专利名称：作为局部腐蚀指示器的电化学噪声的制作方法
技术领域：
本公开总体上涉及腐蚀测量，尤其涉及用于检测局部腐蚀的电化学噪声测量的系 统和方法。
背景技术：
电化学噪声(ECN)是一种用于检测诸如点蚀侵袭(pitting attack)、裂缝腐蚀、 应力腐蚀裂纹等局部腐蚀(localized corrosion)现象的技术。ECN方法涉及腐蚀电极的 自由腐蚀电势的波动(电势噪声)的测量或是耦合电流及其在一对名义上相同的腐蚀电极 之间的波动(电噪声)的测量。随后分析测量出的波动的统计性能以提供在测试电极上出 现的局部腐蚀的程度的定性量度。一般的，在经验等式中计算并使用统计参数，诸如记录的 噪声信号的标准偏差、偏斜(Skewness)或峰度(kurtosis)，以获得单个参数，该单个参数 被称为用于指示测试电极对于局部腐蚀侵袭的倾向的局部腐蚀指数或点蚀因数。另一种方 法涉及在频域中分析电化学噪声波动并使用诸如光谱密度图的滚降(roll-off)斜率的参 数作为局部腐蚀指示器。然而，现有方法都被证明在实际中对于监控系统或工厂的操作员 不能有效地给出是否存在局部腐蚀侵袭的清楚指示。相反，为了解释所记录的局部腐蚀参 数随着时间的变化以评估这种参数的特定行为是否指示正在发生局部腐蚀，需要一定程度 的经验。相应的，需要改善的局部腐蚀测量系统和技术。
发明内容
现在总结本公开的各个方面以有助于本公开的基本理解，其中该发明内容不是对 本公开的总体概述，既不打算识别本公开的特定元件，又不打算描绘其范围。相反的，该发 明内容的主要目的在于在后面给出的具体实施方式
之前以简要形式提出本公开的某些概 念。本公开涉及在现场或实验室环境下使用的腐蚀测量系统和技术，以便更佳地量化局部腐蚀现象。根据本公开的一个或更多个方面，提供了腐蚀测量系统来测量或监控暴露于电解 液的结构的局部腐蚀。该系统包括探针接口，具有信号调节及感应电路，所述探针接口系统 与测量电极相接口并感应出腐蚀相关信号。该系统还包括滤波器，其从感应出的腐蚀相关 信号中去除低频分量、以及处理系统，其用于至少部分地根据滤波后的腐蚀信号计算标准 偏差值。该处理系统随后缩放标准偏差以提供具有从0至1的值的局部腐蚀值，从而量化 局部腐蚀侵袭的严重程度。在特定实施例中，该滤波器是高通滤波器或带通滤波器，其用于 从感应出的腐蚀相关信号中去除约0. 05Hz或更小的低频分量。该滤波器可以数字形式来 执行，利用模数转换器提供感应出的腐蚀相关信号的数字表达而采样值被提供给数字高通 或带通滤波器以便去除采样流中的至少某些低频分量。提供了用于测量或监控局部腐蚀的 方法，包括感应系统中的ECN信号，滤波感应出的ECN信号以去除低频分量来生成滤波后的 ECN信号，计算滤波后的ECN信号的标准偏差，并缩放标准偏差以提供局部腐蚀指数值。该 方法的特定实施例可包括保存局部腐蚀值以备用户后续取回。
下面给出的具体实施方式
和附图用于详细地提出本发明的特定示意性实施方式， 其仅是指出实现本公开的各种原则的几种示例性方式。然而，所说明的示例并非穷尽本公 开的众多可行的实施例。当结合附图考虑时，本公开的其他目的、优点和新颖特征将会在后 面的本发明的具体实施方式
中提出，其中图IA是示出了根据本公开的一个或更多个方面的示例性局部腐蚀测量系统的简 化示意图；图IB是示出了根据本公开的其他方面的、用于测量或监控暴露于电解液的结构 的局部腐蚀的示例性方法的流程图；图IC是示出了在几乎没有或没有局部腐蚀并因此没有低频或高频噪声的示例性 环境中感应ECN值与时间的曲线图；图ID是示出了在几乎没有或没有局部腐蚀的示例性环境中感应ECN值和时间的 曲线图，其中测量到大量低频噪声而没有较高频噪声；图IE是示出了发生局部腐蚀并且较高频噪声是明显的示例性环境中感应ECN值 和时间的曲线图；图2A是示出了根据本发明的一个或更多个方面的示例性腐蚀测量设备的立体 图，该设备包括带有相关探针和电极的回路或电池供电的发射器；图2B是示出了关于图2的发射器的进一步细节的示意图，其中包括数字系统、回 路接口和探针接口；图3A是图2A和图2B的示例性发射器中的探针接口系统和数字系统的部分的示 意图，其中包括由处理器控制的激励电路、感应电路和模拟切换系统，用于程序上重新配置 多种不同腐蚀测量的设备；图;3B是示出了图2A和图2B的示例性发射器的回路接口系统中的隔离电路 的进一步细节的示意图，其中包括隔离变压器和两阶内部安全栅(intrinsic safety barrier)；
图4示出了在图2A-3B的设备中的SRM、HAD、LPR、单元偏移电压和ECN测量的几 种示例性切换系统配置的表；图5是示意性地示出了在管道或存储结构中安装的测量设备的探针和电极的部 分横截面示意图，其中电极暴露于运输或存储电解液用于腐蚀测量；图6是示出了图5的安装中的电极和测量电解液中的一个的等效电路的简化示意 图；图7是示出了在图2A-图6的设备的完整测量循环中由激励电路对于测量的电解 液所应用的示例性激励波形的曲线图，其中包括用于电解液电阻测量的示例性实质上无dc 的200Hz双极方波、用于HAD和LPR测量的0. IHz正弦波和无激励的ECN部分；图8是进一步示出了用于电解液电阻测量的设备中使用的实质上无dc的200Hz 双极方波的曲线图；图9A是示出了在图2A-图6的设备中利用动态激励振幅调节对电解液(溶液) 电阻测量(SRM)的示例性操作的流程图；图9B-图9D是示出了在图2A-图6的设备中在动态振幅调节过程中不同激励波 形振幅的双极方波激励电压和对应的测量平均电流的电压和电流绘图的曲线图；图IOA是示出了利用大约0. 3秒的低采样周期以大约200Hz应用的示例性双极方 波电压激励信号和两个示例性异步A/D转换器采样的绘图的曲线图；图IOB是示出了在图IOA的两个示例性采样时刻的激励电压和感应电流绘图的曲 线图；图IOC是示出了图2A-图6的设备中的在线电流放大器偏移测量的示例性操作的 流程图；图11是示出了在图2A-图6的设备中包括计算出的B值的可能性测试的HAD或 LPR测量的动态算法改变的设备操作的流程图；以及图12是示出了在图2A-图6的设备中的示例性偏移测量和HAD腐蚀测量的激励 信号调节的流程图。
具体实施例方式参考附图，下面结合附图描述本发明的几个实施例或实施方式，其中相同的附图 标记在全文中都用来参考相同的元件，并且其中不一定按照比例绘制各种特征和绘图。本 公开涉及可编程低功率腐蚀测量现场设备，用于利用一种或更多种先进的腐蚀测量类型提 供腐蚀测量和监控，以便提供用于可在通过标准4-20mA控制回路或其他通信装置连接的 分布式控制系统中应用的，或是可用作具有下载所保存的腐蚀数据至用户通信设备、USB存 储棒、微型SD卡等的能力的单机设备的实时腐蚀监控和/或离线腐蚀数据日志记录的电 导、总腐蚀和/或局部腐蚀值，。首先参考图IA和图1B，根据本公开的一个或更多个方面在图IA中示意性地示出 了示例性局部腐蚀测量系统2。系统2可由下面图2A和图2B所示的单个现场设备实现，或 是由具有独立装外置的探针接口和数字系统的分布式方式来实现。如图IA所示，系统2包 括具有与处在电解液中的多个测量电极8接口的信号调节电路34的探针接口系统30、具有 经由与探针6相关联的多个电极8中的至少一个电极感应腐蚀相关的电压和/或电流信号的感应电路34b的信号调节电路34。在具有处理器22的一个实施例中提供了数字处理系 统20，其中处理器22实现了用于从感应的腐蚀相关的信号中去除低频分量的高通或带通 滤波器25，而感应的腐蚀相关的信号是经由模数(A/D)转换器沈从探针接口 30以数字形 式获取的。在一个实施例中，基本上根据图IB所示的示例性局部腐蚀测量或监控处理300来 操作系统2。处理300包括在302中感应电化学噪声(ECN)值，诸如当不对电解液应用激励 时两个电极8之间的电流或电势。在304中，诸如通过模拟或数字滤波来去除感应的信号 的低频分量，并且至少部分地基于滤波后的信号值在306中计算出标准偏差值ο。至少部 分地根据来自A/D转换器沈的滤波后的腐蚀相关的信号采样，处理系统20计算表示在感 兴趣的结构中存在还是不存在局部腐蚀的标准偏差值ο，并随后在308中缩放标准偏差值 σ以提供局部腐蚀值(LCV) 27，该值可随后被保存在存储器M中。在一个实施例中，无论 是高通还是带通滤波器25都是用于从感应的腐蚀相关的信号中去除大约0. 05Hz或更低的 低频分量的数字滤波器。在一个示例中对于由处理器22实现的η阶数字滤波器提供滤波 后的采样，诸如具有大约0. 04-0. 06Hz (优选为0. 05Hz)的高通截止(cutoff)频率的15阶 数字滤波器。在一个实施例中，在ECN测量循环中控制A/D转换器沈以1秒采样周期在大 约5分钟时间内获取300个采样。处理器22执行数字滤波功能25并通过任何合适的等式 或算法计算出标准偏差值σ，诸如一个示例中的((Σ (X-mean)2)/N)1/2，其中N是采样的数 目而“mean”是采样的平均值。在示例性实施例中，如下面详细描述，利用运行时刻计算M2 来计算出标准偏差ο ( σ = Μ2的平方根)。处理器22随后在308中缩放标准偏差σ以提供0至1范围内的局部腐蚀值27。 在一个实施例中，通过感应电路34b和A/D转换器沈的输入测量范围来缩放标准偏差ο。 例如，利用没有局部腐蚀和高局部腐蚀的经验测量建立对应于测量出的ECN电流的A/D计 数值中的输入测量范围的两个边界，从而将偏差ο缩放至电流噪声测量范围。随后在一个 实施例中通过这个测量范围来缩放标准偏差σ以便在308中获得具有0至1闭区间之间 的值的局部腐蚀值27，超出1的任何计算出的缩放值被设定为等于1，以便解决那些在用于 建立缩放范围的其他高局部腐蚀环境。在可能的实施例中，通过电路的动态范围给出缩放 范围，并且通过实验测试来验证缩放范围为最优。另外参考图IC至图1Ε，发明人还提出，利用高通或带通数字滤波器滤波电化学 (电势或电流)噪声信号有利地利用实质上不受一般腐蚀影响的较高频率分量对于局部腐 蚀的改善测量。在这个方面，发明人认识到，虽然局部腐蚀噪声具有宽的频谱(认为包括低 频分量)，但是噪声信号的一般腐蚀分量不具有0. 05Hz及其以上范围内的频率分量，并且 利用高通或带通滤波器25有利地从感兴趣的局部腐蚀处理信号中分离出一般的腐蚀处理 信号。滤波器输出的标准偏差ο提供了较高频率噪声的振幅的量度，相应地直接与局部腐 蚀活动的量相关联。将该值缩放至0至1的范围内提供了对于局部腐蚀侵袭简单的且容易 理解的量度。图IC示出了说明对于饮用水中的钛电极几乎没有或没有局部腐蚀以及没有 低频噪声的情况下感应的ECN电压值352(在应用625mV中心偏移之前的mV)与时间的曲线 图350。图ID中的曲线图360示出了具有很少或没有局部腐蚀的3% NaCl的碳钢的不同 情况下感应的ECN值与时间的曲线362，其中存在大量的低频噪声，但是观察到相对少的高 频噪声。这个示例中的电极经历了具有信号电平上的巨大变化的大体上均勻的腐蚀侵袭，但是波动相对较慢。在这种情况下，在曲线362中以未经滤波的信号的标准偏差为基础的 局部腐蚀计算将会导致误导的高的局部腐蚀值，这是因为发生很少的，如果有的话，局部腐 蚀。图IE提供了曲线370，示出了在酸化3% NaCl溶液中对于铝感应的ECN值曲线372。 这个示例中的电极经历了局部点蚀并且噪声信号的低频和高频分量两者都存在。示例性系统2采用了高通或带通滤波器25以便从较慢变化(其没有)中分离出 高频ECN波动(这表示局部腐蚀侵袭)，并在生成局部腐蚀指数或值27中计算出滤波后信 号的标准偏差ο。在一个实施例中，通过输入信号范围缩放偏差ο来提供指数值27作为 0至1范围内无单位的值，标准偏差值ο随后被用作计算局部腐蚀指数参数27。发明人提 出，利用滤波后的信号值计算标准偏差ο方便区分关于凭借初始去除低频分量的局部腐 蚀的如图ID和图IE所示的示例，由此对于这两个示例生成不同的局部腐蚀值27。没有使 用滤波器25的所有前述方法和局部腐蚀指数计算算法对于图ID和图IE的示例都会不正 确地产生相似的局部腐蚀指数值，诸如计算原始的(未经滤波的)感应信号的标准偏差并 通过信号的RMS缩放该偏差的那些技术。在所示出的系统2中，由感应电路34b检测并放大ECN信号(例如，感应电势或电 流)，并且利用处理系统20的模数转换器沈数字化由此得到的模拟信号。利用数字高通或带通滤波器25处理数字采样并且由处理器22计算时间周期上滤 波器输出的标准偏差σ。在一个实施例中，采用了高通数字滤波器25，诸如具有0.05Hz截 止频率的15阶有限脉冲响应(FIR)滤波器，对于每秒一个采样的采样速率利用如下的示例 性滤波器系数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。还可使用任意数字长度的其他合适的高通或带通滤光器或甚至模拟设计的滤波 器。此外，在特定实施例中，在一系列设备循环中操作系统以得到给定数目的ECN采样，用 于计算为后续用户取回而保存的当前局部腐蚀值27，例如，在大约5分钟的周期以1秒钟间 隔采样的315个感应的ECN电势或电流采样，其中将前15个采样丢弃掉而在标准偏差计算 中使用剩余的300个采样。由于低频电化学噪声分量被滤波并丢弃，在以大于滤波器截止频率周期十倍采样噪声信号中不具有任何实际优势。因此在以与不使用滤波器相比较短得 多的时间周期内执行ECN测量。在某些实施方式中，可利用由处理器22实现的‘运行均值’算法实时地计算出标 准偏差ο，由此减小系统2中的中间数据存储量。为了向终端用户提供容易理解的局部腐蚀指数参数，有利地将计算出的标准偏差 缩放至零(没有局部腐蚀)至一(严重的局部腐蚀)的范围。基于所使用的电子电路的灵 敏度和探针电极的表面面积，可使用大量的缩放因子和关系。例如，在一个电流噪声测量实施方式中，其中测量范围是从下限3xlO_9A/cm2延伸 至3X10_6A/cm2，可以如下方式计算局部腐蚀指数值27
(标准偏差)InaOxio-9)
局部腐蚀指数=^--~~
33其中，第二项是由电路的灵敏度和探针电极8的表面面积确定的常数，并且对于 给定的系统可定制化(tailor)这个第二项。另外参考图2A和图2B，在图2A中以经由4_20mA回路来回路供电或是电池供电 的现场腐蚀测量设备2的形式示出了系统的一个实施例。系统2包括外罩了如下所述的 基于处理器的电子电路的发射器头4、以及优选地由匹配设备2被安装到的、用于腐蚀监控 /测量的金属结构的材料制成的探针6和一组三个电极8，其中电极8浸入或嵌入到在所 安装的结构中保存或运输的溶液或其他电解固体、气体或液体中，该结构诸如是管道、存储 罐或其他感兴趣的结构。在典型的安装中，探针6被安装到感兴趣的结构上而电极延伸到 管道或流体腔内部，从而暴露于其中的腐蚀处理。发射器外壳4和探针6可由环境保护材 料构成以使得设备2在现场应用例如在线腐蚀监控中使用，以生成关于腐蚀速率的处理变 量、局部腐蚀指数(腐蚀局部化的程度)、和/或电解液电阻(电导)、或者单机安装为电池 供电的电子优惠券(coupon)，其中局部化和其他腐蚀数据可通过用户经由通信、设备、USB 存储棒、微型SD卡或其他合适的装置被上传。此外，利用通过参考包含在这里的美国专利 No. 7，282，928 ；7, 265，559 ；7, 239，156和7，245，132中描述的其他测量技术，示例性系统2 还可执行大量不同的与腐蚀相关的测量，除了上述电化学噪声(ECN)测量之外还包括测量 线性极性电阻(LPR)、溶液电阻(或电导)RS。图2B进一步示出了发射器4的示例性电子器件，包括具有流电隔离的回路接口 10、内部安全(IS)屏障电路12和供电系统14，其中系统2的一个实施例通过该屏障电路12 与标准4-20mA控制回路11接口，并且供电系统14提供了从来自控制回路11、或可选地来 自电池13、太阳能板(未示出)或其他源的电流得到的内部设备电能。回路接口 10还包括 可操作地与数字系统20的处理器22和控制回路11相耦合的通信接口 16，以允许处理器22 利用HART或其他通信协议与外部通信设备(未示出)通信，用户通过外部通信设备可配置 或编程设备2和/或从设备20取回所保存的计算出的与腐蚀相关的值。此外示例性回路 接口 10还包括专用的数模转换器(DAC) 10，用于控制回路11中的电流以允许处理器22控 制回路中的电流，以表示测量/计算出的处理变量(例如，对应于腐蚀速率、局部腐蚀指数、 电导等的4至20mA之间的回路电流电平)，并且还提供了对回路电流的FSK或其他类型的 调制，以根据诸如HART等适当的协议经由回路11或其他的有线或无线通信装置执行数字通信在其他实施例中，系统2是没有与4_20mA回路连接的、严格由电池供电的现场设 备，其中供电系统14提供使用来自电池13的电流用于供电数字系统20和探针接口电路30 的电能调节和隔离。此外，系统2还包括与驱动电路相关联的USB端口 17，以允许用户安 装USB存储棒或其他USB设备，对其系统2下载所保存的腐蚀测量数据(诸如局部腐蚀值 27)。这允许系统2以低功耗模式操作，其中设备2具有根据可编程进度表的测量模式下的 可编程操作的实时时钟，在该可编程进度表中系统2执行一个或更多个腐蚀测量(例如，包 括ECN局部腐蚀测量)，诸如每小时一次，每天数次等。用户可随后访问设备2并连接通信 设备或插入USB存储棒以获得由系统2已经收集的、所保存的测量数据。在其他实施例中， 单元2可包括用于数据上传的微型SD卡接口。数字系统20包括诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑等 的任意形式的处理电路的处理系统22，通过该处理系统22可实现这里描述的各种功能。数 字系统20包括一种或更多种形式的存储器，尤其是诸如闪存，FRAM等的非易失性存储器， 并包括模数转换器(A/D)26，其中A/拟6和/或存储器M可以是独立的元件或电路或是被 集成在处理器22中。示例性探针接口系统30包括与处在被测量的电解液中的多个测量电极8接口的 信号调节电路34、以及DAC32，用于对于特定测量类型生成由信号调节电路34将对至少一 个电极8应用的激励信号。激励电路3 根据DAC32的输出经由第一电极El (辅助电极) 向电解液提供激励信号，并且电路34b经由其他电极E2和/或E3中的一个或两者感应出 一个或多个与腐蚀相关的电信号，诸如电压、电流等，其中第二电极E2在这里被称为参考 电极，用于感应电解液中的电压信号，并且剩余电极E3被称为工作或工作中的电极。具有 多个模拟开关元件的开关系统3 允许在多个不同配置下激励电路34a的和感应电路34b 的各种元件和电极8的受处理器控制的重新配置。图3A、图;3B和图4示出了探针接口系统30和数字系统20的进一步的细节，其中 包括激励电路34a、感应电路34b和由在图3A中被标记为U13-U16的四个模拟开关设备 3 构成的开关系统。模拟开关U13-U16中的每一个都具有两种开关状态，在附图中表示 为“0”状态和“1”状态，其中处理系统22提供对应的开关控制信号CS13-CS16以控制每个 开关34c的状态。此外，模拟开关U13-U16还可具有受芯片选择输入(未示出)控制的第 三操作状态，其中开关端子与极端子中的任意一个断开连接。开关U13-U16由此与激励和 感应电路3 和34b的元件的受处理器控制的内部连接相耦合，以便以多种不同腐蚀测量 配置来重新配置腐蚀测量设备2，其中图4示出了说明设备2的SRM、HDA、LPR、单元(cell) 偏移电压、以及ECN测量操作的开关设定或状态。示例性设备2可由用户编程以在图4所 示的测量模式中的任意一种单一模式操作或是以一系列设备循环的每一个中所列出的测 量类型中的两种或更多种的任意组合来执行测量，由此可方便的设置系统2以满足任意的 腐蚀测量或监控应用。处理器22在每个测量周期内控制激励DAC32以经由激励电路34a、第一(辅助) 电极E1、以及开关系统3 对单元提供适当的激励，还分别经由感应电路34b、开关34c、以 及参考和工作电极E2和E3操作测量A/D26以获得单元电压和/或电流的对应测量。电极 耦合是通过探针6和电阻R49-R51以及形成与激励和感应电路3 和34b连接的滤波器网络R54-R56、C56、C57和C58来制成的。在下述情形中，设备2通过设备U13-U16的受控切 换在每个设备循环内执行一系列测量。此外，在所示出的设备2中，特定的可选择测量类型 (例如，SRM、HDA、LPR)涉及激励信号的应用，而其他测量类型(例如，ECN)则不涉及，其中利 用HDA或LPR测量类型计算一般腐蚀，利用SRM技术测量电解液电阻或电导，并且使用ECN 测量计算局部腐蚀指数值。在利用第一放大器(例如，运算放大器)U12A直接地通过开关 U13的“0”状态路径的第一极性下，或是在经由逆变器配置的放大器U12B通过开关U13的 “ 1，，状态的相反的第二极性下，利用驱动器放大器UlOA通过开关U16的“0”状态路径和电 阻R61向辅助电极El提供对应的输出电压，对于辅助电极El应用激励信号(如果存在)作 为由DAC32提供的电压信号。此外，在这些配置下，电极处在激励电路3 的驱动器放大器 UlOA的反馈回路当中，由此辅助和工作电极El和E3之间流动的电流向将会导致参考电极 E2和工作电极E3之间的电势与所应用的激励信号电压相同。此外，在特定的操作配置中， 没有应用激励，其中开关系统使得辅助电极El与激励电路34a电隔离，同时处理系统22通 过感应电路34b采样在E2和E3上感应出的电压信号。从任何应用的激励电压信号中得到的返回电流流过在示例性三个电极稳压器测 量配置中的工作电极E3，其中感应电路34b经由利用电流感应电阻R56形成电流至电压转 换器的电流感应放大器U9A感应这样的电流，以便经由R57、R60和R72生成基于横跨R56 的电压之上的基于电压的输出。这样的感应电路34b的电流到电压转换器被用于感应HAD 和ECN测量之中的电流，还可被在测量极性电阻LPR中与同步整流器相组合。电流至电压转换器放大器WA对于开关U15的“0”和“ 1，，状态分别提供了对放大 器U8A的反向输入或非反向输入的输出，其中U8A的输出提供了至A/D转换器沈的两个输 入中一个输入用于电流感应。电流感应极性开关U15由此作为特定测量类型的整流器被操 作以便通过来自处理器22的控制信号CS15实现转换开关。在这个方面，当(通过处理器 22控制控制信号CS13和CS15的开关)同步地操作激励极性开关U13和电流感应极性开关 U15时，这些模拟开关部件构成了在测量电解液(溶液)电阻Rs (SRM模式)的特定实施例 中使用的同步整流器。此外，应用电流感应元件而无需在执行腐蚀测量设备2的HDA、LPR 和ECN测量中转换用于测量来自工作电极E3的感应电流的极性开关U15。感应电路34b还 利用驱动A/D26的第二模拟输入的放大器U7A提供了电压感应能力，以便通过高阻抗路径 R59感应出参考电极E2处的电压，该电压通过放大器U5A与参考电压VREF31进行比较。A/D26可由此在处理器22的控制下获取并转换模拟电压和电流值。此外，A/D转 换器沈还可是任意适当的转换设备，诸如一个实施例中的基于德尔塔-西格马调制器的转 换器，并且优选地以相对慢的转换速率操作A/D转换器26。例如，操作所述实施例中的A/ D26以便在比激励信号频率低得多的采样速率(诸如低于每秒大约10个采样)下获取与 各种腐蚀相关的感应信号的测量采样，例如在一个实施例中每0. 3秒采样一次，以便维持 在回路或电池供电的实施方式的供电系统14的功率预算。处理系统22由此可操作地与探 针接口系统30相耦合以便控制由激励电路3 向电解液提供的激励信号，并且向开关系统 34c提供控制信号CS13-CS16来选择性地重新配置开关部件U13-U16，从而基于从感应电路 34b接收到的测量值来执行多种不同的腐蚀测量类型和计算至少一个与腐蚀相关的值。如图2A-图;3B所示，示例性系统2包括隔离和内部安全(IS)屏障12，用于提供电 极E1-E3和设备2的电路与4-20mA回路11之间的流电隔离。在这个实施例中，回路电流流经初级安全区域12a的输入级，该初级安全区域1 具有保险丝F1、浪涌保护器m和电阻 R3和整流器1加1、随后是逆变器12a2，该逆变器提供了隔离变压器Tl的输入。变压器Tl 的隔离输出提供了次级隔离区域12b的输入，该次级隔离区域12b包括电压保护电路12bl， 该电压保护电路12bl包括限压齐纳管N6-N9和由晶体管P5-P8和电阻R17、R21、R29-30, R34、R35和电容C34组成的限流电路。这个第一内部安全屏障级12b的输出提供了输入到 进一步包括限压齐纳管N10-N15的第二 IS屏障级12c，由此进一步限制了在回路控制器电 路15上可见的可能电压。设备2的IS保护还提供了 1千欧的保护电阻R57-R61以便保护 电极E1-E3。在操作中，被测量的电解液和电极E1-E3典型地与大地连接，由此探针接口电 路30的前端通过低阻路径也被接地。另外参考图5-图7，如图5所示，在操作中，探针6安装有浸入到通过管道或其他 金属结构40被运输的电解液50当中的电极8。图6示出了图5的安装中的电极El和测 量的电解液50中的一个的等效电路60，其中其他电极E2和E3的电路等同于图6中表示 的电路。图6中的电极/电解液电路60包括内部单元电压Vc和极性电阻Rp的串联组合， 该串联组合与电极El和电解液50之间的电化学双层电容Cdl并联，其中电解液50具有作 为SRM测量对象的电阻Rs。如图7的激励信号曲线图100所示，在一系列设备循环的每一 个循环中可选地以任意顺序的三个测量周期101、102和103内执行在发射器设备2的一个 可能配置中的信号测量，或是设备2可被编程以便在每个设备循环仅执行一次测量，或是 在给定的设备循环中的两种或更多种测量类型的任意组合。在这个配置下，初始地进行SRM 测量以提供溶液电阻值Rs，该值随后在LRP或HDA测量中被使用来确定腐蚀速率以校正在 计算极性电阻Rp中出现的任何错误，而如图6所示这些电阻Rs和Rp实质上是串联的。在图7所示的示例性配置的第一测量阶段101中，在周期IOOa中初始地操作同步 整流器来实现如下描述的偏移测量，在此之后，在周期IOOb中动态地调节AC激励信号的振 幅。之后在部分101中应用相对高频的ac激励信号以实现溶液电阻/电导测量，紧随的是 间隔100c，在间隔IOOc中由于不相同的电极8所导致的不平衡来测量偏移。此外，在第一 阶段101中，设备2有利地应用具有均值为零的AC波形(实质上无DC偏移)以避免极性 化工作电极接口。此外，在示例性设备2中，(出于节省电能的目的)低速地操作DAC32和 处理器22，其中SRM期间的DAC输出被设定为给定的dc水平并且利用开关系统3 来切换 输出极性以便生成用于SRM测量的双极性方波激励信号。为了最小化阶段101中SRM测量 所产生的可能的小DC单元电流的影响，阶段101的持续时间被设定为尽可能的短，并且间 隔周期IOOc在阶段102中在SRM测量之后和在UR测量之前不具有极性化，由此实现了工 作电极接口的去极性化。在第一阶段101中，利用高频方波激励来测量电解液(溶液)电阻Rs(以及由此 得到的电解液电导Ι/Rs)。在第二部分102中，设备2应用较低频率的正弦波激励电压并且 测量电流及相关的谐波以便利用UR和/或HDA技术确定腐蚀速率。在第三部分103中， 不应用激励，并且设备利用ECN测量来测量电化学噪声以便确定局部腐蚀指数值27。在设备循环的第一部分101的过程中，处理器22使得开关系统3 如图4的表70 的SRM行所示那样配置开关U13-U16，其中U14和U16处在“ 1 ”开关状态并且与在处理系统 22的控制下同步地转换开关U13和U15来执行同步整流器操作，以便提供小于大约500Hz 的方波激励/电流感应整流器频率(优选地大约100-200HZ)，其中图7中的曲线图100示出了在第一测量周期101中大约200Hz的频率下的操作。值得注意的是在图6的等效电路 中，相对高频(例如，在大约50Hz之上)的应用将会有效地缩短上面的分支(leg)，这是由 于电容Cdl所造成的，其中经由工作电极E3感应得到的AC电流将会与电解液电阻Rs成反 比。对于SRM测量还可使用其他波形，诸如正弦波、方波等。在周期101中所描述的SRM测 量涉及辅助电极El处提供方波激励电压以及通过在工作电极E3处感应的单元电流的感应 电路34b和A/D26执行的测量，其中DAC32 (图3A)利用U13的切换在经由控制信号CS13 受到处理器22控制的激励频率下交替应用激励电压的极性来提供受处理器22控制的电平 下的DC输出信号。在工作电极E3处所得到的感应单元电流还可以是激励频率下的方波。 处理器22还经由信号CS15操作电流感应极性开关U15,以便在相同频率下转换，由此感应 的AC电流信号将会被整流以便向A/D转换器沈提供整流后的输入信号。为了节省电能， 处理器22以非常低的频率控制A/D转换器沈的采样，诸如一个实施例中的大约3. 3Hz。处 理器222由此获取关于感应电流的许多读取并且将这些读取平均化以计算平均感应电流， 该平均感应电流随后被用于计算电解液电阻Rs。另外参考图8，同步整流器的操作允许向辅助电极El提供实质上无dc的激励信 号，从而不会加剧单元中的腐蚀，同时经由U15整流所感应的电流信号允许以低采样速率 操作A/D转换器26，由此节省了电能，同时得到了足够的采样以允许处理系统22获取准确 的平均电流值，其中如果不存在这样的整流，平均电流值将会为零或接近为零。在这个方 面，值得注意的是，对于辅助电极应用dc电压改变了正在被测量的腐蚀的电化学并且因此 可与任意随后的腐蚀速率测量相接口。此外，电流感应电路的整流通过将这样的dc分量实 质上斩波为具有零均值的ac分量，可有效地消除由于非相同的电极8的感应的电流属性中 的任意dc。此外，同步整流还以不同于开关频率的频率被操作以排除干扰。图8示出了通 过DAC32和同步整流器的操作在第一测量周期101中应用的一个可能的实质上无dc的方 波激励信号波形，具有大约+/_20mV的振幅，其中图3A的DAC32提供了实质上恒定的dc值， 随后通过转换开关U13来对该dc值切换极性，以便在辅助电极El处产生激励波形。设备 2由此在第一测量周期101中有利地提供了非入侵的(non-intrusive)、无dc方波激励信 号，同时在回路或电池供电的有限预算内同时排除dc和噪声的前提下，在执行SRM测量中 实现了对于所感应的电流的慢速采样的同步整流。另外参考图9A-图9D，可操作系统2的特定实施例在预定的时间周期中或是在每 个SRM测量周期101的开始时，调节SRM测量中的方波激励信号的幅值或振幅。这有助于对 于A/D转换器22的输入范围的改善使用，由此实现了关于测量出的电流采样以及计算出的 平均电流值的提高的准确度并且由此得到的改善的电解液电阻(或电导)测量。图9A中的 处理120示出了这个示例性操作，其中SRM循环101开始于122并且在124中以第一(例 如，低的)峰值-峰值振幅向辅助电极El提供相对高频的方波激励信号。在一个示例中，方 波频率大约为200Hz，尽管还可使用其他值，优选地小于等于大约500Hz。图9B-图9D示出 了曲线图140、144、150、154、160和164，它们显示了根据图9A中的处理120的不同激励波 形振幅的方波激励电压及其对应的测量出的平均电流的电压和电流绘图。在图9B的第一 绘图140中，以相对低的第一振幅142应用大约200Hz的方波。在处理120的126中测量 平均电流，例如，利用如上所述的同步整流器操作或利用测量平均电流值的其他适当技术， 通过A/拟6得到多个测量。在128中作出关于由上获得的平均电流值是否超出预定的阈值TH的确定，其中可使用任意适当的阈值以作出关于A/D输入范围的最优使用的决定。在一 个示例中，阈值涉及A/D输入范围的大约一半，尽管还可使用其他值。如果测量出的电流没有超出阈值TH(U8中为“否”)，如图9B的电流绘图144所 示，在130中增大激励信号振幅(例如，在处理系统22的控制下通过增大DAC32的输出)， 并且图9A的处理120返回至126中再次测量平均电流。这种情形在图9C的绘图150和 154中示出，其中新的激励信号振幅152大于图9B的初始振幅142。在128中新的平均电 流与阈值TH相比较，如图9C的绘图巧4所示，这个电流仍低于阈值TH。相应地，图9A的处 理120在130中再次增大激励振幅至图9D的激励电压绘图160中所示的水平162。在这 点，如图9D的绘图164所示，最新的激励振幅162提供了大于阈值TH的所得到的感应出的 平均电流(图9A的128中为“是”)，并且图9A的处理120继续至132，在132中利用最新 的激励电压振幅值计算电解液电阻Rs，并且在134中结束周期101中的SRM处理。以这种 方式，腐蚀测量设备2适用于利用A/D转换范围的整个量程，其中处理系统22在132中使 得已知的最新激励电压振幅与最新的测量并计算出的平均电流值相关联，以计算电解液电 阻Rs和/或电解液电导。这种激励振幅的自适应调节方便了可利用的A/D分辨率的最优 使用，并提供了无需损失准确度而使设备2适于具有非常低或非常高的电解液导电性的应 用。另外参考图IOA-图10C，设备2还提供了电流振幅偏移的对准，以便进一步精确 调节计算出的腐蚀相关值的准确度。在这个方面，上述同步整流器与异步A/D采样的结合 使用会导致如图IOA和图IOB所示的方波的每个循环内测量出的电流和A/D转换器沈的 输入会略微增大。图IOA的绘图170示出了在SRM测量中使用的200Hz方波电压激励信号 以及分别在时刻Tl和T2的利用大约0. 3秒的长A/D采样周期获得的、两个示例性异步A/ D转换器采样Sl和S2。图IOB的曲线图172和174显示了分别在图IOA的两个示例性采 样时刻Tl和T2的激励电压和感应电流绘图的示例性部分的其他细节，其中可以看出第一 电流采样Sl略低于第二采样S2，这仅是由于这些是在激励循环内的不同点采样的。除了这 些误差之外，用于感应电流信号的运算放大器U8A和U9A中的偏移导致在计算Rs、腐蚀速 率、和/或局部腐蚀中降低的准确度。其他误差可来源于整流器的正向和反向路径之间的 dc偏移差、电解驱动器放大器UlOA的有限速度、探针输入上的电阻和电容。为了减轻这些误差，设备2提供了在线电流放大器偏移测量，利用图IOC所示的处 理180，开始于182，设备2基于测量出的电流放大器偏移自动地确定在线偏移值，同时同步 整流器部件U13和U15通过处理器22被转换。在184中，处理器22使得DAC32将激励信 号设定为零，并且在184中在没有应用激励电压下经由信号CS13和CS15分别转换同步整 流器元件U13和U15，其中以与上述SRM测量所使用的速率相同的速率(例如，在实施方式 中以大约200Hz)经由信号CS13和CS15切换整流器元件。处理器22利用A/拟6在188中 获取感应出的电流信号的大量采样并在190中计算平均电流值，随后将该值保存以备后续 作为上述SRM测量中的偏移使用，并且在线电流放大器偏移测量在192结束。之后在周期 101中的SRM测量过程中，处理器22使用所保存的偏移在计算电解液电阻值Rs之前校正电 流读�。佣窒税ǚ糯笃鱑9A和U8A的电流感应电路中偏移的不利影响并补偿了与 同步整流器操作和A/D转换器沈的异步采样相关联的采样误差。现在参考图3A、图3B、图4、图7和图11，系统2还提供了改进的HDA和/或LPR测量类型，其中图4示出了与图3A的U13-U16的开关状态相关的这些模式下的开关系统配 置。系统2由此可被配置为利用LPR或HDA技术计算总的腐蚀速率I。·。基本的LPR测量 典型地使用默认的或用户键入的B值，而HDA方法涉及根据测量的电流谐波同时计算B值 和腐蚀速率。系统2利用测量出的电流谐波和电解液电阻根据在线可用性测试的结果选择 性地使用这些技术(HDA或LPR)的任一个。图7中的第二示例性测量部分102示出了在部分102中应用的激励，其中经由 辅助电极El对单元应用低频正弦波激励电压以实现电流谐波的UR或HDA类型的测 量。在这些测量类型中，正弦激励信号优选地处在大于等于0.05Hz的激励频率，诸如大约 0. 1-0. 2Hz，其中图7的示例使用了大约0. IHz的激励频率。特定实施例中的处理系统22基 于多于10个循环计算腐蚀相关值，优选地在第二周期102中利用谐波失真分析或UR的大 约20个循环的感应的正弦电流信号。在图7的第二周期102中，低频正弦激励导致所得到 的感应电流信号具有各种频率范围分量，包括激励频率下的基波分量和用于处理器22的 腐蚀相关值计算的二次和三次谐波分量。通过采样感应电流信号并由A/拟6将其转换为数 字数据来获取这种谐波信息，利用处理系统22执行离散傅里叶变换(DFT)来生成感应电流 的频域频谱。从DFT频域频谱，可获取基波和各种谐波的振幅，并在计算腐蚀速率中使用谐 波测量数据。与正弦波电压生成相一致地计算DFT，其中从处理系统22或内存图2B) 中的内存查找表通过DAC32(图3A)以一系列小的步阶生成正弦激励电压，其中查找表是与 DFT计算中使用的查找表相同。在这个方面，示例性表使用了每个循环96个步阶来保持表 的尺寸是小的，还可被2、3和4除。优选地利用电阻除法器R52、R53缩放DAC32的输出以 减小最小的单比特步阶的大�。渲锌梢杂叛〉匮≡馬52和R53的值以覆盖单元偏移的最 大可能范围，同时最小化单个比特步阶大�。⑶掖硐低�22可确保单元偏移和/或所需 的扰动振幅不会超出可用的范围。此外，还可提供序列延迟以顾及正弦输出中的步阶改变 对于单元电流的影响，以使得电流在A/M6执行的电解电流感应/测量之前流过。示例性处理系统22利用在测量周期102中获取的谐波数据在每个设备循环中评 估如下的等式(1)-(3)来计算腐蚀电流Iam，从腐蚀电流I。·可确定腐蚀速率( 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是感应电流的基波分量，而I2和I3分别是二次和三次谐波分量，正弦振幅 是周期102中应用的正弦激励电压信号的振幅，而B是以伏特为单位的特定应用的腐蚀处 理值。一旦计算出腐蚀电流Icorr，则将其乘以与特定电极大小、法拉第常数、以及材料的原 子重量相关的常数，以计算每年mm或mil的腐蚀速率。另外参考图11，示例性腐蚀测量设备的另一特征在于，基于测量出的电流谐波Ip 12和I3计算8值 和基于计算出WBhakm值和计算出的电解液电阻Rs选择性使用LPR或 HDA算法。在这个实施例中，如果可能则执行HDA测量和计算，并且如果基于给定的设备循 环中一个或更多个可行性测试怀疑HDA结果，则处理系统22改变为UR类型测量。特别的， 设备2自动地执行三种测试中的一种或更多种测试来确定是否批准HDA计算，并且在高电 解液电阻状态或表示HDA测量中的可能出现的误差的其他条件下选择性地将算法改变为 LPR。
对于上面图7的示例性设备循环中的第二周期102，图11所示的动态改变HDA/ LPR处理200开始于202，其中处理器22使得DAC32和激励电路3 在204中向辅助电极 El提供正弦激励信号，并且利用A/D转换器沈在206中通过感应电路34b测量在工作电极 E3处感应出的电流信号。处理器22执行DFT以在208中识别电流谐波Ip I2和I3并且随 后在210中执行一个或更多个测试以确定是否可以执行HDA腐蚀测量。特别的，在212中 作出关于量(2*/,/;-")是否为正的确定。如果为否012中为“否”)，则HDA类型测量 被视为不可行，这是因为被测试量(2*///3-/22 )的平方根出现在上述等式(1)的分母位 置。处理200继续至图11中的230，在230中处理系统22获取默认值或用户提供的B值 Busek并在232中在上述UR腐蚀电流等式(3)中使用这个值以便在电流周期102中计算 Ιωκκ，之后在240中结束该循环。然而，如果第一被测试量(2* I1* I3-I22 )为正012中的“是”)，则处理200前进 至214，在214中作出关于电解液电阻Rs与极性化电阻Rp相比较的相对大小的确定，以便 确定谐波是否被准确地测量，其中高Rs趋向于线性化导致低谐波水平的单元响应。在所描 述的实施例中，在214中将量(Rs/(Rs+Rp))与阈值相比较，在一个示例中阈值诸如是大约 0. 1，并且如果小于阈值014中为“否”)，则处理器22决定怀疑HDA并在前进至216之前 在215中设定标记。可选的，在215中设定标记之后处理可前进至230来切换至UR操作。 如果214中的测试没有指示高的Rs (214中为“是”)，则处理前进至216、218中的第三测试， 处理系统22在216中利用测量出的电流谐波Ip I2和I3通过评估上述等式(1)和(2)计 算Ie。Km 和B_并且低通滤波计算出的B值BmKM。所描述的示例中的计算出的B值B_ 经过数字低通滤波(例如，移动平均数或由处理器22执行的其他低通类型的数字滤波)，并 且去除任何短期波动和无效的读�。纱嗽诓饬砍龅男巢ň哂蟹浅５偷恼穹那樾蜗吕┱� 了设备灵敏度。随后在218中作出关于计算出的B值Bhakm是否处在最小值Bmin和最大值Bmax之间 的特定假定的有效范围之内，诸如一个示例中的大约10-60mV之间(例如，或对于水的电化 学已知可行的其他范围)。值得注意的是，诸如移动平均数或其他数字滤波器的对于计算出 的B值Bhaem的示例性低通滤波有利地操作以去除任何短期波动和偶尔反常的读�。纱死� 用滤波后或平滑后的计算出的B值可提高关于低振幅谐波状态下的设备灵敏度。在一个示 例中，滤波后的值Bhaem被计算为(I-XKB-mid+X-BH^^)，其中在一个实施方式中X大约为 0.05。如果Bhaem没有处在测试范围内018中为“否”)，则怀疑HDA技术，并且如上所述处 理200前进至230和232。否则(218中为“是”)，处理系统22在220中利用HDA技术通过 使用计算出的B值Bhaem评估上述等式C3)来计算腐蚀电流。腐蚀设备2的再一特征在于，使用计算出的B值BmKM(例如，优选地低通滤波后) 替代预定的用户B值Bussi执行UR类型测量的能力。在一个实施例中，处理系统根据上述 等式(2)在每个设备循环中基于由感应电路感应出的电流信号的谐波计算B值，并且基于 Bhaem利用等式(3)计算腐蚀相关值。此外，用户可利用用户B值Busek配置用于UR测量的 设备2，该用户8值~·可通过任何适当的手段来获�。钊缃醋圆馐杂呕萑�(coupon)、 电阻探针或墙壁厚度测量的加权损失数据与LHU卖取相关联，其中计算出的B值Bhakm可由 用户或与设备2连接的DCS来监控。在这个方面，计算出的B值Bhakm中观察到的变化可指示处理控制/监控方面的处理电解液组成变化或其他感兴趣的处理事件。另外参考图12，设备2的另一特征在于，正弦波HDA/UR激励信号的调节以补偿 电极8的差异。在这个方面，在具有相同电极8的理想单元中，在正弦波激励的整个循环过 程中在电极之间不会流过净dc电流，在这种情形下，工作电极E3的电化学不会被干扰。然 而，假设为不相同的电极8，则目标是确保当设备2不应用激励时，通过工作电极E3的电流 为零。由于电极8处在驱动器放大器UlOA的反馈回路中，从辅助电极El流向工作电极E3 的电流将会导致参考和工作电极E2和E3之间的电势与所应用的激励的电势相同。在图12的示例中，处理系统22在2M中将模拟开关切换至由图4的表70中的ECN 测量所表示的状态。由此配置，没有激励地在256中测量参考电极E2处的电压信号，并将 其保存以备HDA测量过程中用作激励偏移，之后在258结束在线电极偏移测量。之后，通过 处理器22在沈0中将开关系统3 切换为图4的表70所示的HDA配置，并且在处理器22 的控制下利用通过DAC32向激励信号追加的偏移值在262中执行HDA测量。以这种方式， 设备2利用偏移在图7的第二测量周期102过程中执行HDA测量，以便补偿由于电极8的 差异所导致的任何误差。通过在执行HDA之前测量电解偏移并且向所应用的正弦波追加测 量出的偏移，在HDA测量过程中可有效地去除由电极差异所导致的任何电流，由此设备补 偿电极E1-E3之间的物理差异，由此提高了 HDA腐蚀速率结果的准确度和可靠性。图7所示的示例性设备循环的第三测量部分103使用了用于ECN类型测量没有外 部激励的自发噪声的检测，如上面图IA-图IE所示例的。在一个实施方式中，系统2测量感 应出的电流(和/或电压)，利用高通或带通滤波器25滤波感应出的电流(和/或电压)， 并基于滤波后的值计算统计参数，包括某些实施例中的均值、标准偏差(σ )、以及rms，并 从数据的统计‘矩(moment)’计算这些统计。当被使用时，在参考电极E2和电路地之间测 量电压或电势噪声，其中通过开关系统3 将辅助和工作电极El和E3有效地连接到虚拟 地。从完整的数据组(例如，在一段时间内测量出的电压和电流的许多采样)计算出统计矩 自身，但是这样的方法涉及处理器22的大量计算开销和高内存使用。在优选的实施例中， 可使用‘运行矩(running moment) ’方法而需要非常少的内存。在所描述的实施方式中，处 理器22执行数字滤波并计算电流和电压两者或仅是电流的噪声数据的前两个统计矩，从 其计算出均值、标准偏差和rms的统计，并在在线电化学噪声(ECN)中使用它们。在设备2 中有利地使用ECN以计算噪声指数或局部腐蚀指数值27，其中在设备2中计算任何形式的 这样的局部腐蚀指数27，其指示在给定的电解液中电极8对于局部腐蚀侵袭的倾向。在一 个实施例中，通过上述方式去除低频分量，计算标准偏差，并随后缩放标准偏差ο来计算 无维度的局部腐蚀值27，当超出特定水平时，无维度的局部腐蚀值27表示在给定安装中发 生局部腐蚀侵袭的可能性。经由工作电极E3在设备2中采样电流噪声并且计算加权平均值或运行矩，电流噪 声统计被用于计算局部腐蚀值27。此外，在一个实施例中，利用探针接口 30的电压感应电 路和至A/D26的第二输入通道同样地测量电压(电势)噪声。在一个优选实施方式中，设 备2在获取局部腐蚀值27中计算标准偏差σ中使用运行矩计算，由此系统2不必保存大 量的数据并且减少在每个设备循环中所需的运算量。在一个实施方式中，对于每个A/D采 样计算噪声统计作为运行矩并且重复处理直到获得特定数目的采样“η”，诸如一个示例中 为1000。在这种情形下，通过处理系统22将两个矩变量Ml和Μ2初始化为零，并将变量η设定为1。处理器22随后将开关系统设定为ECN配置，并在运行运算中包括采样后的电流 和电压测量以在每个采样时刻更新矩值。当xn是当前的电流采样值且η是当前采样数目 (例如，在这个示例中η处在从1到1000的范围内)时，下面的等式提供了对矩的更新d = (xn-Ml)M2 = M2+(l/n)*(d2(l-(l/n)_M2))Ml = Ml+(d/n)此外，在这个实施方式中，对于与电流采样同时获取的电压采样作出相似的运算， 其中处理系统22还计算电压噪声的移动矩值Ml和M2。此外，优选地，还对于执行时间和内 存使用优化上述计算，诸如通过预先计算每个流程的共同因数(l-1/n)，其中对于每个采样 循环以上述指定的顺序完成M2和Ml的计算直到对于电流和电压读取都达到预定数目的读 取(例如，η = 1000或300)。之后，以如下方式计算电流统计均值=Ml电流标准偏差σ i = (M2)"2。处理器22对于电压噪声相似地计算似然统计并随后以如下方式计算电流腐蚀噪
^za Icorrnoise *Icorrnoise = ( (Bhaem 或 Busek) * σ J / (In (10) * σ ν)在另一可能的实施例中，处理器22基于采样的电流信号的标准偏差ο计算局部 腐蚀指数值27，其中标准偏差σ是基于运行矩计算的。在这个实施方式中，不必感应出电 压信号，并且对于局部腐蚀测量不必计算对应的电压噪声统计，由此降低了处理器22的运 算和内存存储开销。在这个方法中，对于测量出的电流噪声(没有激励)计算矩Ml和Μ2。系统2还可在ECN测量过程中通过将辅助电极和工作电极El和Ε3连接到探针接 口系统30的虚拟地来有效地缩短它们。在一个实施例中，处理系统如图4的表70的ECN 表项所示选择性地重新配置开关部件U13-U16，由此如图3Α所示，在第三测量周期103中的 ECN测量过程中，辅助电极El通过电阻肪4和R58和通过开关U14的“0”状态连接到提供 虚拟地的放大器UlOA的反向输入，并且工作电极Ε3通过电阻R56连接到U9A的反向输入 处的虚拟地，同时处理器22执行上述测量和计算。一个实施例中的系统2可操作作为单机数据获取及存储设备，其可经由4_20mA控 制回路11回路供电或是经由图2B所示的电池13电池供电，其中电池13可通过太阳能板或 其他装置充电。在这个方面，处理系统22在一系列设备循环中的每一个循环中以如上所述 的方式计算诸如Rs、腐蚀速率、局部腐蚀指数等腐蚀相关值，并且在非易失性存储器M (图 2B)中保存计算出的值以备用户经由通信设备或利用USB (或微型SD)接口 17的后续使用。 可通过控制回路11或通过其他有线或无线手段由用户通信设备(未示出)访问设备2以 允许累积的腐蚀数据的下载，例如利用HART或其他适当的通信协议。此外，设备2还可操 作来保存一天或更多天等值的计算出的腐蚀相关值，诸如所述实施例中的长设备循环时间 内的5天等值数据。在这个方面，对于缩短的循环时间，可保存更多的数据，诸如几个月或 甚至几年的等值数据。这个特征对于设备2远离于分布式控制系统的远程应用是有利的， 可以电池或太阳能供电下独立地操作以一次获取几天的腐蚀信息，并且随后在几分钟内从 设备2读取这些数据并由此将其保存在外部用户通信设备当中，以便传递到电子表格或另 一系统来进一步评估，其中在某些实施方式中电池11可通过与设备2相连接的太阳能板进行充电。 上述示例仅是描述了本发明的各个方面的几个可能的实施例，其中本领域技术人 员在阅读并理解这篇说明书及其所附的附图之后可以作出等同的变化和/或修改。特别 的，关于上述元件(组件、设备、系统、电路等)执行的各种功能，描述这些元件所使用的术 语对于任何元件都是对应的，除非是另外说明，诸如硬件、软件或它们的组合，它们都执行 所描述的部件的指定功能(即，功能上是等效的)，尽管结构上不等同于在本发明的所描述 的实施方式中执行功能的公开结构。此外，尽管仅对于几种实施方式中的一个实施方式公 开了本发明的特定特征，当对于任何给定的或特定的应用而言期望的和有利的则可将这样 的特征与其他实施方式中的一个或更多个其他特征相组合。此外，在某种程度上，在具体实 施方式和/或权利要求书中使用了术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“有”或它们的变 化，这些术语都与术语“包含”相类似的方式表示包括。
权利要求
1.一种腐蚀测量系统，用于测量或监控暴露于电解液的结构的局部腐蚀，所述系统包括探针接口系统，具有信号调节电路，所述探针接口系统与位于电解液中的多个测量电 极相接口，所述信号调节电路包括可操作地经由至少一个电极感应腐蚀相关信号的感应电 路；滤波器，可操作地从感应出的腐蚀相关信号中去除低频分量； 处理系统，可操作地至少部分地基于滤波后的腐蚀相关电信号来计算指示结构上的局 部腐蚀的存在的标准偏差值。
2.根据权利要求1所述的腐蚀测量系统，其中，所述处理系统进一步可操作地缩放所述标准偏差以提供局部腐蚀值。
3.根据权利要求2所述的腐蚀测量系统，其中，所述滤波器从所述感应出的腐蚀相关信号中去除约0. 05Hz或更小的低频分量。
4.根据权利要求3所述的腐蚀测量系统，进一步包括模数转换器，可操作地耦合以便从探针接口接收所感应出的腐蚀相关电信号并且生成 所感应出的腐蚀相关信号的数字表达。
5.根据权利要求4所述的腐蚀测量系统，其中， 滤波器是在处理系统中实现的数字滤波器。
6.根据权利要求5所述的腐蚀测量系统，其中， 滤波器是高通滤波器或带通滤波器。
7.根据权利要求2所述的腐蚀测量系统，进一步包括模数转换器，可操作地耦合以便从探针接口接收所感应出的腐蚀相关电信号并且生成 所感应出的腐蚀相关信号的数字表达。
8.根据权利要求2所述的腐蚀测量系统，其中， 滤波器是在处理系统中实现的数字滤波器。
9.根据权利要求2所述的腐蚀测量系统，其中， 滤波器是高通滤波器或带通滤波器。
10.根据权利要求1所述的腐蚀测量系统，其中，所述探针接口进一步包括 激励电路，可操作地经由电极中的第一电极向电解液提供激励信号；和开关系统，具有与激励电路和感应电路相耦合的多个模拟开关元件，所述开关元件根 据对应的控制信号来操作以便选择性地在多个不同配置下互连激励和感应电路的电路元 件与电极。
11.根据权利要求1所述的腐蚀测量系统，其中，所述滤波器从感应出的腐蚀相关信号中去除约0. 05Hz或更小的低频分量。
12.根据权利要求1所述的腐蚀测量系统，进一步包括模数转换器，可操作地耦合以便从探针接口接收所感应出的腐蚀相关电信号并且生成 所感应出的腐蚀相关信号的数字表达。
13.根据权利要求1所述的腐蚀测量系统，其中， 滤波器是在处理系统中实现的数字滤波器。
14.根据权利要求1所述的腐蚀测量系统，其中，滤波器是高通滤波器或带通滤波器。
15.根据权利要求1所述的腐蚀测量系统，其中，所述系统实现为现场设备，所述系统进一步包括非易失性存储器，所述系统在一系列 设备循环的每个循环中被操作，以便至少部分地基于计算出的标准偏差值计算局部腐蚀值 并将所述局部腐蚀值保存在非易失性存储器中以备用户后续取回。
16.根据权利要求15所述的腐蚀测量系统，其中， 所述现场设备是由电池供电的。
17.根据权利要求15所述的腐蚀测量系统，其中， 所述现场设备是由4-20mA回路供电的。
18.—种测量或监控暴露于电解液的结构的局部腐蚀的方法，所述方法包括 感应系统中的ECN信号；滤波感应出的ECN信号以去除低频分量来生成滤波后的ECN信号； 计算滤波后的ECN信号的标准偏差；以及 缩放标准偏差以提供局部腐蚀值。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括 保存局部腐蚀值以备用户后续取回。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，利用高通滤波器或带通滤波器滤波感应出的ECN信号。
全文摘要
提出了用于测量或监控局部腐蚀的方法的系统和方法，其中，感应电化学噪声(ECN)信号并通过高通或带通滤波器滤波该电化学噪声(ECN)信号，以便去除与局部腐蚀不相关的低频分量，并且计算及缩放滤波后的信号的标准偏差以提供局部腐蚀值。
文档编号G01R27/08GK102132162SQ200980125746
公开日2011年7月20日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年7月2日
发明者卡雷尔·赫拉德基, 罗尔夫·韦塞尔斯 申请人:倍加福公司
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