埋地管道阴极保护电位检测电路的制作方法

1.本实用新型涉及管道检测技术领域，尤其涉及一种埋地管道阴极保护电位检测电路。


背景技术：

2.埋地管道的防腐层由于受到破坏、腐蚀等原因不可避免的存在破损点，临近的土壤的含水量、含盐量和含氧量不同，导致管道表面各破损点与土壤地电位存在着差异，这种电位差给电流的流动提供了动力。电位为负的位置，电流从管道流入土壤，管道为阳极，易发生腐蚀；电位为正的位置，电流从土壤流入管道，管道为阴极，不会发生腐蚀或腐蚀减缓。
3.管道阴极保护是一种基于电化学腐蚀机理，用于减缓或抑制金属管道电化学腐蚀的保护方法。实际应用中，通过给管道补充电子，使被保护管道处于电子过剩的状态。由于管道金属表面发生阴极极化，管道的腐蚀得到减缓或抑制。
4.常规的阴极保护电位测量方法，使用数字万用表和饱和硫酸铜参比电极进行。将数字万用表的负表笔与饱和硫酸铜参比电极连接，饱和硫酸铜参比电极放置在测试桩附近管道上方的土壤中，正表笔与管道连接。数字万用表指示的是管体相对于饱和硫酸铜参比电极的电位差，正常情况下显示的是负值。测量过程产生的这个电位差一个决定性的因素是大地中的阴极保护电流i，电位差随着阴极保护电流i的增加而增大。但是阴极保护电流i受到管道所处环境中的杂散电流影响较大。
5.杂散电流分为直流杂散电流和交流杂散电流。直流杂散电流产生的原因包括直流电气化铁路、电车装置、直流电网、直流电话电缆网络、直流电解装置、电焊机及其他构筑物阴极保护系统等；交流杂散电流常由高压交流电力线路设施和交流电气化铁路设施等。
6.杂散电流常由于上述装置与大地之间的不完全绝缘性导致一部分电流进入大地中，并对临近的埋地管道产生杂散电流干扰，并在管道上产生干扰电流。采用常规的数字万用表和饱和硫酸铜参比电极测量阴极保护电位的方式不能滤除杂散电流干扰，杂散干扰电流的存在，势必影响到管道阴极保护电位测量的准确性。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种埋地管道阴极保护电位检测电路，不仅能够对埋地管道的阴极保护电位进行有效检测，同时还能滤除杂散电流的干扰，确保了阴极保护电位测量的准确性。
8.为了达到上述目的，本实用新型提供了一种埋地管道阴极保护电位检测电路，包括：
9.测量端信号检测电路，其输入端与埋地管道的管体连接，用于测量所述埋地管道的测量端电位；
10.参考端信号检测电路，包括参考电压施加电路及信号检测电路，所述参考电压施加电路与位于所述埋地管道的上方土壤中的参比电极连接以向所述参比电极施加一参考
电压，所述信号检测电路的输入端与所述参比电极连接以测量所述参比电极的参考端电位；
11.运算电路，用于对所述测量端电位及所述参考端电位进行减法运算，得到所述埋地管道的阴极保护电位；
12.其中，所述测量端信号检测电路、所述参考端信号检测电路及所述运算电路中均设置有低通滤波器，所述低通滤波器用于滤除杂散电流的干扰。
13.可选的，所述测量端信号检测电路包括第一电阻、第一电压跟随器及第一低通滤波器，所述第一低通滤波器的输入端作为所述测量端信号检测电路的输入端，所述第一电阻的输入端与所述第一低通滤波器的输出端连接，第一电压跟随器包括第一同相输入端、第一反相输入端及第一输出端，所述第一同相输入端与所述第一电阻的输出端连接，所述第一反相输入端与所述第一输出端连接，所述第一电压跟随器的输出端作为所述测量端信号检测电路的输出端。
14.可选的，所述第一低通滤波器包括第二电阻及第一电容，所述第二电阻的输入端作为所述测量端信号检测电路的输入端，所述第一电容的一端与所述第二电阻的输出端连接，另一端接gnd。
15.可选的，所述测量端信号检测电路还包括第三电阻及第二电容，所述第二电容的一端接gnd，另一端与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述第一反相输入端连接。
16.可选的，所述信号检测电路包括第四电阻、第二电压跟随器及第二低通滤波器，所述第二低通滤波器的输入端作为所述信号检测电路的输入端，所述第四电阻的输入端与所述第二低通滤波器的输出端连接，第二电压跟随器包括第二同相输入端、第二反相输入端及第二输出端，所述第二同相输入端与所述第四电阻的输出端连接，所述第二反相输入端与所述第二输出端连接，所述第二电压跟随器的输出端作为所述信号检测电路的输出端。
17.可选的，所述第二低通滤波器包括第五电阻及第三电容，所述第五电阻的输入端作为所述信号检测电路的输入端，所述第三电容的一端与所述第二电阻的输出端连接，另一端接gnd。
18.可选的，所述运算电路包括第六电阻、第七电阻及第三电压跟随器，第三电压跟随器包括第三同相输入端、第三反相输入端及第三输出端，所述第六电阻的输入端与所述测量端信号检测电路的输出端连接，所述第六电阻的输出端与所述第三反相输入端连接，所述第三反相输入端与所述第三输出端连接，所述第七电阻的两端分别与所述第三反相输入端与所述第三输出端连接，所述第三同相输入端与所述参考端信号检测电路的输出端连接，所述第三输出端作为所述运算电路的输出端。
19.可选的，所述运算电路还包括分压电路及第八电阻，所述分压电路包括第九电阻及第十电阻，所述第九电阻的输入端与所述参考端信号检测电路的输出端连接，所述第八电阻的输入端及所述第十电阻的输入端与所述第九电阻的输出端连接，所述第八电阻的输出端接gnd，所述第十电阻的输出端与所述第三同相输入端连接。
20.可选的，所述运算电路还包括作为所述低通滤波器的第四电容，所述第四电容的两端分别与所述第三反相输入端与所述第三输出端连接。
21.可选的，所述参考电压施加电路包括第五电容、第六电容及基准电压源，所述基准
电压源的输入端及所述第五电容的一端与稳压电源连接，所述第五电容的另一端与所述基准电压源的接地端接gnd，所述基准电压源的输出端作为所述参考电压施加电路的输出端，所述第六电容的一端与所述基准电压源的输出端连接，另一端接gnd。
22.本实用新型提供了一种埋地管道阴极保护电位检测电路，通过所述测量端信号检测电路及参考端信号检测电路分别对所述埋地管道及所述参比电极的电位进行测量，然后通过所述运算电路计算得到所述埋地管道的阴极保护电位，不仅能够对所述埋地管道的阴极保护电位进行有效检测，同时还能滤除杂散电流的干扰，确保了阴极保护电位测量的准确性。
附图说明
23.本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本实用新型，而不对本实用新型的范围构成任何限定。其中：
24.图1为本实用新型实施例提供的埋地管道阴极保护电位检测电路的原理图；
25.图2为本实用新型实施例提供的埋地管道阴极保护电位检测电路的电路图；
26.图3为本实用新型实施例提供的参考电压施加电路的电路图；
27.附图中：
28.1-测量端信号检测电路；2-埋地管道；3-参考端信号检测电路；4-参比电极；5-运算电路；
29.r1-第一电阻；r2-第二电阻；r3-第三电阻；r4-第四电阻；r5-第五电阻；r6-第六电阻；r7-第七电阻；r8-第八电阻；r9-第九电阻；r10-第十电阻；c1-第一电容；c2-第二电容；c3-第三电容；c4-第四电容；c5-第五电容；c6-第六电容；u1a-第一电压跟随器；u2a-第二电压跟随器；u3a-第三电压跟随器；u1-基准电压源；mea-测量端信号；ref-参考电压；v-adc-运算电路的输出电位。
具体实施方式
30.为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
31.如在本实用新型中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本实用新型中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本实用新型中所使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本实用新型中所使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。
32.图1为本实用新型实施例提供的埋地管道阴极保护电位检测电路的原理图；
33.图2为本实用新型实施例提供的埋地管道阴极保护电位检测电路的电路图；图3为
本实用新型实施例提供的参考电压施加电路的电路图。
34.请参照图1及图2，本实施例提供了一种埋地管道阴极保护电位检测电路，包括：
35.测量端信号检测电路1，其输入端与埋地管道2的管体连接，用于测量所述埋地管道2的测量端电位；
36.参考端信号检测电路3，包括参考电压施加电路及信号检测电路，所述参考电压施加电路与位于所述埋地管道2的上方土壤中的参比电极4连接以向所述参比电极4施加一参考电压，所述信号检测电路的输入端与所述参比电极4连接以测量所述参比电极4的参考端电位；
37.运算电路5，用于对所述测量端电位及所述参考端电位进行减法运算，得到所述埋地管道2的阴极保护电位；
38.其中，所述测量端信号检测电路1、所述参考端信号检测电路3及所述运算电路5中均设置有低通滤波器，所述低通滤波器用于滤除杂散电流的干扰。
39.本实施例通过所述测量端信号检测电路1及参考端信号检测电路3分别对所述埋地管道2及所述参比电极4的电位进行测量，然后通过运算电路5计算得到所述埋地管道2的阴极保护电位，不仅能够对所述埋地管道2的阴极保护电位进行有效检测，同时还能滤除杂散电流的干扰，确保了阴极保护电位测量的准确性。
40.具体的，请参照图2，所述测量端信号检测电路1包括第一电阻r1、第一电压跟随器u1a及第一低通滤波器，所述第一低通滤波器的输入端作为所述测量端信号检测电路1的输入端，所述第一电阻r1的输入端与所述第一低通滤波器的输出端连接，第一电压跟随器u1a包括第一同相输入端(图中为 )、第一反相输入端(图中为-)及第一输出端，所述第一同相输入端与所述第一电阻r1的输出端连接，所述第一反相输入端与所述第一输出端连接，所述第一电压跟随器的输出端作为所述测量端信号检测电路1的输出端。
41.本实施例中，所述第一电压跟随器u1a为跟随运算放大器，所述第一输出端的输出电位跟随所述第一同相输入端的电位变化而变化。
42.本实施例中，第一电压跟随器u1a由一稳压电源进行供电，所述稳压电源向所述第一电压跟随器u1a提供3.3v的稳定电压。
43.应当注意的是，本实施例中提及的gnd为所述稳压电源的负极(公共端)。
44.本实施例中，所述第一低通滤波器包括第二电阻r2及第一电容c1，所述第二电阻r2的输入端作为所述测量端信号检测电路1的输入端，所述第一电容c1的一端与所述第二电阻r2的输出端连接，另一端接gnd。也就是说，所述测量端信号检测电路1的测量端信号mea首先经过一个由第二电阻r2和第一电容c1组成的低通滤波器，以滤除杂散电流的高频干扰。本实施例中，所述低通滤波器的截止频率根据所处环境的杂散电流频率进行设定，一般以796hz为佳。
45.进一步的，所述测量端信号检测电路1还包括第三电阻r3及第二电容c2，所述第二电容c2的一端接gnd，另一端与所述第三电阻r3的一端连接，所述第三电阻r3的另一端与所述第一反相输入端连接。所述第三电阻r3和所述第二电容c2串联后接入所述第一反相输入端，以吸收杂散电流的尖锋脉冲，平缓阴极保护电流。
46.所述参考端信号检测电路3包括参考电压施加电路及信号检测电路，所述参考端信号检测电路3在设计时需遵循两个原则：第一，阴极保护电位的数值为负电位，而常规的
埋地管道阴极保护检测电路由稳压电源供电，是正电位，因此，在稳压电源供电的埋地管道阴极保护电位检测电路中需要加参考电压，即通过所述参考电压施加电路向所述参比电极4施加参考电压，以抬高所述参比电极4的电位；第二，所述参比电极4的输出阻抗很高，因此需要选择一个高阻输入、低偏置电流的运算放大器，以降低所述参比电极4阻抗的影响。
47.请继续参照图2，所述信号检测电路包括第四电阻r4、第二电压跟随器u2a及第二低通滤波器，所述第二低通滤波器的输入端作为所述信号检测电路的输入端，所述第四电阻r4的输入端与所述第二低通滤波器的输出端连接，第二电压跟随器u2a包括第二同相输入端、第二反相输入端及第二输出端，所述第二同相输入端与所述第四电阻r4的输出端连接，所述第二反相输入端与所述第二输出端连接，所述第二电压跟随器u2a的输出端作为所述信号检测电路的输出端。
48.进一步的，所述第二低通滤波器包括第五电阻r5及第三电容c3，所述第五电阻r5的输入端作为所述信号检测电路的输入端，所述第三电容c3的一端与所述第五电阻r5的输出端连接，另一端接gnd。
49.本实施例中，请参照图3，所述参考电压施加电路包括第五电容c5、第六电容c6及基准电压源u1，所述基准电压源u1的输入端及所述第五电容c5的一端与稳压电源连接，所述第五电容c5的另一端与所述基准电压源u1的接地端接gnd，所述基准电压源u1的输出端作为所述参考电压施加电路的输出端，所述第六电容c6的一端与所述基准电压源u1的输出端连接，另一端接gnd。
50.本实施例中，所述基准电压源u1可以选择adi公司的xfet基准电压芯片adr443，此处不作任何限制，所述稳压电源提供的电压为3.3v，所述参考电压施加电路的输出端输出的参考电压ref为1.2v，所述参比电极4为饱和硫酸铜参比电极。
51.请继续参照图2，所述运算电路5包括第六电阻r6、第七电阻r7及第三电压跟随器u3a，第三电压跟随器u3a包括第三同相输入端、第三反相输入端及第三输出端，所述第六电阻r6的输入端与所述测量端信号检测电路1的输出端连接，所述第六电阻r6的输出端与所述第三反相输入端连接，所述第三反相输入端与所述第三输出端连接，所述第七电阻r7的两端分别与所述第三反相输入端与所述第三输出端连接，所述第三同相输入端与所述参考端信号检测电路3的输出端连接，所述第三输出端作为所述运算电路5的输出端。
52.进一步的，所述运算电路5还包括分压电路及第八电阻r8，所述分压电路包括第九电阻r9及第十电阻r10，所述第九电阻r9的输入端与所述参考端信号检测电路3的输出端连接，所述第八电阻r8的输入端及所述第十电阻r10的输入端与所述第九电阻r9的输出端连接，所述第八电阻r8的输出端接gnd，所述第十电阻r10的输出端与所述第三同相输入端连接。
53.本实施例中，所述参考电压ref为1.2v，当所述第九电阻r9选择10kω，所述第十电阻r10的阻值选择为20kω时，所述第八电阻r8的输入端的电位(图中b点的电位)为：
[0054][0055]
所述运算电路5的信号由a点和b点引入，所述运算电路5的运算电阻由第六电阻r6和第七电阻r7决定，假设将第六电阻r6取值为20kω，第七电阻r7取值为10kω，则所述第三输出端的输出电位v-adc(即所述埋地管道2的阴极保护电位)为：
[0056][0057]
由于埋地管道2的阴极保护电位至少达到-0.85v但不能负于-1.2v，故测量端电位的范围为-0.85v～-1.2v，由于a点电位跟随测量端电位变化而变化，故a点电位范围为-0.85v～-1.2v。根据上述公式可知，所述第三输出端的输出电位v-adc的最小值为：1.2-0.5
×
(-0.85)＝1.625v，最大值为1.2-0.5
×
(-1.2)＝1.8v，故所述运算电路5输出的电位范围为：1.625v～1.8v，满足稳压电源的信号测量范围。
[0058]
更进一步的，所述运算电路5还包括作为所述低通滤波器的第四电容c4，所述第四电容c4的两端分别与所述第三反相输入端与所述第三输出端连接，通过接入所述第四电容c4作为低通滤波器以滤除噪声干扰。
[0059]
综上，本实用新型实施例提供了一种埋地管道阴极保护电位检测电路，通过所述测量端信号检测电路及参考端信号检测电路分别对所述埋地管道及所述参比电极的电位进行测量，然后通过所述运算电路计算得到所述埋地管道的阴极保护电位，不仅能够对所述埋地管道的阴极保护电位进行有效检测，同时还能滤除杂散电流的干扰，确保了阴极保护电位测量的准确性。
[0060]
上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。