阴极保护电位同步检测中时钟漂移校正方法技术

一种阴极保护电位同步检测中时钟漂移校正方法。本发明专利技术应用相关分析的数学方法处理和识别阴保电位检测过程中的阴极保护电流的中断周期，有效地解决了远程检测信号的同步问题。本发明专利技术方法包括：构建标准波形信号样本、待分析波形信号的采样输入、波形信号的相关分析、波形信号识别和滤波、时钟漂移校正。本发明专利技术应用相关分析法识别，不使用传统的GPS卫星同步方式，可以有效地保证检测信息的准确性。减少了阴极保护电位检测设备的部件，降低系统的构成成本，拓展检测系统的应用场合。该方法对石油化工、城市公共行业等管道相关领域的阴极保护检测具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及埋地管道阴极保护
，特别涉及阴极保护测量技术，是一种。
技术介绍
目前，阴极保护是埋地钢质管道腐蚀控制的关键手段之一。阴极保护电位检测设备是通过在埋地钢质管道路由某些位置上的地面装置实施真实保护电位的测量，参照-850mV的判别标准，完成管道阴极保护的有效性评价。远程阴极保护电位检测设备由一个高精度的信号调理电路板、A/D转换器、单片机控制远程保护电流通/断装置、信息远传DTU、Cu/CuS04半参比电极和远端的信息显示记录计算机系统等设备组成。实施远程阴保电位检测时，通过控制计算机下达检测指令，单片机控制断开阴极保护电源输出，它以特定的周期(如，通12秒/断3秒)(0N/0FF)阴极保护电流为管道提供一个检测电流信号。检测装置在信号断后的一段时间内(如50mS)，通过信号调理板对信号进行调理、放大，确定最为合适的时刻来对管道沿线的阴保电位进行准确测试。在管道真实保护电位检测系统中，检测电位的合适时刻是必须要保证的。传统的信息采集设备必须备有GPS引擎，来实现记录时刻与保护电流通断的严格同步。这种方法要求每个检测装置上必须都配 有GPS接收单元，在能够良好地接收GPS信号的条件下工作，因而设备的总体成本较高。此外，检测记录的0N/0FF电位是通过远程装置中的继电器对管道保护电流进行严格的周期中断来产生的，测得的电位信号波形也应该是具有严格周期性的。但是，由于管道系统中管体的电抗和极化作用，以及受大地电流或杂散电流的干扰等因素，可能会破坏记录仪采样信息的明显周期性。由于信息测量装置与电流通断装置是采用不同的系统时钟，尽管当前的系统时钟精度都很高，但由于误差积累的原因，长时间记录的过程势必会产生无法接受的定时误差。这个误差表现为检测周期与CP电流通断周期的定时偏移，从而导致所记录管道0N/0FF电位的测量错误。检测信号的相关分析方法在埋地管道漏水测试方法中常用的是信号分析方法。漏水相关仪是通过在管道上可能漏水点的两侧，安装两个漏水噪音传感器来接收漏水点发出的振动噪音信号，通过对两个信号的相关性分析计算，得出漏水噪音信号传导到每个传感器位置时的时间延迟(时间差)。已知两个传感器之间的精确距离和振动波在管道上的传播速度，就可以计算出漏水点的距离值。使用的公式为:漏水点距离传感器的距离=(传感器间距离-时间延迟*波速)/2。在管道上方的地面上，应用相关分析方法通过电位波形相关分析，得出地面上电位波形与管道远端阴极保护电流的电流断流器发出的阴极保护电流波形的相关性，进而计算出检测信息记录仪与断流器中断周期之间的时间差，需要解决埋地管道由于分布电感和电容对波形产生的畸变、以及管道上众多可能干扰因素对检测信号波形产生的干扰等问题。此外，对地面电位信号数值序列进行波形识别时，对于单一波形无法进行相关分析。必须建立一个与电流通断装置发出信号的标准波形有高度一致性的波形数值样本，应用其与检测信号波形进行相关分析，才能够有效识别出阴极保护电位的真实模式，在持续测量中自动校正不同系统之间的时钟漂移，确定准确的采样时间，达到提高设备的抗干扰能力、减少检测设备的复杂程度的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是:提供一种，利用相关分析的数学方法、微弱电位信号采集、模式识别、嵌入式系统等，解决在管道真实阴极保护电位检测系统的信号采集过程中不同检测设备模块之间的信号精确同步及时钟漂移的问题；取代当前检测装置中GPS卫星信号的同步方法。本专利技术采用的技术方案是:，含有以下步骤；步骤A、采用饱和硫酸铜参比电极(Cu/CuS04、CSE)的电位传感器，埋设在距管道2.5~3.5米等深的土壤中；或放置在地表的土壤中，充分湿润保证良好的电性接触。在管道上阴极保护的信号采集点处，将管道上的相对参比电极的保护电位进行采集。在信号处理的前端进行弱信号的调理、工频干扰的滤波、同比例放大后，在信号采集板上，由16位的AD芯片进行模数转换。信号的采集范围覆盖一个阴保电流的通断周期。采集过程的时间间隔根据中断周期的长度 计算得出。采集的电位信号为128个采样点。存入待分析数值数组。构建标准波形信号样本:在信号采集开始阶段，认为远程阴保电流的中断设备与测量设备之间的系统时钟是同步的。此时，采集128个采样波形数值构成一个标准波形样本，并由系统的初始参数确定出该波形的ON电位时间长度、OFF电位时间长度(ms)、数字滤波的带通起始、截止频率值(Hz)。步骤B、待分析波形信号的采样输入:根据现场的精度要求，计算出电位信号的采样频率，通过16位高精度A/D模数转化器电路，将最大5V最小0.1mV的电压信号，以系统设置的采样频率和采样周期进行采样，并输入到记录仪的采样数值存储器中；步骤C、波形信号相关分析:对采样数值存储器中的信号与标准波形样本进行相关分析，计算出待分析波形的不同起始点的一系列相关系数P xy，其中相关系数最大点对应的起始数值则是相关条件下的时钟延迟因子τ。步骤D、波形信号识别和滤波:根据上步相关分析计算得出标准波形样本对应的一系列时钟延迟因子，识别出最为合理的信号延迟的延迟因子；判断合理的方法是，根据采样周期和频率计算出每个采样点对应的采样时间间隔，计算出每个时钟延迟因子对应的时钟漂移时间，将其与上次时钟校正的时刻与本次采样的时间间隔乘以采样时钟的误差系数，得出可能漂移时间，最为接近的为合理。当延迟因子超出可能漂移数值的50%时，判定本次相关分析失败；步骤Ε、时钟漂移校正:在成功相关分析的条件下，应用该延迟因子校正信息采据模块内的系统时钟漂移，并保存本次校正的系统时间；步骤F、在相关分析成功后，输出漂移校正后的信号波形，用于显示检测的阴极保护信号波形，提供给检测的专业人员分析管道阴极保护系统的工作状态；相关分析失败，不进行延迟因子的时钟校正，应用原滤波参数滤波并输出消除干扰后的信号波形。所依据的相关分析的数学方法:所谓相关是指事物、现象(变量)之间存在着一定的相互关系。相关关系又称为统计相关关系，是指变量之间在客观上存在的相互依存关系。它与数学上的严格函数关系不同，其本身没有严格的一一对应性。所谓的统计相关也就是从一定数量信息样本中概括出来的一种统计结论。相关分析是研究变量之间相互关系和相关密切程度的数学方法。统计学中的相关分析则是要从数量方面来研究两种变量之间的关联关系。对于确定性信号来说，两个变量之间可以用函数关系来描述，两者之间一一对应并为确定的数值。然而两个随机变量之间就不能用函数式来表达，也不具有确定的数学关系。但如果两个随机变量之间具有某种内在的物理联系。那么，通过大量的统计还是可以发现它们之间存在着某种的虽然不精确、但却具有相应的、表征其特性的近似关系(如图2)。在步骤C中应用公式对标准波形和待分析波形不同起始点数值进行相关分析，计算出一系列的相关系数Pxy，其中相关系数最大点对应的起始数值则是相关条件下的时钟延迟因子τ。对于两变量x、y之间的相关程度用相关系数Pxy表示，其定义为:公式中输入的X代表标准信号波形，y代表待分析信号波形。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阴极保护电位同步检测中时钟漂移校正方法，其特征在于含有以下步骤：步骤A、采用饱和硫酸铜参比电极（Cu/CuSO4、CSE）的电位传感器，埋设在距管道2.5～3.5米等深的土壤中；或放置在地表的土壤中，充分湿润保证良好的电性接触；在管道上阴极保护的信号采集点处，将管道上的相对参比电极的保护电位进行采集；在信号处理的前端进行弱信号的调理、工频干扰的滤波、同比例放大后，在信号采集板上，由16位的AD芯片进行模数转换；信号的采集范围覆盖一个阴保电流的通断周期；采集过程的时间间隔根据中断周期的长度计算得出；采集的电位信号为128个采样点；存入待分析数值数组；构建标准波形信号样本：在信号采集开始阶段,认为远程阴保电流的中断设备与测量设备之间的系统时钟是同步的；此时，采集128个采样波形数值构成一个标准波形样本，并由系统的初始参数确定出该波形的ON电位时间长度、OFF电位时间长度(ms)、数字滤波的带通起始、截止频率值(Hz)；步骤B、待分析波形信号的采样输入：根据现场的精度要求，计算出电位信号的采样频率，通过16位高精度A/D模数转化器电路，将最大5V最小0.1mV的电压信号，以系统设置的采样频率和采样周期进行采样，并输入到记录仪的采样数值存储器中；步骤C、波形信号相关分析：对采样数值存储器中的信号与标准波形样本进行相关分析，计算出待分析波形的不同起始点的一系列相关系数ρxy，其中相关系数最大点对应的起始数值则是相关条件下的时钟延迟因子τ；步骤D、波形信号识别和滤波：根据上步相关分析计算得出标准波形样本对应的一系列时钟延迟因子，识别出最为合理的信号延迟的延迟因子；判断合理的方法是，根据采样周期和频率计算出每个采样点对应的采样时间间隔，计算出每个时钟延迟因子对应的时钟漂移时间，将其与上次时钟校正的时刻与本次采样的时间间隔乘以采样时钟的误差系数，得出可能漂移时间，最为接近的为合理；当延迟因子超出可能漂移数值的50%时，判定本次相关分析失败；步骤E、时钟漂移校正：在成功相关分析的条件下，应用该延迟因子校正信息采据模块内的系统时钟漂移，并保存本次校正的系统时间；步骤F、在相关分析成功后，输出漂移校正后的信号波形，用于显示检测的阴极保护信号波形，提供给检测的专业人员分析管道阴极保护系统的工作状态；相关分析失败，不进行延迟因子的时钟校正，应用原滤波参数滤波并输出消除干扰后的信号波形。...

【技术特征摘要】
1.一种阴极保护电位同步检测中时钟漂移校正方法，其特征在于含有以下步骤: 步骤A、采用饱和硫酸铜参比电极(Cu/CuS04、CSE)的电位传感器，埋设在距管道2.5~3.5米等深的土壤中；或放置在地表的土壤中，充分湿润保证良好的电性接触；在管道上阴极保护的信号采集点处，将管道上的相对参比电极的保护电位进行采集；在信号处理的前端进行弱信号的调理、工频干扰的滤波、同比例放大后，在信号采集板上，由16位的AD芯片进行模数转换；信号的采集范围覆盖一个阴保电流的通断周期；采集过程的时间间隔根据中断周期的长度计算得出；采集的电位信号为128个采样点；存入待分析数值数组； 构建标准波形信号样本:在信号采集开始阶段，认为远程阴保电流的中断设备与测量设备之间的系统时钟是同步的；此时，采集128个采样波形数值构成一个标准波形样本，并由系统的初始参数确定出该波形的ON电位时间长度、OFF电位时间长度(ms)、数字滤波的带通起始、截止频率值(Hz)； 步骤B、待分析波形信号的采样输入:根据现场的精度要求，计算出电位信号的采样频率，通过16位高精度A/D模数转化器电路，将最大5V最小0.1mV的电压信号，以系统设置的采样频率和采样周期进行采样，并输入到记录仪的采样数值存储器中； 步骤C、波形信号相关分析:对采样数值存储器中的信号与标准波形样本进行相关分析，计算出待分析波形的不同起始点的一系列相关系数P xy，其中相关系数最大点对应的起始数值则是相关条件下的时钟延迟因子τ ； 步骤D、波形信号识别和滤波:根据上步相关分析计算得出标准波形样本对应的一系列时钟延迟因子，识别出最为合理的信号延迟的延迟因子；判...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴宗贤，姚红星，宋丽梅，梁春宇，张京婧，刘志虎，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11