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专利号: 2023115368231
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
更新日期:2026-09-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种海上风电阴极保护实时监测系统,其特征在于,包括:超声激发模块、厚度测量模块、上位机、牺牲阳极形状拟合模块及阴极保护程度实时监测模块,所述超声激发模块连接所述厚度测量模块,所述超声激发模块用于实现多点的超声激发,所述厚度测量模块用于对牺牲阳极的厚度进行测量,所述厚度测量模块连接所述上位机,所述上位机上设置所述牺牲阳极形状拟合模块及阴极保护程度实时监测模块,所述牺牲阳极形状拟合模块用于利用牺牲阳极多点厚度拟合某个时间点牺牲阳极的整体形状,所述阴极保护程度实时监测模块用于监测牺牲阳极腐蚀情况。

2.根据权利要求1所述的海上风电阴极保护实时监测系统,其特征在于,所述超声激发模块包括激光种子光源、高功率光放大器、高功率光隔离器及封装阵列,所述激光种子光源连接所述高功率光放大器,所述高功率光放大器连接所述高功率光隔离器,所述高功率光隔离器连接所述封装阵列,所述封装阵列连接所述厚度测量模块,所述封装阵列包括倾斜光栅串及声耦合锥,所述倾斜光栅串包括一系列不同幻影模工作波长的倾斜光栅,且所述倾斜光栅按照工作波长的由短到长,由光纤链路上游向光纤链路下游依次排列,每个所述倾斜光栅均与一个声耦合锥进行封装;

所述激光种子光源用于通过调频连续波的原理产生脉冲光信号;

所述高功率光放大器用于将产生的脉冲光信号进行功率放大;

所述高功率光隔离器用于防止产生的脉冲光对光源造成损害;

所述倾斜光栅串用于将接收到的光信号通过超声激发材料转换为超声波;

所述声耦合锥用于将产生的超声波进行汇聚右下往上传播。

3.根据权利要求2所述的海上风电阴极保护实时监测系统,其特征在于,所述厚度测量模块包括FPGA调制模块、加法器、信号发生器、DFB激光器、第一耦合器、第二耦合器、环形器、DUS‑FBG阵列及光电探测器,所述FPGA调制模块及信号发生器连接所述加法器,所述加法器连接所述DFB激光器的输入端,所述DFB激光器的输出端连接所述第一耦合器的输入端,所述第一耦合器的输出端连接所述环形器,所述环形器连接所述DUS‑FBG阵列,所述第一耦合器及环形器连接所述第二耦合器,所述第二耦合器连接所述光电探测器,所述光电探测器连接所述上位机,所述封装阵列与所述DUS‑FBG阵列进行组合封装,所述DUS‑FBG阵列紧贴所述牺牲阳极设置;

所述FPGA调制模块用于对DFB激光器进行线性调制,使其输出线性扫频光;

所述信号发生器用于提供固定频率幅度的电信号;

所述加法器用于将DFB激光器和信号发生器产生的电信号进行叠加;

所述DFB激光器用于产生被调制后的线性扫频光;

所述第一耦合器及第二耦合器用于进行分光和两束光的耦合拍频;

所述环形器用于单根光纤上的双向光信号传输;

所述光电探测器用于将拍频光信号转换为电信号;

所述DUS‑FBG阵列用于被超声波调制后进行光纤光栅的传感。

4.一种海上风电阴极保护实时监测方法,应用于权利要求1‑6任一所述的海上风电阴极保护实时监测系统,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:将倾斜光栅串与声耦合锥逐个封装,将声耦合锥的顶部与对应DUS‑FBG阵列进行贴紧设置,调整超声激发模块的光路与电路;

步骤2:将DUS‑FBG阵列按顺序蛇形排布紧贴设置在牺牲阳极的底面,调整监测光路,并将牺牲阳极固定在海平面下20m处,将上位机设置在岸上一定点处;

步骤3:开启激光种子光源,使倾斜光栅串接收到脉冲光信号从而激发超声,同时开启DFB激光器,实时监测拍频信号的变化,并将拍频信号传输至上位机进行实时解调,通过回波法及添加窗函数算法进行厚度的计算;

步骤4:牺牲阳极形状拟合模块将得到的不同位置DUS‑FBG阵列所测量的厚度数据进行汇总,建立三维坐标系,利用最小二乘法拟合出牺牲阳极的整体形状;

步骤5:阴极保护程度实时监测模块将得到的牺牲阳极的整体形状与牺牲阳极的原形状进行比较。