CN112985716A - 一种浮空器囊体氦气泄露监测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浮空器囊体氦气泄露监测装置及方法，其通过设置在氦气囊和空气囊外表面的气体浓度传感器分别测量浮空器囊体氦气向外界泄漏量及向空气囊泄露量，并将信号通过传感器输出信号线传递给信号采集及控制器，然后通过信号输出线将信号显示在信号显示器上，当气体浓度传感器采集到氦气泄漏量大于设定值时，控制器通过信号输出线驱动报警器报警，并在显示器上显示相应编号的气体泄露量，工作人员可通过警示显示的气体浓度传感器编号识别囊体氦气泄露区域；提高了产品的维修效率，降低了产品的维护成本，该氦气泄露监测方法可应用到浮空器及其他气体容器的气体泄露监测，并且不限于对氦气泄露的监测。

Description

一种浮空器囊体氦气泄露监测装置及方法
技术领域
本发明涉及飞行器件的测试技术，特别是涉及一种浮空器囊体氦气泄露监测装置及方法。
背景技术
浮空器是一种轻于空气的飞行器，可分为系留气球和飞艇。浮空器可为各种任务设备和载人吊舱提供搭载平台，在监视预警、旅游观光、影视拍摄、娱乐广告等军、民用领域拥有较好的前景。浮空器主要采用氦气提供升力，使用过程中氦气泄露主要来自囊体材料本体、使用过程中零件之间出现的缝隙和材料上出现的漏点，其中缝隙和漏点的影响远大于材料本体。当出现缝隙和漏点时，囊体压力降低难以维形，会影响浮空器的性能和安全性，必须对囊体检漏确定缝隙和漏点位置并及时修补。现有的检漏方法为利用升降平台或高空作业车对氦气囊外表面喷肥皂水，且只能在艇库内或风速较小的环境下进行，费事费力；对于隐藏在空气囊内部的氦气囊表面尚无可行的检漏方法，只能待球体拆收后工作人员进入空气囊内部检漏。综上所述，现有的浮空器囊体氦气泄露检测方法存在一定的局限性，对于大型浮空器和没有艇库的浮空器问题更加突出。
发明内容
发明目的：本发明的一个目的是提供一种浮空器囊体氦气泄露检测装置。
本发明的另一个目的是提供一种浮空器囊体氦气泄露检测方法，可实时监测球体表面和内部的氦气泄露量并定位泄露部位。
技术方案：本发明的一种浮空器囊体氦气泄露监测装置，包括氦气囊、空气囊、气体浓度传感器、传感器输出信号线、信号采集及控制器、控制器信号输出线、信号显示器和报警器，空气囊设置在氦气囊内部，并与外界通过风机和阀门连接，氦气囊外表面以及空气囊外表面均划分有多个囊体监测单元，相邻的四个囊体监测单元相交处为囊体监测点，并分别对囊体监测点和囊体监测单元按顺序编号；气体浓度传感器设置在囊体监测点上，并通过传感器输出信号线将信号传递给信号采集及控制器，再通过控制器信号输出线分别与信号显示器和报警器连接，信号显示器用于显示各个气体浓度传感器的测量值，当气体浓度传感器测量漏氦量大于设定值时，在信号显示器上突出显示，同时信号采集及控制器驱动报警器报警，然后通过漏氦量超标的气体浓度传感器所在囊体监测点编号确定氦气囊的漏氦位置。
优选的，通过多个等距纬线和径线将氦气囊外表面和空气囊外表面均划分成多个囊体监测单元，囊体监测单元大小根据其几何特点和气体浓度传感器精度确定。
优选的，传感器输出信号线沿囊体监测单元纬向边界或囊体监测单元径向边界布线。
优选的，传感器输出信号线布置多根与信号采集及控制器相连，或汇集至单根总线与信号采集及控制器相连，或采用无线通信与信号采集及控制器相连。
优选的，气体浓度传感器为氦气浓度传感器或氧气浓度传感器，采用氦气浓度传感器测量漏氦量，或者通过氧气浓度传感器反测漏氦量。
优选的，氦气囊外表面囊体监测点上设置的气体浓度传感器用于测量氦气囊中氦气向外界泄露的氦气量，空气囊内表面囊体监测点上设置的气体浓度传感器用于测量氦气囊中氦气向空气囊泄露的氦气量。
本发明的一种基于上述装置的浮空器囊体氦气泄露监测方法，包括以下步骤：
S1、每个气体浓度传感器单独采集其周围的氦气泄露量，并将其转换为可传输信号，通过传感器输出信号线传输至信号采集及控制器；
S2、信号采集及控制器将传输过来的信号通过控制器信号输出线输出至信号显示器显示给工作人员，当有气体浓度传感器的采集信号值超过设定值时，信号采集及控制器控制信号显示器中对应囊体监测点编号的漏氦量数值变成红色提醒"泄漏量超标"并闪烁，同时驱动报警器报警；当气体浓度传感器出现故障不能输出信号至信号采集及控制器时，信号采集及控制器控制信号显示器中对应囊体监测点编号的漏氦量数值变成灰色提醒"未采集到数据"并闪烁，同时驱动报警器报警；
S3、信号显示器将控制器信号输出线7输出信号显示给工作人员；
S4、工作人员判定氦气泄露区域和漏氦量；工作人员通过信号显示器中显示的漏氦量偏高的囊体监测点编号判断出破损氦气囊或空气囊区域，判断逻辑为：
若某个囊体监测点漏氦量偏高，且与其相邻的四个囊体监测点的漏氦量也偏高，则判断与该囊体监测点相邻的四个囊体监测单元为破损区域；
若某个囊体监测点漏氦量偏高，且与其相邻的其中三个囊体监测点漏氦量也偏高，另一相邻的囊体监测点漏氦量正常，则判断与该囊体监测点和与其相邻的漏氦量偏高的三个囊体监测点所围区域为破损区域；
若某个囊体监测点漏氦量偏高，且与其相邻的且在同一囊体监测单元的另外两个囊体监测点漏氦量也偏高，与其相邻的另外两个囊体监测点漏氦量正常，则判断该囊体监测点和与其相邻的漏氦量偏高的两个囊体监测点所围区域为破损区域；
S5、工作人员根据氦气泄露区域和泄露量对破损囊体进行修补或监测；
工作人员根据信号显示器中显示的漏氦量偏高数值和区域判断是对破损区域维修，还是继续对其进行监测。。
本发明工作原理：气体浓度传感器测量氦气泄漏量，将信号通过传感器输出信号线传递给信号采集及控制器，控制器通过信号输出线将信号显示在信号显示器上，当气体浓度传感器采集到氦气泄漏量大于设定值时，控制器通过信号输出线驱动报警器报警，并在显示器上显示相应编号的气体泄露量，工作人员可通过警示显示的气体浓度传感器编号识别囊体氦气泄露区域。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)能够快速察觉囊体漏氦量增加；
传统察觉囊体漏氦量增加一般通过空气囊内部风机鼓风周期和空气囊饱和度，由于囊内压力除了受内部气体量的影响，还受环境温度的影响，漏氦增加量较少时难以快速被发现，只有当漏氦量达到一定数量时才会被发现，这样会增加氦气成本。本发明布置在囊体上的气体浓度传感器可以实时监测囊体表面漏氦量，当出现漏氦量增加时会通过控制器驱动报警器报警，并在显示器上显示漏氦量，让工作人员快速察觉到囊体漏氦量增加的情况。
(2)能够快速定位囊体漏氦位置；
传统定位囊体漏氦位置采用的是利用高空作业车对氦气囊外表面喷肥皂水，为了确保安全必须在艇库内或外场风速较小的环境下进行，存在定位时间长的问题。本发明布置在囊体上的气体浓度传感器可以实时监测囊体表面漏氦量，当出现漏氦量增加时会通过控制器驱动报警器报警，并在显示器上显示漏氦量增加的气体浓度传感器编号和漏氦量数值，让工作人员快速判断漏氦量增加的囊体区域。
(3)能够监测空气囊内部的氦气囊漏氦量；
传统定位漏氦位置采用的是利用升降平台或高空作业车对氦气囊外表面喷肥皂水，无法在空气囊内部进行。本发明可将气体浓度传感器布置在空气囊内部氦气囊区域，能够监测到空气囊内部的氦气囊漏氦情况。
(4)有利于指导囊体抗泄露结构设计；
通过快速定位漏氦区域，能够积累不同结构和工艺设计的漏氦量数据，对于漏氦量小的结构形式可以推广应用，对于漏氦量大的结构形式应改进设计，本发明有利于指导囊体抗泄露结构设计。
(5)有利于指导囊体结构修补设计
通过监测对漏氦区域修补后的漏氦量能够积累不同修补结构的漏氦量数据，对于漏氦量小的修补结构可以推广应用，对于漏氦量大的修补结构应改进设计，本发明有利于指导囊体结构修补设计。
(6)有利于提高浮空器使用过程中的维护效率，降低维护成本；
基于上述优点，本发明有利于提高浮空器使用过程中的维护效率，降低维护成本。
附图说明
图1是本发明监测装置结构示意图；
图2是本发明监测装置的部分剖视图；
图3是囊体监测单元划分示意图；
图4是本发明监测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例对本发明进行详细描述。以下举例仅为本发明的部分实施例，该氦气泄露监测方法可应用到浮空器及其他气体容器的气体泄露监测，并且不限于对氦气泄露的监测，本领域研发人员从本方法直接导出的相同的气体泄露监测方法均应认为是本发明的保护范围。
如图1至图3所示，本发明的一种浮空器囊体氦气泄露监测装置，包括氦气囊1、空气囊12、气体浓度传感器4、传感器输出信号线5、信号采集及控制器6、控制器信号输出线7、信号显示器8和报警器9，空气囊可以有多个，均设置在氦气囊内部，并与外界通过风机或阀门连接，氦气囊外表面以及空气囊外表面均划分有多个囊体监测单元2，相邻的四个囊体监测单元相交处为囊体监测点3，并分别对囊体监测点和囊体监测单元按顺序编号；气体浓度传感器设置在囊体监测点上，并通过传感器输出信号线将信号传递给信号采集及控制器，再通过控制器信号输出线分别与信号显示器和报警器连接，信号显示器用于显示各个气体浓度传感器的测量值，当气体浓度传感器测量漏氦量大于设定值时，在信号显示器上突出显示，同时信号采集及控制器驱动报警器报警，然后通过漏氦量超标的气体浓度传感器所在囊体监测点编号确定氦气囊的漏氦位置。
通过多个等距纬线和径线将氦气囊外表面和空气囊外表面均划分成多个囊体监测单元，囊体监测单元大小根据其几何特点和气体浓度传感器精度确定。气体浓度传感器为氦气浓度传感器或氧气浓度传感器，可采用氦气浓度传感器测量漏氦量，或者通过氧气浓度传感器反测漏氦量。
氦气囊外表面囊体监测点上设置的气体浓度传感器用于测量浮空器囊体(即氦气囊)氦气向外界泄露的氦气量，空气囊内表面囊体监测点上设置的气体浓度传感器用于测量浮空器囊体(即氦气囊)氦气向空气囊泄露的氦气量，并通过传感器输出信号线5将信号传递给信号采集及控制器6，传感器输出信号线5可沿囊体监测单元纬向边界10和囊体监测单元径向边界11布线。信号采集及控制器6通过控制器信号输出线7与信号显示器8和报警器9连接，信号显示器8可显示各个气体浓度传感器4的测量值。当气体浓度传感器4测量漏氦量大于设定值时，在信号显示器8上突出显示，同时信号采集及控制器6驱动报警器9报警。工作人员可通过漏氦量超标的气体浓度传感器4编号确定氦气囊1的漏氦位置，并通过漏氦量大小和区域考虑如何开展氦气囊1的修补工作。
一种基于上述装置的浮空器囊体氦气泄露监测方法，包括以下步骤：
S1、每个气体浓度传感器4单独采集其周围的氦气泄露量，并将其转换为可传输信号，通过传感器输出信号线5传输至信号采集及控制器6；
S2、信号采集及控制器6将传输过来的信号通过控制器信号输出线7输出至信号显示器8显示给工作人员，当有气体浓度传感器4的采集信号值超过设定值时，信号采集及控制器6控制信号显示器8中对应囊体监测点编号的漏氦量数值变成红色提醒"泄漏量超标"并闪烁，同时驱动报警器9报警；当气体浓度传感器4出现故障不能输出信号至信号采集及控制器6时，信号采集及控制器6控制信号显示器8中对应囊体监测点编号的漏氦量数值变成灰色提醒"未采集到数据"并闪烁，同时驱动报警器9报警；
S3、信号显示器8将控制器信号输出线7输出信号显示给工作人员；
S4、工作人员判定氦气泄露区域和漏氦量：
工作人员通过信号显示器8中显示的漏氦量偏高的囊体监测点编号判断出破损气囊(氦气囊和空气囊)区域，可按以下逻辑进行判断：以图1中B4点漏氦量偏高为例，若B4偏高，B3/B5/A4/C4也偏高，可判断A3A4A5B5C5C4C3B3所围区域为破损区域；若B4偏高，B3/A4/C4也偏高，B5正常，可判断A3A4B4C4C3B3所围区域为破损区域；若B4偏高，B3/A4也偏高，C4/B5正常，可判断A3A4B4B3所围区域为破损区域；
S5、工作人员根据氦气泄露区域和泄露量对破损囊体进行修补或监测：
工作人员根据信号显示器8中显示的漏氦量偏高数值和区域判断是对破损区域维修，还是继续对其进行监测。
本发明监测装置及方法能够实时监测氦气囊表面的漏氦量，当出现漏氦量大于设定值时，报警器报警并给出漏氦位置，提高了产品的维修效率，降低了产品的维护成本。囊体监测范围涵盖了氦气囊外露区域和隐藏在空气囊内的区域；信号采集及控制器、信号显示器和报警器布置在地面控制室。气体浓度传感器重量轻、体积小，对浮空器的气动性能和重量指标影响小。

Claims (7)

1.一种浮空器囊体氦气泄露监测装置，其特征在于，包括氦气囊、空气囊、气体浓度传感器、传感器输出信号线、信号采集及控制器、控制器信号输出线、信号显示器和报警器，空气囊设置在氦气囊内部，并与外界通过风机和阀门连接，氦气囊外表面以及空气囊外表面均划分有多个囊体监测单元，相邻的四个囊体监测单元相交处为囊体监测点，并分别对囊体监测点和囊体监测单元按顺序编号；气体浓度传感器设置在囊体监测点上，并通过传感器输出信号线将信号传递给信号采集及控制器，再通过控制器信号输出线分别与信号显示器和报警器连接，信号显示器用于显示各个气体浓度传感器的测量值，当气体浓度传感器测量漏氦量大于设定值时，在信号显示器上突出显示，同时信号采集及控制器驱动报警器报警，然后通过漏氦量超标的气体浓度传感器所在囊体监测点编号确定氦气囊的漏氦位置。
2.根据权利要求1所述的浮空器囊体氦气泄露监测装置，其特征在于，通过多个等距纬线和径线将氦气囊外表面和空气囊外表面均划分成多个囊体监测单元，囊体监测单元大小根据其几何特点和气体浓度传感器精度确定。
3.根据权利要求2所述的浮空器囊体氦气泄露监测装置，其特征在于，传感器输出信号线沿囊体监测单元纬向边界或囊体监测单元径向边界布线。
4.根据权利要求1所述的浮空器囊体氦气泄露监测装置，其特征在于，气体浓度传感器为氦气浓度传感器或氧气浓度传感器，采用氦气浓度传感器测量漏氦量，或者通过氧气浓度传感器反测漏氦量。
5.根据权利要求1所述的浮空器囊体氦气泄露监测装置，其特征在于，氦气囊外表面囊体监测点上设置的气体浓度传感器用于测量氦气囊中氦气向外界泄露的氦气量，空气囊内表面囊体监测点上设置的气体浓度传感器用于测量氦气囊中氦气向空气囊泄露的氦气量。
6.根据权利要求1所述的浮空器囊体氦气泄露监测装置，其特征在于，传感器输出信号线布置多根与信号采集及控制器相连，或汇集至单根总线与信号采集及控制器相连，或采用无线通信与信号采集及控制器相连。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述装置的浮空器囊体氦气泄露监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、每个气体浓度传感器单独采集其周围的氦气泄露量，并将其转换为可传输信号，通过传感器输出信号线传输至信号采集及控制器；
S2、信号采集及控制器将传输过来的信号通过控制器信号输出线输出至信号显示器显示给工作人员，当有气体浓度传感器的采集信号值超过设定值时，信号采集及控制器控制信号显示器中对应囊体监测点编号的漏氦量数值变成红色提醒"泄漏量超标"并闪烁，同时驱动报警器报警；当气体浓度传感器出现故障不能输出信号至信号采集及控制器时，信号采集及控制器控制信号显示器中对应囊体监测点编号的漏氦量数值变成灰色提醒"未采集到数据"并闪烁，同时驱动报警器报警；
S3、信号显示器将控制器信号输出线输出信号显示给工作人员；
S4、工作人员判定氦气泄露区域和漏氦量；工作人员通过信号显示器中显示的漏氦量偏高的囊体监测点编号判断出破损氦气囊或空气囊区域，判断逻辑为：
若某个囊体监测点漏氦量偏高，且与其相邻的四个囊体监测点的漏氦量也偏高，则判断与该囊体监测点相邻的四个囊体监测单元为破损区域；
若某个囊体监测点漏氦量偏高，且与其相邻的其中三个囊体监测点漏氦量也偏高，另一相邻的囊体监测点漏氦量正常，则判断与该囊体监测点和与其相邻的漏氦量偏高的三个囊体监测点所围区域为破损区域；
若某个囊体监测点漏氦量偏高，且与其相邻的且在同一囊体监测单元的另外两个囊体监测点漏氦量也偏高，与其相邻的另外两个囊体监测点漏氦量正常，则判断该囊体监测点和与其相邻的漏氦量偏高的两个囊体监测点所围区域为破损区域；
S5、工作人员根据氦气泄露区域和泄露量对破损囊体进行修补或监测；
工作人员根据信号显示器中显示的漏氦量偏高数值和区域判断是对破损区域维修，还是继续对其进行监测。
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