一种多信号潮波生成器及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模拟复合海洋潮汐实验装置，具体涉及一种多信号潮波生成器及其使用方法。
【背景技术】
[0002]随着沿海地区人口的剧烈增长、生产生活的日益频繁，以地下水作为城市发展水源供给的传统供水方式一方面引发了地下水水位过度下降，造成愈发严重的盐水入侵问题，进一步污染了水源，影响沿海地区的正常生活和社会发展；另一方面造成了大面积的土地盐碱化，对于沿海地区的生态环境造成了重要影响，土地质量受损、生态群落不复存在，原有淡水生物群落减少甚至濒临灭绝。
[0003]近年来，国内外学者都致力于相关领域的研究，大体上说，普遍采用物理模型实验展开深入研究，对影响盐水入侵的因素加以考虑，但由于盐水入侵涉及因素较多，尤其是海洋条件较难模拟，因此现有研究往往忽略简化海洋条件。部分学者考虑到海洋水力特征，将潮汐因素加入研究，但研究比较单一固定，无法实际模拟海洋的潮汐作用，现有的潮波生成器也只是能模拟简单的单信号潮波，不能对潮波信号进行复杂模拟。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明的目的在于克服现有海岸带研究过程中，或者忽略潮汐作用或者将潮汐作用简化为线性变化、并且潮波装置可控条件少、调整及操作较为复杂等存在的不足，提供一种多信号潮波生成器及其使用方法，通过转动系统带动套管做复杂周期性运动，实现大小潮的潮波信号，从而模拟复杂海洋潮汐作用，利用巧妙的物理原理，其操作简单，造价低廉，性能稳定，使用方便。
[0005]技术方案:本发明的一种多信号潮波生成器，包括潮波套管系统、盐水箱、水栗、连接系统和转动系统，所述潮波套管系统的一端连接有盐水箱和水栗，潮波套管系统的另一端通过连接系统连接于转动系统；所述转动系统包括分别安装于两个电机上的第一转轴和第二转轴，两个电机分别连接有变压器；所述第一转轴上开设有开口向上的凹槽，该凹槽中固定有转轴套管，第一转轴的底端设置有固定式转轮，转轴套管的顶部伸出第一转轴的顶部，且转轴套管的顶端安装有不锈钢环；所述第二转轴的内部开设有凹槽，该凹槽中安装有活动式转轮；所述连接系统包括钢丝绳、定滑轮和支架，所述支架设置于潮波套管系统上方，定滑轮固定于支架顶端，钢丝绳的一端连接于潮波套管系统，另一端绕过定滑轮穿过转轴套管，绕过固定式转轮后固定于活动式转轮。
[0006]进一步的，所述潮波套管系统包括外管、安装于外管底部的底座以及安装于外管内部的套管，套管内部的底部套有内溢流管，内溢流管的另一端依次连通盐水箱和水栗，水栗的另一端与外管相连通；所述外管还与盐水库相连接，且外管、套管和内溢流管三者同心，套管在钢丝绳的牵引下可沿着内溢流管上下移动控制潮波水位；盐水由盐水箱栗入潮波套管系统，在套管上下移动过程中，盐水在套管的阻挡下维持相应的高度；当盐水水位超过套管水位后，多余部分从内溢流管溢出流入盐水箱，从而通过套管高度的变化调节潮波套管系统内盐水水位。
[0007]进一步的，所述内溢流管的底部设有第一控制阀门，第一控制阀门上设有导管与盐水箱相连通，所述外管与盐水库之间设有第二控制阀门。
[0008]为模拟多信号潮波，例如大小潮等，所述第二转轴在相应电机作用下作圆周运动，带动活动式转轮上的钢丝绳运动，由于钢丝绳绕过固定式转轮固定于活动式转轮上，使得固定式转轮在转轴套管内运动，最终第一转轴也以电机为中心作圆周运动。其中，第一转轴作圆周运动时，其内的钢丝绳也在运动，钢丝绳的运动会产生偏离，转轴套管的设置减小了钢丝绳的摇摆性，使潮波信号更加稳定。
[0009]进一步的，所述第一转轴和第二转轴的末端均设有机芯孔，该两个机芯孔与电机的机芯孔重叠，且固定式转轮与机芯孔同心以确保两者在同一半径作圆周运动。
[0010]一般，第一转轴在作圆周运动时，钢丝绳的运动不仅会受到限制，还有很大的摩擦，为保证钢丝绳的运动有一定范围的缓冲，也将钢丝绳与转轴套管的接触面积减小，防止在使用过程中摩擦力过大致使钢丝绳断开，所述转轴套管顶端呈向外开口喇叭型；转轴套管顶端外壁上套有不影响钢丝绳自由移动的光滑不锈钢环，能够保证在接触过程中钢丝绳受到保护作用，防止运行时间较长时钢丝绳被转轴边缘割断。
[0011]进一步的，所述第一转轴的两侧开设有对称的与凹槽相通的卡槽，卡槽中设有伸入凹槽中固定转轴套管的固定件(例如可以是螺栓、螺钉等)，利用固定件将转轴套管固定在转轴空心的凹槽内，还可通过改变转轴套管的位置来调整大小潮的振幅。
[0012]本发明还公开了一种多信号潮波生成器的使用方法，包括以下步骤:
[0013](I)按实验所需，在盐水箱中配好盐水，将转轴套管利用固定件固定，将活动式转轮固定于第二转轴的凹槽中某一位置，拉紧钢丝绳一端并系紧于活动转轮上；
[0014](2)确定实验所需设定的大小潮的周期，先将第二转轴上的活动式转轮固定在某一位置，打开水栗、电机和变压器及相应的进出水阀门，随套管升降观察潮波套管系统中的盐水水位，记录初始最高到最低水位一个周期所需时间，与实验设定周期进行比较调整电机，直到满足实验设定大小潮周期；
[0015](3)确定实验所需设定的大小潮的振幅，打开水栗、电机和变压器及相应的进出水阀门，随套管升降观察潮波套管系统中的盐水水位，用不同颜色的碳素笔在外管上标明最高、最低潮波水位，得到初始振幅，与实验设定振幅进行比较，通过调整第二转轴上活动式转轮距相应电机机芯的距离，直至满足实验设定大小潮振幅；
[0016](4)确定实验所需设定的大小潮的平衡位置，将实验设定所需平衡位置用碳素笔在外管标出，参照步骤(3)，将实验设定振幅对应的最高最低水位用碳素笔标出，拉动钢丝绳到设定平衡位置，最后将钢丝绳系紧于活动式转轮；振幅、平衡位置，关闭与盐水库相连的第二控制阀门，打开水栗、电机和变压器及相应的进出水阀门，随套管升降观察潮波套管系统中的盐水水位，刻画初始最高、最低以及平衡潮波水位，并区分划出实验设定的最高、最低和平衡潮波水位，依此进行比较调整直至满足实验设定要求；
[0017](5)确定实验所需设定的不同大小潮的振幅、平衡位置，对比上组大小潮振幅，用碳素笔在外管上标出最高最低水位，移动固定件，将转轴套管变换距离，打开水栗、电机和变压器及相应的进出水阀门，随套管升降观察潮波套管系统中的盐水水位，再用碳素笔在外管上标出最高最低水位，对比调整直至满足大小潮振幅；
[0018](6)大小潮振幅、周期、平衡位置满足实验要求后，打开与盐水箱连接的第一控制阀门，多信号潮波生成器中的盐水即可进入盐水区，形成有大小潮潮波条件的海洋边界。
[0019]有益效果:本发明中安装有两个转轴，多种运动的叠加巧妙的产生大小潮等复杂潮波信号，更真实模拟海洋的复杂潮汐作用，可以达到灵活设置、稳定产生不同周期、不同振幅、不同水位的潮波信号条件的效果，为解决海岸带问题提供可靠的技术支撑。与现有技术相比具有以下优点:
[0020](I)本发明利用简单的物理原理，精巧的设计了造价低廉且高效的潮波生成器，结构简单，造价低廉，性能可靠。
[0021](2)本发明充分利用潮波套管系统及连通器原理、合理布置各部件、占用空间小、结构简单容易操作。
[0022](3)本发明在第一转轴内设置固定件(例如螺栓等)，改变转轴套管距固定式滑轮的距离，来模拟不同振幅的大小潮。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的整体结构示意图；
[0024]图2为本发明中第一转轴的示意图；
[0025]图3为本发明中第二转轴的示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面对本发明技术方案结合附图进行详细说明。
[0027]如图1至图3所示，本发明的一种多信号潮波生成器，包括潮波套管系统、盐水箱7、水栗6、连接系统和转动系统，潮波套管系统的一端连接有盐水箱7和水栗6，潮波套管系统的另一端通过连接系统连接于转动系统；转动系统包括分别安装于两个电机14上的第一转轴12和第二转轴13，两个电机14分别连接有变压器16 ;第一转轴12上开设有开口向上的凹槽121，该凹槽121中固定有转轴套管18，转轴套管18距凹槽121的底部留有距离，第一转轴12的底端设置有固定式转轮19，转轴套管18的顶部伸出第一转轴12的顶部，且转轴套管18的顶端安装有不锈钢环21 ;第二转轴13的内部开设有凹槽132，该凹槽132中安装有活动式转轮22 ;连接系统包括钢丝绳11、定滑轮10和支架9，支架9设置于潮波套管系统上方，定滑轮10固定于支架9顶端，钢丝绳11的一端连接于潮波套管系统，另一端绕过定滑轮10穿过转轴套管18，绕过固定式转轮19后固定于活动式转轮22。
[0028]潮波套管系统包括外管1、安装于外管I底部的底座5以及安装于外管I内部的套管3，套管3内部的底部套有内溢流管2，内溢流管2的另一端依次连通盐水箱7和水栗6，水栗6的另一端与外管I相连通；外管I还与盐水库8相连接，且外管1、套管和内溢流管2三者同心，套管在钢丝绳11的牵引下可沿着内溢流管2上下移动控制潮波水位；盐水由盐水箱7栗入潮波套管系统，在套管3上下移动过程中，盐水在套管3的阻挡下维持相应的高度；当盐水水位超过套管3水位后，多余部分从内溢流管2溢出流入盐水箱7，从而通过套管3高度的变化调节潮波套管系统内盐水水位。
[0029]内溢流管2的底部设有第一控制阀门，第一控制阀门上设有导管与盐水箱7相连通，外管I与盐水库8之间设有第二控制阀门。
[0030]套管3底端的外壁上套有套管用不锈钢环4，套管3在钢丝绳9的牵引下可沿着内溢流管2上下移动。套管用不锈钢环4既能够防止由于套管3过轻，导致在上升过程中发生抖动进而造成潮波信号不稳定的情况；另外，套管用不锈钢环4还能防止在下降过