一種漂浮式波浪儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種漂浮式波浪儀，包括不銹鋼殼體、信號(hào)發(fā)射器、一個(gè)主換能器、三個(gè)副換能器、信號(hào)接收器和信號(hào)處理器，所述信號(hào)發(fā)射器安裝于不銹鋼殼體上；所述主換能器安裝于位于所述不銹鋼殼體上的換能器頭上，不銹鋼殼體和換能器頭構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)；所述主換能器轉(zhuǎn)換所述第一發(fā)射信號(hào)為第一聲波信號(hào)，還接收各水層反射該第一聲波信號(hào)而產(chǎn)生的第一回波信號(hào)；所述副換能器的數(shù)量是三個(gè)且繞所述主換能器均勻分布而與主換能器呈120°，轉(zhuǎn)換所述第二發(fā)射信號(hào)為第二聲波信號(hào)，還接收各水層反射該第二聲波信號(hào)而產(chǎn)生的第二回波信號(hào)；所述信號(hào)接收器放大所述第一回波信號(hào)或者第二回波信號(hào)并與所述信號(hào)處理器連接，避免了多個(gè)儀器同時(shí)工作所占用體積大，接口數(shù)據(jù)處理的繁瑣的問題。
【專利說(shuō)明】一種漂浮式波浪儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及用于測(cè)量海流剖面流速、海面波浪數(shù)據(jù)、海水懸浮泥沙濃度的漂浮式波浪儀。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋水體的運(yùn)動(dòng)及在海面發(fā)生的蒸汽交換是影響全球氣候變化和形成水旱等自然災(zāi)害的最重要因素，所以必須不斷監(jiān)測(cè)海流的變化，以便隨時(shí)掌握自然界的變化規(guī)律。油氣開發(fā)、建港、運(yùn)輸，海底礦產(chǎn)開發(fā)等海洋資源開發(fā)活動(dòng)也需要掌握海流的長(zhǎng)期變化規(guī)律，以降低工程造價(jià)，保障海上作業(yè)安全。海流的實(shí)時(shí)測(cè)量和預(yù)報(bào)是獲得海上各項(xiàng)活動(dòng)重要資料的關(guān)鍵。
[0003]海浪是一種重要的海洋波動(dòng)現(xiàn)象，是海洋動(dòng)力學(xué)重要組成部分之一，是海水運(yùn)動(dòng)、海氣混合和小尺度海氣相互作用等研究中的重要環(huán)節(jié)。海浪的研究有著廣泛的實(shí)際需求，從安全角度看，它和海上運(yùn)輸、海洋石油、海洋漁業(yè)、海洋工程和軍事活動(dòng)等一切海上活動(dòng)密切相關(guān)；從科學(xué)角度上看，它與海氣交換、碳循環(huán)等重大科學(xué)研究項(xiàng)目關(guān)系緊密。為了安全、經(jīng)濟(jì)地開展海上工程建設(shè)，如石油鉆井平臺(tái)，必須計(jì)算海浪對(duì)各種海上建筑物的作用力和分析深水結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。
[0004]海洋開發(fā)活動(dòng)的增加，致使海洋污染加劇，同時(shí)由于森林的破壞,水土的流失,江河又帶來(lái)大量的泥沙和污染物。在港工、航道、水利及各類近岸海洋工程的建設(shè)中，水中泥沙遷移和淤積是一個(gè)關(guān)系到工程成敗的關(guān)鍵問題。正確掌握水中泥沙遷移和淤積的規(guī)律是有效開展綜合治理的前提。
[0005]聲學(xué)方法是目前唯一能夠在不干擾流場(chǎng)的條件下連續(xù)、實(shí)時(shí)和長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量不同水層的三維流速和流向，測(cè)量海面波浪的波高、周期及方向，測(cè)量水中懸浮污染物的垂直分布及其隨時(shí)間的變化過(guò)程。目前，采用聲學(xué)方法對(duì)海流流速、海面波浪、海水懸浮物進(jìn)行測(cè)量的分別有多普勒聲學(xué)流速剖面儀(ADCP)、聲學(xué)波面跟蹤儀器或ADCP波浪固件、聲學(xué)后散射懸沙測(cè)量?jī)x(ABS)，各儀器分別測(cè)量海水中的各物理量。由于聲學(xué)測(cè)量方法的需要，各儀器需要分開布置，相互之間需要隔開一定距離，所占用的體積就很大。另外，各儀器的外部通信接口也不完全一樣，數(shù)據(jù)記錄及傳輸需要有專門的設(shè)備進(jìn)行處理，增加了處理的難度及復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型解決的問題是需要多臺(tái)儀器組合測(cè)量海流剖面流速、海面波浪數(shù)據(jù)、海水懸浮泥沙濃度的問題。
[0007]為解決上述問題，本實(shí)用新型公開一種漂浮式波浪儀，該波浪儀包括不銹鋼殼體、信號(hào)發(fā)射器、一個(gè)主換能器、三個(gè)副換能器、信號(hào)接收器和信號(hào)處理器，所述信號(hào)發(fā)射器安裝于不銹鋼殼體上；所述主換能器安裝于位于所述不銹鋼殼體上的換能器頭上，不銹鋼殼體和換能器頭構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)；所述主換能器轉(zhuǎn)換所述第一發(fā)射信號(hào)為第一聲波信號(hào)，還接收各水層反射該第一聲波信號(hào)而產(chǎn)生的第一回波信號(hào)；所述副換能器的數(shù)量是三個(gè)且繞所述主換能器均勻分布而與主換能器呈120°，轉(zhuǎn)換所述第二發(fā)射信號(hào)為第二聲波信號(hào)，還接收各水層反射該第二聲波信號(hào)而產(chǎn)生的第二回波信號(hào)；所述信號(hào)接收器放大所述第一回波信號(hào)或者第二回波信號(hào)并與所述信號(hào)處理器連接。
[0008]可選地，所述漂浮式波浪儀還包括屏蔽板，該屏蔽板設(shè)置在信號(hào)發(fā)射器和信號(hào)接收器之間。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]1、本實(shí)用新型包括主換能器、三個(gè)副換能器、信號(hào)發(fā)射器、信號(hào)接收器和信號(hào)處理器，避免了多個(gè)儀器同時(shí)工作所占用體積大，接口數(shù)據(jù)處理的繁瑣的問題。
[0011]2、由于設(shè)置有屏蔽板，這樣，確保信號(hào)發(fā)射器和信號(hào)接收器之間不存在干擾，保證測(cè)量精度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是第一實(shí)施方式的漂浮式波浪儀的正視圖；
[0013]圖2是圖1所示的漂浮式波浪儀的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實(shí)施例并配合附圖予以詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]請(qǐng)參閱圖1和圖2，實(shí)施方式中的漂浮式波浪儀包括信號(hào)發(fā)射器1、一個(gè)主換能器
2、三個(gè)副換能器3、信號(hào)接收器4和信號(hào)處理器5。所述信號(hào)發(fā)射器I安裝于不銹鋼殼體6上，產(chǎn)生用于測(cè)量懸浮泥沙濃度的第一發(fā)射信號(hào)和用于測(cè)量海水流速的第二發(fā)射信號(hào)。所述第一發(fā)射信號(hào)和第二發(fā)射信號(hào)在本實(shí)施方式中是電壓信號(hào)。所述主換能器2安裝于位于所述不銹鋼殼體6上的換能器頭7上，(不銹鋼殼體6和換能器頭7構(gòu)成框架結(jié)構(gòu))轉(zhuǎn)換所述第一發(fā)射信號(hào)為第一聲波信號(hào)，并朝豎直方向發(fā)射該第一聲波信號(hào)。在本實(shí)施方式中，該第一聲波信號(hào)是500kHz的正弦脈沖信號(hào)。由于主換能器2發(fā)射的第一聲波信號(hào)在豎直方向傳播，所以，本實(shí)用新型的流速波浪儀在豎直方向上不能有物體的遮擋，當(dāng)所述第一聲波信號(hào)豎直向上發(fā)射時(shí)，豎直方向上不能有物體遮擋。所述第一聲波信號(hào)用于測(cè)量懸浮泥沙的濃度，而懸浮泥沙濃度不僅與回波強(qiáng)度有關(guān)，也與現(xiàn)場(chǎng)泥沙直徑的大小有關(guān)，所以要獲取懸浮泥沙濃度，必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)泥沙直徑的標(biāo)定。在發(fā)射所述第一聲波信號(hào)結(jié)束后，主換能器2接收各水層反射該第一聲波信號(hào)而產(chǎn)生的第一回波信號(hào)。所述信號(hào)接收器4放大第一回波信號(hào)。所述信號(hào)處理器5處理放大的第一回波信號(hào)而獲得懸浮泥沙的濃度，信號(hào)處理器5處理放大的第一回波信號(hào)可以采用現(xiàn)有技術(shù)，這樣的現(xiàn)有技術(shù)可以是:先對(duì)放大的第一回波信號(hào)進(jìn)行采樣，然后，由回波強(qiáng)度與懸浮泥沙濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，就能獲取各水層懸浮泥沙濃度。
[0016]請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1和圖2，副換能器3的數(shù)量是三個(gè)，繞所述主換能器2均勻分布而與主換能器2呈120°，每一個(gè)副換能器3轉(zhuǎn)換所述第二發(fā)射信號(hào)為第二聲波信號(hào)，并向海面發(fā)射第二聲波信號(hào)，在本實(shí)施方式中，是發(fā)射300kHz由偽隨機(jī)碼調(diào)制的正弦脈沖信號(hào)，發(fā)射結(jié)束后，再接收由不同水層散射的第二回波信號(hào)。所述信號(hào)接收器4放大該第二回波信號(hào)。所述信號(hào)處理器5對(duì)該放大的第二回波信號(hào)進(jìn)行復(fù)協(xié)方差運(yùn)算，獲取不同水層的多普勒頻偏，得到不同水層的水流流速；接著，通過(guò)三個(gè)副換能器3的三個(gè)波束的回波時(shí)間或各層水流的流速，由表面跟蹤法或流速單元矩陣法就可以獲取海浪數(shù)據(jù)，海浪數(shù)據(jù)包括海面波浪的波高、周期及方向。
[0017]綜上所述，本實(shí)用新型通過(guò)一臺(tái)設(shè)備即可獲得海面波浪的波高、周期及方向、水流流速和懸浮泥沙濃度，所以，該漂浮式波浪儀集成了多普勒聲學(xué)流速剖面儀(ADCP)、聲學(xué)后散射懸沙測(cè)量?jī)x(ABS)、波浪計(jì)(Wave Gauge)等儀器的功能，不需要由多臺(tái)設(shè)備分別測(cè)量這些參數(shù)，進(jìn)而，避免了多個(gè)儀器同時(shí)工作所占用體積大，接口數(shù)據(jù)處理的繁瑣的問題。
[0018]請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1，本實(shí)用新型的漂浮式波浪儀還包括屏蔽板8、電池包9和電源處理器10，該屏蔽板8設(shè)置在信號(hào)發(fā)射器I和信號(hào)接收器4之間而將信號(hào)發(fā)射器I和信號(hào)接收器4隔開，這樣，由于屏蔽板8的屏蔽作用，信號(hào)發(fā)射器I與信號(hào)接收器4之間不存在干擾而確保測(cè)量的精度。所述電池包9為本實(shí)用新型海浪儀的電源。所述電源處理器10可以調(diào)整電池包9的輸出電壓，進(jìn)而，信號(hào)發(fā)射器I可以產(chǎn)生不同幅度的第一發(fā)射信號(hào)和第二發(fā)射信號(hào)。
[0019]在上述實(shí)施方式中，主換能器2在豎直方向上發(fā)射第一聲波信號(hào),所以，實(shí)施方式中的漂浮式波浪儀的布放應(yīng)該與水平面垂直，如果不垂直，后處理數(shù)據(jù)必須利用姿態(tài)傳感器進(jìn)行校正，以保證分層回波信號(hào)與水層的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
【權(quán)利要求】
1.一種漂浮式波浪儀，其特征是:該波浪儀包括不銹鋼殼體、信號(hào)發(fā)射器、一個(gè)主換能器、三個(gè)副換能器、信號(hào)接收器和信號(hào)處理器，所述信號(hào)發(fā)射器安裝于不銹鋼殼體上；所述主換能器安裝于位于所述不銹鋼殼體上的換能器頭上，不銹鋼殼體和換能器頭構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)；所述主換能器轉(zhuǎn)換所述第一發(fā)射信號(hào)為第一聲波信號(hào)，還接收各水層反射該第一聲波信號(hào)而產(chǎn)生的第一回波信號(hào)；所述副換能器的數(shù)量是三個(gè)且繞所述主換能器均勻分布而與主換能器呈120°，轉(zhuǎn)換所述第二發(fā)射信號(hào)為第二聲波信號(hào)，還接收各水層反射該第二聲波信號(hào)而產(chǎn)生的第二回波信號(hào)；所述信號(hào)接收器放大所述第一回波信號(hào)或者第二回波信號(hào)并與所述信號(hào)處理器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漂浮式波浪儀，其特征是:所述漂浮式波浪儀還包括屏蔽板，該屏蔽板設(shè)置在信號(hào)發(fā)射器和信號(hào)接收器之間。
【文檔編號(hào)】G01C13/00GK203758510SQ201420046479
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月25日
【發(fā)明者】付佳 申請(qǐng)人:付佳