本发明专利技术公开了高压条件下材料抗穿刺/冲击与气体泄露检测装置，至少包括控制系统、高压充气系统、抽真空系统、气体泄漏量监测与检测系统、材料破坏情况观测系统、材料穿刺实验系统、环境参数控制系统、数据采集与分析系统和安全防护系统，通过实时观察材料宏观变化，监测被检材料在测试过程中的气体透过量，并通过不同的动力装置控制穿刺，可初步实现被检材料在特定材料结构、设定压力、设定穿刺结构、设定温度、设定穿刺速度等协同作用下材料的破坏情况，指导材料配方和结构设计，进而降低储氢瓶等高压储罐的设计安全系数，提高材料利用率，提高储氢瓶储氢密度和可靠性。同时，本发明专利技术检测装置可减少高压危险气体的用量，提高实验安全性。全性。全性。
【技术实现步骤摘要】
高压条件下材料抗穿刺/冲击与气体泄露检测装置
[0001]本专利技术涉及特种检测装备领域，具体涉及一种材料在高压危险气体条件下受尖锐物体冲击/穿刺过程的气体泄露过程状态监测与检测装备。
技术介绍
[0002]随着制氢前端装备与航空航天、燃料电池汽车等用氢终端装备的优化升级，发展安全、高效、绿色和经济的氢能储运技术将推动氢能产业链的升级改造。当前，高压储氢技术因低成本、可靠性高和填充释放速度快的优势成为提高氢能储运经济、环境、社会效益的重要载体，但受制于高性能的高压储氢瓶发展短板，尤其是受制于高性能的高压变载轻质储氢内胆，经济与社会效益一直未能充分体现；研发和扩大更高储氢密度的IV型储氢瓶应用将改善现状，尤其是研发和批量应用高性能复合材料更是意义重大。
[0003]目前，对于应用于制造高压储氢瓶的材料，在材料设计阶段仅检测氢渗透系数、常规力学性能、氢等危险气体环境下的耐老化/疲劳性能以及氢脆情况等；而在高压储氢条件下受其他外力破坏例如翻车时受到冲击破坏、跌落破坏、子弹射击破坏等都需要制造成完整内胆后，甚至于要制造出完整的高压储氢瓶后才能完成一系列测试，才能得到或检测出高压储氢瓶受破坏的情况，并且只能检测出其受破坏的开始情况和结束情况，未能检测出其受破坏过程中的情况，甚至于检测的结果无法判定是因为结构因素导致的或是材料因素导致的问题，许多过程中的破坏情况和破坏机理都是未可知的。同时，在子弹射击等检测过程中，储氢罐中通常都储存有大量的高压氢气，一旦发生爆炸等不可控的情况，将对实验环境中的人和物造成极大的危险。除此之外，因为对破坏过程的未可知，设计人员在设计过程中通常会选用较大的安全系数去设计高压储氢瓶，以确保储氢瓶具有较高的可靠性。但是，过大的安全系数不仅不会带来明显有效的优势，而且还会造成材料的浪费，降低储氢瓶的储氢密度，提高了能耗。因此，在充分保障测试安全的前提下，准确了解用于制造高压储气瓶的单一材料/复合材料在高压、氢气等危险气体(尤其是对复合材料有腐蚀或破坏的气体)等多因素协同作用下受外力冲击破坏的情况将有效提高材料的利用率、优化材料设计以及提高能效。
技术实现思路
[0004]本专利技术针对上述问题，提出了高压条件下材料抗穿刺/冲击与气体泄露检测装置。本专利技术通过在检测环境中安装摄像头等视觉监测仪器实时观察材料宏观变化，以及在高压条件下实时监测受破坏材料在单位时间内的气体透过量，并参考线下微观材料检测结果，可实现单一材料或复合材料受冲击/穿刺破坏过程中的气体泄露安全实时检测。同时，本专利技术可通过在小腔室内检测片状材料、拱形材料等减少高压危险气体在检测过程中的使用，保证实验安全。除此之外，本专利技术通过不同的动力装置可实现穿刺速度可控，不同穿刺针的穿刺角度和穿刺面积也可控，以检测不同穿刺速度、穿刺力、面积、角度条件下的数据。为保证本装置的密封性能，本专利技术所述的所有数据均通过无线传输的方式与测试装置外的设备
共享。
[0005]本专利技术提出的高压条件下材料抗穿刺/冲击与气体泄露检测装置，至少包括控制系统、高压充气系统、抽真空系统、气体泄漏量监测与检测系统、材料破坏情况观测系统、材料穿刺实验系统、环境参数控制系统、数据采集与分析系统和安全防护系统，环境参数控制系统也为环境箱。所述控制系统主要用于控制各个执行系统按照预定程序执行相关程序；所述高压充气系统是为高压腔室提供压力稳定可控的高压检测介质的仪器装置，根据具体情况，例如需要维持高压腔室稳定压力或需要在检测过程中改变高压腔室压力等，可利用现有的高压充气装置实现。本专利技术所述抽真空系统主要用于在检测前为低压腔室提供真空环境，根据实际需要可配备现有的材料高压渗漏系数检测装备所用到的抽真空系统/装置。所述气体泄露量监测与检测系统主要用于实时监测高压腔室的气体通过材料渗透/渗漏到低压腔的量，其具体设备结构组成及安装方式可直接采用现有的材料高压渗漏系数检测装备所用到的气体泄露量监测与检测装置。本专利技术所述材料破坏情况观测系统主要用于观测被检材料在受穿刺过程中材料宏观结构变化情况。所述材料破坏情况观测系统至少包括具有一定可调节放大倍数的高清摄像头、照明灯、传感器、数据传输线、无线数据传输模块。本专利技术所述材料穿刺实验系统主要用于实现穿刺实验操作。所述材料穿刺实验系统包括高压密封板、高压腔密封圈、缓冲垫、高压腔体、高压进气口、被检材料密封圈、低压腔体、低压出气口、低压腔密封圈、低压密封板、穿刺控制机构、穿刺针、被检材料等结构/材料。本专利技术所述环境参数控制系统即环境箱是能够将材料穿刺实验系统安置在内的方形或其他形状的环境箱，其主要用于调节实验过程中的环境温度等环境参数，以达到实验要求。本专利技术所述数据采集与分析系统主要用于接收、处理和反馈由高压充气系统、抽真空系统、气体泄漏量监测与检测系统、材料破坏情况观测系统、材料穿刺实验系统、环境参数控制系统(环境箱)返回的数据。本专利技术所述安全防护系统主要用于在危险气体发生爆炸等情况下保护实验人员安全。
[0006]本专利技术高压条件下材料抗穿刺/冲击与气体泄露检测装置的具体连接方式是：控制系统的信号线或无线传输端口与包括高压充气系统、抽真空系统、气体泄漏量监测与检测系统、材料破坏情况观测系统、材料穿刺实验系统、环境参数控制系统(环境箱)、数据采集与分析系统等系统在内的信号线或无线传输端口相连，控制各大系统按序执行操作。数据采集与分析系统通过数据线或无线端口接收高压充气系统、抽真空系统、气体泄漏量监测与检测系统、材料破坏情况观测系统、材料穿刺实验系统、环境参数控制系统(环境箱)传出的数据。安全防护系统按照需求主要包裹在材料穿刺实验系统与环境参数控制系统(环境箱)外部。环境参数控制系统(环境箱)包裹在材料穿刺实验系统外部。高压充气系统的气体出口与材料穿刺实验系统的高压进气口直连。抽真空系统的入口与材料穿刺实验系统的低压出气口相连。气体泄漏量监测与检测系统的气体入口也与材料穿刺实验系统的低压出气口相连。材料穿刺实验系统的缓冲垫夹在高压密封板与高压腔室之间；高压密封板与高压腔室之间通过高压腔密封圈密封，并通过螺栓紧固；高压进气口直接开设在高压腔体上，并与螺栓连接位置错开一定距离；高压腔体与低压腔体之间安放被检材料，且被检材料与高压腔体、低压腔体之间都通过被检材料密封圈密封，高压腔体与低压腔体之间也通过被检材料密封圈密封，并通过螺栓紧固；低压腔体的另一端开设有较小的供穿刺针导向用的导向槽；低压腔体与低压密封板之间通过低压腔密封圈密封，并通过螺栓紧固；穿刺控制机
构安装在低压腔体与低压密封板之间的腔室中；穿刺针的尾部与穿刺控制机构相连，可被穿刺控制机构驱动，沿低压腔体上的导向槽运动；穿刺控制机构与外部通讯均通过无线通讯。材料破坏情况观测系统的照明灯固定安装在低压腔体的腔室壁面上；高清摄像头及传感器固定安装在低压腔体的腔室壁面上；数据传输线、无线数据传输模块、电源等均随着摄像头埋藏固定安装在低压腔体的腔室壁面上，或可与穿刺控制机构集成到一个模块。
[0007]本专利技术高压条件下材料抗穿刺/冲击与气体泄露检测装置的具体操作方式是：将高压危险气体条件下材料穿刺裂本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.高压条件下材料抗穿刺/冲击与气体泄露检测装置，其特征在于：主要包括控制系统、高压充气系统、抽真空系统、气体泄漏量监测与检测系统、材料破坏情况观测系统、材料穿刺实验系统、环境参数控制系统、数据采集与分析系统和安全防护系统，所述控制系统主要用于控制各个执行系统按照预定程序执行相关程序；所述高压充气系统是为高压腔室提供压力稳定可控的高压检测介质的仪器装置，所述抽真空系统主要用于在检测前为低压腔室提供真空环境，所述气体泄露量监测与检测系统主要用于实时监测高压腔室的气体通过材料渗透/渗漏到低压腔的量，所述材料破坏情况观测系统主要用于观测被检材料在受穿刺过程中材料宏观结构变化情况，所述材料破坏情况观测系统至少包括具有一定可调节放大倍数的高清摄像头、照明灯、传感器、数据传输线、无线数据传输模块；所述材料穿刺实验系统主要用于实现穿刺实验操作，所述材料穿刺实验系统包括高压密封板、高压腔密封圈、缓冲垫、高压腔体、高压进气口、被检材料密封圈、低压腔体、低压出气口、低压腔密封圈、低压密封板、穿刺控制机构、穿刺针、被检材料等结构/材料；所述环境参数控制系统是能够将材料穿刺实验系统安置在内的方形或其他形状的环境箱，其主要用于调节实验过程中的环境温度等环境参数，所述数据采集与分析系统主要用于接收、处理和反馈由高压充气系统、抽真空系统、气体泄漏量监测与检测系统、材料破坏情况观测系统、材料穿刺实验系统、环境参数控制系统返回的数据，所述安全防护系统主要用于在危险气体发生爆炸等情况下保护实验人员安全。2.根据权利要求1所述的高压条件下材料抗穿刺/冲击与气体泄露检测装置，其特征在于：控制系统的信号线或无线传输端口与包括高压充气系统、抽真空系统、气体泄漏量监测与检测系统、材料破坏情况观测系统、材料穿刺实验系统、环境参数控制系统、数据采集与分析系统等系统在内的信号线或无线传输端口相连，控制各大系统按序执行操作；数据采集与分析系统通过数据线或无线端口接收高压充气系统、抽真空系统、气体泄漏量监测与检测系统、材料破坏情况观测系统、材料穿刺实验系统、环境参数控制系统传出的数据；安全防护系统按照需求主要包裹在材料穿刺实验系统与环境参数控制系统外部，环境参数控制系统包裹在材料穿刺实验系统外部，高压充气系统的气体出口与材料穿刺实验系统的高压进气口直连，抽...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨卫民，陈学东，王修磊，谢鹏程，张宇飞，丁玉梅，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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