一种基于石墨制双极板近表面裂纹的检测方法和系统

1.本发明涉及无损检测领域，特别涉及一种基于石墨制双极板近表面裂纹的检测方法和系统。


背景技术：

2.燃料电池作为一种高效、环境友好的发电装置，在基站电源、中小型电站、电动车、备用电源、便携电源等方面，具有广阔的应用前景。燃料电池可以分为质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融盐燃料电池、微生物燃料电池、生物燃料电池等。料电池主要由端板、集电板、双极板、膜电极等组成。双极板是燃料电池的支架部分，主要起支撑、分布导流气体并隔离气体和集流导电的作用，目前做双极板的材料主要有两大类:一类是金属双极板，一类是石墨制的双极板。
3.双极板的机械性能、透气性能、抗腐蚀性能、导电性能以及表面接触电阻等作为双极板的核心指标有着严格的要求，因此石墨双极板的过程加工工艺影响着其能否满足最终目标市场的需求。石墨双极板多数采用机加工的方法，而国外厂商可以直接采用压铸成型或膨胀石墨成型的生产方式。这个过程中有很多产生裂纹的原因。如：糊料的粘结剂用量过大或装料温度较高，糊料压出后弹性回胀较大，应力消失比较慢，均可能导致裂纹。装料温度较高时烟气排除不净，烟气夹在糊料中，也易产生裂纹。糊料的粘结剂用量过小或装料温度太低，糊料的塑性较差，糊料之间粘结力小，因而不易压实，也易于产生裂纹。挤压嘴子及压料室的温度过高，紧靠挤压嘴子及压料室内壁的糊料受到过分的加热，因此与压料室中心部分的糊料温度相差较大，受压后这两种料挤出速度不一样，压出后的产品因表面与中心部分回胀系数不一致，这也容易产生裂纹。反过来说，挤压嘴子和压料室的加热温度较低，而中心部位糊料的温度较高也会有一样的后果。凉料时糊料凉得不均匀，有时甚至把已冷成硬块的糊料也加入压料室内；而压料室的加热不足以在短时间内使糊料温度达到均匀，在这种情况下挤压出来往往也是造成石墨板表面裂纹的原因。石墨板离开挤压嘴子后应利用半圆形(对圆形截面石墨板)的或水平板(对方形截面石墨板)的接受台托住。如果接受台位置不当，石墨板压出后弯曲下垂过大也会造成产品的横裂。
4.到目前为止，国内还没有一套完整的对石墨双极板裂纹进行检测的方法和系统，这迫切要求计量部门开展相关研究。因此，如何准确检测出石墨双极板近表面裂纹缺陷以及搭建一套完备的检测系统就具有深远的意义。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供了一种基于石墨制双极板近表面裂纹的检测方法和系统。通过这个系统可以客观的在生产过程中，检测挑选有裂纹问题的石墨双极板。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：
6.本发明提供了一种基于石墨制双极板近表面裂纹的检测方法和系统，我们提出利用电涡流检测技术检测近表面有裂纹缺陷的石墨制双极板的方法，石墨双极板是导电材
料，并且涡流无损检测技术具有非接触性、穿透性强、反应灵敏度高以及检测准确的优点，因此涡流无损检测技术是该系统很不错的选择。在双极板生产过程中，一种规格的双极板由一条产线加工。固定规格且完好的双极板具有磁场感应信号固定、尺寸大小固定的特性。将该信号作为有缺陷双极板的对比信号存入计算机，同时在计算机中设置双极板的尺寸大小，根据这些信息就可以设计双极板的检测移动轨迹。通过该方法，可普遍的检定出有缺陷的双极板，并标定缺陷的位置和大小。
7.作为本设计的一种优选技术方案，一种基于石墨制双极板近表面裂纹的检测系统包括：涡流传感器、支撑杆、石墨双极板放置槽、传动装置、信号发生采集分析系统和计算机。所述的涡流传感器固定安装于支撑杆上，支撑杆立于石墨双极板放置槽上，传动装置用于负载石墨双极板放置槽，负责石墨双极板的运动，信号发生采集分析系统分为电源模块和数据采集分析模块，作用是给传感器供电，同时通过数据采集分析模块对石墨双极板近表面的缺陷损伤进行采集分析，能够涵盖石墨制双极板在生产过程中产生的各种大小的裂纹。
8.作为本设计的一种优选技术方案，所述传动装置通过连接件固定石墨双极板放置槽，使其正对涡流传感器，两个自由度灵活控制石墨双极板放置槽在物理空间中的位置，即横向和纵向方向上能够调整石墨板的运动轨迹以满足石墨板的每个部位的检测要求。
9.作为本设计的一种优选技术方案，所述信号发生采集分析系统输出涡流传感器所需电源，同时采集涡流传感器的电压信号，再由vc编程把所采集的涡流信号进行同步记录、显示和存储，并确保对测量数据进行后处理，最后得到的后处理结果。此外，其数据采集分析模块能够接收传动装置的返回参数，以此来实现石墨板位移值的反馈。
10.本发明的有益效果为：
11.1.设计的石墨制双极板近表面裂纹的检测系统采用低频涡流穿透技术，实现对石墨制双板近表面裂纹质量问题的检测，由于涡流的灵敏度极高，方便于对肉眼不可见裂纹问题的双极板进行快速筛选工作，满足产线检测要求。
12.2.信号采集分析系统通过编程实现电源功能和数据采集分析功能，通过电子集成技术将涡流传感器、信号放大器、电源模块等等电子元件集成于一块板子，使系统结构简单，功能齐全。通过计算机自动采集信号并对数据进行处理，可直接显示裂纹的位置和大小信息，代替了人工审查判断的任务。
13.3.设计的石墨制双极板近表面裂纹检测系统中的石墨双极板放置槽，具有大小可调的功能，能实现放置不同规格的石墨制双极板。保证系统的普适性。
14.4.通过对石墨制双极板的裂纹检测系统的研究，可以为其产品研发和质量升级提供有效的技术保障，提高企业在产品研发过程中各项性能指标的要求。
附图说明
15.图1为本发明中检测系统安装示意图。
16.图2为本发明中传动系统的示意图。
17.图3为本发明中检测系统的工作流程图。
具体实施方式
18.下面结合本发明的具体实施方式和附图对系统作进一步描述，从而本发明的有益效果将进一步明确。
19.如图1所示为基于石墨制双极板近表面裂纹的涡流检测系统的安装示意图。系统涉及涡流传感器1-1、支撑杆1-2、石墨双极板放置槽1-3、传动装置1-4、信号发生采集分析系统1-5和计算机1-6。所述的涡流传感器1-1固定安装于支撑杆1-2上，传动装置1-4用于负载石墨双极板放置槽1-3，负责双极板的运动，在涡流传感器1-1的现场检测过程中调整双极板的位置，使其正对涡流传感器1-1，尤其在调整检测信号时可以满足调整涡流检测装置和双极板之间的距离的要求。所述的信号发生采集系统1-5分为电源模块和数据采集分析模块，数据采集分析模块事先对不存在裂纹的石墨双极板进行了采集与分析，由此将数据信息存放在内存中，利用每次通过电源模块给传感器供电并采集到检测信号，将其于标准双极板的信号对比，检测出有裂纹的双极板。所述的计算机1-6上位机程序能够接收传动装置1-4上伺服电机的反馈信息，从而控制传动装置1-4带动石墨制双极板移动，同时输出放置石墨制双极板装置的位置值，此外使用vc程序把所采集的涡流无损检测装置的检测数据同步记录、显示和存储，并确保可对测量数据进行后处理，最后得到的数据后处理结果。
20.如图2所示为传动装置的示意图。传动装置用来调整双极板的位置，能够在两个自由度(x轴2-3、y轴2-4)灵活控制双极板在二维空间中的位置，并反馈连接机构(2-2)的位移值，通过其上的伺服电机(2-1)可将整个装置的实时位置信息反馈给上位机，从而控制两个轴的行走路径，使双极板按照所设置的测量路径，在物理空间位置上进行移动。
21.如图3所示，本发明的原理流程为首先通过软件算法控制设置电控系统，进而控制传动装置的移动路线，一般为s型移动，以便于检测板上每个位置都要被检测到。其次涡流检测装置通过供电即可检测石墨制双极板中的磁场分布，磁场信号与双极板的质量成对应关系，并通过信号线传给信号接收系统，同时利用软件算法来控制采样时间等参数，并将信号传递给数据处理系统。数据处理系统中存放着没有裂纹的石墨板的信号，通过算法对比信号，进而检测出有质量问题双极板，并给出相应裂纹位置的信息。
22.以下为本发明的具体实施例：
23.1)首先安装电涡流传感器1-1，将其固定在支撑杆1-2上。选择某种规格的石墨板和对应的石墨板放置装置1-3，通过螺丝固定在连接结构2-2上。
24.2)在进行测量工作前，首先需要对物理空间坐标与上位机程序界面定位结果坐标的匹配。将石墨板的长度y宽度x以及涡流传感器的安装高度z输入给上位机，上位机系统会根据位置换算自动与石墨板位移算法进行匹配，实现系统输出石墨板的坐标与其物理空间位置坐标的匹配。
25.3)在计算机上位机上点击检测按钮，系统开始运行，电涡流传感器静止不动，石墨双极板按照算法匹配的移动路径通过伺服电机按照固定程序s型移动，保证每个位置都可被检测装置检测到。
26.4)通过信号接收系统接收检测装置传回来的信号，并通过算法将出现裂纹的信息通过上位机显示出来，从而完成石墨板的检测和裂纹位置信息的显示。
27.综上，本发明对石墨双极板的近表面裂纹缺陷提出了一种利用涡流检测技术检测缺陷的方法，并设计了一种基于石墨制双极板近表面裂纹的涡流检测装置，能够对有裂纹
质量问题的石墨双极板进行检测和筛选，其中石墨双极板放置槽可以调整不同大小，可实现放置不同大小的石墨板。表明该系统可以成为石墨制双极板近表面裂纹检测的有用工具，便于用户分析，为操作员提供了很大的灵活性。