[发明专利]一种燃料电池水分布可视化在线检测系统

权利要求书

1.一种燃料电池水分布可视化在线检测系统，其特征在于，包括：

一主控制器，作为系统的核心控制单元，通过输出控制指令来控制各模块的正常运行，同时用于接收湿度传感器采集的湿度分布信息；

一可视化燃料电池，采用阴极可视化电堆，其阴极端部流道为镂空流道，外侧端板使用实心聚碳酸酯PC透明板，便于采集阴极端部流道内的液态水信息，在各节电池的阴极/阳极流道内均匀嵌入湿度传感器，用于采集各节电池的湿度分布信息；

可视化燃料电池通过湿度传感器，采集各节电池的湿度分布信息，并传输给主控制器，主控制器判断电堆相对湿度达到90％的时刻时，控制器输出上传指令，启动高速摄像机开始无线上传拍摄的视频信息给主控制器；

一图像采集模块，包括CPL偏振镜、高速摄像机、图传发射器、图传接收器；利用CPL偏振镜对部分反射光线进行过滤后，再通过高速摄像机实时拍摄到可视化燃料电池阴极端部流道内的液态水分布，并将视频信息记录在摄像机存储卡内，当高速摄像机收到上传指令后，高速摄像机通过AV输出线，将采集的视频传输给图传发射器，再通过WHDI的无线通信方式传输至图传接收器，图传接收器再分帧上传到图像处理模块和终端显示设备；

一图像处理模块，包括背景建模、灰度处理、图像去噪、二值化处理、液态水信息提取；图像处理模块以接收到的首帧图像作为原始背景，进行背景建模，作为后续去噪处理的参考；其他帧图像经过灰度处理和去噪后，再进行二值化处理，以凸显不同形态下的液态水轮廓信息，同时提取液态水面积信息；

一分析诊断模块，结合电堆的工作特性将提取的液态水面积信息进行分类，再通过设定的阈值，提取不同类型的液态水面积信息，结合流道特性计算出液态水含量，并绘制成液态水信息实时数据表或分布图，实时显示在终端设备上，同时录入终端数据库。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池水分布可视化在线检测系统，其特征在于，所述分析诊断模块对提取的液态水面积信息进行分类的方法为：设置电堆运行时刻T₀、T₁、T₂、T₃，且T₀＜T₁＜T₂＜T₃；

(2.1)、在电堆运行初期T₀时刻，流道内没有明显的液态水，将该状态定义为无液态水状态，并将该状态作为背景模型；

(2.2)、在电堆运行到T₁时刻，气相水产量增大并冷凝，流道内出现极微小的液滴，形成一层薄薄的水雾，将该状态定义为水雾状态；

(2.3)、在电堆运行到T₂时刻，气相水不断产生并汇聚，微小液滴扩大为水滴，水滴的直径为流道宽度的10％至90％，但未堵塞流道，将该状态定义为水滴状态；

(2.4)、在电堆运行到T₃时刻，水滴不断汇聚增大形成水柱，并堵塞流道截面，将该状态定义为水柱状态。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池水分布可视化在线检测系统，其特征在于，所述分析诊断模块计算液态水量的方法为：

(3.1)、计算不同状态下的液态水面积

统计各个状态下处于对应状态下的像素点个数，得到该状态下的液态水面积，即：水雾面积、水滴面积和水柱面积；

(3.2)、计算液态水含量

其中，α为水雾系数，α∈[0,1)；β为水滴系数，β∈[1,10)；η为水柱系数，η＝10。