一种海洋结构物表面波浪监测传感器的制作方法

1.本发明涉及海洋工程领域，更具体地说，涉及一种海洋结构物表面波浪监测传感器。


背景技术：

2.随着对海洋资源的开发逐渐向深海海域发展，深海中海洋工程结构物的水动力特性己成为海洋工程领域的热门问题。海洋结构物中的圆柱结构广泛应用于海洋工程中，其中海洋平台的张力腿是典型的海洋结构物，是平台的主要承载结构，是平台安全运行的核心部件之一。海洋波浪对于海洋平台张力腿具有力的作用，影响着海洋平台的安全作业，因此准确的预测海洋平台张力腿等海洋结构物表面的波浪信息是安全性研究的重要课题，是发展智慧海工装备、海洋环境监测、矿产和能源开采的有力支撑。
3.针对于海洋结构物表面的波浪信息监测，目前的波浪传感器主要有如下应用缺陷，卫星高度计以及雷达式侧波方法均是大面积观测海洋区域波浪的有效方法，不适合用于精准的测量海洋某点处的波浪信息。波浪浮漂等重力式波浪监测传感器由于体积相对较大，无法测量海洋结构物表面的波浪信息。声学等波浪观测手段受海洋鱼类等其他因素影响较大。侧波杆式的波浪测量方法包括电容式以及电阻式，其附着在金属表面，其精准度会受到一定影响。因此，目前的海洋波浪传感器均无法满足海洋结构物表面的波浪信息准确监测，所以需要一种高灵敏度、高精度且能够附着在其表面的波浪传感器来感知海洋结构物表面的波浪信息。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种海洋结构物表面波浪监测传感器，以解决背景技术中提到的问题。
5.为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
6.一种海洋结构物表面波浪监测传感器，包括设置于海洋平台张力腿侧壁的传感器装置，传感器装置包括固定于海洋平台张力腿侧壁的绝缘的传感器基体板，传感器基体板上设置有多个内置信号发生器；内置信号发生器外部覆盖柔性绝缘膜，柔性绝缘膜的边缘与传感器基体板密封贴合；
7.内置信号发生器，内置信号发生器不限于一种结构，可以为多种接触起电或摩擦起电结构中的一种，其中一种结构可为：包括通过弹性基体连接的互相平行的第一电极层与第二电极层，第一电极层与第二电极层之间平行设置有高分子材料层，高分子材料层与第一电极层固定，高分子材料层与第二电极层间留有间隙；
8.第一电极层和第二电极层相对于高分子材料层均为易失电子材料；
9.每个第一电极层背离高分子材料层的一侧面黏贴在传感器基体板上；
10.每个第一电极层背离高分子材料层的一侧面均通过导线连接于同一静电计。
11.静电计通过ni采集卡与pc端usb接口连接，pc端装有用于实时显示静电计示数变
化的labview程序。
12.导线为绝缘铜导线。
13.全部导线汇为一条后连接于静电计。
14.弹性基体为聚酰亚胺材料或者轻质弹簧。
15.柔性绝缘膜与内置信号发生器间留有空间。
16.静电计设置于基站，基站设置于海洋平台上。
17.静电计、ni采集卡和pc端均设置在基站，基站设置于海洋平台上。
18.第一电极层和第二电极层为相同的材料。
19.相邻的两个内置信号发生器间距相同。
20.本发明相对于现有技术的优点在于，装置外接信号采集设备以及pc端可完成对输出信号的采集和实时显示储存，用于实现对波浪运动状态的实时监测。本发明具有高灵敏度、高精度的优点，能够附着在感知海洋结构物表面进行信号检测。该传感器可以应用于海工装备、岸基设施、海底输油管等设备的监测，具有广泛的应用前景。
附图说明
21.图1是本发明波浪检测传感器用于监测海洋结构物表面波浪信息示意图；
22.图2是本发明传感器装置结构图；
23.图3是本发明内置信号发生器结构图；
24.图4是本发明内置信号发生器内高分子材料层和第二电机层远离时的电荷示意图；
25.图5是本发明内置信号发生器内高分子材料层和第二电机层接触时的电荷示意图；
26.图6是内置信号发生器输出信号图；
27.图7是通过电脑拟合后的波浪信号图。
28.图中，1、传感器装置，2、导线，3、基站，4、传感器基体板，5、内置信号发生器，6、柔性绝缘膜，7、弹性基体，8、第一电极层，9、高分子材料层，10、第二电极层。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明的具体实施方式作描述。
30.如图1至图7所示，本发明一种海洋结构物表面波浪监测传感器，包括设置于海洋平台张力腿侧壁的传感器装置1，传感器装置1包括固定于海洋平台张力腿侧壁的绝缘的传感器基体板4，传感器基体板4上设置有多个内置信号发生器5；内置信号发生器5外部覆盖柔性绝缘膜6，柔性绝缘膜6的边缘与传感器基体板4密封贴合；
31.内置信号发生器5包括通过弹性基体7连接的互相平行的第一电极层8与第二电极层10，第一电极层8与第二电极层10之间平行设置有高分子材料层9，高分子材料层9与第一电极层8固定，高分子材料层9与第二电极层10间留有间隙；
32.第一电极层8和第二电极层10相对于高分子材料层9均为易失电子材料；
33.每个第一电极层8背离高分子材料层9的一侧面黏贴在传感器基体板4上；
34.每个第一电极层8背离高分子材料层9的一侧面均通过导线2连接于同一静电计。
35.静电计通过ni采集卡与pc端usb接口连接，pc端装有用于实时显示静电计示数变化的labview程序。
36.导线2为绝缘铜导线。
37.全部导线2汇为一条后连接于静电计。
38.弹性基体7为聚酰亚胺材料或者轻质弹簧。
39.柔性绝缘膜6与内置信号发生器5间留有空间。
40.静电计设置于基站3，基站3设置于海洋平台上。
41.静电计、ni采集卡和pc端均设置在基站3，基站3设置于海洋平台上。
42.第一电极层8和第二电极层10为相同的材料。
43.相邻的两个内置信号发生器5间距相同。
44.进一步的，所述传感器基体板4采用硬质绝缘材料，呈矩形状，例如长条形矩形亚克力板。内置信号发生器5的测量有效长度长于所测位置的通常波浪振幅。
45.作为一个具体实施方式，设置第一电极层8和所述第二电极层10相对于高分子材料层9均为易失电子材料；
46.本发明使用的时候，海水的波浪摆动通过柔性绝缘膜6间接传递至内置信号发生器5，从而引起第一电极层8和所述第二电极层10的间距摆动。考虑外界作用力小时，第一电极层8和所述第二电极层10受到弹性基体7的弹力作用，间距最大，此时只有第一电极层8和高分子材料层9接触，第一电极层8呈现正电，通过绝缘铜导线可以从静电计中显示出来。接下来，如果第一电极层8和所述第二电极层10接近，则第二电极层10也会出现感应电荷，从而使得高分子材料层9的一部分负电荷移动到朝向第二电极层10的一侧，从而使得第一电极层8的感应电荷变少，静电计的指数也会相应变化。当海水周期摆动改变第一电极层8背离高分子材料一侧面的感应电荷时，静电计指数也在周期变化。同一静电计同时连接于多个内置信号发生器5，因此静电计实际上得到是更加准确的平均值。通过提取静电计的数据节点(可以重点提取峰值和谷值)，利用电脑拟合后便可得出波浪信号。图6和图7分别示出了一次测量的实例。
47.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。