本发明公开了一种波浪发电装置及方法，包括支架、发电装置、主控芯片、浮标、风向传感器、2个步进电机和水上装置；所述水上装置包括滚筒，设于滚筒内的中心轴，与中心轴两端滑动连接的固定环和分别与每个固定环连接的两条缆绳；每条缆绳下部均设有重锤，重锤中部设有压力传感器，重锤下部的空腔中设有气囊、与气囊连接的点火器、主锚钉和n条侧锚钉；本发明具有适用范围广、能量转化效率高、稳定性好的特点。
1.一种波浪发电装置，其特征是，包括支架(1)、发电装置、主控芯片(3)、浮标(10)和水上装置(4)；所述水上装置包括滚筒(41)，设于滚筒内的中心轴(42)，与中心轴两端滑动连接的固定环(43)和分别与每个固定环连接的两条缆绳(44)；每条缆绳下部均设有重锤，重锤中部设有压力传感器(45)，重锤下部的空腔中设有气囊(46)、与气囊连接的点火器(47)、主锚钉(48)和n条侧锚钉(49)；中心轴两端均设有不透水盒体(2)，主控芯片均位于1个不透水盒体内，浮标与中心轴连接；浮标上设有若干个锥形承重球；
滚筒一端设有环形凹槽，环形凹槽中设有拉绳(50)，中心轴上设有与环形凹槽配合的盖板(51)，盖板上设有拉绳出孔，支架上设有动滑轮(5)和定滑轮(6)，拉绳与动滑轮连接，一端固定于支架上、另一端绕过动滑轮、定滑轮的牵引绳(7)与发电装置连接；主控芯片与无线接收器连接，主控芯片分别与2个压力传感器和2个点火器电连接。
2.根据权利要求1所述的波浪发电装置，其特征是，还包括2个步进电机(9)、2个螺旋桨(11)和风向传感器(8)，风向传感器位于浮标上，2个步进电机分别位于两个不透水盒体中，两个步进电机的转轴分别与2个螺旋桨连接，风向传感器和2个步进电机均与主控芯片电连接。
3.根据权利要求1所述的波浪发电装置，其特征是，所述发电装置包括齿条、与齿条连接的复位弹簧、齿轮(22)、与齿轮配合的两个棘轮(23)和两个发电机；齿条和齿轮相啮合，齿轮通过两个棘爪(24)分别与两个棘轮相配合，两个棘轮的转轴分别与两个发电机的转子连接。
4.根据权利要求1所述的波浪发电装置，其特征是，所述重锤上设有分别与主锚钉和各个侧锚钉对应的n+1个开口；所述主锚钉和各个侧锚钉均呈下端尖的圆锥形，主锚钉和各个侧锚钉均通过金属链与重锤连接，每个开口上均设有限位盖板。
5.根据权利要求1或2或3所述的波浪发电装置，其特征是，滚筒与中心轴间隙配合，滚筒内壁上设有若干个交错排列的凹槽，每个凹槽中均设有钢珠，每个钢珠均与中心轴相接触。
6.一种基于权利要求2所述的波浪发电装置的方法，其特征是，包括如下步骤：
主控芯片中设有水深阈值W，将水上装置放到水中，浮标使水上装置浮于水面上，将两条缆绳放到水中，使两个重锤分别带动两条缆绳下降，两个压力传感器分别检测压力信号S(t)，主控芯片根据压力信号S(t)得到水深值A1和A2，主控芯片计算A1和A2的平均值A；
当A≥W，则主控芯片控制2个点火器点火，两个气囊展开，气囊挤压推动主锚钉和各个侧锚钉进入水底土层或岩层中；
波浪推动滚筒顺时针或逆时针转动，拉绳拉动动滑轮上下移动，牵引绳给发电装置提供发电的机械能，发电装置将机械能转化为电能；
在波浪发电装置工作的过程中，风向传感器检测当前风向，主控芯片根据检测的风向控制两个步进电机工作，从而使中心轴与风向的夹角始终处于[90°-C，90°+C]区间内，C小于15°。
7.根据权利要求6所述的波浪发电装置的方法，其特征是，还包括对检测信号S(t)的修正步骤：主控芯片在S(t)中选取若干个时间间隔为Δt的采样值，各个采样值按照时间先后顺序排列构成检测信号I(t)；
对于I(t)中第一个采样值和最后一个采样值之外的每个采样值ES(t1)，利用公式计算平稳系数ratio；
主控芯片预先设有依次增大的权重阈值0.5，1和1.65；
对于ratio位于[1-A1，1+A1]范围内的采样值，将采样值修正为B1 ES(t1)，B1为小于0.4的实数；
对于ratio位于(0.6，1-A1)或(1+A1，1.65)范围内的采样值，将采样值修正为B2 ES(t1)，用修正过的各个采样值代替I(t)中的对应采样值，得到经过修正的检测信号I(t)，用检测信号I(t)替换检测信号S(t)。
一种波浪发电装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及波浪发电技术领域，尤其是涉及一种适用范围广、能量转化效率高、稳定性好的波浪发电装置及方法。
背景技术
[0002] 海洋能源的开发利用是能源研究的方向，在地球矿物能源逐渐枯竭及环境状况日益恶化的形势下，如何有效利用资源丰富、可再生的海洋资源，显得十分重要；
[0003] 波浪能是最清洁的可再生资源，全世界沿海岸线连续耗散的波浪能功率达27×105MW，技术上可利用的波浪能潜力为10×105MW。
[0004] 现有的波浪发电装置存在价格昂贵，能量转化效率低及安装地域受限的不足。
发明内容
[0005] 本发明的发明目的是为了克服现有技术中的波浪发电装置价格昂贵，能量转化效率低的不足，提供了一种适用范围广、能量转化效率高、稳定性好的波浪发电装置及方法。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种波浪发电装置，包括支架、发电装置、主控芯片、浮标和水上装置；所述水上装置包括滚筒，设于滚筒内的中心轴，与中心轴两端滑动连接的固定环和分别与每个固定环连接的两条缆绳；每条缆绳下部均设有重锤，重锤中部设有压力传感器，重锤下部的空腔中设有气囊、与气囊连接的点火器、主锚钉和n条侧锚钉；中心轴两端均设有不透水盒体，主控芯片均位于1个不透水盒体内，浮标与中心轴连接；浮标上设有若干个锥形承重球；
[0008] 滚筒一端设有环形凹槽，环形凹槽中设有拉绳，中心轴上设有与环形凹槽配合的盖板，盖板上设有拉绳出孔，支架上设有动滑轮和定滑轮，拉绳与动滑轮连接，一端固定于支架上、另一端绕过动滑轮、定滑轮的牵引绳与发电装置连接；主控芯片与无线接收器连接，主控芯片分别与2个压力传感器和2个点火器电连接。
[0009] 滚筒将波浪的作用力转化为对拉绳的拉伸力，并通过动滑轮将拉伸的行程放大，并通过发电装置将机械能转化为可以储存的电能。
[0010] 在熟悉的水域，水底的深度是已知的，因此，本发明根据已知的水底深度，通过两个压力传感器的压力检测，即可知道重锤是否已经到达水域底部，从而控制锚固操作。
[0011] 气囊用于将主锚钉和各条侧锚钉固定在水底土层或岩层上，气囊弹开时具有足够的爆发力，使本发明的锚固结构可以固定在任何质地的水底固定物上，水上装置被稳定的固定。
[0012] 支架和发电装置可以设置在岸边、防波堤上或者水上平台上。
[0013] 因此，本发明具有适用范围广、能量转化效率高、稳定性好的特点。
[0014] 作为优选，还包括2个步进电机、2个螺旋桨和风向传感器，风向传感器位于浮标上，2个步进电机分别位于两个不透水盒体中，两个步进电机的转轴分别与2个螺旋桨连接，风向传感器和2个步进电机均与主控芯片电连接。
[0015] 滚筒上设有若干个横向凸条，气囊上设有分别与主锚钉和各条侧锚钉对应的推板。各个横向凸条的设置，增大了滚筒与水的接触面积，滚筒吸收了更多的波浪能，可以转化出更多的机械能。
[0016] 作为优选，所述发电装置包括齿条、与齿条连接的复位弹簧、齿轮、与齿轮配合的两个棘轮和两个发电机；齿条和齿轮相啮合，齿轮通过两个棘爪分别与两个棘轮相配合，两个棘轮的转轴分别与两个发电机的转子连接。
[0017] 当牵引绳的拉力大于复位弹簧的推力时，齿条向右移动，齿轮顺时针转动，齿轮通过棘爪带动棘轮转动。棘轮的转轴带动一个发电机的转子转动，发电机发电；
[0018] 当牵引绳的拉力小于复位弹簧的推力时，齿条向左移动，齿轮逆时针转动，齿轮通过棘爪带动另一个棘轮转动。另一个棘轮的转轴带动另一个发电机的转子转动，发电机发电；
[0019] 作为优选，所述重锤上设有分别与主锚钉和各个侧锚钉对应的n+1个开口；所述主锚钉和各个侧锚钉均呈下端尖的圆锥形，主锚钉和各个侧锚钉均通过金属链与重锤连接，每个开口上均设有限位盖板。
[0020] 气囊起爆后推动主锚钉和各个侧锚钉快速向外移动，主锚钉和各个侧锚钉分别穿破限位盖板并进入水底土层或岩层中。
[0021] 作为优选，滚筒与中心轴间隙配合，滚筒内壁上设有若干个交错排列的凹槽，每个凹槽中均设有钢珠，每个钢珠均与中心轴相接触。
[0022] 一种波浪发电装置的方法，包括如下步骤：
[0023] 包括如下步骤：
[0024] 主控芯片中设有水深阈值W，将水上装置放到水中，浮标使水上装置浮于水面上，将两条缆绳放到水中，使两个重锤分别带动两条缆绳下降，两个压力传感器分别检测压力信号S(t)，主控芯片根据压力信号S(t)得到水深值A1和A2，主控芯片计算A1和A2的平均值A；
[0025] 当A≥W，则主控芯片控制2个点火器点火，两个气囊展开，气囊挤压推动主锚钉和各个侧锚钉进入水底土层或岩层中；
[0026] 波浪推动滚筒顺时针或逆时针转动，拉绳拉动动滑轮上下移动，牵引绳给发电装置提供发电的机械能，发电装置将机械能转化为电能；
[0027] 在波浪发电装置工作的过程中，风向传感器检测当前风向，主控芯片根据检测的风向控制两个步进电机工作，从而使中心轴与风向的夹角始终处于[90°-C，90°+C]区间内，C小于15°。
[0028] 作为优选，还包括对检测信号S(t)的修正步骤：
[0029] 主控芯片在S(t)中选取若干个时间间隔为Δt的采样值，各个采样值按照时间先后顺序排列构成检测信号I(t)；
[0030] 对于I(t)中第一个采样值和最后一个采样值之外的每个采样值ES(t1)，利用公式计算平稳系数ratio；
[0031] 主控芯片预先设有依次增大的权重阈值0.5，1和1.65；
[0032] 对于ratio位于[1-A1，1+A1]范围内的采样值，将采样值修正为B1 ES(t1)，B1为小于0.4的实数；
[0033] 对于ratio位于(0.6，1-A1)或(1+A1，1.65)范围内的采样值，将采样值修正为B2 ES(t1)，B1＜B2＜0.6；
[0034] 用修正过的各个采样值代替I(t)中的对应采样值，得到经过修正的检测信号I(t)，用检测信号I(t)替换检测信号S(t)。
[0035] 因此，本发明具有如下有益效果：适用范围广、能量转化效率高、稳定性好的特点。
附图说明
[0036] 图1是本发明的一种结构示意图；
[0037] 图2是本发明的发电装置的一种结构示意图；
[0038] 图3是本发明的一种流程图；
[0039] 图4是本发明的一种原理框图；
[0040] 图5是本发明的重锤的一种剖视图。
[0041] 图中：支架1、不透水盒体2、主控芯片3、水上装置4、动滑轮5、定滑轮6、牵引绳7、风向传感器8、步进电机9、浮标10、螺旋桨11、齿轮22、棘轮23、棘爪24、滚筒41、中心轴42、固定环43、缆绳44、压力传感器45、气囊46、点火器47、主锚钉48、侧锚钉49、拉绳50、盖板51、横向凸条411。
具体实施方式
[0042] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
[0043] 如图1、图4、图5所示的实施例是一种波浪发电装置，包括支架1、发电装置、主控芯片3、浮标10、风向传感器8、2个步进电机9和水上装置4；水上装置包括滚筒41，设于滚筒内的中心轴42，与中心轴两端滑动连接的固定环43和分别与每个固定环连接的两条缆绳44；每条缆绳下部均设有重锤，重锤中部设有压力传感器45，重锤下部的空腔中设有气囊46、与气囊连接的点火器47、主锚钉48和4条侧锚钉49；中心轴两端均设有不透水盒体和螺旋桨，风向传感器位于浮标上，1个步进电机和主控芯片均位于1个不透水盒体内，另1个步进电机位于另一个不透水盒体中，两个步进电机的转轴分别与2个螺旋桨连接，浮标与中心轴连接；浮标上设有12个锥形承重球；
[0044] 滚筒一端设有环形凹槽，环形凹槽中设有拉绳50，中心轴上设有与环形凹槽配合的盖板51，盖板上设有拉绳出孔，支架上设有动滑轮5和定滑轮6，拉绳与动滑轮连接，一端固定于支架上、另一端绕过动滑轮、定滑轮的牵引绳7与发电装置连接；主控芯片与无线接收器连接，如图4所示，主控芯片分别与风向传感器、2个步进电机、2个压力传感器和2个点火器电连接。
[0045] 滚筒上设有10个横向凸条411，气囊上设有分别与主锚钉和各条侧锚钉对应的推板。
[0046] 发电装置包括齿条、与齿条连接的复位弹簧、齿轮22、与齿轮配合的两个棘轮23和两个发电机；齿条和齿轮相啮合，齿轮通过两个棘爪24分别与两个棘轮相配合，两个棘轮的转轴分别与两个发电机的转子连接。
[0047] 如图5所示，重锤上设有分别与主锚钉和各个侧锚钉对应的5个开口；主锚钉和各个侧锚钉均呈下端尖的圆锥形，主锚钉和各个侧锚钉均通过金属链与重锤连接，每个开口上均设有限位盖板。
[0048] 滚筒与中心轴间隙配合，滚筒内壁上设有26个交错排列的凹槽，每个凹槽中均设有钢珠，每个钢珠均与中心轴相接触。
[0049] 如图3所示，一种波浪发电装置的方法，包括如下步骤：
[0050] 步骤100，检测水深
[0051] 主控芯片中设有水深阈值W，将水上装置放到水中，浮标使水上装置浮于水面上，将两条缆绳放到水中，使两个重锤分别带动两条缆绳下降，两个压力传感器分别检测压力信号S(t)，主控芯片根据压力信号S(t)得到水深值A1和A2，主控芯片计算A1和A2的平均值A；
[0052] 步骤200，固定主锚钉和各个侧锚钉
[0053] 当A≥W，则主控芯片控制2个点火器点火，两个气囊展开，气囊挤压推动主锚钉和各个侧锚钉弹开限位盖板并进入水底土层或岩层中；
[0054] 波浪推动滚筒顺时针或逆时针转动，拉绳拉动动滑轮上下移动，牵引绳给发电装置提供发电的机械能，发电装置将机械能转化为电能；
[0055] 步骤300，波浪发电机及中心轴转向
[0056] 在波浪发电装置工作的过程中，风向传感器检测当前风向，主控芯片根据检测的风向控制两个步进电机工作，从而使中心轴与风向的夹角始终处于[90°-C，90°+C]区间内，C＝10°。
[0057] 其中，对检测信号S(t)进行如下修正：
[0058] 主控芯片在S(t)中选取若干个时间间隔为Δt的采样值，各个采样值按照时间先后顺序排列构成检测信号I(t)；
[0059] 对于I(t)中第一个采样值和最后一个采样值之外的每个采样值ES(t1)，利用公式计算平稳系数ratio；
[0060] 主控芯片预先设有依次增大的权重阈值0.5，1和1.65；
[0061] 对于ratio位于[1-A1，1+A1]范围内的采样值，将采样值修正为B1 ES(t1)，B1为小于0.4的实数；
[0062] 对于ratio位于(0.6，1-A1)或(1+A1，1.65)范围内的采样值，将采样值修正为B2 ES(t1)，B1＜B2＜0.6；
[0063] 用修正过的各个采样值代替I(t)中的对应采样值，得到经过修正的检测信号I(t)，用检测信号I(t)替换检测信号S(t)。
[0064] 应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
