埋地管道阴极保护测试方法及系统

技术领域

本发明涉及一种测试方法，特别是一种埋地管道阴极保护测试方法及系统。

背景技术

阴极保护是一种用于防止金属在电介质(海水、淡水及土壤等介质)中腐蚀的电化学保护技术，该技术的基本原理是对被保护的金属表面施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制。根据提供阴极电流的方式不同，阴极保护又分为牺牲阳极法和外加电流法两种，前者是将一种电位更负的金属(如镁、铝、锌等)与被保护的金属结构物电性连接，通过电负性金属或合金的不断溶解消耗，向被保护物提供保护电流，使金属结构物获得保护。后者是将外部交流电转变成低压直流电，通过辅助阳极将保护电流传递给被保护的金属结构物，从而使腐蚀得到抑制。

目前国内埋地管道阴极保护通常是采用牺牲阳极或外加电流的方法，也有一些较大工程将两种方法结合使用的情况。但无论哪种情形，管道阴极保护施工完成后，定期进行测试是一项必不可少的工作内容。现有技术中，针对埋地管道阴极保护进行测试的方法主要有电位测试、电流测试、电阻测试及阴极保护设备测试几种，但是，无论哪种方法，目前均存在智能化程度低的问题，需要改进。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的一方面目的在于提供一种智能化程度高的埋地管道阴极保护测试方法。

为了实现上述第一方面目的，本发明提供的埋地管道阴极保护测试方法，用于对埋地的阴极保护管路进行电位测试法的检测，所述阴极保护管路上包覆有防腐层，所述防腐层内预埋有与所述阴极保护管路电性连接的试片，该方法包括：

S1、保持阴极保护电流被连续施加在所述阴极保护管路上，以使所述阴极保护管路及所述试片被充分极化；

S2、保持所述试片与所述阴极保护管路的电性连接，测试并采集所述试片的通电电位；

S3、在第一预设时间t1内，断开所述试片与所述阴极保护管路的电性连接，测试并采集所述试片的瞬时断开电位；

S4、在第二预设时间t2后，测量所述试片的自然腐蚀电位；

S5、依据所述通电电位与第一预设值范围的比较，判断所述阴极保护管路是否处于正常保护状态；依据所述瞬时断开电位，判断所述阴极保护管路处于过保护状态或欠保护状态；依据所述自然腐蚀电位，验证所述阴极保护管路是否处于为保护状态。

作为优选，还包括一部署于所述阴极保护管路周围土壤的参比电极，该方法还包括针对所述参比电极进行参比电位检测并存储，依据所述参比电位设置第一预设值范围，当所述通电电位位于所述第一预设值范围时，所述阴极保护管路处于正常保护状态。

作为优选，所述第一预设值范围为-1.2V～-0.85V。

作为优选，当所述瞬时断开电位低于-1.2V时，判断所述阴极保护管路处于过保护状态，当所述瞬时断开电位高于-0.85V时，判断所述阴极保护管路处于欠保护状态。

作为优选，该方法还包括，针对耦合到所述阴极保护管路的直流电位进行调理，和/或针对耦合到所述阴极保护管路的交流电位进行调理。

作为优选，该方法还包括，针对供电的电池进行电压采集。

作为优选，该方法还包括，依据预设的采样频率，生成采集唤醒指令，以进行通电电位、瞬时断开电位及自然腐蚀电位的数据采集及存储。

在本发明的另一方面，还提供了一种埋地管道阴极保护测试系统，该系统包括：

电池，其包括有电池管理单元以提供测试用电力；

恒电位仪，其配置为保持阴极保护电流被连续施加在所述阴极保护管路上，以使所述阴极保护管路及所述试片被充分极化；

试片电位检测单元，其配置为保持所述试片与所述阴极保护管路的电性连接，测试并采集所述试片的通电电位；在第一预设时间t1内，断开所述试片与所述阴极保护管路的电性连接，测试并采集所述试片的瞬时断开电位；在第二预设时间t2后，测量所述试片的自然腐蚀电位；

存储单元，其配置为存储所述通电电位、瞬时断开电位及自然腐蚀电位；

主控制器，其配置为依据所述通电电位与第一预设值范围的比较，判断所述阴极保护管路是否处于正常保护状态；依据所述瞬时断开电位，判断所述阴极保护管路处于过保护状态或欠保护状态；依据所述自然腐蚀电位，验证所述阴极保护管路是否处于为保护状态。

作为优选，该系统还包括：

直流电位调理单元，其配置为针对耦合到所述阴极保护管路的直流电位进行调理；

交流电位调理单元，其配置为针对耦合到所述阴极保护管路的交流电位进行调理；

时钟单元，其配置为依据预设的采样频率，生成采集唤醒指令，以进行通电电位、瞬时断开电位及自然腐蚀电位的数据采集及存储。

与现有技术相比较，本发明提供的埋地管道阴极保护测试方法及系统，具有智能化程度高的有益效果。

附图说明

图1为本发明的埋地管道阴极保护测试系统的结构框图。

图2为本发明的埋地管道阴极保护测试方法的流程图。

图3为本发明的埋地管道阴极保护测试方法的另一实施例的执行流程示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

此处参考附图描述本发明的各种方案以及特征。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本发明的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本发明的具体实施例；然而，应当理解，所发明的实施例仅仅是本发明的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以根据用户的历史的操作，判明真实的意图，避免不必要或多余的细节使得本发明模糊不清。因此，本文所发明的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本发明。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本发明的相同或不同实施例中的一个或多个。

如图2所示，本发明提供的埋地管道阴极保护测试方法，用于对埋地的阴极保护管路进行电位测试法的检测，所述阴极保护管路上包覆有防腐层，所述防腐层内预埋有与所述阴极保护管路电性连接的试片，该方法包括：

S1、保持阴极保护电流被连续施加在所述阴极保护管路上，以使所述阴极保护管路及所述试片被充分极化；

S2、保持所述试片与所述阴极保护管路的电性连接，测试并采集所述试片的通电电位；

S3、在第一预设时间t1内，断开所述试片与所述阴极保护管路的电性连接，测试并采集所述试片的瞬时断开电位；t1优选为50-100ms,且为了保证数据的连续性，时间不宜改变。

S4、在第二预设时间t2后，测量所述试片的自然腐蚀电位；t2优选为10s，且不宜超过30s。

S5、依据所述通电电位与第一预设值范围的比较，判断所述阴极保护管路是否处于正常保护状态；依据所述瞬时断开电位，判断所述阴极保护管路处于过保护状态或欠保护状态；依据所述自然腐蚀电位，验证所述阴极保护管路是否处于为保护状态。

在上述方法中，采集数据整个过程包括开启采集程序、采取一定量的数据、关闭采集程序，数据处理。

具体地、

1、开启采集程序需，通过引脚控制开启信号输入电路的光耦隔离。

2、采集试片的通电电位。作为通电电位数据。

3、短暂断开阴保极化试片与管道的连接，测试和记录阴保极化试片瞬时断开电位。断开后0.2-0.5S，作为断电电位。

4、等待10S，再测量试片电压，作为自腐蚀电位。

5、不再需要采样，为避免干扰，关闭采集电路。

6、将数据进行处理，按照测试桩的ID、采集数据的时间、直流通电电压、交流通电电压、直流断电电压、自腐蚀电压、电池电压、4位预留数据进行编码。

且在S1步骤开始前，在设备投入使用之前，需要将设备唯一的ID号写死，即不可更改，烧入程序。这样保证每一台设备对应一个测试桩的位置。程序开始要写入一些默认值，如采集频率、发送服务器的IP地址等。但是可以通过短信修改。

1、初始化SIM800A，通过SIM800A模块，获取设备现在状态时间。并作为此时的时间，将时间写入时间管理单元。

2、立即采集一组数据，编码至指定格式向默认服务器地址发送，汇报设备已上线。

3、根据默认的采集频率，计算下次采集的时间，将其写入时间管理模块。

4、关闭采样电路，AD、SIM800A、W25Q128、主控制器均进入睡眠模式，等待唤醒。

作为对本发明的改进，还包括一部署于所述阴极保护管路周围土壤的参比电极，该方法还包括针对所述参比电极进行参比电位检测并存储，依据所述参比电位设置第一预设值范围，所述第一预设值范围为-1.2V～-0.85V。当所述通电电位位于所述第一预设值范围时，所述阴极保护管路处于正常保护状态。具体地，当所述瞬时断开电位低于-1.2V时，判断所述阴极保护管路处于过保护状态，当所述瞬时断开电位高于-0.85V时，判断所述阴极保护管路处于欠保护状态。

在另一些改进中，该方法还包括，针对耦合到所述阴极保护管路的直流电位进行调理，和/或针对耦合到所述阴极保护管路的交流电位进行调理。

作为优选，该方法还包括，针对供电的电池进行电压采集。电源管理为整个系统提供稳定高效的电压，将电池电压(DC7.2V)转化成各个元件的工作电压。根据系统元件的工作电压电流要求，将电池电压降压到5V和3.3V。这里转压设计拟选用的为DC-DC降压芯片MP1482将电池电压转化成系统工作电压5V，使用LM2596-3.3将再将5V转化为3.3V，从IC选型和设计上最大可能的是转换的效率最高。同时因为AD736为双电源供电，需要提供-5V的电位。具体地，可采用ICL7660是Maxim公司生产的小功率极性反转电源转换器。ICL7660的静态电流典型值为170μA，输入电压范围为1.5-10V，(Intersil公司ICL7660A输入电压范围为1.5-12)工作频率为10kHz只需外接10kHz的小体积电容，只需外接10μF的小体积电容效率高达98％合输出功率可达700mW(以DIP封装为例)，符合输出100mA的要求。

作为优选，该方法还包括，依据预设的采样频率，生成采集唤醒指令，以进行通电电位、瞬时断开电位及自然腐蚀电位的数据采集及存储。

在本发明的另一方面，如图1所示，还提供了一种埋地管道阴极保护测试系统，该系统包括：

电池7，其包括有电池管理单元8以提供测试用电力；

恒电位仪(图1中未示出)，其配置为保持阴极保护电流被连续施加在所述阴极保护管路100上，以使所述阴极保护管路100及所述试片200被充分极化；

试片电位检测单元6，其配置为保持所述试片200与所述阴极保护管路100的电性连接，测试并采集所述试片200的通电电位；在第一预设时间t1内，断开所述试片200与所述阴极保护管路100的电性连接，测试并采集所述试片的瞬时断开电位；在第二预设时间t2后，测量所述试片的自然腐蚀电位；

在进行采集时，可具体通过成品采集单元进行，也即设置数据采集单元2，该数据采集单元2可示例性为ADS1115，其具有16位分辨率的高精度模数转换器(ADC)，ADS1115具有一个板上基准和振荡器。数据通过一个I2C兼容型串行接口进行传输；可以选择4个I2C从地址。ADS1115采用2.0V至5.5V的单工作电源。ADS1113/4/5能够以高达每秒860个采样数据(SPS)的速率执行转换操作。ADS1115具有一个板上可编程增益放大器(PGA)，该PGA可提供从电源电压到低至±256mV的输入范围，因而使得能够以高分辨率来测量大信号和小信号。另外，ADS1115还具有一个输入多路复用器(MUX)，可提供2个差分输入或4个单端输入。

存储单元9，其配置为存储所述通电电位、瞬时断开电位及自然腐蚀电位；存储单元使用W25Q128 128Mbit 16MByte大容量FLASH储存模块SPI接口。W25Q128将16M的容量分为256个块(Block)，每个块大小为64K字节，每个块又分为16个扇区(Sector)，每个扇区4K个字节。W25Q128的最小擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除4K个字节。这样我们需要给W25Q128开辟一个至少4K的缓存区，这样对SRAM要求比较高，要求芯片必须有4K以上SRAM才能很好的操作。W25Q128的擦写周期多达10W次，具有20年的数据保存期限，支持电压为2.7～3.6V。

主控制器1，其配置为依据所述通电电位与第一预设值范围的比较，判断所述阴极保护管路100是否处于正常保护状态；依据所述瞬时断开电位，判断所述阴极保护管路100处于过保护状态或欠保护状态；依据所述自然腐蚀电位，验证所述阴极保护管路是否处于为保护状态。其负责整个采集的控制、数据的处理、编码和发送。正常情况下整个系统处于休眠模式，所有的采集程序也都处于关闭状态，根据用户设置的采样频率，设置闹钟模块下次激活的时间，到达下次采样时间，由闹钟模块产生脉冲激活主控制器，主控制器开始进入工作状态，控制系统进行采样，采样结束后将数据打包通过通信单元发送，当发送成功时，设置下次的采样时间，系统再次进入休眠模式。

在一些改进中，还包括参比电位检测单元3，其配置为针对所述参比电极进行参比电位检测并存储，依据所述参比电位设置第一预设值范围，当所述通电电位位于所述第一预设值范围时，所述阴极保护管路处于正常保护状态。

在一些改进中，该系统还包括：

直流电位调理单元4，其配置为针对耦合到所述阴极保护管路100的直流电位进行调理；这里采用50HZ无源双T陷波器。(输入阻抗较小，输出阻抗较大，容易收到电路前后级的影响，特性不是很好，Q值较低，效果较差时可以选用经典的50HZ有源双T陷波器。

交流电位调理单元5，其配置为针对耦合到所述阴极保护管路100的交流电位进行调理；例如为AD736，其是经过激光修正的单片精密真有效值AC/DC转换器。准确度高、灵敏性好(满量程为200mVRMS)、测量速率快、频率特性好(工作频率范围可达0～460kHz)、输入阻抗高、输出阻抗低、电源范围宽且功耗低最大的电源工作电流为200μA.用它来测量正弦波电压的综合误差不超过±3％.+Vs：正电源端，电压范围为2.8～16.5V；-Vs：负电源端，电压范围为-3.2～-16.5V。

时钟单元10，其配置为依据预设的采样频率，生成采集唤醒指令，以进行通电电位、瞬时断开电位及自然腐蚀电位的数据采集及存储。设置休眠是实现低功耗设计的主要措施，这里休眠模式即时钟单元正常工作之外其他所有元件都以最大可能的低功耗模式。而主控制器1在设定休眠时，可具体采用如下方式：1、关闭光耦隔离，断开直流交流采集电路。2、设置时钟单元下次采集的时间。3、设置其他模块进入休眠，睡眠模式。整个系统提供时间，同时使用最重要的就是其模块的闹钟功能，这里选用性价比较高的DS1682RTC。时间管理单元为整个系统处于休眠状态唯一正常工作的单元。

在一些改进实施例中，还可包括无线通信单元11，数据可通过无线通信单元发送至指定IP地址的指定端口。正常情况下只要开启SIM800A，可读取存储单元9之前采集但尚未发送成功的数据，连同此次数据打包向指定端口发送即可。但是考虑到发送条件不佳，在发送失败的情况下，也可以连续发送三次，三次如果均失败，则仅将数据写入数据存储单元。其中SIM800A模块为市面开发的成熟板卡。实际只有采集完成后发送时候无线通信单元工作，在不使用时，将其供电电源断掉。通过控制使能端控制其工作。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。