CN103424412A - 基于红外热成像的复合气瓶检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于红外热成像的复合气瓶检测系统，包括：压力缓冲罐，用于容置压缩气体，且所述压力缓冲罐具有用于连接到待检测气瓶的瓶口的连接管；至少一个热像仪，用于采集所述待检测气瓶的热像数据；处理器，与所述热像仪连接，用于接收并分析所述热像仪采集到的热像数据，并根据所述热像数据确定所述待检测气瓶的缺陷。本发明提供的复合气瓶检测系统可以实现复合气瓶准确、高效、方便的无损检测。

Description

基于红外热成像的复合气瓶检测系统

技术领域

本发明涉及特种设备检测技术，尤其涉及一种基于红外热成像的复合气瓶检测系统。

背景技术

复合气瓶是用于盛装压力气体或液体的压力容器。图1为复合气瓶的结构示意图；如图1所示，复合气瓶主要包括围成内部容置空腔的壳体，壳体则包括内层的基体层11、以及包覆在基体层11外侧的包覆层12，其中基体层11可以为金属材料或非金属材料，包覆层12可以为与基体层11不同的金属或非金属材料。

由于复合气瓶需要容纳压缩气体，其内部压力较高，因此，必须对复合气瓶质量进行检测，以避免可能一些存在于基体层11或包覆层12的缺陷引发使用安全事故。

现有技术中，虽然超声检测和X射线检测已经广泛用于材料的无损检测，但是，由于包裹在复合气瓶外层的包覆层12表面十分粗糙，因此，若采用超声检测则很有可能遗漏包覆层12上的缺陷，导致检测结果不准确；而X射线检测又很容易损伤复合材料复合气瓶本身，且检测效率较低，无法满足检测的需求。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种基于红外热成像的复合气瓶检测系统，实现复合气瓶快速、准确地无损检测，提高了检测效率。

本发明提供一种基于红外热成像的复合气瓶检测系统，包括：

压力缓冲罐，用于容置压缩气体，且所述压力缓冲罐具有用于连接到待检测气瓶的瓶口的连接管；

至少一个热像仪，用于采集所述待检测气瓶的热像数据；

处理器，与所述热像仪连接，用于接收并分析所述热像仪采集到的热像数据，并根据所述热像数据确定所述待检测气瓶的缺陷。

本发明提供的基于红外热成像的气瓶检测系统，通过向气瓶充入气体使其内部压力变化、并通过在压力变化过程中采集到的热像数据，可有效判断复合气瓶的基体层或包覆层上是否存在缺陷，实现了无损、准确、可靠地检测复合气瓶，且操作方便，检测效率更高。

附图说明

图1为复合气瓶的结构示意图；

图2为本发明基于红外热成像的复合气瓶检测系统实施例的结构示意图；

图3为图2所示实施例中复合气瓶上参考点和测量点的示意图；

图4为图3中的参考点和测量点的温度随时间变化关系；

图5A为根据图4作出的温差变化曲线；

图5B为温差变化曲线的另一种形式示意图。

具体实施方式

实施例一

图2为本发明基于红外热成像的复合气瓶检测系统实施例的结构示意图；请参照图2，本实施例提供一种基于红外热成像的复合气瓶检测系统，包括：

压力缓冲罐21，用于容置压缩气体，且压力缓冲罐21具有用于连接到待检测复合气瓶1的瓶口的连接管210。

至少一个热像仪24，用于采集待检测复合气瓶1的热像数据；其中当热像仪24为多个时可以固定在待检测复合气瓶的周围。

处理器（图未示），与热像仪24连接，用于接收并分析热像仪24采集到的热像数据，并根据该热像数据确定待检测复合气瓶1的缺陷。

其中，热像仪24也可以通过支撑杆（图未示）固定在地面上，或者也可以通过吊杆吊设固定在检测室的屋顶，并且，热像仪24的数量应根据具体待检测复合气瓶1的形状和位置来确定，以保证能采集到待检测复合气瓶1的各个位置的热像数据。

压力缓冲罐21内可以充满压缩气体（如氮气、空气等），压力缓冲罐21内的压力可以为0.1MPa～2P_q，其中，P_q表示待检测复合气瓶的设计压力。压力缓冲罐21通过连接管与待检测复合气瓶连通，由于压力缓冲罐21内气体压力较高，使得压缩气体逐渐进入到压力待检测复合气瓶内，使待检测复合气瓶内的压力发生变化。

优选地，热像仪24可以为红外线热像仪。

本实施例提供的基于红外热成像的气瓶检测系统，通过向气瓶充入气体使其内部压力变化、并通过在压力变化过程中采集到的热像数据，可有效判断复合气瓶的基体层或包覆层上是否存在缺陷，实现了无损、准确、可靠地检测复合气瓶，且操作方便，检测效率更高。

实施例二

本实施例与实施例一不同之处在于，在实施例一的基础上还增加支架和动力提供装置。即，本实施例提供的基于红外热成像的复合气瓶检测系统还包括：动力提供装置22，与压力缓冲罐21连接，用于为压力缓冲罐21提供压缩气体；支架23，固定设置在压力缓冲罐21旁，用于放置并固定待检测复合气瓶。

具体地，支架23可以固定设置在地面或工作台上，其具体结构形式不作限定，只要能固定住待检测复合气瓶1即可。

并且，热像仪的数量可以为三个，三个热像仪24对应支架23的周围设置，且相邻热像仪24之间的间隔可相等，各热像仪24到用于防止待检测复合气瓶1的支架23的距离也可相等。

动力提供装置22可以采用空气压缩机，空气压缩机的输出端则可以与压力缓冲罐21相连通，从而通过空气压力机将空气不断地输入给压力缓冲罐21，使得压力缓冲罐21内充满高压空气。利用本实施例提供的复合气瓶检测装置对待检测复合气瓶进行检测的具体过程可以为：

先将复合气瓶1固定到支架23上。

然后，将压力缓冲罐21通过连接管210与复合气瓶1连接，以使压力缓冲罐21中的压缩气体进入到复合气瓶1中，从而使复合气瓶1中的压力逐渐增加到预设值后，保持在该预设值；同时，在上述过程中，通过热像仪24以一定频率采集复合气瓶1在多个时刻的热像数据。

最后，处理器将热像仪24采集到的、不同时刻的热像数据进行分析、处理，以确定复合气瓶1的是否存在缺陷，以及进一步可确定该缺陷的位置。

优选地，连接管210上可以设置用于控制通过连接管210内的气体流量的控制阀211；在待检测复合气瓶1与连接管210连接处还可以连接一压力表（图未示），以通过压力表实时显示复合气瓶1内的压力值。

这样，通过控制阀211可以控制复合气瓶1内的气体压力按预设规律变化，例如，可以控制复合气瓶1内的压力在第一时间内、以一定速率上升至预设压力值，并保持在该预设压力值第二时间；最后，便可通过断开连接管210使复合气瓶1内的压力逐渐减小，即，使复合气瓶1内气体压力呈先增压、保压再降压的规律变化。通过控制复合气瓶1内压力按照这种预设规律变化，可以使热像数据更准确地反映缺陷，避免漏检的情况，进一步提高检测准确性。

本实施例将以控制复合气瓶内气体压力先增加、然后保压、再泄压的激励过程为例，详细说明处理器如何根据热像仪提供的热像数据确定复合气瓶的缺陷。

针对热像仪采集到的、分别对应T1～Tn时刻的热像图而言，请参照图3，可先选择热像图中的某一特定区域作为参考点K1，根据T1～Tn时刻的热像图中、参考点K1的温度值与时刻的对应关系拟合出该参考点的温度随时间变化的参考曲线L1（如图4所示），在图4中，横轴表示时间（t=0～70s），纵轴表示该参考点的温度值T。

然后，选择热像图中位置不同于上述参考点K1的另一点为测量点K2，根据T1～Tn时刻的热像图中，测量点K2的温度值与时刻的对应关系拟合出该测量点的温度随时间变化的测量曲线L2（如图4所示）。

之后，将测量曲线L2减去上述参考曲线L1获得温差变化曲线。

若获得的温差变化曲线明显呈变化趋势，如图5A所示中L3所示，则确定该测量点K2所在的区域存在缺陷；若获得的温差变化曲线不存在明显变化（即趋近0），如图5B中L3′所示，则可确定该测量点K2所在区域不存在缺陷。

进一步地，在上述获取温差变化曲线之后，还可以根据上述测量曲线L2和温差变化曲线进行归一化处理，以进一步判断缺陷所在区域的损伤程度。具体过程可以为：

根据测量曲线L2确定第一最大温差△T1；例如，可将测量曲线L2的最大值与最小值的差作为第一最大温差△T1。

根据温差变化曲线L3确定第二最大温差△T2；例如，可将温差变化曲线L3的最大值与最小值的差作为第二最大温差△T2。

然后，根据下式确定上述第一最大温差△T1与第二最大温差△T2的比值TK：

$\mathrm{TK}=\frac{\mathrm{\ΔT}1}{\mathrm{\ΔT}2}$

最后，根据TK与第一阈值、第二阈值及第三阈值的关系确定损伤程度；其中，第一阈值、第二阈值和第三阈值可以依次递增，其具体值可以根据特定领域对复合气瓶的使用要求来确定。对于用于容置普通压力气体复合气瓶，第一阈值可以为0.1，第二阈值可以为0.2，第三阈值可以为0.4。

即，当TK小于第一阈值时，则可确定该测量点对应的区域为一级损伤；当TK大于或等于第一阈值、且小于第二阈值时，可确定该测量点对应的区域为二级损伤；当TK大于或等于第二阈值、且小于第三阈值时，可确定该测量点对应的区域为三级损伤；当TK大于或等于第三阈值时，则确定该测量点对应的区域为四级损伤。

通过这种方式，不但可以判断某一测量点对应的区域是否存在缺陷，且还可以判断出该缺陷的损伤程度，提高了测试的准确性，还为该复合气瓶的后续处理提供了更多参考信息。

当然，还可以采用本领域其它常用的手段对热像数据进行分析，本实施例并不是对分析方法的限制。

更进一步地，请参照图2，本实施例中的支架23可以呈圆台状，支架23的底面用于放置在工作台或地面上，支架23的顶面形成有用于容置、并卡合待检测复合气瓶1的底端的凹槽231。该支架23可以为镂空状的金属架，且支架23的底面还可以通过焊接等方式固定在地面或工作台表面上；支架23顶面上的凹槽231可以为与复合气瓶1的直径相匹配的孔，复合气瓶1的底部可以伸入到该孔中，并通过该孔的孔壁对复合气瓶1的抵挡，有效防止复合气瓶1倾倒，保证了安全性。

优选地，凹槽231的内表面还可为与待检测复合气瓶1的底端形状相匹配的曲面；即凹槽231的内部形状可以与复合气瓶1的底端完全相匹配的球形曲面，以保证复合气瓶1的底端与凹槽231更好贴合，实现更可靠的定位。

本实施例的基于红外热成像的复合气瓶检测系统，对复合气瓶1采取直立固定方式（复合气瓶1的中心轴垂直于地面或工作台表面），与复合气瓶1水平放置（复合气瓶1的中心轴平行于地面或工作台表面）形式相比，可以减少复合气瓶1与其它物件的接触面积，从而避免外部部件与复合气瓶1之间的热传递而影响复合气瓶的热像数据，进一步保证了测试结果的准确、可靠。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种基于红外热成像的复合气瓶检测系统，其特征在于，包括：

压力缓冲罐，用于容置压缩气体，且所述压力缓冲罐具有用于连接到待检测气瓶的瓶口的连接管；

至少一个热像仪，用于采集所述待检测气瓶的热像数据；

处理器，与所述热像仪连接，用于接收并分析所述热像仪采集到的热像数据，并根据所述热像数据确定所述待检测气瓶的缺陷。

2.根据权利要求1所述的基于红外热成像的复合气瓶检测系统，其特征在于，还包括：

动力提供装置，与所述压力缓冲罐连接，用于为所述压力缓冲罐提供压缩气体；

支架，固定设置在所述压力缓冲罐旁，用于放置并固定所述待检测气瓶。

3.根据权利要求2所述的基于红外热成像的复合气瓶检测系统，其特征在于，所述连接管上设置有用于控制通过所述连接管内的气体流量的控制阀。

4.根据权利要求2所述的基于红外热成像的复合气瓶检测系统，其特征在于，所述支架呈圆台状，所述支架的底面用于放置在工作台或地面上，所述支架的顶面形成有用于容置、并卡合所述待检测复合气瓶的底端的凹槽。

5.根据权利要求4所述的基于红外热成像的复合气瓶检测系统，其特征在于，所述凹槽的内表面为与所述待检测复合气瓶的底端形状相匹配的曲面。

6.根据权利要求1-5任一所述的基于红外热成像的复合气瓶检测系统，其特征在于，所述动力提供装置为空气压缩机，所述动力提供装置的输出端与所述压力缓冲罐相连通。

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