本实用新型专利技术公开了一种基于激光反射波高测量装置，包括上下间隔固定在现有的造波机的造波板上的上支架、下支架，一根金属支撑杆的上端、下端分别与上支架、下支架固定相连，一个半球泡沫浮漂通过中心圆孔套在金属支撑杆上且能够沿金属支撑杆上下滑动，在上支架上固定有一个不锈钢防护壳，在防护壳内安装有数据处理器、线性CCD相机和激光发射器，激光发射器发射的光束平行于金属支撑杆的中心轴线且能够照射至半球泡沫浮漂的顶面，线性CCD相机的镜头表面为平面且能够获得半球泡沫浮漂的图像，线性CCD相机通过数据线与数据处理器相连，数据处理器与用户采集信号设备相连。采用本装置使波高测量更精确快速。使波高测量更精确快速。使波高测量更精确快速。
【技术实现步骤摘要】
一种基于激光反射波高测量装置
[0001]本技术涉及一种造波实验中波浪高度的测量装置，尤其涉及基于激光反射波高测量装置。
技术介绍
[0002]造波水池试验系统是模拟自然界的海浪，研究其与结构物相互作用的重要手段，在水利工程、港口海岸工程和海洋工程领域具有广泛应用；另外，造流和造波、造风、地震等作用耦合模拟，能够研究更为复杂的极端自然环境，为工程设计和防灾减灾提供有力支撑。
[0003]在造波试验中，由于试验水池范围及环境受到限制，不可能像海洋无限大，所以在造波试验中行进波撞击边壁后会产生反射波、二次反射波。此时造波试验的数据就不能准确的反应波浪对建筑物的作用，为此，研究人员提出了一种利用造波机在产生波浪的同时吸收反射波的方法，称之为＂主动吸收＂。这类造波方法可根据水动力学的反馈信息，通过控制系统以数学模型来驱动造波板运动，达到分离入射波消除反射波的作用。不但如此，主动吸收技术还可以有效避免水槽和水池内的共振现象产生，极大的缩短两次实验间的静水时间，并减少伪谐波的产生。
[0004]主动吸收技术的核心是实时接收波高情况，控制系统需要根据当前波高情况对入射波进行波成分分离，然后控制造波板同时产生目标波与吸收反射波的运动。
[0005]现有的基于电容和力等波高传感器由于使用过程中是将传感器测头浸泡在水中，所以传感器受环境影响较大，例如力波高传感器受水体温度影响，电容传感器由于测头的电容丝在波浪冲击的作用下会摆动导致测量有较大误差。传统的力和电容传感器采用数据反馈方式为模拟量电流传输，由于造波试验水池范围较大，传感器的测量域也要很大，该方式无法远距离传输也是一大缺点。
技术实现思路
[0006]本技术的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可以实时准确的反应水池内波浪的高度变化情况，从而保证主动吸收造波的稳定性的基于激光反射波高测量装置。
[0007]本技术的一种基于激光反射波高测量装置，包括上下间隔固定在现有的造波机的造波板上的上支架、下支架，一根垂直水面设置的金属支撑杆的上端、下端分别与上支架、下支架固定相连，一个半球泡沫浮漂通过中心圆孔套在金属支撑杆上且能够沿金属支撑杆上下滑动，在所述的上支架上固定有一个不锈钢防护壳，在所述的不锈钢防护壳内安装有一个数据处理器、线性CCD相机和激光发射器，所述的激光发射器发射的光束平行于金属支撑杆的中心轴线且能够照射至半球泡沫浮漂的顶面，所述的线性CCD相机的镜头表面为平面且能够获得半球泡沫浮漂的图像，所述的线性CCD相机通过数据线与数据处理器相连，所述的数据处理器通过无线网络与用户采集信号设备相连。
[0008]本技术的有益效果：
[0009]一、采用激光反射的装置使波高测量更精确快速；
[0010]二、测量装置非接触式使参与数据处理的电子结构不接触水体，避免了水质情况、水体温度和水体带电等环境因素对测量装置的损坏及影响；
[0011]三、模块化的机械结构适用于不同尺寸的造波板并便于安装和更换组件；
[0012]四、装置采用数字量IO
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Link的通讯方式更便于精确快速的设置与读取装置数据参数，也能实现与控制设备的更远距离连接。
附图说明
[0013]图1是本技术一种基于激光反射波高测量装置的示意图；
[0014]图2为本装置的原理图。
具体实施方式
[0015]下面将结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例方式仅用于解释本技术，并不用于限定本技术的保护范围。
[0016]如附图所示的本技术的一种基于激光反射波高测量装置，包括上下间隔固定在现有的造波机的造波板1上的上支架2、下支架10，可以采用固定螺栓3将上支架2、下支架10固定在造波板1上。一根垂直水面设置的金属支撑杆9的上端、下端分别与上支架2、下支架10固定相连，如图1所示可以采用螺栓11固定相连，一个半球泡沫浮漂8通过中心圆孔套在金属支撑杆9上且能够沿金属支撑杆9上下滑动，所述的半球泡沫浮漂8浮漂的下表面为半球状，会增大半球泡沫浮漂8的浮力并使其不容易发生晃动，优选的半球泡沫浮漂的上表面边缘处低于中心处而呈锥形，锥度进一步优选的为3度，上表面还涂有疏水涂层，防止上表面积水使浮漂倾斜影响波高测量。优选的，对所述的半球泡沫浮漂的中心圆孔表面进行光滑处理，所述的中心圆孔表面的粗糙度为1.6
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3.2之间，使其与金属支撑杆9间的摩擦力更小。
[0017]在所述的上支架2上固定有一个不锈钢防护壳7，在所述的不锈钢防护壳内安装有一个数据处理器4、线性CCD相机5和激光发射器6，所述的激光发射器6发射的光束平行于金属支撑杆9的中心轴线且能够照射至半球泡沫浮漂的顶面，所述的线性CCD相机的镜头表面为平面且能够获得半球泡沫浮漂8的图像，所述的线性CCD相机通过数据线与数据处理器4相连。所述的数据处理器通过无线网络与用户采集信号设备相连。
[0018]本装置的使用方法如下：
[0019]启动造波机(采用现有装置即可,造波机结构可以参见CN201910228207一种可升降造波系统)，造波机的造波板1在造波实验中产生推动板前水体的往复运动，从而使水面产生需要的水位变化，在整个水池内形成波浪，造波板1的板前水位的变化使漂浮在水面上的半球泡沫浮漂8沿着金属支撑杆9做直线运动，激光发射器6发出的光束垂直照射在半球泡沫浮漂8上表面发生漫反射，极少的反射光光束进入线性CCD相机5内并被感光元件接收到，所述的线性CCD相机5将接收的光信号输出给数据处理器4，所述的数据处理器4采用内置公式通过计算处理得到波高y，将计算结果采用IO
‑
Link协议输出到用户采集信号设备。
[0020]所述的内置公式为：
[0021]如图2所示，
[0022]式中：
[0023]y:半球泡沫浮漂上表面到0位的距离；
[0024]0位：线性CCD相机测量的最小量程位置的分界线；
[0025]x：半球泡沫浮漂上表面的反射光照射到线性CCD相机上的位置，该值随半球浮漂的运动而变化；
[0026]a：线性CCD相机镜头的长度；
[0027]b：0位到线性CCD相机镜头表面的距离；
[0028]β：激光在0位处反射光与线性CCD相机镜头表面的夹角；
[0029]δ：激光在0位处入射光与反射光的夹角；
[0030]上式的推导过程如下：
[0031]本技术利用波浪场中造波板前的水位变化带动半球浮漂沿垂直于水平面的方向上运动，通过反射激光光斑在线性CCD相机内位置变化进行波高的测量。如图2所示根据激光反射原理，激光垂直水平面入射，线性CCD相机的透镜中心为O，线性CCD相机测量的最小量程位置称为0位，小于0位反射光即超出线性CCD相机。0位与半球泡沫浮漂上表面间距离即为波高y，激光光斑照于半球泡沫浮漂上点为B点，穿过CCD相机的透镜中心反射到线性CCD模组本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于激光反射波高测量装置，其特征在于：包括上下间隔固定在现有的造波机的造波板上的上支架、下支架，一根垂直水面设置的金属支撑杆的上端、下端分别与上支架、下支架固定相连，一个半球泡沫浮漂通过中心圆孔套在金属支撑杆上且能够沿金属支撑杆上下滑动，在所述的上支架上固定有一个不锈钢防护壳，在所述的不锈钢防护壳内安装有一个数据处理器、线性CCD相机和激光发射器，所述的激光发射器发射的光束平行于金属支撑杆的中心轴线且能够照射至半球泡沫浮漂的顶面，所述的线性CCD相机的镜头表面为平面且能够获得半球泡沫浮漂的图像，所述的线性CCD相机通过数据线与数据处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：付鹏飞，白志刚，王英志，
申请(专利权)人：天津市智海蓝天科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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