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一種波高測(cè)量方法

文檔序號(hào):5936136閱讀:1080來源:國知局
專利名稱:一種波高測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種測(cè)量波浪高度的方法及其裝置。
背景技術(shù)
目前公知的測(cè)量波浪高度的方法有很多種,有電容式壓力傳感器,超聲波測(cè)量等等,這些方法都可以在一定環(huán)境條件下(比如長(zhǎng)波)取得較好的測(cè)量結(jié)果,但是在被測(cè)環(huán)境條件改變時(shí)(比如短波)就可能無法正常工作,亦即工作條件要求嚴(yán)格,適應(yīng)范圍窄。
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供了一種適應(yīng)范圍廣,測(cè)量準(zhǔn)確度高,不受干擾的波高測(cè)量方法及其裝置。

發(fā)明內(nèi)容
測(cè)量原理要測(cè)量某個(gè)流體環(huán)境的波浪高度,我們通常把被測(cè)流體基本上看成理想的,不可壓縮的,質(zhì)量力僅僅是重力,同時(shí)流動(dòng)狀態(tài)是無旋的,所以在整個(gè)流場(chǎng)上有如下的伯努利方程成立 式中t是反應(yīng)流場(chǎng)非定常運(yùn)動(dòng)的量,與加速度有關(guān),ρ為液體的密度,g是重力加速度,P和z是兩個(gè)待測(cè)變量,P是壓力傳感器所測(cè)量得的壓力值,z是待測(cè)波高,C是常數(shù);通常稱 為速度水頭, 為壓力水頭,gz為位置水頭。我們通常要測(cè)量的就是水面的位置水頭,即波高。本式的意義表明在整個(gè)流場(chǎng)上,任意點(diǎn)的各分量之和始終為常數(shù)。
公知的許多波高測(cè)量方法是在被測(cè)液體的底部投放壓力傳感器,在波浪傳遞時(shí),液面高度的變化造成壓力的變化,由壓力傳感器根據(jù)壓力變化值來推算得知被測(cè)波高。這種方法的缺陷在于在某些波況條件下測(cè)量不準(zhǔn),例如對(duì)于短波,壓力傳感器測(cè)得的壓力會(huì)始終不變,因而得到波高為零的錯(cuò)誤結(jié)果。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的壓力傳感器式波高測(cè)量方法僅僅由壓力測(cè)量值來推算位置水頭,即波高,完全忽略了波浪運(yùn)動(dòng)是存在著一定速度的。正是由于波浪運(yùn)動(dòng)存在著一定速度,即有關(guān)加速度和速度的分量 始終是一個(gè)未知量,并且不能忽略不計(jì),即使利用經(jīng)驗(yàn)值來修正,也存在極大的誤差。
如果采用某種測(cè)量手段可以使伯努利方程中加速度和速度的分量項(xiàng)可以被看成相對(duì)小量,從而使之可以被忽略不計(jì),那么就很容量得到準(zhǔn)確的波浪高度。
本發(fā)明采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的被測(cè)流體中放置一根豎直的長(zhǎng)管,中間為空腔,上端開口,下端封閉,在空腔的底部裝設(shè)一個(gè)壓力傳感器,在長(zhǎng)管與液面交界處沿上下分別開設(shè)多個(gè)進(jìn)水口,開口迎向波浪前進(jìn)的方向,進(jìn)水口可以讓被測(cè)流體自由地進(jìn)出中空長(zhǎng)管的腔體內(nèi),測(cè)量時(shí)將中空長(zhǎng)管豎直地立于被測(cè)流體中,位置固定,當(dāng)被測(cè)流體有波浪產(chǎn)生時(shí),中空長(zhǎng)管腔體內(nèi)的液柱也隨之發(fā)生變化,在豎直長(zhǎng)管中的液面僅在高度上存在變化,而沿波浪前進(jìn)方向的速度為零。如果取最上端和最下端兩個(gè)點(diǎn)來看,最下端點(diǎn)流體的加速度和速度的分量 本身就為零,而最上端點(diǎn)流體的加速度和速度的分量 近似為零,完全可以忽略不計(jì),這時(shí)長(zhǎng)管中腔內(nèi)流體各點(diǎn)的伯努利方程表達(dá)式為Pρ+gz=C]]>如果設(shè)定最下端的點(diǎn)為座標(biāo)原點(diǎn),則最上端和最下端兩個(gè)點(diǎn)各自的伯努利方程表達(dá)式如下P1ρ+gz1=C]]>P2ρ+gz2=C]]>其中最上一點(diǎn)的P1為大氣壓力,即P1=0,最下一點(diǎn)的z2為坐標(biāo)原點(diǎn),z2=0,由此可知gz1=CP2ρ=C]]>得出z1=P2gρ]]>由以上推算可知,波高z1=P2gρ.]]>采用在被測(cè)流體中立一根中空長(zhǎng)管的辦法,目的就是使包含流體運(yùn)動(dòng)加速度的項(xiàng)t和速度的項(xiàng) 相對(duì)壓力水頭 和位置水頭gz為小量,可以忽略不計(jì),這就很好地解決了波浪產(chǎn)生的擾動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,而且待測(cè)流體的種類不受限制。
為了使測(cè)量得以實(shí)現(xiàn),中空長(zhǎng)管的直徑必須很小,相對(duì)于被測(cè)流體的波長(zhǎng)為小量,可以忽略不計(jì)。這在實(shí)際工作中是很顯而易見的,中空長(zhǎng)管的直徑以毫米計(jì),而被測(cè)流體的波長(zhǎng)以米計(jì)。


圖1為波高測(cè)量?jī)x的示意圖;圖中1--中空長(zhǎng)管,2--進(jìn)水孔,3--壓力傳感器。
實(shí)施例下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1所示的波高測(cè)量?jī)x,中空長(zhǎng)管1豎直并且位置固定地插入被測(cè)流體中,相對(duì)波浪前進(jìn)方向開有一系列的進(jìn)孔2,進(jìn)水孔2沿被測(cè)流體液面與中空長(zhǎng)管交界處沿上下均勻分布,在中空長(zhǎng)管1的封閉的底部安裝有壓力傳感器3,當(dāng)有波浪運(yùn)動(dòng)時(shí),中空長(zhǎng)管內(nèi)的液柱上下升降,壓力傳感器3對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量,轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出,根據(jù)測(cè)量值及相關(guān)公式即可求得波高。
權(quán)利要求
1.一種波高測(cè)量方法,其特征在于采用豎直并且位置固定地插入被測(cè)流體中一根中空長(zhǎng)管的辦法,長(zhǎng)管(1)中間為空腔,上端開口,下端封閉,中空長(zhǎng)管(1)的封閉的底部安裝有壓力傳感器(3),在長(zhǎng)管與液面交界處沿上下分別開設(shè)多個(gè)進(jìn)水口(2),開口迎向波浪前進(jìn)的方向,進(jìn)水口可以讓被測(cè)流體自由地進(jìn)出中空長(zhǎng)管的腔體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種波高測(cè)量方法,其特征在于進(jìn)水孔(2)沿被測(cè)流體液面與中空長(zhǎng)管交界處沿上下均勻分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種波高測(cè)量方法,其特征在于相對(duì)波浪前進(jìn)方向開有一系列的進(jìn)孔(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)量波浪高度的方法及其裝置。目前公知的測(cè)量波浪高度的方法有電容式壓力傳感器,超聲波測(cè)量等,這些方法在一定環(huán)境條件下能取得較好的測(cè)量結(jié)果,但是在被測(cè)環(huán)境條件改變時(shí)就可能無法正常工作,適應(yīng)范圍窄。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供了一種采用豎直并且位置固定地插入被測(cè)流體中一根中空長(zhǎng)管的辦法,該方法適應(yīng)范圍廣,測(cè)量準(zhǔn)確度高,且不受環(huán)境的干擾。
文檔編號(hào)G01B5/02GK1556370SQ20041001501
公開日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2004年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月5日
發(fā)明者游亞戈, 顏希文, 揭德算 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院廣州能源研究所
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