CN205352655U - 一种入、反射波时域分离系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种入、反射波时域分离系统，包括数据处理器、数据采集器、波高仪和流速仪，所述波高仪的一端露出液面一端浸入流体中，所述流速仪位于流体中，所述波高仪和流速仪布置于同一断面，所述数据采集器收集所述波高仪和流速仪反馈的信号，并传递给所述数据处理器。本实用新型的有益效果是：本系统精度高、适用范围广、仪器布置灵活，能够得到入射波和反射波的时域过程曲线，适用于规则波和不规则波，有效提高了波浪模型试验的准确性。

Description

一种入、反射波时域分离系统

技术领域

本实用新型属于海洋工程领域，尤其是涉及一种入、反射波时域分离系统。

背景技术

在海洋工程中，波浪会在水工建筑物上反射，准确获得反射波的特征参数对海洋工程建筑物的设计具有重要的意义。同时，在海洋工程物理模型试验中，反射波会在造波板上发生二次反射，消除二次反射也需要对入反射波进行分离。常见的入反射波分离方法有基于波高测量的两点法和三点法。这两种方法均是通过记录水槽不同断面的水面过程进行入反射分离，这两种方法存在几个缺点，一是由于存在奇异点，因此对波高仪的布置间距有一定的限制；二是有适用频带限制，对于周期较长的重力波适用性不强；三点法虽然适用频率范围更广，但仍无法获得入射波和反射波的水面过程，也就无法准确地进行波浪统计分析。为克服上述方法的不足，本发明提出了一种基于流速和波高测量的入、反射波时域分离系统。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种入、反射波时域分离系统。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种入、反射波时域分离系统，包括数据处理器、数据采集器、波高仪和流速仪，所述波高仪的一端露出液面一端浸入流体中，所述流速仪位于流体中，所述波高仪和流速仪布置于同一断面，所述数据采集器收集所述波高仪和流速仪反馈的信号，并传递给所述数据处理器。

进一步的，所述流速仪的采样频率大于20HZ。

进一步的，所述流速仪为小威龙流速仪、电磁流速仪。

进一步的，所述波高仪的采样频率大于20HZ。

进一步的，所述波高仪可采用电阻式或电容式波高传感器。

进一步的，所述数据处理器为计算机。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

本系统精度高、适用范围广、仪器布置灵活，能够得到入射波和反射波的时域过程曲线，适用于规则波和不规则波，有效提高了波浪模型试验的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本系统的结构示意图。

图中：

1、数据处理器2、数据采集器3、波高仪4、流速仪

5、水槽

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示装置件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及高度的三维空间尺寸。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本发明提供的提出了一种基于流速和波高测量的入、反射波时域分离系统的主要原理如下：由波浪理论可知，波浪水质点运动水平分速度与水面过程之间存在表(1)的运动学关系：

$u=\left(\frac{gk}{\mathrm{\ω}}{K}_u\right)\×\mathrm{\η}---\left(1\right)$

$K_u=\frac{\cosh \left(k\right(h+z_u)}{\cosh \left(kh\right)}---\left(2\right)$

公式中u为水平流速，η为水面过程，k为波数，ω为角频率，K_u表征下层水质点和表层水质点流速之间的比例关系，称为速度响应因子。将上述运动学关系式进行傅里叶变换可得频域上的流速与水面过程关系，如下式所示。

$F_u=\left(\frac{gk}{\mathrm{\ω}}{K}_u\right)\×F_{\mathrm{\η}}---\left(3\right)$

因此，入射波和反射波分别能表示为：

$F_{u,i}=\left(\frac{gk}{\mathrm{\ω}}{K}_u\right)\×F_{\mathrm{\η},i}---\left(4\right)$

$F_{u,r}=\left(\frac{gk}{\mathrm{\ω}}{K}_u\right)\×F_{\mathrm{\η},r}---\left(5\right)$

由于实测水面过程为入射波水面过程和反射波水面过程的叠加，在频域上可表示为入射波和反射波的叠加，如式(6)所示：

F_η＝F_η,i+F_η,r(6)

其中下标i表示入射波，r表示反射波。

同理水质点运动水平分速度在频域上存在式(7)表示的关系：

F_u＝F_u,i+F_u,r(7)

联立式(4)、(5)、(6)和(7)则可以得到入射波和反射波在频域上的值，如式(8)和(9)式所示。

$F_{\mathrm{\η},i}=\frac{\left(\frac{gk}{\mathrm{\ω}}{K}_u\right)\×F_{\mathrm{\η}}+F_u}{2\frac{gk}{\mathrm{\ω}}{K}_u}---\left(8\right)$

$F_{\mathrm{\η},r}=\frac{\left(\frac{gk}{\mathrm{\ω}}{K}_u\right)\×F_{\mathrm{\η}}-F_u}{2\frac{gk}{\mathrm{\ω}}{K}_u}---\left(9\right)$

由于完整的保留了实部和虚部，F_η的模表征了波的振幅，实部和虚部的比值表征了波的相位角，所以对其进行傅里叶逆变换即可得到水面过程线。

如图1所示，本实用新型包括数据处理器(计算机)1、数据采集器2、波高仪3、流速仪4和水槽5，所述水槽长45m、宽1m、高1m，所述波高仪3为电阻式波高传感器，安装在所述水槽5的内壁上，且所述波高仪3一半露出水面一半浸入水中，所述流速仪4为小威龙流速仪，安装于所述波高仪3所处断面的中间位置，且所述流速仪4的测量探头距水槽底部20cm，所述数据采集器2收集所述波高仪3和流速仪4反馈的信号，并传递给所述数据处理器1。

试验时，所述波高仪3和流速仪4的采样频率均为20Hz，同时开启并同步测量所在断面的波高过程值和流速值，并通过所述数据采集器2传输到计算机中，经过式(1)～(9)的计算，利用傅立叶变换和傅立叶逆变换技术，分析记录的波高过程曲线和水平流速过程曲线，得到入射波和反射波的时域过程曲线，计算得到波浪的特征参数。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种入、反射波时域分离系统，其特征在于：包括数据处理器(1)、数据采集器(2)、波高仪(3)和流速仪(4)，所述波高仪(3)的一端露出液面一端浸入流体中，所述流速仪(4)位于流体中，所述波高仪(3)和流速仪(4)布置于同一断面，所述数据采集器(2)收集所述波高仪(3)和流速仪(4)反馈的信号，并传递给所述数据处理器(1)。

2.根据权利要求1所述的入、反射波时域分离系统，其特征在于：所述流速仪(4)的采样频率大于20HZ。

3.根据权利要求2所述的入、反射波时域分离系统，其特征在于：所述流速仪(4)为小威龙流速仪、电磁流速仪。

4.根据权利要求1或2所述的入、反射波时域分离系统，其特征在于：所述波高仪(3)的采样频率大于20HZ。

5.根据权利要求4所述的入、反射波时域分离系统，其特征在于：所述波高仪(3)可采用电阻式或电容式波高传感器。

6.根据权利要求1或2所述的入、反射波时域分离系统，其特征在于：所述数据处理器(1)为计算机。