【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液氢领域，具体涉及一种基于激光测距技术的液氢储罐液位计。
技术介绍
1、近年来，随着“双碳”目标的提出，氢能燃料电池在我国开始快速发展，其中液氢由于其较高的储存密度和较低的储存压力，受到广泛关注和研究。液氢作为介质通常在液体火箭发动机等领域较为常见，液位测量多采用电容式液位计。随着液氢逐渐走入民用市场，液氢储罐液位计在使用时需满足大批量生产及安装维护的实际状况。若继续采用电容式液位计，则会有较高的经济成本。其他常用的液位计如雷达液位计、浮标液位计、压差式液位计等由于液氢的特殊物理性质而无法实现有效的液位测量。例如，浮标液位计的浮标上需设置联动的机械装置，因此其在低密度液氢中无法漂浮及实现其与机械装置的正常联动，导致无法实现按有效测量。激光测距技术虽然是一种常规技术，但因液氢不能对其反射而无法用于液氢液位测量。本专利技术克服技术偏见，将浮标液位计与激光测距技术相结合得到一种低成本且测量可靠的液氢储罐液位计，具有很大的民用市场价值。
2、申请人北京航天试验技术研究所是国内唯一具有液氢大规模试验条件的单位，具有丰富的液氢生产、使用、试验经验。由于民用液氢的使用在国内尚处于发展阶段，相应的标准较少，本专利技术可为液氢储罐液位测量提供一种方案。
技术实现思路
1、本申请涉及一种基于激光测距技术的液氢储罐液位计，包括浮子、激光测距探头、航空插头、浮子限位网筒、线缆、计算机，浮子漂浮于液氢液面上，航空插头固定于液氢罐顶部，激光测距探头与航空插头的储罐内接口连接，线缆的一
2、浮子为内部真空结构，上表面不透光，平均密度低于液氢介质，材质为可承受液氢储罐的设计压力和温度而不变形的材质。
3、浮子也可为内部填充氦气结构，浮子内氦气压力可消减液氢储罐内的压力，且平均密度低于液氢介质。
4、浮子的上表面不透光，优选为漫反射不透光，可确保将激光反射给所述激光测距探头。
5、浮子的形状可为长方体、正方体、梯形体、蝶形、圆饼形等，优选为蝶形或圆饼形，浮子的材质优选为铝合金、不锈钢、碳纤维、硬塑料。
6、激光测距探头发射的激光可到达浮子的上表面并反射，浮子置于浮子限位网筒内，可以随液氢液位上下浮动，但只能在浮子限位网筒的限制区域内上下浮动。
7、激光测距探头可在液氢储罐的设计压力和温度下发射激光和接收反射激光，与航空插头进行能量和信号传递。
8、航空插头的储罐内接口与激光测距探头连接，航空插头的储罐外接口与线缆连接，负责能量和信号的传递，并确保液氢储罐内介质不会向外泄漏。
9、浮子限位网筒底部固定于液氢储罐底部，圆柱侧面为网状结构，可确保浮子限位网筒内外的液氢液面相等，且浮子不会随液氢液位波动而离开浮子限位网筒；浮子限位网筒顶部开口，可确保浮子能安装进浮子限位网通内，且其发射和反射的激光不受阻挡。
10、线缆两端分别与航空插头和计算机连接，进行能量和信号传递。计算机与线缆连接，通过航空插头，负责向激光探头发送指令、提供电能、接收激光探头的反射光信号，由激光束从发射到接收的时间差，计算出激光探头到浮子的距离，进一步计算出液氢液位。
11、液氢储罐可为置于车、潜艇、轮船、舰艇等上的液氢储罐。
12、本专利技术的工作原理是：浮子1漂浮于液氢液面上，随着液氢液位的升高和下降而上下浮动，进而引起浮子1与激光测距探头2的距离变化。激光测距探头2通过航空插头3和线缆5受计算机6指挥，利用发射和反射激光的时间差来计算激光探头2到浮子1的距离，进一步计算出液氢液位。
13、具体方案如下：
14、工作时，计算机6通过线缆5和航空插头3向激光测距探头2连接，当需要测量液氢罐液位时，发出指令并提供电能，让激光测距探头2发射激光。激光测距探头2向浮子1射出一束激光，激光以光速到达漂浮于液氢上的浮子1的上表面后发生反射。激光测距探头2的光电元件接收浮子1上表面反射的激光束并产生信号，信号通过航空插头3和线缆5传递给计算机6。计算机6由激光束从发射到接收的时间差,计算出激光探头2到浮子1上表面的距离。液氢的液位即可按照以下公式计算：
15、h＝h-h1-h2-h3
16、其中，h——液氢储罐液位高度；
17、h1——激光探头2到浮子1上表面的距离；
18、h2——激光探头2到液氢储罐内表面顶部的距离；
19、h3——浮子1上表面高出液氢液位的高度，h3可基于浮子的平均密度ρ浮子、液氢密度ρ液氢、浮子的形状参数综合计算得到，如浮子为圆饼形时，h3＝(ρ液氢-ρ浮子)×浮子的纵向高度/ρ液氢；
20、h——液氢储罐内表面顶部与底部的距离；
21、本专利技术与现有技术相比，其具有优点是：
22、1.结构简单，系统包含的组件加工制作简单。
23、2.安装方便，民用市场上后期维护保养方便。
24、3.成本低，制作和安装成本显著降低。
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1.一种基于激光测距技术的液氢储罐液位计，其特征在于：包括浮子(1)、激光测距探头(2)、航空插头(3)、浮子限位网筒(4)、线缆(5)、计算机(6)，所述浮子(1)漂浮于液氢液面上，所述航空插头(3)固定于液氢罐顶部，所述激光测距探头(2)与所述航空插头(3)的储罐内接口连接，所述线缆(5)的一端与所述航空插头(3)的储罐外接口连接，所述线缆(5)的另一端与计算机(6)连接，所述激光测距探头(2)可在液氢储罐的设计压力和温度下发射激光和接收反射激光，所述浮子(1)置于所述浮子限位网筒(4)内，所述浮子限位网筒(4)底部固定于液氢储罐底部。
2.根据权利要求1所述的基于激光测距技术的液氢储罐液位计，其特征在于，所述浮子(1)为内部充氦气，上表面不透光，平均密度低于液氢介质，材质为可承受液氢储罐的设计压力和温度而不变形的材质。
3.根据权利要求1任一项所述的基于激光测距技术的液氢储罐液位计，其特征在于，所述浮子(1)为内部真空结构，上表面不透光，平均密度低于液氢介质，材质为可承受液氢储罐的设计压力和温度而不变形的材质。
4.根据权利要求2或3所述
5.根据权利要求2或3所述的基于激光测距技术的液氢储罐液位计，其特征在于，所述浮子(1)的形状为蝶形。
6.根据权利要求2或3所述的基于激光测距技术的液氢储罐液位计，其特征在于，所述浮子(1)的形状为圆饼形。
7.根据权利要求2或3所述的基于激光测距技术的液氢储罐液位计，其特征在于，所述浮子(1)的材质为铝合金。
8.根据权利要求2或3所述的基于激光测距技术的液氢储罐液位计，其特征在于，所述浮子(1)的材质为不锈钢。
9.根据权利要求2或3所述的基于激光测距技术的液氢储罐液位计，其特征在于，所述浮子(1)的材质为碳纤维。
10.根据权利要求2或3所述的基于激光测距技术的液氢储罐液位计，其特征在于，所述浮子(1)的材质为硬塑料。
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光测距技术的液氢储罐液位计，其特征在于：包括浮子(1)、激光测距探头(2)、航空插头(3)、浮子限位网筒(4)、线缆(5)、计算机(6)，所述浮子(1)漂浮于液氢液面上，所述航空插头(3)固定于液氢罐顶部，所述激光测距探头(2)与所述航空插头(3)的储罐内接口连接，所述线缆(5)的一端与所述航空插头(3)的储罐外接口连接，所述线缆(5)的另一端与计算机(6)连接，所述激光测距探头(2)可在液氢储罐的设计压力和温度下发射激光和接收反射激光，所述浮子(1)置于所述浮子限位网筒(4)内，所述浮子限位网筒(4)底部固定于液氢储罐底部。
2.根据权利要求1所述的基于激光测距技术的液氢储罐液位计，其特征在于，所述浮子(1)为内部充氦气，上表面不透光，平均密度低于液氢介质，材质为可承受液氢储罐的设计压力和温度而不变形的材质。
3.根据权利要求1任一项所述的基于激光测距技术的液氢储罐液位计，其特征在于，所述浮子(1)为内部真空结构，上表面不透光，平均密度低于液氢介质，材质为可承受液...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩瑜，朱子勇，张家仙，马少华，张伟，卜玉，于海磊，徐庆逍，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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