专利名称：浪高仪动态响应测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量仪器，具体是一种浪高仪动态响应测量仪。用于船舶与海洋工程领域。
背景技术：
在船舶与海洋工程试验领域，波浪作为施加在海洋工程结构物上的主要外载荷，其测量的准确性是十分重要的。在水池试验中，主要用浪高仪来测定水池中所产生的波浪。所有的浪高仪测量波幅实际都是测量浪高仪所处位置的水位变化。常用的浪高仪在静态测量或变化平缓时均可以满足测量误差的要求。但当水位不断变化，尤其是变化的频率比较高时，某些浪高仪往往产生测量的波幅与实际波幅不符的问题。这种问题带来的误差严重影响了海洋工程试验研究。由于测量精度高，采用探针探测的浪高仪是船舶与海洋工程测试领域中波浪测量的主要仪器。但其在测量的响应上，尤其是高频波浪测量的响应上，存在着响应偏差的问题。当水位快速变化时，传感器由于物理和电路设计的原因，不能及时反映水位的变化，这对测量结果是有影响的。速度越快，则影响越大。这反映到测量上，就是当浪高仪测量同样波高不同频率的波浪时，波浪频率越高(水面上升下降的速度越快)，浪高仪测得的波高的误差就越大，浪高仪的动态响应就越差。
经对现有技术文献的检索发现，《中国造船工程学会船舶力学学术委员会第四届仪器仪表及测试技术学术讨论会论文集》(1987年中国造船编辑部出版，第77页)中就提到了“在电阻式，电容式浪高仪中，当水快速下降时，传感器上仍留有水膜，这时测量结果是有影响的。速度越快，则影响越大。”这反映到测量上，就是当浪高仪测量同样波高不同频率的波浪时，波浪频率越高(水面上升下降的速度越快)，浪高仪测得的波高的误差就越大，浪高仪的动态响应就越差。但该文献并未给出解决或修正的办法。由于该现象是由于水的表面张力产生的，除非改变被测物体——水的物理性能，否则就无法消除这种影响。但一旦改变的水的物理性能，则在水中进行的实验结果就不准确了。在进一步的检索中，尚未与本发明主题相同或者类似的文献报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种浪高仪动态响应测量仪，使其能够测量浪高仪动态响应性能，从而达到挑选动态性能较好的浪高仪，或对采集的波浪数据的后期修正提供修正系数的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括步进电机，转盘，曲柄连杆机构，滑块，控制采集系统，底座。其连接关系为安装在底座上的步进电机和转盘同轴连接，转盘上开有与转盘中心距离不同的孔；曲柄连杆机构包括短柄、长柄、二者之间的连接头和长柄运动限制机构，短柄可绕连接头转动，长柄可沿着长柄运动限制机构(安装在底座上)作往复直线运动。曲柄连杆机构的短柄的自由端连接在转盘上的某一个圆孔上。这种连接的旋转运动是自由的，并且是可拆卸的。当联接在转盘上的不同位置的孔时，就可以改变曲柄连杆机构升降运动的幅度，从而改变滑块的升降运动幅度，其幅度等于孔距离转盘中心距离的两倍。滑块与长柄自由端是刚性连接的，滑块运动与长柄自由端的运动方式完全一致。被测浪高仪刚性固定在滑块上，其运动与滑块运动方式完全一致。控制采集系统一端与步进电机连接，另一端与被测浪高仪的输出连接。
工作时，由步进电机带动转盘旋转，盘的旋转带动着安装在盘上的曲柄连杆机构，使得曲柄连杆机构的另一端的滑块作等幅的升降运动。使安装在滑块上的被测浪高仪在水中作往复的升沉运动。运动频率等于转盘旋转的转速。升降的幅度等于曲柄连杆机构的短柄所联接的转盘上的孔距离转盘中心距离的两倍。整个系统运动时，浪高仪在水中作各种等幅的振动，模拟浪高仪遭遇各种等幅波浪的情况。此时用控制采集系统测量浪高仪的输出，与浪高仪的运动幅度相比较就可以看出浪高仪输出的信号的响应情况。从而测量该种浪高仪在不同频率下的动态响应系数。
本发明用曲柄连杆机构控制浪高仪在水中的等幅升降情况来替代浪高仪遭遇等幅波浪的情况，用步进电机来随时控制浪高仪的上下移动的频率，用曲柄连杆机构和转盘的连接位置来控制浪高仪的上下移动幅度。测量都由控制采集系统控制执行，可以边测量，边改变步进电机的旋转频率，一次测量就可以得到同一波幅、不同的频率下的浪高仪测量的响应情况。
本发明首次提出了浪高仪动态响应校验的原理和方法，并发明了一种使用方便、性能完备的仪器——浪高仪动态响应测量仪来进行该项检测，以实际水位的迅速变化和浪高仪测量的结果进行比较，实时得出该浪高仪在遭遇不同频率波浪时的响应情况。响应良好的浪高仪的校验时，其测量的波幅基本不随频率变化而变化。响应不好的浪高仪的校验时，其测量的波幅随频率变化而大小不一。通过浪高仪动态响应测量仪的测量，可以很方便的得出不同浪高仪的动态响应性能曲线，便于对波浪测量结果进行必要的修正，并对浪高仪的性能改进提供关键的技术支持和检测手段。
图1本发明结构示意图具体实施方式
如图1所示，本发明包括步进电机1，转盘2，曲柄连杆机构3，滑块4，控制采集系统5，底座6。其连接关系为步进电机1固定在底座6上，步进电机1和转盘2同轴连接，转盘2上开有孔11；曲柄连杆机构3一端连接在转盘2的某一个圆孔上，另一端与滑块4刚性连接的，控制采集系统5一端与步进电机1连接，另一端与被测浪高仪的输出连接。
所述的曲柄连杆机构3包括短柄7、长柄8、连接头9和长柄运动限制机构10，短柄7、长柄8之间通过连接头9连接，短柄7可绕连接头9转动，长柄8可沿着长柄运动限制机构10作往复直线运动。长柄运动限制机构10刚性固定在底座6上，长柄可在其中只能沿竖直方向自由滑动。
转盘2上开有若干与转盘中心孔间距不同的孔11。这些孔11与转盘2中心的距离从3厘米至21厘米，分为若干档。
短柄7的自由端连接在转盘2上的某一个圆孔11上，这种连接的旋转运动是自由的，并且是可拆卸的，通过与转盘2上各个位置的孔联接来改变曲柄连杆机构3升降运动的幅度，从而改变浪高仪的升降运动幅度，其幅度等于孔距离转盘2中心距离的两倍。
长柄8自由端与滑块4是刚性连接的，滑块4运动与长柄8自由端的运动方式完全一致。被测浪高仪刚性固定在滑块4上，其运动与滑块运动方式完全一致。
通过改变步进电机1的转速调节浪高仪5升降运动的频率。
权利要求
1.一种浪高仪动态响应测量仪，其特征在于，包括步进电机(1)，转盘(2)，曲柄连杆机构(3)，滑块(4)，控制采集系统(5)，底座(6)，其连接关系为步进电机(1)固定在底座(6)上，步进电机(1)和转盘(2)同轴连接，转盘(2)上开有孔(11)，曲柄连杆机构(3)一端连接在转盘(2)的孔上，另一端与滑块(4)刚性连接，控制采集系统(5)一端与步进电机(1)连接，另一端与被测浪高仪的输出连接。
2.根据权利要求1所述的浪高仪动态响应测量仪，其特征是，所述的曲柄连杆机构(3)包括短柄(7)、长柄(8)、连接头(9)和长柄运动限制机构(10)，长柄运动限制机构(10)刚性固定在底座(6)上，长柄(8)在其中只能沿竖直方向自由滑动，短柄(7)、长柄(8)之间通过连接头(9)连接，短柄(7)绕连接头(9)转动，长柄(8)沿着长柄运动限制机构(10)作往复直线运动。
3.根据权利要求1所述的浪高仪动态响应测量仪，其特征是，转盘(2)上开有若干孔(11)，这些孔(11)与转盘(2)中心的距离从3厘米至21厘米，分为若干档。
4.根据权利要求2或者3所述的浪高仪动态响应测量仪，其特征是，短柄(7)的自由端连接在转盘(2)上的某一个圆孔上，这种连接的旋转运动是自由的，并且是可拆卸的，通过与转盘(2)上各个位置的孔联接来改变曲柄连杆机构(3)升降运动的幅度，其幅度等于孔距离转盘(2)中心距离的两倍。
5.根据权利要求1或者2所述的浪高仪动态响应测量仪，其特征是，长柄(8)自由端与滑块(4)是刚性连接的，滑块(4)运动与长柄(8)自由端的运动方式完全一致。
6.根据权利要求1所述的浪高仪动态响应测量仪，其特征是，被测浪高仪刚性固定在滑块(4)上，其运动与滑块(4)运动方式完全一致。
7.根据权利要求1所述的浪高仪动态响应测量仪，其特征是，通过改变步进电机(1)的转速调节滑块(4)升降运动的频率。
全文摘要
一种浪高仪动态响应测量仪，用于船舶与海洋工程领域。本发明包括步进电机，转盘，曲柄连杆机构，滑块，控制采集系统，底座，其连接关系为步进电机固定在底座上，步进电机和转盘同轴连接，转盘上开有孔，曲柄连杆机构一端连接在转盘的孔上，另一端与滑块刚性连接，控制采集系统一端与步进电机连接，另一端与被测浪高仪的输出连接。本发明能够测量浪高仪动态响应性能，从而达到挑选动态性能较好的浪高仪，或对采集的波浪数据的后期修正提供修正系数的目的。
文档编号G01F25/00GK1624436SQ20041009308
公开日2005年6月8日 申请日期2004年12月16日 优先权日2004年12月16日
发明者杨建民, 张承懿, 彭涛, 王磊, 肖龙飞, 姚美旺, 王敏声 申请人:上海交通大学