一种用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备的制作方法

本发明涉及海洋工程防腐监测，具体涉及一种用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备。

背景技术：

1、在海洋工程、船舶防护及水下设施防腐领域，阴极保护技术被广泛应用以减缓金属结构的电化学腐蚀。其中，牺牲阳极法和外加电流阴极保护法是两种主要手段，而后者通过外部电源向被保护结构施加阴极电流，依赖于阳极材料的稳定放电性能。然而，在水下环境中，阳极的电流输出往往受到多种因素限制，导致保护效果不达标或能源利用率低下。

2、当前阴极保护检测系统在实际应用中暴露出诸多问题，水底阳极的电流检测面临许多挑战。数据采集存在偏差，电流检测精度不足，严重影响检测结果的可靠性；海水导电性、盐度、流速及生物附着等因素会动态影响阳极的电流分布，传统检测手段难以实时捕捉局部电流密度的变化；潮汐、温度波动或阳极消耗导致的性能退化可能使预设电流参数失效，而现有系统缺乏智能调节能力；更关键的是，一旦探头损坏，缺乏有效的应急处理机制，导致检测工作被迫中断。同时，随着使用年限的增加，探头受水底浪流等环境因素侵蚀加剧，不仅使用寿命大幅缩短，检测数据的准确性和完整性也受到严重影响，数据利用率持续走低。综上，目前的阴极保护检测以及水底阳极的电流检测难以实现阳极运行状态的有效监测与评估，且缺乏快速便捷的无线检测解决方案。

3、cn107505223a公开了一种牺牲阳极深海性能原位测试装置及测试方法，包括：耐压密封舱，位于耐压密封舱内的牺牲阳极性能测试模块，集成在耐压密封舱外部、并与海水腐蚀液相接触的电极探头组件，及供电电源。耐压密封舱为筒体与端盖密封配合形成的防水密封结构。牺牲阳极性能测试模块由供电电源连接供电，并经水密电缆电连接至外部电极探头组件。本发明可实现牺牲阳极深海环境工作电位和工作电流原位、自持、长时间、连续测量，具有耐高压、工作时间长的特点，借助本发明，可以深入研究各类型牺牲阳极在深海环境服役性能，为我国深海工程装备阴极保护设计、高效深海阳极开发提供技术支撑。然而，该现有技术为固定式刚性结构，无法随深海强洋流自适应旋转，易受水流冲击导致位移、损坏，监测稳定性差；依赖水密电缆或事后回收读取数据，无法实现深海环境下实时无线远程传输，数据获取滞后；未集成环境参数（温度、盐度）实时补偿，海水导电性、生物附着等因素导致电流/电位采集偏差大，无法精准评估阳极消耗状态；仅实现数据采集存储，不具备异常判断、消耗速率计算、失效预警等智能功能，难以提前防控腐蚀风险；防护结构未针对深海高压、高盐、生物附着做一体化优化，探头易损坏、使用寿命短，长期在线监测可靠性低；多为整体式封装结构，无法快速套接安装，水下更换与维护难度大。

4、综上，目前的阴极保护检测以及水底阳极的电流检测难以实现阳极运行状态的有效监测与评估，且缺乏快速便捷的无线检测解决方案。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的不足，提供了一种用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备，实现深海牺牲阳极电流、电位、消耗速率、运行状态的实时在线监测、无线远程传输与智能预警，提升深海阴极保护系统可靠性与安全性。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，一种用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备，包括感应检测模块、旋转自适应模块、无线通信模块、智能控制模块、水下供电模块以及密封防护模块；所述感应检测模块、旋转自适应模块、无线通信模块、智能控制模块、水下供电模块均封装于密封防护模块内部；所述感应检测模块固定安装于旋转自适应模块的内环外壁；所述感应检测模块的信号输出端与旋转自适应模块的电信号输入端电性连接；所述旋转自适应模块的信号输出端与智能控制模块的信号输入端电性连接；所述智能控制模块的通信端与无线通信模块电性连接；所述水下供电模块的电源输出端分别与感应检测模块、旋转自适应模块、无线通信模块、智能控制模块电性连接，为各模块供电。

3、上述的用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备，所述感应检测模块包括电流环、参比电极、温度传感器、盐度传感器；所述电流环为可开合环形结构，采用高导磁合金材料制成，用于套接在牺牲阳极外部；所述参比电极固定安装于电流环内侧壁，其检测端朝向牺牲阳极表面；所述温度传感器、盐度传感器均固定于电流环外侧壁，探头暴露于海水环境中。

4、上述的用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备，所述旋转自适应模块为360°自由旋转导电滑环3，包括内环、外环、电刷定位板、导电弹片、卡扣组件；所述内环固定套装在电流环的外壁；所述外环套设于内环外部，与内环形成可360°相对转动的配合结构；所述电刷定位板固定安装于外环内侧，导电弹片设置于电刷定位板与内环之间；所述导电弹片一端与内环电性接触，另一端与外环电性连接，保证旋转过程中电路持续连通；导电滑环的电刷定位板附近开合处设置卡入式凹凸卡扣；所述内环表面包覆导电橡胶，卡扣组件设置于内环开口处，实现滑环开合与紧密闭合。

5、上述的用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备，所述无线通信模块为深水声学通信单元，固定安装于旋转自适应模块的外环顶部，声学发射端朝向水面方向。

6、上述的用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备，所述智能控制模块包括主控电路板、数据处理单元、存储单元、预警单元；所述主控电路板固定安装于电流环底座内部；所述数据处理单元、存储单元、预警单元均集成于主控电路板上。

7、上述的用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备，所述水下供电模块为ip68防水电池仓，固定安装于主控电路板一侧的电流环底座内部，电池仓仓口朝向设备外侧。

8、上述的用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备，所述密封防护模块采用环氧树脂与玻璃纤维复合材料整体灌封成型，完全包裹电流环、旋转自适应模块、智能控制模块、水下供电模块；密封防护模块表面喷涂防海洋生物附着涂层，仅传感器探头与声学通信端露出。

9、上述的用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备，所述电流环为快装式可开合结构，开口处通过卡扣锁紧，闭合后形成完整圆环。

10、上述的用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备，所述数据处理单元内置温度、盐度环境参数补偿算法，通过实时采集深海环境的温度、盐度数据，建立海水电阻率、参比电极电位与环境参数的动态关联模型，对电流、电位检测信号进行实时修正；其中，补偿算法基于深海海水电导率随温度、盐度变化的经验公式，结合牺牲阳极电化学极化特性，消除深海低温、高盐度及压力环境对电流、电位测量的干扰，实现对牺牲阳极输出电流与保护电位的高精度、原位监测。

11、上述的用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备，所述设备整体为套接式安装结构，直接套装在牺牲阳极上使用。

12、本发明一种用于深海牺牲阳极运行状态的智能在线监测设备的有益效果是，本设备集成多模块同步采集牺牲阳极多维度运行参数，结合内置算法自动计算阳极实时消耗速率，可全天候不间断获取阳极完整运行工况；无需潜水员、水下机器人周期性下潜取样检测，规避深海高压、暗流带来的人工作业安全风险，大幅降低海洋工程水下巡检成本，数据连续性、完整性远优于传统间断式回收检测方案。

13、智能控制模块内置阳极消耗速率评估模型与异常判定逻辑，能够提前预判牺牲阳极消耗殆尽、阴极保护失效风险，为海洋平台、海底管线、水下构筑物防腐运维预留充足检修窗口期，避免因阳极失效引发大面积金属腐蚀，从源头降低水下金属结构腐蚀安全隐患。

14、可开合套接式结构可适配不同外径尺寸的铝合金、锌合金、镁合金各类深海牺牲阳极；无接触检测方式不会改变阳极原有阴极保护放电性能、不干扰原有防腐系统工作；设备适配海上石油平台、海底输油管线、水下桩基、深海潜器基座等各类海洋工程水下金属结构阴极保护监测场景，具备极强工程落地与推广价值。