腐蝕監(jiān)測技術是工業(yè)腐蝕控制中的重要手段之一，她像一雙明亮的“眼睛”為我們提供腐蝕發(fā)生、發(fā)展各個階段的信息。為后續(xù)防腐方案的制定提供大量寶貴而關鍵的數(shù)據(jù)支持。腐蝕監(jiān)測技術進入中國并大面積推廣經(jīng)歷了十幾年的時間，目前，常用的腐蝕監(jiān)測技術主要方法有：掛片法、電阻探針法、電化學法、電位監(jiān)測法、電感法、化學分析法、超聲波法，渦流法，紅外成像（熱像顯示）法、耦合多電極技術、氫通量法等。從腐蝕監(jiān)測技術的原理上劃分，通常有化學分析法、物理法、電化學法等腐蝕監(jiān)測技術類型。

    在經(jīng)濟“新常態(tài)”下，傳統(tǒng)能源行業(yè)面臨諸如成本提高、環(huán)境保護、產(chǎn)能過剩等諸多壓力。相反，一些新能源產(chǎn)業(yè)，例如核電、風電、特高壓直流輸變電等產(chǎn)業(yè)將迎來飛速發(fā)展。這些行業(yè)面臨的腐蝕與防護新問題必將成為未來腐蝕監(jiān)測技術發(fā)展的驅(qū)動力和主戰(zhàn)場。作為從事腐蝕與防護事業(yè)的科技工作者，我們準備好了嗎？作為全球第二大經(jīng)濟體，經(jīng)濟的“新常態(tài)”必然導致從要素投入驅(qū)動轉(zhuǎn)向創(chuàng)新驅(qū)動。

    腐蝕監(jiān)測技術作為腐蝕與防護領域的重要組成部分，正在從以下幾個方面不斷創(chuàng)新：

    一、智能傳感器管理 （ISM）

    智能技術正在改變工業(yè)。它不僅正在生產(chǎn)的各個階段得到應用，而且也為過程分析帶來革命。目前，有國外廠商已經(jīng)研發(fā)出了新的在線分析技術，稱為智能傳感器管理 （ISM）。

    通過將智能技術集成到測量解決方案中，例如：您對傳感器測量數(shù)據(jù)的可靠性有多大信心？您如何判斷傳感器何時需要維修？您如何確保傳感器不會出現(xiàn)意外故障？這些“會學習”的和適應過程的傳感器徹底打消您的這些顧慮。您獲得的不僅僅是測量本身。您將能夠看到您的傳感器性能如何、它們何時需要進行校準、維修或更換。有了在您需要時可以放心使用的預測性數(shù)據(jù)，突發(fā)的測量點故障以及是否需要維護傳感器的疑慮將不復存在。

    ISM 究竟是什么？它是一種將智能算法集成到傳感器的在線過程分析數(shù)字化技術。每一個 ISM 傳感器均內(nèi)置一個微處理器。正是這一點，讓 ISM 具有模擬設備無法比擬的優(yōu)點和性能，其中包括：

圖1 ISM傳感器

    1、測量精準可靠

    利用 ISM 可以在傳感器中直接計算過程測量值，利用其精度比模擬傳感器高的特性，讓您對自己的生產(chǎn)過程更加放心。圖 1 為梅特勒 - 托利多公司的 ISM 傳感器。

    2、啟動便捷

    ISM 傳感器能夠存儲自身的校準、身份等數(shù)據(jù)。傳感器連接至 ISM 變送器時，該數(shù)據(jù)會自動上傳，變送器自動完成配置。這意味著始終可在測量點快速、無誤地啟動。

    3、穩(wěn)定的信號增加測量可信度

    傳統(tǒng)模擬探頭輸出的信號強度容易因周圍設備、環(huán)境中的水分和電纜長度造成衰減。而 ISM 傳感器輸出的數(shù)字信號不受工廠環(huán)境條件影響，在長距離的電纜通訊中也能保持穩(wěn)定。

    4、動態(tài)使用壽命指示器

    動態(tài)使用壽命指示器 （DLI） 實時估算傳感器的剩余使用壽命。通過壽命指示器，利用當前和歷史的測量與校驗值計算實時使用壽命指示器。

    5、維護安全、方便

    將緩沖溶液和校準氣體帶到測量點不僅不方便，而且還可能危及工作人員的安全。ISM 傳感器可以在遠離過程的任何方便場所快速、準確地進行校準。傳感器還將實時指示出距離下一次維護的時間。

    6、可與您的電腦輕松連接

    ISM 傳感器可直接通過 USB 纜線與您的電腦連接，通過專用數(shù)據(jù)處理軟件進行操作。無需使用變送器作為接口?？傊琁SM 提供多種應用特性的解決方案與先進的診斷功能，可滿足各行各業(yè)的需求。從校準、預防性診斷、文件記錄到安裝數(shù)據(jù)庫全面管理、專用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供您所需的所有維護支持。完全可定制。

    二、智能儀器“私人訂制”

    上世紀 90 年代，智能儀器的創(chuàng)新突出表現(xiàn)在以下幾個方面：微電子技術的進步更深刻地影響儀器儀表的設計；DSP 芯片的問世，使儀器儀表數(shù)字信號處理功能大大加強；微型機的發(fā)展，使儀器儀表具有更強的數(shù)據(jù)處理能力；圖像處理功能的增加十分普遍；VXI 總線得到廣泛的應用。

    進入本世紀初，伴隨著電子技術日新月異的發(fā)展，腐蝕監(jiān)測儀器的設計和制造朝著微型化、多功能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。

    1、微型化

    單片機（Microcontrollers）誕生于 1971 年，經(jīng)歷了 SCM（Single Chip Microcontrollers）、MCU（Micro ControllerUnit）、SOC（System on Chip）三大階段，進入 21 世紀，隨著 ARM 系列的廣泛應用，32 位單片機迅速取代 8 位和 16位單片機的統(tǒng)治地位，并且進入主流市場。（圖 2 為目前主流 SOC 示意圖。）微電子技術、微機械技術、信息技術等綜合應用于腐蝕監(jiān)測儀器的設計制造中，使儀器成為體積更小、功能更齊全的智能儀器。它能夠完成信號的采集、線性化處理、數(shù)字信號處理，控制信號的輸出、放大、與其他儀器的接口、與人的交互等功能。智能儀器隨著微電子機械技術的不斷發(fā)展，其技術不斷成熟，價格不斷降低，因此其應用領域也將不斷擴大。例如，意法半導體推出的 STM32XX 系列。已經(jīng)成為性價比高的主流 SOC。

圖2 SOC單片機

    2、定制化

    定制化本身就是智能儀器儀表的一個特點。例如，腐蝕電化學領域中，交流阻抗法的常規(guī)方式是，對未知體系施加不同頻率的激勵信號，對其響應信號進行采樣和數(shù)據(jù)分析。

圖3 智能阻抗測量系統(tǒng)

圖4 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)-網(wǎng)絡架構圖

    通常采用的分析方法是離散傅里葉變換（DFT），進而得出被測體系的模值和相位信息。交流阻抗技術作為腐蝕電化學領域分析腐蝕的重要手段，其測量的穩(wěn)定性、準確性一直是技術人員面臨的棘手問題。目前，國外的器件公司已經(jīng)研發(fā)出可以完成上述功能的智能芯片，僅需一片該智能芯片就可實現(xiàn)交流阻抗的測試和數(shù)據(jù)分析功能。可以作為高精度阻抗分析儀器的核心部件。（ 其原理如圖 3）

    3、網(wǎng)絡化

    融合ISP和EMIT技術， 實現(xiàn)儀器儀表系統(tǒng)的Internet接入。

    伴隨著網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，Internet 技術正在逐漸向工業(yè)控制和智能儀器儀表系統(tǒng)設計領域滲透，實現(xiàn)智能儀器儀表系統(tǒng)基于 Internet 的通訊能力以及對設計好的智能儀器儀表系統(tǒng)進行遠程升級、功能重置和系統(tǒng)維護。

    在系統(tǒng)編程技術（In-System Programming，簡稱 ISP 技術）是對軟件進行修改、組態(tài)或重組的一種最新技術。它是 LATTICE 半導體公司首先提出的一種使我們在產(chǎn)品設計、制造過程中的每個環(huán)節(jié)，甚至在產(chǎn)品賣給最終用戶以后，具有對其器件、電路板或整個電子系統(tǒng)的邏輯和功能隨時進行組態(tài)或重組能力的最新技術。ISP 技術消除了傳統(tǒng)技術的某些限制和連接弊病，有利于在板設計、制造與編程。

    ISP 硬件靈活且易于軟件修改，便于設計開發(fā)。EMIT 嵌入式微型 Internet 互聯(lián)技術是 emWare 公司創(chuàng)立 ETI（extend theInternet）擴展 Internet 聯(lián)盟時提出的，它是一種將單片機等嵌入式設備接入 Internet 的技術。利用該技術，能夠?qū)?8 位和 16 位單片機系統(tǒng)接入 Internet，實現(xiàn)基于 Internet 的遠程數(shù)據(jù)采集、智能控制、上傳 / 下載數(shù)據(jù)文件等功能。

    目 前 美 國 ConnectOne 公 司、emWare 公 司、TASKING公司和國內(nèi)的 P&S 公司等均提供基于 Internet 的 DeviceNetworking 的軟件、固件（Firmware）和硬件產(chǎn)品。

    三、腐蝕監(jiān)測與互聯(lián)網(wǎng) +

    “互聯(lián)網(wǎng) +”是創(chuàng)新 2.0 下的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新業(yè)態(tài)，是知識社會創(chuàng)新 2.0 推動下的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)演進及其催生的經(jīng)濟社會發(fā)展新形態(tài)。

    通俗來說， “互聯(lián)網(wǎng)+” 就是 “互聯(lián)網(wǎng)+各個傳統(tǒng)行業(yè)” ，但這并不是簡單的兩者相加，而是利用信息通信技術以及互聯(lián)網(wǎng)平臺，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進行深度融合，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)，它代表一種新的社會形態(tài)。將互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果深度融合于經(jīng)濟、工業(yè)等各領域，提升全社會的創(chuàng)新力和生產(chǎn)力，形成更廣泛的以互聯(lián)網(wǎng)為基礎設施和實現(xiàn)工具的經(jīng)濟發(fā)展新形態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)是第三代互聯(lián)網(wǎng)，是人和物相連，在中國叫做傳感網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)定義為通過各種信息傳感設備，如傳感器、射頻識別（RFID）技術、全球定位系統(tǒng)、紅外感應器、激光掃描器、氣體感應器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結合形成的一個巨大網(wǎng)絡。其目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡的連接，方便識別、管理和控制。圖 4 為未來工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) - 網(wǎng)絡架構圖。

圖5 基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理平臺

    對于腐蝕監(jiān)測方面而言，在企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，為裝置、罐區(qū)、設備和廠區(qū)周界等部署各類傳感器、攝像頭、RFID 等數(shù)據(jù)采集感知設備和無線傳輸網(wǎng)絡，實時采集和傳輸設備、裝置、罐區(qū)及人員等各項現(xiàn)場數(shù)據(jù)和信息，提升企業(yè)數(shù)據(jù)自動采集水平，建設統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺，為上層信息系統(tǒng)提供可靠的現(xiàn)場數(shù)據(jù)支撐。

    四、機遇與挑戰(zhàn)并存

    腐蝕監(jiān)測技術進入中國并大面積推廣經(jīng)歷了十幾年的時間，還面臨這樣那樣不完善的地方，主流技術原理基本掌握，但是主要配件和芯片還依賴進口；一方面，這些進口的配件和芯片在一定程度上滿足了科研和應用的需要。另一方面，設備的升級和功能完善還依賴于國外。在軟硬件方面我們并沒有掌握核心技術和主動權。例如，我們使用的離子電極（pH、Cl - 、S 2+ 等）、耐高溫電化學參比電極、電化學工作站等。

    可以預見，隨著計算機技術特別是單片機技術、物聯(lián)網(wǎng)技術應用的日益廣泛和深入，腐蝕監(jiān)測技術逐漸向智能化方向發(fā)展，以計算機技術為核心的智能化腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)逐漸成為腐蝕監(jiān)測技術重要的發(fā)展方向。智能腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的產(chǎn)生增加了樣品采集概率和監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，為腐蝕過程的控制提供了更加可靠的依據(jù)。圖 5 為基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理平臺。圖 5 為基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理平臺。

    經(jīng)濟“新常態(tài)”，既給我們帶來了新的機遇，也給我們帶來了新的挑戰(zhàn)。事實上，歷次經(jīng)濟技術革命無一不在資源配置的手段、途徑及效率上產(chǎn)生了重大變革，對人們的生活方式帶來了深遠的影響。

    作者簡介

    臺闖，男，目前就職于中國科學院金屬研究所材料環(huán)境腐蝕研究中心，中國科學院核用材料與安全評價重點實驗室，高級工程師，腐蝕監(jiān)檢測方向?qū)W科帶頭人。主要研究方向為腐蝕監(jiān)檢測及腐蝕控制技術的研究及應用。

    1999 至今，始終致力于腐蝕監(jiān)檢測技術的研究及應用。目前，其團隊研發(fā)的核心技術（包括腐蝕監(jiān)檢測傳感器、在線腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)）已經(jīng)成功應用于石油、石化、電力、核電等領域。

    參與承擔國家重大專項課題《大型核燃料后處理廠關鍵工程技術方案研究》。首次將在線腐蝕監(jiān)測技術應用于大型核燃料后處理關鍵設備的材料評估。

    2014 年參與中國工程院咨詢項目“中國海洋工程中關鍵材料發(fā)展戰(zhàn)略研究”工作，負責《海洋工程材料與結構的腐蝕與防護》一書第十五章“結構健康監(jiān)測與檢測”的編寫工作。此外，參加了中國石油化工股份公司、 中國石油天然氣集團公司、 國家電網(wǎng)、 973等多個項目的研究工作。

    發(fā)表論文 10 余篇。