[发明专利]一种基于点压力反馈浪高显示的造波机实验装置及其方法

权利要求书

1.一种基于点压力反馈浪高显示的造波机实验装置的实验方法，其特征在于：所述的造波机实验装置，包括深水水池、计算机控制系统、干背式摇板造波机及N个压强传感器，计算机控制系统，包括交流伺服电机、计算机控制单元及浪高变化显示单元，所述干背式摇板造波机设置有造波板、传动杆、第1、2轴承、滑块、丝杆及联轴节，所述造波板与传动杆相连、传动杆与滑块相连、滑块套入丝杆上、丝杆两端分别设置有第1、2轴承，所述计算机控制单元第1输出端与交流伺服电机输入端相连，交流伺服电机通过联轴节与丝杆相连，滑块在丝杆上运动带动传动杆，传动杆带动造波板，用于控制造波板的运动，所述N个压强传感器第1、2…N输出端分别与计算机控制单元第1、2…N输入端相连，计算机控制单元第2输出端与浪高变化显示单元输入端相连，用于收集波浪产生的压强信号和显示由计算机控制单元计算出来的浪高变化情况，所述干背式摇板造波机及N个压强传感器分别安装在深水水池的内壁上，N个压强传感器沿着垂直方向等距分布在造波板的下方并浸没在水中，同时还要求最顶部的压强传感器与造波板底部保持1-3cm的距离；

其中，所述的实验方法，包括以下步骤：

步骤1、设置压强传感器，将N个压强传感器沿着垂直方向等距分布在造波板的下方并浸没在水中，同时还要求最顶部的压强传感器与造波板底部保持1-3cm的距离，最后再把N个压强传感器安装在深水水池的内壁上；

步骤2、收集压强数据，启动造波机实验装置，待深水水池波面稳定后，收集出N个压强传感器所产生的压强信号，并且把这些压强信号传输到计算机控制系统中；

步骤3、推导波浪压强的表达式，根据已有的公式，推导出波浪产生压强的表达式，通过公式(1)进行描述，

式中，p_n表示N个压强传感器所测到的压强，n取值范围为1至N，Re表示取实部，i代表虚数单位，ω表示造波板周期摆动角频率，ρ表示水的密度，Z₀(k₀，z_n)和Z_j(k_j，z_n)表示垂向特征函数，其中，k₀表示波数，d表示水底到静水面的高度，k₀与ω满足色散关系ω²＝gk₀tank₀h，k_j表示方程ω²＝-gk_jtank_jh的第j个正解，z_n代表N个压强传感器所在水深，A₀和A_j是要求解的未知系数，t表示时间；

步骤4、求解未知系数，通过所测到的压力p_n运用矩阵方程(2)在计算机控制系统中求解，求得未知系数A₀和A_j；

步骤5、求解t时刻在造波板处浪高随时间的变化，通过上述步骤求解出的未知系数A₀和A_j，计算出造波板处浪高与未知系数的关系，运用已知的浪高表达式，通过公式(3)进行描述，把未知系数带入，运用计算机控制系统进行计算，进而求得了t时刻在造波板处浪高η随时间的变化，最终由浪高变化显示单元输出，

式中，g表示重力加速度，z表示压强传感器距离静水面的高度。