一種基于電化學(xué)噪聲腐蝕信號(hào)的噪聲采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料腐蝕檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于電化學(xué)噪聲腐蝕信號(hào)的噪聲采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在經(jīng)濟(jì)與社會(huì)迅速發(fā)展的今天，人們越來越依賴能源的消耗與開發(fā)。而全球目前的能源消耗中石油、天然氣、煤炭等化石燃料占據(jù)了極大的比重?；茉床粌H能量利用率極低，而且燃料的不完全燃燒會(huì)釋放大量的有毒有害的氣體，從而污染環(huán)境，并且其釋放的溫室氣體加劇了溫室效應(yīng)的產(chǎn)生，結(jié)果將危害人類的可持續(xù)發(fā)展。核能是一種強(qiáng)勁清潔的能源，其能源轉(zhuǎn)換效率極高，且能源轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的污染極小，是人類可持續(xù)發(fā)展的極佳解決途徑之一。故世界上許多國家都在大力發(fā)展核能發(fā)電，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)截止到2012年10月，全球共有434臺(tái)在運(yùn)行的核電機(jī)組，總裝機(jī)容量372760兆瓦，占世界總發(fā)電量的16%左右。自十一五以來，中國一直在加大力度發(fā)展核電等清潔能源，以調(diào)整能源構(gòu)成比例。我國核電只處于起步階段，其使用量發(fā)電量均遠(yuǎn)低于歐洲一些發(fā)達(dá)國家，可以預(yù)見在接下來的十二五期間，中國核電產(chǎn)業(yè)將得到極大的發(fā)展。
[0003]核電產(chǎn)業(yè)的安全是發(fā)展核電的重中之重，但凡是核電的安全事故都將是重大事故，并對(duì)全球人類帶來災(zāi)難性的后果。2011年3月11日，日本福島第一核電站I號(hào)機(jī)組發(fā)生爆炸，數(shù)以萬記的居民緊急撤離，對(duì)生命和經(jīng)濟(jì)的直接損失無法估量，更由于其位于沿海地區(qū)，預(yù)計(jì)將有11500噸放射性污水流入大海，其造成的核污染將危及整個(gè)太平洋及沿岸國家乃至全球環(huán)境。研宄表明，核電事故的原因大部分是因?yàn)楹穗姴牧系氖?，尤其是在核電這種特殊環(huán)境下。目前關(guān)于核電材料在核電環(huán)境中的研宄非常少，其是當(dāng)前的一個(gè)技術(shù)盲點(diǎn)，在高溫高壓水環(huán)境下的腐蝕與常溫常壓下表現(xiàn)出非常不同的特性，且腐蝕檢測并沒有成套的檢測方案，故研宄核材料在核環(huán)境下的腐蝕特性及在線檢測方案具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于電化學(xué)噪聲腐蝕信號(hào)的噪聲采集系統(tǒng)。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的基于電化學(xué)噪聲腐蝕信號(hào)的噪聲采集系統(tǒng)包括:傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊、cR1采集模塊和上位機(jī)；其中:傳感器為電化學(xué)噪聲傳感器，其通過信號(hào)調(diào)理模塊與cR1采集模塊相連接；cR10采集模塊為本系統(tǒng)的采集控制器，其通過以太網(wǎng)接口與上位機(jī)連接；上位機(jī)為運(yùn)行電化學(xué)噪聲系統(tǒng)軟件的計(jì)算機(jī)，信號(hào)調(diào)理模塊為米集?目號(hào)調(diào)理電路。
[0006]所述的傳感器為電化學(xué)三電極體系，三電極分別為兩個(gè)工作電極與一個(gè)參比電極，其通過零阻電流計(jì)同時(shí)測量兩工作電極之間的電化學(xué)電流噪聲與工作電極和參比電極之間的電化學(xué)電壓噪聲。
[0007]所述的電化學(xué)三電極體系包括:第一工作電極、第二工作電極、參比電極、第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器和電阻；其中:第二運(yùn)算放大器的同相輸入端與第二工作電極相連接、反相輸入端與第一工作電極相連接，第一運(yùn)算放大器同相輸入端與參比電極R相連接，第一運(yùn)算放大器輸入端與其輸出端相連接；電阻分別與第二運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端連接；第二運(yùn)算放大器的同相輸入端為參考地電位，第一運(yùn)算放大器輸出端輸出第一電壓信號(hào)，第二運(yùn)算放大器A2輸出端輸出第二電壓信號(hào)。
[0008]在電化學(xué)三電極體系中，參比電極為飽和甘汞電極、銀/氯化銀電極，而工作電極為304不銹鋼電極。
[0009]所述的信號(hào)調(diào)理模塊分為兩大部分:控制部分與信號(hào)調(diào)理部分；控制部分為以c8051為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)，其接收串口 RS232從cR1采集模塊中傳輸回來的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器檔位的切換；運(yùn)放選型上選擇了偏置電流為fA級(jí)別的AD549 ;整個(gè)模塊放置在一個(gè)鋁制箱中，從而隔絕了外界的一切電磁干擾。
[0010]所述的cR1采集模塊為采用cR1模塊化儀器的采集控制裝置，其包含AD轉(zhuǎn)換器；信號(hào)調(diào)理模塊處理完的模擬信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，為系統(tǒng)所記錄。
[0011]所述的cR1采集模塊包括三個(gè)部分:主機(jī)、底板和1模塊；主機(jī)上具有一個(gè)飛思卡爾CPU，內(nèi)存和非易失存儲(chǔ)器；底板上有I個(gè)M門級(jí)的FPGA ；10模塊選擇了兩塊24位四通道多功能ADC模塊NI 9219 ;R10內(nèi)有VxWorks操作系統(tǒng)，其還集成了一個(gè)RS232端口，一個(gè)以太網(wǎng)端口，一個(gè)Jtag端口，一個(gè)USB端口。
[0012]所述的304不銹鋼電極采用核電材料304不銹鋼。
[0013]本發(fā)明提供的基于電化學(xué)噪聲腐蝕信號(hào)的噪聲采集系統(tǒng)為一種多通道電化學(xué)噪聲測試儀器，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電化學(xué)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和顯示，并通過上位機(jī)中的電化學(xué)噪聲數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取特征參數(shù)，表征腐蝕的性狀。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明提供的基于電化學(xué)噪聲腐蝕信號(hào)的噪聲采集系統(tǒng)的組成框圖。
[0015]圖2為本發(fā)明提供的基于電化學(xué)噪聲腐蝕信號(hào)的噪聲采集系統(tǒng)的三電極體系、ZRA模式原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的基于電化學(xué)噪聲腐蝕信號(hào)的噪聲采集系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明提供的基于電化學(xué)噪聲腐蝕信號(hào)的噪聲采集系統(tǒng)包括:傳感器1、信號(hào)調(diào)理模塊2、CR1采集模塊3和上位機(jī)4 ;其中:傳感器I為電化學(xué)噪聲傳感器，其通過信號(hào)調(diào)理模塊2與cR1采集模塊3相連接；cR10采集模塊3為本系統(tǒng)的采集控制器，其通過以太網(wǎng)接口與上位機(jī)4連接；上位機(jī)4為運(yùn)行電化學(xué)噪聲系統(tǒng)軟件的計(jì)算機(jī)，信號(hào)調(diào)理模塊3為采集信號(hào)調(diào)理電路。
[0018]所述的傳感器I為電化學(xué)噪聲傳感器，其能將腐蝕信號(hào)通過電極轉(zhuǎn)換成電流和電位信號(hào)；信號(hào)調(diào)理模塊2將電流信號(hào)與電位信號(hào)進(jìn)行一些前置的濾波放大等處理，以便后續(xù)的采集；cR10采集模塊3將處理完的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過TCP/IP協(xié)議與上位機(jī)4通訊、通過RS232控制信號(hào)調(diào)理模塊2 ;上位機(jī)4控制cR1采集模塊3，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算。
[0019]所述的傳感器I為電化學(xué)三電極體系，三電極分別為兩個(gè)工作電極與一個(gè)參比電極，其通過零阻電流計(jì)(ZRA)可以同時(shí)測量兩工作電極之間的電化學(xué)電流噪聲與工作電極和參比電極之間的電化學(xué)電壓噪聲。
[0020]如圖2所示，所述的電化學(xué)三電極體系包括:第一工作電極WE1、第二工作電極WE2、參比電極R、第一運(yùn)算放大器Al、第二運(yùn)算放大器A2和電阻Rl ;其中:第二運(yùn)算放大器A2的同相輸入端與第二工作電極WE2相連接、反相輸入端與第一工作電極WEl相連接，第一運(yùn)算放大器Al同相輸入端與參比電極R相連接，第一運(yùn)算放大器Al輸入端與其輸出端相連接；電阻Rl分別與第二運(yùn)算放大器A2的反相輸入端和輸出端連接；第二運(yùn)算放大器A2的同相輸入端為參考地電位，第一運(yùn)算放大器Al輸出端輸出第一電壓信號(hào)Vl，第二運(yùn)算放大器A2輸出端輸出第二電壓信號(hào)V2。
[0021]在此電化學(xué)三電極體系中，參比電極R —般為飽和甘汞電極(SCE)、銀/氯化銀電極，而工作電極為304不銹鋼電極，第一、二工作電極WEl，WE2之間通過運(yùn)算放大器連接，由于運(yùn)算放大器的虛短性質(zhì)，兩工作電極上電位相等，從形式上相當(dāng)于兩個(gè)工作電極之間零阻連接；因?yàn)殡娏餍盘?hào)測量較為不便，故工作電極之間的電流則通過電阻Rl，經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換變成第二電壓信號(hào)V2。其中電阻Rl為軍工高精度精密電阻，其精度極高且溫漂極低，極大地保證了電流的精準(zhǔn)性與極低的漂移。電壓信號(hào)則通過電壓跟隨器得到第一電壓信號(hào)Vl ;綜上，傳感器部分的作用是將腐蝕中的電子得失通過ZRA模式轉(zhuǎn)換成可以測量的電流噪聲與電壓噪聲信號(hào)。
[0022]所述的信號(hào)調(diào)理模塊2用于對(duì)傳感器I得到的信