一种基于挂片的模块化电场指纹检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术提供了一种将腐蚀挂片法与电场指纹法相结合的检测系统和检测方法。在腐蚀挂片上设置电压采集电极矩阵和温度传感器，并将挂片置于被同步检测的腐蚀环境中。通过矩阵开关控制电压采集电极矩阵与数据采集模块之间的通断，检测挂片在加载激励电流后的实时电压及其变化，可以有效的捕捉到局部腐蚀的萌生以及发展过程，能够有效的对局部腐蚀进行跟踪并研究其腐蚀机理。本模块化电场指纹检测系统，具有激励小、精度高、一体化、可靠性好、安全性高等优点，采用高性能控制器，可根据需求编程获得实时信息，能够准确获得环境参数的实时数据，有更好的温度补偿体系，便于装置、设备和构件的局部腐蚀研究。

A modular electric field fingerprint detection system and detection method based on hanging film

The invention provides a detection system and a detection method combining the corrosion hanging plate method with the electric field fingerprint method. A voltage collecting electrode matrix and a temperature sensor are set on the corrosion hanging plate, and the hanging pieces are placed in the corroded environment which is simultaneously detected. Through the matrix switch to control the connection between the voltage acquisition electrode matrix and the data acquisition module, the real-time voltage and its change after the loading of the excitation current are detected. It can effectively capture the initiation and development of local corrosion, and can effectively track the local corrosion and study the corrosion mechanism. The modular electric field fingerprint detection system has the advantages of small incentive, high precision, high integration, good reliability and high security. It adopts high performance controller, can obtain real-time information according to demand programming, can obtain real-time data of environmental parameters accurately, has a better temperature compensation system, and is convenient for equipment, equipment and construction. Research on local corrosion of parts.

【技术实现步骤摘要】
一种基于挂片的模块化电场指纹检测系统及检测方法
本专利技术涉及检测
，涉及检测系统和方法，具体的为一种模块化检测系统和检测方法。
技术介绍
腐蚀挂片法是最经典、最常用的腐蚀研究、监测和评价方法，在基础设施建设、船舶与海洋工程、石油化工等流程工业中的应用最为广泛。腐蚀挂片的材质一般与被监测对象的材质相近或相同；为适应不同监测情况，挂片的类型可选择平板状、片状等类型；挂片的方向不宜影响流体的流动，一般选择挂片的大平面平行于液流方向。挂片的放置时间不固定，以腐蚀程度决定挂片的持续时间，一般需数月甚至半年。通俗的讲，腐蚀挂片法通过在被监测对象的指定位置设置金属挂片，在指定的腐蚀环境中暴露一段时间后取回挂片，通过挂片的被腐蚀情况来推断被监测对象的腐蚀情况。这种腐蚀检测技术价格低廉，操作简单，数据可靠性高，可同时对多种材料进行实验，适用于各种介质。但是，它也存在着测试时间较长，提供的腐蚀数据有限，不能及时反映瞬时腐蚀速率和环境条件或工艺参数变化对腐蚀的即时影响，难以实现实时监测，无法检测到腐蚀的萌生和发展，不能提供腐蚀机理信息，尤其是挂片法的检测分析需要在离线条件下进行，不能及时的提供安全预警信息。电场指纹(FSM)检测技术是一种新型的无损检测技术，通过在被监测对象上设置采集矩阵，采集被监测对象的电流和电压。而若被监测对象被腐蚀，这种腐蚀将反应在电流和电压的变化。电场指纹腐蚀监测技术依据被测对象表面微小电压变化，对金属结构的缺陷、裂纹、腐蚀以及它们的扩展情况进行高精度的检测，这种监测方法可实时反馈被监测对象的电压、电流等数据，实现在线实时监测且监测精度及准确性很高，可辨别不同的腐蚀类型。由于被检测区域的等效电阻非常小，因此，无论是长期以来从国外引进的设备还是国内新近研发的设备，都是通过加大馈入电流来保证响应电压的采集精度，电流的数量级一般都在10A～250A之间。而馈入电流过大容易引起金属试件的焦耳热效应等变化，对数据采集造成干扰，并且激励电源本身的波动所带来的影响也不容忽略，因此对于电流的稳定性及温度补偿就存在很高的要求。此外，通常需要单独配置高输出电流电源，设备集成度不高、操作不便，操作人员的人身安全问题也需要引起足够重视。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中挂片法的不足和电场指纹法无损检测技术现阶段存在的一些问题，提供一种可实时检测被测对象的腐蚀情况，弱激励、高精度、一体化的电场指纹检测系统及检测方法。为了实现以上作用，本专利技术提供以下技术方案：模块化检测系统，包括可安装于被检测自然腐蚀环境或工艺腐蚀环境中的挂片，所述挂片的两端设置有电流馈入电极及电流馈出电极，用以为挂片加载激励电流；所述挂片上设置有电压采集电极矩阵和温度传感器，用以检测挂片在加载激励电流以后的电压响应和实际温度；进一步包括数据处理模块及数据采集系统，所述数据采集系统包括电源模块、高速矩阵开关模块、万用表模块和多通道温度采集模块，电源模块的输出端分别与挂片两端的电流馈入电极和电流馈出电极连接，高速矩阵开关模块的输入端分别与电压采集电极矩阵的每一个电极连接，输出端与万用表模块连接，多通道温度采集模块与温度传感器连接，数据采集系统采集的数据均传递至数据处理模块；所述数据处理模块包括：初始数据存储单元：用以存储检测系统启动时数据采集系统采集的初始数据；实时数据存储单元：用以存储检测系统检测过程中数据采集系统采集的实时数据；腐蚀结果反馈单元：用以根据初始数据存储单元及实时数据存储单元数据的比较结果反馈挂片的实时腐蚀情况。作为优选：所述控制器进一步包括温度补偿单元，包括：补偿方程存储单元：按金属种类存储温度补偿方程，所述温度补偿方程为：U补＝U实-ΔU＝U实-(T实-T0)[b+c(T实+T0)]；其中U补为补偿后的电压值，U实为实时采集到的电压值，T实为实时的温度值，T0为初始时刻的温度值；根据实时电压值U实、温度值T实，以及起始时刻的温度T0，计算实时的温度补偿后的电压U补，b和c是与金属材料有关的温度补偿系数；其中，对于待检测物的温度采集是通过在待测物上布置温度传感器网络来实现的，通过传感器将物理信号转换成电信号来实现实时采集。补偿计算单元：用于调用补偿方程存储单元存储的温度补偿方程、初始数据存储单元存储的起始时刻的温度值T0以及实时数据存储单元存储的实时电压数据和温度数据，进行补偿电压U补的计算。作为优选：所述检测系统进一步包括腐蚀环境参数传感器，所述腐蚀环境参数传感器的探头与所述挂片并列安装于同一被检测腐蚀环境的指定位置，所述数据采集系统进一步包括多通道电压采集模块和多通道电流采集模块，腐蚀环境参数传感器包括环境温度传感器、湿度传感器、风速传感器、盐度传感器、压力传感器、氧化还原电位传感器、酸碱度传感器、溶解氧传感器、流速传感器；电压型环境参数传感器与多通道电压采集模块连接，电流型环境参数传感器与多通道电流采集模块连接，环境温度传感器与多通道温度采集模块连接。作为优选：所述数据处理模块采用PXIe处理器；所述电源模块采用PXIe可编程电源模块；所述高速矩阵开关模块采用PXI高速矩阵开关模块；所述万用表模块采用PXIe数字万用表模块；所述多通道温度采集模块采用PXIe温度采集模块；所述多通道电压采集模块采用PXIe电压采集模块；所述多通道电流采集模块采用PXIe电流采集模块；所述PXIe处理器、PXIe可编程电源模块、PXI高速矩阵开关模块、PXIe数字万用表模块、PXIe温度采集模块、PXIe电压采集模块、PXIe电流采集模块集成在PXIe机箱内。作为优选：所述挂片的材质与指定腐蚀环境中指定装置、设备或构件的材质相同。电场指纹检测方法，采用上述的模块化检测系统而实现，包括以下步骤：将挂片安装于指定的腐蚀环境、指定的工作位置，对挂片加载电源模块输出的激励电流；通过矩阵开关的控制，用万用表模块获取电压采集电极矩阵的电压值；所述电压值包括电极采集矩阵任意两个采集电极之间的初始电压值和实时电压值；若实时电压值相对于初始电压值发生变化，则判断挂片受到腐蚀。作为优选：数据采集系统进一步采集挂片的实际温度值，所述温度值包括挂片初始温度值和挂片实时温度值，根据温度补偿方程计算补偿电压：U补＝U实-ΔU＝U实-(T实-T0)[b+c(T实+T0)]；其中U补为补偿后的电压值，U实为实时采集到的电压值，T实为实时的温度值，T0为初始时刻的温度值；根据实时电压值U实、温度值T实，以及起始时刻的温度T0，计算实时的温度补偿后的电压U补，b和c是与金属材料有关的温度补偿系数；其中，对于挂片的温度采集是通过在挂片上布置温度传感器网络来实现的，通过传感器将物理信号转换成电信号来实现实时采集。若实时电压补偿值相对于初始电压值发生变化，则判断挂片受到腐蚀。作为优选：电场指纹检测方法进一步包括以下步骤：根据发生变化的实时电压值所对应的电压采集电极矩阵上的电极的位置，来映射腐蚀的位置和特征尺寸。作为优选：电场指纹检测方法进一步包括以下步骤：根据发生变化的补偿后的实时电压值所对应的电压采集电极矩阵上的电极的位置，来映射腐蚀的位置和特征尺寸。作为优选：基于检测方法的检测系统可以收集并存储腐蚀环境参数传感器反馈的数据，分析腐蚀环境参数变化对腐蚀过程和速度的影响，研本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于挂片的模块化电场指纹检测系统，其特征在于：包括可安装于被检测腐蚀环境中的挂片，所述挂片上设置有电流馈入电极及电流馈出电极、电压采集电极矩阵和温度传感器；进一步包括数据处理模块及数据采集系统，所述数据采集系统包括电源模块、高速矩阵开关模块、万用表模块和多通道温度采集模块，电源模块的输出分别与挂片两端的电流馈入电极和电流馈出电极连接，高速矩阵开关模块的输入端分别与电压采集电极矩阵的每一个电极连接，输出端与万用表模块连接，多通道温度采集模块与温度传感器连接，数据采集系统采集的数据均传递至数据处理模块；所述数据处理模块包括：初始数据存储单元：用以存储电场指纹检测系统启动时数据采集系统采集的初始数据；实时数据存储单元：用以存储电场指纹检测系统检测过程中数据采集系统采集的实时数据；腐蚀结果反馈单元：用以根据初始数据存储单元及实时数据存储单元数据的比较结果反馈挂片的实时腐蚀情况。

【技术特征摘要】
1.基于挂片的模块化电场指纹检测系统，其特征在于：包括可安装于被检测腐蚀环境中的挂片，所述挂片上设置有电流馈入电极及电流馈出电极、电压采集电极矩阵和温度传感器；进一步包括数据处理模块及数据采集系统，所述数据采集系统包括电源模块、高速矩阵开关模块、万用表模块和多通道温度采集模块，电源模块的输出分别与挂片两端的电流馈入电极和电流馈出电极连接，高速矩阵开关模块的输入端分别与电压采集电极矩阵的每一个电极连接，输出端与万用表模块连接，多通道温度采集模块与温度传感器连接，数据采集系统采集的数据均传递至数据处理模块；所述数据处理模块包括：初始数据存储单元：用以存储电场指纹检测系统启动时数据采集系统采集的初始数据；实时数据存储单元：用以存储电场指纹检测系统检测过程中数据采集系统采集的实时数据；腐蚀结果反馈单元：用以根据初始数据存储单元及实时数据存储单元数据的比较结果反馈挂片的实时腐蚀情况。2.如权利要求1所述的基于挂片的模块化电场指纹检测系统，其特征在于：所述控制器进一步包括温度补偿单元，包括：补偿方程存储单元：按金属种类存储温度补偿方程，所述温度补偿方程为：U补＝U实-ΔU＝U实-(T实-T0)[b+c(T实+T0)]；其中U补为补偿后的电压值，U实为实时采集到的电压值，T实为实时的温度值，T0为初始时刻的温度值；根据实时电压值U实、温度值T实，以及起始时刻的温度T0，计算实时的温度补偿后的电压U补，b和c是与金属材料有关的温度补偿系数；补偿计算单元：用于调用补偿方程存储单元存储的温度补偿方程、初始数据存储单元存储的起始时刻温度值T0以及实时数据存储单元存储的实时电压数据和温度数据，进行补偿电压U补的计算。3.如权利要求1所述的基于挂片的模块化电场指纹检测系统，其特征在于：所述模块化电场指纹检测系统进一步包括腐蚀环境参数传感器，所述腐蚀环境参数传感器的探头与所述挂片并列安装于同一被检测腐蚀环境中，所述数据采集系统进一步包括多通道电压采集模块和多通道电流采集模块，腐蚀环境参数传感器包括环境温度传感器、湿度传感器、风速传感器、盐度传感器、压力传感器、氧化还原电位传感器、酸碱度传感器、溶解氧传感器、流速传感器；电压型环...

【专利技术属性】
技术研发人员：李焰，吴承昊，李亚东，姚万鹏，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37