[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

说明书

本发明提供一种光电式大量程海浪周期与波高测量系统及其测量方法，本发明的测量系统通过光电传感器实时测量海面大动态范围光强，根据光强值的波动描绘波浪形态，计算出海浪周期及波高，进一步可结合水深计算波速波长。本发明的测量方法中，控制单元控制增益调整单元和AD转换模块，提高光电传感器测量精度，通过对采集频率的调整可以降低测量误差。

技术领域：

本发明涉及一种海浪参数测量仪器，尤其涉及海浪形态、浪高、波浪周期的测量装置。

背景技术：

在与海洋相关的工程领域中，海浪周期及波高是波浪的重要特征，准确获取实时的海浪周期与波高信息对气象预报及海上工作都有重要意义。

目前，国内外的海浪波高测量方法，大致可以总结成雷达法和光学测量法。

雷达法测量海浪浪高的原理是，从雷达天线定向发射出的脉冲无线电波，在碰到海面上波浪就有一部分电波散射返回，回波被雷达接收后，海浪形态在测量屏幕上显示出来。其中主要有合成孔径雷达测海浪、基于高频地波雷达测海浪以及X波段航海雷达测海浪。然而，雷达法只适合于星载或者机载方式进行测试，不适合对海浪浪高的实时测试。

光学测量法的基本原理是，利用海水水波面的光学特性，充分运用图像分析和计算机视觉的理论和技术对动态变化的海水波面进行实时监测。目前，光学测量主要是通过分析水波面的反射、折射特性来获取浪高的相关信息。

基于反射特性的测量，目前主要有太阳光耀斑摄像技术、光强编码技术、激光探测方法等。从空中直接拍摄海面的太阳反射光斑，可以得到海面波浪倾角的概率分布函数。激光探测法是利用机载的红外和蓝绿激光在海水中走过的距离和海水反射的激光回波信号计算出海水水深和浪高。此类方法都需要高端的拍摄设备，价格不菲。

基于折射特性的测量，主要有扫描式激光坡度仪和色编码技术等。扫描式激光坡度仪通过设置于水下的激光源实时的向海面进行扫描，并通过海面上方的光电倍增管接收折射后的空间分布，从而算出海面的斜率和波高分布。色编码技术则需要更为复杂的系统。

此外，还有电容和电阻式波高传感器，大多用于小量程波高的测量，对于实际海域或者大尺度试验中，需要搭建较大形态的支架。申请号为201810289963.6的专利中提出搭建钢铁支架，在支架上方最高浪高以上位置安装钽丝波高传感器，将电容信号最终转换成电信号传输出来，安装中需保证传感器水平，这一点很难做到，且最高浪高以上位置是个不确定位置。申请号为201820637249.7的专利，提出一种基于加速度传感器的波高测量装置，此装置组件多，适用于实验室测量，对于实际海域的浪高测量并不适用。海洋面积广，人工测量或以有线形式做数据传输都需要大量人力物力。

发明内容：

针对以上不足，本发明提供一种光电式大量程海浪周期与波高测量系统及其测量方法，利用光电传感器和无线传输路径水上水下相结合，可以实时测量并传递海浪波高、周期，且误差范围可控，其技术方案如下：

一种光电式大量程海浪周期与波高测量系统，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。

优选地，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。

优选地，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。