[发明专利]一种钢混结构腐蚀电化学控制用多功能无线节点

权利要求书

1.一种钢混结构腐蚀电化学控制用多功能无线节点，其特征在于所述多功能无线节点包括腐蚀电化学控制输出模块、主控模块、稳压模块、无线通讯模块、直流电源、数字隔离器、隔离稳压器、腐蚀电化学监测模块、探针式腐蚀传感器、阳极材料，其中：

所述腐蚀电化学控制输出模块、主控模块、稳压模块、无线通讯模块、直流电源、数字隔离器、隔离稳压器、腐蚀电化学监测模块封装于电磁屏蔽壳内，置于钢混结构外部；探针式腐蚀传感器固定在钢筋上，阳极材料安装在混凝土表面；

所述探针式腐蚀传感器包括工作电极、参比电极、辅助电极、焊点密封壳、传感器电缆；工作电极、参比电极、辅助电极以及钢筋各自与传感器电缆中的一条导线焊接，焊点置于焊点密封壳中，并灌入环氧树脂密封保护焊点同时将探针式腐蚀传感器固定在钢筋上；

所述腐蚀电化学监测模块包括电极选择模块、钢筋电位控制模块、激励发生模块、响应采集模块、监测主控模块；电极选择模块控制探针式腐蚀传感器的工作电极、参比电极、辅助电极以及钢筋与钢筋电位控制模块的连接与断开；监测主控模块与激励发生模块通讯，控制激励发生模块输出腐蚀电化学测量用的激励信号；钢筋电位控制模块在辅助电极和工作电极之间通电使工作电极相对于参比电极的电位差与激励发生模块输出的激励信号一致；响应采集模块测量工作电极相对于参比电极的电位差以及工作电极与辅助电极之间的电流；监测主控模块根据响应采集模块测量的电位信号和电流信号进行腐蚀电化学状态的识别，并将其通过数字隔离器发送至主控模块中；监测主控模块通过控制激励发生模块输出不同形式的激励信号实现恒电位阶跃、动电位扫描腐蚀电化学测量；

所述腐蚀电化学监测模块通过传感器电缆与探针式腐蚀传感器电连接，对工作电极、参比电极、辅助电极组成的三电极体系进行腐蚀电化学测量获取钢筋的腐蚀电化学状态；测量钢筋与参比电极之间的电位差，以获取钢筋的开路电位以及腐蚀电化学控制下的电位；腐蚀电化学监测模块通过数字隔离器与主控模块建立通讯连接；非电化学测量期间，腐蚀电化学监测模块将工作电极与钢筋建立电连接，以体现宏电池腐蚀和腐蚀电化学控制对测点处腐蚀状态的影响，在电化学测量前断开工作电极与钢筋的电连接，并等待工作电极的开路电位稳定；

所述直流电源为稳压模块和腐蚀电化学控制输出模块供电，稳压模块为腐蚀电化学控制输出模块、主控模块、无线通讯模块、数字隔离器、隔离稳压器供电，隔离稳压器为腐蚀电化学监测模块供电，腐蚀电化学监测模块为数字隔离器供电；

所述腐蚀电化学控制输出模块的阳极输出端与阳极材料电连接，阴极输出端与钢筋电连接，具有开启和关断两种输出状态，开启状态下阴极输出端通路，关断状态下阴极输出端断路；具有恒压输出和恒流输出两种模式，输出幅值可设置，对钢筋施加阴极电流实现腐蚀电化学控制；

所述腐蚀电化学控制输出模块包括输出调整电路、幅值设定电路、输出开关电路、模式切换电路、槽压采样电路、电流采样电路；输出开关电路设置输出开启和输出关断两种输出状态；在输出开启状态下模式切换电路切换恒压和恒流两种输出模式；在恒压输出模式下，幅值设定电路设置阳极输出端和阴极输出端之间的槽压值，恒流输出模式下，幅值设定电路设置阳极输出端和阴极输出端之间的电流值；输出调整电路调整阴阳极输出端之间的槽压，使阴阳极输出端之间的槽压或电流满足幅值设定电路的要求；槽压采样电路采集阴阳极输出端之间的槽压，电流采样电路采集阴阳极输出端之间的电流，以供主控模块进行测量；腐蚀电化学控制输出模块的阳极输出端POUT与阳极材料电连接，阴极输出端NOUT与钢筋电连接；当数字信号输入端SWITCH为高电平时，输出开关电路将阴极输出端通路，切换至输出开启状态，当数字信号输入端SWITCH为低电平时，输出开关电路将阴极输出端断路，切换至输出关断状态；在输出开启状态下，当数字信号输入端SHIFT为高电平时，模式切换电路将电流采样点与幅值采样点连接，切换至恒流输出模式，此时幅值设定电路的模拟信号输入端AMPSET控制输出调整电路的输出电流幅值，当数字信号输入端SHIFT为低电平时，模式切换电路将槽压采样点与幅值采样点连接，切换至恒压输出模式，此时幅值设定电路的模拟信号输入端AMPSET控制输出调整电路的输出槽压幅值；槽压采样电路采集阴阳极输出端之间的槽压并转换为VOLMEASURE处的模拟电压信号，电流采样电路采集阴阳极输出端之间的电流并转换为CURMEASURE处的模拟电压信号；

所述主控模块控制SWITCH和SHIFT处的电平状态并控制AMPSET处的模拟电压信号值，实现对腐蚀电化学控制输出模块的设置，并读取VOLMEASURE和CURMEASURE处的模拟电压信号值，以测量输出的槽压和电流幅值；

所述主控模块调整腐蚀电化学控制输出模块的输出槽压实现恒电位输出模式，主控模块设置SWITCH为高电平，设置SHIFT为低电平，将腐蚀电化学控制输出模块设置为输出开启状态并切换模式为恒压输出，通过调整AMPSET处的模拟电压信号值设置输出槽压幅值，控制腐蚀电化学监测模块测量钢筋电位，与钢筋电位的设定值比较，若钢筋电位测量值高于设定值，则通过AMPSET增加槽压幅值，若钢筋电位测量值低于设定值，则通过AMPSET减小槽压幅值，不断循环进行钢筋电位的测量和输出槽压幅值的调整，将钢筋电位稳定在设定电位处，达到恒电位输出的效果；

所述主控模块内置腐蚀控制决策模型，实现多功能无线节点的自主运行；在自主模式下，主控模块定期通过腐蚀电化学监测模块进行电化学测量获取钢筋开路电位、钢筋腐蚀电流密度，再由腐蚀控制决策模型根据腐蚀电化学状态进行多功能无线节点的输出状态、模式和幅值的决策；若钢筋腐蚀电流密度小于0.1μA/cm²，则不进行电化学控制，输出状态配置为关断；若钢筋腐蚀电流密度在0.1～10μA/cm²之间，则进行阴极保护，输出状态配置为开启，输出模式为恒电位输出；若钢筋腐蚀电流密度大于10μA/cm²，则进行电化学除氯和再碱化，输出状态配置为开启，输出模式配置为恒压或者恒流输出；在开启输出状态下，设置输出幅值与腐蚀速率线性相关；

所述主控模块通过无线通讯模块与云服务器建立通讯连接，进行指令接收与数据上传，云服务器远程控制并监听多功能无线节点的输出状态、模式和幅值。