球式水面波浪测试装置及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水面波浪参数测试领域，具体是一种球式水面波浪测试装置及测试方法。
【背景技术】
[0002]目前，常用摄像等方法来测得波浪的形状、高度和长度，由于上述方法不能实时连续自动测得水面波浪的参数，导致难以获得准确的水库、池塘水面波浪的水文资料。
[0003]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种球式水面波浪测试装置及测试方法，以解决现有技术水面波浪测试方法存在的问题。
[0004]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
球式水面波浪测试装置，其特征在于:包括浮控器，浮控器水平中心线一端通过锚链连接有锚头，浮控器水平中心线另一端通过电缆绳连接有波浪测试球，浮控器安置在水库、池塘的水面测试点上并顺着水面波浪方向漂浮于水面，所述锚头锚于水底的土里，所述波浪测试球亦顺着水面波浪方向漂浮于水面，且波浪测试球随水面波浪起伏而变位；
所述波浪测试球包括圆球形状的球壳，球壳的顶部开口并盖合有顶盖，由顶盖封闭球壳内部形成封闭的工作腔，在球壳内的底部中心部位设置有基座，基座顶面水平设置有底板，基座顶面的底板上设置有彼此相对的前立板和后立板，前立板和后立板均与所述的底板顶面垂直，前立板和后立板的顶部水平连接有连接板，由所述的底板、前立板、连接板和后立板构成□形的框架；
在所述的前立板和后立板之间设置有竖摆板和横摆板，竖摆板安置于横摆板顶面的中间，竖摆板两侧通过销轴活动支承于所述前立板和后立板的上部，构成丄形状的摆架，所述摆架随波浪测试球向左右两侧的倾斜而摆动；在竖摆板的右侧面上安置有波浪传感器b，在横摆板上的左后部位竖直安置有波高传感器，在底板上的右前部位设置有磁铁挡块a，在底板上的左前部位设置有磁铁挡块b，所述磁铁挡块a和磁铁挡块b与所述的横摆板有相等的间距，且磁铁挡块a和磁铁挡块b的N极均朝向所述的横摆板；在所述横摆板的右侧面上安置有磁铁a，所述磁铁a的N极朝向磁铁挡块a，在所述横摆板的左侧面上安置有磁铁b，所述磁铁b的N极朝向磁铁挡块b，所述的磁铁挡块a、磁铁a、磁铁b、磁铁挡块b均位于横摆板的同一摆线上；在所述竖摆板左侧面的中前部位安置有磁铁C，在所述前立板内侧面的中部安置有霍尔元件a，所述的磁铁c随竖摆板向左右两侧的摆动来接近或离开霍儿元件a，构成了所述的波浪传感器a ;在所述的顶盖上设置有发光指示器，在所述球壳外壁的前部安装有电缆绳接头，在所述球壳外壁的后部有设置配重。
[0005]所述的球式水面波浪测试装置，其特征在于:所述的波浪传感器b包括直杆状的摆杆，摆杆的上部有销轴，摆杆的下端有摆坠，摆杆上部的销轴支承于所述竖摆板右侧面上部的中间，摆杆随波浪测试球向前后方向的倾斜而摆动；在所述竖摆板右侧面上部的前方设置有磁铁挡块C，在所述竖摆板右侧面上部的后方设置有磁铁挡块d，在所述摆杆右侧面的上部安置有磁铁d，所述的磁铁挡块c和磁铁挡块d与所述的磁铁d有相等的间距，所述的磁铁挡块C的N极朝向磁铁d，磁铁d的N极朝向磁铁挡块C，所述的磁铁挡块d的S极朝向磁铁d，磁铁d的S极朝向磁铁挡块d，在所述磁铁d与磁铁挡块d之间的竖摆板右侧面上安置有霍尔元件b，所述的磁铁挡块C、磁铁d、霍尔元件b、磁铁挡块d均位于摆杆的同一摆线上，所述的磁铁d随竖摆板向前后方向的摆动来接近或离开霍儿元件b，以及所述的摆杆、磁铁d、霍尔元件b、磁铁挡块C、磁铁挡块d随竖摆板向左右两侧摆动。
[0006]所述的球式水面波浪测试装置，其特征在于:所述的波高传感器包括圆直管状的管体，在管体的底端设置有底座，在管体内的中间设置有悬浮架，在管体的顶端设置有调制盖，在管体内的底座上安置有磁铁e，磁铁e的N极朝向悬浮架，在所述悬浮架的中心安置有磁铁f，磁铁f的N极朝向底座，在所述悬浮架的周边沿管体中心线方向有若干道通气槽，在所述管体内的调制盖底面中心安置有霍尔元件C，在所述调制盖内安置有磁铁g，所述的霍尔元件c与磁铁g之间有间距，磁铁g的S极朝向悬浮架，所述的磁铁e、磁铁f、霍尔元件c和磁铁g均位于管体中心线上，当所述的波高传感器沿管体中心线方向受到波动时，所述的悬浮架沿管体中心线方向来回移动，所述的磁铁f接近或离开所述的霍儿元件C。
[0007]一种球式水面波浪测试方法，其特征在于:包括以下步骤:
(1)在水库、池塘的岸边建立水面波浪测试站，在该站内安置水面波浪测试仪和接收天线；
(2)在波浪实验室把球式水面波浪测试装置放入实验池内，按照不同的风浪强度等级对球式水面波浪测试装置进行标定实验后，把波浪传感器a、波浪传感器b和波高传感器的标定参数输入水面波浪测试仪；
(3)把球式水面波浪测试装置的锚头、锚链、浮控器、电缆绳和波浪测试球都吊运到船上，由船只驶到江、河、湖泊的水面波浪监测点，用锚链把锚头与浮控器连接，用电缆绳把浮控器与波浪测试球连接后，把锚头锚于水底，再用吊机把浮控器和波浪测试球吊入水中；
(4)遥控打开浮控器上的工作开关，视波浪测试球的发光指示器发出指示，以及水面波浪测试仪接收到浮控器输出的无线信号进行调试，待球式水面波浪测试装置的调试达设计要求时，便可进行水库、池塘水面波浪的测试。
[0008]在所述浮控器的顶面上沿中心线方向有导向板，在锚链的牵引下能自动顺波浪方向漂浮于水面。该浮控器上有光伏板、水温传感器和控制器等设备，所述的光伏板为波浪测试球等供电，所述的控制器把波浪测试球测得的波浪参数无线传输给地面上的水面波浪测试仪。
[0009]本发明中的球式水面波浪测试装置基于以下工作原理:为了定点测试出水库、池塘的水面波浪参数，将锚头、锚链、浮控器、电缆绳和波浪测试球依次连接，并把锚头锚于测试点的水底，球式水面波浪测试装置在风和水流的作用下，以及浮控器导向板的导向下能顺水面波浪方向飘动，使球式水面波浪测试装置准确地定位进行测试。球式水面波浪测试装置的波浪测试球采用了圆球形、重量轻、对称、漂浮、柔性电缆绳连接的结构，能随波浪的起伏变位。在波浪测试球内安置了波浪传感器a、波浪传感器b和波高传感器，该些传感器利用波浪测试球在水面上的顺水面波浪方向倾斜、垂直水面波浪方向倾斜、抬高或降落的变位来测试出波浪的参数。波浪传感器a的摆架、波浪传感器b的摆杆、波高传感器的悬浮架均利用磁铁极性特性(即两磁铁的同极相斥)，形成弹性支撑力来保持平衡和消除抖动的。波浪传感器a、波浪传感器b、波高传感器均应用霍尔元件对磁场强度的霍尔效应来输出传感信号的。波浪测试球是按规定时间段采集湖泊水面波浪的数据，然后把传感信号输出给浮控器，由浮控器无线发射给岸上的水面波浪测试仪，经波浪实验室标定值和计算机专用软件进行处理与分析，便能实时连续获得波浪的形状、高度、长度和频率。
[0010]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:本发明提出了一种球式水面波浪测试装置，该测试装置的波浪传感器a、波浪传感器b和波高传感器，均利用磁极特性形成无刚度弹性约束和传感源，提高了该些传感器的灵敏度和集成度，该些传感器经波浪实验室标定和计算机专用软件处理的配合，能实时连续测试水库、