光纤ＡＴＲ传感器检测铅酸蓄电池剩余容量的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光纤ＡＴＲ传感器检测铅酸蓄电池剩余容量的方法，首先用腐蚀纤芯制作光纤ＡＴＲ传感臂和光纤温度补偿臂，并安装在正极板上，光束通过光纤ＡＴＲ传感臂和光纤温度补偿臂后进入光电探测器，利用来计算得出铅酸蓄电池剩余容量。同时还公开了一种检测铅酸蓄电池剩余容量的装置。本发明专利技术利用光纤ＡＴＲ传感臂对蓄电池正极板表面折射率进行在线测量；同时利用半导体砷化镓膜对近红外光的吸收特性，以及金膜对红外光的全反射和耐氧化性酸的特点，采用双层镀膜方法设计了光纤ＡＴＲ温度补偿臂，实现了电解液温度的同步测量，消除温度对待测信号的影响，提高了传感器的测量准确度和精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测铅酸蓄电池容量的方法及装置，尤其涉及光纤ATR传感器检 测铅酸蓄电池剩余容量的方法及装置。
技术介绍
铅酸蓄电池广泛应用于汽车、电力等行业，为确保电池性能，延长电池的使用寿 命，必需对电池的剩余容量进行在线、准确的测量。因此，研究设计实用的铅酸蓄电池容量 在线检测传感器，有着十分重要的意义。目前，蓄电池剩余容量测量方法有离线法检测方法和在线检测方法。离线方法核 对放电法、电解液比重法和开路电压法。在线法有电阻抗法，电量累积法，放电电流法和光 吸收法。离线检测法的缺点是必须中断电池的充放电过程，不能对电池容量进行原位测 量；同时测量过程耗时，容易携带杂质进入电解液，腐蚀电池极板。目前，在线检测法的缺点 是电阻抗法、电量累积法、放电电流法属于间接检测法，对系统要求高，安装不方便，同样 不能实现电池容量的原位测量。铅酸蓄电池在充放电过程正、负极板表面电化学反应方程式①充电过程电化学总反应方程 2FWO、正极负极= Λ +②放电过程电化学总反应方程

【技术保护点】
一种光纤ＡＴＲ传感器检测铅酸蓄电池剩余容量的方法，其特征在于，包括下列步骤：１）采用工业酒精浸泡光纤，然后用纱布擦洗光纤，除去光纤上的包层；将除去包层后的纤芯放入含１５～２５％的氢氟酸的腐蚀溶液，在２０～２５℃下进行腐蚀，纤芯均匀腐蚀至直径为６５０～７５０？？ｍ和直径为３８０～４２０？？ｍ的两种腐蚀纤芯；２）制作光纤ＡＴＲ传感臂：将直径为６５０～７５０？？ｍ的腐蚀纤芯制作成Ｕ形结构；制作光纤温度补偿臂：将直径为３８０～４２０？？ｍ的腐蚀纤芯制作成Ｕ形结构；采用电沉积方法在Ｕ形结构的腐蚀纤芯表面沉积砷化镓薄膜，沉积砷化镓薄膜后的纤芯直径为９９６？？ｍ；再将粗糙的砷化镓表面进行抛光，抛光后的表面粗糙度小于５ｎｍ；最后采用气相沉积方法在砷化镓薄膜表面再镀上金膜，镀上金膜后的纤芯直径约为１０００？？ｍ；３）将Ｕ形结构的光纤ＡＴＲ传感臂和光纤温度补偿臂安装在铅酸蓄电池的正极板上，且开口朝上；４）光束通过入射光纤进入正极板上的光纤ＡＴＲ传感臂和光纤温度补偿臂内，光纤ＡＴＲ传感臂和光纤温度补偿臂输出的光束通过出射光纤输出，通过下式的修正函数计算光纤ＡＴＲ传感臂输出光强：＊＊＊式中：Ｉ↓［＊］表示输入光强；α表示电解液容积吸收系数；λ表示光源波长；Ｋ↓［１］＝ｃｏｓθｃｏｔθ／２π，θ表示界面入射夹角的大小；Ｌ↓［１］表示光纤ＡＴＲ传感臂直线段的长度；Ｒ表示光纤ＡＴＲ传感臂的弯曲半径；ｒ表示腐蚀后纤芯的半径；ｎ↓［１］表示纤芯的折射率；［ｎ↓［２０］］↓［ｐａｓ］表示温度为２０℃时正极板表面电解液的折射率；Ｒ表示电解液特征参数；Ｔ表示电解液的温度；１表示Ａ↓［１］＝（Ｋ↓［２］＋Ｋ↓［３］）／Ｋ↓［１］ｎ↓［１］，其中：＊＊＊其中：φ↓［１］＝ｓｉｎ↑［－１］［（Ｒ＋ｈ）ｎ↓［ｃ１］／（Ｒ＋２ｒ）ｎ↓［１］］，φ↓［２］＝ｓｉｎ↑［－１］（Ｒ＋ｈ／Ｒ＋２ｒ）；ｈ表示光束由Ｕ形结构的光纤ＡＴＲ传感臂的直线段纤芯进入弯曲段纤芯时，光束与分界面的垂距；ｎ↓［ｃ１］表示光纤包层的折射率；通过下式计算光纤温度补偿臂输出光强：Ｉ（Ｔ）＝Ｉ↓［ｍ］（１－τ）ｅｘｐ（Ｐ↓［Ａ］－Ｔ／４Ｇ↓［Ａ］）；＊＊＊式中：Ｉ↓［＊］表示输入光强；τ表示砷化镓对光束的反射系数；α↓［０］表示与砷化镓材料有关的常数，α↓［０］＝２．４６２×１０↑［４］（ｃｍ.ｅＶ）↑［－１］；Ｌ＝２Ｌ↓［１］＋πＲ，Ｌ↓［１］表示光纤温度补偿臂直线段的长度；Ｒ表示光纤温度补偿...

【技术特征摘要】
一种光纤ATR传感器检测铅酸蓄电池剩余容量的方法，其特征在于，包括下列步骤1)采用工业酒精浸泡光纤，然后用纱布擦洗光纤，除去光纤上的包层；将除去包层后的纤芯放入含15～25%的氢氟酸的腐蚀溶液，在20～25℃下进行腐蚀，纤芯均匀腐蚀至直径为650～750 m和直径为380～420 m的两种腐蚀纤芯； 2)制作光纤ATR传感臂将直径为650～750 m的腐蚀纤芯制作成U形结构；制作光纤温度补偿臂将直径为380～420 m的腐蚀纤芯制作成U形结构；采用电沉积方法在U形结构的腐蚀纤芯表面沉积砷化镓薄膜，沉积砷化镓薄膜后的纤芯直径为996 m；再将粗糙的砷化镓表面进行抛光，抛光后的表面粗糙度小于5nm；最后采用气相沉积方法在砷化镓薄膜表面再镀上金膜，镀上金膜后的纤芯直径约为1000 m；3)将U形结构的光纤ATR传感臂和光纤温度补偿臂安装在铅酸蓄电池的正极板上，且开口朝上；4)光束通过入射光纤进入正极板上的光纤ATR传感臂和光纤温度补偿臂内，光纤ATR传感臂和光纤温度补偿臂输出的光束通过出射光纤输出，通过下式的修正函数计算光纤ATR传感臂输出光强 式中表示输入光强；表示电解液容积吸收系数；表示光源波长；，表示界面入射夹角的大小；1表示光纤ATR传感臂直线段的长度；表示光纤ATR传感臂的弯曲半径；表示腐蚀后纤芯的半径；表示纤芯的折射率；表示温度为20℃时正极板表面电解液的折射率；表示电解液特征参数；表示电解液的温度；1表示 , 其中 ，， 其中，；表示光束由U形结构的光纤ATR传感臂的直线段纤芯进入弯曲段纤芯时，光束与分界面的垂距；表示光纤包层的折射率； 通过下式计算光纤温度补偿臂输出光强 ；，； 式中表示输入光强；表示砷化镓对光束的反射系数；表示与砷化镓材料有关的常数，；，1表示光纤温度补偿臂直线段的长度；表示光纤温度补偿臂的弯曲半径；表示温度0K的禁带宽度能量，；表示光子频率；表示与砷化镓材料有关的常量，；表示电解液的温度；5)用表示光纤ATR传感臂输出光强经过光电探测器后的输出电压；表示光纤温度补偿臂输出光强经过光电探测器后的输出电压；表示光束通过入射光纤直接经过光电探测器后的输出电压； 式中表示光电探测器系数；6)将、、经过运算、变形后可得铅酸蓄电池剩余容量电压 ， 式中，。2010102851626100001dest_path_image002.jpg,dest_path_image004.jpg,dest_path_image006.jpg,dest_path_image008.jpg,dest_path_image010.jpg,dest_path_image012.jpg,dest_path_image014.jpg,dest_path_image016.jpg,dest_path_image018.jpg,dest_path_image020.jpg,dest_path_image022.jpg,dest_path_image024.jpg,dest_path_image026.jpg,dest_path_image028.jpg,dest_path_image030.jpg,dest_path_image032.jpg,dest_path_image034.jpg,dest_path_image036.jpg,dest_path_image038.jpg,dest_path_image040.jpg,dest_path_image042.jpg,dest_path_image044.jpg,dest_path_image046.jpg,dest_path_image048.jpg,dest...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟年丙，廖强，王永忠，叶丁丁，朱恂，丁玉栋，王宏，李俊，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]