CN109581040A - 一种消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统及方法，本发明系统包括腐蚀阵列传感器的设计、腐蚀电流检测电路的设计与软件控制及采样算法的设计。腐蚀阵列传感器分为2个参考电极与30个工作电极，参考电极掩埋在环氧树脂内部，工作电极表面置于被测环境，既有腐蚀电流也有与参考电极相等的电磁干扰噪声电流；腐蚀电流检测电路主要是阵列电极的电子开关切换及电流转电压的测量电路，保证每次测量有一个参考电极与工作电极的电流被同步采集；本发明方法为软件控制与采样算法，涉及二分法消失调电压及腐蚀电流的计算，用同步采集的工作电极信号减去参考电极信号，得到消除空间噪声的腐蚀电流信号。本发明消除空间噪声干扰，提高了测量精度。

Description

一种消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统及方法

技术领域

本发明涉及嵌入式电路领域，尤其是涉及到一种消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统及方法。

背景技术

大多数金属腐蚀通过在金属与溶液界面上发生的电化学反应而产生。在腐蚀电势下，电极上净电流虽为零，但腐蚀反应仍在以一定速率持续进行，这时其阳极电流与阴极电流方向相反数值相等且都等于某一电流值(Icor)，该电流称为腐蚀电流，单位为安(A)。因此可以通过对腐蚀电流测量来探测金属腐蚀性，比其它方法更加灵敏和有效。

微陈列电极检测法是腐蚀电流测量方法之一，将一个大面积电极分割成若干个微电极，然后将微电极相互绝缘分装组合成大面积电极；各个微电极既能给出大面积电极所提供的统计平均信号，又能作为独立的微小探头，分别测试该微小区域的电化学参数，表征出电极表面的电化学不均匀性。阵列电极的特点是通过测量每个微小电极的电流信号，从而获得电化学参数分布情况，进而研究金属材料表面腐蚀的电化学非均匀性。由于微阵列传感器由若干个微金属电极组成，测量每个微小电极的电化学信号即需要连接若干个信号线，信号线间分布错综复杂。在测量过程中周围空间电磁场对长线的电磁干扰不同，信号线间存在相互的串扰，当强信号线(或信号变化速度很快的线)与弱信号线靠得很近时，也会产生线间干扰。而且腐蚀电流测量电路也很容易受到内部电子元器件一些无规则的噪声或干扰信号，如果这些噪声和干扰的影响足够大，那么在腐蚀电路的输出端的有效信号将有可能被淹没，则必将妨碍对有腐蚀电流的测量。现有的技术虽然提出了阵列腐蚀电流的测量，但是既没有达到微量级腐蚀电流测量，也没有考虑周围空间噪声干扰性，常规方法很难达到uA级电流测量的要求和精度。所以在腐蚀电流检测电路设计中降低空间噪声干扰是电路设计是否成功的关键。

消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测的难点(创新点)在于：一使如何实现多阵列腐蚀电流同步测量与集成化测量；二是如何消除失调电压影响，构造零电阻的电流转电压电路；三是如何消除空间噪声和干扰信号，有效提高测量精度。

为此，本申请提出利用二分法控制DAC快速消失调电压的影响、利用两组相同腐蚀电流测量电路通过电子开关切换实现消除空间噪声以及多阵列腐蚀电流集成化测量以及利用电流与电压的转换实现腐蚀电流的高精度与高分辨率测量。

发明内容

本发明的目的是，针对现有方法的缺点与不足，提出一种消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统及方法。涉及到阵列腐蚀电流检测方面的技术；包括腐蚀阵列传感器的设计、腐蚀电流检测电路的设计与软件控制及采样处理算法的设计。

本发明系统的技术方案为：一种消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统，其特征在于，包括腐蚀阵列传感器、阵列电阻模块、第一电子开关切换模块、第二电子开关切换模块、第一DAC消失调电压模块、第二DAC消失调电压模块、第一电流转电压测量模块、第二电流转电压测量模块、第一ADC电压转换模块、第二ADC电压转换模块以及单片机；

所述腐蚀阵列传感器与所述阵列电阻模块连接；所述阵列电阻模块与所述第一电子开关切换模块连接；所述阵列电阻模块与所述第二电子开关切换模块连接；所述的第一电子开关切换模块、第一电流转电压测量模块、第一ADC电压转换模块依次连接；所述的第二电子开关切换模块、第二电流转电压测量模块、第二ADC电压转换模块依次连接；所述单片机与所述第一电子开关切换模块连接，所述单片机与所述第二电子开关切换模块连接，单片机控制电子开关模块的切换功能；所述单片机与所述第一DAC消失调电压模块连接，所述单片机与所述第二DAC消失调电压模块连接，通过单片机输出的DAC值调节，消除电路中失调电压影响；所述单片机与所述第一ADC电压转换模块连接，所述单片机与所述第二ADC电压转换模块连接，单片机对ADC电压转换模块的输出模拟量进行采样为数字量，便于软件计算；所述第一DAC消失调电压模块与所述第一电流转电压测量模块连接；所述第二DAC消失调电压模块与所述第二电流转电压测量模块连接。

作为优选，所述腐蚀阵列传感器由32个腐蚀微阵列电极构成，其中腐蚀微阵列电极分为参考电极与工作电极，其中参考电极有2个且掩埋在环氧树脂内部，工作电极有30个且表面置于被测环境中。

作为优选，所述腐蚀微阵列电极制作材料为普通316L不锈钢，所述腐蚀微阵列电极的直径Φ1.5mm，电极间距为1.0mm，所述工作电极按照5*6排列组合，所述参考电极独立排列。

作为优选，所述阵列电阻模块包括与所述腐蚀阵列传感器对应的32个100欧的电阻R1,R2,...,R32，32个电阻R1-R32一端与相对应的所述腐蚀阵列传感器中腐蚀微阵列电极的32个探头连接，另一端与电子开关切换模块相对应的32个开关通道连接。

作为优选，所述的第一电子开关切换模块、第二电子开关切换模块均为16个开关通道，所述的第一电子开关切换模块中开关通道与所述腐蚀阵列传感器中腐蚀微阵列电极以及100欧的电阻连接；同一时刻第一电子开关切换模块、第二电子开关切换模块均开启1个通道，其中一个电子开关切换模块开启参考电极对应通道，另一个电子开关切换模块开启工作电极对应通道。

作为优选，所述软件控制及采样处理算法的设计包括控制两组电子开关切换以及同步采样算法，DAC二分法快速消失调电压算法。单片机控制所述电子开关切换模快的电子开关芯片通道切换顺序，实现其中一个电子开关开启参考电极对应通道，另一个电子开关开启工作电极对应通道。同步采样算法包括单片机同步启动ADC1，ADC2采样功能,ADC1采样工作电极信号，ADC2采样参考电极信号，两路信号处于不同的多路模拟电子开关上能够被同步测量，通过公式计算单电极电流值。所述DAC二分法快速消失调电压算法，是指通过单片机软件控制DAC输出电压值,不断地把电压输入值区间一分为二，再判断输出值与0mv关系，使区间的两个端点逐步逼近输出函数值在0mv的所在值。

本发明方法的技术方案为一种利用权利要求1所述的消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统进行消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.第一电子开关切换模块以及第二电子开关切换模块接地，单片机通过二分法算法快速消失调电压，控制第一DAC消失调电压模块、第二DAC消失调电压模块的DAC输出值，消除失调电压的影响；

步骤2.第一电子开关切换模块以及第二电子开关切换模块接阵列电极腐蚀传感器,控制第一电子开关切换模块以及第二电子开关切换模块的开关状态实现测量腐蚀传感器中的工作电极以及参考电极，同步采集工作电极以及参考电极两组信号，通过腐蚀电流测量计算，得到腐蚀电流值。

作为优选，所述步骤1的具体操作包括以下步骤：

步骤1.1.单片机控制第一DAC消失调电压模块以及第二DAC消失调电压模块的输出电压均为1.65V；

步骤1.2.断开第一电子开关切换模块以及第二电子开关切换模块与电路的连接，通过第一ADC电压转换模块测得运放在0电流状态下的输出电压为Va1，通过第二ADC电压转换模块测得运放在0电流状态下的输出电压为Vb1；

步骤1.3.将两组0电流状态下的运算放大器负端与地连接，单片机通过第一ADC电压转换模块测得运放接地状态下的输出电压为Va2,通过第一ADC电压转换模块测得运放接地状态下的输出电压为Vb2

步骤1.4.单片机通过二分法算法控制第一DAC消失调电压模块的DAC输出值，使|Va2-Va1|<а接近，控制第一DAC消失调电压模块的DAC输出值，使|Vb2-Vb1|<θ接近；

步骤1.5.单片机稳定第一DAC消失调电压模块以及第二DAC消失调电压模块的DAC输出值，消除失调电压的影响。

作为优选，所述步骤2的具体操作包括以下步骤：

步骤2.1.首先单片机控制第一电子开关切换模块连接工作电极S1,S2,...,S15，第二电子开关切换模块连接参考电极S32，单片机控制第一电子开关切换模块，在电极S1-S15依次连接切换，电极置于外部环境中有腐蚀现象，内部会产生腐蚀电流，定义工作电极电流值I1,I2,...,I15，定义参考电流值I32

步骤2.2.第一电流转电压电路公式表达为：V1a＝I×R36+V0a；其中V1a为运放的输出端，V0a为运放的负端，I为步骤2.1定义的工作电极产生电流值，定义电阻R36；第二电流转电压电路公式表达为：V1b＝I×R44+V0b；其中V1b为运放的输出端，V0b为运放的负端，I为步骤2.1定义的参考电极产生电流值，定义电阻R44

步骤2.3.第一ADC电压转换模块，使输出电压满足单片机AD转换电压范围，即ADC电压转换模块公式表达：

其中，V2a为转化所得的工作电极电压，V1a为步骤2.2运放输出电压，R38，R39，R37,R40为定义的电阻，VCK为电源电压3.3v，目的使输出值V2a满足AD转换电压范围；

第二ADC电压转换模块，使输出电压满足单片机AD转换电压范围，即ADC电压转换模块公式表达：

其中，V2b为转化所得的参考电极电压，V1b为步骤2.2运放输出电压，R45，R46，R47,R48为定义的电阻，VCK为电源电压3.3v，目的使输出值V2b满足AD转换电压范围；

步骤2.4.对步骤2.3得到的第一ADC电压转换模块输出工作电极电压V2a,第二ADC电压转换模块输出参考电极电压V2b，通过单片机ADC功能进行采样；得到工作电极对应采样值ADC_Si(i∈[1,15]),参考电极采样值ADC_S32，则消除空间噪声干扰的采样值ADC_Ii＝ADC_Si-ADC_S32(i∈[1,15]),计算出第一腐蚀电路15个电极(S1-S15)的电流值:

步骤2.5.首先单片机控制第二电子开关切换模块连接工作电极S17-S31，第一电子开关切换模块连接参考电极S16，单片机控制第二电子开关切换模块，在电极S17-S31依次连接切换，电极置于外部环境中有腐蚀现象，内部会产生腐蚀电流，定义工作电极电流值I17-I31，定义参考电极电流值I16；

步骤2.6.经过电流转电压电路和ADC电压转换模块，得到第一ADC电压转换模块输出参考电极电压V3a以及第二ADC电压转换模块输出工作电极V3b,单片机采样两组电压值，得到参考电极对应采样值ADC_S16,工作电极对应采样值ADC_Si(i∈[17,31])，则消除空间噪声干扰的采样值ADC_Ii＝ADC_Si-ADC_S16(i∈[17,31])；计算出第二腐蚀电路15个电极(S17-S31)的电流值:

步骤2.7.计算整体阵列腐蚀电流即30个工作电极平均值:

本发明优点在于：

本发明实现了多阵列腐蚀电流同步测量与集成化测量，阵列传感器的各个微电极既能给出大面积电极所提供的统计平均信号，又能作为独立的微小探头，分别测试该微小区域的电化学参数，表征出电极表面的电化学不均匀性。

本发明消除了失调电压影响，构造零电阻的电流转电压电路，并利用二分法思想控制单片机DAC输出值，实现失调电压自动化调节，相比较之前的消除失调电压的方法，二分法消除失调电压具有快速，准确，高效的特点。

腐蚀传感器阵列电极分为工作电极和参考电极两类，设计相同的测量电路，同步测量两类电极，从而达到消除空间噪声和干扰信号，有效提高测量精度。

附图说明

图1：本发明的消除空间噪声腐蚀电流检测系统结构示意图；

图2：本发明的腐蚀阵列传感器电极设计图；

图3：本发明的阵列电极连接图；

图4：本发明的电子开关芯片连接图；

图5：本发明的DAC消失调电压模块图；

图6：本发明的分压网络图；

图7：本发明的电流转电压测量模块图；

图8：本发明的ADC电压转换模块图；

图9：本发明的二分法消失调算法示意图

图10：本发明的腐蚀电流测量电路示意图；

图11：本发明的空间噪声消除电路示意图；

图12：本发明的二分法消失调电压DAC控制输出流程示意图；

图13：本发明的腐蚀电流测量系统的算法流程示意图；

图14：本发明空间噪声同步的阵列腐蚀电流信号图。

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。

本发明提出一种消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统及方法。涉及到阵列腐蚀电流检测方面的技术；包括腐蚀阵列传感器的设计、腐蚀电流检测电路的设计与软件控制及采样处理算法的设计。

如图1所示为本发明系统的技术方案，一种消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统，其特征在于，包括腐蚀阵列传感器、阵列电阻模块、第一电子开关切换模块、第二电子开关切换模块、第一DAC消失调电压模块、第二DAC消失调电压模块、第一电流转电压测量模块、第二电流转电压测量模块、第一ADC电压转换模块、第二ADC电压转换模块以及单片机；

所述腐蚀阵列传感器与所述阵列电阻模块连接；所述阵列电阻模块与所述第一电子开关切换模块连接；所述阵列电阻模块与所述第二电子开关切换模块连接；所述的第一电子开关切换模块、第一电流转电压测量模块、第一ADC电压转换模块依次连接；所述的第二电子开关切换模块、第二电流转电压测量模块、第二ADC电压转换模块依次连接；所述单片机与所述第一电子开关切换模块连接，所述单片机与所述第二电子开关切换模块连接，单片机控制电子开关模块的切换功能；所述单片机与所述第一DAC消失调电压模块连接，所述单片机与所述第二DAC消失调电压模块连接，通过单片机输出的DAC值调节，消除电路中失调电压影响；所述单片机与所述第一ADC电压转换模块连接，所述单片机与所述第二ADC电压转换模块连接，单片机对ADC电压转换模块的输出模拟量进行采样为数字量，便于软件计算；所述第一DAC消失调电压模块与所述第一电流转电压测量模块连接；所述第二DAC消失调电压模块与所述第二电流转电压测量模块连接。

所述腐蚀阵列传感器由32个腐蚀微阵列电极构成，其中腐蚀微阵列电极分为参考电极与工作电极，其中参考电极有2个且掩埋在环氧树脂内部，工作电极有30个且表面置于被测环境中。

所述腐蚀微阵列电极制作材料为普通316L不锈钢，所述腐蚀微阵列电极的直径Φ1.5mm，电极间距为1.0mm，所述工作电极按照5*6排列组合，所述参考电极独立排列。

所述阵列电阻模块包括与所述腐蚀阵列传感器对应的32个100欧的电阻R1,R2,...,R32，32个电阻R1-R32一端与相对应的所述腐蚀阵列传感器中腐蚀微阵列电极的32个探头连接，另一端与电子开关切换模块相对应的32个开关通道连接。

所述的第一电子开关切换模块、第二电子开关切换模块均为16个开关通道，所述的第一电子开关切换模块中开关通道与所述腐蚀阵列传感器中腐蚀微阵列电极以及100欧的电阻连接；同一时刻第一电子开关切换模块、第二电子开关切换模块均开启1个通道，其中一个电子开关切换模块开启参考电极对应通道，另一个电子开关切换模块开启工作电极对应通道。

所述第一电子开关切换模块选型为ADG706；所述第二电子开关切换模块选型为ADG706；所述第一DAC消失调电压模块选型为TLC274；所述第二DAC消失调电压模块选型为TLC274；所述第一电流转电压测量模块选型为TLC274；所述第二电流转电压测量模块选型为TLC274；所述第一ADC电压转换模块选型为TLC274；所述第二ADC电压转换模块选型为TLC274；所述单片机选型为STM32单片机。

腐蚀阵列传感器的设计包括32个腐蚀微阵列电极，其中腐蚀微阵列电极分为参考电极与工作电极，如图2所示，其中2个参考电极掩埋在环氧树脂内部，避免产生腐蚀电流，30个工作电极表面置于被测环境，目的是使工作电极与参考电极产生的空间电磁干扰噪声相同。

阵列电阻模块包括32个100欧的电阻R1-R32，如图3所示32个电阻R1-R32的其中一端接地，32个电阻R1-R32另一端与相对应的阵列电极的32个探头以及相对应的电子开关芯片的32个开关通道连接。

如图4所示，电子开关切换模块包括两组含16个开关通道的电子芯片，型号是ADG706。芯片1脚电源端接电源电压3.3v，27脚电源端接电源电压-3.3v,12脚接地，A组电开关14到18脚接STM32引脚的PB7--PB3，B组电开关14到18脚接STM32引脚的PC7—PC11，A组芯片19到26脚和4到11脚接对应的腐蚀阵列电极探头S1-S16，B组芯片19到26脚和4到11脚接对应的腐蚀阵列电极探头S17-S32。每组芯片开关16个通道与对应的电极和电阻连接，15个工作电极与1个参考电极与对应16个100欧姆电阻连接。

DAC消失调电压模块如图5所示运算放大器U1A正向输入端输入DAC值，负向输入端与输出端相连，输出端接入R33的一端。R33另一端与电阻R34、R35连接，其中电阻R33＝100k，R34＝200k,电阻R34另一端接-3.3v；电阻R35＝100欧姆，电阻R35另一端接地；取三个电阻连接处的电压，接入运算放大器U2A正向输入端。

如图6所示,单片机STM32的DAC输出与分压消失调电路构成分压网络，DAC输出信号接入运算放大器跟随电路，输出vi。vi接入分压电路，使分压后的Va控制运算放大器的正向输入端，保证运算放大器工作在放大状态时，负端输入电压为0V，消除运放负反馈放大过程中失调电压的影响，失调电压控制范围的计算。由节点电流法建立公式：

计算得：

可以看出当输入电压vi由0-3.3V变化时，va的值从-1.65mv-1.65mv的变化，满足运算放大器最大可能失调电压的消除。

电流转电压测量模块中,R33、R34、R35三个电阻连接处接入放大器U2A的正端,放大器U2A负端与输出端之间接入阻值为100k欧的电阻R，并在负端接入阵列传感器经过电子切换开关模块的输出信号I和与地连接的P1。电路连接图如图7所示，通过运算放大器与电阻R实现电流电压的转换，一般电阻R要求较大，使较小的输入电流也能产生较大的电压信号，这里R＝100k；

如图8所示，ADC电压转换模块包括运算放大器U1B,U2B，所述运算放大器U1B正向输入端接阻值为10k的电阻R37和阻值为20k的电阻R38串联所产生的中间电压，R37另一端接电流转电压测量模块的运放的输出端V1，R38另一端接电源电压VCk；负端接入阻值为20k欧的电阻R39，R39另一端接地；并在负向输入端与输出端之间串联阻值为10k欧的电阻R40，实现在AD范围内的电压转换。所述运算放大器U2B，其正向输入端连接U1B输出端，负向输入端与输出端连接，实现电压跟随作用。

软件控制及采样处理算法的设计包括控制两组电子开关切换以及同步采样算法，DAC二分法快速消失调电压算法。

如图9所示，DAC二分法快速消失调电压算法，是指通过单片机STM32软件控制DAC输出电压值,不断地把电压输入值区间一分为二，再判断输出值与0mv关系，使区间的两个端点逐步逼近输出函数值在0mv的所在值。第一步先取DAC输出电压区间0-3.3v中间值1.65v,再判断输出值与0mv关系，若输出值大于0mv，则取区间0-1.65v；若输出值小于0mv，则取区间1.65-3.3v。第二步假设第一步后DAC输出电压区间范围为1.65-3.3v，取其中间值2.475v,再判断输出值与0mv关系，若输出值大于0mv，则取区间1.65v-2.475v；若输出值小于0mv，则取区间2.475v-3.3v。第三步假设第二步后DAC输出电压区间范围为1.65-2.475v，取其中间值2.062v,再判断输出值与0mv关系，若输出值大于0mv，则取区间1.65v-2.062v；若输出值小于0mv，则取区间2.062v-2.475v。由于单片机STM32的DAC转换精度12位，即2^12-1＝4095对应3.3V最多经过11次二分，就能找到零点近似值。相比较之前的消除失调电压的方法，二分法调失调电压具有快速，准确，高效的特点。

两组电子开关切换以及同步采样算法，单片机STM32控制两组电子开关芯片切换顺序，实现A组接工作电极S1-S15，B组接参考电极S32,控制A组电子开关使每次切换实现依次在S1-S15选一个电极与采样通道连接。同步采样算法包括单片机STM32同步启动ADC1，ADC2采样功能,ADC1采样A组工作电极Si(i＝1-15)信号，ADC2采样B组参考电极S32信号，两路信号处于不同的多路模拟电子开关上能够被同步测量，通过公式计算单电极电流值。

如图10所示，通过该腐蚀电流检测模块，消除失调电压影响，将传感器腐蚀电流值转换成放大后的无极性电压值，通过STM32系统ADC功能采样并计算电流值。如图11所示，是所述消除空间噪声的电路图，设计两组腐蚀电流检测模块同步采样来实现消除空间噪声功能。

如图14所示，通过本发明得到的空间噪声同步的阵列腐蚀电流信号图，显示了同步采样100个点的参考电极与工作电极的序列点图与XY图，从两图中均可以看出参考电极与工作电极具有几乎相同的空间噪声电流。因此，考虑到参考电极无腐蚀电流，通过两电极信号的差分运算，可以消除空间噪声电流的影响。

下面结合图1至图14介绍本发明的实施方式：

步骤1.第一电子开关切换模块以及第二电子开关切换模块接地，单片机通过二分法算法快速消失调电压，控制第一DAC消失调电压模块、第二DAC消失调电压模块的DAC输出值，消除失调电压的影响；

所述步骤1的具体操作包括以下步骤：

步骤1.1.单片机控制第一DAC消失调电压模块以及第二DAC消失调电压模块的输出电压均为1.65V；

步骤1.2.断开第一电子开关切换模块以及第二电子开关切换模块与电路的连接，通过第一ADC电压转换模块测得运放在0电流状态下的输出电压为Va1，通过第二ADC电压转换模块测得运放在0电流状态下的输出电压为Vb1；

步骤1.3.将两组0电流状态下的运算放大器负端与地连接，单片机通过第一ADC电压转换模块测得运放接地状态下的输出电压为Va2,通过第一ADC电压转换模块测得运放接地状态下的输出电压为Vb2

步骤1.4.单片机通过二分法算法控制第一DAC消失调电压模块的DAC输出值，使|Va2-Va1|<а接近，控制第一DAC消失调电压模块的DAC输出值，使|Vb2-Vb1|<θ接近；

步骤1.5.稳定第一DAC消失调电压模块以及第二DAC消失调电压模块的DAC输出值，消除输入失调电压影响。

步骤2.第一电子开关切换模块以及第二电子开关切换模块接阵列电极腐蚀传感器,控制第一电子开关切换模块以及第二电子开关切换模块的开关状态实现测量腐蚀传感器中的工作电极以及参考电极，同步采集工作电极以及参考电极两组信号，通过腐蚀电流测量计算，得到腐蚀电流值。

所述步骤2的具体操作包括以下步骤：

步骤2.1.首先单片机控制第一电子开关切换模块连接工作电极S1,S2,...,S15，第二电子开关切换模块连接参考电极S32，单片机控制第一电子开关切换模块，在电极S1-S15依次连接切换，电极置于外部环境中有腐蚀现象，内部会产生腐蚀电流，定义工作电极电流值I1,I2,...,I15，定义参考电流值I32

步骤2.2.第一电流转电压电路公式表达为：V1a＝I×R36+V0a；其中V1a为运放的输出端，V0a为运放的负端，I为步骤2.1定义的工作电极产生电流值，定义电阻R36；第二电流转电压电路公式表达为：V1b＝I×R44+V0b；其中V1b为运放的输出端，V0b为运放的负端，I为步骤2.1定义的参考电极产生电流值，定义电阻R44

步骤2.3.第一ADC电压转换模块，使输出电压满足单片机AD转换电压范围，即ADC电压转换模块公式表达：

其中，V2a为转化所得的工作电极电压，V1a为步骤2.2运放输出电压，R38，R39，R37,R40为定义的电阻，VCK为电源电压3.3v，目的使输出值V2a满足AD转换电压范围；

第二ADC电压转换模块，使输出电压满足单片机AD转换电压范围，即ADC电压转换模块公式表达：

其中，V2b为转化所得的参考电极电压，V1b为步骤2.2运放输出电压，R45，R46，R47,R48为定义的电阻，VCK为电源电压3.3v，目的使输出值V2b满足AD转换电压范围；

步骤2.4.对步骤2.3得到的第一ADC电压转换模块输出工作电极电压V2a,第二ADC电压转换模块输出参考电极电压V2b，通过单片机ADC功能进行采样；得到工作电极对应采样值ADC_Si(i∈[1,15]),参考电极采样值ADC_S32，则消除空间噪声干扰的采样值ADC_Ii＝ADC_Si-ADC_S32(i∈[1,15]),计算出第一腐蚀电路15个电极(S1-S15)的电流值:

步骤2.5.首先单片机控制第二电子开关切换模块连接工作电极S17-S31，第一电子开关切换模块连接参考电极S16，单片机控制第二电子开关切换模块，在电极S17-S31依次连接切换，电极置于外部环境中有腐蚀现象，内部会产生腐蚀电流，定义工作电极电流值I17-I31，定义参考电极电流值I16；

步骤2.6.经过电流转电压电路和ADC电压转换模块，得到第一ADC电压转换模块输出参考电极电压V3a以及第二ADC电压转换模块输出工作电极V3b,单片机采样两组电压值，得到参考电极对应采样值ADC_S16,工作电极对应采样值ADC_Si(i∈[17,31])，则消除空间噪声干扰的采样值ADC_Ii＝ADC_Si-ADC_S16(i∈[17，31])；计算出第二腐蚀电路15个电极(S17-S31)的电流值:

步骤2.7.计算整体阵列腐蚀电流即30个工作电极平均值:

尽管本文较多地使用了腐蚀阵列传感器、阵列电阻模块、第一电子开关切换模块、第二电子开关切换模块、第一DAC消失调电压模块、第二DAC消失调电压模块、第一电流转电压测量模块、第二电流转电压测量模块、第一ADC电压转换模块、第二ADC电压转换模块以及单片机等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，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。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统，其特征在于，包括腐蚀阵列传感器、阵列电阻模块、第一电子开关切换模块、第二电子开关切换模块、第一DAC消失调电压模块、第二DAC消失调电压模块、第一电流转电压测量模块、第二电流转电压测量模块、第一ADC电压转换模块、第二ADC电压转换模块以及单片机；

所述腐蚀阵列传感器与所述阵列电阻模块连接；所述阵列电阻模块与所述第一电子开关切换模块连接；所述阵列电阻模块与所述第二电子开关切换模块连接；所述的第一电子开关切换模块、第一电流转电压测量模块、第一ADC电压转换模块依次连接；所述的第二电子开关切换模块、第二电流转电压测量模块、第二ADC电压转换模块依次连接；所述单片机与所述第一电子开关切换模块连接，所述单片机与所述第二电子开关切换模块连接，单片机控制电子开关模块的切换功能；所述单片机与所述第一DAC消失调电压模块连接，所述单片机与所述第二DAC消失调电压模块连接，通过单片机输出的DAC值调节，消除电路中失调电压影响；所述单片机与所述第一ADC电压转换模块连接，所述单片机与所述第二ADC电压转换模块连接，单片机对ADC电压转换模块的输出模拟量进行采样为数字量，便于软件计算；所述第一DAC消失调电压模块与所述第一电流转电压测量模块连接；所述第二DAC消失调电压模块与所述第二电流转电压测量模块连接。

2.根据权利要求1所述的消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统，其特征在于，所述腐蚀阵列传感器由32个腐蚀微阵列电极构成，其中腐蚀微阵列电极分为参考电极与工作电极，其中参考电极有2个且掩埋在环氧树脂内部，工作电极有30个且表面置于被测环境中。

3.根据权利要求2所述的消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统，其特征在于，所述腐蚀微阵列电极制作材料为普通316L不锈钢，所述腐蚀微阵列电极的直径Φ1.5mm，电极间距为1.0mm，所述工作电极按照5*6排列组合，所述参考电极独立排列。

4.根据权利要求1所述的消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统，其特征在于，所述阵列电阻模块包括与所述腐蚀阵列传感器对应的32个100欧的电阻R1,R2,...,R32，32个电阻R1-R32一端与相对应的所述腐蚀阵列传感器中腐蚀微阵列电极的32个探头连接，另一端与电子开关切换模块相对应的32个开关通道连接。

5.根据权利要求1所述的消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统，其特征在于，所述的第一电子开关切换模块、第二电子开关切换模块均为16个开关通道，所述的电子开关切换模块中开关通道与所述腐蚀阵列传感器中腐蚀微阵列电极以及100欧的电阻连接；同一时刻第一电子开关切换模块、第二电子开关切换模块均开启1个通道，其中一个电子开关切换模块开启参考电极对应通道，另一个电子开关切换模块开启工作电极对应通道。

6.一种利用权利要求1所述的消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测系统进行消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.第一电子开关切换模块以及第二电子开关切换模块接地，单片机通过二分法算法快速消失调电压，控制第一DAC消失调电压模块、第二DAC消失调电压模块的DAC输出值，消除失调电压的影响；

步骤2.第一电子开关切换模块以及第二电子开关切换模块接阵列电极腐蚀传感器,控制第一电子开关切换模块以及第二电子开关切换模块的开关状态实现测量腐蚀传感器中的工作电极以及参考电极，同步采集工作电极以及参考电极两组信号，通过腐蚀电流测量计算，得到腐蚀电流值。

7.根据权利要求6所述的消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测方法，其特征在于，所述步骤1的具体操作包括以下步骤：

步骤1.1.单片机控制第一DAC消失调电压模块以及第二DAC消失调电压模块的输出电压均为1.65V；

步骤1.2.断开第一电子开关切换模块以及第二电子开关切换模块与电路的连接，通过第一ADC电压转换模块测得运放在0电流状态下的输出电压为Va1，通过第二ADC电压转换模块测得运放在0电流状态下的输出电压为Vb1；

步骤1.3.将两组0电流状态下的运算放大器负端与地连接，单片机通过第一ADC电压转换模块测得运放接地状态下的输出电压为Va2,通过第一ADC电压转换模块测得运放接地状态下的输出电压为Vb2；

步骤1.4.单片机通过二分法算法控制第一DAC消失调电压模块的DAC输出值，使|Va2-Va1|<а接近，控制第一DAC消失调电压模块的DAC输出值，使|Vb2-Vb1|<θ接近；

步骤1.5.稳定第一DAC消失调电压模块以及第二DAC消失调电压模块的DAC输出值，消除失调电压影响。

8.根据权利要求6所述的消除空间噪声的阵列腐蚀电流检测方法，其特征在于，所述步骤2的具体操作包括以下步骤：

步骤2.1.首先单片机控制第一电子开关切换模块连接工作电极S1,S2,...,S15，第二电子开关切换模块连接参考电极S32，单片机控制第一电子开关切换模块，在电极S1-S15依次连接切换，电极置于外部环境中有腐蚀现象，内部会产生腐蚀电流，定义工作电极电流值I1,I2,...,I15，定义参考电流值I32；

步骤2.2.第一电流转电压电路公式表达为：V1a＝I×R36+V0a；其中V1a为运放的输出端，V0a为运放的负端，I为步骤2.1定义的工作电极产生电流值，定义电阻R36；第二电流转电压电路公式表达为：V1b＝I×R44+V0b；其中V1b为运放的输出端，V0b为运放的负端，I为步骤2.1定义的参考电极产生电流值，定义电阻R44；

步骤2.3.第一ADC电压转换模块，使输出电压满足单片机AD转换电压范围，即ADC电压转换模块公式表达：

其中，V2a为转化所得的工作电极电压，V1a为步骤2.2运放输出电压，R38，R39，R37,R40为定义的电阻，VCk为电源电压3.3v，目的使输出值V2a满足AD转换电压范围；

第二ADC电压转换模块，使输出电压满足单片机AD转换电压范围，即ADC电压转换模块公式表达：

其中，V2b为转化所得的参考电极电压，V1b为步骤2.2运放输出电压，R45，R46，R47,R48为定义的电阻，VCk为电源电压3.3v，目的使输出值V2b满足AD转换电压范围；

步骤2.4.对步骤2.3得到的第一ADC电压转换模块输出工作电极电压V2a,第二ADC电压转换模块输出参考电极电压V2b，通过单片机ADC功能进行采样；得到工作电极对应采样值ADC_Si(i∈[1,15]),参考电极采样值ADC_S32，则消除空间噪声干扰的采样值ADC_Ii＝ADC_Si-ADC_S32(i∈[1,15]),计算出第一腐蚀电路15个电极(S1-S15)的电流值:

步骤2.5.首先单片机控制第二电子开关切换模块连接工作电极S17-S31，第一电子开关切换模块连接参考电极S16，单片机控制第二电子开关切换模块，在电极S17-S31依次连接切换，电极置于外部环境中有腐蚀现象，内部会产生腐蚀电流，定义工作电极电流值I17-I31，定义参考电极电流值I16；

步骤2.6.经过电流转电压电路和ADC电压转换模块，得到第一ADC电压转换模块输出参考电极电压V3a以及第二ADC电压转换模块输出工作电极V3b,单片机采样两组电压值，得到参考电极对应采样值ADC_S16,工作电极对应采样值ADC_Si(i∈[17,31])，则消除空间噪声干扰的采样值ADC_Ii＝ADC_Si-ADC_S16(i∈[17,31])；计算出第二腐蚀电路15个电极(S17-S31)的电流值:

步骤2.7.计算整体阵列腐蚀电流即30个工作电极平均值: