波高仪校准

1. 范围

本规范规定了波高仪的校准条件、项目、步骤、数据处理及结果判定。适用于超声波式、压力式、电容式及光学式波高仪的实验室标定与现场比测。

2. 规范性引用文件

GB/T 14914.2-2019 《海洋观测规范 第2部分：海滨观测》

GB/T 12763.2-2007 《海洋调查规范 第2部分：海洋水文观测》

JJF 1059.1-2012 《测量不确定度评定与表示》

3. 术语和定义

波高：相邻波峰与波谷之间的垂直距离，单位为米（m）。

零漂：波高仪在无波浪静水状态下，输出值随时间产生的非期望漂移。

响应频率：波高仪能够准确跟踪的水面波动最大频率，单位为赫兹（Hz）。

4. 校准前准备

4.1 环境条件

实验室校准：在室内标定水槽或静水压力罐中进行。水温控制在20℃±5℃，避免强气流及振动干扰。

现场校准：选择海况或水流平稳时段，避开暴雨及强紊流区域。

4.2 标准器具

精密水位仪：分辨率不低于0.1mm，作为参考基准。

标准钢卷尺/游标卡尺：量程不小于2m，分度值0.1mm，用于安装高度复核。

压力标定台：用于压力式波高仪，配备标准压力表，精度等级不低于0.25级。

信号采集器：采样频率不低于50Hz，用于同步采集标准值与波高仪输出值。

4.3 被测设备检查

检查波高仪探头表面清洁，无附着物、无机械损伤。

检查电缆密封接头完好，绝缘电阻大于100MΩ。

通电预热30分钟，确认设备工作状态正常。

5. 校准项目与操作方法

5.1 外观与安装检查

检查仪器外壳标识清晰，密封良好。确认波高仪安装支架稳固，探头垂直于水平面，安装高程记录准确。

5.2 静态精度校准

操作：在静水条件下，调整波高仪探头至不同深度（或高度），至少选取全量程的0%、25%、50%、75%、100%五个校准点。

记录：在每个校准点稳定30秒后，同步记录标准水位值与被校波高仪输出值。

判定：各点测量误差应不超过允许基本误差限值。

5.3 压力式波高仪压力系数校准

操作：将压力传感器置于压力标定台，从0kPa开始，逐点加压至满量程，再逐点减压至0kPa。

记录：记录加压与减压过程中的输入输出数据。

处理：采用最小二乘法拟合压力-水深转换系数，计算非线性误差与迟滞误差。

5.4 动态响应特性校准

操作：利用造波机产生规则波，选取低频（0.1Hz）、中频（0.5Hz）、高频（1.0Hz）三种典型频率进行测试，波高设定为满量程的50%。

记录：连续采集不少于50个波形的数据。

判定：计算波高仪测量的波高平均值与造波机设定值的偏差，以及波周期的测量误差。

5.5 零位漂移测试

操作：将波高仪置于恒定水位环境中，连续采集数据24小时。

处理：计算起始读数与终止读数的差值，除以满量程计算漂移率。

判定：24小时零漂应不大于满量程的±0.2%。

5.6 现场比测

操作：在野外作业现场，将便携式波高仪与已校准的基准波高仪并排安装，探头间距不小于0.5m。

记录：同步采集不少于1小时的连续波浪数据。

处理：对比两者的有效波高（Hs）与谱峰周期（Tp），计算相对偏差。

6. 数据处理与结果判定

6.1 计算公式

示值误差： Δh =  h i  −  h s

式中： Δh为示值误差（m）； h i 为波高仪输出值（m）； h s 为标准值（m）。

相对误差： E r  =    h s    Δh   ×  100%

重复性：在同一工况下连续测量6次，计算实验标准偏差。

6.2 判定标准

静态误差：不超过±0.5%FS（满量程）或±1mm（取大值）。

动态误差：有效波高测量误差不超过±2%，波周期测量误差不超过±0.1s。

重复性限：不大于0.3%FS。

若各项指标均符合要求，则判定该波高仪校准合格。

7. 校准周期与记录

7.1 校准周期

波高仪的校准周期一般为12个月。在含沙量高、生物附着严重或频繁遭受台风袭击的海域，建议缩短至6个月。每次大修或更换关键部件后必须重新校准。

7.2 校准记录

校准记录应包含：

设备名称、型号、编号、生产厂家。

校准地点（实验室水槽编号或现场经纬度）。

标准器具名称、编号、检定证书号。

各校准项目的原始数据表、拟合曲线方程、误差分析报告。

校准结论、环境条件、操作人员及核验员签字。

记录保存期限不少于3年。

8. 安全注意事项

涉水作业时必须穿戴救生衣，系好安全绳。

电气设备使用前需检查漏电保护装置，确保接地可靠。

吊装探头时，严禁下方站人，防止坠物伤人。

校准结束后，及时用淡水冲洗探头，特别是压力式传感器透水石，防止盐渍结晶堵塞。

回收设备时检查电缆外皮，如有破损应立即修补，防止渗水导致短路。