基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及氢能源装备检验检测领域，特别涉及基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置。

背景技术：

2.能源危机和环境问题是当今世界的两大难题，氢能作为一种零碳能源，具有来源广、燃烧值高、无污染等优点，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢能诸多应用场景中的交通领域将是氢能消费的重要突破口，也是氢能从未来能源变成现实主力能源的关键。燃料电池乘用车是氢能在交通领域应用的最前沿。随着燃料电池和电池汽车技术的迅速发展,安全、高效的储氢技术成为燃料电池汽车应用的关键。目前的最为成熟车载储氢方式主要有高压气态储氢，其中已经产业化的高压气态储氢方式为ⅲ型储氢瓶，国外ⅳ型储氢瓶已产业化，国内ⅳ型储氢瓶正处在产业化的过程中。ⅲ型储氢瓶和ⅳ型储氢瓶将在未来较长时间内，处于车载储氢方式的主流地位。
[0003]ⅲ型储氢瓶和ⅳ型储氢瓶均采用的内胆加外部碳纤维缠绕层的结构形式，内胆主要起密封作用不作为承载内压用，内压是由外部的碳纤维缠绕层承载，碳纤维缠绕层的完整性是储氢瓶安全使用的关键。针对碳纤维缠绕层的检测技术主要有视觉检测(vt或vi)、超声检测(ut)、热像仪、射线检测(rt)、电磁检测(et)、声发射(ae)和错位散斑干涉法等。
[0004]
对于视觉检测(vt或vi)、错位散斑干涉法和热成像技术，由于车载ⅳ型储氢瓶碳纤维缠绕层较厚，导致其难以检测车载ⅳ型储氢瓶的内部埋藏较深的缺陷。
[0005]
对于电磁检测(et)技术，虽然碳纤维导电性能较好，但其仍然无法改变集肤效应，导致其只能检测表面和近表面缺陷的弊端。
[0006]
对于射线照相检测(rt)技术，其是一种昂贵的无损检测技术，较厚的部件会消耗大量的检测时间和人员精力，另外，因电离效应而引起的安全防护问题不但导致了经济和运营上的限制，推高了检测成本，而且导致其不适于在公共环境下开展检测。
[0007]
对于常规的脉冲反射式超声检测(ut)技术，其检测范围小，检测效率较低，不适宜于大面积快速检测。
[0008]
而声发射(ae)技术，则是一种有效的缺陷分析方法，声发射测试可以检测到的疲劳损伤类型包括疲劳裂纹、纤维断裂、基体微裂纹、纤维基体脱粘和分层等缺陷。
[0009]
但是，目前国内外现有的声发射(ae)技术均为在实验室条件下的在线检测，并不能实现实际工况下的在线监测，安全性无法得到有效保障；并且，储氢瓶一般都是安装在车辆底部或后部的紧凑空间内，难以进行拆卸检测。
[0010]
为此，如何提供一种不用拆卸，且能够实现实际工况下储氢瓶的在线监测的基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

[0011]
有鉴于此，本实用新型提出了基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置。
本实用新型通过环氧树脂将声发射压电传感器的压电晶片贴合粘接在储氢瓶外表面的复合材料层上，不仅为采用声发射技术对储氢瓶在实际工况下的在线监测(且在线检测时不用拆卸储氢瓶) 奠定了基础，还解决了声发射采用凡士林等常规耦合剂，长时间监测时耦合剂干结，耦合效果下降甚至完全无法耦合，进而不能在气瓶使用周期中实现长期有效监测的问题以及传感器带电部位与氢气接触易爆的问题；通过设置第一控制器分别与所述温度传感器、压力传感器以及声发射压电传感器有线连接，实现了根据温度传感器和压力传感器的监测数据识别储氢瓶的充泄气状态，在储氢瓶处于充泄气状态下，控制声发射压电传感器采取被动的声发射监测模式，并根据接收到的远程控制模块的后端数据对储氢瓶的碳纤维缠绕层进行被动声发射监测数据采集，最后发送至上位机，形成声发射定位图，不仅实现了声发射技术对储氢瓶在实际工况下的在线监测(且在线检测时不用拆卸储氢瓶)，还实现了对储氢瓶实际工况下的准确识别，选择性的采取被动的声发射监测模式，减少了车辆的大量能耗；且本实用新型的第一控制器、第二控制器、存储器和前端数据传输模块置于车辆上，后端数据传输模块、上位机置于固定的中控站，不仅进一步降低了车辆的能耗，还减少了监测装置在车辆上占据的空间。
[0012]
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0013]
基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置，包括：传感器、第一控制器、第二控制器、存储器、前端数据传输模块、后端数据传输模块、上位机。
[0014]
传感器包括温度传感器、压力传感器以及声发射压电传感器。
[0015]
第一控制器分别与温度传感器、压力传感器以及声发射压电传感器有线连接。
[0016]
声发射压电传感器与第二控制器有线连接。
[0017]
声发射压电传感器与前端数据传输模块有线连接。
[0018]
第二控制器与存储器有线连接。
[0019]
存储器与前端数据传输模块有线连接。
[0020]
前端数据传输模块与后端数据传输模块无线连接。
[0021]
后端数据传输模块与上位机模块有线连接。
[0022]
可选的，温度传感器和压力传感器集成在储氢瓶的组合阀上。
[0023]
可选的，声发射压电传感器的压电晶片通过环氧树脂贴合在储氢瓶外表面的复合材料层上。
[0024]
可选的，第一控制器布置于后备箱、前备箱中。
[0025]
可选的，第二控制器采用hk32l08x系列单片机，布置于后备箱、前备箱中。
[0026]
可选的，存储器采用固态硬盘，布置于后备箱、前备箱中。
[0027]
可选的，前端数据传输模块采用5g移动无线通讯模块，布置于后备箱、前备箱中。
[0028]
可选的，后端数据传输模块采用5g移动无线通讯模块，布置于中控站。
[0029]
可选的，所述上位机模块布置于中控站。
[0030]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型提出了基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置。本实用新型通过环氧树脂将声发射压电传感器的压电晶片贴合粘接在储氢瓶外表面的复合材料层上，不仅为采用声发射技术对储氢瓶在实际工况下的在线监测(且在线检测时不用拆卸储氢瓶)奠定了基础，还解决了声发射采用凡士林等常规耦合剂，长时间监测时耦合剂干结，耦合效果下降甚至完全无法耦合，进而不能在气瓶
使用周期中实现长期有效监测的问题以及传感器带电部位与氢气接触易爆的问题；通过设置第一控制器分别与所述温度传感器、压力传感器以及声发射压电传感器有线连接，实现了根据温度传感器和压力传感器的监测数据识别储氢瓶的充泄气状态，在储氢瓶处于充泄气状态下，控制声发射压电传感器采取被动的声发射监测模式，并根据接收到的远程控制模块的后端数据对储氢瓶的碳纤维缠绕层进行被动声发射监测数据采集，最后发送至上位机，形成声发射定位图，不仅实现了声发射技术对储氢瓶在实际工况下的在线监测(且在线检测时不用拆卸储氢瓶)，还实现了对储氢瓶实际工况下的准确识别，选择性的采取被动的声发射监测模式，减少了车辆的大量能耗；且本实用新型的第一控制器、第二控制器、存储器和前端数据传输模块置于车辆上，后端数据传输模块、上位机置于固定的中控站，不仅进一步降低了车辆的能耗，还减少了监测装置在车辆上占据的空间。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0032]
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
[0033]
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。
[0034]
本实用新型实施例公开了基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置，包括：传感器、第一控制器、第二控制器、存储器、前端数据传输模块、后端数据传输模块、上位机。
[0035]
传感器包括温度传感器、压力传感器以及声发射压电传感器；温度传感器和压力传感器集成在储氢瓶的组合阀上；声发射压电传感器的压电晶片通过环氧树脂贴合在储氢瓶外表面的复合材料层上。
[0036]
第一控制器分别与温度传感器、压力传感器以及声发射压电传感器有线连接；第一控制器根据温度传感器和压力传感器的监测数据识别储氢瓶的充泄气状态，在储氢瓶处于充泄气状态下，控制声发射压电传感器采取被动的声发射监测模式。
[0037]
第一控制器布置于后备箱、前备箱中。
[0038]
声发射压电传感器与第二控制器有线连接；第二控制器采用小波分析技术，对被动声发射监测数据进行初步筛选，排除误报信号，生成前端数据。
[0039]
第二控制器采用hk32l08x系列单片机，布置于后备箱、前备箱中。
[0040]
声发射压电传感器与前端数据传输模块有线连接；将后端数据发送至声发射压电传感器。
[0041]
前端数据传输模块采用5g移动无线通讯模块，布置于后备箱、前备箱中。
[0042]
第二控制器与存储器有线连接；第二控制器将前端数据发送至存储器进行缓冲暂存。
[0043]
存储器采用固态硬盘，布置于后备箱、前备箱中。
[0044]
存储器与前端数据传输模块有线连接；前端数据传输模块获取缓冲暂存的前端数据；
[0045]
前端数据传输模块与后端数据传输模块无线连接；前端数据传输模块将前端数据传输至后端数据传输模块；后端数据传输模块将后端数据传输至前端数据传输模块。
[0046]
后端数据传输模块与上位机模块有线连接；上位机将后端操作人的操作指令转化为机器指令，生成后端数据，并将后端数据发送至后端数据传输模块；上位机对前端数据进行分析和计算，采用三角定位技术定位各有效信号的位置，并在结构示意图上标记形成声发射定位图等功能。
[0047]
后端数据传输模块采用5g移动无线通讯模块，布置于中控站。
[0048]
上位机模块布置于中控站。
[0049]
本实用新型实施例的第一控制器根据温度传感器和压力传感器的监测数据识别储氢瓶的充泄气状态，在储氢瓶处于充泄气状态下，控制声发射压电传感器采取被动的声发射监测模式；上位机将后端操作人的操作指令转化为机器指令，生成后端数据，并将后端数据发送至后端数据传输模块；后端数据传输模块接收并存储上位机发送的后端数据，并将后端数据发送至前端数据传输模块；前端数据传输模块接收后端数据传输模块发送的后端数据，并将后端数据发送至声发射压电传感器；声发射压电传感器根据接收到的上位机的后端数据对储氢瓶的碳纤维缠绕层进行被动声发射监测数据采集，并将被动声发射监测数据进行放大、滤波和a/d转换，然后发送至第二控制器；第二控制器对被动声发射监测数据进行初步筛选，采用小波分析技术，排除误报信号，生成前端数据发送至存储器；存储器对前端数据进行缓冲暂存；前端数据传输模块将前端数据发送至后端数据传输模块；后端数据传输模块接收并存储前端数据传输模块发送的前端数据，并将前端数据发送至上位机；上位机对后端数据传输模块接收的前端数据进行分析和计算，采用三角定位技术定位各有效信号的位置，并在结构示意图上标记形成声发射定位图等功能，实现储氢瓶的碳纤维缠绕层的在线监测，进而实现储氢瓶的在线监测。
[0050]
本实用新型实施例公开了基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置。本实用新型通过环氧树脂将声发射压电传感器的压电晶片贴合粘接在储氢瓶外表面的复合材料层上，不仅为采用声发射技术对储氢瓶在实际工况下的在线监测(且在线检测时不用拆卸储氢瓶) 奠定了基础，还解决了声发射采用凡士林等常规耦合剂，长时间监测时耦合剂干结，耦合效果下降甚至完全无法耦合，进而不能在气瓶使用周期中实现长期有效监测的问题以及传感器带电部位与氢气接触易爆的问题；通过设置第一控制器分别与所述温度传感器、压力传感器以及声发射压电传感器有线连接，实现了根据温度传感器和压力传感器的监测数据识别储氢瓶的充泄气状态，在储氢瓶处于充泄气状态下，控制声发射压电传感器采取被动的声发射监测模式，并根据接收到的远程控制模块的后端数据对储氢瓶的碳纤维缠绕层进行被动声发射监测数据采集，最后发送至上位机，形成声发射定位图，不仅实现了声发射技术对储氢瓶在实际工况下的在线监测(且在线检测时不用拆卸储氢瓶)，还实现了对储氢瓶实际工况下的准确识别，选择性的采取被动的声发射监测模式，减少了车辆的
大量能耗；且本实用新型的第一控制器、第二控制器、存储器和前端数据传输模块置于车辆上，后端数据传输模块、上位机置于固定的中控站，不仅进一步降低了车辆的能耗，还减少了监测装置在车辆上占据的空间。
[0051]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置，其特征在于，包括：传感器、第一控制器、第二控制器、存储器、前端数据传输模块、后端数据传输模块、上位机；所述传感器包括温度传感器、压力传感器以及声发射压电传感器；所述第一控制器分别与所述温度传感器、压力传感器以及声发射压电传感器有线连接；所述声发射压电传感器与所述第二控制器有线连接；所述声发射压电传感器与所述前端数据传输模块有线连接；所述第二控制器与所述存储器有线连接；所述存储器与所述前端数据传输模块有线连接；所述前端数据传输模块与所述后端数据传输模块无线连接；所述后端数据传输模块与所述上位机模块有线连接。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置，其特征在于，所述温度传感器和压力传感器集成在储氢瓶的组合阀上。3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置，其特征在于，所述声发射压电传感器的压电晶片通过环氧树脂贴合在储氢瓶外表面的复合材料层上。4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置，其特征在于，所述第一控制器布置于后备箱、前备箱中。5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置，其特征在于，所述第二控制器采用hk32l08x系列单片机，布置于后备箱、前备箱中。6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置，其特征在于，所述存储器采用固态硬盘，布置于后备箱、前备箱中。7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置，其特征在于，所述前端数据传输模块采用5g移动无线通讯模块，布置于后备箱、前备箱中。8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置，其特征在于，所述后端数据传输模块采用5g移动无线通讯模块，布置于中控站。9.根据权利要求1所述的一种基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置，其特征在于，所述上位机模块布置于中控站。

技术总结

本新型公开了基于物联网的车载高压储氢瓶被动在线监测装置，应用于氢能源装备检验检测领域，包括传感器、第一控制器、第二控制器、存储器、前端数据传输模块、后端数据传输模块、上位机；传感器包括温度传感器、压力传感器以及声发射压电传感器；第一控制器分别与温度传感器、压力传感器以及声发射压电传感器有线连接；声发射压电传感器与第二控制器有线连接；声发射压电传感器与前端数据传输模块有线连接；第二控制器与存储器有线连接；存储器与前端数据传输模块有线连接；前端数据传输模块与后端数据传输模块无线连接；后端数据传输模块与上位机模块有线连接。本实用新型不仅实现了不拆卸的实际工况下储氢瓶的在线监测，还降低了车辆的能耗。了车辆的能耗。了车辆的能耗。