一种用于涂层寿命在线评估的传感器、系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于涂层寿命在线评估的传感器、系统及方法，该传感器采用柔性薄膜基底，表面蒸镀多条电极栅格，并以一定倾角贴装在金属基体表面。该传感器在喷涂过程中逐渐埋入到涂层浆料中，涂层固化后，形成离外表面具有梯度高程的电极阵列。苛刻环境中，水分、盐雾和氧气不断渗透进入涂层微小缝隙中，导致涂层介电常数和电容值增加，由于渗透距离差异，最外层电极对之间的电容最先增加；随后老化时间增加，下层电极对的电容值也逐步增加。通过监测不同梯度层级的涂层电容随时间的变化曲线，可计算涂层中水分渗透深度和扩散速率，基于垂直方向的扩散速率方程，可建立涂层老化动力学模型，通过该模型和涂层厚度值，就可以估算涂层的服役寿命。层的服役寿命。层的服役寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种用于涂层寿命在线评估的传感器、系统及方法


[0001]本专利技术涉及金属腐蚀与防护
，尤其涉及到防腐蚀涂层的老化程度与服役寿命预测
，更具体地，涉及一种用于涂层寿命在线评估的传感器、系统及方法。

技术介绍

[0002]海洋工程、石油石化和船舶工业装备在使用过程中遭受苛刻环境侵蚀而易发生腐蚀，严重腐蚀还会带来巨大经济损失和安全灾难。有机涂层是最为经济有效且应用最广泛的金属防腐方法。然而涂层在紫外、盐雾、高低温交变等环境中会发生老化降解，腐蚀性介质(H2O、 Cl
‑
、H
+
，O2等)通过涂层中的微孔和裂隙向金属基体扩散，导致涂层失光、脱粘，并最终造成涂层耐蚀性下降。要提升涂层的耐久性，就需要提升涂层对腐蚀性介质的扩散阻力，并研究其老化机理。
[0003]当前，判断涂层的失效往往是通过自身的表观状况(主要是光泽度变化)来进行评估，如GB/T 1865
‑
2009，规定了评定色漆和清漆及相关产品涂层的耐人工气候性或者通过人工辐射暴露来评定其耐光性的试验方法。但涂层失效通常会在出现视觉可见缺陷前就已发生，此时，涂层可能已脱粘且金属基底出现腐蚀。因此，如果能对在役涂层的失效过程进行污损快速评价并弄清其老化动力学过程，在涂层失效前采取预防性维修或者更换，就有可能防止金属基底的严重腐蚀。此外，当前涂层的服役寿命评估大都是基于加速腐蚀试验结果，缺乏现场服役条件下的真实数据支持，因此研究涂层从外到内的失效动力学过程就显得十分必要。

技术实现思路
/>[0004]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种用于涂层寿命在线评估的传感器、系统及方法，将设有梯度排列的微阵列电极埋藏在涂层内，可以测量涂层从外到内的多层电容分布，通过不同分层电容随时间和深度的变化，可以实时监测涂层的老化深度随时间的变化曲线，最终达到可预测涂层寿命的目的。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于涂层寿命在线评估的传感器，包括：
[0006]柔性绝缘基底，所述柔性绝缘基底以一定倾角固化封装于涂层内；所述柔性绝缘基底上设有若干条平行的电极，若干条所述电极排列成离涂层外表面具有梯度高程的电极阵列，相邻电极之间间距相等。
[0007]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以作出如下改进。
[0008]可选的，每条所述电极分别通过印刷引线引出，全部所述印刷引线汇总形成多通道检测接口。
[0009]可选的，所述电极为栅格电极。
[0010]根据本专利技术的第二方面，提供一种用于涂层寿命在线评估的系统，包括上述的传感器，还包括：
[0011]测试模块，所述测试模块与所述传感器通信连接，用于向传感器的各个电极输出
激励信号，还用于采样各个电极的响应信号，根据所述响应信号计算涂层内各电极对的阻抗虚部，根据涂层的阻抗虚部计算涂层内各电极对的电容值；
[0012]评估模块，所述评估模块与所述测试模块通信连接，用于根据涂层内各电极对的电容值与预设的涂层电容阈值进行比对，判断涂层的老化程度。
[0013]可选的，所述评估模块还用于根据涂层内各电极对的电容值计算涂层含水率，根据所述涂层含水率评估涂层的老化程度。
[0014]可选的，所述测试模块包括激励信号储存模块、MCU、DA转换器、电压跟随器、AD转换器、跨导放大器和多路信号切换器，
[0015]所述激励信号储存模块与MCU通信连接，用于输出激励信号；
[0016]所述DA转换器的输入端与MCU的输出端连接，用于将激励信号进行数模转换，得到正弦激励信号；
[0017]所述电压跟随器的输入端与DA转换器连接、其输出端与多路信号切换器连接，用于对正弦激励信号进行放大；
[0018]所述跨导放大器的输入端与多路信号切换器连接、其输出端与AD 转换器的输入端连接，用于将接收的响应信号进行电流到电压的转换；
[0019]所述AD转换器的输出端与MCU的输入端连接，用于对响应信号进行模数转换；
[0020]所述MCU与多路信号切换器通信连接，用于控制多路信号切换器的信道切换，还用于根据接收的响应信号计算涂层内各电极对的阻抗虚部，并根据涂层内各电极对的阻抗虚部计算涂层内各电极对的电容值。
[0021]根据本专利技术的第三方面，基于上述的系统，提供了一种用于涂层寿命在线评估的方法，包括：
[0022]向涂层中的阵列电极发送正弦激励信号，并接收响应信号；
[0023]根据正弦激励信号以及响应信号计算得到涂层内各电极对的阻抗虚部，根据涂层内各电极对的阻抗虚部计算得到涂层内各电极对的电容值；
[0024]根据涂层内各电极对的电容值与预设的涂层电容阈值进行比对，判断涂层的老化程度。
[0025]可选的，该方法还包括：
[0026]根据涂层内各电极对的电容值随时间变化的曲线，评估涂层的老化速率。
[0027]可选的，该方法还包括：
[0028]根据测得的涂层内各电极对的电容值、涂层内各电极对的初始电容值和水的介电常数计算得到涂层对应深度的含水率；
[0029]根据涂层对应深度的含水率随时间变化的曲线，评估涂层的老化速率和/或服役寿命。
[0030]本专利技术提供的一种用于涂层寿命在线评估的传感器、系统及方法，采用梯度排列的微阵列电极，可以测量涂层从外到内的多层电容分布，通过高频正弦波测量涂层内各电极对的电容值，基于电容值的变化规律可评估涂层的老化程度；基于电容值可以计算涂层含水率和孔隙率，从而也可以评估涂层的老化程度；通过不同分层电容随时间和深度的变化，可以实时监测涂层的老化深度随时间的变化曲线，最终达到可预测涂层寿命的目的。本专利技术的微阵列电极埋入到现场结构件涂层表面，结合多通道涂层阻抗测试仪器和低功耗无
线收发器和云网络服务器，可组成现场涂层老化在线监测系统。授权用户足不出户即可通过互联网实时查看任意位置的涂层老化状态和服役寿命，为涂层的精准维修提供重要依据。
附图说明
[0031]图1为本专利技术提供的用于涂层寿命在线评估的传感器结构以及安装场景示意图；
[0032]图2为本专利技术提供的柔性薄膜阵列电极传感器的电极接线示意图；
[0033]图3为基于薄膜阵列电极监测不同深度的涂层阻抗监测电路示意图；
[0034]图4为涂层电容随老化时间和电极深度的变化曲线示意图；
[0035]图5为涂层阻抗和电容随时间的变化曲线；
[0036]图6为涂层吸水率随老化时间的变化曲线。
具体实施方式
[0037]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0038]如图1的传感器结构以及固化安装示意图所示，本实施例提供的一种用于涂层寿命在线评估的传感器，包括：
[0039]柔性绝缘基底，所述柔性绝缘基底以一定倾角固化封装于涂层内，所述柔性绝缘基底上设有若干条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于涂层寿命在线评估的传感器，其特征在于，包括：柔性绝缘基底，所述柔性绝缘基底以一定倾角固化封装于涂层内；所述柔性绝缘基底上设有若干条平行的电极，若干条所述电极排列成离涂层外表面具有梯度高程的电极阵列，相邻电极之间间距相等。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，每条所述电极分别通过印刷引线引出，全部所述印刷引线汇总形成多通道检测接口。3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述电极为栅格电极。4.一种用于涂层寿命在线评估的系统，其特征在于，包括权利要求1～3任一项所述的传感器，还包括：测试模块，所述测试模块与所述传感器通信连接，用于向传感器的各个电极输出激励信号，还用于采样各个电极的响应信号，根据所述响应信号计算涂层内各电极对的阻抗虚部，根据涂层的阻抗虚部计算涂层内各电极对的电容值；评估模块，所述评估模块与所述测试模块通信连接，用于根据涂层内各电极对的电容值与预设的涂层电容阈值进行比对，判断涂层的老化程度。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述评估模块还用于根据涂层内各电极对的电容值计算涂层含水率，根据所述涂层含水率评估涂层的老化程度。6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述测试模块包括激励信号储存模块、MCU、DA转换器、电压跟随器、AD转换器、跨导放大器和多路信号切换器，所述激励信号储存模块与MCU通信连接，用于输出激励信号；所述DA转换器的输入端与MCU的输出端连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：董泽华，胡甲，周遇袁，陈灵瑄，曹祥康，
申请(专利权)人：武汉科思特仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：