局部的な腐食による電気化学的ノイズの測定器
局部的な腐食を測定または監視するためのシステムおよび方法が示される。低周波成分電気化学的ノイズ（ＥＣＮ）信号が感知され、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタによってフィルタリングされ、局部的な腐食に関連しない部分が取り除かれる。また、フィルタリングされた信号の標準偏差が計算され、局部的な腐食値を供給するようにスケーリングされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００８年７月２日に出願された、名称「局部的な腐食による電気化学的ノイズの測定器」である米国予備特許出願第６１／０７７５５１号の優先権および利益を主張し、その全文が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、２００６年７月１３日に出願された、名称「改良されたＬＰＦ、ＨＤＡおよびＥＣＮ能力を有する腐食測定の野外装置」である特許文献１、２００６年７月１３日に出願された、名称「改良された信号測定および励起回路を有する自己較正的腐食測定の野外装置」である特許文献２、２００６年７月１３日に出願された、名称「構造化可能な腐食測定の野外装置」である特許文献３、２００６年７月１２日に出願された、名称「本質的に安全な腐食測定および履歴記録の野外装置」である特許文献４に関し、それらの全文が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
本開示は、概して腐食測定に属し、より詳細には、局部的な腐食を検出する電気化学的ノイズ測定のシステムおよび方法に属する。
【背景技術】
【０００４】
電気化学的ノイズ（ＥＣＮ）は、孔空き腐食、隙間腐食、応力腐食割れなどの局部的な腐食現象を検出する技術である。ＥＣＮ方法は腐食電極の自由腐食電位の変動（電位ノイズ）の測定、または名目上同一の腐食電極の組の間の結合電流およびその変動（電流ノイズ）の測定を伴う。したがって、測定された変動の統計的特性が解析されて、試験電極に発生する局部的な腐食の程度の定性的な測定を提供する。一般に、記録されたノイズ信号の標準偏差、歪みまたは尖度などの統計的パラメータが計算され、経験的な公式において用いられて単一パラメータを導出し、それは試験電極の局部的な腐食攻撃への傾向を示す局部的な腐食の指標または孔空きの要因とみなされる。他の方法は、周波数領域における電気化学的なノイズ変動を解析すること、および、局部的な腐食の指標としてのスペクトル密度グラフのロールオフスロープなどのパラメータを用いることを伴う。しかしながら、従来のいかなる方法も、監視されるシステムまたはプラントの操作者に局部的な腐食攻撃が存在するかどうか明らかな指標を与えるために、実際に十分信頼できるものではないことが判明している。それよりむしろ、このパラメータの特定の振る舞いが局部的な腐食が発生しつつある旨を示すものであるかどうかを評価するために、記録された局部的な腐食パラメータの時間変化を解釈するためには、ある程度の専門知識が必要となる。したがって、改良された局部的な腐食の測定システムおよび技術への要求がいまだにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７２８２９２８号明細書
【特許文献２】米国特許第７２６５５５９号明細書
【特許文献３】米国特許第７２３９１５６号明細書
【特許文献４】米国特許第７２４５１３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示の基本的な理解を容易にするために、本開示の様々な特徴が概要で述べられ、この概要は本開示の広範囲な概観ではなく、本開示のある要素を特定することもその範囲を詳述することも意図しない。それよりむしろ、本開示の主要な目的は、以下に示されるより詳細な説明にさきがけて簡潔な形式で本開示のいくつかの概念を示すことである。本開示は、局部的な腐食現象をより良好に定量化するために現場または実験室状態において用いられることができる腐食測定システムおよび技術に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の１つまたは複数の特徴に従って、電解質に晒された構造体の局部的な腐食を測定または監視する腐食測定システムが提供される。システムは、測定電極とインターフェイスして腐食関連信号を感知するための信号処理回路および感知回路を有する、プローブインターフェイスを含む。システムはまた、感知された腐食関連信号から低周波成分を取り除くフィルタ、ならびに、フィルタリングされた腐食信号に少なくとも部分的に応じて標準偏差の値を計算する処理システムを含む。処理システムはしたがって、局部的な腐食攻撃の重大さを定量化するための０から１までの値を有する局部的な腐食値を提供するために標準偏差をスケーリングすることができる。ある実施形態では、フィルタは感知された腐食関連信号から約０．０５Ｈｚ以下の低周波成分を取り除くハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタである。フィルタリングは、感知された腐食関連信号と、サンプルストリームの少なくともいくらかの低周波成分を取り除くためにデジタルハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタに提供されるサンプリングされた値とのデジタル表現を提供するアナログ−デジタル変換装置を用いてデジタル形式で行われることができる。システムのＥＣＮ信号を感知することと、感知されたＥＣＮ信号を低周波成分を取り除くようにフィルタリングして、フィルタリングされたＥＣＮ信号を生成することと、フィルタリングされたＥＣＮ信号の標準偏差を計算することと、局部的な腐食指標値を提供するように標準偏差をスケーリングすることと、を含む、局部的な腐食を測定または監視する方法が提供される。本方法のある実施形態では、ユーザによる後の検索のために局部的な腐食値を記憶することを含む。
【０００８】
以下の詳細な説明および図面は、詳細な本開示のいくつかの実例となる実施例を説明し、それらは、本開示の様々な原則が実行されうるいくつかの例示的な方法を示す。図示された例は、しかしながら、本開示の多くの可能な実施形態を網羅するものではない。以下の図面と共に考慮されるとき、本開示の他の目的、利点および新しい特徴が、本開示の以下の詳細な説明において説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本開示の１つ以上の特徴による、例示的な局部的な腐食測定システムを示した簡易概略図である。
【図１Ｂ】本開示のさらなる特徴による、電解質に晒される構造体の局部的な腐食を測定または監視する例示的な方法を示したフロー図である。
【図１Ｃ】局部的な腐食がほとんどまたは全くなく、したがって、低周波ノイズも高周波ノイズも全くない、例示的な状態における時間の間に感知されたＥＣＮ値を示すグラフである。
【図１Ｄ】局部的な腐食がほとんどまたは全くなく、著しい量の低周波ノイズが測定されるがより高い周波数のノイズはない、例示的な状態における時間の間に感知されたＥＣＮ値を示すグラフである。
【図１Ｅ】局部的な腐食が発生しつつあり、より高い周波数のノイズが明らかである、例示的な状態における時間の間に感知されたＥＣＮ値を示すグラフである。
【図２Ａ】本開示の１つ以上の特徴による、関連するプローブと電極とを備えたループまたは電池式の送信器を含む、例示的な腐食測定装置を示す斜視図である。
【図２Ｂ】デジタルシステム、ループインターフェイス、およびプローブインターフェイスを含む、図２Ａの送信器のさらなる詳細を示す概略図である。
【図３Ａ】プロセッサに制御される励起回路と、感知回路と、様々な異なる腐食測定のための装置のプログラム的な再構成のためのアナログスイッチングシステムとを含む、図２Ａおよび図２Ｂの例示的な送信器におけるプローブインターフェイスシステムおよびデジタルシステムの部分を示す概略図である。
【図３Ｂ】絶縁変圧器と２ステージ本質的安全バリアを含む、図２Ａおよび図２Ｂの例示的な送信器のループインターフェイスシステムにおける絶縁回路のさらなる詳細を示す概略図である。
【図４】図２Ａ〜図３Ｂの装置における、ＳＲＭ、ＨＤＡ、ＬＰＲ、電池オフセット電圧、およびＥＣＮ測定のためのいくつかの例示的なスイッチングシステム配置を示す表である。
【図５】電極が腐食測定のために輸送または貯蔵された電解質に晒された状態で、パイプまたは貯蔵構造体に設置された測定装置のプローブおよび電極を概略的に示す部分断面側面立面図である。
【図６】図５の装置における電極の１つおよび測定される電解質と同等な回路を示す簡易概略図である。
【図７】電極抵抗測定のための例示的な実質的にＤＣフリーの２００Ｈｚ双極矩形波と、ＨＤＡおよびＬＰＲ測定および励起のないＥＣＮ部分のための０．１Ｈｚ正弦波を含む、図２Ａ〜図６の装置の完全な測定周期において、測定される電極に励起回路によって印加される例示的な励起波形を示すグラフである。
【図８】電解質抵抗測定のための装置において使用される実質的にＤＣフリーの双極矩形波励起信号をさらに示すグラフである。
【図９Ａ】図２Ａ〜図６の装置において動的な励起振幅調整を用いる電解質（溶液）抵抗測定（ＳＲＭ）のための例示的な動作を示すフロー図である。
【図９Ｂ】図２Ａ〜図６の装置における動的な振幅調整の間の異なる励起波形振幅における、双極矩形波励起電圧および測定された平均電流をプロットした、電圧および電流を示すグラフである。
【図９Ｃ】図２Ａ〜図６の装置における動的な振幅調整の間の異なる励起波形振幅における、双極矩形波励起電圧および測定された平均電流をプロットした、電圧および電流を示すグラフである。
【図９Ｄ】図２Ａ〜図６の装置における動的な振幅調整の間の異なる励起波形振幅における、双極矩形波励起電圧および測定された平均電流をプロットした、電圧および電流を示すグラフである。
【図１０Ａ】約２００Ｈｚで印加された例示的な双極矩形波電圧励起信号と、約０．３秒の低いサンプル期間を用いた２つの例示的な非同期Ａ／Ｄコンバータサンプルとのプロットを示すグラフである。
【図１０Ｂ】図１０Ａにおける２つの例示的なサンプル時間における励起電圧および感知された電流プロットを示すグラフである。
【図１０Ｃ】図２Ａ〜図６の装置におけるオンライン電流増幅器オフセット測定のための例示的な操作を示すフロー図である。
【図１１】図２Ａ〜図６の装置における計算されたＢ値の妥当性テストを含む、ＨＤＡまたはＬＰＲ測定のための動的なアルゴリズム変化のための装置の操作を示すフロー図である。
【図１２】図２Ａ〜図６の装置におけるＨＤＡ腐食測定のための例示的なオフセット測定および励起信号調整を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の各図、いくつかの実施形態、または実施例の参照が、図面と共に以下で記載され、本開示を通じて同じ参照符号は同じ要素を参照するように用いられる。様々な特徴およびプロットは原寸に比例して描かれるとは限らない。本開示は、腐食測定を提供し１つ以上の進化したタイプの腐食測定を用いて監視を行い、リアルタイムの腐食監視および／またはオフラインの腐食データ記録に、伝導性、全体の腐食、および／または局部的な腐食値を提供するための、プログラム可能な低電力腐食測定の野外装置に関する。それは標準の４〜２０ｍＡの制御ループまたは他の通信手段によって接続される分散した制御システムによって用いられることができ、または記憶された腐食データをユーザ通信装置、ＵＳＢメモリスティック、マイクロＳＤカードなどにダウンロードする能力を有するスタンドアローンな装置として動作してもよい。
【００１１】
はじめに図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、本開示の１つ以上の特徴による、例示的な局部的な腐食を測定するシステム２が図１Ａに概略的に示される。システム２は以下の図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、単独の野外装置として実装されてもよく、または別々に収納されたプローブインターフェイスとデジタルシステムとを備えた分散形態で実装されてもよい。図１Ａに示されるように、システム２は、電解質内に位置する複数の測定電極８とインターフェイスする信号調整回路３４を有するプローブインターフェイスシステム３０を含み、信号調整回路３４は、プローブ６と結合された複数の電極８のうち少なくとも１つを介して、腐食関連電圧および／または電流信号を感知する感知回路３４ｂを有する。一実施形態ではデジタル処理システム２０が提供され、それは、プローブインターフェイス３０からアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２６を介してデジタル形式で得られる感知された腐食関連信号から低周波成分を取り除くための、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタ２５を実装するプロセッサ２２を有する。
【００１２】
一実施形態では、システム２は一般に、図１Ｂに示された例示的な局部的な腐食測定または監視の過程３００と共に操作される。過程３００は３０２で電気化学的ノイズ（ＥＣＮ）値、例えば励起が電解質に全く印加されない場合の２つの電極８の間の電流または電位などを感知することを含む。３０４では、感知された信号の低周波成分が、アナログまたはデジタルフィルタリングなどによって取り除かれ、３０６では標準偏差の値σが、フィルタリングされた信号値に少なくとも部分的に基づいて計算される。処理システム２０は、関心のある構造体に局部的な腐食があるかないかの指標となる標準偏差の値σを、Ａ／Ｄコンバータ２６５からのフィルタリングされた腐食関連信号サンプルに少なくとも部分的に従って、計算する。そして３０８で、標準偏差σを、局部的な腐食値（ＬＣＶ）２７を供給するようにスケーリングし、ＬＣＶ２７はメモリ２４に記憶することができる。一実施形態では、フィルタ２５は、ハイパスフィルタであれバンドパスフィルタであれ、感知された腐食関連信号から約０．０５Ｈｚ以下の低周波成分を取り除くデジタルフィルタである。一例におけるフィルタリングされたサンプルはプロセッサ２２によってｎステージのデジタルフィルタ、例えばハイパスカットオフ周波数が約０．０４〜０．０６Ｈｚ、好ましくは０．０５Ｈｚの１５ステージのデジタルフィルタなどに、供給される。一実施形態では、Ａ／Ｄコンバータ２６は、１秒のサンプリング周期で約５分間に３００のサンプルを取得するようなＥＣＮ測定周期で、制御される。プロセッサ２２はデジタルフィルタ関数２５を用い、一例では（（Σ（ｘ−平均値）２）／Ｎ）１／２である任意の適切な公式またはアルゴリズムによって標準偏差の値σを計算し、ここでＮはサンプルの数であり、「平均値」はサンプルの平均値である。例示的な一実施形態では、標準偏差σは以下でさらに詳細に述べるランニングモーメント計算Ｍ２（σ＝Ｍ２の平方根）を用いて計算される。
【００１３】
プロセッサ２２はしたがって、０から１の範囲で局部的な腐食値２７を提供するように、３０８で標準偏差σをスケーリングする。一実施形態では、標準偏差の値σは感知回路３４ｂおよびＡ／Ｄコンバータ２６の入力測定範囲によってスケーリングされる。例えば、偏差σは、局部的な腐食が全くない場合および局部的な腐食が大きい場合の経験的な測定値を用いて、測定されたＥＣＮ電流に対応するＡ／Ｄカウント値における入力測定値の２つの境界を画定するように、電流ノイズ測定範囲にスケーリングされることができる。標準偏差σはしたがって、３０８で局部的な腐食値２７を導き出すように、一実施形態においてこの測定範囲によってスケーリングされる。該局部的な腐食値２７は０と１の間を含む値からなる。スケーリング範囲を確定するために用いられる値を超えて局部的な腐食が大きい別の環境を説明するために、任意のスケーリングされた計算値が１を超えた場合はそれが１に設定される。可能な実施形態においては、スケーリング範囲は回路のダイナミックレンジによって与えられ、適切であることを実験的な試験によって検証されてもよい。
【００１４】
図１Ｃ〜図１Ｅをまた参照すると、発明者は、ハイパスまたはバンドパスデジタルフィルタを用いて電気化学（電位または電流）ノイズ信号をフィルタリングすることが、実質的に一般の腐食効果と関係ない、より高い周波数成分を用いて局部的な腐食の測定を改良することを有利に容易にすると、評価している。この点において、発明者は、局部的な腐食ノイズが低い周波数成分を含むと信じられる幅広い周波数スペクトルを有しながらも、ノイズ信号の一般の腐食成分が０．０５Ｈｚ以上の周波数成分を含まないことと、ハイパスまたはバンドパスフィルタ２５を用いることが、関心のある局部的な腐食過程の信号から一般の腐食過程の信号を有利に分離することを、認識している。フィルタ出力の標準偏差σはより高い周波数ノイズの振幅の測定を提供し、したがって、局部的な腐食作用の量に直接関連する。この量を０から１のスケールにスケーリングすることは、局部的な腐食攻撃の測定を単純に、そして容易に理解できるようにする。図１Ｃは、飲料水中のチタン電極において、ほとんどあるいは全く局部的な腐食がなく低周波ノイズが全くない状態の時間で、感知されたＥＣＮ電圧値３５２を（６２５ｍＶの中央オフセットを印加した後のｍＶ単位で）示すグラフ３５０を示す。図１Ｄのグラフ３６０は、ほとんどあるいは全く局部的な腐食がない、３％ＮａＣｌ中の炭素鋼における異なる状態の時間で、感知されたＥＣＮ値の曲線３６２を示す。そこでは著しい量の低周波ノイズが存在するが、観測される高周波ノイズは相対的に少ない。電極はこの場合には、信号レベルの著しい変化を伴って一般の一様な腐食攻撃を受けるが、変動は相対的に遅い。この状態では、曲線３６２のフィルタリングされていない信号の標準偏差に基づいて局部的な腐食計算を行うことは、誤って高い局部的な腐食値を導くおそれがある。というのは、局部的な腐食の発生が、あったとしてもわずかだからである。図１Ｅは、酸性化された３％ＮａＣｌ溶液中のアルミニウムのための感知されたＥＣＮ値の曲線３７２を示すグラフ３７０を提供する。電極はこの場合には局部的な孔食を受け、ノイズ信号の低周波成分と高周波成分の両方が存在する。
【００１５】
例示的なシステム２はハイパスまたはバンドパスフィルタ２５を用いて、高周波ＥＣＮ変動（局部的な腐食攻撃を示す）をより遅い変動（局部的な腐食攻撃を示さない）から分離して、局部的な腐食指標または値２７を生成する際にフィルタリングされた信号の標準偏差σを計算する。標準偏差の値σは、一実施形態では、０から１の範囲の無単位値として指標値２７を提供するように入力信号範囲によって偏差σをスケーリングすることによって、局部的な腐食指標パラメータ２７を計算するために用いられる。発明者は、低周波成分を初期に取り除くことによって、フィルタリングされた信号値を用いて標準偏差σを計算することが、局部的な腐食に関する図１Ｄおよび図１Ｅに示された場合の間の差別化を容易にして、これら２つの場合において異なる局部的な腐食値を導くことを評価している。生の（フィルタリングされていない）感知された信号の標準偏差を計算し、その信号のＲＭＳによる偏差をスケーリングするという技法などである、従来のすべての方法および局部的な腐食指標の計算アルゴリズムは、フィルタ２５を用いず、不正確に図１Ｄと図１Ｅの場合に同様の局部的な腐食指標値を導くことがある。
【００１６】
図示されたシステム２において、ＥＣＮ信号（例えば感知された電位または電流のいずれか）は感知回路３４ｂによって検知されて増幅され、生じるアナログ信号は処理システム２０のアナログ−デジタルコンバータ２６を用いてデジタル化される。
【００１７】
デジタルハイパスまたはバンドパスフィルタ２５を用いてデジタルサンプルが処理され、ある時間の間のフィルタ出力の標準偏差σがプロセッサ２２によって計算される。一実施形態では、カットオフ周波数が０．０５Ｈｚの、１５ステージの有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタなどのハイパスデジタルフィルタ２５が用いられ、１秒につき１サンプルというサンプリングレートで以下の例示的なフィルタリング係数を用いる。
ａ［０］＝−０．０４６９５６、
ａ［１］＝−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、および、
ａ［１４］＝−０．０４６９５６。
【００１８】
任意のデジタル長の、他の適切なハイパスまたはバンドパスフィルタが用いられてよく、またはアナログ設計のフィルタが用いられてもよい。ある実施形態ではさらに、システムは、現在の局部的な腐食値２７を計算する際に用いるための所与の数のＥＣＮサンプルを選ぶために、一連の装置サイクルにおいて動作可能である。現在の局部的な腐食値２７、例えば、約５分の期間にわたって１秒間隔で採られた、３１５個の感知されたＥＣＮ電位または電流サンプルは、以下のユーザの検索のために記憶される。そのうち最初の１５個のサンプルは破棄され、残りの３００個のサンプルは標準偏差の計算に用いられる。低周波電気化学的ノイズ成分がフィルタリングされて破棄されるため、フィルタのカットオフ周波数期間の約１０倍を超えるノイズ信号をサンプリングする場合には実際の利点がない。それゆえＥＣＮ測定は、フィルタが用いられない場合に必要である時間よりも著しく短い時間の間に実行されることができる。
【００１９】
いくつかの実装例では、標準偏差σはプロセッサ２２において実装される「平均値を走らせる（ｒｕｎｎｉｎｇ ｍｅａｎ）」アルゴリズムを用いてリアルタイムで計算されることができ、それによってシステム２における中間データの記憶の量を軽減することができる。
【００２０】
容易に理解される局部的な腐食指標パラメータをエンドユーザに供給するために、計算された標準偏差を０（局部的な腐食がまったくない）から１（深刻な局部的な腐食がある）までの範囲にスケーリングすることが有利である。用いられる電子回路の感度およびプローブ電極の表面積に応じて、多数のスケーリング要因および関係が用いられてもよい。
【００２１】
例えば、測定範囲が下限の３×１０−９Ａ／ｃｍ２から３×１０−６Ａ／ｃｍ２まで広がる電流ノイズ測定の一実装例では、局部的な腐食指標値２７は
局部的な腐食指標値＝ｌｏｇ１０（標準偏差）／３−ｌｏｇ１０（３×１０−９）／３
と計算されてよく、ここで第２項は回路の感度およびプローブ電極８の表面積によって決定される定数であり、この第２項は所与のシステムに応じて調整されることができる。
【００２２】
図２Ａおよび図２Ｂをまた参照すると、システムの一実施形態が、４〜２０ｍＡループを介して給電されるループ、または電池式であってもよい図２Ａの野外腐食測定装置２の形態で示される。システム２は以下に述べるプロセッサベースの電子回路を収納する送信器ヘッド４、ならびにプローブ６および３つの電極のセット８を含み、電極のセット８は好ましくは、装置２が腐食監視／測定のために設置される金属構造体の材料に合致した材料でつくられ、電極８はパイプライン、貯蔵タンク、または関心のある他の構造体などの設置された構造体内に貯蔵または輸送された溶液、または電解質の固体、気体、または液体内に浸漬されるか埋め込まれる。典型的な設置では、プローブ６は、中の腐食過程に晒されるようにパイプまたは流体チャンバの内部に延びる電極と共に、関心のある構造体に取り付けられる。送信器ハウジング４およびプローブ６は環境を保護する材料で構成されており、例えば、腐食速度、局部的な腐食指標（腐食の局部化の程度）、および／または電解質抵抗（コンダクタンス）のための過程変数を生成するためのオンラインの腐食監視のために、または、電池式の電子試験片としてのスタンドアローンな設備のために、野外の用途において装置２の使用を可能にする。局部的なまたはその他の腐食データは、通信、装置、ＵＳＢメモリスティック、マイクロＳＤカードまたは他の適切な手段を介してユーザによってアップロードされることが可能である。例示的なシステム２は、さらに、線形分極抵抗（ＬＰＲ）や溶液抵抗（またはコンダクタンス）ＲＳの測定、加えて上記の電気化学的ノイズ（ＥＣＮ）の測定を含む、多数の異なる腐食関連の測定を、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７２８２９２８号明細書、第７２６５５５９号明細書、第７２３９１５６号明細書、および第７２４５１３２号明細書に記載された他の測定技術を用いて、行うことができる。
【００２３】
図２Ｂはさらに、ループインターフェイス１０を含む送信器４の例示的な電子機器を示す。ループインターフェイス１０は、ガルバニック絶縁および本質的安全（ＩＳ）バリア回路１２と電源システム１４とを有し、システム２の一実施形態では回路１２を介して、標準４〜２０ｍＡの制御ループ１１とインターフェイスし、電源システム１４は、制御ループ１１または代替として電池１３、ソーラーパネル（図示せず）または他の電源のいずれかからの電流に由来する内部装置電力を供給する。ループインターフェイス１０はさらに、デジタルシステム２０のプロセッサ２２および制御ループ１１と動作的に結合される、通信インターフェイス１６を含む。制御ループ１１は、プロセッサ２２がＨＡＲＴまたは他の通信プロトコルを用いて外部通信装置（図示せず）と通信することを可能にする。外部通信装置によって、ユーザが装置２を構成またはプログラミングすることができ、および／または、計算されて格納された関連する腐食値を装置２０から検索することができる。例示的なループインターフェイス１０は、さらに、ループ１１の電流を制御するための専用のデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）１０からなり、ＤＡＣ１０は、プロセッサ２２がループの電流を制御して、測定された／計算された可変な過程（例えば、腐食速度、局部的な腐食指標、コンダクタンスなどに対応する４〜２０ｍＡのループ電流レベル）を示すことを可能にする。例示的なループインターフェイス１０はまた、ＦＳＫまたはループ電流の他のタイプの変調に、ＨＡＲＴなどの適切なプロトコルに従って、ループ１１または他の有線または無線の通信手段を介してデジタル通信を行うことを提供する。
【００２４】
他の実施形態では、システム２は４〜２０ｍＡループに接続しない電池電源のために設計された野外装置であり、電源システム１４は、電池１３からの電流を用いてのデジタルシステム２０およびプローブインターフェイス回路３０への給電のための電源調整および絶縁を提供する。システム２はさらに、関連するドライバ回路と共にＵＳＢポート１７を含み、該ドライバ回路はユーザがＵＳＢメモリスティックまたは他のＵＳＢ装置をインストールすることを可能にし、そのメモリスティックまたは他のＵＳＢデバイスに、保存された腐食測定データ（例えば局部的な腐食値２７）をシステム２がダウンロードする。このことは、システム２が低電力モードで作動することを可能にし、デバイス２は、プログラミング可能なスケジュールに従った測定モードにおいてプログラミング可能な動作のためのリアルタイムの時計を有し、システム２は、１つ以上の腐食測定（例えば、ＥＣＮを含む局部化された腐食測定）を、例えば１時間に１回、あるいは一日に数回などで、行う。したがって、ユーザは装置２を訪れて、通信装置を接続するかＵＳＢメモリスティックを挿入し、システム２によって収集された、記憶された測定データを得ることが可能である。他の実施形態では、ユニット２はデータのアップロードのためのマイクロＳＤカードインターフェイスを含んでもよい。
【００２５】
デジタルシステム２０は処理システム２２を含み、処理システム２２はマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、プログラミング可能な論理回路などの、任意の形態の処理回路であってよく、それによって、本明細書で記載された様々な機能が達成されうる。デジタルシステム２０は１つ以上の形態のメモリ２４、特に、フラッシュ、ＦＲＡＭなどの不揮発性メモリを含み、さらに、アナログ−デジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）２６を含んでよく、Ａ／Ｄ２６および／またはメモリ２４は別々の構成要素または回路であってもよく、プロセッサ２２に一体化されてもよい。
【００２６】
例示的なプローブインターフェイスシステム３０は、測定されるべき電解質内に位置する複数の測定電極８とインターフェイスする信号調整回路３４を含み、ある測定タイプのための少なくとも１つの電極８に該信号調整回路３４によって印加される励起信号を生成するためのＤＡＣ３２を同様に含む。励起回路３４ａはＤＡＣ３２の出力に基づく励起信号を第１の電極Ｅ１（補助電極）を介して電解質へと供給し、回路３４ｂは１つ以上の腐食関連電気信号、例えば電圧、電流などを、他の電極Ｅ２および／またはＥ３の一方または両方を介して感知する。本明細書では、第２の電極Ｅ２は電解質において電圧信号を感知するために用いられる参照電極と呼ばれ、残りの電極Ｅ３は作用電極と呼ばれる。複数のアナログスイッチング構成要素を有するスイッチングシステム３４ｃは、励起回路３４ａおよび感知回路３４ｂの様々な構成要素と、複数の異なる配置の電極８との、プロセッサに制御された再構成を可能にする。
【００２７】
図３Ａ、図３Ｂ、および図４はプローブインターフェイスシステム３０およびデジタルシステム２０のさらなる詳細を示し、それらは励起回路３４ａ、感知回路３４ｂ、および図３ＡのＵ１３〜Ｕ１６で示された４つのアナログスイッチング装置からなるスイッチングシステム３４ｃを含む。アナログスイッチＵ１３〜Ｕ１６のそれぞれは、図では「０」状態と「１」状態として示される２つのスイッチング状態を有し、処理システム２２は各スイッチ３４ｃの状態を制御するように、対応するスイッチング制御信号ＣＳ１３〜ＣＳ１６を供給する。アナログスイッチＵ１３〜Ｕ１６は、さらに、スイッチング端子がいずれかの極端子から切断されたチップ選択入力（図示せず）によって制御される第３の動作状態を有してもよい。したがって、多くの異なる腐食測定装置において腐食測定装置２を再構成するように、励起回路３４ａおよび感知回路３４ｂの構成要素をプロセッサに制御されて相互接続するために、スイッチＵ１３〜Ｕ１６が結合される。図４は装置２における、ＳＲＭ、ＨＤＡ、ＬＰＲ、電池オフセット電圧、およびＥＣＮの測定操作のためのスイッチ設定または状態を表す表７０を示す。例示的な装置２は、図４の測定モードの任意の単独の一方において作動するようにユーザによってプログラミングされてもよく、一連の装置サイクルのそれぞれにおいて、挙げられた測定タイプのうち２つ以上の任意の組み合わせにおける測定を行ってもよい。それによって、システム２は容易に、任意の腐食測定または監視用途に対応するように構成される。
【００２８】
プロセッサ２２は各測定機関の間、励起回路３４ａ、第１の（補助）電極Ｅ１、およびスイッチングシステム３４ｃを介して電池に適切な励起を供給するように励起ＤＡＣ４３を制御し、また、感知回路３４ｂ、スイッチ３４ｃ、および参照電極Ｅ２および作用電極Ｅ３をそれぞれ介して対応する電池電圧および／または電流の測定値を得るように測定Ａ／Ｄ２６を作動させる。電極結合は抵抗器Ｒ４９〜Ｒ５１を用いてプローブ６を通って形成され、フィルタリングネットワークＲ５４〜Ｒ５６、Ｃ５６、Ｃ５７、およびＣ５８は励起回路３４ａおよび感知回路３４ｂへの接続を形成する。以下に記載する計画では、装置２は装置Ｕ１３〜Ｕ１６の制御されたスイッチングを介して各装置サイクルにおいて一連の測定を行う。図示された装置２において、さらに、あるタイプの選択可能な測定（例えばＳＲＭ、ＨＤＡ、およびＬＰＲ）が励起信号の印加を含む一方、他のもの（例えばＥＣＮ）が含まず、全体の腐食がＨＤＡまたはＬＰＲの測定タイプを用いて計算され、電解質抵抗またはコンダクタンスがＳＲＭ技法を用いて計算され、ＥＣＮ測定が局部的な腐食指標値を計算するのに用いられる。励起信号（ある場合は）は、スイッチＵ１３の「０」状態経路から直接つながる第１の増幅器（例えばオペアンプ）Ｕ１２Ａを用いる第１の極性か、スイッチ１３の「１」状態からインバータとして構成された増幅器Ｕ１２ｂを介した反対の第２の極性のいずれかにおいて、スイッチＵ１６の「０」状態経路と抵抗器Ｒ６１から対応する出力電流を補助電極Ｅ１に供給するドライバ増幅器Ｕ１０Ａによって、ＤＡＣ３２により供給される電圧信号として補助電極Ｅ１に印加される。これらの構成は、さらに、電極が励起回路３４ａのドライバ増幅器３４ａのフィードバックループにあり、それによって、補助電極Ｅ１および作用電極Ｅ３の間を流れる電流が、参照電極Ｅ２と作用電極Ｅ３の間の電位を印加された励起信号電圧と同じにする。ある作動構成では、さらに、励起信号は全く印加されず、感知回路３４ｂによってＥ２とＥ３を介して感知された電圧信号を処理システム２２がサンプリングする間、スイッチングシステムが補助電極Ｅ１を励起回路３４ａから電気的に絶縁する。
【００２９】
任意の印加された励起電圧信号から得られる戻り電流は、例示的な３つの電極定電位測定構成において作用電極Ｅ３を介して流れる。抵抗器Ｒ５７、Ｒ６０およびＲ７２を介してＲ５６の両端の電圧に基づく出力を生成するように電流感知抵抗器Ｒ５６と共に電圧変換器への電流を形成する電流感知増幅器Ｕ９Ａを介して、感知回路３４ｂはこの戻り電流を感知する。感知回路３４ｂの電圧変換器へのこの電流は、ＨＤＡおよびＥＣＮ測定における電流を感知するために用いられ、また、極性抵抗ＬＰＲを測定する際に同期整流器と組み合わせて用いられる。
【００３０】
電圧変換増幅器Ｕ９ＡはスイッチＵ１５の「０」および「１」の状態に対してそれぞれ、増幅器Ｕ８Ａの反転入力または非反転入力のいずれかへの出力を供給し、Ｕ８Ａの出力は電流感知のために、Ａ／Ｄコンバータ２６への２つの入力の一方に供給される。電流感知極性スイッチＵ１５はしたがって、プロセッサ２２からの制御信号ＣＳ１５によってトグルスイッチングを行うように、ある測定のタイプのための整流器として作動する。この点では、励起極性スイッチＵ１３および電流感知極性スイッチＵ１５は（プロセッサ２２によって制御された制御信号ＣＳ１３およびＣＳ１５のスイッチングによって）同調して動作し、これらのアナログスイッチング構成要素は、電解質（溶液）抵抗ＲＳ（ＳＲＭモード）を測定するためのある実施形態において用いられる同期整流器を構成する。電流感知構成要素は、さらに、腐食測定装置２においてＨＤＡ、ＬＰＲ、およびＥＣＮ測定を実施する際に、作用電極Ｅ３から感知された電流の測定のために極性スイッチＵ１５のトグリングを行わずに、用いられる。感知回路３４ｂはさらに、高いインピーダンス経路Ｒ５９を介して参照電極Ｅ２における電圧を感知するように、Ａ／Ｄ２６の第２のアナログ入力を駆動する増幅器Ｕ７Ａに電圧感知機能を提供する。該電圧は、増幅器Ｕ５Ａを用いる参照電圧ＶＲＥＦ３１と比較される。
【００３１】
したがってＡ／Ｄ２６は、プロセッサ２２の制御下でアナログ電圧および電流値を獲得して変換し、そしてそれらの測定値のデジタル値をプロセッサ２２に提供する。Ａ／Ｄコンバータ２６は、さらに、例えば一実施形態においてはデルタ−シグマ変調器に基づいたコンバータなどの、任意の適切な変換装置であってよく、好ましくは相対的に遅い変換速度で作動する。例えば、示された実施形態におけるＡ／Ｄ２６は、ループまたは電池式の実装形態のための電源システム１４の電源割当量の範囲内にとどまるように、励起信号周波数より著しく少ないサンプリングレート、例えば毎秒約１０サンプリングより少ない、例えば一実施形態によれば０．３秒につき１回のサンプリングで、様々な感知された腐食関連信号の測定サンプルを獲得するように作動される。処理システム２２はしたがって、励起回路３４ａによって電解質に供給される励起信号を供給し、および、感知回路３４ｂから受信された測定値に基づいて複数の異なる腐食測定タイプを実行して少なくとも１つの腐食関連値を計算するようにスイッチング構成要素Ｕ１３〜Ｕ１６を選択的に再構成するためにスイッチングシステム３４ｃに制御信号ＣＳ１３〜ＣＳ１６を供給するように、プローブインターフェイスシステム３０と動作的に結合する。
【００３２】
図２Ａ〜図３Ｂに示されるように、例示的なシステム２は、４〜２０ｍＡループ１１と装置２の電極Ｅ１〜Ｅ３ならびに回路とのガルバニック絶縁を提供する絶縁および本質的安全（ＩＳ）バリア１２を含む。この実施形態では、ループ電流は、ヒューズＦ１、サージプロテクタＮ１および抵抗器Ｒ３を有する一次安全領域１２ａの入力ステージと、整流器１２ａ１とを通り、次いでインバータ１２ａ２を通り、それは絶縁変圧器Ｔ１への入力を供給する。変圧器Ｔ１の絶縁された出力は二次絶縁領域１２ｂへの入力を供給し、該領域は、電圧制限ツェナーＮ６〜Ｎ９と、トランジスタＰ５〜Ｐ８、抵抗器Ｒ１７、Ｒ２１、Ｒ２９〜Ｒ３０、Ｒ３４、Ｒ３５およびキャパシタＣ３４から形成される電流制限回路と、からなる電圧保護回路１２ｂ１を含む。この第１の本質的安全バリアステージ１２ｂの出力は、さらなる電圧制限ツェナーＮ１０〜Ｎ１５を含みそれによってループコントローラ回路１５によって見られる可能な電圧をさらに制限する、第２のＩＳバリアステージ１２ｃへの入力を供給する。装置２のＩＳ保護はまた、電極Ｅ１〜Ｅ３を保護するための１Ｋオームの保護抵抗器Ｒ５７〜Ｒ６１を提供する。動作において、測定された電解質および電極Ｅ１〜Ｅ３は一般的に接地接続に接続され、プローブインターフェイス回路３０の前の端部はまた、低いインピーダンスの経路を介して設置される。
【００３３】
また、図５〜図７を参照すると、動作時に、図５に記載のように、プローブ６は、パイプまたは他の金属構造体４０内を輸送中の電解質５０に含浸された電極８によって設置される。図６は図５の設備における電極の１つＥ１と測定される電解質のための等価電気的回路６０を示し、他の電極Ｅ２およびＥ３の電気的回路も図６に示された回路と同等である。電極／電解質回路６０は、電極Ｅ１と電解質５０の間の電気化学二層キャパシタンスＣｄｌと並列な内部電池電圧ＶＣと分極抵抗ＲＰの直列の組み合わせを含み、電解質５０はＳＲＭ測定の対象である抵抗ＲＳを有する。図７の励起信号グラフ１００に示されるように、送信装置２の一つの可能な構成の信号測定が、３つの測定期間１０１、１０２、１０３において実施され、一連の装置サイクルのそれぞれは代替としていかなる順番であってもよく、装置２は装置サイクルにつき１回のみの測定を行うようにプログラミングされてもよく、所与の装置サイクルにおいて２つ以上の測定タイプの任意の組み合わせを行うようプログラミングされてもよい。この構成において、ＳＲＭ測定が進行して最初に溶液抵抗値ＲＳを供給し、それはＬＰＲまたはＨＤＡ測定において腐食速度を決定する際に、分極抵抗ＲＰの計算における任意の誤りを訂正するように用いられ、これらの抵抗ＲＳおよびＲＰは図６において本質的に直列になっている。
【００３４】
図７に示された例示的な構成の第一の測定フェーズ１０１において、同期整流器が、さらに下に記載されたオフセット測定のために期間１００ａにおいてまず動作し、その次にＡＣ励起信号の振幅が期間１００ｂにおいて動的に調整される。その後に、相対的に高周波のＡＣ励起信号が溶液抵抗／コンダクタンス測定のために部分１０１において印加され、その次に間隙１００ｃがあり、同一でない電極８によって生成された不均衡によるオフセットが測定される。第１のフェーズ１０１において、さらに、装置２は、作用電極インターフェイスの分極を避けるように平均でゼロ（実質的にＤＣオフセットがない）のＡＣ波形を印加するのが有利である。さらに、例示的な装置２において、ＤＡＣ３２およびプロセッサ２２は（電力保存のために）低速度で動作し、ＳＲＭの間のＤＡＣ出力は所与のＤＣレベルに設定され、出力の極性はＳＲＭ測定のための双極方形波励起信号を生成するようにスイッチングシステム３４ｃを用いてスイッチングされる。フェーズ１０１においてＳＲＭ測定によって生成される、ありうる小さいＤＣ電池電流の効果を最小にするために、フェーズ１０１の継続時間は可能な限り短く設定され、間隙の期間１００ｃはＳＲＭ測定の後、およびフェーズ１０２のＬＰＲ測定の前に分極を全く供給されず、それによって作用電極インターフェイスを脱分極させる。
【００３５】
第１のフェーズ１０１において、電解質（溶液）抵抗ＲＳ（したがって電解質コンダクタンス１／ＲＳ）が高周波方形波励起を用いて測定される。第２の部分１０２において、装置２は低周波正弦波励起電圧を印加し、電流と、ＬＰＲおよび／またはＨＤＡ技術を用いた腐食速度を決定するための関連する高調波とを測定する。第３の部分１０３においては、励起が全く印加されず、装置は局部的な腐食指標値２７を決定するためにＥＣＮ測定を用いて電気化学的ノイズを測定する。
【００３６】
装置サイクルの第１の部分１０１の間、プロセッサ２２はスイッチングシステム３４ｃに、図４の表７０のＳＲＭの行に示されるスイッチＵ１３〜Ｕ１６を構成させ、ここでＵ１４およびＵ１６は「１」スイッチ状態であり、Ｕ１３およびＵ１５と共に動作する同期整流器は処理システム２２の制御下で同期的にトグルされ、約５００Ｈｚ未満、好ましくは約１００〜２００Ｈｚの方形波励起／電流感知整流器周波数を供給する。図７のグラフ１００は第１の測定期間１０１における約２００Ｈｚの周波数での動作を示す。相対的に高い周波数（例えば約５０Ｈｚより上）を印加すると、キャパシタンスＣｄｌによって上の区画を効果的に短絡することが、図６の等価回路に示される。作用電極Ｅ３を介して感知された、結果としてのＡＣ電流は電解質抵抗ＲＳに反比例する。他の波形、例えば正弦波、方形波などがＳＲＭ測定のために用いられることもある。期間１０１において示されたＳＲＭ測定は、作用電極Ｅ３において感知された電池電流の感知回路３４ｂおよびＡ／Ｄ２６による測定と共に、補助電極Ｅ１における方形波励起電圧の供給を含む。ＤＡＣ３２（図３Ａ）はプロセッサ２２によって制御されるレベルにおいてＤＣ出力信号を供給し、Ｕ１３のスイッチングが、制御信号ＣＳ１３を介したプロセッサ２２によって制御された励起周波数において印加された励起電圧の極性を交代させる。作用電極Ｅ３における、結果としての感知された電池電流は励起周波数における方形波でもある。プロセッサ２２はまた、信号ＣＳ１５を介して電流感知極性スイッチＵ１５を同一の周波数でトグルするように動作させ、それによって、感知されたＡＣ電流信号は、Ａ／Ｄコンバータ２６に整流された入力信号を与えるように整流される。電力を保存するために、プロセッサ２２は一層低い周波数、例えば一実施形態では約３．３ＨｚでＡ／Ｄコンバータ２６のサンプリングを制御する。プロセッサ２２２はしたがって、感知された電流の多くの測定値を獲得し、平均の感知された電流を計算するようにそれらの測定値を平均し、そしてそれは、電解質抵抗ＲＳを計算するように用いられる。
【００３７】
また、図８を参照すると、同期整流器の動作は、電池における腐食を悪化させないように、外部電極Ｅ１への実質的にＤＣがない励起信号の供給を可能にする。Ｕ１５を介して感知された電流信号の整流は、Ａ／Ｄコンバータ２６が低いサンプリングレートで動作して電力を保存することを可能にし、十分なサンプルを採ることは、処理システム２２が正確な平均電流値を得ることを可能にし、そのような整流がない場合は、平均電流値はゼロかゼロに近くなるだろう。この点において、補助電極へのＤＣ電圧の印加が、測定される腐食処理の電気化学性を変化させ、したがって、任意の後続の腐食速度測定の妨げとなりうることが留意される。加えて、電流感知回路の整流は、そのようなＤＣ成分を平均値がゼロのＡＣ成分に本質的に裁断することによって、同一でない電極８に起因する感知された電流におけるいかなるＤＣも効果的に取り除く。さらに同期整流器は、スイッチング周波数以外の周波数における干渉を拒絶するようにも動作する。図８はＤＡＣ３２および同期整流器の動作による第１の測定期間１０１の間に印加された、およそ＋／−２０ｍＶの振幅を有する、１つの可能な実質的にＤＣがない方形波励起信号波形を示す。図３ＡのＤＡＣ３２は、補助電極Ｅ１において励起波形を生成するようにスイッチＵ１３のトグリングによってスイッチングされた極性である、実質的に一定のＤＣ値を供給する。装置２はしたがって、第１の測定期間１０１において、非侵入型のＤＣのない方形波励起信号を有利に供給し、ＤＣおよびノイズの拒絶と共にループまたは電池電源の限られた割当量においてＳＲＭ測定を行う際に、感知された電流のゆっくりとしたサンプリングを可能とする同期整流器を提供する。
【００３８】
また、図９Ａ〜図９Ｄを参照すると、システム２のある実施形態は、所定の時間期間における、または各ＳＲＭ測定期間１０１の始まりにおける、ＳＲＭ測定における方形波励起信号の大きさまたは振幅を調整するように動作可能である。このことは、Ａ／Ｄコンバータ２２の入力範囲の使用を改善することを容易にし、測定された電流サンプルにおける、そして計算された平均電流値における正確さを改善することを容易にし、したがって改善された電解質抵抗（またはコンダクタンス）測定を容易にする。図９Ａの過程１２０はこの例示的な動作を示し、ＳＲＭサイクル１０１が１２２で始まり、相対的に高周波の方形波励起信号が１２４で、第１の（例えば低い）頂点間振幅で補助電極Ｅ１に供給される。一例では、方形波周波数は約２００Ｈｚであるが、しかしながら他の値を用いてもよく、好ましくは約５００Ｈｚ以下である。図９Ｂ〜図９Ｄはグラフ１４０、１４４、１５０、１５４、１６０、１６４を示し、それらは、図９Ａの過程１２０による異なった励起波形振幅に関する、方形波励起電圧および対応する測定された平均電流である電圧および電流のプロットを示す。図９Ｂの第１のプロット１４０において、約２００Ｈｚの方形波が、相対的に低い第１の振幅１４２に印加される。平均の電流が過程１２０の１２６において、例えば、上記のような同期整流器操作を用いるか、平均電流値を測定する他の適切な技術を用いて、測定される。このようにして得られた平均電流値が所定の閾値ＴＨを上回るかどうかの決定が１２８で行われ、Ａ／Ｄ入力範囲の適切な使用に関する判断を行うことが可能な任意の適切な閾値が用いられてよい。一例では、閾値はＡ／Ｄ入力範囲のおよそ半分に関するが、他の値も用いられてよい。
【００３９】
測定された電流が閾値ＴＨを上回らなかった場合は（１２８のＮＯ）、図９Ｂの電流プロット１４４に示されるように、励起信号振幅が１３０で増加し（例えば、処理システム２２の制御の下でＤＡＣ３２の出力を増加させることによって）、図９Ａの過程１２０は再び１２６で平均電流を測定する。この状態は図９Ｃのプロット１５０および１５４に示され、新しい励起信号振幅１５２は図９Ｂの初期振幅１４２よりも大きい。１２８で新しい平均電流は閾値ＴＨと比較され、図９Ｃのプロット１５４に示されるように、この電流はなおも閾値ＴＨより下にある。したがって、１３０で図９Ａのプロセス１２０は、図９Ｄの励起電圧プロット１６０に示されるレベル１６２へと再び励起振幅を増加させる。図９Ｄのプロット１６４に示されるように、この点において、最新の励起振幅１６２は閾値ＴＨよりも大きい（図９Ａの１２８でＹＥＳ）、結果として感知された平均電流を提供する。図９Ａの過程１２０は１３２へと続き、そこでは電解質抵抗ＲＳが最新の励起電圧振幅値を用いて計算され、期間１０１のＳＲＭ過程は１３４で終了する。このように、腐食測定装置２はＡ／Ｄ変換範囲の全範囲を利用するように構成され、処理システム２２は知られている最新の励起電圧振幅を最新の測定されたおよび計算された平均電流値と１３２で関連させ、電解質抵抗ＲＳおよび／または電解質コンダクタンスを計算する。励起振幅のこの適応的な調整は有効なＡ／Ｄ解像度の適切な使用を容易にし、正確さを犠牲にすることなく、非常に低いまたは非常に高い電解質伝導性を有する用途のための装置２の構成を提供する。
【００４０】
また、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照すると、装置２はまた、計算された腐食関連値の正確さをさらに改良するための電流増幅器オフセットのための較正を提供する。この点において、非同期Ａ／Ｄサンプリングと共に上記の同期整流器を使用することは、図１０Ａおよび図１０Ｂに示された方形波の各サイクルの間、測定された電流およびＡ／Ｄコンバータ２６への入力がわずかに増加するという状況につながることがある。図１０Ａのプロット１７０は、約０．３秒という長いＡ／Ｄサンプリング周期を用いて、時間Ｔ１とＴ２にそれぞれ得られた２つの例示的な非同期Ａ／ＤコンバータサンプルＳ１とＳ２と共に、ＳＲＭ測定において用いられた２００Ｈｚの方形波電圧励起信号を示す。図１０Ｂのグラフ１７２および１７４はそれぞれ、励起電圧および感知された電流プロットの、図１０Ａの２つの例示的なサンプリング時間Ｔ１とＴ２における例示的な部分の詳細をさらに示す。２つの電流サンプルは励起周期の中の異なる時点でサンプリングされたものであるので、第１の電流サンプルＳ１は第２のサンプルＳ２よりも幾分か低いことが見てとれる。これらの不正確さに加えて、電流信号を感知するために用いられるオペアンプＵ８ＡおよびＵ９Ａにおけるオフセットが、ＲＳ、腐食速度、および／または局部化された腐食の計算における正確さを減少させることにつながることがある。さらなる不正確さが、整流器の反転通路と非反転通路の間のＤＣオフセット差、電池ドライバ増幅器Ｕ１０Ａの有限な速さ、プローブ入力の抵抗器およびキャパシタから生じる。
【００４１】
これらの不正確さを低減させるために、装置２はオンライン電流増幅器のオフセット測定を提供し、例示的な過程１８０が図１０Ｃに示される。それは１８２で始まり、同期整流器構成要素Ｕ１３およびＵ１５がプロセッサ２２によってトグリングされる間に測定された電流増幅器オフセットに基づいて、装置２がオンラインオフセット値を自動的に決定する。１８４では、プロセッサ２２がＤＡＣ３２の励起信号をゼロに設定させ、信号ＣＳ１３およびＣＳ１５を介してそれぞれ同期整流器構成要素Ｕ１３およびＵ１５のトグリングを始める。１８４の印加された励起電圧がない状態で、整流器構成要素は信号ＣＳ１３およびＣＳ１５を介して、上記のＳＲＭ測定に通常用いられるのと同じ速度でスイッチングされる（例えば、実装例では約２００Ｈｚ）。プロセッサ２２は、１８８でＡ／Ｄ２６を用いて感知された電流信号の多数のサンプルを獲得し、１９０で平均電流値を計算する。それはしたがって、上記のＳＲＭ測定におけるオフセットとしての後の使用のために記憶され、１９２でオンライン電流増幅器のオフセット測定は終了する。その後、期間１０１におけるＳＲＭ測定の間、プロセッサ２２は電解質抵抗値ＲＳを計算する前に、記憶されたオフセットを用いて電流測定値を訂正し、増幅器Ｕ９ＡおよびＵ８Ａを含む電流感知回路におけるオフセットによる逆効果に対抗し、同期整流器の動作およびＡ／Ｄコンバータ２６の非同期サンプリングに関するサンプリングの不正確さを補償する。
【００４２】
図３Ａ、図３Ｂ、図４、図７、および図１１を参照すると、システム２は改良されたＨＤＡおよび／またはＬＰＲ測定タイプも提供し、図４は図３ＡのＵ１３〜Ｕ１６のスイッチ状態に応じたそれらのモードに対するスイッチングシステム構成を示す。システム２はしたがって、ＬＰＲまたはＨＤＡ技術を用いて全体の腐食速度ＩＣＯＲＲを計算するように構成される。基本的なＬＰＲ測定は、典型的にはデフォルトのまたはユーザが入力したＢ値を用い、ＨＤＡの方法はＢ値および、測定された電流高調波に同時に基づく腐食速度の計算を含む。システム２は測定された電流高調波および電解質抵抗を用いるオンラインの妥当性テストの結果に基づいて、これらの技法（ＨＤＡまたはＬＰＲ）の一方または他方を選択的に用いる。
【００４３】
図７の第２の例示的な測定部分１０２は、この部分１０２において印加された励起を示し、そこでは電流高調波のＬＰＲまたはＨＤＡタイプの測定のための補助電極Ｅ１を介して、低周波正弦波励起電圧が電池に印加される。この測定タイプにおいて、正弦曲線信号は約０．０５Ｈｚ以上、例えば約０．１〜０．２Ｈｚの励起周波数であり、図７の例は約０．１Ｈｚの励起周波数を用いる。ある実施形態における処理システム２２は、第２の期間１０２における、１０サイクル以上、好ましくは２０サイクルの感知された正弦波電流信号を用いる高調波歪み解析またはＬＰＲに基づいて腐食関連値を計算する。図７の第２の期間１０２は、低周波正弦波励起が、様々な周波数領域成分を有する得られた感知された電流信号を発生させる。周波数領域成分は、プロセッサ２２の腐食関連値計算のために用いられる励起周波数および第２および第３の高調波成分において基本成分を含む。この高調波情報は感知された電流信号をサンプリングしてそれをＡ／Ｄ２６によってデジタルデータに変換することによって得られる。処理システム２２は離散型フーリエ変換（ＤＦＴ）を行い、感知された電流のための周波数領域スペクトルを生成する。ＤＦＴ周波数領域スペクトルから、基本波および様々な高調波の振幅が得られ、高調波測定データは腐食速度の計算において用いられる。ＤＦＴは正弦波励起電圧生成に合わせて計算されてもよく、正弦波励起電圧は処理システム２２またはメモリ２４（図２Ｂ）におけるメモリルックアップテーブルからＤＡＣ３２（図３Ａ）によって一連の小さいステップとして生成され、同じルックアップテーブルはＤＦＴ計算のために用いられる。この点において、例示的なテーブルはテーブルのサイズを小さく保ち、かつ２、３および４で割り切れるようにするために、１サイクルにつき９６個のステップを用いる。ＤＡＣ３２の出力は好ましくは抵抗分割器Ｒ５２、Ｒ５３を用いて最小のシングルビットステップのサイズを減少させるようにスケーリングされる。Ｒ５２およびＲ５３の値は好ましくは電池オフセットの最大の可能な範囲を含めるように選択されることができ、それはシングルビットステップのサイズを最小にし、演算システム２２は電池オフセットおよび／または必要な擾乱振幅が有効範囲を超えないことを確実にすることができる。さらに、電池電流の正弦波出力におけるステップの変化の効果がＡ／Ｄ２６による電池電流感知／測定に先駆けて行き渡ることを可能にするように、シーケンスの遅延が提供されてもよい。
【００４４】
例示的な処理システム２２は、測定期間１０２において得られた高調波データを用いて、各装置サイクルにおいて以下の方程式（１）〜（３）を解き、腐食電流Ｉｃｏｒｒを計算し、そこから腐食速度が以下のように定まる。
（１）Ｉｃｏｒｒｈａｒｍ＝Ｉ１２／（（４８）１／２＊（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）１／２）
（２）ＢＨＡＲＭ＝（Ｉｃｏｒｒｈａｒｍ＊正弦波振幅）／Ｉ１）−（ＲＳ＊Ｉｃｏｒｒｈａｒｍ）
（３）Ｉｃｏｒｒ＝（（ＢＨＡＲＭ または ＢＵＳＥＲ）＊Ｉ１）／（（正弦波振幅−（ＲＳ＊Ｉ１））
ここに、Ｉ１は感知された電流の基本成分であり、Ｉ２およびＩ３はそれぞれ第２および第３の高調波成分であり、正弦波振幅は期間１０２において印加された正弦波励起電圧信号の振幅であり、Ｂはボルト単位の特定腐食プロセス値の印加である。腐食電流Ｉｃｏｒｒがひとたび計算されると、これに固有の電極サイズ、ファラデー定数、および材料の原子量に関する定数が乗算され、１年につきｍｍまたはミル単位の腐食速度を計算する。
【００４５】
また、図１１を参照すると、例示的な腐食測定装置のもう１つの特徴は、測定された電流高調波Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３に基づくＢ値ＢＨＡＲＭの計算と、計算されたＢＨＡＲＭ値および計算された電解質抵抗ＲＳに基づくＬＰＲまたはＨＤＡアルゴリズムの選択的な使用である。この実施形態において、ＨＤＡ測定および計算が可能であれば行われ、そしてＨＤＡの結果が所与の装置サイクルにおける１つまたは複数の妥当性テストに基づいて疑わしく思われる場合は、処理システム２２はＬＰＲタイプの測定に変化する。特に、装置２は、ＨＤＡ計算が保証されるかどうかを決定するように３つのタイプのテストのうち１つ以上を自動的に行い、高い電極抵抗状態において、またはＨＤＡ測定においてありえる不正確さを示す他の状態において、アルゴリズムを選択的にＬＰＲに変更する。
【００４６】
上記図７の例示的な装置サイクルにおける第２の期間１０２のための２０２において始まる、動的に変化するＨＤＡ／ＬＰＲ過程２００が図１１に示される。２０４において、プロセッサ２２がＤＡＣ３２および励起回路３４ａに、正弦波励起信号を補助電極Ｅ１へ提供させ、２０６において、Ａ／Ｄコンバータ２６を用いて、感知回路３４によって作用電極Ｅ３において感知された電流信号を測定する。２０８において、プロセッサ２２はＤＦＴを行い、電流高調波Ｉ１、Ｉ２、およびＩ３を同定し、そして２１０において１つ以上のテストを行い、ＨＤＡ腐食測定が妥当であるかどうかを確かめる。特に、２１２において、数（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）が正であるかについて決定が行われる。正でない場合（２１２のＮＯ）、ＨＤＡタイプの測定は妥当でないとみなされる。というのは、テストされる数（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）の平方根が上記方程式（１）の分母に現れるからである。過程２００は図１１において２３０に続き、そこでは処理システム２２はデフォルトの、またはユーザが提供したＢの値ＢＵＳＥＲを得て、２３２で上記ＬＰＲ腐食方程式（３）においてこれを用いて、電流期間１０２におけるＩＣＯＲＲを計算し、その後サイクルは２４０で終わる。
【００４７】
しかしながら、第１のテストされる数（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）が正であるとわかった場合（２１２のＹＥＳ）、過程２００は２１４に進み、分極抵抗ＲＰと比較された電極抵抗ＲＳの相対的なサイズに関する決定が行われ、高調波が正確に測定可能であるかどうかを決定する。ここで、ＲＳが高いと電池の反応が線形になり、高調波レベルを低く導く傾向がある。図示された実施形態では、数（ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＰ））が２１４において、一例では約０．１である閾値と比較され、閾値よりも小さい場合（２１４のＮＯ）、プロセッサ２２はＨＤＡが疑わしいと決定し、２１６に達する前に２１５でフラグを設定する。代替として、２１５でフラグが設定された後に、過程は２３０に進んでＬＰＲ操作への切り替えを行う。２１４におけるテストが高いＲＳを示さない場合（２１４のＹＥＳ）、２１８、２１８において過程は第３のテストに進み、処理システム２２は２１６で測定された電流高調波Ｉ１、Ｉ２、およびＩ３を用いて上記方程式（１）および（２）を解き、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭをローパスフィルタリングすることによってＩＣＯＲＲＨＡＲＭとＢＨＡＲＭを計算する。示された例において計算されたＢ値ＢＨＡＲＭはデジタル的にローパスフィルタリングされ（例えば、プロセッサ２２によって行われた移動平均または他のローパスタイプのデジタルフィルタリング）、任意の短期間の変動および無効な表示値を取り除き、それによって、測定された高調波が非常に低い振幅でありうる状態における装置の感度を向上させる。
【００４８】
そして、２１８において、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭが、最小値ＢＭＩＮと最大値ＢＭＡＸの間の特定の仮定された有効な範囲内、一例では約１０〜６０ｍＶ（例えばである。水性電気化学が実行可能であると知られている他の範囲でもよい）にあるかどうかの決定が行われる。計算されたＢ値ＢＨＡＲＭの例示的なローパスフィルタリング、例えば移動平均または他のデジタルフィルタリングは、有利には任意の短期間の変動および不定期の孤立した表示値を取り除くように動作して、それによって、フィルタリングされたまたは滑らかにされた計算されたＢ値を用いることによって、低い振幅の高調波状態に対する装置の感度が向上しうる。一例によれば、フィルタリングされた値ＢＨＡＲＭは（１−Ｘ）＊ＢＨＡＲＭ（ｎ−１）＋Ｘ＊ＢＨＡＲＭ（ｎ）として計算され、ここにＸは一実装例では約０．０５である。ＢＨＡＲＭがテスト範囲にない場合（２１８のＮＯ）、ＨＤＡ技術は疑わしく、過程２００は上記の２３０および２３２に進む。そうでない場合（２１８のＹＥＳ）、２２０で処理システム２２は、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭを用いて上記方程式（３）を計算することによってＨＤＡ技術を用いて腐食電流を計算する。
【００４９】
腐食装置２のさらにもう１つの特徴は、ＬＰＲタイプの測定を行う際に、事前に定義されたユーザＢ値ＢＵＳＥＲの代わりに計算されたＢ値ＢＨＡＲＭ（好ましくはローパスフィルタリングされた）を使用することが可能なことである。一実施形態では、処理システムは上記方程式（２）に基づいて各装置サイクルにおいて感知回路によって感知された電流信号の高調波に基づいてＢ値を計算し、ＢＨＡＲＭに基づいて方程式（３）を用いて腐食関連値を計算する。加えて、ユーザは、ＬＰＲ測定値と相関する、試験片、電気的抵抗プローブまたは壁圧測定からの質量損失データなどの任意の適切な手段によって得られることが可能な、ユーザＢ値ＢＵＳＥＲを用いるＬＰＲ測定のために装置２を構成してもよい。計算されたＢ値ＢＨＡＲＭは、ユーザまたは装置２が接続されるＤＣＳによって監視されてもよい。この点において、電解質成分の変化の過程においての、または過程制御／監視の大局から興味のある他の事象の過程においての観察される変化が、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭの変化を表してもよい。
【００５０】
また、図１２を参照すると、装置２のもう１つの特徴は電極８における相違を補償するための正弦波ＨＤＡ／ＬＰＲ励起信号の調整である。この点において、同一の電極８を有する理想的な電池においては、正弦波の励起の１サイクル全体の間に電極間に正味のＤＣ電流が全く流れず、その場合は、作用電極Ｅ３の電気化学は妨げられない。しかしながら、同一でない電極８を考えると、目標は、装置２に励起が全く印加されない場合に、作用電極Ｅ３を通る電流が確実にゼロとなることである。電極８がドライバ増幅器Ｕ１０Ａのフィードバックループ内にあるので、補助電極Ｅ１から作用電極Ｅ３へ流れる電流は、参照電極Ｅ２と作用電極Ｅ３の間の電位を印加された励起の電位と同一にする。
【００５１】
図１２の例において、処理システム２２は２５４でアナログスイッチを、図４の表７０におけるＥＣＮ測定のために示された状態に切り替える。このように構成され、参照電極Ｅ２における励起のない電圧信号が２５６で測定され、ＨＤＡ測定の間の励起オフセットとして用いるために記憶される。オンラインの電極オフセット測定は２５８で終了する。その後、２６０でスイッチングシステム３４ｃはプロセッサ２２によって、図４の表７０に示されたＨＤＡ構成にスイッチングされ、２６２で、オフセット値がプロセッサ２２の制御下でＤＡＣ３２によって励起信号に加えられた状態で、ＨＤＡ測定が行われる。このようにして、電極８の間の相違に起因する任意の不正確さを補償するように、装置２はオフセットを用いて図７の第２の測定機関１０２の間のＨＤＡ測定を行う。ＨＤＡが行われる前に電池オフセットを測定することと、印加された正弦波に測定されたオフセットを加えることとによって、電極の相違によって発生する任意の電流はＨＤＡ測定の間に効果的に取り除かれ、それによって装置は電極Ｅ１〜Ｅ３の間の物理的な相違を補償し、したがって、ＨＤＡ腐食速度の結果の正確さと信頼性を増加させる。
【００５２】
図７に示された例示的な装置サイクルの第３の測定部分１０３は、図１Ａ〜図１Ｅにおいて上記で例示したように、ＥＣＮタイプ測定のための外部励起が全くない自発的なノイズの検出に用いる。一実装例では、システム２は感知された電流（および／または電圧）を測定し、これらをハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタ２５を用いてフィルタリングし、フィルタリングされた値に基づいて、ある実施形態では平均値、標準偏差（σ）、およびｒｍｓを含む統計学的パラメータを計算し、データの統計学的「モーメント（ｍｏｍｅｎｔ）」からそれらの統計値を計算する。用いられる場合には、電圧または電位ノイズは参照電極Ｅ２と接地回路の間で測定され、補助電極Ｅ１および作用電極Ｅ３はスイッチングシステム３４ｃによって実質的な接地へ効果的に接続される。統計学的モーメント自体は完全なデータセット（例えば、ある時間の間に測定された多数の電圧および電流のサンプル）から計算されてもよいが、そのような方法はプロセッサ２２の計算オーバーヘッドが大きくなることと、多くのメモリを使うことを伴う。好ましい実施形態では、必要なメモリを大きく減らすように「ランニングモーメント（ｒｕｎｎｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ）」方式が用いられる。図示された実装例では、プロセッサ２２はデジタルフィタリングを行い、電流と電圧の両方、または電流のみの、ノイズデータの第１の２つの統計学的モーメントを計算し、そこから平均値、標準偏差、およびｒｍｓの統計値が計算され、オンライン電気化学的ノイズ（ＥＣＮ）測定において用いられる。ＥＣＮは有利には装置２において、ノイズ指標または局部的な腐食指標値２７を計算するために用いられるが、任意の形態のそのような局部的な腐食指標値２７が、所与の電解質における局部的な腐食攻撃への電極８の傾向を示す装置２において計算されてよい。一実施形態では、無次元の局部的な腐食値２７が、低周波数成分を取り除き、標準偏差を計算し、標準偏差σを上記のようにスケーリングすることによって計算され、それがあるレベルを超えた場合は、所与の設備において発生している局部的な腐食攻撃の可能性を示す。
【００５３】
作用電極Ｅ３を介して装置２において電流ノイズがサンプリングされ、重み付けされた平均またはランニングモーメントが計算され、電流ノイズ統計値を用いて局部的な腐食値２７が計算される。一実施形態では、さらに、電圧（電位）ノイズが同様に、プローブインターフェイス３０の電圧感知回路およびＡ／Ｄ２６への第２の入力チャネルを用いて測定されることができる。好ましい一実装例では、装置２は局部的な腐食値２７を導く際の標準偏差σを計算する際にランニングモーメント計算を用い、それによって、システム２は大量のデータを記憶する必要がなく、各装置サイクルにおける必要な計算の数が削減される。一実装例では、ノイズ統計値が各Ａ／Ｄサンプルにおけるランニングモーメントとして計算され、過程はある数の、一例では１０００のサンプル“ｎ”が得られるまで繰り返す。この場合には、２つのモーメント変数Ｍ１およびＭ２は処理システム２２によってゼロに初期化され、ｎに関する変数は１に設定される。プロセッサ２２はしたがって、スイッチングシステムをＥＣＮ構成に設定し、サンプリングされた電流および電圧の測定値はランニング計算に組み込まれ、各サンプリング時間においてモーメントの値を更新する。以下の式はモーメントの更新を提供し、ｘｎは現在の電流サンプルの値であり、ｎは現在のサンプルの数である（例えば、この例ではｎは１から１０００まで変動する）。
ｄ＝（ｘｎ−Ｍ１）
Ｍ２＝Ｍ２＋（１／ｎ）＊（ｄ２（１−（１／ｎ）−Ｍ２））
Ｍ１＝Ｍ１＋（ｄ／ｎ）
【００５４】
この実装例では、さらに、電流サンプルと同時に得られる電圧サンプルに対して同様の計算が行われ、処理システム２２は電圧ノイズに関する移動モーメント値Ｍ１およびＭ２も同様に計算する。さらに、例えば、各パスごとに（１−１／ｎ）のような共通係数を事前に計算することによって、上記計算は好ましくは実行時間およびメモリ使用の点で最適化される。所定の数の測定値（例えばｎ＝１０００または３００）が電流および電圧両方の測定値に関して得られるまで、Ｍ２およびＭ１の計算は各サンプルサイクルに関して上記のオーダーでなされる。その後に、電流統計値は以下のように計算されてよい。
平均値＝Ｍ１
電流標準偏差σｉ＝（Ｍ２）１／２
【００５５】
プロセッサ２２は同様に、電圧ノイズに関する同様の統計値を計算し、そして電流腐食ノイズＩｃｏｒｒｎｏｉｓｅを以下のように計算する。
Ｉｃｏｒｒｎｏｉｓｅ＝（（ＢＨＡＲＭ または ＢＵＳＥＲ）＊σｉ）／（ｌｎ（１０）＊σＶ）
【００５６】
可能なもう１つの実施形態によれば、プロセッサ２２はサンプリングされた電流信号の標準偏差σに基づいて局部的な腐食指標値２７を計算し、標準偏差σはランニングモーメント計算に基づいている。この実装例では、電圧信号は感知される必要がなく、対応する電圧ノイズ統計値は局部的な腐食測定に関して計算される必要がなく、それによってプロセッサ２２の計算およびメモリ記憶のオーバーヘッドを減少させる。この方法では、モーメントＭ１およびＭ２は測定された電流ノイズ（励起が全くない）に関して計算される。
【００５７】
システム２はまた、ＥＣＮ測定の間にプローブインターフェイスシステム３０の実質的な接地に補助電極Ｅ１および作用電極Ｅ３を接続することによって、これらの電極を効果的に短絡する。一実施形態では、図４のテーブル７０のＥＣＮ入力において示されるように、処理システムはスイッチング構成要素Ｕ１３〜Ｕ１６を選択的に再構成する。それによって、プロセッサ２２が上記測定および計算を行う間の第３の測定期間１０３におけるＥＣＮ測定の間に図３Ａに示されるように、補助電極Ｅ１は抵抗器Ｒ５４およびＲ５８を通り、実質的な接地を提供する増幅器Ｕ１０Ａの反転入力へのスイッチＵ１４の“０”状態を通って接続され、また、作用電極Ｅ３はＵ０９Ａの反転入力における実質的な接地への抵抗器Ｒ５６を介して接続される。
【００５８】
一実施形態のシステム２はスタンドアローンなデータ取得および記憶装置として動作可能であり、それは４〜２０ｍＡの制御ループ１１を介するループ電源式であってもよく、図２Ｂの電池１３を介した電池式であってもよい。電池１３はソーラーパネルまたは他の手段によって充電可能であってもよい。この点において、処理システム２２は、一連の装置周期のそれぞれにおいて、上記の例えばＲＳ、腐食速度、局部的な腐食指標などの腐食関連値を計算し、ユーザによる後の検索のために、通信装置を介してまたはＵＳＢ（またはマイクロＳＤ）インターフェイス１７を用いて不揮発メモリ２４（図２Ｂ）に計算された値を記憶する。装置２は、中心ループ１１を介してユーザの通信装置（図示せず）によって、または他の有線または無線手段によってアクセスされ、例えばＨＡＲＴまたは他の適切な通信プロトコルを用いて、蓄積された腐食データをダウンロードすることを可能にする。装置２は、さらに、１日以上分の、計算された腐食関連の値を記憶するために動作可能であり、例えば示された実施形態では長い装置サイクル時間において５日以上分のデータを記憶する。この点において、サイクル時間を短くすると、例えば数ヶ月分や数年分のデータといった、より多くのデータが記憶されることができる。この特徴は遠隔的な用途において有利であり、装置２が分散された制御システムから孤立してもよく、一回に数日の腐食情報を得るように電池またはソーラーパワーで独立して動作してもよい。そして、そのデータは数分の間に装置２から読み取られることができ、したがって、さらなる評価のためにスプレッドシートまたはもう１つのシステムに転送するために外部のユーザ通信装置において記憶される。電池１１はある実装例では装置２に接続されたソーラーパネルに変更されてもよい。
【００５９】
上記例は、本開示の様々な特徴の、単にいくつかの可能な実施形態を示したものであり、本明細書および添付の図面を読んで理解すれば、当業者には同等の変更および／または改良が思い浮かぶであろう。上記の構成要素（アセンブリ、装置、システム、回路など）によって果たされる様々な機能に特に関して、そのような構成要素を記述するために用いられる用語（「手段」への言及を含む）は、他に指示がない限り、本開示に示された実装例における機能を果たす開示された構造とたとえ構造的に同等でなかったとしても、上記構成要素の特定の機能を果たす（すなわち、機能的に同等である）、例えばハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせなどの任意の構成要素に相当するものと意図される。加えて、本開示の特定の特徴がいくつかの実装形態の１つにのみ関して開示されていたとしても、そのような特徴は、任意の所与のまたは特定の用途のために望ましく有利であるように、他の実装形態の１つ以上の他の特徴と組み合わされてよい。また、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ、ｈａｓ）」、「備える（ｗｉｔｈ）」またはその変形が発明の詳細な説明および／または特許請求の範囲で用いられる限りでは、これらの用語は用語「からなる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様に包括的であるものと意図される。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００８年７月２日に出願された、名称「局部的な腐食による電気化学的ノイズの測定器」である米国予備特許出願第６１／０７７５５１号の優先権および利益を主張し、その全文が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、２００６年７月１３日に出願された、名称「改良されたＬＰＦ、ＨＤＡおよびＥＣＮ能力を有する腐食測定の野外装置」である特許文献１、２００６年７月１３日に出願された、名称「改良された信号測定および励起回路を有する自己較正的腐食測定の野外装置」である特許文献２、２００６年７月１３日に出願された、名称「構造化可能な腐食測定の野外装置」である特許文献３、２００６年７月１２日に出願された、名称「本質的に安全な腐食測定および履歴記録の野外装置」である特許文献４に関し、それらの全文が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
本開示は、概して腐食測定に属し、より詳細には、局部的な腐食を検出する電気化学的ノイズ測定のシステムおよび方法に属する。
【背景技術】
【０００４】
電気化学的ノイズ（ＥＣＮ）は、孔空き腐食、隙間腐食、応力腐食割れなどの局部的な腐食現象を検出する技術である。ＥＣＮ方法は腐食電極の自由腐食電位の変動（電位ノイズ）の測定、または名目上同一の腐食電極の組の間の結合電流およびその変動（電流ノイズ）の測定を伴う。したがって、測定された変動の統計的特性が解析されて、試験電極に発生する局部的な腐食の程度の定性的な測定を提供する。一般に、記録されたノイズ信号の標準偏差、歪みまたは尖度などの統計的パラメータが計算され、経験的な公式において用いられて単一パラメータを導出し、それは試験電極の局部的な腐食攻撃への傾向を示す局部的な腐食の指標または孔空きの要因とみなされる。他の方法は、周波数領域における電気化学的なノイズ変動を解析すること、および、局部的な腐食の指標としてのスペクトル密度グラフのロールオフスロープなどのパラメータを用いることを伴う。しかしながら、従来のいかなる方法も、監視されるシステムまたはプラントの操作者に局部的な腐食攻撃が存在するかどうか明らかな指標を与えるために、実際に十分信頼できるものではないことが判明している。それよりむしろ、このパラメータの特定の振る舞いが局部的な腐食が発生しつつある旨を示すものであるかどうかを評価するために、記録された局部的な腐食パラメータの時間変化を解釈するためには、ある程度の専門知識が必要となる。したがって、改良された局部的な腐食の測定システムおよび技術への要求がいまだにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７２８２９２８号明細書
【特許文献２】米国特許第７２６５５５９号明細書
【特許文献３】米国特許第７２３９１５６号明細書
【特許文献４】米国特許第７２４５１３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示の基本的な理解を容易にするために、本開示の様々な特徴が概要で述べられ、この概要は本開示の広範囲な概観ではなく、本開示のある要素を特定することもその範囲を詳述することも意図しない。それよりむしろ、本開示の主要な目的は、以下に示されるより詳細な説明にさきがけて簡潔な形式で本開示のいくつかの概念を示すことである。本開示は、局部的な腐食現象をより良好に定量化するために現場または実験室状態において用いられることができる腐食測定システムおよび技術に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の１つまたは複数の特徴に従って、電解質に晒された構造体の局部的な腐食を測定または監視する腐食測定システムが提供される。システムは、測定電極とインターフェイスして腐食関連信号を感知するための信号処理回路および感知回路を有する、プローブインターフェイスを含む。システムはまた、感知された腐食関連信号から低周波成分を取り除くフィルタ、ならびに、フィルタリングされた腐食信号に少なくとも部分的に応じて標準偏差の値を計算する処理システムを含む。処理システムはしたがって、局部的な腐食攻撃の重大さを定量化するための０から１までの値を有する局部的な腐食値を提供するために標準偏差をスケーリングすることができる。ある実施形態では、フィルタは感知された腐食関連信号から約０．０５Ｈｚ以下の低周波成分を取り除くハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタである。フィルタリングは、感知された腐食関連信号と、サンプルストリームの少なくともいくらかの低周波成分を取り除くためにデジタルハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタに提供されるサンプリングされた値とのデジタル表現を提供するアナログ−デジタル変換装置を用いてデジタル形式で行われることができる。システムのＥＣＮ信号を感知することと、感知されたＥＣＮ信号を低周波成分を取り除くようにフィルタリングして、フィルタリングされたＥＣＮ信号を生成することと、フィルタリングされたＥＣＮ信号の標準偏差を計算することと、局部的な腐食指標値を提供するように標準偏差をスケーリングすることと、を含む、局部的な腐食を測定または監視する方法が提供される。本方法のある実施形態では、ユーザによる後の検索のために局部的な腐食値を記憶することを含む。
【０００８】
以下の詳細な説明および図面は、詳細な本開示のいくつかの実例となる実施例を説明し、それらは、本開示の様々な原則が実行されうるいくつかの例示的な方法を示す。図示された例は、しかしながら、本開示の多くの可能な実施形態を網羅するものではない。以下の図面と共に考慮されるとき、本開示の他の目的、利点および新しい特徴が、本開示の以下の詳細な説明において説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本開示の１つ以上の特徴による、例示的な局部的な腐食測定システムを示した簡易概略図である。
【図１Ｂ】本開示のさらなる特徴による、電解質に晒される構造体の局部的な腐食を測定または監視する例示的な方法を示したフロー図である。
【図１Ｃ】局部的な腐食がほとんどまたは全くなく、したがって、低周波ノイズも高周波ノイズも全くない、例示的な状態における時間の間に感知されたＥＣＮ値を示すグラフである。
【図１Ｄ】局部的な腐食がほとんどまたは全くなく、著しい量の低周波ノイズが測定されるがより高い周波数のノイズはない、例示的な状態における時間の間に感知されたＥＣＮ値を示すグラフである。
【図１Ｅ】局部的な腐食が発生しつつあり、より高い周波数のノイズが明らかである、例示的な状態における時間の間に感知されたＥＣＮ値を示すグラフである。
【図２Ａ】本開示の１つ以上の特徴による、関連するプローブと電極とを備えたループまたは電池式の送信器を含む、例示的な腐食測定装置を示す斜視図である。
【図２Ｂ】デジタルシステム、ループインターフェイス、およびプローブインターフェイスを含む、図２Ａの送信器のさらなる詳細を示す概略図である。
【図３Ａ】プロセッサに制御される励起回路と、感知回路と、様々な異なる腐食測定のための装置のプログラム的な再構成のためのアナログスイッチングシステムとを含む、図２Ａおよび図２Ｂの例示的な送信器におけるプローブインターフェイスシステムおよびデジタルシステムの部分を示す概略図である。
【図３Ｂ】絶縁変圧器と２ステージ本質的安全バリアを含む、図２Ａおよび図２Ｂの例示的な送信器のループインターフェイスシステムにおける絶縁回路のさらなる詳細を示す概略図である。
【図４】図２Ａ〜図３Ｂの装置における、ＳＲＭ、ＨＤＡ、ＬＰＲ、電池オフセット電圧、およびＥＣＮ測定のためのいくつかの例示的なスイッチングシステム配置を示す表である。
【図５】電極が腐食測定のために輸送または貯蔵された電解質に晒された状態で、パイプまたは貯蔵構造体に設置された測定装置のプローブおよび電極を概略的に示す部分断面側面立面図である。
【図６】図５の装置における電極の１つおよび測定される電解質と同等な回路を示す簡易概略図である。
【図７】電極抵抗測定のための例示的な実質的にＤＣフリーの２００Ｈｚ双極矩形波と、ＨＤＡおよびＬＰＲ測定および励起のないＥＣＮ部分のための０．１Ｈｚ正弦波を含む、図２Ａ〜図６の装置の完全な測定周期において、測定される電極に励起回路によって印加される例示的な励起波形を示すグラフである。
【図８】電解質抵抗測定のための装置において使用される実質的にＤＣフリーの双極矩形波励起信号をさらに示すグラフである。
【図９Ａ】図２Ａ〜図６の装置において動的な励起振幅調整を用いる電解質（溶液）抵抗測定（ＳＲＭ）のための例示的な動作を示すフロー図である。
【図９Ｂ】図２Ａ〜図６の装置における動的な振幅調整の間の異なる励起波形振幅における、双極矩形波励起電圧および測定された平均電流をプロットした、電圧および電流を示すグラフである。
【図９Ｃ】図２Ａ〜図６の装置における動的な振幅調整の間の異なる励起波形振幅における、双極矩形波励起電圧および測定された平均電流をプロットした、電圧および電流を示すグラフである。
【図９Ｄ】図２Ａ〜図６の装置における動的な振幅調整の間の異なる励起波形振幅における、双極矩形波励起電圧および測定された平均電流をプロットした、電圧および電流を示すグラフである。
【図１０Ａ】約２００Ｈｚで印加された例示的な双極矩形波電圧励起信号と、約０．３秒の低いサンプル期間を用いた２つの例示的な非同期Ａ／Ｄコンバータサンプルとのプロットを示すグラフである。
【図１０Ｂ】図１０Ａにおける２つの例示的なサンプル時間における励起電圧および感知された電流プロットを示すグラフである。
【図１０Ｃ】図２Ａ〜図６の装置におけるオンライン電流増幅器オフセット測定のための例示的な操作を示すフロー図である。
【図１１】図２Ａ〜図６の装置における計算されたＢ値の妥当性テストを含む、ＨＤＡまたはＬＰＲ測定のための動的なアルゴリズム変化のための装置の操作を示すフロー図である。
【図１２】図２Ａ〜図６の装置におけるＨＤＡ腐食測定のための例示的なオフセット測定および励起信号調整を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の各図、いくつかの実施形態、または実施例の参照が、図面と共に以下で記載され、本開示を通じて同じ参照符号は同じ要素を参照するように用いられる。様々な特徴およびプロットは原寸に比例して描かれるとは限らない。本開示は、腐食測定を提供し１つ以上の進化したタイプの腐食測定を用いて監視を行い、リアルタイムの腐食監視および／またはオフラインの腐食データ記録に、伝導性、全体の腐食、および／または局部的な腐食値を提供するための、プログラム可能な低電力腐食測定の野外装置に関する。それは標準の４〜２０ｍＡの制御ループまたは他の通信手段によって接続される分散した制御システムによって用いられることができ、または記憶された腐食データをユーザ通信装置、ＵＳＢメモリスティック、マイクロＳＤカードなどにダウンロードする能力を有するスタンドアローンな装置として動作してもよい。
【００１１】
はじめに図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、本開示の１つ以上の特徴による、例示的な局部的な腐食を測定するシステム２が図１Ａに概略的に示される。システム２は以下の図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、単独の野外装置として実装されてもよく、または別々に収納されたプローブインターフェイスとデジタルシステムとを備えた分散形態で実装されてもよい。図１Ａに示されるように、システム２は、電解質内に位置する複数の測定電極８とインターフェイスする信号調整回路３４を有するプローブインターフェイスシステム３０を含み、信号調整回路３４は、プローブ６と結合された複数の電極８のうち少なくとも１つを介して、腐食関連電圧および／または電流信号を感知する感知回路３４ｂを有する。一実施形態ではデジタル処理システム２０が提供され、それは、プローブインターフェイス３０からアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２６を介してデジタル形式で得られる感知された腐食関連信号から低周波成分を取り除くための、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタ２５を実装するプロセッサ２２を有する。
【００１２】
一実施形態では、システム２は一般に、図１Ｂに示された例示的な局部的な腐食測定または監視の過程３００と共に操作される。過程３００は３０２で電気化学的ノイズ（ＥＣＮ）値、例えば励起が電解質に全く印加されない場合の２つの電極８の間の電流または電位などを感知することを含む。３０４では、感知された信号の低周波成分が、アナログまたはデジタルフィルタリングなどによって取り除かれ、３０６では標準偏差の値σが、フィルタリングされた信号値に少なくとも部分的に基づいて計算される。処理システム２０は、関心のある構造体に局部的な腐食があるかないかの指標となる標準偏差の値σを、Ａ／Ｄコンバータ２６５からのフィルタリングされた腐食関連信号サンプルに少なくとも部分的に従って、計算する。そして３０８で、標準偏差σを、局部的な腐食値（ＬＣＶ）２７を供給するようにスケーリングし、ＬＣＶ２７はメモリ２４に記憶することができる。一実施形態では、フィルタ２５は、ハイパスフィルタであれバンドパスフィルタであれ、感知された腐食関連信号から約０．０５Ｈｚ以下の低周波成分を取り除くデジタルフィルタである。一例におけるフィルタリングされたサンプルはプロセッサ２２によってｎステージのデジタルフィルタ、例えばハイパスカットオフ周波数が約０．０４〜０．０６Ｈｚ、好ましくは０．０５Ｈｚの１５ステージのデジタルフィルタなどに、供給される。一実施形態では、Ａ／Ｄコンバータ２６は、１秒のサンプリング周期で約５分間に３００のサンプルを取得するようなＥＣＮ測定周期で、制御される。プロセッサ２２はデジタルフィルタ関数２５を用い、一例では（（Σ（ｘ−平均値）２）／Ｎ）１／２である任意の適切な公式またはアルゴリズムによって標準偏差の値σを計算し、ここでＮはサンプルの数であり、「平均値」はサンプルの平均値である。例示的な一実施形態では、標準偏差σは以下でさらに詳細に述べるランニングモーメント計算Ｍ２（σ＝Ｍ２の平方根）を用いて計算される。
【００１３】
プロセッサ２２はしたがって、０から１の範囲で局部的な腐食値２７を提供するように、３０８で標準偏差σをスケーリングする。一実施形態では、標準偏差の値σは感知回路３４ｂおよびＡ／Ｄコンバータ２６の入力測定範囲によってスケーリングされる。例えば、偏差σは、局部的な腐食が全くない場合および局部的な腐食が大きい場合の経験的な測定値を用いて、測定されたＥＣＮ電流に対応するＡ／Ｄカウント値における入力測定値の２つの境界を画定するように、電流ノイズ測定範囲にスケーリングされることができる。標準偏差σはしたがって、３０８で局部的な腐食値２７を導き出すように、一実施形態においてこの測定範囲によってスケーリングされる。該局部的な腐食値２７は０と１の間を含む値からなる。スケーリング範囲を確定するために用いられる値を超えて局部的な腐食が大きい別の環境を説明するために、任意のスケーリングされた計算値が１を超えた場合はそれが１に設定される。可能な実施形態においては、スケーリング範囲は回路のダイナミックレンジによって与えられ、適切であることを実験的な試験によって検証されてもよい。
【００１４】
図１Ｃ〜図１Ｅをまた参照すると、発明者は、ハイパスまたはバンドパスデジタルフィルタを用いて電気化学（電位または電流）ノイズ信号をフィルタリングすることが、実質的に一般の腐食効果と関係ない、より高い周波数成分を用いて局部的な腐食の測定を改良することを有利に容易にすると、評価している。この点において、発明者は、局部的な腐食ノイズが低い周波数成分を含むと信じられる幅広い周波数スペクトルを有しながらも、ノイズ信号の一般の腐食成分が０．０５Ｈｚ以上の周波数成分を含まないことと、ハイパスまたはバンドパスフィルタ２５を用いることが、関心のある局部的な腐食過程の信号から一般の腐食過程の信号を有利に分離することを、認識している。フィルタ出力の標準偏差σはより高い周波数ノイズの振幅の測定を提供し、したがって、局部的な腐食作用の量に直接関連する。この量を０から１のスケールにスケーリングすることは、局部的な腐食攻撃の測定を単純に、そして容易に理解できるようにする。図１Ｃは、飲料水中のチタン電極において、ほとんどあるいは全く局部的な腐食がなく低周波ノイズが全くない状態の時間で、感知されたＥＣＮ電圧値３５２を（６２５ｍＶの中央オフセットを印加した後のｍＶ単位で）示すグラフ３５０を示す。図１Ｄのグラフ３６０は、ほとんどあるいは全く局部的な腐食がない、３％ＮａＣｌ中の炭素鋼における異なる状態の時間で、感知されたＥＣＮ値の曲線３６２を示す。そこでは著しい量の低周波ノイズが存在するが、観測される高周波ノイズは相対的に少ない。電極はこの場合には、信号レベルの著しい変化を伴って一般の一様な腐食攻撃を受けるが、変動は相対的に遅い。この状態では、曲線３６２のフィルタリングされていない信号の標準偏差に基づいて局部的な腐食計算を行うことは、誤って高い局部的な腐食値を導くおそれがある。というのは、局部的な腐食の発生が、あったとしてもわずかだからである。図１Ｅは、酸性化された３％ＮａＣｌ溶液中のアルミニウムのための感知されたＥＣＮ値の曲線３７２を示すグラフ３７０を提供する。電極はこの場合には局部的な孔食を受け、ノイズ信号の低周波成分と高周波成分の両方が存在する。
【００１５】
例示的なシステム２はハイパスまたはバンドパスフィルタ２５を用いて、高周波ＥＣＮ変動（局部的な腐食攻撃を示す）をより遅い変動（局部的な腐食攻撃を示さない）から分離して、局部的な腐食指標または値２７を生成する際にフィルタリングされた信号の標準偏差σを計算する。標準偏差の値σは、一実施形態では、０から１の範囲の無単位値として指標値２７を提供するように入力信号範囲によって偏差σをスケーリングすることによって、局部的な腐食指標パラメータ２７を計算するために用いられる。発明者は、低周波成分を初期に取り除くことによって、フィルタリングされた信号値を用いて標準偏差σを計算することが、局部的な腐食に関する図１Ｄおよび図１Ｅに示された場合の間の差別化を容易にして、これら２つの場合において異なる局部的な腐食値を導くことを評価している。生の（フィルタリングされていない）感知された信号の標準偏差を計算し、その信号のＲＭＳによる偏差をスケーリングするという技法などである、従来のすべての方法および局部的な腐食指標の計算アルゴリズムは、フィルタ２５を用いず、不正確に図１Ｄと図１Ｅの場合に同様の局部的な腐食指標値を導くことがある。
【００１６】
図示されたシステム２において、ＥＣＮ信号（例えば感知された電位または電流のいずれか）は感知回路３４ｂによって検知されて増幅され、生じるアナログ信号は処理システム２０のアナログ−デジタルコンバータ２６を用いてデジタル化される。
【００１７】
デジタルハイパスまたはバンドパスフィルタ２５を用いてデジタルサンプルが処理され、ある時間の間のフィルタ出力の標準偏差σがプロセッサ２２によって計算される。一実施形態では、カットオフ周波数が０．０５Ｈｚの、１５ステージの有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタなどのハイパスデジタルフィルタ２５が用いられ、１秒につき１サンプルというサンプリングレートで以下の例示的なフィルタリング係数を用いる。
ａ［０］＝−０．０４６９５６、
ａ［１］＝−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、および、
ａ［１４］＝−０．０４６９５６。
【００１８】
任意のデジタル長の、他の適切なハイパスまたはバンドパスフィルタが用いられてよく、またはアナログ設計のフィルタが用いられてもよい。ある実施形態ではさらに、システムは、現在の局部的な腐食値２７を計算する際に用いるための所与の数のＥＣＮサンプルを選ぶために、一連の装置サイクルにおいて動作可能である。現在の局部的な腐食値２７、例えば、約５分の期間にわたって１秒間隔で採られた、３１５個の感知されたＥＣＮ電位または電流サンプルは、以下のユーザの検索のために記憶される。そのうち最初の１５個のサンプルは破棄され、残りの３００個のサンプルは標準偏差の計算に用いられる。低周波電気化学的ノイズ成分がフィルタリングされて破棄されるため、フィルタのカットオフ周波数期間の約１０倍を超えるノイズ信号をサンプリングする場合には実際の利点がない。それゆえＥＣＮ測定は、フィルタが用いられない場合に必要である時間よりも著しく短い時間の間に実行されることができる。
【００１９】
いくつかの実装例では、標準偏差σはプロセッサ２２において実装される「平均値を走らせる（ｒｕｎｎｉｎｇ ｍｅａｎ）」アルゴリズムを用いてリアルタイムで計算されることができ、それによってシステム２における中間データの記憶の量を軽減することができる。
【００２０】
容易に理解される局部的な腐食指標パラメータをエンドユーザに供給するために、計算された標準偏差を０（局部的な腐食がまったくない）から１（深刻な局部的な腐食がある）までの範囲にスケーリングすることが有利である。用いられる電子回路の感度およびプローブ電極の表面積に応じて、多数のスケーリング要因および関係が用いられてもよい。
【００２１】
例えば、測定範囲が下限の３×１０−９Ａ／ｃｍ２から３×１０−６Ａ／ｃｍ２まで広がる電流ノイズ測定の一実装例では、局部的な腐食指標値２７は
局部的な腐食指標値＝ｌｏｇ１０（標準偏差）／３−ｌｏｇ１０（３×１０−９）／３
と計算されてよく、ここで第２項は回路の感度およびプローブ電極８の表面積によって決定される定数であり、この第２項は所与のシステムに応じて調整されることができる。
【００２２】
図２Ａおよび図２Ｂをまた参照すると、システムの一実施形態が、４〜２０ｍＡループを介して給電されるループ、または電池式であってもよい図２Ａの野外腐食測定装置２の形態で示される。システム２は以下に述べるプロセッサベースの電子回路を収納する送信器ヘッド４、ならびにプローブ６および３つの電極のセット８を含み、電極のセット８は好ましくは、装置２が腐食監視／測定のために設置される金属構造体の材料に合致した材料でつくられ、電極８はパイプライン、貯蔵タンク、または関心のある他の構造体などの設置された構造体内に貯蔵または輸送された溶液、または電解質の固体、気体、または液体内に浸漬されるか埋め込まれる。典型的な設置では、プローブ６は、中の腐食過程に晒されるようにパイプまたは流体チャンバの内部に延びる電極と共に、関心のある構造体に取り付けられる。送信器ハウジング４およびプローブ６は環境を保護する材料で構成されており、例えば、腐食速度、局部的な腐食指標（腐食の局部化の程度）、および／または電解質抵抗（コンダクタンス）のための過程変数を生成するためのオンラインの腐食監視のために、または、電池式の電子試験片としてのスタンドアローンな設備のために、野外の用途において装置２の使用を可能にする。局部的なまたはその他の腐食データは、通信、装置、ＵＳＢメモリスティック、マイクロＳＤカードまたは他の適切な手段を介してユーザによってアップロードされることが可能である。例示的なシステム２は、さらに、線形分極抵抗（ＬＰＲ）や溶液抵抗（またはコンダクタンス）ＲＳの測定、加えて上記の電気化学的ノイズ（ＥＣＮ）の測定を含む、多数の異なる腐食関連の測定を、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７２８２９２８号明細書、第７２６５５５９号明細書、第７２３９１５６号明細書、および第７２４５１３２号明細書に記載された他の測定技術を用いて、行うことができる。
【００２３】
図２Ｂはさらに、ループインターフェイス１０を含む送信器４の例示的な電子機器を示す。ループインターフェイス１０は、ガルバニック絶縁および本質的安全（ＩＳ）バリア回路１２と電源システム１４とを有し、システム２の一実施形態では回路１２を介して、標準４〜２０ｍＡの制御ループ１１とインターフェイスし、電源システム１４は、制御ループ１１または代替として電池１３、ソーラーパネル（図示せず）または他の電源のいずれかからの電流に由来する内部装置電力を供給する。ループインターフェイス１０はさらに、デジタルシステム２０のプロセッサ２２および制御ループ１１と動作的に結合される、通信インターフェイス１６を含む。制御ループ１１は、プロセッサ２２がＨＡＲＴまたは他の通信プロトコルを用いて外部通信装置（図示せず）と通信することを可能にする。外部通信装置によって、ユーザが装置２を構成またはプログラミングすることができ、および／または、計算されて格納された関連する腐食値を装置２０から検索することができる。例示的なループインターフェイス１０は、さらに、ループ１１の電流を制御するための専用のデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）１０からなり、ＤＡＣ１０は、プロセッサ２２がループの電流を制御して、測定された／計算された可変な過程（例えば、腐食速度、局部的な腐食指標、コンダクタンスなどに対応する４〜２０ｍＡのループ電流レベル）を示すことを可能にする。例示的なループインターフェイス１０はまた、ＦＳＫまたはループ電流の他のタイプの変調に、ＨＡＲＴなどの適切なプロトコルに従って、ループ１１または他の有線または無線の通信手段を介してデジタル通信を行うことを提供する。
【００２４】
他の実施形態では、システム２は４〜２０ｍＡループに接続しない電池電源のために設計された野外装置であり、電源システム１４は、電池１３からの電流を用いてのデジタルシステム２０およびプローブインターフェイス回路３０への給電のための電源調整および絶縁を提供する。システム２はさらに、関連するドライバ回路と共にＵＳＢポート１７を含み、該ドライバ回路はユーザがＵＳＢメモリスティックまたは他のＵＳＢ装置をインストールすることを可能にし、そのメモリスティックまたは他のＵＳＢデバイスに、保存された腐食測定データ（例えば局部的な腐食値２７）をシステム２がダウンロードする。このことは、システム２が低電力モードで作動することを可能にし、デバイス２は、プログラミング可能なスケジュールに従った測定モードにおいてプログラミング可能な動作のためのリアルタイムの時計を有し、システム２は、１つ以上の腐食測定（例えば、ＥＣＮを含む局部化された腐食測定）を、例えば１時間に１回、あるいは一日に数回などで、行う。したがって、ユーザは装置２を訪れて、通信装置を接続するかＵＳＢメモリスティックを挿入し、システム２によって収集された、記憶された測定データを得ることが可能である。他の実施形態では、ユニット２はデータのアップロードのためのマイクロＳＤカードインターフェイスを含んでもよい。
【００２５】
デジタルシステム２０は処理システム２２を含み、処理システム２２はマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、プログラミング可能な論理回路などの、任意の形態の処理回路であってよく、それによって、本明細書で記載された様々な機能が達成されうる。デジタルシステム２０は１つ以上の形態のメモリ２４、特に、フラッシュ、ＦＲＡＭなどの不揮発性メモリを含み、さらに、アナログ−デジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）２６を含んでよく、Ａ／Ｄ２６および／またはメモリ２４は別々の構成要素または回路であってもよく、プロセッサ２２に一体化されてもよい。
【００２６】
例示的なプローブインターフェイスシステム３０は、測定されるべき電解質内に位置する複数の測定電極８とインターフェイスする信号調整回路３４を含み、ある測定タイプのための少なくとも１つの電極８に該信号調整回路３４によって印加される励起信号を生成するためのＤＡＣ３２を同様に含む。励起回路３４ａはＤＡＣ３２の出力に基づく励起信号を第１の電極Ｅ１（補助電極）を介して電解質へと供給し、回路３４ｂは１つ以上の腐食関連電気信号、例えば電圧、電流などを、他の電極Ｅ２および／またはＥ３の一方または両方を介して感知する。本明細書では、第２の電極Ｅ２は電解質において電圧信号を感知するために用いられる参照電極と呼ばれ、残りの電極Ｅ３は作用電極と呼ばれる。複数のアナログスイッチング構成要素を有するスイッチングシステム３４ｃは、励起回路３４ａおよび感知回路３４ｂの様々な構成要素と、複数の異なる配置の電極８との、プロセッサに制御された再構成を可能にする。
【００２７】
図３Ａ、図３Ｂ、および図４はプローブインターフェイスシステム３０およびデジタルシステム２０のさらなる詳細を示し、それらは励起回路３４ａ、感知回路３４ｂ、および図３ＡのＵ１３〜Ｕ１６で示された４つのアナログスイッチング装置からなるスイッチングシステム３４ｃを含む。アナログスイッチＵ１３〜Ｕ１６のそれぞれは、図では「０」状態と「１」状態として示される２つのスイッチング状態を有し、処理システム２２は各スイッチ３４ｃの状態を制御するように、対応するスイッチング制御信号ＣＳ１３〜ＣＳ１６を供給する。アナログスイッチＵ１３〜Ｕ１６は、さらに、スイッチング端子がいずれかの極端子から切断されたチップ選択入力（図示せず）によって制御される第３の動作状態を有してもよい。したがって、多くの異なる腐食測定装置において腐食測定装置２を再構成するように、励起回路３４ａおよび感知回路３４ｂの構成要素をプロセッサに制御されて相互接続するために、スイッチＵ１３〜Ｕ１６が結合される。図４は装置２における、ＳＲＭ、ＨＤＡ、ＬＰＲ、電池オフセット電圧、およびＥＣＮの測定操作のためのスイッチ設定または状態を表す表７０を示す。例示的な装置２は、図４の測定モードの任意の単独の一方において作動するようにユーザによってプログラミングされてもよく、一連の装置サイクルのそれぞれにおいて、挙げられた測定タイプのうち２つ以上の任意の組み合わせにおける測定を行ってもよい。それによって、システム２は容易に、任意の腐食測定または監視用途に対応するように構成される。
【００２８】
プロセッサ２２は各測定機関の間、励起回路３４ａ、第１の（補助）電極Ｅ１、およびスイッチングシステム３４ｃを介して電池に適切な励起を供給するように励起ＤＡＣ４３を制御し、また、感知回路３４ｂ、スイッチ３４ｃ、および参照電極Ｅ２および作用電極Ｅ３をそれぞれ介して対応する電池電圧および／または電流の測定値を得るように測定Ａ／Ｄ２６を作動させる。電極結合は抵抗器Ｒ４９〜Ｒ５１を用いてプローブ６を通って形成され、フィルタリングネットワークＲ５４〜Ｒ５６、Ｃ５６、Ｃ５７、およびＣ５８は励起回路３４ａおよび感知回路３４ｂへの接続を形成する。以下に記載する計画では、装置２は装置Ｕ１３〜Ｕ１６の制御されたスイッチングを介して各装置サイクルにおいて一連の測定を行う。図示された装置２において、さらに、あるタイプの選択可能な測定（例えばＳＲＭ、ＨＤＡ、およびＬＰＲ）が励起信号の印加を含む一方、他のもの（例えばＥＣＮ）が含まず、全体の腐食がＨＤＡまたはＬＰＲの測定タイプを用いて計算され、電解質抵抗またはコンダクタンスがＳＲＭ技法を用いて計算され、ＥＣＮ測定が局部的な腐食指標値を計算するのに用いられる。励起信号（ある場合は）は、スイッチＵ１３の「０」状態経路から直接つながる第１の増幅器（例えばオペアンプ）Ｕ１２Ａを用いる第１の極性か、スイッチ１３の「１」状態からインバータとして構成された増幅器Ｕ１２ｂを介した反対の第２の極性のいずれかにおいて、スイッチＵ１６の「０」状態経路と抵抗器Ｒ６１から対応する出力電流を補助電極Ｅ１に供給するドライバ増幅器Ｕ１０Ａによって、ＤＡＣ３２により供給される電圧信号として補助電極Ｅ１に印加される。これらの構成は、さらに、電極が励起回路３４ａのドライバ増幅器３４ａのフィードバックループにあり、それによって、補助電極Ｅ１および作用電極Ｅ３の間を流れる電流が、参照電極Ｅ２と作用電極Ｅ３の間の電位を印加された励起信号電圧と同じにする。ある作動構成では、さらに、励起信号は全く印加されず、感知回路３４ｂによってＥ２とＥ３を介して感知された電圧信号を処理システム２２がサンプリングする間、スイッチングシステムが補助電極Ｅ１を励起回路３４ａから電気的に絶縁する。
【００２９】
任意の印加された励起電圧信号から得られる戻り電流は、例示的な３つの電極定電位測定構成において作用電極Ｅ３を介して流れる。抵抗器Ｒ５７、Ｒ６０およびＲ７２を介してＲ５６の両端の電圧に基づく出力を生成するように電流感知抵抗器Ｒ５６と共に電圧変換器への電流を形成する電流感知増幅器Ｕ９Ａを介して、感知回路３４ｂはこの戻り電流を感知する。感知回路３４ｂの電圧変換器へのこの電流は、ＨＤＡおよびＥＣＮ測定における電流を感知するために用いられ、また、極性抵抗ＬＰＲを測定する際に同期整流器と組み合わせて用いられる。
【００３０】
電圧変換増幅器Ｕ９ＡはスイッチＵ１５の「０」および「１」の状態に対してそれぞれ、増幅器Ｕ８Ａの反転入力または非反転入力のいずれかへの出力を供給し、Ｕ８Ａの出力は電流感知のために、Ａ／Ｄコンバータ２６への２つの入力の一方に供給される。電流感知極性スイッチＵ１５はしたがって、プロセッサ２２からの制御信号ＣＳ１５によってトグルスイッチングを行うように、ある測定のタイプのための整流器として作動する。この点では、励起極性スイッチＵ１３および電流感知極性スイッチＵ１５は（プロセッサ２２によって制御された制御信号ＣＳ１３およびＣＳ１５のスイッチングによって）同調して動作し、これらのアナログスイッチング構成要素は、電解質（溶液）抵抗ＲＳ（ＳＲＭモード）を測定するためのある実施形態において用いられる同期整流器を構成する。電流感知構成要素は、さらに、腐食測定装置２においてＨＤＡ、ＬＰＲ、およびＥＣＮ測定を実施する際に、作用電極Ｅ３から感知された電流の測定のために極性スイッチＵ１５のトグリングを行わずに、用いられる。感知回路３４ｂはさらに、高いインピーダンス経路Ｒ５９を介して参照電極Ｅ２における電圧を感知するように、Ａ／Ｄ２６の第２のアナログ入力を駆動する増幅器Ｕ７Ａに電圧感知機能を提供する。該電圧は、増幅器Ｕ５Ａを用いる参照電圧ＶＲＥＦ３１と比較される。
【００３１】
したがってＡ／Ｄ２６は、プロセッサ２２の制御下でアナログ電圧および電流値を獲得して変換し、そしてそれらの測定値のデジタル値をプロセッサ２２に提供する。Ａ／Ｄコンバータ２６は、さらに、例えば一実施形態においてはデルタ−シグマ変調器に基づいたコンバータなどの、任意の適切な変換装置であってよく、好ましくは相対的に遅い変換速度で作動する。例えば、示された実施形態におけるＡ／Ｄ２６は、ループまたは電池式の実装形態のための電源システム１４の電源割当量の範囲内にとどまるように、励起信号周波数より著しく少ないサンプリングレート、例えば毎秒約１０サンプリングより少ない、例えば一実施形態によれば０．３秒につき１回のサンプリングで、様々な感知された腐食関連信号の測定サンプルを獲得するように作動される。処理システム２２はしたがって、励起回路３４ａによって電解質に供給される励起信号を供給し、および、感知回路３４ｂから受信された測定値に基づいて複数の異なる腐食測定タイプを実行して少なくとも１つの腐食関連値を計算するようにスイッチング構成要素Ｕ１３〜Ｕ１６を選択的に再構成するためにスイッチングシステム３４ｃに制御信号ＣＳ１３〜ＣＳ１６を供給するように、プローブインターフェイスシステム３０と動作的に結合する。
【００３２】
図２Ａ〜図３Ｂに示されるように、例示的なシステム２は、４〜２０ｍＡループ１１と装置２の電極Ｅ１〜Ｅ３ならびに回路とのガルバニック絶縁を提供する絶縁および本質的安全（ＩＳ）バリア１２を含む。この実施形態では、ループ電流は、ヒューズＦ１、サージプロテクタＮ１および抵抗器Ｒ３を有する一次安全領域１２ａの入力ステージと、整流器１２ａ１とを通り、次いでインバータ１２ａ２を通り、それは絶縁変圧器Ｔ１への入力を供給する。変圧器Ｔ１の絶縁された出力は二次絶縁領域１２ｂへの入力を供給し、該領域は、電圧制限ツェナーＮ６〜Ｎ９と、トランジスタＰ５〜Ｐ８、抵抗器Ｒ１７、Ｒ２１、Ｒ２９〜Ｒ３０、Ｒ３４、Ｒ３５およびキャパシタＣ３４から形成される電流制限回路と、からなる電圧保護回路１２ｂ１を含む。この第１の本質的安全バリアステージ１２ｂの出力は、さらなる電圧制限ツェナーＮ１０〜Ｎ１５を含みそれによってループコントローラ回路１５によって見られる可能な電圧をさらに制限する、第２のＩＳバリアステージ１２ｃへの入力を供給する。装置２のＩＳ保護はまた、電極Ｅ１〜Ｅ３を保護するための１Ｋオームの保護抵抗器Ｒ５７〜Ｒ６１を提供する。動作において、測定された電解質および電極Ｅ１〜Ｅ３は一般的に接地接続に接続され、プローブインターフェイス回路３０の前の端部はまた、低いインピーダンスの経路を介して設置される。
【００３３】
また、図５〜図７を参照すると、動作時に、図５に記載のように、プローブ６は、パイプまたは他の金属構造体４０内を輸送中の電解質５０に含浸された電極８によって設置される。図６は図５の設備における電極の１つＥ１と測定される電解質のための等価電気的回路６０を示し、他の電極Ｅ２およびＥ３の電気的回路も図６に示された回路と同等である。電極／電解質回路６０は、電極Ｅ１と電解質５０の間の電気化学二層キャパシタンスＣｄｌと並列な内部電池電圧ＶＣと分極抵抗ＲＰの直列の組み合わせを含み、電解質５０はＳＲＭ測定の対象である抵抗ＲＳを有する。図７の励起信号グラフ１００に示されるように、送信装置２の一つの可能な構成の信号測定が、３つの測定期間１０１、１０２、１０３において実施され、一連の装置サイクルのそれぞれは代替としていかなる順番であってもよく、装置２は装置サイクルにつき１回のみの測定を行うようにプログラミングされてもよく、所与の装置サイクルにおいて２つ以上の測定タイプの任意の組み合わせを行うようプログラミングされてもよい。この構成において、ＳＲＭ測定が進行して最初に溶液抵抗値ＲＳを供給し、それはＬＰＲまたはＨＤＡ測定において腐食速度を決定する際に、分極抵抗ＲＰの計算における任意の誤りを訂正するように用いられ、これらの抵抗ＲＳおよびＲＰは図６において本質的に直列になっている。
【００３４】
図７に示された例示的な構成の第一の測定フェーズ１０１において、同期整流器が、さらに下に記載されたオフセット測定のために期間１００ａにおいてまず動作し、その次にＡＣ励起信号の振幅が期間１００ｂにおいて動的に調整される。その後に、相対的に高周波のＡＣ励起信号が溶液抵抗／コンダクタンス測定のために部分１０１において印加され、その次に間隙１００ｃがあり、同一でない電極８によって生成された不均衡によるオフセットが測定される。第１のフェーズ１０１において、さらに、装置２は、作用電極インターフェイスの分極を避けるように平均でゼロ（実質的にＤＣオフセットがない）のＡＣ波形を印加するのが有利である。さらに、例示的な装置２において、ＤＡＣ３２およびプロセッサ２２は（電力保存のために）低速度で動作し、ＳＲＭの間のＤＡＣ出力は所与のＤＣレベルに設定され、出力の極性はＳＲＭ測定のための双極方形波励起信号を生成するようにスイッチングシステム３４ｃを用いてスイッチングされる。フェーズ１０１においてＳＲＭ測定によって生成される、ありうる小さいＤＣ電池電流の効果を最小にするために、フェーズ１０１の継続時間は可能な限り短く設定され、間隙の期間１００ｃはＳＲＭ測定の後、およびフェーズ１０２のＬＰＲ測定の前に分極を全く供給されず、それによって作用電極インターフェイスを脱分極させる。
【００３５】
第１のフェーズ１０１において、電解質（溶液）抵抗ＲＳ（したがって電解質コンダクタンス１／ＲＳ）が高周波方形波励起を用いて測定される。第２の部分１０２において、装置２は低周波正弦波励起電圧を印加し、電流と、ＬＰＲおよび／またはＨＤＡ技術を用いた腐食速度を決定するための関連する高調波とを測定する。第３の部分１０３においては、励起が全く印加されず、装置は局部的な腐食指標値２７を決定するためにＥＣＮ測定を用いて電気化学的ノイズを測定する。
【００３６】
装置サイクルの第１の部分１０１の間、プロセッサ２２はスイッチングシステム３４ｃに、図４の表７０のＳＲＭの行に示されるスイッチＵ１３〜Ｕ１６を構成させ、ここでＵ１４およびＵ１６は「１」スイッチ状態であり、Ｕ１３およびＵ１５と共に動作する同期整流器は処理システム２２の制御下で同期的にトグルされ、約５００Ｈｚ未満、好ましくは約１００〜２００Ｈｚの方形波励起／電流感知整流器周波数を供給する。図７のグラフ１００は第１の測定期間１０１における約２００Ｈｚの周波数での動作を示す。相対的に高い周波数（例えば約５０Ｈｚより上）を印加すると、キャパシタンスＣｄｌによって上の区画を効果的に短絡することが、図６の等価回路に示される。作用電極Ｅ３を介して感知された、結果としてのＡＣ電流は電解質抵抗ＲＳに反比例する。他の波形、例えば正弦波、方形波などがＳＲＭ測定のために用いられることもある。期間１０１において示されたＳＲＭ測定は、作用電極Ｅ３において感知された電池電流の感知回路３４ｂおよびＡ／Ｄ２６による測定と共に、補助電極Ｅ１における方形波励起電圧の供給を含む。ＤＡＣ３２（図３Ａ）はプロセッサ２２によって制御されるレベルにおいてＤＣ出力信号を供給し、Ｕ１３のスイッチングが、制御信号ＣＳ１３を介したプロセッサ２２によって制御された励起周波数において印加された励起電圧の極性を交代させる。作用電極Ｅ３における、結果としての感知された電池電流は励起周波数における方形波でもある。プロセッサ２２はまた、信号ＣＳ１５を介して電流感知極性スイッチＵ１５を同一の周波数でトグルするように動作させ、それによって、感知されたＡＣ電流信号は、Ａ／Ｄコンバータ２６に整流された入力信号を与えるように整流される。電力を保存するために、プロセッサ２２は一層低い周波数、例えば一実施形態では約３．３ＨｚでＡ／Ｄコンバータ２６のサンプリングを制御する。プロセッサ２２２はしたがって、感知された電流の多くの測定値を獲得し、平均の感知された電流を計算するようにそれらの測定値を平均し、そしてそれは、電解質抵抗ＲＳを計算するように用いられる。
【００３７】
また、図８を参照すると、同期整流器の動作は、電池における腐食を悪化させないように、外部電極Ｅ１への実質的にＤＣがない励起信号の供給を可能にする。Ｕ１５を介して感知された電流信号の整流は、Ａ／Ｄコンバータ２６が低いサンプリングレートで動作して電力を保存することを可能にし、十分なサンプルを採ることは、処理システム２２が正確な平均電流値を得ることを可能にし、そのような整流がない場合は、平均電流値はゼロかゼロに近くなるだろう。この点において、補助電極へのＤＣ電圧の印加が、測定される腐食処理の電気化学性を変化させ、したがって、任意の後続の腐食速度測定の妨げとなりうることが留意される。加えて、電流感知回路の整流は、そのようなＤＣ成分を平均値がゼロのＡＣ成分に本質的に裁断することによって、同一でない電極８に起因する感知された電流におけるいかなるＤＣも効果的に取り除く。さらに同期整流器は、スイッチング周波数以外の周波数における干渉を拒絶するようにも動作する。図８はＤＡＣ３２および同期整流器の動作による第１の測定期間１０１の間に印加された、およそ＋／−２０ｍＶの振幅を有する、１つの可能な実質的にＤＣがない方形波励起信号波形を示す。図３ＡのＤＡＣ３２は、補助電極Ｅ１において励起波形を生成するようにスイッチＵ１３のトグリングによってスイッチングされた極性である、実質的に一定のＤＣ値を供給する。装置２はしたがって、第１の測定期間１０１において、非侵入型のＤＣのない方形波励起信号を有利に供給し、ＤＣおよびノイズの拒絶と共にループまたは電池電源の限られた割当量においてＳＲＭ測定を行う際に、感知された電流のゆっくりとしたサンプリングを可能とする同期整流器を提供する。
【００３８】
また、図９Ａ〜図９Ｄを参照すると、システム２のある実施形態は、所定の時間期間における、または各ＳＲＭ測定期間１０１の始まりにおける、ＳＲＭ測定における方形波励起信号の大きさまたは振幅を調整するように動作可能である。このことは、Ａ／Ｄコンバータ２２の入力範囲の使用を改善することを容易にし、測定された電流サンプルにおける、そして計算された平均電流値における正確さを改善することを容易にし、したがって改善された電解質抵抗（またはコンダクタンス）測定を容易にする。図９Ａの過程１２０はこの例示的な動作を示し、ＳＲＭサイクル１０１が１２２で始まり、相対的に高周波の方形波励起信号が１２４で、第１の（例えば低い）頂点間振幅で補助電極Ｅ１に供給される。一例では、方形波周波数は約２００Ｈｚであるが、しかしながら他の値を用いてもよく、好ましくは約５００Ｈｚ以下である。図９Ｂ〜図９Ｄはグラフ１４０、１４４、１５０、１５４、１６０、１６４を示し、それらは、図９Ａの過程１２０による異なった励起波形振幅に関する、方形波励起電圧および対応する測定された平均電流である電圧および電流のプロットを示す。図９Ｂの第１のプロット１４０において、約２００Ｈｚの方形波が、相対的に低い第１の振幅１４２に印加される。平均の電流が過程１２０の１２６において、例えば、上記のような同期整流器操作を用いるか、平均電流値を測定する他の適切な技術を用いて、測定される。このようにして得られた平均電流値が所定の閾値ＴＨを上回るかどうかの決定が１２８で行われ、Ａ／Ｄ入力範囲の適切な使用に関する判断を行うことが可能な任意の適切な閾値が用いられてよい。一例では、閾値はＡ／Ｄ入力範囲のおよそ半分に関するが、他の値も用いられてよい。
【００３９】
測定された電流が閾値ＴＨを上回らなかった場合は（１２８のＮＯ）、図９Ｂの電流プロット１４４に示されるように、励起信号振幅が１３０で増加し（例えば、処理システム２２の制御の下でＤＡＣ３２の出力を増加させることによって）、図９Ａの過程１２０は再び１２６で平均電流を測定する。この状態は図９Ｃのプロット１５０および１５４に示され、新しい励起信号振幅１５２は図９Ｂの初期振幅１４２よりも大きい。１２８で新しい平均電流は閾値ＴＨと比較され、図９Ｃのプロット１５４に示されるように、この電流はなおも閾値ＴＨより下にある。したがって、１３０で図９Ａのプロセス１２０は、図９Ｄの励起電圧プロット１６０に示されるレベル１６２へと再び励起振幅を増加させる。図９Ｄのプロット１６４に示されるように、この点において、最新の励起振幅１６２は閾値ＴＨよりも大きい（図９Ａの１２８でＹＥＳ）、結果として感知された平均電流を提供する。図９Ａの過程１２０は１３２へと続き、そこでは電解質抵抗ＲＳが最新の励起電圧振幅値を用いて計算され、期間１０１のＳＲＭ過程は１３４で終了する。このように、腐食測定装置２はＡ／Ｄ変換範囲の全範囲を利用するように構成され、処理システム２２は知られている最新の励起電圧振幅を最新の測定されたおよび計算された平均電流値と１３２で関連させ、電解質抵抗ＲＳおよび／または電解質コンダクタンスを計算する。励起振幅のこの適応的な調整は有効なＡ／Ｄ解像度の適切な使用を容易にし、正確さを犠牲にすることなく、非常に低いまたは非常に高い電解質伝導性を有する用途のための装置２の構成を提供する。
【００４０】
また、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照すると、装置２はまた、計算された腐食関連値の正確さをさらに改良するための電流増幅器オフセットのための較正を提供する。この点において、非同期Ａ／Ｄサンプリングと共に上記の同期整流器を使用することは、図１０Ａおよび図１０Ｂに示された方形波の各サイクルの間、測定された電流およびＡ／Ｄコンバータ２６への入力がわずかに増加するという状況につながることがある。図１０Ａのプロット１７０は、約０．３秒という長いＡ／Ｄサンプリング周期を用いて、時間Ｔ１とＴ２にそれぞれ得られた２つの例示的な非同期Ａ／ＤコンバータサンプルＳ１とＳ２と共に、ＳＲＭ測定において用いられた２００Ｈｚの方形波電圧励起信号を示す。図１０Ｂのグラフ１７２および１７４はそれぞれ、励起電圧および感知された電流プロットの、図１０Ａの２つの例示的なサンプリング時間Ｔ１とＴ２における例示的な部分の詳細をさらに示す。２つの電流サンプルは励起周期の中の異なる時点でサンプリングされたものであるので、第１の電流サンプルＳ１は第２のサンプルＳ２よりも幾分か低いことが見てとれる。これらの不正確さに加えて、電流信号を感知するために用いられるオペアンプＵ８ＡおよびＵ９Ａにおけるオフセットが、ＲＳ、腐食速度、および／または局部化された腐食の計算における正確さを減少させることにつながることがある。さらなる不正確さが、整流器の反転通路と非反転通路の間のＤＣオフセット差、電池ドライバ増幅器Ｕ１０Ａの有限な速さ、プローブ入力の抵抗器およびキャパシタから生じる。
【００４１】
これらの不正確さを低減させるために、装置２はオンライン電流増幅器のオフセット測定を提供し、例示的な過程１８０が図１０Ｃに示される。それは１８２で始まり、同期整流器構成要素Ｕ１３およびＵ１５がプロセッサ２２によってトグリングされる間に測定された電流増幅器オフセットに基づいて、装置２がオンラインオフセット値を自動的に決定する。１８４では、プロセッサ２２がＤＡＣ３２の励起信号をゼロに設定させ、信号ＣＳ１３およびＣＳ１５を介してそれぞれ同期整流器構成要素Ｕ１３およびＵ１５のトグリングを始める。１８４の印加された励起電圧がない状態で、整流器構成要素は信号ＣＳ１３およびＣＳ１５を介して、上記のＳＲＭ測定に通常用いられるのと同じ速度でスイッチングされる（例えば、実装例では約２００Ｈｚ）。プロセッサ２２は、１８８でＡ／Ｄ２６を用いて感知された電流信号の多数のサンプルを獲得し、１９０で平均電流値を計算する。それはしたがって、上記のＳＲＭ測定におけるオフセットとしての後の使用のために記憶され、１９２でオンライン電流増幅器のオフセット測定は終了する。その後、期間１０１におけるＳＲＭ測定の間、プロセッサ２２は電解質抵抗値ＲＳを計算する前に、記憶されたオフセットを用いて電流測定値を訂正し、増幅器Ｕ９ＡおよびＵ８Ａを含む電流感知回路におけるオフセットによる逆効果に対抗し、同期整流器の動作およびＡ／Ｄコンバータ２６の非同期サンプリングに関するサンプリングの不正確さを補償する。
【００４２】
図３Ａ、図３Ｂ、図４、図７、および図１１を参照すると、システム２は改良されたＨＤＡおよび／またはＬＰＲ測定タイプも提供し、図４は図３ＡのＵ１３〜Ｕ１６のスイッチ状態に応じたそれらのモードに対するスイッチングシステム構成を示す。システム２はしたがって、ＬＰＲまたはＨＤＡ技術を用いて全体の腐食速度ＩＣＯＲＲを計算するように構成される。基本的なＬＰＲ測定は、典型的にはデフォルトのまたはユーザが入力したＢ値を用い、ＨＤＡの方法はＢ値および、測定された電流高調波に同時に基づく腐食速度の計算を含む。システム２は測定された電流高調波および電解質抵抗を用いるオンラインの妥当性テストの結果に基づいて、これらの技法（ＨＤＡまたはＬＰＲ）の一方または他方を選択的に用いる。
【００４３】
図７の第２の例示的な測定部分１０２は、この部分１０２において印加された励起を示し、そこでは電流高調波のＬＰＲまたはＨＤＡタイプの測定のための補助電極Ｅ１を介して、低周波正弦波励起電圧が電池に印加される。この測定タイプにおいて、正弦曲線信号は約０．０５Ｈｚ以上、例えば約０．１〜０．２Ｈｚの励起周波数であり、図７の例は約０．１Ｈｚの励起周波数を用いる。ある実施形態における処理システム２２は、第２の期間１０２における、１０サイクル以上、好ましくは２０サイクルの感知された正弦波電流信号を用いる高調波歪み解析またはＬＰＲに基づいて腐食関連値を計算する。図７の第２の期間１０２は、低周波正弦波励起が、様々な周波数領域成分を有する得られた感知された電流信号を発生させる。周波数領域成分は、プロセッサ２２の腐食関連値計算のために用いられる励起周波数および第２および第３の高調波成分において基本成分を含む。この高調波情報は感知された電流信号をサンプリングしてそれをＡ／Ｄ２６によってデジタルデータに変換することによって得られる。処理システム２２は離散型フーリエ変換（ＤＦＴ）を行い、感知された電流のための周波数領域スペクトルを生成する。ＤＦＴ周波数領域スペクトルから、基本波および様々な高調波の振幅が得られ、高調波測定データは腐食速度の計算において用いられる。ＤＦＴは正弦波励起電圧生成に合わせて計算されてもよく、正弦波励起電圧は処理システム２２またはメモリ２４（図２Ｂ）におけるメモリルックアップテーブルからＤＡＣ３２（図３Ａ）によって一連の小さいステップとして生成され、同じルックアップテーブルはＤＦＴ計算のために用いられる。この点において、例示的なテーブルはテーブルのサイズを小さく保ち、かつ２、３および４で割り切れるようにするために、１サイクルにつき９６個のステップを用いる。ＤＡＣ３２の出力は好ましくは抵抗分割器Ｒ５２、Ｒ５３を用いて最小のシングルビットステップのサイズを減少させるようにスケーリングされる。Ｒ５２およびＲ５３の値は好ましくは電池オフセットの最大の可能な範囲を含めるように選択されることができ、それはシングルビットステップのサイズを最小にし、演算システム２２は電池オフセットおよび／または必要な擾乱振幅が有効範囲を超えないことを確実にすることができる。さらに、電池電流の正弦波出力におけるステップの変化の効果がＡ／Ｄ２６による電池電流感知／測定に先駆けて行き渡ることを可能にするように、シーケンスの遅延が提供されてもよい。
【００４４】
例示的な処理システム２２は、測定期間１０２において得られた高調波データを用いて、各装置サイクルにおいて以下の方程式（１）〜（３）を解き、腐食電流Ｉｃｏｒｒを計算し、そこから腐食速度が以下のように定まる。
（１）Ｉｃｏｒｒｈａｒｍ＝Ｉ１２／（（４８）１／２＊（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）１／２）
（２）ＢＨＡＲＭ＝（Ｉｃｏｒｒｈａｒｍ＊正弦波振幅）／Ｉ１）−（ＲＳ＊Ｉｃｏｒｒｈａｒｍ）
（３）Ｉｃｏｒｒ＝（（ＢＨＡＲＭ または ＢＵＳＥＲ）＊Ｉ１）／（（正弦波振幅−（ＲＳ＊Ｉ１））
ここに、Ｉ１は感知された電流の基本成分であり、Ｉ２およびＩ３はそれぞれ第２および第３の高調波成分であり、正弦波振幅は期間１０２において印加された正弦波励起電圧信号の振幅であり、Ｂはボルト単位の特定腐食プロセス値の印加である。腐食電流Ｉｃｏｒｒがひとたび計算されると、これに固有の電極サイズ、ファラデー定数、および材料の原子量に関する定数が乗算され、１年につきｍｍまたはミル単位の腐食速度を計算する。
【００４５】
また、図１１を参照すると、例示的な腐食測定装置のもう１つの特徴は、測定された電流高調波Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３に基づくＢ値ＢＨＡＲＭの計算と、計算されたＢＨＡＲＭ値および計算された電解質抵抗ＲＳに基づくＬＰＲまたはＨＤＡアルゴリズムの選択的な使用である。この実施形態において、ＨＤＡ測定および計算が可能であれば行われ、そしてＨＤＡの結果が所与の装置サイクルにおける１つまたは複数の妥当性テストに基づいて疑わしく思われる場合は、処理システム２２はＬＰＲタイプの測定に変化する。特に、装置２は、ＨＤＡ計算が保証されるかどうかを決定するように３つのタイプのテストのうち１つ以上を自動的に行い、高い電極抵抗状態において、またはＨＤＡ測定においてありえる不正確さを示す他の状態において、アルゴリズムを選択的にＬＰＲに変更する。
【００４６】
上記図７の例示的な装置サイクルにおける第２の期間１０２のための２０２において始まる、動的に変化するＨＤＡ／ＬＰＲ過程２００が図１１に示される。２０４において、プロセッサ２２がＤＡＣ３２および励起回路３４ａに、正弦波励起信号を補助電極Ｅ１へ提供させ、２０６において、Ａ／Ｄコンバータ２６を用いて、感知回路３４によって作用電極Ｅ３において感知された電流信号を測定する。２０８において、プロセッサ２２はＤＦＴを行い、電流高調波Ｉ１、Ｉ２、およびＩ３を同定し、そして２１０において１つ以上のテストを行い、ＨＤＡ腐食測定が妥当であるかどうかを確かめる。特に、２１２において、数（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）が正であるかについて決定が行われる。正でない場合（２１２のＮＯ）、ＨＤＡタイプの測定は妥当でないとみなされる。というのは、テストされる数（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）の平方根が上記方程式（１）の分母に現れるからである。過程２００は図１１において２３０に続き、そこでは処理システム２２はデフォルトの、またはユーザが提供したＢの値ＢＵＳＥＲを得て、２３２で上記ＬＰＲ腐食方程式（３）においてこれを用いて、電流期間１０２におけるＩＣＯＲＲを計算し、その後サイクルは２４０で終わる。
【００４７】
しかしながら、第１のテストされる数（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）が正であるとわかった場合（２１２のＹＥＳ）、過程２００は２１４に進み、分極抵抗ＲＰと比較された電極抵抗ＲＳの相対的なサイズに関する決定が行われ、高調波が正確に測定可能であるかどうかを決定する。ここで、ＲＳが高いと電池の反応が線形になり、高調波レベルを低く導く傾向がある。図示された実施形態では、数（ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＰ））が２１４において、一例では約０．１である閾値と比較され、閾値よりも小さい場合（２１４のＮＯ）、プロセッサ２２はＨＤＡが疑わしいと決定し、２１６に達する前に２１５でフラグを設定する。代替として、２１５でフラグが設定された後に、過程は２３０に進んでＬＰＲ操作への切り替えを行う。２１４におけるテストが高いＲＳを示さない場合（２１４のＹＥＳ）、２１８、２１８において過程は第３のテストに進み、処理システム２２は２１６で測定された電流高調波Ｉ１、Ｉ２、およびＩ３を用いて上記方程式（１）および（２）を解き、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭをローパスフィルタリングすることによってＩＣＯＲＲＨＡＲＭとＢＨＡＲＭを計算する。示された例において計算されたＢ値ＢＨＡＲＭはデジタル的にローパスフィルタリングされ（例えば、プロセッサ２２によって行われた移動平均または他のローパスタイプのデジタルフィルタリング）、任意の短期間の変動および無効な表示値を取り除き、それによって、測定された高調波が非常に低い振幅でありうる状態における装置の感度を向上させる。
【００４８】
そして、２１８において、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭが、最小値ＢＭＩＮと最大値ＢＭＡＸの間の特定の仮定された有効な範囲内、一例では約１０〜６０ｍＶ（例えばである。水性電気化学が実行可能であると知られている他の範囲でもよい）にあるかどうかの決定が行われる。計算されたＢ値ＢＨＡＲＭの例示的なローパスフィルタリング、例えば移動平均または他のデジタルフィルタリングは、有利には任意の短期間の変動および不定期の孤立した表示値を取り除くように動作して、それによって、フィルタリングされたまたは滑らかにされた計算されたＢ値を用いることによって、低い振幅の高調波状態に対する装置の感度が向上しうる。一例によれば、フィルタリングされた値ＢＨＡＲＭは（１−Ｘ）＊ＢＨＡＲＭ（ｎ−１）＋Ｘ＊ＢＨＡＲＭ（ｎ）として計算され、ここにＸは一実装例では約０．０５である。ＢＨＡＲＭがテスト範囲にない場合（２１８のＮＯ）、ＨＤＡ技術は疑わしく、過程２００は上記の２３０および２３２に進む。そうでない場合（２１８のＹＥＳ）、２２０で処理システム２２は、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭを用いて上記方程式（３）を計算することによってＨＤＡ技術を用いて腐食電流を計算する。
【００４９】
腐食装置２のさらにもう１つの特徴は、ＬＰＲタイプの測定を行う際に、事前に定義されたユーザＢ値ＢＵＳＥＲの代わりに計算されたＢ値ＢＨＡＲＭ（好ましくはローパスフィルタリングされた）を使用することが可能なことである。一実施形態では、処理システムは上記方程式（２）に基づいて各装置サイクルにおいて感知回路によって感知された電流信号の高調波に基づいてＢ値を計算し、ＢＨＡＲＭに基づいて方程式（３）を用いて腐食関連値を計算する。加えて、ユーザは、ＬＰＲ測定値と相関する、試験片、電気的抵抗プローブまたは壁圧測定からの質量損失データなどの任意の適切な手段によって得られることが可能な、ユーザＢ値ＢＵＳＥＲを用いるＬＰＲ測定のために装置２を構成してもよい。計算されたＢ値ＢＨＡＲＭは、ユーザまたは装置２が接続されるＤＣＳによって監視されてもよい。この点において、電解質成分の変化の過程においての、または過程制御／監視の大局から興味のある他の事象の過程においての観察される変化が、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭの変化を表してもよい。
【００５０】
また、図１２を参照すると、装置２のもう１つの特徴は電極８における相違を補償するための正弦波ＨＤＡ／ＬＰＲ励起信号の調整である。この点において、同一の電極８を有する理想的な電池においては、正弦波の励起の１サイクル全体の間に電極間に正味のＤＣ電流が全く流れず、その場合は、作用電極Ｅ３の電気化学は妨げられない。しかしながら、同一でない電極８を考えると、目標は、装置２に励起が全く印加されない場合に、作用電極Ｅ３を通る電流が確実にゼロとなることである。電極８がドライバ増幅器Ｕ１０Ａのフィードバックループ内にあるので、補助電極Ｅ１から作用電極Ｅ３へ流れる電流は、参照電極Ｅ２と作用電極Ｅ３の間の電位を印加された励起の電位と同一にする。
【００５１】
図１２の例において、処理システム２２は２５４でアナログスイッチを、図４の表７０におけるＥＣＮ測定のために示された状態に切り替える。このように構成され、参照電極Ｅ２における励起のない電圧信号が２５６で測定され、ＨＤＡ測定の間の励起オフセットとして用いるために記憶される。オンラインの電極オフセット測定は２５８で終了する。その後、２６０でスイッチングシステム３４ｃはプロセッサ２２によって、図４の表７０に示されたＨＤＡ構成にスイッチングされ、２６２で、オフセット値がプロセッサ２２の制御下でＤＡＣ３２によって励起信号に加えられた状態で、ＨＤＡ測定が行われる。このようにして、電極８の間の相違に起因する任意の不正確さを補償するように、装置２はオフセットを用いて図７の第２の測定機関１０２の間のＨＤＡ測定を行う。ＨＤＡが行われる前に電池オフセットを測定することと、印加された正弦波に測定されたオフセットを加えることとによって、電極の相違によって発生する任意の電流はＨＤＡ測定の間に効果的に取り除かれ、それによって装置は電極Ｅ１〜Ｅ３の間の物理的な相違を補償し、したがって、ＨＤＡ腐食速度の結果の正確さと信頼性を増加させる。
【００５２】
図７に示された例示的な装置サイクルの第３の測定部分１０３は、図１Ａ〜図１Ｅにおいて上記で例示したように、ＥＣＮタイプ測定のための外部励起が全くない自発的なノイズの検出に用いる。一実装例では、システム２は感知された電流（および／または電圧）を測定し、これらをハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタ２５を用いてフィルタリングし、フィルタリングされた値に基づいて、ある実施形態では平均値、標準偏差（σ）、およびｒｍｓを含む統計学的パラメータを計算し、データの統計学的「モーメント（ｍｏｍｅｎｔ）」からそれらの統計値を計算する。用いられる場合には、電圧または電位ノイズは参照電極Ｅ２と接地回路の間で測定され、補助電極Ｅ１および作用電極Ｅ３はスイッチングシステム３４ｃによって実質的な接地へ効果的に接続される。統計学的モーメント自体は完全なデータセット（例えば、ある時間の間に測定された多数の電圧および電流のサンプル）から計算されてもよいが、そのような方法はプロセッサ２２の計算オーバーヘッドが大きくなることと、多くのメモリを使うことを伴う。好ましい実施形態では、必要なメモリを大きく減らすように「ランニングモーメント（ｒｕｎｎｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ）」方式が用いられる。図示された実装例では、プロセッサ２２はデジタルフィタリングを行い、電流と電圧の両方、または電流のみの、ノイズデータの第１の２つの統計学的モーメントを計算し、そこから平均値、標準偏差、およびｒｍｓの統計値が計算され、オンライン電気化学的ノイズ（ＥＣＮ）測定において用いられる。ＥＣＮは有利には装置２において、ノイズ指標または局部的な腐食指標値２７を計算するために用いられるが、任意の形態のそのような局部的な腐食指標値２７が、所与の電解質における局部的な腐食攻撃への電極８の傾向を示す装置２において計算されてよい。一実施形態では、無次元の局部的な腐食値２７が、低周波数成分を取り除き、標準偏差を計算し、標準偏差σを上記のようにスケーリングすることによって計算され、それがあるレベルを超えた場合は、所与の設備において発生している局部的な腐食攻撃の可能性を示す。
【００５３】
作用電極Ｅ３を介して装置２において電流ノイズがサンプリングされ、重み付けされた平均またはランニングモーメントが計算され、電流ノイズ統計値を用いて局部的な腐食値２７が計算される。一実施形態では、さらに、電圧（電位）ノイズが同様に、プローブインターフェイス３０の電圧感知回路およびＡ／Ｄ２６への第２の入力チャネルを用いて測定されることができる。好ましい一実装例では、装置２は局部的な腐食値２７を導く際の標準偏差σを計算する際にランニングモーメント計算を用い、それによって、システム２は大量のデータを記憶する必要がなく、各装置サイクルにおける必要な計算の数が削減される。一実装例では、ノイズ統計値が各Ａ／Ｄサンプルにおけるランニングモーメントとして計算され、過程はある数の、一例では１０００のサンプル“ｎ”が得られるまで繰り返す。この場合には、２つのモーメント変数Ｍ１およびＭ２は処理システム２２によってゼロに初期化され、ｎに関する変数は１に設定される。プロセッサ２２はしたがって、スイッチングシステムをＥＣＮ構成に設定し、サンプリングされた電流および電圧の測定値はランニング計算に組み込まれ、各サンプリング時間においてモーメントの値を更新する。以下の式はモーメントの更新を提供し、ｘｎは現在の電流サンプルの値であり、ｎは現在のサンプルの数である（例えば、この例ではｎは１から１０００まで変動する）。
ｄ＝（ｘｎ−Ｍ１）
Ｍ２＝Ｍ２＋（１／ｎ）＊（ｄ２（１−（１／ｎ）−Ｍ２））
Ｍ１＝Ｍ１＋（ｄ／ｎ）
【００５４】
この実装例では、さらに、電流サンプルと同時に得られる電圧サンプルに対して同様の計算が行われ、処理システム２２は電圧ノイズに関する移動モーメント値Ｍ１およびＭ２も同様に計算する。さらに、例えば、各パスごとに（１−１／ｎ）のような共通係数を事前に計算することによって、上記計算は好ましくは実行時間およびメモリ使用の点で最適化される。所定の数の測定値（例えばｎ＝１０００または３００）が電流および電圧両方の測定値に関して得られるまで、Ｍ２およびＭ１の計算は各サンプルサイクルに関して上記のオーダーでなされる。その後に、電流統計値は以下のように計算されてよい。
平均値＝Ｍ１
電流標準偏差σｉ＝（Ｍ２）１／２
【００５５】
プロセッサ２２は同様に、電圧ノイズに関する同様の統計値を計算し、そして電流腐食ノイズＩｃｏｒｒｎｏｉｓｅを以下のように計算する。
Ｉｃｏｒｒｎｏｉｓｅ＝（（ＢＨＡＲＭ または ＢＵＳＥＲ）＊σｉ）／（ｌｎ（１０）＊σＶ）
【００５６】
可能なもう１つの実施形態によれば、プロセッサ２２はサンプリングされた電流信号の標準偏差σに基づいて局部的な腐食指標値２７を計算し、標準偏差σはランニングモーメント計算に基づいている。この実装例では、電圧信号は感知される必要がなく、対応する電圧ノイズ統計値は局部的な腐食測定に関して計算される必要がなく、それによってプロセッサ２２の計算およびメモリ記憶のオーバーヘッドを減少させる。この方法では、モーメントＭ１およびＭ２は測定された電流ノイズ（励起が全くない）に関して計算される。
【００５７】
システム２はまた、ＥＣＮ測定の間にプローブインターフェイスシステム３０の実質的な接地に補助電極Ｅ１および作用電極Ｅ３を接続することによって、これらの電極を効果的に短絡する。一実施形態では、図４のテーブル７０のＥＣＮ入力において示されるように、処理システムはスイッチング構成要素Ｕ１３〜Ｕ１６を選択的に再構成する。それによって、プロセッサ２２が上記測定および計算を行う間の第３の測定期間１０３におけるＥＣＮ測定の間に図３Ａに示されるように、補助電極Ｅ１は抵抗器Ｒ５４およびＲ５８を通り、実質的な接地を提供する増幅器Ｕ１０Ａの反転入力へのスイッチＵ１４の“０”状態を通って接続され、また、作用電極Ｅ３はＵ０９Ａの反転入力における実質的な接地への抵抗器Ｒ５６を介して接続される。
【００５８】
一実施形態のシステム２はスタンドアローンなデータ取得および記憶装置として動作可能であり、それは４〜２０ｍＡの制御ループ１１を介するループ電源式であってもよく、図２Ｂの電池１３を介した電池式であってもよい。電池１３はソーラーパネルまたは他の手段によって充電可能であってもよい。この点において、処理システム２２は、一連の装置周期のそれぞれにおいて、上記の例えばＲＳ、腐食速度、局部的な腐食指標などの腐食関連値を計算し、ユーザによる後の検索のために、通信装置を介してまたはＵＳＢ（またはマイクロＳＤ）インターフェイス１７を用いて不揮発メモリ２４（図２Ｂ）に計算された値を記憶する。装置２は、中心ループ１１を介してユーザの通信装置（図示せず）によって、または他の有線または無線手段によってアクセスされ、例えばＨＡＲＴまたは他の適切な通信プロトコルを用いて、蓄積された腐食データをダウンロードすることを可能にする。装置２は、さらに、１日以上分の、計算された腐食関連の値を記憶するために動作可能であり、例えば示された実施形態では長い装置サイクル時間において５日以上分のデータを記憶する。この点において、サイクル時間を短くすると、例えば数ヶ月分や数年分のデータといった、より多くのデータが記憶されることができる。この特徴は遠隔的な用途において有利であり、装置２が分散された制御システムから孤立してもよく、一回に数日の腐食情報を得るように電池またはソーラーパワーで独立して動作してもよい。そして、そのデータは数分の間に装置２から読み取られることができ、したがって、さらなる評価のためにスプレッドシートまたはもう１つのシステムに転送するために外部のユーザ通信装置において記憶される。電池１１はある実装例では装置２に接続されたソーラーパネルに変更されてもよい。
【００５９】
上記例は、本開示の様々な特徴の、単にいくつかの可能な実施形態を示したものであり、本明細書および添付の図面を読んで理解すれば、当業者には同等の変更および／または改良が思い浮かぶであろう。上記の構成要素（アセンブリ、装置、システム、回路など）によって果たされる様々な機能に特に関して、そのような構成要素を記述するために用いられる用語（「手段」への言及を含む）は、他に指示がない限り、本開示に示された実装例における機能を果たす開示された構造とたとえ構造的に同等でなかったとしても、上記構成要素の特定の機能を果たす（すなわち、機能的に同等である）、例えばハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせなどの任意の構成要素に相当するものと意図される。加えて、本開示の特定の特徴がいくつかの実装形態の１つにのみ関して開示されていたとしても、そのような特徴は、任意の所与のまたは特定の用途のために望ましく有利であるように、他の実装形態の１つ以上の他の特徴と組み合わされてよい。また、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ、ｈａｓ）」、「備える（ｗｉｔｈ）」またはその変形が発明の詳細な説明および／または特許請求の範囲で用いられる限りでは、これらの用語は用語「からなる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様に包括的であるものと意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質に晒された構造体の局部的な腐食を測定または監視する腐食測定システムであって、
前記電解質内に位置する複数の測定電極とインターフェイスする信号調整回路を備え、前記信号調整回路が、少なくとも１つの電極を介して腐食関連信号を感知するように動作する感知回路を含む、プローブインターフェイスシステムと、
感知された前記腐食関連信号から低周波成分を取り除くように動作するフィルタと、
フィルタリングされた前記腐食関連信号に少なくとも部分的に基づいて、構造体の局部的な腐食の存在を示す標準偏差の値を計算するように動作する処理システムと、を含む腐食測定システム。
【請求項２】
処理システムがさらに、局部的な腐食値を提供するために標準偏差をスケーリングするように動作する請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項３】
前記フィルタが、感知された腐食関連信号から約０．０５Ｈｚ以下の低周波成分を取り除く請求項２に記載の腐食測定システム。
【請求項４】
感知された腐食関連電気信号をプローブインターフェイスから受信し、前記感知された腐食関連信号のデジタル表現を生成するように、動作的に結合されたアナログ−デジタルコンバータをさらに備える請求項３に記載の腐食測定システム。
【請求項５】
前記フィルタが処理システム内で実装されるデジタルフィルタである請求項４に記載の腐食測定システム。
【請求項６】
前記フィルタがハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタである請求項５に記載の腐食測定システム。
【請求項７】
感知された腐食関連電気信号をプローブインターフェイスから受信し、前記感知された腐食関連信号のデジタル表現を生成するように、動作的に結合されたアナログ−デジタルコンバータをさらに備える請求項２に記載の腐食測定システム。
【請求項８】
前記フィルタが処理システム内で実装されるデジタルフィルタである請求項２に記載の腐食測定システム。
【請求項９】
前記フィルタがハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタである請求項２に記載の腐食測定システム。
【請求項１０】
前記プローブインターフェイスがさらに、
前記電極の第１のひとつを介して電解質に励起信号を供給するように動作可能な励起回路と、
前記励起回路および前記感知回路と結合された複数のアナログスイッチング構成要素を有するスイッチングシステムと、を含み、前記スイッチング構成要素が、前記励起回路および前記感知回路の回路構成要素と、複数の異なる構成の電極と、を選択的に相互接続するように、対応する制御信号に応じて動作可能である、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１１】
前記フィルタが、感知された腐食関連信号から約０．０５Ｈｚ以下の低周波成分を取り除く請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１２】
感知された腐食関連電気信号をプローブインターフェイスから受信し、前記感知された腐食関連信号のデジタル表現を生成するように、動作的に結合されたアナログ−デジタルコンバータをさらに備える請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１３】
前記フィルタが処理システム内で実装されるデジタルフィルタである請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１４】
前記フィルタがハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタである請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１５】
前記システムが野外装置として実装され、前記システムがさらに不揮発メモリを備え、前記処理システムが、各一連の装置サイクルにおいて、計算された標準偏差の値に少なくとも部分的に基づいて局部的な腐食値を計算し、ユーザによるさらなる検索のために前記不揮発メモリに前記局部的な腐食値を記憶するように動作可能である、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１６】
前記野外装置が電池式である請求項１５に記載の腐食測定システム。
【請求項１７】
前記野外装置が４〜２０ｍＡループを電源とする請求項１５に記載の腐食測定システム。
【請求項１８】
電極に晒された構造体の局部的な腐食を測定または監視する方法であって、
システムにおいてＥＣＮ信号を感知し、
低周波成分を取り除くように前記感知されたＥＣＮ信号をフィルタリングし、フィルタリングされたＥＣＮ信号を生成し、
前記フィルタリングされたＥＣＮ信号の標準偏差を計算し、
局部的な腐食値を提供するように前記標準偏差をスケーリングする、
ことを含む方法。
【請求項１９】
ユーザによる後の検索のために前記局部的な腐食値を記憶することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記感知されたＥＣＮ信号がハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタを用いてフィルタリングされる、請求項１８に記載の方法。
【請求項１】
電解質に晒された構造体の局部的な腐食を測定または監視する腐食測定システムであって、
前記電解質内に位置する複数の測定電極とインターフェイスする信号調整回路を備え、前記信号調整回路が、少なくとも１つの電極を介して腐食関連信号を感知するように動作する感知回路を含む、プローブインターフェイスシステムと、
感知された前記腐食関連信号から低周波成分を取り除くように動作するフィルタと、
フィルタリングされた前記腐食関連信号に少なくとも部分的に基づいて、構造体の局部的な腐食の存在を示す標準偏差の値を計算するように動作する処理システムと、を含む腐食測定システム。
【請求項２】
処理システムがさらに、局部的な腐食値を提供するために標準偏差をスケーリングするように動作する請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項３】
前記フィルタが、感知された腐食関連信号から約０．０５Ｈｚ以下の低周波成分を取り除く請求項２に記載の腐食測定システム。
【請求項４】
感知された腐食関連電気信号をプローブインターフェイスから受信し、前記感知された腐食関連信号のデジタル表現を生成するように、動作的に結合されたアナログ−デジタルコンバータをさらに備える請求項３に記載の腐食測定システム。
【請求項５】
前記フィルタが処理システム内で実装されるデジタルフィルタである請求項４に記載の腐食測定システム。
【請求項６】
前記フィルタがハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタである請求項５に記載の腐食測定システム。
【請求項７】
感知された腐食関連電気信号をプローブインターフェイスから受信し、前記感知された腐食関連信号のデジタル表現を生成するように、動作的に結合されたアナログ−デジタルコンバータをさらに備える請求項２に記載の腐食測定システム。
【請求項８】
前記フィルタが処理システム内で実装されるデジタルフィルタである請求項２に記載の腐食測定システム。
【請求項９】
前記フィルタがハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタである請求項２に記載の腐食測定システム。
【請求項１０】
前記プローブインターフェイスがさらに、
前記電極の第１のひとつを介して電解質に励起信号を供給するように動作可能な励起回路と、
前記励起回路および前記感知回路と結合された複数のアナログスイッチング構成要素を有するスイッチングシステムと、を含み、前記スイッチング構成要素が、前記励起回路および前記感知回路の回路構成要素と、複数の異なる構成の電極と、を選択的に相互接続するように、対応する制御信号に応じて動作可能である、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１１】
前記フィルタが、感知された腐食関連信号から約０．０５Ｈｚ以下の低周波成分を取り除く請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１２】
感知された腐食関連電気信号をプローブインターフェイスから受信し、前記感知された腐食関連信号のデジタル表現を生成するように、動作的に結合されたアナログ−デジタルコンバータをさらに備える請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１３】
前記フィルタが処理システム内で実装されるデジタルフィルタである請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１４】
前記フィルタがハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタである請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１５】
前記システムが野外装置として実装され、前記システムがさらに不揮発メモリを備え、前記処理システムが、各一連の装置サイクルにおいて、計算された標準偏差の値に少なくとも部分的に基づいて局部的な腐食値を計算し、ユーザによるさらなる検索のために前記不揮発メモリに前記局部的な腐食値を記憶するように動作可能である、請求項１に記載の腐食測定システム。
【請求項１６】
前記野外装置が電池式である請求項１５に記載の腐食測定システム。
【請求項１７】
前記野外装置が４〜２０ｍＡループを電源とする請求項１５に記載の腐食測定システム。
【請求項１８】
電極に晒された構造体の局部的な腐食を測定または監視する方法であって、
システムにおいてＥＣＮ信号を感知し、
低周波成分を取り除くように前記感知されたＥＣＮ信号をフィルタリングし、フィルタリングされたＥＣＮ信号を生成し、
前記フィルタリングされたＥＣＮ信号の標準偏差を計算し、
局部的な腐食値を提供するように前記標準偏差をスケーリングする、
ことを含む方法。
【請求項１９】
ユーザによる後の検索のために前記局部的な腐食値を記憶することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記感知されたＥＣＮ信号がハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタを用いてフィルタリングされる、請求項１８に記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２０１１−５２７０１３（Ｐ２０１１−５２７０１３Ａ）
【公表日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１６７９３（Ｐ２０１１−５１６７９３）
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４９１５５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００２８３１
【国際公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（５０９０１２４６３）ペッパール アンド フックス インコーポレーテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４９１５５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／００２８３１
【国際公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（５０９０１２４６３）ペッパール アンド フックス インコーポレーテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
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