一种便携式波浪测量浮标的制作方法

1.本发明涉及一种便携式波浪测量浮标，属于测量浮标技术领域。


背景技术：

2.在进行海上科研试验或其他海上活动时往往需要监测当时、当地的海况数据。波浪测量浮标主要应用于在海上测量海况的场合，在各种科研试验和其他特定场合，需要快速测量海况。
3.现有技术中，基于加速度传感器的波浪浮标测波方法的产品存在测量精度不够准确、不方便携带、布放和回收等问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种便携式波浪测量浮标，所述浮标的通过外形及组成部件衡重布置决定了其拥有较好的随浪特性，可根据所述浮标的垂荡运动测量波浪高度，简单快速地在海上完成海况的测量，所述浮标结构简单，体积较小，方便携带、布放和回收。
5.为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
6.一种便携式波浪测量浮标，所述浮标的主要组成部件包括天线、浮标上部壳体、浮标下部壳体、设备安装板、电池组、传感器和配重块。
7.浮标上部壳体和浮标下部壳体均为圆台形壳体，二者下底面大小相同且无壳体，将浮标下部壳体倒置，浮标上部壳体和浮标下部壳体通过下底面周缘可拆卸固定密封连接，形成一个中空密闭的浮标壳体，浮标壳体顶部为浮标上部壳体的上底面，底部为浮标下部壳体的上底面。
8.浮标下部壳体的尺寸为：上底面直径为100mm，下底面直径为400mm，高度为250mm。浮标壳体的重心位置为距离浮标壳体底部125mm的高度位置。浮标下部壳体的尺寸和浮标壳体的重心位置可以同步等比例放大或缩小0.8～1.2。
9.优选浮标上部壳体和浮标下部壳体的厚度相同；更优选厚度为5mm。
10.所述可拆卸固定连接便于拆卸更换浮标壳体内部组成部件；所述可拆卸固定连接可以采用螺钉连接。
11.优选所述下底面周缘的连接面上设置有静密封装置，如o型密封圈等，保证浮标壳体的密封性。
12.优选浮标壳体顶部预留有吊装孔，在吊装孔中安装有吊环，便于所述浮标的布放和回收。
13.设备安装板、电池组、传感器和配重块位于浮标壳体内部。
14.天线的下部位于浮标壳体内部，紧固连接在设备安装板上，上部穿过浮标壳体顶部伸出至外界，并与浮标壳体顶部之间密封连接，天线伸出浮标壳体的长度为满足数据传输要求即可。
15.设备安装板顶部与浮标壳体顶部内侧紧固连接，垂直安装在浮标壳体内，保证不松脱即可；设备安装板上可预留安装孔，如螺纹孔，用于安装固定。
16.电池组固定安装在设备安装板上，可通过螺纹孔采用螺钉固定安装。电池组具体安装位置可在设备安装板上适当移动调整，与配重块配合实现浮标的重心位置调节功能，保证浮标的重心位置要求。
17.传感器固定安装在设备安装板上，可通过螺纹孔采用螺钉固定安装。传感器的安装位置为所述浮标的重心位置。
18.设备安装板上，优选从上向下依次固定安装有天线的下部、电池组和传感器。
19.配重块固定安装在浮标壳体底部；可采用粘接固定安装。配重块的具体尺寸和重量可按照与电池组共同调节保持浮标重心位置要求进行调整，以保证所述浮标具有优异的随浪特性。
20.所述浮标中：
21.天线用于将传感器采集到的运动信息传输到母船或岸基码头上，便于实时监测所述浮标所在区域的波浪高度。
22.设备安装板用于天线、电池组和传感器的安装固定。
23.电池组用于为所述浮标提供电力，由于电池组重量较重，因此还用于和配重块配合，共同调节所述浮标的重心位置。
24.传感器用于采集所述浮标的加速度信息，并通过天线将采集到的加速度信息传输到母船或岸基码头上。
25.配重块用于和电池组配合，共同调节所述浮标的重心位置。
26.优选浮标上部壳体的材料为玻璃钢或碳纤维等非金属材料，可减轻所述浮标的重量。
27.优选浮标下部壳体的材料为玻璃钢或碳纤维等非金属材料，可减轻所述浮标的重量。
28.更优选浮标上部壳体和浮标下部壳体的材料相同。
29.优选设备安装板的材料为铝合金或钛合金等防腐效果好的金属材料。
30.本发明所述的一种便携式波浪测量浮标，所述浮标适用于圆频率小于4rad/s的波浪测量，具有优异的随浪特性，所述浮标取补偿因子为1.01，即波高＝垂荡/1.01。
31.本发明所述的一种便携式波浪测量浮标的工作过程如下：
32.(1)将所述将浮标从母船或者岸基码头布放到水中；
33.(2)所述浮标在波浪中运动，传感器采集其运动信息，并通过天线将传感器采集到的运动信息传到母船或岸基码头，母船或岸基码头的操控人员根据传感器采集到的加速度信息经过二次积分处理得出所述浮标的运动信息，根据浮标随浪特性的仿真计算结果，当波浪频率小于4rad/s时，所述浮标取补偿因子为1.01，即波高＝垂荡/1.01；
34.(3)波浪测量过程完成后，母船行驶到所述浮标所在位置，完成所述浮标的回收。
35.步骤(1)中，当所述浮标壳体顶部预留有吊装孔时，在所述吊装孔上安装吊环，使用吊带将所述浮标从母船或者岸基码头布放到水中，考虑到所述浮标重量较轻，可使用吊车布放，也可使用人力直接布放。
36.有益效果
37.(1)本发明提供了一种便携式波浪测量浮标，所述浮标通过外形及组成部件衡重布置决定了其在圆频率小于4rad/s的波浪中具有优异的随浪特性，使其测量精度高；当波浪圆频率增大测量误差会变大；可根据所述浮标的垂荡运动测量波浪高度，简单快速地在海上完成海况的测量，所述浮标在波浪中随浪运动，浮标的垂荡与波高基本相等，综合仿真计算结果，当波浪频率小于4rad/s时，所述浮标取补偿因子为1.01，即波高＝垂荡/1.01。
38.(2)本发明提供了一种便携式波浪测量浮标，所述浮标中通过对浮标上部壳体的形状和浮标下部壳体具体形状尺寸的设计，使浮标在垂荡方向上获得了更多的回复力，在波浪作用下响应较快，使浮标整体具备较好的随浪特性。
39.(3)本发明提供了一种便携式波浪测量浮标，经过多次外形优化和重心位置优化后的仿真计算结果，结合浮标下部壳体具体形状尺寸，研究出了合适的重心位置，以使浮标具备良好的随浪特性。
40.(4)本发明提供了一种便携式波浪测量浮标，所述浮标中传感器的安装位置处于浮标重心位置，采集到的加速度信息经过简单处理直接用于表现波高信息。
41.(5)本发明提供了一种便携式波浪测量浮标，所述浮标壳体顶部预留有吊装孔，能完成快速投放和回收，实时测量局部位置的波浪高度，节省人力物力，结构设计简洁，具有重量轻，测量精度高，可靠性高，环境适应性好等优点。
42.(6)本发明提供了一种便携式波浪测量浮标，在保证浮标优异的随浪特性的前提下尽量缩小浮标的体积和质量，浮标壳体的材料为玻璃钢或碳纤维等非金属材料，可减轻所述浮标的重量，便于携带、布放和回收。设备安装板的材料为铝合金或钛合金等金属材料，可实现较好的防腐效果。
附图说明
43.图1为实施例1中一种便携式波浪测量浮标的外形示意图。
44.图2为实施例1中一种便携式波浪测量浮标的剖面图。
45.图3为实施例1中一种便携式波浪测量浮标垂荡方向上的随浪特性计算结果。
46.其中，1—天线，2—浮标上部壳体，3—浮标下部壳体，4—设备安装板，5—电池组，6—传感器，7—配重块
具体实施方式
47.下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不作为对本发明专利的限定。
48.实施例1
49.一种便携式波浪测量浮标，如图1和图2所示，所述浮标的主要组成部件包括天线1、浮标上部壳体2、浮标下部壳体3、设备安装板4、电池组5、传感器6和配重块7。
50.天线1的直径为20mm，长150mm。天线1用于将传感器6采集到的运动信息传输到母船或岸基码头上，便于实时监测所述浮标所在区域的波浪高度。
51.浮标上部壳体2为圆台形壳体，上底面直径为250mm，下底面无壳体且直径为400mm，高度为125mm，壳体厚度为5mm。浮标上部壳体2的材料为玻璃钢。
52.浮标下部壳体3为圆台形壳体，上底面直径为100mm，下底面无壳体且直径为400mm，高度为250mm，壳体厚度为5mm。浮标下部壳体3的材料为玻璃钢。
53.设备安装板4的总体尺寸为305mm
×
60mm
×
5mm；设备安装板4上预留有螺纹孔作为安装孔，用于固定安装天线1、电池组5和传感器6。设备安装板4的材料为钛合金。
54.电池组5为所述浮标提供电力，由于电池组5重量较重，因此还用于和配重块7配合，共同调节所述浮标的重心位置。
55.传感器6采用ax-3ds三轴加速度传感器，用于采集所述浮标的加速度信息，并通过天线1将采集到的加速度信息传输到母船或岸基码头上。
56.配重块7用于和电池组5配合，共同调节所述浮标的重心位置；配重块7为铅块。
57.本实施例所述的一种便携式波浪测量浮标中，主要组成部分的位置连接关系如下：
58.将浮标下部壳体3倒置，浮标上部壳体2和浮标下部壳体3通过二者的下底面周缘采用螺钉连接，周缘的连接面上设置有o型密封圈密封置，保证浮标壳体整体的密封性，形成一个中空密闭的浮标壳体，浮标壳体顶部为浮标上部壳体2的上底面，底部为浮标下部壳体3的上底面。在浮标壳体顶部预留有两个m5的吊装孔，吊装孔中安装吊环，便于所述浮标的布放和回收。
59.浮标壳体的重心位置为距离浮标壳体底部125mm的高度位置。
60.设备安装板4、电池组5、传感器6和配重块7位于浮标壳体内部。
61.天线1的下部位于浮标壳体内部，紧固连接在设备安装板4上，上部穿过浮标壳体顶部伸出至外界，并与浮标壳体顶部之间密封连接，天线1伸出浮标壳体的长度为125mm，满足数据传输要求即可。
62.设备安装板4顶部与浮标壳体顶部内侧紧固连接，垂直安装在浮标壳体内，保证不松脱即可。
63.设备安装板4上，从上向下依次固定安装有天线1的下部、电池组5和传感器6。
64.电池组5通过螺纹孔采用螺钉固定安装在设备安装板4上。电池组5安装位置为距离浮标壳体底部250mm高度处，与配重块7配合实现浮标的重心位置调节功能，保证浮标的重心位置要求。
65.传感器6通过螺纹孔采用螺钉固定安装在设备安装板4上。传感器6的安装位置为所述浮标的重心位置。
66.配重块7采用上底面直径为90mm，下底面直径为162mm，高度为60mm的铅块制造，粘接固定安装于浮标壳体底部，与电池组5配合实现所述浮标的重心位置调节功能，保证浮标的重心位置要求。
67.本实施例所述的一种便携式波浪测量浮标的工作过程如下：
68.(1)在浮标壳体顶部预留的吊装孔上安装吊环，使用吊带将所述浮标从母船或者岸基码头布放到水中，考虑到本实施例所述浮标重量较轻，可使用吊车布放，也可使用人力直接布放；
69.(2)所述浮标在波浪中运动，传感器6采集其运动信息，并通过天线1将传感器6采集到的运动信息传到母船或岸基码头，母船或岸基码头的操控人员根据浮标的传感器6采集到的加速度信息经过二次积分处理得出波浪浮标的运动信息，采用势流软件，根据所述浮标随浪特性的仿真计算结果，如图3所示，当波浪频率小于4rad/s时，所述浮标取补偿因子为1.01，即波高＝垂荡/1.01；
70.(3)波浪测量过程完成后，母船行驶到所述浮标所在位置，完成所述浮标的回收。
71.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种便携式波浪测量浮标，其特征在于：所述浮标的主要组成部件包括天线、浮标上部壳体、浮标下部壳体、设备安装板、电池组、传感器和配重块；浮标上部壳体和浮标下部壳体均为圆台形壳体，二者下底面大小相同且无壳体，将浮标下部壳体倒置，浮标上部壳体和浮标下部壳体通过下底面周缘可拆卸固定密封连接，形成一个中空密闭的浮标壳体；浮标下部壳体的尺寸为：上底面直径为100mm，下底面直径为400mm，高度为250mm；浮标壳体的重心位置为距离浮标壳体底部125mm的高度；浮标下部壳体的尺寸和浮标壳体的重心位置同步等比例放大或缩小范围为0.8～1.2；设备安装板、电池组、传感器和配重块位于浮标壳体内部；天线下部位于浮标壳体内部，紧固连接在设备安装板上，上部穿过浮标壳体顶部伸出至外界，并与浮标壳体顶部之间密封连接；设备安装板顶部与浮标壳体顶部内侧紧固连接，垂直安装在浮标壳体内；电池组和传感器固定安装在设备安装板上，传感器的安装位置为所述浮标的重心位置；配重块固定安装在浮标壳体底部。2.根据权利要求1所述的一种便携式波浪测量浮标，其特征在于：所述浮标适用于圆频率小于4rad/s的波浪测量，所述浮标取补偿因子为1.01，即波高＝垂荡/1.01。3.根据权利要求1所述的一种便携式波浪测量浮标，其特征在于：设备安装板上，从上向下依次固定安装有天线的下部、电池组和传感器。4.根据权利要求1所述的一种便携式波浪测量浮标，其特征在于：浮标上部壳体和浮标下部壳体的厚度相同。5.根据权利要求1所述的一种便携式波浪测量浮标，其特征在于：浮标上部壳体和浮标下部壳体的下底面周缘的连接面上设置有静密封装置密封连接。6.根据权利要求1所述的一种便携式波浪测量浮标，其特征在于：浮标壳体顶部预留有吊装孔，在吊装孔中安装有吊环。7.根据权利要求1所述的一种便携式波浪测量浮标，其特征在于：浮标上部壳体和浮标下部壳体的下底面周缘通过螺钉可拆卸固定连接，设备安装板上预留有螺纹孔，电池组和传感器通过螺纹孔采用螺钉固定安装在设备安装板上，配重块粘接固定安装在浮标壳体底部。8.根据权利要求1所述的一种便携式波浪测量浮标，其特征在于：设备安装板上，从上向下依次固定安装有天线下部、电池组和传感器；浮标上部壳体和浮标下部壳体的厚度相同；浮标上部壳体和浮标下部壳体的下底面周缘的连接面上设置有静密封装置密封连接；浮标壳体顶部预留有吊装孔，在吊装孔中安装有吊环；浮标上部壳体和浮标下部壳体的下底面周缘通过螺钉可拆卸固定连接，设备安装板上预留有螺纹孔，电池组和传感器通过螺纹孔采用螺钉固定安装在设备安装板上，配重块粘接固定安装在浮标壳体底部。9.根据权利要求1～8中任一项所述的一种便携式波浪测量浮标，其特征在于：浮标上部壳体和浮标下部壳体的材料为非金属材料；设备安装板的材料为防腐金属材料。10.根据权利要求9所述的一种便携式波浪测量浮标，其特征在于：浮标上部壳体和浮
标下部壳体的材料分别独立为玻璃钢或碳纤维，设备安装板的材料为铝合金或钛合金。

技术总结
本发明涉及一种便携式波浪测量浮标，属于测量浮标技术领域。所述浮标中，浮标上、下部壳体均为圆台形壳体，浮标下部壳体倒置后与浮标上部壳体通过下底面周缘连接，形成一个中空密闭的浮标壳体；浮标下部壳体尺寸为：上底面直径100mm，下底面直径400mm，高度250mm；浮标壳体重心位置为距浮标壳体底部125mm高度；浮标下部壳体尺寸和浮标壳体重心位置可同步等比例放大或缩小0.8～1.2；设备安装板、电池组、传感器和配重块位于浮标壳体内；电池组和传感器固连在设备安装板上，传感器安装位置为所述浮标的重心位置；配重块固连在浮标壳体底部。所述浮标随浪特性好，根据其垂荡运动即可测量波浪高度，精度高；结构简单，体积较小，重量轻，方便携带、布放和回收。布放和回收。布放和回收。


技术研发人员：万宇祥 李孟捷 鲁鹏 彭阿静 辛子豪
受保护的技术使用者：宜昌测试技术研究所
技术研发日：2022.12.09
技术公布日：2023/5/9