腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)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(gè)階段的信息。為后續(xù)防腐方案的制定提供大量寶貴而關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)入中國(guó)并大面積推廣經(jīng)歷了十幾年的時(shí)間，目前，常用的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)主要方法有：掛片法、電阻探針?lè)ā㈦娀瘜W(xué)法、電位監(jiān)測(cè)法、電感法、化學(xué)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(shù)、氫通量法等。從腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理上劃分，通常有化學(xué)分析法、物理法、電化學(xué)法等腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)類(lèi)型。

    在經(jīng)濟(jì)“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(hù)、產(chǎn)能過(guò)剩等諸多壓力。相反，一些新能源產(chǎn)業(yè)，例如核電、風(fēng)電、特高壓直流輸變電等產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)飛速發(fā)展。這些行業(yè)面臨的腐蝕與防護(hù)新問(wèn)題必將成為未來(lái)腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力和主戰(zhàn)場(chǎng)。作為從事腐蝕與防護(hù)事業(yè)的科技工作者，我們準(zhǔn)備好了嗎？作為全球第二大經(jīng)濟(jì)體，經(jīng)濟(jì)的“新常態(tài)”必然導(dǎo)致從要素投入驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)。

    腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)作為腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域的重要組成部分，正在從以下幾個(gè)方面不斷創(chuàng)新：

    一、智能傳感器管理 （ISM）

    智能技術(shù)正在改變工業(yè)。它不僅正在生產(chǎn)的各個(gè)階段得到應(yīng)用，而且也為過(guò)程分析帶來(lái)革命。目前，有國(guó)外廠商已經(jīng)研發(fā)出了新的在線分析技術(shù)，稱(chēng)為智能傳感器管理 （ISM）。

    通過(guò)將智能技術(shù)集成到測(cè)量解決方案中，例如：您對(duì)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性有多大信心？您如何判斷傳感器何時(shí)需要維修？您如何確保傳感器不會(huì)出現(xiàn)意外故障？這些“會(huì)學(xué)習(xí)”的和適應(yīng)過(guò)程的傳感器徹底打消您的這些顧慮。您獲得的不僅僅是測(cè)量本身。您將能夠看到您的傳感器性能如何、它們何時(shí)需要進(jìn)行校準(zhǔn)、維修或更換。有了在您需要時(shí)可以放心使用的預(yù)測(cè)性數(shù)據(jù)，突發(fā)的測(cè)量點(diǎn)故障以及是否需要維護(hù)傳感器的疑慮將不復(fù)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(guò)程分析數(shù)字化技術(shù)。每一個(gè) ISM 傳感器均內(nèi)置一個(gè)微處理器。正是這一點(diǎn)，讓 ISM 具有模擬設(shè)備無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)和性能，其中包括：

圖1 ISM傳感器

    1、測(cè)量精準(zhǔn)可靠

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

    2、啟動(dòng)便捷

    ISM 傳感器能夠存儲(chǔ)自身的校準(zhǔn)、身份等數(shù)據(jù)。傳感器連接至 ISM 變送器時(shí)，該數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)上傳，變送器自動(dòng)完成配置。這意味著始終可在測(cè)量點(diǎn)快速、無(wú)誤地啟動(dòng)。

    3、穩(wěn)定的信號(hào)增加測(cè)量可信度

    傳統(tǒng)模擬探頭輸出的信號(hào)強(qiáng)度容易因周?chē)O(shè)備、環(huán)境中的水分和電纜長(zhǎng)度造成衰減。而 ISM 傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)不受工廠環(huán)境條件影響，在長(zhǎng)距離的電纜通訊中也能保持穩(wěn)定。

    4、動(dòng)態(tài)使用壽命指示器

    動(dòng)態(tài)使用壽命指示器 （DLI） 實(shí)時(shí)估算傳感器的剩余使用壽命。通過(guò)壽命指示器，利用當(dāng)前和歷史的測(cè)量與校驗(yàn)值計(jì)算實(shí)時(shí)使用壽命指示器。

    5、維護(hù)安全、方便

    將緩沖溶液和校準(zhǔn)氣體帶到測(cè)量點(diǎn)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(yuǎn)離過(guò)程的任何方便場(chǎng)所快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行校準(zhǔn)。傳感器還將實(shí)時(shí)指示出距離下一次維護(hù)的時(shí)間。

    6、可與您的電腦輕松連接

    ISM 傳感器可直接通過(guò) USB 纜線與您的電腦連接，通過(guò)專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行操作。無(wú)需使用變送器作為接口。總之，ISM 提供多種應(yīng)用特性的解決方案與先進(jìn)的診斷功能，可滿足各行各業(yè)的需求。從校準(zhǔn)、預(yù)防性診斷、文件記錄到安裝數(shù)據(jù)庫(kù)全面管理、專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供您所需的所有維護(hù)支持。完全可定制。

    二、智能儀器“私人訂制”

    上世紀(jì) 90 年代，智能儀器的創(chuàng)新突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：微電子技術(shù)的進(jìn)步更深刻地影響儀器儀表的設(shè)計(jì)；DSP 芯片的問(wèn)世，使儀器儀表數(shù)字信號(hào)處理功能大大加強(qiáng)；微型機(jī)的發(fā)展，使儀器儀表具有更強(qiáng)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(yīng)用。

    進(jìn)入本世紀(jì)初，伴隨著電子技術(shù)日新月異的發(fā)展，腐蝕監(jiān)測(cè)儀器的設(shè)計(jì)和制造朝著微型化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

    1、微型化

    單片機(jī)（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(jìn)入 21 世紀(jì)，隨著 ARM 系列的廣泛應(yīng)用，32 位單片機(jī)迅速取代 8 位和 16位單片機(jī)的統(tǒng)治地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。（圖 2 為目前主流 SOC 示意圖。）微電子技術(shù)、微機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)等綜合應(yīng)用于腐蝕監(jiān)測(cè)儀器的設(shè)計(jì)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(hào)的采集、線性化處理、數(shù)字信號(hào)處理，控制信號(hào)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(jī)械技術(shù)的不斷發(fā)展，其技術(shù)不斷成熟，價(jià)格不斷降低，因此其應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷擴(kuò)大。例如，意法半導(dǎo)體推出的 STM32XX 系列。已經(jīng)成為性?xún)r(jià)比高的主流 SOC。

圖2 SOC單片機(jī)

    2、定制化

    定制化本身就是智能儀器儀表的一個(gè)特點(diǎn)。例如，腐蝕電化學(xué)領(lǐng)域中，交流阻抗法的常規(guī)方式是，對(duì)未知體系施加不同頻率的激勵(lì)信號(hào)，對(duì)其響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行采樣和數(shù)據(jù)分析。

圖3 智能阻抗測(cè)量系統(tǒng)

圖4 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)-網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

    通常采用的分析方法是離散傅里葉變換（DFT），進(jìn)而得出被測(cè)體系的模值和相位信息。交流阻抗技術(shù)作為腐蝕電化學(xué)領(lǐng)域分析腐蝕的重要手段，其測(cè)量的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性一直是技術(shù)人員面臨的棘手問(wèn)題。目前，國(guó)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(shí)現(xiàn)交流阻抗的測(cè)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(luò)化

    融合ISP和EMIT技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)儀器儀表系統(tǒng)的Internet接入。

    伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，Internet 技術(shù)正在逐漸向工業(yè)控制和智能儀器儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域滲透，實(shí)現(xiàn)智能儀器儀表系統(tǒng)基于 Internet 的通訊能力以及對(duì)設(shè)計(jì)好的智能儀器儀表系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)、功能重置和系統(tǒng)維護(hù)。

    在系統(tǒng)編程技術(shù)（In-System Programming，簡(jiǎn)稱(chēng) ISP 技術(shù)）是對(duì)軟件進(jìn)行修改、組態(tài)或重組的一種最新技術(shù)。它是 LATTICE 半導(dǎo)體公司首先提出的一種使我們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)，甚至在產(chǎn)品賣(mài)給最終用戶(hù)以后，具有對(duì)其器件、電路板或整個(gè)電子系統(tǒng)的邏輯和功能隨時(shí)進(jìn)行組態(tài)或重組能力的最新技術(shù)。ISP 技術(shù)消除了傳統(tǒng)技術(shù)的某些限制和連接弊病，有利于在板設(shè)計(jì)、制造與編程。

    ISP 硬件靈活且易于軟件修改，便于設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。EMIT 嵌入式微型 Internet 互聯(lián)技術(shù)是 emWare 公司創(chuàng)立 ETI（extend theInternet）擴(kuò)展 Internet 聯(lián)盟時(shí)提出的，它是一種將單片機(jī)等嵌入式設(shè)備接入 Internet 的技術(shù)。利用該技術(shù)，能夠?qū)?8 位和 16 位單片機(jī)系統(tǒng)接入 Internet，實(shí)現(xiàn)基于 Internet 的遠(yuǎn)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(guó) ConnectOne 公 司、emWare 公 司、TASKING公司和國(guó)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(cè)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(shí)社會(huì)創(chuàng)新 2.0 推動(dòng)下的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)演進(jìn)及其催生的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新形態(tài)。

    通俗來(lái)說(shuō)， “互聯(lián)網(wǎng)+” 就是 “互聯(lián)網(wǎng)+各個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)” ，但這并不是簡(jiǎn)單的兩者相加，而是利用信息通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)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(huì)形態(tài)。將互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果深度融合于經(jīng)濟(jì)、工業(yè)等各領(lǐng)域，提升全社會(huì)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(chǔ)設(shè)施和實(shí)現(xiàn)工具的經(jīng)濟(jì)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(guó)叫做傳感網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)定義為通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，如傳感器、射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。圖 4 為未來(lái)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) - 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。

圖5 基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)

    對(duì)于腐蝕監(jiān)測(cè)方面而言，在企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，為裝置、罐區(qū)、設(shè)備和廠區(qū)周界等部署各類(lèi)傳感器、攝像頭、RFID 等數(shù)據(jù)采集感知設(shè)備和無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集和傳輸設(shè)備、裝置、罐區(qū)及人員等各項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和信息，提升企業(yè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集水平，建設(shè)統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)，為上層信息系統(tǒng)提供可靠的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)支撐。

    四、機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

    腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)入中國(guó)并大面積推廣經(jīng)歷了十幾年的時(shí)間，還面臨這樣那樣不完善的地方，主流技術(shù)原理基本掌握，但是主要配件和芯片還依賴(lài)進(jìn)口；一方面，這些進(jìn)口的配件和芯片在一定程度上滿足了科研和應(yīng)用的需要。另一方面，設(shè)備的升級(jí)和功能完善還依賴(lài)于國(guó)外。在軟硬件方面我們并沒(méi)有掌握核心技術(shù)和主動(dòng)權(quán)。例如，我們使用的離子電極（pH、Cl - 、S 2+ 等）、耐高溫電化學(xué)參比電極、電化學(xué)工作站等。

    可以預(yù)見(jiàn)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是單片機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛和深入，腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸向智能化方向發(fā)展，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的智能化腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸成為腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)重要的發(fā)展方向。智能腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的產(chǎn)生增加了樣品采集概率和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為腐蝕過(guò)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(tái)。圖 5 為基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。

    經(jīng)濟(jì)“新常態(tài)”，既給我們帶來(lái)了新的機(jī)遇，也給我們帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。事實(shí)上，歷次經(jīng)濟(jì)技術(shù)革命無(wú)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(duì)人們的生活方式帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響。

    作者簡(jiǎn)介

    臺(tái)闖，男，目前就職于中國(guó)科學(xué)院金屬研究所材料環(huán)境腐蝕研究中心，中國(guó)科學(xué)院核用材料與安全評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，高級(jí)工程師，腐蝕監(jiān)檢測(cè)方向?qū)W科帶頭人。主要研究方向?yàn)楦g監(jiān)檢測(cè)及腐蝕控制技術(shù)的研究及應(yīng)用。

    1999 至今，始終致力于腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)的研究及應(yīng)用。目前，其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的核心技術(shù)（包括腐蝕監(jiān)檢測(cè)傳感器、在線腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）已經(jīng)成功應(yīng)用于石油、石化、電力、核電等領(lǐng)域。

    參與承擔(dān)國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)課題《大型核燃料后處理廠關(guān)鍵工程技術(shù)方案研究》。首次將在線腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于大型核燃料后處理關(guān)鍵設(shè)備的材料評(píng)估。

    2014 年參與中國(guó)工程院咨詢(xún)項(xiàng)目“中國(guó)海洋工程中關(guān)鍵材料發(fā)展戰(zhàn)略研究”工作，負(fù)責(zé)《海洋工程材料與結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護(hù)》一書(shū)第十五章“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與檢測(cè)”的編寫(xiě)工作。此外，參加了中國(guó)石油化工股份公司、 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司、 國(guó)家電網(wǎng)、 973等多個(gè)項(xiàng)目的研究工作。

    發(fā)表論文 10 余篇。