用于金屬腐蝕監測的傳感器制造技術

用于金屬腐蝕監測的新型傳感器，包括供電模塊、MCU控制模塊和腐蝕監測模塊；供電模塊用于向MCU控制模塊和腐蝕監測模塊供電；MCU控制模塊用于對腐蝕監測模塊進行控制，并對來自腐蝕監測模塊的信息進行分析處理；腐蝕監測模塊用于對待測金屬的腐蝕狀況進行監測，并將數據實時上傳到MCU控制模塊。本發明專利技術為非接觸式測量，可以完成金屬腐蝕程度的短期預估和長期監測。經測試，本發明專利技術傳感器具有可與昂貴且體積較大的臺式恒電位儀相比的性能，可提升金屬尤其是鋼鐵材料腐蝕程度的監測能力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及金屬腐蝕監測領域，更具體的說是涉及一種用于金屬腐蝕監測的新型傳感器。
技術介紹
鋼筋混凝土結構是現今及以后相當長的時間內仍將采用的主要結構形式之一，鋼筋腐蝕是引起鋼混結構耐久性降低的最主要原因。美國國家材料顧問委員會調查表明，近253000座混凝土橋面板出現嚴重腐蝕現象；日本約有21.4％的鋼筋混凝土結構損壞是由鋼筋腐蝕引起的；我國2002年底僅公路危橋就達9597座，而耗資4000萬元的山東某汽車站，更是在建成5年后的2009年即成危樓，究其原因，鋼筋銹蝕是罪魁禍首。為此，對金屬銹蝕的監測勢在必行。申請號201610538967.4，公開號106018253A《一種多功能地下混凝土結構腐蝕損傷監測裝置》提出一種多功能地下混凝土結構腐蝕損傷監測裝置，主要監測的是金屬周邊的環境變量如溫度、pH值和應變值，通過對這些環境變量再進一步去估計腐蝕程度。這種裝置主要監測混凝土腐蝕狀況，無法準確監測鋼筋構件的腐蝕程度。申請號201210520336.1，公開號103018299A《電偶型腐蝕傳感器》提出了一種電偶型腐蝕傳感器，所采用的測量方式是直接測取微弱的腐蝕電流。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，克服上述
技術介紹
的不足，提供一種能對腐蝕程度準確評估的用于金屬腐蝕監測的新型傳感器。本專利技術解決其技術問題采用的技術方案是：用于金屬腐蝕監測的新型傳感器，包括供電模塊、MCU控制模塊和腐蝕監測模塊；所述供電模塊用于向MCU控制模塊和腐蝕監測模塊供電；MCU控制模塊和腐蝕監測模塊雙向連接；所述MCU控制模塊用于對腐蝕監測模塊進行控制，并對來自腐蝕監測模塊的信息進行分析處理；所述腐蝕監測模塊用于對待測金屬的腐蝕狀況進行監測，并將數據實時上傳到MCU控制模塊。進一步，所述腐蝕監測模塊包括DAC模塊、對電極、參考電極、工作電極、1號運算放大器、2號運算放大器、低偏移零漂移放大器、控制開關、電容和電阻。所述DAC模塊具有兩個輸入端和一個輸出端；所述1號運算放大器、2號運算放大器和低偏移零漂移放大器都具有一個正向輸入端、一個反向輸入端和一個輸出端；所述DAC模塊的兩個輸入端分別與MCU控制模塊的數字輸出引腳SCLK和DOUT連接，DAC模塊的輸出端與1號運算放大器的正向輸入端連接；所述DAC模塊用于將來自MCU控制模塊的數字信號轉換為模擬電壓信號，使得MCU控制模塊能夠輸出穩定的電壓；所述1號運算放大器的正向輸入端與DAC模塊的輸出端連接，1號運算放大器的反向輸入端同時與低偏移零漂移放大器的正向輸入端和參考電極連接，1號運算放大器的輸出端與控制開關連接；所述1號運算放大器用于保證其正向輸入端和反向輸入端的電壓相等，在控制開關閉合時，作為恒流源工作；所述控制開關的一端與1號運算放大器的輸出端連接，另一端與對電極連接，其通過MCU控制模塊控制通斷；所述2號運算放大器的正向輸入端與MCU控制模塊模擬輸出引腳A2連接，2號運算放大器的反向輸入端同時與電阻、電容、工作電極連接，2號運算放大器的輸出端與電阻的另一端、電容的另一端和MCU控制模塊的模擬輸入引腳A3連接；所述2號運算放大器用于保證其正向輸入端和反向輸入端的電壓相等，并輸出穩定的電壓作為線性極化測量中的重要參數；所述低偏移零漂移放大器的正向輸入端與1號運算放大器反向輸入端連接，低偏移零漂移放大器的反向輸入端與低偏移零漂移放大器的輸出端連接，低偏移零漂移放大器的輸出端還與MCU控制模塊的模擬輸入引腳A1連接；所述低偏移零漂移放大器用于將參考電極與MCU控制模塊隔離開，并向MCU控制模塊輸入參考電極的電位值；所述電容(與電阻并聯)用于濾除線性極化讀數中的高頻噪聲；所述電阻用于在測量線性極化曲線時，通過測量電阻兩側的電壓計算獲得流過電阻的電流值。所述對電極的電極材料使用耐腐蝕的導電材料；所述參考電極的電極材料使用銀-氯化銀復合材料；所述工作電極的電極材料使用待測金屬樣本。進一步，所述1號運算放大器、2號運算放大器、低偏移零漂移放大器、DAC模塊和控制開關構成一個三電極恒電位儀，其工作方式受MCU控制模塊控制，具體工作方式下：(1)控制開關閉合時，MCU控制模塊通過數字輸出引腳SCLK和DOUT控制DAC模塊，再經過1號運算放大器的正向輸入端控制對電極；(2)控制開關斷開時，參考電極的電位值，通過低偏移零漂移放大器的正向輸入端，傳送到MCU控制模塊的模擬輸入引腳A1；(3)工作電極的電位值經過并聯的電容、電阻和2號運算放大器后輸入MCU控制模塊的模擬輸入引腳A3。(4)MCU控制模塊的模擬輸出引腳A2輸出電壓到2號運算放大器的正向輸入端。與現有技術相比，本專利技術的優點如下：(1)本專利技術通過直接在電極上施加確定的電壓，并對測量到的各個參量進行精確化計算，最終得到對腐蝕程度的準確有效的評估。(2)本專利技術能夠對金屬腐蝕程度進行短期預估和長期監測，并能夠在兩種模式間實現軟切換。通過測量開路電位OCP估測當前金屬的腐蝕程度，通過長期測量線性極化曲線實現了金屬腐蝕程度的長期監測。本專利技術為非接觸式測量，經測試，本專利技術傳感器具有可與昂貴且體積較大的臺式恒電位儀相媲美的性能，可提升金屬尤其是鋼鐵材料腐蝕程度的監測能力。附圖說明圖1為本專利技術用于金屬腐蝕監測的新型傳感器的結構示意圖；圖2為圖1所示實施例中的監測金屬腐蝕的傳感器的功能示意圖。具體實施方式以下結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。參照圖1，本專利技術之用于金屬腐蝕監測的新型傳感器，包括供電模塊U1、MCU控制模塊U2和腐蝕監測模塊U3；供電模塊U1用于向MCU控制模塊U2和腐蝕監測模塊U3供電；MCU控制模塊U2用于對腐蝕監測模塊U3進行控制，并對來自腐蝕監測模塊U3的信息進行分析處理；腐蝕監測模塊U3用于對待測金屬的腐蝕狀況進行監測，并將數據實時上傳到MCU控制模塊U2。參照圖2，腐蝕監測模塊包括DAC模塊U30、對電極U31、參考電極U32、工作電極U33、1號運算放大器U34、2號運算放大器U35、低偏移零漂移放大器U36、控制開關U37、電阻U38和電容U39。所述DAC模塊U30具有兩個輸入端和一個輸出端；所述1號運算放大器U34，2號運算放大器U35和低偏移零漂移放大器U36都具有一個正向輸入端、一個反向輸入端和一個輸出端；所述DAC模塊U30兩個輸入端分別與MCU控制模塊U2的數字輸出引腳SCLK和DOUT連接，輸出端與1號運算放大器U34的正向輸入端連接；所述DAC模塊U30用于將來自MCU控制模塊U2的數字信號轉換為模擬電壓信號，使得MCU控制模塊U2能夠在電極上輸出穩定的電壓；所述1號運算放大器U34的正向輸入端與DAC模塊U30的輸出端連接，反向輸入端同時與低偏移零漂移放大器U36的正向輸入端和參考電極U32連接，輸出端與控制開關U37連接；所述1號運算放大器U34用于保證其正向輸入端和反向輸入端的電壓相等，在控制開關U37閉合時，作為恒流源工作；所述控制開關U37的一端與1號運算放大器U34的輸出端連接，另一端與對電極U31連接，其通過MCU控制模塊U2控制通斷；所述2號運算放大器U35的正向輸入端與MCU控制模塊U2模擬輸出引腳A2連接，反向輸入端同時與電阻U38、電容U39、工作電極U33連接，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于金屬腐蝕監測的新型傳感器，其特征在于，包括供電模塊、MCU控制模塊和腐蝕監測模塊，所述供電模塊用于向MCU控制模塊和腐蝕監測模塊供電；MCU控制模塊和腐蝕監測模塊雙向連接；所述MCU控制模塊用于對腐蝕監測模塊進行控制，并對來自腐蝕監測模塊的信息進行分析處理；所述腐蝕監測模塊用于對待測金屬的腐蝕狀況進行監測，并將數據實時上傳到MCU控制模塊。

【技術特征摘要】
1.用于金屬腐蝕監測的新型傳感器，其特征在于，包括供電模塊、MCU控制模塊和腐蝕監測模塊，所述供電模塊用于向MCU控制模塊和腐蝕監測模塊供電；MCU控制模塊和腐蝕監測模塊雙向連接；所述MCU控制模塊用于對腐蝕監測模塊進行控制，并對來自腐蝕監測模塊的信息進行分析處理；所述腐蝕監測模塊用于對待測金屬的腐蝕狀況進行監測，并將數據實時上傳到MCU控制模塊。2.根據權利要求1所述的用于金屬腐蝕監測的新型傳感器，其特征在于，所述腐蝕監測模塊包括DAC模塊、對電極、參考電極、工作電極、1號運算放大器、2號運算放大器、低偏移零漂移放大器、控制開關、電容和電阻；所述DAC模塊具有兩個輸入端和一個輸出端；所述1號運算放大器，2號運算放大器和低偏移零漂移放大器都具有一個正向輸入端、一個反向輸入端和一個輸出端；所述DAC模塊的兩個輸入端分別與MCU控制模塊的數字輸出引腳SCLK和DOUT連接，DAC模塊的輸出端與1號運算放大器的正向輸入端連接；所述DAC模塊用于將來自MCU控制模塊的數字信號轉換為模擬電壓信號，使得MCU控制模塊能夠輸出穩定的電壓；所述1號運算放大器的正向輸入端與DAC模塊的輸出端連接，1號運算放大器的反向輸入端同時與低偏移零漂移放大器的正向輸入端和參考電極連接，1號運算放大器的輸出端與控制開關連接；所述1號運算放大器用于保證其正向輸入端和反向輸入端的電壓相等，在控制開關閉合時，作為恒流源工作；所述控制開關的一端與1號運算放大器的輸出端連接，另一端與對電極連接，其通過MCU控制模塊控制通斷；所述2號運算放大器的正向輸入端與MCU控制模塊模擬輸出引腳A2連接，2號運算放大器的反向輸入端同時與...

【專利技術屬性】
技術研發人員：羅旗舞，茆天宇，何怡剛，史露強，施天成，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34