专利名称：埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够对埋地金属管线是否存在干扰腐蚀进行自动监测与评估系统，尤其是能够对埋地金属管线是否会受到干扰腐蚀威胁以及受干扰腐蚀威胁的程度进行监测的装置和专用计算机系统。
背景技术：
地下各种管线输送着工业和民用的各种介质，是城市生存和发展以及工业生产的生命线，也是最大最快的运输工具。埋地金属管线经常因油气泄漏而引起火灾、爆炸、中毒事故发生。主要原因是腐蚀。各种高低压输电线路、工厂、电气化铁路等会给埋地金属管线产生干扰，使埋地金属管线的腐蚀电位(自然电位)发生变化(1)腐蚀电位降低使金属容易失去电子，金属变成金属离子溶入土中而产生腐蚀；(2)腐蚀电位升高使金属容易得到电子，金属材料产生氢脆而断裂；(3)腐蚀电位升高使金属容易得到电子，因析出氢气造成防腐涂层脱落使金属更容易被腐蚀。在现有技术中对埋地管线的监测仪器大部分只局限于对已被腐蚀的部位作腐蚀、损害程度测试，而不能作预防性的定期监测，特别是不能实现多点同步测量以及对埋地管线干扰腐蚀程度的分析和评估等功能。
发明内容
为了保障地下管线安全、有效运行，实现在地面上能多点同步检测出地下管道受周围环境干扰腐蚀的状态及对地下管道干扰腐蚀程度的分析和评估。本发明采用的技术方案是一种用于埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统，该系统由埋地金属管线干扰腐蚀自动监测装置和专用计算机系统构成。该装置可以独立工作，实现自动定时启动、多点同步测量、采集并记录数据及与专用计算机系统通信；通过专用计算机系统与自动监测装置通信，完成对自动监测装置的设置与数据读取；通过专用计算机系统对采集数据分析、评估，以图表、曲线、文本的形式输出评估结果，尤其实现了对埋地金属管线是否会受到干扰腐蚀威胁以及受干扰腐蚀威胁的程度进行快速评估。自动监测装置是一种可以长时间工作在野外、能够自动测量与记录的智能化仪器。每次测量时，先把这些仪器分放在埋地管道的沿线的各个测量点上，按照设定的时间统一启动，进行同步测量与记录。测量完成以后，再将这些仪器收集回来，通过串行端口与专用计算机系统通信，专用计算机系统将记录的数据读出来，并汇总存储，再进行快速分析处理，最后以曲线、表格和文本的方式给出评估的结果。
自动监测装置可同时监测交流干扰信号与直流干扰信号，这两种信号分别经过交流信号转换电路和直流信号转换电路处理后再经采集开关电路送AD转换器到MCU，实时时钟芯片和NVRAM芯片是挂接在MCU的数据总线上的。MCU扩展了一个RS 232串行接口电路，用于与专用计算机系统通信。所述的专用计算机系统是由PC机和编写的程序组成的，它完成两项任务(1)测量测量前对每个监测装置进行参数设置，测量后由专用计算机系统读取以数据文件方式存放在监测装置的数据；(2)评估主要依据干扰等效电压及强度谱对数据进行快速分析、评估，输出评估结果。
本发明的特点应用监测装置和专用计算机系统，实现了在地面上能多点同步监测出埋地金属管线受周围环境干扰腐蚀影响的状态并可以提供对埋地金属管线干扰腐蚀程度的分析和评估信息，为查找干扰腐蚀信号产生的原因、被测管线是否需要采取防干扰腐蚀措施、采取什么样的防干扰腐蚀措施提供了可靠的科学依据，以保障埋地金属管线安全、有效运行。
监测装置功能先进、操作简单、使用方便，测量过程中实现了无人值守，节省了大量人力和物力。
本发明由于具有以上特点，可以广泛应用于石油管道、供暖管道、供水管道、桥梁、大型建筑物等干扰腐蚀影响的测量。
图1专用计算机系统的功能框2埋地金属管线干扰腐蚀自动监测装置原理框3是图2中信号转换电路---直流干扰信号转换电路4是图2中信号转换电路---交流干扰信号转换电路图
具体实施例方式参看图1、图2、图3、图4，埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统是由专用计算机系统和自动监测装置组成。自动监测装置是一种可以独立工作的监测装置，实现自动定时启动，多点同步测量、采集并记录数据，能够与专用计算机系统通信；通过专用计算机系统与自动监测装置通信，完成对自动监测装置的设置与数据读取；通过专用计算机系统对采集数据分析、评估，以图表、曲线、文本的形式输出评估结果，尤其实现了对埋地金属管线是否会受到干扰腐蚀威胁以及受干扰腐蚀威胁的程度进行快速评估。
所述的自动监测装置可同时监测交流干扰信号与直流干扰信号，这两种信号分别经过交流信号转换电路和直流信号转换电路处理后再经采集开关电路送AD转换器到MCU，实时时钟芯片和NVRAM芯片是挂接在MCU的数据总线上的。MCU扩展了一个RS232串行接口电路，用于与专用计算机系统通信。其中，直流信号转换电路，它将来自硫酸铜参比电极和埋地金属管线测试桩的直流干扰信号转换成适当的测量电压。R05、R06、R07组成分压电路，C04旁路高频干扰，D3、D4是限幅器件，R08匹配电阻，它将信号电压送达下一级电路。直流干扰信号的监测范围是-20～+20V，测量精度为0.001V。交流信号转换电路，它将来自硫酸铜参比电极和埋地金属管线测试桩的交流干扰信号转换成适当的测量电压；C01是隔直流电容，R01、R02、R03组成分压电路，C02、C03、C05旁路高频干扰，D1、D2是限幅器件，R04匹配电阻，AD736是交流真有效值转换电路，C06、C07、C08是AD736工作需要的外围器件；信号电压是从AD736的第6管脚输出的。交流干扰信号的监测范围是0～200V，测量精度为0.01V。
所述的专用计算机系统是由PC机和编写的程序组成的，它完成两项任务(1)测量测量前对每个监测装置进行参数设置，测量后由专用计算机系统读取以数据文件方式存放在监测装置的数据；(2)评估主要依据干扰等效电压及强度谱对数据进行快速分析、评估，输出评估结果。其中，参数设置项目有仪器号，测试日期，测量起始时间，测量时长，测量桩号，测量方式，通信速率。所述评估是在计算机的屏幕上显示数据表，腐蚀电位曲线，强度谱图，评估结论文本并用打印机打印输出数据表，腐蚀电位曲线，强度谱图，评估结论文本。所述的腐蚀电位曲线是根据多点同步监测数据的时间对应关系绘制的，为判断干扰腐蚀信号产生原因的提供重要依据。
实施例埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统是由专用计算机系统和自动监测装置组成。概括起来可分为由高性能低功耗MCU构成的自动监测装置--监测装置，实现数据采集、信号处理及存储记录；在特定的通讯协议下实现自动监测装置与专用计算机系统的联机通信，用它实现对仪器的参数设置、数据读取与传输；应用专用计算机系统的数据处理软件，完成对所采集数据的处理、分析、评估。
埋地金属管线干扰腐蚀监测与分析系统的自动监测装置是以高性能低功耗MCU(89S51)为主控元件，控制着整个装置的运行；信号转换电路作用是将交流或直流干扰信号转换为测量电压信号的电路；为了能够对交流和直流干扰信号同时监测，在装置中应用采集开关电路来实现交流与直流交替采集；AD转换电路的作用是将采集的信号转换成数字信号并输入给MCU，经过转换处理后再保存，A/D转换器选择4位半积分式芯片ICL7035；为了防止数据丢失，用大容量非易失RAM数据存储器记录所采集的数据，它可以在掉电情况下保存数据10年以上，芯片是HONHKONG公司生产HK1255，是一种容量为512K的NVRAM；为了实现多点同步测量，采用实时时钟电路芯片DS12C887实现同步定时启动；因为该装置是长时间工作在野外的，所以没有设计键盘和显示装置，是通过RS232接口电路与专用计算机系统通信来实现仪器的设置；电源电路的作用是把电池的电压转换成整个系统所需要的+5V、-5V电压，主要芯片是7805和ICL7660。要实现本发明的技术方案，首先要对专用计算机系统与监测装置进行通讯连接，即根据测试工程的要求，通过专用计算机系统的用户界面对每台监测装置进行测试参数设置及确定通讯协议；设置的项目包括仪器号，测试日期的年、月、日，测量起始小时、分钟，实测小时、分钟，交、直流信息等。在这些设置项目中，测试日期、测量起始时间参数决定监测装置自动启动测量的时间。将每台设置好的监测装置沿着管线分放在各个测试桩处；根据每台监测装置设置的参数定时同步启动，实现对管道上的干扰腐蚀信号定时同步监测，即用MCU控制交、直流电位采集电路分别对交、直流干扰信号进行交替转换与采集、实现分时测量，并将数据按照协议规定的格式存放到存储器中；在实时监测过程中，读取即时采集数据，并在监测装置的显示屏上进行时间-电压的曲线描绘。
实现监测装置上的MCU与专用计算机系统的联机通信，用它实现对仪器的参数设置、数据传输即将监测装置上的单片机串行通信接口经RS-232C通讯电缆与专用计算机系统联机，传输所采集的数据到专用计算机系统；专用计算机系统与监测装置的通信包括所有专用计算机系统需要和监测装置联机的部分。首先监测装置的工作参数是需要通过专用计算机系统来设定的。其次，监测装置的所有数据都要传输到专用计算机系统，专用计算机系统要处理的数据全部来自监测装置，所以通讯方式是连接二者的关键。在整个通信过程中需要解决双方的传输方式、传输数据正确性检验等问题。监测装置与专用计算机系统通信是通过单片机内部的全双工串行口，采用异步通信方式。由于专用计算机系统和监测装置所进行的通信操作较多，双方为了了解对方所传输数据的信息含义必须进行规划共同的通信协议，只有这样才能知道对方向己方发送数据的含义。专用计算机系统与监测装置只有共同遵循通信协议才能实现彼此数据的正确传输。所述通信协议主要包括联机协议、专用计算机系统对监测装置的设置字协议、专用计算机系统对监测装置的数据传输字协议、专用计算机系统要求监测装置清空数据存储区协议、专用计算机系统要求监测装置传送实时监测的电压数据的通信协议以及专用计算机系统要求得到监测装置的时钟协议。
应用专用计算机系统的数据处理软件，完成对所采集数据的处理、分析、评估即专用计算机系统对保存的数据进行处理、分析，同时对埋地管线干扰腐蚀的状况进行评估，以数据表格和文本的形式给出结果。专用计算机系统的数据处理包括专用计算机系统接受监测装置传输过来的数据以及对数据格式的转化和数据的保存方式，实时监测、描绘数据曲线、数据的分析、统计及打印。软件设计的关键技术是利用专家系统原理解决数据的统计与评估，为被测管道是否需要采取防腐措施、采取什么样的防腐措施提供了可靠的科学依据，以保障地下管线安全、有效运行。软件处理问题的主要依据以下参数(1)国家标准中规定的参数；(2)管道的材质及尺寸；(3)土壤的化学成分等。这些参数以输入选项的形式输入给计算机，计算机结合测量数据并经过计算、统计和逻辑判断、推理，提供对埋地管线干扰腐蚀状况的准确评估信息。同时，由于腐蚀电位曲线是根据多点同步监测数据的时间对应关系绘制的，所以可以判断出干扰腐蚀信号的来源。
权利要求
1.用于埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统，它包括埋地金属管线干扰腐蚀自动监测装置和专用计算机系统，其特征在于自动监测装置是一种可以独立工作的监测装置，实现自动定时启动、多点同步测量、采集并记录数据及与专用计算机系统通信；通过专用计算机系统与自动监测装置通信，完成对自动监测装置的设置与数据读取；通过专用计算机系统对采集数据分析、评估，以图表、曲线、文本的形式输出评估结果，尤其实现了对埋地金属管线是否会受到干扰腐蚀威胁以及受干扰腐蚀威胁的程度进行快速评估。
2.根据权利要求1所述的用于埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统，其特征在于所述的自动监测装置可同时监测交流干扰信号与直流干扰信号，这两种信号分别经过交流信号转换电路和直流信号转换电路处理后再经采集开关电路送AD转换器到MCU，实时时钟芯片和NVRAM芯片是挂接在MCU的数据总线上的，MCU扩展了一个RS232串行接口电路，用于与专用计算机系统通信。
3.根据权利要求2所述的用于埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统，其特征在于所述直流信号转换电路，它将来自硫酸铜参比电极和埋地金属管线测试桩的直流干扰信号转换成适当的测量电压；R05、R06、R07组成分压电路，C04旁路高频干扰，D3、D4是限幅器件，R08匹配电阻，它将信号电压送达下一级电路。
4.根据权利要求3所述的用于埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统，其特征在于所述直流干扰信号的监测范围是-20～+20V，测量精度为0.001V。
5.根据权利要求2所述的用于埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统，其特征在于所述交流信号转换电路，它将来自硫酸铜参比电极和埋地金属管线测试桩的交流干扰信号转换成适当的测量电压；C01是隔直流电容，R01、R02、R03组成分压电路，C02、C03、C05旁路高频干扰，D1、D2是限幅器件，R04匹配电阻，AD736是交流真有效值转换电路，C06、C07、C08是AD736工作需要的外围器件；信号电压是从AD736的第6管脚输出的。
6.根据权利要求5所述的用于埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统，其特征在于所述交流干扰信号的监测范围是0～200V，测量精度为0.01V
7.根据权利要求书1所述的用于埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统，其特征在于所述的专用计算机系统是由PC机和编写的程序组成的，分为两部分(1)测量测量前对每个监测装置进行参数设置，测量后由专用计算机系统读取以数据文件方式存放在监测装置的数据；(2)评估主要依据干扰等效腐蚀电压及强度谱对数据进行快速分析、评估，输出评估结果。
8.根据权利要求7所述的用于埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统，其特征在于所述参数设置项目有仪器号，测试日期，测量起始时间，测量时长，测量桩号，测量方式，通信速率。
9.根据权利要求书7所述的用于埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统，其特征在于所述评估是在计算机的屏幕上显示数据表，腐蚀电位曲线，强度谱图，评估结论文本并用打印机打印输出数据表，腐蚀电位曲线，强度谱图，评估结论文本。
10.根据权利要求书9所述的用于埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统，其特征在于腐蚀电位曲线是根据多点同步监测数据的时间对应关系绘制的，为判断干扰腐蚀信号产生原因的提供重要依据。
全文摘要
用于埋地金属管线干扰腐蚀自动监测与评估系统包括埋地金属管线干扰腐蚀自动监测装置和专用计算机系统。监测装置可独立工作，实现自动定时启动、多点同步测量、采集并记录数据及与专用计算机系统通信；通过联机通信，完成对自动监测装置的设置与数据读取。再通过专用计算机系统对采集数据分析、评估，以图表、曲线、文本的形式输出评估结果。特点是实现在地面上多点同步监测埋地金属管线受周围环境干扰腐蚀信号影响的状况、快速提供分析和评估信息，为查找干扰产生的原因及采取何种措施提供了可靠的科学依据，以保障地下管线安全、有效运行。功能先进、操作简单，方便快速，测量过程无人值守，节省人力物力。可广泛用于石油、煤气、供暖供水管道及大型建筑物等干扰腐蚀的监测领域。
文档编号F17D5/00GK1766404SQ20051004778
公开日2006年5月3日 申请日期2005年11月22日 优先权日2005年11月22日
发明者张述杰, 张芝贤, 贾亮, 孙延鹏 申请人:沈阳航空工业学院