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        技術文章

        模型試驗波高儀選型參考

        波高測量在河工模型量測、船舶耐波性試驗,涌浪防浪結構模型試驗等廣泛應用。目前在模型試驗中按原理來分有電容式波高儀、電阻式波高儀、超聲波波高儀、壓力式波高儀、機械式波高儀、光學波高儀等等。按信號輸出可分為模擬波高儀數字波高儀。

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        一、各種原理波高儀的特點:

        1、電容式波高儀:

        電容式波高儀使用穩定、精度高、使用方便,受影響因素小,市場上絕大多使用是電容式的波高儀。但是鑒于其需要與水面接觸,多少會影響流場,長期泡在水中使用可能涉及到材料防水、老化等問題,這就考驗生產廠家的技術工藝和材料選用。感應部分般為可導電細絲(上面有絕緣層),也有桿式結構。其精度、穩定性和靈敏度取決于絕緣層的均勻性、耐久性和厚度以及電路的設計。由于桿式結構對流場有影響、且對結構的平行度、絕緣層的厚度、均勻性和耐久性不好控制,短量程試驗可部分使用,大多數科研試驗還是感應絲結構。

        電容式波高儀結構一般為伸出來兩極形成電容。兩頭有垂直也有成孤型。進口的有加拿大、日本及澳大利亞等國的產品,國產專業廠家比較少,有中國水科院、天科院、珠江水科院等自產使用,多為模擬波高儀。

        2、電阻式波高儀。

        電阻式波高儀結構與電容式類似,但他是利用電阻測試原理、相對來說比較簡單便宜。但其受水溫水質和極化的影響比較大,率定系數也是非線性,所以測量誤差比較大,精度不高,每次率定也比較麻煩。因此使用的也比較少。

                3、非接觸波高儀。

        非接觸波高儀有超聲波、光學等原理的波高儀。應用最多的為超聲波。優點為非接觸式,不影響流暢,精度固定不隨量程大小而變化。但是他對陡波、破碎波的測量不精確,國產的超聲發生器件精度差,采樣率也低,需要進口。因此價格比較昂貴、生產周期長。(針對其對陡波、破碎波的測量不精確的問題,我公司借鑒3D型ADV的原理,正在開發三維點式的超聲波波高儀)。

          4、壓力式波高儀

          壓力式波高儀式利用單晶硅的壓阻效應,在晶硅片上設置四個等效電阻,構成惠更斯電橋,受壓時產品阻抗變化從而產生電壓輸出。壓力式頻響高,價格便宜。但是他是通過壓力轉換成波高,由于表面波的作用隨深度衰減,水層的過濾作用是非線性的且隨頻率而異,故如何準確地將水下測到的波壓力變化換算為水面的波高或波譜是很困難的。故一般在實際試驗也用的不多。


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        二、波高儀的選型:

            1、首先根據試驗工況和要求來確定需要測量波高的布點數、布點位置間距、量程、精度等要求以及對流場影響的敏感度。是否方便拉線或則利用無線傳輸。是否需要接入其他系統與其他參數同步測量。是否靠著造波機有強的干擾。

        建議量程選用大于實際最大波高30%左右。如果波在傳遞過程中衰減比較大(如滑坡涌浪),同時測量精度要求也比較高,可選用不同量程的波高儀分布布置。

        2、已有采集儀或需與其他傳感器同時采集,需要模擬波高儀,則需要另外確定輸出(0~5V4~20mA)、供電(5V、12V)、接頭對接(4線制、3線制)等參數。

        3、如需接入組態王、PLC或其他物聯網結點,可提供(485)通訊協議。

        4、建議優先選用各類數字式波高儀??商岣邷y試精度、方便性、減少工作量。

        5、無竿結構(如船體表面波測量)、深水(如3米之內明渠)、高平臺(超聲波6~8米)等特殊結構均可訂制。

          三、展望:

        波浪觀測方式多種多樣,主要有人工測波、儀器測波和遙感反演測波等。在模型試驗中一般使用集成化的波高數據采集測量系統。隨著技術的進步及數字化、智能化的普及,數字波高儀得到大規模的應用,與國外同行相比已經可以達到同等水平。但是在某些方面,如超聲發生材料、系統集成算法、經驗系數轉換理論、特別是在海洋、船舶等工程產品應用方面差距還非常大,此方面產品基本被國外產品壟斷且價格昂貴。為此我們將不斷努力、緊跟技術前沿和實際應用、改進產品和服務,希望您新老客戶給我們提出寶貴意見和意見。


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