[发明专利]一种波浪作用动能测量装置、方法及其应用

权利要求书

1.一种波浪作用动能测量装置，其特征在于，包括浮体(1)、水面测量部件和水下测量部件，所述浮体(1)能够漂浮于水面上，所述水面测量部件设于所述浮体(1)上，所述浮体(1)通过所述水下测量部件连接于水底(15)，所述水面测量部件用于获取波浪(16)作用在水平面内的动能，所述水下测量部件用于获取波浪(16)作用在垂直于水平面方向的动能以及水平面内动能的补偿；所述水面测量部件包括重物(8)、支架(2)、外框架(3)和内框架(4)，所述支架(2)固定在所述浮体(1)上，所述外框架(3)固定在所述支架(2)上，第一转轴(6)转动连接于所述外框架(3)，所述内框架(4)固定连接于所述第一转轴(6)上，第二转轴(5)转动连接于所述内框架(4)，所述重物(8)通过连杆(7)悬挂连接于所述第二转轴(5)之下，所述第二转轴(5)和所述第一转轴(6)正交设置，所述内框架(4)上固定连接有第一传感器(10)，所述第一传感器(10)用于检测所述第二转轴(5)的最大转动角度α，所述外框架(3)上固定连接有第二传感器(9)，所述第二传感器(9)用于检测所述第一转轴(6)的最大转动角度β；所述水下测量部件包括钢丝绳(11)和与其连接的弹簧(12)，所述弹簧(12)连接所述水底(15)，所述钢丝绳(11)连接所述浮体(1)，所述弹簧(12)上设有第三传感器(13)，所述第三传感器(13)用于检测所述弹簧(12)的最大伸长位移h，所述钢丝绳(11)上设有第四传感器(14)，所述第四传感器(14)用于检测所述钢丝绳(11)的偏移夹角。

2.根据权利要求1所述的波浪作用动能测量装置，其特征在于，所述外框架(3)和所述内框架(4)均为矩形框架。

3.根据权利要求1所述的波浪作用动能测量装置，其特征在于，所述第一转轴(6)为曲轴，所述第二转轴(5)为直轴，所述重物(8)为重球。

4.根据权利要求1所述的波浪作用动能测量装置，其特征在于，所述第一传感器(10)为角度传感器或者数字三维霍尔传感器，所述第二传感器(9)为角度传感器或者数字三维霍尔传感器，所述第三传感器(13)为位移传感器或者数字三维霍尔传感器，所述第四传感器(14)为数字三维霍尔传感器或者3D立体摄像头。

5.一种波浪作用动能测量方法，其特征在于，应用如权利要求4所述的波浪作用动能测量装置，包括：

以所述第一转轴(6)为X轴方向、所述第二转轴(5)为Y轴方向、垂直于水平面方向为Z轴方向建立空间直角坐标系；

测量波浪(16)作用下所述第二转轴(5)的最大转动角度α、所述第一转轴(6)的最大转动角度β、所述弹簧(12)的最大伸长位移h、所述钢丝绳(11)偏移X轴夹角A1、偏移Y轴夹角A2、偏移Z轴夹角γ；

则波浪(16)在X方向动能为Nx=（L-Lcosα）m₁g+（Mgh+0.5kh²）sinγcosA1，在Y方向动能为Ny=（L-Lcosβ）m₁g+（Mgh+0.5kh²）sinγcosA2，在Z方向动能为Nz=（Mgh+0.5kh²）cosγ；

其中，L为所述连杆(7)的长度，m₁为所述重物(8)的质量，g为重力加速度，M为所述浮体(1)和所述水面测量部件的质量，k为所述弹簧(12)的弹性系数。

6.根据权利要求5所述的波浪作用动能测量方法，其特征在于，在测量水域中设置若干个所述波浪作用动能测量装置，取各个所述波浪作用动能测量装置获取的动能的平均值作为每一次的动能获取值。

7.根据权利要求5所述的波浪作用动能测量方法，其特征在于，测量计算n次，取Nx、Ny、Nz各自的平均值作为最终数值。

8.一种如权利要求1-4任一项所述的波浪作用动能测量装置或者如权利要求5-7任一项所述的波浪作用动能测量方法的应用，其特征在于，应用于水下悬浮隧道的施工及运营、沉管隧道的施工、波浪对水面物体的冲击防护中。