技术领域
[0001] 本
发明涉及一种锈蚀预警监测技术，具体为一种基于微弱累积电流技术的锈蚀预警监测仪。
背景技术
[0002] 锈蚀是指金属裸露在大气中与
氧、
水分及其它杂质
接触，发生化学或者电化学反应，引起变色或
腐蚀，生成了可以肉眼观察到的腐蚀生成物。例如：金属的氧化物，氢氧化物等，其腐蚀的产物为锈，俗称为锈蚀或生锈。
[0003] 精密仪器仪表、精密机床、无线电设备、坦克、火炮、弹药、航空备件等大型设备、军械装备均具有技术含量高、价值大、大多为金属制品的特点，运输、仓储过程中面临锈蚀
风险，影响使用性能和
精度。为避免设备、装备在运输和仓储过程中发生锈蚀，通常会在其运输和存储期间采用气相防锈
封存法、整装封套
包装法、
真空包装法等包装技术对其进行包装处理。
[0004] 尽管设备、装备采取了防锈包装处理，由于包装的失效具有很强隐蔽性，同时，包装失效发现不及时会导致设备、装备锈蚀发生，给国防建设和国民经济造成无法挽回的损失。
[0005] 包装的失效主要有以下两个形式：一、
包装材料的过期失效，包括包装材料性能的降低或防锈剂有效成分浓度下降等；二、包装的破损失效，包括实施包装操作、搬运等过程中发生的包装破损或密封不严。关于保证包装封存物品的防锈能
力和可靠性问题，传统的方法是定期启封进行感官检测(目测法、触觉法)和仪器检测(机械仪器、探伤仪器)。
[0006] 以上方法存在不足和局限，其一，时效性差，不能及时发现设备、装备被保护状态的变化，往往上次启封检测时装备状态完好，待下次启封检测时却发现已经发生了严重锈蚀，造成不可挽回的损失；其二，传统检测方法精度低、效率低、耗时耗力、对检测人员能力要求较高。其三，传统检测方法依靠人的过往经验判断何时启封检测，启封后原有的包装材料很难再次利用，需要更换新的包装材料对设备进行重新包装处理。做不到包装材料的物尽其用，造成大量的资源浪费。
[0007] 目前，已有的金属锈蚀监测方法和
传感器发明如CN101865815B、CN100424497C、CN105842148A等均为用于监测
桥梁等
混凝土环境中
钢筋的锈蚀程度而设计，并不适用于对包装封存微环境中的金属锈蚀情况进行监测，更无法实现防锈包装状态诊断与早期预警。国、内外尚无相关成熟产品及商业化应用案例。
发明内容
[0008] 针对
现有技术中金属锈蚀监测技术的现状及不足，尤其是现有检测包装防锈能力的技术存在可靠性、时效性差、效率低等诸多缺点，本发明要解决的技术问题是提供一种在不启封的条件下，能够智能监测诊断处于包装空间微环境中的金属设备或装备的被保护状态，进而能够在包装材料或气相防锈剂等防护措施失效前提供早期锈蚀预警的基于微弱累积电流技术的锈蚀预警监测仪。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0010] 本发明一种基于微弱累积电流技术的锈蚀预警监测仪，包括锈蚀传感器、
温度\
湿度传感器、
中央处理器、量程自动切换模
块、I\V转换模块、状态显示模块、通讯模块以及供电模块，其中，中央处理器的控制端分别与量程自动切换模块、I\V转换模块相连，锈蚀传感器1采集的
信号依次经量程自动切换模块、I\V转换模块进入中央处理器，温度\湿度传感器采集的信号直接输出至中央处理器；测量数据经中央处理器的通讯模块上传至企业
云平台；供电模块为监测仪各模块提供工作电源。
[0011] 所述中央处理器还具有维护
接口，其接收来自企业云平台的加密数据完成监测仪工作参数设置。
[0012] 量程自动切换模块包括前置
滤波器、
半导体继电器、增益放大模块以及滤波
电路，其中前置滤波器接收锈蚀传感器的
输出信号，信号经进行滤波处理后进入半导体继电器，半导体继电器根据锈蚀传感器的输出信号幅值进行量程自动切换后送至增益放大模块，增益放大模块的输出端信号经滤波电路接至中央处理器的模拟量输入管脚；半导体继电器的
控制信号接至中央处理器控制输出端。
[0013] 所述锈蚀传感器包括两种不同材质的金属
电极形成梳齿状或若干长条状的电极结构，金属电极尺寸和数量根据需要选择且大于等于2个，两种金属电极分别连接一根
导线，连接好导线的金属电极按照AC…AC顺序平行排列，相邻金属电极间距为0.5mm。
[0014] 本发明包括锈蚀传感器、主机
电路板、锂
电池、嵌入式的温度\湿度传感器以及连接
插件，其中锈蚀传感器信号输出端接入主机电路板，主机电路板的电源端引线穿过连接插件中部通孔与锂电池电连接；主机电路板外设有主机
外壳体，锂电池设有电池外壳体，主机外壳体和电池外壳体的一端经连接插件轴向连接，主机外壳体的另一端与锈蚀传感器端部
螺纹端接，电池外壳体的另一端与尾部封堵
螺纹连接；嵌入式的温度\湿度传感器安装于锈蚀传感器外壳上。
[0015] 所述连接插件为一两端具有反向螺纹的空心管，中间为固定于空心管上的调整
螺母。
[0016] 本发明具有以下有益效果及优点：
[0017] 1.本发明通过采用微弱累积电流技术实现金属在腐蚀介质中锈蚀预警数据的测量，结果表明，采用新型量程自动切换模块，提高了锈蚀数据测量的准确性、
稳定性；通过使用优化的滤波技术，提高了仪器抗干扰能力，即可以满足工业环境、自然环境、物流仓储等环境的微弱累积电流测试及评价的需要，也可以作为实验室快速评价气相缓蚀剂效果的仪器。
[0018] 2.本发明与同类功能仪器相比，具有体积小，重量轻，便于使用和携带；具备在设备储运等高锈蚀风险场合使用的条件，实现了对环境锈蚀状态预警，通过锈蚀状态监测，数据分析，对锈蚀发生风险转折点进行预判，进而报警。
[0019] 3.本发明提供多种数据传输方式，远程GPRS数据传输，北斗远程数据传输，定期存储，本地读取上传等，兼容性广泛，适应性更强；支持云平台技术，可实现锈蚀监测仪输出信号与云平台无缝连接。
[0020] 4.本发明提供一种特殊应用场景的解决方案，在不具备数据远程传输的情况下，采用状态指示灯报警的方式；同时设计手抄器，通过无线通讯技术，实现非破坏状态下数据获取；手抄器具备无线传输功能，待条件允许时，将数据上传至系统平台。
附图说明
[0021] 图1为本发明微弱累积电流监测仪功能
框图；
[0022] 图2为本发明量程自动切换模块功能框图；
[0023] 图3为本发明锈蚀预警监测仪工作
流程图；
[0024] 图4为本发明金属腐蚀上升拐点示意图；
[0025] 图5A为本发明中锈蚀状态传感器结构框图(一)；
[0026] 图5B为本发明中锈蚀状态传感器结构框图(二)；
[0027] 图6为本发明
实施例监测仪各组成部分结构示意图。
[0028] 其中，1为锈蚀传感器，2为温度\湿度传感器，3为主机电路板，4为连接插件，5为锂电池，6为尾部封堵，7为电池外壳体，8为主机外壳体，9为金属电极。
具体实施方式
[0029] 下面结合
说明书附图对本发明作进一步阐述。
[0030] 如图1所示，一种基于微弱累积电流技术的锈蚀预警监测仪，包括锈蚀传感器、温度\湿度传感器、中央处理器、量程自动切换模块、I\V转换模块、状态显示模块、通讯模块以及供电模块，其中，中央处理器的控制端分别与量程自动切换模块、I\V转换模块相连，锈蚀传感器1采集的信号依次经量程自动切换模块、I\V转换模块进入中央处理器，温度\湿度传感器采集的信号直接输出至中央处理器；中央处理器的通讯端数据通过通讯模块上传至企业云平台；供电模块为监测仪各模块提供工作电源。中央处理器还具有维护接口，其接收来自企业云平台的加密数据完成监测仪工作参数设置。
[0031] 微弱累积电流技术，是将电流值在微安级及以下的电流定义为微弱电流，将一定时间段内微弱电流的累积和称为微弱累积电流。
[0032] 如图2所示，量程自动切换模块包括前置滤波器、半导体继电器、增益放大模块以及滤波电路，其中前置滤波器接收锈蚀传感器的输出信号进行滤波处理后进入半导体继电器，半导体继电器根据锈蚀传感器的输出信号幅值进行量程自动切换后送至增益放大模块，增益放大模块的输出端信号经滤波电路接至中央处理器的模拟量输入管脚；半导体继电器的控制信号接至中央处理器控制输出端。
[0033] 如图6所示，基于微弱累积电流技术的锈蚀预警监测仪的机械结构包括锈蚀传感器1、主机电路板3、锂电池5、嵌入式的温度\湿度传感器2以及连接插件4，其中锈蚀传感器1信号输出端接入主机电路板3，主机电路板3的供电端引线穿过连接插件4中部通孔与锂电池5电连接；主机电路板3外设有主机外壳体8，锂电池5设有电池外壳体7，主机外壳体8和电池外壳体7的一端经连接插件4轴向连接，主机外壳体8的另一端与锈蚀传感器1端部螺纹端接，电池外壳体7的另一端与尾部封堵6螺纹连接。
[0034] 连接插件4为一两端具有反向螺纹的空心管，中间为固定于空心管上的调整螺母。
[0035] 锈蚀传感器1包括两种不同材质的金属电极9形成梳齿状(如图5A所示)或若干长条状(如图5B所示)的电极结构，金属电极尺寸和数量根据需要选择且大于等于2个，两种金属电极9分别连接一根导线，连接好导线的金属电极按照ACAC…顺序平行排列，相邻金属电极间距为0.5mm。
[0036] 本实施例中，基于微弱累积电流技术的锈蚀预警监测仪，包括锈蚀传感器1、温度\湿度传感器2、中央处理器(STM32F103)、量程自动切换模块、I\V转换模块、状态显示模块、通讯模块、供电模块以及维护接口、功能扩展接口，其中，中央处理器的控制端信号直接接至控制量程自动切换模块、I\V转换模块的工作信号控制端，锈蚀传感器1输出信号经量程自动切换模块、I\V转换模块进入中央处理器，完成数据转换及处理。温度\湿度传感器直接输出
数字信号进入中央处理器；
[0037] 测量数据经过变换处理(例如AD转换、数值分析)后，由中央处理器经通讯模块传输至企业云平台。
数据处理软件通过互联网读取企业云平台储存的测量数据，完成测量数据的分析、处理。数据处理软件也可以经监测仪维护接口完成监测仪工作参数设置。
[0038] 量程自动切换模块通过前置滤波器(LPF)与传感器引出线输出端相连。量程自动切换模块为半导体继电器，其控制信号接至中央处理器控制输出端。量程自动切换模块可以根据锈蚀传感器的输出信号幅值自动调整模块的输出，以便于与增益放大模块的输入
电压幅值匹配。本实施例中，量程自动切换模块采用Photo MOS半导体继电器(AQV258)完成量程自动切换，切换速度快，噪声低。增益放大模块的输入共模和差分模式工作范围为±120V，其输出信号经I\V转换模块接至中央处理器模拟输入端。
[0039] 本发明还具有锈蚀状态显示模块，其通过数据线与中央处理器的显示接口相连。
[0040] 温度\湿度传感器置于锈蚀状态传感器中，温度\湿度传感器输出的数字信号直接与中央处理器相连，温度测量范围：-40～120℃，温度
分辨率：±0.1℃，湿度测量范围：0～100％，湿度分辨率：±1.8％RH。
[0041] 本发明还具有GPRS通讯接口，通过中央处理器控制通讯模块，实现测量数据实时传输至企业云平台。
[0042] 中央处理器中运行数据处理软件，数据处理软件通过互联网读取企业云平台储存的测量数据，完成测量数据的分析、处理。数据处理软件也可同时经监测仪维护接口完成监测仪工作参数设置。
[0043] 如图3所示，为监测仪工作流程图，监测仪上电初始化后，进行温度、湿度和微弱累积电流等参数的测量。
模拟信号经量程自动切换模块放大、I/V转换器模块完成腐蚀电流测量，按照测量试片的不同微弱累积电流值，经状态显示模块的指示灯指示当前腐蚀趋势和程度。
[0044] 在监测仪面板上设有多个指示灯，其中，绿
颜色指示灯点亮，表示金属表面完好，无锈蚀(It≤Iwar1)；黄颜色指示灯点亮，表示金属表面基本完好，锈蚀风险加大，需要采取措施(Iwar1≤It≤Iwar2)；红颜色指示灯点亮，表示金属表面已经锈蚀，需要立即采取防护或补救措施(It≥Iwar2)；Iwar1、Iwar2为锈蚀预警电流
阈值；It为t时刻电流测量值；
[0045] 根据测量结果，将微弱累积电流值分级，监测仪存储锈蚀风险数据，正常数据(无锈蚀)不存储。测量数据经中央处理器控制经通讯模块传输至企业云平台，同时测量数据存储至仪器内部
存储器备份，数据存储容量不低于30000组。
[0046] 如图4所示，为本发明金属腐蚀状态上升拐点示意图，不同材质的锈蚀传感器在同一应用场景条件下，存在锈蚀发生的关键性拐点。监测仪通过定时采集腐蚀电流值，可以记录锈蚀发展过程中不同阶段的自然、工业环境参数。通过对腐蚀电流，温、湿度值进行综合分析，找出金属腐蚀上升拐点值，及时报警。
[0047] 本发明采用微弱累积电流技术、自动量程切换等技术，实现了金属微弱累积电流
数据采集及预警状态输出，结果表明，采用本发明测量技术及
硬件模块，可以连续、动态监测锈蚀状态，并提前预警。
[0048] 通过采用5G通讯模块和低功耗供电模块，可以实现数据远传及工业
物联网接入，同时采用电源管理技术降低了整机功耗。本发明所提供的监测仪，即可以满足工业环境、自然环境、物流仓储等环境的微弱累积电流测试及评价的需要，也可以作为实验室快速评价气相缓蚀剂效果的仪器。
