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模型試驗波高儀選型參考

波高測量在河工模型量測、船舶耐波性試驗,涌浪防浪結(jié)構(gòu)模型試驗等廣泛應(yīng)用。目前在模型試驗中按原理來分有電容式波高儀、電阻式波高儀、超聲波波高儀、壓力式波高儀、機(jī)械式波高儀、光學(xué)波高儀等等。按信號輸出可分為模擬波高儀數(shù)字波高儀。

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一、各種原理波高儀的特點:

1、電容式波高儀:

電容式波高儀使用穩(wěn)定、精度高、使用方便,受影響因素小,市場上絕大多使用是電容式的波高儀。但是鑒于其需要與水面接觸,多少會影響流場,長期泡在水中使用可能涉及到材料防水、老化等問題,這就考驗生產(chǎn)廠家的技術(shù)工藝和材料選用。感應(yīng)部分般為可導(dǎo)電細(xì)絲(上面有絕緣層),也有桿式結(jié)構(gòu)。其精度、穩(wěn)定性和靈敏度取決于絕緣層的均勻性、耐久性和厚度以及電路的設(shè)計。由于桿式結(jié)構(gòu)對流場有影響、且對結(jié)構(gòu)的平行度、絕緣層的厚度、均勻性和耐久性不好控制,短量程試驗可部分使用,大多數(shù)科研試驗還是感應(yīng)絲結(jié)構(gòu)。

電容式波高儀結(jié)構(gòu)一般為伸出來兩極形成電容。兩頭有垂直也有成孤型。進(jìn)口的有加拿大、日本及澳大利亞等國的產(chǎn)品,國產(chǎn)專業(yè)廠家比較少,有中國水科院、天科院、珠江水科院等自產(chǎn)使用,多為模擬波高儀。

2、電阻式波高儀。

電阻式波高儀結(jié)構(gòu)與電容式類似,但他是利用電阻測試原理、相對來說比較簡單便宜。但其受水溫水質(zhì)和極化的影響比較大,率定系數(shù)也是非線性,所以測量誤差比較大,精度不高,每次率定也比較麻煩。因此使用的也比較少。

        3、非接觸波高儀。

非接觸波高儀有超聲波、光學(xué)等原理的波高儀。應(yīng)用最多的為超聲波。優(yōu)點為非接觸式,不影響流暢,精度固定不隨量程大小而變化。但是他對陡波、破碎波的測量不精確,國產(chǎn)的超聲發(fā)生器件精度差,采樣率也低,需要進(jìn)口。因此價格比較昂貴、生產(chǎn)周期長。(針對其對陡波、破碎波的測量不精確的問題,我公司借鑒3D型ADV的原理,正在開發(fā)三維點式的超聲波波高儀)。

  4、壓力式波高儀

  壓力式波高儀式利用單晶硅的壓阻效應(yīng),在晶硅片上設(shè)置四個等效電阻,構(gòu)成惠更斯電橋,受壓時產(chǎn)品阻抗變化從而產(chǎn)生電壓輸出。壓力式頻響高,價格便宜。但是他是通過壓力轉(zhuǎn)換成波高,由于表面波的作用隨深度衰減,水層的過濾作用是非線性的且隨頻率而異,故如何準(zhǔn)確地將水下測到的波壓力變化換算為水面的波高或波譜是很困難的。故一般在實際試驗也用的不多。


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二、波高儀的選型:

    1、首先根據(jù)試驗工況和要求來確定需要測量波高的布點數(shù)、布點位置間距、量程、精度等要求以及對流場影響的敏感度。是否方便拉線或則利用無線傳輸。是否需要接入其他系統(tǒng)與其他參數(shù)同步測量。是否靠著造波機(jī)有強(qiáng)的干擾。

建議量程選用大于實際最大波高30%左右。如果波在傳遞過程中衰減比較大(如滑坡涌浪),同時測量精度要求也比較高,可選用不同量程的波高儀分布布置。

2、已有采集儀或需與其他傳感器同時采集,需要模擬波高儀,則需要另外確定輸出(0~5V4~20mA)、供電(5V、12V)、接頭對接(4線制、3線制)等參數(shù)。

3、如需接入組態(tài)王、PLC或其他物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點,可提供(485)通訊協(xié)議。

4、建議優(yōu)先選用各類數(shù)字式波高儀??商岣邷y試精度、方便性、減少工作量。

5、無竿結(jié)構(gòu)(如船體表面波測量)、深水(如3米之內(nèi)明渠)、高平臺(超聲波6~8米)等特殊結(jié)構(gòu)均可訂制。

  三、展望:

波浪觀測方式多種多樣,主要有人工測波、儀器測波和遙感反演測波等。在模型試驗中一般使用集成化的波高數(shù)據(jù)采集測量系統(tǒng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步及數(shù)字化、智能化的普及,數(shù)字波高儀得到大規(guī)模的應(yīng)用,與國外同行相比已經(jīng)可以達(dá)到同等水平。但是在某些方面,如超聲發(fā)生材料、系統(tǒng)集成算法、經(jīng)驗系數(shù)轉(zhuǎn)換理論、特別是在海洋、船舶等工程產(chǎn)品應(yīng)用方面差距還非常大,此方面產(chǎn)品基本被國外產(chǎn)品壟斷且價格昂貴。為此我們將不斷努力、緊跟技術(shù)前沿和實際應(yīng)用、改進(jìn)產(chǎn)品和服務(wù),希望您新老客戶給我們提出寶貴意見和意見。


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