双球式海浪波速与波长遥感装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种双球式海浪波速与波长遥感装置，包括主球、副球、互连桶、侧翼、尾翼、温度传感器、角度传感器、霍尔传感器、水压泵、水轮机、微型发电机、蓄电池、电路板和管状天线等，主球、互连桶、副球、尾翼和侧翼构成装置主体，水压泵、水轮机、微型发电机和蓄电池构成供电机构，本装置除了能够测量海浪波速与海浪波长外，还能测量海浪高度、海浪倾角、浅水温度、近海面空气温度和海洋漩涡参数等，所有海洋参数通过无线电发射可以进行远程遥感，装置具有结构简单、造价低廉、利于普及、容易操作、电源自给、绿色环保、方便实用和使用寿命长等优点，适用于海洋工程、海洋建设和海洋科考等。
【专利说明】
双球式海浪波速与波长遥感装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种海浪参数测量仪器，尤其涉及一种海浪波速与波长遥感装置，属于海洋动力参数测量仪器领域。
【背景技术】
[0002]在海洋工程、海洋建设和海洋科考方面，经常需要测量海洋参数，例如海水温度、海洋深度、海浪高度、海浪波长和漩涡旋度等，目前这方面的测量方法和装置很多，例如浮球法、GPS定位法、卫星照相法、激光探测法和X波段雷达法等等，构想各有千秋，仪器性能各有优劣，上述方法中多数方法及装置构造复杂，造价昂贵，难以普及。
【实用新型内容】
[0003]本发明的目的是提供一种结构简单、造价低廉、方便普及和容易操作的测量装置，除了能够测量海浪波速与海浪波长外，还能测量海浪高度、海浪倾角、浅水温度、近海面空气温度和海洋漩涡参数等。
[0004]本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的:本装置包括主球1、第一阻尼叶2、管内引线3、管状天线4、顶部温度传感器5、发光二极管6、天线弹簧7、天线座8、屏蔽罩9、电路板10、上支架11、外环12、外环转轴13、微型发电机14、水轮机15、三通16、第一单向门17、第一活塞18、互连桶19、曲柄20、电缆线21、水管22、第二活塞23、第三单向门24、副球25、第四单向门26、第二进水口 27、第二水压栗28、第二连杆29、铁块30、第一连杆31、第一水压栗32、第二单向门33、第一进水口 34、出水口 35、内环36、水平支架37、下支架38、小磁钢39、轴承40、惯性轮转轴41、第一霍尔传感器42、底桶43、蓄电池44、惯性轮45、第二阻尼叶
46、钢球弹簧47、垂直支架48、尾翼49、第一角度传感器50、第一角度传感器附件51、主球玻璃管52、第二霍尔传感器53、主球磁性钢球54、重锤55、第二角度传感器56、第二角度传感器附件57、内环转轴58、侧翼59、底部温度传感器60、副球磁性钢球61和副球玻璃管62;
[0005]主球1、互连桶19、副球25、尾翼49和侧翼59构成装置主体，水平支架37、钢球弹簧
47、垂直支架48、主球玻璃管52、第二霍尔传感器53、主球磁性钢球54、重锤55、副球磁性钢球61和副球玻璃管62构成浪高测量机构，外环12、外环转轴13、内环36、第一角度传感器50、第一角度传感器附件51、第二角度传感器56、第二角度传感器附件57和内环转轴58构成倾角测量机构，底桶43和底部温度传感器60构成水温测量机构，管状天线4和顶部温度传感器5构成气温测量机构，下支架38、小磁钢39、轴承40、惯性轮转轴41、第一霍尔传感器42、惯性轮45和第二阻尼叶46构成漩涡测量机构，电路板10和管状天线4构成遥感机构，水轮机15、微型发电机14和蓄电池44构成供电机构；
[0006]主球I顶部设有天线座8、管状天线4、天线弹簧7、顶部温度传感器5和发光二极管6，主球I腰部设有一个尾翼49和两个侧翼59，主球I底部设有底桶43、蓄电池44和底部温度传感器60，主球I内部设有上支架11、下支架38和外环转轴13，上支架11上面设有电路板10和屏蔽罩9，下支架38上面设有第一霍尔传感器42、轴承40、惯性轮转轴41、惯性轮45、小磁钢39和第二阻尼叶46，外环转轴13上面设有外环12、内环转轴58、内环36、水平支架37、第一角度传感器附件51、第二角度传感器56、第二角度传感器附件57和垂直支架48，垂直支架48上面设有第二霍尔传感器53、主球玻璃管52、钢球弹簧47、主球磁性钢球54、第一阻尼叶2和重锤55;副球25内的零件与主球I内的部分零件相同，副球25内设有外环转轴13、外环12、内环36、水平支架37和垂直支架48，垂直支架48上面设有副球玻璃管62、钢球弹簧47、副球磁性钢球61、第二霍尔传感器53、第一阻尼叶2和重锤55;
[0007]互连桶19外部设有第二进水口 27、第一进水口 34和出水口 35，互连桶19内部设有微型发电机14、水轮机15、第二水压栗28、第一水压栗32、电缆线21和水管22，第二水压栗28的右端设有第三单向门24和第四单向门26，第一水压栗32的左端设有第一单向门17和第二单向门33，第一活塞18和第二活塞23通过第一连杆31、曲柄20、铁块30和第二连杆29连接在一起，第三单向门24的出水与第一单向门17的出水通过水管22和三通16汇合后进入水轮机15；
[0008]本装置放入海洋中时，主球I和副球25随着波浪不断起伏，由于铁块30的惯性作用，铁块30在互连桶19内左右运动，铁块30分别通过第一连杆31和第二连杆29推动第一活塞18和第二活塞23工作，当第一活塞18和第二活塞23向右运动时，第一水压栗32的第一单向门17关闭，第二单向门33打开，海水从第一进水口 34吸入第一水压栗32内，与此同时，第二水压栗28的第四单向门26关闭，第三单向门24打开，第二水压栗28内的海水被第二活塞23从第三单向门24挤出，海水通过水管22和三通16后推动水轮机15和微型发电机14工作；
[0009]当第一活塞18和第二活塞23向左运动时，第二水压栗28的第三单向门24关闭，第四单向门26打开，海水从第二进水口27吸入第二水压栗28内，与此同时，第一水压栗32的第二单向门33关闭，第一单向门17打开，第一水压栗32内的海水被第一活塞18从第一单向门17挤出，海水通过三通16后推动水轮机15和微型发电机14工作，微型发电机14的电能一部分供给电路板工作，一部分为蓄电池44充电。
[0010]由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是:本装置除了能够测量海浪波速与海浪波长外，还能测量海浪高度、海浪倾角、浅水温度、近海面空气温度和海洋漩涡参数等，所有海洋参数通过无线电发射可以进行远程遥感，装置具有结构简单、造价低廉、利于普及、容易操作、电源自给、绿色环保、方便实用和使用寿命长等优点。
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明有如下6幅附图:
[0012]图1是本装置的结构示意图，
[0013]图2是本装置的俯视图，
[0014]图3是本装置主球的结构示意图，
[0015]图4是本装置主球的俯视图，
[0016]图5是本装置互连桶的结构示意图，
[0017]图6是用本装置测量和计算海浪波速与海浪波长的示意图。
[0018]附图中所标各数字分别表示如下:
[0019]1.主球，2.第一阻尼叶，3.管内引线，4.管状天线，5.顶部温度传感器，6.发光二极管，7.天线弹簧，8.天线座，9.屏蔽罩，10.电路板，11.上支架，12.外环，13.外环转轴，14.微型发电机，15.水轮机，16.三通，17.第一单向门，18.第一活塞，19.互连桶，20.曲柄，21.电缆线，22.水管，23.第二活塞，24.第三单向门，25.副球，26.第四单向门，27.第二进水口，28.第二水压栗，29.第二连杆，30.铁块，31.第一连杆，32.第一水压栗，33.第二单向门，34.第一进水口，35.出水口，36.内环，37.水平支架，38.下支架，39.小磁钢，40.轴承，41.惯性轮转轴，42.第一霍尔传感器，43.底桶，44.蓄电池，45.惯性轮，46.第二阻尼叶，47.钢球弹簧，48.垂直支架，49.尾翼，50.第一角度传感器，51.第一角度传感器附件，52.主球玻璃管，
53.第二霍尔传感器，54.主球磁性钢球，55.重锤，56.第二角度传感器，57.第二角度传感器附件，58.内环转轴，59.侧翼，60.底部温度传感器，61.副球磁性钢球，62.副球玻璃管，63.前一波峰，64.海浪，65.波谷，66.波浪前进方向，67.后一波峰，L.球心距离，V.浪速，λ.波长。
【具体实施方式】
[0020]1.根据图1和图2，本装置包括主球1、第一阻尼叶2、管内引线3、管状天线4、顶部温度传感器5、发光二极管6、天线弹簧7、天线座8、屏蔽罩9、电路板10、上支架11、外环12、外环转轴13、微型发电机14、水轮机15、三通16、第一单向门17、第一活塞18、互连桶19、曲柄20、电缆线21、水管22、第二活塞23、第三单向门24、副球25、第四单向门26、第二进水口 27、第二水压栗28、第二连杆29、铁块30、第一连杆31、第一水压栗32、第二单向门33、第一进水口 34、出水口 35、内环36、水平支架37、下支架38、小磁钢39、轴承40、惯性轮转轴41、第一霍尔传感器42、底桶43、蓄电池44、惯性轮45、第二阻尼叶46、钢球弹簧47、垂直支架48、尾翼49、第一角度传感器50、第一角度传感器附件51、主球玻璃管52、第二霍尔传感器53、主球磁性钢球
54、重锤55、第二角度传感器56、第二角度传感器附件57、内环转轴58、侧翼59、底部温度传感器60、副球磁性钢球61和副球玻璃管62。
[0021]2.主球1、互连桶19、副球25、尾翼49和侧翼59构成装置主体，水平支架37、钢球弹簧47、垂直支架48、主球玻璃管52、第二霍尔传感器53、主球磁性钢球54、重锤55、副球磁性钢球61和副球玻璃管62构成浪高测量机构，外环12、外环转轴13、内环36、第一角度传感器50、第一角度传感器附件51、第二角度传感器56、第二角度传感器附件57和内环转轴58构成倾角测量机构，底桶43和底部温度传感器60构成水温测量机构，管状天线4和顶部温度传感器5构成气温测量机构，下支架38、小磁钢39、轴承40、惯性轮转轴41、第一霍尔传感器42、惯性轮45和第二阻尼叶46构成漩涡测量机构，电路板10和管状天线4构成遥感机构，水轮机15、微型发电机14和蓄电池44构成供电机构。
[0022]3.主球I顶部设有天线座8、管状天线4、天线弹簧7、顶部温度传感器5和发光二极管6，主球I腰部设有一个尾翼49和两个侧翼59，主球I底部设有底桶43、蓄电池44和底部温度传感器60，主球I内部设有上支架11、下支架38和外环转轴13，上支架11上面设有电路板10和屏蔽罩9，下支架38上面设有第一霍尔传感器42、轴承40、惯性轮转轴41、惯性轮45、小磁钢39和第二阻尼叶46，外环转轴13上面设有外环12、内环转轴58、内环36、水平支架37、第一角度传感器附件51、第二角度传感器56、第二角度传感器附件57和垂直支架48，垂直支架48上面设有第二霍尔传感器53、主球玻璃管52、钢球弹簧47、主球磁性钢球54、第一阻尼叶2和重锤55;副球25内的零件与主球I内的部分零件相同，副球25内设有外环转轴13、外环12、内环36、水平支架37和垂直支架48，垂直支架48上面设有副球玻璃管62、钢球弹簧47、副球磁性钢球61、第二霍尔传感器53、第一阻尼叶2和重锤55。
[0023]4.互连桶19外部设有第二进水口 27、第一进水口 34和出水口 35，互连桶19内部设有微型发电机14、水轮机15、第二水压栗28、第一水压栗32、电缆线21和水管22，第二水压栗28的右端设有第三单向门24和第四单向门26，第一水压栗32的左端设有第一单向门17和第二单向门33，第一活塞18和第二活塞23通过第一连杆31、曲柄20、铁块30和第二连杆29连接在一起，第三单向门24的出水与第一单向门17的出水通过水管22和三通16汇合后进入水轮机15 ο
[0024]5.本装置放入海洋中时，主球I和副球25随着波浪不断起伏，由于铁块30的惯性作用，铁块30在互连桶19内左右运动，铁块30分别通过第一连杆31和第二连杆29推动第一活塞18和第二活塞23工作，当第一活塞18和第二活塞23向右运动时，第一水压栗32的第一单向门17关闭，第二单向门33打开，海水从第一进水口 34吸入第一水压栗32内，与此同时，第二水压栗28的第四单向门26关闭，第三单向门24打开，第二水压栗28内的海水被第二活塞23从第三单向门24挤出，海水通过水管22和三通16后推动水轮机15和微型发电机14工作。
[0025]6.当第一活塞18和第二活塞23向左运动时，第二水压栗28的第三单向门24关闭，第四单向门26打开，海水从第二进水口 27吸入第二水压栗28内，与此同时，第一水压栗32的第二单向门33关闭，第一单向门17打开，第一水压栗32内的海水被第一活塞18从第一单向门17挤出，海水通过三通16后推动水轮机15和微型发电机14工作，微型发电机14的电能一部分供给电路板工作，一部分为蓄电池44充电。
[0026]7.根据图3和图4，主球I内侧设有两根外环转轴13，两根外环转轴13连接外环12，外环12内侧设有两根内环转轴58，两根内环转轴58连接内环36，外环12和内环36通过外环转轴13和内环转轴58构成万向节，内环36内侧连接十字形水平支架37，十字形水平支架37中心连接一根圆筒形垂直支架48，垂直支架48内部设有主球玻璃管52，主球玻璃管52顶部设有四只第一阻尼叶2，四只第一阻尼叶2构成十字形，主球玻璃管52底部连接重锤55，主球玻璃管52内部的中间位置设有一只可活动的主球磁性钢球54，主球磁性钢球54的上方与下方各连接一根钢球弹簧47，主球磁性钢球54和钢球弹簧47的外径略小于主球玻璃管52的内径，使主球磁性钢球54能够在主球玻璃管52内上下运动，主球磁性钢球54上下运动时会受到主球玻璃管52内的空气阻力，即阻尼作用，主球玻璃管52外侧与垂直支架48内侧的中部设有第二霍尔传感器53，当海浪波动时，主球I和副球25随之波动，利用重锤55的惯性作用以及外环12和内环36构成的万向节，使主球玻璃管52保持垂直状态，在此条件下，利用主球磁性钢球54的惯性作用以及主球磁性钢球54与第二霍尔传感器53的位置变化，可以测出海浪强度，即海浪高度，副球磁性钢球61的工作原理与主球磁性钢球54的工作原理相同。
[0027]8.根据图1图3，主球I内侧底部设有下支架38，下支架38为十字形结构，下支架38的边沿连接在主球I内部的壳体上，下支架38的中心设有轴承40，轴承40中间连接惯性轮转轴41底端，惯性轮转轴41上端连接惯性轮45，惯性轮45的结构为边沿厚中心薄，惯性轮45边沿上每隔60度安装一只第二阻尼叶46，第二阻尼叶46垂直设置，下支架38中部设有四只第一霍尔传感器42，四只第一霍尔传感器42以惯性轮转轴41为中心每隔90度安装一只，惯性轮45中部设有两只小磁钢39，当海洋有漩涡时，本装置随之旋转，利用惯性轮45的惯性作用和第二阻尼叶46的阻尼作用以及第一霍尔传感器42与小磁钢39的位置变化，测出海洋漩涡强度。
[0028]9.底桶43内侧底部设有底部温度传感器60，主球I内侧中部左边设有第一角度传感器50，外环12的左边设有第一角度传感器附件51，第一角度传感器附件51靠近第一角度传感器50，外环12上设有第二角度传感器56，内环36上设有第二角度传感器附件57，第二角度传感器附件57靠近第二角度传感器56，当海浪波动时，利用重锤55的惯性作用以及外环12和内环36构成的万向节，主球玻璃管52保持垂直状态，在此条件下，利用第一角度传感器附件51和第一角度传感器50的位置变化，测量出海浪倾角的大小。
[0029]10.蓄电池44作为电路板10、各传感器和发光二极管6的电源，发光二极管6为夜间脉冲发光，便于船只和人员识别，管状天线4中部设有天线弹簧7，遇到障碍物时起到缓冲作用，可避免管状天线4折断，电缆线21的作用是将副球25中的电信号引入到主球I内电路板10中进行放大和处理。
[0030]11.副球25的截面积比主球I的截面积小，在水中副球25的阻力比主球I的阻力小，加上主球I的外侧设有尾翼49和侧翼59，所以在海浪冲击下，装置的副球25会迎着海浪来的方向，当海浪的波峰到达副球25或主球I时，由于副球磁性钢球61和主球磁性钢球54的惯性作用，副球磁性钢球61和主球磁性钢球54分别在副球玻璃管62和主球玻璃管52的谷点位置。
[0031]12.根据图6，设。为前一波峰63依次到达副球25和主球I的时间差；t2为前一波峰63和后一波峰67依次到达主球I的时间差，则浪速与波长的计算步骤为:
[0032](I)根据副球磁性钢球61在副球玻璃管62中和主球磁性钢球54在主球玻璃管52中的谷点时间，求出前一波峰63依次到达副球25和主球I的时间差t1;
[0033](2)在已知球心距离L的情况下，依据公式“速度=距离/时间”，求出浪速V = L/t1;
[0034](3)根据主球磁性钢球54两次在主球玻璃管52中的谷点时间，求出前一波峰63和后一波峰67依次到达主球I的时间差t2 ；
[0035](4)依据公式“距离=速度X时间”，求出波长X = VXt2。
【主权项】
1.一种双球式海浪波速与波长遥感装置，主要包括主球(I)、管状天线(4)、顶部温度传感器(5)、发光二极管(6)、电路板(10)、上支架(11)、外环(12)、外环转轴(13)、微型发电机(14)、水轮机(15)、第一单向门(17)、第一活塞(18)、互连桶(19)、第二活塞(23)、第三单向门(24)、副球(25)、第四单向门(26)、第二进水口(27)、第二水压栗(28)、第二连杆(29)、铁块(30)、第一连杆(31)、第一水压栗(32)、第二单向门(33)、第一进水口(34)、出水口(35)、内环(36)、水平支架(37)、下支架(38)、小磁钢(39)、轴承(40)、惯性轮转轴(41)、第一霍尔传感器(42)、底桶(43)、蓄电池(44)、惯性轮(45)、第二阻尼叶(46)、钢球弹簧(47)、垂直支架(48)、尾翼(49)、第一角度传感器(50)、主球玻璃管(52)、第二霍尔传感器(53)、主球磁性钢球(54)、重锤(55)、第二角度传感器(56)、内环转轴(58)、侧翼(59)、底部温度传感器(60)、副球磁性钢球(61)和副球玻璃管(62); 主球(I)、互连桶(19)、副球(25)、尾翼(49)和侧翼(59)构成装置主体，水平支架(37)、钢球弹簧(47)、垂直支架(48)、主球玻璃管(52)、第二霍尔传感器(53)、主球磁性钢球(54)、重锤(55)、副球磁性钢球(61)和副球玻璃管(62)构成浪高测量机构，电路板(10)和管状天线(4)构成遥感机构，水轮机(15)、微型发电机(14)和蓄电池(44)构成供电机构； 其特征在于:主球(I)腰部设有一个尾翼(49)和两个侧翼(59)，主球(I)内部设有上支架(11)、下支架(38)和外环转轴(13)，上支架(11)上面设有电路板(10)，下支架(38)上面设有第一霍尔传感器(42)、轴承(40)、惯性轮转轴(41)、惯性轮(45)、小磁钢(39)和第二阻尼叶(46)，外环转轴(13)上面设有外环(12)、内环转轴(58)、内环(36)、水平支架(37)、第二角度传感器(56)和垂直支架(48)，垂直支架(48)上面设有第二霍尔传感器(53)、主球玻璃管(52)、钢球弹簧(47)、主球磁性钢球(54)、第一阻尼叶(2)和重锤(55);副球(25)内设有外环转轴(13)、外环(12)、内环(36)、水平支架(37)和垂直支架(48)，垂直支架(48)上面设有副球玻璃管(62)、副球磁性钢球(61)、钢球弹簧(47)、第二霍尔传感器(53)、第一阻尼叶(2)和重锤(55);互连桶(19)外部设有第二进水口(27)、第一进水口(34)和出水口(35)，互连桶(19)内部设有微型发电机(14)、水轮机(15)、第二水压栗(28)、第一水压栗(32)、电缆线(21)和水管(22)，第二水压栗(28)的右端设有第三单向门(24)和第四单向门(26)，第一水压栗(32)的左端设有第一单向门(17)和第二单向门(33)，第一活塞(18)和第二活塞(23)通过第一连杆(31)、曲柄(20)、铁块(30)和第二连杆(29)连接在一起，第三单向门(24)的出水与第一单向门(17)的出水通过水管(22)和三通(16)汇合后进入水轮机(15)。2.根据权利要求1所述的双球式海浪波速与波长遥感装置，其特征在于:当第一活塞(18)和第二活塞(23)向右运动时，第一水压栗(32)的第一单向门(17)关闭，第二单向门(33)打开，海水从第一进水口( 34)吸入第一水压栗(32)内，与此同时，第二水压栗(28)的第四单向门(26)关闭，第三单向门(24)打开，第二水压栗(28)内的海水被第二活塞(23)从第三单向门(24)挤出，海水通过水管(22)和三通(16)后推动水轮机(15)和微型发电机(14)工作；当第一活塞(18)和第二活塞(23)向左运动时，第二水压栗(28)的第三单向门(24)关闭，第四单向门(26)打开，海水从第二进水口(27)吸入第二水压栗(28)内，与此同时，第一水压栗(32)的第二单向门(33)关闭，第一单向门(17)打开，第一水压栗(32)内的海水被第一活塞(18)从第一单向门(17)挤出，海水通过三通(16)后推动水轮机(15)和微型发电机(14)工作，微型发电机(14)的电能一部分供给电路板工作，一部分为蓄电池(44)充电。
【文档编号】G01C13/00GK205670008SQ201620188203
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年3月6日
【发明人】冯越
【申请人】盐城师范学院