用于地铁腐蚀电流预测的电化学腐蚀传感器及预测方法技术

本发明专利技术公开用于地铁腐蚀电流预测的电化学腐蚀传感器及预测方法，电化学腐蚀传感器包括：若干个辅助电极、若干个工作电极、全固态参比电极、传感器外壳；所述全固态参比电极、工作电极、辅助电极由内向外依次分布；所述传感器外壳设于所述辅助电极、工作电极、全固态参比电极的外侧；所述传感器还包括电极盖板，所述全固态参比电极、工作电极、辅助电极的一端分别与所述电极盖板连接；所述电极盖板上设有传感器盖板。本发明专利技术能够在所设计传感器的基础上实现混凝土结构腐蚀电流密度的有效预测，同时具备高稳定性、易于实施的优点，在基于电化学的杂散电流腐蚀监测、预测领域具有广阔的应用前景。前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
用于地铁腐蚀电流预测的电化学腐蚀传感器及预测方法


[0001]本专利技术涉及电化学传感器
，特别是涉及用于地铁腐蚀电流预测的电化学腐蚀传感器及预测方法。

技术介绍

[0002]地铁在运营过程中，轨地绝缘性能不可避免的会发生下降，因此部分牵引电流会经由走行轨泄漏至地下环境，这部分泄漏电流称之为杂散电流。杂散电流会对地铁附近埋地金属结构物造成严重的电化学腐蚀，越靠近地铁线路，则腐蚀危险性越大。我国城市地铁线路正进入高速建设阶段，如何有效防治杂散电流泄漏及其腐蚀作用是地铁运营过程中的重要课题，对于保障地铁系统安全运营和相关设施安全服役具有重大意义。
[0003]杂散电流腐蚀监测是地铁杂散电流防治的重要一环，能够为腐蚀防护措施提供重要的参考信息并及时发现腐蚀危险区域，从而及时进行金属结构的更换，避免泄漏、垮塌、爆燃等危险事故的发生。因此，在城市大力开展地铁线路的同时，与之相配套的周边重要金属结构腐蚀监测系统也需同步加以建设，例如地铁周围埋地金属管线、地铁钢筋混凝土主体结构的监测系统。目前杂散电流腐蚀监测主要以金属结构物的极化电位监测为主，存在着监测结果依赖反应物特性、IR降的误差影响、长时间内的性能下降等问题。
[0004]杂散电流腐蚀是一种典型的电化学腐蚀过程，基于电化学原理的腐蚀监测方法与常规极化电位监测法相比，能够提供更加全面反映腐蚀过程的信息。通过基于电化学的监测手段所获取的电化学噪声、阻抗谱、腐蚀电流密度等信息，能够有效了解特定环境下杂散电流腐蚀过程的变化趋势。然而，常规电化学过程的监测基本是在实验室环境下进行的，所需传感器集成性较差，且难以在混凝土、土壤电解质环境中保证测量结果的稳定性。同时，在常规监测的基础上需要进一步对未来的腐蚀发展趋势进行一定程度的预测。因此，亟需一种具备较好集成性且能够保持长时间内高稳定性的电化学腐蚀传感器，以及基于该电化学传感器的杂散电流腐蚀预测方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供用于地铁腐蚀电流预测的电化学腐蚀传感器及预测方法，以解决现有技术中存在的技术问题，能够在所设计传感器的基础上实现混凝土结构腐蚀电流密度的有效预测，同时具备高稳定性、易于实施的优点，在基于电化学的杂散电流腐蚀监测、预测领域具有广阔的应用前景。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供用于地铁腐蚀电流预测的电化学腐蚀传感器，包括：若干个辅助电极、若干个工作电极、全固态参比电极、传感器外壳；所述全固态参比电极、工作电极、辅助电极由内向外依次分布；所述传感器外壳设于所述辅助电极、工作电极、全固态参比电极的外侧；所述传感器还包括电极盖板，所述全固态参比电极、工作电极、辅助电极的一端分别与所述电极盖板连接；所述电极盖板上设有传感器盖板。
[0007]优选地，所述全固态参比电极包括工程塑料层，所述工程塑料层一端设有电极固定端，所述工程塑料层中嵌设有导电层，所述电极固定端与所述电极盖板连接；所述全固态参比电极还包括电极芯，所述电极芯一端连接于所述电极盖板上，另一端贯穿所述电极固定端伸入所述导电层内。
[0008]优选地，所述传感器为圆柱状结构，若干个所述工作电极呈环状周向设置于所述全固态参比电极外侧，若干个所述辅助电极呈环状周向设置于所述工作电极外部；相邻工作电极之间、相邻辅助电极之间以及工作电极与辅助电极之间均设有间隙，所述辅助电极与所述工作电极交错设置。
[0009]优选地，所述传感器外壳设有若干个辅助电极槽、若干个工作电极槽、参比电极槽；所述辅助电极槽与所述工作电极槽之间、所述工作电极槽与所述参比电极槽之间均设有间隙。
[0010]优选地，所述辅助电极、工作电极分别与所述辅助电极槽、工作电极槽的尺寸相同；所述辅助电极槽、工作电极槽的底部均设有沟槽，所述辅助电极槽、工作电极槽的侧壁均设有通孔。
[0011]优选地，所述电极盖板上设有若干个第一引线孔，一个第二引线孔；所述第一引线孔的位置分别与所述辅助电极、工作电极的位置相对应，所述第二引线孔的位置设于所述盖板的圆心；所述传感器盖板圆心处设有第三引线孔。
[0012]优选地，所述传感器盖板、所述电极盖板之间填充有硅酮玻璃胶。
[0013]本专利技术还提供一种地铁腐蚀电流预测方法，具体包括如下步骤：
[0014]S1、通过所述电化学腐蚀传感器采集待测地铁结构在预设周期内的腐蚀电流密度时序数据、极化电阻时序数据、自腐蚀电位时序数据、极化电位时序数据；
[0015]S2、对采集的腐蚀电流密度时序数据、极化电阻时序数据、自腐蚀电位时序数据、极化电位时序数据分别进行归一化处理；
[0016]S3、构建人工神经网络，并设置人工神经网络的初始参数，完成人工神经网络的初始化；
[0017]S4、基于归一化处理后的腐蚀电流密度时序数据、极化电阻时序数据、自腐蚀电位时序数据、极化电位时序数据构建训练集和测试集，并通过训练集对人工神经网络进行训练；
[0018]S5、将测试集对训练完成的人工神经网络进行测试，得到腐蚀电流密度预测模型；
[0019]S6、通过电化学传感器实时测量地铁结构中相同时刻下的自腐蚀电位、极化电位和极化电阻，输入腐蚀电流密度预测模型，完成对应时刻下地铁结构中腐蚀电流密度的预测。
[0020]优选地，所述步骤S1中，在空载状态下，通过所述全固态参比电极对所述极化电位进行测量。
[0021]优选地，所述人工神经网络的输入为相同时刻下的自腐蚀电位、极化电位、极化电阻，所述人工神经网络的输出为对应时刻下的腐蚀电流密度。
[0022]本专利技术公开了以下技术效果：
[0023](1)本专利技术电化学腐蚀传感器通过设置辅助电极、工作电极、全固态参比电极，并通过传感器外壳、电极盖板、传感器盖板对各电极及电极上的连接导线进行封装，能够将电
化学腐蚀传感器埋设于地铁隧道的钢筋混凝土主体结构沿线处或沿线路旁的管线位置，对地铁结构的腐蚀电流进行实时、实地测试，集成度高，解决了现有电化学监测仅能在实验室环境中进行的问题，易于实施；
[0024](2)本专利技术构建人工神经网络，通过电化学腐蚀传感器中的多组辅助电极、工作电极采集待测地铁结构的极化电阻时序数据、自腐蚀电位时序数据、腐蚀电流密度时序数据，通过全固态参比电极采集极化电位时序数据，并作为人工神经网络的输入和输出对人工神经网络进行训练获得腐蚀电流密度预测模型，通过腐蚀电流密度预测模型能够长时间内对地铁结构中腐蚀电流密度进行实时准确预测。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0026]图1为本专利技术用于地铁腐蚀电流预测的电化学腐蚀传感器结构俯视图；
[0027]图2为本专利技术用于地铁腐蚀电流预测的电化学腐蚀传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于地铁腐蚀电流预测的电化学腐蚀传感器，其特征在于，包括：若干个辅助电极(2)、若干个工作电极(3)、全固态参比电极(4)、传感器外壳(1)；所述全固态参比电极(4)、工作电极(3)、辅助电极(2)由内向外依次分布；所述传感器外壳(1)设于所述辅助电极(2)、工作电极(3)、全固态参比电极(4)的外侧；所述传感器还包括电极盖板(5)，所述全固态参比电极(4)、工作电极(3)、辅助电极(2)的一端分别与所述电极盖板(5)连接；所述电极盖板(5)上设有传感器盖板(6)。2.根据权利要求1所述的用于地铁腐蚀电流预测的电化学腐蚀传感器，其特征在于，所述全固态参比电极(4)包括工程塑料层(44)，所述工程塑料层(44)一端设有电极固定端(41)，所述工程塑料层(44)中嵌设有导电层(43)，所述电极固定端(41)与所述电极盖板(5)连接；所述全固态参比电极(4)还包括电极芯(42)，所述电极芯(42)一端连接于所述电极盖板(5)上，另一端贯穿所述电极固定端(41)伸入所述导电层(43)内。3.根据权利要求1所述的用于地铁腐蚀电流预测的电化学腐蚀传感器，其特征在于，所述传感器为圆柱状结构，若干个所述工作电极(3)呈环状周向设置于所述全固态参比电极(4)外侧，若干个所述辅助电极(2)呈环状周向设置于所述工作电极(3)外部；相邻工作电极(3)之间、相邻辅助电极(2)之间以及工作电极(3)与辅助电极(2)之间均设有间隙，所述辅助电极(2)与所述工作电极(3)交错设置。4.根据权利要求1所述的用于地铁腐蚀电流预测的电化学腐蚀传感器，其特征在于，所述传感器外壳(1)设有若干个辅助电极槽、若干个工作电极槽、参比电极槽；所述辅助电极槽与所述工作电极槽之间、所述工作电极槽与所述参比电极槽之间均设有间隙。5.根据权利要求4所述的用于地铁腐蚀电流预测的电化学腐蚀传感器，其特征在于，所述辅助电极(2)、工作电极(3)分别与所述辅助电极槽、工作电极槽的尺寸相同；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王禹桥，王承涛，杨雪锋，盛连超，李允彩，徐引，殷磊，李威，李清伟，
申请(专利权)人：徐州中矿传动轨道科技有限公司，
类型：发明
国别省市：