[发明专利]一种能实时监测河海波浪浪高及频率的测量装置

摘要

一种能实时监测河海波浪浪高及频率的测量装置，包括：水上部分和地面站两部分，其中：水上部分包括外罩（101）、支撑结构（102）、双轴动态倾角传感器（103）、高度方向的加速度计（104）、GPS系统（105）、微处理器（106）、水上数据传输电台（107）和电池（108）；地面部分包括便携式电脑（110）和地面无线数据传输电台（109），便携式电脑（110）通过地面无线数据传输电台（109）接收水上数据传输电台发来的数据，在地面站上实时显示河海波浪振动情况。本发明能够简单、可靠、高精度测量波浪浪高和频率的装置，适应各种使用环境。

主权项

1.一种能实时监测河海波浪浪高及频率的测量装置，其特征在于包括：水上部分和地面站两部分，其中：水上部分包括外罩（101）、支撑结构（102）、双轴动态倾角传感器（103）、高度方向的加速度计（104）、GPS系统（105）、微处理器（106）、水上数据传输电台（107）和电池（108）；外罩（101），椭圆形用于罩住整个测量装置；支撑结构（102）用于放置测量装置，支撑结构表面设计时与椭圆形外罩的长轴面平行，使高度方向的加速度计与河海波浪运动方向一致；高度方向的加速度计（104）用于测量河海波浪的加速度，将高度方向的加速度计（104）在安装时与双轴动态倾角传感器（103）相互垂直，并尽量将高度方向的加速度计（104）安装在几何中心；双轴动态倾角传感器（103）测量整个支撑结构在动态环境下的两个水平方向的倾斜角度，安装时要与支撑结构（102）的平面相平行，且要与高度方向的加速度计（104）的测量方向相互垂直；GPS系统（105）用于测量用于测量水平和高度三个方向的速度和位置；高度方向的加速度计（104）、双轴动态倾角传感器（103）和GPS系统（105）将采集到的加速度、倾斜角度和速度信息通过A/D转换将输出值转换成数字信号送至微处理器（106）中，由微处理器（106）进行河海波浪高度和频率的解算及高度方向加速度信号误差补偿，然后将处理后的数据通过串口发送到水上数据传输电台（107），由水上数据传输电台（107）发送至地方；电池（108）用于为上述设备提供电源；地面部分包括便携式电脑（110）和地面无线数据传输电台（109），便携式电脑（110）通过地面无线数据传输电台（109）接收水上数据传输电台发来的数据，在地面站上实时显示河海波浪振动情况；所述微处理器进行河海波浪高度和频率的解算为：式中，h是计算得到的河海波浪高度，a_高度是测得的真实的高度方向的加速度，Δa_高度为测量得到高度方向的加速度误差；v是河海波浪在高度方向的速度；通过计算两次最大高度之间的时间得到海浪运动的频率；所述微处理器对加速度信号误差补偿的过程为：首先判断是否有需要对高度方向的加速度信号进行误差补偿，若需要补偿，通过公式（1）、（2）对高度方向上的加速度进行补偿；a_高度＝a_z/cosθ_z            （2）其中：θz=θx2+θy2---(3)]]>上式中，θx、θy为X轴和Y轴与水平面的夹角，θz为高度方向即Z轴与实际高度方向的夹角，a_高度为高度方向上的加速度；然后对高度方向由加速度计积分计算的速度进行修正，每隔一定时间积分一次计算出带有误差的速度，用该速度和GPS系统测量的高度速度进行比对，从而计算出加速度计误差，对加速度计每隔一定时间进行一次修正，根据简谐振动的运动学方程，当测量装置的高度加速度为零时，速度最大，高度速度为零时，即为高度方向加速度最大，而且加速度为零的位置出现在平衡位置，通过测量装置的加速度为零时，此时测量装置的位置规定为零高度的平衡位置，将计算所得到的高度修正为零，每1个或几个波浪周期内对装置的测量误差进行一次修正，以保证测量装置能够长时间保持一定的测量精度。