[发明专利]一种基于反射超声的铅蓄电池容量在线测量的装置及方法

权利要求书

1.一种基于反射超声的铅蓄电池容量在线测量的装置，其特征在于，所述装置包括超声换能器(102)、信号线(103)、超声脉冲发射电路(104)、限幅保护电路(105)、回波信号放大电路(106)、高速数据采集处理系统(107)和可调节固定装置(108)，其中，

所述的超声换能器(102)为超声纵波换能器，采用锆钛酸铅压电陶瓷偕振增敏设计方案，谐振频率为5MHz～10MHz，用于产生超声波和接收超声回波信号；

所述的高速数据采集处理系统(107)为采用可编程逻辑器件和数字信号处理器架构来实现，内嵌超声回波信号的特征提取计算方法和综合容量计算方法，基于阀控式铅酸蓄电池电极材料成分，可以提取超声回波信号特征值，准确地计算铅蓄电池(101)的容量；

所述的可调节固定装置(108)主要由压力监测装置(501)、弹簧压力调节旋钮(502)、压紧弹簧(503)、可调节固定装置外壳(504)、强磁铁(505)和不锈钢限位器(506)组成，其中，

所述的压力监测装置(501)安装在弹簧压力调节旋钮(502)上，压力监测装置(501)表面安装一块液晶显示屏，显示屏背面安装有一个薄膜型压力传感器和钮扣电池，压紧弹簧(503)贴合在薄膜型压力传感器上，可以实时显示压紧弹簧(503)的压力值；

所述的弹簧压力调节旋钮(502)可以调节压紧弹簧(503)压力，可以给超声换能器(102)施加5～10N的均匀压力；

所述的不锈钢限位器(506)固定在被测铅蓄电池(101)表面，在不锈钢限位器(506)中间开孔处均匀涂抹厚度2mm和体积1.41ml的超声耦合剂，将超声换能器(102)安装在可调节固定装置(108)内，使用信号线(103)将超声换能器(102)、超声脉冲发射电路(104)和限幅保护电路(105)连接，最后将可调节固定装置(108)吸附在不锈钢限位器(506)上，铅蓄电池(101)容量测试时，通过超声脉冲发射电路(104)产生高频脉冲信号，通过信号线(103)施加在超声换能器(102)上，利用压电晶片的逆压电效应，激励超声换能器(102)产生超声波，同时限幅保护电路(105)可以将信号幅值降低，超声波传播到铅蓄电池(101)中，在通过铅蓄电池(101)内部结构时形成超声脉冲回波信号，通过超声换能器(102)收集超声脉冲回波信号，再通过回波信号放大电路(106)对回波信号进行放大，然后通过高速数据采集处理系统(107)将回波信号采集为数字信号，最后通过超声脉冲回波信号的特征量提取计算方法和综合容量计算方法计算出铅蓄电池(101)的容量。

2.根据权利要求1所述的基于反射超声的铅蓄电池容量在线测量的装置，其特征在于，所述的超声脉冲发射电路(104)采用特殊设计的自励式负窄脉冲发射电路，利用电路中阻值可调整的电阻(RP5)，实现输出脉冲激励信号的时间宽度(t₃₀₁)调节，调节范围为300ns～470ns，幅值(V₃₀₁)调节，调节范围为90V～120V。

3.根据权利要求1所述的基于反射超声的铅蓄电池容量在线测量的装置，其特征在于，所述的高速数据采集处理系统(107)使用的采样芯片采样频率为120MS/s～200MS/s，分辨率为16位。

4.根据权利要求1所述的基于反射超声的铅蓄电池容量在线测量的装置，其特征在于，所述的回波信号放大电路(106)为采用两片AD放大芯片级联设计，放大增益0dB～40dB，带宽90MHz。

5.根据权利要求1所述的基于反射超声的铅蓄电池容量在线测量的装置，其特征在于，所述的限幅保护电路(105)分离高压发射脉冲信号和超声回波信号，将高压脉冲信号的幅值降低到±5V以内。

6.根据权利要求1所述的基于反射超声的铅蓄电池容量在线测量的装置，其特征在于，所述的不锈钢限位器(506)厚度为2mm，中间开一个直径30mm的圆孔，安装于铅蓄电池(101)表面。