一种基于高频无源RFID标签的钢腐蚀检测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于高频无源RFID标签的钢腐蚀检测系统，包括RFID标签和读写器；所述RFID标签设置于被检测物体表面，RFID标签包括标签线圈和标签微芯片，读写器设置于RFID标签工作范围内，读写器包括读写器电路和读写器线圈；所述读写器电路通过读写器线圈给所述RFID标签供电并无线收发信息，被检测物体与标签线圈感应耦合并产生涡流；RFID标签发送经调制的响应信号时，涡流作用于标签线圈，并将改变RFID标签的阻抗；涡流使RFID标签产生反馈信号；读写器端接收RFID标签的阻抗以及反馈信号进行特征提取分析，读写器电路将提取的被检测物体的特征与基准信号进行比较分析并通过所述读写器线圈发送到上位机。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高频无源RFID标签的钢腐蚀检测系统
本技术涉及一种腐蚀检测系统，具体涉及一种基于高频无源RFID标签的钢腐蚀检测系统，属于无损检测、腐蚀检测

技术介绍
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，本技术将高频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。西方发达国家率先开展了基于RFID标签检测技术相关研究，并取得了一些研究成果。由于在体积和使用寿命上显著优势，无源RFID标签已被发展为各种检测系统，如温度、湿度、应力、食品质量控制和化学物质监测等。2012年，英国纽卡斯尔大学Mohammed利用无源低频RFID标签的时域特征对碳钢(mildsteel)腐蚀检测做了初步研究。Ali通过优化阻抗匹配和工作频率，提取静态和瞬态特征来实现对不同腐蚀阶段的电导率和磁导率变化的表征，并通过磁耦合共振实现无线电力传输，提高了读写器和标签的通信距离。英国纽卡斯尔大学Mohammed利用无源低频RFID标签检测系统成功实现了对热障钢腐蚀的检测。申请人研究了基于高频无源RFID标签的钢腐蚀检测系统，利用矢量网络分析仪提取出标签天线的复阻抗，并通过主成分分析法成功提取出不受涂层厚度影响的特征值。ZhangJun提出了一种基于超高频RFID传感器的钢腐蚀检测系统，将3D天线安装在钢试件表面，实现了在1米范围内对钢腐蚀的厚度变化监测。此外，Rania利用天线优化重新设计了RFID标签天线，实现了对2米范围内的钢腐蚀的检测。国内针对钢腐蚀检测的RFID标签监测研究尚处于萌芽状态。从文献调研来看，南通大学的学者研究了RFID标签检测用于形状记忆合金增强复合结构低速冲击和SMA增强复合材料层合板无线分布监测，同时还研究了RFID标签检测用于主轴热误差、弯曲应变和机动车车速无线结构健康监测。贵州师范大学的学者研究了无源超高频RFID标签的功率传递模型用于轮胎胎压无线监控。天津大学的学者研究了基于RFID标签可定位生命体征监测系统。合肥工业大学和华中科技大学的学者研究了RFID标签用于电气设备状态无线监测和信息采集。在申请公布号为CN105334151A的中国技术专利文献中公开了了一种工业管路及槽体腐蚀检测装置，包括一个侦测导线、一个晶片及检测仪器：所述侦测导线是一个铁丝回路，其与一个晶片电连结；所述晶片包括一个发射电路，所述发射信号电路透过侦测导线与一个电池电连结，所述电池提供所述发射信号电路所需的电力，使所述晶片透过所述发射信号电路而可发射信号；所述检测仪器更包含一个接收信号电路，所述接收信号电路可接收晶片所发射的信号。该业管路及槽体腐蚀检测装置运行时，仅能够侦测工业管路及槽体的保温棉层是否有水气渗入，无法反映工业管路中钢管的不同腐蚀程度，更无法实现钢腐蚀自动识别和定位，并对其发展演化进行预测。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的问题，本技术提供一种基于高频无源RFID标签的钢腐蚀检测系统，利用自适应稀疏控制实现钢腐蚀自动识别和定位，并对其发展演化进行预测，改善和增强钢及其构件的服役期性能，降低运营和维护成本，提高设备运行可靠性和安全性，实现高效安全生产。本技术的技术方案如下：一种基于高频无源RFID标签的钢腐蚀检测系统，包括RFID标签和读写器；所述RFID标签设置于被检测物体表面，RFID标签包括标签线圈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高频无源RFID标签的钢腐蚀检测系统，其特征在于：包括RFID标签（1）和读写器（2）；所述RFID标签（1）设置于被检测物体表面，RFID标签（1）包括标签线圈（11）和标签微芯片（12），读写器（2）设置于RFID标签（1）工作范围内，所述读写器（2）包括读写器电路（21）和读写器线圈（22）；所述读写器电路（21）通过读写器线圈（22）给所述RFID标签（1）供电并无线收发信息，被检测物体与标签线圈（11）感应耦合并产生涡流；RFID标签（1）发送经调制的响应信号时，涡流作用于标签线圈（11），并将改变RFID标签（1）的阻抗；涡流使RFID标签（1）产生反馈信号；读写器端接收RFID标签（1）的阻抗以及反馈信号进行特征提取分析，读写器电路（21）将提取的被检测物体的特征与基准信号进行比较分析并通过所述读写器线圈（22）发送到上位机。

【技术特征摘要】
1.一种基于高频无源RFID标签的钢腐蚀检测系统，其特征在于：包括RFID标签（1）和读写器（2）；所述RFID标签（1）设置于被检测物体表面，RFID标签（1）包括标签线圈（11）和标签微芯片（12），读写器（2）设置于RFID标签（1）工作范围内，所述读写器（2）包括读写器电路（21）和读写器线圈（22）；所述读写器电路（21）通过读写器线圈（22）给所述RFID标签（1）供电并无线收发信息，被检测物体与标签线圈（11）感应耦合并产生涡流；RFID标签（1）发送经调制的响应信号时，涡流作用于标签线圈（11）...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏，吴瑞坤，徐鲁雄，严明忠，张荣刚，陈国钦，李金赐，
申请(专利权)人：福建师范大学福清分校，
类型：新型
国别省市：福建,35