的实验室水槽上，第一波高传感器和第二波高传感器分别固定在固定支架的两块角钢上，其中，第一波高传感器置于第二波高传感器的前面；手持式数据采集模块分别与第一波高传感器、第二波高传感器和电源电信息连接，电源为第一波高传感器、第二波高传感器和手持式数据采集模块供电，接通电源便能同时测量波浪的波高、波周期和波长三个参数；其结构简单，操作方便，原理科学，测量数据准确，能直接测量波浪参数，不仅能实现对波长的测量，同时还能对波浪参数进行同步测量。

Description

一种实验用波浪参数测量装置
技术领域：
本发明属于波浪参数测量设备技术领域，涉及一种适用于实验室较小水槽波浪参数测量系统，特别是一种实验用波浪参数测量装置，能同时测量规则波的周期、波高和波长这三个参数。
背景技术：
波浪作为海洋结构物的环境载体起着非常重要的作用，波高、波长和波周期是波浪的三个重要参数，这三个参数的精确程度关系到海洋结构物的波压力、波浪力和动力响应等计算的准确性，在对哈尔滨工程大学和中国石油大学等一些国内知名院校的船舶工程进行调研过程中，实验室在对波浪三要素测量时，波高和波周期是通过波高仪和秒表测量得到的，而波长的测量一般是用利用测得的波周期通过经验公式计算得到的，并没有直接实际测量，这样得到的波长在小水槽里与实际波长存在较大差异，得到的波浪参数不准确。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种实验用波浪参数测量装置，同时测量波浪的波周期、波高和波长这三个参数，提高数据的准确性。
为了实现上述目的，本发明的主体结构包括第一波高传感器、第二波高传感器、手持式数据采集模块、固定支架和电源；由两块角钢和两条钢板间隔焊接组成的长方形结构的固定支架放置在外部的实验室水槽上，第一波高传感器和第二波高传感器分别固定在固定支架的两块角钢上，其中，第一波高传感器置于第二波高传感器的前面；手持式数据采集模块分别与第一波高传感器、第二波高传感器和电源电信息连接，电源为第一波高传感器、第二波高传感器和手持式数据采集模块供电，接通电源便能同时测量波浪的波高、波周期和波长三个参数；手持式数据采集模块采用常用的市售产品。
本发明实现波浪参数测量的具体过程为：
（1）、先将固定支架固定在外部的实验室水槽上；再将第一波高传感器和第二波高传感器分别固定安装在固定支架上，且沿波浪传播方向，将第一波高传感器置于第二波高传感器的前面，并把第一波高传感器1到第二波高传感器的距离记为△x；
（2）、将第一波高传感器、第二波高传感器和电源分别与手持式数据采集模块电信息接通；并使电源为波高传感器、波高传感器、手持式数据采集模块供电；
（3）、在手持式数据采集模块中输入第一波高传感器到第二波高传感器的距离△x，当实验室水槽中有波浪产生时，手持式数据采集模块采集得到第一波高传感器和第二波高传感器随时间变化的波形图，采集结束后在手持式数据采集模块界面上显示波高、波周期和波长的数值。
本发明的工作原理为：手持式数据采集模块上设置有第一波高传感器到第二波高传感器的距离△x的输入项，手持式数据采集模块先捕捉第一波高传感器采集到的第x个波峰的时刻t1和第x+1个波峰的时刻t2，再捕捉第一波高传感器t1时刻对应的第x个波峰的波峰值h1和
Figure BDA0000457480420000021
时刻对应的波谷值h2，波峰和波谷相差半个周期，若t1时刻对应的是波峰，则
Figure BDA0000457480420000022
时刻对应的是波谷；然后捕捉第一波高传感器采集到的第n个波峰的时刻t3和第二波高传感器采集到的第n个波峰的时刻t4，根据捕捉到的信息，在手持式数据采集模块的界面上输出周期T=t2-t1，波高H=|h2-h1|，波长的具体数值；其中，x和n均为正整数。
本发明与现有技术相比，其结构简单，操作方便，原理科学，测量数据准确，能直接测量波浪参数，不仅能实现对波长的测量，同时还能对波浪参数进行同步测量。
附图说明：
图1为本发明的主体结构原理示意图。
图2为本发明实施例的波形随时间变化的曲线图。
图3为本发明实施例两个波高传感器采集到的波形变化曲线图，其中，实线为第一波高传感器1测量到的波形随时间变化的曲线，虚线为第二波高传感器2测量得到的波形随时间变化的曲线。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图作进一步说明。
实施例：
本实施例的主体结构包括第一波高传感器1、第二波高传感器2、手持式数据采集模块3、固定支架4和电源5；由两块角钢和两条钢板间隔焊接组成的长方形结构的固定支架4放置在外部的实验室水槽上，第一波高传感器1和第二波高传感器2分别固定在固定支架4的两块角钢上，其中，第一波高传感器1置于第二波高传感器2的前面；手持式数据采集模块3分别与第一波高传感器1、第二波高传感器2和电源5电信息连接，电源5为第一波高传感器1、第二波高传感器2和手持式数据采集模块3供电，接通电源5便能同时测量波浪的波高、波周期和波长三个参数；手持式数据采集模块3采用常用的市售产品。
本实施例实现波浪参数测量的具体过程为：
（1）、先将固定支架4固定在外部的实验室水槽上；再将第一波高传感器1和第二波高传感器2分别固定安装在固定支架4上，且沿波浪传播方向，第一波高传感器1置于第二波高传感器2的前面；第一波高传感器1到第二波高传感器2的距离记为△x；
（2）、将第一波高传感器1、第二波高传感器2和电源5分别与手持式数据采集模块3电信息接通；电源5为波高传感器1、波高传感器2、手持式数据采集模块3供电；
（3）、在手持式数据采集模块3中输入第一波高传感器1到第二波高传感器2的距离△x，当实验室水槽中有波浪产生时，手持式数据采集模块3采集得到第一波高传感器1和第二波高传感器2随时间变化的波形图，采集结束后在手持式数据采集模块3界面上显示波高、波周期和波长的数值。
本实施例的工作原理为：第一波高传感器1到第二波高传感器2的距离小于波长，记为△x，经手持式数据采集模块3采集到的波浪过程线即波形随时间变化的曲线如图1所示，根据波周期的定义：波周期为相邻的波峰、波谷之间的时间间隔；波高为相邻的波峰和波谷之间的垂直距离，从图1可以得到：波周期T=t2-t1，波高H=|h2-h1|；第一波高传感器1和第二波高传感器2采集到的波形在同一个窗口显示结果如图2所示，其中，实线为第一波高传感器1测量到的波形随时间变化的曲线，虚线为第二波高传感器2测量得到的波形随时间变化的曲线，t3为某一个波峰到达波高传感器1的时刻，t4为该波峰到达波高传感器2的时刻，即：△t=t4-t3为同一波峰由位置1到达位置2的时间，由于波高传感器1和波高传感器2之间的距离小于一个波长，因此，波速波长λ=c·T，因此能测得波高、波周期和波长三个参数。

Claims (3)

1.一种实验用波浪参数测量装置，其特征在于主体结构包括第一波高传感器、第二波高传感器、手持式数据采集模块、固定支架和电源；由两块角钢和两条钢板间隔焊接组成的长方形结构的固定支架放置在外部的实验室水槽上，第一波高传感器和第二波高传感器分别固定在固定支架的两块角钢上，其中，第一波高传感器置于第二波高传感器的前面；手持式数据采集模块分别与第一波高传感器、第二波高传感器和电源电信息连接，电源为第一波高传感器、第二波高传感器和手持式数据采集模块供电，接通电源便能同时测量波浪的波高、波周期和波长三个参数；手持式数据采集模块采用常用的市售产品。
2.根据权利要求1所述的实验用波浪参数测量装置，其特征在于实现波浪参数测量的具体过程为：
（1）、先将固定支架固定在外部的实验室水槽上；再将第一波高传感器和第二波高传感器分别固定安装在固定支架上，且沿波浪传播方向，将第一波高传感器置于第二波高传感器的前面，并把第一波高传感器到第二波高传感器的距离记为△x；
（2）、将第一波高传感器、第二波高传感器和电源分别与手持式数据采集模块电信息接通；并使电源为波高传感器、波高传感器、手持式数据采集模块供电；
（3）、在手持式数据采集模块中输入第一波高传感器到第二波高传感器的距离△x，当实验室水槽中有波浪产生时，手持式数据采集模块采集得到第一波高传感器和第二波高传感器随时间变化的波形图，采集结束后在手持式数据采集模块界面上显示波高、波周期和波长的数值。
3.工作原理为：手持式数据采集模块上设置有第一波高传感器到第二波高传感器的距离△x的输入项，手持式数据采集模块先捕捉第一波高传感器采集到的第x个波峰的时刻t1和第x+1个波峰的时刻t2，再捕捉第一波高传感器t1时刻对应的第x个波峰的波峰值h1和
Figure FDA0000457480410000021
时刻对应的波谷值h2，波峰和波谷相差半个周期，若t1时刻对应的是波峰，则
Figure FDA0000457480410000022
时刻对应的是波谷；然后捕捉第一波高传感器采集到的第n个波峰的时刻t3和第二波高传感器采集到的第n个波峰的时刻t4，根据捕捉到的信息，在手持式数据采集模块的界面上输出周期T=t2-t1，波高H=|h2-h1|，波长
Figure FDA0000457480410000023
的具体数值；其中，x和n均为正整数。
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