海洋水下腐蚀环境监测系统的制作方法

1.本技术涉及海洋技术的领域，尤其是涉及一种海洋水下腐蚀环境监测系统。


背景技术：

2.随着海上钢铁材料的应用越来越广泛，海水对钢铁材料的腐蚀成为不可避免的问题。为了分析探讨海洋复杂的腐蚀问题，应对材料遭受严重腐蚀破坏等问题，建立腐蚀研究体系是必不可少的。
3.腐蚀体系建立的第一步是进行腐蚀环境调查，目前洋石油平台的导管架水下部分的腐蚀监测主要是通过预置监测系统来实现。通过在导管架水下部分安装电位电流探头来监测不同深度的电位、电流值，确定导管架是否被保护。
4.但由于常规的腐蚀监测技术在信号传输、信息提取等方面存在难点，使得检测信息具有时间上的不连续性，存在信息传递不及时的缺陷。


技术实现要素：

5.为了对海洋水下腐蚀环境进行实时监测，本技术提供一种海洋水下腐蚀环境监测系统。
6.本技术提供的一种海洋水下腐蚀环境监测系统，采用如下的技术方案：
7.一种海洋水下腐蚀环境监测系统，包括水环境传感器、数据采集模块、无线水声通信装置以及信息控制中心；
8.所述水环境传感器用于检测海水参数，所述海水参数包括海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度中的一种或多种；
9.所述数据采集模块用于采集由所述水环境传感器检测到的所述海水参数；
10.所述无线水声通信装置用于将由所述数据采集模块采集到的所述海水参数传输至所述信息控制中心；
11.所述信息控制中心用于接收并显示所述海水参数，以及在所述海水参数超出预设阈值时发出报警。
12.通过采用上述技术方案，水环境传感器对海洋水下腐蚀环境的海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度的实时检测，数据采集模块将采集到的海水参数收集并通过无线水声通信装置实时发送至信息控制中心，使得信息控制中心能够对海洋的水下腐蚀环境进行实施监测，信息控制中心实时显示水环境信息，方便技术人员对海洋水下腐蚀环境的影响因素进行记录和分析，信息控制中心在海水参数中的一个或多个超出阈值时发出报警，能够及时提示工作人员对水下钢铁设施进行维修。
13.可选的，所述无线水声通信装置包括：
14.第一声学通信探头，与所述数据采集模块连接，用于将所述海水参数转换为声波信号；
15.第二声学通信探头，与所述信息控制中心连接，用于接收并解析所述声波信号得
到所述海水参数，并将所述海水参数传输至所述信息控制中心。
16.通过采用上述技术方案，第一声学通信探头和第二声学通信探头之间通过声波传递信号，是目前在水中远距离传递信号的众多方式中最佳的一种，声波信号可以在水中远距离传播，具有抗多径效应、抗时变效应以及减缓信号衰弱等优点。
17.可选的，所述水环境传感器至少包括溶氧传感器、腐蚀电位传感器、电导率传感器、海水ph传感器、海水流速传感器、温度传感器以及盐度传感器。
18.通过采用上述技术方案，溶氧传感器用于检测海水溶氧值，腐蚀电位传感器用于检测海水腐蚀电位，电导率传感器用于检测海水电导率，海水ph传感器用于检测海水ph值、海水流速传感器用于检测海水流速、温度传感器用于检测海水温度，盐度传感器用于检测海水盐度。
19.可选的，还包括压力舱和固定支架，所述压力舱设置在所述固定支架上，所述溶氧传感器、所述腐蚀电位传感器、所述电导率传感器、海水ph传感器、海水流速传感器、所述温度传感器以及所述盐度传感器均可拆卸连接于所述固定支架上。
20.通过采用上述技术方案，压力舱与固定之间连接，压力舱充水能够在海水中下沉，能够带动固定支架以及设置在固定支架上的溶氧传感器、腐蚀电位传感器、电导率传感器、海水ph传感器、海水流速传感器、温度传感器和盐度传感器在海水中下沉，使水环境传感器能够测得海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水盐度和海水温度。
21.可选的，所述压力舱由316l材料或钛金属材料制成，所述固定支架由316l材料或钛金属材料制成。
22.通过采用上述技术方案，316l材料和钛金属材料在海水中均具有耐腐蚀性。
23.可选的，还包括供电模块，所述供电模块与所述数据采集模块连接，用于为所述数据采集模块供电。
24.通过采用上述技术方案，数据采集模块得电后能够正常工作。
25.本技术提供的一种海洋水下腐蚀环境监测系统和方法，水环境传感器对海洋水下腐蚀环境的海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度的实时检测，数据采集模块将采集到的海水参数收集并通过无线水声通信装置实时发送至信息控制中心，使得信息控制中心能够对海洋的水下腐蚀环境进行实施监测，信息控制中心实时显示水环境信息，方便技术人员对海洋水下腐蚀环境的影响因素进行记录和分析，信息控制中心在海水参数中的一个或多个超出阈值时发出报警，能够及时提示工作人员对水下钢铁设施进行维修。
附图说明
26.图1是本技术实施例海洋水下腐蚀环境监测系统的方框图。
27.图2是本技术实施例海洋水下腐蚀环境监测方法的流程图。
28.附图标记说明：1、水环境传感器；11、溶氧传感器；12、腐蚀电位传感器；13、电导率传感器；14、ph传感器；15、流速传感器；16、盐度传感器；17、温度传感器；2、数据采集模块；3、无线水声通信装置；31、第一声学通信探头；32、第二声学通信探头；4、信息控制中心。
具体实施方式
29.下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
30.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。
31.另外，对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
32.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
33.海上钢铁材料的应用越来越广泛，而腐蚀成为不可避免的问题。海洋环境腐蚀问题是海上工程设施建设、油气资源开发和环境保护的基础科学问题。开展海洋环境调查是海洋腐蚀研究必不可少的内容，对工程材料防腐设计具有重要的意义。为了分析探讨海洋复杂的腐蚀问题，应对材料遭受严重腐蚀破坏等问题，建立腐蚀研究体系是必不可少的。腐蚀体系建立第一步是进行腐蚀环境调查，研究海水的腐蚀因子特征，根据腐蚀因子特征绘制区域的腐蚀图谱，定性评价海洋区域的腐蚀性。根据海洋环境参数，结合腐蚀传感器，可以监测海洋工程材料的健康状况。海上石油平台钢结构的腐蚀是一个渐进的过程，同时又是危险逐渐加大的过程，常规检测由于具有在时间上的不连续性，会带来报警不及时的问题，即在两次检测之间石油平台出现的腐蚀问题以及所带来的问题不可能得到及时的发现。只有连续的腐蚀状态自动监测才能从根本上解决这个问题。
34.因此，需要一种海洋水下腐蚀环境监测系统。
35.参照图1，海洋水下腐蚀环境监测系统包括水环境传感器1、数据采集模块2、无线水声通信装置3以及信息控制中心4；水环境传感器1设置在海上钢铁设施所处的水环境中，用于检测影响水下腐蚀环境的海水参数，海水参数包括海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度中的一种或多种，在研究海水腐蚀环境时，需要对多种海水参数进行监测，因此，水环境传感器1至少包括用于检测海水溶氧值的溶氧传感器11、用于检测海水腐蚀电位的腐蚀电位传感器12、用于检测海水电导率的电导率传感器13、用于检测海水ph的ph传感器14、用于检测海水流速的流速传感器15、用于检测海水盐度的盐度传感器16以及用于检测海水温度的温度传感器17。
36.为了方便描述，上述传感器统称为水环境传感器1。
37.数据采集模块2连接于水环境传感器1，能够采集水环境传感器1检测到的海水参数，并通过无线水声通信装置3将海水参数输出至信息控制中心4，信息控制中心4接收并显示海水参数，并且能够海水参数超出阈值时发出报警。
38.通过对水环境的海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度的实时检测，数据采集模块2收集检测到的海水参数，并且将海水参数通过无线水声通信装置3实时发送至信息控制中心4，使得信息控制中心4能够对海洋的水下腐
蚀环境进行实施监测，方便技术人员对海洋水下腐蚀环境的影响因素进行记录和分析。信息控制中心4在海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度中的一个或多个超出阈值时发出报警，能够及时提示工作人员对水下钢铁设施进行维修。
39.以海洋石油平台为例，海洋石油平台导管架水下部分受海水腐蚀，存在被海水腐蚀损坏的情况，为了及时获取海洋石油平台导管架水下部分的腐蚀情况，并且在海洋石油平台出现问题时能够及时发现，海洋石油平台导管架水下部分所处的水环境中，设置有水环境传感器1和数据采集模块2，数据采集模块2收集水环境传感器1检测到的海水参数，并且通过无线水声通信装置3将海水参数传输至海洋石油平台的信息控制中心4，工作人员可以根据信息控制中心4所显示的海水参数，对影响石油平台导管架水下部分受海水腐蚀的影响因素进行分析，并且，信息控制中心4对水下腐蚀环境起到监测作用，当海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度中的一个或者多个超出报警阈值时，信息控制中心4发出报警，提示工作人员及时对石油平台导管架的水下部分进行检查维修。
40.在本技术实施例中，溶氧传感器11可以是荧光法溶解氧传感器，荧光法溶解氧传感器是基于物理学中特定物质对活性荧光的猝熄原理。来自一个发光二极管（led）发出的蓝光照射在荧光帽内表面的荧光物质上，内表面的荧光物质受到激发，发出红光，通过检测红光与蓝光之间的相位差，并与内部标定值比对，从而计算出氧分子的浓度，经过温度和气压自动补偿输出最终值。不消耗氧，无流速限制，无需电解液，免于维护和校准，不受硫化氢干扰，具有出色的稳定性。内置温度传感器，自动温度补偿。光学do传感器因其最低维护要求而成为长期监测计划的理想选择。它们可以保持几个月而不用校准，这是它与其他方法的最大区别，而且它的方便在于检测时不需要任何预热时间或搅拌。
41.在本技术实施例中，温度传感器17、电导率传感器13和盐度传感器16可以选用一体式温度、电导率、盐度传感器，电导率传感器16，采用新一代四电极技术，测量范围广，自动切换测量量程，内置温度传感器17，可实时温度补偿。具有优异的抗污染能力，即使恶劣的环境长期在线监测，也不会产生极化。电感型电导率传感器16采用电磁感应原理对电导率进行测量,液体的电导率在一定范围内与感应电压/激磁电压呈正比关系,激磁电压保持不变,电导率与感应电压成正比。电感型电导率传感器13检测器不直接与被测液体接触,因此,不存在电极极化与电极被污染的问题。
42.在一些实施例中，数据采集模块2、溶氧传感器11、腐蚀电位传感器12、ph传感器14、海水流速传感器15以及一体式温度、电导率、盐度传感器均可拆卸连接在固定支架上，在上述的任意一个传感器发生损坏时，技术人员能够对损坏的传感器进行更换，固定支架的结构可以根据被检测的环境设置，这里不做详细说明。固定支架上固定连接有压力舱，压力舱能够充水以增加压力舱自身受到的重力，从而使得压力舱和支架共同在海水中下沉，便于水环境传感器1对海水腐蚀环境的检测。压力舱和固定支架均可以由耐腐蚀的316l材料或钛金属材料制成。
43.在一些实施例中，数据采集模块2连接有供电模块，供电模块用于为数据采集模块2供电，供电模块可以是电池组，电池组配置有专用的耐压电池仓，配备有耐压电池仓的电池组能够应用在1
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100米水深，为水下数据采集模块2供电。本实施例中的电池的直径约
170mm；高度约520mm；标称容量530ah；标称电压16.4v；工作电压 12
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16.8v；最大连续工作电流 5a 最大脉冲电流 9a；工作温度
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55～ 85 ℃。电池组固定连接在固定支架上，具体的，电池组可以通过抱箍连接在固定支架上。
44.在本技术实施例中，无线水声通信装置3包括第一声学探头31和第二声学探头32，第一声学探头31可以是水声通讯modem，具体型号可以是atm
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924，第二声学探头32的具体型号可以是atm
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903。第一声学通信探头31固定在固定支架上，并且有线连接于数据采集模块2，具体的，数据采集模块2上具有rs485接口，第一声学探头31可以通过rs485接口连接于数据采集模块2。第一声学探头能够将数据采集模块2采集的海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度转换为声波信号，并发送声波信号；第二声学通信探头32有线连接于信息控制中心4，能够接收并解析声波信号，然后将解析得到的海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度输出至信息控制中心4。第一声学通信探头31和第二声学通信探头32之间通过声波传递信号，是目前在水中远距离传递信号的众多方式中最佳的一种，声波信号可以在水中远距离传播，具有抗多径效应、抗时变效应以及减缓信号衰弱等优点。
45.需要说明的是，水环境传感器1、电池组以及第一声学通信探头31均通过可插拔的水下接头与数据采集模块2连接，方便对水环境传感器1、电池组、第一声学通信探头31以及数据采集模块2的更换，水下用连接线均为高强度耐海水专用电缆。
46.信息控制中心4包括控制器、显示器和报警器，控制器的输入端连接于第二声学通信探头32，输出端连接于显示器和报警器。控制器用于接收第二声学通信探头32解析得到的海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度，控制器控制显示器实时显示海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度，方便工作人员实时读取海水腐蚀环境的信息。
47.并且，在海水腐蚀环境处于正常情况下，海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度均处于阈值范围内，当海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度中的一个或多个超出阈值时，则表明海水腐蚀环境异常，水下的钢铁设施被腐蚀损坏。因此，当海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度中的一个或多个超出阈值时，控制器控制报警器发出报警，提示工作人员及时对水下设备进行检查维修。
48.在一个具体的示例中，当海水电导率超出阈值时，报警器发出“海水电导率异常”的语音报警，同时显示器上海水电导率的显示数值标红；当海水电导率和海水溶氧值均超出阈值时，报警器发出“海水电导率异常、海水溶氧值异常的”语音报警，同时显示器上海水电导率和海水溶氧值的显示数值均标红。
49.在另一方面，本技术还提供一种海洋水下腐蚀环境监测方法。
50.参见图2，该方法包括以下步骤：
51.步骤210，向压力舱中加压，使得固定支架沉入海底；
52.步骤220，通过水环境传感器1检测海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度；
53.步骤230，通过无线水声通信装置3将海水参数传输至信息控制中心4；
54.步骤240，信息控制中心4显示海水参数，并在海水参数超出报警阈值时发出报警。
55.通过对水环境的海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度的实时检测，并且将检测到的海水ph、海水流速、通过无线水声通信装置3实时发送至信息控制中心4，使得信息控制中心4能够对海洋的水下腐蚀环境进行实施监测，方便技术人员对海洋水下腐蚀环境的影响因素进行记录和分析。信息控制中心4在海水溶氧值、海水腐蚀电位、海水电导率、海水ph、海水流速、海水盐度和海水温度中的一个或多个超出阈值时发出报警，能够及时提示工作人员对水下钢铁设施进行维修。
56.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。
57.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。