[發明專利]一種基于光纖的光聲鋰電池檢測系統

在審

• 申請號: 202210015231.4
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114486748A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 孫琪真;陳庚;楊留洋;王安琪;閆志君
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/84;G01N21/01
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 徐美琳

本發明公開一種基于光纖的光聲鋰電池檢測系統，屬于電池結構健康監測領域。包括：激勵模塊、信號解調模塊、檢測模塊以及光纖耦合器。激勵光經過波束整形單元、光纖耦合器和光纖超聲探頭入射到電池表面，產生超聲信號。探測光經過光纖環形器、光纖耦合器、光纖超聲探頭后被反射形成探測信號。通過位移控制平臺移動鋰電池，可以得到鋰電池不同部位的超聲信號，從而產生對應的探測信號，經分析得到鋰電池不同部位的結構信息，實現對電池結構的成像。本發明采用光學、超聲相結合的方法，可在實際應用中測量鋰電池內部結構數據，實現對電池內部損傷的分析與預測。本發明具備體積小、分辨率高的特點，能夠對鋰電池進行無損檢測，具有高精度成像的能力。

技術領域

本發明屬于電池結構健康監測領域，更具體地，涉及一種基于光纖的光聲鋰電池檢測系統。

背景技術

鋰電池作為一種高能量密度的能量儲存設備，無論是在日常生活還是軍事應用，都有著不俗的表現。但是，鋰電池的使用伴隨著內部電化學過程中可能發生的產氣、析鋰、固液界面變化和電解質浸潤的問題，為鋰電池的使用帶來危險，因此，開展鋰電池健康檢測與預警就顯得尤為重要。常規的電池檢測手段，如紅外、電子束等成像手段，由于缺乏穿透性，速度和精度不夠，在電池檢測上表現得差強人意，現有的原位分析表征技術，包括X射線成像、中子衍射以及電化學分析，也都存在著一定的問題。然而超聲作為一種穿透能力強、分辨率高、響應速度快的探測信號，對鋰電池內部的電化學過程均能做出不同的響應，從而實現鋰電池的內部健康檢測。

現有的超聲電池檢測設備多為電子式，采用壓電陶瓷設計，易受電磁干擾的影響，并且尺寸較大，為復用帶來困難，而基于光纖的光聲檢測系統，由于其尺寸小，靈活性高，抗電磁干擾等特點，受到了更多的關注。基于光纖的光聲檢測系統，通過掃描的方式，在不同位置直接測量由脈沖激光照射在待測物體上所產生的超聲信號，實現對待測物體的檢測，其具有尺寸小，分辨率高等特點。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于光纖的光聲鋰電池檢測系統，旨在提供一種全新的基于光纖的光聲檢測系統。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于光纖的光聲鋰電池檢測系統，包括激勵模塊、信號解調模塊、檢測模塊以及一個光纖耦合器；

激勵模塊與信號解調模塊通過光纖耦合器連接于檢測模塊；

檢測模塊包括：光纖超聲探頭，位移控制平臺待測鋰電池被放置于位移控制平臺上；

激勵模塊產生的激勵光穿過光纖超聲探頭，入射到鋰電池的表面，鋰電池表面由于光聲效應產生超聲波，超聲波傳輸到鋰電池內部后被鋰電池內部結構所反射，攜帶鋰電池內部結構信息，攜帶鋰電池內部結構信息的超聲波被光纖超聲探頭接收后成為探測信號；信號解調模塊用于對探測信號進行分析；

位移控制平臺用于控制鋰電池進行上下左右移動，使得激勵光入射到鋰電池的不同部位，產生對應于不同位置的光聲信號并反射回到信號解調模塊，經分析可以得到鋰電池不同部位的結構信息。

進一步地，激勵模塊，包括：激勵激光器和波束整形單元；

激勵激光器的輸出端口連接于波束整形單元的輸入端口，波束整形單元的輸出端口連接于光纖耦合器的第一輸入端口；

激勵激光器用于產生激勵光；波束整形單元用于將激勵光耦合至光纖耦合器中。

進一步地，信號解調模塊包括：窄線寬激光器、光纖環形器、光電探測器、數據采集單元以及顯示單元；

窄線寬激光器的輸出端口連接于光纖環形器的第一端口，光纖環形器的第二端口連接于光纖耦合器的第二輸入端口，光纖環形器的第三端口連接于光電探測器的輸入端口，光電探測器的輸出端口連接于數據采集單元的輸入端口，數據采集單元的輸出端口連接于顯示單元的輸入端口；