球式水面波浪測試裝置及測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水面波浪參數測試領域，具體是一種球式水面波浪測試裝置及測試方法。
【背景技術】
[0002]目前，常用攝像等方法來測得波浪的形狀、高度和長度，由于上述方法不能實時連續自動測得水面波浪的參數，導致難以獲得準確的水庫、池塘水面波浪的水文資料。
[0003]
【發明內容】
本發明的目的是提供一種球式水面波浪測試裝置及測試方法，以解決現有技術水面波浪測試方法存在的問題。
[0004]為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為:
球式水面波浪測試裝置，其特征在于:包括浮控器，浮控器水平中心線一端通過錨鏈連接有錨頭，浮控器水平中心線另一端通過電纜繩連接有波浪測試球，浮控器安置在水庫、池塘的水面測試點上并順著水面波浪方向漂浮于水面，所述錨頭錨于水底的土里，所述波浪測試球亦順著水面波浪方向漂浮于水面，且波浪測試球隨水面波浪起伏而變位；
所述波浪測試球包括圓球形狀的球殼，球殼的頂部開口并蓋合有頂蓋，由頂蓋封閉球殼內部形成封閉的工作腔，在球殼內的底部中心部位設置有基座，基座頂面水平設置有底板，基座頂面的底板上設置有彼此相對的前立板和后立板，前立板和后立板均與所述的底板頂面垂直，前立板和后立板的頂部水平連接有連接板，由所述的底板、前立板、連接板和后立板構成□形的框架；
在所述的前立板和后立板之間設置有豎擺板和橫擺板，豎擺板安置于橫擺板頂面的中間，豎擺板兩側通過銷軸活動支承于所述前立板和后立板的上部，構成丄形狀的擺架，所述擺架隨波浪測試球向左右兩側的傾斜而擺動；在豎擺板的右側面上安置有波浪傳感器b，在橫擺板上的左后部位豎直安置有波高傳感器，在底板上的右前部位設置有磁鐵擋塊a，在底板上的左前部位設置有磁鐵擋塊b，所述磁鐵擋塊a和磁鐵擋塊b與所述的橫擺板有相等的間距，且磁鐵擋塊a和磁鐵擋塊b的N極均朝向所述的橫擺板；在所述橫擺板的右側面上安置有磁鐵a，所述磁鐵a的N極朝向磁鐵擋塊a，在所述橫擺板的左側面上安置有磁鐵b，所述磁鐵b的N極朝向磁鐵擋塊b，所述的磁鐵擋塊a、磁鐵a、磁鐵b、磁鐵擋塊b均位于橫擺板的同一擺線上；在所述豎擺板左側面的中前部位安置有磁鐵C，在所述前立板內側面的中部安置有霍爾元件a，所述的磁鐵c隨豎擺板向左右兩側的擺動來接近或離開霍兒元件a，構成了所述的波浪傳感器a ;在所述的頂蓋上設置有發光指示器，在所述球殼外壁的前部安裝有電纜繩接頭，在所述球殼外壁的后部有設置配重。
[0005]所述的球式水面波浪測試裝置，其特征在于:所述的波浪傳感器b包括直桿狀的擺桿，擺桿的上部有銷軸，擺桿的下端有擺墜，擺桿上部的銷軸支承于所述豎擺板右側面上部的中間，擺桿隨波浪測試球向前后方向的傾斜而擺動；在所述豎擺板右側面上部的前方設置有磁鐵擋塊C，在所述豎擺板右側面上部的后方設置有磁鐵擋塊d，在所述擺桿右側面的上部安置有磁鐵d，所述的磁鐵擋塊c和磁鐵擋塊d與所述的磁鐵d有相等的間距，所述的磁鐵擋塊C的N極朝向磁鐵d，磁鐵d的N極朝向磁鐵擋塊C，所述的磁鐵擋塊d的S極朝向磁鐵d，磁鐵d的S極朝向磁鐵擋塊d，在所述磁鐵d與磁鐵擋塊d之間的豎擺板右側面上安置有霍爾元件b，所述的磁鐵擋塊C、磁鐵d、霍爾元件b、磁鐵擋塊d均位于擺桿的同一擺線上，所述的磁鐵d隨豎擺板向前后方向的擺動來接近或離開霍兒元件b，以及所述的擺桿、磁鐵d、霍爾元件b、磁鐵擋塊C、磁鐵擋塊d隨豎擺板向左右兩側擺動。
[0006]所述的球式水面波浪測試裝置，其特征在于:所述的波高傳感器包括圓直管狀的管體，在管體的底端設置有底座，在管體內的中間設置有懸浮架，在管體的頂端設置有調制蓋，在管體內的底座上安置有磁鐵e，磁鐵e的N極朝向懸浮架，在所述懸浮架的中心安置有磁鐵f，磁鐵f的N極朝向底座，在所述懸浮架的周邊沿管體中心線方向有若干道通氣槽，在所述管體內的調制蓋底面中心安置有霍爾元件C，在所述調制蓋內安置有磁鐵g，所述的霍爾元件c與磁鐵g之間有間距，磁鐵g的S極朝向懸浮架，所述的磁鐵e、磁鐵f、霍爾元件c和磁鐵g均位于管體中心線上，當所述的波高傳感器沿管體中心線方向受到波動時，所述的懸浮架沿管體中心線方向來回移動，所述的磁鐵f接近或離開所述的霍兒元件C。
[0007]一種球式水面波浪測試方法，其特征在于:包括以下步驟:
(1)在水庫、池塘的岸邊建立水面波浪測試站，在該站內安置水面波浪測試儀和接收天線；
(2)在波浪實驗室把球式水面波浪測試裝置放入實驗池內，按照不同的風浪強度等級對球式水面波浪測試裝置進行標定實驗后，把波浪傳感器a、波浪傳感器b和波高傳感器的標定參數輸入水面波浪測試儀；
(3)把球式水面波浪測試裝置的錨頭、錨鏈、浮控器、電纜繩和波浪測試球都吊運到船上，由船只駛到江、河、湖泊的水面波浪監測點，用錨鏈把錨頭與浮控器連接，用電纜繩把浮控器與波浪測試球連接后，把錨頭錨于水底，再用吊機把浮控器和波浪測試球吊入水中；
(4)遙控打開浮控器上的工作開關，視波浪測試球的發光指示器發出指示，以及水面波浪測試儀接收到浮控器輸出的無線信號進行調試，待球式水面波浪測試裝置的調試達設計要求時，便可進行水庫、池塘水面波浪的測試。
[0008]在所述浮控器的頂面上沿中心線方向有導向板，在錨鏈的牽引下能自動順波浪方向漂浮于水面。該浮控器上有光伏板、水溫傳感器和控制器等設備，所述的光伏板為波浪測試球等供電，所述的控制器把波浪測試球測得的波浪參數無線傳輸給地面上的水面波浪測試儀。
[0009]本發明中的球式水面波浪測試裝置基于以下工作原理:為了定點測試出水庫、池塘的水面波浪參數，將錨頭、錨鏈、浮控器、電纜繩和波浪測試球依次連接，并把錨頭錨于測試點的水底，球式水面波浪測試裝置在風和水流的作用下，以及浮控器導向板的導向下能順水面波浪方向飄動，使球式水面波浪測試裝置準確地定位進行測試。球式水面波浪測試裝置的波浪測試球采用了圓球形、重量輕、對稱、漂浮、柔性電纜繩連接的結構，能隨波浪的起伏變位。在波浪測試球內安置了波浪傳感器a、波浪傳感器b和波高傳感器，該些傳感器利用波浪測試球在水面上的順水面波浪方向傾斜、垂直水面波浪方向傾斜、抬高或降落的變位來測試出波浪的參數。波浪傳感器a的擺架、波浪傳感器b的擺桿、波高傳感器的懸浮架均利用磁鐵極性特性(即兩磁鐵的同極相斥)，形成彈性支撐力來保持平衡和消除抖動的。波浪傳感器a、波浪傳感器b、波高傳感器均應用霍爾元件對磁場強度的霍爾效應來輸出傳感信號的。波浪測試球是按規定時間段采集湖泊水面波浪的數據，然后把傳感信號輸出給浮控器，由浮控器無線發射給岸上的水面波浪測試儀，經波浪實驗室標定值和計算機專用軟件進行處理與分析，便能實時連續獲得波浪的形狀、高度、長度和頻率。
[0010]與已有技術相比，本發明有益效果體現在:本發明提出了一種球式水面波浪測試裝置，該測試裝置的波浪傳感器a、波浪傳感器b和波高傳感器，均利用磁極特性形成無剛度彈性約束和傳感源，提高了該些傳感器的靈敏度和集成度，該些傳感器經波浪實驗室標定和計算機專用軟件處理的配合，能實時連續測試水庫、