CN113109022B - 波浪载荷测量系统及其测量模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波浪载荷测量系统及其测量结构。波浪载荷测量系统包括用于置于水内的结构物，结构物具有密封腔，密封腔的腔壁上设有避让孔；测量模块包括：测力传感器，设于密封腔内；测力传感器一端与密封腔的腔壁刚性固定连接；支撑结构，穿设于避让孔内，且与避让孔的孔壁不刚性接触；支撑结构一端与测力传感器的另一端刚性固定连接，另一端露出密封腔的孔壁的外侧，以用于与环境固定结构固定连接，以实现测力传感器与环境固定结构的固定连接；柔性密封结构，设于避让孔内，以密封避让孔的孔壁与支撑结构之间的空隙。上述波浪载荷测量系统的测量模块，避免传统的连接件对测量精度和稳定性的影响，即能有效提高测量的精度和稳定性。

Description

波浪载荷测量系统及其测量模块

技术领域

本发明涉及波浪载荷研究领域，特别是涉及一种波浪载荷测量系统及其测量模块。

背景技术

波浪载荷涉及到海洋工程内重要的安全防护问题，因此在这一领域有大量的研究。在实验室内进行模型实验是研究这一问题的重要手段。想要精确测量波浪载荷，需要有可靠的波浪载荷测量系统。一般来说，波浪载荷的方向可以用六个自由度来描述，分别是流向，横向，垂向，流向转动，横向转动以及垂向转动。与之对应的六个载荷分别被称为流向作用力，横向作用力，垂向作用力，翻滚力矩，俯仰力矩和偏转力矩。传统的，波浪载荷测量系统包括用以置于水内承受波浪载荷的结构物、以及一端与结构物刚性固定连接的测力传感器。测力传感器的另一端与测量环境中静止的物体刚性固定连接。然而，一般高精度的测力传感器大多不具有防水性能，故在测量时需使得测力传感器位于水面以上。而由于结构物位于水内，故需要在测力传感器与结构物之间设置连接件，以实现测力传感器和结构物的刚性连接。连接件的设置会明显降低测量的精度和稳定性。

发明内容

发明要解决的问题

为了解决连接件的设置而导致的测量的精度和稳定性较低的情况，本申请提供了一种波浪载荷测量系统及其测量模块，可以有效增加测量的精度和稳定性。

用于解决问题的方案

一种波浪载荷测量系统的测量模块，所述波浪载荷测量系统包括用于置于水内的结构物，所述结构物具有密封腔，所述密封腔的腔壁上设有避让孔；

所述测量模块包括：

测力传感器，设于所述密封腔内；且所述测力传感器一端与所述密封腔的腔壁刚性固定连接；

支撑结构，所述支撑结构穿设于所述避让孔内，且与所述避让孔的孔壁不刚性接触；所述支撑结构一端与所述测力传感器的另一端刚性固定连接，另一端露出密封腔的孔壁的外侧，以用于与环境固定结构固定连接，以实现所述测力传感器与环境固定结构的固定连接；以及

柔性密封结构，设于所述避让孔内，以密封所述避让孔的孔壁与所述支撑结构之间的空隙。

可选地，所述结构物具有相对设置的上层结构、下层结构以及设于所述上层结构和所述下层结构之间的环状密封结构；所述环状密封结构两端分别与所述上层结构和所述下层结构密封连接；所述测力传感器设于所述上层结构和所述下层结构之间，且与所述上层结构刚性固定连接；所述下层结构设有所述避让孔。

可选地，所述支撑结构上套设有密封环，所述密封环的内侧壁与所述柔性密封结构密封对接。

可选地，所述柔性密封结构为柔性防水膜。

可选地，所述环状密封结构为环状有机玻璃结构。

可选地，所述环状密封结构为双层密封结构。

可选地，所述环状密封结构为双层钢板结构。

可选地，所述测量模块还包括：

顶板，与所述上层结构固定连接，且位于所述上层结构和所述测力传感器之间；所述测力传感器的靠近所述上层结构的一端与所述顶板固定连接；

和/或，底板，与所述顶板相对设置，且位于所述测力传感器和所述下层结构之间，且所述底板与所述下层结构间隔设置；所述测力传感器和所述支撑结构通过所述底板固定连接。

可选地，所述顶板和所述底板呈三角形板状；所述测量模块包括三个所述测力传感器，三个所述测力传感器的分布与所述底板的三个顶角的分布一致；所述测力传感器为三分力传感器。

可选地，所述下层结构具有三个所述避让孔，所述避让孔与所述支撑结构一一对应。

本发明还提供一种波浪载荷测量系统，其包括本申请提供的测量模块。

发明的效果

上述波浪载荷测量系统的测量模块，测力传感器置于密封腔内，从而缩短了测力传感器与结构物的距离，避免传统的连接件对测量精度和稳定性的影响，即能有效提高测量的精度和稳定性。

上述波浪载荷测量系统，测力传感器置于密封腔内，从而缩短了测力传感器与结构物的距离，避免传统的连接件对测量精度和稳定性的影响，即能有效提高测量的精度和稳定性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的波浪载荷测量系统的测量模块的结构示意图。

图2为图1所示测量模块的M-M向示意图。

图3为图1所示测量模块的局部仰视图。

附图标记说明

10、结构物；11、上层结构；13、下层结构；14、避让孔；110、测力传感器；130、支撑结构；150、环状密封结构；170、柔性密封结构；190、密封腔；120、密封环；140、顶板；160、底板。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和有益效果能够更加明显易懂，下面通过列举具体实施例的方式进行详细说明。其中，附图不一定是按比例绘制的，局部特征可以被放大或缩小，以更加清楚的显示局部特征的细节；除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语与本申请所属的技术领域中的技术和科学术语的含义相同。

在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于本发明的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，即不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述清楚的目的，不能理解为所指示特征的相对重要性或所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等；“若干个”的含义是至少一个，例如一个、两个、三个等；另有明确具体的限定的除外。

在本发明中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等应做广义理解。例如，“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的限定，第一特征在第二特征“上”、“之上”、“上方”和“上面”、“下”、“之下”、“下方”或“下面”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征的水平高度高于第二特征的水平高度。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征的水平高度小于第二特征的水平高度。

如图1至图3所示，本发明一实施例提供的波浪载荷测量系统的测量模块，其中，波浪载荷测量系统包括用于置于水内的结构物10，结构物10具有密封腔190，以避免水进入密封腔190内。密封腔190的腔壁上设有避让孔14。测量模块包括测力传感器110、支撑结构130、以及柔性密封结构170。具体地，测力传感器110设于密封腔190内，且测力传感器110一端与密封腔190的腔壁刚性固定连接。支撑结构130穿设于避让孔14内，且与所述避让孔14的孔壁不刚性接触。支撑结构130一端与测力传感器110的另一端刚性固定连接，另一端露出密封腔的孔壁的外侧，以用于与环境固定结构固定连接。需要说明的是，环境固定结构指，在测量环境中，相对地面固定的结构，如形成波浪的生成池的池壁等。柔性密封结构170设于避让孔14内，以密封避让孔14的孔壁与所述支撑结构之间的空隙，进而避免下层结构13与支撑结构130的刚性接触。

上述波浪载荷测量系统的测量模块，将测力传感器110置于密封腔内，从而缩短了测力传感器110与结构物10的距离，避免传统的连接件对测量精度和稳定性的影响，即能有效提高测量的精度和稳定性。

另外，本实施例中，测力传感器110置于密封腔内，在测量时置于水下但是不与水接触，故无需采用防水的测力传感器110，成本低。

可以理解的是，图1至图2仅示意性的给出了结构物10的部分结构。结构物10的实际大小在米量级，而测力传感器110在厘米量级，故结构物10的实际大小远大于测力传感器110的大小。

具体到本实施例中，结构物10具有相对设置的上层结构11、下层结构13以及设于所述上层结构11和所述下层结构13之间的环状密封结构150。环状密封结构150两端分别与所述上层结构11和所述下层结构13密封连接。测力传感器110设于所述上层结构11和所述下层结构13之间，且与所述上层结构11刚性固定连接。所述下层结构13设有避让孔14。

本实施例中，环状密封结构150两端分别与上层结构11和下层结构13通过硅胶密封。

更具体的，在本实施例中，上层结构11和下层结构13均呈板状，且上层结构11与下层结构13平行设置。可以理解的是，在另外可行的实施例中，上层结构11和下层结构13不限于呈板状，也可以不平行，能与环状密封结构150和柔性密封结构170共同围成密封腔190即可。

本实施例中，支撑结构130呈圆杆状。可以理解的是，在另外可行的实施例中，支撑结构130不限于呈圆杆状，还可以呈三角杆状，长方杆状或者其它规则或不规则的形状，能实现一端与测力传感器110刚性连接，另一端与环境固定结构固定连接，且能避免在测量时受力而形变即可。

当然，可以理解的是，围成密封腔190的结构均为防水结构，故能避免在实验时，水会渗透进密封腔内。

进一步地，可选地，在一个可行的实施例中，密封腔的内侧壁上设有一层防水涂层，以进一步提高密封腔的防水效果。

本实施例中，所述支撑结构130上套设有密封环120，所述密封环120的内侧壁与所述柔性密封结构170密封对接，从而确保柔性密封结构170与支撑结构130能够更加紧密的贴合在一起，进而更好的保证柔性密封结构170与支撑结构130的密封贴合。本实施例中，密封环120位于下层结构13的底侧。可以理解的是，在另外可行的实施例中，密封环还可以位于密封腔内，或者，在密封腔内或下层结构的底侧均设置密封环。

更具体地，本实施例中，密封环120为防水密封环120，即水不能渗透至密封环120内。

本实施例中，所述柔性密封结构170为柔性防水膜。柔性防水膜具有柔性，能更好的密封填充支撑结构130与避让孔14之间的空隙。另外，柔性防水膜呈质地柔软，能较好的与支撑结构130和避让孔14的内壁密封贴合。

可以理解的是，在另外可行的实施例中，柔性密封结构不限于柔性防水膜，还可以是柔性密封胶等具有柔性的密封材料形成。

本实施例中，环状密封结构150为环状有机玻璃结构。

可选地，在另外可行的实施例中，所述环状密封结构150为双层密封结构，从而更好保证环状密封结构150的密封效果。当然，可以理解的是，在另外可行的实施例中，环状密封结构150不限于双层密封结构，还可以是单层密封结构或三层密封结构等。

更具体地，本实施例中，环状密封结构150为双层钢板结构。双层钢板结构在具有密封效果的同时，还具有较大的刚度，不易受力而发生形变，从而更好的确保密封腔的大小基本保持不变，也能更好的保证环状密封结构150两端分别与上层结构11和下层结构13之间的密封连接。

本实施例中，所述测量模块还包括顶板140和底板160。具体地，顶板140与所述上层结构11固定连接，且位于所述上层结构11和所述测力传感器110之间。所述测力传感器110与所述上层结构11通过所述顶板140刚性固定连接。底板160与所述顶板140相对设置，且位于所述测力传感器110和所述下层结构13之间，且所述底板160与所述下层结构13间隔设置。所述测力传感器110和所述支撑结构130通过所述底板160固定连接。

显然，如图1和图2所示，顶板140的与测力传感器110连接的表面大小远大于测力传感器110对应表面的大小。且如前所述，测力传感器110的大小在厘米级，在试验时，测力传感器110直接与上层结构11刚性连接的难度较大，且上层结构11与测力传感器110直接刚性连接，导致上层结构11受到测力传感器110的应力的受力面积较小，容易出现应力集中现象。本实施例中，顶板140的与上层结构11固定连接的表面大于测力传感器110的与顶板140固定连接的表面，故通过顶板140实现测力传感器110与上层结构11的刚性固定连接，可以增大上层结构11的受力面积，从而缓解应力集中的现象。

本实施例中，测力传感器110的与支撑结构130连接的表面大小大于支撑结构130对应表面的大小，导致测力传感器110受到支撑结构130的应力的受力面积较小，容易导致测力传感器110出现应力集中现象。本实施例中，测力传感器110和支撑结构130通过底板160刚性连接，底板160的与测力传感器110连接的表面大小大于支撑结构130对应表面的大小，从而增大测力传感器110的受力面积，缓解测力传感器110的应力集中现象。

当然，可以理解的是，在另外可行的实施例中，也可能存在支撑结构的与测力传感器连接的表面大于测力传感器的对应表面的情况。同样的，采用底板实现测力传感器和支撑结构的刚性固定连接的方式，也可以通过合理设置底板的大小，增加支撑结构的受理面积，缓解支撑结构所受应力集中的现象。

本实施例中，顶板140与上层结构11螺纹固定连接。

具体的，本实施例中，所述顶板140和所述底板160均呈三角形板状。所述测量模块包括三个所述测力传感器110，三个所述测力传感器110的分布与所述底板160的三个顶角的分布一致。所述测力传感器110为三分力传感器。换言之，三个测力传感器110均与一个顶板140固定连接，故在实验时，仅通过顶板140与上层结构11的刚性固定连接，便可实现三个测力传感器110与上层结构11的刚性固定连接。同样的，三个测力传感器110均与一个底板160固定连接，故在实验时，仅通过底板160与支撑结构130的固定连接，便可实现三个测力传感器110与支撑结构130的刚性固定连接。

本实施例中，所述下层结构13具有三个所述避让孔14，所述避让孔14与所述支撑结构130一一对应。从而每个避让孔14的大小可以设置的较小，进而避免避让孔14较大而不易密封的情况。另外，每个避让孔14的大小较小，还可以避免因避让孔14的设置较大而改变下层结构13的结构强度。

可以理解的是，在另外可行的实施例中，顶板和底板不限于呈三角形板状，还可以呈其它规则或不规则的形状。另外，本实施例中，顶板和底板的大小和形状相同；在另外可行的实施例中，顶板和底板的大小和形状也可以不同。

本实施例中，测力传感器110通过顶板140与上层结构11固定连接。可以理解的是，在另外可行的实施例中，测力传感器还可以通过与侧板等与上层结构刚性固定连接的结构刚性固定连接，以实现与上层结构的刚性固定连接。

具体的，本实施例中，测力传感器110为压电式传感器。可以理解的是，在另外可行的实施例中，测力传感器不限于压电式传感器，还可以是应变式传感器等。

本实施例中，测量模块包括三个测力传感器110，三个测力传感器110为三分力传感器。在另外可行的实施例中，当测力传感器为三分力传感器时，测力传感器的个数不限于三个，还可以多于三个，其排布方向根据本领域惯用的技术手段进行设置，能匹配计算得出作用在结构物上的六个自由度的载荷即可。

当然，在另外可行的实施例中，测力传感器也不限于三分力传感器，还可以是二分力传感器或六自由度力-扭矩传感器。根据测力传感器的种类，合适选择测力传感器的个数即可。

本申请一实施例还提供一种波浪载荷测量系统，包括本申请提供的测量模块。

上述波浪载荷测量系统，测力传感器置于密封腔内，从而缩短了测力传感器与结构物的距离，避免传统的连接件对测量精度和稳定性的影响，即能有效提高测量的精度和稳定性。

应当理解，以上实施例均为示例性的，不用于包含权利要求所包含的所有可能的实施方式。在不脱离本公开的范围的情况下，还可以在以上实施例的基础上做出各种变形和改变。同样的，也可以对以上实施例的各个技术特征进行任意组合，以形成可能没有被明确描述的本发明的另外的实施例。因此，上述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，不对本发明专利的保护范围进行限制。

Claims (11)

1.一种波浪载荷测量系统的测量模块，所述波浪载荷测量系统包括用于置于水内的结构物，其特征在于，所述结构物具有密封腔，所述密封腔的腔壁上设有避让孔；

所述测量模块包括：

测力传感器，设于所述密封腔内；且所述测力传感器一端与所述密封腔的腔壁刚性固定连接；

支撑结构，所述支撑结构穿设于所述避让孔内，且与所述避让孔的孔壁不刚性接触；所述支撑结构一端与所述测力传感器的另一端刚性固定连接，另一端露出密封腔的孔壁的外侧，以用于与环境固定结构固定连接，以实现所述测力传感器与环境固定结构的固定连接；以及

柔性密封结构，设于所述避让孔内，以密封所述避让孔的孔壁与所述支撑结构之间的空隙。

2.根据权利要求1所述的测量模块，其特征在于，所述结构物具有相对设置的上层结构、下层结构以及设于所述上层结构和所述下层结构之间的环状密封结构；所述环状密封结构两端分别与所述上层结构和所述下层结构密封连接；所述测力传感器设于所述上层结构和所述下层结构之间，且与所述上层结构刚性固定连接；所述下层结构设有所述避让孔。

3.根据权利要求1或2所述的测量模块，其特征在于，所述支撑结构上套设有密封环，所述密封环的内侧壁与所述柔性密封结构密封对接。

4.根据权利要求1或2所述的测量模块，其特征在于，所述柔性密封结构为柔性防水膜。

5.根据权利要求2所述的测量模块，其特征在于，所述环状密封结构为环状有机玻璃结构。

6.根据权利要求5所述的测量模块，其特征在于，所述环状密封结构为双层密封结构。

7.根据权利要求6所述的测量模块，其特征在于，所述环状密封结构为双层钢板结构。

8.根据权利要求2所述的测量模块，其特征在于，所述测量模块还包括：

顶板，与所述上层结构固定连接，且位于所述上层结构和所述测力传感器之间；所述测力传感器的靠近所述上层结构的一端与所述顶板固定连接；

和/或，底板，与所述顶板相对设置，且位于所述测力传感器和所述下层结构之间，且所述底板与所述下层结构间隔设置；所述测力传感器和所述支撑结构通过所述底板固定连接。

9.根据权利要求8所述的测量模块，其特征在于，所述顶板和所述底板呈三角形板状；所述测量模块包括三个所述测力传感器，三个所述测力传感器的分布与所述底板的三个顶角的分布一致；所述测力传感器为三分力传感器。

10.根据权利要求9所述的测量模块，其特征在于，所述下层结构具有三个所述避让孔，所述避让孔与所述支撑结构一一对应。

11.一种波浪载荷测量系统，其特征在于，包括权利要求1至10任一项所述的测量模块。

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