CN115218114B - 一种车载碳纤维储氢瓶的压力监控装置及监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种车载碳纤维储氢瓶的压力监控装置及监控方法，包括：信号处理集成模块、应变感应装置和信号线；所述应变感应装置用于产生应变信号；所述信号线用于将所述应变信号传递给所述信号处理集成模块；所述信号处理集成模块用于对所述应变信号进行处理，转换成压力信号，完成对车载碳纤维储氢瓶的压力监控。本发明通过在瓶体表面布局应力应变感应片，将应变信号采集到信号处理集成模块，信号处理集成模块根据应变与压力之间的对应关系，解析出压力信号并将信号反应到显示器上，从而能够实时监控气瓶的受力状态，有助于掌握气瓶的健康状态，提高气瓶的使用安全性。
Description
技术领域
本发明属于储气瓶压力监控技术领域，尤其涉及一种车载碳纤维储氢瓶的压力监控装置及监控方法。
背景技术
随着清洁能源的推广，氢能源汽车已在发达国家成熟应用，国内也积极开展了氢能源汽车的研究工作。在氢能源汽车中，储氢容器采用的是碳纤维储氢气瓶，而阻碍氢能源汽车推广应用的难点之一就是碳纤维储氢气瓶的安全性。虽然国家出台相关的法规标准对气瓶进行安全性能监测，而在实际应用中缺乏对气瓶的实时监控，特别是车载储氢气瓶，一般位于车体的内部，其实际的运行状态不易被观察，从而影响对储氢气瓶的及时检修，增加安全隐患；另一方面，常规的压力监测方式是采用压力表对气瓶压力进行监控，但压力表检测的仅仅是瓶体内部气体压力，没有反映出瓶体真实的应力应变情况，而瓶体本身的形变才是导致气瓶破裂失效的直接原因，因此亟需一种直接检测瓶体应变的压力监控装置及监控方法，解决以上问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种车载碳纤维储氢瓶的压力监控装置及监控方法，通过在瓶体表面布局应力应变感应片，将应变信号采集到信号处理集成模块，信号处理集成模块根据应变与压力之间的对应关系，解析出压力信号并将信号反应到显示器上，从而能够实时监控气瓶的受力状态，有助于掌握气瓶的健康状态，提高气瓶的使用安全性。
一方面为实现上述目的，本发明提供了一种车载碳纤维储氢瓶的压力监控装置，包括：
信号处理集成模块、应变感应装置和信号线；
所述应变感应装置粘接在气瓶碳纤维表层上，并且在防护层的下表面，所述信号线分别与所述信号处理集成模块、所述应变感应装置连接；
所述应变感应装置用于产生应变信号；
所述信号线用于将所述应变信号传递给所述信号处理集成模块；
所述信号处理集成模块用于对所述应变信号进行处理，转换成压力信号，完成对车载碳纤维储氢瓶的压力监控。
可选地，所述信号处理集成模块包括：信号采集处理装置和信号显示装置；
所述信号采集处理装置和所述信号显示装置通过所述信号线连接；
所述信号采集处理装置用于将所述应变信号解析成压力信号；
所述信号显示装置用于接收所述压力信号，并进行显示。
可选地，所述信号采集处理装置包括：数据采集分析单元、电池单元和信号连接线；
所述数据采集分析单元和所述电池单元通过所述信号连接线连接；
所述数据采集分析单元用于采集所述应变信号，并对所述应变信号进行处理；
所述电池单元用于对所述数据采集分析单元进行供电。
可选地，所述数据采集分析单元包括参数设置子单元、数据采集子单元、数据存储子单元和数据分析子单元；
所述参数设置子单元用于参数设置；
所述数据采集子单元用于对所述应变信号进行采集；
所述数据分析子单元用于基于设置的参数，对采集的所述应变信号进行分析处理，转换成压力信号；
所述数据存储子单元用于对所述压力信号进行存储。
可选地，所述电池单元由干电池、铅蓄电池、锂电池、太阳能电池的一种或几种组成。
可选地，所述信号显示装置包括压力刻度盘、压力分区盘、报警指示灯和应变位置显示表；
所述压力刻度盘用于显示所述压力信号的大小；
所述压力分区盘用于显示所述压力信号的压力范围；
所述报警指示灯用于异常压力报警；
所述应变位置显示表用于显示应变的具***置。
可选地，所述应变感应装置由电阻应变片、光学应变片中的一种或两种组成。
另一方面为实现上述目的，本发明提供了一种车载碳纤维储氢瓶的压力监控方法，包括以下步骤：
获得应变信号；
对所述应变信号进行处理，转换成压力信号，完成对车载碳纤维储氢瓶的压力监控。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
本发明提供了一种车载碳纤维储氢瓶的压力监控装置及监控方法，能够通过应变感应装置的实时监测瓶体的应变，根据气瓶压力和瓶体应变的对应关系，将信号通过数据处理模块解析为压力值、压力范围、最大应变分布区等容易观察的显示数据。有助于气瓶使用者能够实时在线监控气瓶的健康状态，并积累气瓶在使用过程中的应力应变数据，为气瓶设计和开发者的优化提供数据支撑。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一的一种车载碳纤维储氢瓶的压力监控装置结构示意图；
图2为本发明实施例一的信号处理集成模块示意图；
图3为本发明实施例一的信号采集处理装置示意图；
图4为本发明实施例一的信号显示装置示意图；
图5为本发明实施例一的气瓶的充装压力与应变传感器产生的应变值存在对应关系示意图。
附图说明：1-信号处理集成模块；2-气瓶碳纤维表层；3-应变感应装置；4-信号线；5-防护层；1-1-信号采集处理装置；1-2-信号显示装置；1-1-01-数据采集分析单元；1-1-02-电池单元；1-1-03-信号连接线；1-2-01-压力刻度盘；1-2-02-压力分区盘；1-2-03-报警指示灯；1-2-04-应变位置显示表。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例一
如图1所示，本发明提供了一种车载碳纤维储氢瓶的压力监控装置，主要由应变感应装置3、信号处理集成模块1、信号线4组成；
将应变感应装置3按设计要求均匀粘接在气瓶碳纤维表层2上，优选布局于直筒段和瓶肩处(封头与直筒段相接处)；将应变感应装置3的信号线4由瓶嘴或瓶尾处集束后引出，连接信号处理集成模块1，然后涂抹防护层5，直至将应变感应装置3全部覆盖为止。
应变感应装置3用于产生应变信号；
信号线4用于将应变信号传递给信号处理集成模块1；
信号处理集成模块1用于对应变信号进行处理，转换成压力信号，完成对车载碳纤维储氢瓶的压力监控。
其中，如图2所示，信号处理集成模块1由信号采集处理装置1-1、信号显示装置1-2以及之间的信号连接线组成；
信号采集处理装置1-1用于将应变信号解析成压力信号；
信号显示装置1-2用于接收压力信号，并进行显示。
其中，如图3所示，信号采集处理装置1-1由数据采集分析模块1-1-01和电池模块1-1-02、信号连接线1-1-03组成；
数据采集分析单元1-1-01用于采集应变信号，并对应变信号进行处理；
电池单元1-1-02用于对数据采集分析单元1-1-01进行供电。
其中，数据采集分析单元1-1-01包括参数设置子单元、数据采集子单元、数据存储子单元和数据分析子单元；
参数设置子单元用于参数设置；
数据采集子单元用于对应变信号进行采集；
数据分析子单元用于基于设置的参数，对采集的应变信号进行分析处理，转换成压力信号；
数据存储子单元用于对压力信号进行存储。
其中，如图4所示，信号显示装置1-2由压力刻度盘1-2-01、压力分区盘1-2-02、报警指示灯1-2-03、应变位置显示表1-2-04组成。
压力刻度盘1-2-01用于显示压力信号的大小；
压力分区盘1-2-02用于显示压力信号的压力范围；
报警指示灯1-2-03用于异常压力报警；
应变位置显示表1-2-04用于显示应变的具***置。
应变感应装置3选自电阻应变片、光学应变片中的一种或两种组合，应变感应装置3优选电阻应变片，应变片厚度不超过3mm，耐温性不低于100℃。
其中，光学应变片工作原理：当光纤光栅所处环境的应变发生变化时，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化，通过测量应变变化前后反射光波长的变化，就可以获得应变量的变化情况。
电阻应变片工作原理：
当所测制件在该处沿电阻丝方向发生线变形时，电阻丝也随着一起变形(伸长或缩短)，因而使电阻丝的电阻发生改变(增大或缩小)，变化值和应变片粘贴的制件表面的应变成正比，最后通过测量应变片电信号的变化情况，就可以获得应变量的变化情况。
电池单元1-1-02由干电池、铅蓄电池、锂电池、太阳能电池的一种或几种组成。
本实施例的工作原理为：当气瓶充放气时，气瓶瓶体的形变引起应变感应装置3产生应变信号，应变信号通过信号线4传递给信号处理集成模块1中的信号采集处理装置1-1，经过信号采集处理装置1-1对信号的解析，将信号传递给信号显示装置1-2，信号显示装置1-2中会将压力值的大小在压力刻度盘1-2-01通过指针刻度显示，压力范围在压力分区盘1-2-02通过指针和不同灯光显示，其中压力分区盘设定为零到二分之一的额定工作压力范围是低压区，二分之一的额定工作压力到额定工作压力是中压区，超过额定工作压力是高压区，当气瓶压力分别处于以上三个分区时，报警灯1-2-03分别以黄、绿、红颜色亮起。气瓶最大应变值分布位置在应变位置显示表1-2-04以灯光显示，所述的最大应变值为气瓶A、B、C位置各处实时的最大应变，即当气瓶使用时，若A位置处的应变值超过气瓶额定工作压力时A处的应变值时，则A区灯亮，同样，当B位置处应变值超过额定工作压力时B位置的应变值时，B区灯亮，C区类同。
通过对信号显示装置1-2显示的各个指数，可以容易的观察气瓶的使用状态和各部位的应变情况，对气瓶的健康进行实时监控。
其中，应变与压力的转化原理：
当气瓶在充放气时，瓶体是随气瓶压力的变化而涨缩的，从而瓶体表面的应变传感器也会产生应变信号的变化，而即气瓶的充装压力与应变传感器产生的应变值存在对应关系，如图5所示。
所以根据两者对应关系能够得出某种气瓶充装压力Y与瓶体某个位置应变量x的经验公式Y＝F(x)或X＝F-1(Y)，根据以上经验公式，编辑设计信号处理集成中的信号解析模块，就能将气瓶的应变量转变为压力值。
本发明还提供了一种车载碳纤维储氢瓶的压力监控方法，包括以下步骤：
获得应变信号；
对应变信号进行处理，转换成压力信号，完成对车载碳纤维储氢瓶的压力监控。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种车载碳纤维储氢瓶的压力监控装置，其特征在于，包括：
信号处理集成模块、应变感应装置和信号线；
所述应变感应装置粘接在气瓶碳纤维表层上，并且在防护层的下表面，所述信号线分别与所述信号处理集成模块、所述应变感应装置连接；
所述应变感应装置用于产生应变信号；
所述信号线用于将所述应变信号传递给所述信号处理集成模块；
所述信号处理集成模块用于对所述应变信号进行处理，转换成压力信号，完成对车载碳纤维储氢瓶的压力监控；
所述信号处理集成模块包括：信号采集处理装置和信号显示装置；
所述信号采集处理装置和所述信号显示装置通过所述信号线连接；
所述信号采集处理装置用于将所述应变信号解析成压力信号；
所述信号显示装置用于接收所述压力信号，并进行显示；
所述信号采集处理装置包括：数据采集分析单元、电池单元和信号连接线；
所述数据采集分析单元和所述电池单元通过所述信号连接线连接；
所述数据采集分析单元用于采集所述应变信号，并对所述应变信号进行处理；
所述电池单元用于对所述数据采集分析单元进行供电；
所述数据采集分析单元包括参数设置子单元、数据采集子单元、数据存储子单元和数据分析子单元；
所述参数设置子单元用于参数设置；
所述数据采集子单元用于对所述应变信号进行采集；
所述数据分析子单元用于基于设置的参数，对采集的所述应变信号进行分析处理，转换成压力信号；
所述数据存储子单元用于对所述压力信号进行存储；
通过应变感应装置的实时监测瓶体的应变，根据气瓶压力和瓶体应变的对应关系，将信号通过数据处理模块解析为压力值、压力范围、最大应变分布区的显示数据；
应变与压力的转化方法为：
当气瓶在充放气时，瓶体是随气瓶压力的变化而涨缩的，从而瓶体表面的应变传感器也会产生应变信号的变化，而即气瓶的充装压力与应变传感器产生的应变值存在对应关系，所以根据两者对应关系得出某种气瓶充装压力Y与瓶体某个位置应变量x的经验公式Y＝F(x)或X＝F-1(Y)，根据经验公式，编辑设计信号处理集成中的信号解析模块，将气瓶的应变量转变为压力值。
2.根据权利要求1所述的车载碳纤维储氢瓶的压力监控装置，其特征在于，所述电池单元由干电池、铅蓄电池、锂电池、太阳能电池的一种或几种组成。
3.根据权利要求1所述的车载碳纤维储氢瓶的压力监控装置，其特征在于，所述信号显示装置包括压力刻度盘、压力分区盘、报警指示灯和应变位置显示表；
所述压力刻度盘用于显示所述压力信号的大小；
所述压力分区盘用于显示所述压力信号的压力范围；
所述报警指示灯用于异常压力报警；
所述应变位置显示表用于显示应变的具***置。
4.根据权利要求1所述的车载碳纤维储氢瓶的压力监控装置，其特征在于，所述应变感应装置由电阻应变片、光学应变片中的一种或两种组成。
5.一种车载碳纤维储氢瓶的压力监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
获得应变信号；
对所述应变信号进行处理，转换成压力信号，完成对车载碳纤维储氢瓶的压力监控。
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| GR01 | Patent grant | ||
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