CN208780427U - 一种带主动式反馈消波功能的智能造波水槽 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带主动式反馈消波功能的智能造波水槽，包括造波装置和消波装置，所述造波装置包括主动造波控制系统、曲柄连杆机构和造波摇板；所述主动造波控制系统通过造波伺服电机与曲柄连杆结构连接，曲柄连杆结构与造波摇板连接；所述消波装置包括主动消波控制系统、丝杠机构和消波摇板；所述主动消波控制系统通过消波伺服电机与丝杠结构连接，丝杠结构与消波摇板连接；还包括主动造波测量仪和主动消波测量仪，所述主动造波测量仪和主动消波测量仪设置在水槽中且分别与主动造波控制系统和主动消波控制系统连接；本实用新型结构尺寸小、可操作性强、波浪质量高、稳定性好和易于控制等优点，具有极高的应用价值和推广价值。

Description

一种带主动式反馈消波功能的智能造波水槽

技术领域

本实用新型涉及一种智能造波水槽，尤其涉及一种带主动式反馈消波功能的智能造波水槽。

背景技术

随着海洋科学的发展与国防技术的进步，船舶结构耐冲击性以及在波浪环境下结构的疲劳强度越来越受到各国海洋工程研究的重视。并且随着社会经济的高速发展，海洋资源的开发研究工作已经成为多国发展的主要战略目标，因此对海洋运动的规律和船舶结构在不同海域下的运动特性的研究，以及对海上建筑物和海岸基础设施的研究已经日益重要。

在平静水面下的船舶结构耐冲击试验以及结构疲劳强度和稳定性试验已经得到国内外学者的充分研究，但是在不同海域波浪环境下的工况试验仍未充分研究，主要是因为在不同海域波浪形式多样且模拟出波浪环境对试验场地要求较高，实现高质量的波浪较为困难。

目前，国内外对不同波浪环境下的试验方法大致分为三种，第一种方法为扩大试验场地，试验场地较大，主动造波装置造出理想波浪，由于试验场地尺寸较大，波浪在运动传递过程中，能量有所消耗，并且在试验场地边缘设置被动消波区域，消除波浪的反射，该方法局限性较大，所需试验场地较大，费用昂贵且精度不高。第二种方法为小型造浪水槽，该水槽单向造浪，在造浪水槽装置另一侧安装小型被动消波堤，该方法对波浪消除能力较差，无法实时消除反射波，试验波浪质量差。第三种方法为主动补偿造浪水槽，在造浪水槽一侧主动造浪，在水槽造浪装置前设置浪高测量仪，将边界反射回的波浪记录反馈给主动造浪系统，系统根据反馈回的波浪信息主动补偿波浪尺寸，使目标波浪不变的前提下，主动消除反射回的波浪，该方法实现较困难，且无法做到目标波浪的高精度与高质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了能够造出高精度、高质量的波浪，并且拥有主动反馈消波功能，以满足不同试验研究需求而提供一种带主动式反馈消波功能的智能造波水槽。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种带主动式反馈消波功能的智能造波水槽，包括造波装置和消波装置，造波装置和消波装置分别位于水槽的两侧，所述造波装置包括主动造波控制系统、曲柄连杆机构和造波摇板；所述主动造波控制系统通过造波伺服电机与曲柄连杆机构连接，曲柄连杆机构与造波摇板连接；所述消波装置包括主动消波控制系统、丝杠机构和消波摇板；所述主动消波控制系统通过消波伺服电机与丝杠机构连接，丝杠机构与消波摇板连接；还包括主动造波测量仪和主动消波测量仪，所述主动造波测量仪和主动消波测量仪设置在水槽中且分别与主动造波控制系统和主动消波控制系统连接；所述水槽的两侧分别设置有造波区多孔结构和消波区多孔结构。

本实用新型还包括这样一些特征：

1.所述造波区多孔结构和消波区多孔结构为具有六边形蜂窝孔的薄板叠加而成且薄板高度逐渐降低；

2.所述曲柄连杆机构包括曲柄构件、与曲柄构件连接的铰接摇杆；所述曲柄构件通过减速器与造波伺服电机连接，铰接摇杆和造波摇板上边铰接，所述造波摇板下边与造波摇板支撑铰接，所述造波摇板支撑固定在水槽的底部；

3.所述丝杠机构包括丝杠滑轨、设置在丝杠滑轨内的滑块；所述丝杠滑轨与消波伺服电机连接，所述滑块通过连接三角架与消波摇板上边铰接，所述消波摇板下边与消波摇板支撑铰接，所述消波摇板支撑固定在水槽的底部；

4.所述水槽长等于大于4m、宽等于大于0.5m、高等于大于0.7m，主动造波测量仪和主动消波测量仪之间的距离与水槽长度比小于等于为3：4。

本实用新型拥有主动造波装置以及主动消波装置，分别位于水槽两侧，主动造波装置采用伺服电机驱动的曲柄连杆机构带动摇板造波，主动消波装置采用伺服电机驱动的丝杠滑轨带动摇板造波；所述的主动造波装置由主动造波控制器控制电机转动速度得到不同的波浪频率，通过更改其曲柄的长度可以得到不同幅值的波浪；所述的主动消波装置由主动消波控制器控制其电机转动的速度与幅值，丝杠滑轨控制摇板摆动可操作性较强，运动方式多变，可以根据实时波浪进行调整以实现主动消波功能；由主动造波测量仪和主动消波测量仪测得的波浪数据进行反馈得到，主动造波测量仪所得波浪数据反馈给主动造波控制系统，实时调整曲柄转动速率，得到理想的高质量波浪。主动消波测量仪所得的波浪数据反馈给主动消波控制系统，实时调整丝杠滑轨滑块运动的幅度和速率，在消波区域内进行有效消波；其测量仪直接与计算机相连，计算机连接控制器，控制器与变频器相连，变频器控制伺服电机，伺服电机控制摇板的同时又作用于编码器，编码器与变频器相连，重新控制伺服电机；该多边形多孔结构采用薄板叠加而成的六边形铝蜂窝，并采用斜堤式结构；本实用新型对试验水槽划分为四个区域，分别为主动造波区域、试验区域、消波区域和主动消波区域，其中试验区域水面波浪质量最佳，为本实用新型的核心试验区域。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型智能水槽造波装置为伺服电机驱动曲柄摇杆机构，运转平稳，调整功率简便，可以通过更改曲柄构件来满足不同的波形大小，通过改变电机运转速率得到不同波浪的频率，且结构简单驱动控制系统简单。

本实用新型所采用水槽尺寸合理，满足中小型试验需求，本水槽最小设计为长4m、宽0.5m、高0.7m，试验区域与水槽长度比最大为3:4，整体结构尺寸小，波浪大小和频率更易调整实现。

本实用新型有主动造波测量仪和主动消波测量仪，采用双测量仪满足及时调整目标波浪质量又可实时反馈给主动消波控制系统，主动产生相匹配波浪消除波浪。

本实用新型主动消波装置采用消波伺服电机与丝杠滑轨控制滑块带动消波摇板进行来回摆动主动产生波浪与主动造波波浪产生的波浪相抵消，采用丝杠滑轨控制摇板摆动更易进行微调，可根据反馈信息调整摇板的幅度和频率，摇摆形式丰富多样，更易实现。

本实用新型结构尺寸小、可操作性强、波浪质量高、稳定性好和易于控制等优点，具有极高的应用价值和推广价值。

附图说明

图1是本实用新型专利的整体结构示意图；

图2a是本实用新型专利的结构左视图；

图2b本实用新型专利的结构右视图

图3是本实用新型专利的主动造波装置示意图；

图4是本实用新型专利的主动消波装置示意图；

图5a是本实用新型专利的消波多孔结构示意图；

图5b是本实用新型专利的消波多孔结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型设计的一种带主动式反馈消波功能的智能造波水槽，其特征在于，该智能水槽包括主动造波区域a、试验区域b、消波区域c和主动消波区域d四大区域。

所述的主动造波区域a主要由造波控制箱8、造波伺服电机14、减速器5、曲柄构件2、铰接摇杆3、造波摇板6、造波摇板支撑11和造波区多孔结构21组成。主动造波系统包括造波控制箱8、测量系统计算机、控制器、变频器、编码器、直流稳压电源和风扇，所述测量系统计算机、控制器、变频器、编码器、直流稳压电源和风扇设置在造波控制箱8内，通过设置初始目标波浪大小和频率，控制造波伺服电机14，由曲柄连杆机构带动造波摇板6在水槽22内产生目标波浪。而且，此控制系统包含反馈功能，即在测量目标区域波浪数据与初始设定误差进行反馈，自动调整电机功率大小，得到理想的波浪质量；

所述的试验区域b为水波质量最佳的区域，用于进行带波浪的船舶结构以及水下爆炸试验等。所述的试验区域两端设置主动造波测量仪16和主动消波测量仪17，主动造波测量仪17测量波浪质量反馈给主动造波控制系统，主动造波控制系统自动调节造波伺服电机14转速调节目标波浪质量。主动消波测量仪25测量本位置波浪数据反馈给主动消波控制系统，主动消波控制系统调整消波伺服电机13控制丝杠滑轨19行程及速度，主动产生匹配的消波波浪与造波波浪相抵消，达到消波的目的；

所述的消波区域c为主动造浪区域所造波浪与主动消波区域所造波浪相互抵消区域；

所述的主动消波区域d主要由消波控制箱10、消波伺服电机13、滑块20、消波摇板28、丝杠滑轨19、消波摇板支撑4、消波区多孔结构组成。其中消波控制箱10内包括测量系统计算机、单片机、运动控制器、驱动器、直流稳压电源和风扇等，主动消波控制箱、测量系统计算机、单片机、运动控制器、驱动器、直流稳压电源和风扇等组成了主动消波系统，控制器接收主动消波测量仪25所测得波浪数据，根据该数据对消波伺服电机13进行下达指令，使滑块20在电机正负运转下带动消波摇板28摆动，实时消除波浪。

所述的造波区多孔结构21和消波区多孔结构9，均为具有六边形多孔结构的薄板，所述薄板高度依次降低，具有质量轻、消波效果好等优点。

图1是本实用新型专利的整体结构示意图。整体结构分别四个区域，分别为主动造波区域、试验区域、消波区域和主动消波区域，其中主动造波区域为主动造波装置，如图3是本实用新型专利的主动造波装置示意图。试验区域为本水槽波浪质量最佳区域，可进行相应的波浪试验，有主动造波测量仪16和主动消波测量仪25，其各自测量相应位置的波浪质量，实时反馈给相应的控制系统，用以调整波浪质量和消波波浪。消波区域为主动造波装置产生的波浪与主动消波装置产生的波浪相互抵消的区域。主动消波区域为主动消波装置，如图4是本实用新型专利的主动消波装置示意图。

图2a和图2b是本实用新型专利的结构左右视图、图3是本实用新型专利的主动造波装置示意图、图4是本实用新型专利的主动消波装置示意图。其中左视图包括曲柄构件2、铰接摇杆3、减速器5、造波伺服电机14、造波启动开关18、造波关闭开关24、水槽22、智能显示操作屏幕23，以及造波控制箱8内部的计算机、控制器、变频器和编码器和造波区多孔结构21。起始状态打开造波启动开关18，通过智能显示操作屏幕23进行设置目标波浪的大小和频率，计算机对控制器下达命令，使造波伺服电机14带动减速器5运转，减速器5与曲柄构件2以键连接固定，曲柄构件2与铰接摇杆3和造波摇板6构成曲柄摇杆结构，造波摇板6与造波摇板支撑11铰接使得造波摇板6来回摆动产生目标波浪。

其中右视图包括消波控制箱10以及内部的计算机、控制器、变频器和编码器、水槽22、智能显示操作屏幕29、消波启动开关26、消波关闭开关27、消波伺服电机13、丝杠滑轨19、滑块20、连接三角件17、消波摇板支撑4和消波区多孔结构9。由主动消波测量仪25所测得波浪数据传递给计算机29，计算机29根据所得波浪数据匹配相应的波浪生成命令，使消波伺服电机13根据指定运动幅值和频率运转，带动滑块20使消波摇板28在水槽22内产生相应的波浪，并在消波区域内与主动造波装置产生的波浪进行相互抵消。

图5是本实用新型专利的消波多孔结构示意图。消波多孔结构采用薄壁蜂窝片叠加而成，用于消除两对边产生的波浪。

综上所述：本实用新型涉及一种带主动式反馈消波功能的智能造波水槽，该智能水槽包括主动造波区域、试验区域、消波区域和主动消波区域四大区域。其中主动造波区域由主动造波控制系统控制伺服电机带动曲柄摇杆机构，带动造波摇板规律摇动产生人造波浪；试验区域有主动造波测量仪和主动消波测量仪，测量仪测量波浪质量反馈给主动造波控制系统，主动造波控制系统自动调节造波伺服电机转速调节目标波浪质量，主动消波测量仪测量本位置波浪数据反馈给主动消波控制系统，主动消波控制系统调整消波伺服电机控制丝杠滑轨行程及速度，主动产生匹配的消波波浪与造波波浪相抵消，达到消波目的。试验区域内的水波质量最佳的区域，用于进行相应波浪试验；消波区域为两侧波浪抵消区域；主动消波区域由主动消波控制系统控制消波伺服电机，由滑块控制消波摇板产生消波波浪。该智能水槽拥有主动造波及主动消波装置，由水波测量系统进行正负反馈，正反馈使试验区域水波质量得到最佳，负反馈使消波区域水波正负抵消达到主动消波的功能。该水槽在造出复合试验精度要求的波浪同时，又可以主动产生消波波浪，本结构构思巧妙，尺寸小精度高，造波能力强波浪质量好，具有极高的实用性和应用价值。

Claims (9)

1.一种带主动式反馈消波功能的智能造波水槽，其特征是，包括造波装置和消波装置，造波装置和消波装置分别位于水槽的两侧，所述造波装置包括主动造波控制系统、曲柄连杆机构和造波摇板；所述主动造波控制系统通过造波伺服电机与曲柄连杆结构连接，曲柄连杆结构与造波摇板连接；所述消波装置包括主动消波控制系统、丝杠机构和消波摇板；所述主动消波控制系统通过消波伺服电机与丝杠结构连接，丝杠结构与消波摇板连接；

还包括主动造波测量仪和主动消波测量仪，所述主动造波测量仪和主动消波测量仪设置在水槽中且分别与主动造波控制系统和主动消波控制系统连接；

所述水槽的两侧分别设置有造波区多孔结构和消波区多孔结构。

2.根据权利要求1所述的带主动式反馈消波功能的智能造波水槽，其特征是，所述造波区多孔结构和消波区多孔结构为具有六边形蜂窝孔的薄板叠加而成且薄板高度逐渐降低。

3.根据权利要求1或2所述的带主动式反馈消波功能的智能造波水槽，其特征是，所述曲柄连杆机构包括曲柄构件、与曲柄构件连接的铰接摇杆；所述曲柄构件通过减速器与造波伺服电机连接，铰接摇杆和造波摇板上边铰接，所述造波摇板下边与造波摇板支撑铰接，所述造波摇板支撑固定在水槽的底部。

4.根据权利要求1或2所述的带主动式反馈消波功能的智能造波水槽，其特征是，所述丝杠机构包括丝杠滑轨、设置在丝杠滑轨内的滑块；所述丝杠滑轨与消波伺服电机连接，所述滑块通过连接三角架与消波摇板上边铰接，所述消波摇板下边与消波摇板支撑铰接，所述消波摇板支撑固定在水槽的底部。

5.根据权利要求3所述的带主动式反馈消波功能的智能造波水槽，其特征是，所述丝杠机构包括丝杠滑轨、设置在丝杠滑轨内的滑块；所述丝杠滑轨与消波伺服电机连接，所述滑块通过连接三角架与消波摇板上边铰接，所述消波摇板下边与消波摇板支撑铰接，所述消波摇板支撑固定在水槽的底部。

6.根据权利要求1或2所述的带主动式反馈消波功能的智能造波水槽，其特征是，所述水槽长等于大于4m、宽等于大于0.5m、高等于大于0.7m，主动造波测量仪和主动消波测量仪之间的距离与水槽长度比小于等于为3：4。

7.根据权利要求3所述的带主动式反馈消波功能的智能造波水槽，其特征是，所述水槽长等于大于4m、宽等于大于0.5m、高等于大于0.7m，主动造波测量仪和主动消波测量仪之间的距离与水槽长度比小于等于为3：4。

8.根据权利要求4所述的带主动式反馈消波功能的智能造波水槽，其特征是，所述水槽长等于大于4m、宽等于大于0.5m、高等于大于0.7m，主动造波测量仪和主动消波测量仪之间的距离与水槽长度比小于等于为3：4。

9.根据权利要求5所述的带主动式反馈消波功能的智能造波水槽，其特征是，所述水槽长等于大于4m、宽等于大于0.5m、高等于大于0.7m，主动造波测量仪和主动消波测量仪之间的距离与水槽长度比小于等于为3：4。