[发明专利]光电式大量程海浪周期与波高测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种光电式大量程海浪周期与波高测量系统，其特征在于：包括浮球、测量模块、防水盒、线缆、光电传感器及传感器配重；其中，光电传感器嵌于传感器配重一侧，测量模块置于防水盒内与浮球连接，光电传感器和测量模块通过线缆电连接，连接处作密封防水处理；所述线缆长度为10-50m；

使用时，浮球与测量模块漂浮于海面，光电传感器与传感器配重置于海中，光线入射海面穿过波浪被光电传感器接收，光电传感器接收到的光信号通过线缆传输至测量模块，测量模块对接收到的光信号进行处理计算得到海浪周期与波高。

2.根据权利要求1所述的光电式大量程海浪周期与波高测量系统，其特征在于：所述光电传感器型号为PIN-13DSB，并在敏感面添加一个修正滤光片；所述传感器配重为圆柱体金属块，所述圆柱体金属块的直径为10-15cm，高7-10cm；光电传感器嵌于传感器配重的顶面上。

3.根据权利要求2所述的光电式大量程海浪周期与波高测量系统，其特征在于：所述传感器配重侧面开设有1个通孔使线缆穿过该通孔与光电传感器连接。

4.根据权利要求2所述的光电式大量程海浪周期与波高测量系统，其特征在于：所述传感器配重嵌有光电传感器的圆面边缘开设有1个通孔使线缆穿过该通孔与光电传感器连接。

5.根据权利要求4所述的光电式大量程海浪周期与波高测量系统，其特征在于：还包括一个人形稳定结构，人形稳定结构顶部开口角度呈30°且与线缆固定连接，人形稳定结构底部分别与传感器配重嵌有光电传感器的圆面边缘两固定点固定连接，且两固定点与圆面边缘开设的通孔等距设置。

6.一种光电式大量程海浪周期与波高测量系统的测量方法，其特征在于：采用权利要求1～5任一所述的测量系统，其中，测量模块包括：传感器输入端、IV变换电路、电压放大电路、电压保护单元、控制单元、AD转换模块、GPS模块和电源模块；控制单元内嵌装有采集频率调整单元和增益调整单元；该方法包括如下具体步骤：

1)置于海内的光电传感器接受穿过海水的光线，测量信号通过线缆传输至测量模块的传感器输入端；

2)测量信号依次经IV变换、电压放大和AD转换后的测量值输出给控制模块；增益调整单元将当前测量量程调节至增益量程，使电压放大电路的电压放大倍数为增益放大倍数，对测量信号进行电压放大，其具体过程为：

对实时信号，调节增益调整单元的当前测量量程至最大测量量程，使电压放大电路的放大倍数为最大测量量程对应的放大倍数；测量信号经IV变换电路、电压放大电路和AD转换模块后得到最大测量量程的测量值；

如果当前测量量程下，测量值小于等于当前测量量程的启测值，则降至增益调整单元下一级测量量程，使电压放大电路的放大倍数提高，直到当前测量量程下测量值大于当前测量量程的启测值时，取当前测量量程的测量值为目标测量值，将当前量程确定为增益量程，当前电压放大倍数为增益放大倍数，增益调整完毕；

3)频率调整单元将AD转换模块的转换频率调节至最优转换频率，其具体过程为：

3.1)AD转换模块以初次转换频率f₀、初次转换时长t₀进行初次数据转换，得到一组测量值；

3.2)对该组测量值进行周期性分析，得到估算数据周期T’及估算周期数据量N’；

3.3)将转换时长重置为1T’～1.5T’；

3.4)以步骤3.3)重置后的转换时长，根据给定精度计算实际周期数据量N，如果步骤3.2中N’≥N，则AD转换模块的最优转换频率f_c＝f₀；

如果N’N，则AD转换模块的最优转换频率为向上取整值；

4)按步骤3)中最优转换频率采集数据，并计算海浪浪高和海浪周期，其具体步骤为：

4.1)以步骤3)中AD转换模块的最优转换频率f_c进行一个周期的数据采样，采样数据的数据量记为N_c，则海浪周期T_L＝N_c/f_c；

4.2)在4.1)采样数据中，找到最大值I_max和最小值I_min，则海浪浪高式中，k为吸光系数，c为海水密度；

5)通过GPS模块发送步骤4计算出的海浪浪高和海浪周期。