本发明专利技术提供一种波浪流场吸波传感装置和传感器，所述传感装置包括光纤和上下依次连接的浮球、刚性的支撑杆和弹性的圆座板，所述浮球、支撑杆和圆座板以所述支撑杆为中轴构成轴对称结构；所述光纤在所述圆座板上以所述圆座板的圆心为圆心围绕至少一圈后分别从所述圆座板圆心的左右侧引出所述圆座板，所述圆座板上的所述光纤与所述圆座板固定连接；所述圆座板的圆周用于与海洋结构物固定连接。本发明专利技术装置采用光纤和光纤信号替代电学元件和电信号进行传感，同时光纤以圆环方式布线形成对称结构，可提高装置在海洋环境中的耐久性、可靠性和测量精度，且轴对称结构使其对各向波浪作用的反应具有一致灵敏度。的反应具有一致灵敏度。的反应具有一致灵敏度。
【技术实现步骤摘要】
一种波浪流场吸波传感装置和传感器
[0001]本专利技术涉及流场监测设备
，尤其涉及一种波浪流场吸波传感装置和传感器。
技术介绍
[0002]海浪是海水在外力、重力与表面张力等共同作用下引起的海水运动形式。狭义的海浪是指风浪、涌浪以及近岸波浪的总称；广义的海浪还包括由天体引力、地震、火山爆发、山体滑坡、气压变化以及海水密度差异等多因素作用而形成的诸如海啸、风暴潮和海洋内波等引起的大范围海水波动。海水起伏和翻滚运动携带的能量可通过波浪能发电装置转化为电能，当然也会对海上结构物产生冲击破坏，因此，海浪监测对指导海洋工程建设、海洋经济开发、交通运输、捕捞养殖、高效发电等生产活动具有重大意义。目前，海浪监测的主要手段是通过在船舶、浮标、近岸岛屿海洋站上监测为主，其中所用的重要监测设备之一是波浪传感器。
[0003]波浪传感器从物理基本原理上可分为以下六种：1)光学视距测波仪；2)电阻和电容测波仪；3)压力测波仪；4)声学测波仪；5)重力测波仪；6)遥感测波仪。海浪监测的内容主要包括海况、波形、波高、波向和周期等多个维度。目前较为成熟的波浪传感器产品主要有如下几类：
[0004]测波杆是一插入水中的铅直杆件，主要用于测量波高和周期，方法简单而且经济。其主要原理是利用海浪起伏引起测波杆中电阻、电容、电磁特性的变化来测量海浪的波高和周期。
[0005]超声波测浪仪是一个放置于水下或水上的声纳回声定位系统，它由发射换能器、接收换能器、激发器和记录部分等构成。鱼群、碎浪、船舶等产生的异常反射信号会对海浪测量结果产生影响。
[0006]加速度测波仪主要基于海浪对浮标等漂浮物冲击产生的加速度进行测量，加速度传感器可封装在浮标防水腔体内部从而避免了海水腐蚀，因此具备灵敏度高、信号跟随性、耐久性好等优异特性，适于长期定点实时海浪监测。
[0007]激光测波系统主要是通过测量激光入射和反射的时间差获得海面反射信号来测量波高，激光测量获得的海浪轮廓分辨率可达到厘米级，但测量精度易受海面反射特性等诸多因素影响，相关技术目前仍在不断完善中。
[0008]应变仪波向计可通过波浪对吸波结构产生的冲击作用力来测量流速、浪向、频率等信息。例如在薄壁圆管表面贴4片应变片构成应变测量桥路，通过作用于一个安装在圆管顶部吸波球感应海浪方向，圆管的受力状态可确定波高、周期和浪向。
[0009]遥感测量主要依赖于海岸、勘测船、卫星和飞机等搭载的雷达和立体成像设备从陆、海、空、天多维度实现波浪的大范围全景立体测量，主要用于气象预报、波浪能勘测等宏观场景。而涉及海洋工程结构流固耦合分析等工程场景仍然主要依赖现场部署的波浪传感器。
[0010]上述基于电学元件的各类型波浪传感器的传感探头内部都含有金属电学元件，且均采用电缆传输电信号，而金属元件和电缆在海洋环境下存在抗腐蚀性能差、易受电磁干扰、远程测量信号衰减大等缺陷，因此其耐久性、可靠性和测量精度受到严重限制。
技术实现思路
[0011]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种波浪流场吸波传感装置和传感器，用于解决基于电学元件的现有波浪传感器结构在海洋环境中耐久性差、可靠性低和测量精度有限的问题。
[0012]本专利技术提供的一种波浪流场吸波传感装置，包括：光纤和上下依次连接的浮球、刚性的支撑杆和弹性的圆座板，所述浮球、支撑杆和圆座板以所述支撑杆为中轴构成轴对称结构；
[0013]所述光纤在所述圆座板上以所述圆座板的圆心为圆心围绕至少一圈后分别从所述圆座板圆心的左右侧引出所述圆座板，各圈光纤沿径向间隔分布，所述圆座板上的所述光纤与所述圆座板固定连接，其中，构成圆圈的所述光纤均与所述圆座板紧密连接，且非构成圆圈的所述光纤为铠装光纤；
[0014]所述圆座板用于与海洋结构物固定连接。
[0015]优选地，所述圆座板包括弹性圆板和底座；
[0016]所述底座设置有直径不大于所述弹性圆板直径的内孔，所述弹性圆板与所述内孔同轴，所述底座与所述弹性圆板通过沿所述内孔圆周均匀布置的多个螺栓连接；
[0017]所述光纤以所述弹性圆板的圆心为圆心围绕至少一圈后分别从圆心的左右侧引出所述底座；
[0018]所述底座与所述海洋结构物固定连接。
[0019]进一步优选地，所述圆座板还包括法兰盘，所述弹性圆板位于所述底座和所述法兰盘之间；
[0020]所述法兰盘沿圆周均匀设置有多个第一螺栓孔，所述弹性圆板沿圆周均匀设置有多个第二螺栓孔，所述底座沿所述内孔圆周均匀设置有多个第三螺栓孔，所述第一螺栓孔、第二螺栓孔和第三螺栓孔均一一对应，每个所述螺栓依次穿过一一对应的所述第一螺栓孔、第二螺栓孔和第三螺栓孔将所述法兰盘、弹性圆板和所述底座连接固定；
[0021]所述底座在其上端面的内孔圆心两侧分别设置有第一凹槽和第二凹槽，所述光纤自所述第一凹槽引入所述弹性圆板并在所述弹性圆板下端面围绕至少一圈后从所述第二凹槽引出。
[0022]更进一步优选地，所述第一凹槽和第二凹槽通过耐蚀材料密封；
[0023]所述法兰盘和所述弹性圆板之间设置有耐蚀材质的密封圈。
[0024]优选地，构成圆圈的所述光纤均采用耐蚀粘胶剂与所述圆座板紧密粘贴连接。
[0025]优选地，所述浮球为轴对称流线型壳体。
[0026]优选地，所述浮球、支撑杆和圆座板均为不锈钢材质。
[0027]优选地，所述支撑杆分别与所述浮球和所述圆座板焊接连接。
[0028]本专利技术的另一个目的是提供一种波浪流场传感器，包括OFDR分布式光纤解调仪和吸波传感模块；
[0029]所述吸波传感模块由至少一个上述的波浪流场吸波传感装置串联而成，其中，处于一端的所述波浪流场吸波传感装置的光纤自由端与所述OFDR分布式光纤解调仪连接，处于另一端的所述波浪流场吸波传感装置的光纤自由端连接信号衰减装置。
[0030]优选地，所述信号衰减装置为信号衰减器。
[0031]从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：
[0032]本专利技术提供的一种波浪流场吸波传感装置，通过所述支撑杆将所述浮球受到的波浪流场作用力传递至所述圆座板，使所述圆座板发生弹性形变，通过以圆环路线紧密连接在所述圆座板上的光纤来测量所述圆座板的应变分布并形成光纤信号，进而可通过获取和处理光纤信号得到波浪流场的大小和方向。本专利技术装置利用光纤具有体积小、重量轻、耐腐蚀、电磁免疫和信号传输距离长等优点，采用光纤和光纤信号替代电学元件和电信号进行传感，同时光纤以圆环方式布线形成对称结构，可保证在各个方向上的测量精度一致，避免了基于电学元件和电信号方式传感结构在海洋环境中耐久性差、可靠性低和测量精度有限的缺陷，提高了装置在海洋环境中的耐久性、可靠性和测量精度；通过所述浮球、支撑杆和圆座板构成轴对称结构，其对各向波浪作用的反应具有一致灵敏度，使本专利技术装置具有全浪向感知能力，且本装置零部件少，结构和制造工艺简单，制造和维护成本低。
附图说明
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种波浪流场吸波传感装置，其特征在于，包括光纤和上下依次连接的浮球、刚性的支撑杆和弹性的圆座板，所述浮球、支撑杆和圆座板以所述支撑杆为中轴构成轴对称结构；所述光纤在所述圆座板上以所述圆座板的圆心为圆心围绕至少一圈后分别从所述圆座板圆心的左右侧引出所述圆座板，各圈光纤沿径向间隔分布，所述圆座板上的所述光纤与所述圆座板固定连接，其中，构成圆圈的所述光纤均与所述圆座板紧密连接，且非构成圆圈的所述光纤为铠装光纤；所述圆座板用于与海洋结构物固定连接。2.根据权利要求1所述的一种波浪流场吸波传感装置，其特征在于：所述圆座板包括底座和弹性圆板；所述底座设置有直径不大于所述弹性圆板直径的内孔，所述弹性圆板与所述内孔同轴，所述底座与所述弹性圆板通过沿所述内孔圆周均匀布置的多个螺栓连接；所述光纤以所述弹性圆板的圆心为圆心围绕至少一圈后分别从圆心的左右侧引出所述底座；所述底座与所述海洋结构物固定连接。3.根据权利要求2所述的一种波浪流场吸波传感装置，其特征在于：所述圆座板还包括法兰盘，所述弹性圆板位于所述底座和所述法兰盘之间；所述法兰盘沿圆周均匀设置有多个第一螺栓孔，所述弹性圆板沿圆周均匀设置有多个第二螺栓孔，所述底座沿所述内孔圆周均匀设置有多个第三螺栓孔，所述第一螺栓孔、第二螺栓孔和第三螺栓孔均一一对应，每个所述螺栓依次穿过一一对应的所述第一螺栓孔、第二螺栓孔和第三螺栓孔将所述法兰盘、弹性圆板和所述底座连接固定；所述底座在其上...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨韬略，刘石，杨毅，陶涛，郭欣然，梁崇淦，王红星，刘志刚，陈文，
申请(专利权)人：南方电网电力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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