雙球式海浪波速與波長遙感裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種雙球式海浪波速與波長遙感裝置，包括主球、副球、互連桶、側翼、尾翼、溫度傳感器、角度傳感器、霍爾傳感器、水壓泵、水輪機、微型發電機、蓄電池、電路板和管狀天線等，主球、互連桶、副球、尾翼和側翼構成裝置主體，水壓泵、水輪機、微型發電機和蓄電池構成供電機構，本裝置除了能夠測量海浪波速與海浪波長外，還能測量海浪高度、海浪傾角、淺水溫度、近海面空氣溫度和海洋漩渦參數等，所有海洋參數通過無線電發射可以進行遠程遙感，裝置具有結構簡單、造價低廉、利于普及、容易操作、電源自給、綠色環保、方便實用和使用壽命長等優點，適用于海洋工程、海洋建設和海洋科考等。
【專利說明】
雙球式海浪波速與波長遙感裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種海浪參數測量儀器，尤其涉及一種海浪波速與波長遙感裝置，屬于海洋動力參數測量儀器領域。
【背景技術】
[0002]在海洋工程、海洋建設和海洋科考方面，經常需要測量海洋參數，例如海水溫度、海洋深度、海浪高度、海浪波長和漩渦旋度等，目前這方面的測量方法和裝置很多，例如浮球法、GPS定位法、衛星照相法、激光探測法和X波段雷達法等等，構想各有千秋，儀器性能各有優劣，上述方法中多數方法及裝置構造復雜，造價昂貴，難以普及。
【實用新型內容】
[0003]本發明的目的是提供一種結構簡單、造價低廉、方便普及和容易操作的測量裝置，除了能夠測量海浪波速與海浪波長外，還能測量海浪高度、海浪傾角、淺水溫度、近海面空氣溫度和海洋漩渦參數等。
[0004]本發明所要解決的技術問題是通過以下技術方案實現的:本裝置包括主球1、第一阻尼葉2、管內引線3、管狀天線4、頂部溫度傳感器5、發光二極管6、天線彈簧7、天線座8、屏蔽罩9、電路板10、上支架11、外環12、外環轉軸13、微型發電機14、水輪機15、三通16、第一單向門17、第一活塞18、互連桶19、曲柄20、電纜線21、水管22、第二活塞23、第三單向門24、副球25、第四單向門26、第二進水口 27、第二水壓栗28、第二連桿29、鐵塊30、第一連桿31、第一水壓栗32、第二單向門33、第一進水口 34、出水口 35、內環36、水平支架37、下支架38、小磁鋼39、軸承40、慣性輪轉軸41、第一霍爾傳感器42、底桶43、蓄電池44、慣性輪45、第二阻尼葉
46、鋼球彈簧47、垂直支架48、尾翼49、第一角度傳感器50、第一角度傳感器附件51、主球玻璃管52、第二霍爾傳感器53、主球磁性鋼球54、重錘55、第二角度傳感器56、第二角度傳感器附件57、內環轉軸58、側翼59、底部溫度傳感器60、副球磁性鋼球61和副球玻璃管62;
[0005]主球1、互連桶19、副球25、尾翼49和側翼59構成裝置主體，水平支架37、鋼球彈簧
47、垂直支架48、主球玻璃管52、第二霍爾傳感器53、主球磁性鋼球54、重錘55、副球磁性鋼球61和副球玻璃管62構成浪高測量機構，外環12、外環轉軸13、內環36、第一角度傳感器50、第一角度傳感器附件51、第二角度傳感器56、第二角度傳感器附件57和內環轉軸58構成傾角測量機構，底桶43和底部溫度傳感器60構成水溫測量機構，管狀天線4和頂部溫度傳感器5構成氣溫測量機構，下支架38、小磁鋼39、軸承40、慣性輪轉軸41、第一霍爾傳感器42、慣性輪45和第二阻尼葉46構成漩渦測量機構，電路板10和管狀天線4構成遙感機構，水輪機15、微型發電機14和蓄電池44構成供電機構；
[0006]主球I頂部設有天線座8、管狀天線4、天線彈簧7、頂部溫度傳感器5和發光二極管6，主球I腰部設有一個尾翼49和兩個側翼59，主球I底部設有底桶43、蓄電池44和底部溫度傳感器60，主球I內部設有上支架11、下支架38和外環轉軸13，上支架11上面設有電路板10和屏蔽罩9，下支架38上面設有第一霍爾傳感器42、軸承40、慣性輪轉軸41、慣性輪45、小磁鋼39和第二阻尼葉46，外環轉軸13上面設有外環12、內環轉軸58、內環36、水平支架37、第一角度傳感器附件51、第二角度傳感器56、第二角度傳感器附件57和垂直支架48，垂直支架48上面設有第二霍爾傳感器53、主球玻璃管52、鋼球彈簧47、主球磁性鋼球54、第一阻尼葉2和重錘55;副球25內的零件與主球I內的部分零件相同，副球25內設有外環轉軸13、外環12、內環36、水平支架37和垂直支架48，垂直支架48上面設有副球玻璃管62、鋼球彈簧47、副球磁性鋼球61、第二霍爾傳感器53、第一阻尼葉2和重錘55;
[0007]互連桶19外部設有第二進水口 27、第一進水口 34和出水口 35，互連桶19內部設有微型發電機14、水輪機15、第二水壓栗28、第一水壓栗32、電纜線21和水管22，第二水壓栗28的右端設有第三單向門24和第四單向門26，第一水壓栗32的左端設有第一單向門17和第二單向門33，第一活塞18和第二活塞23通過第一連桿31、曲柄20、鐵塊30和第二連桿29連接在一起，第三單向門24的出水與第一單向門17的出水通過水管22和三通16匯合后進入水輪機15；
[0008]本裝置放入海洋中時，主球I和副球25隨著波浪不斷起伏，由于鐵塊30的慣性作用，鐵塊30在互連桶19內左右運動，鐵塊30分別通過第一連桿31和第二連桿29推動第一活塞18和第二活塞23工作，當第一活塞18和第二活塞23向右運動時，第一水壓栗32的第一單向門17關閉，第二單向門33打開，海水從第一進水口 34吸入第一水壓栗32內，與此同時，第二水壓栗28的第四單向門26關閉，第三單向門24打開，第二水壓栗28內的海水被第二活塞23從第三單向門24擠出，海水通過水管22和三通16后推動水輪機15和微型發電機14工作；
[0009]當第一活塞18和第二活塞23向左運動時，第二水壓栗28的第三單向門24關閉，第四單向門26打開，海水從第二進水口27吸入第二水壓栗28內，與此同時，第一水壓栗32的第二單向門33關閉，第一單向門17打開，第一水壓栗32內的海水被第一活塞18從第一單向門17擠出，海水通過三通16后推動水輪機15和微型發電機14工作，微型發電機14的電能一部分供給電路板工作，一部分為蓄電池44充電。
[0010]由于采用上述技術方案，本發明所具有的優點和積極效果是:本裝置除了能夠測量海浪波速與海浪波長外，還能測量海浪高度、海浪傾角、淺水溫度、近海面空氣溫度和海洋漩渦參數等，所有海洋參數通過無線電發射可以進行遠程遙感，裝置具有結構簡單、造價低廉、利于普及、容易操作、電源自給、綠色環保、方便實用和使用壽命長等優點。
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明有如下6幅附圖:
[0012]圖1是本裝置的結構示意圖，
[0013]圖2是本裝置的俯視圖，
[0014]圖3是本裝置主球的結構示意圖，
[0015]圖4是本裝置主球的俯視圖，
[0016]圖5是本裝置互連桶的結構示意圖，
[0017]圖6是用本裝置測量和計算海浪波速與海浪波長的示意圖。
[0018]附圖中所標各數字分別表示如下:
[0019]1.主球，2.第一阻尼葉，3.管內引線，4.管狀天線，5.頂部溫度傳感器，6.發光二極管，7.天線彈簧，8.天線座，9.屏蔽罩，10.電路板，11.上支架，12.外環，13.外環轉軸，14.微型發電機，15.水輪機，16.三通，17.第一單向門，18.第一活塞，19.互連桶，20.曲柄，21.電纜線，22.水管，23.第二活塞，24.第三單向門，25.副球，26.第四單向門，27.第二進水口，28.第二水壓栗，29.第二連桿，30.鐵塊，31.第一連桿，32.第一水壓栗，33.第二單向門，34.第一進水口，35.出水口，36.內環，37.水平支架，38.下支架，39.小磁鋼，40.軸承，41.慣性輪轉軸，42.第一霍爾傳感器，43.底桶，44.蓄電池，45.慣性輪，46.第二阻尼葉，47.鋼球彈簧，48.垂直支架，49.尾翼，50.第一角度傳感器，51.第一角度傳感器附件，52.主球玻璃管，
53.第二霍爾傳感器，54.主球磁性鋼球，55.重錘，56.第二角度傳感器，57.第二角度傳感器附件，58.內環轉軸，59.側翼，60.底部溫度傳感器，61.副球磁性鋼球，62.副球玻璃管，63.前一波峰，64.海浪，65.波谷，66.波浪前進方向，67.后一波峰，L.球心距離，V.浪速，λ.波長。
【具體實施方式】
[0020]1.根據圖1和圖2，本裝置包括主球1、第一阻尼葉2、管內引線3、管狀天線4、頂部溫度傳感器5、發光二極管6、天線彈簧7、天線座8、屏蔽罩9、電路板10、上支架11、外環12、外環轉軸13、微型發電機14、水輪機15、三通16、第一單向門17、第一活塞18、互連桶19、曲柄20、電纜線21、水管22、第二活塞23、第三單向門24、副球25、第四單向門26、第二進水口 27、第二水壓栗28、第二連桿29、鐵塊30、第一連桿31、第一水壓栗32、第二單向門33、第一進水口 34、出水口 35、內環36、水平支架37、下支架38、小磁鋼39、軸承40、慣性輪轉軸41、第一霍爾傳感器42、底桶43、蓄電池44、慣性輪45、第二阻尼葉46、鋼球彈簧47、垂直支架48、尾翼49、第一角度傳感器50、第一角度傳感器附件51、主球玻璃管52、第二霍爾傳感器53、主球磁性鋼球
54、重錘55、第二角度傳感器56、第二角度傳感器附件57、內環轉軸58、側翼59、底部溫度傳感器60、副球磁性鋼球61和副球玻璃管62。
[0021]2.主球1、互連桶19、副球25、尾翼49和側翼59構成裝置主體，水平支架37、鋼球彈簧47、垂直支架48、主球玻璃管52、第二霍爾傳感器53、主球磁性鋼球54、重錘55、副球磁性鋼球61和副球玻璃管62構成浪高測量機構，外環12、外環轉軸13、內環36、第一角度傳感器50、第一角度傳感器附件51、第二角度傳感器56、第二角度傳感器附件57和內環轉軸58構成傾角測量機構，底桶43和底部溫度傳感器60構成水溫測量機構，管狀天線4和頂部溫度傳感器5構成氣溫測量機構，下支架38、小磁鋼39、軸承40、慣性輪轉軸41、第一霍爾傳感器42、慣性輪45和第二阻尼葉46構成漩渦測量機構，電路板10和管狀天線4構成遙感機構，水輪機15、微型發電機14和蓄電池44構成供電機構。
[0022]3.主球I頂部設有天線座8、管狀天線4、天線彈簧7、頂部溫度傳感器5和發光二極管6，主球I腰部設有一個尾翼49和兩個側翼59，主球I底部設有底桶43、蓄電池44和底部溫度傳感器60，主球I內部設有上支架11、下支架38和外環轉軸13，上支架11上面設有電路板10和屏蔽罩9，下支架38上面設有第一霍爾傳感器42、軸承40、慣性輪轉軸41、慣性輪45、小磁鋼39和第二阻尼葉46，外環轉軸13上面設有外環12、內環轉軸58、內環36、水平支架37、第一角度傳感器附件51、第二角度傳感器56、第二角度傳感器附件57和垂直支架48，垂直支架48上面設有第二霍爾傳感器53、主球玻璃管52、鋼球彈簧47、主球磁性鋼球54、第一阻尼葉2和重錘55;副球25內的零件與主球I內的部分零件相同，副球25內設有外環轉軸13、外環12、內環36、水平支架37和垂直支架48，垂直支架48上面設有副球玻璃管62、鋼球彈簧47、副球磁性鋼球61、第二霍爾傳感器53、第一阻尼葉2和重錘55。
[0023]4.互連桶19外部設有第二進水口 27、第一進水口 34和出水口 35，互連桶19內部設有微型發電機14、水輪機15、第二水壓栗28、第一水壓栗32、電纜線21和水管22，第二水壓栗28的右端設有第三單向門24和第四單向門26，第一水壓栗32的左端設有第一單向門17和第二單向門33，第一活塞18和第二活塞23通過第一連桿31、曲柄20、鐵塊30和第二連桿29連接在一起，第三單向門24的出水與第一單向門17的出水通過水管22和三通16匯合后進入水輪機15 ο
[0024]5.本裝置放入海洋中時，主球I和副球25隨著波浪不斷起伏，由于鐵塊30的慣性作用，鐵塊30在互連桶19內左右運動，鐵塊30分別通過第一連桿31和第二連桿29推動第一活塞18和第二活塞23工作，當第一活塞18和第二活塞23向右運動時，第一水壓栗32的第一單向門17關閉，第二單向門33打開，海水從第一進水口 34吸入第一水壓栗32內，與此同時，第二水壓栗28的第四單向門26關閉，第三單向門24打開，第二水壓栗28內的海水被第二活塞23從第三單向門24擠出，海水通過水管22和三通16后推動水輪機15和微型發電機14工作。
[0025]6.當第一活塞18和第二活塞23向左運動時，第二水壓栗28的第三單向門24關閉，第四單向門26打開，海水從第二進水口 27吸入第二水壓栗28內，與此同時，第一水壓栗32的第二單向門33關閉，第一單向門17打開，第一水壓栗32內的海水被第一活塞18從第一單向門17擠出，海水通過三通16后推動水輪機15和微型發電機14工作，微型發電機14的電能一部分供給電路板工作，一部分為蓄電池44充電。
[0026]7.根據圖3和圖4，主球I內側設有兩根外環轉軸13，兩根外環轉軸13連接外環12，外環12內側設有兩根內環轉軸58，兩根內環轉軸58連接內環36，外環12和內環36通過外環轉軸13和內環轉軸58構成萬向節，內環36內側連接十字形水平支架37，十字形水平支架37中心連接一根圓筒形垂直支架48，垂直支架48內部設有主球玻璃管52，主球玻璃管52頂部設有四只第一阻尼葉2，四只第一阻尼葉2構成十字形，主球玻璃管52底部連接重錘55，主球玻璃管52內部的中間位置設有一只可活動的主球磁性鋼球54，主球磁性鋼球54的上方與下方各連接一根鋼球彈簧47，主球磁性鋼球54和鋼球彈簧47的外徑略小于主球玻璃管52的內徑，使主球磁性鋼球54能夠在主球玻璃管52內上下運動，主球磁性鋼球54上下運動時會受到主球玻璃管52內的空氣阻力，即阻尼作用，主球玻璃管52外側與垂直支架48內側的中部設有第二霍爾傳感器53，當海浪波動時，主球I和副球25隨之波動，利用重錘55的慣性作用以及外環12和內環36構成的萬向節，使主球玻璃管52保持垂直狀態，在此條件下，利用主球磁性鋼球54的慣性作用以及主球磁性鋼球54與第二霍爾傳感器53的位置變化，可以測出海浪強度，即海浪高度，副球磁性鋼球61的工作原理與主球磁性鋼球54的工作原理相同。
[0027]8.根據圖1圖3，主球I內側底部設有下支架38，下支架38為十字形結構，下支架38的邊沿連接在主球I內部的殼體上，下支架38的中心設有軸承40，軸承40中間連接慣性輪轉軸41底端，慣性輪轉軸41上端連接慣性輪45，慣性輪45的結構為邊沿厚中心薄，慣性輪45邊沿上每隔60度安裝一只第二阻尼葉46，第二阻尼葉46垂直設置，下支架38中部設有四只第一霍爾傳感器42，四只第一霍爾傳感器42以慣性輪轉軸41為中心每隔90度安裝一只，慣性輪45中部設有兩只小磁鋼39，當海洋有漩渦時，本裝置隨之旋轉，利用慣性輪45的慣性作用和第二阻尼葉46的阻尼作用以及第一霍爾傳感器42與小磁鋼39的位置變化，測出海洋漩渦強度。
[0028]9.底桶43內側底部設有底部溫度傳感器60，主球I內側中部左邊設有第一角度傳感器50，外環12的左邊設有第一角度傳感器附件51，第一角度傳感器附件51靠近第一角度傳感器50，外環12上設有第二角度傳感器56，內環36上設有第二角度傳感器附件57，第二角度傳感器附件57靠近第二角度傳感器56，當海浪波動時，利用重錘55的慣性作用以及外環12和內環36構成的萬向節，主球玻璃管52保持垂直狀態，在此條件下，利用第一角度傳感器附件51和第一角度傳感器50的位置變化，測量出海浪傾角的大小。
[0029]10.蓄電池44作為電路板10、各傳感器和發光二極管6的電源，發光二極管6為夜間脈沖發光，便于船只和人員識別，管狀天線4中部設有天線彈簧7，遇到障礙物時起到緩沖作用，可避免管狀天線4折斷，電纜線21的作用是將副球25中的電信號引入到主球I內電路板10中進行放大和處理。
[0030]11.副球25的截面積比主球I的截面積小，在水中副球25的阻力比主球I的阻力小，加上主球I的外側設有尾翼49和側翼59，所以在海浪沖擊下，裝置的副球25會迎著海浪來的方向，當海浪的波峰到達副球25或主球I時，由于副球磁性鋼球61和主球磁性鋼球54的慣性作用，副球磁性鋼球61和主球磁性鋼球54分別在副球玻璃管62和主球玻璃管52的谷點位置。
[0031]12.根據圖6，設。為前一波峰63依次到達副球25和主球I的時間差；t2為前一波峰63和后一波峰67依次到達主球I的時間差，則浪速與波長的計算步驟為:
[0032](I)根據副球磁性鋼球61在副球玻璃管62中和主球磁性鋼球54在主球玻璃管52中的谷點時間，求出前一波峰63依次到達副球25和主球I的時間差t1;
[0033](2)在已知球心距離L的情況下，依據公式“速度=距離/時間”，求出浪速V = L/t1;
[0034](3)根據主球磁性鋼球54兩次在主球玻璃管52中的谷點時間，求出前一波峰63和后一波峰67依次到達主球I的時間差t2 ；
[0035](4)依據公式“距離=速度X時間”，求出波長X = VXt2。
【主權項】
1.一種雙球式海浪波速與波長遙感裝置，主要包括主球(I)、管狀天線(4)、頂部溫度傳感器(5)、發光二極管(6)、電路板(10)、上支架(11)、外環(12)、外環轉軸(13)、微型發電機(14)、水輪機(15)、第一單向門(17)、第一活塞(18)、互連桶(19)、第二活塞(23)、第三單向門(24)、副球(25)、第四單向門(26)、第二進水口(27)、第二水壓栗(28)、第二連桿(29)、鐵塊(30)、第一連桿(31)、第一水壓栗(32)、第二單向門(33)、第一進水口(34)、出水口(35)、內環(36)、水平支架(37)、下支架(38)、小磁鋼(39)、軸承(40)、慣性輪轉軸(41)、第一霍爾傳感器(42)、底桶(43)、蓄電池(44)、慣性輪(45)、第二阻尼葉(46)、鋼球彈簧(47)、垂直支架(48)、尾翼(49)、第一角度傳感器(50)、主球玻璃管(52)、第二霍爾傳感器(53)、主球磁性鋼球(54)、重錘(55)、第二角度傳感器(56)、內環轉軸(58)、側翼(59)、底部溫度傳感器(60)、副球磁性鋼球(61)和副球玻璃管(62); 主球(I)、互連桶(19)、副球(25)、尾翼(49)和側翼(59)構成裝置主體，水平支架(37)、鋼球彈簧(47)、垂直支架(48)、主球玻璃管(52)、第二霍爾傳感器(53)、主球磁性鋼球(54)、重錘(55)、副球磁性鋼球(61)和副球玻璃管(62)構成浪高測量機構，電路板(10)和管狀天線(4)構成遙感機構，水輪機(15)、微型發電機(14)和蓄電池(44)構成供電機構； 其特征在于:主球(I)腰部設有一個尾翼(49)和兩個側翼(59)，主球(I)內部設有上支架(11)、下支架(38)和外環轉軸(13)，上支架(11)上面設有電路板(10)，下支架(38)上面設有第一霍爾傳感器(42)、軸承(40)、慣性輪轉軸(41)、慣性輪(45)、小磁鋼(39)和第二阻尼葉(46)，外環轉軸(13)上面設有外環(12)、內環轉軸(58)、內環(36)、水平支架(37)、第二角度傳感器(56)和垂直支架(48)，垂直支架(48)上面設有第二霍爾傳感器(53)、主球玻璃管(52)、鋼球彈簧(47)、主球磁性鋼球(54)、第一阻尼葉(2)和重錘(55);副球(25)內設有外環轉軸(13)、外環(12)、內環(36)、水平支架(37)和垂直支架(48)，垂直支架(48)上面設有副球玻璃管(62)、副球磁性鋼球(61)、鋼球彈簧(47)、第二霍爾傳感器(53)、第一阻尼葉(2)和重錘(55);互連桶(19)外部設有第二進水口(27)、第一進水口(34)和出水口(35)，互連桶(19)內部設有微型發電機(14)、水輪機(15)、第二水壓栗(28)、第一水壓栗(32)、電纜線(21)和水管(22)，第二水壓栗(28)的右端設有第三單向門(24)和第四單向門(26)，第一水壓栗(32)的左端設有第一單向門(17)和第二單向門(33)，第一活塞(18)和第二活塞(23)通過第一連桿(31)、曲柄(20)、鐵塊(30)和第二連桿(29)連接在一起，第三單向門(24)的出水與第一單向門(17)的出水通過水管(22)和三通(16)匯合后進入水輪機(15)。2.根據權利要求1所述的雙球式海浪波速與波長遙感裝置，其特征在于:當第一活塞(18)和第二活塞(23)向右運動時，第一水壓栗(32)的第一單向門(17)關閉，第二單向門(33)打開，海水從第一進水口( 34)吸入第一水壓栗(32)內，與此同時，第二水壓栗(28)的第四單向門(26)關閉，第三單向門(24)打開，第二水壓栗(28)內的海水被第二活塞(23)從第三單向門(24)擠出，海水通過水管(22)和三通(16)后推動水輪機(15)和微型發電機(14)工作；當第一活塞(18)和第二活塞(23)向左運動時，第二水壓栗(28)的第三單向門(24)關閉，第四單向門(26)打開，海水從第二進水口(27)吸入第二水壓栗(28)內，與此同時，第一水壓栗(32)的第二單向門(33)關閉，第一單向門(17)打開，第一水壓栗(32)內的海水被第一活塞(18)從第一單向門(17)擠出，海水通過三通(16)后推動水輪機(15)和微型發電機(14)工作，微型發電機(14)的電能一部分供給電路板工作，一部分為蓄電池(44)充電。
【文檔編號】G01C13/00GK205670008SQ201620188203
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年3月6日
【發明人】馮越
【申請人】鹽城師范學院