[发明专利]基于高频无源RFID标签的钢腐蚀检测系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种腐蚀检测系统及其检测方法，具体涉及基于高频无源RFID标签的钢腐蚀检测系统及检测方法，属于无损检测、腐蚀检测技术领域。

背景技术

长期以来，钢腐蚀的无损检测一直是技术上的难题，这是由于涂层的失效是一个长期渐变过程，而这种过程中往往与被保护钢及其构件的检查、维护周期不相匹配。这就容易出现在某个阶段或节点进行肉眼检查时涂层完好，而实际上涂层下钢已发生腐蚀现象，随之带来腐蚀破损隐患和其它牵连事故风险。为此，需要使用相关检测技术在钢的不同使用阶段，对钢腐蚀情况进行安全生产检验。同时，研究关键钢零件及其构件的服役性能和失效机理对海上风电场全寿命安全评定具有重要的现实意义。钢腐蚀需要经过萌生、扩展和损坏三个阶段，它会使钢转入氧化状态，此时钢的强度和韧性等力学性能显著降低，钢构件的几何形状被破坏，钢的使用寿命也大大缩短，还会引发火灾、爆炸等灾难性事故。通常钢腐蚀达到一定尺寸时，常规的目视如内窥镜就能检测出来。此外，光学技术如光纤检测由于其可以在极其恶劣的环境下工作，已经被运用于多种状态的结构健康监测，其中就包括腐蚀监测。但是，由于需要在被监测的物体上附上光纤，加大了施工难度，最终限制了光纤检测的应用范围。

由于钢腐蚀的本质是一种电化学过程，因而电化学检测技术是目前国内外检测涂层下金属腐蚀的主要方法。其中电化学阻抗谱(ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy，EIS)、杂散电流(Straycurrent)、电化学噪声(ElectrochemicalNoise，EN)等技术已经被广泛应用到钢腐蚀检测研究，众多能够在不同环境下快速准确测量涂层性能及钢腐蚀情况的技术和方法被提出。然而，这些电化学测量方法很难实现快速化、自动化和可视化，还需要操作人员具备较高的数据处理能力和使用昂贵的测量设备。超声检测是基于超声波在物体内的传播速度和强度衰减依赖于物体的密度和弹性。因此，超声波检测非常适合有用来描述材料的物理属性变化。其已经被广泛运用于金属腐蚀的检测。但是，超声检测时需要耦合剂和一定的表面预处理，并且受超声探头扫描范围的限制。射线类检测技术如X射线，通过测量穿透物体时各个部分的衰减强度来实现对物体的成像检测，最终利用人工对金属腐蚀区域的判定。但是，高昂的设备投入和辐射防护问题，限制了其日常的运用和发展。涡流检测已经被用于描述的磁性金属的表面和亚表面腐蚀。由于涡流的趋肤效应，限制了其的探测深度。

漏磁检测(MFL)利用磁场传感器如霍尔元件来测量漏磁通量，并可以使用计算机来进行进一步的处理、分析和定量评估。目前，管道的缺陷和腐蚀检测大都采用漏磁检测。但是，漏磁检测只能应用于磁性金属材料检测，而且不能远离被测物体表面。此外，由于漏磁影响因素众多，只能定性评估难以达到定量评估，有待在大量实验的基础上进行总结和深入研究。红外热成像方法对涂层下的腐蚀损伤具有较好的检测效果，可用于估算涂层厚度和实现腐蚀损伤大小和位置的定量识别，如国防科技大学潘孟春和湖南大学何赟泽将红外热成像相位法运用于钢腐蚀检测，成功定位出钢腐蚀的位置。但是，红外热成像检测结果受材料表面的均匀度影响较大。此外，热像仪的高昂价格是使用热成像检测不可忽视的重要因素。基于微波无损检测的腐蚀成像方法，由于其在非金属涂层下金属腐蚀检测和定量分析上的优势引起了广泛关注。张宏利用矩阵分解技术，如主成分分析(PCA)和非负矩阵分解(NMF)，对整个波导频率波段进行了处理和分析得到空间模式特征用于微波图中钢腐蚀的定位，成功提高了微波检测图像的空间分辨率，并量化了钢腐蚀尺寸和深度信息，成功解决了人为选择频率和特征值的问题。但是，昂贵的设备投入和微波信号容易被水吸收的特征，限制了其在海洋环境的腐蚀检测应用。

综上，国内外学者研究应用了光学、电化学、超声检测、涡流检测、漏磁检测、红外热成像、微波检测等方法就钢腐蚀研究取得了诸多重要的成果，然而针对钢腐蚀行为及机理研究，尤其是腐蚀层微观组织演变的定量研究还不成熟。针对涂层下钢结构健康监测中存在的问题及现有无损检测技术的不足，本发明将高频RFID标签检测技术引用到钢腐蚀检测，并最终通过标签传感阵列实现对钢腐蚀的实时监测。