CN219532059U - 一种无线数据传输式的海浪高度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线数据传输式的海浪高度测量装置，主要解决现有海浪高度测量设备成本高的问题。其包括浮标部件和测量部件，两者固定为一体，浮标部件包括液体传感电路、电磁阀门、高压二氧化碳舱和气囊气囊，液位传感器接触到海水后电磁阀门被打开，二氧化碳气体冲入气囊内，使其漂浮于海面上；测量部件包括加速度传感器、数据处理器、语音转换芯片、超短波发射机、功率放大电路、天线和电源。测量部件在浮标部件保持运动平稳的状态下采集海浪加速度数据计算出海浪高度，并将其转换为语音调频信号发射至海面上空，供飞行员收听海浪高度的语音播报。本实用新型体积小、重量轻，测量成本低，可用于保障飞机在水面的安全起降。

Description

一种无线数据传输式的海浪高度测量装置

技术领域

本实用新型属于测量海浪高度技术领域，特别涉及一种海浪高度测量装置，用于水上飞机对飞机下方海浪高度的实时测量，保障飞机在水面起降的安全。

背景技术

我国新型的大型水上飞机，主要用于海上巡逻、补给、救援等任务，当其在海上执行任务时由于缺乏对海情信息有效的探测手段，对于海情较为复杂，海浪高度过高的情况，将导致飞机无法在海面上进行起降或着舰，严重影响了飞机的飞行安全和任务的执行，因此水上飞机需要安装测量海浪高度的装备。

海浪高度可以通过浮标进行测量，山东省科学院海洋仪器仪表研究所的王亚洲和李忠君在山东科学期刊上发表了一篇文章，公开了一种SBF3-1型波浪浮标浮标体结构设计，其在浮标内部安装有方位传感器，由于传感器只能在无磁的环境下才能正常工作，因此该型浮标必须选择无磁材料来制作标体。该浮标体是由内壳和外壳两部分组成的双层结构的玻璃钢球体，直径为900mm，两层中间填充有聚氨酯泡沫以增加浮标的抗沉性，整个球体重量为125Kg。整个浮标体自上而下分为顶盖、法兰盘、玻璃钢球体、压载、系留板，其具体结构如图1所示。其中顶盖是一个直径为400mm，厚度为10mm的钢制圆盘；法兰盘是一个外径为400mm，内径为300mm的铜制圆盘。

海浪高度可以通过搭载于飞行器的海浪高度测量雷达进行测量，中国科学院海洋研究所在申请号为200910017953.8的专利文献中公开了一种《双极化X波段雷达海浪参数测量系统》，其雷达由雷达主机及与雷达主机通讯连接的双极化天线组成；其中，雷达主机与计算机的数据采集模块连接，通过数据采集模块将雷达输出的视频信号转换为数字信号存储于计算机的存储单元；计算机通过I/O接口与极化切换控制模块连接，计算机通过极化切换控制模块与双极化天线控制连接；该双极化天线的一端与雷达主机通讯连接，另一端通过与极化切换控制模块连接，以全天候、实时、高效准确提供海浪高度信息。

上述现有技术存在的最大问题是体积大、重量重、成本高，其中海浪高度测量雷达市场价高达几十万元，海浪浮标单价也在十几万元，因此市场亟待一种轻量化的低成本产品来替代。

实用新型内容

本实用新型目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种无线数据传输式海洋浪高测量装置，以减小测量装置的体积和重量，大幅度降低测量成本。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

1.一种无线数据传输海浪高度测量装置，包括浮标部件1和测量部件2，两者固定为一体，其特征在于：

所述浮标部件1，包括液体传感电路11、电磁阀门12、高压二氧化碳舱13和气囊14，气囊14位于高压二氧化碳舱13的上方，电磁阀门12位于两者之间，并与液体传感电路电连接；高压二氧化碳舱13内装有高压二氧化碳气体，当液位传感器接触到海水后电磁阀门12被打开，二氧化碳气体冲入气囊14内，使其迅速膨胀漂浮于海面上，并随着海浪的波动而运动；

所述测量部件2采用包括加速度传感器21、数据处理器22、语音转换芯片23、超短波发射机24、功率放大电路25、天线26和电源模块27集成在一起的整体结构，以减小装置的体积和重量，增加装置的可靠性；该加速度传感器21、数据处理器22、语音转换芯片23、超短波发射机24、功率放大电路25及天线26依次级联，以对加速度传感器获取的海浪的波动信号进行处理，并通过数据处理器进行频率调整的控制，获得海浪高度。

进一步，所述的液体传感电路11，其由功放电路111和液位传感器112连接组成，液位传感器112接触到海水后产生标准的电信号传输至功放电路111进行放大后触发电磁阀门12打开。

进一步，所述的数据处理器22包括：

控制子模块，用于设置超短波发射机的工作模式、频率，并通过IIC总线将工作模式、频率数据写入超短波发射机，即使用HS6760_Fre()函数对超短波发射机进行频率设置，用HS6760_SetMode()函数对超短波发射机进行工作模式设置，并将这两个函数的设置数据通过IIC_WriteOneByte()函数逐字节将数据写入超短波发射机，实现一字节数据通过IIC总线写入固定地址；

计算子模块，用于接收加速度传感器的加速度数据，根据加速度数据计算海浪高度，即采用SeaWaveHeight_process()函数对海浪加速度数据进行曲线拟合，再根据拟合曲线求取海浪高度。

进一步，所述电源模块27分别与液体传感电路11、加速度传感器21、语音转换芯片23、超短波发射机24、功率放大电路25连接，以对其进行供电。

进一步，所述天线26采用高度不大于10cm的螺旋天线，用于接收放大后的语音调频信号，将其发射出去。

进一步，所述超短波发射机24主芯片为为HS6760M，其尺寸为：3*3*0.95mm，支持line-in输入和直接MIC输入，其工作模式包括正常发射模式、睡眠模式、静止模式，频率为27～125MHz；输入参考时钟支持7.6MHz/12MHz/24MHz三种晶振，发射功率大于10dBm，超短波发射机接收外部输入的控制信号，生成载波信号将语音信号调制到该载波上得到语音调频信号后传输至功率放大电路。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1.本实用新型的浮标部件由于采用二氧化碳气体充入气囊的形式提供装置浮力和保持装置运动平稳，代替现有SBF3-1型波浪浮标采用玻璃钢球体通过大体积排水获取浮力的方法，使得整个装置重量轻，且在非工作状态下气囊处于压缩状态，体积非常小；同时由于压缩的二氧化碳占用体积小，成本低，重量轻，大幅降低了无线数据传输海浪高度测量装置的制造成本，减轻了装置自身重量，实现了小体积、轻量化及低成本；

2.本实用新型由于采用超短波发射语音信号的方式，将其功率放大后的语音调频信号经天线发射至海面上空，以供飞机上的超短波电台接收，能够实现在飞机上实时收听海浪高度信息，方便飞行员执行任务。

3.本实用新型装置总费用不大于5000元，相较于现有几十万元的海浪高度测量雷达及十几万元的海浪浮标，本装置节省了高达数十万元。

4.本实用新型装置主要用于海面救援时，从飞机上进行布撒，以实时进行救援现场的海浪高度测量，同时海上布撒后不需要打捞回收，降低了飞机海上执行任务时的工作量。

附图说明

图1为现有SBF3-1型波浪浮标浮标体结构图；

图2为本实用新型的装置结构示意图；

图3为本实用新型中的浮标部件结构示意图；

图4为本实用新型中的测量部件原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例作进一步详细描述。

参照图2，本实例的无线数据传输海浪高度测量装置，包括浮标部件1和测量部件2，两者固定为一体。

参照图3，所述浮标部件1包括液体传感电路11、电磁阀门12、高压二氧化碳舱13及气囊14，其中液体传感电路11包括液位传感器112和功放电路111；气囊14位于高压二氧化碳舱13的上方，电磁阀门12位于两者之间，并与液体传感电路电连接；高压二氧化碳舱13内装有高压二氧化碳气体；当液位传感器112接触到海水时产生一个标准的电信号，该电信号传输至功放电路111进行放大，放大后的电信号传输至电磁阀门12后，该阀门打开，高压二氧化碳舱内的气压比气囊的气压大，二氧化碳气体通过电磁阀门充入气囊14，使其迅速膨胀漂浮于海面上，并随着海浪的波动而运动。

参照图4，所述测量部件2，包括加速度传感器21、数据处理器22、语音转换芯片23、超短波发射机24、功率放大电路25、天线26和电源模块27。加速度传感器21、数据处理器22、语音转换芯片23、超短波发射机24、功率放大电路25及天线26之间依次级联，电源模块27分别与功放电路111、加速度传感器21、语音转换芯片23、超短波发射机24、功率放大电路25连接，以对其进行供电。加速度传感器21将采集到的加速度数据通过IIC总线传输至数据处理器22进行存储、计算，首先得出海浪加速度曲线，再对海浪加速度曲线进行计算得出海浪高度数据，该海浪高度数据通过串口传输至语音转换芯片23转化为语音信号，该语音信号传输至超短波发射机24进行频率调制得到语音调频信号，该语音调频信号传输至功率放大电路25进行功率放大，放大后的语音调频信号传输至天线26发射到海面的上空，以供飞机上的超短波电台接收，飞行员收听海浪高度的实时语音播报信息。

所述加速度传感器21用于采集海浪加速度，采集装置所在水面的海浪加速度数据并通过IIC总线传输至数据处理器22；

所述数据处理器22通过IIC总线对超短波发射机24进行频率调整的控制，使其产生相应频段的载波信号；数据处理器22接收加速度传感器传输来的加速度数据，对加速数据进行存储、计算；通过对海浪加速度数据进行FFT运算，取0频除外的最小频率值，此值近似为海浪加速度频率f，再利用最小二乘法拟合加速度曲线a_S；再对a_S进行时间上的二重积分，得出海浪高度数据，该海浪高度数据通过RS232总线传输至语音转换芯片23，语音转换芯片23将海浪高度数据转换为语音信号后传输给超短波发射机24，超短波发射机24采用调频方式将该语音信号进行调制得到调制信号并传输至功率放大电路25进行放大，放大后的调制信号传输至天线并发射出去；在飞机上将超短波电台调至相应频率即可接收到海浪高度的语音播报信息。

所述数据处理模块22，包括控制子模块和计算子模块，其中：控制子模块用于设置超短波发射机的工作模式、频率，并通过IIC总线将工作模式、频率数据写入超短波发射机，即使用HS6760_Fre()函数对超短波发射机进行频率设置，用HS6760_SetMode()函数对超短波发射机进行工作模式设置，并将这两个函数的设置数据通过IIC_WriteOneByte()函数逐字节写入超短波发射机，实现一字节数据通过IIC总线写入固定地址；计算子模块，用于接收加速度传感器的加速度数据，根据加速度数据计算海浪高度，即采用SeaWaveHeight_process()函数对加速度数据进行曲线拟合，再根据拟合曲线求取海浪高度。再根据拟合曲线求取海浪高度，计算子模块的UART_Transmit()函数将海浪高度数据通过串口发送至语音芯片。

所述语音转换芯片23，采用但不限于型号为XFS3031CNP的芯片，其外形尺寸为10*10*1.4mm。该芯片将数据处理器22传输的海浪高度数据转换为语音信号，该语音信号传输至超短波发射机24.

所述的超短波发射机24，采用但不限于主芯片为HS6760M的芯片，其尺寸为：3*3*0.95mm，支持line-in输入和直接MIC输入，该芯片的工作模式包括正常发射模式、睡眠模式、静止模式，频率为27～125MHz；输入参考时钟支持7.6MHz/12MHz/24MHz三种晶振，发射功率大于10dBm，超短波发射机接收外部输入的控制信号，生成载波信号将语音信号调制到该载波上得到语音调频信号后传输至功率放大电路。

所述的功率放大电路25，采用但不限于型号为TDA1521的芯片，具有低失真度及高稳定度的音频功放芯片，其工作电压为±16V、阻抗为8欧姆，输出功率为30瓦，失真率不大于0.5％，用于放大超短波发射机24传输的语音调频信号的放大。

所述的天线26，采用但不限于高度不大于10cm的螺旋天线，天线增益不小于3.5dBi；用于接收放大后的语音调频信号，将其发射出去。

所述的电源模块27，其工作时间为：2h～12h。

本实用新型工作原理如下：

在整个装置潜入水中时，浮标部件1的气囊充气膨胀带动整个装置随着海浪波动在水面上运动，测量部件2随着装置的运动获取海浪的加速度数据并进行存储、通过计算子模块将所得的海浪高度数据组织成语音播报数据，将其传输给语音转换芯片HS6760M；语音芯片将接收到的语音播报数据转换成语音信号，并传输至超短波发射机；控制子模块通过IIC总线控制超短波发射机产生载频，超短波发射机将语音信号进行频率调制，得到语音调频信号并传输至功率放大电路；功率放大电路对语音调频信号进行功率放大，得到放大的语音调频信号；该放大的语音音频信号通过螺旋天线发射至海面上空；飞行员在海面上空将飞机上的超短波电台调至相应频率即可接收到海浪高度的语音播报信息，保证飞机在海面上的安全起降。

Claims (6)

1.一种无线数据传输式的海浪高度测量装置，包括浮标部件(1)和测量部件(2)，两者固定为一体，其特征在于：

所述浮标部件(1)，包括液体传感电路(11)、电磁阀门(12)、高压二氧化碳舱(13)和气囊(14)，气囊(14)位于高压二氧化碳舱(13)的上方，电磁阀门(12)位于两者之间，并与液体传感电路电连接；高压二氧化碳舱(13)内装有高压二氧化碳气体，当液位传感器接触到海水后电磁阀门(12)被打开，二氧化碳气体冲入气囊(14)内，使其迅速膨胀漂浮于海面上，并随着海浪的波动而运动；

所述测量部件(2)采用包括加速度传感器(21)、数据处理器(22)、语音转换芯片(23)、超短波发射机(24)、功率放大电路(25)、天线(26)和电源模块(27)集成在一起的整体结构，以减小装置的体积和重量，增加装置的可靠性；该加速度传感器(21)、数据处理器(22)、语音转换芯片(23)、超短波发射机(24)、功率放大电路(25)及天线(26)依次级联，以对加速度传感器获取的海浪的波动信号进行处理，并通过数据处理器进行频率调整的控制，获得海浪高度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的液体传感电路(11)，其由功放电路(111)和液位传感器(112)连接组成，液位传感器(112)接触到海水后产生标准的电信号传输至功放电路(111)进行放大后触发电磁阀门(12)打开。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的数据处理器(22)包括：

控制子模块，用于设置超短波发射机的工作模式、频率，并通过IIC总线将工作模式、频率数据写入超短波发射机，即使用HS6760_Fre()函数对超短波发射机进行频率设置，用HS6760_SetMode()函数对超短波发射机进行工作模式设置，并将这两个函数的设置数据通过IIC_WriteOneByte()函数逐字节写入超短波发射机，实现一字节数据通过IIC总线写入固定地址；

计算子模块，用于接收加速度传感器的加速度数据，根据加速度数据计算海浪高度，即采用SeaWaveHeight_process()函数对海浪加速度数据进行曲线拟合，再根据拟合曲线求取海浪高度。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的电源模块(27)分别与液体传感电路(11)、加速度传感器(21)、语音转换芯片(23)、超短波发射机(24)、功率放大电路(25)连接，以对其进行供电。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的天线(26)采用高度不大于10cm的螺旋天线，用于接收放大后的语音调频信号，将其发射出去。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的超短波发射机(24)主芯片为HS6760M，其尺寸为：3*3*0.95mm，支持line-in输入和直接MIC输入，其工作模式包括正常发射模式、睡眠模式、静止模式，频率为27～125MHz；输入参考时钟支持7.6MHz/12MHz/24MHz三种晶振，发射功率大于10dBm，超短波发射机接收外部输入的控制信号，生成载波信号将语音信号调制到该载波上得到语音调频信号后传输至功率放大电路。