[發明專利]一種可用于實際海域的波高測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201810289963.6
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108318103B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 鄒麗;姜勝超;孫鐵志;裴玉國;董進;趙建;梅子揚
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01F23/26
• 分類號: G01F23/26;G01F23/00
• 代理公司: 21212 大連東方專利代理有限責任公司
• 代理人: 李馨

1.一種可用于實際海域的波高測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)鉭絲波高傳感器標定

將測量裝置放置于預定測量區域之前，為保證采集數據的準確性，需要對鉭絲波高傳感器進行標定；

(2)測量裝置安裝

測量裝置安裝包括鋼鐵支架安裝和鉭絲波高傳感器安裝，具體安裝步驟如下：

①鋼鐵支架的安裝

將鋼鐵支架投放于預定海域，將航標燈固定安裝在鋼鐵支架頂部的支架平臺上；

②鉭絲波高傳感器的安裝

將標定后的鉭絲波高傳感器的測量部分通過螺栓和螺母固定安裝在鋼鐵支架的加強肋上，保證鉭絲波高傳感器的測量部分垂直于水平面安裝，且置于水面之上的鉭絲長度應大于當地海況的最大波高；

將信號發射器安裝在鋼鐵支架頂部的支架平臺的側部擋板上，側部擋板制有插銷孔，信號發射器通過插銷與側部擋板上的插銷孔固定在側部擋板上；將測量部分的鉭絲電極的插頭與信號發射器的插口相連接，接口處包有防水膠；

(3)液面高度歷時曲線的測量

打開信號發射器中的電源開關，打開航標燈的開關，當水面沿鉭絲上下移動時，由鉭絲和水形成的電容的電容量會發生變化，電容量的變化將引起相應電壓降的變化，相應的鉭絲電極測得的電壓值經過信號發射器的處理變成所需的水位信息，發送到岸上布置的信號接收系統，同時會在信號發射器內部的存儲介質中備存相同的數據；信號發射器及信號接收系統均會記錄當地時間，并根據設定的時間，按組存儲水位信息數據，從而獲得液面高度歷時曲線；

(4)波高計算

對獲得的液面高度時歷曲線進行傅里葉變換得到波浪譜信息，其中傅里葉變換過程由[方程式1]所確定：

式中：E(f)為譜能量密度，f為頻率，e為無理數2.71828，為積分符號，R(τ)為自相關函數，由[方程式2]確定：

R(τ)＝M[ξ(t)*ξ(t+τ)] [方程式2]

式中：M為數學期望，τ為時間間隔，ξ(t)為鉭絲波高傳感器測量的液面高度時歷曲線；

經傅里葉變換得到的波浪譜信息，濾去高頻噪聲后得到海浪的實測譜，使用實測譜計算有義波高及平均跨零周期，其中有義波高以及平均跨零周期分別由[方程式3]和[方程式4]確定：

在[方程式3]和[方程式4]中：Hs為有義波高，零階譜距m₀和二階譜距m₂由[方程式5]確定：

m_n＝∫E(f)·fⁿdf (n＝0,2) [方程式5]

式中：E(f)為譜能量密度，f為頻率，∫df為積分符號。

2.根據權利要求1所述的可用于實際海域的波高測量方法，其特征在于，所述的鉭絲波高傳感器的標定步驟如下：

(1)將鉭絲波高傳感器垂直于水平面置于靜水中，記錄此時浸入靜水中的鉭絲長度，并記錄此時測量到的U型的鉭絲電極間的電壓；

(2)調整鉭絲波高傳感器浸入水中的鉭絲長度，再次記錄測量到的U型的鉭絲電極間的電壓，重復上述過程，調整鉭絲浸入水中的長度，采集7～8組數據；

(3)繪制鉭絲浸水長度與電壓關系的曲線圖，兩者線性相關度達到0.9999以上，則表明鉭絲波高傳感器滿足測量精度的要求；反之若不滿足線性關系，則需要檢查鉭絲波高傳感器的安裝，并重新標定鉭絲波高傳感器。

3.根據權利要求1所述的可用于實際海域的波高測量方法，其特征在于，所述的鋼鐵支架為三腳支架，包括三個支腳和支架平臺，支架平臺設置在支腳頂部，支腳之間設置有固定作用的加強肋。

4.根據權利要求1所述的可用于實際海域的波高測量方法，其特征在于，所述航標燈用于標記測量裝置的位置以及提醒海上船只避讓。

5.根據權利要求1所述的可用于實際海域的波高測量方法，其特征在于，所述的鉭絲波高傳感器包括測量部分和信號發射部分；

測量部分包括鉭絲支架、鉭絲張緊臺和鉭絲；鉭絲支架通過螺紋固定連接在鉭絲張緊臺上，所述鉭絲張緊臺的邊角制有螺紋孔，所述鉭絲支架兩端有螺紋，兩者通過螺紋螺孔連接，并通過螺母固定；同時鉭絲張緊臺上設置兩排相互平行的鉭絲通孔，鉭絲依次穿過鉭絲張緊臺的一排通孔，隨后將鉭絲依次反方向穿過鉭絲張緊臺上的第二排通孔，鉭絲兩端焊接于鉭絲張緊臺上，形成一個U型的鉭絲電極；鉭絲外圍包有一氧化膜絕緣層，鉭絲的松緊可由鉭絲支架末端的螺母調節，所述的鉭絲電極必須保持張緊和平行。