CN206387416U - 一种适用于南海大范围岛礁群海域的波浪测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种适用于南海大范围岛礁群海域的波浪测量系统，包括悬浮板、液压轴、浮式结构、滑槽、导向柱、定向喇叭、微波谐振腔、微波信号接发器、地面信号接收装置。采用上述技术方案后，当浮式结构随波浪上下运动时，将带动液压轴进行伸缩运动，进而驱动液压发电机发电，利用微波谐振腔对产生的电压信号进行捕捉，随后将电压信号以微波信号形式发送至地面信号接收装置，地面信号接收装置对微波信号进行反演即可获得波浪数据。本实用新型在利用波能发电的同时，实现对南海大范围岛礁海域进行科学布点，形成波浪测点网，全面覆盖目标海域。解决了传统波浪测量系统的短效性、维护难度大，稳定性差、精度低、投资大等问题。

Description

一种适用于南海大范围岛礁群海域的波浪测量系统

技术领域

本实用新型涉及一种波浪测量系统，具体是涉及一种适用于南海大范围岛礁群海域的波浪测量系统。

背景技术

随着陆地资源的枯竭与经济发展的矛盾日益加剧，各国对于海洋资源的开发和保护活动愈发激烈。海洋水文要素的预报对于保障我国海洋强国战略顺利实施具有重要意义。目前，我国已经建立了大陆周边海域海浪、海流、潮汐、风暴潮、海啸等海洋水文要素的预报系统，也针对部分滨海旅游区开展了海岸水温、波浪、潮汐潮流等水文要素的预报保障。但对于南海大范围岛礁群海域的水文资料较少，而码头及海洋平台设计施工、船舶通航、南海渔业的发展迫切需要以波浪数据为主体的水文资料。

南海岛礁群海域主要是陡峭礁盘地形、面积广阔，水深较深。南海诸岛珊瑚礁系岛礁,主要有环礁、台礁、水下礁丘和水下礁滩等类型,南海诸岛干出礁计有环礁53座,台礁10座,隐没于水下的各类沉溺珊瑚礁数十座。波浪与岛礁相互作用所产生的波浪折射、绕射、反射，以及季风作用导致岛礁近岸波浪特征复杂多变。对于南海海域波浪测量需要进行广泛科学布点，形成波浪测点网，并能对波浪实现长效精确测量。传统波浪测量系统并不能满足南海波浪数据测量要求。因此，南海大范围岛礁群海域波浪数据采集的关键技术的研发具有重要意义，是我国海洋科技创新发展中迫切需要解决的任务目标。

中国专利授权公开号：CN201672919U于2010年12月15日公开了一种中远程全自动自适应测波浮标，涉及一种海洋波浪测量、信号与信息处理、通信与信息系统和GPS技术的海洋监测系统装置。此专利不足在于，通信技术采用GPS技术，GPS需要随时定标和校准，才能保证遥感数据的可靠性，系统维护工作复杂；由于岛礁群海域环境的恶劣性，浮标的稳定性难以保证，而遥感数据多采用垂直观测方式，这也限制了该系统的应用。本实用新型的波浪测量系统主要优点是：(1)波浪测量精度高，稳定性强，能够适应南海大范围岛礁群海域的恶劣的海洋环境，可实现对目标海域的波浪参数长效测量(2)可对岛礁群海域进行科学布点，形成波浪监测网，全面覆盖目标海域(3)避免传统波浪测量系统GPS技术的应用所带来的高成本。本实用新型在利用波能发电为系统自身供电的同时，还可完成对岛礁群海域的波浪的长效测量，从而实现社会、经济效益的共赢。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种适用于南海大范围岛礁群海域的波浪测量系统，具有测量精度高、稳定性强、发电效果好、安装维护便利、能够实现波浪长效测量，可科学布点，建立波浪监测网，全面覆盖所关心海域。

为了实现上述目标，采取如下的技术解决方案：

一种适用于南海大范围岛礁群海域的波浪测量系统，包括悬浮板、液压轴、浮式结构、滑槽、导向柱、定向喇叭、微波谐振腔、微波信号接发器、地面信号接收装置，其特征在于：液压发电机安装在浮式结构内，微波谐振腔和微波信号接发器安装在导向柱内。浮式结构在随波浪上下运动时将带动液压轴进行伸缩运动，驱动液压发电机发电，微波谐振腔捕捉发电机电压信号，将此信号以微波形式发射至地面信号接收装置。

所述的适用于南海大范围岛礁群海域的波浪测量系统，其特征在于：定向喇叭安装于导向柱上，导向柱两侧对称位置均设置滑槽，当斜向波冲击浮式结构产生扭矩时，滑槽的存在可以使得浮式结构将扭矩通过导向柱传递给悬浮板，避免浮式结构将扭矩直接作用在液压轴上，造成液压轴的损坏。

所述的适用于南海大范围岛礁群海域的波浪测量系统，其特征在于：微波谐振腔、微波信号接发器、地面信号接收装置构成微波通信系统，实现远程传输波浪数据。

所述的适用于南海大范围岛礁群海域的波浪测量系统，其特征在于：微波谐振腔一端设置金属活塞，活塞杆上设置有刻度。通过调节置活塞在谐振腔内位置，即可精确改变谐振腔的谐振频率。

本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型在利用波能发电的同时，利用微波谐振腔对电压信号的捕捉，进而获得波浪数据，实现系统的一功多用，节约能源；(2)导向柱上两侧对称位置设置滑槽，当斜向波作用在浮式结构上产生扭矩时，浮式结构将通过导向柱将扭矩传递给悬浮板，避免扭矩造成液压轴的损坏，保证系统正常运行；(3)微波谐振腔、微波信号接发器、地面信号接收装置构成微波通信系统，相较于传统GPS的信号传输方式，节约了系统的投资成本，实现海面波浪实时长效测量；(4)本实用新型微波谐振腔内设置有金属活塞，活塞杆上设置有刻度，通过调节活塞位置改变谐振腔的谐振频率，进而改变海面与地面通信时微波信号的频率，即可完成对海面波浪测量系统的定位，在满足广泛布点的要求的同时，满足精度要求；(5)整个海面波浪测量装置固定于悬浮板上，悬浮板在惯性和周围海水的阻力作用下将保证整个装置的稳定稳定性，保证液压发电机正常工作，增强装置抗风暴能力，且能适应不同的潮位变化。

附图说明

图1为海面波浪测量装置示意图。

图2为图1中A-A剖面图

图3为微波信号发射装置示意图。

图4为地面信号接收装置示意图。

图中，1-悬浮板，2-液压轴，3-浮式结构，4-滑槽，5-导向柱，6-定向喇叭，7-圆柱体微波谐振腔，8-金属活塞，9-金属圆盘，10-金属棒，11-聚四氟乙烯，12-金属弹性薄膜，13-圆形开孔，14-微波信号接发器，15-地面信号接收装置。

具体实施方式

如图1所示，海面波浪测量系统漂浮于海面，悬浮板1悬浮于海面以下，导向柱5将浮式结构3与悬浮板相连接，导向柱上两侧对称位置均设置滑槽4，浮式结构顺着滑槽可沿导向柱上下运动，液压轴2上端固定于浮式结构，下端固定于悬浮板，定向喇叭6安装在导向柱上，微波谐振腔7和微波信号接发器13安装在导向柱内部。

如图2所示，微波信号发射装置由具有高品质因数的圆柱型微波谐振腔和微波信号接发器组成。微波谐振腔的一端为金属活塞8，活塞杆上标有刻度，可根据具体参数准确调节活塞位置。微波谐振腔另一端为金属弹性薄膜12，弹性薄膜上方安装有金属圆盘9，薄膜与圆盘上均利用聚四氟乙烯11覆盖，这样金属圆盘与金属弹性薄膜形成一个电容。谐振腔侧面开孔，微波信号接发器通过圆形开孔向谐振腔内发射微波，激励谐振腔，获得反射信号。

第一步，漂浮于海面的浮式结构随波浪的涌动而上下运动，而悬浮板在惯性和周围海水阻力作用下在垂直方向将保持悬浮静止状态。由于液压轴的一端固定于静止的悬浮板上，另一端固定于浮式结构上随浮式结构上下运动，这样液压轴的伸缩运动将波能转化为机械能。由于浮式结构内部安装有液压发电机，液压轴的运动将驱动液压发电机进行发电，将机械能转化为电能，为整个海面波浪测量装置提供电能。

第二步，发电机正常运转时，安装在浮式结构内的微波信号发射装置将对发电机产生的电压信号进行捕捉。首先，微波谐振腔与发电机组线路实现电接触，安装在圆盘上的金属棒将测量发电机输电线路周围电场，这样在金属圆盘与金属薄膜所组成的电容之间将形成电位差。由于电位差的存在金属弹性薄膜将受到静电力的作用，这种静电力将使金属弹性薄膜弯曲。静电力正比于被测电场的平方，弹性薄膜将随电场变化而进行有规律振动，从而使得微波谐振腔的谐振频率发生规律性变化，谐振腔谐振频率的变化频率与输电线电压频率一致。

第三步，微波信号接发器通过微波谐振腔侧面的圆形开孔不断向微波谐振腔内发射微波信号，激励谐振腔，以获得反射信号。所发射的微波信号与微波谐振腔的谐振频率相近，这样谐振腔可以看做一个失调式监频器，便可将微波谐振腔频率的变化还原为幅值的变化，这一幅值也即电压值。由于发电过程中波高与电压呈线性关系，因而根据电压变化即可确定波高变化，进而获得波高和周期数据。

为了对目标海域进行科学布点，建立波浪测点网。首先，微波谐振腔的一端设有金属活塞，在布置海面波浪测量装置时，将活塞调节在谐振腔内的特定位置，从而改变谐振腔的谐振频率，这样不同测点的波浪测量装置内的谐振腔将具有不同的谐振频率，不同刻度值即对应不同的微波谐振频率。然后，将测点位置经纬度坐标与活塞杆上刻度值作对应记录，当地面信号接收装置接收到微波信号接发器所发送的微波信号时，即可根据微波信号频率确定测点位置。

为了满足测量距离和测量精度的要求，信号接发器在接收到微波谐振腔的反射微波信号时，需要对此信号进行调制，加强信号强度，然后发射至地面信号接收装置。

Claims (4)

1.一种适用于南海大范围岛礁群海域的波浪测量系统，包括悬浮板、液压轴、浮式结构、滑槽、导向柱、定向喇叭、微波谐振腔、微波信号接发器、地面信号接收装置，其特征在于：液压发电机安装在浮式结构内，微波谐振腔和微波信号接发器安装在导向柱内。

2.根据权利要求1要求所述的适用于南海大范围岛礁群海域的波浪测量系统,其特征在于：定向喇叭安装在导向柱上，导向柱两侧对称位置设置滑槽。

3.根据权利要求1要求所述的适用于南海大范围岛礁群海域的波浪测量系统,其特征在于：微波谐振腔、微波信号接发器、地面信号接收装置构成微波通信系统。

4.根据权利要求1要求所述的适用于南海大范围岛礁群海域的波浪测量系统,其特征在于：微波谐振腔一端设置金属活塞，活塞杆上设置有刻度。