[发明专利]一种基于光纤传感的车载储氢气瓶服役监测装置和方法

权利要求书

1.一种基于光纤传感的车载储氢气瓶服役监测装置，其特征在于：包括储氢气瓶、光纤光栅并带应变传感器、加氢枪、上位机、云平台；

储氢气瓶包括内胆和覆盖在内胆外侧的复合材料层，储氢气瓶的开口处设有瓶阀，瓶身固定有与储氢气瓶唯一对应的二维码；

光纤光栅并带应变传感器螺旋缠绕在储氢气瓶的内胆的表面，并且在内胆成型后的复合材料层的表面继续缠绕，从瓶阀的出纤口处引出；光纤光栅并带应变传感器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；

加氢枪上设有光纤法兰接口，用于在加氢枪对接瓶阀加氢时连接瓶阀的出纤口处引出的光纤光栅并带应变传感器、采集储氢气瓶在快速充放氢气时的应变数据，光纤法兰接口的另一端连接上位机；

上位机包括依次连接的光路模块和电路模块，用于实时接收、处理光纤光栅并带应变传感器感知氢气瓶的应变数据并通过网络上传云平台，根据储氢气瓶的特征模型判断储氢气瓶的应力集中情况、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变场时序数据建立数据库和储氢气瓶的特征模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的车载储氢气瓶服役监测装置，其特征在于：光纤光栅并带应变传感器包括若干根按照一定间距平行共面放置的光纤，和采用包覆型工艺涂敷的包覆所有光纤的包层。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的车载储氢气瓶服役监测装置，其特征在于：光路模块包括依次连接的高速扫频光源、光耦合器和光信号分路调制模块；光信号分路调制模块包括梳状滤波器；高速扫频光源用于产生宽调谐范围、高稳定性的窄带光信号并输入若干个光耦合器；光耦合器用于将窄带光信号分路成多通道光信号；梳状滤波器和光纤光栅并带应变传感器分别连接在光耦合器的输出端，梳状滤波器用于得到透射光信号，光纤光栅并带应变传感器用于根据储氢气瓶在快速冲放下的物理量变化得到调制的反射光信号。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感的车载储氢气瓶服役监测装置，其特征在于：电路模块包括依次连接的光电转换模块、多通道数据采集模块、AD模块、FPGA芯片、DA模块、特征生成模块、特征识别模块、数据异常监控模块、报警模块；光电转换模块包括集成光子芯片和光电探测器，光电转换模块用于将收到的光信号转换为电流信号并发送至多通道数据采集模块；多通道数据采集模块用于采集电流信号进行滤波、放大并发送至AD模块；AD模块用于对收到的电流信号进行模数转换处理并发送至FPGA芯片；FPGA芯片用于对收到的信号进行调理并发送至DA模块；DA模块用于对收到的信号进行数模转换处理并发送至特征生成模块；特征生成模块用于将具有特征点的电信号转换为模拟储氢气瓶的物理量并上传至云平台；特征识别模块用于根据二维码识别储氢气瓶，并从云平台调取对应的储氢气瓶的特征模型；数据异常监控模块用于根据储氢气瓶的特征模型评估判断当前储氢气瓶是否出现异常，并在判断异常时向报警模块发送报警信号；报警模块用于发出声光报警提醒人员及时维护或更换储氢气瓶。

5.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的车载储氢气瓶服役监测装置，其特征在于：上位机还包括无线通信模块和存储模块；无线通信模块用于在上位机和云平台之间建立通信；存储模块用于存储实时的监测数据、评估结论和报警记录。