“數(shù)字波高儀”是一種用于測量水面波浪高度的電子儀器。它通常指的是將傳感器（探頭）感知到的波浪高度變化轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行輸出、記錄和分析的裝置。

以下是關(guān)于數(shù)字波高儀的詳細(xì)介紹：

1. 核心原理：

• 濾波： 去除噪聲干擾。

• 校準(zhǔn)： 根據(jù)標(biāo)定參數(shù)（如電壓與實(shí)際水深的對(duì)應(yīng)關(guān)系）轉(zhuǎn)換為實(shí)際的波高數(shù)值（單位通常是米或厘米）。

• 記錄： 存儲(chǔ)在內(nèi)存或存儲(chǔ)卡中。

• 分析： 實(shí)時(shí)或事后計(jì)算波浪參數(shù)，如有效波高、最大波高、平均波高、周期、波譜等。

• 輸出： 通過數(shù)字接口（如RS232, RS485, USB, Ethernet, SDI-12, CAN總線等）或無線方式（如Wi-Fi, LoRa, 蜂窩網(wǎng)絡(luò)）傳輸?shù)接?jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)記錄器或云平臺(tái)。

• 探頭電阻的變化被測量電路（通常是惠斯通電橋或恒流源電路）檢測，并轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)。

• 這個(gè)模擬電壓信號(hào)隨后被一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這個(gè)轉(zhuǎn)換過程是“數(shù)字”波高儀的核心標(biāo)志。

• 傳感部分： 常用的類型是電阻式波高儀。它通常由一對(duì)或多對(duì)平行排列、絕緣良好的細(xì)金屬絲（電極）組成。當(dāng)波浪經(jīng)過時(shí)，水面高度變化導(dǎo)致電極之間被水浸沒的長度發(fā)生變化。

• 物理量轉(zhuǎn)換： 水的導(dǎo)電性（電阻）與空氣不同。隨著浸沒長度變化，兩電極之間的電阻值會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。

• 信號(hào)轉(zhuǎn)換 (模擬 -> 數(shù)字)：

• 數(shù)據(jù)處理與輸出： 數(shù)字信號(hào)被傳輸給微處理器或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在這里，信號(hào)可以被：

2. 主要組成部分：

• 探頭/傳感器： 直接接觸水面，感知水位變化（電阻式、電容式等）。

• 信號(hào)調(diào)理與采集單元： 包含測量電路、ADC轉(zhuǎn)換器、微處理器。通常密封在防水外殼內(nèi)，靠近探頭或位于岸上/實(shí)驗(yàn)設(shè)施上。

• 電源： 提供工作電力，可以是電池、太陽能板或外部直流電源。

• 通信接口： 用于數(shù)據(jù)傳輸。

• 數(shù)據(jù)處理與顯示單元 (可選)： 可以是專用的數(shù)據(jù)采集箱、計(jì)算機(jī)或云服務(wù)器，用于接收、存儲(chǔ)、顯示和分析數(shù)據(jù)。

• 安裝支架/固定裝置： 用于將探頭穩(wěn)定地固定在測量位置（如海底支架、水槽側(cè)壁、碼頭樁柱、浮標(biāo)等）。

• 校準(zhǔn)設(shè)備： 用于建立電壓信號(hào)與實(shí)際水深的精確關(guān)系（非常重要！）。

3. 關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn) (得益于數(shù)字化)：

• 高精度與分辨率： ADC轉(zhuǎn)換器可以提供很高的分辨率（如16位、24位），實(shí)現(xiàn)毫米甚至亞毫米級(jí)的波高測量精度。

• 抗干擾能力強(qiáng)： 數(shù)字信號(hào)傳輸不易受長電纜衰減和電磁干擾的影響，穩(wěn)定性更好。

• 高采樣率： 可輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)十Hz甚至數(shù)百Hz的高速采樣，準(zhǔn)確捕捉波浪的快速變化細(xì)節(jié)。

• 靈活的數(shù)據(jù)處理： 內(nèi)置微處理器可進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波、統(tǒng)計(jì)計(jì)算和參數(shù)提取。

• 便捷的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸： 數(shù)據(jù)以數(shù)字形式存儲(chǔ)，易于復(fù)制、備份和通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸。

• 易于集成： 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口方便與其他傳感器（如流速儀、水位計(jì)、氣象站）或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成。

• 遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制： 可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問、參數(shù)設(shè)置和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控。

4. 主要應(yīng)用領(lǐng)域：

• 海岸與海洋工程： 港口、防波堤、海岸防護(hù)工程的設(shè)計(jì)、施工監(jiān)測和運(yùn)營維護(hù)；波浪能裝置測試。

• 水利工程與水文學(xué)： 水庫、河流、湖泊的波浪觀測；洪水預(yù)警；泥沙輸移研究。

• 實(shí)驗(yàn)室研究： 物理模型試驗(yàn)（如水槽、港池試驗(yàn)）中的波浪測量，是重要的基礎(chǔ)測量設(shè)備。

• 船舶與海洋平臺(tái)： 監(jiān)測船舶運(yùn)動(dòng)、平臺(tái)響應(yīng)、甲板上浪。

• 環(huán)境監(jiān)測： 監(jiān)測風(fēng)暴潮、海嘯預(yù)警（常與其他傳感器配合）、近岸環(huán)境變化研究。

• 航海與漁業(yè)： 提供實(shí)時(shí)的海況信息。

5. 選擇與使用注意事項(xiàng)：

• 測量范圍與精度： 根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適量程和精度的型號(hào)。

• 采樣率： 需滿足奈奎斯特采樣定理，通常要求采樣率至少是感興趣的最高波浪頻率的2倍以上，實(shí)際應(yīng)用中常取10倍以上。

• 分辨率： 決定能分辨的最小波高變化。

• 環(huán)境適應(yīng)性： 考慮鹽度、溫度、生物附著（如藤壺）、腐蝕、水深、流速等因素，選擇合適的探頭材料和防護(hù)等級(jí)。

• 安裝方式： 確保探頭安裝穩(wěn)固，位置符合測量要求（如避免湍流、氣泡干擾），垂直度良好。

• 校準(zhǔn)： 定期校準(zhǔn)至關(guān)重要！校準(zhǔn)應(yīng)在盡可能接近實(shí)際使用條件的靜水中進(jìn)行，建立電壓/數(shù)字讀數(shù)與實(shí)際水深的精確對(duì)應(yīng)關(guān)系。水質(zhì)（尤其是鹽度）變化會(huì)影響校準(zhǔn)。

• 供電與通信： 根據(jù)現(xiàn)場條件選擇合適的供電方案和數(shù)據(jù)傳輸方式。

• 數(shù)據(jù)處理軟件： 配套軟件的功能是否滿足數(shù)據(jù)分析需求。

總結(jié)：

數(shù)字波高儀是現(xiàn)代波浪測量中的核心設(shè)備。它利用傳感技術(shù)（尤其是電阻式原理）將波高轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換將其數(shù)字化。數(shù)字化的優(yōu)勢在于提供了高精度、高分辨率、強(qiáng)抗干擾能力、高速采樣、靈活的數(shù)據(jù)處理和便捷的傳輸存儲(chǔ)。它廣泛應(yīng)用于海洋工程、水利、科研、船舶、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。在選擇和使用時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注測量性能指標(biāo)、環(huán)境適應(yīng)性、安裝方式和嚴(yán)格的校準(zhǔn)。