[发明专利]一种水下结构物与内孤立波作用的嵌入式测力方法

权利要求书

1.一种水下结构物与内孤立波作用的嵌入式测力方法，基于一套装置，其特征在于，装置包括：

水下结构物模型；

测力传感器，内嵌设置在所述水下结构物模型内部，并与所述水下结构物模型的内壁固定连接，用于检测所述水下结构物模型的三维受力数据；

高度可调的伸缩杆，其一端伸入所述水下结构物模型内部与所述测力传感器连接，另一端与一底盘固定连接，所述底盘用于支撑整个装置；

通过嵌入结构物模型内部的测力传感器测量内孤立波经过时对结构物模型的三维受力数据；测力传感器通过应变测量仪和信号放大器连接PC端；模型受到的内孤立波作用力传递到测力传感器，测力传感器输出电信号到数据采集器，电信号经过信号放大器处理，最后PC端根据实验前获得的电信号-作用力标定矩阵换算得到内孤立波作用力，对三维作用力测量结果进行无量纲化得到最终结果：

F_x^*＝F_x/ΔρgV；

F_y^*＝F_y/ΔρgV；

F_z^*＝F_z/ΔρgV，其中，

F_x^*为水平向作用力无量纲数，F_y^*为横向作用力无量纲数，F_z^*为垂向作用力无量纲数，F_x为水平作用力测量值(N)，F_y为水平作用力测量值(N)，F_z为垂向作用力测量值(N)，Δρ为上下两层流体密度差(kg/m³)，g是重力加速度(m/s²)，V为模型的体积(m³)；

通过所述高度可调的伸缩杆改变结构物模型在实验室水槽中的深度，使其测量水下结构物模型与不同水下深度传播的内孤立波相互作用力；

通过转动底盘改变内孤立波与水下结构物模型相互作用的角度，进而测量处于不同水下深度的水下结构物模型和不同传播角度的内孤立波相互作用时的受力情况。

2.根据权利要求1所述的水下结构物与内孤立波作用的嵌入式测力方法，其特征在于，实验前利用增减砝码和标定系统对测力传感器标定，获得的电信号-作用力标定矩阵，过程如下：

测力传感器测量前标定方法：

标定系统对不同方向上逐渐增加与减少砝码的方法来标定传感器，测力传感器的工作原理为殷钢受力应变，其电力学特性发生改变，

假设测力传感器三个方向上分别测量了n组作用力值，未加作用力方向记为0，则作用力矩阵可记为：

F＝[F_x F_y F_z]

其中故F＝[F_x F_y F_z]为3n×3的矩阵。它们对应电信号为：

E＝[E_x E_y E_z]

其中则由E→F的线性回归可由一个矩阵C＝[a₁ a₂ a₃]表示，使得F＝E·C，则C＝E^-1·F，即电信号矩阵的广义逆矩阵与力矩阵的内积，由此可求得回归系数，此为最小二乘法简便运算，其中，E_x为水平向作用力通道输出的电信号(mv)，E_y为横向作用力通道输出的电信号(mv)，E_z为水平向作用力通道输出的电信号(mv)，F_x为水平作用力测量值(N)，F_y为水平作用力测量值(N)，F_z为垂向作用力测量值(N)。

3.根据权利要求1所述的水下结构物与内孤立波作用的嵌入式测力方法，其特征在于，所述底盘为圆形底盘，圆形底盘上表面刻有0到360度的角刻度，圆形底盘的底部设有支脚，支脚的数量为3个，3个所述支脚以所述底盘中心呈中心对称布置。

4.根据权利要求1所述的水下结构物与内孤立波作用的嵌入式测力方法，其特征在于，所述高度可调的伸缩杆上刻有毫米级的高度刻度。