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中不可或缺，如電力設備、通信機房和汽車動力系統 等。蓄電池容量或荷電狀態（state of charge, S0C)是衡量其性能指標的一個重要參數， 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的有效維護手段。
[0004] 目前，國內外對鉛酸蓄電池容量的檢測方法主要是放電法，根據蓄電池放電的外 部特性，對其端電壓、放電電流、內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定值的放電時間h，A · h即為電池容 量，其缺點是作業時間長、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，負極板上的電子經負載進入正極板形成電流， 并在電池內部進行化學反應，硫酸與正、負極板上的活性物質產生反應，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 可根據硫酸濃度來判斷蓄電池的充電程度。
[0006] 鑒于此，本發明根據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生電磁 超聲，渦電流中帶電粒子的定向運動會產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 分析結果，對電解液中帶電粒子屬性、電解液濃度進行判斷，并結合實驗統計結果對蓄電池 容量進行定量判斷而實現快速檢測。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、汽車動力系統等領域蓄電池容量的在線檢測。
【發明內容】
[0007] 針對鉛酸蓄電池容量檢測領域中的現有問題，本發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，包括數據處理端和檢測終端；其中數據處理端 用于寬頻信號的產生、信號特征提取、檢測參數的設置與控制、檢測結果的存儲、數據通信 以及人機交互；檢測終端負責寬頻磁信號的發射、多模信號的接收和數據通信。
[0009] 進一步地，所述數據處理端包括寬頻信號發生模塊、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，寬頻信號發生模塊負責寬頻檢測信號的產生，其 中寬頻檢測信號的中心頻率可以根據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 間的調度，以保證整個系統正常運行；存儲模塊用于存儲檢測結果和分類特征庫；人機交 互模塊負責人機交互，用于檢測參數的設置、控制命令的輸入及檢測結果的輸出；通信模塊 負責發射端或者接收端與數據處理端之間數據和控制信息的傳遞，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、發射預處理模塊、發射線圈、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據處理端產生的寬頻檢測信號， 可采用有線/無線通信模式；發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轉換，轉換后的信號用于控制發射線圈中的電流；發射線圈負責磁信號發射；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寬頻檢測 信號的頻段進行調整；接收處理模塊用于對檢測信號進行放大、A/D轉換和數據緩存。
[0011] 本發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，具體實現步驟 包括： 步驟1 :檢測裝置的參數配置。設置的參數包括：發射線圈參數、寬頻檢測信號參數、接 收傳感器參數、特征提取模塊參數、通信模塊參數和檢測結果顯示參數。
[0012] 步驟2 :裝置設備狀態的自動檢測。該步驟所檢測的狀態包括：發射線圈的連接狀 態，檢測終端與數據處理端的連接狀態，接收傳感器陣列的連接狀態，通信模塊的連接與在 線狀態，檢測裝置電源容量狀態。
[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電解液屬性設置各種增益參數；自動增益校準方式則是 在檢測對象獲得一定的樣本后，由數據處理端自動估算檢測對象的各種增益參數。
[0014] 步驟4 :寬頻檢測信號的產生。數據處理端的寬頻信號發生模塊根據步驟1所設 置的寬頻檢測信號參數產生寬頻檢測信號。
[0015] 步驟5 :磁信號發射。檢測終端的通信模塊負責接收數據處理端產生的寬頻檢測 信號，這個接收信號在預處理模塊中進行放大和D/A轉換，然后控制發射線圈的電流，線圈 中的交變電流信號在線圈周圍產生交變磁場，實現磁信號的發射，磁反射體用于阻擋磁力 線的后向逸散，把線圈產生的磁場反射回去，向遠處推送交變磁場。
[0016] 步驟6 :多模信號接收。根據步驟1設置的傳感器參數拾取多模接收信號，這些信 號經過放大和A/D轉換后保存在數據緩存單元，并通過通信模塊發送到數據處理端。
[0017] 步驟7 :根據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 :數據預處理，包括數據頻域變換、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] 與現有技術相比，本發明所提出的一種鉛