【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及波浪水池实验用测量装置领域，尤其涉及一种水波全域波面高度测量装置及方法。
技术介绍
1、水面波浪的测量，对海洋工程领域的实验研究很重要。目前的波浪水池实验，水面波浪的测量都是通过在目标位置放置杆状波浪探针的方式完成。然而这种探测方式只能测量少数几个位置的波浪高度，无法获得整个流场的波浪分布细节，而且测量精度不高，在厘米级别。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种可以高精度测量整个流场水波波面高度的水波测量装置，可以实现对整个流场的波浪测量。
2、为了实现本专利技术目的，本专利技术提供的一种高精度水波测量装置，包括标记颗粒检测仪、荧光颗粒探测仪、多个细微颗粒，
3、细微颗粒包括多个标记颗粒和多个荧光颗粒，细微颗粒能够漂浮在波浪水池中并随波浪水池中的水面运动；
4、标记颗粒检测仪用于对检测区域内的标记颗粒进行检测识别；
5、荧光颗粒探测仪用于对波浪水池中的荧光颗粒进行位置跟踪。其中，所述荧光颗粒探测仪，周期性辐射特定波长的荧光，并探测实验场地上荧光反射，获得荧光反射点的距离和方位角数据。
6、进一步地，还包括控制系统，标记颗粒检测仪和荧光颗粒探测仪均和控制系统连接，控制系统用于控制标记颗粒检测仪和荧光颗粒探测仪的摄像频率(通常10-100帧/秒)，以及两者的同步性(同时曝光)。
7、进一步地，标记颗粒检测仪有多台，多台所述标记颗粒检测仪固定在不同的空间位置，但有共同
8、多台所述标记颗粒检测仪，对工作区域内的颗粒测量的频率不低于10次/秒，而且测量时间完全同步。
9、进一步地，所述荧光颗粒探测仪，固定在波浪水池正上方，工作区域覆盖整个实验场地。
10、进一步地，荧光颗粒与标记颗粒的尺寸、重量、形状完全一样，但荧光颗粒的表面贴有荧光片。
11、进一步地，所述细微颗粒，呈圆球状，密度比水稍轻，其相对密度取值范围为0.5到0.99，直径d的取值范围为0.1mm到10mm。细微颗粒可以采用各种塑料或发泡颗粒。
12、进一步地，细微颗粒的底部设置有配重片。所述配重片位于细微颗粒的底部，密度大于水的密度，保持颗粒在水中的姿态永远是色斑朝上。
13、进一步地，每个标记颗粒上均设置有标记，且每个标记颗粒上的标记互不相同。
14、进一步地，每个标记颗粒上的标记为色斑，不同标记颗粒上的色斑的颜色互不相同。
15、进一步地，所述标记颗粒，圆球上部球面有多个色斑，不同的标记颗粒的色斑颜色组合不一样，因此通过色斑的颜色可以区分所有的标记颗粒。
16、所述色斑的颜色采用rgb格式，色斑数量不少于2个，单个色斑可选颜色数量为256x 256x 256(红x绿x蓝)。
17、进一步地，单个色斑长度为a，宽度为b，满足a>＝2b，如此可以较为容易地判别色斑的长度方向和宽度方向，而根据长度方向进而可以判别标记颗粒的旋转方位角，而且相邻色斑之间的最小距离大于b，如此可以保证色斑之间间隔带可以在影像中清晰判别，避免两个色斑间距太小而而造成分辨困难的问题。
18、所述荧光颗粒的数量远少于标记颗粒，如数量比例小于1％。保证标记颗粒的比例，测量数据主要是标记颗粒的轨迹，荧光颗粒只是用于校核与修正作用，数量太多反而因相互距离太近而难以区分。
19、本专利技术提供的一种水波全域波面高度测量方法，包括以下步骤：
20、在波浪水池的周围布置关键静止参考坐标点，并标定所有关键静止参考坐标点；
21、在波浪水池内放置标记颗粒和荧光颗粒；
22、调整荧光颗粒探测仪位置以使其检测区域覆盖整个水池区域，调整标记颗粒检测仪以使其检测区域覆盖测试区域；
23、开始在波浪水池造波，待波面稳定后，启动标记颗粒检测仪与荧光颗粒探测仪，进行波面测量；
24、对测量数据进行处理，辨别标记颗粒的运动轨迹，从而获得水波的波面实时形态，得到全测试区域的波面高度。
25、进一步地，获得水波的波面实时形态后，基于水波表面数据和实验浮体运动数据，计算获得内部流场的流速分布和压力分布。
26、进一步地，在波浪水池的周围布置多个静止荧光片作为关键静止参考坐标点，并通过荧光颗粒探测仪对所有静止荧光片进行标定，其中，通过静止荧光片的测量能获得位于水中的荧光颗粒的位置数据，通过位于水中的荧光颗粒的位置数据对标记颗粒的数据进行校核和修正。
27、本专利技术采用可悬浮在水面的带有独特标记的微小标记颗粒，并在水池表面均匀布撒颗粒，水面波动时，颗粒随水面运动，保持在水面上，通过对这些颗粒的精确定位，而获得准确的水波表面的三维瞬时形态。采用标记颗粒检测仪对检测区域内的所有标记颗粒进行检测识别，完成三维精确定位。波浪水池的关键静止参考坐标点和少量颗粒贴有荧光片，采用1台荧光检测仪，对波浪水池内的所有静止荧光片进行标定，并通过对水面的荧光颗粒进行位置跟踪，实现对水波测量数据的校核与修正。标记颗粒检测仪的主要功能是完成对检测区域内的所有颗粒进行实时、连续位置测量，而荧光颗粒探测仪的主要功能是周期性地探测带有荧光片的颗粒或静止点的位置，用于校核流场测量数据，确保数据的精确度，以及数据之间的相容性。
28、本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
29、(1)本专利技术提供的一种高精度的水面波浪测量装置，可以同时对实验场中的所有位置的波浪高度进行实时测量，而且精度高，在毫米级别以内。利用这个装置可以完成对波浪与结构相互作用的高精度实验测量，极大地提升实验结果的准确性和有效性。
30、(2)本专利技术通过在水面均匀撒布可漂浮在水面的、经过不同颜色标记的微小颗粒，利用微小颗粒随水而动的特性，检测每个颗粒的运动轨迹，综合所有颗粒的运动数据，即可得到水波的波面实时形态，并可继续应用势流理论反演计算得到整个流场的流速分布。相对于现有只能在有限点位测水波的技术，本专利技术不仅可以实时准确地测量到整个波面的形态数据，而且可以通过完整的波面数据反演得到整个流场流速分布，其带来的附加效果等价于水波测量+流场流速分布测量，然而成本远低于专用的流场流速测量仪器，例如piv激光粒子图像测速仪。
31、(3)本专利技术水波测量装置通过识别跟踪分布在水面的微小颗粒来实现水波的精确测量，而水波面数据的完整性和准确性，使得利用这些数据反演流场的流速分布成为可能，因而大幅提升实验的有效性的同时，大大减少实验的成本。
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1.一种水波全域波面高度测量装置，其特征在于，包括细微颗粒、标记颗粒检测仪和荧光颗粒探测仪，
2.根据权利要求1所述的一种水波全域波面高度测量装置，其特征在于，每个标记颗粒上均设置有标记，且每个标记颗粒上的标记互不相同。
3.根据权利要求2所述的一种水波全域波面高度测量装置，其特征在于，每个标记颗粒上的标记为色斑，不同标记颗粒上的色斑的颜色互不相同。
4.根据权利要求3所述的一种水波全域波面高度测量装置，其特征在于，每个标记颗粒上的单个色斑的长度a，宽度为b，且a>＝2b。
5.根据权利要求3所述的一种水波全域波面高度测量装置，其特征在于，每个标记颗粒上的色斑不少于2个，不同标记颗粒的色斑颜色组合不一样。
6.根据权利要求5所述的一种水波全域波面高度测量装置，其特征在于，单个色斑的长度a，宽度为b，相邻色斑之间的最小距离大于b。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种水波全域波面高度测量装置，其特征在于，每个细微颗粒的底部均设置有配重片。
8.一种水波全域波面高度测量方法，其特征在于，采用权利
9.根据权利要求8所述的一种水波全域波面高度测量方法，其特征在于，获得水波的波面实时形态后，基于水波表面数据和实验浮体运动数据，计算获得内部流场的流速分布和压力分布。
10.根据权利要求8所述的一种水波全域波面高度测量方法，其特征在于，在波浪水池的周围布置多个静止荧光片作为关键静止参考坐标点，并通过荧光颗粒探测仪对所有静止荧光片进行标定，其中，通过静止荧光片的测量能获得位于水中的荧光颗粒的位置数据，通过位于水中的荧光颗粒的位置数据对标记颗粒的数据进行校核和修正。
...【技术特征摘要】
1.一种水波全域波面高度测量装置，其特征在于，包括细微颗粒、标记颗粒检测仪和荧光颗粒探测仪，
2.根据权利要求1所述的一种水波全域波面高度测量装置，其特征在于，每个标记颗粒上均设置有标记，且每个标记颗粒上的标记互不相同。
3.根据权利要求2所述的一种水波全域波面高度测量装置，其特征在于，每个标记颗粒上的标记为色斑，不同标记颗粒上的色斑的颜色互不相同。
4.根据权利要求3所述的一种水波全域波面高度测量装置，其特征在于，每个标记颗粒上的单个色斑的长度a，宽度为b，且a>＝2b。
5.根据权利要求3所述的一种水波全域波面高度测量装置，其特征在于，每个标记颗粒上的色斑不少于2个，不同标记颗粒的色斑颜色组合不一样。
6.根据权利要求5所述的一种水波全域波面高度测量装置，其特征在于，单个色斑的长度a，宽度...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗颖，伍雄伟，黄志明，陈家慧，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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