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)檢測波浪高度及水位高度的波高傳感器，尤其是一種大量程電容型波高傳感器。

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，造波過程中需要使用波高傳感器實(shí)時(shí)檢測波浪高度。

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

目前，在進(jìn)行波高測量時(shí)，一般采用小量程電容型波高傳感器，該小量程電容型傳波高感器結(jié)構(gòu)由兩根不銹鋼管構(gòu)成電容的兩極，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的測量場合，如果仍采用上述電容型波高傳感器結(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，從而影響測量精度，產(chǎn)生由于量程變大而導(dǎo)致測量精度低下的問題。

一種雙線式電容型波高傳感器(cn203422058u)，包括接地測桿、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)過所述接地測桿的一端，所述電容感應(yīng)絲的另一端與所述電路板連接。本發(fā)明能夠解決長距離傳送信號(hào)的過程中會(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題。

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)簡易、測量精度高的大量程電容型波高傳感器。

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

一種大量程電容型波高傳感器，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)相互平行的電容電極，所述兩個(gè)相互平行的電容電極與檢測電路相連接；所述兩個(gè)相互平行的電容電極的上端鉸裝在上張緊架上，該兩個(gè)相互平行的電容電極的下端鉸裝在下張緊架上。

而且，所述上張緊架的一側(cè)端面和底面為敞口結(jié)構(gòu)，該上張緊架頂部端面制有用于穿裝張緊螺栓的通孔，該張緊螺栓穿過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)左右對稱嵌入兩個(gè)上絕緣塊；所述兩個(gè)上絕緣塊分別與兩個(gè)相互平行的電容電極的上端安裝在一起，兩個(gè)相互平行的電容電極的下端分別與兩個(gè)下絕緣塊安裝在一起，所述下絕緣塊嵌裝在下張緊塊內(nèi)，所述下張緊塊可繞下張緊架上的轉(zhuǎn)軸左右旋轉(zhuǎn)。

而且，所述兩個(gè)相互平行的電容電極由兩條長度相同的鋼絲制成，所述鋼絲外包覆有絕緣層。

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塊的螺紋，所述下張緊塊與下張緊架上的轉(zhuǎn)軸采用軸孔連接，其前端的轉(zhuǎn)軸上同軸安裝有用于鎖緊下張緊塊的螺母和墊片。

而且，所述下張緊塊為一塊方板，在該方板左右兩側(cè)對稱制有用于穿裝兩個(gè)相互平行的電容電極的長槽，在該長槽內(nèi)嵌裝有下絕緣塊，所述兩個(gè)相互平行的電容電極的下端分別與嵌裝在長槽內(nèi)的兩個(gè)下絕緣塊安裝在一起。

而且，所述兩個(gè)相互平行的電容電極的兩端分別穿裝于對應(yīng)的上絕緣塊和下絕緣塊的凹槽內(nèi)，該兩個(gè)相互平行的電容電極的兩端穿過所述凹槽并通過卡環(huán)固裝在對應(yīng)的上絕緣塊和下絕緣塊上。

而且，在所述下絕緣塊的空隙處充滿絕緣膠。

而且，所述上張緊架和下張緊架分別通過多個(gè)脹管固裝在水槽或水池壁上。

而且，所述檢測電路包括c-t轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)、串行輸出模塊和電源模塊；所述c-t轉(zhuǎn)換模塊采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，該c-t轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與電容電極相連接，該c-t轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與單片機(jī)相連接，用于將傳感器電容量轉(zhuǎn)換為電容的充電時(shí)間信號(hào)后輸出至單片機(jī)，所述單片機(jī)用于將所述充電時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎糜谟?jì)算、傳輸和處理的數(shù)字量輸出至所述串行輸出模塊，并通過單片機(jī)串行接口與上位機(jī)通信；所述電源模塊的輸出端與c-t轉(zhuǎn)換模塊和單片機(jī)相連接并為其供電。

而且，所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的核心部件為555定時(shí)器，所述單片機(jī)為51單片機(jī)，所述電源模塊采用型號(hào)為lm7805的穩(wěn)壓芯片。

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)的兩個(gè)相互平行的電容電極(即：兩條長度相同的鋼絲)被拉緊，即便在測量量程較大的情況下，也能夠保證波高傳感器的兩個(gè)相互平行的電容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量精度；而且，在上張緊塊向上移動(dòng)拉緊兩個(gè)相互平行的電容電極的過程中，如果出現(xiàn)下張緊塊兩側(cè)的兩個(gè)相互平行的電容電極的張緊度不一致的情況發(fā)生時(shí)，可通過下張緊塊的左右旋轉(zhuǎn)，自動(dòng)調(diào)整兩個(gè)相互平行的電容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量精度，多次試驗(yàn)證明，本發(fā)明的大量程波電容型高傳感器的測量量程可達(dá)8-10m。

2、本發(fā)明的下張緊塊前端的轉(zhuǎn)軸上同軸安裝有用于鎖緊下張緊塊的螺母和墊片，從而防止下張緊塊在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，從下張緊架的轉(zhuǎn)軸上脫落。

3、本發(fā)明的兩個(gè)相互平行的電容電極的兩端(即：兩條長度相同的鋼絲的兩端)分別穿裝在上絕緣塊和下絕緣塊上的凹槽內(nèi)，并通過卡環(huán)固定在對應(yīng)的絕緣塊上，卡環(huán)用于鎖緊兩個(gè)相互平行的電容電極(即：鋼絲的兩端)以防止其脫出上絕緣塊和下絕緣塊。

4、本發(fā)明采用絕緣膠充滿下絕緣塊的空隙處，提高了電容型波高傳感器的防水性，確保兩條長度相同的鋼絲下端與水絕緣，進(jìn)而確保檢測的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是圖1的剖視圖；

圖3是圖2的a部局部放大圖；

圖4是本發(fā)明的檢測電路框圖；

圖5是本發(fā)明的檢測電路圖。

具體實(shí)施方式

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

一種大量程電容型波高傳感器，如圖1、圖2和圖3所示，包括固裝在水槽壁上或大型推波板上的上張緊架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)相互平行的電容電極，所述兩個(gè)相互平行的電容電極與檢測電路相連接；所述兩個(gè)相互平行的電容電極的上端鉸裝在上張緊架上，該兩個(gè)相互平行的電容電極的下端鉸裝在下張緊架上。

在本實(shí)施例中，所述上張緊架的一側(cè)端面和底面為敞口結(jié)構(gòu)，該上張緊架頂部端面制有用于穿裝張緊螺栓2的通孔，該張緊螺栓穿過所述通孔與置于上張緊架兩側(cè)內(nèi)壁之間的上張緊塊11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)左右對稱嵌入兩個(gè)上絕緣塊13；所述兩個(gè)上絕緣塊分別與兩個(gè)相互平行的電容電極的上端安裝在一起，兩個(gè)相互平行的電容電極的下端分別與兩個(gè)下絕緣塊7安裝在一起，所述下絕緣塊嵌裝在下張緊塊10內(nèi)，在上張緊塊向上移動(dòng)拉緊兩個(gè)相互平行的電容電極的過程中，下張緊塊可繞下張緊架上的轉(zhuǎn)軸5-2左右旋轉(zhuǎn)。所述兩條相互平行的電容電極由兩條長度相同的鋼絲4構(gòu)成，所述鋼絲外包覆有絕緣層15。

在本實(shí)施例中，所述下張緊架由下安裝板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塊的螺紋，所述下張緊塊與下張緊架上的轉(zhuǎn)軸采用軸孔連接，其前端的轉(zhuǎn)軸上同軸安裝有用于鎖緊下張緊塊的螺母8和墊片9，從而防止下張緊塊在自由轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，從下張緊架的轉(zhuǎn)軸上脫落。

在本實(shí)施例中，所述下張緊塊為一塊方板，在該方板左右兩側(cè)對稱制有用于穿裝兩個(gè)相互平行的電容電極(即兩條長度相同的鋼絲)的長槽6，在該長槽內(nèi)嵌裝有下絕緣塊，所述兩個(gè)相互平行的電容電極的下端分別與嵌裝在長槽內(nèi)的兩個(gè)下絕緣塊安裝在一起。

在本實(shí)施例中，在兩個(gè)上絕緣塊和兩個(gè)下絕緣塊上分別制有用于穿裝所述兩條相互平行的電容電極(兩條長度相同的鋼絲)的凹槽，所述兩條相互平行的電容電極的兩端分別穿裝于對應(yīng)的上絕緣塊和下絕緣塊的凹槽內(nèi)，該兩個(gè)相互平行的電容電極的兩端穿過所述凹槽并通過卡環(huán)12固裝在對應(yīng)的上絕緣塊和下絕緣塊上，所述卡環(huán)用于鎖緊鋼絲以防止兩條相互平行的電容電極在向上拉緊的過程中，脫出上絕緣塊和下絕緣塊的凹槽。

在本實(shí)施例中，在所述下絕緣塊的空隙處充滿絕緣膠14。

在本實(shí)施例中，所述上張緊架和下張緊架分別通過四個(gè)脹管3固裝在水槽或水池壁上。

在本實(shí)施例中，所述檢測電路如圖4和圖5所示，包括c-t轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)、串行輸出模塊和電源模塊；所述c-t轉(zhuǎn)換模塊采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，該c-t轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與電容電極相連接，該c-t轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與單片機(jī)相連接，該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的核心部件為555定時(shí)器，用于將傳感器電容量轉(zhuǎn)換為電容的充電時(shí)間信號(hào)輸出至單片機(jī)，所述單片機(jī)為51單片機(jī)，用于將所述充電時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎糜谟?jì)算、傳輸和處理的數(shù)字量輸出至所述串行輸出模塊，并通過單片機(jī)串行接口與上位機(jī)通信；所述電源模塊的輸出端與c-t轉(zhuǎn)換模塊和單片機(jī)相連接并為其供電。

本發(fā)明的大量程電容型波高傳感器測量精度不受電源精度的制約，因此采用一般的三端穩(wěn)壓器如lm7805組成的電源電路即可，它具有體積小、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的工作原理是：

本發(fā)明的上張緊架和下張緊架通過脹管固定至水槽或水池壁上，張緊螺栓穿過上張緊架頂部端面上的通孔與上張緊塊螺紋連接，兩個(gè)上絕緣塊嵌裝在上張緊塊中，下張緊塊與下張緊架為軸孔連接，螺母和墊片用于鎖緊下張緊塊，兩個(gè)下絕緣塊鑲嵌于下張緊塊中，兩根長度相同且包有絕緣層的鋼絲(即：兩個(gè)相互平行的電容電極)的兩端分別穿過上絕緣塊和下絕緣塊上的凹槽后，用卡環(huán)卡緊固定好，以防鋼絲脫出上絕緣塊和下絕緣塊，再用絕緣膠充滿下絕緣塊的空隙部分，確保兩條鋼絲下端與水絕緣。

順時(shí)針旋轉(zhuǎn)張緊螺栓時(shí)，上張緊塊在螺紋的作用下向上移動(dòng)，從而拉緊兩根鋼絲，且在拉緊鋼絲的過程中下張緊塊可繞下張緊架的轉(zhuǎn)軸左右旋轉(zhuǎn)，使得兩根鋼絲被拉緊并保持平行，確保了兩根電容電極的直線度和平行度，進(jìn)而保證了波高測量的精確度。在造波試驗(yàn)時(shí)，將下張緊架及部分鋼絲置于水位線以下，鋼絲的電容值隨著鋼絲浸沒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。