一种金属管道腐蚀监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种金属管道腐蚀监测系统，包括：正向激励电流源，将正向激励电流输入管道的待监测区域的两端；电阻网络，所述电阻网络焊接至待监测区域；对照板，所述参考电阻两端设置有参考电极；压差信号监测单元，测量得到任意两个监测电极之间的压差信号；第一放大电路，连接至所述压差信号监测单元；第二放大电路连接至所述第一放大电路；移相电路，连接至所述第二放大电路；锁相放大电路，连接至所述移相电路；数模转换电路，连接至所述锁相放大电路，用于将经所述锁相放大电路输出的模拟信号转换为数字信号；主控电路，按设定的时间间隔对所述数字信号采样，并存储所述采样结果。

A corrosion monitoring system for metal pipes

【技术实现步骤摘要】
一种金属管道腐蚀监测系统
本技术涉及测量
，具体而言，涉及一种金属管道腐蚀监测系统。
技术介绍
现有的利用电场纹理特征法的金属管道腐蚀监测方法，都是采用直流恒流电流源进行激励，获得被测管道的电位矩阵，通过监测各电极的电位变化情况来了解管道的腐蚀趋势。这种方法必须采用高达数十安培甚至上百安培的恒定电流，才能获得可测量的电压幅值，以及相对较高的信噪比。大激励电流不仅造成大的电能消耗，相关电子元件发热严重，需要提供较粗的电缆，而且对于易燃易爆环境造成威胁。此外，这种方法的监测精度还容易受到环境温度变化、电极接触电阻、环境电磁干扰等因素的影响。
技术实现思路
本技术提供一种金属管道腐蚀监测方法及系统，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。本技术实施例提供了一种金属管道腐蚀检测系统，包括：正向激励电流源，用于将正向激励电流输入管道的待检测区域的两端；电阻网络，电阻网络焊接至待检测区域；电阻网络包括N*M个大小相同的电阻；其中，每M个电阻串联连接；N为大于等于1的正整数，M为大于1的正整数；相邻电阻之间的距离均为固定距离；沿电流流经方向，在各电阻两端设置有检测电极；对照板，对照板为与管道同材质的金属板，且一端与管道电气相连，对照板上设置有一个参考电阻，参考电阻两端设置有参考电极；压差信号检测单元，用于测量得到任意两个检测电极之间的压差信号；第一放大电路，第一放大电路是差分放大电路；连接至压差信号检测单元；第二放大电路，第二放大电路是基于斩波的放大电路；连接至第一放大电路；移相电路，连接至第二放大电路，用于将第二放大电路输出的信号的相位调整到与参考信号相同相位；锁相放大电路，连接至移相电路，用于放大与参考信号相同频率的信号；数模转换电路，连接至锁相放大电路，用于将经锁相放大电路输出的模拟信号转换为数字信号；主控电路，用于按设定的时间间隔对数字信号采样，并存储采样结果。可选地，所述正向激励电流为1Hz到1kHz频率可调的正向激励电流。可选地，固定距离为管道壁厚度的2-3倍。可选地，两个监测电极分别位于管道上的焊缝两侧。本技术实施例的创新点包括：1、同基于恒流直流电流源的电场纹理特征法相比，本技术通过采用交流激励电流源及锁相放大技术，所需的激励电流要小1到2个数量级，而又能提供更好的信噪比，对电子元件的要求更低，安全性也更好；同时能够实现测量被测管道敏感区域的电阻网络的变化情况，为了解和掌握管道腐蚀发展趋势提供准确的数据基础；这是本技术实施例的创新点之一。2、本技术采用1Hz到1kHz可调的正弦交流激励电流源施加于管道被测区域，通过对被测区域的电极矩阵进行采样、信号放大、滤波、锁相放大及数-模转换，可直接获得各被测电极对之间的电阻，通过对电阻网络的监测，得到反映管道腐蚀的现状及发展趋势的准确数据，这是本技术实施例的创新点之一。3、本技术通过采用锁相放大技术，可以将正弦激励电流源的峰-峰值降低到1安培以下，直至0.1安培级别；激励电流源的大幅度降低不仅节约电能，降低了对电子元件的要求，而且提高了易燃易爆环境下的安全性，这是本技术实施例的创新点之一。4、锁相放大技术由于只放大与参考信号同频率的被测信号，因此可以消除环境温度、电极接触电阻、环境电磁干扰等因素的影响，获得比直流恒流激励源更高的信噪比，这是本技术实施例的创新点之一。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术一个实施例的金属管道腐蚀监测系统的结构示意图；图2a为本技术一个实施例中电流注入侧视图；图2b为本技术一个实施例中电流注入俯视图；图3为本技术一个实施例中的电极m与电极n之间的距离计算原理图；图4为本技术实施例中的电阻网络、对照板与管道之间的一种连接关系示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。需要说明的是，本技术实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本技术实施例公开了一种金属管道腐蚀监测方法及系统，以下进行详细说明。图1为本技术一个实施例的金属管道腐蚀监测系统的结构示意图。在图1中，金属管道腐蚀监测系统主要包括正弦激励电流源、电阻网络、信号预处理模块(包括第一放大电路、第二放大电路和移相电路)、锁相放大模块(包括锁相放大电路和采样电路)、主控电路、数据处理与分析软件(包括计算单元和确定单元)。正弦激励电流源产生一个正弦波形的电流，注入管道被监测区域。被监测区域的电极对之间的电阻构成电阻网络，将电流信号转换为电压信号。由于电压信号很微弱，通常是nV级别的，因此需要通过预处理电路进行前置放大，放大到足够推动锁相放大电路的电平级别(0.1V以上)。放大后的信号进入锁相放大电路，与参考信号进行运算。锁相放大电路的输出是一个直流信号。将被测信号的相位调整到与参考信号相同，此时锁相放大电路输出的直流信号的幅值只与被测信号的幅值有关。因此锁相放大可以去除所有不同频率的干扰，包括直流分量和环境电磁干扰。具体地，电阻网络焊接至待检测区域；电阻网络包括N*M个大小相同的电阻；其中，每M个电阻串联连接；N为大于等于1的正整数，M为大于1的正整数；相邻电阻之间的距离均为固定距离。例如，M为5，N为4。沿电流流经方向，在各电阻两端设置有监测电极。具体地，对照板为与管道同材质的金属板，且一端与管道电气相连，对照板上设置有一个参考电阻，参考电阻两端设置有参考电极。压差信号监测单元测量得到任意两个检测电极之间的压差信号。预处理电路包括第一放大电路、第二放大电路和移相电路。第一放大电路是高精度差分放大电路；连接至压差信号监测单元；第二放大电路是基于斩波的低噪声、低漂移放大电路；连接至第一放大电路；移相电路，连接至第二放大电路，用于将第二放大电路输出的信号的相位调整到与参考信号相同相位。锁相放大电路，连接至移相电路，用于放大与参考信号相同频率的信号；数模转换电路，连接至锁相放大电路，用于将经锁相放大电路输出的模拟信号转换为数字信号。主控电路，用于按设定的时间间隔对数字信号采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属管道腐蚀监测系统，其特征在于，包括：/n正向激励电流源，用于将正向激励电流输入管道的待监测区域的两端；/n电阻网络，所述电阻网络焊接至待监测区域；所述电阻网络包括N*M个大小相同的电阻；其中，每M个电阻串联连接；N为大于等于1的正整数，M为大于1的正整数；所述相邻电阻之间的距离均为固定距离；沿电流流经方向，在各电阻两端设置有监测电极；/n对照板，所述对照板为与所述管道同材质的金属板，且一端与所述管道电气相连，所述对照板上设置有一个参考电阻，所述参考电阻两端设置有参考电极；/n压差信号监测单元，用于测量得到任意两个监测电极之间的压差信号；/n第一放大电路，所述第一放大电路是差分放大电路；连接至所述压差信号监测单元；/n第二放大电路，所述第二放大电路是基于斩波的放大电路；连接至所述第一放大电路；/n移相电路，连接至所述第二放大电路，用于将第二放大电路输出的信号的相位调整到与参考信号相同相位；/n锁相放大电路，连接至所述移相电路，用于放大与所述参考信号相同频率的信号；/n数模转换电路，连接至所述锁相放大电路，用于将经所述锁相放大电路输出的模拟信号转换为数字信号；/n主控电路，用于按设定的时间间隔对所述数字信号采样，并存储采样结果。/n...

【技术特征摘要】
1.一种金属管道腐蚀监测系统，其特征在于，包括：
正向激励电流源，用于将正向激励电流输入管道的待监测区域的两端；
电阻网络，所述电阻网络焊接至待监测区域；所述电阻网络包括N*M个大小相同的电阻；其中，每M个电阻串联连接；N为大于等于1的正整数，M为大于1的正整数；所述相邻电阻之间的距离均为固定距离；沿电流流经方向，在各电阻两端设置有监测电极；
对照板，所述对照板为与所述管道同材质的金属板，且一端与所述管道电气相连，所述对照板上设置有一个参考电阻，所述参考电阻两端设置有参考电极；
压差信号监测单元，用于测量得到任意两个监测电极之间的压差信号；
第一放大电路，所述第一放大电路是差分放大电路；连接至所述压差信号监测单元；
第二放大电路，所述第二放大电路是基于斩波的放大电路；连接至所述第一放大电路；...

【专利技术属性】
技术研发人员：段汝娇，陈金忠，杨永，何仁洋，孟祥吉，孙明，马义来，黄辉，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11