船舶水下腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)?zāi)７椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及屬于船舶水下電磁場(chǎng)的特征預(yù)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種船舶水下腐蝕相 關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)?zāi)７椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002] 船舶在海洋環(huán)境中航行時(shí)，由于建造材料的腐蝕W及所采取的防腐措施，船體周 圍的海水中將出現(xiàn)穩(wěn)恒電流，稱為腐蝕電流或防腐電流。腐蝕電流的主體部分從鋼質(zhì)船殼 經(jīng)海水流向銅質(zhì)螺旋獎(jiǎng)，再流經(jīng)螺旋獎(jiǎng)轉(zhuǎn)軸，通過各種導(dǎo)電連接回到船殼，形成閉合回路； 防腐電流的主體部分則從防腐系統(tǒng)的陽極流向被保護(hù)的船殼及螺旋獎(jiǎng)，再經(jīng)船殼或螺旋獎(jiǎng) 轉(zhuǎn)軸，回到防腐系統(tǒng)的電源負(fù)極，形成閉合回路。該些電流在導(dǎo)電的海水中流動(dòng)，必將帶來 相應(yīng)的靜態(tài)電場(chǎng)分布，同時(shí)，閉合的電流回路也將激發(fā)出空間中的穩(wěn)恒磁場(chǎng)分布。船舶周圍 的該部分電磁信號(hào)，分別被稱為腐蝕相關(guān)靜態(tài)電場(chǎng)（static corrosion related electric field,簡(jiǎn)稱CR巧及腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)。
[0003] 海水中船舶腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)和材料的磁性所產(chǎn)生的磁場(chǎng)混雜在一起，實(shí)測(cè)時(shí)難 W區(qū)分，因此目前，針對(duì)船舶CRM的分布特征往往采取建模預(yù)測(cè)的方式，主要建模思路有邊 界元建模和偶極子建模兩種。通過分層導(dǎo)電媒質(zhì)中的磁場(chǎng)分布表達(dá)式，便可W對(duì)船舶CRM 的分布特征進(jìn)行預(yù)測(cè)。但是實(shí)驗(yàn)室中難W對(duì)船模的腐蝕相關(guān)磁場(chǎng)和材料的磁性所產(chǎn)生的 磁場(chǎng)進(jìn)行區(qū)分，也因此導(dǎo)致無法通過測(cè)量船模的腐蝕相關(guān)磁場(chǎng)從而直接對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行驗(yàn) 證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種船舶水下腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)預(yù)測(cè)模型的驗(yàn) 模方法，可對(duì)船舶水下腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)基于水平電流線的預(yù)測(cè)模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。
[0005] -種船舶水下腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)?zāi)７椒?，包括W下步驟：
[0006] 第一步，在實(shí)驗(yàn)室中模擬海水及海洋環(huán)境，按一定縮尺比構(gòu)建船模及其ICCP系 統(tǒng)，并在船模下方一定深度處的平面上設(shè)置電場(chǎng)傳感器測(cè)量陣列，在水下設(shè)置零電位參考 占. ;、、、?
[0007] 第二步，沿電場(chǎng)傳感器測(cè)量陣列的垂線方向水平移動(dòng)船模，同步測(cè)量陣列中每一 個(gè)電場(chǎng)傳感器與零電位參考點(diǎn)的電勢(shì)差，從而獲得電場(chǎng)傳感器測(cè)量陣列所在平面的標(biāo)量電 位分布；
[0008] 第H步，根據(jù)第二步中電場(chǎng)傳感器測(cè)量陣列所在平面的標(biāo)量電位分布，擬合出船 模水下腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)的水平電流線預(yù)測(cè)模型的正負(fù)極坐標(biāo)及電流大??；
[0009] 第四步，取消船模及其ICCP系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室相同的海水及海洋環(huán)境中，在海水中 設(shè)置用于替代船模及其ICCP系統(tǒng)的水平電流線并向水平電流線通直流電，所述水平電流 線的正負(fù)極坐標(biāo)和電流大小與第H步中計(jì)算出的水平電流線預(yù)測(cè)模型相同；
[0010] 第五步，繼續(xù)使用第一步中的電場(chǎng)傳感器測(cè)量陣列及零電位參考點(diǎn)，沿電場(chǎng)傳感 器測(cè)量陣列的垂線方向水平移動(dòng)水平電流線，測(cè)量陣列中每一個(gè)電場(chǎng)傳感器與零電位參考 點(diǎn)的電勢(shì)差，獲得水平電流線下方與第一步中位置相同的平面上的標(biāo)量電位分布；
[0011] 第六步，利用磁場(chǎng)傳感器同步測(cè)量水平電流線周圍任一直線上的磁場(chǎng)分布，所測(cè) 的結(jié)果即為船模腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)分布測(cè)量值；
[0012] 第走步：將第五步中所測(cè)得的電流線的標(biāo)量電位分布與第二步中所測(cè)得的船模的 標(biāo)量電位分布進(jìn)行比較，證明采用水平電流線對(duì)帶有ICCP系統(tǒng)的船模進(jìn)行場(chǎng)源等效的可 行性；
[0013] 第八步，由第H步得到的水平電流線預(yù)測(cè)模型的正負(fù)極坐標(biāo)、電流大小及磁場(chǎng)傳 感器位置坐標(biāo)計(jì)算出磁場(chǎng)傳感器所在直線的磁場(chǎng)分布，將其作為船模腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)分 布預(yù)測(cè)值；將船模腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)分布測(cè)量值與船模腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)分布預(yù)測(cè)值進(jìn)行 比較，證明預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)過程的正確性。
[0014] 上述技術(shù)方案中，所述第H步中的水平電流線預(yù)測(cè)模型是指根據(jù)船舶結(jié)構(gòu)及防腐 措施將場(chǎng)源等效為一根水平電流線，并將水平電流線視為首尾相接的水平直流電偶極子； 所述水平電流線周圍空間的電場(chǎng)、磁場(chǎng)分別等于所有電偶極子產(chǎn)生的電場(chǎng)、磁場(chǎng)的疊加；所 述水平電流線的電流從其正極流出，流經(jīng)海水并從其負(fù)極匯入；所述水平電流線正、負(fù)極坐 標(biāo)位置及電流大小是根據(jù)第二步中所測(cè)的標(biāo)量電位分布進(jìn)行場(chǎng)源參數(shù)反演獲得。
[0015] 上述技術(shù)方案中，所述實(shí)驗(yàn)室中模擬海水及海洋環(huán)境為H層海洋環(huán)境，分別為空 氣、海水、海床，所述位于海水中、方向沿正X方向的水平直流電偶極子（x0，y0，z0)所產(chǎn)生 的水中標(biāo)量電位和矢量磁場(chǎng)表達(dá)式分別為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種船舶水下腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)?zāi)７椒?，其特征在于包括以下步驟： 第一步，在實(shí)驗(yàn)室中模擬海水及海洋環(huán)境，按一定縮尺比構(gòu)建船模及其ICCP系統(tǒng)，并 在船模下方一定深度處的平面上設(shè)置電場(chǎng)傳感器測(cè)量陣列，在水下設(shè)置零電位參考點(diǎn)； 第二步，沿電場(chǎng)傳感器測(cè)量陣列的垂線方向水平移動(dòng)船模，同步測(cè)量陣列中每一個(gè)電 場(chǎng)傳感器與零電位參考點(diǎn)的電勢(shì)差，從而獲得電場(chǎng)傳感器測(cè)量陣列所在平面的標(biāo)量電位分 布； 第三步，根據(jù)第二步中電場(chǎng)傳感器測(cè)量陣列所在平面的標(biāo)量電位分布，擬合出船模水 下腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)的水平電流線預(yù)測(cè)模型的正負(fù)極坐標(biāo)及電流大??； 第四步，取消船模及其ICCP系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室相同的海水及海洋環(huán)境中，在海水中設(shè)置 用于替代船模及其ICCP系統(tǒng)的水平電流線并向水平電流線通直流電，所述水平電流線的 正負(fù)極坐標(biāo)和電流大小與第三步中計(jì)算出的水平電流線預(yù)測(cè)模型相同； 第五步，繼續(xù)使用第一步中的電場(chǎng)傳感器測(cè)量陣列及零電位參考點(diǎn)，沿電場(chǎng)傳感器測(cè) 量陣列的垂線方向水平移動(dòng)水平電流線，測(cè)量陣列中每一個(gè)電場(chǎng)傳感器與零電位參考點(diǎn)的 電勢(shì)差，獲得水平電流線下方與第一步中位置相同的平面上的標(biāo)量電位分布； 第六步，利用磁場(chǎng)傳感器同步測(cè)量水平電流線周圍任一直線上的磁場(chǎng)分布，所測(cè)的結(jié) 果即為船模腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)分布測(cè)量值； 第七步：將第五步中所測(cè)得的電流線的標(biāo)量電位分布與第二步中所測(cè)得的船模的標(biāo)量 電位分布進(jìn)行比較，證明采用水平電流線對(duì)帶有ICCP系統(tǒng)的船模進(jìn)行場(chǎng)源等效的可行性； 第八步，由第三步得到的水平電流線預(yù)測(cè)模型的正負(fù)極坐標(biāo)、電流大小及磁場(chǎng)傳感器 位置坐標(biāo)計(jì)算出磁場(chǎng)傳感器所在直線的磁場(chǎng)分布，將其作為船模腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)分布預(yù) 測(cè)值；將船模腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)分布測(cè)量值與船模腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)分布預(yù)測(cè)值進(jìn)行比 較，證明預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)過程的正確性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶水下腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)?zāi)７椒?，其特征?于所述第三步中的水平電流線預(yù)測(cè)模型是指根據(jù)船舶結(jié)構(gòu)及防腐措施將場(chǎng)源等效為一根 水平電流線，并將水平電流線視為首尾相接的水平直流電偶極子；所述水平電流線周圍空 間的電場(chǎng)、磁場(chǎng)分別等于所有電偶極子產(chǎn)生的電場(chǎng)、磁場(chǎng)的疊加；所述水平電流線的電流從 其正極流出，流經(jīng)海水并從其負(fù)極匯入；所述水平電流線正、負(fù)極坐標(biāo)位置及電流大小是根 據(jù)第二步中所測(cè)的標(biāo)量電位分布進(jìn)行場(chǎng)源參數(shù)反演獲得。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的船舶水下腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)?zāi)７椒?，其特征?于所述實(shí)驗(yàn)室中模擬海水及海洋環(huán)境為三層海洋環(huán)境，分別為空氣、海水、海床，所述位于 海水中、方向沿正x方向的水平直流電偶極子Idx(X(l，y(l，Z(l)所產(chǎn)生的水中標(biāo)量電位和矢量 磁場(chǎng)表達(dá)式分別為：
其中：P= [(x-xjMy-y。)2]"2 R〇=[P2+(z-z0)2]1/2 rlk=[p2+(z-2kD+z〇)2]1/2 r2k=[p2+(z-2kD-z〇)2]1/2 rlm=[p2+(z+2mD-z〇)2]1/2 r2m= 2+(z+2mD+z〇)2]1/2
〇u〇 2分別為海水和海床的電導(dǎo)率；D為海水深度；場(chǎng)點(diǎn)坐標(biāo)為（x，y，z);k= 1，2,…； m= 1，2,...。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶水下腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)?zāi)７椒?，其特征?于所述水平電流線為直流電源（5)、導(dǎo)線（4)、設(shè)置于海水中的兩個(gè)鉬片電極（1)和海水形 成的回路；所述第四步向水下水平電流線通直流電是通過上述回路實(shí)現(xiàn)的，直流電源（5) 的電流從正極流出經(jīng)導(dǎo)線（4)傳遞至鉬片電極（1)，電流經(jīng)海水匯入另一個(gè)鉬片電極（1)并 經(jīng)導(dǎo)線（4)流回直流電源（5)負(fù)極；所述兩個(gè)鉬片電極（1)背面相對(duì)平行放置于海水中， 兩個(gè)鉬片電極（1)的背面涂覆有絕緣漆（11)且設(shè)置有焊盤（3)，兩個(gè)鉬片電極（1)的焊盤 (3)通過導(dǎo)線（4)分別與直流電源（5)的正負(fù)極連接，所述導(dǎo)線（4)設(shè)置有絕緣護(hù)套。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的船舶水下腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)?zāi)７椒ǎ涮卣髟?于連接直流電源（5)負(fù)極和鉬片電極（1)的導(dǎo)線分為兩部分，其中一部分導(dǎo)線（4)與連接 直流電源（5)正極和鉬片電極（1)的導(dǎo)線配合形成雙絞線，另一部分導(dǎo)線水平設(shè)置于兩個(gè) 鉬片電極⑴之間。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種船舶水下腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)?zāi)７椒?，首先在?shí)驗(yàn)室中模擬海水及海洋環(huán)境，按一定縮尺比構(gòu)建船模及其外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，測(cè)量船模下方的標(biāo)量電位分布，藉此建立船模水下腐蝕相關(guān)靜態(tài)磁場(chǎng)的水平電流線預(yù)測(cè)模型。然后在同樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，加載水平電流線，替代船模，重復(fù)測(cè)量其下方相同位置處的標(biāo)量電位，并同步測(cè)量水中磁場(chǎng)分布。將所測(cè)電流線的標(biāo)量電位與船模的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，證明場(chǎng)源等效的可行性；將所測(cè)磁場(chǎng)與預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，證明預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)過程的正確性。本發(fā)明通過比對(duì)電場(chǎng)分布說明場(chǎng)源等效的可行性，通過比對(duì)磁場(chǎng)分布證明預(yù)測(cè)過程的正確性，解決船舶水下腐蝕相關(guān)磁場(chǎng)預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)?zāi)栴}。
【IPC分類】G01N17-02, G01R29-14
【公開號(hào)】CN104569627
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410834577
【發(fā)明人】陳聰, 楊海彬, 譚浩, 蔣治國(guó)
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月29日