CN103439363B - 一种复合材料气瓶检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合材料气瓶检测方法及装置。该方法包括：向复合材料气瓶中充入气体，并控制复合材料气瓶内气体的压力按预设规律变化，在气体的压力按预设规律变化的过程中，采集所述复合材料气瓶的热像数据；根据热像数据确定复合材料气瓶的缺陷。本发明的复合材料气瓶检测方法，通过向气瓶内充气、并利用充气过程中的热像数据，可有效判断复合材料气瓶的基体层或包覆层上是否存在缺陷，实现了准确、可靠地检测复合材料气瓶，且操作方便，检测效率更高。

Description

一种复合材料气瓶检测方法及装置

技术领域

本发明涉及无损检测技术，尤其涉及一种复合材料气瓶检测方法及装置。

背景技术

图1A为一种复合材料气瓶的结构示意图；图1B为另一种复合材料气瓶的结构示意图；如图1和图2所示，复合材料气瓶是容积不小于0.1L、用于盛装压缩气体的压力容器；其外壳包括内层的基体层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。

由于复合材料气瓶需要容纳压缩气体或液化气体，其内部压力较高或在非正常状态下可能会出现较高的压力，因此，必须对复合材料气瓶质量进行检测，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，由于包裹在复合材料气瓶外层的包覆层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，本发明提供一种复合材料气瓶检测方法及装置，实现对复合材料气瓶的准确、高效地检测。

本发明提供一种复合材料气瓶检测方法，包括：

向复合材料气瓶中充入气体，并控制所述复合材料气瓶内气体的压力按预设规律变化，在所述气体的压力按预设规律变化的过程中，采集所述复合材料气瓶的热像数据；

根据所述热像数据确定所述复合材料气瓶的缺陷。

本发明还提供一种复合材料气瓶检测装置，包括：

激励模块，用于向复合材料气瓶中充入气体，并控制所述复合材料气瓶内气体的压力按预设规律变化，在所述气体的压力按预设规律变化的过程中，采集所述复合材料气瓶的热像数据；

分析模块，用于根据所述热像数据确定所述复合材料气瓶的缺陷。

本发明提供的复合材料气瓶检测方法及装置，通过向气瓶内充气、并利用充气过程中的热像数据，可有效判断复合材料气瓶的基体层或包覆层上是否存在缺陷，实现了准确、可靠地检测复合材料气瓶，且操作方便，检测效率更高。

附图说明

图1A为一种复合材料气瓶的结构示意图；

图1B为另一种复合材料气瓶的结构示意图；

图2为本发明复合材料气瓶检测方法实施例的流程图；

图3为本发明复合材料气瓶检测方法实施例中复合材料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；

图6为本发明另一实施例提供的复合材料气瓶检测装置的结构示意图；

图7为本发明又一实施例提供的复合材料气瓶检测装置的结构示意图。

具体实施方式

图2为本发明复合材料气瓶检测方法实施例的流程图；如图1所示，本实施例提供一种复合材料气瓶检测方法，包括：

S201、向复合材料气瓶（如图1A或图1B所示）中充入气体，并控制复合材料气瓶内气体的压力按预设规律变化，在气体的压力按预设规律变化的过程中，采集复合材料气瓶的热像数据。

具体地，可以利用空气压缩机直接向复合材料气瓶内充入气体，或可设置一缓冲罐，该缓冲罐与复合材料气瓶连通，以通过空气压缩机向该缓冲罐内注入压缩气体，利用缓冲罐向复合材料气瓶内充入气体，其中充入的气体可以为氮气、空气等等，并且可以在空气压缩机与复合材料气瓶连通的管路上设置控制阀，以控制复合材料气瓶内气体压力按预设规律变化。其中，预设规律可以为逐渐增加、逐渐减小、及先增加后减小等变化形式，也可以将上述几种形式进行组合。在控制复合材料气瓶内的气体按预设规律变化的同时，可以利用热像仪在预设时间内、以预设频率采集复合材料气瓶的热像数据，其中，预设时间即指复合材料气瓶内的气体按预设规律变化所经历的时间；而采集热像数据的预设频率可以在0.01Hz～100Hz之间，

S202、根据上述热像数据确定复合材料气瓶的缺陷。

具体地，可以对采集到的、不同时刻的所述热像数据进行分析，以获取温度变化异常的区域，并根据该温度变化异常的区域确定缺陷区域。上述利用热像仪采集到的热像数据即可为预设时间内多个不同时刻的热像图，通过对这一系列数据信息的对比可以找出温度变化明显异于其他位置的点或区域，这些温度变化异常的区域即为缺陷所在。具体分析如下：

当气体进入复合材料气瓶、使气瓶内压力变化过程中，高速运动的气体动能转化为内能，气体温度升高，由于热传递的作用使得复合材料气瓶的壳体的温度也随之升高，而若壳体某处存在导热性缺陷（例如空洞、裂纹等使壳体局部减薄的缺陷），在一定时间段内该处的温度会高于其它位置；若壳体某处存在阻热性缺陷（例如夹杂、复合材料层与基体层脱开等阻燃性缺陷），则在一定时间段内该处的温度则会低于其它位置。而将热像数据利用温度曲面或热分布云图表示出来后，可以很方便地确定温度异于其它位置的点，从而确定这些点处存在相应的缺陷。

本实施例的复合材料气瓶检测方法，通过向气瓶内充气、并利用充气过程中的热像数据，可有效判断复合材料气瓶的基体层或包覆层上是否存在缺陷，实现了准确、可靠地检测复合材料气瓶，且操作方便，检测效率更高。

进一步地，上述S201中，控制所述复合材料气瓶内气体的压力或充气速率按预设规律变化，具体可以包括：

S2011、控制该复合材料气瓶内气体的压力在第一时间内逐渐由原始压力增加至预设压力；即控制复合材料气瓶内的气体压力以固定的第一速率上升至预设压力。其中，预设压力的具体值以及第一速率的具体值可以根据具体测试对象、测试条件来确定。

进一步地，在上述S2011之后，还可以包括：

S2012、控制该复合材料气瓶内气体的压力在第二时间内保持上述预设压力，这里的第二时间即为保压时间，具体值可以为0～30min。

对复合材料气瓶采用上述升压和保压的激励过程，可以使复合材料气瓶内存在各种缺陷反映到热像数据中，有效地提高了测试的准确性。

更进一步地，在上述S2012之后，还可以包括：

S2013、控制该复合材料气瓶内气体的压力在第三时间内逐渐由上述预设压力减小为低于预设压力的第一最终压力；或者，控制复合材料气瓶内的压力在第三时间内逐渐由上述预设压力增加为高于预设的压力的第二最终压力。

具体地，可以控制复合材料气瓶内的气体压力以固定的第二速率下降为第一最终压力，其中第二速率可以等于第一速率、也可以不等于第一速率；第一压力可以为原始压力零，也可以为低于上述预设压力的任何压力值；即对复合材料气瓶的激励过程可以为升压、保压和降压组成的一个完整过程。也可以控制复合材料气瓶内的气体压力以固定的第三速率增加为第三最终压力；其中第三速率可以等于第一速率或第二速率，也可以为不同于第一速率和第二速率的其它值，即对复合材料气瓶的激励过程也可以仅采用升压过程。

优选地，具体实施时，还可以不断重复上述升压、保压和降压过程，即控制该复合材料气瓶内气体的压力呈周期性变化，而该周期性变化的周期T则为上述第一时间、第二时间和第三时间之和。通过这样的循环压力变化过程，可以进一步提高测试的准确性。

当然，在上述S2012之后，还可以不包括：

另外，上述步骤S202中如何根据上述热像数据确定复合材料气瓶的缺陷，可以采用常用的对热像数据进行分析的多种手段。下面将以热像仪采集到的、分别对应T1～Tn时刻的热像图进行详细说明。

首先，请参照图3，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材料气瓶的使用要求来确定。对于用于容置普通压力气体的复合材料气瓶，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，还为该复合材料气瓶的后续处理提供了更多参考信息。

当然，上述缺陷判别方法只是数据分析方式中的一种，并不是对本发明技术方案的限定，本领域的技术人员可以根据需要选择其它方式进行分析，进而根据热像数据确定缺陷。

图6为本发明另一实施例提供的复合材料气瓶检测装置的结构示意图，如图6所示，本实施例提供一种复合材料气瓶检测装置，包括：

激励模块31，用于向复合材料气瓶中充入气体，并控制该复合材料气瓶内气体的压力按预设规律变化，在该气体的压力按预设规律变化的过程中，采集该复合材料气瓶的热像数据；

分析模块32，用于根据上述热像数据确定该复合材料气瓶的缺陷。

图7为本发明又一实施例提供的复合材料气瓶检测装置的结构示意图；如图7所示，具体地，激励模块31可以包括：

第一控制单元311，用于控制该复合材料气瓶内气体的压力在第一时间内逐渐增加至预设压力。

进一步地，激励模块31还可以包括：

第二控制单元312，用于控制所述复合材料气瓶内气体的压力在第二时间内保持所述预设压力。

更进一步地，激励模块31还可以包括：

第三控制单元313，用于控制所述复合材料气瓶内气体的压力在第三时间内逐渐由所述预设压力减小为低于预设压力的第一最终压力；或者，控制所述复合材料气瓶内的压力在所述第三时间内逐渐由所述预设压力增加为高于所述预设的压力的第二最终压力。

在上述实施例基础上，激励模块31还可以包括：

数据采集单元310，用于在预设时间内、以预设频率采集复合材料气瓶的热像图，预设时间为该气体的压力按预设规律变化所经历的时间，或者，预设时间为该气体的压力按预设规律变化所经历的时间加上预设延时。优选地，数据采集单元可以采用本领域中常用的热像仪，当然，也可以为其它可以采集热像数据的装置。

需要说明的是，可以采用空压机等压力设备向复合材料气瓶内充入气体；第一控制单元311、第二控制单元312和第三单元313可以为控制器内的功能单元，并通过该控制器可以控制空压机向复合材料气瓶内充入气体的流量，从而使复合材料气瓶内的压力按照预设规律变化。当然，具体实施测试时，也可以通过其它控制元件实现压力充入控制；例如，可以将复合材料气瓶通过连接管路与一充满高压气体的缓冲装置连接，并将控制元件（例如控制阀）设置在该连接管路上，通过适当控制阀的开启、调节阀门大小或关闭阀门实现控制复合材料气瓶内的压力按照预设规律变化。

当然，激励模块31也可用于控制复合材料气瓶内气体的压力呈周期性变化。

进一步地，分析模块32可以包括：

分析单元321，用于对采集到的、不同时刻的所述热像数据进行分析，以获取温度变化异常的区域；

处理单元322，用于根据所述温度变化异常的点确定缺陷区域。

本实施例提供的复合材料气瓶检测装置可用于执行前述方法实施例，其具体实现原理和技术效果与前述实施例类似，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、闪存、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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 (10)

1.一种复合材料气瓶检测方法，其特征在于，包括：

向复合材料气瓶中充入气体，并控制所述复合材料气瓶内气体的压力按预设规律变化，在所述气体的压力按预设规律变化的过程中，采集所述复合材料气瓶的热像数据；

根据所述热像数据确定所述复合材料气瓶的缺陷；

所述在所述气体的压力按预设规律变化的过程中，采集所述复合材料气瓶的热像数据，具体为：在预设时间内、以预设频率采集所述复合材料气瓶的热像图，所述预设时间为所述气体的压力按预设规律变化所经历的时间，或者所述预设时间为所述气体的压力按预设规律变化所经历的时间加上预设延时或提前；

所述根据所述热像数据确定所述复合材料气瓶的缺陷，具体为：

选择所述热像图中的某一特定区域作为参考点，根据不同时刻的热像图中参考点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；选择所述热像图中位置不同于所述参考点的另一点为测量点，根据不同时刻的热像图中，所述测量点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；将所述测量曲线减去所述参考曲线获得温差变化曲线；若获得的所述温差变化曲线明显呈变化趋势，则确定所述测量点所在的区域存在缺陷；根据所述测量曲线确定第一最大温差，根据温差变化曲线确定第二最大温差，确定所述第一最大温差与第二最大温差的比值；根据所述比值与第一阈值、第二阈值、第三阈值的关系确定损伤程度。

2.根据权利要求1所述的复合材料气瓶检测方法，其特征在于，所述控制所述复合材料气瓶内气体的压力按预设规律变化，具体包括：

控制所述复合材料气瓶内气体的压力在第一时间内逐渐增加至预设压力。

3.根据权利要求2所述的复合材料气瓶检测方法，其特征在于，在所述控制所述复合材料气瓶内气体的压力在第一时间内逐渐增加至预设压力之后，还包括：

控制所述复合材料气瓶内气体的压力在第二时间内保持所述预设压力。

4.根据权利要求3所述的复合材料气瓶检测方法，其特征在于，在所述控制所述复合材料气瓶内气体的压力在第二时间内保持所述预设压力之后，还包括：

控制所述复合材料气瓶内气体的压力在第三时间内逐渐由所述预设压力减小为低于预设压力的第一最终压力；或者

控制所述复合材料气瓶内的压力在所述第三时间内逐渐由所述预设压力增加为高于所述预设的压力的第二最终压力。

5.根据权利要求1所述的复合材料气瓶检测方法，其特征在于，所述控制所述复合材料气瓶内气体的压力按预设规律变化具体为：控制所述复合材料气瓶内气体的压力呈周期性变化。

6.一种复合材料气瓶检测装置，其特征在于，包括：

激励模块，用于向复合气材料瓶中充入气体，并控制所述复合材料气瓶内气体的压力按预设规律变化，在所述气体的压力按预设规律变化的过程中，采集所述复合材料气瓶的热像数据；

分析模块，用于根据所述热像数据确定所述复合材料气瓶的缺陷；

所述激励模块还包括：数据采集单元，用于在预设时间内、以预设频率采集所述复合材料气瓶的热像图，所述预设时间为所述气体的压力按预设规律变化所经历的时间，或者所述预设时间为所述气体的压力按预设规律变化所经历的时间加上预设延时；

所述分析模块具体用于：选择所述热像图中的某一特定区域作为参考点，根据不同时刻的热像图中参考点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；选择所述热像图中位置不同于所述参考点的另一点为测量点，根据不同时刻的热像图中，所述测量点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；将所述测量曲线减去所述参考曲线获得温差变化曲线；若获得的所述温差变化曲线明显呈变化趋势，则确定所述测量点所在的区域存在缺陷；根据所述测量曲线确定第一最大温差，根据温差变化曲线确定第二最大温差，确定所述第一最大温差与第二最大温差的比值；根据所述比值与第一阈值、第二阈值、第三阈值的关系确定损伤程度。

7.根据权利要求6所述的复合材料气瓶检测装置，其特征在于，所述激励模块包括：

第一控制单元，用于控制所述复合材料气瓶内气体的压力在第一时间内逐渐增加至预设压力。

8.根据权利要求7所述的复合材料气瓶检测装置，其特征在于，所述激励模块还包括：

第二控制单元，用于控制所述复合材料气瓶内气体的压力在第二时间内保持所述预设压力。

9.根据权利要求8所述的复合材料气瓶检测装置，其特征在于，所述激励模块还包括：

第三控制单元，用于控制所述复合材料气瓶内气体的压力在第三时间内逐渐由所述预设压力减小为低于预设压力的第一最终压力；或者

控制所述复合材料气瓶内的压力在所述第三时间内逐渐由所述预设压力增加为高于所述预设的压力的第二最终压力。

10.根据权利要求7所述的复合材料气瓶检测装置，其特征在于，

所述激励模块还用于控制所述复合材料气瓶内气体的压力呈周期性变化。