一种高压氢气泄漏检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高压氢气泄漏检测方法及系统，所述方法包括：利用光纤光栅感知高压氢气储存装置发生氢气泄漏时产生的超声波；利用解调仪的宽谱光源向所述光纤光栅发射初始光；初始光在发生形变的所述光纤光栅上产生反射光；利用所述解调仪对所述反射光进行波长检测，得到具体波长；基于温度补偿原理，根据所述具体波长计算中心波长漂移量；根据所述中心波长漂移量判断是否发生氢气泄漏事故。本发明专利技术基于光纤光栅具有的体积小，检测范围广，精度高，稳定性强、实时性好等优点，考虑到在氢燃料车中高压氢气泄漏时泄漏源将伴随超声波产生的前提下，利用超声波对光纤光栅的应力效应对氢气泄漏进行识别，提高了高压氢气泄漏检测及定位的准确性。位的准确性。位的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种高压氢气泄漏检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及传感器检测
，特别是涉及一种高压氢气泄漏检测方法及系统。

技术介绍

[0002]氢能有助于我国实现碳达峰与碳中和目标。为完成碳中和任务并实现我国石油安全的战略目标，在我国交通领域，氢能源车辆的普及将成为必然。
[0003]现有氢燃料车在燃料储存方面多采用气态高压储氢的方式，但因车辆意外碰撞或设备老化等因素氢燃料车氢气高压储罐有氢气泄漏的危险。氢气的宽可燃范围、快速传播速度以及低点火能使得氢气安全隐患较高，氢安全问题将成为未来氢燃料车推广的关键。氢泄漏事故发生时，若能尽快定位泄漏源从而切断氢气供应并依据泄漏位置采取相应的通风方案，将大幅度降低氢气泄漏爆燃风险。然而因氢燃料车氢气泄漏事故模型较少且事故原因调查不完善，可能成为泄漏源的位置难以预测，在事故发生后对氢气泄漏源快速定位的方法上也鲜有探究。
[0004]氢气无色无味，人体无法察觉，现有氢气泄漏源定位往往采用多氢气传感器布置对氢气泄漏进行检测并经算法处理对泄漏源进行定位，泄漏源定位结果精度及定位速度依赖传感器位置及数量的选取。单个传感器为点式检测，检测范围小，测量稳定性和时效性差。多传感器布置能够提高测量的稳定性，但传感器作为障碍物的介入使测量结果误差增大，影响结果的准确性，同时氢燃料车中用于氢气泄漏检测的现有氢传感器布置方案并不成熟，很难快速定位泄漏发生的位置。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种高压氢气泄漏检测方法及系统。r/>[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种高压氢气泄漏检测方法，包括：
[0008]利用不同预设位置的光纤光栅感知高压氢气储存装置发生氢气泄漏时产生的超声波；所述光纤光栅在所述超声波的作用下发生形变；
[0009]利用解调仪的宽谱光源向所述光纤光栅发射初始光；所述初始光经过环形器入射到所述光纤光栅；所述初始光在发生形变的所述光纤光栅上产生反射光；所述反射光反射回所述解调仪；
[0010]利用所述解调仪对所述反射光进行波长检测，得到具体波长；
[0011]基于温度补偿原理，根据所述具体波长计算中心波长漂移量；
[0012]根据所述中心波长漂移量判断是否出现波长漂移，若是，则确定氢气泄漏事故发生。
[0013]优选地，所述根据所述中心波长漂移量判断是否出现波长漂移，若是，则确定氢气
泄漏事故发生之后，还包括：
[0014]根据不同位置的所述光纤光栅计算得到的所述中心波长漂移量确定超声波声压；
[0015]根据超声波在不均匀介质中的衰减行为关系式和所述声压确定泄漏源位置。
[0016]优选地，所述根据不同位置的所述光纤光栅计算得到的所述中心波长漂移量确定超声波声压的公式为：
[0017][0018]其中，λ
B
为光栅的中心波长，E表示材料的弹性模量，n
eff
为光栅的有效折射率，p
11
、p
12
分别为和超声波传播介质相关的第一常数和第二常数；Δλ
B
为所述中心波长漂移量；p为所述超声波声压。
[0019]优选地，所述根据超声波在不均匀介质中的衰减行为关系式和所述声压确定泄漏源位置，包括：
[0020]根据预设的第一位置的所述声压和所述衰减行为关系式确定所述第一位置距泄漏源的距离，记为第一距离；
[0021]根据预设的第二位置的所述声压和所述衰减行为关系式确定所述第二位置距泄漏源的距离，记为第二距离；
[0022]确定所述第一位置和所述第二位置的相距距离，记为第三距离；
[0023]基于三角形的几何关系，根据所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离确定所述泄漏源位置。
[0024]优选地，所述衰减行为关系式的公式为：
[0025][0026]其中，p1为第一位置的所述声压，为所述第一距离，p2为第二位置的所述声压，为所述第二距离，f为频率，为在频率为f的情况下，以为衰减的参考位置，位置处的扩散衰减系数，为在频率为f的情况下，以为衰减的参考位置，位置处的吸收和散射衰减系数。
[0027]一种高压氢气泄漏检测系统，包括：
[0028]超声波感应模块，用于利用不同预设位置的光纤光栅感知高压氢气储存装置发生氢气泄漏时产生的超声波；所述光纤光栅在所述超声波的作用下发生形变；
[0029]发射模块，用于利用解调仪的宽谱光源向所述光纤光栅发射初始光；所述初始光经过环形器入射到所述光纤光栅；所述初始光在发生形变的所述光纤光栅上产生反射光；所述反射光反射回所述解调仪；
[0030]波长检测模块，用于利用所述解调仪对所述反射光进行波长检测，得到具体波长；
[0031]计算模块，用于基于温度补偿原理，根据所述具体波长计算中心波长漂移量；
[0032]事故确定模块，用于根据所述中心波长漂移量判断是否出现波长漂移，若是，则确定氢气泄漏事故发生。
[0033]优选地，还包括：
[0034]声压确定模块，用于根据不同位置的所述光纤光栅计算得到的所述中心波长漂移
量确定超声波声压；
[0035]位置确定模块，用于根据超声波在不均匀介质中的衰减行为关系式和所述声压确定泄漏源位置。
[0036]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0037]本专利技术提供了一种高压氢气泄漏检测方法及系统，所述方法包括：利用不同预设位置的光纤光栅感知高压氢气储存装置发生氢气泄漏时产生的超声波；所述光纤光栅在所述超声波的作用下发生形变；利用解调仪的宽谱光源向所述光纤光栅发射初始光；所述初始光经过环形器入射到所述光纤光栅；所述初始光在发生形变的所述光纤光栅上产生反射光；所述反射光反射回所述解调仪；利用所述解调仪对所述反射光进行波长检测，得到具体波长；基于温度补偿原理，根据所述具体波长计算中心波长漂移量；根据所述中心波长漂移量判断是否出现波长漂移，若是，则确定氢气泄漏事故发生。本专利技术基于光纤光栅具有的体积小，检测范围广，精度高，稳定性强、实时性好等优点，考虑到在氢燃料车中高压氢气泄漏时泄漏源将伴随超声波产生的前提下，利用超声波对光纤光栅的应力效应对氢气泄漏进行识别，并在具体实施方式中通过空间几何关系对氢气泄漏源进行定位，提高了高压氢气泄漏检测及定位的准确性。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1为本专利技术提供的实施例中的高压氢气泄漏检测方法的流程图；
[0040]图2为本专利技术提供的实施例中的第一种情况的氢气泄漏检测示意图；
[0041]图3为本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压氢气泄漏检测方法，其特征在于，包括：利用不同预设位置的光纤光栅感知高压氢气储存装置发生氢气泄漏时产生的超声波；所述光纤光栅在所述超声波的作用下发生形变；利用解调仪的宽谱光源向所述光纤光栅发射初始光；所述初始光经过环形器入射到所述光纤光栅；所述初始光在发生形变的所述光纤光栅上产生反射光；所述反射光反射回所述解调仪；利用所述解调仪对所述反射光进行波长检测，得到具体波长；基于温度补偿原理，根据所述具体波长计算中心波长漂移量；根据所述中心波长漂移量判断是否出现波长漂移，若是，则确定氢气泄漏事故发生。2.根据权利要求1所述的高压氢气泄漏检测方法，其特征在于，所述根据所述中心波长漂移量判断是否出现波长漂移，若是，则确定氢气泄漏事故发生之后，还包括：根据不同位置的所述光纤光栅计算得到的所述中心波长漂移量确定超声波声压；根据超声波在不均匀介质中的衰减行为关系式和所述声压确定泄漏源位置。3.根据权利要求2所述的高压氢气泄漏检测方法，其特征在于，所述根据不同位置的所述光纤光栅计算得到的所述中心波长漂移量确定超声波声压的公式为：其中，λ
B
为光栅的中心波长，E表示材料的弹性模量，n
eff
为光栅的有效折射率，p
11
、p
12
分别为和超声波传播介质相关的第一常数和第二常数；Δλ
B
为所述中心波长漂移量；p为所述超声波声压。4.根据权利要求2所述的高压氢气泄漏检测方法，其特征在于，所述根据超声波在不均匀介质中的衰减行为关系式和所述声压确定泄漏源位置，包括：根据预设的第一位置的所述声压和所述衰减行为关系式确定所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李跃娟，侯旭蕾，赵梓茗，王成，李建威，兰昊，陈丽华，何宝凤，苗扬，张筱璐，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：