專利名稱：作為局部腐蝕指示器的電化學(xué)噪聲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開總體上涉及腐蝕測量，尤其涉及用于檢測局部腐蝕的電化學(xué)噪聲測量的系 統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電化學(xué)噪聲(ECN)是一種用于檢測諸如點(diǎn)蝕侵襲(pitting attack)、裂縫腐蝕、 應(yīng)力腐蝕裂紋等局部腐蝕(localized corrosion)現(xiàn)象的技術(shù)。ECN方法涉及腐蝕電極的 自由腐蝕電勢的波動(dòng)(電勢噪聲)的測量或是耦合電流及其在一對(duì)名義上相同的腐蝕電極 之間的波動(dòng)(電噪聲)的測量。隨后分析測量出的波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)性能以提供在測試電極上出 現(xiàn)的局部腐蝕的程度的定性量度。一般的，在經(jīng)驗(yàn)等式中計(jì)算并使用統(tǒng)計(jì)參數(shù)，諸如記錄的 噪聲信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差、偏斜(Skewness)或峰度(kurtosis)，以獲得單個(gè)參數(shù)，該單個(gè)參數(shù) 被稱為用于指示測試電極對(duì)于局部腐蝕侵襲的傾向的局部腐蝕指數(shù)或點(diǎn)蝕因數(shù)。另一種方 法涉及在頻域中分析電化學(xué)噪聲波動(dòng)并使用諸如光譜密度圖的滾降(roll-off)斜率的參 數(shù)作為局部腐蝕指示器。然而，現(xiàn)有方法都被證明在實(shí)際中對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)或工廠的操作員 不能有效地給出是否存在局部腐蝕侵襲的清楚指示。相反，為了解釋所記錄的局部腐蝕參 數(shù)隨著時(shí)間的變化以評(píng)估這種參數(shù)的特定行為是否指示正在發(fā)生局部腐蝕，需要一定程度 的經(jīng)驗(yàn)。相應(yīng)的，需要改善的局部腐蝕測量系統(tǒng)和技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在總結(jié)本公開的各個(gè)方面以有助于本公開的基本理解，其中該發(fā)明內(nèi)容不是對(duì) 本公開的總體概述，既不打算識(shí)別本公開的特定元件，又不打算描繪其范圍。相反的，該發(fā) 明內(nèi)容的主要目的在于在后面給出的具體實(shí)施方式
之前以簡要形式提出本公開的某些概 念。本公開涉及在現(xiàn)場或?qū)嶒?yàn)室環(huán)境下使用的腐蝕測量系統(tǒng)和技術(shù)，以便更佳地量化局部腐蝕現(xiàn)象。根據(jù)本公開的一個(gè)或更多個(gè)方面，提供了腐蝕測量系統(tǒng)來測量或監(jiān)控暴露于電解 液的結(jié)構(gòu)的局部腐蝕。該系統(tǒng)包括探針接口，具有信號(hào)調(diào)節(jié)及感應(yīng)電路，所述探針接口系統(tǒng) 與測量電極相接口并感應(yīng)出腐蝕相關(guān)信號(hào)。該系統(tǒng)還包括濾波器，其從感應(yīng)出的腐蝕相關(guān) 信號(hào)中去除低頻分量、以及處理系統(tǒng)，其用于至少部分地根據(jù)濾波后的腐蝕信號(hào)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn) 偏差值。該處理系統(tǒng)隨后縮放標(biāo)準(zhǔn)偏差以提供具有從0至1的值的局部腐蝕值，從而量化 局部腐蝕侵襲的嚴(yán)重程度。在特定實(shí)施例中，該濾波器是高通濾波器或帶通濾波器，其用于 從感應(yīng)出的腐蝕相關(guān)信號(hào)中去除約0. 05Hz或更小的低頻分量。該濾波器可以數(shù)字形式來 執(zhí)行，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供感應(yīng)出的腐蝕相關(guān)信號(hào)的數(shù)字表達(dá)而采樣值被提供給數(shù)字高通 或帶通濾波器以便去除采樣流中的至少某些低頻分量。提供了用于測量或監(jiān)控局部腐蝕的 方法，包括感應(yīng)系統(tǒng)中的ECN信號(hào)，濾波感應(yīng)出的ECN信號(hào)以去除低頻分量來生成濾波后的 ECN信號(hào)，計(jì)算濾波后的ECN信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，并縮放標(biāo)準(zhǔn)偏差以提供局部腐蝕指數(shù)值。該 方法的特定實(shí)施例可包括保存局部腐蝕值以備用戶后續(xù)取回。


下面給出的具體實(shí)施方式
和附圖用于詳細(xì)地提出本發(fā)明的特定示意性實(shí)施方式， 其僅是指出實(shí)現(xiàn)本公開的各種原則的幾種示例性方式。然而，所說明的示例并非窮盡本公 開的眾多可行的實(shí)施例。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，本公開的其他目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征將會(huì)在后 面的本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中提出，其中圖IA是示出了根據(jù)本公開的一個(gè)或更多個(gè)方面的示例性局部腐蝕測量系統(tǒng)的簡 化示意圖；圖IB是示出了根據(jù)本公開的其他方面的、用于測量或監(jiān)控暴露于電解液的結(jié)構(gòu) 的局部腐蝕的示例性方法的流程圖；圖IC是示出了在幾乎沒有或沒有局部腐蝕并因此沒有低頻或高頻噪聲的示例性 環(huán)境中感應(yīng)ECN值與時(shí)間的曲線圖；圖ID是示出了在幾乎沒有或沒有局部腐蝕的示例性環(huán)境中感應(yīng)ECN值和時(shí)間的 曲線圖，其中測量到大量低頻噪聲而沒有較高頻噪聲；圖IE是示出了發(fā)生局部腐蝕并且較高頻噪聲是明顯的示例性環(huán)境中感應(yīng)ECN值 和時(shí)間的曲線圖；圖2A是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)方面的示例性腐蝕測量設(shè)備的立體 圖，該設(shè)備包括帶有相關(guān)探針和電極的回路或電池供電的發(fā)射器；圖2B是示出了關(guān)于圖2的發(fā)射器的進(jìn)一步細(xì)節(jié)的示意圖，其中包括數(shù)字系統(tǒng)、回 路接口和探針接口；圖3A是圖2A和圖2B的示例性發(fā)射器中的探針接口系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)的部分的示 意圖，其中包括由處理器控制的激勵(lì)電路、感應(yīng)電路和模擬切換系統(tǒng)，用于程序上重新配置 多種不同腐蝕測量的設(shè)備；圖;3B是示出了圖2A和圖2B的示例性發(fā)射器的回路接口系統(tǒng)中的隔離電路 的進(jìn)一步細(xì)節(jié)的示意圖，其中包括隔離變壓器和兩階內(nèi)部安全柵(intrinsic safety barrier)；
圖4示出了在圖2A-3B的設(shè)備中的SRM、HAD、LPR、單元偏移電壓和ECN測量的幾 種示例性切換系統(tǒng)配置的表；圖5是示意性地示出了在管道或存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中安裝的測量設(shè)備的探針和電極的部 分橫截面示意圖，其中電極暴露于運(yùn)輸或存儲(chǔ)電解液用于腐蝕測量；圖6是示出了圖5的安裝中的電極和測量電解液中的一個(gè)的等效電路的簡化示意 圖；圖7是示出了在圖2A-圖6的設(shè)備的完整測量循環(huán)中由激勵(lì)電路對(duì)于測量的電解 液所應(yīng)用的示例性激勵(lì)波形的曲線圖，其中包括用于電解液電阻測量的示例性實(shí)質(zhì)上無dc 的200Hz雙極方波、用于HAD和LPR測量的0. IHz正弦波和無激勵(lì)的ECN部分；圖8是進(jìn)一步示出了用于電解液電阻測量的設(shè)備中使用的實(shí)質(zhì)上無dc的200Hz 雙極方波的曲線圖；圖9A是示出了在圖2A-圖6的設(shè)備中利用動(dòng)態(tài)激勵(lì)振幅調(diào)節(jié)對(duì)電解液(溶液) 電阻測量(SRM)的示例性操作的流程圖；圖9B-圖9D是示出了在圖2A-圖6的設(shè)備中在動(dòng)態(tài)振幅調(diào)節(jié)過程中不同激勵(lì)波 形振幅的雙極方波激勵(lì)電壓和對(duì)應(yīng)的測量平均電流的電壓和電流繪圖的曲線圖；圖IOA是示出了利用大約0. 3秒的低采樣周期以大約200Hz應(yīng)用的示例性雙極方 波電壓激勵(lì)信號(hào)和兩個(gè)示例性異步A/D轉(zhuǎn)換器采樣的繪圖的曲線圖；圖IOB是示出了在圖IOA的兩個(gè)示例性采樣時(shí)刻的激勵(lì)電壓和感應(yīng)電流繪圖的曲 線圖；圖IOC是示出了圖2A-圖6的設(shè)備中的在線電流放大器偏移測量的示例性操作的 流程圖；圖11是示出了在圖2A-圖6的設(shè)備中包括計(jì)算出的B值的可能性測試的HAD或 LPR測量的動(dòng)態(tài)算法改變的設(shè)備操作的流程圖；以及圖12是示出了在圖2A-圖6的設(shè)備中的示例性偏移測量和HAD腐蝕測量的激勵(lì) 信號(hào)調(diào)節(jié)的流程圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖，下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例或?qū)嵤┓绞?，其中相同的附圖 標(biāo)記在全文中都用來參考相同的元件，并且其中不一定按照比例繪制各種特征和繪圖。本 公開涉及可編程低功率腐蝕測量現(xiàn)場設(shè)備，用于利用一種或更多種先進(jìn)的腐蝕測量類型提 供腐蝕測量和監(jiān)控，以便提供用于可在通過標(biāo)準(zhǔn)4-20mA控制回路或其他通信裝置連接的 分布式控制系統(tǒng)中應(yīng)用的，或是可用作具有下載所保存的腐蝕數(shù)據(jù)至用戶通信設(shè)備、USB存 儲(chǔ)棒、微型SD卡等的能力的單機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)腐蝕監(jiān)控和/或離線腐蝕數(shù)據(jù)日志記錄的電 導(dǎo)、總腐蝕和/或局部腐蝕值，。首先參考圖IA和圖1B，根據(jù)本公開的一個(gè)或更多個(gè)方面在圖IA中示意性地示出 了示例性局部腐蝕測量系統(tǒng)2。系統(tǒng)2可由下面圖2A和圖2B所示的單個(gè)現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)，或 是由具有獨(dú)立裝外置的探針接口和數(shù)字系統(tǒng)的分布式方式來實(shí)現(xiàn)。如圖IA所示，系統(tǒng)2包 括具有與處在電解液中的多個(gè)測量電極8接口的信號(hào)調(diào)節(jié)電路34的探針接口系統(tǒng)30、具有 經(jīng)由與探針6相關(guān)聯(lián)的多個(gè)電極8中的至少一個(gè)電極感應(yīng)腐蝕相關(guān)的電壓和/或電流信號(hào)的感應(yīng)電路34b的信號(hào)調(diào)節(jié)電路34。在具有處理器22的一個(gè)實(shí)施例中提供了數(shù)字處理系 統(tǒng)20，其中處理器22實(shí)現(xiàn)了用于從感應(yīng)的腐蝕相關(guān)的信號(hào)中去除低頻分量的高通或帶通 濾波器25，而感應(yīng)的腐蝕相關(guān)的信號(hào)是經(jīng)由模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器沈從探針接口 30以數(shù)字形 式獲取的。在一個(gè)實(shí)施例中，基本上根據(jù)圖IB所示的示例性局部腐蝕測量或監(jiān)控處理300來 操作系統(tǒng)2。處理300包括在302中感應(yīng)電化學(xué)噪聲(ECN)值，諸如當(dāng)不對(duì)電解液應(yīng)用激勵(lì) 時(shí)兩個(gè)電極8之間的電流或電勢。在304中，諸如通過模擬或數(shù)字濾波來去除感應(yīng)的信號(hào) 的低頻分量，并且至少部分地基于濾波后的信號(hào)值在306中計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差值ο。至少部 分地根據(jù)來自A/D轉(zhuǎn)換器沈的濾波后的腐蝕相關(guān)的信號(hào)采樣，處理系統(tǒng)20計(jì)算表示在感 興趣的結(jié)構(gòu)中存在還是不存在局部腐蝕的標(biāo)準(zhǔn)偏差值ο，并隨后在308中縮放標(biāo)準(zhǔn)偏差值 σ以提供局部腐蝕值(LCV) 27，該值可隨后被保存在存儲(chǔ)器M中。在一個(gè)實(shí)施例中，無論 是高通還是帶通濾波器25都是用于從感應(yīng)的腐蝕相關(guān)的信號(hào)中去除大約0. 05Hz或更低的 低頻分量的數(shù)字濾波器。在一個(gè)示例中對(duì)于由處理器22實(shí)現(xiàn)的η階數(shù)字濾波器提供濾波 后的采樣，諸如具有大約0. 04-0. 06Hz (優(yōu)選為0. 05Hz)的高通截止(cutoff)頻率的15階 數(shù)字濾波器。在一個(gè)實(shí)施例中，在ECN測量循環(huán)中控制A/D轉(zhuǎn)換器沈以1秒采樣周期在大 約5分鐘時(shí)間內(nèi)獲取300個(gè)采樣。處理器22執(zhí)行數(shù)字濾波功能25并通過任何合適的等式 或算法計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差值σ，諸如一個(gè)示例中的((Σ (X-mean)2)/N)1/2，其中N是采樣的數(shù) 目而“mean”是采樣的平均值。在示例性實(shí)施例中，如下面詳細(xì)描述，利用運(yùn)行時(shí)刻計(jì)算M2 來計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差ο ( σ = Μ2的平方根)。處理器22隨后在308中縮放標(biāo)準(zhǔn)偏差σ以提供0至1范圍內(nèi)的局部腐蝕值27。 在一個(gè)實(shí)施例中，通過感應(yīng)電路34b和A/D轉(zhuǎn)換器沈的輸入測量范圍來縮放標(biāo)準(zhǔn)偏差ο。 例如，利用沒有局部腐蝕和高局部腐蝕的經(jīng)驗(yàn)測量建立對(duì)應(yīng)于測量出的ECN電流的A/D計(jì) 數(shù)值中的輸入測量范圍的兩個(gè)邊界，從而將偏差ο縮放至電流噪聲測量范圍。隨后在一個(gè) 實(shí)施例中通過這個(gè)測量范圍來縮放標(biāo)準(zhǔn)偏差σ以便在308中獲得具有0至1閉區(qū)間之間 的值的局部腐蝕值27，超出1的任何計(jì)算出的縮放值被設(shè)定為等于1，以便解決那些在用于 建立縮放范圍的其他高局部腐蝕環(huán)境。在可能的實(shí)施例中，通過電路的動(dòng)態(tài)范圍給出縮放 范圍，并且通過實(shí)驗(yàn)測試來驗(yàn)證縮放范圍為最優(yōu)。另外參考圖IC至圖1Ε，發(fā)明人還提出，利用高通或帶通數(shù)字濾波器濾波電化學(xué) (電勢或電流)噪聲信號(hào)有利地利用實(shí)質(zhì)上不受一般腐蝕影響的較高頻率分量對(duì)于局部腐 蝕的改善測量。在這個(gè)方面，發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，雖然局部腐蝕噪聲具有寬的頻譜(認(rèn)為包括低 頻分量)，但是噪聲信號(hào)的一般腐蝕分量不具有0. 05Hz及其以上范圍內(nèi)的頻率分量，并且 利用高通或帶通濾波器25有利地從感興趣的局部腐蝕處理信號(hào)中分離出一般的腐蝕處理 信號(hào)。濾波器輸出的標(biāo)準(zhǔn)偏差ο提供了較高頻率噪聲的振幅的量度，相應(yīng)地直接與局部腐 蝕活動(dòng)的量相關(guān)聯(lián)。將該值縮放至0至1的范圍內(nèi)提供了對(duì)于局部腐蝕侵襲簡單的且容易 理解的量度。圖IC示出了說明對(duì)于飲用水中的鈦電極幾乎沒有或沒有局部腐蝕以及沒有 低頻噪聲的情況下感應(yīng)的ECN電壓值352(在應(yīng)用625mV中心偏移之前的mV)與時(shí)間的曲線 圖350。圖ID中的曲線圖360示出了具有很少或沒有局部腐蝕的3% NaCl的碳鋼的不同 情況下感應(yīng)的ECN值與時(shí)間的曲線362，其中存在大量的低頻噪聲，但是觀察到相對(duì)少的高 頻噪聲。這個(gè)示例中的電極經(jīng)歷了具有信號(hào)電平上的巨大變化的大體上均勻的腐蝕侵襲，但是波動(dòng)相對(duì)較慢。在這種情況下，在曲線362中以未經(jīng)濾波的信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為基礎(chǔ)的 局部腐蝕計(jì)算將會(huì)導(dǎo)致誤導(dǎo)的高的局部腐蝕值，這是因?yàn)榘l(fā)生很少的，如果有的話，局部腐 蝕。圖IE提供了曲線370，示出了在酸化3% NaCl溶液中對(duì)于鋁感應(yīng)的ECN值曲線372。 這個(gè)示例中的電極經(jīng)歷了局部點(diǎn)蝕并且噪聲信號(hào)的低頻和高頻分量兩者都存在。示例性系統(tǒng)2采用了高通或帶通濾波器25以便從較慢變化(其沒有)中分離出 高頻ECN波動(dòng)(這表示局部腐蝕侵襲)，并在生成局部腐蝕指數(shù)或值27中計(jì)算出濾波后信 號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差ο。在一個(gè)實(shí)施例中，通過輸入信號(hào)范圍縮放偏差ο來提供指數(shù)值27作為 0至1范圍內(nèi)無單位的值，標(biāo)準(zhǔn)偏差值ο隨后被用作計(jì)算局部腐蝕指數(shù)參數(shù)27。發(fā)明人提 出，利用濾波后的信號(hào)值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差ο方便區(qū)分關(guān)于憑借初始去除低頻分量的局部腐 蝕的如圖ID和圖IE所示的示例，由此對(duì)于這兩個(gè)示例生成不同的局部腐蝕值27。沒有使 用濾波器25的所有前述方法和局部腐蝕指數(shù)計(jì)算算法對(duì)于圖ID和圖IE的示例都會(huì)不正 確地產(chǎn)生相似的局部腐蝕指數(shù)值，諸如計(jì)算原始的(未經(jīng)濾波的)感應(yīng)信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差并 通過信號(hào)的RMS縮放該偏差的那些技術(shù)。在所示出的系統(tǒng)2中，由感應(yīng)電路34b檢測并放大ECN信號(hào)(例如，感應(yīng)電勢或電 流)，并且利用處理系統(tǒng)20的模數(shù)轉(zhuǎn)換器沈數(shù)字化由此得到的模擬信號(hào)。利用數(shù)字高通或帶通濾波器25處理數(shù)字采樣并且由處理器22計(jì)算時(shí)間周期上濾 波器輸出的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ。在一個(gè)實(shí)施例中，采用了高通數(shù)字濾波器25，諸如具有0.05Hz截 止頻率的15階有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，對(duì)于每秒一個(gè)采樣的采樣速率利用如下的示例 性濾波器系數(shù)a
=-0. 46956，a[l] = -0. 0284518,a [2] =-0· 04213，a [3] =-0· 056783，a[4] = -0. 0707939,a [5] =-0. 0824234，a[6] = -0. 09012,a[7] = 0. 8353165,a [8] =-0. 09012，a [9] =-0. 0824234，a [10] =-0. 0707939，a [11] =-0. 056783，a[12] =-0. 04213，a[13] = -0. 0284518,^Pa [ 14] =-0. 046956。還可使用任意數(shù)字長度的其他合適的高通或帶通濾光器或甚至模擬設(shè)計(jì)的濾波 器。此外，在特定實(shí)施例中，在一系列設(shè)備循環(huán)中操作系統(tǒng)以得到給定數(shù)目的ECN采樣，用 于計(jì)算為后續(xù)用戶取回而保存的當(dāng)前局部腐蝕值27，例如，在大約5分鐘的周期以1秒鐘間 隔采樣的315個(gè)感應(yīng)的ECN電勢或電流采樣，其中將前15個(gè)采樣丟棄掉而在標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算 中使用剩余的300個(gè)采樣。由于低頻電化學(xué)噪聲分量被濾波并丟棄，在以大于濾波器截止頻率周期十倍采樣噪聲信號(hào)中不具有任何實(shí)際優(yōu)勢。因此在以與不使用濾波器相比較短得 多的時(shí)間周期內(nèi)執(zhí)行ECN測量。在某些實(shí)施方式中，可利用由處理器22實(shí)現(xiàn)的‘運(yùn)行均值’算法實(shí)時(shí)地計(jì)算出標(biāo) 準(zhǔn)偏差ο，由此減小系統(tǒng)2中的中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。為了向終端用戶提供容易理解的局部腐蝕指數(shù)參數(shù)，有利地將計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)偏差 縮放至零(沒有局部腐蝕)至一(嚴(yán)重的局部腐蝕)的范圍。基于所使用的電子電路的靈 敏度和探針電極的表面面積，可使用大量的縮放因子和關(guān)系。例如，在一個(gè)電流噪聲測量實(shí)施方式中，其中測量范圍是從下限3xlO_9A/cm2延伸 至3X10_6A/cm2，可以如下方式計(jì)算局部腐蝕指數(shù)值27
(標(biāo)準(zhǔn)偏差)InaOxio-9)
局部腐蝕指數(shù)=^--~~
33其中，第二項(xiàng)是由電路的靈敏度和探針電極8的表面面積確定的常數(shù)，并且對(duì)于 給定的系統(tǒng)可定制化(tailor)這個(gè)第二項(xiàng)。另外參考圖2A和圖2B，在圖2A中以經(jīng)由4_20mA回路來回路供電或是電池供電 的現(xiàn)場腐蝕測量設(shè)備2的形式示出了系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。系統(tǒng)2包括外罩了如下所述的 基于處理器的電子電路的發(fā)射器頭4、以及優(yōu)選地由匹配設(shè)備2被安裝到的、用于腐蝕監(jiān)控 /測量的金屬結(jié)構(gòu)的材料制成的探針6和一組三個(gè)電極8，其中電極8浸入或嵌入到在所 安裝的結(jié)構(gòu)中保存或運(yùn)輸?shù)娜芤夯蚱渌娊夤腆w、氣體或液體中，該結(jié)構(gòu)諸如是管道、存儲(chǔ) 罐或其他感興趣的結(jié)構(gòu)。在典型的安裝中，探針6被安裝到感興趣的結(jié)構(gòu)上而電極延伸到 管道或流體腔內(nèi)部，從而暴露于其中的腐蝕處理。發(fā)射器外殼4和探針6可由環(huán)境保護(hù)材 料構(gòu)成以使得設(shè)備2在現(xiàn)場應(yīng)用例如在線腐蝕監(jiān)控中使用，以生成關(guān)于腐蝕速率的處理變 量、局部腐蝕指數(shù)(腐蝕局部化的程度)、和/或電解液電阻(電導(dǎo))、或者單機(jī)安裝為電池 供電的電子優(yōu)惠券(coupon)，其中局部化和其他腐蝕數(shù)據(jù)可通過用戶經(jīng)由通信、設(shè)備、USB 存儲(chǔ)棒、微型SD卡或其他合適的裝置被上傳。此外，利用通過參考包含在這里的美國專利 No. 7，282，928 ；7, 265，559 ；7, 239，156和7，245，132中描述的其他測量技術(shù)，示例性系統(tǒng)2 還可執(zhí)行大量不同的與腐蝕相關(guān)的測量，除了上述電化學(xué)噪聲(ECN)測量之外還包括測量 線性極性電阻(LPR)、溶液電阻(或電導(dǎo))RS。圖2B進(jìn)一步示出了發(fā)射器4的示例性電子器件，包括具有流電隔離的回路接口 10、內(nèi)部安全(IS)屏障電路12和供電系統(tǒng)14，其中系統(tǒng)2的一個(gè)實(shí)施例通過該屏障電路12 與標(biāo)準(zhǔn)4-20mA控制回路11接口，并且供電系統(tǒng)14提供了從來自控制回路11、或可選地來 自電池13、太陽能板(未示出)或其他源的電流得到的內(nèi)部設(shè)備電能?；芈方涌?10還包括 可操作地與數(shù)字系統(tǒng)20的處理器22和控制回路11相耦合的通信接口 16，以允許處理器22 利用HART或其他通信協(xié)議與外部通信設(shè)備(未示出)通信，用戶通過外部通信設(shè)備可配置 或編程設(shè)備2和/或從設(shè)備20取回所保存的計(jì)算出的與腐蝕相關(guān)的值。此外示例性回路 接口 10還包括專用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 10，用于控制回路11中的電流以允許處理器22控 制回路中的電流，以表示測量/計(jì)算出的處理變量(例如，對(duì)應(yīng)于腐蝕速率、局部腐蝕指數(shù)、 電導(dǎo)等的4至20mA之間的回路電流電平)，并且還提供了對(duì)回路電流的FSK或其他類型的 調(diào)制，以根據(jù)諸如HART等適當(dāng)?shù)膮f(xié)議經(jīng)由回路11或其他的有線或無線通信裝置執(zhí)行數(shù)字通信在其他實(shí)施例中，系統(tǒng)2是沒有與4_20mA回路連接的、嚴(yán)格由電池供電的現(xiàn)場設(shè) 備，其中供電系統(tǒng)14提供使用來自電池13的電流用于供電數(shù)字系統(tǒng)20和探針接口電路30 的電能調(diào)節(jié)和隔離。此外，系統(tǒng)2還包括與驅(qū)動(dòng)電路相關(guān)聯(lián)的USB端口 17，以允許用戶安 裝USB存儲(chǔ)棒或其他USB設(shè)備，對(duì)其系統(tǒng)2下載所保存的腐蝕測量數(shù)據(jù)(諸如局部腐蝕值 27)。這允許系統(tǒng)2以低功耗模式操作，其中設(shè)備2具有根據(jù)可編程進(jìn)度表的測量模式下的 可編程操作的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，在該可編程進(jìn)度表中系統(tǒng)2執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè)腐蝕測量(例如，包 括ECN局部腐蝕測量)，諸如每小時(shí)一次，每天數(shù)次等。用戶可隨后訪問設(shè)備2并連接通信 設(shè)備或插入U(xiǎn)SB存儲(chǔ)棒以獲得由系統(tǒng)2已經(jīng)收集的、所保存的測量數(shù)據(jù)。在其他實(shí)施例中， 單元2可包括用于數(shù)據(jù)上傳的微型SD卡接口。數(shù)字系統(tǒng)20包括諸如微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、可編程邏輯等 的任意形式的處理電路的處理系統(tǒng)22，通過該處理系統(tǒng)22可實(shí)現(xiàn)這里描述的各種功能。數(shù) 字系統(tǒng)20包括一種或更多種形式的存儲(chǔ)器，尤其是諸如閃存，F(xiàn)RAM等的非易失性存儲(chǔ)器， 并包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)26，其中A/擬6和/或存儲(chǔ)器M可以是獨(dú)立的元件或電路或是被 集成在處理器22中。示例性探針接口系統(tǒng)30包括與處在被測量的電解液中的多個(gè)測量電極8接口的 信號(hào)調(diào)節(jié)電路34、以及DAC32，用于對(duì)于特定測量類型生成由信號(hào)調(diào)節(jié)電路34將對(duì)至少一 個(gè)電極8應(yīng)用的激勵(lì)信號(hào)。激勵(lì)電路3 根據(jù)DAC32的輸出經(jīng)由第一電極El (輔助電極) 向電解液提供激勵(lì)信號(hào)，并且電路34b經(jīng)由其他電極E2和/或E3中的一個(gè)或兩者感應(yīng)出 一個(gè)或多個(gè)與腐蝕相關(guān)的電信號(hào)，諸如電壓、電流等，其中第二電極E2在這里被稱為參考 電極，用于感應(yīng)電解液中的電壓信號(hào)，并且剩余電極E3被稱為工作或工作中的電極。具有 多個(gè)模擬開關(guān)元件的開關(guān)系統(tǒng)3 允許在多個(gè)不同配置下激勵(lì)電路34a的和感應(yīng)電路34b 的各種元件和電極8的受處理器控制的重新配置。圖3A、圖;3B和圖4示出了探針接口系統(tǒng)30和數(shù)字系統(tǒng)20的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，其中 包括激勵(lì)電路34a、感應(yīng)電路34b和由在圖3A中被標(biāo)記為U13-U16的四個(gè)模擬開關(guān)設(shè)備 3 構(gòu)成的開關(guān)系統(tǒng)。模擬開關(guān)U13-U16中的每一個(gè)都具有兩種開關(guān)狀態(tài)，在附圖中表示 為“0”狀態(tài)和“1”狀態(tài)，其中處理系統(tǒng)22提供對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制信號(hào)CS13-CS16以控制每個(gè) 開關(guān)34c的狀態(tài)。此外，模擬開關(guān)U13-U16還可具有受芯片選擇輸入(未示出)控制的第 三操作狀態(tài)，其中開關(guān)端子與極端子中的任意一個(gè)斷開連接。開關(guān)U13-U16由此與激勵(lì)和 感應(yīng)電路3 和34b的元件的受處理器控制的內(nèi)部連接相耦合，以便以多種不同腐蝕測量 配置來重新配置腐蝕測量設(shè)備2，其中圖4示出了說明設(shè)備2的SRM、HDA、LPR、單元(cell) 偏移電壓、以及ECN測量操作的開關(guān)設(shè)定或狀態(tài)。示例性設(shè)備2可由用戶編程以在圖4所 示的測量模式中的任意一種單一模式操作或是以一系列設(shè)備循環(huán)的每一個(gè)中所列出的測 量類型中的兩種或更多種的任意組合來執(zhí)行測量，由此可方便的設(shè)置系統(tǒng)2以滿足任意的 腐蝕測量或監(jiān)控應(yīng)用。處理器22在每個(gè)測量周期內(nèi)控制激勵(lì)DAC32以經(jīng)由激勵(lì)電路34a、第一(輔助) 電極E1、以及開關(guān)系統(tǒng)3 對(duì)單元提供適當(dāng)?shù)募?lì)，還分別經(jīng)由感應(yīng)電路34b、開關(guān)34c、以 及參考和工作電極E2和E3操作測量A/D26以獲得單元電壓和/或電流的對(duì)應(yīng)測量。電極 耦合是通過探針6和電阻R49-R51以及形成與激勵(lì)和感應(yīng)電路3 和34b連接的濾波器網(wǎng)絡(luò)R54-R56、C56、C57和C58來制成的。在下述情形中，設(shè)備2通過設(shè)備U13-U16的受控切 換在每個(gè)設(shè)備循環(huán)內(nèi)執(zhí)行一系列測量。此外，在所示出的設(shè)備2中，特定的可選擇測量類型 (例如，SRM、HDA、LPR)涉及激勵(lì)信號(hào)的應(yīng)用，而其他測量類型(例如，ECN)則不涉及，其中利 用HDA或LPR測量類型計(jì)算一般腐蝕，利用SRM技術(shù)測量電解液電阻或電導(dǎo)，并且使用ECN 測量計(jì)算局部腐蝕指數(shù)值。在利用第一放大器(例如，運(yùn)算放大器)U12A直接地通過開關(guān) U13的“0”狀態(tài)路徑的第一極性下，或是在經(jīng)由逆變器配置的放大器U12B通過開關(guān)U13的 “ 1，，狀態(tài)的相反的第二極性下，利用驅(qū)動(dòng)器放大器UlOA通過開關(guān)U16的“0”狀態(tài)路徑和電 阻R61向輔助電極El提供對(duì)應(yīng)的輸出電壓，對(duì)于輔助電極El應(yīng)用激勵(lì)信號(hào)(如果存在)作 為由DAC32提供的電壓信號(hào)。此外，在這些配置下，電極處在激勵(lì)電路3 的驅(qū)動(dòng)器放大器 UlOA的反饋回路當(dāng)中，由此輔助和工作電極El和E3之間流動(dòng)的電流向?qū)?huì)導(dǎo)致參考電極 E2和工作電極E3之間的電勢與所應(yīng)用的激勵(lì)信號(hào)電壓相同。此外，在特定的操作配置中， 沒有應(yīng)用激勵(lì)，其中開關(guān)系統(tǒng)使得輔助電極El與激勵(lì)電路34a電隔離，同時(shí)處理系統(tǒng)22通 過感應(yīng)電路34b采樣在E2和E3上感應(yīng)出的電壓信號(hào)。從任何應(yīng)用的激勵(lì)電壓信號(hào)中得到的返回電流流過在示例性三個(gè)電極穩(wěn)壓器測 量配置中的工作電極E3，其中感應(yīng)電路34b經(jīng)由利用電流感應(yīng)電阻R56形成電流至電壓轉(zhuǎn) 換器的電流感應(yīng)放大器U9A感應(yīng)這樣的電流，以便經(jīng)由R57、R60和R72生成基于橫跨R56 的電壓之上的基于電壓的輸出。這樣的感應(yīng)電路34b的電流到電壓轉(zhuǎn)換器被用于感應(yīng)HAD 和ECN測量之中的電流，還可被在測量極性電阻LPR中與同步整流器相組合。電流至電壓轉(zhuǎn)換器放大器WA對(duì)于開關(guān)U15的“0”和“ 1，，狀態(tài)分別提供了對(duì)放大 器U8A的反向輸入或非反向輸入的輸出，其中U8A的輸出提供了至A/D轉(zhuǎn)換器沈的兩個(gè)輸 入中一個(gè)輸入用于電流感應(yīng)。電流感應(yīng)極性開關(guān)U15由此作為特定測量類型的整流器被操 作以便通過來自處理器22的控制信號(hào)CS15實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換開關(guān)。在這個(gè)方面，當(dāng)(通過處理器 22控制控制信號(hào)CS13和CS15的開關(guān))同步地操作激勵(lì)極性開關(guān)U13和電流感應(yīng)極性開關(guān) U15時(shí)，這些模擬開關(guān)部件構(gòu)成了在測量電解液(溶液)電阻Rs (SRM模式)的特定實(shí)施例 中使用的同步整流器。此外，應(yīng)用電流感應(yīng)元件而無需在執(zhí)行腐蝕測量設(shè)備2的HDA、LPR 和ECN測量中轉(zhuǎn)換用于測量來自工作電極E3的感應(yīng)電流的極性開關(guān)U15。感應(yīng)電路34b還 利用驅(qū)動(dòng)A/D26的第二模擬輸入的放大器U7A提供了電壓感應(yīng)能力，以便通過高阻抗路徑 R59感應(yīng)出參考電極E2處的電壓，該電壓通過放大器U5A與參考電壓VREF31進(jìn)行比較。A/D26可由此在處理器22的控制下獲取并轉(zhuǎn)換模擬電壓和電流值。此外，A/D轉(zhuǎn) 換器沈還可是任意適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換設(shè)備，諸如一個(gè)實(shí)施例中的基于德爾塔-西格馬調(diào)制器的轉(zhuǎn) 換器，并且優(yōu)選地以相對(duì)慢的轉(zhuǎn)換速率操作A/D轉(zhuǎn)換器26。例如，操作所述實(shí)施例中的A/ D26以便在比激勵(lì)信號(hào)頻率低得多的采樣速率(諸如低于每秒大約10個(gè)采樣)下獲取與 各種腐蝕相關(guān)的感應(yīng)信號(hào)的測量采樣，例如在一個(gè)實(shí)施例中每0. 3秒采樣一次，以便維持 在回路或電池供電的實(shí)施方式的供電系統(tǒng)14的功率預(yù)算。處理系統(tǒng)22由此可操作地與探 針接口系統(tǒng)30相耦合以便控制由激勵(lì)電路3 向電解液提供的激勵(lì)信號(hào)，并且向開關(guān)系統(tǒng) 34c提供控制信號(hào)CS13-CS16來選擇性地重新配置開關(guān)部件U13-U16，從而基于從感應(yīng)電路 34b接收到的測量值來執(zhí)行多種不同的腐蝕測量類型和計(jì)算至少一個(gè)與腐蝕相關(guān)的值。如圖2A-圖;3B所示，示例性系統(tǒng)2包括隔離和內(nèi)部安全(IS)屏障12，用于提供電 極E1-E3和設(shè)備2的電路與4-20mA回路11之間的流電隔離。在這個(gè)實(shí)施例中，回路電流流經(jīng)初級(jí)安全區(qū)域12a的輸入級(jí)，該初級(jí)安全區(qū)域1 具有保險(xiǎn)絲F1、浪涌保護(hù)器m和電阻 R3和整流器1加1、隨后是逆變器12a2，該逆變器提供了隔離變壓器Tl的輸入。變壓器Tl 的隔離輸出提供了次級(jí)隔離區(qū)域12b的輸入，該次級(jí)隔離區(qū)域12b包括電壓保護(hù)電路12bl， 該電壓保護(hù)電路12bl包括限壓齊納管N6-N9和由晶體管P5-P8和電阻R17、R21、R29-30, R34、R35和電容C34組成的限流電路。這個(gè)第一內(nèi)部安全屏障級(jí)12b的輸出提供了輸入到 進(jìn)一步包括限壓齊納管N10-N15的第二 IS屏障級(jí)12c，由此進(jìn)一步限制了在回路控制器電 路15上可見的可能電壓。設(shè)備2的IS保護(hù)還提供了 1千歐的保護(hù)電阻R57-R61以便保護(hù) 電極E1-E3。在操作中，被測量的電解液和電極E1-E3典型地與大地連接，由此探針接口電 路30的前端通過低阻路徑也被接地。另外參考圖5-圖7，如圖5所示，在操作中，探針6安裝有浸入到通過管道或其他 金屬結(jié)構(gòu)40被運(yùn)輸?shù)碾娊庖?0當(dāng)中的電極8。圖6示出了圖5的安裝中的電極El和測 量的電解液50中的一個(gè)的等效電路60，其中其他電極E2和E3的電路等同于圖6中表示 的電路。圖6中的電極/電解液電路60包括內(nèi)部單元電壓Vc和極性電阻Rp的串聯(lián)組合， 該串聯(lián)組合與電極El和電解液50之間的電化學(xué)雙層電容Cdl并聯(lián)，其中電解液50具有作 為SRM測量對(duì)象的電阻Rs。如圖7的激勵(lì)信號(hào)曲線圖100所示，在一系列設(shè)備循環(huán)的每一 個(gè)循環(huán)中可選地以任意順序的三個(gè)測量周期101、102和103內(nèi)執(zhí)行在發(fā)射器設(shè)備2的一個(gè) 可能配置中的信號(hào)測量，或是設(shè)備2可被編程以便在每個(gè)設(shè)備循環(huán)僅執(zhí)行一次測量，或是 在給定的設(shè)備循環(huán)中的兩種或更多種測量類型的任意組合。在這個(gè)配置下，初始地進(jìn)行SRM 測量以提供溶液電阻值Rs，該值隨后在LRP或HDA測量中被使用來確定腐蝕速率以校正在 計(jì)算極性電阻Rp中出現(xiàn)的任何錯(cuò)誤，而如圖6所示這些電阻Rs和Rp實(shí)質(zhì)上是串聯(lián)的。在圖7所示的示例性配置的第一測量階段101中，在周期IOOa中初始地操作同步 整流器來實(shí)現(xiàn)如下描述的偏移測量，在此之后，在周期IOOb中動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)AC激勵(lì)信號(hào)的振 幅。之后在部分101中應(yīng)用相對(duì)高頻的ac激勵(lì)信號(hào)以實(shí)現(xiàn)溶液電阻/電導(dǎo)測量，緊隨的是 間隔100c，在間隔IOOc中由于不相同的電極8所導(dǎo)致的不平衡來測量偏移。此外，在第一 階段101中，設(shè)備2有利地應(yīng)用具有均值為零的AC波形(實(shí)質(zhì)上無DC偏移)以避免極性 化工作電極接口。此外，在示例性設(shè)備2中，(出于節(jié)省電能的目的)低速地操作DAC32和 處理器22，其中SRM期間的DAC輸出被設(shè)定為給定的dc水平并且利用開關(guān)系統(tǒng)3 來切換 輸出極性以便生成用于SRM測量的雙極性方波激勵(lì)信號(hào)。為了最小化階段101中SRM測量 所產(chǎn)生的可能的小DC單元電流的影響，階段101的持續(xù)時(shí)間被設(shè)定為盡可能的短，并且間 隔周期IOOc在階段102中在SRM測量之后和在UR測量之前不具有極性化，由此實(shí)現(xiàn)了工 作電極接口的去極性化。在第一階段101中，利用高頻方波激勵(lì)來測量電解液(溶液)電阻Rs(以及由此 得到的電解液電導(dǎo)Ι/Rs)。在第二部分102中，設(shè)備2應(yīng)用較低頻率的正弦波激勵(lì)電壓并且 測量電流及相關(guān)的諧波以便利用UR和/或HDA技術(shù)確定腐蝕速率。在第三部分103中， 不應(yīng)用激勵(lì)，并且設(shè)備利用ECN測量來測量電化學(xué)噪聲以便確定局部腐蝕指數(shù)值27。在設(shè)備循環(huán)的第一部分101的過程中，處理器22使得開關(guān)系統(tǒng)3 如圖4的表70 的SRM行所示那樣配置開關(guān)U13-U16，其中U14和U16處在“ 1 ”開關(guān)狀態(tài)并且與在處理系統(tǒng) 22的控制下同步地轉(zhuǎn)換開關(guān)U13和U15來執(zhí)行同步整流器操作，以便提供小于大約500Hz 的方波激勵(lì)/電流感應(yīng)整流器頻率(優(yōu)選地大約100-200HZ)，其中圖7中的曲線圖100示出了在第一測量周期101中大約200Hz的頻率下的操作。值得注意的是在圖6的等效電路 中，相對(duì)高頻(例如，在大約50Hz之上)的應(yīng)用將會(huì)有效地縮短上面的分支(leg)，這是由 于電容Cdl所造成的，其中經(jīng)由工作電極E3感應(yīng)得到的AC電流將會(huì)與電解液電阻Rs成反 比。對(duì)于SRM測量還可使用其他波形，諸如正弦波、方波等。在周期101中所描述的SRM測 量涉及輔助電極El處提供方波激勵(lì)電壓以及通過在工作電極E3處感應(yīng)的單元電流的感應(yīng) 電路34b和A/D26執(zhí)行的測量，其中DAC32 (圖3A)利用U13的切換在經(jīng)由控制信號(hào)CS13 受到處理器22控制的激勵(lì)頻率下交替應(yīng)用激勵(lì)電壓的極性來提供受處理器22控制的電平 下的DC輸出信號(hào)。在工作電極E3處所得到的感應(yīng)單元電流還可以是激勵(lì)頻率下的方波。 處理器22還經(jīng)由信號(hào)CS15操作電流感應(yīng)極性開關(guān)U15,以便在相同頻率下轉(zhuǎn)換，由此感應(yīng) 的AC電流信號(hào)將會(huì)被整流以便向A/D轉(zhuǎn)換器沈提供整流后的輸入信號(hào)。為了節(jié)省電能， 處理器22以非常低的頻率控制A/D轉(zhuǎn)換器沈的采樣，諸如一個(gè)實(shí)施例中的大約3. 3Hz。處 理器222由此獲取關(guān)于感應(yīng)電流的許多讀取并且將這些讀取平均化以計(jì)算平均感應(yīng)電流， 該平均感應(yīng)電流隨后被用于計(jì)算電解液電阻Rs。另外參考圖8，同步整流器的操作允許向輔助電極El提供實(shí)質(zhì)上無dc的激勵(lì)信 號(hào)，從而不會(huì)加劇單元中的腐蝕，同時(shí)經(jīng)由U15整流所感應(yīng)的電流信號(hào)允許以低采樣速率 操作A/D轉(zhuǎn)換器26，由此節(jié)省了電能，同時(shí)得到了足夠的采樣以允許處理系統(tǒng)22獲取準(zhǔn)確 的平均電流值，其中如果不存在這樣的整流，平均電流值將會(huì)為零或接近為零。在這個(gè)方 面，值得注意的是，對(duì)于輔助電極應(yīng)用dc電壓改變了正在被測量的腐蝕的電化學(xué)并且因此 可與任意隨后的腐蝕速率測量相接口。此外，電流感應(yīng)電路的整流通過將這樣的dc分量實(shí) 質(zhì)上斬波為具有零均值的ac分量，可有效地消除由于非相同的電極8的感應(yīng)的電流屬性中 的任意dc。此外，同步整流還以不同于開關(guān)頻率的頻率被操作以排除干擾。圖8示出了通 過DAC32和同步整流器的操作在第一測量周期101中應(yīng)用的一個(gè)可能的實(shí)質(zhì)上無dc的方 波激勵(lì)信號(hào)波形，具有大約+/_20mV的振幅，其中圖3A的DAC32提供了實(shí)質(zhì)上恒定的dc值， 隨后通過轉(zhuǎn)換開關(guān)U13來對(duì)該dc值切換極性，以便在輔助電極El處產(chǎn)生激勵(lì)波形。設(shè)備 2由此在第一測量周期101中有利地提供了非入侵的(non-intrusive)、無dc方波激勵(lì)信 號(hào)，同時(shí)在回路或電池供電的有限預(yù)算內(nèi)同時(shí)排除dc和噪聲的前提下，在執(zhí)行SRM測量中 實(shí)現(xiàn)了對(duì)于所感應(yīng)的電流的慢速采樣的同步整流。另外參考圖9A-圖9D，可操作系統(tǒng)2的特定實(shí)施例在預(yù)定的時(shí)間周期中或是在每 個(gè)SRM測量周期101的開始時(shí)，調(diào)節(jié)SRM測量中的方波激勵(lì)信號(hào)的幅值或振幅。這有助于對(duì) 于A/D轉(zhuǎn)換器22的輸入范圍的改善使用，由此實(shí)現(xiàn)了關(guān)于測量出的電流采樣以及計(jì)算出的 平均電流值的提高的準(zhǔn)確度并且由此得到的改善的電解液電阻(或電導(dǎo))測量。圖9A中的 處理120示出了這個(gè)示例性操作，其中SRM循環(huán)101開始于122并且在124中以第一(例 如，低的)峰值-峰值振幅向輔助電極El提供相對(duì)高頻的方波激勵(lì)信號(hào)。在一個(gè)示例中，方 波頻率大約為200Hz，盡管還可使用其他值，優(yōu)選地小于等于大約500Hz。圖9B-圖9D示出 了曲線圖140、144、150、154、160和164，它們顯示了根據(jù)圖9A中的處理120的不同激勵(lì)波 形振幅的方波激勵(lì)電壓及其對(duì)應(yīng)的測量出的平均電流的電壓和電流繪圖。在圖9B的第一 繪圖140中，以相對(duì)低的第一振幅142應(yīng)用大約200Hz的方波。在處理120的126中測量 平均電流，例如，利用如上所述的同步整流器操作或利用測量平均電流值的其他適當(dāng)技術(shù)， 通過A/擬6得到多個(gè)測量。在128中作出關(guān)于由上獲得的平均電流值是否超出預(yù)定的閾值TH的確定，其中可使用任意適當(dāng)?shù)拈撝狄宰鞒鲫P(guān)于A/D輸入范圍的最優(yōu)使用的決定。在一 個(gè)示例中，閾值涉及A/D輸入范圍的大約一半，盡管還可使用其他值。如果測量出的電流沒有超出閾值TH(U8中為“否”)，如圖9B的電流繪圖144所 示，在130中增大激勵(lì)信號(hào)振幅(例如，在處理系統(tǒng)22的控制下通過增大DAC32的輸出)， 并且圖9A的處理120返回至126中再次測量平均電流。這種情形在圖9C的繪圖150和 154中示出，其中新的激勵(lì)信號(hào)振幅152大于圖9B的初始振幅142。在128中新的平均電 流與閾值TH相比較，如圖9C的繪圖巧4所示，這個(gè)電流仍低于閾值TH。相應(yīng)地，圖9A的處 理120在130中再次增大激勵(lì)振幅至圖9D的激勵(lì)電壓繪圖160中所示的水平162。在這 點(diǎn)，如圖9D的繪圖164所示，最新的激勵(lì)振幅162提供了大于閾值TH的所得到的感應(yīng)出的 平均電流(圖9A的128中為“是”)，并且圖9A的處理120繼續(xù)至132，在132中利用最新 的激勵(lì)電壓振幅值計(jì)算電解液電阻Rs，并且在134中結(jié)束周期101中的SRM處理。以這種 方式，腐蝕測量設(shè)備2適用于利用A/D轉(zhuǎn)換范圍的整個(gè)量程，其中處理系統(tǒng)22在132中使 得已知的最新激勵(lì)電壓振幅與最新的測量并計(jì)算出的平均電流值相關(guān)聯(lián)，以計(jì)算電解液電 阻Rs和/或電解液電導(dǎo)。這種激勵(lì)振幅的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方便了可利用的A/D分辨率的最優(yōu) 使用，并提供了無需損失準(zhǔn)確度而使設(shè)備2適于具有非常低或非常高的電解液導(dǎo)電性的應(yīng) 用。另外參考圖IOA-圖10C，設(shè)備2還提供了電流振幅偏移的對(duì)準(zhǔn)，以便進(jìn)一步精確 調(diào)節(jié)計(jì)算出的腐蝕相關(guān)值的準(zhǔn)確度。在這個(gè)方面，上述同步整流器與異步A/D采樣的結(jié)合 使用會(huì)導(dǎo)致如圖IOA和圖IOB所示的方波的每個(gè)循環(huán)內(nèi)測量出的電流和A/D轉(zhuǎn)換器沈的 輸入會(huì)略微增大。圖IOA的繪圖170示出了在SRM測量中使用的200Hz方波電壓激勵(lì)信號(hào) 以及分別在時(shí)刻Tl和T2的利用大約0. 3秒的長A/D采樣周期獲得的、兩個(gè)示例性異步A/ D轉(zhuǎn)換器采樣Sl和S2。圖IOB的曲線圖172和174顯示了分別在圖IOA的兩個(gè)示例性采 樣時(shí)刻Tl和T2的激勵(lì)電壓和感應(yīng)電流繪圖的示例性部分的其他細(xì)節(jié)，其中可以看出第一 電流采樣Sl略低于第二采樣S2，這僅是由于這些是在激勵(lì)循環(huán)內(nèi)的不同點(diǎn)采樣的。除了這 些誤差之外，用于感應(yīng)電流信號(hào)的運(yùn)算放大器U8A和U9A中的偏移導(dǎo)致在計(jì)算Rs、腐蝕速 率、和/或局部腐蝕中降低的準(zhǔn)確度。其他誤差可來源于整流器的正向和反向路徑之間的 dc偏移差、電解驅(qū)動(dòng)器放大器UlOA的有限速度、探針輸入上的電阻和電容。為了減輕這些誤差，設(shè)備2提供了在線電流放大器偏移測量，利用圖IOC所示的處 理180，開始于182，設(shè)備2基于測量出的電流放大器偏移自動(dòng)地確定在線偏移值，同時(shí)同步 整流器部件U13和U15通過處理器22被轉(zhuǎn)換。在184中，處理器22使得DAC32將激勵(lì)信 號(hào)設(shè)定為零，并且在184中在沒有應(yīng)用激勵(lì)電壓下經(jīng)由信號(hào)CS13和CS15分別轉(zhuǎn)換同步整 流器元件U13和U15，其中以與上述SRM測量所使用的速率相同的速率(例如，在實(shí)施方式 中以大約200Hz)經(jīng)由信號(hào)CS13和CS15切換整流器元件。處理器22利用A/擬6在188中 獲取感應(yīng)出的電流信號(hào)的大量采樣并在190中計(jì)算平均電流值，隨后將該值保存以備后續(xù) 作為上述SRM測量中的偏移使用，并且在線電流放大器偏移測量在192結(jié)束。之后在周期 101中的SRM測量過程中，處理器22使用所保存的偏移在計(jì)算電解液電阻值Rs之前校正電 流讀取，從而抵消了包括放大器U9A和U8A的電流感應(yīng)電路中偏移的不利影響并補(bǔ)償了與 同步整流器操作和A/D轉(zhuǎn)換器沈的異步采樣相關(guān)聯(lián)的采樣誤差?，F(xiàn)在參考圖3A、圖3B、圖4、圖7和圖11，系統(tǒng)2還提供了改進(jìn)的HDA和/或LPR測量類型，其中圖4示出了與圖3A的U13-U16的開關(guān)狀態(tài)相關(guān)的這些模式下的開關(guān)系統(tǒng)配 置。系統(tǒng)2由此可被配置為利用LPR或HDA技術(shù)計(jì)算總的腐蝕速率I?！?。基本的LPR測量 典型地使用默認(rèn)的或用戶鍵入的B值，而HDA方法涉及根據(jù)測量的電流諧波同時(shí)計(jì)算B值 和腐蝕速率。系統(tǒng)2利用測量出的電流諧波和電解液電阻根據(jù)在線可用性測試的結(jié)果選擇 性地使用這些技術(shù)(HDA或LPR)的任一個(gè)。圖7中的第二示例性測量部分102示出了在部分102中應(yīng)用的激勵(lì)，其中經(jīng)由 輔助電極El對(duì)單元應(yīng)用低頻正弦波激勵(lì)電壓以實(shí)現(xiàn)電流諧波的UR或HDA類型的測 量。在這些測量類型中，正弦激勵(lì)信號(hào)優(yōu)選地處在大于等于0.05Hz的激勵(lì)頻率，諸如大約 0. 1-0. 2Hz，其中圖7的示例使用了大約0. IHz的激勵(lì)頻率。特定實(shí)施例中的處理系統(tǒng)22基 于多于10個(gè)循環(huán)計(jì)算腐蝕相關(guān)值，優(yōu)選地在第二周期102中利用諧波失真分析或UR的大 約20個(gè)循環(huán)的感應(yīng)的正弦電流信號(hào)。在圖7的第二周期102中，低頻正弦激勵(lì)導(dǎo)致所得到 的感應(yīng)電流信號(hào)具有各種頻率范圍分量，包括激勵(lì)頻率下的基波分量和用于處理器22的 腐蝕相關(guān)值計(jì)算的二次和三次諧波分量。通過采樣感應(yīng)電流信號(hào)并由A/擬6將其轉(zhuǎn)換為數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)來獲取這種諧波信息，利用處理系統(tǒng)22執(zhí)行離散傅里葉變換(DFT)來生成感應(yīng)電流 的頻域頻譜。從DFT頻域頻譜，可獲取基波和各種諧波的振幅，并在計(jì)算腐蝕速率中使用諧 波測量數(shù)據(jù)。與正弦波電壓生成相一致地計(jì)算DFT，其中從處理系統(tǒng)22或內(nèi)存圖2B) 中的內(nèi)存查找表通過DAC32(圖3A)以一系列小的步階生成正弦激勵(lì)電壓，其中查找表是與 DFT計(jì)算中使用的查找表相同。在這個(gè)方面，示例性表使用了每個(gè)循環(huán)96個(gè)步階來保持表 的尺寸是小的，還可被2、3和4除。優(yōu)選地利用電阻除法器R52、R53縮放DAC32的輸出以 減小最小的單比特步階的大小，其中可以優(yōu)選地選擇R52和R53的值以覆蓋單元偏移的最 大可能范圍，同時(shí)最小化單個(gè)比特步階大小，并且處理系統(tǒng)22可確保單元偏移和/或所需 的擾動(dòng)振幅不會(huì)超出可用的范圍。此外，還可提供序列延遲以顧及正弦輸出中的步階改變 對(duì)于單元電流的影響，以使得電流在A/M6執(zhí)行的電解電流感應(yīng)/測量之前流過。示例性處理系統(tǒng)22利用在測量周期102中獲取的諧波數(shù)據(jù)在每個(gè)設(shè)備循環(huán)中評(píng) 估如下的等式(1)-(3)來計(jì)算腐蝕電流Iam，從腐蝕電流I?！た纱_定腐蝕速率( 1 ) Icorrharm = Z12 /((48)1/2 * Ii-Ilf2)(2) Bhaem = (Icorrharm* 正弦振幅)/I1) - (Rs^Icorrharm)(3) Icorr = ( (Bhaem 或 Busee) ^I1) / ((正弦振幅)_ (RjI1))其中，I1是感應(yīng)電流的基波分量，而I2和I3分別是二次和三次諧波分量，正弦振幅 是周期102中應(yīng)用的正弦激勵(lì)電壓信號(hào)的振幅，而B是以伏特為單位的特定應(yīng)用的腐蝕處 理值。一旦計(jì)算出腐蝕電流Icorr，則將其乘以與特定電極大小、法拉第常數(shù)、以及材料的原 子重量相關(guān)的常數(shù)，以計(jì)算每年mm或mil的腐蝕速率。另外參考圖11，示例性腐蝕測量設(shè)備的另一特征在于，基于測量出的電流諧波Ip 12和I3計(jì)算8值 和基于計(jì)算出WBhakm值和計(jì)算出的電解液電阻Rs選擇性使用LPR或 HDA算法。在這個(gè)實(shí)施例中，如果可能則執(zhí)行HDA測量和計(jì)算，并且如果基于給定的設(shè)備循 環(huán)中一個(gè)或更多個(gè)可行性測試懷疑HDA結(jié)果，則處理系統(tǒng)22改變?yōu)閁R類型測量。特別的， 設(shè)備2自動(dòng)地執(zhí)行三種測試中的一種或更多種測試來確定是否批準(zhǔn)HDA計(jì)算，并且在高電 解液電阻狀態(tài)或表示HDA測量中的可能出現(xiàn)的誤差的其他條件下選擇性地將算法改變?yōu)?LPR。
對(duì)于上面圖7的示例性設(shè)備循環(huán)中的第二周期102，圖11所示的動(dòng)態(tài)改變HDA/ LPR處理200開始于202，其中處理器22使得DAC32和激勵(lì)電路3 在204中向輔助電極 El提供正弦激勵(lì)信號(hào)，并且利用A/D轉(zhuǎn)換器沈在206中通過感應(yīng)電路34b測量在工作電極 E3處感應(yīng)出的電流信號(hào)。處理器22執(zhí)行DFT以在208中識(shí)別電流諧波Ip I2和I3并且隨 后在210中執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè)測試以確定是否可以執(zhí)行HDA腐蝕測量。特別的，在212中 作出關(guān)于量(2*/,/;-")是否為正的確定。如果為否012中為“否”)，則HDA類型測量 被視為不可行，這是因?yàn)楸粶y試量(2*///3-/22 )的平方根出現(xiàn)在上述等式(1)的分母位 置。處理200繼續(xù)至圖11中的230，在230中處理系統(tǒng)22獲取默認(rèn)值或用戶提供的B值 Busek并在232中在上述UR腐蝕電流等式(3)中使用這個(gè)值以便在電流周期102中計(jì)算 Ιωκκ，之后在240中結(jié)束該循環(huán)。然而，如果第一被測試量(2* I1* I3-I22 )為正012中的“是”)，則處理200前進(jìn) 至214，在214中作出關(guān)于電解液電阻Rs與極性化電阻Rp相比較的相對(duì)大小的確定，以便 確定諧波是否被準(zhǔn)確地測量，其中高Rs趨向于線性化導(dǎo)致低諧波水平的單元響應(yīng)。在所描 述的實(shí)施例中，在214中將量(Rs/(Rs+Rp))與閾值相比較，在一個(gè)示例中閾值諸如是大約 0. 1，并且如果小于閾值014中為“否”)，則處理器22決定懷疑HDA并在前進(jìn)至216之前 在215中設(shè)定標(biāo)記?？蛇x的，在215中設(shè)定標(biāo)記之后處理可前進(jìn)至230來切換至UR操作。 如果214中的測試沒有指示高的Rs (214中為“是”)，則處理前進(jìn)至216、218中的第三測試， 處理系統(tǒng)22在216中利用測量出的電流諧波Ip I2和I3通過評(píng)估上述等式(1)和(2)計(jì) 算Ie。Km 和B_并且低通濾波計(jì)算出的B值BmKM。所描述的示例中的計(jì)算出的B值B_ 經(jīng)過數(shù)字低通濾波(例如，移動(dòng)平均數(shù)或由處理器22執(zhí)行的其他低通類型的數(shù)字濾波)，并 且去除任何短期波動(dòng)和無效的讀取，由此在測量出的諧波具有非常低的振幅的情形下擴(kuò)展 了設(shè)備靈敏度。隨后在218中作出關(guān)于計(jì)算出的B值Bhakm是否處在最小值Bmin和最大值Bmax之間 的特定假定的有效范圍之內(nèi)，諸如一個(gè)示例中的大約10-60mV之間(例如，或?qū)τ谒碾娀?學(xué)已知可行的其他范圍)。值得注意的是，諸如移動(dòng)平均數(shù)或其他數(shù)字濾波器的對(duì)于計(jì)算出 的B值Bhaem的示例性低通濾波有利地操作以去除任何短期波動(dòng)和偶爾反常的讀取，由此利 用濾波后或平滑后的計(jì)算出的B值可提高關(guān)于低振幅諧波狀態(tài)下的設(shè)備靈敏度。在一個(gè)示 例中，濾波后的值Bhaem被計(jì)算為(I-XKB-mid+X-BH^^)，其中在一個(gè)實(shí)施方式中X大約為 0.05。如果Bhaem沒有處在測試范圍內(nèi)018中為“否”)，則懷疑HDA技術(shù)，并且如上所述處 理200前進(jìn)至230和232。否則(218中為“是”)，處理系統(tǒng)22在220中利用HDA技術(shù)通過 使用計(jì)算出的B值Bhaem評(píng)估上述等式C3)來計(jì)算腐蝕電流。腐蝕設(shè)備2的再一特征在于，使用計(jì)算出的B值BmKM(例如，優(yōu)選地低通濾波后) 替代預(yù)定的用戶B值Bussi執(zhí)行UR類型測量的能力。在一個(gè)實(shí)施例中，處理系統(tǒng)根據(jù)上述 等式(2)在每個(gè)設(shè)備循環(huán)中基于由感應(yīng)電路感應(yīng)出的電流信號(hào)的諧波計(jì)算B值，并且基于 Bhaem利用等式(3)計(jì)算腐蝕相關(guān)值。此外，用戶可利用用戶B值Busek配置用于UR測量的 設(shè)備2，該用戶8值~·可通過任何適當(dāng)?shù)氖侄蝸慝@取，諸如將來自測試優(yōu)惠券(coupon)、 電阻探針或墻壁厚度測量的加權(quán)損失數(shù)據(jù)與LHU賣取相關(guān)聯(lián)，其中計(jì)算出的B值Bhakm可由 用戶或與設(shè)備2連接的DCS來監(jiān)控。在這個(gè)方面，計(jì)算出的B值Bhakm中觀察到的變化可指示處理控制/監(jiān)控方面的處理電解液組成變化或其他感興趣的處理事件。另外參考圖12，設(shè)備2的另一特征在于，正弦波HDA/UR激勵(lì)信號(hào)的調(diào)節(jié)以補(bǔ)償 電極8的差異。在這個(gè)方面，在具有相同電極8的理想單元中，在正弦波激勵(lì)的整個(gè)循環(huán)過 程中在電極之間不會(huì)流過凈dc電流，在這種情形下，工作電極E3的電化學(xué)不會(huì)被干擾。然 而，假設(shè)為不相同的電極8，則目標(biāo)是確保當(dāng)設(shè)備2不應(yīng)用激勵(lì)時(shí)，通過工作電極E3的電流 為零。由于電極8處在驅(qū)動(dòng)器放大器UlOA的反饋回路中，從輔助電極El流向工作電極E3 的電流將會(huì)導(dǎo)致參考和工作電極E2和E3之間的電勢與所應(yīng)用的激勵(lì)的電勢相同。在圖12的示例中，處理系統(tǒng)22在2M中將模擬開關(guān)切換至由圖4的表70中的ECN 測量所表示的狀態(tài)。由此配置，沒有激勵(lì)地在256中測量參考電極E2處的電壓信號(hào)，并將 其保存以備HDA測量過程中用作激勵(lì)偏移，之后在258結(jié)束在線電極偏移測量。之后，通過 處理器22在沈0中將開關(guān)系統(tǒng)3 切換為圖4的表70所示的HDA配置，并且在處理器22 的控制下利用通過DAC32向激勵(lì)信號(hào)追加的偏移值在262中執(zhí)行HDA測量。以這種方式， 設(shè)備2利用偏移在圖7的第二測量周期102過程中執(zhí)行HDA測量，以便補(bǔ)償由于電極8的 差異所導(dǎo)致的任何誤差。通過在執(zhí)行HDA之前測量電解偏移并且向所應(yīng)用的正弦波追加測 量出的偏移，在HDA測量過程中可有效地去除由電極差異所導(dǎo)致的任何電流，由此設(shè)備補(bǔ) 償電極E1-E3之間的物理差異，由此提高了 HDA腐蝕速率結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性。圖7所示的示例性設(shè)備循環(huán)的第三測量部分103使用了用于ECN類型測量沒有外 部激勵(lì)的自發(fā)噪聲的檢測，如上面圖IA-圖IE所示例的。在一個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)2測量感 應(yīng)出的電流(和/或電壓)，利用高通或帶通濾波器25濾波感應(yīng)出的電流(和/或電壓)， 并基于濾波后的值計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)，包括某些實(shí)施例中的均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ )、以及rms，并 從數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)‘矩(moment)’計(jì)算這些統(tǒng)計(jì)。當(dāng)被使用時(shí)，在參考電極E2和電路地之間測 量電壓或電勢噪聲，其中通過開關(guān)系統(tǒng)3 將輔助和工作電極El和E3有效地連接到虛擬 地。從完整的數(shù)據(jù)組(例如，在一段時(shí)間內(nèi)測量出的電壓和電流的許多采樣)計(jì)算出統(tǒng)計(jì)矩 自身，但是這樣的方法涉及處理器22的大量計(jì)算開銷和高內(nèi)存使用。在優(yōu)選的實(shí)施例中， 可使用‘運(yùn)行矩(running moment) ’方法而需要非常少的內(nèi)存。在所描述的實(shí)施方式中，處 理器22執(zhí)行數(shù)字濾波并計(jì)算電流和電壓兩者或僅是電流的噪聲數(shù)據(jù)的前兩個(gè)統(tǒng)計(jì)矩，從 其計(jì)算出均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和rms的統(tǒng)計(jì)，并在在線電化學(xué)噪聲(ECN)中使用它們。在設(shè)備2 中有利地使用ECN以計(jì)算噪聲指數(shù)或局部腐蝕指數(shù)值27，其中在設(shè)備2中計(jì)算任何形式的 這樣的局部腐蝕指數(shù)27，其指示在給定的電解液中電極8對(duì)于局部腐蝕侵襲的傾向。在一 個(gè)實(shí)施例中，通過上述方式去除低頻分量，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，并隨后縮放標(biāo)準(zhǔn)偏差ο來計(jì)算 無維度的局部腐蝕值27，當(dāng)超出特定水平時(shí)，無維度的局部腐蝕值27表示在給定安裝中發(fā) 生局部腐蝕侵襲的可能性。經(jīng)由工作電極E3在設(shè)備2中采樣電流噪聲并且計(jì)算加權(quán)平均值或運(yùn)行矩，電流噪 聲統(tǒng)計(jì)被用于計(jì)算局部腐蝕值27。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，利用探針接口 30的電壓感應(yīng)電 路和至A/D26的第二輸入通道同樣地測量電壓(電勢)噪聲。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，設(shè) 備2在獲取局部腐蝕值27中計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差σ中使用運(yùn)行矩計(jì)算，由此系統(tǒng)2不必保存大 量的數(shù)據(jù)并且減少在每個(gè)設(shè)備循環(huán)中所需的運(yùn)算量。在一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)于每個(gè)A/D采 樣計(jì)算噪聲統(tǒng)計(jì)作為運(yùn)行矩并且重復(fù)處理直到獲得特定數(shù)目的采樣“η”，諸如一個(gè)示例中 為1000。在這種情形下，通過處理系統(tǒng)22將兩個(gè)矩變量Ml和Μ2初始化為零，并將變量η設(shè)定為1。處理器22隨后將開關(guān)系統(tǒng)設(shè)定為ECN配置，并在運(yùn)行運(yùn)算中包括采樣后的電流 和電壓測量以在每個(gè)采樣時(shí)刻更新矩值。當(dāng)xn是當(dāng)前的電流采樣值且η是當(dāng)前采樣數(shù)目 (例如，在這個(gè)示例中η處在從1到1000的范圍內(nèi))時(shí)，下面的等式提供了對(duì)矩的更新d = (xn-Ml)M2 = M2+(l/n)*(d2(l-(l/n)_M2))Ml = Ml+(d/n)此外，在這個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)于與電流采樣同時(shí)獲取的電壓采樣作出相似的運(yùn)算， 其中處理系統(tǒng)22還計(jì)算電壓噪聲的移動(dòng)矩值Ml和M2。此外，優(yōu)選地，還對(duì)于執(zhí)行時(shí)間和內(nèi) 存使用優(yōu)化上述計(jì)算，諸如通過預(yù)先計(jì)算每個(gè)流程的共同因數(shù)(l-1/n)，其中對(duì)于每個(gè)采樣 循環(huán)以上述指定的順序完成M2和Ml的計(jì)算直到對(duì)于電流和電壓讀取都達(dá)到預(yù)定數(shù)目的讀 取(例如，η = 1000或300)。之后，以如下方式計(jì)算電流統(tǒng)計(jì)均值=Ml電流標(biāo)準(zhǔn)偏差σ i = (M2)"2。處理器22對(duì)于電壓噪聲相似地計(jì)算似然統(tǒng)計(jì)并隨后以如下方式計(jì)算電流腐蝕噪
^za Icorrnoise *Icorrnoise = ( (Bhaem 或 Busek) * σ J / (In (10) * σ ν)在另一可能的實(shí)施例中，處理器22基于采樣的電流信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差ο計(jì)算局部 腐蝕指數(shù)值27，其中標(biāo)準(zhǔn)偏差σ是基于運(yùn)行矩計(jì)算的。在這個(gè)實(shí)施方式中，不必感應(yīng)出電 壓信號(hào)，并且對(duì)于局部腐蝕測量不必計(jì)算對(duì)應(yīng)的電壓噪聲統(tǒng)計(jì)，由此降低了處理器22的運(yùn) 算和內(nèi)存存儲(chǔ)開銷。在這個(gè)方法中，對(duì)于測量出的電流噪聲(沒有激勵(lì))計(jì)算矩Ml和Μ2。系統(tǒng)2還可在ECN測量過程中通過將輔助電極和工作電極El和Ε3連接到探針接 口系統(tǒng)30的虛擬地來有效地縮短它們。在一個(gè)實(shí)施例中，處理系統(tǒng)如圖4的表70的ECN 表項(xiàng)所示選擇性地重新配置開關(guān)部件U13-U16，由此如圖3Α所示，在第三測量周期103中的 ECN測量過程中，輔助電極El通過電阻肪4和R58和通過開關(guān)U14的“0”狀態(tài)連接到提供 虛擬地的放大器UlOA的反向輸入，并且工作電極Ε3通過電阻R56連接到U9A的反向輸入 處的虛擬地，同時(shí)處理器22執(zhí)行上述測量和計(jì)算。一個(gè)實(shí)施例中的系統(tǒng)2可操作作為單機(jī)數(shù)據(jù)獲取及存儲(chǔ)設(shè)備，其可經(jīng)由4_20mA控 制回路11回路供電或是經(jīng)由圖2B所示的電池13電池供電，其中電池13可通過太陽能板或 其他裝置充電。在這個(gè)方面，處理系統(tǒng)22在一系列設(shè)備循環(huán)中的每一個(gè)循環(huán)中以如上所述 的方式計(jì)算諸如Rs、腐蝕速率、局部腐蝕指數(shù)等腐蝕相關(guān)值，并且在非易失性存儲(chǔ)器M (圖 2B)中保存計(jì)算出的值以備用戶經(jīng)由通信設(shè)備或利用USB (或微型SD)接口 17的后續(xù)使用。 可通過控制回路11或通過其他有線或無線手段由用戶通信設(shè)備(未示出)訪問設(shè)備2以 允許累積的腐蝕數(shù)據(jù)的下載，例如利用HART或其他適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議。此外，設(shè)備2還可操 作來保存一天或更多天等值的計(jì)算出的腐蝕相關(guān)值，諸如所述實(shí)施例中的長設(shè)備循環(huán)時(shí)間 內(nèi)的5天等值數(shù)據(jù)。在這個(gè)方面，對(duì)于縮短的循環(huán)時(shí)間，可保存更多的數(shù)據(jù)，諸如幾個(gè)月或 甚至幾年的等值數(shù)據(jù)。這個(gè)特征對(duì)于設(shè)備2遠(yuǎn)離于分布式控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程應(yīng)用是有利的， 可以電池或太陽能供電下獨(dú)立地操作以一次獲取幾天的腐蝕信息，并且隨后在幾分鐘內(nèi)從 設(shè)備2讀取這些數(shù)據(jù)并由此將其保存在外部用戶通信設(shè)備當(dāng)中，以便傳遞到電子表格或另 一系統(tǒng)來進(jìn)一步評(píng)估，其中在某些實(shí)施方式中電池11可通過與設(shè)備2相連接的太陽能板進(jìn)行充電。 上述示例僅是描述了本發(fā)明的各個(gè)方面的幾個(gè)可能的實(shí)施例，其中本領(lǐng)域技術(shù)人 員在閱讀并理解這篇說明書及其所附的附圖之后可以作出等同的變化和/或修改。特別 的，關(guān)于上述元件(組件、設(shè)備、系統(tǒng)、電路等)執(zhí)行的各種功能，描述這些元件所使用的術(shù) 語對(duì)于任何元件都是對(duì)應(yīng)的，除非是另外說明，諸如硬件、軟件或它們的組合，它們都執(zhí)行 所描述的部件的指定功能(即，功能上是等效的)，盡管結(jié)構(gòu)上不等同于在本發(fā)明的所描述 的實(shí)施方式中執(zhí)行功能的公開結(jié)構(gòu)。此外，盡管僅對(duì)于幾種實(shí)施方式中的一個(gè)實(shí)施方式公 開了本發(fā)明的特定特征，當(dāng)對(duì)于任何給定的或特定的應(yīng)用而言期望的和有利的則可將這樣 的特征與其他實(shí)施方式中的一個(gè)或更多個(gè)其他特征相組合。此外，在某種程度上，在具體實(shí) 施方式和/或權(quán)利要求書中使用了術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“有”或它們的變 化，這些術(shù)語都與術(shù)語“包含”相類似的方式表示包括。
權(quán)利要求
1.一種腐蝕測量系統(tǒng)，用于測量或監(jiān)控暴露于電解液的結(jié)構(gòu)的局部腐蝕，所述系統(tǒng)包括探針接口系統(tǒng)，具有信號(hào)調(diào)節(jié)電路，所述探針接口系統(tǒng)與位于電解液中的多個(gè)測量電 極相接口，所述信號(hào)調(diào)節(jié)電路包括可操作地經(jīng)由至少一個(gè)電極感應(yīng)腐蝕相關(guān)信號(hào)的感應(yīng)電 路；濾波器，可操作地從感應(yīng)出的腐蝕相關(guān)信號(hào)中去除低頻分量； 處理系統(tǒng)，可操作地至少部分地基于濾波后的腐蝕相關(guān)電信號(hào)來計(jì)算指示結(jié)構(gòu)上的局 部腐蝕的存在的標(biāo)準(zhǔn)偏差值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕測量系統(tǒng)，其中，所述處理系統(tǒng)進(jìn)一步可操作地縮放所述標(biāo)準(zhǔn)偏差以提供局部腐蝕值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的腐蝕測量系統(tǒng)，其中，所述濾波器從所述感應(yīng)出的腐蝕相關(guān)信號(hào)中去除約0. 05Hz或更小的低頻分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的腐蝕測量系統(tǒng)，進(jìn)一步包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可操作地耦合以便從探針接口接收所感應(yīng)出的腐蝕相關(guān)電信號(hào)并且生成 所感應(yīng)出的腐蝕相關(guān)信號(hào)的數(shù)字表達(dá)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腐蝕測量系統(tǒng)，其中， 濾波器是在處理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的腐蝕測量系統(tǒng)，其中， 濾波器是高通濾波器或帶通濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的腐蝕測量系統(tǒng)，進(jìn)一步包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可操作地耦合以便從探針接口接收所感應(yīng)出的腐蝕相關(guān)電信號(hào)并且生成 所感應(yīng)出的腐蝕相關(guān)信號(hào)的數(shù)字表達(dá)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的腐蝕測量系統(tǒng)，其中， 濾波器是在處理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的腐蝕測量系統(tǒng)，其中， 濾波器是高通濾波器或帶通濾波器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕測量系統(tǒng)，其中，所述探針接口進(jìn)一步包括 激勵(lì)電路，可操作地經(jīng)由電極中的第一電極向電解液提供激勵(lì)信號(hào)；和開關(guān)系統(tǒng)，具有與激勵(lì)電路和感應(yīng)電路相耦合的多個(gè)模擬開關(guān)元件，所述開關(guān)元件根 據(jù)對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)來操作以便選擇性地在多個(gè)不同配置下互連激勵(lì)和感應(yīng)電路的電路元 件與電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕測量系統(tǒng)，其中，所述濾波器從感應(yīng)出的腐蝕相關(guān)信號(hào)中去除約0. 05Hz或更小的低頻分量。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕測量系統(tǒng)，進(jìn)一步包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可操作地耦合以便從探針接口接收所感應(yīng)出的腐蝕相關(guān)電信號(hào)并且生成 所感應(yīng)出的腐蝕相關(guān)信號(hào)的數(shù)字表達(dá)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕測量系統(tǒng)，其中， 濾波器是在處理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕測量系統(tǒng)，其中，濾波器是高通濾波器或帶通濾波器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕測量系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)為現(xiàn)場設(shè)備，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括非易失性存儲(chǔ)器，所述系統(tǒng)在一系列 設(shè)備循環(huán)的每個(gè)循環(huán)中被操作，以便至少部分地基于計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)偏差值計(jì)算局部腐蝕值 并將所述局部腐蝕值保存在非易失性存儲(chǔ)器中以備用戶后續(xù)取回。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的腐蝕測量系統(tǒng)，其中， 所述現(xiàn)場設(shè)備是由電池供電的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的腐蝕測量系統(tǒng)，其中， 所述現(xiàn)場設(shè)備是由4-20mA回路供電的。
18.—種測量或監(jiān)控暴露于電解液的結(jié)構(gòu)的局部腐蝕的方法，所述方法包括 感應(yīng)系統(tǒng)中的ECN信號(hào)；濾波感應(yīng)出的ECN信號(hào)以去除低頻分量來生成濾波后的ECN信號(hào)； 計(jì)算濾波后的ECN信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差；以及 縮放標(biāo)準(zhǔn)偏差以提供局部腐蝕值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括 保存局部腐蝕值以備用戶后續(xù)取回。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，利用高通濾波器或帶通濾波器濾波感應(yīng)出的ECN信號(hào)。
全文摘要
提出了用于測量或監(jiān)控局部腐蝕的方法的系統(tǒng)和方法，其中，感應(yīng)電化學(xué)噪聲(ECN)信號(hào)并通過高通或帶通濾波器濾波該電化學(xué)噪聲(ECN)信號(hào)，以便去除與局部腐蝕不相關(guān)的低頻分量，并且計(jì)算及縮放濾波后的信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差以提供局部腐蝕值。
文檔編號(hào)G01R27/08GK102132162SQ200980125746
公開日2011年7月20日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者卡雷爾·赫拉德基, 羅爾夫·韋塞爾斯 申請人:倍加福公司