CN110450699B - 一种液罐车侧翻泄漏参数检测系统及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液罐车侧翻泄漏参数检测系统及其检测方法，属于汽车安全技术领域。该检测系统通过设置侧翻监测模块和泄露监测模块，采用侧翻监测模块判断液罐车运行状态，当判定液罐车处于侧翻风险状态后，通过泄露监测模块监测液罐内液体的液位以及罐体的侧偏角，根据液位数据和侧偏角数据判断液罐是否泄露，并计算罐内液体泄漏量和泄露液体的流量，从而实现对泄露参数的检测。进而通过准确的泄露参数降低救援的风险，提升救援的效率，保障安全高效的处理事故。

Description

一种液罐车侧翻泄漏参数检测系统及其检测方法
技术领域
本发明属于汽车安全技术领域，具体涉及一种基于车联网的液罐车侧翻泄漏参数检测系统及其检测方法。
背景技术
液罐车是液体危险品运输的主要途径。在液罐车运输过程中，尤其在超速转弯、紧急避让、恶劣天气和严峻的道路条件下，液罐车极易发生侧翻。目前技术关于侧翻监测方面已较为完善，但一旦发生侧翻，液罐车罐体发生泄漏，对罐体泄漏参数的检测尚未完善，这将会产生极大的安全隐患，会给救援工作带来风险，因此，需要一种液罐车侧翻泄漏参数检测系统。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种液罐车侧翻泄漏参数检测系统，该系统能够检测液罐车侧翻泄漏参数，为安全高效的完成救援工作提供保障。
本发明的另一目的是提供一种上述液罐车侧翻泄漏参数检测系统的检测方法。
技术方案：本发明所述的一种液罐车侧翻泄漏参数检测系统，包括侧翻监测模块和泄漏监测模块；所述侧翻监测模块实时监测各轮胎胎压，并将各轮胎胎压与预设胎压阈值比较以判断液罐车处于安全状态或侧翻风险状态，当处于侧翻风险状态时，侧翻监测模块发出工作指令；所述泄漏监测模块接收工作指令，实时监测罐内液体的液位以及罐体的侧偏角，根据液位数据和侧偏角数据判断液罐是否泄漏，并计算罐内液体泄漏量和泄漏液体的流量。
其中，所述侧翻监测模块包括胎压传感器和胎压数据处理单元；所述胎压传感器实施监测各轮胎胎压并将胎压数据传输给胎压数据处理单元；所述胎压数据处理单元内预设前轮侧翻胎压阈值和后轮侧翻胎压阈值，胎压数据处理单元将接收到的胎压数据分别对应的与前轮侧翻胎压阈值、后轮侧翻胎压阈值作比较：当前轮胎压大于前轮侧翻胎压阈值且后轮胎压大于后轮胎压阈值时，判断液罐车处于安全状态；当前轮胎压一直小于等于前轮侧翻胎压阈值和/或后轮胎压一直小于等于后轮侧翻胎压阈值时，判断液罐车处于侧翻风险状态。
所述前轮侧翻胎压阈值和后轮侧翻胎压阈值分别由液罐车空载时的前轮胎压和后轮胎压确定。
所述泄漏监测模块包括液位测量单元、陀螺仪传感器和泄漏数据处理单元；所述液位测量单元实时监测罐内液体液位并传输给所述泄漏数据处理单元；所述陀螺仪传感器实时监测罐体的侧偏角并传输给泄漏数据处理单元；泄漏数据处理单元处理所得数据判断液罐是否泄漏，并计算罐内液体泄漏量和泄漏液体的流量。
所述液位测量单元包括罐首超声波测位计、罐尾超声波测位计、两个液下压力传感器以及两个旋转轴；所述罐首超声波测位计和所述罐尾超声波测位计通过对应匹配的所述旋转轴分别可旋转的安装在液罐内的罐首圆心处和罐尾圆心处；所述两个液下压力传感器分别一一对应匹配罐首超声波测位计和罐尾超声波测位计，用于判断各超声波测位计位于液面上方或下方。
进一步的，该液罐车侧翻泄漏参数检测系统还包括GPS定位模块和网络报警模块；所述GPS定位模块接收侧翻检测模块发出的工作指令，获取液罐车实时坐标并将数据传输至网络报警模块；所述网络报警模块预设液罐内液体的种类信息，实时接收泄漏监测模块判断结果，若泄漏监测模块判断罐内液体泄漏，则对液体的种类信息、罐内液体泄漏量、泄漏液体的流量以及罐体侧偏角数据进行传输报警。
对应于上述液罐车侧翻泄漏参数检测系统，本发明所述的检测方法采用的技术方案包括如下步骤：
(1)当侧翻监测模块判断液罐车处于侧翻风险状态时，泄漏监测模块工作，陀螺仪传感器监测罐体的侧偏角；设罐体水平横向为Y轴方向，该方向侧偏角为θ；罐体水平纵向为X轴方向，该方向侧偏角为α；其中，罐体水平横向指的是，驾驶员正常驾驶状态下驾驶员的左右方向；罐体水平纵向指的是，驾驶员正常驾驶状态下驾驶员的前后方向；
(2)根据X轴侧偏角α的大小，控制罐首超声波测位计和罐尾超声波测位计分别对应匹配的旋转轴在X轴方向上旋转相应角度，使罐首超声波测位计和罐尾超声波测位计的测量方向始终位于液面垂直平面内；
(3)通过罐首超声波测位计、罐尾超声波测位计以及对应匹配的液下压力传感器判断罐内液体液面的实时位置；
(4)根据罐内液体液面的位置计算罐内液体泄漏量和泄漏液体的流量。
有益效果：该液罐车侧翻泄漏参数检测系统通过设置侧翻监测模块和泄漏监测模块，采用侧翻监测模块判断液罐车运行状态，当判定液罐车处于侧翻风险状态后，通过泄漏监测模块监测液罐内液体的液位以及罐体的侧偏角，根据液位数据和侧偏角数据判断液罐是否泄漏，并计算罐内液体泄漏量和泄漏液体的流量，从而实现对泄漏参数的检测。进而通过准确的泄漏参数降低救援的风险，提升救援的效率，保障安全高效的处理事故。
附图说明
图1是罐体侧翻示意图；
图2是本发明的泄漏参数检测系统的泄漏计算方法一示意图；
图3是本发明的泄漏参数检测系统的泄漏计算方法一二维建模示意图；
图4是本发明的泄漏参数检测系统的泄漏计算方法一三维建模示意图；
图5是本发明的泄漏参数检测系统的泄漏计算方法二示意图；
图6是本发明的泄漏参数检测系统的泄漏计算方法三示意图；
图7是本发明的泄漏参数检测系统的泄漏计算方法三三维建模示意图；
图8是本发明的泄漏参数检测系统的泄漏计算方法四示意图；
图9是本发明的泄漏参数检测系统的泄漏计算方法四三维建模示意图；
图10是本发明的泄漏参数检测系统的泄漏计算方法五示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明做进一步详细说明。
一种液罐车侧翻泄漏参数检测系统，包括侧翻监测模块、泄漏监测模块、GPSGPS定位模块和网络报警模块。
其中，侧翻监测模块实时监测各轮胎胎压，并将各轮胎胎压与预设胎压阈值比较以判断液罐车处于安全状态或侧翻风险状态。具体的，侧翻监测模块包括胎压传感器和胎压数据处理单元，该胎压传感器实施监测各轮胎胎压P并将胎压数据传输给胎压数据处理单元。该胎压数据处理单元内预设前轮侧翻胎压阈值K1和后轮侧翻胎压阈值K2，胎压数据处理单元将接收到的胎压数据P分别对应的与前轮侧翻胎压阈值K1、后轮侧翻胎压阈值K2作比较：当前轮胎压P前＞K1且后轮胎压P后＞K2时，判断液罐车处于安全状态；当P前≤K1和/或P后≤K2，且一直成立时，判断液罐车处于侧翻风险状态，其中K1、K2分别由液罐车空载时的前轮胎压和后轮胎压确定。当侧翻风险状态时，侧翻监测模块向其他各模块发出工作指令。
泄漏监测模块接收工作指令，实时监测罐内液体的液位以及罐体的侧偏角，根据液位数据和侧偏角数据判断液罐是否泄漏，并计算罐内液体泄漏量和泄漏液体的流量。具体的，泄漏监测模块包括液位测量单元、陀螺仪传感器和泄漏数据处理单元。该液位测量单元包括罐首超声波测位计A、罐尾超声波测位计B、两个液下压力传感器以及两个旋转轴。罐首超声波测位计A和罐尾超声波测位计B通过对应匹配的旋转轴分别可旋转的安装在液罐内的罐首圆心处和罐尾圆心处。两个液下压力传感器分别一一对应匹配罐首超声波测位计和罐尾超声波测位计，用于判断各超声波测位计位于液面上方或下方。该液位测量单元实时监测罐内液体液位并传输给所述泄漏数据处理单元，陀螺仪传感器实时监测罐体的侧偏角并传输给泄漏数据处理单元，泄漏数据处理单元处理所得数据判断液罐是否泄漏，并计算罐内液体泄漏量和泄漏液体的流量。
GPS定位模块接收侧翻检测模块发出的工作指令，获取液罐车实时坐标并将数据传输至网络报警模块。网络报警模块预设液罐内液体的种类信息，实时接收泄漏监测模块判断结果，若泄漏监测模块判断罐内液体泄漏，则将液体的种类信息、罐内液体泄漏量、泄漏液体的流量以及罐体侧偏角数据传输至高速公路监控中心，以便救援人员高效、安全处理事故。
上述液罐车侧翻泄漏参数检测系统对应的检测方法包括如下步骤：
(1)参照图1、图2所示，记罐体为圆柱状，罐体长度为L，罐体上下表面半径为r。当侧翻监测模块判断液罐车处于侧翻风险状态时，泄漏监测模块工作，陀螺仪传感器监测罐体的侧偏角；设罐体水平横向为Y轴方向，该方向侧偏角为θ；罐体水平纵向为X轴方向，该方向侧偏角为α；其中，罐体水平横向指的是，驾驶员正常驾驶状态下驾驶员的左右方向；罐体水平纵向指的是，驾驶员正常驾驶状态下驾驶员的前后方向；
(2)根据X轴侧偏角α的大小，控制罐首超声波测位计和罐尾超声波测位计分别对应匹配的旋转轴在X轴方向上旋转相应角度，使罐首超声波测位计A和罐尾超声波测位计B的测量方向始终位于液面垂直平面内；
(3)通过罐首超声波测位计、罐尾超声波测位计以及对应匹配的液下压力传感器判断罐内液体液面的实时位置；
(4)根据罐内液体液面的位置计算罐内液体泄漏量和泄漏液体的流量。
具体的，根据θ大小判断罐体倾翻状态，若θ为锐角，则判断罐体罐头处水平高度高于罐尾处，默认罐体内液体容量为罐体容积的80％，记罐体四角为E、F、D、C，此时液面与罐体的横截线为mn，超声波测位计A、B都位于液面之下，罐首超声波测位计A工作，向AE方向发射超声波，记A测得长度为h，h即为Am的长度，此时采用泄漏计算方法一。
结合图1、图2、图3和图4，泄漏计算方法一具体为：罐首超声波测位计A所测得的Am长度为h，Em长度为r-h，En长度为
Figure GDA0003057670930000051
mn长度为
Figure GDA0003057670930000052
以EC所在罐头平面建立二维坐标系，以EC所在直线为Y轴，以A点为原点，以垂直于EC过A点的直线为X轴，得到以A为圆心，r为半径的圆形A。
以En为X轴，Em为Z轴，以E为原点，过E点垂直于面Emn的直线为Y轴，构建三维坐标系。得出在ZEX平面内，Lmn:Z＝-xtanθ+r-h，得出截面Emn在圆形A的投影为-xtanθ-h+r，得出圆形A上投影高度为xtanθ+h。得以Emn为截面的几何体体积为：
Figure GDA0003057670930000053
记前后两次计算之差为ΔV1，
Figure GDA0003057670930000054
为泄漏流量。
泄漏体积为：V1-(V罐-V液)。
参照图5，泄漏后液面继续下降，根据A相配的液下压力传感器判断A是否还位于液面之下，若A在液面之上，记此时液面与罐体的横截线为m1n1，向AC方向发射超声波，记A测得长度为h，h即为Am1的长度，若h＜Ltanθ-r，则此时采用泄漏计算方法二。
泄漏计算方法二具体为：此时h满足：h＜Ltanθ-r，Em1长度为r+h，与泄漏计算方法一同理构建二维、三维坐标系得以Em1n1为截面的几何体体积为：
Figure GDA0003057670930000061
记前后两次计算之差为ΔV2，
Figure GDA0003057670930000062
为泄漏流量。
泄漏体积为：V2-(V罐-V液)。
参照图6，泄漏后液面继续下降，取对角F、C各做一条平行于液面的横截线交罐体为FH、CG，当A测得长度h满足Ltanθ-r≤h≤2r时，记液面与罐体的横截线为m2n2，m2n2位于FH、CG之间，且平行于FH、CG。此时采用泄漏计算方法三。
结合图6、图7，泄漏计算方法三具体为：此时h满足：Ltanθ-r≤h≤2r，记液面与罐体的横截线为m2n2，m2n2位于FH、CG之间，以m2为原点，以过m2一条平行于DC直线为X轴，以过m2一条位于EC罐头面内垂直于AB的直线为Y轴，以EA所在直线为Z轴，构建三维坐标系。
由于罐内液体横截面随液面高度变化发生改变，故取包含AB线的平行于XY面的平面分截几何体。得以H、m2、n2、F为界面的的几何体体积为：
Figure GDA0003057670930000063
记前后两次计算之差为ΔV3，
Figure GDA0003057670930000064
为泄漏流量。
所以泄漏体积为：
Figure GDA0003057670930000065
参照图8，泄漏后液面继续下降，当h测得数据为2r时，超声波测位计A停止工作，同时罐尾超声波测位计B开始工作，记B测得长度为u，根据B相配的液下压力传感器判断B是否在液面之下，若B在液面之下，记此时液面与罐体的横截线为m3n3，此时采用泄漏计算方法四。
结合图8、图9，泄漏计算方法四具体为：当h测得数据为2r时，超声波测位计A停止工作，同时超声波测位计B开始工作，记B测得长度为u，根据B相配的液下压力传感器判断B是否在液面之下，若B在液面之下，超声波测位计B向BF方向发射超声波，所测得的Bn3长度为u，Dn3长度为r+u，Dm3长度为
Figure GDA0003057670930000071
与泄漏计算方法一同理构建二维、三维坐标系得以Dm3n3为截面的几何体体积为：
Figure GDA0003057670930000072
记前后两次计算之差为ΔV4，
Figure GDA0003057670930000073
为泄漏流量。
所以泄漏体积为:V液-V4。
参照图10，泄漏后液面继续下降，若B在液面之上，记此时液面与罐体的横截线为m4n4，此时采用泄漏计算方法五。
泄漏计算方法五具体为：根据B相配的液下压力传感器判断B是否在液面之下，若B在液面之上，记此时液面与罐体的横截线为m4n4，超声波测位计B向BD方向发射超声波，所测得的Bn4长度为u，Dn4长度为r-u，Dm3长度为
Figure GDA0003057670930000074
与泄漏计算方法一同理构建二维、三维坐标系得以Dm4n4为截面的几何体体积为：
Figure GDA0003057670930000075
记前后两次计算之差为ΔV5，
Figure GDA0003057670930000076
为泄漏流量。
所以泄漏体积为:V液-V5。

Claims (5)

1.一种液罐车侧翻泄漏参数检测系统，其特征在于，包括侧翻监测模块和泄漏监测模块；
所述侧翻监测模块实时监测各轮胎胎压，并将各轮胎胎压与预设胎压阈值比较以判断液罐车处于安全状态或侧翻风险状态，当处于侧翻风险状态时，侧翻监测模块发出工作指令；
所述泄漏监测模块接收工作指令，实时监测罐内液体的液位以及罐体的侧偏角，根据液位数据和侧偏角数据判断液罐是否泄漏，并计算罐内液体泄漏量和泄漏液体的流量；
所述泄漏监测模块包括液位测量单元、陀螺仪传感器和泄漏数据处理单元；所述液位测量单元实时监测罐内液体液位并传输给所述泄漏数据处理单元；所述陀螺仪传感器实时监测罐体的侧偏角并传输给泄漏数据处理单元；泄漏数据处理单元处理所得数据判断液罐是否泄漏，并计算罐内液体泄漏量和泄漏液体的流量；
所述液位测量单元包括罐首超声波测位计、罐尾超声波测位计、两个液下压力传感器以及两个旋转轴；所述罐首超声波测位计和所述罐尾超声波测位计通过对应匹配的所述旋转轴分别可旋转的安装在液罐内的罐首圆心处和罐尾圆心处；所述两个液下压力传感器分别一一对应匹配罐首超声波测位计和罐尾超声波测位计，用于判断各超声波测位计位于液面上方或下方。
2.根据权利要求1所述的液罐车侧翻泄漏参数检测系统，其特征在于，所述侧翻监测模块包括胎压传感器和胎压数据处理单元；
所述胎压传感器实施监测各轮胎胎压并将胎压数据传输给胎压数据处理单元；
所述胎压数据处理单元内预设前轮侧翻胎压阈值和后轮侧翻胎压阈值，胎压数据处理单元将接收到的胎压数据分别对应的与前轮侧翻胎压阈值、后轮侧翻胎压阈值作比较：当前轮胎压大于前轮侧翻胎压阈值且后轮胎压大于后轮侧翻胎压阈值时，判断液罐车处于安全状态；当前轮胎压一直小于等于前轮侧翻胎压阈值和/或后轮胎压一直小于等于后轮侧翻胎压阈值时，判断液罐车处于侧翻风险状态。
3.根据权利要求2所述的液罐车侧翻泄漏参数检测系统，其特征在于，所述前轮侧翻胎压阈值和后轮侧翻胎压阈值分别由液罐车空载时的前轮胎压和后轮胎压确定。
4.根据权利要求1所述的液罐车侧翻泄漏参数检测系统，其特征在于，还包括GPS定位模块和网络报警模块；
所述GPS定位模块接收侧翻检测模块发出的工作指令，获取液罐车实时坐标并将数据传输至网络报警模块；
所述网络报警模块预设液罐内液体的种类信息，实时接收泄漏监测模块判断结果，若泄漏监测模块判断罐内液体泄漏，则对液体的种类信息、罐内液体泄漏量、泄漏液体的流量以及罐体侧偏角数据进行传输报警。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述液罐车侧翻泄漏参数检测系统的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）当侧翻监测模块判断液罐车处于侧翻风险状态时，泄漏监测模块工作，陀螺仪传感器监测罐体的侧偏角；设罐体水平横向为Y轴方向，该方向侧偏角为θ；罐体水平纵向为X轴方向，该方向侧偏角为α；其中，罐体水平横向指的是，驾驶员正常驾驶状态下驾驶员的左右方向；罐体水平纵向指的是，驾驶员正常驾驶状态下驾驶员的前后方向；
（2）根据X轴侧偏角α的大小，控制罐首超声波测位计和罐尾超声波测位计分别对应匹配的旋转轴在X轴方向上旋转相应角度，使罐首超声波测位计和罐尾超声波测位计的测量方向始终位于液面垂直平面内；
（3）通过罐首超声波测位计、罐尾超声波测位计以及匹配的液下压力传感器判断罐内液体液面的实时位置；
（4）根据罐内液体液面的位置计算罐内液体泄漏量和泄漏液体的流量。
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