一种超导磁悬浮车辆车载杜瓦液氮自动补给方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种超导磁悬浮车辆车载杜瓦液氮自动补给方法及系统。其中的系统包括：至少两个传感器、控制器、自增压式液氮储存罐、主电磁阀、多个次级电磁阀和排气阀门；所述传感器分别设置在灌注液氮的容器内的顶部和底部，用于测量温度；所述控制器与分别与各个传感器、主电磁阀、各个次级电磁阀和排气阀门连接；所述自增压式液氮储存罐与所述主电磁阀连接；所述主电磁阀还与各个次级电磁阀和排气阀门连接；各个次级电磁阀分别与对应的灌注液氮的容器连接。通过使用本发明专利技术所提供的超导磁悬浮车辆车载杜瓦液氮自动补给方法及系统，可以实现车载杜瓦液氮液位的实时控制以及液氮的全自动灌装，有助于节约时间、节省人力、进行更高效的运行操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温超导磁悬浮技术，特别涉及一种超导磁悬浮车辆车载杜瓦液氮自动补给方法及系统。
技术介绍
与以电磁吸力和电磁斥力为基础的电磁悬浮(EMS)和电动悬浮(EDS)技术相比，高温超导磁悬浮技术依靠高温超导体块材与外部磁场之间的磁通钉扎作用实现无源自稳定悬浮。高温超导磁悬浮技术通过将超导块材浸泡在液氮中，使其温度降低进入超导状态，进入超导态的超导块材与外磁场作用可达到稳定悬浮。该技术无需主动控制，且结构简单，因此已经成为实用磁悬浮技术的理想选择之一。西南交通大学于2000年研制成功世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车，此后开展的大量针对悬浮、导向和驱动方面的研究工作大大推进了高温超导磁悬浮列车的实用化发展。在实际应用中，必须保证超导体浸没在液氮里面，才能避免发生失超现象。高温超导体失超将导致列车失去悬浮力，和轨道发生摩擦甚至脱轨。所以，必须保证车载杜瓦内液氮液位高于一定的安全阈值。由于液氮属于低温液体，蒸发损耗较大，在列车运行过程中，需要实时监控液氮液位以及及时补充液氮。然而，传统的人工加注液氮的方式在实际运用中费时费力，因此，有必要使用一种快速自动液氮补给装置对车载杜瓦进行及时的液氮补给。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种超导磁悬浮车辆车载杜瓦液氮自动补给方法及系统，从而可以实现车载杜瓦液氮液位的实时控制以及液氮的全自动灌装，有助于节约时间、节省人力、进行更高效的运行操作。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种超导磁悬浮车辆车载杜瓦液氮自动补给系统，该系统包括：至少两个传感器、控制器、自增压式液氮储存罐、主电磁阀、多个次级电磁阀和排气阀门；所述传感器分别设置在灌注液氮的容器内的顶部和底部，用于测量温度；所述控制器与分别与各个传感器、主电磁阀、各个次级电磁阀和排气阀门连接；所述自增压式液氮储存罐与所述主电磁阀连接；所述主电磁阀还与各个次级电磁阀和排气阀门连接；各个次级电磁阀分别与对应的灌注液氮的容器连接；所述控制器，用于接收设置在灌注液氮的容器内的顶部的传感器测量得到当前的温度数据，并将接收到的温度数据实时计算得到容器内的当前液面高度；当容器内的当前液面高度低于预设的安全阈值时，对输送液氮的管道进行预冷，关闭连接到各个容器的次电磁阀，打开主电磁阀和输送液氮的管道末端的排气阀门，从自增压式液氮储存罐中输入预设数量的液氮，将蒸发形成的氮气从排气阀门排出；预冷结束后，关闭排气阀门，打开次电磁阀，开始进入灌装阶段，将液氮从自增压式液氮储存罐中灌入容器内；当容器内的当前液面高度高于预设的灌装阈值时，停止液氮的灌装，关闭次电磁阀，打开排气阀门，通以一定气流使管道内液氮回流至自增压式液氮储存罐内，最后关闭主电磁阀。较佳的，所述控制器中进一步包括：液面高度估计模块和液氮灌装控制模块；所述液面高度估计模块，用于接收设置在灌注液氮的容器内的顶部的传感器测量得到当前的温度数据，并将接收到的温度数据实时计算得到容器内的当前液面高度；所述液氮灌装控制模块，用于当容器内的当前液面高度低于预设的安全阈值时，对输送液氮的管道进行预冷，关闭连接到各个容器的次电磁阀，打开主电磁阀和输送液氮的管道末端的排气阀门，从自增压式液氮储存罐中输入预设数量的液氮，将蒸发形成的氮气从排气阀门排出；预冷结束后，关闭排气阀门，打开次电磁阀，开始进入灌装阶段，将液氮从自增压式液氮储存罐中灌入容器内；当容器内的当前液面高度高于预设的灌装阈值时，停止液氮的灌装，关闭次电磁阀，打开排气阀门，通以一定气流使管道内液氮回流至自增压式液氮储存罐内，最后关闭主电磁阀。较佳的，所述液面高度估计模块还进一步包括：模型生成子模块、计算子模块和修正子模块；所述模型生成子模块，用于预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型，并生成包括一组分布特征满足液位先验概率分布的粒子的粒子集；所述计算子模块，用于根据所述状态空间模型、粒子集和当前的温度数据，计算得到当前液面高度的估计值；所述修正子模块，用于通过粒子滤波算法对计算得到的当前液面高度的估计值进行修正，得到修正后的当前液面高度。较佳的，所述传感器为铂电阻温度传感器。本专利技术还提供了一种超导磁悬浮车辆车载杜瓦液氮自动补给方法，该方法包括：根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的当前温度数据，实时计算得到容器内的当前液面高度；当容器内的当前液面高度低于预设的安全阈值时，启动自动补给流程，对输送液氮的管道进行预冷；预冷结束后，关闭排气阀门，打开次电磁阀，开始进入灌装阶段，将液氮灌入容器内；当容器内的当前液面高度高于预设的灌装阈值时，停止液氮的灌装。较佳的，所述对管道进行预冷的操作包括：关闭连接到各个杜瓦的次电磁阀；打开主电磁阀和管道末端的排气阀门，通以预设数量的液氮；将蒸发形成的氮气从末端排气阀门排出。较佳的，所述停止液氮的灌装包括：关闭次电磁阀，打开排气阀门，通以一定气流使管道内液氮回流至储液罐内，最后关闭主电磁阀，完成整个灌装任务。较佳的，在对管道进行预冷之前，该方法还进一步包括：系统进行故障自查；如系统正常，则进入灌装流程，对管道进行预冷；否则，开启手动灌装操作模式，手动进行液氮的灌装。较佳的，所述的手动进行液氮的灌装包括：通过按键操作控制主电磁阀和各个次级电磁阀的通断，人工控制灌液时间。较佳的，所述根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的当前温度数据，实时计算得到容器内的当前液面高度包括如下步骤：A、预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型，并生成包括一组分布特征满足液位先验概率分布的粒子的粒子集；B、通过设置在灌注液氮的容器内顶部的传感器测量得到当前的温度数据；C、根据所述状态空间模型、粒子集和当前的温度数据，计算得到容器内的当前液面高度的估计值；D、通过粒子滤波算法对计算得到的当前液面高度的估计值进行修正，得到修正后的当前液面高度。较佳的，所述预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型包括：预先根据不同工况下静态蒸发实验的液氮蒸发特征数据，得到液氮蒸发经验公式，并根据液氮蒸发经验公式建立系统状态转移方程；预先对灌注液氮的容器进行模拟振荡试验和实测振荡试验，对试验数据进行分析，统计测试噪声分布模型，建立系统观测方程；根据所述系统状态转移方程和系统观测方程建立状态空间模型；较佳的，所述系统状态转移方程为：hk＝hk-1+Δh+ξk-1；其中，h为设置在灌注液氮的容器顶部的温度传感器到容器内的液氮液面的距离，脚标k和k－1分别示不同时间的变量序列；Δh为液氮液面的下降速度，ξk-1为系统噪声。较佳的，所述系统状态转移方程为：Tk＝TLN+a·hk+ηk；其中，Tk为设置在灌注液氮的容器顶部的温度传感器在第k个时刻所测得的温度，TLN为液氮温度，a为温度分布系数，ηk为观测噪声。较佳的，在步骤D之后还进一步包括：当当前采样点不是最后一个采样点时，根据修正后的当前液面高度对粒子集进行重采样和加权，返回执行步骤B；当当前采样点为最后一个采样点时，则结束流程。如上可见，在本专利技术所提供的超导磁悬浮车辆车载杜瓦液氮自动补给方法及系统中，由于使用温度传感器作为测温元件测量灌注液氮的容器内的温度变化情况，再通过测量容器顶部温度的变化得到液氮液位的变化，从而可以对容器内的液氮液位进行实时监测，并根据监测结果实现灌装过程的全自动闭环控制，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导磁悬浮车辆车载杜瓦液氮自动补给系统，其特征在于，该系统包括：至少两个传感器、控制器、自增压式液氮储存罐、主电磁阀、多个次级电磁阀和排气阀门；所述传感器分别设置在灌注液氮的容器内的顶部和底部，用于测量温度；所述控制器与分别与各个传感器、主电磁阀、各个次级电磁阀和排气阀门连接；所述自增压式液氮储存罐与所述主电磁阀连接；所述主电磁阀还与各个次级电磁阀和排气阀门连接；各个次级电磁阀分别与对应的灌注液氮的容器连接；所述控制器，用于接收设置在灌注液氮的容器内的顶部的传感器测量得到当前的温度数据，并将接收到的温度数据实时计算得到容器内的当前液面高度；当容器内的当前液面高度低于预设的安全阈值时，对输送液氮的管道进行预冷，关闭连接到各个容器的次电磁阀，打开主电磁阀和输送液氮的管道末端的排气阀门，从自增压式液氮储存罐中输入预设数量的液氮，将蒸发形成的氮气从排气阀门排出；预冷结束后，关闭排气阀门，打开次电磁阀，开始进入灌装阶段，将液氮从自增压式液氮储存罐中灌入容器内；当容器内的当前液面高度高于预设的灌装阈值时，停止液氮的灌装，关闭次电磁阀，打开排气阀门，通以一定气流使管道内液氮回流至自增压式液氮储存罐内，最后关闭主电磁阀。...

【技术特征摘要】
1.一种超导磁悬浮车辆车载杜瓦液氮自动补给系统，其特征在于，该系统包括：至少两个传感器、控制器、自增压式液氮储存罐、主电磁阀、多个次级电磁阀和排气阀门；所述传感器分别设置在灌注液氮的容器内的顶部和底部，用于测量温度；所述控制器与分别与各个传感器、主电磁阀、各个次级电磁阀和排气阀门连接；所述自增压式液氮储存罐与所述主电磁阀连接；所述主电磁阀还与各个次级电磁阀和排气阀门连接；各个次级电磁阀分别与对应的灌注液氮的容器连接；所述控制器，用于接收设置在灌注液氮的容器内的顶部的传感器测量得到当前的温度数据，并将接收到的温度数据实时计算得到容器内的当前液面高度；当容器内的当前液面高度低于预设的安全阈值时，对输送液氮的管道进行预冷，关闭连接到各个容器的次电磁阀，打开主电磁阀和输送液氮的管道末端的排气阀门，从自增压式液氮储存罐中输入预设数量的液氮，将蒸发形成的氮气从排气阀门排出；预冷结束后，关闭排气阀门，打开次电磁阀，开始进入灌装阶段，将液氮从自增压式液氮储存罐中灌入容器内；当容器内的当前液面高度高于预设的灌装阈值时，停止液氮的灌装，关闭次电磁阀，打开排气阀门，通以一定气流使管道内液氮回流至自增压式液氮储存罐内，最后关闭主电磁阀。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器中进一步包括：液面高度估计模块和液氮灌装控制模块；所述液面高度估计模块，用于接收设置在灌注液氮的容器内的顶部的传感器测量得到当前的温度数据，并将接收到的温度数据实时计算得到容器内的当前液面高度；所述液氮灌装控制模块，用于当容器内的当前液面高度低于预设的安全阈值时，对输送液氮的管道进行预冷，关闭连接到各个容器的次电磁阀，打开主电磁阀和输送液氮的管道末端的排气阀门，从自增压式液氮储存罐中输入预设数量的液氮，将蒸发形成的氮气从排气阀门排出；预冷结束后，关闭排气阀门，打开次电磁阀，开始进入灌装阶段，将液氮从自增压式液氮储存罐中灌入容器内；当容器内的当前液面高度高于预设的灌装阈值时，停止液氮的灌装，关闭次电磁阀，打开排气阀门，通以一定气流使管道内液氮回流至自增压式液氮储存罐内，最后关闭主电磁阀。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述液面高度估计模块还进一步包括：模型生成子模块、计算子模块和修正子模块；所述模型生成子模块，用于预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型，并生成包括一组分布特征满足液位先验概率分布的粒子的粒子集；所述计算子模块，用于根据所述状态空间模型、粒子集和当前的温度数据，计算得到当前液面高度的估计值；所述修正子模块，用于通过粒子滤波算法对计算得到的当前液面高度的估计值进行修正，得到修正后的当前液面高度。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述传感器为铂电阻温度传感器。5.一种超导磁悬浮车辆车载杜瓦液氮自动补给方法，其特征在于，该方法包括：根据设置在容器内顶部的传感器测量得到的当前温度数据，实时计算得到容器内的当前液面高度；当容器内的当前液面高度低...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓自刚，胥译欢，张玉蕾，郑珺，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51