全自动越浪事件发生时刻感应记录装置

摘要

本发明涉及一种全自动越浪事件发生时刻感应记录装置。本发明的目的是提供一种灵敏且准确的全自动越浪事件发生时刻感应记录装置。本发明的技术方案是：一种全自动越浪事件发生时刻感应记录装置，其特征在于：具有海堤模型，海堤模型后方设有集水槽并配有能感应集水槽重量变化的重量传感器，所述海堤模型顶部设有能在遇到越浪水体时产生电势差变化的越浪信号采集单元，越浪信号采集单元电路连接数据采集盒，数据采集盒获取作为越浪事件发生的判断依据的电势差变化曲线。本发明适用于海岸工程方向物理模型试验领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种全自动越浪事件发生时刻感应记录装置。适用于海岸工程方向物理模型试验领域。

背景技术

目前，在海岸工程方向的物理模型实验中为确定越浪事件发生时刻，主要采用的有2种方法：(1)堤顶放置一个波高仪，当波浪越浪发生时，波高仪显示的水位数值会增加，根据波高仪数据变化时间可以确定越浪发生时间点。。

(2)在海堤模型后方集水槽连接重量传感器，越浪事件发生后，越浪水体越过海堤模型，落入堤后集水槽中，集水槽连接的重量传感器感应到集水槽重量变化，其输出数据响应增加，根据重量传感器数据变化时间可以确定越浪事件发生时间点。

但是，现有采用堤顶波高仪测量的方法存在数据反馈不灵敏的缺点，波高仪输出数据对越浪水体大小的下限有要求，若越浪水体体积过小，波高仪输出数据的变化幅度可能过小，甚至无变化，导致该越浪事件被漏计数或发生时刻存在较大测量误差，使得试验结果不准确。

现有技术中采用重量传感器感应海堤模型后方集水槽总重量变化，推测越浪事件发生时刻的方法同样存在数据反馈不灵敏，以及测量结果滞后的问题。由于集水槽中的重量传感器需要测量总越浪量大小，对微小越浪事件的感应和区分能力比较弱，因此微小越浪事件发生后可能会出现传感器反馈数据变化不明显甚至无变化的情况，引起测量误差。另外，在波浪越浪物理模型试验过程中，模型后方集水槽中液面表面存在长时间的不规则震荡，导致重量传感器输出结果也存在明显一定幅度波动，极易导致部分越浪事件造成的集水槽重量改变难以被检测到，使得越浪事件被遗漏，造成较大的试验测量误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种灵敏且准确的全自动越浪事件发生时刻感应记录装置。

本发明所采用的技术方案是：一种全自动越浪事件发生时刻感应记录装置，其特征在于：具有海堤模型，海堤模型后方设有集水槽并配有能感应集水槽重量变化的重量传感器，所述海堤模型顶部设有能在遇到越浪水体时产生电势差变化的越浪信号采集单元，越浪信号采集单元电路连接数据采集盒，数据采集盒获取作为越浪事件发生的判断依据的电势差变化曲线。

所述海堤模型顶部设有用于引导越浪水体流入海堤模型后方集水槽的引流板，所述越浪信号采集单元固定于引流板上。

所述引流板一部分与所述海堤模型顶部重叠，另一部分位于海堤模型后方并以水平面向下40°角度向下倾斜。

所述越浪信号采集单元具有相互平行的正极金属条和负极金属条，正极金属条和负极金属条之间留有一定间距并固定于绝缘底座上；绝缘底座完全包裹引流板与水流接触部分，确保越浪水体仅接触底座上金属条，避免水体流经今属引流板形成额外回路，造成读数误差；

所述数据采集盒经导线分别连接所述正极金属条和负极金属条，获取正极金属条和负极金属条之间的电势差变化。

所述绝缘底座上在所述正极金属条和负极金属条之间形成有疏水薄层。

所述疏水薄层由涂抹于绝缘底座上的疏水液体形成。

所述绝缘底座采用电工胶带。

所述越浪信号采集单元电路连接直流电源和固定电阻。

所述固定电阻采用阻值为200kΩ的金属膜电阻。该电阻与金属条串联后，使得金属条间电压值变化最为显著，同时仪器灵敏度也控制恰当，不会过于灵敏，导致误探测飞溅的液珠等非越浪事件。

所述正极金属条和负极金属条的宽度为8mm，间距为10～15mm。该金属条宽度以及间距组合可以最大程度提升该装置的灵敏度及准确度，确保对微小越浪事件的感应最及时，数据反馈最显著。距离过短时，仪器过于灵敏，略大飞溅的水滴都会引起仪器输出数据较明显波动；而距离过远时，则仪器不灵敏，部分小越浪事件发生是仪器输出数据波动不明显，易与水珠引起的波动相混合，造成测量误差。

本发明的有益效果是：本发明结构简单、成本较低，通过越浪信号采集单元可及时准确的反应越浪事件的发生时刻，在越浪事件发生与数据反馈之间时间间隔远小于现有技术的0.5s滞后时间。同时由于本发明中越浪信号采集单元在遇到越浪水体时便能产生电势差变化，对于小越浪事件(越浪量大小为20ml左右)仍然可以给出清晰反馈，确保物理模型试验中不会遗漏小越浪事件。

本发明中在海堤模型顶部设有引流板，以引导越浪水体流入海堤模型后方集水槽，从而提高对微小越浪事件的感应和区分能力。

附图说明

图1、图2为实施例的结构示意图。

图3为实施例的电路示意图。

图4为实施例中电势差变化图。

图5为实施例中越浪时刻与越浪水体增加时刻比对图。

1-1、正极金属条；1-2、负极金属条；2、绝缘底座；3、引流板；4、数据采集盒；5、固定电阻；6、直流电源；7、堤后带重量传感器的集水槽；8、集水挡板。

具体实施方式

如图1～图2所示，本实施例为一种全自动越浪事件发生时刻感应记录装置，具有海堤模型，海堤模型后方设有集水槽并配有能感应集水槽重量变化的重量传感器，当重量传感器感应到集水槽重量变化，表示越浪事件发生。

本实施例中在海堤模型顶部固定有引流板，引流板约1/5部分与海堤模型顶部重叠，剩余4/5部分位于海堤模型后方，以水平面向下约40°角度向下倾斜，引导越浪水体流入堤后集水槽。引流板与海堤模型定部重合部分，间隔30cm布置有两个螺孔，利用内六角螺丝固定于海堤模型顶部的螺孔位置，方便后续拆卸。引流板与海堤顶部重合部分以5°～10°角度向堤后倾斜，且堤顶同样涂抹硅胶、油液等疏水液体形成疏水层，尽量减少越浪水体在堤顶的滞留量，减少了无越浪事件时，堤顶滞留水量下落引起的错误测量结果。

本实施例中引流板两端设有两块竖直向上挡板，挡板边缘与波浪水槽壁用硅胶密封，确保越浪水体均通过引流板，通过板上两条平行金属条流向堤后。

本例中在海堤模型顶部位置设有越浪信号采集单元，该越浪信号采集单元具有相互平行的正极金属条和负极金属条，正极金属条和负极金属条经绝缘底座固定于引流板上。正极金属条和负极金属条均海堤模型长度方向平行，金属条的宽度为8mm，长度与海堤模型长度一致，间距10～15mm。

本实施例中绝缘底座采用电工胶带，平行于海堤方向粘贴于引流板上，将两条金属条固定于电工胶带范围内。绝缘底座上两条金属条之间范围涂抹硅胶或油性液体等疏水液体，形成疏水薄层，以在越浪水体通过后快速排出两金属条之间区域的水体，消除金属条间水珠滞留，确保仪器读数迅速恢复初始值，并减少测量读数中冗杂的测量误差。

如图3所示，本实施例中越浪信号采集单元经导线与直流电源和固定电阻串联，其中导线分别接与越浪信号采集单元中的正极金属条和负极金属条，越浪信号采集单元上并联有数据采集盒，数据采集盒获取正极金属条和负极金属条之间的电势差变化曲线。

本例中固定电阻采用阻值为200kΩ的金属膜电阻，串联接入一条金属条与直流电源之间。金属膜电阻具有稳定性好，受环境影响小等优良特性，确保了仪器输出数据的稳定性及准确性。直流电源为9V直流电源，电压值保持在数据采集盒允许范围之内。数据采集盒允许电压范围为-10V～10V，通过导线将采集盒的正负极分别连接至电源正负极对应的金属条，采用差分模式，将两端输入的模拟信号以两端信号差值的形式记录，并输出成数据文件。

本实施例的使用方法如下：

将金属条、数据采集盒、固定电阻和直流电源连接完成。将金属条与导线连接时，注意将导线焊接或螺丝紧密固定于金属条上，并用绝缘胶带将连接点包裹住，防止仪器长时间使用后，越浪水体部分滞留在导线上，影响两条金属条之间的绝缘性，导致仪器输出数据不稳定或不准确。

连接完成后，在两条平行金属条之间涂抹类硅胶/油液等疏水液体，接通固定电源，在电路正极及负极产生电势差。

开启数据采集盒，并开始波浪实验。当越浪事件发生时，越浪水体从引流板上流过，使得两金属条各自的电势发生改变，数据采集盒自动分析两金属条之间的电势差并记录在数据文件中。

数据采集盒自动分析金属条之间的电势差并将模拟信号转换为数据输出至数据文件中，如图4所示结果示意图，图中曲线为实验过程中数据采集盒记录的两条金属条之间的电势差变化曲线，随电势差变化表示两条金属条之间水量变化，每一个下降趋势表示一次越浪事件的发生，当下降曲线跌至低谷可看作越浪事件完全发生。

图5为本实施例中集水槽中越浪量增加时刻与从电势差变化曲线上得到的越浪发生时刻比对图，本例中测量得到的发生时刻与堤后水槽中重量传感器感应到的越浪水体增加的时刻吻合良好，趋势线基本符合y＝x的趋势，表明实施例测量结果准确且精度高。