一種波高測量方法
2023-06-02 18:58:56 1
專利名稱：一種波高測量方法
技術領域：
本發明涉及一種測量波浪高度的方法及其裝置。
背景技術：
目前公知的測量波浪高度的方法有很多種，有電容式壓力傳感器，超聲波測量等等，這些方法都可以在一定環境條件下(比如長波)取得較好的測量結果，但是在被測環境條件改變時(比如短波)就可能無法正常工作，亦即工作條件要求嚴格，適應範圍窄。
本發明克服了現有技術中的不足，提供了一種適應範圍廣，測量準確度高，不受幹擾的波高測量方法及其裝置。
發明內容
測量原理要測量某個流體環境的波浪高度，我們通常把被測流體基本上看成理想的，不可壓縮的，質量力僅僅是重力，同時流動狀態是無旋的，所以在整個流場上有如下的伯努利方程成立 式中t是反應流場非定常運動的量，與加速度有關，ρ為液體的密度，g是重力加速度，P和z是兩個待測變量，P是壓力傳感器所測量得的壓力值，z是待測波高，C是常數；通常稱 為速度水頭， 為壓力水頭，gz為位置水頭。我們通常要測量的就是水面的位置水頭，即波高。本式的意義表明在整個流場上，任意點的各分量之和始終為常數。
公知的許多波高測量方法是在被測液體的底部投放壓力傳感器，在波浪傳遞時，液面高度的變化造成壓力的變化，由壓力傳感器根據壓力變化值來推算得知被測波高。這種方法的缺陷在於在某些波況條件下測量不準，例如對於短波，壓力傳感器測得的壓力會始終不變，因而得到波高為零的錯誤結果。這是因為傳統的壓力傳感器式波高測量方法僅僅由壓力測量值來推算位置水頭，即波高，完全忽略了波浪運動是存在著一定速度的。正是由于波浪運動存在著一定速度，即有關加速度和速度的分量 始終是一個未知量，並且不能忽略不計，即使利用經驗值來修正，也存在極大的誤差。
如果採用某種測量手段可以使伯努利方程中加速度和速度的分量項可以被看成相對小量，從而使之可以被忽略不計，那麼就很容量得到準確的波浪高度。
本發明採用下述技術方案實現的被測流體中放置一根豎直的長管，中間為空腔，上端開口，下端封閉，在空腔的底部裝設一個壓力傳感器，在長管與液面交界處沿上下分別開設多個進水口，開口迎向波浪前進的方向，進水口可以讓被測流體自由地進出中空長管的腔體內，測量時將中空長管豎直地立於被測流體中，位置固定，當被測流體有波浪產生時，中空長管腔體內的液柱也隨之發生變化，在豎直長管中的液面僅在高度上存在變化，而沿波浪前進方向的速度為零。如果取最上端和最下端兩個點來看，最下端點流體的加速度和速度的分量 本身就為零，而最上端點流體的加速度和速度的分量 近似為零，完全可以忽略不計，這時長管中腔內流體各點的伯努利方程表達式為P+gz=C]]>如果設定最下端的點為座標原點，則最上端和最下端兩個點各自的伯努利方程表達式如下P1+gz1=C]]>P2+gz2=C]]>其中最上一點的P1為大氣壓力，即P1＝0，最下一點的z2為坐標原點，z2＝0，由此可知gz1＝CP2=C]]>得出z1=P2g]]>由以上推算可知，波高z1=P2g.]]>採用在被測流體中立一根中空長管的辦法，目的就是使包含流體運動加速度的項t和速度的項 相對壓力水頭 和位置水頭gz為小量，可以忽略不計，這就很好地解決了波浪產生的擾動對測量結果的影響，而且待測流體的種類不受限制。
為了使測量得以實現，中空長管的直徑必須很小，相對於被測流體的波長為小量，可以忽略不計。這在實際工作中是很顯而易見的，中空長管的直徑以毫米計，而被測流體的波長以米計。
圖1為波高測量儀的示意圖；圖中1--中空長管，2--進水孔，3--壓力傳感器。
實施例下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步描述圖1所示的波高測量儀，中空長管1豎直並且位置固定地插入被測流體中，相對波浪前進方向開有一系列的進孔2，進水孔2沿被測流體液面與中空長管交界處沿上下均勻分布，在中空長管1的封閉的底部安裝有壓力傳感器3，當有波浪運動時，中空長管內的液柱上下升降，壓力傳感器3對壓力進行測量，轉化為電信號輸出，根據測量值及相關公式即可求得波高。
權利要求
1.一種波高測量方法，其特徵在於採用豎直並且位置固定地插入被測流體中一根中空長管的辦法，長管(1)中間為空腔，上端開口，下端封閉，中空長管(1)的封閉的底部安裝有壓力傳感器(3)，在長管與液面交界處沿上下分別開設多個進水口(2)，開口迎向波浪前進的方向，進水口可以讓被測流體自由地進出中空長管的腔體內。
2.根據權利要求1中所述的一種波高測量方法，其特徵在於進水孔(2)沿被測流體液面與中空長管交界處沿上下均勻分布。
3.根據權利要求1中所述的一種波高測量方法，其特徵在於相對波浪前進方向開有一系列的進孔(2)。
全文摘要
本發明涉及一種測量波浪高度的方法及其裝置。目前公知的測量波浪高度的方法有電容式壓力傳感器，超聲波測量等，這些方法在一定環境條件下能取得較好的測量結果，但是在被測環境條件改變時就可能無法正常工作，適應範圍窄。本發明克服了現有技術中的不足，提供了一種採用豎直並且位置固定地插入被測流體中一根中空長管的辦法，該方法適應範圍廣，測量準確度高，且不受環境的幹擾。
文檔編號G01B5/02GK1556370SQ20041001501
公開日2004年12月22日 申請日期2004年1月5日 優先權日2004年1月5日
發明者遊亞戈, 顏希文, 揭德算 申請人:中國科學院廣州能源研究所