本發(fā)明涉及測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于電容式傳感器的波浪爬高測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

波浪作用于海堤結(jié)構(gòu)時(shí)，水體沿海堤迎浪斜坡面上爬后的高程與靜水位的差值為波浪爬高。在海堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，允許越浪的海堤堤頂高程的確定大多以波浪爬高作為控制指標(biāo)，即堤頂高程應(yīng)攔截某一累積率以下的波浪爬高，而部分大波則允許其越過(guò)堤頂。對(duì)于海堤堤頂?shù)脑O(shè)計(jì)高程而言，爬高數(shù)據(jù)至關(guān)重要，將直接影響工程的安全和造價(jià)，波浪爬高的研究多年來(lái)在海岸工程領(lǐng)域一直具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

在波浪爬高的模型試驗(yàn)中，目前國(guó)內(nèi)各大高校及科研院所的爬高測(cè)量大多采用單波高儀法或目測(cè)法。單波高儀法是將波高儀直接布置于海堤模型上，儀器與模型迎浪面的貼合處布置較為不便，測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)需在試驗(yàn)結(jié)束后另行導(dǎo)出、再處理數(shù)據(jù)、繼而進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，方能得到各累積率的波浪爬高值，以決定下一組試驗(yàn)方案如何調(diào)整，試驗(yàn)效率低下、儀器布置不便是該方法的主要問(wèn)題。目測(cè)法是將鋼直尺直接布置于海堤模型上，試驗(yàn)人員通過(guò)觀察并記錄逐個(gè)波浪觸及的尺面讀數(shù)后換算成爬高值，該方法尺面與模型迎浪面的貼合處布置較為便利，但其測(cè)量精度完全取決于試驗(yàn)人員的讀數(shù)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)無(wú)法獲取水體上爬高度的逐時(shí)過(guò)程，只能得到部分大波帶來(lái)的波浪爬高值再進(jìn)行試驗(yàn)后的人工統(tǒng)計(jì)，對(duì)于累積率偏低的爬高值及爬高平均值的統(tǒng)計(jì)回去吧結(jié)果并不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服上述背景技術(shù)中的不足，提供一種基于電容式傳感器的爬高測(cè)量系統(tǒng)，可記錄波列作用下水體在斜坡面上的爬升過(guò)程，實(shí)時(shí)獲悉波浪爬升高度的時(shí)間分布及橫向空間分布，采集結(jié)束后軟件端立即統(tǒng)計(jì)得到各累積率爬高值，實(shí)現(xiàn)了波浪爬高的精確測(cè)量，且測(cè)量板的安置方便、數(shù)據(jù)導(dǎo)出簡(jiǎn)捷。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于電容式傳感器的波浪爬高測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：由爬高測(cè)量模塊單元和數(shù)據(jù)處理單元組成；爬高測(cè)量模塊單元包括測(cè)量底板、用于調(diào)節(jié)測(cè)量底板與水平面角度的可調(diào)節(jié)支架、安裝在測(cè)量底板頂面的若干個(gè)電容式傳感器、與電容式傳感器依次連接的ad轉(zhuǎn)換模塊及第一無(wú)線收發(fā)裝置；數(shù)據(jù)處理單元包括上位機(jī)及與其連接的第二無(wú)線收發(fā)裝置，第一、第二無(wú)線收發(fā)裝置之間無(wú)線連接并傳輸數(shù)據(jù)。

所述測(cè)量底板的頂面平行開(kāi)設(shè)有若干道凹槽，頂面的其余部分覆蓋有一層與模型海堤坡面糙率相同的加糙材料。

所述電容式傳感器安裝在凹槽內(nèi)，電容式傳感器的敏感絲與測(cè)量底板的頂面平行。

所述底板的兩側(cè)邊沿設(shè)有橡膠軟墊片。

所述可調(diào)節(jié)支架包括支撐板以及伸縮桿，支撐板的一端通過(guò)自鎖鉸鏈連接在測(cè)量底板的底面，支撐板的另一端設(shè)有緊固螺栓，支撐板的中部通過(guò)伸縮桿與測(cè)量底板的底面活動(dòng)鏈接。

所述第一、第二無(wú)線收發(fā)裝置之間通過(guò)zigbee網(wǎng)絡(luò)、wifi網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、藍(lán)牙中的任一種實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接并傳輸數(shù)據(jù)。

所述ad轉(zhuǎn)換模塊、第一無(wú)線收發(fā)裝置與提供電源的鋰電池一起安裝在密封盒內(nèi)，密封盒固定在測(cè)量底板上部，第一無(wú)線收發(fā)裝置的天線從密封盒伸出。

所述上位機(jī)包括數(shù)據(jù)處理模塊及與其連接的顯示屏、控制按鈕、通道選擇模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、巡檢模塊；數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)通道選擇模塊與第二無(wú)線收發(fā)裝置連接，從而與第一無(wú)線收發(fā)裝置傳輸數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明從測(cè)量原理上做出了改變，采用新型電容傳感器作為測(cè)量介質(zhì)，采集的爬高數(shù)據(jù)信號(hào)更為精準(zhǔn)、數(shù)據(jù)量更為豐富，并利用上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，提高了測(cè)量精度及測(cè)量效率，使波浪爬高試驗(yàn)更為科學(xué)便捷；可記錄波列作用下水體在斜坡面上的爬升過(guò)程，實(shí)時(shí)獲悉波浪爬升高度的時(shí)間分布及橫向空間分布，采集結(jié)束后上位機(jī)立即統(tǒng)計(jì)得到各累積率爬高值，實(shí)現(xiàn)了波浪爬高的精確測(cè)量，且測(cè)量底板的安置方便、數(shù)據(jù)導(dǎo)出簡(jiǎn)捷。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的爬高測(cè)量模塊在波浪水槽中的布置結(jié)構(gòu)圖。

圖2-1是本發(fā)明的爬高測(cè)量模塊的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2-2是本發(fā)明的爬高測(cè)量模塊的右視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)框架示意圖。

圖4是本發(fā)明的檢測(cè)結(jié)果示意圖。

圖5是本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面通過(guò)附圖中示出的具體實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說(shuō)明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。

如圖1到圖5所示，一種基于電容式傳感器的波浪爬高測(cè)量系統(tǒng)，由爬高測(cè)量模塊單元4和數(shù)據(jù)處理單元組成。爬高測(cè)量模塊單元包括測(cè)量底板9、用于調(diào)節(jié)測(cè)量底板與水平面角度的可調(diào)節(jié)支架、安裝在測(cè)量底板頂面的若干個(gè)電容式傳感器6、與電容式傳感器依次連接的ad轉(zhuǎn)換模塊12-1及第一無(wú)線收發(fā)裝置12-2。數(shù)據(jù)處理單元包括上位機(jī)15及與其連接的第二無(wú)線收發(fā)裝置16，第一、第二無(wú)線收發(fā)裝置之間無(wú)線連接并傳輸數(shù)據(jù)。

所述測(cè)量底板的頂面平行開(kāi)設(shè)有若干道凹槽，頂面的其余部分覆蓋有一層與模型海堤坡面糙率相同的加糙材料7，一般使用塑料草；在模型試驗(yàn)前，在測(cè)量底板上打孔后，均勻布置塑料草，通過(guò)改變塑料草的高矮、稀疏(間距)，率定得到與模型迎浪護(hù)面結(jié)構(gòu)相同的糙率，此為現(xiàn)有技術(shù)。所述電容式傳感器安裝在凹槽內(nèi)，電容式傳感器的敏感絲6-1與測(cè)量底板的頂面平行。所述底板的兩側(cè)邊沿設(shè)有橡膠軟墊片8。

所述可調(diào)節(jié)支架包括支撐板14以及伸縮桿13，支撐板的一端通過(guò)自鎖鉸鏈(圖紙中省略)連接在測(cè)量底板的底面，支撐板的另一端設(shè)有緊固螺栓10，支撐板的中部通過(guò)伸縮桿與測(cè)量底板的底面活動(dòng)鏈接。

所述第一、第二無(wú)線收發(fā)裝置均為現(xiàn)有成熟技術(shù)，兩者之間通過(guò)zigbee網(wǎng)絡(luò)、wifi網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、藍(lán)牙中的任一種實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接并傳輸數(shù)據(jù)。所述ad轉(zhuǎn)換模塊、第一無(wú)線收發(fā)裝置與提供電源的鋰電池一起安裝在密封盒12內(nèi)，密封盒固定在測(cè)量底板上部，第一無(wú)線收發(fā)裝置的天線11從密封盒伸出。

所述上位機(jī)包括數(shù)據(jù)處理模塊15-1及與其連接的顯示屏15-2(通常為觸摸屏)、控制按鈕15-5、通道選擇模塊15-6、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊15-3(例如可以采用移動(dòng)硬盤)、巡檢模塊15-4。數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)通道選擇模塊以及rs232接口與第二無(wú)線收發(fā)裝置連接，從而通過(guò)第二無(wú)線收發(fā)裝置與第一無(wú)線收發(fā)裝置連接，選擇是采集一個(gè)電容式傳感器的數(shù)據(jù)還是同時(shí)采集多個(gè)電容式傳感器的數(shù)據(jù)。

本發(fā)明在使用過(guò)程中，首先是爬高測(cè)量模塊4的安裝，如圖1所示，安裝位置根據(jù)模型需要布置，圖1中有：造波機(jī)1、模型海堤斜坡面3、波浪水槽后端消浪裝置5；本發(fā)明提供的爬高測(cè)量模塊4布置于海堤斜坡面3的上部，爬高測(cè)量模塊的下端(即測(cè)量底板的下端)與試驗(yàn)的靜水位齊平，安置時(shí)確保模型海堤斜坡面3與爬高測(cè)量模塊的連接處光滑平整過(guò)渡。爬高測(cè)量模塊的正面9-1(即測(cè)量面)對(duì)著波浪2的入射方向，通過(guò)可調(diào)節(jié)支架13的自鎖鉸鏈打開(kāi)程度改變測(cè)量底板與水平面的角度，位置角度確定后，支撐板用螺絲10固定，從而將整個(gè)爬高測(cè)量模塊固定。固定完畢后，依照試驗(yàn)需要選擇測(cè)量通道數(shù)，將對(duì)應(yīng)數(shù)目的電容傳感器6固定于測(cè)量底板的凹槽內(nèi)，以三根測(cè)桿為例，如圖2-1、圖2-2所示，電容傳感器6等間距安置在底板上，測(cè)量底板正面剩余部分用一層加糙材料7覆蓋，加糙材料的糙率與模型海堤坡面3的糙率相當(dāng)，同時(shí)在底板兩側(cè)安裝橡膠軟墊片8，防止底板左右晃動(dòng)而影響測(cè)量精度。測(cè)量底板和電容式傳感器安裝完成后，整個(gè)爬高測(cè)量模塊4的安裝便已完成。

數(shù)據(jù)處理單元主要用于采集信號(hào)的收發(fā)及信號(hào)轉(zhuǎn)換，如圖3所示，第二無(wú)線收發(fā)裝置18與上位機(jī)15通訊采用rs232串口方式，第二無(wú)線收發(fā)裝置與爬高測(cè)量模塊的第一無(wú)線收發(fā)裝置采用zigbee無(wú)線通訊來(lái)接收數(shù)據(jù)信號(hào)。在上位機(jī)15內(nèi)完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量采集及數(shù)據(jù)分析。

試驗(yàn)過(guò)程中，所有操作全部在上位機(jī)完成。其中，控制按鈕、通道選擇模塊以及巡檢模塊等可以是物理模塊，也可以用在上位機(jī)中預(yù)裝軟件的形式來(lái)替代。數(shù)據(jù)的采集、停止及存儲(chǔ)等操作如圖4所示，堤前出現(xiàn)穩(wěn)定波面后，單擊“采集”按鈕，自動(dòng)記錄每個(gè)波作用下水面爬升的高度過(guò)程并在軟件界面中實(shí)時(shí)顯示，軟件自動(dòng)識(shí)別某個(gè)爬升過(guò)程的水面最高值即為1個(gè)波浪爬高值。造波結(jié)束后，單擊“停止”按鈕，軟件右側(cè)數(shù)據(jù)欄中立即顯示程序統(tǒng)計(jì)后的各累積率波浪爬高值及其他信息，再單擊“存儲(chǔ)”按鈕，試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)保存為excel格式(存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中)，點(diǎn)擊“導(dǎo)出”按鈕后即可結(jié)束。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。