本發(fā)明涉及測量儀器技術領域，具體是一種基于電容式傳感器的波浪爬高測量系統(tǒng)。

背景技術：

波浪作用于海堤結構時，水體沿海堤迎浪斜坡面上爬后的高程與靜水位的差值為波浪爬高。在海堤結構設計中，允許越浪的海堤堤頂高程的確定大多以波浪爬高作為控制指標，即堤頂高程應攔截某一累積率以下的波浪爬高，而部分大波則允許其越過堤頂。對于海堤堤頂?shù)脑O計高程而言，爬高數(shù)據(jù)至關重要，將直接影響工程的安全和造價，波浪爬高的研究多年來在海岸工程領域一直具有重要的科學意義和工程應用價值。

在波浪爬高的模型試驗中，目前國內各大高校及科研院所的爬高測量大多采用單波高儀法或目測法。單波高儀法是將波高儀直接布置于海堤模型上，儀器與模型迎浪面的貼合處布置較為不便，測得的數(shù)據(jù)信號需在試驗結束后另行導出、再處理數(shù)據(jù)、繼而進行統(tǒng)計分析后，方能得到各累積率的波浪爬高值，以決定下一組試驗方案如何調整，試驗效率低下、儀器布置不便是該方法的主要問題。目測法是將鋼直尺直接布置于海堤模型上，試驗人員通過觀察并記錄逐個波浪觸及的尺面讀數(shù)后換算成爬高值，該方法尺面與模型迎浪面的貼合處布置較為便利，但其測量精度完全取決于試驗人員的讀數(shù)經驗，同時無法獲取水體上爬高度的逐時過程，只能得到部分大波帶來的波浪爬高值再進行試驗后的人工統(tǒng)計，對于累積率偏低的爬高值及爬高平均值的統(tǒng)計回去吧結果并不準確。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服上述背景技術中的不足，提供一種基于電容式傳感器的爬高測量系統(tǒng)，可記錄波列作用下水體在斜坡面上的爬升過程，實時獲悉波浪爬升高度的時間分布及橫向空間分布，采集結束后軟件端立即統(tǒng)計得到各累積率爬高值，實現(xiàn)了波浪爬高的精確測量，且測量板的安置方便、數(shù)據(jù)導出簡捷。

本發(fā)明的技術方案是：

一種基于電容式傳感器的波浪爬高測量系統(tǒng)，其特征在于：由爬高測量模塊單元和數(shù)據(jù)處理單元組成；爬高測量模塊單元包括測量底板、用于調節(jié)測量底板與水平面角度的可調節(jié)支架、安裝在測量底板頂面的若干個電容式傳感器、與電容式傳感器依次連接的ad轉換模塊及第一無線收發(fā)裝置；數(shù)據(jù)處理單元包括上位機及與其連接的第二無線收發(fā)裝置，第一、第二無線收發(fā)裝置之間無線連接并傳輸數(shù)據(jù)。

所述測量底板的頂面平行開設有若干道凹槽，頂面的其余部分覆蓋有一層與模型海堤坡面糙率相同的加糙材料。

所述電容式傳感器安裝在凹槽內，電容式傳感器的敏感絲與測量底板的頂面平行。

所述底板的兩側邊沿設有橡膠軟墊片。

所述可調節(jié)支架包括支撐板以及伸縮桿，支撐板的一端通過自鎖鉸鏈連接在測量底板的底面，支撐板的另一端設有緊固螺栓，支撐板的中部通過伸縮桿與測量底板的底面活動鏈接。

所述第一、第二無線收發(fā)裝置之間通過zigbee網絡、wifi網絡、移動互聯(lián)網、藍牙中的任一種實現(xiàn)無線連接并傳輸數(shù)據(jù)。

所述ad轉換模塊、第一無線收發(fā)裝置與提供電源的鋰電池一起安裝在密封盒內，密封盒固定在測量底板上部，第一無線收發(fā)裝置的天線從密封盒伸出。

所述上位機包括數(shù)據(jù)處理模塊及與其連接的顯示屏、控制按鈕、通道選擇模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、巡檢模塊；數(shù)據(jù)處理模塊通過通道選擇模塊與第二無線收發(fā)裝置連接，從而與第一無線收發(fā)裝置傳輸數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明從測量原理上做出了改變，采用新型電容傳感器作為測量介質，采集的爬高數(shù)據(jù)信號更為精準、數(shù)據(jù)量更為豐富，并利用上位機進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，提高了測量精度及測量效率，使波浪爬高試驗更為科學便捷；可記錄波列作用下水體在斜坡面上的爬升過程，實時獲悉波浪爬升高度的時間分布及橫向空間分布，采集結束后上位機立即統(tǒng)計得到各累積率爬高值，實現(xiàn)了波浪爬高的精確測量，且測量底板的安置方便、數(shù)據(jù)導出簡捷。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的爬高測量模塊在波浪水槽中的布置結構圖。

圖2-1是本發(fā)明的爬高測量模塊的俯視結構示意圖。

圖2-2是本發(fā)明的爬高測量模塊的右視結構示意圖。

圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)框架示意圖。

圖4是本發(fā)明的檢測結果示意圖。

圖5是本發(fā)明的框架結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面通過附圖中示出的具體實施例來描述本發(fā)明。但是應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。

如圖1到圖5所示，一種基于電容式傳感器的波浪爬高測量系統(tǒng)，由爬高測量模塊單元4和數(shù)據(jù)處理單元組成。爬高測量模塊單元包括測量底板9、用于調節(jié)測量底板與水平面角度的可調節(jié)支架、安裝在測量底板頂面的若干個電容式傳感器6、與電容式傳感器依次連接的ad轉換模塊12-1及第一無線收發(fā)裝置12-2。數(shù)據(jù)處理單元包括上位機15及與其連接的第二無線收發(fā)裝置16，第一、第二無線收發(fā)裝置之間無線連接并傳輸數(shù)據(jù)。

所述測量底板的頂面平行開設有若干道凹槽，頂面的其余部分覆蓋有一層與模型海堤坡面糙率相同的加糙材料7，一般使用塑料草；在模型試驗前，在測量底板上打孔后，均勻布置塑料草，通過改變塑料草的高矮、稀疏(間距)，率定得到與模型迎浪護面結構相同的糙率，此為現(xiàn)有技術。所述電容式傳感器安裝在凹槽內，電容式傳感器的敏感絲6-1與測量底板的頂面平行。所述底板的兩側邊沿設有橡膠軟墊片8。

所述可調節(jié)支架包括支撐板14以及伸縮桿13，支撐板的一端通過自鎖鉸鏈(圖紙中省略)連接在測量底板的底面，支撐板的另一端設有緊固螺栓10，支撐板的中部通過伸縮桿與測量底板的底面活動鏈接。

所述第一、第二無線收發(fā)裝置均為現(xiàn)有成熟技術，兩者之間通過zigbee網絡、wifi網絡、移動互聯(lián)網、藍牙中的任一種實現(xiàn)無線連接并傳輸數(shù)據(jù)。所述ad轉換模塊、第一無線收發(fā)裝置與提供電源的鋰電池一起安裝在密封盒12內，密封盒固定在測量底板上部，第一無線收發(fā)裝置的天線11從密封盒伸出。

所述上位機包括數(shù)據(jù)處理模塊15-1及與其連接的顯示屏15-2(通常為觸摸屏)、控制按鈕15-5、通道選擇模塊15-6、數(shù)據(jù)存儲模塊15-3(例如可以采用移動硬盤)、巡檢模塊15-4。數(shù)據(jù)處理模塊通過通道選擇模塊以及rs232接口與第二無線收發(fā)裝置連接，從而通過第二無線收發(fā)裝置與第一無線收發(fā)裝置連接，選擇是采集一個電容式傳感器的數(shù)據(jù)還是同時采集多個電容式傳感器的數(shù)據(jù)。

本發(fā)明在使用過程中，首先是爬高測量模塊4的安裝，如圖1所示，安裝位置根據(jù)模型需要布置，圖1中有：造波機1、模型海堤斜坡面3、波浪水槽后端消浪裝置5；本發(fā)明提供的爬高測量模塊4布置于海堤斜坡面3的上部，爬高測量模塊的下端(即測量底板的下端)與試驗的靜水位齊平，安置時確保模型海堤斜坡面3與爬高測量模塊的連接處光滑平整過渡。爬高測量模塊的正面9-1(即測量面)對著波浪2的入射方向，通過可調節(jié)支架13的自鎖鉸鏈打開程度改變測量底板與水平面的角度，位置角度確定后，支撐板用螺絲10固定，從而將整個爬高測量模塊固定。固定完畢后，依照試驗需要選擇測量通道數(shù)，將對應數(shù)目的電容傳感器6固定于測量底板的凹槽內，以三根測桿為例，如圖2-1、圖2-2所示，電容傳感器6等間距安置在底板上，測量底板正面剩余部分用一層加糙材料7覆蓋，加糙材料的糙率與模型海堤坡面3的糙率相當，同時在底板兩側安裝橡膠軟墊片8，防止底板左右晃動而影響測量精度。測量底板和電容式傳感器安裝完成后，整個爬高測量模塊4的安裝便已完成。

數(shù)據(jù)處理單元主要用于采集信號的收發(fā)及信號轉換，如圖3所示，第二無線收發(fā)裝置18與上位機15通訊采用rs232串口方式，第二無線收發(fā)裝置與爬高測量模塊的第一無線收發(fā)裝置采用zigbee無線通訊來接收數(shù)據(jù)信號。在上位機15內完成試驗數(shù)據(jù)測量采集及數(shù)據(jù)分析。

試驗過程中，所有操作全部在上位機完成。其中，控制按鈕、通道選擇模塊以及巡檢模塊等可以是物理模塊，也可以用在上位機中預裝軟件的形式來替代。數(shù)據(jù)的采集、停止及存儲等操作如圖4所示，堤前出現(xiàn)穩(wěn)定波面后，單擊“采集”按鈕，自動記錄每個波作用下水面爬升的高度過程并在軟件界面中實時顯示，軟件自動識別某個爬升過程的水面最高值即為1個波浪爬高值。造波結束后，單擊“停止”按鈕，軟件右側數(shù)據(jù)欄中立即顯示程序統(tǒng)計后的各累積率波浪爬高值及其他信息，再單擊“存儲”按鈕，試驗數(shù)據(jù)自動保存為excel格式(存儲在數(shù)據(jù)存儲模塊中)，點擊“導出”按鈕后即可結束。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。