无线式波浪采集实时监控系统和设备的制作方法

本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种无线式波浪采集实时监控系统和设备。

背景技术：

随着研究技术的发展，整体波浪物理模型试验有越来越大的发展趋势，其中，波浪物理模型试验可以解决港区水域以及水工建筑物的平面布置问题，研究港内调头地和装卸区或泊位处的泊稳条件以及港外航道与口门附近的船舶适航条件，码头前沿波高和码头面上水情况，防波堤、护岸处波高以及越浪。因此，波浪物理试验对海洋科学和河口海岸的动力学理论研究和发展有着重要的意义。

相关技术中，波浪测量仪器的安装位置固定、传输线架设布置等多采用单一的测量方式，这样就会导致波浪测量仪器存在出水和没水的现象，需要人工下水进行手动调节操作，这样的工序比较繁琐、功耗大、效率低。另外，波浪测量仪器的入水深度不容易被控制，尤其是在水深较大时，人工下水操作难度更大。综上，这些问题都给试验过程造成了很大的不便。

技术实现要素：

有鉴于此，提供一种无线式波浪采集实时监控系统和设备，以解决现有技术中无线波浪采集过程中操作工序繁琐、功耗大以及效率低的问题。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种无线式波浪采集实时监控系统，该监控系统包括波浪测量设备和自动升降架，其中：

所述波浪测量设备设置在所述自动升降架上，所述自动升降架接收高度调节指令来进行自动升降，所述波浪测量设备跟随所述自动升降架升降测量不同高度的水位；

所述波浪测量设备包括超声波传感器、数据采集模块和无线发射器；

所述超声波传感器与所述数据采集模块相连，用于将采集到的超声波信号转换成电信号；

所述数据采集模块与所述无线发射器相连，用于将来自超声波传感器的电信号转换成模拟量转换信号；

所述无线发射器用于将所述模拟量转换信号发送至终端设备，以指示所述终端设备将所述模拟量转换信号转换为对应的水位信息进行存储和显示。

进一步的，所述高度调节指令由所述终端设备发送至所述自动升降架。

进一步的，所述自动升降架根据所述高度调节指令调节自身高度，以使所述波浪测量设备测量不同高度的水位。

进一步的，所述超声波传感器采集超声波信号之前，确定所述波浪试验水池的水面由静水状态变化至波浪状态。

进一步的，所述电信号包括电压信号。

第二方面，本申请实施例提供了一种无线式波浪采集实时监控设备，该监控设备包括本申请实施例第一方面所述的无线式波浪采集实时监控系统、终端设备和造波机，其中：

所述造波机通过推板产生满足设定条件的波浪，以指示所述超声波传感器获得不同波浪下的超声波信号；

所述终端设备根据来自波浪测量设备的模拟量转换信号转换为对应的水位信息进行存储和显示。

进一步的，所述无线式波浪采集实时监控系统中的自动升降架包括支架、升降丝杆、螺纹锁母、电机和托板，其中：

所述支架固定在波浪试验水池底部，所述支架通过所述螺纹锁母与所述升降丝杆相连；

所述波浪测量设备设置在所述托板上，所述托板通过电机与所述升降丝杆相连；

所述电机上设置有执行模块，用于接收来自终端设备的高度调节指令，以通过所述电机调节所述自动升降架的高度。

进一步的，所述监控系统和所述终端设备无线连接。

进一步的，所述终端设备包括无线接收器，用于接收来自波浪测量设备的无线发射器发送的模拟量转换信号。

进一步的，所述终端设备包括显示模块，用于显示水位信息。

本申请实施例中，波浪测量设备跟随自动升降架调整高度，进而可以测量到不同高度的水位，无需人工改变水量来调整水位；另外，超声波传感器、数据采集模块和无线发射器配合，将采集到的超声波信号转换成电信号再转换成模拟量转换信息发送至终端设备进行处理，终端设备将其转换为对应的水位信息进行存储和显示。这样实现了对波浪的实时采集，进而为整体波浪物理试验提供了数据基础。解决了波浪采集传统试验模型的老旧、安装工序繁琐以及仪器设备易损坏等问题，避免了人工调节的不便性；节约了操作时间，提高了试验工作效率，具有很强的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种无线式波浪采集实时监控系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中适用的一种无线波浪采集实时监控设备的应用示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例

图1为本发明实施例提供的一种无线式波浪采集实时监控系统的结构示意图，参考图1，该监控系统具体可以包括波浪测量设备10和自动升降架11。

其中，波浪测量设备10设置在自动升降架11上，自动升降架11接收高度调节指令来进行自动升降，波浪测量设备10跟随自动升降架11升降测量不同高度的水位；波浪测量设备10包括超声波传感器101、数据采集模块102和无线发射器103；超声波传感器101与数据采集模块102相连，用于将采集到的超声波信号转换成电信号；数据采集模块102与无线发射器103相连，用于将来自超声波传感器101的电信号转换成模拟量转换信号；无线发射器103用于将模拟量转换信号发送至终端设备，以指示终端设备将模拟量转换信号转换为对应的水位信息进行存储和显示。

具体的，将波浪测量设备设置在自动升降架上，然后自动升降架接收到高度调节指令后进行根据调节指令中用户的高度调节需求进行自动升降，这样波浪测量设备就可以跟随自动升降架升降来测量不同高度的水位。与现有技术中的当波浪测量设备存在出水和没水的情况时还需要人工下水进行手动操作调节相比，工序简单、功耗低且效率高。另外，还可以方便控制波浪测量设备的入水深度，尤其是在水深较大时，极大的方便了水下操作。

另外，波浪测量设备中包括了超声波传感器采集波浪的超声波信号，然后将采集到的超声波信息转换成电信号，发送给数据采集模块，数据采集模块将这个电信号转换成模拟量转换信号，例如可以是rs485信号。无线发射器将模拟量转换信号发送至终端设备，其中，终端设备可以是pc机(personalcomputer)，还可以是智能手机或者平板电脑等。最后，终端设备将模拟量转换信号转换为对应的水位信息进行存储和显示。示例性的，超声波传感器可以是高频高精度超声波传感器。另外，波浪测量设备中还可以包括可充电式锂电池。

在一个具体的例子中，显示的水位信息可以是终端设备将模拟量转换信号应用高精度公式转换后获得的。此外，在整个试验过程中，还可以进行波要素率定，这样可以保证监控系统在监控不同水位的时候测量结果的准确性。

可选的，高度调节指令由终端设备发送至自动升降架11。其中，高度调节指令可以是由终端设备发送给自动升降架的，在实际的应用过程中，终端设备中可以包括指令获取模块，用来识别用户的指令，比如，用户可以将想要调节的高度输入至指令获取模块，这样自动升降架接收到高度调节指令后，就可以分析出高度调节指令中的需要调节的高度，然后通过电机控制自动升降架进行适应高度的调节。

可选的，自动升降架11根据高度调节指令调节自身高度，以使波浪测量设备10测量不同高度的水位。其中，由于波浪测量设备设置在自动升降架上，因此，在自动升降架根据高度调节指令调节自身高度后，波浪测量设备也随着自动升降架进行升降，这样，波浪测量设备就可以测量到不同高度的水位。

可选的，超声波传感器101采集超声波信号之前，确定波浪试验水池的水面由静水状态变化至波浪状态。其中，为了提高试验效果的准确性，以及，模拟出更加接近真实场景中的试验场景，在超声波传感器采集超声波信号之前，需要确定波浪试验水池的水面由静水状态变化至波浪状态。也即，实时检测出从静水到造波推动波浪的运动的情况。

可选的，电信号包括电压信号。其中，本申请实施例中，这里的电信号通常是指电压信号，而在实际的应用过程中，还可以是电流信号。需要说明的是，这里只是举例说明，并不形成具体的限定，在实际的应用过程中根据具体情况而定。

本申请实施例中，波浪测量设备跟随自动升降架调整高度，进而可以测量到不同高度的水位，无需人工改变水量来调整水位；另外，超声波传感器、数据采集模块和无线发射器配合，将采集到的超声波信号转换成电信号再转换成模拟量转换信息发送至终端设备进行处理，终端设备将其转换为对应的水位信息进行存储和显示。这样实现了对波浪的实时采集，进而为整体波浪物理试验提供了数据基础。解决了传统波浪采集试验模型的老旧、安装工序繁琐以及仪器设备易损坏等问题，避免了人工调节的不便性；节约了操作时间，提高了试验工作效率，具有很强的实用性。

图2为本发明实施例提供的一种无线式波浪采集实时监控设备的应用示意图，参考图2，该监控设备具体可以包括图1中的无线式波浪采集实时监控系统，以及，终端设备20和造波机21。

其中，造波机21通过推板22产生满足设定条件的波浪，以指示超声波传感器101获得不同波浪下的超声波信号；终端设备20根据来自波浪测量设备10的模拟量转换信号转换为对应的水位信息进行存储和显示。

具体的，制作波浪采集试验模型，例如，通过港区水域、地貌地形和水工建筑物等基础原型的现场勘查、测量与历年数据资料进行制作完成。然后基于制作完成的波浪采集试验模型，将造波机摆放到试验区域外侧进行安装和供电，然后将波浪测量设备和自动升降架组装为一体进行安装和布设；再就是对波浪试验水池进行注水，使其达到需求的水位。等待注满的测量水位平稳后，造波机利用造波机模拟技术，通过推板进行模拟推浪，这样就可以产生满足设定条件的波浪，实现了水域波浪的变化与自动升降架的功能衔接。超声波传感器检测不同波浪下的超声波信号，数据转换模块将其转换为模拟量转换信号，然后通过无线发射器发送到终端设备的无线接收器中，终端设备再将模拟量转换信号转换为对应的水位信息进行存储和显示。以便后期进行数据处理分析。

在一个具体的例子中，模拟量转换信号与水位信息有一定的对应关系，因此，在实际的应用过程中，通过设定的转换规则或者计算公式即可实现水位信息的转换。然后将转换获得的水位信息进行存储和显示。这样终端设备中就可以直观的获知到水位信息，以供试验人员参考。

可选的，无线式波浪采集实时监控系统中的自动升降架11包括支架111、升降丝杆112、螺纹锁母113、电机114和托板115。其中：支架111固定在波浪试验水池底部，支架111通过螺纹锁母113与升降丝杆112相连；波浪测量设备10设置在托板115上，托板115通过电机114与升降丝杆112相连；电机114上设置有执行模块，用于接收来自终端设备20的高度调节指令，以通过电机114调节自动升降架11的高度。

具体的，首先将支架固定在波浪试验水池底部，然后支架通过螺纹锁母与升降丝杆相连，另外，波浪测量设备设置在托板上，而托板通过电机与升降丝杆相连。这样，电机上设置的执行模块在接收到来自终端设备的高度调节指令后，就可以控制电机响应高度调节指令，实现对自动升级架的高度调节，也即，自动升降架实现了自身的高度调节。示例性的，升降丝杆可以是包括电动伸缩器。自动升降架也可以称为水位变化多功能自动升降架，另外，自动升降架中也可以包括大功率可充电式锂电池。示例性的，23表示试验监控区域。

可选的，无线式波浪采集实时监控系统和终端设备20无线连接。其中，无线式波浪采集实时监控系统和终端设备可以通过无线连接，例如，通过网络接收机或者路由器的网络信号进行数据传输。

可选的，终端设备20包括无线接收器，用于接收来自波浪测量设备的无线发射器103发送的模拟量转换信号。具体的，终端设备中包括了无线接收器，这样可以接收来自波浪测量设备的无线发射器发送的模拟量转换信号。在一个具体的例子中，波浪测量设备中的无线发射器和终端设备中的无线接收器组成了数据传输通道。

可选的，终端设备包括显示模块，用于显示水位信息。其中，终端设备如果是手机，则显示模块则为显示屏幕；终端设备如果是电脑，则显示设备为电脑的显示器，这样，可以通过显示模块显示水位信息。示例性的，水位信息可以是文字形式和/或图表形式等，以直观显示水位信息。

在一个具体的例子中，本申请实施例还可以监测到静水到造波机实时推动波浪的运动状态以及水工建筑物、海工装备体表面的波浪信息，其中，波浪信息可以包括波浪实时起伏的运动状态以及发生频率等。当造波机推动水运动到实时波浪起伏运动状态时，终端设备可完成对输出信号的无线实时采集、处理、显示和存储。

本申请实施例中，通过造波机产生满足设定条件的波浪，超声波传感器来获取不同的波浪下的超声波信号；这样模拟出了不同的波浪下的试验场景，避免了单一的波浪下的试验造成的偶然性误差的问题；另外，终端设备将模拟量转换信号转换为对应的水位信息进行展示，实现了对波浪采集的实时监控。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。