CN206989880U - 一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及测量仪器技术领域，可记录波列作用下水体在斜坡面上的爬升过程，实时获悉波浪爬升高度的时间分布及横向空间分布，采集结束后软件端立即统计得到各累积率爬高值，实现了波浪爬高的精确测量，且测量板的安置方便、数据导出简捷。一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统，其特征在于：由爬高测量模块单元和数据处理单元组成；爬高测量模块单元包括测量底板、用于调节测量底板与水平面角度的可调节支架、安装在测量底板顶面的若干个电容式传感器、与电容式传感器依次连接的AD转换模块及第一无线收发装置；数据处理单元包括上位机及与其连接的第二无线收发装置，第一、第二无线收发装置之间无线连接并传输数据。

Description

一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统

技术领域

本实用新型涉及测量仪器技术领域，具体是一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统。

背景技术

波浪作用于海堤结构时，水体沿海堤迎浪斜坡面上爬后的高程与静水位的差值为波浪爬高。在海堤结构设计中，允许越浪的海堤堤顶高程的确定大多以波浪爬高作为控制指标，即堤顶高程应拦截某一累积率以下的波浪爬高，而部分大波则允许其越过堤顶。对于海堤堤顶的设计高程而言，爬高数据至关重要，将直接影响工程的安全和造价，波浪爬高的研究多年来在海岸工程领域一直具有重要的科学意义和工程应用价值。

在波浪爬高的模型试验中，目前国内各大高校及科研院所的爬高测量大多采用单波高仪法或目测法。单波高仪法是将波高仪直接布置于海堤模型上，仪器与模型迎浪面的贴合处布置较为不便，测得的数据信号需在试验结束后另行导出、再处理数据、继而进行统计分析后，方能得到各累积率的波浪爬高值，以决定下一组试验方案如何调整，试验效率低下、仪器布置不便是该方法的主要问题。目测法是将钢直尺直接布置于海堤模型上，试验人员通过观察并记录逐个波浪触及的尺面读数后换算成爬高值，该方法尺面与模型迎浪面的贴合处布置较为便利，但其测量精度完全取决于试验人员的读数经验，同时无法获取水体上爬高度的逐时过程，只能得到部分大波带来的波浪爬高值再进行试验后的人工统计，对于累积率偏低的爬高值及爬高平均值的统计回去吧结果并不准确。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种基于电容式传感器的爬高测量系统，可记录波列作用下水体在斜坡面上的爬升过程，实时获悉波浪爬升高度的时间分布及横向空间分布，采集结束后软件端立即统计得到各累积率爬高值，实现了波浪爬高的精确测量，且测量板的安置方便、数据导出简捷。

本实用新型的技术方案是：

一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统，其特征在于：由爬高测量模块单元和数据处理单元组成；爬高测量模块单元包括测量底板、用于调节测量底板与水平面角度的可调节支架、安装在测量底板顶面的若干个电容式传感器、与电容式传感器依次连接的AD转换模块及第一无线收发装置；数据处理单元包括上位机及与其连接的第二无线收发装置，第一、第二无线收发装置之间无线连接并传输数据。

所述测量底板的顶面平行开设有若干道凹槽，顶面的其余部分覆盖有一层与模型海堤坡面糙率相同的加糙材料。

所述电容式传感器安装在凹槽内，电容式传感器的敏感丝与测量底板的顶面平行。

所述底板的两侧边沿设有橡胶软垫片。

所述可调节支架包括支撑板以及伸缩杆，支撑板的一端通过自锁铰链连接在测量底板的底面，支撑板的另一端设有紧固螺栓，支撑板的中部通过伸缩杆与测量底板的底面活动链接。

所述第一、第二无线收发装置之间通过ZigBee网络、WIFI网络、移动互联网、蓝牙中的任一种实现无线连接并传输数据。

所述AD转换模块、第一无线收发装置与提供电源的锂电池一起安装在密封盒内，密封盒固定在测量底板上部，第一无线收发装置的天线从密封盒伸出。

所述上位机包括数据处理模块及与其连接的显示屏、控制按钮、通道选择模块、数据存储模块、巡检模块；数据处理模块通过通道选择模块与第二无线收发装置连接，从而与第一无线收发装置传输数据。

本实用新型的有益效果：

本实用新型从测量原理上做出了改变，采用新型电容传感器作为测量介质，采集的爬高数据信号更为精准、数据量更为丰富，并利用上位机进行数据统计分析，提高了测量精度及测量效率，使波浪爬高试验更为科学便捷；可记录波列作用下水体在斜坡面上的爬升过程，实时获悉波浪爬升高度的时间分布及横向空间分布，采集结束后上位机立即统计得到各累积率爬高值，实现了波浪爬高的精确测量，且测量底板的安置方便、数据导出简捷。

附图说明

图1是本实用新型的爬高测量模块在波浪水槽中的布置结构图。

图2-1是本实用新型的爬高测量模块的俯视结构示意图。

图2-2是本实用新型的爬高测量模块的右视结构示意图。

图3是本实用新型的系统框架示意图。

图4是本实用新型的检测结果示意图。

图5是本实用新型的框架结构示意图。

具体实施方式

为使本实型用新的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

如图1到图5所示，一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统，由爬高测量模块单元4和数据处理单元组成。爬高测量模块单元包括测量底板9、用于调节测量底板与水平面角度的可调节支架、安装在测量底板顶面的若干个电容式传感器6、与电容式传感器依次连接的AD转换模块12-1及第一无线收发装置12-2。数据处理单元包括上位机15及与其连接的第二无线收发装置16，第一、第二无线收发装置之间无线连接并传输数据。

所述测量底板的顶面平行开设有若干道凹槽，顶面的其余部分覆盖有一层与模型海堤坡面糙率相同的加糙材料7，一般使用塑料草；在模型试验前，在测量底板上打孔后，均匀布置塑料草，通过改变塑料草的高矮、稀疏(间距)，率定得到与模型迎浪护面结构相同的糙率，此为现有技术。所述电容式传感器安装在凹槽内，电容式传感器的敏感丝6-1与测量底板的顶面平行。所述底板的两侧边沿设有橡胶软垫片8。

所述可调节支架包括支撑板14以及伸缩杆13，支撑板的一端通过自锁铰链(图纸中省略)连接在测量底板的底面，支撑板的另一端设有紧固螺栓10，支撑板的中部通过伸缩杆与测量底板的底面活动链接。

所述第一、第二无线收发装置均为现有成熟技术，两者之间通过ZigBee网络、WIFI网络、移动互联网、蓝牙中的任一种实现无线连接并传输数据。所述AD转换模块、第一无线收发装置与提供电源的锂电池一起安装在密封盒12内，密封盒固定在测量底板上部，第一无线收发装置的天线11从密封盒伸出。

所述上位机包括数据处理模块15-1及与其连接的显示屏15-2(通常为触摸屏)、控制按钮15-5、通道选择模块15-6、数据存储模块15-3(例如可以采用移动硬盘)、巡检模块15-4。数据处理模块通过通道选择模块以及RS232接口与第二无线收发装置连接，从而通过第二无线收发装置与第一无线收发装置连接，选择是采集一个电容式传感器的数据还是同时采集多个电容式传感器的数据。

本实用新型在使用过程中，首先是爬高测量模块4的安装，如图1所示，安装位置根据模型需要布置，图1中有：造波机1、模型海堤斜坡面3、波浪水槽后端消浪装置5；本实用新型提供的爬高测量模块4布置于海堤斜坡面3的上部，爬高测量模块的下端(即测量底板的下端)与试验的静水位齐平，安置时确保模型海堤斜坡面3与爬高测量模块的连接处光滑平整过渡。爬高测量模块的正面9-1(即测量面)对着波浪2的入射方向，通过可调节支架13的自锁铰链打开程度改变测量底板与水平面的角度，位置角度确定后，支撑板用螺丝10固定，从而将整个爬高测量模块固定。固定完毕后，依照试验需要选择测量通道数，将对应数目的电容传感器6固定于测量底板的凹槽内，以三根测杆为例，如图2-1、图2-2所示，电容传感器6等间距安置在底板上，测量底板正面剩余部分用一层加糙材料7覆盖，加糙材料的糙率与模型海堤坡面3的糙率相当，同时在底板两侧安装橡胶软垫片8，防止底板左右晃动而影响测量精度。测量底板和电容式传感器安装完成后，整个爬高测量模块4的安装便已完成。

数据处理单元主要用于采集信号的收发及信号转换，如图3所示，第二无线收发装置18与上位机15通讯采用RS232串口方式，第二无线收发装置与爬高测量模块的第一无线收发装置采用zigbee无线通讯来接收数据信号。在上位机15内完成试验数据测量采集及数据分析。

试验过程中，所有操作全部在上位机完成。其中，控制按钮、通道选择模块以及巡检模块等可以是物理模块，也可以用在上位机中预装软件的形式来替代。数据的采集、停止及存储等操作如图4所示，堤前出现稳定波面后，单击“采集”按钮，自动记录每个波作用下水面爬升的高度过程并在软件界面中实时显示，软件自动识别某个爬升过程的水面最高值即为1个波浪爬高值。造波结束后，单击“停止”按钮，软件右侧数据栏中立即显示程序统计后的各累积率波浪爬高值及其他信息，再单击“存储”按钮，试验数据自动保存为Excel格式(存储在数据存储模块中)，点击“导出”按钮后即可结束。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统，其特征在于：由爬高测量模块单元(4)和数据处理单元组成；爬高测量模块单元包括测量底板(9)、用于调节测量底板与水平面角度的可调节支架、安装在测量底板顶面的若干个电容式传感器(6)、与电容式传感器依次连接的AD转换模块(12-1)及第一无线收发装置(12-2)；数据处理单元包括上位机(15)及与其连接的第二无线收发装置(16)，第一、第二无线收发装置之间无线连接并传输数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统，其特征在于：所述测量底板的顶面平行开设有若干道凹槽，顶面的其余部分覆盖有一层与模型海堤坡面糙率相同的加糙材料(7)。

3.根据权利要求2所述的一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统，其特征在于：所述电容式传感器安装在凹槽内，电容式传感器的敏感丝(6-1)与测量底板的顶面平行。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统，其特征在于：所述底板的两侧边沿设有橡胶软垫片(8)。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统，其特征在于：所述可调节支架包括支撑板(14)以及伸缩杆(13)，支撑板的一端通过自锁铰链连接在测量底板的底面，支撑板的另一端设有紧固螺栓(10)，支撑板的中部通过伸缩杆与测量底板的底面活动链接。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统，其特征在于：所述第一、第二无线收发装置之间通过ZigBee网络、WIFI网络、移动互联网、蓝牙中的任一种实现无线连接并传输数据。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统，其特征在于：所述AD转换模块、第一无线收发装置与提供电源的锂电池一起安装在密封盒(12)内，密封盒固定在测量底板上部，第一无线收发装置的天线(11)从密封盒伸出。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种基于电容式传感器的波浪爬高测量系统，其特征在于：所述上位机包括数据处理模块(15-1)及与其连接的显示屏(15-2)、控制按钮(15-5)、通道选择模块(15-6)、数据存储模块(15-3)、巡检模块(15-4)；数据处理模块通过通道选择模块与第二无线收发装置连接，从而与第一无线收发装置传输数据。