CN104132907B - 一种利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀的方法，包括：测量不同腐蚀时间的金属样片的太赫兹时域光谱，并进行时频变换，建立反射率与腐蚀时间的关系谱图；测量不同成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱，并进行时频变换，建立反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图；根据反射率与腐蚀时间的关系谱图以及反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图，建立腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型；测量待测样片的太赫兹时域光谱，得到待测样片对应的表面及腐蚀产物的太赫兹光谱信息；将待测样片的太赫兹光谱信息带入腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型，测定待测样片的腐蚀时间。本发明可以实现对金属腐蚀时间的检测，操作简单，重复性好、结果精确度高。

Description

一种利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀的方法
技术领域
本发明属于金属腐蚀的检测领域，尤其涉及一种金属的腐蚀检测方法，具体的讲是一种利用太赫兹时域光谱技术对金属的腐蚀程度进行检测的方法。
背景技术
管道作为石油工业的大动脉，对于石油、天然气的运输极其重要。然而在服役过程中，管道腐蚀普遍存在，钢铁作为管道的主要材质，其腐蚀问题更加不容忽视。钢铁在发生腐蚀的情况下，其表面平整度发生变化的同时，必然伴生不同组分的腐蚀产物。因此检测钢铁的表面情况及腐蚀产物的种类及含量，可以间接表征钢铁腐蚀程度。
太赫兹波(THz，Terahertz)通常是指频率在0.1THz-10THz(波长在300μm～3mm)之间的电磁波，其波段在微波和红外之间，属于远红外波段。太赫兹时域光谱系统是一种相关探测技术，能够同时获得太赫兹脉冲的振幅和相位信息。与传统光源相比，太赫兹时域光谱具有瞬态性、指纹性、高穿透能力等许多独特的性质，因此太赫兹在能源、环保、安检、生物医疗领域都具有巨大的应用价值。
近年来出现的新的金属腐蚀检测技术有电化学检测技术、超声波测量技术和漏磁检测技术等，但迄今为止，还没有运用太赫兹时域光谱技术来检测金属腐蚀的相关技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属腐蚀检测的新方法，利用太赫兹时域光谱技术对金属的腐蚀情况进行检测，不仅实验操作简单，而且检测快速、结果准确可靠。
为了达到上述目的，本发明提供了一种利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀的方法，包括以下步骤：(1)测量不同腐蚀时间的金属样片的太赫兹时域光谱，并进行时频变换，建立反射率与腐蚀时间的关系谱图；(2)测量不同成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱，并进行时频变换，建立反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图；(3)根据所述反射率与腐蚀时间的关系谱图以及反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图，建立腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型；(4)测量待测样片的太赫兹时域光谱，得到所述待测样片对应的表面及腐蚀产物的太赫兹光谱信息；(5)将所述待测样片的太赫兹光谱信息带入所述腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型，测定所述待测样片的腐蚀时间。
进一步地，在一实施例中，所述太赫兹波的范围为0.2THz-2.0THz。
进一步地，在一实施例中，在所述步骤(1)中，测量不同腐蚀时间的太赫兹反射光谱，并进行时频变换，建立反射率与腐蚀时间的关系谱图，包括：对统一成分的金属样片，在二次蒸馏水中挂片进行腐蚀反应，取不同时间的反应样品，干燥后运用太赫兹反射式系统，测量得到所述不同腐蚀时间的金属样片的腐蚀表面的太赫兹时域光谱信息；对所述太赫兹时域光谱信息进行傅立叶变换生成太赫兹频域光谱信息，得到对应的反射率随频率的变化曲线，建立所述反射率与腐蚀时间的关系谱图。
进一步地，在一实施例中，在所述步骤(2)中，测量不同成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱，并进行时频变换，建立反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图，包括：对已知成分腐蚀产物在24MPa下加压15min，运用太赫兹反射式系统进行测量，得到所述已知成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱信息；对所述已知成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱信息进行傅立叶变换生成太赫兹频域光谱信息，得到对应的反射率随频率的变化曲线，建立所述反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图。
进一步地，在一实施例中，在所述步骤(3)中，根据所述反射率与腐蚀时间的关系谱图以及反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图，建立腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型，包括：分析所述步骤(1)中得到的反射率与腐蚀时间的关系谱图，以及所述步骤(2)中得到的反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图，建立所述腐蚀时间和不同成分腐蚀产物的相关系数方程，得到所述腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型。
进一步地，在一实施例中，在所述步骤(4)和(5)中，将所述待测样片按照所述步骤(4)测得的太赫兹光谱信息带入所述步骤(3)中确定的腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型中，根据样本点在标准曲线的位置坐标来确定待测样片的腐蚀程度。
进一步地，在一实施例中，所述的太赫兹时域光谱系统为反射式太赫兹时域光谱系统。
本发明实施例的利用太赫兹时域光谱技术对金属的腐蚀程度进行检测的方法，可以实现对金属腐蚀时间的检测，并且具有操作简单，检测快速，数据处理过程简单，重复性好以及结果精确度高等优点，对检测管道腐蚀程度具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明方法实施步骤流程图。
图2是测得的不同腐蚀时间的反射式太赫兹时域光谱及反射率图。
图3是利用反射式太赫兹系统测得的已知成分的腐蚀产物样片的反射率图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀程度的方法。该方法包括以下步骤：分别采集不同腐蚀时间的铁片样品及不同成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱。建立基于两种因素的腐蚀程度与太赫兹光谱的标准关系模型；测量未知腐蚀时间的金属腐蚀样片及其腐蚀产物的太赫兹时域光谱，对数据进行处理，得到不同腐蚀时间的金属腐蚀样片的时域光谱及反射率谱；将测得的未知腐蚀时间的腐蚀样片的太赫兹时域光谱信息及反射率信息带入基于铁的腐蚀表面、腐蚀产物两种因素建立的“腐蚀时间与太赫兹光谱信息关系”的标准曲线，得到待测样片的腐蚀时间，从而实现对腐蚀程度的估计。本发明可以实现对腐蚀程度的评价检测，并且具有样品制备处理简单、易操作、重复性好、数据处理简单、测试结果相对准确等优点。因此对利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀情况具有重要意义。
图1为本发明实施例的利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀的方法的流程图。
如图所示，本发明的检测金属腐蚀的方法包括：
步骤S101，测量不同腐蚀时间的金属样片的太赫兹时域光谱，并进行时频变换，建立反射率与腐蚀时间的关系谱图；步骤S102，测量不同成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱，并进行时频变换，建立反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图；步骤S103，根据所述反射率与腐蚀时间的关系谱图以及反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图，建立腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型；步骤S104，测量待测样片的太赫兹时域光谱，得到所述待测样片对应的表面及腐蚀产物的太赫兹光谱信息；步骤S105，将所述待测样片的太赫兹光谱信息带入所述腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型，测定所述待测样片的腐蚀时间。
进一步地，在本实施例中，所述太赫兹波的范围为0.2THz-2.0THz。
进一步地，在本实施例中，在所述步骤S101中，测量不同腐蚀时间的太赫兹反射光谱，并进行时频变换，建立反射率与腐蚀时间的关系谱图，包括：对统一成分的金属样片，在二次蒸馏水中挂片进行腐蚀反应，取不同时间的反应样品，干燥后运用太赫兹反射式系统，测量得到所述不同腐蚀时间的金属样片的腐蚀表面的太赫兹时域光谱信息；对所述太赫兹时域光谱信息进行傅立叶变换生成太赫兹频域光谱信息，得到对应的反射率随频率的变化曲线，建立所述反射率与腐蚀时间的关系谱图。
在本实施例中，可以利用反射式太赫兹时域光谱装置对每一片不同腐蚀时间的铁片样品进行检测，以反射镜的太赫兹时域波形为参考信号，以不同反射时间的铁片样品为样品信号，为提高信噪比，每片样品采集3条时域光谱，取平均值作为最终的参考信号和样品信号。将参考信号和样品信号的时域波形分别进行快速傅里叶变换得到频域谱，将样品信号的频域波形与参考信号的频域波形取比，得到不同腐蚀时间铁片样品及不同成分腐蚀产物样片的反射率。
进一步地，在本实施例中，在所述步骤S102中，测量不同成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱，并进行时频变换，建立反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图，包括：对已知成分腐蚀产物在24MPa下加压15min，运用太赫兹反射式系统进行测量，得到所述已知成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱信息；对所述已知成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱信息进行傅立叶变换生成太赫兹频域光谱信息，将样品信号的频域波形与参考信号的频域波形取比，得到对应的反射率随频率的变化曲线，建立所述反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图。
在本实施例中，可以利用反射式太赫兹时域光谱装置对每一片不同成分腐蚀产物样品进行检测，以反射镜的太赫兹时域波形为参考信号，以不同成分腐蚀产物样品为样品信号，为提高信噪比，每片样品采集3条时域光谱，取平均值作为最终的参考信号和样品信号。
将所述的实施步骤S101、S102中的参考信号和样品信号的时域波形分别进行快速傅里叶变换得到频域谱，将样品信号的频域波形与参考信号的频域波形取比，得到不同腐蚀时间铁片样品及不同成分腐蚀产物样片的反射率，频率范围为0.2-2THz。如图2、图3所示。图2为测得的不同腐蚀时间的反射式太赫兹时域光谱及反射率图，可以看到：随腐蚀时间的增加，铁片的反射率逐渐减小。图3是测得的已知成分的腐蚀产物样片的反射式太赫兹反射率图，不同组分腐蚀产物样品的反射率一定程度上可以区分。
进一步地，在本实施例中，在所述步骤S103中，根据所述反射率与腐蚀时间的关系谱图以及反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图，建立腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型，包括：分析所述步骤S101中得到的反射率与腐蚀时间的关系谱图，以及所述步骤S102中得到的反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图，建立所述腐蚀时间和不同成分腐蚀产物的相关系数方程，得到所述腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型。
进一步地，在本实施例中，在所述步骤S104和步骤S105中，将所述待测样片按照所述步骤S104测得的太赫兹光谱信息带入所述步骤S103中确定的腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型中，根据样本点在标准曲线的位置坐标来确定待测样片的腐蚀程度。
本发明实施例可以实现对金属腐蚀时间的检测，并且具有操作简单，检测快速，数据处理过程简单，重复性好以及结果精确度高等优点，对检测管道腐蚀程度具有重要意义。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)测量不同腐蚀时间的金属样片的太赫兹时域光谱，并进行时频变换，建立反射率与腐蚀时间的关系谱图；
(2)测量不同成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱，并进行时频变换，建立反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图；
(3)根据所述反射率与腐蚀时间的关系谱图以及反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图，建立腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型；
(4)测量待测样片的太赫兹时域光谱，得到所述待测样片对应的表面及腐蚀产物的太赫兹光谱信息；
(5)将所述待测样片的太赫兹光谱信息带入所述腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型，测定所述待测样片的腐蚀时间。
2.根据权利要求1所述的利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀的方法，其特征在于，所述太赫兹波的范围为0.2THz-2.0THz。
3.根据权利要求1所述的利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，测量不同腐蚀时间的太赫兹反射光谱，并进行时频变换，建立反射率与腐蚀时间的关系谱图，包括：
对统一成分的金属样片，在二次蒸馏水中挂片进行腐蚀反应，取不同时间的反应样品，干燥后运用太赫兹反射式系统，测量得到所述不同腐蚀时间的金属样片的腐蚀表面的太赫兹时域光谱信息；
对所述太赫兹时域光谱信息进行傅立叶变换生成太赫兹频域光谱信息，得到对应的反射率随频率的变化曲线，建立所述反射率与腐蚀时间的关系谱图。
4.根据权利要求1所述的利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，测量不同成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱，并进行时频变换，建立反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图，包括：
对已知成分腐蚀产物在24MPa下加压15min，运用太赫兹反射式系统进行测量，得到所述已知成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱信息；
对所述已知成分腐蚀产物的太赫兹时域光谱信息进行傅立叶变换生成太赫兹频域光谱信息，得到对应的反射率随频率的变化曲线，建立所述反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图。
5.根据权利要求1所述的利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀的方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，根据所述反射率与腐蚀时间的关系谱图以及反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图，建立腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型，包括：
分析所述步骤(1)中得到的反射率与腐蚀时间的关系谱图，以及所述步骤(2)中得到的反射率与不同成分腐蚀产物的关系谱图，建立所述腐蚀时间和不同成分腐蚀产物的相关系数方程，得到所述腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型。
6.根据权利要求1所述的利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀的方法，其特征在于，在所述步骤(4)和(5)中，将所述待测样片按照所述步骤(4)测得的太赫兹光谱信息带入所述步骤(3)中确定的腐蚀时间与太赫兹光谱信号的关系模型中，根据样本点在标准曲线的位置坐标来确定待测样片的腐蚀程度。
7.根据权利要求1-6任一项所述的利用太赫兹时域光谱技术检测金属腐蚀的方法，其特征在于，采用的太赫兹时域光谱系统为反射式太赫兹时域光谱系统。
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