在线腐蚀监测系统

技术领域

本发明涉及管道检测技术领域，特别涉及一种在线腐蚀监测系统。

背景技术

在工业生产和设备运行过程中，设备和管道腐蚀、泄漏安全风险监控尤为重要。

腐蚀监测的目的在于掌握腐蚀过程，了解腐蚀控制的应用情况和效果。通过腐蚀监测，可以获得腐蚀过程和操作参数之间的相互联系等有关信息，可对腐蚀问题进行评估，改善腐蚀控制方案，起到“防患于未然”的效果。腐蚀监测能够提供以下几种方式的帮助：

1.随时掌握生产设备的腐蚀情况，及时发现异常现象，防止出现突然的腐蚀破坏事故造成非计划停工，做到防患于未然。

2.积累设备腐蚀资料，为计划检修提供依据，使检修计划更为落实，减少停工期间设备腐蚀检查的工作量。不仅缩短停工检修时间，也利于提高检修质量。

3.在生产过程中研究环境参数对材料腐蚀的影响，分析设备腐蚀的规律性，为更好地解决腐蚀问题提供基础。

4.评估腐蚀控制和防腐技术的有效性，如化学缓蚀剂法，并且找出的最佳应用条件。

5.工艺参数与生产设备的腐蚀有直接关系，掌握了这种关系，腐蚀监测资料也可以用来反映生产工艺参数的变化(如原料组成的变化，温度的变化等)，为生产的控制和管理提供了一种有用的手段，有利于使设备在接近最佳设计条件下运行。

在许多工业过程中，需要对管道、容器等设备的壁厚进行精确测量和实时监测。然而，现有的壁厚监测装置往往不能同时满足在线、实时和高精度的要求。

传统的监测方法通常需要人工现场检查，不仅效率低下，而且在某些危险环境下，人员的安全可能无法得到保障。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种在线腐蚀监测系统。

一种在线腐蚀监测系统，包括：WirelessHART网关、服务器和至少一个超声波探测器；

每一所述超声波探测器设置有WirelessHART无线模块，各所述WirelessHART无线模块与所述WirelessHART网关无线连接，

所述WirelessHART网关与所述服务器通信连接；

所述超声波探测器用于向管道发射超声波信号，接收所述超声波信号经管道反射的产生的回波信号，根据接收所述回波信号的时间计算得到管道的管壁厚度信息，通过所述WirelessHART无线模块将所述管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关；

所述WirelessHART网关用于接收所述超声波探测器发送的所述管壁厚度信息，将所述管壁厚度信息发送至所述服务器；

所述服务器用于接收所述WirelessHART网关发送的所述管壁厚度信息，根据预设规则对所述管壁厚度信息进行处理和显示。

在其中一个实施例中，位于所述WirelessHART无线模块的通信距离范围内的任意两个所述超声波探测器的所述WirelessHART无线模块无线连接。

在其中一个实施例中，所述超声波探测器还用于通过WirelessHART无线模块与另一所述所述超声波探测器的WirelessHART无线模块无线连接，通过另一所述所述超声波探测器的WirelessHART无线模块无线将所述管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关。

在其中一个实施例中，所述超声波探测器还用于当与所述WirelessHART网关的距离大于预设通信距离时，通过另一所述所述超声波探测器的WirelessHART无线模块无线将所述管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关。

在其中一个实施例中，所述超声波探测器用于在第一预设时间内向管道发射预设次数的超声波信号，接收每一次所述超声波信号经管道反射的产生的回波信号，根据每一次接收所述回波信号的时间分别计算得到管道的待选厚度信息，根据预设均值求取规则对所述待选厚度信息进行计算，得到所述管壁厚度信息，通过所述WirelessHART无线模块将所述管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关。

在其中一个实施例中，所述超声波探测器用于计算得到多个所述待选厚度信息后，获取预设基础参考厚度值，将各所述待选厚度信息与所述基础参考厚度值进行对比，选取小于或等于所述预设基础参考厚度值的所述待选厚度信息，对所选取的所述待选厚度信息进行求均值计算，得到所述管壁厚度信息，通过所述WirelessHART无线模块将所述管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关。

在其中一个实施例中，所述服务器用于在每一次接收所述管壁厚度信息时，获取与所述管壁厚度信息对应的检测时间，根据各所述所述管壁厚度信息和各所述检测时间，生成基于同一时间坐标系的所述管壁厚度信息和检测时间的函数关系，并显示所述函数关系。

在其中一个实施例中，所述服务器用于解析所述函数关系，当所述管壁厚度信息在第二预设时间内的下降率大于预设下降率时，生成采集频率提高信息，通过所述WirelessHART网关将所述采集频率提高信息发送至下降率大于所述预设下降率的位置所对应的超声波探测器；

所述超声波探测器用于接收所述采集频率提高信息，根据所述采集频率提高信息每间隔第三预设时间计算一次管壁厚度信息，并通过所述WirelessHART无线模块将所述管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关。

在其中一个实施例中，所述WirelessHART网关与所述服务器有线连接。

在其中一个实施例中，所述服务器用于检测所述管壁厚度信息是否符合预设管壁条件，当所述管壁厚度信息不符合预设管壁条件时，生成警报信号，发出所述警报信号。

上述在线腐蚀监测系统，由超声波探测器通过超声波信号检测管道的管壁厚度信息，实现对管道腐蚀的在线监测，超声波探测器探测并计算得到管壁厚度信息后，通过WirelessHART无线模块将管壁厚度信息发送至WirelessHART网关，随后由WirelessHART网关将各超声波探测器探测得到的管壁厚度信息发送至服务器。通过WirelessHART的组网，使得超声波探测器与WirelessHART网关之间能够不受地形限制地实现组网，能够使得管壁厚度信息方便、高效的传输。通过上述的在线监测装置，取代传统的人工现场检查，不仅有效提高监测效率，而且有效保障人员安全，提高安全性。

附图说明

图1为一个实施例中在线腐蚀监测系统的系统框架结构示意图；

图2为一个实施例中的超声波信号发射和反射的方向的示意图；

图3为一个实施例中的接收的超声波回波信号的波形示意图；

图4为另一个实施例中在线腐蚀监测系统的系统框架结构示意图；

图5为一个实施例中在线腐蚀监测系统的软件功能示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

实施例一

本实施例中，如图1所示，提供了一种在线腐蚀监测系统，其包括：WirelessHART网关110、服务器200和至少一个超声波探测器120；

每一所述超声波探测器120设置有WirelessHART无线模块，各所述WirelessHART无线模块与所述WirelessHART网关110无线连接，所述WirelessHART网关110与所述服务器200通信连接；

所述超声波探测器120用于向管道发射超声波信号，接收所述超声波信号经管道反射的产生的回波信号，根据接收所述回波信号的时间计算得到管道的管壁厚度信息，通过所述WirelessHART无线模块将所述管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关110；所述WirelessHART网关110用于接收所述超声波探测器120发送的所述管壁厚度信息，将所述管壁厚度信息发送至所述服务器200；所述服务器200用于接收所述WirelessHART网关110发送的所述管壁厚度信息，根据预设规则对所述管壁厚度信息进行处理和显示。

本实施例中，超声波探测器用于通过超声波信号对管道的壁厚进行检测，应该理解的是，超声波传播基本恪守几何光学定律，如光线一样可以反射、折射，也能聚焦。本实施例中，超声波探测器可以发射超声波信号，也可以接收反射的超声波信号。

一个实施例中，超声波探测器包括处理模块、超声波发射模块、超声波接收模块和WirelessHART无线模块，超声波发射模块和超声波接收模块分别与处理模块连接，处理模块与WirelessHART无线模块连接，处理模块用于通过WirelessHART无线模块接收服务器通过WirelessHART网关发送的控制信息，根据控制信息控制超声波发射模块发射超声波信号；处理模块用于控制超声波接收模块接收所述超声波信号经管道反射的产生的回波信号，根据接收所述回波信号的时间计算得到管道的管壁厚度信息，通过所述WirelessHART无线模块将所述管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关。本实施例中，该超声波信号的反射信号称为回波信号，该超声波接收模块包括探头。

本实施例中，超声波探测器采用一收一发的脉冲反射式测量原理，超声波信号的传播路径如图2所示，当超声波信号传输至被测管道且到达管壁分界面时，依次产生表面波、一次波、二次波等，各次回波信号超声波接收探头接收，利用高速AD采集超声回波波形，如图3所示，通过精确测量超声波信号在管壁中传播的时间来确定厚度值，其原理是，同一均匀材料中声速不变，超声波信号在管壁中传播的时间与管壁厚度成正比，将时间值通过公式换算后即可得到厚度d：d＝ct/2，其中，c为超声波的声速值，t为超声波在管壁中传播的往返时间。

应该理解的是，管道如果被腐蚀，则管道的管壁厚度将下降，因此，通过检测管道的管壁厚度，即可获取管道的管壁是否被腐蚀。本实施例中，沿着管道的延伸方向，在管道的不同位置，每间隔一段距离设置一个超声波探测器，这样，可以对管道的不同位置、不同管道段的管壁厚度进行检测。

本实施例中，超声波探测器与WirelessHART网关之间通过WirelessHART通信协议进行通信，WirelessHART是一个开放式的可互操作无线通信标准，满足流程工业对于实时应用中可靠、稳定和安全的无线通信的关键需求。通过WirelessHART协议，超声波探测器的WirelessHART无线模块与WirelessHART网关之间能够快捷、方便地组网，而不受地形的限制，并且可以实现较长距离的通信，此外，通过该WirelessHART网关，能够同时与多个超声波探测器进行通信连接，使得通信连接的建立、组网的扩展更为方便。这样，当超声波探测器探测得到管壁厚度信息后，即可方便、快捷地通过WirelessHART网关汇总，由WirelessHART无线模块，发送至服务器。

服务器收集到各超声波探测器的管壁厚度信息后，将根据预设规则对所述管壁厚度信息进行处理和显示。这样，监控人员可以通过服务器方便地查看管道的各处的管壁厚度。

上述实施例中，由超声波探测器通过超声波信号检测管道的管壁厚度信息，实现对管道腐蚀的在线监测，超声波探测器探测并计算得到管壁厚度信息后，通过WirelessHART无线模块将管壁厚度信息发送至WirelessHART网关，随后由WirelessHART网关将各超声波探测器探测得到的管壁厚度信息发送至服务器。通过WirelessHART的组网，使得超声波探测器与WirelessHART网关之间能够不受地形限制地实现组网，能够使得管壁厚度信息方便、高效的传输。通过上述的在线监测装置，取代传统的人工现场检查，不仅有效提高监测效率，而且有效保障人员安全，提高安全性。

在一个实施例中，如图1所示，服务器200与多个终端300通信连接，各终端可以为客户的PC(Personal Computer)，服务器用于响应终端的查询请求，向终端发送管壁厚度信息，这样，用户可通过终端方便地查询管道的管壁厚度信息。在另外一些实施例中，终端为移动终端，比如手机或平板电脑，这样，用户可以方便地查看管壁厚度信息。

在其中一个实施例中，位于所述WirelessHART无线模块的通信距离范围内的任意两个所述超声波探测器的所述WirelessHART无线模块无线连接。

本实施例中，超声波探测器之间可以通过各自的WirelessHART无线模块进行通信连接，该通信距离范围指的是能够实现WirelessHART通信的距离，在此距离范围内，WirelessHART无线模块相互之间能够建立通信连接。本实施例中，不同的超声波探测器之间可以中继传输数据，大大减少了测点周边环境因素对通讯质量的影响，从而保证了数据传输的完整性；运用科学的数据处理算法，保证了测量数据的真实与准确性。

在一个实施例中，所述超声波探测器还用于通过WirelessHART无线模块与另一所述所述超声波探测器的WirelessHART无线模块无线连接，通过另一所述所述超声波探测器的WirelessHART无线模块无线将所述管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关。

本实施例中，超声波探测器既可以直接通过各自的WirelessHART无线模块将管壁厚度信息发送至WirelessHART网关，也可以建立与其他的超声波探测器的WirelessHART无线模块的通信连接，由其他的超声波探测器的WirelessHART无线模块将管壁厚度信息发送至WirelessHART网关，使得通信线路得到冗余，提高系统的稳定性和可靠性。

在一个实施例中，所述超声波探测器还用于当与所述WirelessHART网关的距离大于预设通信距离时，通过另一所述所述超声波探测器的WirelessHART无线模块无线将所述管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关。

应该理解的是，在实际的应用场景中，由于管道长度较长，而WirelessHART网关无法根据管道的延伸进行部署，无法与所有的超声波探测器连接，当与所述WirelessHART网关的距离大于预设通信距离时，则导致超声波探测器无法与WirelessHART网关通信。因此，为了使得各超声波探测器探测的管壁厚度信息均能够传输至WirelessHART网关，本实施例中，在通信距离范围的两个超声波探测器可以通过各自的WirelessHART无线模块进行连接，无法与WirelessHART网关连接的超声波探测器可以通过另一超声波探测器的WirelessHART无线模块，将管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关。应该理解的是，如果超声波探测器与WirelessHART网关的距离太大，致使无法通过另一超声波探测器的WirelessHART无线模块建立与WirelessHART网关的连接，那么可以依次通过两个、三个超声波探测器建立与WirelessHART网关的连接，也就是说，超声波探测器之间可以依次连接，超声波探测器之间可以相互发送管壁厚度信息，由与WirelessHART网关连接的超声波探测器将其他超声波探测器的管壁厚度信息发送至WirelessHART网关。这样，能够有效提高传输效率，大大减少了测点周边环境因素对通讯质量的影响，避免由于地形、位置造成的通信不便，从而保证了数据传输的完整性。

在一个实施例中，所述超声波探测器用于在第一预设时间内向管道发射预设次数的超声波信号，接收每一次所述超声波信号经管道反射的产生的回波信号，根据每一次接收所述回波信号的时间分别计算得到管道的待选厚度信息，根据预设均值求取规则对所述待选厚度信息进行计算，得到所述管壁厚度信息，通过所述WirelessHART无线模块将所述管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关。

应该理解的是，超声波探测器对管壁的厚度检测中存在误差，为了减小误差，本实施例中，超声波探测器每次进行管壁厚度信息进行检测时，将在第一预设时间多次发射超声波信号，根据每次接受的回波信号时间计算得到多个待选厚度信息，随后对各待选厚度信息进行求均值计算，得到平均厚度，该平均厚度即管壁厚度信息，这样，通过求均值的方式，能够减小因单次检测存在干扰因素而导致的误差，从而使得检测更为精确。

为了进一步减小误差，提高检测精度，在一个实施例中，所述超声波探测器用于计算得到多个所述待选厚度信息后，获取预设基础参考厚度值，将各所述待选厚度信息与所述基础参考厚度值进行对比，选取小于或等于所述预设基础参考厚度值的所述待选厚度信息，对所选取的所述待选厚度信息进行求均值计算，得到所述管壁厚度信息，通过所述WirelessHART无线模块将所述管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关。

本实施例中，该基础参考厚度值作为参考，该基础参考厚度值为管道的管壁在未腐蚀时的厚度，随着管道的使用时间的增长，管道的管壁随之下降。应该理解的是，如果检测计算得到的待选厚度信息大于该基础参考厚度值，则表明该待选厚度信息异常，不准确，因此，需要将大于该基础参考厚度值的待选厚度信息剔除，保留小于或等于预设基础参考厚度值的所述待选厚度信息，随后利用保留的待选厚度信息求取均值，得到管壁厚度信息，这样，能够使得计算得到的管壁厚度信息更为准确，从而进一步减小检测误差，提高检测精度。

为了获得该基础参考厚度值，在一个实施例中，在初始安装调试时采集10次管壁厚度值，得到的10组管壁厚度值取平均值作为基础参考厚度值。更换测点位置需重新测量校准。

在一个实施例中，所述服务器用于在每一次接收所述管壁厚度信息时，获取与所述管壁厚度信息对应的检测时间，根据各所述所述管壁厚度信息和各所述检测时间，生成基于同一时间坐标系的所述管壁厚度信息和检测时间的函数关系，并显示所述函数关系。

本实施例中，服务器能够对测量管壁厚度信息的值进行图形化处理，以时间为横坐标将管壁厚度信息拟合生成一条接近实际腐蚀率的一条厚度值曲线。在一些实施例中，该管壁厚度信息和检测时间的函数关系即为该厚度值曲线。通过该厚度值曲线能够清楚、直接地展示管壁厚度随时间变化的变化趋势。

在一个实施例中，所述服务器用于解析所述函数关系，当所述管壁厚度信息在第二预设时间内的下降率大于预设下降率时，生成采集频率提高信息，通过所述WirelessHART网关将所述采集频率提高信息发送至下降率大于所述预设下降率的位置所对应的超声波探测器；

所述超声波探测器用于接收所述采集频率提高信息，根据所述采集频率提高信息每间隔第三预设时间计算一次管壁厚度信息，并通过所述WirelessHART无线模块将所述管壁厚度信息发送至所述WirelessHART网关。

本实施例中，该厚度值曲线能够体现管壁厚度随时间变化的变化趋势，应该理解的是，随着使用的时间的增长，管壁厚度的值呈下降趋势，当管壁厚度的值在第二预设时间内的下降率大于预设下降率时，表明管道的管壁受腐蚀情况严重，为了及时了解管道的后续受腐蚀情况，需要提高对管道的壁厚的信息的采集频率，该采集频率提高信息用于控制超声波探测器提高检测管壁厚度信息的频率，缩短两次采集的时间间隔，因此，服务器通过WirelessHART网关将采集频率提高信息发送至管壁受腐蚀情况严重的位置的超声波探测器，这样，能够及时掌握管道后续的受腐蚀情况。

在一个实施例中，所述WirelessHART网关与所述服务器有线连接。本实施例中，WirelessHART网关和服务器均设置有RJ45接口，WirelessHART网关和服务器的RJ45接口之间通过网线连接，这样，WirelessHART网关与服务器有线连接，能够使得WirelessHART网关与服务器之间的通信更为稳定、可靠，且使得通信的带宽更高。

在一个实施例中，所述服务器用于检测所述管壁厚度信息是否符合预设管壁条件，当所述管壁厚度信息不符合预设管壁条件时，生成警报信号，发出所述警报信号。

本实施例中，当管壁厚度信息的值小于预设管壁厚度时，表明管道的管壁受到腐蚀而减小，此时，不符合预设管壁条件，则服务器据此生成警报信号，发出警报信号，以提醒、告知监控人员，从而使得监控人员及时获知管道的受腐蚀情况，对管道及时维修、更换。

实施例二

本实施例中，一种无线通讯的在线腐蚀监测系统，基于超声波的传播特性，其波长短、束射性强，传播基本恪守几何光学定律，如光线一样可以反射、折射，也能聚焦。采用一收一发的脉冲反射式测量原理(传播路径如图2)，当超声波脉冲传入被测物体到达管壁分界面时，依次产生表面波、一次波、二次波等，该脉冲波形被反射回探头，利用高速AD采集超声回波波形(如图3)，通过精确测量超声波在管壁中传播的时间来确定厚度值，即同一均匀材料中声速不变，超声波在管壁中传播的时间与管壁厚度成正比，将时间值通过公式换算后即可得到厚度d：d＝ct/2且，其中，c为超声波的声速值，t为超声波在管壁中传播的往返时间。

本实施例中的基于无线通讯的在线腐蚀监测系统，如图4所示，包括：服务器，所述服务器可为工业服务器，服务器部署采集软件及数据处理软件，所述服务器通过RJ45网线连接WirelessHART数据接收装置，所述WirelessHART数据接收装置可通过WirelessHART通讯技术连接无线监测仪，所述无线监测仪为一款市面上的腐蚀监测类产品，作用是采集被测件厚度的信息传输给WirelessHART网关，WirelessHART网关通过RJ45网线将管道厚度信息传递给服务器，数据通过处理分析呈现给用户。

如图5所示，在线腐蚀监测系统的采集软件实现数据采集、数据上传等功能。数据处理软件实现超声波形数据的数据管理、数据分析、数据统计、数据画形、超标预警等功能。

数据处理软件算法重点在于测量校准和精准度。

测量校准：在初始安装调试时采集10次数据，得到的10组数据取平均值作为基础参考值。更换测点位置需重新测量校准。

精准度在于采用发送一次测量指令仪器会连续测量5次，得到的5组数据与基础参考值进行比较，去掉大于基础参考值的数据，留下的数据取平均值作为最终测量值。对测量值数据进行画形化处理，以时间段为横坐标拟合生成一条接近实际腐蚀率的一条厚度值曲线。

本发明的优点与有益效果在于：本发明提供了一种无线通讯的在线腐蚀监测系统，系统采用WirelessHART通讯，阐述了系统软件的具体功能及数据处理算法。有如下优点：

1.系统通讯具有较高的实时性，能够实现快速的数据传输和处理，达到真正意义上的在线实时监测腐蚀情况；

2.不同的无线监测仪之间可以中继传输数据，大大减少了测点周边环境因素对通讯质量的影响，从而保证了数据传输的完整性；运用科学的数据处理算法，保证了测量数据的真实与准确性。

3.系统采用的WirelessHART通讯传输数据，在线实时监测代替人工定点测厚，降低了后续维护人员高处作业的安全风险。

本实施例中，服务器通过RJ45网线方式连接WirelessHART网关。

本实施例中，WirelessHART网关通过WirelessHART通讯技术连接无线监测仪。

本实施例中，无线监测仪具有WirelessHART通讯模块。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。