1.本发明涉及涂层监测技术领域，具体涉及一种监测涂层剥离深度和破损处腐蚀状态的传感器及监测方法。
背景技术：2.随着对清洁能源的重视，近年来海上风电资源得到了大力开发。在强腐蚀性的海水以及海洋大气环境下，海洋风电结构面临极大的腐蚀风险。海上风电结构普遍采用涂层与牺牲阳极联合的方法进行腐蚀防护，涂层的完整性对风电结构的保护至关重要。一旦涂层发生破损，破损的涂层与金属基体会形成微小缝隙，缝隙内部会发生阴极屏蔽效应而得不到完整的阴极保护，进而在破损部位引发严重的局部腐蚀。目前，涂层完整性主要靠现场检测的方法进行辨别，然而这种方法效率较低且难以在早期阶段发现涂层破损，且破损涂层下金属的腐蚀速率也较难获取。
3.中国专利号cn111982495a一种实时监测复杂环境下涂层剥落情况的装置，其特征在于，包括涡轮盘、轴承座、动态平衡仪、变送器、plc、上位机，所述涡轮盘通过轴承安装在轴承座上，涡轮盘上设有带涂层的叶片，涡轮盘与高速轴连接，所述轴承座上设有变送器，变送器的信号输出端与动态平衡仪的信号输入端连接，动态平衡仪的信号输出端与plc相连，plc通过通讯电缆与上位机相连。
4.上述公开的这种监测装置整体结构复杂，在实际监测过程中成本较高，且监测方式复杂。
技术实现要素：5.本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种结构简单，能对涂层进行预警的监测涂层剥离深度和破损处腐蚀状态的传感器及监测方法。
6.为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：监测涂层剥离深度和破损处腐蚀状态的传感器，包括由上壳体和下壳体组成的传感器主体；所述上壳体内设有测量元件，且测量元件顶部涂覆有作为测量端面的有机涂层；所述下壳体内安装有与测量元件电性连接的测量电路，下壳体侧面安装有水下插拔头，下壳体底部安装有固定腿。
7.作为本发明的一种优选方案，所述测量元件包括测量敏感组和温度补偿元件，温度补偿元件设置于测量敏感组一侧，且上壳体内填充有定位测量元件的环氧树脂灌封胶。
8.作为本发明的一种优选方案，所述测量敏感组包括8个平行且等距排布的测量敏感元件，1个温度补偿元件与测量敏感元件绝缘设置。
9.作为本发明的一种优选方案，所述测量电路包括多电极耦合电流测量电路和多分区电阻法的测量电路，测量元件与测量电路之间设有相连接的导线。
10.作为本发明的一种优选方案，所述多电极耦合电流测量电路包括与各个测量敏感元件相连接的继电器和零电阻电流计，继电器位于测量敏感元件和零电阻电流计之间，各个测量敏感元件之间保持偶接状态。
11.作为本发明的一种优选方案，所述多分区电阻法的测量电路包括测量敏感元件、温度补偿元件、继电器、恒定电流源和电压表，8个测量敏感元件的导线经过继电器连接恒定电流源和温度补偿元件，测量敏感元件中部设有沿测量敏感元件长度设置的若干导线，测量敏感元件中部的导线上均设有相对应的继电器，且测量敏感元件通过继电器与电压表矩阵式连接。
12.作为本发明的一种优选方案，所述上壳体和下壳体上均形成有相适配的密封法兰盘，上壳体的密封法兰盘与下壳体的密封法兰盘之间设有密封圈，且上壳体的密封法兰盘与下壳体的密封法兰盘之间还设有相连接的紧固螺柱。
13.作为本发明的一种优选方案，所述温度补偿元件整体喷涂有氧化铬陶瓷。
14.本发明还提供了一种用于监测涂层剥离深度和涂层破损区域金属腐蚀状态的监测方法。该监测方法分为两部分，第一个部分通过实时监测各个敏感元件之间的耦合电流，实现对涂层剥离深度的监测，第二部分基于多分区电阻法的测量，实现了涂层破损区域金属腐蚀状态的实时监测。
15.其中监测涂层剥离深度的监测方法，包括以下步骤：步骤a：将传感器固定于待监测位置；步骤b：通过继电器断开测量敏感元件上的多分区电阻法的测量电路，连通测量敏感元件上的多电极耦合电流测量电路；步骤c：通过零电阻电流计采集耦合电流信号；步骤d：监测8个测量敏感元件回路上的电流信号，并分析各个电流信号的时域特征和频域特征，分析涂层破损情况。
16.其中监测涂层破损处腐蚀状态的监测方法，包括以下步骤：步骤a：将传感器固定于待监测位置；步骤b：断开处于开启状态的测量敏感元件与零电阻电流计之间的继电器；步骤c：开启恒定电流源、温度补偿敏感元件与其中一个测量敏感元件之间的继电器，电流在恒定电流源、温度补偿敏感元件与测量敏感元件之间形成闭合回路；步骤d：开启步骤c中的测量敏感元件上某个测量分区位置两侧的两组继电器；步骤e：通过电压表测量两组电压数据；步骤f：关闭步骤e中测量敏感元件上该长度位置两侧的两组继电器；步骤g：重复步骤d-f，直至完成对所有测量敏感元件测量区域的电压数据测量；步骤h：根据测量的电压数据，计算各分区的金属壁厚损失量，并绘制深度云图。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、通过设置多电极耦合电流测量电路和多分区电阻法的测量电路，在多电极耦合电流测量电路的作用下对海洋风电设备涂层的剥离深度进行监测，并在到达腐蚀位置后将电路切换至多分区电阻法的测量电路，通过检测测量敏感元件不同位置处的电压情况，判断腐蚀位置内不同区域的腐蚀情况，从而实时监测涂层破损处腐蚀状态；2、通过多电极耦合电流测量电路和多分区电阻法的测量电路的设置，可以同时监测涂层完整性及涂层破损区域金属腐蚀状态，并可实现对涂层腐蚀情况的初步定位和深入检测。
附图说明
18.图1是本发明的结构示意图；图2是测量元件的位置示意图图3是测量元件的安装示意图；图4是多电极耦合电流测量电路的示意图；图5是多分区电阻法的测量电路的示意图；图6是测量敏感元件的继电器切换流程图；附图标记：上壳体1，紧固螺柱2，密封法兰盘3，密封圈4，下壳体5，水下插拔头6，固定腿7，测量敏感元件8，温度补偿元件9，环氧树脂灌封胶10，有机涂层11，导线12。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
20.如图1-3所示，监测涂层剥离深度和破损处腐蚀状态的传感器，包括由上壳体1和下壳体5组成的传感器主体；所述上壳体1内设有测量元件，且测量元件顶部涂覆有作为测量端面的有机涂层11；所述下壳体5内安装有与测量元件电性连接的测量电路，下壳体5侧面安装有水下插拔头6，下壳体5底部安装有固定腿7。
21.上壳体1和下壳体5相连接形成密封结构，上壳体1顶部为测量端面，测量元件位于该测量端面中心处，有机涂层11通过利用刷涂或浸涂或喷涂或电泳涂覆或静电喷涂的方法将有机涂料或塑料涂敷在测量元件上，经固化后形成的有机涂层11，从而模拟实际海洋结构物的表面涂层状态。
22.水下插拔头6内设有导线12，导线12与下壳体5内的测量电路相连，且水下插拔头6内的导线12与外部电源和通讯设备相连，对测量电路的电信号进行传递和供电，固定腿7为焊接于下壳体5底部的支腿，固定腿7的数量根据实际需要进行设置，且固定腿7用于安装在结构物的待监测位置。
23.测量元件包括测量敏感组和温度补偿元件9，温度补偿元件9设置于测量敏感组一侧，且上壳体1内填充有定位测量元件的环氧树脂灌封胶10，环氧树脂灌封胶10用于对测量敏感组和温度补偿元件9底部相连，在环氧树脂灌封胶10固化后，实现对测量敏感组和温度补偿元件9位置的定位。
24.测量敏感组包括8个平行且等距排布的测量敏感元件8，温度补偿元件9与测量敏感元件8绝缘设置，温度补偿元件9与8个测量敏感元件8位于上壳体1的同一水平高度上，且温度补偿元件9与8个测量敏感元件8的所在平面与测量端面平行。
25.测量电路包括多电极耦合电流测量电路和多分区电阻法的测量电路，测量元件与测量电路之间设有相连接的导线12，温度补偿元件9与8个测量敏感元件8底部均连有与测量电路相连接的导线12。
26.多电极耦合电流测量电路包括与各个测量敏感元件8相连接的继电器和零电阻电流计，继电器位于测量敏感元件8和零电阻电流计之间，各个测量敏感元件8之间保持偶接状态。
27.海上风电结构为涂有涂层的金属材质，当涂层发生破损时，破损的涂层与金属基体会形成微小缝隙，缝隙内部会发生阴极屏蔽效应而得不到完整的阴极保护，测量敏感元
件8包括8个相连接的测量敏感元件，当涂层发生破损时，涂层表面在有液膜覆盖的情况下，相邻的测量敏感元件之间会有电流流过，监测8个测量敏感元件回路上的电流信号，并分析各个电流信号的时域特征和频域特征，分析涂层破损情况。
28.多分区电阻法的测量电路包括测量敏感元件8、温度补偿元件9、继电器、恒定电流源和电压表，8个测量敏感元件8的导线12经过继电器连接恒定电流源和温度补偿元件9，测量敏感元件8中部设有沿测量敏感元件8长度设置的若干导线12，测量敏感元件8中部的导线12上均设有相对应的继电器，且测量敏感元件8通过继电器与电压表矩阵式连接。
29.温度补偿元件9可为温度补偿电路，连接于多分区电阻法的测量电路上，在温度补偿元件9的作用下，使得在温度变化时多分区电阻法的测量电路的器件参数指标尽量不变，或者少变，用来保证多分区电阻法的测量电路在一定的温度变化范围内正常稳定地工作。
30.同理，在上壳体1顶部的测量端面移动至腐蚀区域后，通过对矩阵式电路不同位置的继电器进行断开或连接，判断测量敏感元件8不同位置处的电压情况，从而对腐蚀区域的物理信号进行监测，从而对腐蚀区域进行精准判断。
31.上壳体1和下壳体5上均形成有相适配的密封法兰盘3，上壳体1的密封法兰盘3与下壳体5的密封法兰盘3之间设有密封圈4，且上壳体1的密封法兰盘3与下壳体5的密封法兰盘3之间还设有相连接的紧固螺柱2，上壳体1底部形成有密封法兰盘3，下壳体5顶部也形成有与上壳体1的密封法兰盘3相一致的密封法兰盘3，密封法兰盘3上形成有用于安装密封圈4的安装槽，且相连接的密封法兰盘3上设有若干紧固螺柱2，紧固螺柱2的数量根据实际需要进行设置，且若干紧固螺柱2沿上壳体1和下壳体5中心线圆周设置。
32.温度补偿元件9整体喷涂有氧化铬陶瓷，温度补偿元件9的尺寸与测量敏感元件8的尺寸相同，在氧化铬陶瓷的作用下，可以防止温度补偿元件9发生腐蚀损伤。
33.如图4所示，监测涂层剥离深度的监测方法，包括以下步骤：步骤a：将传感器固定于待监测位置；。
34.步骤b：通过继电器断开测量敏感元件8上的多分区电阻法的测量电路，连通测量敏感元件8上的多电极耦合电流测量电路。
35.步骤c：通过零电阻电流计采集耦合电流信号，并移动上壳体1的测量端面在待测物件上的位置。
36.步骤d：监测8个测量敏感元件8回路上的电流信号，当发生其中2个测量敏感元件之间产生较大的耦合电流信号时，判断附近区域出现涂层破损情况，并分析各个电流信号的时域特征和频域特征，分析涂层破损情况。
37.如图5-6所示，监测破损处腐蚀状态的监测方法，包括以下步骤：步骤a：将传感器固定于待监测位置；步骤b：断开处于开启状态的测量敏感元件与零电阻电流计之间的继电器a；步骤c：开启恒定电流源、温度补偿敏感元件与其中一个测量敏感元件之间的继电器d，电流在恒定电流源、温度补偿敏感元件与测量敏感元件之间形成闭合回路；步骤d：开启步骤c中的测量敏感元件上某个测量分区位置两侧的两组继电器bn和cn；步骤e：通过电压表测量两组电压数据u1和u2；步骤f：关闭步骤e中测量敏感元件上该长度位置两侧的两组继电器bn和cn；
步骤g：重复步骤d-f，直至完成对所有测量敏感元件测量区域的电压数据测量；步骤h：根据测量的电压数据，计算各分区的金属壁厚损失量，并绘制深度云图。
38.在实际使用过程中，多电极耦合电流测量电路用于对腐蚀位置进行初步定位，在找到涂层的腐蚀位置后，将测量电路切换至多分区电阻法的测量电路，根据测量的电压数据，计算腐蚀位置处各区域的金属壁厚损失量，并绘制深度云图，从而得到相对应的腐蚀起点，围绕腐蚀起点对待测物件进行修复。
39.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
40.尽管本文较多地使用了图中附图标记：上壳体1，紧固螺柱2，密封法兰盘3，密封圈4，下壳体5，水下插拔头6，固定腿7，测量敏感元件8，温度补偿元件9，环氧树脂灌封胶10，有机涂层11，导线12等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
技术特征：1.监测涂层剥离深度和破损处腐蚀状态的传感器，包括由上壳体（1）和下壳体（5）组成的传感器主体；其特征在于，所述上壳体（1）内设有测量元件，且测量元件顶部涂覆有作为测量端面的有机涂层（11）；所述下壳体（5）内安装有与测量元件电性连接的测量电路，下壳体（5）侧面安装有水下插拔头（6），下壳体（5）底部安装有固定腿（7）。2.根据权利要求1所述的监测涂层剥离深度和破损处腐蚀状态的传感器，其特征在于，所述测量元件包括测量敏感组和温度补偿元件（9），温度补偿元件（9）设置于测量敏感组一侧，且上壳体（1）内填充有定位测量元件的环氧树脂灌封胶（10）。3.根据权利要求1所述的监测涂层剥离深度和破损处腐蚀状态的传感器，其特征在于，所述测量敏感组包括8个平行且等距排布的测量敏感元件（8），温度补偿元件（9）与测量敏感元件（8）绝缘设置。4.根据权利要求3所述的监测涂层剥离深度和破损处腐蚀状态的传感器，其特征在于，所述测量电路包括多电极耦合电流测量电路和多分区电阻法的测量电路，测量元件与测量电路之间设有相连接的导线（12）。5.根据权利要求4所述的监测涂层剥离深度和破损处腐蚀状态的传感器，其特征在于，所述多电极耦合电流测量电路包括与各个测量敏感元件（8）相连接的继电器和零电阻电流计，继电器位于测量敏感元件（8）和零电阻电流计之间，各个测量敏感元件（8）之间保持偶接状态。6.根据权利要求4所述的监测涂层剥离深度和破损处腐蚀状态的传感器，其特征在于，所述多分区电阻法的测量电路包括测量敏感元件（8）、温度补偿元件（9）、继电器、恒定电流源和电压表，8个测量敏感元件（8）的导线（12）经过继电器连接恒定电流源和温度补偿元件（9），测量敏感元件（8）中部设有沿测量敏感元件（8）长度设置的若干导线（12），测量敏感元件（8）中部的导线（12）上均设有相对应的继电器，且测量敏感元件（8）通过继电器与电压表矩阵式连接。7.根据权利要求1所述的监测涂层剥离深度和破损处腐蚀状态的传感器，其特征在于，所述上壳体（1）和下壳体（5）上均形成有相适配的密封法兰盘（3），上壳体（1）的密封法兰盘（3）与下壳体（5）的密封法兰盘（3）之间设有密封圈（4），且上壳体（1）的密封法兰盘（3）与下壳体（5）的密封法兰盘（3）之间还设有相连接的紧固螺柱（2）。8.根据权利要求1所述的监测涂层剥离深度和破损处腐蚀状态的传感器，其特征在于，所述温度补偿元件（9）整体喷涂有氧化铬陶瓷。9.监测涂层剥离深度的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a：将传感器固定于待监测位置；步骤b：通过继电器断开测量敏感元件（8）上的多分区电阻法的测量电路，连通测量敏感元件（8）上的多电极耦合电流测量电路；步骤c：通过零电阻电流计采集耦合电流信号；步骤d：监测8个测量敏感元件（8）回路上的电流信号，并分析各个电流信号的时域特征和频域特征，分析涂层破损情况。10.监测涂层破损处腐蚀状态的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a：将传感器固定于待监测位置；步骤b：断处于开启状态的测量敏感元件（8）与零电阻电流计之间的继电器；
步骤c：开启恒定电流源、温度补偿敏感元件（9）与其中1个测量敏感元件（8）之间的继电器；步骤d：开启步骤c中的测量敏感元件（8）上某个测量分区位置两侧的两组继电器；步骤e：通过电压表测量两组电压数据；步骤f：关闭步骤e中测量敏感元件（8）上该长度位置两侧的两组继电器；步骤g：重复步骤d-f，直至完成对所有测量敏感元件（8）测量区域的电压数据测量；步骤h：根据测量的电压数据，计算各分区的金属壁厚损失量，并绘制深度云图。
技术总结监测涂层剥离深度和破损处腐蚀状态的传感器，包括由上壳体和下壳体组成的传感器主体；所述上壳体内设有测量元件，且测量元件顶部涂覆有作为测量端面的有机涂层；所述下壳体内安装有与测量元件电性连接的测量电路，下壳体侧面安装有水下插拔头，下壳体底部安装有固定腿；与现有技术相比，通过设置多电极耦合电流测量电路和多分区电阻法的测量电路，在多电极耦合电流测量电路的作用下识别涂层的腐蚀位置，并在到达腐蚀位置后将电路切换至多分区电阻法的测量电路，通过检测测量敏感元件不同位置处的电压情况，判断腐蚀位置内不同区域的腐蚀情况，从而对海洋风电设备涂层的剥离深度进行监测。进行监测。进行监测。
技术研发人员：王滨 高山 徐云泽 李恺强 刘梁 沈侃敏
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2022.06.01
技术公布日：2022/7/5
