阴极保护远程检测装置的模块化设计方法与流程

本发明涉及一种阴极保护远程检测装置的模块化设计方法，属于阴极保护技术领域。

背景技术：

阴极保护技术是一种广泛使用的电化学腐蚀控制技术，分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护，其原理都是向被保护的金属结构物表面提供一个保护电流，使被保护的金属结构物发生阴极极化，从而抑制了造成金属腐蚀发生的电子迁移过程，避免或减缓腐蚀的发生。阴极保护技术已经广泛的应用于埋地管道、海洋工程、桥梁隧道等多个工程领域，为各类设施的长寿命使用提供了基本保障。阴极保护技术在实际应用中通常通过阴极保护电位等相关参数的测量来评价阴极保护的效果，对于阴极保护效果的检测和评估，已从早期的现场检测逐渐发展为目前的基于网络通讯技术的远程监测，为阴极保护技术的应用和保护效果的综合评价提供了有效手段。

目前，对阴极保护效果检测和评价所需的设备尚未形成规模化的工业产品，多数产品都是基于不同行业的应用的半定制化产品，通用性较差，而且测量的参数不尽相同。油气长输管线、城市埋地管道等的阴极保护监测装置通常采用基于蜂窝通讯技术实现阴极保护参数的采集，测量的参数包括通电电位、断电电位、交流干扰等。海洋工程设施的阴极保护监测采用了以太网、rs485等有线通讯方式，测量的参数包括阴极保护电位、保护电流等。钢筋混凝土结构的阴极保护监测装置的测量参数包括了保护电位、腐蚀电位、极化电阻、电阻率以及氯离子浓度等。由于不同行业间阴极保护监测参数的差异，使得阴极保护监测技术的发展和应用相对缓慢，不利于形成规范化和规模化的应用。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种阴极保护远程检测装置的模块化设计方法，以解决现有技术存在的通用性差的问题。

本发明的技术方案是：一种阴极保护远程检测装置的模块化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将阴极保护监测装置面向应用场景进行分类，主要应用类型包含但不限于：石油管线场景、调水领域场景以及风电领域场景；

（2）针对上述场景下阴极保护监测需求提炼出监测参数的类型以及数量；

（3）根据监测参数的类型和数量得到阴极保护远程监测装置的监测参数表；

（4）根据该监测参数表设计阴极保护远程监测装置的模块化电路。

本发明的优点是：通过对阴极保护监测装置电子电路的模块化设计，通过对不同应用场景下阴极保护监测的共性和差异的提炼和分析，通过电子电路的设计，对阴极保护监测装置进行模块化设计，实现接口统一和灵活的组合应用，具有操作简便、易于实现的特点，便于实现阴极保护远程监测装置的标准化和规模化应用，通用性好。

附图说明

图1是本发明装置的整体组成框图。

图2是本发明装置各采集通道的示意图。

图3是本发明应用在石油管线监测待采集通道的示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明提出了一种阴极保护远程监测装置的模块化设计方法，该方法是针对目前埋地管道、供水工程、海洋工程等不同应用场景下对阴极保护监测装置功能需求的差异，从电子电路设计角度，将阴极保护监测装置的电子电路分为模拟量采集电路模块、数字量采集电路模块、功能控制电路模块、通讯电路模块以及存储电路模块等。通过模块与模块之间连接端口的一致性设计，实现不同功能模块的快速组合应用，满足不同应用场景的使用要求。图2为本发明的模拟量采集电路模块、数字量采集电路模块对应的数据采集通道示意图，包括3个直流电位通道、1个交流电位通道、1个直流电流通道、1个eci数字信号通道。本发明具体的实施，以石油管线远程监测为例阐述本发明的具体步骤，石油管线监测领域待采集的信号类型及采集通道设置参见附图3，具体设计步骤如下：

1）根据阴极保护远程监测装置在石油管线监测领域的具体应用，对监测参数的类型和数量进行提炼，得到监测参数的类型以及数量，具体如图2所示。具体包括3个直流电位通道分别测量自腐蚀电位、保护电位和通断电位，1个交流电位测量交流干扰电压。

2）根据步骤1提出的阴极保护远程监测装置监测参数类型，结合石油管线腐蚀监测对象的具体特征，确定各参数的测量范围和测量精度，得到模拟量采集电路模块各采集通道的参数表。

3）根据步骤2提出的技术要求参数表，设计采集电路模块，包括模拟量采集电路以及数字量采集电路。其中模拟量采集电路，最前端设计射随电路以保证待采集的模拟量能有效传递至模数转换芯片。模数转换芯片统一选用电压型信号adc芯片，前端待采集的直流电流信号通过精密电阻转换为电压量后完成采集。特别注意的是为保证监测的准确性，特别设置参比电极同步采集。数字量采集电路模块针对采用sdi-12协议的eci传感器等数字传感器的数据采集需求，按照sdi-12协议开发相应底层驱动包，提供给监测装置丰富的交互命令，使其便捷实现eci传感器数据采集等任务。

4）根据步骤3论证设计得到的采集电路模块，设计与之相匹配的功能控制电路模块，该模块主要用于驱动采集电路模块以及通信电路模块，属于模块化阴极保护远程监测装置的“大脑”，功能控制电路可将采集的数据经过加工处理后控制通讯接口电路模块将信息上报。

5）根据步骤1提炼的数据采集上报需求以及具体应用形式，进行通讯接口电路模块设计，通讯接口电路主要由功能控制电路主控与驱动，主要用于将采集数据或信息上报或接收数据中心指令等。通讯接口电路模块支持多种有线以及无线通讯接口，不同通讯接口电路模块的外形尺寸和物理接口采用统一的标准化设计，可以无缝替换，以较小的体积以及成本从设计上保障了兼容性以及多样性。

技术特征：

技术总结
一种阴极保护远程检测装置的模块化设计方法，包括：将阴极保护监测装置面向应用场景进行分类，主要应用类型包含石油管线场景、调水领域场景以及风电领域场景；针对上述场景下阴极保护监测需求提炼出监测参数的类型以及数量；根据监测参数的类型和数量得到阴极保护远程监测装置的监测参数表；根据该监测参数表设计相应的电路模块。本发明的优点是：通过对阴极保护监测装置电子电路的模块化设计，通过对不同应用场景下阴极保护监测的共性和差异的提炼和分析，通过电子电路的设计，对阴极保护监测装置进行模块化设计，实现接口统一和灵活的组合应用，具有操作简便、易于实现的特点，便于实现阴极保护远程监测装置的标准化和规模化应用，通用性好。

技术研发人员：钱建华;李威力;孙仁兴
受保护的技术使用者：青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司
技术研发日：2019.04.26
技术公布日：2019.07.05