[发明专利]一种可用于实际海域的波高测量装置及方法

权利要求书

1.一种可用于实际海域的波高测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)钽丝波高传感器标定

将测量装置放置于预定测量区域之前，为保证采集数据的准确性，需要对钽丝波高传感器进行标定；

(2)测量装置安装

测量装置安装包括钢铁支架安装和钽丝波高传感器安装，具体安装步骤如下：

①钢铁支架的安装

将钢铁支架投放于预定海域，将航标灯固定安装在钢铁支架顶部的支架平台上；

②钽丝波高传感器的安装

将标定后的钽丝波高传感器的测量部分通过螺栓和螺母固定安装在钢铁支架的加强肋上，保证钽丝波高传感器的测量部分垂直于水平面安装，且置于水面之上的钽丝长度应大于当地海况的最大波高；

将信号发射器安装在钢铁支架顶部的支架平台的侧部挡板上，侧部挡板制有插销孔，信号发射器通过插销与侧部挡板上的插销孔固定在侧部挡板上；将测量部分的钽丝电极的插头与信号发射器的插口相连接，接口处包有防水胶；

(3)液面高度历时曲线的测量

打开信号发射器中的电源开关，打开航标灯的开关，当水面沿钽丝上下移动时，由钽丝和水形成的电容的电容量会发生变化，电容量的变化将引起相应电压降的变化，相应的钽丝电极测得的电压值经过信号发射器的处理变成所需的水位信息，发送到岸上布置的信号接收系统，同时会在信号发射器内部的存储介质中备存相同的数据；信号发射器及信号接收系统均会记录当地时间，并根据设定的时间，按组存储水位信息数据，从而获得液面高度历时曲线；

(4)波高计算

对获得的液面高度时历曲线进行傅里叶变换得到波浪谱信息，其中傅里叶变换过程由[方程式1]所确定：

式中：E(f)为谱能量密度，f为频率，e为无理数2.71828，为积分符号，R(τ)为自相关函数，由[方程式2]确定：

R(τ)＝M[ξ(t)*ξ(t+τ)] [方程式2]

式中：M为数学期望，τ为时间间隔，ξ(t)为钽丝波高传感器测量的液面高度时历曲线；

经傅里叶变换得到的波浪谱信息，滤去高频噪声后得到海浪的实测谱，使用实测谱计算有义波高及平均跨零周期，其中有义波高以及平均跨零周期分别由[方程式3]和[方程式4]确定：

在[方程式3]和[方程式4]中：Hs为有义波高，零阶谱距m₀和二阶谱距m₂由[方程式5]确定：

m_n＝∫E(f)·fⁿdf (n＝0,2) [方程式5]

式中：E(f)为谱能量密度，f为频率，∫df为积分符号。

2.根据权利要求1所述的可用于实际海域的波高测量方法，其特征在于，所述的钽丝波高传感器的标定步骤如下：

(1)将钽丝波高传感器垂直于水平面置于静水中，记录此时浸入静水中的钽丝长度，并记录此时测量到的U型的钽丝电极间的电压；

(2)调整钽丝波高传感器浸入水中的钽丝长度，再次记录测量到的U型的钽丝电极间的电压，重复上述过程，调整钽丝浸入水中的长度，采集7～8组数据；

(3)绘制钽丝浸水长度与电压关系的曲线图，两者线性相关度达到0.9999以上，则表明钽丝波高传感器满足测量精度的要求；反之若不满足线性关系，则需要检查钽丝波高传感器的安装，并重新标定钽丝波高传感器。

3.根据权利要求1所述的可用于实际海域的波高测量方法，其特征在于，所述的钢铁支架为三脚支架，包括三个支脚和支架平台，支架平台设置在支脚顶部，支脚之间设置有固定作用的加强肋。

4.根据权利要求1所述的可用于实际海域的波高测量方法，其特征在于，所述航标灯用于标记测量装置的位置以及提醒海上船只避让。

5.根据权利要求1所述的可用于实际海域的波高测量方法，其特征在于，所述的钽丝波高传感器包括测量部分和信号发射部分；

测量部分包括钽丝支架、钽丝张紧台和钽丝；钽丝支架通过螺纹固定连接在钽丝张紧台上，所述钽丝张紧台的边角制有螺纹孔，所述钽丝支架两端有螺纹，两者通过螺纹螺孔连接，并通过螺母固定；同时钽丝张紧台上设置两排相互平行的钽丝通孔，钽丝依次穿过钽丝张紧台的一排通孔，随后将钽丝依次反方向穿过钽丝张紧台上的第二排通孔，钽丝两端焊接于钽丝张紧台上，形成一个U型的钽丝电极；钽丝外围包有一氧化膜绝缘层，钽丝的松紧可由钽丝支架末端的螺母调节，所述的钽丝电极必须保持张紧和平行。