一种漂浮式波浪仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种漂浮式波浪仪，包括不锈钢壳体、信号发射器、一个主换能器、三个副换能器、信号接收器和信号处理器，所述信号发射器安装于不锈钢壳体上；所述主换能器安装于位于所述不锈钢壳体上的换能器头上，不锈钢壳体和换能器头构成框架结构；所述主换能器转换所述第一发射信号为第一声波信号，还接收各水层反射该第一声波信号而产生的第一回波信号；所述副换能器的数量是三个且绕所述主换能器均匀分布而与主换能器呈120°，转换所述第二发射信号为第二声波信号，还接收各水层反射该第二声波信号而产生的第二回波信号；所述信号接收器放大所述第一回波信号或者第二回波信号并与所述信号处理器连接，避免了多个仪器同时工作所占用体积大，接口数据处理的繁琐的问题。
【专利说明】一种漂浮式波浪仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及用于测量海流剖面流速、海面波浪数据、海水悬浮泥沙浓度的漂浮式波浪仪。
【背景技术】
[0002]海洋水体的运动及在海面发生的蒸汽交换是影响全球气候变化和形成水旱等自然灾害的最重要因素，所以必须不断监测海流的变化，以便随时掌握自然界的变化规律。油气开发、建港、运输，海底矿产开发等海洋资源开发活动也需要掌握海流的长期变化规律，以降低工程造价，保障海上作业安全。海流的实时测量和预报是获得海上各项活动重要资料的关键。
[0003]海浪是一种重要的海洋波动现象，是海洋动力学重要组成部分之一，是海水运动、海气混合和小尺度海气相互作用等研究中的重要环节。海浪的研究有着广泛的实际需求，从安全角度看，它和海上运输、海洋石油、海洋渔业、海洋工程和军事活动等一切海上活动密切相关；从科学角度上看，它与海气交换、碳循环等重大科学研究项目关系紧密。为了安全、经济地开展海上工程建设，如石油钻井平台，必须计算海浪对各种海上建筑物的作用力和分析深水结构的振动。
[0004]海洋开发活动的增加，致使海洋污染加剧，同时由于森林的破坏,水土的流失,江河又带来大量的泥沙和污染物。在港工、航道、水利及各类近岸海洋工程的建设中，水中泥沙迁移和淤积是一个关系到工程成败的关键问题。正确掌握水中泥沙迁移和淤积的规律是有效开展综合治理的前提。
[0005]声学方法是目前唯一能够在不干扰流场的条件下连续、实时和长时间测量不同水层的三维流速和流向，测量海面波浪的波高、周期及方向，测量水中悬浮污染物的垂直分布及其随时间的变化过程。目前，采用声学方法对海流流速、海面波浪、海水悬浮物进行测量的分别有多普勒声学流速剖面仪(ADCP)、声学波面跟踪仪器或ADCP波浪固件、声学后散射悬沙测量仪(ABS)，各仪器分别测量海水中的各物理量。由于声学测量方法的需要，各仪器需要分开布置，相互之间需要隔开一定距离，所占用的体积就很大。另外，各仪器的外部通信接口也不完全一样，数据记录及传输需要有专门的设备进行处理，增加了处理的难度及复杂度。
【发明内容】
[0006]本实用新型解决的问题是需要多台仪器组合测量海流剖面流速、海面波浪数据、海水悬浮泥沙浓度的问题。
[0007]为解决上述问题，本实用新型公开一种漂浮式波浪仪，该波浪仪包括不锈钢壳体、信号发射器、一个主换能器、三个副换能器、信号接收器和信号处理器，所述信号发射器安装于不锈钢壳体上；所述主换能器安装于位于所述不锈钢壳体上的换能器头上，不锈钢壳体和换能器头构成框架结构；所述主换能器转换所述第一发射信号为第一声波信号，还接收各水层反射该第一声波信号而产生的第一回波信号；所述副换能器的数量是三个且绕所述主换能器均匀分布而与主换能器呈120°，转换所述第二发射信号为第二声波信号，还接收各水层反射该第二声波信号而产生的第二回波信号；所述信号接收器放大所述第一回波信号或者第二回波信号并与所述信号处理器连接。
[0008]可选地，所述漂浮式波浪仪还包括屏蔽板，该屏蔽板设置在信号发射器和信号接收器之间。
[0009]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0010]1、本实用新型包括主换能器、三个副换能器、信号发射器、信号接收器和信号处理器，避免了多个仪器同时工作所占用体积大，接口数据处理的繁琐的问题。
[0011]2、由于设置有屏蔽板，这样，确保信号发射器和信号接收器之间不存在干扰，保证测量精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是第一实施方式的漂浮式波浪仪的正视图；
[0013]图2是图1所示的漂浮式波浪仪的俯视图。
【具体实施方式】
[0014]为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
[0015]请参阅图1和图2，实施方式中的漂浮式波浪仪包括信号发射器1、一个主换能器
2、三个副换能器3、信号接收器4和信号处理器5。所述信号发射器I安装于不锈钢壳体6上，产生用于测量悬浮泥沙浓度的第一发射信号和用于测量海水流速的第二发射信号。所述第一发射信号和第二发射信号在本实施方式中是电压信号。所述主换能器2安装于位于所述不锈钢壳体6上的换能器头7上，(不锈钢壳体6和换能器头7构成框架结构)转换所述第一发射信号为第一声波信号，并朝竖直方向发射该第一声波信号。在本实施方式中，该第一声波信号是500kHz的正弦脉冲信号。由于主换能器2发射的第一声波信号在竖直方向传播，所以，本实用新型的流速波浪仪在竖直方向上不能有物体的遮挡，当所述第一声波信号竖直向上发射时，竖直方向上不能有物体遮挡。所述第一声波信号用于测量悬浮泥沙的浓度，而悬浮泥沙浓度不仅与回波强度有关，也与现场泥沙直径的大小有关，所以要获取悬浮泥沙浓度，必须进行现场泥沙直径的标定。在发射所述第一声波信号结束后，主换能器2接收各水层反射该第一声波信号而产生的第一回波信号。所述信号接收器4放大第一回波信号。所述信号处理器5处理放大的第一回波信号而获得悬浮泥沙的浓度，信号处理器5处理放大的第一回波信号可以采用现有技术，这样的现有技术可以是:先对放大的第一回波信号进行采样，然后，由回波强度与悬浮泥沙浓度的对应关系，再通过现场标定，就能获取各水层悬浮泥沙浓度。
[0016]请继续参阅图1和图2，副换能器3的数量是三个，绕所述主换能器2均匀分布而与主换能器2呈120°，每一个副换能器3转换所述第二发射信号为第二声波信号，并向海面发射第二声波信号，在本实施方式中，是发射300kHz由伪随机码调制的正弦脉冲信号，发射结束后，再接收由不同水层散射的第二回波信号。所述信号接收器4放大该第二回波信号。所述信号处理器5对该放大的第二回波信号进行复协方差运算，获取不同水层的多普勒频偏，得到不同水层的水流流速；接着，通过三个副换能器3的三个波束的回波时间或各层水流的流速，由表面跟踪法或流速单元矩阵法就可以获取海浪数据，海浪数据包括海面波浪的波高、周期及方向。
[0017]综上所述，本实用新型通过一台设备即可获得海面波浪的波高、周期及方向、水流流速和悬浮泥沙浓度，所以，该漂浮式波浪仪集成了多普勒声学流速剖面仪(ADCP)、声学后散射悬沙测量仪(ABS)、波浪计(Wave Gauge)等仪器的功能，不需要由多台设备分别测量这些参数，进而，避免了多个仪器同时工作所占用体积大，接口数据处理的繁琐的问题。
[0018]请继续参阅图1，本实用新型的漂浮式波浪仪还包括屏蔽板8、电池包9和电源处理器10，该屏蔽板8设置在信号发射器I和信号接收器4之间而将信号发射器I和信号接收器4隔开，这样，由于屏蔽板8的屏蔽作用，信号发射器I与信号接收器4之间不存在干扰而确保测量的精度。所述电池包9为本实用新型海浪仪的电源。所述电源处理器10可以调整电池包9的输出电压，进而，信号发射器I可以产生不同幅度的第一发射信号和第二发射信号。
[0019]在上述实施方式中，主换能器2在竖直方向上发射第一声波信号,所以，实施方式中的漂浮式波浪仪的布放应该与水平面垂直，如果不垂直，后处理数据必须利用姿态传感器进行校正，以保证分层回波信号与水层的一一对应关系。
【权利要求】
1.一种漂浮式波浪仪，其特征是:该波浪仪包括不锈钢壳体、信号发射器、一个主换能器、三个副换能器、信号接收器和信号处理器，所述信号发射器安装于不锈钢壳体上；所述主换能器安装于位于所述不锈钢壳体上的换能器头上，不锈钢壳体和换能器头构成框架结构；所述主换能器转换所述第一发射信号为第一声波信号，还接收各水层反射该第一声波信号而产生的第一回波信号；所述副换能器的数量是三个且绕所述主换能器均匀分布而与主换能器呈120°，转换所述第二发射信号为第二声波信号，还接收各水层反射该第二声波信号而产生的第二回波信号；所述信号接收器放大所述第一回波信号或者第二回波信号并与所述信号处理器连接。
2.根据权利要求1所述的漂浮式波浪仪，其特征是:所述漂浮式波浪仪还包括屏蔽板，该屏蔽板设置在信号发射器和信号接收器之间。
【文档编号】G01C13/00GK203758510SQ201420046479
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月25日 优先权日:2014年1月25日
【发明者】付佳 申请人:付佳