摘要: 研究水力学中的波浪问题，对于分析水工建筑物泄洪消能对电站尾水的波动、下游水面的波动、通航水流条件等具有重要意义。开发一套由软、硬件组成的波高数据自动采集分析系统，并将其成功应用于乌江银盘水电站水力学整体模型。该系统方便、迅速、操作简便，可满足科研生产需要。由于采用面向对象方法开发，进一步开发功能十分方便。对波高传感器的测量原理、波高测量统计分析原理、系统软件设计及工程应用作了详细介绍。

关 键 词: 船模通航波高数据采集vc

中图分类号: tv139.2+5 文献标识码: a

1 概述

研究水力学中的波浪问题，分析水工建筑物泄洪消能对电站尾水的波动、下游水面的波动影响以及通航水流条件等具有重要意义。船舶在引航道内航行或停泊，对水流变化比较敏感，而引航道内水流又很复杂，常出现一些不利的流态，所以为保障船舶进出引航道安全，必须弄清引航道内的水流特性。

波高测量对于泄洪消能后电站尾水和下游水面波动，特别是对于航道通航问题，船队航行安全具有非常重要的意义。船舶（队）能否安全、方便、快速地进出船闸与其引航道，与口门区通航水流条件紧密相关，它涉及船闸所处的地形、地貌、水流、航道等具体条件，以及其它建筑物如冲沙闸、泄洪闸、电站厂房的布置等因素。因此，要求引航道、口门区纵横向流速不应过大，不应有复杂的流态，如泡漩、大强度涡流，不应有较高的波浪。因此，研究水利枢纽通航水流条件，考虑枢纽运行对通航流态的影响，保证船舶通航安全非常必要。

参考波浪指标可研究制定各种改善措施，改变非恒定流对航运的不利影响，满足船（队）的航行条件和停泊条件等各项标准，为内河通航建筑物方案的选型、论证提供科学依据。目前有关引航道通航水流的研究，国内主要依赖于实体模型及船模试验。水工模型波高测量中的基本问题，包括波高数据获取、波形参数分析和波形表示几部分。通常意义上的波高测量，首先是数据采量测量，其后进行波高参数的分析［1］。

现就波高测量系统阐述波高采集的硬件结构及软件系统测试的方法原理，并列举该系统在乌江银盘水电站泄洪消能水力学整体模型中的应用。

2 系统硬件框图

波高数据采集测量系统主要由计算机、直流电源、波高采集传感器、数据采集卡、系统软件和打印机等组成，图1是波高数 据采集测量系统的硬件表示。

波高传感器采用长江科学院自行研制的wh波高传感器。

采用的数据采集卡为usb2000a，该卡是usb总线兼容的数据采集板，可经usb电缆接入计算机，其a/d转换电路部分指标为:a/d分辨率12bit（4096）;非线性误差±1lsb（最大）;转换时间10μs;系统测量精度（满量程）0.1%;采样速率100k。使用的量程范围为:-5～+5v。

3 测量原理

3.1 波高传感器测量原理

在试验过程中，要实时采集波浪高度和波浪形状，这个采集是利用波高传感器来实现的。波高传感器是一种电容式传感器，由壳体和两个平行的电极构成，壳体内有信号放大电路。两个电极之间相当于一个电容，在空气中，两极之间的电容很小，电阻为∞。当把两个电极插入水中时，两极之间的电容和电阻随着水深的变化而变化。水中两极之间的电阻为r，水中两极之间的电容为cr 。其中r和cr 都是随着插入水中的深度h变化的。因此，cr 两端的电压u也是随h而变化的［2］ 。

由于每次测定前都要重新安装传感器，且将传感器任意放入模型航道测点处，相对水面位置是任意的，加之信号线路杂散寄生电容和仪器零漂等因素影响，因而每次测量前都有必要进行静水标零，静水标零数据，不仅是每次测量浪高计算的基准值，也可分析系统有无故障存在。

3.2 波高测量统计分析原理

波高与周期的测量包括最大波高、1/10最