CN108444455A - 一种波浪能浮标式浪高仪 - Google Patents

一种波浪能浮标式浪高仪 Download PDF

Info

Publication number
CN108444455A
CN108444455A CN201810106871.XA CN201810106871A CN108444455A CN 108444455 A CN108444455 A CN 108444455A CN 201810106871 A CN201810106871 A CN 201810106871A CN 108444455 A CN108444455 A CN 108444455A
Authority
CN
China
Prior art keywords
float type
wave height
height recorder
type wave
pipe support
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810106871.XA
Other languages
English (en)
Inventor
郭春雨
刘恬
钟祥海
赵大刚
郝浩浩
王恋舟
林洪志
汪瑜伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN201810106871.XA priority Critical patent/CN108444455A/zh
Publication of CN108444455A publication Critical patent/CN108444455A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C13/00—Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal
    • G01C13/002—Measuring the movement of open water
    • G01C13/004—Measuring the movement of open water vertical movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Recording Measured Values (AREA)

Abstract

本发明涉及一种波浪能浮标式浪高仪，包括信号传输组件、浮标式浪高仪主体、波浪能发电组件和水下阻尼装置，信号传输组件包括信号传输天线、GPS天线和控制天线且设置于浮标式浪高仪主体顶部；浮标式浪高仪主体包括密闭的浮标式浪高仪外壳体、加速度计和蓄电池组；波浪能发电组件外套管通过下立管与水下阻尼装置刚性连接，上管架上端穿出外套管且与浮标式浪高仪外壳体相连，上管架下端通过弹簧结构与外套管内底部连接，上管架在外套管内上下运动，定子铁心固定设置于外套管内壁且设置有凹槽，定子线圈设置在定子铁心凹槽里，永久磁铁固定设置在上管架上。本发明可利用波浪能进行发电，使用简单方便，不受距离制约。

Description

一种波浪能浮标式浪高仪
技术领域
本发明涉及一种浪高仪，特别是一种波浪能浮标式浪高仪。
背景技术
利用船模水池进行模型试验是当今全世界应用较为广泛的试验方法，可以在拖曳水池或者耐波性水池中进行相关小尺度船模的水动力性能试验。开展的常规水动力性能试验包括快速性、耐波性和操纵性等试验。传统的模型试验方法局限于水池本身和所限定的船模尺度的大小，所带来的尺度效应问题、阻塞效应问题以及伪随机的波浪等问题都需要解决。而进行实海况下的大尺度模型试验是解决这些问题的途径之一，但是对于大尺度模型在实际海况下进行试验的相关设备还相对缺乏。
对于在拖曳水池中进行的波浪工况下的快速性以及耐波性试验，是通过在造波机中输入相关参数来获得规则及不规则波浪的，如果不考虑波浪在传播过程中的衰减作用，则可以近似认为船模是在相应波浪环境下工作的，造波机会根据试验要求造出符合条件的波浪工况，试验进行的过程中除了需要花费必要的试验时间及等待水面平静的时间，则不需要浪费更多的时间。但是对于在进行大尺度模型试验中，首先需要对海况进行目测，对海浪的波高进行估计判断，然后大尺度模型下水，进行相关试验。但传统的试验方法存在着不可避免的缺陷：首先，可试验海域较大，在目测的海况中，并不能反映实时准确的信息；其次，实际海情下，海况复杂，波浪参数在同一海域不同时间点下完全不同，而试验进行时间往往较长，这会导致试验所测量的结果只能是测量海域的实验结果，无法获得期望海况下的数值信息；另外，如果在后续的数据处理过程中，发现所测海况与目标差距过大，则需要重新开展试验，这无疑是对人力财力的巨大浪费。
因此在实海域中进行试验，如何能快速获得海况信息并在海况相符的情况下完成试验，成为大尺度模型试验的关注点之一，这一问题不仅关系到试验数据的准确性与可信度，同时也可节约试验过程中的人力和财力资源损失。对目标海域进行实时监测波浪参数，可以利用浮标式浪高仪，传统的浮标式浪高仪是由船上向海中抛出一个特制的浮标和内部感应设备组成，浮标始终漂在水面上随水面的波动而升落，基本反映浪高的变化。为获取准确数据，浮标的埋水深度应超过海浪波长的一半，当浮标随波浪的波动而起伏时，带动内部感应设备在垂直方向上下运动，深度变化就是波面高程的变化，所获信号由电缆传送到船上进行记录，即可获得波高、波形、波浪周期等海浪参数。传统的浪高仪不仅收到电缆长度的限制，而且需要辅助船的帮助。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种可以利用波浪能进行供电的、不受距离制约的波浪能浮标式浪高仪。
为解决上述技术问题，本发明一种波浪能浮标式浪高仪，包括信号传输组件、浮标式浪高仪主体、波浪能发电组件和水下阻尼装置，信号传输组件包括信号传输天线、GPS天线和控制天线且设置于浮标式浪高仪主体顶部；浮标式浪高仪主体包括密闭的浮标式浪高仪外壳体、加速度计和蓄电池组，加速度计和蓄电池组设置在浮标式浪高仪外壳体内；波浪能发电组件包括上管架、外套管、定子线圈、定子铁心、永久磁铁、弹簧结构和下立管，外套管通过下立管与水下阻尼装置刚性连接，上管架上端穿出外套管且与浮标式浪高仪外壳体相连，上管架下端通过弹簧结构与外套管内底部连接，上管架在外套管内上下运动，定子铁心固定设置于外套管内壁且设置有凹槽，定子线圈设置在定子铁心的凹槽里，永久磁铁固定设置在上管架上。
本发明一种波浪能浮标式浪高仪，还包括：
1.加速度计设置于浮标式浪高仪外壳体内中心，所述蓄电池组设置于浮标式浪高仪外壳体内底部。
2.波浪能浮标式浪高仪重力与浮力之间满足：在静水条件下，加速度计位置与水面持平。
3.弹簧结构包括连接头和弹簧。
4.水下阻尼装置是由一远离波面的重质量圆盘组成。
本发明有益效果：本发明是一种针对实际海况下的大尺度模型试验的新型浮标式浪高仪，其可利用波浪能进行发电，使用简单方便，不受距离制约，可大大减少海试中的由于目测波高不准确等原因造成试验难度增加，可适用于实际海域下大尺度模型试验或其他海试，利用多个本发明可以实时监控多个可试验海域的海况，选定合适海况进行试验，利用波浪能发电及无线信号传输，可以脱离辅助船电缆长度和需要辅助船数量的限制，从而实现试验海域海况的实时监控。
附图说明
图1为本发明波浪能浮标式浪高仪的主视图
图2为本发明波浪能浮标式浪高仪的俯视图
图3为本发明波浪能浮标式浪高仪的左视图
图4为本发明波浪能浮标式浪高仪的信息传输装置结构图
图5为本发明波浪能浮标式浪高仪的主体结构图
图6为本发明波浪能浮标式浪高仪的波浪能发电装置结构图
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明包括信号传输组件1、浮标式浪高仪主体2、波浪能发电组件3以及水下阻尼装置4。信号传输组件1设置在浮标式浪高仪上方，浮标式浪高仪主体2与波浪能发电组件3相连，波浪能发电组件3的定子部分固定于水下阻尼装置4上。波浪能浮标式浪高仪重力与浮力之间关系满足：在静水条件下，加速度计2.2位置与水面持平。
如图4所示，信号传输组件1有放置于浮标式浪高仪顶部可用于确定海域位置的GPS天线1.2、数据信号传输天线1.1以及控制天线1.3组成。
如图5所示，浮标式浪高仪主体2包括外壳体2.4、壳体上平台2.1、放置于装置中心的加速度计2.2和位于装置底部的蓄电池组2.3组成，其中，应在球状外壳体水面上一定位置处布置平台，便于天线的布置，加速度计布置于浮标式浪高仪的球心，蓄电池布置于浪高仪的底部。
如图6所示，波浪能发电组件3包括与水下阻尼装置4相连的下立管3.8，与水下阻尼装置4刚性连接的外套管3.2，发电机的定子铁心3.4刚性固定在管壁上，上管架3.1与浮标式浪高仪主体2相连，当浮标式浪高仪主体2随波面的起伏而运动时，带动上管架3.1运动，上管架3.1带动永久磁铁3.5运动，上下立管之间通过轻质连接头3.6和弹性系数很小的弹簧3.7进行连接，使弹簧不影响浮标式浪高仪的运动。
水下阻尼装置4是由一远离波面的重质量圆盘组成，可以为钢制，或其混合材质也可，圆盘的质心与形心重合，外面喷漆以防止海水腐蚀，水下阻尼装置远离液面，原则上认为波浪仅在距水面一半波长内流体质点运动较大，而距水下一半波长外运动较小，所以将浮标式浪高仪连接在距离自由液面较远位置处的水下阻尼装置上，可认为水下阻尼装置相对浮标式浪高仪主体2的运动较小。
本发明通过控制天线1.3控制该装置的工作或关闭状态，在工作状态下，其浮标式浪高仪主体2随波浪上下浮动，通过加速度计2.2记录浪高仪的运动状态，由信号传输天线1.1将通过加速度计测量的波高信息和通过GPS天线1.2测量的浮标式浪高仪所在海域传输给岸上或工作船上的电脑中。
如图6所示，波浪能发电组件3中，上管架3.1随着浮标式浪高仪主体2的上下运动，圆筒型永久磁铁3.5贴于上管架表面，定子线圈3.3安装在定子铁心3.4的槽里。
当该装置位于波浪中浮动时，上管架3.1带动圆筒型永久磁铁3.5上下运动，从而与定子产生相对运动，所产生的电能储存在蓄电池组2.3内，当浮标式浪高仪位于海中时，无论是否工作，都可持续地对蓄电池组2.3进行充电，满足其工作需要。
本发明具体实施方式还包括：
本发明一种新型波浪能浮标式浪高仪试验装置包括信号传输组件1、浮标式浪高仪主体2、波浪能发电组件3以及水下阻尼装置4。信号传输组件1有放置于浮标式浪高仪顶部可用于确定海域位置的信号传输天线1.1、GPS天线1.2以及控制天线1.3组成，岸上或辅助船上的实验人员可通过计算机查看数据的实时状态并通过控制***对浪高仪的工作状态进行控制。浮标式浪高仪主体包括放置于装置中心的加速度计2.2和位于装置底部的蓄电池组2.3。波浪能发电组件3包括与水下阻尼装置4相连的下管架3.8，与水下阻尼装置4刚性连接的外套管3.2，发电机的定子铁心3.4刚性固定在套管管壁上，上管架3.1与浮标式浪高仪壳体2.4相连，圆筒型永久磁铁3.5贴于上管架表面，定子线圈3.3安装在定子铁心3.4的槽里。当浮标式浪高仪随波面的起伏而运动时，带动上管架运动，上管架相当于发电机中的转子，上下管架之间通过弹性系数很小的弹簧3.7进行连接，使弹簧不影响浮标式浪高仪的运动。水下阻尼装置是由一远离波面的重质量圆盘组成。
利用浮标式浪高仪测量实时波面高程，在水下较深位置处设置阻尼装置，保证浪高仪在运动过程中可以保持竖直状态，通过波浪能发电组件进行发电，对浪高仪内的蓄电池组进行充电，所测实时数据、控制信号及所处海域位置信息通过信息传输组件传达给位于辅助船或岸上的计算机。与现有技术相比，利用多个本发明装置可以实时监控多个可试验海域的海况，选定合适海况进行试验，利用波浪能发电及无线信号传输，可以脱离辅助船电缆长度和需要辅助船数量的限制，从而实现试验海域海况的实时监控，是在实海域进行大尺度模型试验的必要工具。

Claims (5)

1.一种波浪能浮标式浪高仪，其特征在于：包括信号传输组件、浮标式浪高仪主体、波浪能发电组件和水下阻尼装置，所述信号传输组件包括信号传输天线、GPS天线和控制天线且设置于浮标式浪高仪主体顶部；所述浮标式浪高仪主体包括密闭的浮标式浪高仪外壳体、加速度计和蓄电池组，加速度计和蓄电池组设置在浮标式浪高仪外壳体内；所述波浪能发电组件包括上管架、外套管、定子线圈、定子铁心、永久磁铁、弹簧结构和下立管，外套管通过下立管与水下阻尼装置刚性连接，上管架上端穿出外套管且与浮标式浪高仪外壳体相连，上管架下端通过弹簧结构与外套管内底部连接，上管架在外套管内上下运动，定子铁心固定设置于外套管内壁且设置有凹槽，定子线圈设置在定子铁心的凹槽里，永久磁铁固定设置在上管架上。
2.根据权利要求1所述的一种波浪能浮标式浪高仪，其特征在于：所述加速度计设置于浮标式浪高仪外壳体内中心，所述蓄电池组设置于浮标式浪高仪外壳体内底部。
3.根据权利要求1或2所述的一种波浪能浮标式浪高仪，其特征在于：所述波浪能浮标式浪高仪重力与浮力之间满足：在静水条件下，加速度计位置与水面持平。
4.根据权利要求1或2所述的一种波浪能浮标式浪高仪，其特征在于：所述弹簧结构包括连接头和弹簧。
5.根据权利要求1或2所述的一种波浪能浮标式浪高仪，其特征在于：所述水下阻尼装置是由一远离波面的重质量圆盘组成。
CN201810106871.XA 2018-02-02 2018-02-02 一种波浪能浮标式浪高仪 Pending CN108444455A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810106871.XA CN108444455A (zh) 2018-02-02 2018-02-02 一种波浪能浮标式浪高仪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810106871.XA CN108444455A (zh) 2018-02-02 2018-02-02 一种波浪能浮标式浪高仪

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108444455A true CN108444455A (zh) 2018-08-24

Family

ID=63191393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810106871.XA Pending CN108444455A (zh) 2018-02-02 2018-02-02 一种波浪能浮标式浪高仪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108444455A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109458290A (zh) * 2018-12-20 2019-03-12 浙江师范大学 一种浮标式介电弹性体波浪能发电机
CN109496827A (zh) * 2018-11-14 2019-03-22 浙江海洋大学 一种抗风浪海藻养殖装置
CN110344996A (zh) * 2019-06-14 2019-10-18 深圳市投资控股有限公司 一种用于补给波浪滑翔器电能的装置
CN111307120A (zh) * 2019-07-22 2020-06-19 北京纳米能源与***研究所 一种传感器、海洋波谱的测量***及其测量方法
RU2812899C1 (ru) * 2023-01-17 2024-02-05 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Волнограф-волновой электрогенератор

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102582793A (zh) * 2012-03-07 2012-07-18 北京南风科创应用技术有限公司 一种走航式多参数测量浮标
CN103423071A (zh) * 2012-05-15 2013-12-04 王维俊 一种新型高效多点吸收波浪能发电装置
CN103807086A (zh) * 2014-02-18 2014-05-21 集美大学 球摆直驱式波浪能发电装置
CN203856644U (zh) * 2014-05-05 2014-10-01 中国海洋大学 组合型振荡浮子波浪能发电装置
CN204984711U (zh) * 2015-09-13 2016-01-20 河北工业大学 一种波浪能发电装置
KR20160025196A (ko) * 2014-08-27 2016-03-08 김제혁 부유식 파력발전장치
CN205203318U (zh) * 2015-12-10 2016-05-04 山东大学 一种多能互补供电的海洋观测装置
CN205277680U (zh) * 2015-12-30 2016-06-01 李广明 波浪能发电装置及其发电机构
CN106050537A (zh) * 2016-05-04 2016-10-26 中国科学院电工研究所 一种波浪能发电装置
CN106838795A (zh) * 2017-03-09 2017-06-13 武汉理工大学 一种新型多功能环保航标灯
CN107542619A (zh) * 2017-08-30 2018-01-05 上海交通大学 液压波浪换能器

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102582793A (zh) * 2012-03-07 2012-07-18 北京南风科创应用技术有限公司 一种走航式多参数测量浮标
CN103423071A (zh) * 2012-05-15 2013-12-04 王维俊 一种新型高效多点吸收波浪能发电装置
CN103807086A (zh) * 2014-02-18 2014-05-21 集美大学 球摆直驱式波浪能发电装置
CN203856644U (zh) * 2014-05-05 2014-10-01 中国海洋大学 组合型振荡浮子波浪能发电装置
KR20160025196A (ko) * 2014-08-27 2016-03-08 김제혁 부유식 파력발전장치
CN204984711U (zh) * 2015-09-13 2016-01-20 河北工业大学 一种波浪能发电装置
CN205203318U (zh) * 2015-12-10 2016-05-04 山东大学 一种多能互补供电的海洋观测装置
CN205277680U (zh) * 2015-12-30 2016-06-01 李广明 波浪能发电装置及其发电机构
CN106050537A (zh) * 2016-05-04 2016-10-26 中国科学院电工研究所 一种波浪能发电装置
CN106838795A (zh) * 2017-03-09 2017-06-13 武汉理工大学 一种新型多功能环保航标灯
CN107542619A (zh) * 2017-08-30 2018-01-05 上海交通大学 液压波浪换能器

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109496827A (zh) * 2018-11-14 2019-03-22 浙江海洋大学 一种抗风浪海藻养殖装置
CN109496827B (zh) * 2018-11-14 2020-12-22 浙江海洋大学 一种抗风浪海藻养殖装置
CN109458290A (zh) * 2018-12-20 2019-03-12 浙江师范大学 一种浮标式介电弹性体波浪能发电机
CN109458290B (zh) * 2018-12-20 2024-03-12 浙江师范大学 一种浮标式介电弹性体波浪能发电机
CN110344996A (zh) * 2019-06-14 2019-10-18 深圳市投资控股有限公司 一种用于补给波浪滑翔器电能的装置
CN111307120A (zh) * 2019-07-22 2020-06-19 北京纳米能源与***研究所 一种传感器、海洋波谱的测量***及其测量方法
RU2812899C1 (ru) * 2023-01-17 2024-02-05 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Волнограф-волновой электрогенератор

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108444455A (zh) 一种波浪能浮标式浪高仪
CN201885992U (zh) 直读式6000米温盐深剖面仪
CN201397138Y (zh) 极地近岸海洋环境实时监测***
CN106768043B (zh) 海洋多参数剖面测量仪
CN113030938B (zh) 一种海洋环境勘探装置
CN105319596B (zh) 通用自沉浮式海底地震仪
CN107727430A (zh) 一种船基深海沉积物智能重力采样装置
CN106198375A (zh) 一种深海多通道腐蚀电化学原位测试装置及其测试方法
CN106772561A (zh) 一种移动式海洋地震长期实时探测器
CN107702698A (zh) 一种深海逆式回声测量***及测量方法
CN107764248A (zh) 一种声学波潮测量仪及测量方法
Nicoll et al. Comparison of physical model tests with a time domain simulation model of a wave energy converter
CN207164267U (zh) 一种浅海区海底高精度重力测量***
CN112683339A (zh) 一种海底物理环境测量装置、测量***与测量方法
CN206410731U (zh) 海洋多参数剖面测量仪
CN111780852A (zh) 一种实时测量低频换能器深海性能的装置及方法
CN203011382U (zh) 一种智能微波验潮站
CN206114923U (zh) 一种海洋电磁采集站固定结构
CN205620560U (zh) 一种超浅海域海底高精度重力测量***
CN207317800U (zh) 一种深海逆式回声测量***
CN202273672U (zh) 地下井水位观测装置
Grace et al. Ocean wave forces on a subsurface sphere
CN113654529B (zh) 一种潮汐水位监测的智能监测装置及其工作方法
CN105925990B (zh) 一种海上风电基础阴极保护远程监测装置及其监测方法
CN211014673U (zh) 一种海底地磁日变观测装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180824