基本信息
- 項目名稱：
- 電阻式浪高儀及數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 波浪數(shù)據(jù)測量分三個部分，浪高儀、數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)采集與分析軟件。浪高儀垂直安裝于水中，安裝深度以保證波峰與波谷不超過測量桿的測量范圍。浪高儀輸出標準的4~20mA信號，連接64路USB數(shù)據(jù)采集箱，可同時測量64路4~20mA信號。數(shù)據(jù)采集箱通過USB線連接計算機，通過數(shù)據(jù)采集軟件進行數(shù)據(jù)采集與分析。 技術特點和優(yōu)勢：精度高、響應快、安裝方便、經(jīng)久耐用，可實時測量波浪數(shù)據(jù)。
- 詳細介紹：
- 波浪實驗是海洋、海岸、船舶以及水利等工程設計的重要組成部分。在波浪實驗室中，設計按比例縮小的工程設施模型，通過造波系統(tǒng)生成與實際相符、按比例縮小的波浪，對設施模型進行波浪實驗，再通過測試系統(tǒng)測量波浪的數(shù)據(jù)，給工程設計提供理論驗證與設計依據(jù)。 本系統(tǒng)分三個部分：電阻式浪高儀、高速數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)、多功能波浪模擬系統(tǒng)。測量最大浪高1m，測量精度±1mm，測量響應時間5ms。 1.浪高儀：運用自主研發(fā)、國內(nèi)首創(chuàng)的電阻式浪高測試技術與自動溫度、水質(zhì)補償技術進行測量，利用高性能單片機測量與補償計算，實現(xiàn)高精度、快速浪高測量。 2．浪高采集與分析系統(tǒng)：采集器進行信號采集并存儲。運用實域分析理論對波浪的波高，周期進行分析與計算。運用頻域分析理論對不規(guī)則波波浪進行譜形、譜峰頻率、譜峰能量以及譜平均能量等參數(shù)的分析。 3 多功能波浪模擬系統(tǒng)：采用伺服電機、伺服控制器與微機實現(xiàn)實際波浪的模擬，可產(chǎn)生規(guī)則的正弦波和實際海洋波浪實驗常用的各種譜形。 本系統(tǒng)在實際海洋水利等實驗領域得到了廣泛的應用，并已在交通部天津水利科學研究院多個實驗廳、天津大學水利實驗廳和中國國家海洋局的實驗室使用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計發(fā)明的目的：波浪實驗是海洋、海岸、船舶以及水利等工程設計的重要組成部分。在波浪實驗室中，設計按比例縮小的工程設施模型，通過造波系統(tǒng)生成與實際相符、同時按比例縮小的波浪，對設施模型進行波浪實驗，再通過測試系統(tǒng)測量波浪的數(shù)據(jù)，給工程設計提供理論驗證與設計依據(jù)。浪高儀是測試系統(tǒng)的重要設備，通過浪高儀和數(shù)據(jù)采集器可以測量與分析波浪的各實時數(shù)據(jù)。 主要技術指標：測量最大浪高：1m；浪高測量精度：±1mm； 測量響應時間：5ms。通過上述指標可以發(fā)現(xiàn)，只有設計精度高，響應速度快的浪高儀才能動態(tài)測量浪高數(shù)據(jù)。 基本思路：自行研制動態(tài)測量水電阻式浪高儀、高速數(shù)據(jù)采集器及數(shù)據(jù)采集分析軟件，以實現(xiàn)波浪數(shù)據(jù)的采集與分析。 關鍵技術：高精度、高速度浪高儀設計；水溫及水質(zhì)的自動補償技術；數(shù)據(jù)分析軟件設計。 創(chuàng)新點：電阻式浪高測量、自動溫度及水質(zhì)補償，此兩項技術屬國內(nèi)首創(chuàng)。
科學性、先進性
- 本系統(tǒng)分三個部分：浪高儀、數(shù)據(jù)采集器及采集與分析軟件。 1.浪高儀：浪高儀設計的理論依據(jù)是水中電阻隨水位的變化而線性的變化。如圖所示：測量桿測量當前水位，補償桿補償水溫與水質(zhì)。目前波浪實驗普遍選用電容式浪高儀，其優(yōu)點是容易實現(xiàn)，電路簡單。缺點是不能補償水質(zhì)，在水質(zhì)變化后需重新標定；由于水張力的影響使水位升高與下降時測量結果不一至；傳感器極易損壞，使用成本較高。 電阻式浪高儀可以克服上述缺點，采用自動補償水質(zhì)，標定后，在使用中無需再進行標定；水張力對測量精度影響較?。粋鞲衅饔貌讳P鋼管制成，經(jīng)久耐用。 2．數(shù)據(jù)采集器：自行研制的高速數(shù)據(jù)采集器。 3．數(shù)據(jù)采集與分析軟件：VC下編制采集與分析軟件，對采集的數(shù)據(jù)進行分析。 本系統(tǒng)已在交通部天津水利科學研究院多個實驗廳、天津大學水利實驗廳和中國國家海洋所實驗室使用。 參考文獻列于研究報告。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 生產(chǎn)階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明：波浪數(shù)據(jù)測量分三個部分，浪高儀、數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)采集與分析軟件。浪高儀垂直安裝于水中，安裝深度以保證波峰與波谷不超過測量桿的測量范圍。浪高儀輸出標準的4~20mA信號，連接64路USB數(shù)據(jù)采集箱，可同時測量64路4~20mA信號。數(shù)據(jù)采集箱通過USB線連接計算機，通過數(shù)據(jù)采集軟件進行數(shù)據(jù)采集與分析。 技術特點和優(yōu)勢：精度高、響應快、安裝方便、經(jīng)久耐用，可實時測量波浪數(shù)據(jù)。 推廣與市場分析：該產(chǎn)品不僅應用于波浪實驗室，還可應用于高精度動態(tài)水位測量、海洋波浪監(jiān)測等領域，現(xiàn)正在研制用于真正海洋的波浪監(jiān)測的浪高儀，波高在10米以上的浪高儀。所以其應用前景十分廣闊。
同類課題研究水平概述
- 本系統(tǒng)分三個部分：浪高儀、數(shù)據(jù)采集器及采集與分析軟件。而浪高儀是本系統(tǒng)的關鍵創(chuàng)新點。 浪高儀設計的理論依據(jù)是水中電阻隨水位的變化而線性的變化，一般稱為電阻式浪高儀。目前在國內(nèi)浪高測量方面主要研究與應用的是電容式浪高儀[1][2][3]，CCD攝像式浪高儀[4]及雷達測距式浪高儀[5]，而電阻式浪高儀在國內(nèi)尚無相關的研究。 CCD攝像式浪高儀是通過攝像方式進行浪高測量，通過對錄像進行圖像分析測量浪高，其測量精度難以保證，同時它是非實時測量，難于用于實時測量方面。 雷達測距式浪高儀，測量精度不高，測量必須進行大量的計算，所以響應較慢，很難實現(xiàn)現(xiàn)場應用。 目前國內(nèi)研究與應用較多的是電容式浪高儀。國外方面，日本基本采用電容式浪高儀，而歐洲電容式與電阻式都有應用。歐洲電阻式浪高儀價格昂貴，同時用其浪高儀必須用它的采集系統(tǒng)，所以使用不便，成本較高。 電容式浪高儀前已述及其優(yōu)缺點，而電阻式浪高儀與電容式浪高儀在精度上、響應速度上基本相同。但在水質(zhì)自動補償、水張力影響較小、經(jīng)久耐用及可配通用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等方面有著較大的優(yōu)勢。但電阻式浪高儀電路較復雜，尤其是水質(zhì)自動補償和桿之間信號隔離方面更復雜，難度較大，造價略高，但經(jīng)近幾年的努力，已攻破各技術關鍵點，并已形成產(chǎn)品，成功地應用于多家單位的實驗系統(tǒng)中。 現(xiàn)已在交通部天津水利科學研究院多個實驗廳、天津大學水利實驗廳和中國國家海洋所實驗室使用。 參考文獻： [1]白連平， 蘇彥民，王維建，徐興平. 波高傳感器的數(shù)學模型. 儀表技術與傳感器1999 .12 [2]薛海,劉亞敏,邵宇.波浪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的改進與應用.華北水利水電學院學報,1999.12 [3]石記柱,一種新式智能型浪高儀及波形測量系統(tǒng), 武漢交通科技大學學報,1997.6 [4]王惠玲，波浪的光學測量法研究，大連理工大學研究生論文，2005.6 [5]陳先中,柳瑾,微波雷達液位測量儀的研究, 工業(yè)儀表與自動化裝置,2005.6 [6] 蔡守允,楊大明等,水利工程模型試驗的計算機波高測量系統(tǒng), 水利水電科技進展2007 .10
