鋼筋混凝土陰極保護極化曲線實時測試儀器設(shè)計

1、第25卷第5期474電子測量與儀器學(xué)報JoURNALoFELECTRoNiCMEASUREMENTANDlNSTRUMENT％f25No52011年5月DOI：1037馴SPJ1187201100474鋼筋混凝土陰極保護極化曲線實時測試儀器設(shè)計術(shù)劉澤王淑穎李偉官慧仙徐貴富賈偉Or京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京100044)摘要：陰極保護是應(yīng)用于鋼筋混凝土腐蝕防護的一種有效技術(shù)，測試其陰極極化曲線對于防腐系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。

2、本文設(shè)計了一種極化曲線測試儀器，該儀器通過嵌入式系統(tǒng)控制強制電流陰極保護系統(tǒng)的激勵電流采集陰極保護系統(tǒng)由此產(chǎn)生的電位變化，測試的數(shù)據(jù)由嵌入式系統(tǒng)暫存并通過無線通信接【J傳輸?shù)絀監(jiān)控中心計算機，監(jiān)控計算機存儲并分析保護行的極化曲線。試驗結(jié)果表明該儀器能自動、實時地測試陰極保護系統(tǒng)的極化曲線。為檢測被保護結(jié)構(gòu)物的保護狀態(tài)提供數(shù)據(jù)支持。關(guān)鍵詞：強制電流陰極保護；極化曲線；恒流源激勵；嵌入式系統(tǒng)中圖分類號：TP23文獻標識碼：B國家標準學(xué)科分類

3、代碼：51099DesignofrealtimepolarizationcurvetestinstrumentforcathodicprotectioninreinforcedconcreteLiuZeWangShuyingLiWeiGuanHuixianXuGuifuJiaWei(SchoolofElectronicandInformationEngineenng，BeijingJiaotongUniversityBeijing100

4、044，China)Abstract：CathodicprotectioniSaneffectiveanti—corrosiontechnologyUSedinreinforeedconcreteprotectionThemeasurementofcathodicpolarizationcurveissignificantforparameterdesignofimpressedcurrentcathodicprotectionT11i

5、spaperintroducesatestinstrumentofpolarizationcurves。theinstrumentcansamplethepotentialchangeaccordingtheexcimfioncurrent’SchangewhichiscontrolledbyembeddedcontrollerAndthemeasurementdatacanbestoredandtransferredtosupervi

6、sorycomputerviawirelesscommunicationinterfaceThenthedatacanbestoredandanalyzedTheexperimentresultsshowthattheinstrumentcanmeasurethepolarizationcurvesdataautomaticallyinrealtimeSoitCanbeusedtoprovidedatasourcesupportford

7、etecttheprotectionstatusofthestructurebeenprotectedKeywords：cathodicprotection；polarizationcurves；constant—currentsourceexcitation；embeddedsystem1引言陰極保護技術(shù)是國際公認的防腐技術(shù)，已廣泛地應(yīng)用于船舶、碼頭、海上平臺和埋地管線等設(shè)施的腐蝕防護【l習(xí)】。通過測定該項技術(shù)的極化曲線可獲得保護電流

8、范圍、保護電位范圍等陰極保護參數(shù)。此外曲線上電位對于電流密度的倒數(shù)稱為電極在該電流密度時的真實極化率，等于通過極化曲線上對應(yīng)于該電流密度的點的切線斜率。極化率的倒數(shù)是電極反應(yīng)過程進行難易程度的度量。極化率小，阻力小，電極反應(yīng)容易進行。因此極化曲線的測量對揭示金屬腐蝕的基本規(guī)律以及化學(xué)電源、電鍍、電冶金、電解、金屬防腐蝕和電化學(xué)基礎(chǔ)研究等有著重要的意義【4。J。而現(xiàn)有的極化曲線的測定方法主要是通過手動測試記錄數(shù)據(jù)或者是通過電化學(xué)分析系統(tǒng)，

9、恒電位儀來測量。而在實際的環(huán)境中，鋼筋的電位是隨著海水的溫度和鹽溶液的濃度的變化而改變的。對于實際環(huán)境中的極化曲線的測試，現(xiàn)有的技術(shù)已不能滿足。針對這種情況，設(shè)計了一種外加電流的極化曲線自動測試裝置。該裝置通過嵌入式系統(tǒng)控制恒電流激勵的電壓，來改變陰極保護系統(tǒng)的電流，采集到的數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)通信接口，無線通信模塊，傳輸?shù)絇C機，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。該裝置能自動、實本文于2011年1月收到。，基金項目：國家自然基金資助(編號：NSFCNo6105

10、0001)資助項目。萬方數(shù)據(jù)476電子測量與儀器學(xué)報第25卷在本設(shè)計中，外部電阻選用494kfZ，由此輸出端就會產(chǎn)生一個二倍的增益，該增益可以通過嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)部編程來抵消【l引。正輸入端接參比電極，負輸入端接鋼筋試樣電極，輸出端將鋼筋試樣電位相對于參比電極的電位，輸入到嵌入式控制系統(tǒng)。這樣將鋼筋試樣電極和參比電極的兩個數(shù)據(jù)輸入端轉(zhuǎn)換成一個，傳送到嵌入式系統(tǒng)，減少了干擾因素，得到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集通道的設(shè)計如圖2所示。圖2數(shù)據(jù)采集通道

11、設(shè)計Fig2Designofdataacquisitionchannel24通信部分的設(shè)計嵌入式控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)通信接口與無線傳輸模塊連接，無線傳輸選用了SRWF一1028無線設(shè)備，該無線是一種低功耗設(shè)備，提供了8個可選的信道以及TTL、232、485的接口方式，本設(shè)計中采用的是485接口方式連接。數(shù)據(jù)傳輸時以數(shù)據(jù)幀的方式傳輸，數(shù)據(jù)幀是數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，它包括3部分：幀頭，數(shù)據(jù)部分，幀尾‘13141。其中，幀頭和幀尾包含一些必要

12、得控制信息，比如同步信息、地址信息、差錯控制信息等；數(shù)據(jù)部分則包含網(wǎng)絡(luò)層傳下來的數(shù)據(jù)。3軟件設(shè)計31嵌入式軟件設(shè)計嵌入式控制系統(tǒng)系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸通信，采用C語言編程。設(shè)D／A轉(zhuǎn)換器輸出最低電壓為‰”最高電壓為‰～繪制極化曲線的電壓間隔為K，每次D／A輸出電壓后海水中的電極之間需等待一定時間丁后才能達到穩(wěn)定，另設(shè)鋼筋試樣電極采樣電壓值為Ⅵ，參比電極采樣電壓值為屹。則嵌入式軟件流程圖如圖3所示。圖3嵌入式軟件流程圖Fig3Flowchar

13、tofembeddedsoftware32上位機軟件設(shè)計軟件設(shè)計主要包括兩大部分，數(shù)據(jù)采集線程和界面顯示線程。流程圖如圖4所示。(，開始、)＼／00數(shù)據(jù)采集線程界面顯示線程。I’k【發(fā)送“數(shù)據(jù)采集指令”選擇要顯示的極化曲線山接收數(shù)據(jù)r‘查詢數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)J0用GDI繪制曲線延遲時間r嶺≮涉(退出)圖4上位機軟件流程圖Fig4FlowchartofPCsoftware啟動上位機軟件后，同時啟動數(shù)據(jù)采集線程和界面顯示線程。數(shù)據(jù)