CN105698772A

CN105698772A - 双球式海浪波速与波长遥感装置

Info

Publication number: CN105698772A
Application number: CN201610139162.2A
Authority: CN
Inventors: 冯越
Original assignee: Yancheng Teachers University
Current assignee: Yancheng Teachers University
Priority date: 2016-03-06
Filing date: 2016-03-06
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2036-03-06
Also published as: CN105698772B

Abstract

本发明提供了一种双球式海浪波速与波长遥感装置，包括主球、副球、互连桶、侧翼、尾翼、温度传感器、角度传感器、霍尔传感器、水压泵、水轮机、微型发电机、蓄电池、电路板和管状天线等，主球、互连桶、副球、尾翼和侧翼构成装置主体，水压泵、水轮机、微型发电机和蓄电池构成供电机构，本装置除了能够测量海浪波速与海浪波长外，还能测量海浪高度、海浪倾角、浅水温度、近海面空气温度和海洋漩涡参数等，所有海洋参数通过无线电发射可以进行远程遥感，装置具有结构简单、造价低廉、利于普及、容易操作、电源自给、绿色环保、方便实用和使用寿命长等优点，适用于海洋工程、海洋建设和海洋科考等。

Description

双球式海浪波速与波长遥感装置

技术领域

本发明涉及一种海浪参数测量仪器，尤其涉及一种海浪波速与波长遥感装置，属于海洋动力参数测量仪器领域。

背景技术

在海洋工程、海洋建设和海洋科考方面，经常需要测量海洋参数，例如海水温度、海洋深度、海浪高度、海浪波长和漩涡旋度等，目前这方面的测量方法和装置很多，例如浮球法、GPS定位法、卫星照相法、激光探测法和X波段雷达法等等，构想各有千秋，仪器性能各有优劣，上述方法中多数方法及装置构造复杂，造价昂贵，难以普及。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、造价低廉、方便普及和容易操作的测量装置，除了能够测量海浪波速与海浪波长外，还能测量海浪高度、海浪倾角、浅水温度、近海面空气温度和海洋漩涡参数等。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：本装置包括主球1、阻尼叶2、管状天线4、温度传感器5、发光二极管6、弹簧7、天线座8、屏蔽罩9、电路板10、上支架11、外环12、转轴13、微型发电机14、水轮机15、三通16、单向门17、活塞18、互连桶19、曲柄20、电缆线21、水管22、活塞23、单向门24、副球25、单向门26、进水口27、水压泵28、连杆29、铁块30、连杆31、水压泵32、单向门33、进水口34、出水口35、内环36、水平支架37、下支架38、小磁钢39、轴承40、转轴41、霍尔传感器42、底桶43、蓄电池44、惯性轮45、阻尼叶46、弹簧47、垂直支架48、尾翼49、角度传感器50、角度传感器附件51、玻璃管52、霍尔传感器53、磁性钢球54、重锤55、角度传感器56、角度传感器附件57、转轴58、侧翼59、温度传感器60、磁性钢球61和玻璃管62；

主球1、互连桶19、副球25、尾翼49和侧翼59构成装置主体，水平支架37、弹簧47、垂直支架48、玻璃管52、霍尔传感器53、磁性钢球54、重锤55、磁性钢球61和玻璃管62构成浪高测量机构，外环12、转轴13、内环36、角度传感器50、角度传感器附件51、角度传感器56、角度传感器附件57和转轴58构成倾角测量机构，底桶43和温度传感器60构成水温测量机构，管状天线4和温度传感器5构成气温测量机构，下支架38、小磁钢39、轴承40、转轴41、霍尔传感器42、惯性轮45和阻尼叶46构成漩涡测量机构，电路板10和管状天线4构成遥感机构，水轮机15、微型发电机14和蓄电池44构成供电机构；

主球1顶部设有天线座8、管状天线4、弹簧7、温度传感器5和发光二极管6，主球1腰部设有一个尾翼49和两个侧翼59，主球1底部设有底桶43、蓄电池44和温度传感器60，主球1内部设有上支架11、下支架38和转轴13，上支架11上面设有电路板10和屏蔽罩9，下支架38上面设有霍尔传感器42、轴承40、转轴41、惯性轮45、小磁钢39和阻尼叶46，转轴13上面设有外环12、转轴58、内环36、水平支架37、角度传感器附件51、角度传感器56、角度传感器附件57和垂直支架48，垂直支架48上面设有霍尔传感器53、玻璃管52、弹簧47、磁性钢球54、阻尼叶2和重锤55；副球25内的零件与主球1内的部分零件相同，副球25内设有转轴13、外环12、内环36、水平支架37和垂直支架48，垂直支架48上面设有玻璃管62、弹簧47、磁性钢球61、霍尔传感器53、阻尼叶2和重锤55；

互连桶19外部设有进水口27、进水口34和出水口35，互连桶19内部设有微型发电机14、水轮机15、水压泵28、水压泵32、电缆线21和水管22，水压泵28的右端设有单向门24和单向门26，水压泵32的左端设有单向门17和单向门33，活塞18和活塞23通过连杆31、曲柄20、铁块30和连杆29连接在一起，单向门24的出水与单向门17的出水通过水管22和三通16汇合后进入水轮机15；

本装置放入海洋中时，主球1和副球25随着波浪不断起伏，由于铁块30的惯性作用，铁块30在互连桶19内左右运动，铁块30分别通过连杆31和连杆29推动活塞18和活塞23工作，当活塞18和活塞23向右运动时，水压泵32的单向门17关闭，单向门33打开，海水从进水口34吸入水压泵32内，与此同时，水压泵28的单向门26关闭，单向门24打开，水压泵28内的海水被活塞23从单向门24挤出，海水通过水管22和三通16后推动水轮机15和微型发电机14工作；

当活塞18和活塞23向左运动时，水压泵28的单向门24关闭，单向门26打开，海水从进水口27吸入水压泵28内，与此同时，水压泵32的单向门33关闭，单向门17打开，水压泵32内的海水被活塞18从单向门17挤出，海水通过三通16后推动水轮机15和微型发电机14工作，微型发电机14的电能一部分供给电路板工作，一部分为蓄电池44充电。

由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：本装置除了能够测量海浪波速与海浪波长外，还能测量海浪高度、海浪倾角、浅水温度、近海面空气温度和海洋漩涡参数等，所有海洋参数通过无线电发射可以进行远程遥感，装置具有结构简单、造价低廉、利于普及、容易操作、电源自给、绿色环保、方便实用和使用寿命长等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明有如下6幅附图：

图1是本装置的结构示意图，

图2是本装置的俯视图，

图3是本装置主球的结构示意图，

图4是本装置主球的俯视图，

图5是本装置互连桶的结构示意图，

图6是用本装置测量和计算海浪波速与海浪波长的示意图。

附图中所标各数字分别表示如下：

1.主球，2.阻尼叶，3.管内引线，4.管状天线，5.温度传感器，6.发光二极管，7.弹簧，8.天线座，9.屏蔽罩，10.电路板，11.上支架，12.外环，13.转轴，14.微型发电机，15.水轮机，16.三通，17.单向门，18.活塞，19.互连桶，20.曲柄，21.电缆线，22.水管，23.活塞，24.单向门，25.副球，26.单向门，27.进水口，28.水压泵，29.连杆，30.铁块，31.连杆，32.水压泵，33.单向门，34.进水口，35.出水口，36.内环，37.水平支架，38.下支架，39.小磁钢，40.轴承，41.转轴，42.霍尔传感器，43.底桶，44.蓄电池，45.惯性轮，46.阻尼叶，47.弹簧，48.垂直支架，49.尾翼，50.角度传感器，51.角度传感器附件，52.玻璃管，53.霍尔传感器，54.磁性钢球，55.重锤，56.角度传感器，57.角度传感器附件，58.转轴，59.侧翼，60.温度传感器，61.磁性钢球，62.玻璃管，63.波峰，64.海浪，65.波谷，66.波浪前进方向，67.波峰，L.球心距离，V.浪速，λ波长。

具体实施方式

1.根据图1和图2，本装置包括主球1、阻尼叶2、管状天线4、温度传感器5、发光二极管6、弹簧7、天线座8、屏蔽罩9、电路板10、上支架11、外环12、转轴13、微型发电机14、水轮机15、三通16、单向门17、活塞18、互连桶19、曲柄20、电缆线21、水管22、活塞23、单向门24、副球25、单向门26、进水口27、水压泵28、连杆29、铁块30、连杆31、水压泵32、单向门33、进水口34、出水口35、内环36、水平支架37、下支架38、小磁钢39、轴承40、转轴41、霍尔传感器42、底桶43、蓄电池44、惯性轮45、阻尼叶46、弹簧47、垂直支架48、尾翼49、角度传感器50、角度传感器附件51、玻璃管52、霍尔传感器53、磁性钢球54、重锤55、角度传感器56、角度传感器附件57、转轴58、侧翼59、温度传感器60、磁性钢球61和玻璃管62。

2.主球1、互连桶19、副球25、尾翼49和侧翼59构成装置主体，水平支架37、弹簧47、垂直支架48、玻璃管52、霍尔传感器53、磁性钢球54、重锤55、磁性钢球61和玻璃管62构成浪高测量机构，外环12、转轴13、内环36、角度传感器50、角度传感器附件51、角度传感器56、角度传感器附件57和转轴58构成倾角测量机构，底桶43和温度传感器60构成水温测量机构，管状天线4和温度传感器5构成气温测量机构，下支架38、小磁钢39、轴承40、转轴41、霍尔传感器42、惯性轮45和阻尼叶46构成漩涡测量机构，电路板10和管状天线4构成遥感机构，水轮机15、微型发电机14和蓄电池44构成供电机构。

3.主球1顶部设有天线座8、管状天线4、弹簧7、温度传感器5和发光二极管6，主球1腰部设有一个尾翼49和两个侧翼59，主球1底部设有底桶43、蓄电池44和温度传感器60，主球1内部设有上支架11、下支架38和转轴13，上支架11上面设有电路板10和屏蔽罩9，下支架38上面设有霍尔传感器42、轴承40、转轴41、惯性轮45、小磁钢39和阻尼叶46，转轴13上面设有外环12、转轴58、内环36、水平支架37、角度传感器附件51、角度传感器56、角度传感器附件57和垂直支架48，垂直支架48上面设有霍尔传感器53、玻璃管52、弹簧47、磁性钢球54、阻尼叶2和重锤55；副球25内的零件与主球1内的部分零件相同，副球25内设有转轴13、外环12、内环36、水平支架37和垂直支架48，垂直支架48上面设有玻璃管62、弹簧47、磁性钢球61、霍尔传感器53、阻尼叶2和重锤55。

4.互连桶19外部设有进水口27、进水口34和出水口35，互连桶19内部设有微型发电机14、水轮机15、水压泵28、水压泵32、电缆线21和水管22，水压泵28的右端设有单向门24和单向门26，水压泵32的左端设有单向门17和单向门33，活塞18和活塞23通过连杆31、曲柄20、铁块30和连杆29连接在一起，单向门24的出水与单向门17的出水通过水管22和三通16汇合后进入水轮机15。

5.本装置放入海洋中时，主球1和副球25随着波浪不断起伏，由于铁块30的惯性作用，铁块30在互连桶19内左右运动，铁块30分别通过连杆31和连杆29推动活塞18和活塞23工作，当活塞18和活塞23向右运动时，水压泵32的单向门17关闭，单向门33打开，海水从进水口34吸入水压泵32内，与此同时，水压泵28的单向门26关闭，单向门24打开，水压泵28内的海水被活塞23从单向门24挤出，海水通过水管22和三通16后推动水轮机15和微型发电机14工作。

6.当活塞18和活塞23向左运动时，水压泵28的单向门24关闭，单向门26打开，海水从进水口27吸入水压泵28内，与此同时，水压泵32的单向门33关闭，单向门17打开，水压泵32内的海水被活塞18从单向门17挤出，海水通过三通16后推动水轮机15和微型发电机14工作，微型发电机14的电能一部分供给电路板工作，一部分为蓄电池44充电。

7.根据图3和图4，主球1内侧设有两根转轴13，两根转轴13连接外环12，外环12内侧设有两根转轴58，两根转轴58连接内环36，外环12和内环36通过转轴13和转轴58构成万向节，内环36内侧连接十字形水平支架37，十字形水平支架37中心连接一根圆筒形垂直支架48，垂直支架48内部设有玻璃管52，玻璃管52顶部设有四只阻尼叶2，四只阻尼叶2构成十字形，玻璃管52底部连接重锤55，玻璃管52内部的中间位置设有一只可活动的磁性钢球54，磁性钢球54的上方与下方各连接一根弹簧47，磁性钢球54和弹簧47的外径略小于玻璃管52的内径，使磁性钢球54能够在玻璃管52内上下运动，磁性钢球54上下运动时会受到玻璃管52内的空气阻力，即阻尼作用，玻璃管52外侧与垂直支架48内侧的中部设有霍尔传感器53，当海浪波动时，主球1和副球25随之波动，利用重锤55的惯性作用以及外环12和内环36构成的万向节，使玻璃管52保持垂直状态，在此条件下，利用磁性钢球54的惯性作用以及磁性钢球54与霍尔传感器53的位置变化，可以测出海浪强度，即海浪高度，磁性钢球61的工作原理与磁性钢球54的工作原理相同。

8.根据图1图3，主球1内侧底部设有下支架38，下支架38为十字形结构，下支架38的边沿连接在主球1内部的壳体上，下支架38的中心设有轴承40，轴承40中间连接转轴41底端，转轴41上端连接惯性轮45，惯性轮45的结构为边沿厚中心薄，惯性轮45边沿上每隔60度安装一只阻尼叶46，阻尼叶46垂直设置，下支架38中部设有四只霍尔传感器42，四只霍尔传感器42以转轴41为中心每隔90度安装一只，惯性轮45中部设有两只小磁钢39，当海洋有漩涡时，本装置随之旋转，利用惯性轮45的惯性作用和阻尼叶46的阻尼作用以及霍尔传感器42与小磁钢39的位置变化，测出海洋漩涡强度。

9.底桶43内侧底部设有温度传感器60，主球1内侧中部左边设有角度传感器50，外环12的左边设有角度传感器附件51，角度传感器附件51靠近角度传感器50，外环12上设有角度传感器56，内环36上设有角度传感器附件57，角度传感器附件57靠近角度传感器56，当海浪波动时，利用重锤55的惯性作用以及外环12和内环36构成的万向节，玻璃管52保持垂直状态，在此条件下，利用角度传感器附件51和角度传感器50的位置变化，测量出海浪倾角的大小。

10.蓄电池44作为电路板10、各传感器和发光二极管6的电源，发光二极管6为夜间脉冲发光，便于船只和人员识别，管状天线4中部设有弹簧7，遇到障碍物时起到缓冲作用，可避免管状天线4折断，电缆线21的作用是将副球25中的电信号引入到主球1内电路板10中进行放大和处理。

11.副球25的截面积比主球1的截面积小，在水中副球25的阻力比主球1的阻力小，加上主球1的外侧设有尾翼49和侧翼59，所以在海浪冲击下，装置的副球25会迎着海浪来的方向，当海浪的波峰到达副球25或主球1时，由于磁性钢球61和磁性钢球54的惯性作用，磁性钢球61和磁性钢球54分别在玻璃管62和玻璃管52的谷点位置。

12.根据图6，设t₁为波峰63依次到达副球25和主球1的时间差；t₂为波峰63和波峰67依次到达主球1的时间差，则浪速与波长的计算步骤为：

(1)根据磁性钢球61在玻璃管62中和磁性钢球54在玻璃管52中的谷点时间，求出波峰63依次到达副球25和主球1的时间差t₁；

(2)在已知球心距离L的情况下，依据公式“速度＝距离/时间”，求出浪速V＝L/t₁；

(3)根据磁性钢球54两次在玻璃管52中的谷点时间，求出波峰63和波峰67依次到达主球1的时间差t₂；

(4)依据公式“距离＝速度×时间”，求出波长λ＝V×t₂。

Claims

1.一种双球式海浪波速与波长遥感装置，主要包括主球1、管状天线4、温度传感器5、发光二极管6、电路板10、上支架11、外环12、转轴13、微型发电机14、水轮机15、单向门17、活塞18、互连桶19、活塞23、单向门24、副球25、单向门26、进水口27、水压泵28、连杆29、铁块30、连杆31、水压泵32、单向门33、进水口34、出水口35、内环36、水平支架37、下支架38、小磁钢39、轴承40、转轴41、霍尔传感器42、底桶43、蓄电池44、惯性轮45、阻尼叶46、弹簧47、垂直支架48、尾翼49、角度传感器50、玻璃管52、霍尔传感器53、磁性钢球54、重锤55、角度传感器56、转轴58、侧翼59、温度传感器60、磁性钢球61和玻璃管62；

主球1、互连桶19、副球25、尾翼49和侧翼59构成装置主体，水平支架37、弹簧47、垂直支架48、玻璃管52、霍尔传感器53、磁性钢球54、重锤55、磁性钢球61和玻璃管62构成浪高测量机构，电路板10和管状天线4构成遥感机构，水轮机15、微型发电机14和蓄电池44构成供电机构；

其特征在于：主球1腰部设有一个尾翼49和两个侧翼59，主球1内部设有上支架11、下支架38和转轴13，上支架11上面设有电路板10，下支架38上面设有霍尔传感器42、轴承40、转轴41、惯性轮45、小磁钢39和阻尼叶46，转轴13上面设有外环12、转轴58、内环36、水平支架37、角度传感器56和垂直支架48，垂直支架48上面设有霍尔传感器53、玻璃管52、弹簧47、磁性钢球54、阻尼叶2和重锤55；副球25内设有转轴13、外环12、内环36、水平支架37和垂直支架48，垂直支架48上面设有玻璃管62、磁性钢球61、弹簧47、霍尔传感器53、阻尼叶2和重锤55；互连桶19外部设有进水口27、进水口34和出水口35，互连桶19内部设有微型发电机14、水轮机15、水压泵28、水压泵32、电缆线21和水管22，水压泵28的右端设有单向门24和单向门26，水压泵32的左端设有单向门17和单向门33，活塞18和活塞23通过连杆31、曲柄20、铁块30和连杆29连接在一起，单向门24的出水与单向门17的出水通过水管22和三通16汇合后进入水轮机15。

2.根据权利要求1所述的双球式海浪波速与波长遥感装置，其特征在于：当活塞18和活塞23向右运动时，水压泵32的单向门17关闭，单向门33打开，海水从进水口34吸入水压泵32内，与此同时，水压泵28的单向门26关闭，单向门24打开，水压泵28内的海水被活塞23从单向门24挤出，海水通过水管22和三通16后推动水轮机15和微型发电机14工作；当活塞18和活塞23向左运动时，水压泵28的单向门24关闭，单向门26打开，海水从进水口27吸入水压泵28内，与此同时，水压泵32的单向门33关闭，单向门17打开，水压泵32内的海水被活塞18从单向门17挤出，海水通过三通16后推动水轮机15和微型发电机14工作，微型发电机14的电能一部分供给电路板工作，一部分为蓄电池44充电。