本發(fā)明屬于海洋工程腐蝕防護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)智慧腐蝕監(jiān)測(cè)與陰極保護(hù)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、海上風(fēng)電的腐蝕監(jiān)測(cè)與防護(hù)旨在確保風(fēng)電設(shè)備在苛刻的海洋環(huán)境中能夠安全、高效地運(yùn)行。目前的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有目視檢查、無(wú)損檢測(cè)和電化學(xué)監(jiān)測(cè)等三類，對(duì)于陰極保護(hù)技術(shù)主要分為外加電流陰極保護(hù)和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)兩種。

2、目視檢查是定期對(duì)風(fēng)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行外觀檢查，通過(guò)觀察涂層狀況、銹跡、腐蝕產(chǎn)物等來(lái)評(píng)估腐蝕情況，但目視檢查具有主觀性，效率低下，且無(wú)法發(fā)現(xiàn)隱藏在涂層下或結(jié)構(gòu)內(nèi)部的腐蝕。無(wú)損檢測(cè)是利用超聲波在材料中的傳播特性，檢測(cè)材料內(nèi)部的缺陷和腐蝕情況，或通過(guò)紅外熱成像原理檢測(cè)結(jié)構(gòu)表面的溫度分布，間接判斷腐蝕情況；電化學(xué)監(jiān)測(cè)則是通過(guò)測(cè)量結(jié)構(gòu)的電位、電流等電化學(xué)參數(shù)，評(píng)估腐蝕狀態(tài)和速率。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和電化學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)雖然具有高效率、多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)，但目前該技術(shù)缺乏聯(lián)動(dòng)性、智慧性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)腐蝕信息的快速傳輸、處理和即時(shí)利用，監(jiān)測(cè)體系適應(yīng)性、容錯(cuò)性差。

3、外加電流陰極保護(hù)是通過(guò)外部電源向被保護(hù)結(jié)構(gòu)施加陰極電流，使其電位低于周圍環(huán)境，從而防止腐蝕；犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)是利用比被保護(hù)結(jié)構(gòu)更活潑的金屬，如鋅、鋁等作為陽(yáng)極，通過(guò)陽(yáng)極的溶解來(lái)保護(hù)陰被保護(hù)的結(jié)構(gòu)。這兩種陰極保護(hù)技術(shù)存在響應(yīng)滯后性，智能性和精準(zhǔn)性不足，無(wú)法根據(jù)腐蝕情況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)陰極保護(hù)電流大小，容易造成欠保護(hù)和過(guò)保護(hù)，反而加速結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題，一方面，本發(fā)明提出了一種海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)智慧腐蝕監(jiān)測(cè)與陰極保護(hù)系統(tǒng)，包括腐蝕監(jiān)測(cè)單元、陰極保護(hù)單元、信號(hào)處理單元和中央處理器；

2、所述腐蝕監(jiān)測(cè)單元包括中心的感應(yīng)中繼器和邊緣的多個(gè)腐蝕傳感器，每個(gè)腐蝕傳感器上設(shè)置外加電流的陰極保護(hù)單元；所述感應(yīng)中繼器中設(shè)置芯片組，所述芯片組通過(guò)輸入線與腐蝕傳感器連接，通過(guò)輸出線與毗鄰的多個(gè)腐蝕監(jiān)測(cè)單元進(jìn)行多點(diǎn)互連，形成仿神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)；

3、末端的腐蝕監(jiān)測(cè)單元通過(guò)輸入線與信號(hào)處理單元連接，所述信號(hào)處理單元通過(guò)輸入線與中央處理器連接，所述中央處理器通過(guò)輸出線再回連至末端的腐蝕監(jiān)測(cè)單元。

4、進(jìn)一步地，所述腐蝕監(jiān)測(cè)單元按照對(duì)金屬結(jié)構(gòu)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的大小鋪設(shè)對(duì)應(yīng)密度的腐蝕監(jiān)測(cè)單元，腐蝕程度越高的區(qū)域，腐蝕監(jiān)測(cè)單元的鋪設(shè)密度越高。

5、進(jìn)一步地，所述陰極保護(hù)單元包括參比電極、輔助電極和直流電源；

6、所述參比電極和輔助電極分別通過(guò)導(dǎo)線與直流電線連接，并與鄰域海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)形成電化學(xué)回路，所述鄰域海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)通過(guò)導(dǎo)線連接在直流電源上。

7、進(jìn)一步地，所述芯片組中設(shè)置傳輸模塊、存儲(chǔ)模塊、學(xué)習(xí)模塊和應(yīng)激模塊；

8、其中，所述傳輸模塊用于傳輸腐蝕監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)的腐蝕信號(hào)以及中央處理器反饋的陰極保護(hù)指令，所述腐蝕信號(hào)包括腐蝕電位和腐蝕電流密度信號(hào)；

9、所述學(xué)習(xí)模塊用于根據(jù)所述腐蝕信號(hào)的變化規(guī)律、各部位腐蝕信號(hào)的聯(lián)動(dòng)規(guī)律、既往的陰極保護(hù)指令和保護(hù)效率回饋信息形成局域腐蝕監(jiān)測(cè)與陰極保護(hù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

10、所述存儲(chǔ)模塊用于對(duì)監(jiān)測(cè)的腐蝕信號(hào)和局域腐蝕監(jiān)測(cè)與陰極保護(hù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行保存；

11、所述應(yīng)激模塊用于根據(jù)所述局域腐蝕監(jiān)測(cè)與陰極保護(hù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛦?dòng)額定電流值的陰極保護(hù)。

12、進(jìn)一步地，每個(gè)所述腐蝕傳感器上設(shè)置相互交叉的兩組梳妝電偶電極片，所述電極片之間填充絕緣材料。

13、進(jìn)一步地，所述電極片包括交叉設(shè)置的陽(yáng)極電極片和陰極電極片，所述陽(yáng)極電極片和陰極電極片之間用絕緣材料填充。

14、進(jìn)一步地，所述陽(yáng)極電極片采用與所述海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)相同材質(zhì)的金屬，所述陰極電極片為純銅材料。

15、另一方面，本發(fā)明提出了一種海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)智慧腐蝕監(jiān)測(cè)與陰極保護(hù)方法，包括以下步驟：

16、按照不同海洋區(qū)帶環(huán)境對(duì)金屬結(jié)構(gòu)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)大小鋪設(shè)對(duì)應(yīng)密度的腐蝕監(jiān)測(cè)單元以及每個(gè)腐蝕監(jiān)測(cè)單元對(duì)應(yīng)的陰極保護(hù)單元；

17、腐蝕監(jiān)測(cè)單元中的腐蝕傳感器對(duì)海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)表面的腐蝕信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所述腐蝕信號(hào)包括腐蝕電位和腐蝕電流密度信號(hào)；

18、腐蝕監(jiān)測(cè)單元中的感應(yīng)中繼器接收腐蝕信號(hào)并進(jìn)行存儲(chǔ)；

19、信號(hào)處理單元通過(guò)與其連接的腐蝕監(jiān)測(cè)單元獲取腐蝕信號(hào)，并根據(jù)所述腐蝕信號(hào)確定海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)的腐蝕速率；

20、中央處理器獲取腐蝕速率后對(duì)各海洋區(qū)帶的腐蝕程度進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)相應(yīng)腐蝕部位實(shí)施陰極保護(hù)。

21、進(jìn)一步地，信號(hào)處理單元通過(guò)與其連接的末端的腐蝕監(jiān)測(cè)單元獲取腐蝕信號(hào)，并根據(jù)所述腐蝕信號(hào)確定海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)的腐蝕速率包括以下步驟：

22、根據(jù)腐蝕電位和腐蝕電流密度信號(hào)計(jì)算累積電量；

23、根據(jù)所述累積電量確定海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)的腐蝕速率。

24、進(jìn)一步地，中央處理器獲取腐蝕速率后對(duì)各海洋區(qū)帶的腐蝕程度進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)相應(yīng)腐蝕部位實(shí)施陰極保護(hù)包括以下步驟：

25、對(duì)監(jiān)測(cè)的腐蝕信號(hào)進(jìn)行分析學(xué)習(xí)，并建立海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)多區(qū)帶環(huán)境的腐蝕演變規(guī)律模型；

26、利用所述腐蝕演變規(guī)律模型對(duì)分布在各區(qū)帶的腐蝕監(jiān)測(cè)單元的腐蝕程度進(jìn)行分級(jí)，并根據(jù)分級(jí)結(jié)果形成對(duì)應(yīng)的陰極保護(hù)指令輸出至腐蝕監(jiān)測(cè)單元；

27、腐蝕監(jiān)測(cè)單元中的芯片組識(shí)別所述陰極保護(hù)指令后，自動(dòng)調(diào)整對(duì)應(yīng)的陰極保護(hù)電流至定值，對(duì)相應(yīng)腐蝕部位實(shí)施陰極保護(hù)，并根據(jù)陰極保護(hù)指令實(shí)時(shí)調(diào)整外加電流的大小。

28、進(jìn)一步地，所述陰極保護(hù)指令包括感應(yīng)中繼器識(shí)別代碼、陰極保護(hù)單元啟閉動(dòng)作和保護(hù)電流配額信息。

29、進(jìn)一步地，所述腐蝕監(jiān)測(cè)單元還執(zhí)行以下步驟：

30、根據(jù)所述腐蝕信號(hào)的變化規(guī)律、各部位腐蝕信號(hào)的聯(lián)動(dòng)規(guī)律、既往的陰極保護(hù)指令和保護(hù)效率回饋信息形成局域腐蝕監(jiān)測(cè)與陰極保護(hù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

31、利用所述局域腐蝕監(jiān)測(cè)與陰極保護(hù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼{(diào)整腐蝕監(jiān)測(cè)頻率、信號(hào)傳輸路徑和保護(hù)電流配額。

32、本發(fā)明的有益效果：

33、本發(fā)明中提出的腐蝕監(jiān)測(cè)和陰極保護(hù)系統(tǒng)采用了仿神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，腐蝕監(jiān)測(cè)單元的仿神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)具備全面、連續(xù)、精確的腐蝕監(jiān)測(cè)能力；腐蝕監(jiān)測(cè)單元間的相互連接，使得信息能夠在單元間快速傳遞，復(fù)雜的連接回路，能夠并行處理多種信息，提高了信息處理的效率；通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的自主學(xué)習(xí)和訓(xùn)練能力，能夠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)信息自主調(diào)整單元間的連接，增強(qiáng)有效連接并弱化無(wú)效連接，優(yōu)化信息傳遞路徑，節(jié)省算力和功耗，提高應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，如局域異常腐蝕的能力；本發(fā)明還基于大數(shù)據(jù)模型和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建了腐蝕演變規(guī)律模型和局域腐蝕監(jiān)測(cè)與陰極保護(hù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)對(duì)腐蝕環(huán)境的適應(yīng)性和針對(duì)性；冗余化的網(wǎng)絡(luò)連接方式使信息存儲(chǔ)分布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，也提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)性，即使部分單元或連接發(fā)生故障，系統(tǒng)仍能正常工作，調(diào)用和傳遞存儲(chǔ)的信息，同時(shí)也增加了系統(tǒng)的魯棒性，使其在面對(duì)噪聲和干擾時(shí)能夠保持穩(wěn)定的性能。經(jīng)有效學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的腐蝕監(jiān)測(cè)和陰極保護(hù)系統(tǒng)，可直接復(fù)制移植至其他海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效利用。

34、通過(guò)采用本發(fā)明的系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)腐蝕和保護(hù)的長(zhǎng)期連續(xù)、高適應(yīng)性、穩(wěn)定抗干擾、靈敏精確地監(jiān)測(cè)和控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理腐蝕問(wèn)題，有效延長(zhǎng)海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)的使用壽命，減少因腐蝕造成的損壞和維修成本，提升運(yùn)營(yíng)效率和安全性，幫助運(yùn)營(yíng)商及時(shí)了解和掌握設(shè)備的健康狀況，提升運(yùn)營(yíng)效率，并確保風(fēng)電設(shè)施的安全運(yùn)行。

35、本發(fā)明基于電偶腐蝕的腐蝕監(jiān)測(cè)方法能夠獲得與腐蝕情況直接相關(guān)的腐蝕電位和腐蝕電流信息，電極片選材及結(jié)構(gòu)優(yōu)化使得傳感器能夠靈敏而準(zhǔn)確地感知腐蝕電化學(xué)信號(hào)、計(jì)算腐蝕速率。

36、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書、權(quán)利要求書以及附圖中所指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。