一种海浪实时监测预警系统的制作方法

1.本实用新型涉及海洋监测技术领域，特别是涉及一种海浪实时监测预警系统。


背景技术：

2.海洋灾害是指海洋自然环境发生异常或激烈变化，导致在海上或海岸发生的灾害。海洋灾害的种类有很多，主要有风暴潮、海浪等。其中，风暴潮(storm tide)是由于剧烈的大气扰动，如强风和气压骤变(通常指台风和温带气旋等灾害性天气系统)导致海水异常升降，同时和天文潮(通常指潮汐)叠加时的情况，如果这种叠加恰好是强烈的低气压风暴涌浪形成的高涌浪与天文高潮叠加则会形成更强的破坏力。
3.随着技术的发展，对于海洋灾害的预警需要预警设备，常见的设备包括悬浮设备和沉底设备。目前，风暴潮的的预警级别一般是根据浪高和潮位进行估算，传统的浪高监测预警设备投放不方便，独自作业周期短，从而难以及时且有效地对海浪进行监测预警。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有技术中难以对海浪进行持续有效地监测预警的技术问题，本实用新型提供一种海浪实时监测预警系统。
5.本实用新型公开一种海浪实时监测预警系统，其包括：固定杆、套筒、发电装置、传动装置以及报警装置。套筒顶部转动连接在固定杆上，且套筒内部设有空腔。发电装置设置在套筒的空腔内，发电装置包括转子转轴。转子转轴的底端转动式安装在套筒的底壁上。传动装置设置在套筒的顶端。传动装置包括输入轴、齿轮组、输出轴、以及单向传动组件。输入轴的一端通过齿轮组与固定杆传动连接，另一端通过单向传动组件与输出轴单向转动连接。输出轴固定连接在转子转轴顶端上。报警装置设置在套筒内部。报警装置包括处理器、无线通讯模块以及电源。处理器通过一个电流信号采集电路与发电装置通信连接。微处理器与无线通讯模块通信连接。处理器、发电装置以及无线通讯模块分别与电源电连接。
6.作为上述方案的进一步改进，海浪实时监测预警系统还包括：两根支架、漂浮板以及至少一根牵引绳。
7.两根支架分别与固定杆的两端固定连接。
8.漂浮板上表面与两根支架固定连接。
9.牵引绳固定连接在漂浮板的下表面。
10.作为上述方案的进一步改进，套筒顶部设置有耳板。耳板设置有两块，且分别固定连接在套筒顶部的相对两侧。两块耳板上分别开设有供固定杆贯穿的通孔，且两块耳板与固定杆转动连接。
11.作为上述方案的进一步改进，套筒的外侧还固定套设有至少一个箍环。两块耳板均与箍环固定连接。
12.作为上述方案的进一步改进，发电装置为摩擦纳米发电机。发电装置还包括软接触薄膜、定子薄膜以及固定在转子转轴上的安装板。定子薄膜设置为筒状，且同轴固定在套
筒的内壁上。软接触薄膜设置有多片，且多个软接触薄膜呈圆周阵列式分布在转子转轴的周向。每片软接触薄膜的一端与转子转轴的侧面固定，另一端与定子薄膜的表面接触但不固定。安装板设置有多块，且分别与多片软接触薄膜对应。每块安装板与软接触薄膜。
13.作为上述方案的进一步改进，齿轮组包括第一锥齿轮和第二锥齿轮。第一锥齿轮与输出轴的顶端固定连接。第二锥齿轮固定套接在固定杆上。第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合。
14.作为上述方案的进一步改进，单向传动组件采用棘轮单元或单向轴承。
15.作为上述方案的进一步改进，单向传动组件采用棘轮单元时，包括外轮、内轮、棘齿环、拨片以及弹性件。外轮的内部设有空腔，且底壁上开设有与空腔连通的通孔。外轮的底部转动连接在套筒的顶部。棘轮环固定连接在外轮的空腔内壁上。内轮同轴设置在外轮的空腔中，并与输出轴的顶端固定连接，进而与转子转轴相对固定。输出轴的底端依次贯穿外轮的通孔以及套筒的顶壁，并与转子转轴固定。内轮的侧面开设有收容槽。拨片的一端转动安装在收容槽内，另一端与棘齿环啮合。弹性件的两端分别与拨片以及收容槽的内壁固定连接。
16.作为上述方案的进一步改进，单向传动组件采用单向轴承时，单向轴承的外环转动式安装在套筒的顶部，并与输入轴固定连接。单向轴承的内环与输出轴固定连接，进而与转子转轴相对固定。
17.作为上述方案的进一步改进，电源为可充电式电池。
18.与现有技术相比，本实用新型公开的技术方案具有如下有益效果：
19.该海浪实时监测预警系统在海平面上架设固定杆以及转动式的套筒，套筒能够随海浪击打而发生随机方向的转动以及后续的钟摆运动，再利用传动装置将运动所产生的随机机械能转化为发电装置所需要的单向机械能，从而发电装置可以为报警装置持续提供电输出。在放电过程中，处理器可以根据预设时间段内的电流值来判断实时浪高，并利用无线通讯模块将浪高实时发送给远程的交互端，进而实现对海浪进行实时的监测和预警。另外，发电装置产生的电量还可以储存进电源中，继而为处理器以及无线通讯模块提供持续的电能，避免因电能耗尽而缩短独自作业周期，有效维持了监测预警的持续稳定运行，为海洋灾害的相关研究工作提供充分的数据支撑。
附图说明
20.图1为本实用新型较佳实施例中海浪实时监测预警系统的立体结构示意图；
21.图2为图1中套筒安装在固定杆上时的立体结构示意图；
22.图3为图2中套筒内发电装置的立体结构示意图；
23.图4为图2中传动装置的主视图；
24.图5为图4中外轮内部的立体结构示意图；
25.图6为图5中内轮的立体结构示意图；
26.图7为图4中外轮内部的俯视结构示意图；
27.图8为图2中报警装置安装在套筒内部底壁时的立体结构示意图。
28.主要元件符号说明
29.1、固定杆；2、套筒；21、耳板；22、箍环；31、转子转轴；32、软接触薄膜；33、定子薄
膜；34、安装板；41、输入轴；42、齿轮组；421、第一锥齿轮；422、第二锥齿轮；43、输出轴；44、单向传动组件；441、外轮；442、内轮；443、棘齿环；444、拨片；445、弹性件；51、处理器；52、无线通讯模块；53、电源；6、支架；7、漂浮板；8、牵引绳。
30.以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
33.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
34.请参阅图1，本实施例提供一种海浪实时监测预警系统，该海浪实时监测预警系统可以对近海岸的海浪进行实时的浪高监测，当浪高过高时还会发出预警信号。该海浪实时监测预警系统包括：固定杆1、套筒2、发电装置、传动装置以及报警装置，本实施例中，该系统还可以包括两根支架6、漂浮板7以及至少一根牵引绳8。
35.漂浮板7可以采用密度小于海水且结构强度高的材料，其上表面可以与两根支架6固定连接，两根支架6的顶端可以分别与固定杆1的两端固定连接。而漂浮板7的下表面可以设置有对称的两根牵引绳8。当漂浮板7可以将系统的主要部件设置在海面以上的一个预设高度，并且漂浮板7的面积可以自适应设置，确保在一定等级的风浪下不会被打翻。牵引绳7的长度可以设置的比漂浮板7距离海底的高度要长一些，牵引绳7底端可以通过锚或桩固定在海底，这样以来，不仅可以保证整个预警系统在一个预定的区域内漂浮，不会随风浪搁浅或漂到距离海岸线过远，而且通过适当长度的牵引绳7，在海面高度发生变化时(涨、退潮)，都能很好的保证漂浮板7保持在海面之上。
36.请参阅图2，套筒2顶部转动连接在固定杆1上，且套筒2内部设有空腔。本实施例中，套筒2顶部可以设置有耳板21。耳板21设置有两块，且分别固定连接在套筒2顶部的相对两侧。两块耳板21上分别开设有供固定杆1贯穿的通孔，且两块耳板21与固定杆1转动连接。另外，套筒2的外侧还可以固定套设有至少一个箍环22。两块耳板21均与箍环22固定连接。这样以来，可以增强套筒2本身的结构强度，也可以增强耳板21与套筒2之间的连接强度。当海浪附近的海浪拍打在套筒2上时，套筒2受到冲击，可以随耳板21一起与固定杆1发生相对的转动以及持续一段时间摆动，从而产生一定的机械能，这些机械能通过传动装置为发电装置提供持续的动力源。
37.请参阅图3，发电装置设置在套筒2的空腔内，本实施例中，发电装置可以采用摩擦纳米发电机，相较于传统基于电磁感应定律和电磁力定律的发电机，摩擦纳米发电机的重量较小，可以进一步提升漂浮在海面上的稳定性。发电装置包括转子转轴31，还可以包括软接触薄膜32、定子薄膜33以及固定在转子转轴31上的安装板34。
38.转子转轴31的底端转动式安装在套筒2的底壁上。定子薄膜33设置为筒状，且同轴固定在套筒2的内壁上。软接触薄膜32设置有五片，且多个软接触薄膜32呈圆周阵列式分布在转子转轴31的周向。每片软接触薄膜32的一端与转子转轴31的侧面固定，另一端与定子薄膜33的表面接触但不固定。安装板34设置有五块，且分别与多片软接触薄膜32对应。每块安装板34与软接触薄膜32。其中，当转子转轴31单向旋转时，软接触薄膜32持续与定子薄膜33摩擦产生静电荷，进而将单向旋转的机械能转化为持续的电信号输出，整个电输出过程与现有的摩擦纳米发电机原理相似，在此不再赘述。
39.请结合图4、图5和图6,，传动装置设置在套筒2的顶端，传动装置可以将套筒2随机性的转动或摆动传导为单向的转动。传动装置包括输入轴41、齿轮组42、输出轴43、以及单向传动组件44。输入轴41的一端通过齿轮组42与固定杆1传动连接，另一端通过单向传动组件44与输出轴43单向转动连接。输出轴43固定连接在转子转轴31顶端上。
40.本实施例中，齿轮组42可以包括第一锥齿轮421和第二锥齿轮422，二者均可采用耐腐蚀、耐冲刷的材质。第一锥齿轮421与输出轴43的顶端固定连接。第二锥齿轮422固定套接在固定杆1上。第一锥齿轮421与第二锥齿轮422啮合。通过齿轮组42，可以转换扭矩的方向，将套筒2的往复转动，转换为第一锥齿轮421的往复转动。
41.单向传动组件44可以采用棘轮单元，其包括外轮441、内轮442、棘齿环443、拨片444以及弹性件445。
42.外轮441的内部设有空腔，且底壁上开设有与空腔连通的通孔。外轮441的底部转动连接在套筒2的顶部。棘轮环固定连接在外轮441的空腔内壁上。
43.内轮442同轴设置在外轮441的空腔中，并与输出轴43的顶端固定连接，输出轴43的底端依次贯穿外轮441的通孔以及套筒2的顶壁，并与转子转轴31固定，进而实现内轮442与转子转轴31之间的相对固定。内轮442的侧面开设有收容槽。
44.拨片444的一端转动安装在内轮442上的收容槽内，另一端与棘齿环443啮合。弹性件445可以采用弹簧或簧片，其两端分别与拨片444以及收容槽的内壁固定连接。
45.如图7所示，第一锥齿轮421带动输入轴41转动时，会带动外轮441连同棘齿环443一起转动。当棘齿环443逆时针转动时，拨片444会受到各个棘齿的其中一面挤压，同时弹性件445受压，每接触完一个棘齿之后拨片444受到弹性件445作用会立即拨到下一个棘齿配合，整个过程中外轮441不带动内轮442转动。而当棘齿环443正时针转动时，由于棘轮特性，棘齿环443会连同拨片444一起驱使内轮442转动，进而驱使输出轴43以及转子转轴31进行单向旋转，为发电装置提供持续的机械能。
46.当然，在其他实施例中，单向传动组件44也可以替换为单向轴承。具体地，单向轴承的外环转动式安装在套筒2的顶部，并与输入轴41固定连接。单向轴承的内环与输出轴43固定连接，进而与转子转轴31相对固定。
47.请参阅图8，报警装置设置在套筒2内部的底壁上。报警装置包括处理器51、无线通讯模块52以及电源53。处理器51、无线通讯模块52以及电源53的主体结构均可以收容在用
于减震的外壳中，从而减少海浪冲击而对元器件造成的损伤。
48.处理器51通过一个电流信号采集电路与发电装置通信连接。微处理器51与无线通讯模块52通信连接。处理器51、发电装置以及无线通讯模块52分别与电源53电连接。
49.本实施例中，电源53可以采用可充电式锂电池，这样，发电装置发出的电量可以储存到电源53中。需要说明的是，可以将发电装置连接一个整流桥，从而将产生的交流电转变成直流电，在连接整流桥之后，可以并联电源53，从而将摩擦纳米发电机产生的电量储存。电源53能够循环充电，从而为微处理器51、无线通讯模块52反复的持续供电，有效提高监测预警系统的续航作业周期。
50.另外，报警装置还可以包括一个自动断电模块，可以在电源53储存的电容量达到峰值时自动断开与发电装置的连通，从而对充电电路起到保护作用。
51.上述的电流信号采集电路，可以采集发电装置在一个预设时间段内的产生的电流值，预设时间段可以根据经验值来设置时长。当然，电流信号采集电路也可替换为其他现有的具备电流采集功能模块。
52.本实施例中，处理器51可以采用单片机，根据预设时间段内采集到的电流值，来判断海浪的浪高以及强度。在实际操作过程中，可以预先设置实验，将本系统设置在容器中，利用造浪器产生不同高度的水浪，再统计不同浪高下预设时间段下产生的电流值，经过多组实验，最终可以生成一个浪高-电流值对照表。将此对照表以程序代码的形式写入到处理器51中，进而当整个系统漂浮海面上运用时，可以相对准确地得到不同的海浪浪高值。
53.处理器51在得到浪高后，可以定期控制无线通讯模块52向远程的设备(如手机、电脑、监测站等)发送海浪浪高值，从而可以实时地向用户反馈浪高，当然，在浪高值超过一个预警阈值后，还会向远程设备发送相应的预警信号，提醒到相关人员。这样一来，能够持续有效地起到监测预警效果，为海洋灾害的监测预警提供稳定、有效的数据支撑。
54.另外，在同一片相近的海域中，可以设置多组海浪实时监测预警系统，这样根据多组系统测得的数据进行拟合分析，可以得到更加准确可靠的数据，从而起到更加精确的监测、预警效果。
55.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
56.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。