一種智能測試樁及其測控方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及陰極保護技術，尤其涉及一種實現對地下管線陰極保護狀態進行監控的智能測試粧及其測控方法。
【背景技術】
[0002]陰極保護是石油、石化行業油品運輸中保護埋設于地下的鋼質石油管道，有效抑制腐蝕的重要手段。在管道的腐蝕事故中，由于陰極保護不到位，導致地下管道出現腐蝕泄露的情況非常多。一旦這些管道，出現泄露，將造成嚴重的安全事故。在實際運行過程中，正確的維護對于保護效果的好壞起著至關重要的作用，因而用于監測陰極保護參數的測試粧成為了管道維護中必不可少的設備。
[0003]目前，雖然使用測試粧檢測管道中的陰極保護參數較為普遍，如，在外國的一些公司采用陰極保護有線監控，其將數據并入SCADA系統(數據采集與監控系統)，當然，也有采用部分無線遠程監控與檢測的陰極保護系統，但是在這些應用系統中，其中使用到的檢測陰極保護參數的測試粧仍然存在以下諸多問題:
[0004]I)在測試粧中沒有設置相應的信號發射和接收裝置，只能依靠人工定期巡查獲取其采集到的數據，效率非常低，甚至有些人工測量點難以到達，導致數據虛假、缺失；
[0005]2)測試粧中存在一些無需實時供電的元器件，但是目前的測試粧長期為其供電，耗電量大，造成過高頻率的更換其內部的電池，不僅費電，同時耗費大量的人工成本；
[0006]3)現有的測試粧普遍采用檢測通電電位的方法進行監控，由于通電電位含有IR降而存在測量上的誤差，且受雜散電流干擾，將其作為計算管道保護率的數值是不嚴謹的。因此要準確計算管道保護率，必須要測得管道斷電電位。目前已實現的一種測量斷電電位的方法是恒電位儀與測試粧同步斷電測量法。恒電位儀與測試粧同步斷電測量法測得的斷電電位可消除IR降，但不能消除雜散電流的干擾，這種具有誤差的結果往往會誤導管理；且斷電電位人工測量難度較大，技術要求高。
[0007]因此，解決目前測試粧中存在的問題，尋求更為高效、準確、先進的工作模式，實現對運行中的陰極保護系統的遠程實時監控，盡可能的降低測試粧的耗電，準確獲得管道中的斷電電位成為了本領域的技術人員應該努力解決的一大課題。
【發明內容】
[0008]針對上述問題，本發明的目的:旨在提供一種智能測試粧及其測控方法，其不僅能夠實現對運行中的陰極保護系統的實時監控，同時通過在測試粧中設置繼電器控制極化探頭和管道連接線的通斷以精確獲取管道中的斷電電位。
[0009]本發明提供的智能測試粧，包括粧帽1、標志粧2、安放于標志粧2內部的智能測控器3、接地線4以及分別與智能測控器3連接的參比電極5、極化探頭6，地下管道7，所述地下管道7與第一極化試片19電連接，第二極化試片設置于所述地下管道7附近，所述智能測試粧通過所述極化探頭6探測所述第一極化試片19，所述第二極化試片，與所述地下管道7相對于所述參比電極5間的電位值。
[0010]所述智能測控器3中至少包括:一中央處理器9、數據采集模塊8，以及為所述智能測控器3供電的電源模塊15、GPS授時模塊10，實現與外部通信的GPRS模塊11，將采集的數據進行本地存儲的數據存儲模塊12、復位模塊13和實現所述智能測控器3校時的實時時鐘豐旲塊14。
[0011]其中，所述數據采集模塊8中包括:三路防護預處理電路、三路低通濾波電路、一路模擬數字轉換器17以及為其提供基準電壓的基準電壓源18和繼電器16。
[0012]電源模塊15中包括:鋰電池、低壓差線性電源電路、電源控制電路。
[0013]優選地，所述中央處理器9為型號為MSP430F169的低功耗中央處理器9。
[0014]優選地，所述防護預處理電路中包括一自恢復保險絲，一瞬態抑制二極管，一共模抑制電感，第一電容，第二電容，第一分壓電阻，以及第二分壓電阻；其中，
[0015]所述自恢復保險絲的第一端與輸入所述模擬信號的正輸入端極連接，第二端與所述瞬態抑制二極管的負極連接，所述瞬態抑制二極管的正極接所述模擬信號的負輸入端連接模擬地，所述第一電容并聯在所述瞬態抑制二極管的兩端；所述共模抑制電感的第一端和第二端分別與所述瞬態抑制二極管的負極和正極連接；所述第二電容并聯連接在所述共模抑制電感的第三端和第四端；所述第一分壓電阻和所述第二分壓電阻串聯連接，且所述串聯連接的第一分壓電阻和所述第二分壓電阻并聯連接在所述第二電容的兩端，所述第二分壓電阻兩端的電壓信號作為經過所述預防護處理的輸出。所述防護預處理電路用于抑制信號中瞬態尖峰脈沖，同時將輸入的模擬信號經過分壓調整至所述模擬數字轉換器可采集的范圍內。
[0016]優選地，所述低通濾波器為巴特沃斯二階低通濾波器或切比雪夫低通濾波器。所述低通濾波電路，用于濾除輸入模擬信號中的交流干擾信號。
[0017]優選地，所述模擬數字轉換器17為型號為AD7799的24位三路差分模擬輸入Σ - Λ型數模轉換器。所述模擬數字轉換器17用于將經過所述低通濾波器的輸入模擬信號轉換為數字信號。
[0018]優選地，所述繼電器16選用的繼電器16的型號為G6S-2F-3V。用于控制所述第一極化試片19和管道7連接線的通斷。
[0019]優選地，所述低壓差線電源電路中分別包括型號為WR2050S-1WR2和型號為MAX884ESA的電源電路，分別將所述鋰電池提供的7.4V電源電壓轉換為5V和3.3V的電源電壓。
[0020]優選地，所述電源控制電路為采用雙N和P溝道MOSFET組成的型號為IRF7309的控制芯片。
[0021]優選地，所述GPS授時模塊10為UBLOX或M8729GPS芯片，或由UM220-1II北斗和GPS雙模芯片組成。
[0022]優選地，所述GPRS模塊11為3G GPRS DTU模塊。
[0023]優選地，所述數據存儲模塊12的型號為FM26LC64的存儲芯片。
[0024]優選地，所述復位模塊13包括一看門狗電路13。
[0025]優選地，所述看門狗電路13的型號為MCP1316-29的看門狗芯片。
[0026]優選地，所述實時時鐘模塊14為一型號為R2025S的高精度實時時鐘芯片。
[0027]本發明中還提供了一種智能測試粧的測控方法，應用于上述智能測試粧，其中，所述智能測試粧與遠程監控平臺21連接，至少包括以下步驟:
[0028]SI實時時鐘模塊14喚醒處于休眠狀態的處理器；
[0029]S2喚醒后的所述處理器通過電源控制電路給GPS授時模塊10，GPRS模塊11，以及數據采集模塊8供電；
[0030]S3通電后，所述GPS授時模塊10開始搜索衛星，所述GPRS模塊11分別開始連接所述遠程監控平臺21 ;
[0031]S4 GPS授時模塊10搜索衛星成功后，處理器根據所述衛星的授時時間校正實時時鐘模塊14的時間；
[0032]S5處理器基于校正過后的實時時鐘模塊14的時間，在預設時間通過繼電器16斷開第一極化試片19和管道7之間的連接；
[0033]S6所述第一極化試片19和所述管道7斷開連接特定時間之后，數據采集模塊8通過測量所述第一極化試片19相對于參比電極5的電位獲取斷電電位；通過測量所述管道7相對于所述參比電極5的電位獲取通電電位；通過測量所述第二極化試片相對于參比電極5的電位獲取自然電位；
[0034]S7測量結束之后，處理器通過所述繼電器16恢復所述第一極化試片19和所述管道7之間的連接；
[0035]S8所述處理器獲取所述數據采集模塊8采集的斷電電位，通電電位，以及自然電位值并進行處理，隨后將處理過后的數據發送至所述遠程監控平臺21 ;
[0036]S9所述處理器所述電源控制電路斷開給所述GPS授時模塊10，所述GPRS模塊11，以及所述數據采集模塊8的供電，所述智能測控器3進入休眠狀態，等待下一次所述實時時鐘的喚醒。
[0037]優選地，在步驟S6中，所述第一極化試片19和所述地下管道7斷開連接10ms之后，所述數據采集模塊8開始采集所述第一極化試片19，所述地下管道7和所述第二極化試片相對于所述參比電極5的斷電電位，通電電位，和自然電位值。
[0038]優選地，在步驟S6中，所述第二極化試片和所述參比電極5分別與所述第一路防護預處理電路的正負輸入端連接；所述管道7和所述參比電極5分別與所述第二路防護預處理電路的正負輸入端連接；所述第一極化試片19和所述參比電極5分別與所述第三路防護預處理電路的正負輸入端連接。
[0039]根據以上技術方案提出的這種地下管線陰極保護的智能測試粧，與現有普遍使用國內外已公開的智能測試粧相比較，至少具有以下優點:
[0040]1.在本發明中，通過設置在數據采集模塊中的繼電器控制第一極化試片和管道之間的連接線的通斷，準確地實現斷電電位的測量，有效地消除IR降和雜散電流的干擾，將其作為計算地下管道保護率的數值準確、無誤差；
[0041]2.在本發明中，