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模型试验波高仪选型参考

波高测量在河工模型量测、船舶耐波性试验,涌浪防浪结构模型试验等广泛应用。目前在模型试验中按原理来分有电容式波高仪、电阻式波高仪、超声波波高仪、压力式波高仪、机械式波高仪、光学波高仪等等。按信号输出可分为模拟波高仪数字波高仪

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一、各种原理波高仪的特点:

1、电容式波高仪:

电容式波高仪使用稳定、精度高、使用方便,受影响因素小,市场上绝大多使用是电容式的波高仪。但是鉴于其需要与水面接触,多少会影响流场,长期泡在水中使用可能涉及到材料防水、老化等问题,这就考验生产厂家的技术工艺和材料选用。感应部分般为可导电细丝(上面有绝缘层),也有杆式结构。其精度、稳定性和灵敏度取决于绝缘层的均匀性、耐久性和厚度以及电路的设计。由于杆式结构对流场有影响、且对结构的平行度、绝缘层的厚度、均匀性和耐久性不好控制,短量程试验可部分使用,大多数科研试验还是感应丝结构。

电容式波高仪结构一般为伸出来两极形成电容。两头有垂直也有成孤型。进口的有加拿大、日本及澳大利亚等国的产品,国产专业厂家比较少,有中国水科院、天科院、珠江水科院等自产使用,多为模拟波高仪。

2、电阻式波高仪。

电阻式波高仪结构与电容式类似,但他是利用电阻测试原理、相对来说比较简单便宜。但其受水温水质和极化的影响比较大,率定系数也是非线性,所以测量误差比较大,精度不高,每次率定也比较麻烦。因此使用的也比较少。

        3、非接触波高仪。

非接触波高仪有超声波、光学等原理的波高仪。应用最多的为超声波。优点为非接触式,不影响流畅,精度固定不随量程大小而变化。但是他对陡波、破碎波的测量不精确,国产的超声发生器件精度差,采样率也低,需要进口。因此价格比较昂贵、生产周期长。(针对其对陡波、破碎波的测量不精确的问题,我公司借鉴3D型ADV的原理,正在开发三维点式的超声波波高仪)。

  4、压力式波高仪

  压力式波高仪式利用单晶硅的压阻效应,在晶硅片上设置四个等效电阻,构成惠更斯电桥,受压时产品阻抗变化从而产生电压输出。压力式频响高,价格便宜。但是他是通过压力转换成波高,由于表面波的作用随深度衰减,水层的过滤作用是非线性的且随频率而异,故如何准确地将水下测到的波压力变化换算为水面的波高或波谱是很困难的。故一般在实际试验也用的不多。


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二、波高仪的选型:

    1、首先根据试验工况和要求来确定需要测量波高的布点数、布点位置间距、量程、精度等要求以及对流场影响的敏感度。是否方便拉线或则利用无线传输。是否需要接入其他系统与其他参数同步测量。是否靠着造波机有强的干扰。

建议量程选用大于实际最大波高30%左右。如果波在传递过程中衰减比较大(如滑坡涌浪),同时测量精度要求也比较高,可选用不同量程的波高仪分布布置。

2、已有采集仪或需与其他传感器同时采集,需要模拟波高仪,则需要另外确定输出(0~5V4~20mA)、供电(5V12V)、接头对接(4线制、3线制)等参数。

3、如需接入组态王、PLC或其他物联网结点,可提供(485)通讯协议。

4、建议优先选用各类数字式波高仪。可提高测试精度、方便性、减少工作量

5、无竿结构(如船体表面波测量)、深水(如3米之内明渠)、高平台(超声波6~8米)等特殊结构均可订制

  三、展望:

波浪观测方式多种多样,主要有人工测波、仪器测波和遥感反演测波等。在模型试验中一般使用集成化的波高数据采集测量系统。随着技术的进步及数字化、智能化的普及,数字波高仪得到大规模的应用,与国外同行相比已经可以达到同等水平。但是在某些方面,如超声发生材料、系统集成算法、经验系数转换理论、特别是在海洋、船舶等工程产品应用方面差距还非常大,此方面产品基本被国外产品垄断且价格昂贵。为此我们将不断努力、紧跟技术前沿和实际应用、改进产品和服务,希望您新老客户给我们提出宝贵意见和意见。


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