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- 嵌入式环境腐蚀监测系统的设计与实现
- 作者： 张雨 来源： 湖北工业大学 年份： 2017 文献类型 ： 学位论文 关键词： 大气腐蚀 空间噪声 传感器 腐蚀监测系统
- 描述： 飞机受大气环境的影响,结构腐蚀十分严重,给航空工业带来巨大损失。现阶段我国对于飞机结构在大气环境下的腐蚀检测与维护,主要采用定期检测方法。这种方案难以及时发现飞机结构的腐蚀状态,不能进行有效的监测与维修。为此,本论文依据电化学腐蚀原理建立腐蚀监测信号与传感器阻抗的关系模型,在此基础上设计了飞机在大气环境下腐蚀监测方案,完成腐蚀监测系统样机的研制,并对样机功能进行了测试与验证。具体的研究工作主要包括以下四个方面:首先,对大气环境下的飞机结构腐蚀机理进行研究,根据腐蚀环境的特点及影响因素确定环境腐蚀监测系统的待监测参数,并选定了相应的传感器表面湿度传感器、环境腐蚀性传感器、硫化镉(CDS)涂层传感器作为系统监测环境参数的工具,进而确定了腐蚀监测系统的总体方案。其次,对于环境腐蚀监测系统传感器电路设计的特点和难点进行了分析,设计了传感器信号处理电路和主控电路,传感器电路主要包括CDS涂层传感器、表面湿度传感器、环境腐蚀性传感器测量电路。其中,由于传统CDS涂层传感测量电路在测量过程中,所加载的有效电流极其微弱,易受空间噪声电流的干扰,导致信噪比降低,测量结果误差较大。本文在建立了空间电流噪声模型的基础上,提出了一种简洁的高阻抗对称电阻测量电路的方法,克服了传统电化学阻抗测量易受空间噪声干扰的缺点,极大消除了噪声电流的干扰,实现阻抗的高精度测量。第三,腐蚀监测系统软件设计。系统软件设计主要采用STM32F103RCT6的单片机对数据进行采集、处理与数据存储,通过上位机控制传感器的测量并对采集到的数据进行实时的显示。在数据处理的算法中主要包括四次半周期差分算法和基于最小二乘的正弦拟合算法,对输出信号进行去噪和还原处理。最后,进行了腐蚀环境监测系统的功能验证。通过不同环境实验,验证了环境腐蚀传感器能够区分不同环境介质的腐蚀性、CDS涂层传感器能够反映不同涂料的失效阈值和表面湿度传感器能够检测环境的干湿状态。实验结果表明该系统能够预防飞机在大气环境下腐蚀,并对腐蚀具有预测作用,实现低功耗、长时间的监测。