[发明专利]一种新型网络化电容式波高测量方法及其装置

权利要求书

1.一种新型网络化电容式波高测量装置，其特征在于，该新型网络化电容式波高测量装置主要由壳体、金属杆支架、带绝缘外层的金属导线、弹簧、采集板、EtherCAT-P-M8 4Pin接插端子以及水平仪所组成；采集板安装在圆柱形或矩形壳体内，壳体一端安装水平仪并开有两个孔洞，两个孔洞内分别安装相同的EtherCAT-P-M8 4Pin接插端子，一个为IN，另一个为OUT；采集板另一端则在中心处安装带有三根支腿的金属杆支架，同时距离该中心相同距离且等角度固定三支弹簧，并将三根带绝缘外层的金属导线挂载并固定在金属支架与弹簧之间；采集板的一端分别与两个EtherCAT-P-M8 4Pin接插端子相连，IN端口与IN端口相连，OUT端口与OUT端口相连；采集板的另一端分别与三根带绝缘外层的金属导线相连，采集板由EtherCAT-P-M8线缆提供24V电源；波高测量过程中，单片机通过片内模拟比较器和定时计数器获取三根金属导线与金属杆支架间的电容变化，并通过EtherCAT协议进行数据传输，之后根据空间的相关性来判断当前波高测量的正确性。

2.一种新型网络化电容式波高测量方法，其特征在于，步骤如下：

步骤A：初次使用时，需要进行系统定标，首先通过网线与网卡将主机(PC机)与波高测量装置的EtherCAT-P-M8 4Pin接插端子的IN端连接，同时依据水平仪将波高测量装置垂直放置在量筒内，上电，此时波高测量装置所形成的三个电容开始充放电；

步骤B：在采集板中的单片机中，当模拟比较器正向输入端的电压大于反向输入端参考电压时，产生中断并将定时计数器数据寄存器的值写入到输入捕获寄存器中，令三根金属导线所形成的电容充放电得到的定时器计数值分别为和同时记录三根金属导线入水的长度分别为和由于波高测量装置垂直放置，且为静水面，所以

步骤C：改变波高测量装置入水深度H²，执行步骤B后，得和之后，反复执行此过程，得到N个入水深度Hⁱ,i＝1,2,3...N下的电容变化计数值

步骤D：基于最小二乘法分别对每根金属导线的进行直线拟合，得到三条直线h_j＝K_j·m_j+T_j,j＝1,2,3，其中(K_j,T_j)作为标定系数进行记录，系统定标工作完成；

步骤E：开始进行波高测量，首先将一支波高测量装置通过网线与主机相连，与步骤A相同；其次，根据实验需求将此波高测量装置与多个波高测量装置彼此级联在一起，每支波高测量装置上端的EtherCAT-P-M8 4Pin接插端子IN端口与下一支波高测量装置的OUT端口相连，并垂直布置在实验水槽/水池的测量点位；与此同时，为了将各个波高测量装置进行数据采集同步，在主机中设置EtherCAT为DC同步模式；

步骤F：如同步骤B，波高测量装置按照设定的周期通过EtherCAT协议向主机传送计数值M_j,j＝1,2,3；当主机得到M_j后按照各自的标定系数，通过公式H_j＝K_j·M_j+T_j,j＝1,2,3计算得到三个波高值；

步骤G：当主机每次获得三个波高值H_j后，将根据实验需求进行数据分析，以这三个波高值H_j进行数据筛选，根据近邻相似准则，当两个波高值或三个波高值彼此相差不大于设定阈值时，认为此波高测量有效，将平均值作为波高的测量值；而当三个波高值彼此均相差较大时，选择与前一时刻波高最为相近的波高测量作为有效值；

步骤H：反复执行步骤E-步骤G，直到测量停止。