本發(fā)明涉及材料分析，具體是一種多模態(tài)協(xié)同的腐蝕狀態(tài)監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、氯堿化工生產(chǎn)中涉及到多個(gè)危險(xiǎn)化學(xué)品的使用和處理，如氫氣、氯氣、氯乙烯等，這些介質(zhì)均屬于國家重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品范疇。由于氯堿化工生產(chǎn)中存在的介質(zhì)復(fù)雜且具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，生產(chǎn)設(shè)備通常長期暴露在高氯(如飽和鹽水、濕氯氣、次氯酸鹽)和強(qiáng)酸堿(如鹽酸、氫氧化鈉)的腐蝕性環(huán)境中。為了應(yīng)對這些惡劣的工作條件，通常采用304、316l不銹鋼、ta2鈦材和ni6鎳材等耐腐蝕材料。然而，即便是這些耐腐蝕性能較強(qiáng)的材料，在長期服役過程中仍然容易受到氯離子和堿液等介質(zhì)的侵蝕，導(dǎo)致點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕等損傷現(xiàn)象。腐蝕損傷不僅會降低設(shè)備的使用壽命，增加維護(hù)和更換成本，還可能導(dǎo)致泄漏、爆炸等安全事故，直接威脅到生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。因此，腐蝕問題一直是氯堿化工行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)之一。為了保障氯堿生產(chǎn)的安全、高效進(jìn)行，迫切需要開發(fā)出針對腐蝕問題的高效、準(zhǔn)確的監(jiān)測技術(shù)，以便對設(shè)備的腐蝕狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警。通過有效的腐蝕監(jiān)測技術(shù)，可以在設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷前及時(shí)采取措施，延長設(shè)備的使用壽命，減少因腐蝕引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)，從而保障生產(chǎn)的安全性和持續(xù)性。

2、電化學(xué)噪聲技術(shù)是基于實(shí)時(shí)測量腐蝕過程中自發(fā)產(chǎn)生的電位和電流波動，從而確定腐蝕速率和相應(yīng)的機(jī)制，其數(shù)據(jù)包含豐富信息，通過分析噪聲信號的統(tǒng)計(jì)特性，可以獲取豐富的腐蝕信息。但是其信號通常較為復(fù)雜，其物理意義不易直接解釋，需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和分析方法，增加了腐蝕狀態(tài)在線監(jiān)測的難度，且生產(chǎn)現(xiàn)場布置困難。聲發(fā)射技術(shù)基于對試件表面機(jī)械損傷過程中產(chǎn)生的彈性波的檢測，優(yōu)點(diǎn)是聲學(xué)換能器被放置在遠(yuǎn)離腐蝕位置的地方，可以實(shí)現(xiàn)無損檢測，便于生產(chǎn)現(xiàn)場安置，缺點(diǎn)是聲音信號的數(shù)據(jù)解釋復(fù)雜，并且聲發(fā)射事件與預(yù)期腐蝕過程之間可能存在延遲。

3、單一監(jiān)測方法通常只能反映腐蝕過程的某一方面信息，無法全面準(zhǔn)確地評估腐蝕狀態(tài)。結(jié)合電化學(xué)噪聲和聲發(fā)射信號，能夠同時(shí)獲取化學(xué)反應(yīng)和物理變化信息，提高對腐蝕過程的整體理解。而聲發(fā)射與電化學(xué)信號具有不同的時(shí)頻特性，目前研究中尚未有聲發(fā)射與電化學(xué)噪聲協(xié)同準(zhǔn)確識別和監(jiān)測腐蝕的方法，缺少聲發(fā)射和電化學(xué)噪聲兩種信號關(guān)聯(lián)互證關(guān)系。且傳統(tǒng)的腐蝕分析方法依賴于大量標(biāo)注數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督學(xué)習(xí)，這一過程不僅耗時(shí)而且成本高昂。標(biāo)注數(shù)據(jù)的獲取往往局限于專家的經(jīng)驗(yàn)和時(shí)間，這限制了快速準(zhǔn)確地進(jìn)行腐蝕分析的能力。

4、針對上述問題，提出一種多模態(tài)協(xié)同的腐蝕狀態(tài)監(jiān)測方法及系統(tǒng)。該方法通過多層面對齊電化學(xué)噪聲和聲發(fā)射雙模態(tài)信號的特征空間表征，綜合分析腐蝕過程中產(chǎn)生的多種特征信息，能夠更全面、更準(zhǔn)確地反映腐蝕狀態(tài)。并采用了自監(jiān)督預(yù)訓(xùn)練算法，允許模型通過自我學(xué)習(xí)腐蝕信號的內(nèi)在特征，而減少對大量的標(biāo)注數(shù)據(jù)的依賴。通過模型學(xué)習(xí)過程將電化學(xué)噪聲信息存儲于模型中，在現(xiàn)場監(jiān)測中僅需設(shè)置聲發(fā)射裝置以采集信號，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無損監(jiān)測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述背景技術(shù)中提出的問題，本發(fā)明提供一種基于電化學(xué)噪聲信號和聲發(fā)射信號多模態(tài)協(xié)同的腐蝕狀態(tài)監(jiān)測方法及系統(tǒng)，以達(dá)到對于氯堿設(shè)備中腐蝕損傷的現(xiàn)場快速、無損、準(zhǔn)確及自動化監(jiān)測。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的方案具體方法如下：

3、s1：信號采集：試樣材質(zhì)包括但不限于多種材料的不銹鋼及碳鋼，放置于腐蝕溶液以發(fā)生腐蝕，所采用的溶液包括但不限于nacl溶液等腐蝕溶液，在試件上設(shè)置電化學(xué)采集裝置與聲發(fā)射采集裝置，同時(shí)采集電化學(xué)噪聲信號與聲發(fā)射信號。

4、s2：數(shù)據(jù)集構(gòu)建：使用采集到的大量電化學(xué)噪聲信號與聲發(fā)射信號，首先進(jìn)行兩種信號在時(shí)間步上的對齊，構(gòu)建無需人工標(biāo)注的大規(guī)模的聲電對齊預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；采取少量有明顯腐蝕特征的聲發(fā)射信號進(jìn)行人工標(biāo)注，構(gòu)建聲發(fā)射腐蝕階段有標(biāo)簽數(shù)據(jù)集。

5、s3：模型構(gòu)建與訓(xùn)練：構(gòu)建改進(jìn)的兩階段網(wǎng)絡(luò)，第一階段為基于transformer的對比學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)，第二階段為基于transformer的特征提取器和基于多層感知機(jī)的分類器組成的腐蝕階段監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。使用步驟s2中構(gòu)建的兩個(gè)數(shù)據(jù)集分別對兩階段網(wǎng)絡(luò)依次訓(xùn)練。

6、s4：模型測試：通過改進(jìn)的腐蝕階段監(jiān)測模型對未知的聲發(fā)射測試信號進(jìn)行判斷，輸出測試信號所對應(yīng)的腐蝕階段，得到腐蝕監(jiān)測模型的測試效果。

7、s5：系統(tǒng)搭建：制作交互界面，進(jìn)行軟件封裝，將軟件安裝于服務(wù)器中；將現(xiàn)場聲發(fā)射信號采集裝置與封裝軟件相聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場腐蝕狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

8、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的一種多模態(tài)協(xié)同的腐蝕狀態(tài)監(jiān)測方法及系統(tǒng)，所述材料為氯堿生產(chǎn)中設(shè)備常用材料，如304和316l不銹鋼及碳鋼等。

9、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的步驟s1中信號采集，使用了氯堿生產(chǎn)設(shè)備中常用材料304和316l不銹鋼及碳鋼，使用多種不同材料的大量豐富數(shù)據(jù)以完成訓(xùn)練，幫助模型具有更好的泛化能力。

10、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的步驟s2中數(shù)據(jù)集構(gòu)建包括以下步驟：

11、s21：構(gòu)建聲電對齊預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集：無需人工進(jìn)行腐蝕階段判斷，較大節(jié)省了人工分析成本，首先對于采集到的電化學(xué)噪聲信號和聲發(fā)射信號在時(shí)間步上實(shí)現(xiàn)對齊，并分割為適合時(shí)間長度的較小片段，以形成大量的聲電對齊數(shù)據(jù)對，用作聲電對齊預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。

12、s22：構(gòu)建聲發(fā)射腐蝕階段有標(biāo)簽數(shù)據(jù)集：對于聲發(fā)射數(shù)據(jù)，采取少量有明顯腐蝕特征的聲發(fā)射信號進(jìn)行人工標(biāo)注，構(gòu)建聲發(fā)射腐蝕階段有標(biāo)簽數(shù)據(jù)集。此外，除上述數(shù)據(jù)集之外，額外采集部分聲發(fā)射數(shù)據(jù)集構(gòu)成測試數(shù)據(jù)集，以用于后續(xù)模型效果的評估。

13、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的步驟s3中模型的構(gòu)建包括以下步驟：

14、s31：構(gòu)建基于transformer的特征提取器：利用自注意力機(jī)制，使得模型能夠關(guān)注電化學(xué)噪聲和聲發(fā)射時(shí)間序列中的時(shí)序信息。

15、s32：構(gòu)建第一階段基于自監(jiān)督對比學(xué)習(xí)架構(gòu)的模型學(xué)習(xí)策略：訓(xùn)練s31中提出的特征提取器，利用預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中的聲電數(shù)據(jù)對進(jìn)行對比學(xué)習(xí)預(yù)訓(xùn)練，以訓(xùn)練模型實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射信號與電化學(xué)噪聲信號兩個(gè)模態(tài)信號的協(xié)同學(xué)習(xí)，存儲電化學(xué)噪聲信號的有效信息，其損失函數(shù)為分布對齊損失和事件對齊損失。

16、s33：構(gòu)建第二階段腐蝕階段監(jiān)測的模型學(xué)習(xí)策略：提取步驟s32中訓(xùn)練完成的聲發(fā)射信號特征提取器，并結(jié)合一個(gè)基于多層感知機(jī)構(gòu)建的分類器，基于步驟s2中的聲發(fā)射腐蝕階段有標(biāo)簽數(shù)據(jù)集對其進(jìn)行進(jìn)一步的有監(jiān)督訓(xùn)練，以訓(xùn)練模型獲得有效監(jiān)測腐蝕階段能力。

17、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的步驟s4中的模型測試，將測試數(shù)據(jù)集的聲發(fā)射數(shù)據(jù)作為輸入，基于模型輸出結(jié)果，得出測試集中各樣本屬于何種腐蝕狀態(tài)，并計(jì)算模型檢測準(zhǔn)確率以進(jìn)行評估。

18、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述的步驟s5中的系統(tǒng)搭建，將上述腐蝕監(jiān)測模型部署到服務(wù)器，并連接到聲發(fā)射信號采集模塊由聲發(fā)射信號采集模塊采集信號后，在信號預(yù)處理模塊預(yù)處理數(shù)據(jù)后傳入服務(wù)器的腐蝕狀態(tài)監(jiān)測算法中，計(jì)算得到在線的腐蝕狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、1.本發(fā)明相比于依賴大量標(biāo)記數(shù)據(jù)的有監(jiān)督深度學(xué)習(xí)方法，采用自監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，使用大量無需人工標(biāo)注的聲電數(shù)據(jù)對，對模型進(jìn)行聲電協(xié)同預(yù)訓(xùn)練，較大程度上減少了對于標(biāo)注數(shù)據(jù)的依賴；

21、2.通過在聲發(fā)射與電化學(xué)噪聲信號的對齊學(xué)習(xí)階段，設(shè)計(jì)多種對齊目標(biāo)函數(shù)，促進(jìn)模型實(shí)現(xiàn)了對聲發(fā)射電化學(xué)噪聲兩個(gè)模態(tài)信號的有效對齊，充分利用了兩種信號的相關(guān)信息，提升模型腐蝕監(jiān)測能力；

22、3.本發(fā)明可以氯堿生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場、無損、高效的腐蝕狀態(tài)監(jiān)測。