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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 電阻式浪高儀及數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 波浪數(shù)據(jù)測(cè)量分三個(gè)部分，浪高儀、數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)采集與分析軟件。浪高儀垂直安裝于水中，安裝深度以保證波峰與波谷不超過(guò)測(cè)量桿的測(cè)量范圍。浪高儀輸出標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA信號(hào)，連接64路USB數(shù)據(jù)采集箱，可同時(shí)測(cè)量64路4~20mA信號(hào)。數(shù)據(jù)采集箱通過(guò)USB線連接計(jì)算機(jī)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：精度高、響應(yīng)快、安裝方便、經(jīng)久耐用，可實(shí)時(shí)測(cè)量波浪數(shù)據(jù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 波浪實(shí)驗(yàn)是海洋、海岸、船舶以及水利等工程設(shè)計(jì)的重要組成部分。在波浪實(shí)驗(yàn)室中，設(shè)計(jì)按比例縮小的工程設(shè)施模型，通過(guò)造波系統(tǒng)生成與實(shí)際相符、按比例縮小的波浪，對(duì)設(shè)施模型進(jìn)行波浪實(shí)驗(yàn)，再通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量波浪的數(shù)據(jù)，給工程設(shè)計(jì)提供理論驗(yàn)證與設(shè)計(jì)依據(jù)。 本系統(tǒng)分三個(gè)部分：電阻式浪高儀、高速數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)、多功能波浪模擬系統(tǒng)。測(cè)量最大浪高1m，測(cè)量精度±1mm，測(cè)量響應(yīng)時(shí)間5ms。 1.浪高儀：運(yùn)用自主研發(fā)、國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的電阻式浪高測(cè)試技術(shù)與自動(dòng)溫度、水質(zhì)補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，利用高性能單片機(jī)測(cè)量與補(bǔ)償計(jì)算，實(shí)現(xiàn)高精度、快速浪高測(cè)量。 2．浪高采集與分析系統(tǒng)：采集器進(jìn)行信號(hào)采集并存儲(chǔ)。運(yùn)用實(shí)域分析理論對(duì)波浪的波高，周期進(jìn)行分析與計(jì)算。運(yùn)用頻域分析理論對(duì)不規(guī)則波波浪進(jìn)行譜形、譜峰頻率、譜峰能量以及譜平均能量等參數(shù)的分析。 3 多功能波浪模擬系統(tǒng)：采用伺服電機(jī)、伺服控制器與微機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)際波浪的模擬，可產(chǎn)生規(guī)則的正弦波和實(shí)際海洋波浪實(shí)驗(yàn)常用的各種譜形。 本系統(tǒng)在實(shí)際海洋水利等實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并已在交通部天津水利科學(xué)研究院多個(gè)實(shí)驗(yàn)廳、天津大學(xué)水利實(shí)驗(yàn)廳和中國(guó)國(guó)家海洋局的實(shí)驗(yàn)室使用。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)發(fā)明的目的：波浪實(shí)驗(yàn)是海洋、海岸、船舶以及水利等工程設(shè)計(jì)的重要組成部分。在波浪實(shí)驗(yàn)室中，設(shè)計(jì)按比例縮小的工程設(shè)施模型，通過(guò)造波系統(tǒng)生成與實(shí)際相符、同時(shí)按比例縮小的波浪，對(duì)設(shè)施模型進(jìn)行波浪實(shí)驗(yàn)，再通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量波浪的數(shù)據(jù)，給工程設(shè)計(jì)提供理論驗(yàn)證與設(shè)計(jì)依據(jù)。浪高儀是測(cè)試系統(tǒng)的重要設(shè)備，通過(guò)浪高儀和數(shù)據(jù)采集器可以測(cè)量與分析波浪的各實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 主要技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量最大浪高：1m；浪高測(cè)量精度：±1mm； 測(cè)量響應(yīng)時(shí)間：5ms。通過(guò)上述指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，只有設(shè)計(jì)精度高，響應(yīng)速度快的浪高儀才能動(dòng)態(tài)測(cè)量浪高數(shù)據(jù)。 基本思路：自行研制動(dòng)態(tài)測(cè)量水電阻式浪高儀、高速數(shù)據(jù)采集器及數(shù)據(jù)采集分析軟件，以實(shí)現(xiàn)波浪數(shù)據(jù)的采集與分析。 關(guān)鍵技術(shù)：高精度、高速度浪高儀設(shè)計(jì)；水溫及水質(zhì)的自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)；數(shù)據(jù)分析軟件設(shè)計(jì)。 創(chuàng)新點(diǎn)：電阻式浪高測(cè)量、自動(dòng)溫度及水質(zhì)補(bǔ)償，此兩項(xiàng)技術(shù)屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本系統(tǒng)分三個(gè)部分：浪高儀、數(shù)據(jù)采集器及采集與分析軟件。 1.浪高儀：浪高儀設(shè)計(jì)的理論依據(jù)是水中電阻隨水位的變化而線性的變化。如圖所示：測(cè)量桿測(cè)量當(dāng)前水位，補(bǔ)償桿補(bǔ)償水溫與水質(zhì)。目前波浪實(shí)驗(yàn)普遍選用電容式浪高儀，其優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)，電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是不能補(bǔ)償水質(zhì)，在水質(zhì)變化后需重新標(biāo)定；由于水張力的影響使水位升高與下降時(shí)測(cè)量結(jié)果不一至；傳感器極易損壞，使用成本較高。 電阻式浪高儀可以克服上述缺點(diǎn)，采用自動(dòng)補(bǔ)償水質(zhì)，標(biāo)定后，在使用中無(wú)需再進(jìn)行標(biāo)定；水張力對(duì)測(cè)量精度影響較??；傳感器用不銹鋼管制成，經(jīng)久耐用。 2．?dāng)?shù)據(jù)采集器：自行研制的高速數(shù)據(jù)采集器。 3．?dāng)?shù)據(jù)采集與分析軟件：VC下編制采集與分析軟件，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 本系統(tǒng)已在交通部天津水利科學(xué)研究院多個(gè)實(shí)驗(yàn)廳、天津大學(xué)水利實(shí)驗(yàn)廳和中國(guó)國(guó)家海洋所實(shí)驗(yàn)室使用。 參考文獻(xiàn)列于研究報(bào)告。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：波浪數(shù)據(jù)測(cè)量分三個(gè)部分，浪高儀、數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)采集與分析軟件。浪高儀垂直安裝于水中，安裝深度以保證波峰與波谷不超過(guò)測(cè)量桿的測(cè)量范圍。浪高儀輸出標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA信號(hào)，連接64路USB數(shù)據(jù)采集箱，可同時(shí)測(cè)量64路4~20mA信號(hào)。數(shù)據(jù)采集箱通過(guò)USB線連接計(jì)算機(jī)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：精度高、響應(yīng)快、安裝方便、經(jīng)久耐用，可實(shí)時(shí)測(cè)量波浪數(shù)據(jù)。 推廣與市場(chǎng)分析：該產(chǎn)品不僅應(yīng)用于波浪實(shí)驗(yàn)室，還可應(yīng)用于高精度動(dòng)態(tài)水位測(cè)量、海洋波浪監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，現(xiàn)正在研制用于真正海洋的波浪監(jiān)測(cè)的浪高儀，波高在10米以上的浪高儀。所以其應(yīng)用前景十分廣闊。
同類課題研究水平概述
- 本系統(tǒng)分三個(gè)部分：浪高儀、數(shù)據(jù)采集器及采集與分析軟件。而浪高儀是本系統(tǒng)的關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)。 浪高儀設(shè)計(jì)的理論依據(jù)是水中電阻隨水位的變化而線性的變化，一般稱為電阻式浪高儀。目前在國(guó)內(nèi)浪高測(cè)量方面主要研究與應(yīng)用的是電容式浪高儀[1][2][3]，CCD攝像式浪高儀[4]及雷達(dá)測(cè)距式浪高儀[5]，而電阻式浪高儀在國(guó)內(nèi)尚無(wú)相關(guān)的研究。 CCD攝像式浪高儀是通過(guò)攝像方式進(jìn)行浪高測(cè)量，通過(guò)對(duì)錄像進(jìn)行圖像分析測(cè)量浪高，其測(cè)量精度難以保證，同時(shí)它是非實(shí)時(shí)測(cè)量，難于用于實(shí)時(shí)測(cè)量方面。 雷達(dá)測(cè)距式浪高儀，測(cè)量精度不高，測(cè)量必須進(jìn)行大量的計(jì)算，所以響應(yīng)較慢，很難實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。 目前國(guó)內(nèi)研究與應(yīng)用較多的是電容式浪高儀。國(guó)外方面，日本基本采用電容式浪高儀，而歐洲電容式與電阻式都有應(yīng)用。歐洲電阻式浪高儀價(jià)格昂貴，同時(shí)用其浪高儀必須用它的采集系統(tǒng)，所以使用不便，成本較高。 電容式浪高儀前已述及其優(yōu)缺點(diǎn)，而電阻式浪高儀與電容式浪高儀在精度上、響應(yīng)速度上基本相同。但在水質(zhì)自動(dòng)補(bǔ)償、水張力影響較小、經(jīng)久耐用及可配通用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等方面有著較大的優(yōu)勢(shì)。但電阻式浪高儀電路較復(fù)雜，尤其是水質(zhì)自動(dòng)補(bǔ)償和桿之間信號(hào)隔離方面更復(fù)雜，難度較大，造價(jià)略高，但經(jīng)近幾年的努力，已攻破各技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，并已形成產(chǎn)品，成功地應(yīng)用于多家單位的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中。 現(xiàn)已在交通部天津水利科學(xué)研究院多個(gè)實(shí)驗(yàn)廳、天津大學(xué)水利實(shí)驗(yàn)廳和中國(guó)國(guó)家海洋所實(shí)驗(yàn)室使用。 參考文獻(xiàn)： [1]白連平， 蘇彥民，王維建，徐興平. 波高傳感器的數(shù)學(xué)模型. 儀表技術(shù)與傳感器1999 .12 [2]薛海,劉亞敏,邵宇.波浪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的改進(jìn)與應(yīng)用.華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),1999.12 [3]石記柱,一種新式智能型浪高儀及波形測(cè)量系統(tǒng), 武漢交通科技大學(xué)學(xué)報(bào),1997.6 [4]王惠玲，波浪的光學(xué)測(cè)量法研究，大連理工大學(xué)研究生論文，2005.6 [5]陳先中,柳瑾,微波雷達(dá)液位測(cè)量?jī)x的研究, 工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,2005.6 [6] 蔡守允,楊大明等,水利工程模型試驗(yàn)的計(jì)算機(jī)波高測(cè)量系統(tǒng), 水利水電科技進(jìn)展2007 .10
