基于电化学噪声的局部腐蚀分析方法和装置

摘要

本发明提供了一种基于电化学噪声的局部腐蚀的分析方法和装置。该装置采用四电极探针，克服了三电极探针只能测量一种噪声电位的缺点，可以同时产生两种电位信号和一种电流信号。所存储的原始噪声数据经软件自动分段并计算各段所有统计量，然后聚类分析功能对所选择的参量进行分类，根据判别方程完成对未知噪声数据的分析并给出腐蚀状态的判断结果。该腐蚀分析装置可以实时、准确分析噪声原始数据和统计参数，从而获得较为准确的腐蚀信息、确定腐蚀的严重程度，为腐蚀防护措施的具体实施提供有效依据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料腐蚀的监测技术，尤其是一种局部腐蚀监测装置和分析方法。

背景技术

金属材料的腐蚀失效给世界各国造成了十分巨大的经济损失，同时也可能带来严重的社会和环境灾难。腐蚀失效90％以上的损失是由局部腐蚀造成，但是现有的现场腐蚀在线监测技术，如重量法、线性极化技术和电阻探针等，均只能对金属材料的均匀腐蚀和环境腐蚀性进行监测，而难以实现局部腐蚀的监测。因此建立有效的监测和防控局部腐蚀的技术具有重大的实际和经济意义。电化学噪声监测技术不仅能得到金属材料的局部腐蚀信息，而且具有对测试体系无任何外加干扰以及能真正实现连续监测等优点，在国内外已经受到越来越广泛的重视。

在电化学噪声监测技术方面，通常使用三电极探针或相同金属材料制成的多电极阵列式探针采集噪声数据，然而此类探针只能获得两支相同金属材料制成的工作电极耦合后与真实参比电极之间的电位波动或耦合的工作电极与第三支同种金属材料制成的伪参比电极之间的电位波动，而不能同时获得上述两种电位波动信号。同种金属材料制成的伪参比电极因具有易于制造和操作简单等特点而在工业腐蚀现场监测中应用广泛，但是由于此种参比电极无法测量真实的腐蚀电位，同时在测量噪声电位的过程中因被不断腐蚀而产生无法预测的电位漂移，所以在腐蚀探针中设计一种稳定、不易被侵蚀的真实参比电极对真实腐蚀电位进行监测，且同时对两种参比电极测量得到的噪声电位的差异性进行比较分析，这对系统腐蚀的总体状态和局部腐蚀发生、发展过程的监测具有重要的作用。

关于电化学噪声信号的解析方法，目前文献报道中主要包括时域统计分析、频域分析和小波分析。其中，时域分析法应用最为广泛，但是其分析参数的选择和验证方法仍处于研究阶段；频域分析的时频转换技术不足，计算误差大，且受人为因素影响明显；而基于小波变换的噪声分析技术正处于初步探索阶段。上述问题使得电化学噪声监测技术在工业现场腐蚀监测中的广泛应用受到了明显限制。目前，只有采用时域统计分析、谐波分析和噪声的暂态特征分析法解析电化学噪声数据的监测装置面世，并尚未有关于使用四电极探针同时监测两种电位信号并将基于电化学噪声的局部腐蚀聚类、判别分析方法用于监测装置的报道。

发明内容

本发明的目的在于建立一种基于电化学噪声的局部腐蚀监测装置和分析方法。本发明的腐蚀监测装置采用一种四电极探针，克服了三电极探针不能测得真实腐蚀电位和得到的噪声电位中含有由伪参比电极引入的随机直流漂移的缺点，可以同时采集到两种电位信号和一种电流信号，并设有自动分段原始数据、计算各段所有统计量、聚类分析和判别分析的软件。本装置是一种操作简单、分析判别精度高的基于电化学噪声的局部腐蚀监测装置和分析方法。

该金属材料局部腐蚀监测装置包括：由电极I、电极II、伪参比电极III和真实参比电极IV组成的四电极探针，阻抗变换器、直流补偿器、双通道斩波稳零运算数据放大器、零电阻电流计、多通道低通滤波器、A/D转换器、数据存储系统和嵌入式微处理器(ARM)或数字信号处理器(DSP)；

其中四电极探针用于产生原始电化学噪声电位和电流信号，阻抗变换器用于减小四电极探针的真实参比电极IV和伪参比电极III所产生的噪声电位的阻抗；直流补偿器用于消除真实参比电极IV采集的噪声电位的直流电平部分，双通道斩波稳零运算数据放大器分别对来自于电极III的伪噪声电位和来自于电极IV的真实噪声电位信号进行放大后传送到多通道低通滤波器进行滤波；零电阻电流计检出来自四电极探针的电极I和电极II的噪声电流信号并传送到多通道低通滤波器滤波；A/D转换器将噪声电位和噪声电流转换为数字信号并存储在数据存储系统；最后嵌入式微处理器(ARM)或数字信号处理器(DSP)对噪声电位和噪声电流数据进行统计计算、聚类分析和判别分析，完成对未知噪声数据的分析并给出腐蚀状态的判断结果。

所述的组成四电极探针的电极I、电极II、伪参比电极III是同种金属材料制成的，真实参比电极IV是Ag/AgCl固体参比电极IV，该电极是在Ag/AgCl固体参比电极表面上包裹了一层致密的饱和氯化钾和高分子树脂混合而成的薄膜的Ag/AgCl固体参比电极。

一种基于电化学噪声的局部腐蚀的分析方法，通过局部腐蚀监测装置实施，该方法至少包括以下步骤：

第一步、计算统计量

按预先编制的分析程序分别计算电位和电流的均值、方差、标准偏差以及噪声电阻；该数据预处理的方法是：

对真实电位E₁、E₂、……、E_m，伪电位E′₁、E′₂、……、E′_m和电流I₁、I₂、……、I_m进行分段，每段数据的个数为2ⁿ，其中n为大于等于11的正整数，m表示每次实验采集到的噪声数据的个数。

将I₁、I₂、……、I_m变换为log|I₁|、log|I₂|、……、log|I_m|

根据公式