基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨方法及系统

技术领域

本发明涉及金属腐蚀监测与防护技术领域，特别是涉及一种基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

电位监测是一种易操作的金属部件原位监测方式，其信号噪声特性反映着了金属部件当前所处的腐蚀状态，然而目前缺乏有效的信息噪声解析手段对金属的腐蚀方式进行分辨。

在对金属腐蚀信号的噪声分析方法上，现有技术主要依靠傅里叶变换和小波变换进行。傅里叶变换法通过对原信号进行傅里叶变化后，拟合高频区向低频区过渡区间的斜率表征样品的腐蚀速率。不同腐蚀体系的噪声特性不同，傅里叶变换法所测斜率与真实腐蚀速率的对应性也不同，且斜率的测量区间带有主观性，导致金属腐蚀状态分辨的准确性受个人主观意识和经验影响，准确性低。

现有的小波变换法，在对噪声能量进行计算时，并未进行分段处理，导致中、低频噪声能量的走势仍保留其频率特征，无法提取噪声能量整体演变趋势，导致进行噪声能量特征提取时受到频率干扰。

此外，现有技术在处理小波分解的噪声能量时，将高、中、低频噪声能量进行了归一化，使各自频段噪声能量真实演变趋势被掩盖，无法反应金属腐蚀的真实特性。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨方法、系统、电子设备及计算机可读存储介质，对噪声能量进行分段统计，同时通过各频段噪声能量的真实走势与相对关系反映金属的腐蚀状态。

第一方面，本发明提供了一种基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨方法；

一种基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨方法，包括：

获取待分辨金属的电位信号并进行分段处理；

对各段电位信号分别依次进行反对称延拓和小波分解，获取不同分辨率的噪声信号；

基于不同分辨率的噪声信号，获取高频噪声信号、中频噪声信号和低频噪声信号；

对高频噪声信号、中频噪声信号和低频噪声信号进行噪声能量统计，生成噪声能量演变趋势；根据噪声能量演变趋势，判断待分辨金属的腐蚀状态。

进一步的，所述对高频噪声信号、中频噪声信号和低频噪声信号进行噪声能量统计具体为：

对高频噪声信号的数据点进行平方后加和，获取高频噪声能量；对中频噪声信号的数据点进行平方后加和，获取中频噪声能量；对低频噪声信号的数据点进行平方后加和，获取低频噪声能量。

优选的，数据点的数量大于等于2

进一步的，所述根据噪声能量演变趋势，判断待分辨金属的腐蚀状态包括：

高频噪声能量呈大幅衰减趋势，且中频噪声能量和低频噪声能量远大于高频噪声能量时，待分辨金属处于点蚀状态；

高频噪声能量保持稳定，且中频噪声能量和低频噪声能量与高频噪声能量相近时，待分辨金属处于钝化状态或均匀腐蚀状态；

高频噪声能量保持稳定，且中频噪声能量和低频噪声能量远大于高频噪声能量时，待分辨金属处于点蚀向均匀腐蚀的过渡态。

进一步的，进行小波分解时，小波函数为Haar函数、Daubechies函数或Symlets函数，分解等级为3的整数倍。

优选的，分解等级为9。

进一步的，在获取不同分辨率的噪声信号之后，对不同分辨率的噪声信号进行信号长度还原处理。

进一步的，电位信号的长度为2

优选的，n>10。

第二方面，本发明提供了一种基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨系统；

一种基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨系统，包括：

预处理模块，被配置为：获取待分辨金属的电位信号并进行分段处理；

噪声数据处理模块，被配置为：对各段电位信号分别依次进行反对称延拓和小波分解，获取不同分辨率的噪声信号；基于不同分辨率的噪声信号，获取高频噪声信号、中频噪声信号和低频噪声信号；

腐蚀状态分辨模块，被配置为：对高频噪声信号、中频噪声信号和低频噪声信号进行噪声能量统计，生成噪声能量演变趋势；根据噪声能量演变趋势，判断待分辨金属的腐蚀状态。

第三方面，本发明提供了一种电子设备；

一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨方法的步骤。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质；

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的技术方案，在噪声信号处理方法上进行创新，对噪声能量进行分段统计，同时摒弃现有技术对噪声能量的归一化处理，通过各频段噪声能量的真实走势与相对关系反映金属的腐蚀状态，提高了金属腐蚀状态分辨的准确性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例提供的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的Al

(a)为Al

图3为本发明实施例提供的Al

(a)为Al

图4为本发明实施例提供的Al

(a)为Al

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

现有技术中对电位信号的处理方法无法反映噪声的真实演变趋势，影响金属腐蚀状态分辨的准确性；因此，本发明提供了一种基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨方法，对噪声能量进行分段统计，通过各频段噪声能量的真实走势与相对关系反映金属的腐蚀状态。

接下来，结合图1-图4对本实施例公开的一种基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨方法进行详细说明，该基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨方法包括如下步骤：

S1、获取待分辨金属的电位信号并进行分段处理。

其中，电位信号的采集频率根据电位信号采集仪器的精度进行选择，范围为0.5～10Hz，噪声信号最高有效分析频率为信号采集频率的1/2。电位信号的长度为2

S2、对各段电位信号分别依次进行反对称延拓和小波分解，获取不同分辨率的噪声信号并进行信号长度还原处理。

其中，进行小波分解时，小波函数为Haar函数、Daubechies函数或Symlets函数，分解等级为3的整数倍。

S3、基于不同分辨率的噪声信号，获取高频噪声信号、中频噪声信号和低频噪声信号。

具体的，将噪声信号按照分辨率进行加和，分辨率最高的m/3段信号加和得到高频噪声信号，分辨率最低的m/3段加和得到低频噪声信号，剩余m/3段加和得到中频噪声信号，其中，m为总段数。

S4、对高频噪声信号、中频噪声信号和低频噪声信号进行噪声能量统计，生成噪声能量演变趋势；根据噪声能量演变趋势，判断待分辨金属的腐蚀状态。

进一步的，对高频噪声信号的数据点进行平方后加和，获取高频噪声能量；对中频噪声信号的数据点进行平方后加和，获取中频噪声能量；对低频噪声信号的数据点进行平方后加和，获取低频噪声能量。数据点的数量大于等于2

高频噪声能量呈大幅衰减趋势，且中频噪声能量和低频噪声能量远大于高频噪声能量时，待分辨金属处于点蚀状态；高频噪声能量保持稳定，且中频噪声能量和低频噪声能量与高频噪声能量相近时，待分辨金属处于钝化状态或均匀腐蚀状态；高频噪声能量保持稳定，且中频噪声能量和低频噪声能量远大于高频噪声能量时，待分辨金属处于点蚀向均匀腐蚀的过渡态。

接下来，以Al

具体流程如下：

步骤1、获取待分辨金属的电位信号，其中，采集电位信号时，设置采集频率为10Hz。

步骤2、对所得电位信号进行分段处理，将每4096个信号点作为一个整体进行独立分析。

步骤3、对各段电位信号分别进行反对称延拓，将每段电位信号的长度拓展至8192个信号点。

步骤4、对反对称延拓后的1段电位信号进行小波分解，小波函数选择Daubechies8函数，分解等级选择9，分解后得到9段不同分辨率的噪声信号和1段去噪信号。

其中，由于电位信号包含整体漂移趋势和噪声细节，因此，分解得到去噪信号，去噪信号用于检验信号本身的漂移趋势是否被提取作为噪声信号，也即，检验分解的等级是否过高。

分解等级过高，会导致低频段噪声信号频率过低，使信号本身的整体漂移趋势误被当做噪声，导致低频段噪声能量占比过高，无法对腐蚀模式进行正确判断。

步骤5、对所得9段不同分辨率噪声信号和1段去噪信号分别去除信号前、后各2048个信号点，使信号长度还原为4096。

步骤6、将9段噪声信号按分辨率进行加和，分辨率最高的3段噪声信号加和得到高频噪声信号，分辨率最低的3段噪声信号加和得到低频噪声信号，剩余3段噪声信号加和得到中频噪声信号。

步骤7、对高、中、低频噪声信号进行噪声能量统计，每512个高频噪声信号数据点平方后加和得到高频噪声能量，每512个中频噪声信号数据点平方后加和得到中频噪声能量，每512个低频噪声信号数据点平方后加和得到低频噪声能量，反映高、中、低频噪声信号的噪声能量演变趋势。

高频噪声能量呈大幅衰减趋势，且中频噪声能量和低频噪声能量远大于高频噪声能量时，待分辨金属处于点蚀状态；高频噪声能量保持稳定，且中频噪声能量和低频噪声能量与高频噪声能量相近时，待分辨金属处于钝化状态或均匀腐蚀状态；高频噪声能量保持稳定，且中频噪声能量和低频噪声能量远大于高频噪声能量时，待分辨金属处于点蚀向均匀腐蚀的过渡态。

结合图3，在0.1M盐酸中，开路电位信号的噪声特征显示前270s对应为局部腐蚀状态，局部腐蚀的同时表面伴有轻微的均匀腐蚀特征，400s后显示为均匀腐蚀状态，晶粒整体发生均匀腐蚀形成纳米多孔形貌。

结合图2，在0.5M的盐酸中，开路电位信号的噪声特征显示前240s对应为局部腐蚀状态，晶界处先发生局部腐蚀，400s对应为均匀腐蚀状态，晶粒整体发生均匀腐蚀形成纳米多孔形貌。

结合图4，在0.01M盐酸中，开路电位信号的噪声特征显示前500s对应为局部腐蚀状态，晶界处先发生局部腐蚀，500s后，显示为局部腐蚀和均匀腐蚀的共存状态，表面多孔结构呈现出不均匀的形态，1200s后显示为均匀腐蚀状态，晶粒整体发生均匀腐蚀，形成均匀的纳米多孔形貌。

实施例二

本实施例公开了一种基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨系统，包括：

预处理模块，被配置为：获取待分辨金属的电位信号并进行分段处理；

噪声数据处理模块，被配置为：对各段电位信号分别依次进行反对称延拓和小波分解，获取不同分辨率的噪声信号；基于不同分辨率的噪声信号，获取高频噪声信号、中频噪声信号和低频噪声信号；

腐蚀状态分辨模块，被配置为：对高频噪声信号、中频噪声信号和低频噪声信号进行噪声能量统计，生成噪声能量演变趋势；根据噪声能量演变趋势，判断待分辨金属的腐蚀状态。

进一步的，进行小波分解时，小波函数为Haar函数、Daubechies函数或Symlets函数，分解等级为3的整数倍。

将噪声信号按照分辨率进行加和，分辨率最高的m/3段信号加和得到高频噪声信号，分辨率最低的m/3段加和得到低频噪声信号，剩余m/3段加和得到中频噪声信号，其中，m为总段数。

进一步的，对高频噪声信号的数据点进行平方后加和，获取高频噪声能量；对中频噪声信号的数据点进行平方后加和，获取中频噪声能量；对低频噪声信号的数据点进行平方后加和，获取低频噪声能量。数据点的数量大于等于2d，其中，d为小波分解等级。

高频噪声能量呈大幅衰减趋势，且中频噪声能量和低频噪声能量远大于高频噪声能量时，待分辨金属处于点蚀状态；高频噪声能量保持稳定，且中频噪声能量和低频噪声能量与高频噪声能量相近时，待分辨金属处于钝化状态或均匀腐蚀状态；高频噪声能量保持稳定，且中频噪声能量和低频噪声能量远大于高频噪声能量时，待分辨金属处于点蚀向均匀腐蚀的过渡态。

此处需要说明的是，上述预处理模块、噪声数据处理模块和腐蚀状态分辨模块对应于实施例一中的步骤，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

实施例三

本发明实施例三提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，计算机指令被处理器运行时，完成上述基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨方法的步骤：

获取待分辨金属的电位信号并进行分段处理；

对各段电位信号分别依次进行反对称延拓和小波分解，获取不同分辨率的噪声信号；

基于不同分辨率的噪声信号，获取高频噪声信号、中频噪声信号和低频噪声信号；

对高频噪声信号、中频噪声信号和低频噪声信号进行噪声能量统计，生成噪声能量演变趋势；根据噪声能量演变趋势，判断待分辨金属的腐蚀状态。

实施例四

本发明实施例四提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述基于电化学噪声数据的金属腐蚀状态分辨方法的步骤；

获取待分辨金属的电位信号并进行分段处理；

对各段电位信号分别依次进行反对称延拓和小波分解，获取不同分辨率的噪声信号；

基于不同分辨率的噪声信号，获取高频噪声信号、中频噪声信号和低频噪声信号；

对高频噪声信号、中频噪声信号和低频噪声信号进行噪声能量统计，生成噪声能量演变趋势；根据噪声能量演变趋势，判断待分辨金属的腐蚀状态。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

上述实施例中对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。