一種鉛酸蓄電池容量的快速檢測方法與裝置的制造方法
【技術領域】 [0001] 本發(fā)明涉及鉛酸蓄電池的檢測技術領域，具體涉及一種可應用于鉛酸蓄電池容量的快 速檢測方法與裝置。
[0002]
【背景技術】
[0003] 鉛酸蓄電池在備用動力系統(tǒng)中不可或缺，如電力設備、通信機房和汽車動力系統(tǒng) 等。蓄電池容量或荷電狀態(tài)（state of charge, S0C)是衡量其性能指標的一個重要參數(shù)， 維護不當會造成電池容量下降而無法保證預定的放電時間，可能造成重大事故。因此，蓄電 池的及時在線檢測有助于了解其工作性能，是保證設備正常運轉(zhuǎn)的有效維護手段。
[0004] 目前，國內(nèi)外對鉛酸蓄電池容量的檢測方法主要是放電法，根據(jù)蓄電池放電的外 部特性，對其端電壓、放電電流、內(nèi)阻等電池特性及其微積分量進行分析，采用一定的檢測 裝置和算法獲得蓄電池容量。其中，恒電流放電法被電池生產(chǎn)部門使用并推薦給電池用戶， 該方法以恒定電流A放電，記錄電池端電壓下降到規(guī)定值的放電時間h，A · h即為電池容 量，其缺點是作業(yè)時間長、工作量大、需備份電池等。此外，通過對電解液密度進行檢測也可 以間接獲取蓄電池容量。但是，電解液對檢測人員及周圍設備的侵害和腐蝕無法避免，故利 用比重計直接檢測并不可取。
[0005] 鉛酸蓄電池的電極主要由鉛制成，電解液是硫酸溶液。充電時從其他直流電源 獲得電能，正、負極板上的硫酸鉛會被分解還原成硫酸、鉛和氧化鉛，電解液中酸的濃度逐 漸增加。放電時，蓄電池對外電路輸出電能，負極板上的電子經(jīng)負載進入正極板形成電流， 并在電池內(nèi)部進行化學反應，硫酸與正、負極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應，生成化合物"硫酸 鉛"，硫酸濃度下降。可見，鉛酸蓄電池的電解液密度是影響電池容量主要因素，實際工作中 可根據(jù)硫酸濃度來判斷蓄電池的充電程度。
[0006] 鑒于此，本發(fā)明根據(jù)電磁感應原理提出了一種鉛酸蓄電池容量的快速檢測方法與 裝置。該方法通過線圈在蓄電池上施加交變磁場，這個變化的磁場在電解液表面形成渦電 流，在禍電流周圍產(chǎn)生的感應磁場會影響原有磁場，禍電流中帶電粒子的振動會產(chǎn)生電磁 超聲，渦電流中帶電粒子的定向運動會產(chǎn)生熱量并向外輻射而形成紅外信號，這些信號可 以被接收陣元的不同傳感器拾得，即多模信號接收。接收信號的頻率特性與帶電粒子屬性 有關，接收信號的強度與帶電粒子濃度有關，通過對接收多模信號的時域和頻域特征及其 分析結(jié)果，對電解液中帶電粒子屬性、電解液濃度進行判斷，并結(jié)合實驗統(tǒng)計結(jié)果對蓄電池 容量進行定量判斷而實現(xiàn)快速檢測。實施過程中不需接觸電解液、不需放電、可在線檢測、 對人體基本無害，故本發(fā)明具有檢測迅速、使用方便、安全、成本低、操作簡便和顯示直觀等 特點，可廣泛用于電力設備、通信機房、汽車動力系統(tǒng)等領域蓄電池容量的在線檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對鉛酸蓄電池容量檢測領域中的現(xiàn)有問題，本發(fā)明目的在于提出一種鉛酸蓄電 池容量的快速檢測方法與裝置。
[0008] 為了達到以上目的，本發(fā)明采用以下技術方案： 一種鉛酸蓄電池容量的快速檢測裝置，包括數(shù)據(jù)處理端和檢測終端；其中數(shù)據(jù)處理端 用于寬頻信號的產(chǎn)生、信號特征提取、檢測參數(shù)的設置與控制、檢測結(jié)果的存儲、數(shù)據(jù)通信 以及人機交互；檢測終端負責寬頻磁信號的發(fā)射、多模信號的接收和數(shù)據(jù)通信。
[0009] 進一步地，所述數(shù)據(jù)處理端包括寬頻信號發(fā)生模塊、特征提取模塊、主控制器、存 儲模塊、人機交互模塊和通信模塊。其中，寬頻信號發(fā)生模塊負責寬頻檢測信號的產(chǎn)生，其 中寬頻檢測信號的中心頻率可以根據(jù)檢測深度及分辨率要求綜合考慮進行選擇；特征提取 模塊負責對接收的多模信號進行時域和頻域的特征分析與識別；主控制器負責不同模塊之 間的調(diào)度，以保證整個系統(tǒng)正常運行；存儲模塊用于存儲檢測結(jié)果和分類特征庫；人機交 互模塊負責人機交互，用于檢測參數(shù)的設置、控制命令的輸入及檢測結(jié)果的輸出；通信模塊 負責發(fā)射端或者接收端與數(shù)據(jù)處理端之間數(shù)據(jù)和控制信息的傳遞，可采用有線/無線通信 模式。
[0010] 進一步地，所述檢測終端包括通信模塊、發(fā)射預處理模塊、發(fā)射線圈、磁反射體、接 收傳感器陣列和接收處理模塊。其中，通信模塊負責接收數(shù)據(jù)處理端產(chǎn)生的寬頻檢測信號， 可采用有線/無線通信模式；發(fā)射預處理模塊負責對接收的寬頻檢測信號進行放大和D/ A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號用于控制發(fā)射線圈中的電流；發(fā)射線圈負責磁信號發(fā)射；鐵磁性材料 制成的磁反射體用于阻擋磁力線的后向逸散，把線圈產(chǎn)生的磁場反射回去，向遠處推送交 變磁場；接收傳感器陣列由磁敏傳感器、超聲波傳感器和紅外傳感器組成，負責多模接收信 號的拾取，它們按照一定方式排列，組成一個陣列，接收信號的中心頻率可以根據(jù)寬頻檢測 信號的頻段進行調(diào)整；接收處理模塊用于對檢測信號進行放大、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)緩存。
[0011] 本發(fā)明的另一目的在于提出一種鉛酸蓄電池容量的快速檢測方法，具體實現(xiàn)步驟 包括： 步驟1 :檢測裝置的參數(shù)配置。設置的參數(shù)包括：發(fā)射線圈參數(shù)、寬頻檢測信號參數(shù)、接 收傳感器參數(shù)、特征提取模塊參數(shù)、通信模塊參數(shù)和檢測結(jié)果顯示參數(shù)。
[0012] 步驟2 :裝置設備狀態(tài)的自動檢測。該步驟所檢測的狀態(tài)包括：發(fā)射線圈的連接狀 態(tài)，檢測終端與數(shù)據(jù)處理端的連接狀態(tài)，接收傳感器陣列的連接狀態(tài)，通信模塊的連接與在 線狀態(tài)，檢測裝置電源容量狀態(tài)。
[0013] 步驟3 :檢測前的增益校準。其中增益校準方式包括兩種：手動增益與自動增益； 手動增益校準方式由檢測人員根據(jù)電解液屬性設置各種增益參數(shù)；自動增益校準方式則是 在檢測對象獲得一定的樣本后，由數(shù)據(jù)處理端自動估算檢測對象的各種增益參數(shù)。
[0014] 步驟4 :寬頻檢測信號的產(chǎn)生。數(shù)據(jù)處理端的寬頻信號發(fā)生模塊根據(jù)步驟1所設 置的寬頻檢測信號參數(shù)產(chǎn)生寬頻檢測信號。
[0015] 步驟5 :磁信號發(fā)射。檢測終端的通信模塊負責接收數(shù)據(jù)處理端產(chǎn)生的寬頻檢測 信號，這個接收信號在預處理模塊中進行放大和D/A轉(zhuǎn)換，然后控制發(fā)射線圈的電流，線圈 中的交變電流信號在線圈周圍產(chǎn)生交變磁場，實現(xiàn)磁信號的發(fā)射，磁反射體用于阻擋磁力 線的后向逸散，把線圈產(chǎn)生的磁場反射回去，向遠處推送交變磁場。
[0016] 步驟6 :多模信號接收。根據(jù)步驟1設置的傳感器參數(shù)拾取多模接收信號，這些信 號經(jīng)過放大和A/D轉(zhuǎn)換后保存在數(shù)據(jù)緩存單元，并通過通信模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)處理端。
[0017] 步驟7 :根據(jù)寬頻檢測信號和從檢測終端獲取的接收信號進行特征提取。具體包 括以下步驟： 步驟7. 1 :數(shù)據(jù)預處理，包括數(shù)據(jù)頻域變換、去噪聲處理及頻域濾波； 步驟7. 2 :信道特征辨識，采用傅里葉變換對接收信號的頻譜進行分析，得到多模接收 信號的頻譜特征。
[0018] 步驟8 :聯(lián)合多模接收信號的時頻特性，對信道所處電解液屬性、離子濃度及其分 布進行分析和判斷。
[0019] 步驟9 :根據(jù)電解液離子濃度對蓄電池容量進行反演并在人機交互平臺中顯示。
[0020] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所提出的一種鉛