[發明專利]一種能夠測量夾雜有空氣的波浪液面高度的波高儀

有效

• 申請號: 202010050214.5
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111189434B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 劉嘉斌;郭安薪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司 23101
• 代理人: 吳振剛

1.一種能夠測量夾雜有空氣的波浪液面高度的波高儀，包括電容式測波探頭，其特征在于，所述的電容式測波探頭的正極為鉭絲，負極為不銹鋼桿，并且鉭絲數量為多個，每個所述的鉭絲的外層采用兩種絕緣材料均勻交替包裹，設第一種絕緣材料的截斷高度為h_i，第二種絕緣材料的截斷高度為g_i，兩種絕緣材料的厚度相同，介電常數不同，設第一種絕緣材料的介電常數為ε₁，第二種絕緣材料的介電常數為ε₂，并且每根鉭絲上的兩種材料截斷高度h_i和g_i都不相同；水位淹沒正極的高度變化就會導致探頭的電容值的變化，測量出不同鉭絲的電容值，利用電容值與水面高度變化的關系函數，進而計算出包含大量空氣的波浪液面高度及波浪中空氣位置，具體方法如下：

設鉭絲i的電容測量值為C_i，定義為：

式中α(z)是含有空氣的波浪中水的體積分數，當α(z)＝1為水，α(z)＝0為空氣；

f_i(z)是鉭絲i在靜止水面高度與測量值的關系函數，由靜止水面標定得到，標定步驟為：在靜止水槽內通過加水改變水面高度，同時測量出不同水面高度下鉭絲i的電容測量值C_i，利用連續變化的靜止水面高度獲得不同高度z處的f_i(z)取值；

L是鉭絲的長度；z是豎向坐標；n是鉭絲個數；

進而

式中z₁，z₂，z₃為z方向坐標，其中[0 z₁]是水，[z₁ z₂]是空氣，[z₂，z₃]是水，[z₃，L]是空氣，

通過如下公式(3)確定z₁，z₂，z₃

最終得到波浪液面高度z₃和波浪中的空氣位置[z₁ z₂]。