一种铅酸蓄电池容量的快速检测方法与装置的制造方法
【技术领域】 [0001] 本发明涉及铅酸蓄电池的检测技术领域，具体涉及一种可应用于铅酸蓄电池容量的快 速检测方法与装置。
[0002]
【背景技术】
[0003] 铅酸蓄电池在备用动力系统中不可或缺，如电力设备、通信机房和汽车动力系统 等。蓄电池容量或荷电状态（state of charge, S0C)是衡量其性能指标的一个重要参数， 维护不当会造成电池容量下降而无法保证预定的放电时间，可能造成重大事故。因此，蓄电 池的及时在线检测有助于了解其工作性能，是保证设备正常运转的有效维护手段。
[0004] 目前，国内外对铅酸蓄电池容量的检测方法主要是放电法，根据蓄电池放电的外 部特性，对其端电压、放电电流、内阻等电池特性及其微积分量进行分析，采用一定的检测 装置和算法获得蓄电池容量。其中，恒电流放电法被电池生产部门使用并推荐给电池用户， 该方法以恒定电流A放电，记录电池端电压下降到规定值的放电时间h，A · h即为电池容 量，其缺点是作业时间长、工作量大、需备份电池等。此外，通过对电解液密度进行检测也可 以间接获取蓄电池容量。但是，电解液对检测人员及周围设备的侵害和腐蚀无法避免，故利 用比重计直接检测并不可取。
[0005] 铅酸蓄电池的电极主要由铅制成，电解液是硫酸溶液。充电时从其他直流电源 获得电能，正、负极板上的硫酸铅会被分解还原成硫酸、铅和氧化铅，电解液中酸的浓度逐 渐增加。放电时，蓄电池对外电路输出电能，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流， 并在电池内部进行化学反应，硫酸与正、负极板上的活性物质产生反应，生成化合物"硫酸 铅"，硫酸浓度下降。可见，铅酸蓄电池的电解液密度是影响电池容量主要因素，实际工作中 可根据硫酸浓度来判断蓄电池的充电程度。
[0006] 鉴于此，本发明根据电磁感应原理提出了一种铅酸蓄电池容量的快速检测方法与 装置。该方法通过线圈在蓄电池上施加交变磁场，这个变化的磁场在电解液表面形成涡电 流，在祸电流周围产生的感应磁场会影响原有磁场，祸电流中带电粒子的振动会产生电磁 超声，涡电流中带电粒子的定向运动会产生热量并向外辐射而形成红外信号，这些信号可 以被接收阵元的不同传感器拾得，即多模信号接收。接收信号的频率特性与带电粒子属性 有关，接收信号的强度与带电粒子浓度有关，通过对接收多模信号的时域和频域特征及其 分析结果，对电解液中带电粒子属性、电解液浓度进行判断，并结合实验统计结果对蓄电池 容量进行定量判断而实现快速检测。实施过程中不需接触电解液、不需放电、可在线检测、 对人体基本无害，故本发明具有检测迅速、使用方便、安全、成本低、操作简便和显示直观等 特点，可广泛用于电力设备、通信机房、汽车动力系统等领域蓄电池容量的在线检测。
【发明内容】
[0007] 针对铅酸蓄电池容量检测领域中的现有问题，本发明目的在于提出一种铅酸蓄电 池容量的快速检测方法与装置。
[0008] 为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案： 一种铅酸蓄电池容量的快速检测装置，包括数据处理端和检测终端；其中数据处理端 用于宽频信号的产生、信号特征提取、检测参数的设置与控制、检测结果的存储、数据通信 以及人机交互；检测终端负责宽频磁信号的发射、多模信号的接收和数据通信。
[0009] 进一步地，所述数据处理端包括宽频信号发生模块、特征提取模块、主控制器、存 储模块、人机交互模块和通信模块。其中，宽频信号发生模块负责宽频检测信号的产生，其 中宽频检测信号的中心频率可以根据检测深度及分辨率要求综合考虑进行选择；特征提取 模块负责对接收的多模信号进行时域和频域的特征分析与识别；主控制器负责不同模块之 间的调度，以保证整个系统正常运行；存储模块用于存储检测结果和分类特征库；人机交 互模块负责人机交互，用于检测参数的设置、控制命令的输入及检测结果的输出；通信模块 负责发射端或者接收端与数据处理端之间数据和控制信息的传递，可采用有线/无线通信 模式。
[0010] 进一步地，所述检测终端包括通信模块、发射预处理模块、发射线圈、磁反射体、接 收传感器阵列和接收处理模块。其中，通信模块负责接收数据处理端产生的宽频检测信号， 可采用有线/无线通信模式；发射预处理模块负责对接收的宽频检测信号进行放大和D/ A转换，转换后的信号用于控制发射线圈中的电流；发射线圈负责磁信号发射；铁磁性材料 制成的磁反射体用于阻挡磁力线的后向逸散，把线圈产生的磁场反射回去，向远处推送交 变磁场；接收传感器阵列由磁敏传感器、超声波传感器和红外传感器组成，负责多模接收信 号的拾取，它们按照一定方式排列，组成一个阵列，接收信号的中心频率可以根据宽频检测 信号的频段进行调整；接收处理模块用于对检测信号进行放大、A/D转换和数据缓存。
[0011] 本发明的另一目的在于提出一种铅酸蓄电池容量的快速检测方法，具体实现步骤 包括： 步骤1 :检测装置的参数配置。设置的参数包括：发射线圈参数、宽频检测信号参数、接 收传感器参数、特征提取模块参数、通信模块参数和检测结果显示参数。
[0012] 步骤2 :装置设备状态的自动检测。该步骤所检测的状态包括：发射线圈的连接状 态，检测终端与数据处理端的连接状态，接收传感器阵列的连接状态，通信模块的连接与在 线状态，检测装置电源容量状态。
[0013] 步骤3 :检测前的增益校准。其中增益校准方式包括两种：手动增益与自动增益； 手动增益校准方式由检测人员根据电解液属性设置各种增益参数；自动增益校准方式则是 在检测对象获得一定的样本后，由数据处理端自动估算检测对象的各种增益参数。
[0014] 步骤4 :宽频检测信号的产生。数据处理端的宽频信号发生模块根据步骤1所设 置的宽频检测信号参数产生宽频检测信号。
[0015] 步骤5 :磁信号发射。检测终端的通信模块负责接收数据处理端产生的宽频检测 信号，这个接收信号在预处理模块中进行放大和D/A转换，然后控制发射线圈的电流，线圈 中的交变电流信号在线圈周围产生交变磁场，实现磁信号的发射，磁反射体用于阻挡磁力 线的后向逸散，把线圈产生的磁场反射回去，向远处推送交变磁场。
[0016] 步骤6 :多模信号接收。根据步骤1设置的传感器参数拾取多模接收信号，这些信 号经过放大和A/D转换后保存在数据缓存单元，并通过通信模块发送到数据处理端。
[0017] 步骤7 :根据宽频检测信号和从检测终端获取的接收信号进行特征提取。具体包 括以下步骤： 步骤7. 1 :数据预处理，包括数据频域变换、去噪声处理及频域滤波； 步骤7. 2 :信道特征辨识，采用傅里叶变换对接收信号的频谱进行分析，得到多模接收 信号的频谱特征。
[0018] 步骤8 :联合多模接收信号的时频特性，对信道所处电解液属性、离子浓度及其分 布进行分析和判断。
[0019] 步骤9 :根据电解液离子浓度对蓄电池容量进行反演并在人机交互平台中显示。
[0020] 与现有技术相比，本发明所提出的一种铅