一种车载储氢气瓶安全状态监测装置的制作方法

1.本实用新型属于车载安全监测技术领域，具体地说，涉及一种车载储氢气瓶安全状态监测装置。

背景技术：

2.中国车用氢能产业正处于快速起步阶段，然而相对于燃料电池汽车、加氢站及相关产业的发展相对不足，车载气瓶监测准确性直接关系到生命财产安全和社会稳定，车载气瓶的缺陷，疲劳问题已成为储氢燃料汽车的一个普遍隐患，亟需建立一套车载气瓶实时监测预警系统，在车载气瓶快速充气过程中对气瓶进行实时在线监测、预警、预报及紧急处理，对保证储氢燃料汽车的运营安全显得尤为重要。
3.目前，储氢气瓶检验比较好的监测方式是应变电测法技术、声发射技术、超声波技术，目前的监测技术无法做到实时、在线监测，所以不能满足车载实时应力状态监测以及预警功能。
4.有鉴于此特提出本实用新型。

技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：
6.一种车载储氢气瓶安全状态监测装置，包括车载氢气瓶、内层光纤、外层光纤、解调仪、多通道工装接头，所述车载氢气瓶上部连接有气瓶阀门，所述多通道工装接头与气瓶阀门连接，所述解调仪可与多通道工装接头相连接，所述车载氢气瓶内外层分别缠绕有内层光纤、外层光纤，所述内层光纤、外层光纤上均包含有应力/应变、温度及压力传感器。
7.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述车载氢气瓶包括内胆层以及缠绕在其外部的复合材料层，所述内层光纤缠绕于内胆层，所述外层光纤缠绕于复合材料层。
8.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述内层光纤与外层光纤为同一根光纤，所述气瓶阀门上设有出纤口，所述内层光纤在内胆层缠绕完毕后穿过出纤口继续在复合材料层上缠绕。
9.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述应力/应变传感器采用径向布置，所述内层光纤、外层光纤缠绕形成的线圈的层数为偶数，同一层线圈间平行，第奇数层线圈的方向与第偶数层线圈的方向交叉。
10.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述解调仪分为加氢站光纤解调仪、微型车载光纤解调仪，所述多通道工装接头分为加氢站加氢多通道工装接头、车载光纤光栅解调仪多通道工装接头，加氢站光纤解调仪与加氢站加氢多通道工装接头相适配，微型车载光纤解调仪与车载光纤光栅解调仪多通道工装接头相适配。
11.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述解调仪包括依次连接的光路模块和电路模块，用于实时接收、处理应力/应变、温度及压力传感器感知车载储氢气瓶的应力/应变、温度及压力数据，所述微型车载光纤解调仪设置在汽车后备箱内，其通过车载光纤光栅
解调仪多通道工装接头与车载氢气瓶连接，车辆使用过程中采集车载氢气瓶在卸载氢气时的多参量数据。
12.作为本实用新型的一种优选实施方式，还包括监测软件系统、云平台，所述车载氢气瓶充装和卸载过程的多参量数据通过网络上传云平台，根据储氢气瓶的特征模型判断车载储氢气瓶的多物理量变化情况、评估受损程度、评估储氢气瓶的寿命特征，云平台用于根据大数据下的储氢气瓶在充放压力下的应力/ 应变、温度及压力场时序数据建立数据库和车载储氢气瓶的特征模型，云平台可存储数据，云存储模块可以把数据存储在云端方便数据提取，减少了物理线缆的连接，数据共享更加便捷。
13.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述应力/应变、温度及压力传感器布置在一根光纤上，传感器黏贴在内胆外表面和缠绕层外表面，应力/应变传感器重点监测瓶肩、瓶体下部应力集中部位,传感器采用径向布置。
14.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述解调仪的光路模块发射激光通过光纤传递到传感器，传感器检测到应变、温度、压力信号将改变光纤中光的波长，波长的变化信号通过光纤传回解调仪，解调仪通过解调光纤中的波长变化来实现对物理信号的解析，解调仪的电路模块实现传输回的光信号转化为电信号，最终把特征电信号转化为特征物理变量。
15.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述监测软件系统采用监测数据通过风险评估模型分析实现对气瓶的安全状态进行评估，帮助使用者、管理者对车载储氢气瓶安全风险进行预判，提醒人员及时维护或更换储氢气瓶。软件系统包括设备基本信息查询功能、监测实时数据曲线展示，报警功能，风险评估预警模块。
16.本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：
17.本实用新型，通过在氢气瓶内胆层和复合材料层上缠绕光纤，并且光纤内带有传感器监测气瓶温度、压力和应力/应变参数；通过加氢多通道工装接头连接瓶阀光纤对应接头实现气瓶充装过程中对氢气瓶的内胆的充胀变形以及氢气瓶复合材料结构的变形的双重形变信号、温度和压力进行感知、解调与分析，实时监测储氢气瓶的应力应变情况；通过车内微型车载光纤解调仪与氢气瓶瓶阀处通过车载光纤光栅解调仪多通道工装接头连接，实现汽车行驶过程中对氢气瓶温度、压力和应力/应变实时监测。
18.本实用新型，通过反演识别和定位氢气瓶的疲劳损伤结构，结合大数据云平台分析技术进一步对比和确认数据，实现了实时监测车载氢气瓶的安全状态的功能，便于及时采取有效的防护措施，保障车载氢气瓶的安全可靠，综合实现了车载氢气瓶的实时监测和预警功能。
19.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
20.在附图中：
21.图1为本实用新型的平面结构示意图；
22.图2为本实用新型的监测系统功能图；
23.图3为本实用新型的监测数据传输路线框图。
24.图中：1车载氢气瓶、；2、内层光纤；3、外层光纤；4、复合材料层；5、内胆层；6、气瓶
阀门；7、多通道工装接头；8、加氢站光纤解调仪；9微型车载光纤解调仪。
具体实施方式
25.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型。
26.如图1至图3所示，一种车载储氢气瓶安全状态监测装置，包括车载氢气瓶1、内层光纤2、外层光纤3、解调仪、多通道工装接头7，车载氢气瓶1上部连接有气瓶阀门6，多通道工装接头7与气瓶阀门6连接，解调仪可与多通道工装接头7相连接，车载氢气瓶1内外层分别缠绕有内层光纤2、外层光纤3，内层光纤2、外层光纤3上均包含有应力/应变、温度及压力传感器。
27.如图1至图3所示，在具体实施方式中，车载氢气瓶1包括内胆层5以及缠绕在其外部的复合材料层4，内层光纤2缠绕于内胆层5，外层光纤3缠绕于复合材料层4，内层光纤2与外层光纤3为同一根光纤，气瓶阀门6上设有出纤口，内层光纤2在内胆层5缠绕完毕后穿过出纤口继续在复合材料层4上缠绕，应力/应变传感器采用径向布置，内层光纤2、外层光纤3缠绕形成的线圈的层数为偶数，同一层线圈间平行，第奇数层线圈的方向与第偶数层线圈的方向交叉，解调仪分为加氢站光纤解调仪、微型车载光纤解调仪，多通道工装接头分为加氢站加氢多通道工装接头、车载光纤光栅解调仪多通道工装接头，加氢站光纤解调仪与加氢站加氢多通道工装接头相适配，微型车载光纤解调仪与车载光纤光栅解调仪多通道工装接头相适配，解调仪包括依次连接的光路模块和电路模块，用于实时接收、处理应力/应变、温度及压力传感器感知车载储氢气瓶的应力/应变、温度及压力数据，微型车载光纤解调仪设置在汽车后备箱内，其通过车载光纤光栅解调仪多通道工装接头与车载氢气瓶1连接，车辆使用过程中采集车载氢气瓶1在卸载氢气时的多参量数据。
28.如图1至图3所示，进一步的，还包括监测软件系统、云平台，车载氢气瓶1充装和卸载过程的多参量数据通过网络上传云平台，根据储氢气瓶的特征模型判断车载储氢气瓶的多物理量变化情况、评估受损程度、评估储氢气瓶的寿命特征，云平台用于根据大数据下的储氢气瓶在充放压力下的应力/应变、温度及压力场时序数据建立数据库和车载储氢气瓶的特征模型，云平台可存储数据，云存储模块可以把数据存储在云端方便数据提取，减少了物理线缆的连接，数据共享更加便捷，应力/应变、温度及压力传感器布置在一根光纤上，传感器黏贴在内胆外表面和缠绕层外表面，应力/应变传感器重点监测瓶肩、瓶体下部应力集中部位,传感器采用径向布置，解调仪的光路模块发射激光通过光纤传递到传感器，传感器检测到应变、温度、压力信号将改变光纤中光的波长，波长的变化信号通过光纤传回解调仪，解调仪通过解调光纤中的波长变化来实现对物理信号的解析，解调仪的电路模块实现传输回的光信号转化为电信号，最终把特征电信号转化为特征物理变量，监测软件系统采用监测数据通过风险评估模型分析实现对气瓶的安全状态进行评估，帮助使用者、管理者对车载储氢气瓶安全风险进行预判，提醒人员及时维护或更换储氢气瓶。软件系统包括设备基本信息查询功能、监测实时数据曲线展示，报警功能，风险评估预警模块，通过定位车载氢气瓶1的疲劳损伤结构，结合大数据云平台分析技术进一步对比和确认数据，实现了实时监测车载氢气瓶1的安全状态以及预警的功能。
29.本实施例的一种车载储氢气瓶安全状态监测装置的实施原理如下：加氢站光纤解调仪8通过加氢多通道工装接头连接气瓶阀门6光纤对应接头实现气瓶充装过程中对车载氢气瓶1的内胆的充胀变形以及氢气瓶复合材料结构的变形的双重形变信号、温度和压力进行感知、解调与分析，实时监测储氢气瓶的应力应变情况，加氢完毕后，将微型车载光纤解调仪9与气瓶阀门6通过车载光纤光栅解调仪多通道工装接头连接，实现汽车行驶过程中对车载氢气瓶1温度、压力和应力/应变实时监测，通过定位车载氢气瓶1的疲劳损伤结构，结合大数据云平台分析技术进一步对比和确认数据，实现了实时监测车载氢气瓶1 的安全状态的功能。

技术特征：

1.一种车载储氢气瓶安全状态监测装置，包括车载氢气瓶(1)、内层光纤(2)、外层光纤(3)、解调仪、多通道工装接头(7)，其特征在于，所述车载氢气瓶(1)上部连接有气瓶阀门(6)，所述多通道工装接头(7)与气瓶阀门(6)连接，所述解调仪可与多通道工装接头(7)相连接，所述车载氢气瓶(1)内外层分别缠绕有内层光纤(2)、外层光纤(3)，所述内层光纤(2)、外层光纤(3)上均包含有应力/应变、温度及压力传感器。2.根据权利要求1所述的一种车载储氢气瓶安全状态监测装置，其特征在于，所述车载氢气瓶(1)包括内胆层(5)以及缠绕在其外部的复合材料层(4)，所述内层光纤(2)缠绕于内胆层(5)，所述外层光纤(3)缠绕于复合材料层(4)。3.根据权利要求2所述的一种车载储氢气瓶安全状态监测装置，其特征在于，所述内层光纤(2)与外层光纤(3)为同一根光纤，所述气瓶阀门(6)上设有出纤口，所述内层光纤(2)在内胆层(5)缠绕完毕后穿过出纤口继续在复合材料层(4)上缠绕。4.根据权利要求1所述的一种车载储氢气瓶安全状态监测装置，其特征在于，所述应力/应变传感器采用径向布置，所述内层光纤(2)、外层光纤(3)缠绕形成的线圈的层数为偶数，同一层线圈间平行，第奇数层线圈的方向与第偶数层线圈的方向交叉。5.根据权利要求1所述的一种车载储氢气瓶安全状态监测装置，其特征在于，所述解调仪分为加氢站光纤解调仪、微型车载光纤解调仪，所述多通道工装接头分为加氢站加氢多通道工装接头、车载光纤光栅解调仪多通道工装接头，加氢站光纤解调仪与加氢站加氢多通道工装接头相适配，微型车载光纤解调仪与车载光纤光栅解调仪多通道工装接头相适配。6.根据权利要求5所述的一种车载储氢气瓶安全状态监测装置，其特征在于，所述解调仪包括依次连接的光路模块和电路模块，用于实时接收、处理应力/应变、温度及压力传感器感知车载储氢气瓶的应力/应变、温度及压力数据，所述微型车载光纤解调仪设置在汽车后备箱内，其通过车载光纤光栅解调仪多通道工装接头与车载氢气瓶(1)连接，车辆使用过程中采集车载氢气瓶(1) 在卸载氢气时的多参量数据。7.根据权利要求1所述的一种车载储氢气瓶安全状态监测装置，其特征在于，还包括监测软件系统、云平台，所述车载氢气瓶(1)充装和卸载过程的多参量数据通过网络上传云平台，根据储氢气瓶的特征模型判断车载储氢气瓶的多物理量变化情况、评估受损程度、评估储氢气瓶的寿命特征，云平台用于根据大数据下的储氢气瓶在充放压力下的应力/应变、温度及压力场时序数据建立数据库和车载储氢气瓶的特征模型，云平台可存储数据，云存储模块可以把数据存储在云端方便数据提取，减少了物理线缆的连接，数据共享更加便捷。8.根据权利要求1所述的一种车载储氢气瓶安全状态监测装置，其特征在于，所述应力/应变、温度及压力传感器布置在一根光纤上，传感器黏贴在内胆外表面和缠绕层外表面，应力/应变传感器重点监测瓶肩、瓶体下部应力集中部位,传感器采用径向布置。9.根据权利要求6所述的一种车载储氢气瓶安全状态监测装置，其特征在于，所述解调仪的光路模块发射激光通过光纤传递到传感器，传感器检测到应变、温度、压力信号将改变光纤中光的波长，波长的变化信号通过光纤传回解调仪，解调仪通过解调光纤中的波长变化来实现对物理信号的解析，解调仪的电路模块实现传输回的光信号转化为电信号，最终把特征电信号转化为特征物理变量。10.根据权利要求7所述的一种车载储氢气瓶安全状态监测装置，其特征在于，所述监
测软件系统采用监测数据通过风险评估模型分析实现对气瓶的安全状态进行评估，帮助使用者、管理者对车载储氢气瓶安全风险进行预判，提醒人员及时维护或更换储氢气瓶；软件系统包括设备基本信息查询功能、监测实时数据曲线展示，报警功能，风险评估预警模块。

技术总结

本实用新型涉及车载安全监测技术领域，公开了一种车载储氢气瓶安全状态监测装置，包括车载氢气瓶、内层光纤、外层光纤、解调仪、多通道工装接头，所述车载氢气瓶上部连接有气瓶阀门，所述多通道工装接头与气瓶阀门连接，所述解调仪可与多通道工装接头相连接，所述车载氢气瓶内外层分别缠绕有内层光纤、外层光纤，所述内层光纤、外层光纤上均包含有应力/应变、温度及压力传感器，所述车载氢气瓶包括内胆层以及缠绕在其外部的复合材料层，所述内层光纤缠绕于内胆层，所述外层光纤缠绕于复合材料层。本实用新型，实现加氢以及汽车行驶过程中对氢气瓶温度、压力和应力/应变实时监测，同时具备预警功能。预警功能。预警功能。