一种基于光纤传感的储氢健康监测设备的制作方法

本技术属于储氢设备领域，更具体地，涉及一种基于光纤传感的储氢健康监测设备。

背景技术：

1、当前，中国储能产业正处于快速发展阶段，储氢瓶在长期受压时易发生由于结构缺陷，材料疲劳等原因导致的破损情况，对安全生产和储能提出巨大挑战。亟需建立一套安全监测系统，在储氢瓶正常工作时对其结构健康进行实时监测和及时预警，减少可能发生的安全事故损失。

2、目前，传统的电容式、电磁式等监测传感器往往通过电流进行信号传输，一旦发生氢气泄漏极易引发爆炸等后果。而光纤光栅传感具有本质防爆、高灵敏度、耐腐蚀、耐高温、抗电磁干扰、安全性好等优点，已经成为当前储能安全监测研究主要方向。当前的光纤光栅传感装置主要以胶水涂覆式或胶水两点粘贴式安装光纤光栅，在长期工作中容易失效。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于光纤传感的储氢健康监测设备，其通过金属层封装传感光纤形成金属化光纤，并焊接在储氢瓶的内胆外壁的方式实现长期可靠的储氢瓶内胆壁面应变安全监测。

2、为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种基于光纤传感的储氢健康监测设备，包括储氢瓶、金属化光纤、密封接口和光纤光栅解调仪，所述储氢瓶包括外壳及密封安装在所述外壳内部的金属内胆，所述金属内胆具有圆柱形瓶身以及布置在圆柱形瓶身端部的封头，所述金属化光纤包括传感光纤和金属层，所述传感光纤具有纤芯和包覆在所述纤芯上的包层，所述金属层镀在所述包层上，所述纤芯上刻蚀有多个光纤光栅，其特征在于：

3、所述金属内胆的外壁上焊接所述金属化光纤的金属层，所述圆柱形瓶身和所述封头的外侧壁上分别布置有光纤光栅并且光纤光栅贴紧所述金属内胆的外壁，所述金属化光纤对应于所述圆柱形瓶身的部分为螺旋段，并且该螺旋段的每一匝至少布置两个所述光纤光栅；

4、所述密封接口密封安装在所述外壳上；

5、所述金属化光纤的一端穿过所述外壳和所述密封接口后连接所述光纤光栅解调仪，并且所述金属化光纤分别与所述外壳和所述密封接口密封连接。

6、优选地，所述金属内胆的圆柱形瓶身的外径为3m～6m，所述传感光纤上的每个光纤光栅的栅区长度不小于10mm，任意两个相邻的光纤光栅的间距均不小于2m，光纤光栅的个数为10～20个。

7、优选地，所述金属层为镍层，并且所述镍层沿着从内至外的方向分为化学镀镍形成的第一镍层和电镀形成的第二镍层，所述第一镍层的厚度15μm～25μm，所述第二镍层的厚度为20μm～40μm。

8、优选地，所述金属化光纤焊接在所述金属内胆的外壁上的预拉伸力为8n～15n。

9、优选地，所述封头包括平板部分和圆弧过渡部分，所述圆弧过渡部分连接所述平板部分和所述圆柱形瓶身；

10、所述平板部分远离圆柱形瓶身的一面布置有至少两个光纤光栅。

11、优选地，所述金属化光纤位于外壳外和密封接头外的部分安装有铠装层。

12、优选地，每个所述光纤光栅的两端均有传感光纤的未刻蚀部分，每个所述光纤光栅的两端的未刻蚀部分上的金属层分别焊接在金属内胆上。

13、优选地，所述圆柱形瓶身和所述封头一体成型。

14、优选地，所述金属化光纤的金属层通过激光焊接的方式固定在金属内胆的外壁上。

15、总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

16、(1)本实用新型的储氢瓶采用金属内胆和外壳共两层结构，防爆能力强，能应用于各种大型储气罐安全监测场合，成本低廉；

17、(2)本实用新型的金属化光纤具有多个围绕金属内胆的外壁布置的光纤光栅，自由可调测量精度，根据实际需求调节栅区间隔和光栅个数实现；

18、(3)本实用新型可运行在恶劣高温工作环境下，金属化光纤抗电磁干扰，可靠性强。

19、(4)本实用新型的传感光纤采用金属层进行金属化封装，金属层与金属内胆焊接固定，长期使用时可靠稳定。

20、(5)本实用新型的金属化光纤与金属内胆安装简单，监测原理简明易懂，可通过金属化光纤进行良好的温度补偿效果。

技术特征：

1.一种基于光纤传感的储氢健康监测设备，包括储氢瓶、金属化光纤、密封接口和光纤光栅解调仪，所述储氢瓶包括外壳及密封安装在所述外壳内部的金属内胆，所述金属内胆具有圆柱形瓶身以及布置在圆柱形瓶身端部的封头，所述金属化光纤包括传感光纤和金属层，所述传感光纤具有纤芯和包覆在所述纤芯上的包层，所述金属层镀在所述包层上，所述纤芯上刻蚀有多个光纤光栅，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的储氢健康监测设备，其特征在于，所述金属内胆的圆柱形瓶身的外径为3m～6m，所述传感光纤上的每个光纤光栅的栅区长度不小于10mm，任意两个相邻的光纤光栅的间距均不小于2m，光纤光栅的个数为10～20个。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的储氢健康监测设备，其特征在于，所述金属层为镍层，并且所述镍层沿着从内至外的方向分为化学镀镍形成的第一镍层和电镀形成的第二镍层，所述第一镍层的厚度15μm～25μm，所述第二镍层的厚度为20μm～40μm。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的储氢健康监测设备，其特征在于，所述金属化光纤焊接在所述金属内胆的外壁上的预拉伸力为8n～15n。

5.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的储氢健康监测设备，其特征在于，所述封头包括平板部分和圆弧过渡部分，所述圆弧过渡部分连接所述平板部分和所述圆柱形瓶身；

6.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的储氢健康监测设备，其特征在于，所述金属化光纤位于外壳外和密封接头外的部分安装有铠装层。

7.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的储氢健康监测设备，其特征在于，每个所述光纤光栅的两端均有传感光纤的未刻蚀部分，每个所述光纤光栅的两端的未刻蚀部分上的金属层分别焊接在金属内胆上。

8.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的储氢健康监测设备，其特征在于，所述圆柱形瓶身和所述封头一体成型。

9.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的储氢健康监测设备，其特征在于，所述金属化光纤的金属层通过激光焊接的方式固定在金属内胆的外壁上。

技术总结
本技术公开了一种基于光纤传感的储氢健康监测设备，包括储氢瓶、传感光纤、密封接口和光纤光栅解调仪，储氢瓶包括外壳及金属内胆，所述金属内胆具有圆柱形瓶身以及封头，传感光纤具有纤芯和包层，纤芯上刻蚀有多个光纤光栅，传感光纤的包层上镀有金属层，从而使传感光纤与金属层共同形成金属化光纤；金属内胆的外壁上焊接金属化光纤的金属层，圆柱形瓶身和封头的外侧壁上分别布置有光纤光栅，传感光纤对应于所述圆柱形瓶身的部分为螺旋段；密封接口密封安装在外壳上；传感光纤的一端连接所述光纤光栅解调仪。本技术通过金属层封装传感光纤，并焊接在储氢瓶的内胆的外壁的方式实现长期可靠的储氢瓶内胆壁面应变安全监测。

技术研发人员：谭凯,李昌胜,林海,徐义,李立彤
受保护的技术使用者：湖北特种设备检验检测研究院
技术研发日：20230817
技术公布日：2024/3/11