本發(fā)明屬于港口及近海工程物理模型實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)領(lǐng)域，涉及用于實(shí)時(shí)檢測(cè)波浪高度及水位高度的波高傳感器，尤其是一種大量程電阻型波高傳感器。

背景技術(shù)：

在港口及近海工程實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)領(lǐng)域，造波是進(jìn)行物理模型試驗(yàn)研究的一種必備實(shí)驗(yàn)方法，造波過(guò)程中需要使用波高傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)波浪高度。

一般的液位測(cè)量，因液位的變化相對(duì)緩慢且液面平整，因此超聲波、激光、雷達(dá)、電阻、電容、壓力、浮子等液位計(jì)都可以滿足測(cè)量需求。波高測(cè)量是液位測(cè)量的一種，因?yàn)橐何蛔兓杆?，所以壓力、浮子式測(cè)量方式便無(wú)法使用，又因?yàn)橐好娣浅２黄秸?，所以超聲波、激光、雷達(dá)等方式都無(wú)法使用，因此，波高測(cè)量?jī)H可選擇電阻或電阻測(cè)量方式。

目前，在進(jìn)行波高測(cè)量時(shí)，一般采用小量程電阻型波高傳感器，該小量程電阻型傳波高感器由兩根不銹鋼管構(gòu)成電阻的兩極，但試驗(yàn)表明，只有在量程較小時(shí)(量程小于2m)，才能夠保證兩根鋼管之間的平行度和每根鋼管的直線度，從而確保測(cè)量精度。但當(dāng)量程較大時(shí)(量程大于2m)，甚至量程大于8m的測(cè)量場(chǎng)合，如果仍采用上述電阻型波高傳感器結(jié)構(gòu)，那么兩根鋼管之間的平行度和每根鋼管的直線度都無(wú)法保證，而兩根鋼管之間平行度和直線度直接影響波高傳感器的線性度，從而影響測(cè)量精度，產(chǎn)生由于量程變大而導(dǎo)致測(cè)量精度低下的問(wèn)題。

通過(guò)檢索，發(fā)現(xiàn)一篇與本專利申請(qǐng)相關(guān)的公開(kāi)專利文獻(xiàn)：

一種雙線式電容型波高傳感器(cn203422058u)，包括接地測(cè)桿、電容感應(yīng)絲、集線軸、上彈簧鎖絲、彈簧、下彈簧鎖絲、連接塊、電路板、手柄內(nèi)腔和手柄套筒，所述連接塊和所述電路板均固定在所述手柄內(nèi)腔上，所述手柄內(nèi)腔固定在所述手柄套筒內(nèi)；所述彈簧的一端套在所述上彈簧鎖絲上，所述上彈簧鎖絲與所述集線軸連接，所述彈簧的另一端套在所述下彈簧鎖絲上，所述下彈簧鎖絲與所述連接塊連接；其特征在于，所述電容感應(yīng)絲為相互平行的兩根，兩根所述電容感應(yīng)絲均與所述接地測(cè)桿平行，且所述電容感應(yīng)絲在所述集線軸上匯聚之后依次穿過(guò)所述集線軸上的中心孔、所述上彈簧鎖絲、所述彈簧、所述連接塊和所述下彈簧鎖絲，所述電容感應(yīng)絲的一端環(huán)過(guò)所述接地測(cè)桿的一端，所述電容感應(yīng)絲的另一端與所述電路板連接。本發(fā)明能夠解決長(zhǎng)距離傳送信號(hào)的過(guò)程中會(huì)存在電磁干擾和電壓損耗的情況從而影響采集精度的問(wèn)題。

通過(guò)技術(shù)特征的對(duì)比，上述公開(kāi)專利文獻(xiàn)與本專利申請(qǐng)有較大的不同。

因此，在大比尺水工試驗(yàn)中，如何找到一個(gè)適用于大量程情況下的高精度波高傳感器,成為本領(lǐng)域技術(shù)人員所面臨的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、測(cè)量精度高的大量程電阻型波高傳感器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種大量程電阻型波高傳感器，包括上張緊架和下張緊架，在所述上張緊架和下張緊架之間固定連接有兩個(gè)相互平行的電阻電極，兩個(gè)相互平行的電阻電極與檢測(cè)電路相連接；所述兩個(gè)相互平行的電阻電極由一條整體鋼絲繩制成，該整體鋼絲繩的中部鉸裝在下張緊架上，該整體鋼絲繩的兩端鉸裝在上張緊架上。

而且，所述上張緊架的一側(cè)端面和底面為敞口結(jié)構(gòu)，該上張緊架頂部制有用于穿裝張緊螺栓的通孔，該張緊螺栓穿過(guò)所述通孔與置于上張緊架兩側(cè)內(nèi)壁之間的上張緊塊螺紋連接；該上張緊塊內(nèi)左右對(duì)稱嵌裝有兩個(gè)上絕緣塊；所述整體鋼絲繩中部繞過(guò)安裝在下張緊架上的下張緊輪的溝槽，所述整體鋼絲繩的兩端分別與所述兩個(gè)上絕緣塊安裝在一起。

而且，所述兩條相互平行的電阻電極分別穿裝在兩個(gè)上絕緣塊上的凹槽內(nèi)，該兩條相互平行的電阻電極穿過(guò)所述凹槽并通過(guò)卡環(huán)固定在對(duì)應(yīng)的上絕緣塊上。

而且，所述下張緊架由下安裝板和固裝在下安裝板上的轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)軸前端制有用于安裝下張緊輪的螺紋，所述下張緊輪與下張緊架上的轉(zhuǎn)軸采用軸孔連接，該下張緊輪采用絕緣材料制成，其前端的轉(zhuǎn)軸上同軸安裝有用于鎖緊下張緊輪的螺母和墊片。

而且，所述上張緊架和下張緊架分別通過(guò)四個(gè)脹管固裝在水槽或水池壁上。

而且，所述檢測(cè)電路包括：振蕩器、第一v/a轉(zhuǎn)換模塊、乘法器、濾波模塊、放大模塊和第二v/a轉(zhuǎn)換模塊；所述振蕩器輸出端分別與第一v/a轉(zhuǎn)換模塊和乘法器的一輸入端相連接，所述第一v/a轉(zhuǎn)換模塊的輸出端通過(guò)電阻電極與乘法器的另一輸入端相連接，用于將振蕩器輸出的鋸齒波電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為恒流信號(hào)后經(jīng)過(guò)電阻電極輸出至乘法器；所述乘法器的輸出端依次與濾波模塊和放大模塊相連接，用于將振蕩器和電阻電極輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行合成后通過(guò)濾波模塊和放大模塊進(jìn)行濾波、放大處理；所述放大模塊的輸出端與第二v/a轉(zhuǎn)換模塊相連接，用于將濾波、放大處理后的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；所述第二v/a轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與上位機(jī)相連接，用于遠(yuǎn)距離采集第二v/a轉(zhuǎn)換模塊輸出的電流信號(hào)并在上位機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理和顯示。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1、本發(fā)明可用于實(shí)時(shí)采集大幅度變化的波浪高度，當(dāng)旋轉(zhuǎn)上張緊架上張緊螺栓時(shí)，上張緊塊隨之向上移動(dòng)，從而使安裝在上絕緣塊內(nèi)的整體鋼絲繩的兩端被拉緊，即便在測(cè)量量程較大的情況下，也能夠保證波高傳感器的兩個(gè)電阻電極的直線度和平行度，進(jìn)而確保了大量程波高傳感器的測(cè)量精度；而且，在上張緊塊向上移動(dòng)拉緊鋼絲的過(guò)程中，如果出現(xiàn)下張緊輪兩側(cè)的兩個(gè)電阻電極的張緊度不一致的情況發(fā)生時(shí)，可通過(guò)下張緊輪的自由旋轉(zhuǎn)，自動(dòng)調(diào)整兩個(gè)電阻電極的直線度和平行度，更進(jìn)一步確保了大量程波高傳感器的測(cè)量精度，多次試驗(yàn)證明，本發(fā)明的大量程電阻型波高傳感器的測(cè)量量程可達(dá)8-10m。

2、本發(fā)明的兩個(gè)相互平行的電阻電極(即：整體鋼絲繩的兩端)穿裝在上絕緣塊上的凹槽內(nèi)，其上端穿過(guò)所述凹槽并通過(guò)卡環(huán)固定在對(duì)應(yīng)的上絕緣塊上，卡環(huán)用于鎖緊電阻電極(即：整體鋼絲繩的兩端)以防止其脫出對(duì)應(yīng)的上絕緣塊。

3、本發(fā)明的下張緊輪前端的轉(zhuǎn)軸上同軸安裝有用于鎖緊下張緊輪的螺母和墊片，從而防止下張緊輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，從下張緊架的轉(zhuǎn)軸上脫落。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的剖視圖；

圖3是本發(fā)明的檢測(cè)電路框圖；

圖4是電流源與電阻電極的連接示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步詳述：

一種大量程電阻型波高傳感器，如圖1和圖2所示，包括固裝在水槽壁上或大型推波板的上張緊架1和下張緊架5，在所述上張緊架和下張緊架之間固定連接有兩個(gè)相互平行的電阻電極，兩個(gè)相互平行的電阻電極與檢測(cè)電路相連接；所述兩個(gè)相互平行的電阻電極由一條整體鋼絲繩制成，該整體鋼絲繩的中部鉸裝在下張緊架上，該整體鋼絲繩的兩端鉸裝在上張緊架上。

所述上張緊架的一側(cè)端面和底面為敞口結(jié)構(gòu)，該張緊架頂部制有用于穿裝張緊螺栓2的通孔，該張緊螺栓穿過(guò)所述通孔與置于上張緊架兩側(cè)內(nèi)壁之間的上張緊塊9螺紋連接，當(dāng)旋轉(zhuǎn)張緊螺栓時(shí)，所述上張緊塊可沿所述上張緊架兩側(cè)內(nèi)壁向上移動(dòng)；該上張緊塊內(nèi)左右對(duì)稱嵌裝有兩個(gè)上絕緣塊11；所述兩條相互平行的電阻電極由一條整體鋼絲繩4制成，所述整體鋼絲繩的中部繞過(guò)安裝在下張緊架上的下張緊輪8的溝槽，所述整體鋼絲繩的兩端分別與所述兩個(gè)上絕緣塊安裝在一起，當(dāng)所述上張緊塊向上移動(dòng)時(shí)，繞過(guò)下張緊輪的兩個(gè)相互平行的電阻電極(整體鋼絲繩的兩端)被拉緊，且鋼絲的兩端被拉緊時(shí)可保證下張緊輪兩側(cè)的鋼絲相互平行。

在本實(shí)施例中，所述兩條相互平行的電阻電極(整體鋼絲繩的兩端)分別穿裝在兩個(gè)上絕緣塊上的凹槽內(nèi)，該整體鋼絲繩的兩端穿過(guò)所述凹槽并通過(guò)卡環(huán)10固定在對(duì)應(yīng)的上絕緣塊上，所述卡環(huán)用于鎖緊鋼絲以防止脫出上絕緣塊。

在本實(shí)施例中，所述下張緊架5由下安裝板5-1和固裝在下安裝板上的轉(zhuǎn)軸5-2構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)軸前端制有用于安裝下張緊輪的螺紋，所述下張緊輪與下張緊架上的轉(zhuǎn)軸采用軸孔連接，該下張緊輪采用絕緣材料制成，其前端的轉(zhuǎn)軸上同軸安裝有用于鎖緊下張緊輪的螺母6和墊片7，從而防止下張緊輪在左右轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，從下張緊架的轉(zhuǎn)軸上脫落。

在本實(shí)施例中，所述上張緊架和下張緊架分別通過(guò)四個(gè)脹管3固裝在水槽或水池壁上。

在本實(shí)施例中，所述檢測(cè)電路如圖3所示，包括振蕩器、第一v/a轉(zhuǎn)換模塊、乘法器、濾波模塊、放大模塊和第二v/a轉(zhuǎn)換模塊；

所述振蕩器輸出端分別與第一v/a轉(zhuǎn)換模塊和乘法器的一輸入端相連接，所述第一v/a轉(zhuǎn)換模塊的輸出端通過(guò)電阻電極與乘法器的另一輸入端相連接，用于將振蕩器輸出的鋸齒波電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為恒流信號(hào)后經(jīng)過(guò)電阻電極輸出至乘法器；所述乘法器的輸出端依次與濾波模塊和放大模塊相連接，用于將振蕩器和電阻電極輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行合成后通過(guò)濾波模塊和放大模塊進(jìn)行濾波、放大處理；所述放大模塊的輸出端與第二v/a轉(zhuǎn)換模塊相連接，用于將濾波、放大處理后的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；所述第二v/a轉(zhuǎn)換模塊的輸出端通過(guò)通訊電纜與上位機(jī)側(cè)的采集卡相連接，用于遠(yuǎn)距離采集第二v/a轉(zhuǎn)換模塊輸出的電流信號(hào)并在上位機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理和顯示。

下面分別對(duì)檢測(cè)電路內(nèi)各模塊的作用進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

(1)振蕩器

因?yàn)樗姇r(shí)會(huì)產(chǎn)生極化作用，導(dǎo)致電阻值持續(xù)變化，影響測(cè)量。因此，使用振蕩器輸出一個(gè)鋸齒波，作為的測(cè)量電源，以消除水極化作用的影響。

(2)第一v/a轉(zhuǎn)換模塊

把電壓源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏髟矗阌跈z測(cè)，轉(zhuǎn)換后輸出一個(gè)電流波形。

(3)電阻電極

如圖4所示，加在電阻電極上的是電流源，因此電阻電極輸出的電壓值僅與電阻電極的電阻值有關(guān)，則電阻電極輸出電壓波形。

(4)乘法器

振蕩器和電阻電極分別將電壓波形輸出至乘法器，由乘法器將振蕩器和電阻電極輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行合成，經(jīng)過(guò)乘法運(yùn)算之后，輸出變化后的電壓波形。

(5)濾波、放大模塊

實(shí)際上，該電壓波形(方波)都不可能是非常規(guī)則的，不會(huì)都是“直角”，因此，經(jīng)過(guò)濾波處理后輸出變化后的電壓波形圖，并將該電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理。

(6)第二v/a轉(zhuǎn)換模塊

用于將放大后的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)，利于遠(yuǎn)距離傳輸，且電流傳輸?shù)目垢蓴_能力強(qiáng)。

本發(fā)明的工作原理是：

首先將鋼絲繞過(guò)下張緊輪的溝槽，并將鋼絲的兩端分別穿過(guò)兩個(gè)上絕緣塊上的凹槽后，使用兩個(gè)卡環(huán)卡緊。鋼絲安裝完成之后，再通過(guò)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)張緊螺栓，上張緊塊在螺紋的作用下向上移動(dòng)，從而拉緊鋼絲的兩端，且在拉緊鋼絲的過(guò)程中下張緊輪可繞下張緊架上的轉(zhuǎn)軸自由旋轉(zhuǎn)，使得轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的兩根鋼絲拉直并保持平行。

造波試驗(yàn)時(shí)，將下張緊架和部分鋼絲置于水位線12以下，鋼絲的電阻值隨著鋼絲浸沒(méi)水中的深度的改變而線性變化。

需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于具體實(shí)施方式中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。