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腐蚀电化学现场监检测系统关键技术研究

作　者: 闵杰
导　师: 李健
学　校: 天津大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 腐蚀检测虚拟仪器 LabVIEW 模块化仪器
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 65次
引　用: 1次
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内容摘要

金属腐蚀造成了国民经济的重大损失和严重的安全隐患。因此金属腐蚀的监检测有重要的经济和安全意义。本文工作针对自然环境中金属材料的腐蚀现象的监检测,结合国家重点基础研究发展规划(973)项目“核电结构材料早期损伤在线监检测的基础研究(2006CB605004)和国家科技支撑计划“海洋工程结构腐蚀与防护检/监测技术及工程应用”(No.2007BAB27B04)课题任务,运用近年来仪器科学中迅速发展的模块化仪器技术、FPGA技术、虚拟仪器技术,设计了一套可以应用传统的电化学极化阻力技术和近年来迅速发展的电化学噪声技术进行测试的便携式腐蚀电化学测试系统。该系统还可以作为远程分布式监检测系统。本文首先选定了cRIO模块化仪器作为系统的核心,并在此基础上研究了高精度ZRA(Zero Resistance Ammeter)电路的理论模型及工程技术难点。设计制作了可以进行极化测试和噪声测试的便携式的腐蚀测试仪器硬件系统。利用LabVIEW设计了cRIO模块化仪器使用的FPGA程序、控制器程序,同样利用LabVIEW设计了上位机程序并利用共享变量技术与cRIO模块化仪器进行交互。利用FTP技术和LabVIEW的远程面板技术实现了远程客户控制。对仪器测得的信号进行了分析,利用基于小波包分解的方法针对电磁干扰信号进行了降噪处理,取得了较好的效果。利用本文设计的仪器系统在不同地点进行了测试,认为该系统具有较好的精度和较高的可靠性,可以用于现场的腐蚀电化学监检测。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 引言  8
  1.2 金属材料腐蚀监检测概述  8-13
    1.2.1 金属材料腐蚀监检测的意义  8-9
    1.2.2 金属材料腐蚀监检测现状  9-10
    1.2.3 本文应用的金属材料电化学腐蚀监检测的方法简介  10-13
  1.3 电化学腐蚀监检测仪器发展现状  13-14
  1.4 虚拟仪器技术及cRIO 系列模块化仪器概述  14-15
  1.5 本课题主要研究内容  15-16
第二章腐蚀电化学测试系统硬件设计及测试  16-30
  2.1 系统的硬件构成  16
  2.2 cRIO 模块化仪器  16-18
  2.3 ZRA（Zero Resistance Ammeter, 零阻测量）电路设计  18-25
    2.3.1 IV 变换电路  19-23
    2.3.2 改进型差分式IV 变换电路  23
    2.3.3 阻抗变换及外围电路设计  23-25
  2.4 cRIO 检测模块设计  25-26
    2.4.1 自检模块硬件设计  25-26
    2.4.2 自检模块程序  26
  2.5 仪器箱设计  26-27
  2.6 仪器整体性能测试  27-29
    2.6.1 电压噪声  27-28
    2.6.2 电流噪声  28-29
  2.7 本章小结  29-30
第三章腐蚀电化学测试系统软件设计  30-42
  3.1 系统软件的整体结构  30
  3.2 cRIO 内部程序  30-35
    3.2.1 FPGA 程序  31
    3.2.2 控制器程序（下位机程序）  31-35
  3.3 服务器（上位机）程序  35-40
    3.3.1 上位机程序基本结构与流程图  35-37
    3.3.2 共享变量技术  37-38
    3.3.3 网络远程发布  38-40
    3.3.4 FTP 程序  40
  3.4 本章小结  40-42
第四章数据分析处理方法及软件  42-55
  4.1 电化学噪声信号处理方法  42-50
    4.1.1 直流分量的去除  42-45
    4.1.2 电磁噪声的消除  45-50
  4.2 电化学恒电位阶跃与恒电位方波信号处理方法  50-52
  4.3 电化学监检信号处理软件  52-54
    4.3.1 电化学检测数据分析软件  52-53
    4.3.2 电化学噪声监测数据读取程序  53-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章实验  55-75
  5.1 海洋钢铁构筑物的腐蚀检测实验  55-68
    5.1.1 海洋钢铁构筑物腐蚀检测与测试系统综述  55-57
    5.1.2 基于cRIO 的测试系统与PARSATA 2273 电化学工作站的对比测试  57-58
    5.1.3 天津大学爱晚湖实验  58-61
    5.1.4 海河游船码头钢桩实验  61-65
    5.1.5 中科院青岛海洋研究所实验  65-68
  5.2 大气腐蚀的电化学噪声监检测  68-74
    5.2.1 cRIO 测试系统与2273 测试系统的对比实验  69-72
    5.2.2 模拟降水实验  72-74
  5.3 本章小结  74-75
第六章总结与展望  75-79
  6.1 本文主要工作总结  75-77
  6.2 创新点  77
  6.3 不足之处和展望  77-79
参考文献  79-83
发表论文和科研情况说明  83-84
致谢  84

腐蚀电化学现场监检测系统关键技术研究

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