專利名稱：浪高儀動態(tài)響應(yīng)測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量儀器，具體是一種浪高儀動態(tài)響應(yīng)測量儀。用于船舶與海洋工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在船舶與海洋工程試驗領(lǐng)域，波浪作為施加在海洋工程結(jié)構(gòu)物上的主要外載荷，其測量的準確性是十分重要的。在水池試驗中，主要用浪高儀來測定水池中所產(chǎn)生的波浪。所有的浪高儀測量波幅實際都是測量浪高儀所處位置的水位變化。常用的浪高儀在靜態(tài)測量或變化平緩時均可以滿足測量誤差的要求。但當水位不斷變化，尤其是變化的頻率比較高時，某些浪高儀往往產(chǎn)生測量的波幅與實際波幅不符的問題。這種問題帶來的誤差嚴重影響了海洋工程試驗研究。由于測量精度高，采用探針探測的浪高儀是船舶與海洋工程測試領(lǐng)域中波浪測量的主要儀器。但其在測量的響應(yīng)上，尤其是高頻波浪測量的響應(yīng)上，存在著響應(yīng)偏差的問題。當水位快速變化時，傳感器由于物理和電路設(shè)計的原因，不能及時反映水位的變化，這對測量結(jié)果是有影響的。速度越快，則影響越大。這反映到測量上，就是當浪高儀測量同樣波高不同頻率的波浪時，波浪頻率越高(水面上升下降的速度越快)，浪高儀測得的波高的誤差就越大，浪高儀的動態(tài)響應(yīng)就越差。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，《中國造船工程學(xué)會船舶力學(xué)學(xué)術(shù)委員會第四屆儀器儀表及測試技術(shù)學(xué)術(shù)討論會論文集》(1987年中國造船編輯部出版，第77頁)中就提到了“在電阻式，電容式浪高儀中，當水快速下降時，傳感器上仍留有水膜，這時測量結(jié)果是有影響的。速度越快，則影響越大?！边@反映到測量上，就是當浪高儀測量同樣波高不同頻率的波浪時，波浪頻率越高(水面上升下降的速度越快)，浪高儀測得的波高的誤差就越大，浪高儀的動態(tài)響應(yīng)就越差。但該文獻并未給出解決或修正的辦法。由于該現(xiàn)象是由于水的表面張力產(chǎn)生的，除非改變被測物體——水的物理性能，否則就無法消除這種影響。但一旦改變的水的物理性能，則在水中進行的實驗結(jié)果就不準確了。在進一步的檢索中，尚未與本發(fā)明主題相同或者類似的文獻報道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種浪高儀動態(tài)響應(yīng)測量儀，使其能夠測量浪高儀動態(tài)響應(yīng)性能，從而達到挑選動態(tài)性能較好的浪高儀，或?qū)Σ杉牟ɡ藬?shù)據(jù)的后期修正提供修正系數(shù)的目的。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括步進電機，轉(zhuǎn)盤，曲柄連桿機構(gòu)，滑塊，控制采集系統(tǒng)，底座。其連接關(guān)系為安裝在底座上的步進電機和轉(zhuǎn)盤同軸連接，轉(zhuǎn)盤上開有與轉(zhuǎn)盤中心距離不同的孔；曲柄連桿機構(gòu)包括短柄、長柄、二者之間的連接頭和長柄運動限制機構(gòu)，短柄可繞連接頭轉(zhuǎn)動，長柄可沿著長柄運動限制機構(gòu)(安裝在底座上)作往復(fù)直線運動。曲柄連桿機構(gòu)的短柄的自由端連接在轉(zhuǎn)盤上的某一個圓孔上。這種連接的旋轉(zhuǎn)運動是自由的，并且是可拆卸的。當聯(lián)接在轉(zhuǎn)盤上的不同位置的孔時，就可以改變曲柄連桿機構(gòu)升降運動的幅度，從而改變滑塊的升降運動幅度，其幅度等于孔距離轉(zhuǎn)盤中心距離的兩倍?；瑝K與長柄自由端是剛性連接的，滑塊運動與長柄自由端的運動方式完全一致。被測浪高儀剛性固定在滑塊上，其運動與滑塊運動方式完全一致。控制采集系統(tǒng)一端與步進電機連接，另一端與被測浪高儀的輸出連接。
工作時，由步進電機帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，盤的旋轉(zhuǎn)帶動著安裝在盤上的曲柄連桿機構(gòu)，使得曲柄連桿機構(gòu)的另一端的滑塊作等幅的升降運動。使安裝在滑塊上的被測浪高儀在水中作往復(fù)的升沉運動。運動頻率等于轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。升降的幅度等于曲柄連桿機構(gòu)的短柄所聯(lián)接的轉(zhuǎn)盤上的孔距離轉(zhuǎn)盤中心距離的兩倍。整個系統(tǒng)運動時，浪高儀在水中作各種等幅的振動，模擬浪高儀遭遇各種等幅波浪的情況。此時用控制采集系統(tǒng)測量浪高儀的輸出，與浪高儀的運動幅度相比較就可以看出浪高儀輸出的信號的響應(yīng)情況。從而測量該種浪高儀在不同頻率下的動態(tài)響應(yīng)系數(shù)。
本發(fā)明用曲柄連桿機構(gòu)控制浪高儀在水中的等幅升降情況來替代浪高儀遭遇等幅波浪的情況，用步進電機來隨時控制浪高儀的上下移動的頻率，用曲柄連桿機構(gòu)和轉(zhuǎn)盤的連接位置來控制浪高儀的上下移動幅度。測量都由控制采集系統(tǒng)控制執(zhí)行，可以邊測量，邊改變步進電機的旋轉(zhuǎn)頻率，一次測量就可以得到同一波幅、不同的頻率下的浪高儀測量的響應(yīng)情況。
本發(fā)明首次提出了浪高儀動態(tài)響應(yīng)校驗的原理和方法，并發(fā)明了一種使用方便、性能完備的儀器——浪高儀動態(tài)響應(yīng)測量儀來進行該項檢測，以實際水位的迅速變化和浪高儀測量的結(jié)果進行比較，實時得出該浪高儀在遭遇不同頻率波浪時的響應(yīng)情況。響應(yīng)良好的浪高儀的校驗時，其測量的波幅基本不隨頻率變化而變化。響應(yīng)不好的浪高儀的校驗時，其測量的波幅隨頻率變化而大小不一。通過浪高儀動態(tài)響應(yīng)測量儀的測量，可以很方便的得出不同浪高儀的動態(tài)響應(yīng)性能曲線，便于對波浪測量結(jié)果進行必要的修正，并對浪高儀的性能改進提供關(guān)鍵的技術(shù)支持和檢測手段。
圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括步進電機1，轉(zhuǎn)盤2，曲柄連桿機構(gòu)3，滑塊4，控制采集系統(tǒng)5，底座6。其連接關(guān)系為步進電機1固定在底座6上，步進電機1和轉(zhuǎn)盤2同軸連接，轉(zhuǎn)盤2上開有孔11；曲柄連桿機構(gòu)3一端連接在轉(zhuǎn)盤2的某一個圓孔上，另一端與滑塊4剛性連接的，控制采集系統(tǒng)5一端與步進電機1連接，另一端與被測浪高儀的輸出連接。
所述的曲柄連桿機構(gòu)3包括短柄7、長柄8、連接頭9和長柄運動限制機構(gòu)10，短柄7、長柄8之間通過連接頭9連接，短柄7可繞連接頭9轉(zhuǎn)動，長柄8可沿著長柄運動限制機構(gòu)10作往復(fù)直線運動。長柄運動限制機構(gòu)10剛性固定在底座6上，長柄可在其中只能沿豎直方向自由滑動。
轉(zhuǎn)盤2上開有若干與轉(zhuǎn)盤中心孔間距不同的孔11。這些孔11與轉(zhuǎn)盤2中心的距離從3厘米至21厘米，分為若干檔。
短柄7的自由端連接在轉(zhuǎn)盤2上的某一個圓孔11上，這種連接的旋轉(zhuǎn)運動是自由的，并且是可拆卸的，通過與轉(zhuǎn)盤2上各個位置的孔聯(lián)接來改變曲柄連桿機構(gòu)3升降運動的幅度，從而改變浪高儀的升降運動幅度，其幅度等于孔距離轉(zhuǎn)盤2中心距離的兩倍。
長柄8自由端與滑塊4是剛性連接的，滑塊4運動與長柄8自由端的運動方式完全一致。被測浪高儀剛性固定在滑塊4上，其運動與滑塊運動方式完全一致。
通過改變步進電機1的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)浪高儀5升降運動的頻率。
權(quán)利要求
1.一種浪高儀動態(tài)響應(yīng)測量儀，其特征在于，包括步進電機(1)，轉(zhuǎn)盤(2)，曲柄連桿機構(gòu)(3)，滑塊(4)，控制采集系統(tǒng)(5)，底座(6)，其連接關(guān)系為步進電機(1)固定在底座(6)上，步進電機(1)和轉(zhuǎn)盤(2)同軸連接，轉(zhuǎn)盤(2)上開有孔(11)，曲柄連桿機構(gòu)(3)一端連接在轉(zhuǎn)盤(2)的孔上，另一端與滑塊(4)剛性連接，控制采集系統(tǒng)(5)一端與步進電機(1)連接，另一端與被測浪高儀的輸出連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浪高儀動態(tài)響應(yīng)測量儀，其特征是，所述的曲柄連桿機構(gòu)(3)包括短柄(7)、長柄(8)、連接頭(9)和長柄運動限制機構(gòu)(10)，長柄運動限制機構(gòu)(10)剛性固定在底座(6)上，長柄(8)在其中只能沿豎直方向自由滑動，短柄(7)、長柄(8)之間通過連接頭(9)連接，短柄(7)繞連接頭(9)轉(zhuǎn)動，長柄(8)沿著長柄運動限制機構(gòu)(10)作往復(fù)直線運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浪高儀動態(tài)響應(yīng)測量儀，其特征是，轉(zhuǎn)盤(2)上開有若干孔(11)，這些孔(11)與轉(zhuǎn)盤(2)中心的距離從3厘米至21厘米，分為若干檔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的浪高儀動態(tài)響應(yīng)測量儀，其特征是，短柄(7)的自由端連接在轉(zhuǎn)盤(2)上的某一個圓孔上，這種連接的旋轉(zhuǎn)運動是自由的，并且是可拆卸的，通過與轉(zhuǎn)盤(2)上各個位置的孔聯(lián)接來改變曲柄連桿機構(gòu)(3)升降運動的幅度，其幅度等于孔距離轉(zhuǎn)盤(2)中心距離的兩倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的浪高儀動態(tài)響應(yīng)測量儀，其特征是，長柄(8)自由端與滑塊(4)是剛性連接的，滑塊(4)運動與長柄(8)自由端的運動方式完全一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浪高儀動態(tài)響應(yīng)測量儀，其特征是，被測浪高儀剛性固定在滑塊(4)上，其運動與滑塊(4)運動方式完全一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浪高儀動態(tài)響應(yīng)測量儀，其特征是，通過改變步進電機(1)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)滑塊(4)升降運動的頻率。
全文摘要
一種浪高儀動態(tài)響應(yīng)測量儀，用于船舶與海洋工程領(lǐng)域。本發(fā)明包括步進電機，轉(zhuǎn)盤，曲柄連桿機構(gòu)，滑塊，控制采集系統(tǒng)，底座，其連接關(guān)系為步進電機固定在底座上，步進電機和轉(zhuǎn)盤同軸連接，轉(zhuǎn)盤上開有孔，曲柄連桿機構(gòu)一端連接在轉(zhuǎn)盤的孔上，另一端與滑塊剛性連接，控制采集系統(tǒng)一端與步進電機連接，另一端與被測浪高儀的輸出連接。本發(fā)明能夠測量浪高儀動態(tài)響應(yīng)性能，從而達到挑選動態(tài)性能較好的浪高儀，或?qū)Σ杉牟ɡ藬?shù)據(jù)的后期修正提供修正系數(shù)的目的。
文檔編號G01F25/00GK1624436SQ20041009308
公開日2005年6月8日 申請日期2004年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者楊建民, 張承懿, 彭濤, 王磊, 肖龍飛, 姚美旺, 王敏聲 申請人:上海交通大學(xué)