一种接地极微生物腐蚀风险在线预警方法及系统与流程

本发明属于接地极腐蚀监测，尤其涉及一种接地极微生物腐蚀风险在线预警方法及系统。

背景技术：

1、接地极是电力系统、通信系统和防雷保护中的重要组成部分，长期埋设在土壤中。接地极的腐蚀问题直接影响系统的安全运行和使用寿命。在各类腐蚀类型中，微生物腐蚀是接地极腐蚀的主要形式之一，硫酸盐还原菌是其中最主要的致腐菌种。

2、现有接地极微生物腐蚀检测技术主要存在以下缺陷：

3、一是依赖微生物培养或dna检测的离线分析方法。通过采集接地极周围土壤样本进行微生物培养或pcr检测，操作周期长、时效性差，无法实现在线预警。

4、二是基于电化学阻抗谱或开路电位测量的在线检测方法。现有方法通过测量接地极的电化学阻抗、腐蚀电位或极化电阻来判断腐蚀状态，但上述电化学参数受土壤温度、湿度、盐分等环境因素干扰显著，且对早期微生物腐蚀的灵敏度不足，难以在腐蚀发生初期实现有效预警。

5、三是缺乏对腐蚀产物的直接感知。现有方法通过测量间接电化学信号推断腐蚀状态，而非直接检测腐蚀产物的存在。微生物腐蚀的特征产物（如硫化亚铁）具有特定的物理化学性质，现有技术未利用这些性质进行检测。

6、因此，需要一种能够利用微生物腐蚀产物的特征物理性质、不受土壤环境因素干扰、实现在线预警的方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种接地极微生物腐蚀风险在线预警方法及系统，用于解决上述至少一个技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种接地极微生物腐蚀风险在线预警方法，包括：

3、在接地极所在区域依次施加多个不同波长的单色光照信号，各单色光照信号的波长在预设波长范围内按波长顺序排列，每一单色光照信号的施加持续预设时长；

4、在每一单色光照信号施加期间，同步采集所述接地极在对应波长光照下的开路电位信号，得到各波长对应的开路电位时间序列；

5、提取各波长对应的开路电位时间序列中的稳态开路电位值，得到各波长对应的稳态开路电位，将全部波长对应的稳态开路电位按波长顺序排列，得到所述接地极的光响应电位谱；

6、对所述光响应电位谱执行波形形态分析，检测所述光响应电位谱中相邻波长之间稳态开路电位值的差值符号发生变化的波长位置，得到符号反转波长集合；

7、根据所述符号反转波长集合中各符号反转波长对应的稳态开路电位值计算接地极表面的半导体层特征电位值，以所述符号反转波长集合中符号反转波长的总数量作为所述接地极表面的半导体层能级复杂度指数；

8、以所述半导体层特征电位值和所述半导体层能级复杂度指数构建所述接地极表面的腐蚀进程状态描述向量；

9、根据所述腐蚀进程状态描述向量输出所述接地极的微生物腐蚀风险等级。

10、第二方面，本发明提供一种接地极微生物腐蚀风险在线预警系统，包括：

11、施加模块，配置为在接地极所在区域依次施加多个不同波长的单色光照信号，各单色光照信号的波长在预设波长范围内按波长顺序排列，每一单色光照信号的施加持续预设时长；

12、采集模块，配置为在每一单色光照信号施加期间，同步采集所述接地极在对应波长光照下的开路电位信号，得到各波长对应的开路电位时间序列；

13、提取模块，配置为提取各波长对应的开路电位时间序列中的稳态开路电位值，得到各波长对应的稳态开路电位，将全部波长对应的稳态开路电位按波长顺序排列，得到所述接地极的光响应电位谱；

14、检测模块，配置为对所述光响应电位谱执行波形形态分析，检测所述光响应电位谱中相邻波长之间稳态开路电位值的差值符号发生变化的波长位置，得到符号反转波长集合；

15、计算模块，配置为根据所述符号反转波长集合中各符号反转波长对应的稳态开路电位值计算接地极表面的半导体层特征电位值，以所述符号反转波长集合中符号反转波长的总数量作为所述接地极表面的半导体层能级复杂度指数；

16、构建模块，配置为以所述半导体层特征电位值和所述半导体层能级复杂度指数构建所述接地极表面的腐蚀进程状态描述向量；

17、输出模块，配置为根据所述腐蚀进程状态描述向量输出所述接地极的微生物腐蚀风险等级。

18、第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的接地极微生物腐蚀风险在线预警方法的步骤。

19、第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的接地极微生物腐蚀风险在线预警方法的步骤。

20、本申请的接地极微生物腐蚀风险在线预警方法及系统，具有以下有益效果：

21、利用微生物腐蚀的特征产物硫化亚铁（fes）具有半导体光响应特性这一物理事实，通过检测接地极在光照条件下的开路电位响应来判断fes是否存在。健康金属表面不存在半导体层，光照变化不产生电位响应；微生物腐蚀后fes层形成，光照变化产生可检测的电位响应。该检测原理直接感知腐蚀产物的存在，而非通过间接电化学信号推断腐蚀状态，具有更高的准确性和特异性。

22、在全波长范围内对每个波长逐一测量稳态开路电位，构建完整的光响应电位谱。该光谱的形态由fes层的能带结构和缺陷态分布决定，比单一差值包含更丰富的材料信息。符号反转波长对应于fes的能带隙宽度，符号反转波长的数量反映了fes层中不同能级缺陷态的种类数量。

23、从符号反转波长集合中提取半导体层特征电位值、能级分布均匀度指数和能级复杂度指数三个维度，分别表征fes层的平均能级位置、能级分布的均匀程度和能级种类的多样性，与fes层的结晶度、缺陷密度和相组成直接相关，实现了对腐蚀产物层半导体特性的全面量化。

24、将多个时刻的腐蚀产物层状态特征向量映射至二维状态平面，通过追踪状态点在平面中的移动轨迹来分析腐蚀进程的动态演化规律。腐蚀发展主导方向角表征腐蚀进程的发展方向，腐蚀进程稳定度指数表征腐蚀进程的稳定性，两者共同反映腐蚀的演化趋势。

25、根据风险状态点落入的风险区域输出对应的风险等级标识，同时通过风险演化轨迹穿越区域边界的次数判断腐蚀是否加速，实现了“当前风险等级评估”和“风险发展趋势预测”的双阶段预警，为运维人员提供了从预警到处置的完整决策信息。

1.一种接地极微生物腐蚀风险在线预警方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种接地极微生物腐蚀风险在线预警方法，其特征在于，所述在每一单色光照信号施加期间，同步采集所述接地极在对应波长光照下的开路电位信号，得到各波长对应的开路电位时间序列包括：

3.根据权利要求1所述的一种接地极微生物腐蚀风险在线预警方法，其特征在于，所述提取各波长对应的开路电位时间序列中的稳态开路电位值，得到各波长对应的稳态开路电位，将全部波长对应的稳态开路电位按波长顺序排列，得到所述接地极的光响应电位谱包括：

4.根据权利要求1所述的一种接地极微生物腐蚀风险在线预警方法，其特征在于，所述对所述光响应电位谱执行波形形态分析，检测所述光响应电位谱中相邻波长之间稳态开路电位值的差值符号发生变化的波长位置，得到符号反转波长集合包括：

5.根据权利要求1所述的一种接地极微生物腐蚀风险在线预警方法，其特征在于，在以所述半导体层特征电位值和所述半导体层能级复杂度指数构建所述接地极表面的腐蚀进程状态描述向量之前，所述方法还包括：

6.根据权利要求5所述的一种接地极微生物腐蚀风险在线预警方法，其特征在于，所述以所述半导体层特征电位值和所述半导体层能级复杂度指数构建所述接地极表面的腐蚀进程状态描述向量包括：

7.根据权利要求1所述的一种接地极微生物腐蚀风险在线预警方法，其特征在于，所述根据所述腐蚀进程状态描述向量输出所述接地极的微生物腐蚀风险等级包括：

8.一种接地极微生物腐蚀风险在线预警系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述的方法。