腐食測定野外装置
【課題】オンライン腐食監視またはオフライン腐食データロギング用の野外トランスミッタにおいて、導電率、一般的な腐食、および／または局部腐食の値を提供する低電力腐食測定装置を提案する。
【解決手段】電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、４〜２０ｍＡループに結合可能で４〜２０ｍＡループからの電源を用いて装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムとを含むことを特徴とする。
【解決手段】電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、４〜２０ｍＡループに結合可能で４〜２０ｍＡループからの電源を用いて装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムとを含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に腐食測定に関し、具体的には腐食を測定する低電力野外装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
野外に設置されるトランスミッタ装置は、プロセス変数情報を制御装置および／またはデータ収集装置に提供するためにプロセス制御状況において広く採用されている。野外装置は、検査室測定器具類とは異なり、極端な温度と湿度にさらされる可能性がある製造工場、化学処理プラント、石油製油所などにおける悪環境条件に耐える密閉保護筐体を用いて構成されている。このような装置は、典型的に、温度、流体圧力、流量、および現行プロセスの制御に使用されるその他の変数を検出する分散制御システムにおいて採用され、一般に、４〜２０ｍＡ制御ループによって他の制御装置に接続され、この制御ループからトランスミッタはその電源を得て、この制御ループを通じて検出された制御変数は制御システムに提供される。ループ給電トランスミッタは、様々なプロセス変数の検出に広く利用可能であり、トランスミッタは一般に測定されたプロセス変数に従って４ｍＡ〜２０ｍＡのループ電流を変えるように構成される（たとえば、プロセス変数範囲の０％が４ｍＡで表わされ、１００％が２０ｍＡに対応する）。他のトランスミッタはＨＡＲＴなどの標準プロトコルに従ってデジタル通信を提供し、これによって、当該トランスミッタは制御ループを介してデータ、命令、およびその他の情報を送受信することができる。
【０００３】
多くの化学プロセスは、流体をパイプ、タンク、およびその他の構造物の中に貯蔵し、あるいはこれらを通じて輸送する必要があり、これらの構造物は、輸送または貯蔵された流体と接触することによりやがて腐食する可能性がある。こうした状況において、このような腐食の量と速度を確認して保守を目的とした構造的完全性の説明と評価（ｉｎｆｏｒｍｅｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ）を可能にし、さらに、流体そのものの望ましくない腐食レベルまたは予期せぬ腐食レベルを明らかにすることが望ましく、この場合、腐食データが抑制剤注入などの改善策の適用および／またはこのような改善策の効率の確認と最適化とに使用されてもよい。他の腐食測定用途として、コンクリート中の鋼の腐食など、非流体にさらされる構造物の腐食が挙げられ、腐食を引き起こす材料は、一般に、固体、液体、または気体のいずれであれ、電解質と呼ばれる。しかし、ほとんどの化学処理環境の特性とパイプラインおよび流体貯蔵タンクの大きさおよび場所に起因して、精巧で高価な実験室等級の計装測定システムを用いて腐食測定を実施することは非現実的であることが多い。特に、このような高価なシステムは、パイプラインまたは貯蔵タンクの腐食状態のリアルタイムによるオンライン測定に適応しない。さらに、オンライン測定装置は、標準４〜２０ｍＡ制御ループまたはバッテリ電源から得られるような非常に低い割当電力で動作することができなければならない。これらの用途に対して腐食測定機能を提供するために、最近では野外腐食トランスミッタが導入されている。しかし、従来の野外腐食トランスミッタは、これまでのところ、改良された野外トランスミッタにとって１つまたは複数の腐食関連値を測定するのに必要とされる所要レベルの腐食測定精度と、広範な構造材料、輸送される流体タイプ、および温度に関する腐食測定への適応性とを提供することができていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の基本的な理解を容易にするためにここで本発明の様々な態様が要約され、この要約は、本発明を包括的に概観するものではなく、本発明の一部の要素を明確にするものでも本発明の範囲を明確にするものでもない。むしろ、この要約の主目的は、以下に提示されるより詳細な説明に先立って本発明の一部の概念を単純化して示すことである。本発明は、腐食速度、局部腐食性（たとえば、孔食）、溶液（電解質）抵抗または導電率などの１つまたは複数の腐食関連値をリアルタイムで正確に測定し、高価で繊細な実験室計装システムに馴染まない野外状況に採用されうる低電力野外装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つまたは複数の態様に従って、ループ給電腐食測定装置は、電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するために提供される。装置は、４〜２０ｍＡループからの電源、バッテリ、ソーラーパネルなどを用いて装置に給電する電源システムと、電解質中にある２つ以上の測定電極とインタフェースする信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムとを備える。信号調整は、１つまたは複数の励起信号を第１の電極を介して電解質に提供し、電極の少なくとも第２の電極を介して電流、電圧などの１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出する検出回路を含む。一部の実施形態において、スイッチングシステムは、溶液（電解質）抵抗（導電率）測定（ＳＲＭ）、高調波歪み解析（ＨＤＡ）、線形分極抵抗測定（ＬＰＲ）、電気化学的ノイズ測定（ＥＣＮ）などを含むがこれらに限定されない１つまたは複数の測定方式を用いて、電解質抵抗または導電率、腐食速度、局部腐食指数などの腐食関連値を容易に提供する複数の異なる構成の励起および検出回路の回路部品と電極とを選択的に相互接続するための対応する制御信号によって動作しうる複数のアナログスイッチが備えられる。また、スイッチングシステムは、励起（補助）および検出（作用）電極がドライバアンプのフィードバック経路内にあるように励起回路のドライバアンプを結合するために動作してもよく、こうすると、これらの電極間に流れる電流によって作用電極と基準電極との間の電圧が印加される励起電圧に等しくなる。さらに、一部の実施形態において、スイッチングシステムは、電流制限抵抗が電流検出動作に影響を与えないように電流／電圧変換器回路のフィードバック経路にある検出回路の電流制限抵抗器を接続する。
【０００６】
また、装置は、電解質に提供される励起信号を制御し、検出部品を選択的に構成して動作させ、検出回路からの側定値に基づいて１つまたは複数の腐食関連値を計算するためのプローブインタフェースと動作可能に結合される、たとえば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＤＳＰなどの処理システムを含む。また、プロセッサは、その後アップロードする場合に不揮発性メモリに計算された腐食値を記憶するように動作する。腐食値（単数または複数）は、接続された制御ループに４〜２０ｍＡ信号の形のプロセス変数出力として提供されてもよい。装置は、所与の装置サイクルにおける測定値の数と測定方式とのユーザ構成を可能にし、かつループあるいはその他他の有線または無線通信を介して腐食関連値をユーザに提供する、ＨＡＲＴまたはその他の方式のデジタル通信用の通信インタフェースを含んでもよい。
【０００７】
本発明の他の態様に従って、ＤＣフリー検出信号に基づいてアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器に非ＤＣフリー信号を提供するために、整流器システムが検出回路と結合され、ＤＣフリー検出信号は電解質に提供される励起信号の交番極性に呼応して検出信号の極性を交番する同期整流器の一部であってもよい。このように、Ａ／Ｄ入力は、サブナイキストサンプリング速度を可能にし、かつ測定電流の値を確認するために平均化する非ゼロ平均値を有する。整流器を使用することによって、非ＤＣフリー信号に関連する誤差と腐食の悪化とを軽減する実質的にＤＣフリーの方形波励起信号が容易に供給されるとともに、電解質抵抗／導電率を測定する際に低いＡ／Ｄサンプリング速度で取り込まれた多くの検出電流読取り値を処理システムが平均化しうるように装置の電力が容易に節約される。一例において、同期整流器は、検出信号の極性を交番するためにプロセッサによってトグルされる第１のスイッチと、電解質抵抗を正確に測定するためにはるかに低いサンプリング速度でサンプリングされて平均化されうる非ＤＣフリー信号を受信するアナログデジタル変換器を用いて励起周波数で実質的にＤＣフリーのＡＣ励起信号を電解質に提供するために励起信号の極性を同期的に交番する第２のスイッチとからなる。一実施形態において、ＤＣフリー方形波励起は、約５００Ｈｚ以下、好ましくは約１００〜２００Ｈｚの周波数で提供され、Ａ／Ｄ変換器は毎秒約１０サンプル未満の速度で検出電流をサンプリングする。
【０００８】
本発明のさらなる態様に従って、装置は、電極を４〜２０ｍＡループから直流絶縁する絶縁障壁を含み、これによって、装置は別の絶縁障壁を必要とせずに所与のプラント設備に容易に組み入れられる。本発明の他の態様は、大電流および／または高電圧から保護するために装置内に本質的安全回路を備える必要があり、これは２段階システムであってもよく、電極を保護する抵抗器を含んでもよい。
【０００９】
本発明の別のさらなる態様に従って、装置はスタンドアロンデータ収集および記憶装置として動作することができ、この場合、プロセッサは、一連の装置サイクルの各々において腐食関連値を計算し、計算腐食関連値をユーザによるその後の検索のために記憶し、この場合、その値は装置内の不揮発性メモリに記憶されてもよい。この態様において、装置は、ユーザが装置を構成しおよび／または装置から記憶された計算腐食関連値をＨＡＲＴまたはその他の適切な通信プロトコルを用いて検索しうるように制御ループあるいはその他の有線または無線手段を通じて外部の通信装置とインタフェースしてもよく、１日分または複数日分の計算腐食関連値を記憶してもよい。
【００１０】
本発明のさらなる態様に従って、電解質抵抗測定は、Ａ／Ｄ変換器の入力範囲をより有効に利用するためにＡＣ励起振幅を動的に調整することによって改良されてもよく、処理システムは第１の振幅の励起信号を提供し、得られた検出電流信号が所定の閾値を超えるまで励起信号振幅を選択的に増加させる。
【００１１】
本発明の別のさらなる態様に従って、装置は、電流検出および整流器回路におけるオフセット誤差を補償するために自己較正するように機能し、処理システムは励起回路を制御して最初は励起信号を提供せず、同期整流器に検出電流信号の極性の交番を開始させる。プロセッサは、同期整流器は励起信号なしで動作している間にＡ／Ｄ変換器を用いて検出電流をサンプリングし、１つまたは複数の検出電流信号サンプルに基づいてオフセット値を計算する。この後、計算されたオフセット値は、電解質抵抗または他の腐食関連値を計算する際にオフセット補正として後で使用するために記憶される。
【００１２】
別の態様において、励起は電極の差を補償するためにＨＤＡ測定中に調整され、処理システムは、励起信号を印加せずに検出電圧信号を測定し、検出電圧値をオフセットとして記憶し、その後、励起回路にオフセットとともに正弦波励起電圧信号を提供させ、検出電流信号の高調波に基づいてＨＤＡを用いて腐食関連値を計算する。
【００１３】
本発明の他の態様に従って、改善された高調波歪み解析（ＨＤＡ）方式の測定が約５０ｍＨｚ以上の周波数の正弦波ＡＣ励起を用いて容易に行なわれ、装置は１サイクルを超える（好ましくは約１０〜２０サイクル）検出正弦波電流信号に基づいて１つまたは複数の腐食関連値を計算する。これによって、装置の測定サイクル時間を著しく延長することなく電流高調波読取り値を得るためのフーリエ解析を的確に実施するのに十分な電流サンプルを用いた腐食速度の測定が容易になる。
【００１４】
本発明の別のさらなる態様は、ＨＤＡ測定および計算が、可能であれば、高い電解質抵抗状況あるいはＨＤＡ測定において誤差の可能性を示す他の状態においてＬＰＲ測定に自動的に切り替えて実施される動的アルゴリズム変更に関する。この態様において、処理システムは、ＨＤＡ方式測定を実施して、一連の装置サイクルの各々における検出回路によって検出される電流信号の高調波に基づいてＳｔｅｒｎ−Ｇｅａｒｙ定数（Ｂ値）を計算する。この後、１つまたは複数の妥当性試験が、量（ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＰ））が閾値（たとえば、一例において約０．１）よりも小さいかどうかを判断し、量（２Ｉ１Ｉ３−Ｉ２２）がゼロより大きいかどうかを判断し、および／または計算されたＢ値が所定範囲（たとえば、一実施形態において約１０〜６０ｍＶ）にあるかどうかを判断することによって、計算された電解質（電解質）抵抗ＲＳと計算された分極抵抗ＲＰの相対的大きさの確認など、計算されたＢ値に対して実施される。一実施形態において、妥当性試験（単数または複数）が高調波歪み解析から正確な腐食関連値が得られる可能性が高いことを示す場合、処理システムは計算されたＢ値による高調波歪み解析を用いて腐食関連値（単数または複数）を選択的に計算し、そうでなければ、腐食値（単数または複数）はユーザ定義のＢ値またはデフォルトのＢ値によるＬＰＲ測定を用いて計算される。
【００１５】
本発明の他の態様に従って、処理システムは、電気化学ノイズ（ＥＣＮ）測定値を用いて腐食関連値を導出する際に、ランニングモーメント計算（ｒｕｎｎｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）を用いて少なくとも１つの統計値を計算し、これによって、大量のデータを記憶する必要性を軽減し、各装置サイクルにおける所要計算回数を削減する。
【００１６】
関係する態様において、プロセッサは、サンプリングされた電流信号の標準偏差とサンプリングされた電流信号のｒｍｓとに基づいて局部腐食指数を計算するように機能し、この場合、標準偏差とｒｍｓはいずれもランニングモーメント計算に基づいている。
【００１７】
本発明の別のＥＣＮに関係する態様は、ＥＣＮ測定中に、補助電極と作用電極とを回路の仮想グラウンドに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必要がある。一実施形態において、処理システムは、スイッチング部品を選択的に再構成して補助電極と作用電極とをプローブインタフェースシステム内の仮想グラウンドに接続し、ＥＣＮを用いて検出回路によって検出される信号に基づいて腐食関連値（単数または複数）を計算する。
【００１８】
本発明のさらなる態様は、装置における線形分極抵抗（ＬＰＲ）の使用に関し、この場合、所定のユーザＢ値ではなく計算されたＢ値が採用される。さらに、計算されたＢ値は、ノイズイミュニティを高めるために一部の実施形態においてローパスフィルタ処理されることが好ましい。一実施形態において、処理システムは、一連の装置サイクルの各々において検出回路によって検出された電流信号の高調波に基づいてＢ値を計算し、計算されたＢ値と線形分極抵抗測定を用いて検出回路によって検出される電流信号とに基づいて所与の装置サイクルにおける腐食関連値を計算する。
【００１９】
以下の説明と図面は、本発明の一部の例示的実装を詳しく示しており、本発明の様々な原理が実行される可能性のあるいくつかの例示的方法を示すものである。しかし、図示された例は、本発明の多くの可能な実施形態を網羅するものではない。本発明の他の目的、利点、および新規な特徴は、図面と併せて考察される本発明の以下の詳細な説明に示されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の１つまたは複数の態様に従って関連するプローブおよび電極とともにループまたはバッテリ式トランスミッタを含む、例示的な腐食測定装置を示す斜視図である。
【図２】デジタルシステム、ループインタフェース、およびプローブインタフェースを含む、図１のトランスミッタのさらなる詳細を示す概念図である。
【図３Ａ】様々な異なる腐食測定値に関するプロセッサ制御励起回路、検出回路、および装置のプログラムによる再構成用のアナログスイッチングシステムを含む、図１および２の例示的なトランスミッタにおけるプローブインタフェースシステムおよびデジタルシステムの部分を示す回路図である。
【図３Ｂ】絶縁トランスおよび２段階の本質的安全障壁を含む、図１および２の例示的なトランスミッタのループインタフェースシステムにおける絶縁回路のさらなる詳細を示す回路図である。
【図４】図１〜３Ｂの装置におけるＳＲＭ、ＨＤＡ、ＬＰＲ、セルオフセット電圧、およびＥＣＮ測定値に関する複数の例示的なスイッチングシステム構成を示す表を例示する。
【図５】腐食測定に関して輸送または貯蔵される電解質にさらされる電極によってパイプまたは貯蔵構造物内に設置される測定装置のプローブおよび電極を図式的に示す部分断面側面図である。
【図６】図５の設備における電極の１つの等価回路と測定電解質とを示す簡略図である。
【図７】電解質抵抗測定に関する実質的にＤＣフリーの２００Ｈｚ方形波、ＨＤＡおよびＬＰＲ測定用の１００ｍＨｚ正弦波、および励起のないＥＣＮ部分を含む、図１〜６の装置の多相測定サイクルにおける励起回路によって測定電解質に印加される例示的な励起波形を示すグラフである。
【図８】電解質抵抗測定に関して装置において使用される実質的にＤＣフリーの方形波励起信号をさらに示すグラフである。
【図９Ａ】図１〜６の装置における動的励起振幅調整を用いた電解質（溶液）抵抗測定（ＳＲＭ）に関する例示的な動作を示すフローチャートである。
【図９Ｂ】図１〜６の装置における動的振幅調整中の異なる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平均電流の電圧および電流プロットを示すグラフである。
【図９Ｃ】図１〜６の装置における動的振幅調整中の異なる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平均電流の電圧および電流プロットを示すグラフである。
【図９Ｄ】図１〜６の装置における動的振幅調整中の異なる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平均電流の電圧および電流プロットを示すグラフである。
【図１０Ａ】約２００Ｈｚで印加される例示的な方形波電圧励起信号のプロットと、約３００ｍｓの低サンプリング周期を用いた２つの例示的な非同期Ａ／Ｄ変換器サンプルと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リング時間での励起電圧および検出電流プロットを示すグラフである。
【図１０Ｃ】図１〜６の装置におけるオンライン電流アンプオフセット測定に関する例示的な動作を示すフローチャートである。
【図１１】図１〜６の装置における計算されたＢ値の妥当性試験を含む、ＨＤＡまたはＬＰＲ測定の動的アルゴリズム変更に関する装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】図１〜６の装置におけるＨＤＡ腐食測定に関する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チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ここで図を参照すると、本発明のいくつかの実施形態または実装が図面とともに以下に説明されており、全体を通じて同じ要素を表わすのに同じ参照符号が使用され、様々な特徴とプロットは必ずしも一定の縮尺で描かれていない。本発明は、腐食測定を提供するとともに１つまたは複数の最新の腐食測定方式を用いて監視し、標準４〜２０ｍＡ制御ループまたはその他の通信手段によって接続される分散制御システムに採用される可能性のある、あるいは記憶された腐食データをユーザ通信装置にダウンロードする機能を有するスタンドアロン装置として働く可能性のあるリアルタイムの腐食監視および／またはオフライン腐食データロギングに関する導電率、一般的な腐食、および／または局所的腐食の値を提供するプログラム可能な低電力腐食測定野外装置に関する。
【００２２】
最初に図１を参照すると、腐食監視／測定用として装置２が組み込まれる金属構造物の材料に適合した材料で作られることが好ましいプローブ６と３つ一組の電極８とともに、以下でさらに詳しく説明されるプロセッサベースの電子回路を内蔵するトランスミッタヘッド４とを含む、例示的な野外腐食測定装置２が本発明の１つまたは複数の態様に従って示されており、ここで、電極８は、パイプライン、貯蔵タンク、またはその他の対象となる構造物など、設置された構造物で貯蔵または輸送される溶液あるいは他の電解の個体、気体、または液体の中に沈められかあるいは埋め込まれている。トランスミッタハウジング４とプローブ６は、環境保護材料で構成され、装置２をオンライン腐食監視などの野外用途に使用して、腐食速度、局部腐食指数（腐食局在の程度）、および／または電解質抵抗（導電率）に関するプロセス変数を発生することができる。動作中、プローブ６は、パイプまたは流体チャンバーの中で腐食プロセスにさらされるように、パイプまたは流体チャンバーの内部に延在する電極とともに対象となる構造物に取り付けられる。
【００２３】
以下でさらに詳しく説明されるように、装置２は、分極抵抗ＲＰ、溶液抵抗ＲＳ、および電気化学ノイズ測定値の測定を含む、多くの異なる腐食関連測定を実施することができる。線形分極抵抗（ＬＰＲ）測定はほとんどの状況で機能する簡単な手法であり、この場合、設定電圧が試験電極に印加され、分極抵抗ＲＰに関する値を得るために派生電流が測定される。この後、腐食電流Ｉｃｏｒｒが分極抵抗ＲＰ（＝印加電圧／流れる電流）からＩｃｏｒｒ＝Ｂ／ＲＰとして計算され、ここで、ＢはＳｔｅｒｎ Ｇｅａｒｙ定数である。ＬＰＲは、存在する顕著な溶液抵抗ＲＳ（ＲＰと直列に現れる）の影響だけでなくＢ値の不確実な知識による影響も受け、特に、以下でさらに図示されて説明される実施形態におけるように正弦波励起を用いて行なわれる場合はノイズなどに対して一般にきわめて強く、影響を受けない。高調波歪み解析（ＨＤＡ）は、派生電流の高調波からＩｃｏｒｒを直接計算し（印加電圧が純粋な正弦波である場合）、Ｂ値の知識を必要としない。ＬＰＲからのＩｃｏｒｒとＨＤＡからのＩｃｏｒｒとは理論的に同じであるべきなので、既知のＲＰまたは測定されたＲＰに基づくＨＤＡ計算で使用される高調波情報からＢを計算することが可能である。また、ＨＤＡは、応答を「線形化する」傾向がある溶液抵抗ＲＳによって影響を受け、高調波歪みは非線形ＲＰの効果であり、ＲＰと直列に現れるＲＳの効果ではない。高調波は低レベルのものとなりうるので、ＨＤＡによる測定結果（Ｉｃｏｒｒｈａｒｍ）は、測定ごとにノイズによって乱される可能性があり、Ｂ値がノイズの多いＩｃｏｒｒとＲＰとから計算される場合は計算されたＢ値もノイズが多くなる。こうした状況に対応するために、Ｉｃｏｒｒｈａｒｍに対して計算された値はフィルタ処理または平均化されうるが、これは、装置２の応答時間を遅らせて腐食の変化を検出する機能を阻害することになる。これらの矛盾する目的に対応するために、装置２は、各測定値（ＲＰとＩｃｏｒｒｈａｒｍとからの）に対する瞬時のＢ値を計算し、デジタルローパスフィルタ処理によってＢの変動を平均化し、フィルタ処理され計算されたＢ値はＩｃｏｒｒを計算するために瞬時のＲＰとともに使用されうる。ＳＲＭ、ＬＰＲ、およびＨＤＡに関するすべての摂動法は、試験電極の平均腐食速度を提供し、局部腐食にあまり敏感でない。しかし、ＥＣＮは装置２においても発生しうるものであり、装置２はあらゆる局部腐食の兆候を示す非摂動測定法（励起が外部から印加されない）を提供する。さらに、ＥＣＮは、キャビテーション損傷、浸食損傷、応力腐食割れなど、試験電極に自然に形成されるあらゆる保護酸化被膜への機械的損傷によって生じる局部腐食だけでなく、電気化学的に生じる局部腐食（孔食、すきま腐食など）も検出しうる。
【００２４】
また、図２を参照すると、トランスミッタ４の電子装置が図式的に示されており、これは、装置２が標準４〜２０ｍＡ制御ループ１１とインタフェースする直流絶縁および本質的安全（ＩＳ）障壁回路１２を有するループインタフェース１０と、制御ループ１１、あるいはバッテリ１３、ソーラーパネル（図示せず）、またはその他の電源のいずれかの電流から得られる内部装置電源を提供する電源システム１４とを含む。ループインタフェース１０は、プロセッサ２２がＨＡＲＴまたはその他の通信プロトコルを用いて外部通信装置（図示せず）と通信しうるように、デジタルシステム２０のプロセッサ２２と制御ループ１１とに動作可能に結合される通信インタフェース１６をさらに含み、外部通信装置によって、ユーザは装置２を構成またはプログラムしてもよく、および／または記憶され計算腐食関連値を装置２０から検索してもよい。さらに、プロセッサ２２がループの電流を制御して測定／計算されたプロセス変数（たとえば、腐食速度、局部腐食指数、導電率などに対応する４〜２０ｍＡのループ電流レベル）を示しうるように、例示的なループインタフェース１０はループ１１の電流を制御する専用デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１０を含み、さらに、ＦＳＫまたはその他のループ電流の変調方式を備え、ＨＡＲＴなどの適切なプロトコルに従ってループ１１あるいはその他の有線または無線通信手段を介してデジタル通信を実施する。
【００２５】
また、装置２は処理システム２２を備えるデジタルシステム２０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）、プログラマブルロジックなど、任意の形態の処理回路であってもよく、これらによって、本明細書に記載された様々な機能性が達成されうる。デジタルシステム２０は、１つまたは複数の形態のメモリ２４、特に、フラッシュ、ＦＲＡＭなどの不揮発性メモリを含み、アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）２６を含んでもよく、Ａ／Ｄ２６および／またはメモリ２４は独立した部品または回路であってもよく、あるいはプロセッサ２２に内蔵されていてもよい。
【００２６】
さらに、腐食測定装置２は、測定される電解質の中にある複数の測定電極８とインタフェースする信号調整回路３４を有するプローブインタフェースシステム３０を含む。図示された実装において、さらに、プローブインタフェース３０は、以下でさらに説明されるような一部の測定方式に対して信号調整回路３４によって少なくとも１つの電極８に印加される励起信号を発生する第２のＤＡＣ３２を含み、励起ＤＡＣ３２は代替的にデジタルシステム２０内に設置されてもよく、随意にプロセッサ２２と一体化されてもよい。信号調整回路３４は、ＤＡＣ３２の出力に従って、別名、補助電極の第１の電極Ｅ１を介して電解質に励起信号を提供する励起回路３４ａを備え、検出回路３４ｂは他の電極Ｅ２および／またはＥ３の一方または両方を介して、電圧、電流などの１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するために提供され、第２の電極Ｅ２は電解質中の電圧信号を検出するために使用されるものとして本明細書では基準電極と呼ばれ、残る電極Ｅ３は腐食速度に関する電流信号を検出する作用電極（ａ ｗｏｒｋ ｏｒ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と呼ばれ、基準および／または補助電極Ｅ２、Ｅ１は不活性物質で作られる。さらに、信号調整システム３４は、励起回路３４ａおよび検出回路３４ｂの様々な部品と複数の異なる構成の電極８とのプロセッサ制御による再構成を可能にする複数のアナログスイッチング部品を有するスイッチングシステム３４ｃを含む。
【００２７】
また、図３Ａ、３Ｂ、および４を参照すると、図３Ａにおいて、励起回路３４ａ、検出回路３４ｂ、およびＵ１３〜Ｕ１６と表示された４個のアナログスイッチング装置３４ｃからなるスイッチングシステムを含む、プローブインタフェースシステム３０とデジタルシステム２０との一部の部品のさらなる詳細が示される。アナログスイッチＵ１３〜Ｕ１６の各々は、「０」状態と「１」状態として図に示される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の状態を制御するための対応するスイッチング制御信号ＣＳ１３〜ＣＳ１６を提供する。さらに、アナログスイッチＵ１３〜Ｕ１６は、チップ選択入力（図示せず）によって制御されて、スイッチ端子が極端子のいずれからも切断される第３の動作状態を有しうる。このため、スイッチＵ１３〜Ｕ１６は、励起および検出回路３４ａおよび３４ｂの部品のプロセッサ制御による相互接続用に結合されて腐食測定装置２を複数の異なる腐食測定配置で再構成し、図４は装置２のＳＲＭ、ＨＤＡ、ＬＰＲ、セルオフセット電圧、およびＥＣＮ測定動作に関するスイッチの設定または状態を説明する表７０を示す。例示的な装置２は、図４における測定モードのいずれか１つで動作させるためにユーザによってプログラムされてもよく、または一連の装置サイクルの各々においてリストに記載された測定方式の２つ以上を任意に組み合わせて測定を実施してもよく、これによって、腐食トランスミッタ２は容易に構成されて任意の腐食測定または監視用途を提供する。この点において、ループインタフェース３０は、単一のユーザプログラム可能な装置２でＥＣＮ、ＨＤＡ、ＳＲＭ、ＬＰＲ、およびオフセットを用いて腐食測定および監視に関して進歩した性能を提供す一方で、アンプとその他の部品の数を最小にすることによって、ループまたはバッテリ電源から受ける厳しい電力制約の範囲内でインピーダンスと精度とに関する信号調整回路と電極８との最適な相互接続を可能にする。
【００２８】
プロセッサ２２は、各測定期間中に励起ＤＡＣ３２を制御して、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を介してセルに適切な励起を提供し、さらに、測定Ａ／Ｄ２６を動作させて、検出回路３４ｂ、スイッチ３４ｃ、ならびにそれぞれ基準および作用電極Ｅ２およびＥ３を介してセル電圧および／または電流の対応する測定値を得る。電極結合は、プローブ６と励起回路３４ａおよび検出回路３４ｂへの接続を形成する抵抗器Ｒ４９〜Ｒ５１、ならびにフィルタネットワークＲ５４〜Ｒ５６、Ｃ５６、Ｃ５７、およびＣ５８とを介して行なわれる。以下で説明されるシナリオにおいて、装置２は、装置Ｕ１３〜Ｕ１６のスイッチングを制御して各装置サイクルにおける一連の測定を実施する。さらに、図示された装置２において、選択可能な測定方式（たとえば、ＳＲＭ、ＨＤＡ、およびＬＰＲ）の一部は、励起信号の印加を含むが、他の測定方式（たとえば、ＥＣＮ）は励起信号の印加を含まず、一般的な腐食はＨＤＡまたはＬＰＲ測定方式を用いて計算され、電解質抵抗または導電率はＳＲＭ法を用いて測定され、ＥＣＮ測定は局部腐食指数値を計算する際に使用される。一般に、励起信号（もしあれば）は、スイッチＵ１３の「０」状態経路に直接接続された第１のアンプ（たとえば、オペアンプ）Ｕ１２Ａを用いた第１の極性、またはスイッチＵ１３の「１」状態に接続されたインバータ構成アンプＵ１２Ｂを介した反対の第２の極性のいずれかで、ＤＡＣ３２によって提供される電圧信号として補助電極Ｅ１に印加され、ドライバアンプＵ１０Ａは対応する出力電圧をスイッチＵ１６と抵抗器Ｒ６１の「０」状態経路を介して補助電極Ｅ１に提供する。さらに、これらの構成において、電極は励起回路３４ａのドライバアンプＵ１０Ａのフィードバックループ内にあり、これによって、補助電極Ｅ１と作用電極Ｅ３との間に流れる電流が基準電極Ｅ２と作用電極Ｅ３の間の電位を印加励起信号電圧と等しくせしめることになる。さらに、一部の使用可能な構成において、励起は印加されず、スイッチングシステムは補助電極Ｅ１を励起回路３４ａから電気的に絶縁し、処理システム２２は検出回路３４ｂによってＥ２とＥ３の間で検出される電圧信号をサンプリングする。
【００２９】
あらゆる印加された励起電圧信号から派生するリターン電流は、例示的な３つの電極の定電位測定構成（ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）において作用電極Ｅ３を流れ、検出回路３４ｂは電流電圧変換器のフィードバック経路の電流制限抵抗器Ｒ５７とともに電流電圧変換器を形成する電流検出アンプＵ９Ａによってこのような電流を検出し、これによって、電流制限抵抗器Ｒ５７（たとえば、一実施形態において１ｋΩ）は電流検出動作に影響を与えない。電流電圧変換器の抵抗Ｒ５７が電流経路にもたらす電圧降下はゼロに近く、この値は高い信号感度と広いダイナミックレンジの要件に従ってゲインを提供し過負荷に対してＵ９Ａの反転入力を保護するように選択されてもよく、抵抗Ｒ５７の電流測定への影響を排除するようにＵ９Ａのフィードバックループ内にある。検出回路３４ｂのこの電流電圧変換器は、ＨＤＡおよびＥＣＮ測定において電流を検出するために使用され、さらに、分極抵抗ＬＰＲを測定する際に同期整流器と組み合わせて使用される。
【００３０】
電流電圧変換器アンプＵ９Ａは、スイッチＵ１５のそれぞれ「０」状態と「１」状態とに対するアンプＵ８Ａの反転入力または非反転入力のいずれかに出力を提供し、この場合、Ｕ８Ａの出力は２つの入力の１つを電流検出用のＡ／Ｄ変換器２６に提供する。したがって、電流検出極性スイッチＵ１５は、プロセッサ２２からの制御信号ＣＳ１５を介してトグルスイッチングを実現するために一部の測定方式に対して整流器として動作されてもよい。この点において、励起極性スイッチＵ１３と電流検出極性スイッチＵ１５は、同期的に動作されるとき（プロセッサ２２によって制御信号ＣＳ１３とＣＳ１５のスイッチングを制御して）、これらのアナログスイッチング部品は電解質（溶液）抵抗ＲＳを測定する一部の実施形態（ＳＲＭモード）において使用される同期整流器を構成する。さらに、電流検出部品は、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からの検出電流を測定する極性スイッチＵ１５をトグルすることなく採用される。検出回路３４ｂは、高インピーダンス経路Ｒ５９を介して基準電極Ｅ２における電圧を検出するＡ／Ｄ２６の第２のアナログ入力を駆動するアンプＵ７Ａによる電圧検出機能をさらに提供し、基準電極Ｅ２における電圧はアンプＵ５Ａを用いて基準電圧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値とアナログ電流値を得て変換することができ、この後、これらの側定値に対応するデジタル値をプロセッサ２２に提供する。さらに、Ａ／Ｄ変換器２６は、一実施形態においてデルタシグマ変調器ベースの変換器など、任意の適切な変換装置であってもよく、比較的遅い変換速度で動作されることが好ましい。たとえば、図示された実施形態におけるＡ／Ｄ２６は、ループまたはバッテリ式実装に対する電源システム１４の割当電力を超えないように、毎秒約１０サンプル未満、たとえば、一実施形態において３００ｍｓｅｃごとに１回のサンプリングなど、励起信号周波数よりも著しく低いサンプリング速度で様々な腐食関連検出信号の測定サンプルを得るために動作される。したがって、処理システム２２は、プローブインタフェースシステム３０と動作可能に結合され、励起回路３４ａによって電解質に提供される励起信号を制御し、制御信号ＣＳ１３〜ＣＳ１６をスイッチングシステム３４ｃに提供しスイッチング部品Ｕ１３〜Ｕ１６を選択的に再構成して複数の異なる腐食測定方式を実施し、検出回路３４ｂからの受信測定値に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する。
【００３２】
したがって、トランスミッタ４の回路は、ＨＡＲＴ通信のサポートを含む４〜２０ｍＡループインタフェースに加えて、励起信号の印加を制御し、信号測定値を得て信号解析を実施し、腐食速度、電解質抵抗または導電率、および／または局部腐食指数のプロセス変数を発生するために、プローブ６を介した電極８への励起信号の印加、電極信号を検出するための信号調整、アナログデジタル変換回路２６、および処理部品２２を提供する。装置２はプロセス変数を表わす制御ループ１１内の４〜２０ｍＡ信号を発生するように構成されてもよく、プロセス変数は現行の一般に連続的な腐食プロセスの現在の速度を表わす１年当りのｍｉｌまたはｍｍ単位の一般腐食速度、電解質抵抗または導電率の値、あるいは孔食または局部腐食指数であってもよく、孔食または局部腐食指数は無単位で低い腐食速度を有する可能性があるが、パイプまたはタンク材料内で材料強度を弱める、小さいが、最終的に深い孔となる可能性があるプロセスにおける局所化の程度の尺度を表わす。また、装置２は、定期的に、あるいはループ１１上の別の制御実体またはユーザ通信装置からのデータ要求に応じて、これらの値の１つまたは複数をデジタル通信によって報告するように構成されてもよい。
【００３３】
ここで、図１〜３Ｂを参照すると、装置２は、４〜２０ｍＡループから電極Ｅ１〜Ｅ３と装置２の回路を直流絶縁する絶縁および本質的安全（ＩＳ）障壁１２を含む。図３Ｂに示されるように、４〜２０ｍＡループ１１からの電流は、ヒューズＦ１、サージ保護装置Ｎ１、および抵抗器Ｒ３と、整流器１２ａ１と、この後に続く絶縁トランスＴ１への入力を提供するインバータ１２ａ２を有する一次側安全領域（ｐｒｉｍａｒｙ ｓａｆｅｔｙ ａｒｅａ）１２ａの入力段を通過する。トランスＴ１の絶縁出力は、電圧制限ツェナーＮ６〜Ｎ９とトランジスタＰ５〜Ｐ８および抵抗器Ｒ１７、Ｒ２１、Ｒ２９〜Ｒ３０、Ｒ３４、Ｒ３５およびコンデンサＣ３４から形成される電流制限回路を備える電圧保護回路１２ｂ１を含む、二次側絶縁領域１２ｂに入力を提供する。この第１の本質的安全障壁段１２ｂの出力は、ループコントローラ回路１５で観察されうる電圧をさらに制限する追加的な電圧制限ツェナーＮ１０〜Ｎ１５を含む第２のＩＳ障壁段１２ｃに入力を提供する。また、装置２のＩＳ保護は、電極Ｅ１〜Ｅ３を保護するための１ｋΩの保護抵抗器Ｒ５７〜Ｒ６１を提供する。動作中、測定電解質と電極Ｅ１〜Ｅ３は、典型的に接地グラウンドに接続され、これによって、プローブインタフェース回路３０の初段はやはり低インピーダンス経路を介して接地される。絶縁回路１２、および特に絶縁トランスＴ１を提供することによって、複数の装置が同じタンクまたはパイプライン内に設置される場合の４〜２０ｍＡ制御ループ１１による潜在的なグラウンドループ問題が軽減または回避される。したがって、装置２は、外部絶縁部品なしで使用されてもよく、それによって設置費が節約される。さらに、絶縁トランスＴ１は、例示的な一体型の防爆（本質的安全、すなわちＩＳ）障壁の部品を構成する。この二段ＩＳ回路１２ｂおよび１２ｃは、外部ＩＳ回路を必要とせずに本質的安全性を必要とする用途に装置２を使用することができ、それによって、設置費がさらに削減される。これらの用途において、たとえば、ハウジング４（図１）は、防爆認定を受けた筐体（たとえば、米国の場合）として構成され、あるいは欧州では「ＥＸｄ」と表示され、装置２に内部ＩＳ回路を提供するとこれを非ＩＳループ１１に接続することが可能になる。このように、例示的な装置２は、追加障壁を必要とせずにＥＸｄまたは防爆設置法（Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｏｏｆ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）を電極８とプローブ６（図１）に対するＩＳ保護に効果的に「変換」する。
【００３４】
また、図５〜７を参照すると、動作中、プローブ６は、図５に示されるように、パイプまたはその他の金属構造物４０で輸送される電解質５０に電極８が浸漬された状態で設置され、電極は埋め込み型を含む任意の形状であってもよく、互いに一列に並んでいる必要がなく、図５の実例は略図にすぎない。図６は、図５の装置内の電極Ｅ１の１つに関する等価電気回路６０と測定電解質５０とを示し、他の電極Ｅ２およびＥ３の電気回路は図６に示される回路と同等である。図６に示されるように、電極／電解質回路６０は、電極Ｅ１と電解質５０との間の電気化学二重層容量Ｃｄｌに並列の内部セル電圧ＶＣと分極抵抗ＲＰの直列組合せを含み、電解質５０はＳＭＲ測定の主題である抵抗ＲＳを有する。図７の励起信号グラフ１００に示されるように、トランスミッタ装置２の可能な一構成での信号測定は、３つの測定期間１０１、１０２、および１０３で実施され、これらの測定期間は一連の装置サイクルの各々において代替的に任意の順序であってもよく、あるいは、装置２は装置サイクルにつき１つの測定のみを実施するか、または所与の装置サイクルで２つ以上の測定方式の任意の組合せを実施するようにプログラムされてもよい。この構成において、ＳＲＭ測定は、初期に溶液抵抗値ＲＳを提供し続け、この後、溶液抵抗値ＲＳは腐食速度を決定する際にＬＰＲまたはＨＤＡ測定で使用され、溶液抵抗ＲＳと分極抵抗ＲＰは図６に示されるように基本的に直列であるので分極抵抗ＲＰのあらゆる計算誤差を補正する。
【００３５】
図７に示される例示的な構成の第１の測定段階１０１において、同期整流器は、以下でさらに説明されるように、最初にオフセット測定のために期間１００ａで動作され、この後、ＡＣ励起信号の振幅は期間１００ｂで動的に調整される。この後、比較的高い周波数のＡＣ励起信号が溶液抵抗／導電率測定のために部分１０１において印加され、この後に異電極８によって生じるアンバランスに起因するオフセットが測定されるギャップ１００ｃが続く。第１の段階１０１において、さらに、装置２は平均ゼロ（実質的にＤＣオフセットのない）のＡＣ波形を有利に印加して作用電極インタフェースの分極を回避する。さらに、例示的な装置２において、ＤＡＣ３２とプロセッサ２２は、低速で動作され（電力節約のために）、ＳＲＭ中のＤＡＣ出力は所与のＤＣレベルに設定され、出力極性はスイッチングシステム３４ｃを用いて切り替えられてＳＲＭ測定用の両極性方形波励起信号を発生する。段階１０１でＳＲＭ測定によって形成されうる小さいＤＣセル電流の効果を最小にするために、段階１０１の期間はできる限り短く設定され、ギャップ期間１０１ｃは段階１０２におけるＳＲＭ測定の後とＬＰＲ測定の前に分極なしで提供され、これによって、作用電極界面を脱分極しうる。
【００３６】
第１の段階１０１において、電解質（溶液）抵抗ＲＳ（したがって、電解質導電率１／ＲＳ）は高周波の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、比較的低周波の正弦波励起電圧を印加して電流と関連高調波を測定し、ＬＰＲおよび／またはＨＤＡ法を用いて腐食速度を判定する。第３の部分１０３において、励起は印加されず、装置はＥＣＮ測定を用いて電気化学ノイズを測定し、局部腐食指数を判定する。
【００３７】
装置サイクルの第１の部分１０１の間、図４の表７０のＳＲＭ行に示されるように、プロセッサ２２はスイッチングシステム３４ｃにスイッチＵ１３〜Ｕ１６を構成させ、Ｕ１４とＵ１６を「１」のスイッチ状態とし、スイッチＵ１３とＵ１５が処理システム２２の制御下で同期的にトグルされて、約５００Ｈｚ未満、好ましくは約１００〜２００Ｈｚの方形波励起／電流検出整流器周波数を提供し、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。図６の等価回路において、比較的高い周波数（たとえば、約５０Ｈｚを超える）を印加すると容量Ｃｄｌがあるために上脚を実効的に短くすることになり、作用電極Ｅ３を介して検出される派生ＡＣ電流は電解質抵抗ＲＳに逆比例することが注目される。ＳＲＭ測定には、正弦波、方形波などの他の波形が使用されうる。期間１０１における図示されたＳＲＭ測定は、検出回路３４ｂと作用電極Ｅ３において検出されるセル電流のＡ／Ｄ２６とによる測定とともに、補助電極Ｅ１における方形波励起電圧の提供を必要とする。ＤＡＣ３２（図３Ａ）は、制御信号ＣＳ１３を介してプロセッサ２２によって制御される励起周波数で印加される励起電圧の極性を交番するＵ１３のスイッチングを用いてプロセッサ２２で制御されるレベルのＤＣ出力信号を提供する。また、作用電極Ｅ３で得られる検出セル電流も励起周波数の方形波となる。また、プロセッサ２２は、信号ＣＳ１５を介して電流検出極性スイッチＵ１５を動作させて同じ周波数でトグルし、これによって、検出されたＡＣ電流信号は整流されて整流された入力信号をＡ／Ｄ変換器２６に与える。電力を節約するために、プロセッサ２２はＡ／Ｄ変換器２６のサンプリングを、一実施形態において約３．３Ｈｚなどのはるかに低い周波数で制御する。したがって、プロセッサ２２は、検出電流の多くの読取り値を得て、これらの読取り値を平均化して平均検出電流を求め、平均検出電流は、この後、電解質抵抗ＲＳの計算に使用される。
【００３８】
また、図８を参照すると、セル内の腐食を悪化させないように、同期整流器が動作することによって実質的にＤＣフリーの励起信号を補助電極Ｅ１に提供することができ、Ｕ１５を介して検出電流信号を整流することによってＡ／Ｄ変換器２６を低いサンプリング速度で動作させて電力を節約することができ、同時に処理システム２２が正確な平均電流値を得ることができるように十分なサンプルを採取し、このような整流がない限り平均電流値はゼロまたはほぼゼロになる。この点において、ＤＣ電圧を補助電極に印加すると測定されている腐食プロセスの電気化学が変化し、したがって、その後の腐食速度測定を妨げられる可能性があることが注目される。さらに、電流検出回路の整流は、このようなＤＣ成分を平均値ゼロのＡＣ成分に実質的にチョッピングすることによって異電極８に起因する検出電流のあらゆるＤＣを効果的に排除することになる。さらに、同期整流もスイッチング周波数以外の周波数での妨害を除去するように動作する。図８は、ＤＡＣ３２と同期整流器の動作によって第１の測定期間１０１に印加されるおよそ±２０ｍＶの振幅を有する１つの可能な実質的にＤＣフリーの方形波励起信号波形を示し、図３ＡのＤＡＣ３２は補助電極Ｅ１に励起波形を形成するために後でスイッチＵ１３のトグリングによって極性が切り替えられる実質的に一定のＤＣ値を提供する。したがって、装置２は、第１の測定期間１０１中に非侵襲のＤＣフリー方形波励起信号を有利に提供し、同期整流を提供することによって、ＤＣおよびノイズの除去を伴うループまたはバッテリ電源の限られた割当電力の中でＳＲＭ測定を実施する際に検出電流の低速サンプリングを可能にする。
【００３９】
また、図９Ａ〜９Ｄを参照すると、装置２は、所定の時間または各ＳＲＭ測定期間１０１の最初のいずれかにのＳＲＭ測定において方形波励起信号の大きさまたは振幅を調整することが好ましい。これは、Ａ／Ｄ変換器２２の入力範囲の利用の改善を容易にし、これによって、測定された電流サンプルと計算された平均電流値とにおける精度の改善を容易にして電解質抵抗（または、導電率）測定を改善する。図９Ａにおけるプロセス１２０は、この例示的な動作を示しており、１２２で、ＳＲＭサイクル１０１は始まり、１２４で、比較的高い周波数の方形波励起信号が第１の（たとえば、低い）ピークツーピーク振幅で補助電極Ｅ１に提供される。一例において、方形波周波数は約２００Ｈｚであるが、好ましくは約５００Ｈｚ以下の他の値が使用されてもよい。図９Ｂ〜９Ｄは、図９Ａのプロセス１２０に従った種々の励起波形振幅に対する方形波励起電圧と対応する測定平均電流の電圧および電流プロットを示すグラフ１４０、１４４、１５０、１５４、１６０、および１６４を表わす。図９Ｂの第１のプロット１４０において、約２００Ｈｚの方形波が比較的低い第１の振幅１４２で印加される。プロセス１２０の１２６で、平均電流は、たとえば、上記のように同期整流器を用いて、あるいは他の適切な平均電流値の測定法を用いてＡ／Ｄ２６によって複数の測定値を採取して測定される。１２８で、こうして採取された平均電流値が所定の閾値ＴＨを超えているかどうかが判断され、ここでは、Ａ／Ｄ入力範囲の最適利用に関する結論が出されうる適切な閾値が使用されてもよい。一例において、閾値はＡ／Ｄ入力範囲の約１／２に関係しているが、他の値も使用されうる。
【００４０】
図９Ｂの電流プロット１４４に示されるように、測定電流が閾値ＴＨを超えない場合（１２８のＮＯ）、１３０で、励起信号振幅は増加され（たとえば、処理システム２２の制御下でＤＡＣ３２の出力を増加することによって）、図９Ａのプロセス１２０は前に戻って１２６で平均電流を再測定する。この状況は図９Ｃのプロット１５０および１５４に示されており、新たな励起信号振幅１５２は図９Ｂの初期振幅１４２よりも大きい。１２８で、新たな平均電流は閾値ＴＨと比較され、図９Ｃのプロット１５４に見られるように、この電流はやはり閾値ＴＨ以下である。したがって、１３０で、図９Ａのプロセス１２０は励起振幅を図９Ｄの励起電圧プロット１６０に示されるレベル１６２に再び増加させる。この時点で、図９Ｄのプロット１６４に示されるように、最新の励起振幅１６２が閾値ＴＨよりも大きい派生検出平均電流を提供し（図９Ａの１２８におけるＹＥＳ）、図９Ａのプロセス１２０は１３２に進み、そこで電解質抵抗ＲＳが最新の励起電圧振幅値を用いて計算され、１３４で、期間１０１におけるＳＲＭプロセスは終了する。このように、腐食測定装置２は、Ａ／Ｄ変換範囲の全域を利用するように適合され、１３２で、処理システム２２は既知の最新励起電圧振幅を測定され計算された最新の平均電流値と関連付けて電解質抵抗ＲＳおよび／または電解質導電率を計算する。励起振幅のこの適応調整は、有効Ａ／Ｄ分解能の最適利用を容易にし、非常に低い、あるいは非常に高い電解質導電率を有する用途に対して精度を犠牲にせずに装置２を適応させる。
【００４１】
また、図１０Ａ〜１０Ｃを参照すると、装置２は、やはり電流アンプのオフセットを較正して計算腐食関連値の精度をさらに改善する。この点において、非同期Ａ／Ｄサンプリングに関連して前述された同期整流器の利用は、測定電流およびＡ／Ｄ変換器２６の入力が図１０Ａおよび１０Ｂに示されるように方形波の各サイクル中にわずかに増加する状況に至る可能性がある。図１０Ａのプロット１７０は、ＳＲＭ測定において採用される２００Ｈｚの方形波電圧励起信号を、約３００ｍｓの長いＡ／Ｄサンプリング周期を用いて得られた、それぞれ時間Ｔ１およびＴ２における２つの例示的な非同期Ａ／Ｄ変換器サンプルＳ１およびＳ２とともに表わす。図１０Ｂにおけるグラフ１７２および１７４は、図１０Ａにおける２つの例示的なサンプリング時間Ｔ１およびＴ２でのそれぞれの励起電圧および検出電流プロットの例示的部分をさらに詳しく示しており、第１の電流サンプルＳ１と第２のサンプルＳ２は励起サイクル内の異なる時点でサンプリングされたというだけの理由で第１の電流サンプルＳ１は第２のサンプルＳ２よりも少し低いことが分かる。これらの誤差に加え、電流信号の検出に使用されるオペアンプＵ８ＡおよびＵ９Ａのオフセットは、ＲＳ、腐食速度、および／または局部腐食の計算における精度低下の一因となる可能性がある。整流器の反転入力経路と非反転入力経路との間のＤＣオフセット差、セルドライバアンプＵ１０Ａの有限速度、プローブ入力の抵抗器とコンデンサからは、さらに誤差が生じる可能性がある。
【００４２】
これらの誤差を抑制するために、装置２は、１８２で始まる、図１０Ｃに示される例示的なプロセス１８０によってオンライン電流アンプオフセット測定を行ない、これによって、装置２は測定された電流アンプオフセットに基づいてオンラインオフセット値を自動的に判定し、この間に、同期整流器部品Ｕ１３およびＵ１５はプロセッサ２２によってトグルされる。１８４で、プロセッサ２２は、ＤＡＣ３２に励起信号をゼロに設定させ、励起電圧を印加せずに１８４で信号ＣＳ１３およびＣＳ１５を介してそれぞれ同期整流器部品Ｕ１３およびＵ１５のトグリングを開始し、整流器部品は上記のＳＲＭ測定に通常使用される速度と同じ速度で（たとえば、実装に関係する約２００Ｈｚで）信号ＣＳ１３およびＣＳ１５によって切り替えられる。プロセッサ２２は、１８８で、Ａ／Ｄ２６を用いて検出電流信号の多数のサンプルを採取し、１９０で、平均電流値を計算し、この後、平均電流値は上記のＳＲＭ測定において後でオフセットとして使用するために記憶され、１９２で、オンライン電流アンプオフセット測定は終了する。この後、期間１０１のＳＲＭ測定中に、アンプＵ９ＡおよびＵ８Ａを含む電流検出回路のオフセットの悪影響を弱め、Ａ／Ｄ変換器２６の同期整流器動作と非同期サンプリングに関連するサンプリング誤差を補償するために、プロセッサ２２は記憶されたオフセットを使用して電解質抵抗値ＲＳを計算する前に電流読取り値を補正する。
【００４３】
ここで、図３Ａ、３Ｂ、４、７、および１１を参照すると、装置２はやはり改善されたＨＤＡおよび／またはＬＰＲ測定方式を提供しており、図４は図３ＡのＵ１３〜Ｕ１６のスイッチ状態に関するこれらのモードに対応したスイッチングシステム構成を示す。したがって、装置２は、ＬＰＲまたはＨＤＡ法を用いて一般的な腐食速度Ｉｃｏｒｒを計算するように構成可能である。基本的なＬＰＲ測定は、典型的に、デフォルトまたはユーザ入力のＢ値を採用するが、ＨＤＡ法は測定された電流高調波に従ってＢ値と腐食速度を同時に計算する必要がある。しかし、本発明者らは従来のＨＤＡ計算がすべての食用途で実行可能でも確固たるものでもないことを十分に理解しており、装置２は測定された電流高調波および電解質抵抗を用いてオンライン妥当性試験の結果に従ってこれらの方法（ＨＤＡまたはＬＰＲ）のどちらか一方を選択的に採用するように動作する。
【００４４】
図７における第２の例示的な測定部分１０２は、この部分１０２に印加される励起を表わしており、この場合、電流高調波のＬＰＲまたはＨＤＡ方式の測定に対して、低周波の正弦波励起電圧が補助電極Ｅ１を介してセルに印加される。これらの測定方式において、正弦波励起信号は、装置のサイクル時間を過度に長くせずに励起信号の１サイクルを超える電流サンプルを測定できる約５０ｍＨｚ以上の励起周波数であることが好ましい。したがって、一部の好ましい実施形態において、励起信号は、約１００〜２００ｍＨｚの励起周波数で提供されており、図７の例では約１００ｍＨｚの励起周波数を使用している。さらに、好ましい実施形態における処理システム２２は、第２の期間１０２において高調波歪み解析またはＬＰＲを用いて、１０サイクルを超える、好ましくは約２０サイクルの検出された正弦波電流信号に基づいて腐食関連値を計算する。したがって、１０ｍＨｚの励起を印加して１サイクルだけにわたって電流信号を測定する従来の装置と比較すると、図示された装置２は、１サイクルを超える採取されたデータを用いて処理システム２２内で離散フーリエ変換を実施する改善された機能を提供し、これによって、得られる腐食関連値の計算精度を改善する。この点において、約２０サイクルを超えてサンプリングされた電流信号による約１０ｍＨｚの例示的な励起周波数を使用すると、顕著な改善がもたらされるが、ＨＤＡまたはＬＰＲ測定に対する第２の測定期間１０２の持続期間はわずかしか増加しない。
【００４５】
図７の第２の期間１０２において、低周波の正弦波励起は、プロセッサ２２において腐食関連値の計算に使用される励起周波数の基本波成分と第２および第３高調波を含む、様々な周波数領域成分を有する派生検出電流信号を生じる。この高調波情報は、検出電流信号をサンプリングし、これを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、処理システム２２は離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を実施して検出電流に対する周波数領域スペクトルを生成する。上記のように、装置２の例示的な実施形態は、１励起サイクルを超えて検出された電流信号をサンプリングし、約５０ｍＨｚを超える励起周波数を使用することが好ましく、装置のサイクル時間を過度に延ばさないためには約１００〜２００ｍＨｚを使用することが好ましいが、本発明はこれらの具体例に限定されない。ＤＦＴの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を計算する際に使用される。さらに、可能な一実装において、ＤＦＴは正弦波励起電圧の生成に呼応して計算され、正弦波励起電圧は処理システム２２のメモリ参照テーブルまたはメモリ２４（図２）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、同じ参照テーブルはＤＦＴ計算に使用される。この点において、例示的な参照テーブル９６は、テーブルのサイズを小さく保つために１サイクル当たり９６ステップを使用しており、２等分、３等分、および４等分することも可能である。
【００４６】
ＤＦＴは、図示された例では、電流サンプル値に参照テーブルの適正な数を掛けることによって基本的に「その場で」行なわれる。さらに、例示的なＤＦＴ計算は、高調波の各々において実数成分と虚数成分とを計算してこれらの二乗和平方根（たとえば、（実数２＋虚数２）１／２）としての絶対値を採用するが、これは実数成分と虚数成分のいずれか一方を選択することよりもノイズの影響を受けにくいからである。基本波と第２および第３高調波とは、各離散正弦波ステップ後、Ａ／Ｄ値に正弦波参照テーブルの適正な値を掛けてその結果を適正なアキュムレータ変数に加算することによって計算され、この方法は一時データ記憶の必要性を軽減する。ＤＡＣ３２の出力は、最小１ビットのステップサイズを減らすために抵抗分割器Ｒ５２、Ｒ５３を用いて調整されることが好ましく、Ｒ５２とＲ５３の値は１ビットのステップサイズを最小にする一方で最大限広いセルオフセット範囲をカバーするように選択されることが好ましいかもしれず、処理システム２２はセルオフセットおよび／または所要摂動振幅が有効範囲を超えないようにしてもよい。さらに、図示された実施形態において、Ａ／Ｄ２６によるセル電流検出／測定の前に流れるセル電流に正弦波出力のステップ変化が影響しうるようにシーケンスが遅延されてもよい。
【００４７】
励起周波数は、腐食プロセスの典型的な時定数（たとえば、ＲＰと並列のＣｄｌ）未満であるが２励起信号サイクル以上からデータを採取するための適正な測定時間として十分に高くなるように選択されることが好ましい。この点において、多少高い周波数でかなり大きいサイクル数にわたってサンプリングすると、サンプリングされる欠陥部の総量（ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｄ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｉｅｓ）が抑制される。たとえば、信号がかなりゆっくりドリフトしている場合にデータが１サイクルの間しか採取されなければ欠陥部がサンプリングされることになり（たとえば、最初と最後のサンプルの差）、この場合、このような欠陥部は過剰な高調波成分を有するフーリエスペクトルをもたらしてＨＤＡ測定法に悪影響を与えることになる。さらに、複数サイクルにわたる平均化は、干渉およびノイズに対する耐性を改善する。
【００４８】
図示された実装において、腐食速度を決定しうる腐食電流Ｉｃｏｒｒを計算するために、処理システム２２は測定期間１０２において採取された高調波データを用いて各装置サイクルにおける次式（１）〜（３）の値を求める。
（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））
【００４９】
ここで、Ｉ１は検出電流の基本波成分であり、Ｉ２とＩ３はそれぞれ第２高調波成分と第３高調波成分である。正弦波振幅は期間１０２で印加される正弦波励起電圧信号の振幅であり、ＢはＶ（ボルト）単位の用途特有の腐食プロセス値である。腐食電流Ｉｃｏｒｒが計算された時点で、これに固有の電極サイズ、ファラデー定数、および物質の原子量に関係する定数を掛けて１年当りのｍｍまたはｍｉｌ単位の腐食速度を計算することができる。
【００５０】
また、図１１を参照すると、例示的な腐食測定装置の別の特徴は、測定電流高調波Ｉ１、Ｉ２、およびＩ３に基づくＢ値ＢＨＡＲＭの計算、ならびに計算された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使用である。この実施形態において、ＨＤＡ測定および計算は、可能であれば実施され、ＨＤＡ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試験に基づいて疑わしいと思われる場合、処理システム２２はＬＰＲ方式の測定に変わる。特に、装置２は、ＨＤＡ計算の正当性が保証されるかどうかを判断するために３種類の試験の１つまたは複数を自動的に実施し、高電解質抵抗状況またはＨＤＡ測定において誤差の可能性を示す他の状態でアルゴリズムをＬＰＲに選択的に変更する。
【００５１】
動的に変化するＨＤＡ／ＬＰＲプロセス２００が図１１に示されており、これは前述の図７の例示的な装置サイクルにおいて第２の期間１０２に２０２で始まり、２０４で、プロセッサ２２によってＤＡＣ３２と励起回路３４ａは正弦波励起信号を補助電極Ｅ１に提供し、２０６で、Ａ／Ｄ変換器２６を用いて検出回路３４ｂによって作用電極Ｅ３で検出される電流信号を測定する。２０８で、プロセッサ２２はＤＦＴを実施して電流高調波Ｉ１、Ｉ２、およびＩ３を特定し、この後、２１０で、ＨＤＡ腐食測定が妥当であるかどうかを確認するために１つまたは複数の試験を実施する。２１２で、特に、量（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）が正であるかどうかが判断される。正でなければ（２１２でＮＯであれば）、被試験量（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）の平方根は上式（１）の分母に現れるのでＨＤＡ方式の測定は妥当でないと見なされる。プロセス２００は図１１で２３０に進み、ここで、処理システム２２はデフォルトまたはユーザが提供するＢ値ＢＵＳＥＲを得て、２３２で、これを前述のＬＰＲ腐食電流の式（３）に採用して現期間１０２のＩｃｏｒｒを計算し、この後、２４０でサイクルは終了する。
【００５２】
しかし、第１の被試験量（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）が正（２１２でＹＥＳ）であることが分かると、プロセス２００は２１４に進み、ここで、高調波が正確に測定可能かどうかを判断するために分極抵抗ＲＰと比較した電解質抵抗ＲＳの相対的サイズを判断し、ＲＳが高ければセル応答を線形化して高調波レベルを低下させようとする。図示された実施形態において、２１４で、量（ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＰ））は、一例において約０．１などの閾値と比較され、閾値よりも小さければ（２１４でＮＯ）、プロセッサ２２はＨＤＡが疑わしいと判断して２１６に進む前に２１５でフラグを設定する。あるいは、プロセスは、２１５でフラグが設定された後ＬＰＲ動作に切り替えるために２３０に進んでもよい。２１４での試験が高いＲＳを示さなければ（２１４でＹＥＳ）、２１６、２１８で、プロセスは第３の試験に進み、２１６で、処理システム２２は測定電流高調波Ｉ１、Ｉ２、およびＩ３と計算されたＢ値ＢＨＡＲＭのローパスフィルタを用いて上式（１）および（２）を求めることによってＩＣＯＲＲＨＡＲＭとＢＨＡＲＭを計算する。図示された例における計算されたＢ値ＢＨＡＲＭは、いずれの短期間の変動および無効な読取り値を除去して測定された高調波がきわめて低い振幅となりうる状況で装置感度を拡大するために、デジタル的にローパスフィルタ処理（たとえば、プロセッサ２２によって実施される移動平均などのローパス型デジタルフィルタ処理）される。
【００５３】
この後、２１８で、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭが一例として約１０〜６０ｍＶ（または、たとえば、水性電気化学にとって有望であることが知られている他の範囲）など、最小値ＢＭＩＮと最大値ＢＭＡＸの間の指定された有効と推定される範囲にあるかどうかが判断される。移動平均または他のデジタルフィルタなど、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭの例示的なローパスフィルタ処理は、いずれの短期間の変動および一時的に逸脱した読取り値を除去するように有利に動作し、そのためにフィルタ処理または平滑化されて計算されたＢ値を使用することによって、装置感度が低振幅の高調波状況に対して強化される可能性がある。一例において、フィルタ処理された値ＢＨＡＲＭは、（１−Ｘ）＊計算されたＢ値ＢＨＡＲＭ（ｎ−１）＋Ｘ＊計算されたＢ値ＢＨＡＲＭ（ｎ）として計算され、ここで、一実装におけるＸは約０．０５である。ＢＨＡＲＭが試験範囲になければ（２１８でＮＯ）、ＨＤＡ法は疑わしく、プロセス２００は上記のように２３０と２３２に進む。そうでなければ（２１８でＹＥＳ）、２２０で、処理システム２２は計算されたＢ値ＢＨＡＲＭを用いて上式（３）を求めることによってＨＤＡ法を用いて腐食電流を計算する。
【００５４】
腐食装置２のさらに別の特徴は、所定のユーザＢ値ＢＵＳＥＲの代わりにＬＰＲ方式の測定を実施する際に計算されたＢ値ＢＨＡＲＭ（たとえば、好ましくはローパスフィルタ処理された）を利用することができることである。一実施形態において、処理システムは、上式（２）に従って各装置サイクル内で検出回路によって検出される電流信号の高調波に基づいてＢ値を計算し、ＢＨＡＲＭに基づいて式（３）を用いて腐食関連値（単数または複数）を計算する。さらに、ユーザは、ユーザＢ値ＢＵＳＥＲを用いてＬＰＲ測定に合わせて装置２を構成してもよく、ユーザＢ値ＢＵＳＥＲは試験クーポン、電気抵抗プローブ、または壁厚測定からの重量損失データをＬＰＲ読取り値と関連付けるなど、適切な手段によって得られてもよく、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、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭで観察される変化は、プロセスの電解質組成変化またはプロセス制御／監視の視点から対象となる他のプロセス事象における変化を示す可能性がある。
【００５５】
また、図１２を参照すると、装置２の別の特徴は、電極８の差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、同じ電極８を有する理想的なセルでは正弦波励起のサイクル全体にわたって電極間に最終的なＤＣ電流が流れるはずがなく、この場合、作用電極Ｅ３の電気化学が乱されるはずがない。しかし、異電極８を仮定すると、目標は装置２によって励起が印加されないときに作用電極Ｅ３を流れる電流がゼロになるようにすることである。電極８はドライバアンプ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に流れる電流によって基準電極Ｅ２と作用電極Ｅ３の間の電位が印加された励起の電位と等しくなる。
【００５６】
図１２の例において、２５４で、処理システム２２は、アナログスイッチを図４の表７０内のＥＣＮ測定に対して示された状態に切り替える。このように構成されると、２５６で、基準電極Ｅ２における電圧信号は励起なしで測定されてＨＤＡ測定中に励起オフセットとして使用するために記憶されると、２５８で、オンライン電極オフセット測定が終了する。この後、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に示されるＨＤＡ構成に切り替えられ、２６２で、プロセッサ２２の制御下でＤＡＣ３２によってオフセット値が励起信号に加算されてＨＤＡ測定が行なわれる。こうして、電極８間の差に起因するいずれの誤差も補償するために、装置２はオフセットを用いて図７の第２の測定期間１０２にＨＤＡ測定を実施する。ＨＤＡが実施される前にセルオフセットを測定して測定されたオフセットを印加された正弦波に加えることによって、電極差によって生じるあらゆる電流はＨＤＡ測定中に効果的に排除されて、装置は電極Ｅ１〜Ｅ３間の物理的な差を補償するので、ＨＤＡ腐食速度結果の精度と信頼性が高くなる。作用電極Ｅ３における測定に関して、電極差に起因する誤差電流は分極が適用されるときに現れるものと考えられ、補償オフセットを提供することにより作用電極Ｅ３は、一部の他の電位の近くではなく、基準電極（ＲＥ）に対して測定されるその自由腐食電位（Ｒｃｏｒｒ）の近くで分極されて総合的な腐食測定精度を改善しうる。
【００５７】
図７に示される例示的な装置サイクルの第３の測定部分１０３は、ＥＣＮ方式の測定に対して外部励起なしで自然ノイズの検出を採用する。この測定モードにおいて、装置２は、検出電流（および電圧）を測定し、これらに基づき、一部の実施形態において平均、標準偏差（σ）、およびｒｍｓを含む、統計パラメータを計算し、さらにこれらの統計値をデータの統計学的「モーメント」から計算する。使用場所で、電圧ノイズまたは電位ノイズが基準電極Ｅ２と回路グラウンドとの間で測定され、ここで、補助電極Ｅ１と作用電極Ｅ３はスイッチングシステム３４ｃによって効果的に仮想グラウンドに接続される。統計学的モーメントそのものは完全なデータセット（たとえば、時間に対して測定される電圧および電流の多くのサンプル）から計算されるが、このような方法はプロセッサ２２および高いメモリ使用量において多大な計算オーバーヘッドを要することになる。したがって、好ましい実施形態において、メモリを大幅に削減する必要があるため、「ランニングモーメント（ｒｕｎｎｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ）」法が採用される。図示された実装において、プロセッサ２２は、電流および電圧の両方または電流のみに対してノイズデータの最初の２つの統計学的モーメントを計算し、これから平均、標準偏差、およびｒｍｓに対する統計値が計算されてオンライン電気化学ノイズ（ＥＣＮ）測定で使用される。ＥＣＮは、ノイズ指数または局部腐食指数値を計算する装置２において有利に採用され、所与の電解質中で電極８の局部腐食性向を示す装置２ではいかなる形のかかる局部腐食指数が計算されてもよい。一実施形態において、無次元の局部腐食指数が計算され、これは、一定レベルを超えると、所与の設備で局部腐食が発生している可能性を示す。一実施形態において、装置２は、電流ノイズ標準偏差σｉと電流ノイズｒｍｓ値（ｒｍｓｉ）との比として局部腐食指数値を提供し、この値は０〜１であり、高いσｉ値と低いＤＣ電流値（通常、孔食の場合に見られる）は局部腐食指数として高い（１に近い）値をもたらすことになる。一方、低い一様な腐食（低いσｉと低いＤＣ電流）はゼロに近い局部腐食指数値に対応する。可能な一実装において、０．３の閾値が警戒限界として採用される可能性があり、この値を超えると、局部腐食の可能性がユーザに知らされてもよいが、適切な指数（無単位または有単位）と対応する比較値とが選択されてもよい。
【００５８】
電流ノイズが作用電極Ｅ３を介して装置２においてサンプリングされ、加重平均またはランニングモーメントが計算され、電流ノイズ統計値は局部腐食指数の計算に使用される。さらに、一実施形態において、電圧（電位）ノイズは、プローブインタフェース３０の電圧検出回路とＡ／Ｄ２６への第２の入力チャネルとを用いて同様に測定されてもよい。好ましい一実装において、装置２は、局部腐食指数またはその他の統計的尺度を導出する際にｒｍｓまたは標準偏差の計算にランニングモーメント計算を使用する。このように、装置２は大量のデータを記憶する必要がなく、各装置サイクルで必要な計算の数が低減される。一実装において、ノイズ統計値が各Ａ／Ｄサンプルに対するランニングモーメントとして計算され、このプロセスは一例において１０００などの一定数のサンプル「ｎ」が得られるまで繰り返す。この場合、２つのモーメント変数Ｍ１およびＭ２が処理システム２２によってゼロに初期化され、ｎに対する変数が１に設定される。この後、処理システム２２は、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測定値は、ランニング計算（ｒｕｎｎｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ）に組み入れられて各サンプリング時間にモーメント値を更新する。次式はモーメントを更新するために提供され、ｘｎが現在の電流サンプル値でありｎが現在のサンプル番号（たとえば、この例でｎは１〜１０００の範囲にわたる）である。
ｄ＝（ｘｎ−Ｍ１）
Ｍ２＝Ｍ２＋（１／ｎ）＊（ｄ２（１−（１／ｎ）−Ｍ２））
Ｍ１＝Ｍ１＋（ｄ／ｎ）
【００５９】
さらに、この実装において、同様の計算が電流サンプルと同時に採取される電圧サンプルに対して行なわれ、ここで、処理システム２２は電圧ノイズに対する移動モーメント値（ｍｏｖｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｖａｌｕｅ）Ｍ１およびＭ２も計算する。さらに、上記の計算は、各試行に対して（１−１／ｎ）のような一定の共通因数を事前に計算するなどして実行時間とメモリ利用に関して最適化されることが好ましく、Ｍ１およびＭ２の計算は電流と電圧の両読取り値に対して所定数の読取り値（たとえば、ｎ＝１０００）が得られるまで各サンプルサイクルについて前述の順序で行なわれる。この後、電流統計値は以下のように計算されてもよい。
【００６０】
平均＝Ｍ１
電流標準偏差σｉ＝（Ｍ２）１／２
電流ｒｍｓ値ｒｍｓｉ＝（Ｍ１２＋Ｍ２）１／２
電流ノイズ指数＝（Ｍ２／（Ｍ１２＋Ｍ２））１／２
プロセッサ２２は、電圧ノイズに関する類似の統計値を同様に計算した後、電流腐食ノイズＩｃｏｒｒｎｏｉｓｅを下記のように計算する。
Ｉｃｏｒｒｎｏｉｓｅ＝（（ＢＨＡＲＭまたはＢＵＳＥＲ）＊σｉ）／（ｌｎ（１０）＊σｖ）
【００６１】
別の可能な実施形態において、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と、サンプリングされた電流信号のｒｍｓとに基づいて局部腐食指数を計算し、ここでは、標準偏差とｒｍｓはいずれもランニングモーメント計算に基づいている。この実装において、電圧信号は検出される必要がなく、対応する電圧ノイズ統計値は局部腐食測定にとって計算される必要がなく、したがって、プロセッサ２２に関する計算オーバーヘッドと記憶装置オーバーヘッドが低減される。この方法において、モーメントＭ１およびＭ２は、測定された電流ノイズ（励起なしでの）に対して計算され、電流ノイズ指数Ｉｃｏｒｒｎｏｉｓｅは下記のように計算される。
Ｉｃｏｒｒｎｏｉｓｅ＝σｉ／ｒｍｓｉ＝（Ｍ２／（Ｍ１２＋Ｍ２））１／２
【００６２】
装置２の別の特徴は、補助電極Ｅ１と作用電極Ｅ３とをＥＣＮ測定中にプローブインタフェースシステム３０の仮想グラウンドに接続することによって、これらを効果的に短絡することを含む。一実施形態において、処理システムは、図４の表７０のＥＣＮ入力に示されるように、スイッチング部品Ｕ１３〜Ｕ１６を選択的に再構成し、これによって、補助電極Ｅ１は抵抗器Ｒ５４およびＲ５８を通じ、さらにスイッチＵ１４の「０」状態を通じて仮想グラウンドを提供するアンプＵ１０Ａの反転入力に接続され、作用電極Ｅ３は第３の測定期間１０３においてＥＣＮ測定中に、図３Ａに示されるように抵抗器Ｒ５６を通じてＵ９Ａの反転入力で仮想グラウンドに接続され、その間に、プロセッサ２２は上記の測定と計算を実施する。ＥＣＮ測定の場合、補助電極Ｅ１と作用電極Ｅ３は効果的に短絡（たとえば、これらの電極間をゼロΩにして）されるが、電流制限保護抵抗器Ｒ５７を含む、作業電極Ｅ３と結合された検出回路の電流電圧変換器によって両電極間に流れる電流を測定するように依然として動作する。この点において、例示的な検出回路３４ｂは、この抵抗（たとえば、一実施形態において約１ｋΩ）をアンプＵ９Ａのフィードバックループ内に含んでいるため、この抵抗は流れる電流によって認識されない。
【００６３】
装置２の別の有利な特徴は、スタンドアロンデータ収集および記憶装置としての動作に対する適応性であり、これは４〜２０ｍＡ制御ループ１１を通じてループ給電されてもよく、あるいは図２におけるバッテリ１３を通じてバッテリ給電されてもよく、バッテリ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、一連の装置サイクルの各々において前述のＲＳ、腐食速度、局部腐食指数などの腐食関連値を計算し、計算された値をユーザによるその後の検索のために不揮発性メモリ２４（図２）記憶する。装置２は、制御ループ１１を通じてユーザ通信装置（図示せず）によって、あるいは他の有線または無線手段によってアクセスされ、たとえば、ＨＡＲＴまたはその他の適切な通信プロトコル（単数または複数）を用いて累積腐食データをダウンロードすることができる。さらに、装置２は、図示された実施形態において長い装置サイクル時間では５日分を超えるデータなど、１日分または複数日分の計算腐食関連値を記憶するように機能する。この点に関して、短縮されたサイクル時間の場合、数ヶ月分さらには数年分のデータなど、より多くのデータが記憶されうる。この特徴は、装置２が分散制御システムから切り離される可能性がありかつバッテリまたはソーラーパワーで独立に動作して一度に数日間の腐食情報を収集する可能性があり、この後、データは装置２から数分で読み取られ、こうしてスプレッドシートまたは別のシステムに転送してさらに評価するために外部のユーザ通信装置に記憶されうる遠隔用途において有利であり、バッテリ１１は一部の実装において装置２に接続されたソーラーパネルによって充電されてもよい。
【００６４】
上記の例は本発明の様々な態様のいくつかの可能な実施形態を単に例証するもので、本明細書および添付図面を読んで理解すると同等の変更形態および／または修正形態が当業者には考えられる。前述の部品（アセンブリ、装置、システム、回路など）によって実施される様々な機能に特に関連して、このような部品を説明するために使用される用語（「意味」への言及を含む）は、特に他の指示がない限り、本発明の図示された実装において機能を実施する開示された構造物と構造的に等価でないにしても説明された部品（すなわち、機能的に等価な）の特定機能を実施するハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組合せなどの部品に対応するものである。さらに、本発明の特定の特徴はいくつかの実装の１つのみに関して開示されている場合もあるが、このような特徴は要望に応じて、かつ所与または特定の用途に有利なように他の実装の１つまたは複数の他の特徴と組み合わせられてもよい。また、用語「含む（“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”，“ｉｎｃｌｕｄｅｓ”）」、「有する（“ｈａｖｉｎｇ”，“ｈａｓ”，“ｗｉｔｈ”）」またはこれらの変異形が詳細な説明および／または特許請求の範囲において使用される限りにおいて、このような用語は用語「備える（“ｃｏｍｐｒｉｓｅ”）」と同様に包括的であることを意図するものである。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、腐食性電解質を輸送する、あるいは腐食性電解質にさらされるパイプまたは他の構造物における腐食効果の野外監視および解析に適用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に腐食測定に関し、具体的には腐食を測定する低電力野外装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
野外に設置されるトランスミッタ装置は、プロセス変数情報を制御装置および／またはデータ収集装置に提供するためにプロセス制御状況において広く採用されている。野外装置は、検査室測定器具類とは異なり、極端な温度と湿度にさらされる可能性がある製造工場、化学処理プラント、石油製油所などにおける悪環境条件に耐える密閉保護筐体を用いて構成されている。このような装置は、典型的に、温度、流体圧力、流量、および現行プロセスの制御に使用されるその他の変数を検出する分散制御システムにおいて採用され、一般に、４〜２０ｍＡ制御ループによって他の制御装置に接続され、この制御ループからトランスミッタはその電源を得て、この制御ループを通じて検出された制御変数は制御システムに提供される。ループ給電トランスミッタは、様々なプロセス変数の検出に広く利用可能であり、トランスミッタは一般に測定されたプロセス変数に従って４ｍＡ〜２０ｍＡのループ電流を変えるように構成される（たとえば、プロセス変数範囲の０％が４ｍＡで表わされ、１００％が２０ｍＡに対応する）。他のトランスミッタはＨＡＲＴなどの標準プロトコルに従ってデジタル通信を提供し、これによって、当該トランスミッタは制御ループを介してデータ、命令、およびその他の情報を送受信することができる。
【０００３】
多くの化学プロセスは、流体をパイプ、タンク、およびその他の構造物の中に貯蔵し、あるいはこれらを通じて輸送する必要があり、これらの構造物は、輸送または貯蔵された流体と接触することによりやがて腐食する可能性がある。こうした状況において、このような腐食の量と速度を確認して保守を目的とした構造的完全性の説明と評価（ｉｎｆｏｒｍｅｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ）を可能にし、さらに、流体そのものの望ましくない腐食レベルまたは予期せぬ腐食レベルを明らかにすることが望ましく、この場合、腐食データが抑制剤注入などの改善策の適用および／またはこのような改善策の効率の確認と最適化とに使用されてもよい。他の腐食測定用途として、コンクリート中の鋼の腐食など、非流体にさらされる構造物の腐食が挙げられ、腐食を引き起こす材料は、一般に、固体、液体、または気体のいずれであれ、電解質と呼ばれる。しかし、ほとんどの化学処理環境の特性とパイプラインおよび流体貯蔵タンクの大きさおよび場所に起因して、精巧で高価な実験室等級の計装測定システムを用いて腐食測定を実施することは非現実的であることが多い。特に、このような高価なシステムは、パイプラインまたは貯蔵タンクの腐食状態のリアルタイムによるオンライン測定に適応しない。さらに、オンライン測定装置は、標準４〜２０ｍＡ制御ループまたはバッテリ電源から得られるような非常に低い割当電力で動作することができなければならない。これらの用途に対して腐食測定機能を提供するために、最近では野外腐食トランスミッタが導入されている。しかし、従来の野外腐食トランスミッタは、これまでのところ、改良された野外トランスミッタにとって１つまたは複数の腐食関連値を測定するのに必要とされる所要レベルの腐食測定精度と、広範な構造材料、輸送される流体タイプ、および温度に関する腐食測定への適応性とを提供することができていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の基本的な理解を容易にするためにここで本発明の様々な態様が要約され、この要約は、本発明を包括的に概観するものではなく、本発明の一部の要素を明確にするものでも本発明の範囲を明確にするものでもない。むしろ、この要約の主目的は、以下に提示されるより詳細な説明に先立って本発明の一部の概念を単純化して示すことである。本発明は、腐食速度、局部腐食性（たとえば、孔食）、溶液（電解質）抵抗または導電率などの１つまたは複数の腐食関連値をリアルタイムで正確に測定し、高価で繊細な実験室計装システムに馴染まない野外状況に採用されうる低電力野外装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つまたは複数の態様に従って、ループ給電腐食測定装置は、電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するために提供される。装置は、４〜２０ｍＡループからの電源、バッテリ、ソーラーパネルなどを用いて装置に給電する電源システムと、電解質中にある２つ以上の測定電極とインタフェースする信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムとを備える。信号調整は、１つまたは複数の励起信号を第１の電極を介して電解質に提供し、電極の少なくとも第２の電極を介して電流、電圧などの１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出する検出回路を含む。一部の実施形態において、スイッチングシステムは、溶液（電解質）抵抗（導電率）測定（ＳＲＭ）、高調波歪み解析（ＨＤＡ）、線形分極抵抗測定（ＬＰＲ）、電気化学的ノイズ測定（ＥＣＮ）などを含むがこれらに限定されない１つまたは複数の測定方式を用いて、電解質抵抗または導電率、腐食速度、局部腐食指数などの腐食関連値を容易に提供する複数の異なる構成の励起および検出回路の回路部品と電極とを選択的に相互接続するための対応する制御信号によって動作しうる複数のアナログスイッチが備えられる。また、スイッチングシステムは、励起（補助）および検出（作用）電極がドライバアンプのフィードバック経路内にあるように励起回路のドライバアンプを結合するために動作してもよく、こうすると、これらの電極間に流れる電流によって作用電極と基準電極との間の電圧が印加される励起電圧に等しくなる。さらに、一部の実施形態において、スイッチングシステムは、電流制限抵抗が電流検出動作に影響を与えないように電流／電圧変換器回路のフィードバック経路にある検出回路の電流制限抵抗器を接続する。
【０００６】
また、装置は、電解質に提供される励起信号を制御し、検出部品を選択的に構成して動作させ、検出回路からの側定値に基づいて１つまたは複数の腐食関連値を計算するためのプローブインタフェースと動作可能に結合される、たとえば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＤＳＰなどの処理システムを含む。また、プロセッサは、その後アップロードする場合に不揮発性メモリに計算された腐食値を記憶するように動作する。腐食値（単数または複数）は、接続された制御ループに４〜２０ｍＡ信号の形のプロセス変数出力として提供されてもよい。装置は、所与の装置サイクルにおける測定値の数と測定方式とのユーザ構成を可能にし、かつループあるいはその他他の有線または無線通信を介して腐食関連値をユーザに提供する、ＨＡＲＴまたはその他の方式のデジタル通信用の通信インタフェースを含んでもよい。
【０００７】
本発明の他の態様に従って、ＤＣフリー検出信号に基づいてアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器に非ＤＣフリー信号を提供するために、整流器システムが検出回路と結合され、ＤＣフリー検出信号は電解質に提供される励起信号の交番極性に呼応して検出信号の極性を交番する同期整流器の一部であってもよい。このように、Ａ／Ｄ入力は、サブナイキストサンプリング速度を可能にし、かつ測定電流の値を確認するために平均化する非ゼロ平均値を有する。整流器を使用することによって、非ＤＣフリー信号に関連する誤差と腐食の悪化とを軽減する実質的にＤＣフリーの方形波励起信号が容易に供給されるとともに、電解質抵抗／導電率を測定する際に低いＡ／Ｄサンプリング速度で取り込まれた多くの検出電流読取り値を処理システムが平均化しうるように装置の電力が容易に節約される。一例において、同期整流器は、検出信号の極性を交番するためにプロセッサによってトグルされる第１のスイッチと、電解質抵抗を正確に測定するためにはるかに低いサンプリング速度でサンプリングされて平均化されうる非ＤＣフリー信号を受信するアナログデジタル変換器を用いて励起周波数で実質的にＤＣフリーのＡＣ励起信号を電解質に提供するために励起信号の極性を同期的に交番する第２のスイッチとからなる。一実施形態において、ＤＣフリー方形波励起は、約５００Ｈｚ以下、好ましくは約１００〜２００Ｈｚの周波数で提供され、Ａ／Ｄ変換器は毎秒約１０サンプル未満の速度で検出電流をサンプリングする。
【０００８】
本発明のさらなる態様に従って、装置は、電極を４〜２０ｍＡループから直流絶縁する絶縁障壁を含み、これによって、装置は別の絶縁障壁を必要とせずに所与のプラント設備に容易に組み入れられる。本発明の他の態様は、大電流および／または高電圧から保護するために装置内に本質的安全回路を備える必要があり、これは２段階システムであってもよく、電極を保護する抵抗器を含んでもよい。
【０００９】
本発明の別のさらなる態様に従って、装置はスタンドアロンデータ収集および記憶装置として動作することができ、この場合、プロセッサは、一連の装置サイクルの各々において腐食関連値を計算し、計算腐食関連値をユーザによるその後の検索のために記憶し、この場合、その値は装置内の不揮発性メモリに記憶されてもよい。この態様において、装置は、ユーザが装置を構成しおよび／または装置から記憶された計算腐食関連値をＨＡＲＴまたはその他の適切な通信プロトコルを用いて検索しうるように制御ループあるいはその他の有線または無線手段を通じて外部の通信装置とインタフェースしてもよく、１日分または複数日分の計算腐食関連値を記憶してもよい。
【００１０】
本発明のさらなる態様に従って、電解質抵抗測定は、Ａ／Ｄ変換器の入力範囲をより有効に利用するためにＡＣ励起振幅を動的に調整することによって改良されてもよく、処理システムは第１の振幅の励起信号を提供し、得られた検出電流信号が所定の閾値を超えるまで励起信号振幅を選択的に増加させる。
【００１１】
本発明の別のさらなる態様に従って、装置は、電流検出および整流器回路におけるオフセット誤差を補償するために自己較正するように機能し、処理システムは励起回路を制御して最初は励起信号を提供せず、同期整流器に検出電流信号の極性の交番を開始させる。プロセッサは、同期整流器は励起信号なしで動作している間にＡ／Ｄ変換器を用いて検出電流をサンプリングし、１つまたは複数の検出電流信号サンプルに基づいてオフセット値を計算する。この後、計算されたオフセット値は、電解質抵抗または他の腐食関連値を計算する際にオフセット補正として後で使用するために記憶される。
【００１２】
別の態様において、励起は電極の差を補償するためにＨＤＡ測定中に調整され、処理システムは、励起信号を印加せずに検出電圧信号を測定し、検出電圧値をオフセットとして記憶し、その後、励起回路にオフセットとともに正弦波励起電圧信号を提供させ、検出電流信号の高調波に基づいてＨＤＡを用いて腐食関連値を計算する。
【００１３】
本発明の他の態様に従って、改善された高調波歪み解析（ＨＤＡ）方式の測定が約５０ｍＨｚ以上の周波数の正弦波ＡＣ励起を用いて容易に行なわれ、装置は１サイクルを超える（好ましくは約１０〜２０サイクル）検出正弦波電流信号に基づいて１つまたは複数の腐食関連値を計算する。これによって、装置の測定サイクル時間を著しく延長することなく電流高調波読取り値を得るためのフーリエ解析を的確に実施するのに十分な電流サンプルを用いた腐食速度の測定が容易になる。
【００１４】
本発明の別のさらなる態様は、ＨＤＡ測定および計算が、可能であれば、高い電解質抵抗状況あるいはＨＤＡ測定において誤差の可能性を示す他の状態においてＬＰＲ測定に自動的に切り替えて実施される動的アルゴリズム変更に関する。この態様において、処理システムは、ＨＤＡ方式測定を実施して、一連の装置サイクルの各々における検出回路によって検出される電流信号の高調波に基づいてＳｔｅｒｎ−Ｇｅａｒｙ定数（Ｂ値）を計算する。この後、１つまたは複数の妥当性試験が、量（ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＰ））が閾値（たとえば、一例において約０．１）よりも小さいかどうかを判断し、量（２Ｉ１Ｉ３−Ｉ２２）がゼロより大きいかどうかを判断し、および／または計算されたＢ値が所定範囲（たとえば、一実施形態において約１０〜６０ｍＶ）にあるかどうかを判断することによって、計算された電解質（電解質）抵抗ＲＳと計算された分極抵抗ＲＰの相対的大きさの確認など、計算されたＢ値に対して実施される。一実施形態において、妥当性試験（単数または複数）が高調波歪み解析から正確な腐食関連値が得られる可能性が高いことを示す場合、処理システムは計算されたＢ値による高調波歪み解析を用いて腐食関連値（単数または複数）を選択的に計算し、そうでなければ、腐食値（単数または複数）はユーザ定義のＢ値またはデフォルトのＢ値によるＬＰＲ測定を用いて計算される。
【００１５】
本発明の他の態様に従って、処理システムは、電気化学ノイズ（ＥＣＮ）測定値を用いて腐食関連値を導出する際に、ランニングモーメント計算（ｒｕｎｎｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）を用いて少なくとも１つの統計値を計算し、これによって、大量のデータを記憶する必要性を軽減し、各装置サイクルにおける所要計算回数を削減する。
【００１６】
関係する態様において、プロセッサは、サンプリングされた電流信号の標準偏差とサンプリングされた電流信号のｒｍｓとに基づいて局部腐食指数を計算するように機能し、この場合、標準偏差とｒｍｓはいずれもランニングモーメント計算に基づいている。
【００１７】
本発明の別のＥＣＮに関係する態様は、ＥＣＮ測定中に、補助電極と作用電極とを回路の仮想グラウンドに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必要がある。一実施形態において、処理システムは、スイッチング部品を選択的に再構成して補助電極と作用電極とをプローブインタフェースシステム内の仮想グラウンドに接続し、ＥＣＮを用いて検出回路によって検出される信号に基づいて腐食関連値（単数または複数）を計算する。
【００１８】
本発明のさらなる態様は、装置における線形分極抵抗（ＬＰＲ）の使用に関し、この場合、所定のユーザＢ値ではなく計算されたＢ値が採用される。さらに、計算されたＢ値は、ノイズイミュニティを高めるために一部の実施形態においてローパスフィルタ処理されることが好ましい。一実施形態において、処理システムは、一連の装置サイクルの各々において検出回路によって検出された電流信号の高調波に基づいてＢ値を計算し、計算されたＢ値と線形分極抵抗測定を用いて検出回路によって検出される電流信号とに基づいて所与の装置サイクルにおける腐食関連値を計算する。
【００１９】
以下の説明と図面は、本発明の一部の例示的実装を詳しく示しており、本発明の様々な原理が実行される可能性のあるいくつかの例示的方法を示すものである。しかし、図示された例は、本発明の多くの可能な実施形態を網羅するものではない。本発明の他の目的、利点、および新規な特徴は、図面と併せて考察される本発明の以下の詳細な説明に示されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の１つまたは複数の態様に従って関連するプローブおよび電極とともにループまたはバッテリ式トランスミッタを含む、例示的な腐食測定装置を示す斜視図である。
【図２】デジタルシステム、ループインタフェース、およびプローブインタフェースを含む、図１のトランスミッタのさらなる詳細を示す概念図である。
【図３Ａ】様々な異なる腐食測定値に関するプロセッサ制御励起回路、検出回路、および装置のプログラムによる再構成用のアナログスイッチングシステムを含む、図１および２の例示的なトランスミッタにおけるプローブインタフェースシステムおよびデジタルシステムの部分を示す回路図である。
【図３Ｂ】絶縁トランスおよび２段階の本質的安全障壁を含む、図１および２の例示的なトランスミッタのループインタフェースシステムにおける絶縁回路のさらなる詳細を示す回路図である。
【図４】図１〜３Ｂの装置におけるＳＲＭ、ＨＤＡ、ＬＰＲ、セルオフセット電圧、およびＥＣＮ測定値に関する複数の例示的なスイッチングシステム構成を示す表を例示する。
【図５】腐食測定に関して輸送または貯蔵される電解質にさらされる電極によってパイプまたは貯蔵構造物内に設置される測定装置のプローブおよび電極を図式的に示す部分断面側面図である。
【図６】図５の設備における電極の１つの等価回路と測定電解質とを示す簡略図である。
【図７】電解質抵抗測定に関する実質的にＤＣフリーの２００Ｈｚ方形波、ＨＤＡおよびＬＰＲ測定用の１００ｍＨｚ正弦波、および励起のないＥＣＮ部分を含む、図１〜６の装置の多相測定サイクルにおける励起回路によって測定電解質に印加される例示的な励起波形を示すグラフである。
【図８】電解質抵抗測定に関して装置において使用される実質的にＤＣフリーの方形波励起信号をさらに示すグラフである。
【図９Ａ】図１〜６の装置における動的励起振幅調整を用いた電解質（溶液）抵抗測定（ＳＲＭ）に関する例示的な動作を示すフローチャートである。
【図９Ｂ】図１〜６の装置における動的振幅調整中の異なる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平均電流の電圧および電流プロットを示すグラフである。
【図９Ｃ】図１〜６の装置における動的振幅調整中の異なる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平均電流の電圧および電流プロットを示すグラフである。
【図９Ｄ】図１〜６の装置における動的振幅調整中の異なる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平均電流の電圧および電流プロットを示すグラフである。
【図１０Ａ】約２００Ｈｚで印加される例示的な方形波電圧励起信号のプロットと、約３００ｍｓの低サンプリング周期を用いた２つの例示的な非同期Ａ／Ｄ変換器サンプルと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リング時間での励起電圧および検出電流プロットを示すグラフである。
【図１０Ｃ】図１〜６の装置におけるオンライン電流アンプオフセット測定に関する例示的な動作を示すフローチャートである。
【図１１】図１〜６の装置における計算されたＢ値の妥当性試験を含む、ＨＤＡまたはＬＰＲ測定の動的アルゴリズム変更に関する装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】図１〜６の装置におけるＨＤＡ腐食測定に関する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チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ここで図を参照すると、本発明のいくつかの実施形態または実装が図面とともに以下に説明されており、全体を通じて同じ要素を表わすのに同じ参照符号が使用され、様々な特徴とプロットは必ずしも一定の縮尺で描かれていない。本発明は、腐食測定を提供するとともに１つまたは複数の最新の腐食測定方式を用いて監視し、標準４〜２０ｍＡ制御ループまたはその他の通信手段によって接続される分散制御システムに採用される可能性のある、あるいは記憶された腐食データをユーザ通信装置にダウンロードする機能を有するスタンドアロン装置として働く可能性のあるリアルタイムの腐食監視および／またはオフライン腐食データロギングに関する導電率、一般的な腐食、および／または局所的腐食の値を提供するプログラム可能な低電力腐食測定野外装置に関する。
【００２２】
最初に図１を参照すると、腐食監視／測定用として装置２が組み込まれる金属構造物の材料に適合した材料で作られることが好ましいプローブ６と３つ一組の電極８とともに、以下でさらに詳しく説明されるプロセッサベースの電子回路を内蔵するトランスミッタヘッド４とを含む、例示的な野外腐食測定装置２が本発明の１つまたは複数の態様に従って示されており、ここで、電極８は、パイプライン、貯蔵タンク、またはその他の対象となる構造物など、設置された構造物で貯蔵または輸送される溶液あるいは他の電解の個体、気体、または液体の中に沈められかあるいは埋め込まれている。トランスミッタハウジング４とプローブ６は、環境保護材料で構成され、装置２をオンライン腐食監視などの野外用途に使用して、腐食速度、局部腐食指数（腐食局在の程度）、および／または電解質抵抗（導電率）に関するプロセス変数を発生することができる。動作中、プローブ６は、パイプまたは流体チャンバーの中で腐食プロセスにさらされるように、パイプまたは流体チャンバーの内部に延在する電極とともに対象となる構造物に取り付けられる。
【００２３】
以下でさらに詳しく説明されるように、装置２は、分極抵抗ＲＰ、溶液抵抗ＲＳ、および電気化学ノイズ測定値の測定を含む、多くの異なる腐食関連測定を実施することができる。線形分極抵抗（ＬＰＲ）測定はほとんどの状況で機能する簡単な手法であり、この場合、設定電圧が試験電極に印加され、分極抵抗ＲＰに関する値を得るために派生電流が測定される。この後、腐食電流Ｉｃｏｒｒが分極抵抗ＲＰ（＝印加電圧／流れる電流）からＩｃｏｒｒ＝Ｂ／ＲＰとして計算され、ここで、ＢはＳｔｅｒｎ Ｇｅａｒｙ定数である。ＬＰＲは、存在する顕著な溶液抵抗ＲＳ（ＲＰと直列に現れる）の影響だけでなくＢ値の不確実な知識による影響も受け、特に、以下でさらに図示されて説明される実施形態におけるように正弦波励起を用いて行なわれる場合はノイズなどに対して一般にきわめて強く、影響を受けない。高調波歪み解析（ＨＤＡ）は、派生電流の高調波からＩｃｏｒｒを直接計算し（印加電圧が純粋な正弦波である場合）、Ｂ値の知識を必要としない。ＬＰＲからのＩｃｏｒｒとＨＤＡからのＩｃｏｒｒとは理論的に同じであるべきなので、既知のＲＰまたは測定されたＲＰに基づくＨＤＡ計算で使用される高調波情報からＢを計算することが可能である。また、ＨＤＡは、応答を「線形化する」傾向がある溶液抵抗ＲＳによって影響を受け、高調波歪みは非線形ＲＰの効果であり、ＲＰと直列に現れるＲＳの効果ではない。高調波は低レベルのものとなりうるので、ＨＤＡによる測定結果（Ｉｃｏｒｒｈａｒｍ）は、測定ごとにノイズによって乱される可能性があり、Ｂ値がノイズの多いＩｃｏｒｒとＲＰとから計算される場合は計算されたＢ値もノイズが多くなる。こうした状況に対応するために、Ｉｃｏｒｒｈａｒｍに対して計算された値はフィルタ処理または平均化されうるが、これは、装置２の応答時間を遅らせて腐食の変化を検出する機能を阻害することになる。これらの矛盾する目的に対応するために、装置２は、各測定値（ＲＰとＩｃｏｒｒｈａｒｍとからの）に対する瞬時のＢ値を計算し、デジタルローパスフィルタ処理によってＢの変動を平均化し、フィルタ処理され計算されたＢ値はＩｃｏｒｒを計算するために瞬時のＲＰとともに使用されうる。ＳＲＭ、ＬＰＲ、およびＨＤＡに関するすべての摂動法は、試験電極の平均腐食速度を提供し、局部腐食にあまり敏感でない。しかし、ＥＣＮは装置２においても発生しうるものであり、装置２はあらゆる局部腐食の兆候を示す非摂動測定法（励起が外部から印加されない）を提供する。さらに、ＥＣＮは、キャビテーション損傷、浸食損傷、応力腐食割れなど、試験電極に自然に形成されるあらゆる保護酸化被膜への機械的損傷によって生じる局部腐食だけでなく、電気化学的に生じる局部腐食（孔食、すきま腐食など）も検出しうる。
【００２４】
また、図２を参照すると、トランスミッタ４の電子装置が図式的に示されており、これは、装置２が標準４〜２０ｍＡ制御ループ１１とインタフェースする直流絶縁および本質的安全（ＩＳ）障壁回路１２を有するループインタフェース１０と、制御ループ１１、あるいはバッテリ１３、ソーラーパネル（図示せず）、またはその他の電源のいずれかの電流から得られる内部装置電源を提供する電源システム１４とを含む。ループインタフェース１０は、プロセッサ２２がＨＡＲＴまたはその他の通信プロトコルを用いて外部通信装置（図示せず）と通信しうるように、デジタルシステム２０のプロセッサ２２と制御ループ１１とに動作可能に結合される通信インタフェース１６をさらに含み、外部通信装置によって、ユーザは装置２を構成またはプログラムしてもよく、および／または記憶され計算腐食関連値を装置２０から検索してもよい。さらに、プロセッサ２２がループの電流を制御して測定／計算されたプロセス変数（たとえば、腐食速度、局部腐食指数、導電率などに対応する４〜２０ｍＡのループ電流レベル）を示しうるように、例示的なループインタフェース１０はループ１１の電流を制御する専用デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１０を含み、さらに、ＦＳＫまたはその他のループ電流の変調方式を備え、ＨＡＲＴなどの適切なプロトコルに従ってループ１１あるいはその他の有線または無線通信手段を介してデジタル通信を実施する。
【００２５】
また、装置２は処理システム２２を備えるデジタルシステム２０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）、プログラマブルロジックなど、任意の形態の処理回路であってもよく、これらによって、本明細書に記載された様々な機能性が達成されうる。デジタルシステム２０は、１つまたは複数の形態のメモリ２４、特に、フラッシュ、ＦＲＡＭなどの不揮発性メモリを含み、アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）２６を含んでもよく、Ａ／Ｄ２６および／またはメモリ２４は独立した部品または回路であってもよく、あるいはプロセッサ２２に内蔵されていてもよい。
【００２６】
さらに、腐食測定装置２は、測定される電解質の中にある複数の測定電極８とインタフェースする信号調整回路３４を有するプローブインタフェースシステム３０を含む。図示された実装において、さらに、プローブインタフェース３０は、以下でさらに説明されるような一部の測定方式に対して信号調整回路３４によって少なくとも１つの電極８に印加される励起信号を発生する第２のＤＡＣ３２を含み、励起ＤＡＣ３２は代替的にデジタルシステム２０内に設置されてもよく、随意にプロセッサ２２と一体化されてもよい。信号調整回路３４は、ＤＡＣ３２の出力に従って、別名、補助電極の第１の電極Ｅ１を介して電解質に励起信号を提供する励起回路３４ａを備え、検出回路３４ｂは他の電極Ｅ２および／またはＥ３の一方または両方を介して、電圧、電流などの１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するために提供され、第２の電極Ｅ２は電解質中の電圧信号を検出するために使用されるものとして本明細書では基準電極と呼ばれ、残る電極Ｅ３は腐食速度に関する電流信号を検出する作用電極（ａ ｗｏｒｋ ｏｒ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と呼ばれ、基準および／または補助電極Ｅ２、Ｅ１は不活性物質で作られる。さらに、信号調整システム３４は、励起回路３４ａおよび検出回路３４ｂの様々な部品と複数の異なる構成の電極８とのプロセッサ制御による再構成を可能にする複数のアナログスイッチング部品を有するスイッチングシステム３４ｃを含む。
【００２７】
また、図３Ａ、３Ｂ、および４を参照すると、図３Ａにおいて、励起回路３４ａ、検出回路３４ｂ、およびＵ１３〜Ｕ１６と表示された４個のアナログスイッチング装置３４ｃからなるスイッチングシステムを含む、プローブインタフェースシステム３０とデジタルシステム２０との一部の部品のさらなる詳細が示される。アナログスイッチＵ１３〜Ｕ１６の各々は、「０」状態と「１」状態として図に示される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の状態を制御するための対応するスイッチング制御信号ＣＳ１３〜ＣＳ１６を提供する。さらに、アナログスイッチＵ１３〜Ｕ１６は、チップ選択入力（図示せず）によって制御されて、スイッチ端子が極端子のいずれからも切断される第３の動作状態を有しうる。このため、スイッチＵ１３〜Ｕ１６は、励起および検出回路３４ａおよび３４ｂの部品のプロセッサ制御による相互接続用に結合されて腐食測定装置２を複数の異なる腐食測定配置で再構成し、図４は装置２のＳＲＭ、ＨＤＡ、ＬＰＲ、セルオフセット電圧、およびＥＣＮ測定動作に関するスイッチの設定または状態を説明する表７０を示す。例示的な装置２は、図４における測定モードのいずれか１つで動作させるためにユーザによってプログラムされてもよく、または一連の装置サイクルの各々においてリストに記載された測定方式の２つ以上を任意に組み合わせて測定を実施してもよく、これによって、腐食トランスミッタ２は容易に構成されて任意の腐食測定または監視用途を提供する。この点において、ループインタフェース３０は、単一のユーザプログラム可能な装置２でＥＣＮ、ＨＤＡ、ＳＲＭ、ＬＰＲ、およびオフセットを用いて腐食測定および監視に関して進歩した性能を提供す一方で、アンプとその他の部品の数を最小にすることによって、ループまたはバッテリ電源から受ける厳しい電力制約の範囲内でインピーダンスと精度とに関する信号調整回路と電極８との最適な相互接続を可能にする。
【００２８】
プロセッサ２２は、各測定期間中に励起ＤＡＣ３２を制御して、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を介してセルに適切な励起を提供し、さらに、測定Ａ／Ｄ２６を動作させて、検出回路３４ｂ、スイッチ３４ｃ、ならびにそれぞれ基準および作用電極Ｅ２およびＥ３を介してセル電圧および／または電流の対応する測定値を得る。電極結合は、プローブ６と励起回路３４ａおよび検出回路３４ｂへの接続を形成する抵抗器Ｒ４９〜Ｒ５１、ならびにフィルタネットワークＲ５４〜Ｒ５６、Ｃ５６、Ｃ５７、およびＣ５８とを介して行なわれる。以下で説明されるシナリオにおいて、装置２は、装置Ｕ１３〜Ｕ１６のスイッチングを制御して各装置サイクルにおける一連の測定を実施する。さらに、図示された装置２において、選択可能な測定方式（たとえば、ＳＲＭ、ＨＤＡ、およびＬＰＲ）の一部は、励起信号の印加を含むが、他の測定方式（たとえば、ＥＣＮ）は励起信号の印加を含まず、一般的な腐食はＨＤＡまたはＬＰＲ測定方式を用いて計算され、電解質抵抗または導電率はＳＲＭ法を用いて測定され、ＥＣＮ測定は局部腐食指数値を計算する際に使用される。一般に、励起信号（もしあれば）は、スイッチＵ１３の「０」状態経路に直接接続された第１のアンプ（たとえば、オペアンプ）Ｕ１２Ａを用いた第１の極性、またはスイッチＵ１３の「１」状態に接続されたインバータ構成アンプＵ１２Ｂを介した反対の第２の極性のいずれかで、ＤＡＣ３２によって提供される電圧信号として補助電極Ｅ１に印加され、ドライバアンプＵ１０Ａは対応する出力電圧をスイッチＵ１６と抵抗器Ｒ６１の「０」状態経路を介して補助電極Ｅ１に提供する。さらに、これらの構成において、電極は励起回路３４ａのドライバアンプＵ１０Ａのフィードバックループ内にあり、これによって、補助電極Ｅ１と作用電極Ｅ３との間に流れる電流が基準電極Ｅ２と作用電極Ｅ３の間の電位を印加励起信号電圧と等しくせしめることになる。さらに、一部の使用可能な構成において、励起は印加されず、スイッチングシステムは補助電極Ｅ１を励起回路３４ａから電気的に絶縁し、処理システム２２は検出回路３４ｂによってＥ２とＥ３の間で検出される電圧信号をサンプリングする。
【００２９】
あらゆる印加された励起電圧信号から派生するリターン電流は、例示的な３つの電極の定電位測定構成（ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）において作用電極Ｅ３を流れ、検出回路３４ｂは電流電圧変換器のフィードバック経路の電流制限抵抗器Ｒ５７とともに電流電圧変換器を形成する電流検出アンプＵ９Ａによってこのような電流を検出し、これによって、電流制限抵抗器Ｒ５７（たとえば、一実施形態において１ｋΩ）は電流検出動作に影響を与えない。電流電圧変換器の抵抗Ｒ５７が電流経路にもたらす電圧降下はゼロに近く、この値は高い信号感度と広いダイナミックレンジの要件に従ってゲインを提供し過負荷に対してＵ９Ａの反転入力を保護するように選択されてもよく、抵抗Ｒ５７の電流測定への影響を排除するようにＵ９Ａのフィードバックループ内にある。検出回路３４ｂのこの電流電圧変換器は、ＨＤＡおよびＥＣＮ測定において電流を検出するために使用され、さらに、分極抵抗ＬＰＲを測定する際に同期整流器と組み合わせて使用される。
【００３０】
電流電圧変換器アンプＵ９Ａは、スイッチＵ１５のそれぞれ「０」状態と「１」状態とに対するアンプＵ８Ａの反転入力または非反転入力のいずれかに出力を提供し、この場合、Ｕ８Ａの出力は２つの入力の１つを電流検出用のＡ／Ｄ変換器２６に提供する。したがって、電流検出極性スイッチＵ１５は、プロセッサ２２からの制御信号ＣＳ１５を介してトグルスイッチングを実現するために一部の測定方式に対して整流器として動作されてもよい。この点において、励起極性スイッチＵ１３と電流検出極性スイッチＵ１５は、同期的に動作されるとき（プロセッサ２２によって制御信号ＣＳ１３とＣＳ１５のスイッチングを制御して）、これらのアナログスイッチング部品は電解質（溶液）抵抗ＲＳを測定する一部の実施形態（ＳＲＭモード）において使用される同期整流器を構成する。さらに、電流検出部品は、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からの検出電流を測定する極性スイッチＵ１５をトグルすることなく採用される。検出回路３４ｂは、高インピーダンス経路Ｒ５９を介して基準電極Ｅ２における電圧を検出するＡ／Ｄ２６の第２のアナログ入力を駆動するアンプＵ７Ａによる電圧検出機能をさらに提供し、基準電極Ｅ２における電圧はアンプＵ５Ａを用いて基準電圧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値とアナログ電流値を得て変換することができ、この後、これらの側定値に対応するデジタル値をプロセッサ２２に提供する。さらに、Ａ／Ｄ変換器２６は、一実施形態においてデルタシグマ変調器ベースの変換器など、任意の適切な変換装置であってもよく、比較的遅い変換速度で動作されることが好ましい。たとえば、図示された実施形態におけるＡ／Ｄ２６は、ループまたはバッテリ式実装に対する電源システム１４の割当電力を超えないように、毎秒約１０サンプル未満、たとえば、一実施形態において３００ｍｓｅｃごとに１回のサンプリングなど、励起信号周波数よりも著しく低いサンプリング速度で様々な腐食関連検出信号の測定サンプルを得るために動作される。したがって、処理システム２２は、プローブインタフェースシステム３０と動作可能に結合され、励起回路３４ａによって電解質に提供される励起信号を制御し、制御信号ＣＳ１３〜ＣＳ１６をスイッチングシステム３４ｃに提供しスイッチング部品Ｕ１３〜Ｕ１６を選択的に再構成して複数の異なる腐食測定方式を実施し、検出回路３４ｂからの受信測定値に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する。
【００３２】
したがって、トランスミッタ４の回路は、ＨＡＲＴ通信のサポートを含む４〜２０ｍＡループインタフェースに加えて、励起信号の印加を制御し、信号測定値を得て信号解析を実施し、腐食速度、電解質抵抗または導電率、および／または局部腐食指数のプロセス変数を発生するために、プローブ６を介した電極８への励起信号の印加、電極信号を検出するための信号調整、アナログデジタル変換回路２６、および処理部品２２を提供する。装置２はプロセス変数を表わす制御ループ１１内の４〜２０ｍＡ信号を発生するように構成されてもよく、プロセス変数は現行の一般に連続的な腐食プロセスの現在の速度を表わす１年当りのｍｉｌまたはｍｍ単位の一般腐食速度、電解質抵抗または導電率の値、あるいは孔食または局部腐食指数であってもよく、孔食または局部腐食指数は無単位で低い腐食速度を有する可能性があるが、パイプまたはタンク材料内で材料強度を弱める、小さいが、最終的に深い孔となる可能性があるプロセスにおける局所化の程度の尺度を表わす。また、装置２は、定期的に、あるいはループ１１上の別の制御実体またはユーザ通信装置からのデータ要求に応じて、これらの値の１つまたは複数をデジタル通信によって報告するように構成されてもよい。
【００３３】
ここで、図１〜３Ｂを参照すると、装置２は、４〜２０ｍＡループから電極Ｅ１〜Ｅ３と装置２の回路を直流絶縁する絶縁および本質的安全（ＩＳ）障壁１２を含む。図３Ｂに示されるように、４〜２０ｍＡループ１１からの電流は、ヒューズＦ１、サージ保護装置Ｎ１、および抵抗器Ｒ３と、整流器１２ａ１と、この後に続く絶縁トランスＴ１への入力を提供するインバータ１２ａ２を有する一次側安全領域（ｐｒｉｍａｒｙ ｓａｆｅｔｙ ａｒｅａ）１２ａの入力段を通過する。トランスＴ１の絶縁出力は、電圧制限ツェナーＮ６〜Ｎ９とトランジスタＰ５〜Ｐ８および抵抗器Ｒ１７、Ｒ２１、Ｒ２９〜Ｒ３０、Ｒ３４、Ｒ３５およびコンデンサＣ３４から形成される電流制限回路を備える電圧保護回路１２ｂ１を含む、二次側絶縁領域１２ｂに入力を提供する。この第１の本質的安全障壁段１２ｂの出力は、ループコントローラ回路１５で観察されうる電圧をさらに制限する追加的な電圧制限ツェナーＮ１０〜Ｎ１５を含む第２のＩＳ障壁段１２ｃに入力を提供する。また、装置２のＩＳ保護は、電極Ｅ１〜Ｅ３を保護するための１ｋΩの保護抵抗器Ｒ５７〜Ｒ６１を提供する。動作中、測定電解質と電極Ｅ１〜Ｅ３は、典型的に接地グラウンドに接続され、これによって、プローブインタフェース回路３０の初段はやはり低インピーダンス経路を介して接地される。絶縁回路１２、および特に絶縁トランスＴ１を提供することによって、複数の装置が同じタンクまたはパイプライン内に設置される場合の４〜２０ｍＡ制御ループ１１による潜在的なグラウンドループ問題が軽減または回避される。したがって、装置２は、外部絶縁部品なしで使用されてもよく、それによって設置費が節約される。さらに、絶縁トランスＴ１は、例示的な一体型の防爆（本質的安全、すなわちＩＳ）障壁の部品を構成する。この二段ＩＳ回路１２ｂおよび１２ｃは、外部ＩＳ回路を必要とせずに本質的安全性を必要とする用途に装置２を使用することができ、それによって、設置費がさらに削減される。これらの用途において、たとえば、ハウジング４（図１）は、防爆認定を受けた筐体（たとえば、米国の場合）として構成され、あるいは欧州では「ＥＸｄ」と表示され、装置２に内部ＩＳ回路を提供するとこれを非ＩＳループ１１に接続することが可能になる。このように、例示的な装置２は、追加障壁を必要とせずにＥＸｄまたは防爆設置法（Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｒｏｏｆ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）を電極８とプローブ６（図１）に対するＩＳ保護に効果的に「変換」する。
【００３４】
また、図５〜７を参照すると、動作中、プローブ６は、図５に示されるように、パイプまたはその他の金属構造物４０で輸送される電解質５０に電極８が浸漬された状態で設置され、電極は埋め込み型を含む任意の形状であってもよく、互いに一列に並んでいる必要がなく、図５の実例は略図にすぎない。図６は、図５の装置内の電極Ｅ１の１つに関する等価電気回路６０と測定電解質５０とを示し、他の電極Ｅ２およびＥ３の電気回路は図６に示される回路と同等である。図６に示されるように、電極／電解質回路６０は、電極Ｅ１と電解質５０との間の電気化学二重層容量Ｃｄｌに並列の内部セル電圧ＶＣと分極抵抗ＲＰの直列組合せを含み、電解質５０はＳＭＲ測定の主題である抵抗ＲＳを有する。図７の励起信号グラフ１００に示されるように、トランスミッタ装置２の可能な一構成での信号測定は、３つの測定期間１０１、１０２、および１０３で実施され、これらの測定期間は一連の装置サイクルの各々において代替的に任意の順序であってもよく、あるいは、装置２は装置サイクルにつき１つの測定のみを実施するか、または所与の装置サイクルで２つ以上の測定方式の任意の組合せを実施するようにプログラムされてもよい。この構成において、ＳＲＭ測定は、初期に溶液抵抗値ＲＳを提供し続け、この後、溶液抵抗値ＲＳは腐食速度を決定する際にＬＰＲまたはＨＤＡ測定で使用され、溶液抵抗ＲＳと分極抵抗ＲＰは図６に示されるように基本的に直列であるので分極抵抗ＲＰのあらゆる計算誤差を補正する。
【００３５】
図７に示される例示的な構成の第１の測定段階１０１において、同期整流器は、以下でさらに説明されるように、最初にオフセット測定のために期間１００ａで動作され、この後、ＡＣ励起信号の振幅は期間１００ｂで動的に調整される。この後、比較的高い周波数のＡＣ励起信号が溶液抵抗／導電率測定のために部分１０１において印加され、この後に異電極８によって生じるアンバランスに起因するオフセットが測定されるギャップ１００ｃが続く。第１の段階１０１において、さらに、装置２は平均ゼロ（実質的にＤＣオフセットのない）のＡＣ波形を有利に印加して作用電極インタフェースの分極を回避する。さらに、例示的な装置２において、ＤＡＣ３２とプロセッサ２２は、低速で動作され（電力節約のために）、ＳＲＭ中のＤＡＣ出力は所与のＤＣレベルに設定され、出力極性はスイッチングシステム３４ｃを用いて切り替えられてＳＲＭ測定用の両極性方形波励起信号を発生する。段階１０１でＳＲＭ測定によって形成されうる小さいＤＣセル電流の効果を最小にするために、段階１０１の期間はできる限り短く設定され、ギャップ期間１０１ｃは段階１０２におけるＳＲＭ測定の後とＬＰＲ測定の前に分極なしで提供され、これによって、作用電極界面を脱分極しうる。
【００３６】
第１の段階１０１において、電解質（溶液）抵抗ＲＳ（したがって、電解質導電率１／ＲＳ）は高周波の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、比較的低周波の正弦波励起電圧を印加して電流と関連高調波を測定し、ＬＰＲおよび／またはＨＤＡ法を用いて腐食速度を判定する。第３の部分１０３において、励起は印加されず、装置はＥＣＮ測定を用いて電気化学ノイズを測定し、局部腐食指数を判定する。
【００３７】
装置サイクルの第１の部分１０１の間、図４の表７０のＳＲＭ行に示されるように、プロセッサ２２はスイッチングシステム３４ｃにスイッチＵ１３〜Ｕ１６を構成させ、Ｕ１４とＵ１６を「１」のスイッチ状態とし、スイッチＵ１３とＵ１５が処理システム２２の制御下で同期的にトグルされて、約５００Ｈｚ未満、好ましくは約１００〜２００Ｈｚの方形波励起／電流検出整流器周波数を提供し、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。図６の等価回路において、比較的高い周波数（たとえば、約５０Ｈｚを超える）を印加すると容量Ｃｄｌがあるために上脚を実効的に短くすることになり、作用電極Ｅ３を介して検出される派生ＡＣ電流は電解質抵抗ＲＳに逆比例することが注目される。ＳＲＭ測定には、正弦波、方形波などの他の波形が使用されうる。期間１０１における図示されたＳＲＭ測定は、検出回路３４ｂと作用電極Ｅ３において検出されるセル電流のＡ／Ｄ２６とによる測定とともに、補助電極Ｅ１における方形波励起電圧の提供を必要とする。ＤＡＣ３２（図３Ａ）は、制御信号ＣＳ１３を介してプロセッサ２２によって制御される励起周波数で印加される励起電圧の極性を交番するＵ１３のスイッチングを用いてプロセッサ２２で制御されるレベルのＤＣ出力信号を提供する。また、作用電極Ｅ３で得られる検出セル電流も励起周波数の方形波となる。また、プロセッサ２２は、信号ＣＳ１５を介して電流検出極性スイッチＵ１５を動作させて同じ周波数でトグルし、これによって、検出されたＡＣ電流信号は整流されて整流された入力信号をＡ／Ｄ変換器２６に与える。電力を節約するために、プロセッサ２２はＡ／Ｄ変換器２６のサンプリングを、一実施形態において約３．３Ｈｚなどのはるかに低い周波数で制御する。したがって、プロセッサ２２は、検出電流の多くの読取り値を得て、これらの読取り値を平均化して平均検出電流を求め、平均検出電流は、この後、電解質抵抗ＲＳの計算に使用される。
【００３８】
また、図８を参照すると、セル内の腐食を悪化させないように、同期整流器が動作することによって実質的にＤＣフリーの励起信号を補助電極Ｅ１に提供することができ、Ｕ１５を介して検出電流信号を整流することによってＡ／Ｄ変換器２６を低いサンプリング速度で動作させて電力を節約することができ、同時に処理システム２２が正確な平均電流値を得ることができるように十分なサンプルを採取し、このような整流がない限り平均電流値はゼロまたはほぼゼロになる。この点において、ＤＣ電圧を補助電極に印加すると測定されている腐食プロセスの電気化学が変化し、したがって、その後の腐食速度測定を妨げられる可能性があることが注目される。さらに、電流検出回路の整流は、このようなＤＣ成分を平均値ゼロのＡＣ成分に実質的にチョッピングすることによって異電極８に起因する検出電流のあらゆるＤＣを効果的に排除することになる。さらに、同期整流もスイッチング周波数以外の周波数での妨害を除去するように動作する。図８は、ＤＡＣ３２と同期整流器の動作によって第１の測定期間１０１に印加されるおよそ±２０ｍＶの振幅を有する１つの可能な実質的にＤＣフリーの方形波励起信号波形を示し、図３ＡのＤＡＣ３２は補助電極Ｅ１に励起波形を形成するために後でスイッチＵ１３のトグリングによって極性が切り替えられる実質的に一定のＤＣ値を提供する。したがって、装置２は、第１の測定期間１０１中に非侵襲のＤＣフリー方形波励起信号を有利に提供し、同期整流を提供することによって、ＤＣおよびノイズの除去を伴うループまたはバッテリ電源の限られた割当電力の中でＳＲＭ測定を実施する際に検出電流の低速サンプリングを可能にする。
【００３９】
また、図９Ａ〜９Ｄを参照すると、装置２は、所定の時間または各ＳＲＭ測定期間１０１の最初のいずれかにのＳＲＭ測定において方形波励起信号の大きさまたは振幅を調整することが好ましい。これは、Ａ／Ｄ変換器２２の入力範囲の利用の改善を容易にし、これによって、測定された電流サンプルと計算された平均電流値とにおける精度の改善を容易にして電解質抵抗（または、導電率）測定を改善する。図９Ａにおけるプロセス１２０は、この例示的な動作を示しており、１２２で、ＳＲＭサイクル１０１は始まり、１２４で、比較的高い周波数の方形波励起信号が第１の（たとえば、低い）ピークツーピーク振幅で補助電極Ｅ１に提供される。一例において、方形波周波数は約２００Ｈｚであるが、好ましくは約５００Ｈｚ以下の他の値が使用されてもよい。図９Ｂ〜９Ｄは、図９Ａのプロセス１２０に従った種々の励起波形振幅に対する方形波励起電圧と対応する測定平均電流の電圧および電流プロットを示すグラフ１４０、１４４、１５０、１５４、１６０、および１６４を表わす。図９Ｂの第１のプロット１４０において、約２００Ｈｚの方形波が比較的低い第１の振幅１４２で印加される。プロセス１２０の１２６で、平均電流は、たとえば、上記のように同期整流器を用いて、あるいは他の適切な平均電流値の測定法を用いてＡ／Ｄ２６によって複数の測定値を採取して測定される。１２８で、こうして採取された平均電流値が所定の閾値ＴＨを超えているかどうかが判断され、ここでは、Ａ／Ｄ入力範囲の最適利用に関する結論が出されうる適切な閾値が使用されてもよい。一例において、閾値はＡ／Ｄ入力範囲の約１／２に関係しているが、他の値も使用されうる。
【００４０】
図９Ｂの電流プロット１４４に示されるように、測定電流が閾値ＴＨを超えない場合（１２８のＮＯ）、１３０で、励起信号振幅は増加され（たとえば、処理システム２２の制御下でＤＡＣ３２の出力を増加することによって）、図９Ａのプロセス１２０は前に戻って１２６で平均電流を再測定する。この状況は図９Ｃのプロット１５０および１５４に示されており、新たな励起信号振幅１５２は図９Ｂの初期振幅１４２よりも大きい。１２８で、新たな平均電流は閾値ＴＨと比較され、図９Ｃのプロット１５４に見られるように、この電流はやはり閾値ＴＨ以下である。したがって、１３０で、図９Ａのプロセス１２０は励起振幅を図９Ｄの励起電圧プロット１６０に示されるレベル１６２に再び増加させる。この時点で、図９Ｄのプロット１６４に示されるように、最新の励起振幅１６２が閾値ＴＨよりも大きい派生検出平均電流を提供し（図９Ａの１２８におけるＹＥＳ）、図９Ａのプロセス１２０は１３２に進み、そこで電解質抵抗ＲＳが最新の励起電圧振幅値を用いて計算され、１３４で、期間１０１におけるＳＲＭプロセスは終了する。このように、腐食測定装置２は、Ａ／Ｄ変換範囲の全域を利用するように適合され、１３２で、処理システム２２は既知の最新励起電圧振幅を測定され計算された最新の平均電流値と関連付けて電解質抵抗ＲＳおよび／または電解質導電率を計算する。励起振幅のこの適応調整は、有効Ａ／Ｄ分解能の最適利用を容易にし、非常に低い、あるいは非常に高い電解質導電率を有する用途に対して精度を犠牲にせずに装置２を適応させる。
【００４１】
また、図１０Ａ〜１０Ｃを参照すると、装置２は、やはり電流アンプのオフセットを較正して計算腐食関連値の精度をさらに改善する。この点において、非同期Ａ／Ｄサンプリングに関連して前述された同期整流器の利用は、測定電流およびＡ／Ｄ変換器２６の入力が図１０Ａおよび１０Ｂに示されるように方形波の各サイクル中にわずかに増加する状況に至る可能性がある。図１０Ａのプロット１７０は、ＳＲＭ測定において採用される２００Ｈｚの方形波電圧励起信号を、約３００ｍｓの長いＡ／Ｄサンプリング周期を用いて得られた、それぞれ時間Ｔ１およびＴ２における２つの例示的な非同期Ａ／Ｄ変換器サンプルＳ１およびＳ２とともに表わす。図１０Ｂにおけるグラフ１７２および１７４は、図１０Ａにおける２つの例示的なサンプリング時間Ｔ１およびＴ２でのそれぞれの励起電圧および検出電流プロットの例示的部分をさらに詳しく示しており、第１の電流サンプルＳ１と第２のサンプルＳ２は励起サイクル内の異なる時点でサンプリングされたというだけの理由で第１の電流サンプルＳ１は第２のサンプルＳ２よりも少し低いことが分かる。これらの誤差に加え、電流信号の検出に使用されるオペアンプＵ８ＡおよびＵ９Ａのオフセットは、ＲＳ、腐食速度、および／または局部腐食の計算における精度低下の一因となる可能性がある。整流器の反転入力経路と非反転入力経路との間のＤＣオフセット差、セルドライバアンプＵ１０Ａの有限速度、プローブ入力の抵抗器とコンデンサからは、さらに誤差が生じる可能性がある。
【００４２】
これらの誤差を抑制するために、装置２は、１８２で始まる、図１０Ｃに示される例示的なプロセス１８０によってオンライン電流アンプオフセット測定を行ない、これによって、装置２は測定された電流アンプオフセットに基づいてオンラインオフセット値を自動的に判定し、この間に、同期整流器部品Ｕ１３およびＵ１５はプロセッサ２２によってトグルされる。１８４で、プロセッサ２２は、ＤＡＣ３２に励起信号をゼロに設定させ、励起電圧を印加せずに１８４で信号ＣＳ１３およびＣＳ１５を介してそれぞれ同期整流器部品Ｕ１３およびＵ１５のトグリングを開始し、整流器部品は上記のＳＲＭ測定に通常使用される速度と同じ速度で（たとえば、実装に関係する約２００Ｈｚで）信号ＣＳ１３およびＣＳ１５によって切り替えられる。プロセッサ２２は、１８８で、Ａ／Ｄ２６を用いて検出電流信号の多数のサンプルを採取し、１９０で、平均電流値を計算し、この後、平均電流値は上記のＳＲＭ測定において後でオフセットとして使用するために記憶され、１９２で、オンライン電流アンプオフセット測定は終了する。この後、期間１０１のＳＲＭ測定中に、アンプＵ９ＡおよびＵ８Ａを含む電流検出回路のオフセットの悪影響を弱め、Ａ／Ｄ変換器２６の同期整流器動作と非同期サンプリングに関連するサンプリング誤差を補償するために、プロセッサ２２は記憶されたオフセットを使用して電解質抵抗値ＲＳを計算する前に電流読取り値を補正する。
【００４３】
ここで、図３Ａ、３Ｂ、４、７、および１１を参照すると、装置２はやはり改善されたＨＤＡおよび／またはＬＰＲ測定方式を提供しており、図４は図３ＡのＵ１３〜Ｕ１６のスイッチ状態に関するこれらのモードに対応したスイッチングシステム構成を示す。したがって、装置２は、ＬＰＲまたはＨＤＡ法を用いて一般的な腐食速度Ｉｃｏｒｒを計算するように構成可能である。基本的なＬＰＲ測定は、典型的に、デフォルトまたはユーザ入力のＢ値を採用するが、ＨＤＡ法は測定された電流高調波に従ってＢ値と腐食速度を同時に計算する必要がある。しかし、本発明者らは従来のＨＤＡ計算がすべての食用途で実行可能でも確固たるものでもないことを十分に理解しており、装置２は測定された電流高調波および電解質抵抗を用いてオンライン妥当性試験の結果に従ってこれらの方法（ＨＤＡまたはＬＰＲ）のどちらか一方を選択的に採用するように動作する。
【００４４】
図７における第２の例示的な測定部分１０２は、この部分１０２に印加される励起を表わしており、この場合、電流高調波のＬＰＲまたはＨＤＡ方式の測定に対して、低周波の正弦波励起電圧が補助電極Ｅ１を介してセルに印加される。これらの測定方式において、正弦波励起信号は、装置のサイクル時間を過度に長くせずに励起信号の１サイクルを超える電流サンプルを測定できる約５０ｍＨｚ以上の励起周波数であることが好ましい。したがって、一部の好ましい実施形態において、励起信号は、約１００〜２００ｍＨｚの励起周波数で提供されており、図７の例では約１００ｍＨｚの励起周波数を使用している。さらに、好ましい実施形態における処理システム２２は、第２の期間１０２において高調波歪み解析またはＬＰＲを用いて、１０サイクルを超える、好ましくは約２０サイクルの検出された正弦波電流信号に基づいて腐食関連値を計算する。したがって、１０ｍＨｚの励起を印加して１サイクルだけにわたって電流信号を測定する従来の装置と比較すると、図示された装置２は、１サイクルを超える採取されたデータを用いて処理システム２２内で離散フーリエ変換を実施する改善された機能を提供し、これによって、得られる腐食関連値の計算精度を改善する。この点において、約２０サイクルを超えてサンプリングされた電流信号による約１０ｍＨｚの例示的な励起周波数を使用すると、顕著な改善がもたらされるが、ＨＤＡまたはＬＰＲ測定に対する第２の測定期間１０２の持続期間はわずかしか増加しない。
【００４５】
図７の第２の期間１０２において、低周波の正弦波励起は、プロセッサ２２において腐食関連値の計算に使用される励起周波数の基本波成分と第２および第３高調波を含む、様々な周波数領域成分を有する派生検出電流信号を生じる。この高調波情報は、検出電流信号をサンプリングし、これを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、処理システム２２は離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を実施して検出電流に対する周波数領域スペクトルを生成する。上記のように、装置２の例示的な実施形態は、１励起サイクルを超えて検出された電流信号をサンプリングし、約５０ｍＨｚを超える励起周波数を使用することが好ましく、装置のサイクル時間を過度に延ばさないためには約１００〜２００ｍＨｚを使用することが好ましいが、本発明はこれらの具体例に限定されない。ＤＦＴの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を計算する際に使用される。さらに、可能な一実装において、ＤＦＴは正弦波励起電圧の生成に呼応して計算され、正弦波励起電圧は処理システム２２のメモリ参照テーブルまたはメモリ２４（図２）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、同じ参照テーブルはＤＦＴ計算に使用される。この点において、例示的な参照テーブル９６は、テーブルのサイズを小さく保つために１サイクル当たり９６ステップを使用しており、２等分、３等分、および４等分することも可能である。
【００４６】
ＤＦＴは、図示された例では、電流サンプル値に参照テーブルの適正な数を掛けることによって基本的に「その場で」行なわれる。さらに、例示的なＤＦＴ計算は、高調波の各々において実数成分と虚数成分とを計算してこれらの二乗和平方根（たとえば、（実数２＋虚数２）１／２）としての絶対値を採用するが、これは実数成分と虚数成分のいずれか一方を選択することよりもノイズの影響を受けにくいからである。基本波と第２および第３高調波とは、各離散正弦波ステップ後、Ａ／Ｄ値に正弦波参照テーブルの適正な値を掛けてその結果を適正なアキュムレータ変数に加算することによって計算され、この方法は一時データ記憶の必要性を軽減する。ＤＡＣ３２の出力は、最小１ビットのステップサイズを減らすために抵抗分割器Ｒ５２、Ｒ５３を用いて調整されることが好ましく、Ｒ５２とＲ５３の値は１ビットのステップサイズを最小にする一方で最大限広いセルオフセット範囲をカバーするように選択されることが好ましいかもしれず、処理システム２２はセルオフセットおよび／または所要摂動振幅が有効範囲を超えないようにしてもよい。さらに、図示された実施形態において、Ａ／Ｄ２６によるセル電流検出／測定の前に流れるセル電流に正弦波出力のステップ変化が影響しうるようにシーケンスが遅延されてもよい。
【００４７】
励起周波数は、腐食プロセスの典型的な時定数（たとえば、ＲＰと並列のＣｄｌ）未満であるが２励起信号サイクル以上からデータを採取するための適正な測定時間として十分に高くなるように選択されることが好ましい。この点において、多少高い周波数でかなり大きいサイクル数にわたってサンプリングすると、サンプリングされる欠陥部の総量（ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｄ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｉｅｓ）が抑制される。たとえば、信号がかなりゆっくりドリフトしている場合にデータが１サイクルの間しか採取されなければ欠陥部がサンプリングされることになり（たとえば、最初と最後のサンプルの差）、この場合、このような欠陥部は過剰な高調波成分を有するフーリエスペクトルをもたらしてＨＤＡ測定法に悪影響を与えることになる。さらに、複数サイクルにわたる平均化は、干渉およびノイズに対する耐性を改善する。
【００４８】
図示された実装において、腐食速度を決定しうる腐食電流Ｉｃｏｒｒを計算するために、処理システム２２は測定期間１０２において採取された高調波データを用いて各装置サイクルにおける次式（１）〜（３）の値を求める。
（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））
【００４９】
ここで、Ｉ１は検出電流の基本波成分であり、Ｉ２とＩ３はそれぞれ第２高調波成分と第３高調波成分である。正弦波振幅は期間１０２で印加される正弦波励起電圧信号の振幅であり、ＢはＶ（ボルト）単位の用途特有の腐食プロセス値である。腐食電流Ｉｃｏｒｒが計算された時点で、これに固有の電極サイズ、ファラデー定数、および物質の原子量に関係する定数を掛けて１年当りのｍｍまたはｍｉｌ単位の腐食速度を計算することができる。
【００５０】
また、図１１を参照すると、例示的な腐食測定装置の別の特徴は、測定電流高調波Ｉ１、Ｉ２、およびＩ３に基づくＢ値ＢＨＡＲＭの計算、ならびに計算された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使用である。この実施形態において、ＨＤＡ測定および計算は、可能であれば実施され、ＨＤＡ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試験に基づいて疑わしいと思われる場合、処理システム２２はＬＰＲ方式の測定に変わる。特に、装置２は、ＨＤＡ計算の正当性が保証されるかどうかを判断するために３種類の試験の１つまたは複数を自動的に実施し、高電解質抵抗状況またはＨＤＡ測定において誤差の可能性を示す他の状態でアルゴリズムをＬＰＲに選択的に変更する。
【００５１】
動的に変化するＨＤＡ／ＬＰＲプロセス２００が図１１に示されており、これは前述の図７の例示的な装置サイクルにおいて第２の期間１０２に２０２で始まり、２０４で、プロセッサ２２によってＤＡＣ３２と励起回路３４ａは正弦波励起信号を補助電極Ｅ１に提供し、２０６で、Ａ／Ｄ変換器２６を用いて検出回路３４ｂによって作用電極Ｅ３で検出される電流信号を測定する。２０８で、プロセッサ２２はＤＦＴを実施して電流高調波Ｉ１、Ｉ２、およびＩ３を特定し、この後、２１０で、ＨＤＡ腐食測定が妥当であるかどうかを確認するために１つまたは複数の試験を実施する。２１２で、特に、量（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）が正であるかどうかが判断される。正でなければ（２１２でＮＯであれば）、被試験量（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）の平方根は上式（１）の分母に現れるのでＨＤＡ方式の測定は妥当でないと見なされる。プロセス２００は図１１で２３０に進み、ここで、処理システム２２はデフォルトまたはユーザが提供するＢ値ＢＵＳＥＲを得て、２３２で、これを前述のＬＰＲ腐食電流の式（３）に採用して現期間１０２のＩｃｏｒｒを計算し、この後、２４０でサイクルは終了する。
【００５２】
しかし、第１の被試験量（２＊Ｉ１＊Ｉ３−Ｉ２２）が正（２１２でＹＥＳ）であることが分かると、プロセス２００は２１４に進み、ここで、高調波が正確に測定可能かどうかを判断するために分極抵抗ＲＰと比較した電解質抵抗ＲＳの相対的サイズを判断し、ＲＳが高ければセル応答を線形化して高調波レベルを低下させようとする。図示された実施形態において、２１４で、量（ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＰ））は、一例において約０．１などの閾値と比較され、閾値よりも小さければ（２１４でＮＯ）、プロセッサ２２はＨＤＡが疑わしいと判断して２１６に進む前に２１５でフラグを設定する。あるいは、プロセスは、２１５でフラグが設定された後ＬＰＲ動作に切り替えるために２３０に進んでもよい。２１４での試験が高いＲＳを示さなければ（２１４でＹＥＳ）、２１６、２１８で、プロセスは第３の試験に進み、２１６で、処理システム２２は測定電流高調波Ｉ１、Ｉ２、およびＩ３と計算されたＢ値ＢＨＡＲＭのローパスフィルタを用いて上式（１）および（２）を求めることによってＩＣＯＲＲＨＡＲＭとＢＨＡＲＭを計算する。図示された例における計算されたＢ値ＢＨＡＲＭは、いずれの短期間の変動および無効な読取り値を除去して測定された高調波がきわめて低い振幅となりうる状況で装置感度を拡大するために、デジタル的にローパスフィルタ処理（たとえば、プロセッサ２２によって実施される移動平均などのローパス型デジタルフィルタ処理）される。
【００５３】
この後、２１８で、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭが一例として約１０〜６０ｍＶ（または、たとえば、水性電気化学にとって有望であることが知られている他の範囲）など、最小値ＢＭＩＮと最大値ＢＭＡＸの間の指定された有効と推定される範囲にあるかどうかが判断される。移動平均または他のデジタルフィルタなど、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭの例示的なローパスフィルタ処理は、いずれの短期間の変動および一時的に逸脱した読取り値を除去するように有利に動作し、そのためにフィルタ処理または平滑化されて計算されたＢ値を使用することによって、装置感度が低振幅の高調波状況に対して強化される可能性がある。一例において、フィルタ処理された値ＢＨＡＲＭは、（１−Ｘ）＊計算されたＢ値ＢＨＡＲＭ（ｎ−１）＋Ｘ＊計算されたＢ値ＢＨＡＲＭ（ｎ）として計算され、ここで、一実装におけるＸは約０．０５である。ＢＨＡＲＭが試験範囲になければ（２１８でＮＯ）、ＨＤＡ法は疑わしく、プロセス２００は上記のように２３０と２３２に進む。そうでなければ（２１８でＹＥＳ）、２２０で、処理システム２２は計算されたＢ値ＢＨＡＲＭを用いて上式（３）を求めることによってＨＤＡ法を用いて腐食電流を計算する。
【００５４】
腐食装置２のさらに別の特徴は、所定のユーザＢ値ＢＵＳＥＲの代わりにＬＰＲ方式の測定を実施する際に計算されたＢ値ＢＨＡＲＭ（たとえば、好ましくはローパスフィルタ処理された）を利用することができることである。一実施形態において、処理システムは、上式（２）に従って各装置サイクル内で検出回路によって検出される電流信号の高調波に基づいてＢ値を計算し、ＢＨＡＲＭに基づいて式（３）を用いて腐食関連値（単数または複数）を計算する。さらに、ユーザは、ユーザＢ値ＢＵＳＥＲを用いてＬＰＲ測定に合わせて装置２を構成してもよく、ユーザＢ値ＢＵＳＥＲは試験クーポン、電気抵抗プローブ、または壁厚測定からの重量損失データをＬＰＲ読取り値と関連付けるなど、適切な手段によって得られてもよく、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、計算されたＢ値ＢＨＡＲＭで観察される変化は、プロセスの電解質組成変化またはプロセス制御／監視の視点から対象となる他のプロセス事象における変化を示す可能性がある。
【００５５】
また、図１２を参照すると、装置２の別の特徴は、電極８の差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、同じ電極８を有する理想的なセルでは正弦波励起のサイクル全体にわたって電極間に最終的なＤＣ電流が流れるはずがなく、この場合、作用電極Ｅ３の電気化学が乱されるはずがない。しかし、異電極８を仮定すると、目標は装置２によって励起が印加されないときに作用電極Ｅ３を流れる電流がゼロになるようにすることである。電極８はドライバアンプ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に流れる電流によって基準電極Ｅ２と作用電極Ｅ３の間の電位が印加された励起の電位と等しくなる。
【００５６】
図１２の例において、２５４で、処理システム２２は、アナログスイッチを図４の表７０内のＥＣＮ測定に対して示された状態に切り替える。このように構成されると、２５６で、基準電極Ｅ２における電圧信号は励起なしで測定されてＨＤＡ測定中に励起オフセットとして使用するために記憶されると、２５８で、オンライン電極オフセット測定が終了する。この後、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に示されるＨＤＡ構成に切り替えられ、２６２で、プロセッサ２２の制御下でＤＡＣ３２によってオフセット値が励起信号に加算されてＨＤＡ測定が行なわれる。こうして、電極８間の差に起因するいずれの誤差も補償するために、装置２はオフセットを用いて図７の第２の測定期間１０２にＨＤＡ測定を実施する。ＨＤＡが実施される前にセルオフセットを測定して測定されたオフセットを印加された正弦波に加えることによって、電極差によって生じるあらゆる電流はＨＤＡ測定中に効果的に排除されて、装置は電極Ｅ１〜Ｅ３間の物理的な差を補償するので、ＨＤＡ腐食速度結果の精度と信頼性が高くなる。作用電極Ｅ３における測定に関して、電極差に起因する誤差電流は分極が適用されるときに現れるものと考えられ、補償オフセットを提供することにより作用電極Ｅ３は、一部の他の電位の近くではなく、基準電極（ＲＥ）に対して測定されるその自由腐食電位（Ｒｃｏｒｒ）の近くで分極されて総合的な腐食測定精度を改善しうる。
【００５７】
図７に示される例示的な装置サイクルの第３の測定部分１０３は、ＥＣＮ方式の測定に対して外部励起なしで自然ノイズの検出を採用する。この測定モードにおいて、装置２は、検出電流（および電圧）を測定し、これらに基づき、一部の実施形態において平均、標準偏差（σ）、およびｒｍｓを含む、統計パラメータを計算し、さらにこれらの統計値をデータの統計学的「モーメント」から計算する。使用場所で、電圧ノイズまたは電位ノイズが基準電極Ｅ２と回路グラウンドとの間で測定され、ここで、補助電極Ｅ１と作用電極Ｅ３はスイッチングシステム３４ｃによって効果的に仮想グラウンドに接続される。統計学的モーメントそのものは完全なデータセット（たとえば、時間に対して測定される電圧および電流の多くのサンプル）から計算されるが、このような方法はプロセッサ２２および高いメモリ使用量において多大な計算オーバーヘッドを要することになる。したがって、好ましい実施形態において、メモリを大幅に削減する必要があるため、「ランニングモーメント（ｒｕｎｎｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ）」法が採用される。図示された実装において、プロセッサ２２は、電流および電圧の両方または電流のみに対してノイズデータの最初の２つの統計学的モーメントを計算し、これから平均、標準偏差、およびｒｍｓに対する統計値が計算されてオンライン電気化学ノイズ（ＥＣＮ）測定で使用される。ＥＣＮは、ノイズ指数または局部腐食指数値を計算する装置２において有利に採用され、所与の電解質中で電極８の局部腐食性向を示す装置２ではいかなる形のかかる局部腐食指数が計算されてもよい。一実施形態において、無次元の局部腐食指数が計算され、これは、一定レベルを超えると、所与の設備で局部腐食が発生している可能性を示す。一実施形態において、装置２は、電流ノイズ標準偏差σｉと電流ノイズｒｍｓ値（ｒｍｓｉ）との比として局部腐食指数値を提供し、この値は０〜１であり、高いσｉ値と低いＤＣ電流値（通常、孔食の場合に見られる）は局部腐食指数として高い（１に近い）値をもたらすことになる。一方、低い一様な腐食（低いσｉと低いＤＣ電流）はゼロに近い局部腐食指数値に対応する。可能な一実装において、０．３の閾値が警戒限界として採用される可能性があり、この値を超えると、局部腐食の可能性がユーザに知らされてもよいが、適切な指数（無単位または有単位）と対応する比較値とが選択されてもよい。
【００５８】
電流ノイズが作用電極Ｅ３を介して装置２においてサンプリングされ、加重平均またはランニングモーメントが計算され、電流ノイズ統計値は局部腐食指数の計算に使用される。さらに、一実施形態において、電圧（電位）ノイズは、プローブインタフェース３０の電圧検出回路とＡ／Ｄ２６への第２の入力チャネルとを用いて同様に測定されてもよい。好ましい一実装において、装置２は、局部腐食指数またはその他の統計的尺度を導出する際にｒｍｓまたは標準偏差の計算にランニングモーメント計算を使用する。このように、装置２は大量のデータを記憶する必要がなく、各装置サイクルで必要な計算の数が低減される。一実装において、ノイズ統計値が各Ａ／Ｄサンプルに対するランニングモーメントとして計算され、このプロセスは一例において１０００などの一定数のサンプル「ｎ」が得られるまで繰り返す。この場合、２つのモーメント変数Ｍ１およびＭ２が処理システム２２によってゼロに初期化され、ｎに対する変数が１に設定される。この後、処理システム２２は、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測定値は、ランニング計算（ｒｕｎｎｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ）に組み入れられて各サンプリング時間にモーメント値を更新する。次式はモーメントを更新するために提供され、ｘｎが現在の電流サンプル値でありｎが現在のサンプル番号（たとえば、この例でｎは１〜１０００の範囲にわたる）である。
ｄ＝（ｘｎ−Ｍ１）
Ｍ２＝Ｍ２＋（１／ｎ）＊（ｄ２（１−（１／ｎ）−Ｍ２））
Ｍ１＝Ｍ１＋（ｄ／ｎ）
【００５９】
さらに、この実装において、同様の計算が電流サンプルと同時に採取される電圧サンプルに対して行なわれ、ここで、処理システム２２は電圧ノイズに対する移動モーメント値（ｍｏｖｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｖａｌｕｅ）Ｍ１およびＭ２も計算する。さらに、上記の計算は、各試行に対して（１−１／ｎ）のような一定の共通因数を事前に計算するなどして実行時間とメモリ利用に関して最適化されることが好ましく、Ｍ１およびＭ２の計算は電流と電圧の両読取り値に対して所定数の読取り値（たとえば、ｎ＝１０００）が得られるまで各サンプルサイクルについて前述の順序で行なわれる。この後、電流統計値は以下のように計算されてもよい。
【００６０】
平均＝Ｍ１
電流標準偏差σｉ＝（Ｍ２）１／２
電流ｒｍｓ値ｒｍｓｉ＝（Ｍ１２＋Ｍ２）１／２
電流ノイズ指数＝（Ｍ２／（Ｍ１２＋Ｍ２））１／２
プロセッサ２２は、電圧ノイズに関する類似の統計値を同様に計算した後、電流腐食ノイズＩｃｏｒｒｎｏｉｓｅを下記のように計算する。
Ｉｃｏｒｒｎｏｉｓｅ＝（（ＢＨＡＲＭまたはＢＵＳＥＲ）＊σｉ）／（ｌｎ（１０）＊σｖ）
【００６１】
別の可能な実施形態において、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と、サンプリングされた電流信号のｒｍｓとに基づいて局部腐食指数を計算し、ここでは、標準偏差とｒｍｓはいずれもランニングモーメント計算に基づいている。この実装において、電圧信号は検出される必要がなく、対応する電圧ノイズ統計値は局部腐食測定にとって計算される必要がなく、したがって、プロセッサ２２に関する計算オーバーヘッドと記憶装置オーバーヘッドが低減される。この方法において、モーメントＭ１およびＭ２は、測定された電流ノイズ（励起なしでの）に対して計算され、電流ノイズ指数Ｉｃｏｒｒｎｏｉｓｅは下記のように計算される。
Ｉｃｏｒｒｎｏｉｓｅ＝σｉ／ｒｍｓｉ＝（Ｍ２／（Ｍ１２＋Ｍ２））１／２
【００６２】
装置２の別の特徴は、補助電極Ｅ１と作用電極Ｅ３とをＥＣＮ測定中にプローブインタフェースシステム３０の仮想グラウンドに接続することによって、これらを効果的に短絡することを含む。一実施形態において、処理システムは、図４の表７０のＥＣＮ入力に示されるように、スイッチング部品Ｕ１３〜Ｕ１６を選択的に再構成し、これによって、補助電極Ｅ１は抵抗器Ｒ５４およびＲ５８を通じ、さらにスイッチＵ１４の「０」状態を通じて仮想グラウンドを提供するアンプＵ１０Ａの反転入力に接続され、作用電極Ｅ３は第３の測定期間１０３においてＥＣＮ測定中に、図３Ａに示されるように抵抗器Ｒ５６を通じてＵ９Ａの反転入力で仮想グラウンドに接続され、その間に、プロセッサ２２は上記の測定と計算を実施する。ＥＣＮ測定の場合、補助電極Ｅ１と作用電極Ｅ３は効果的に短絡（たとえば、これらの電極間をゼロΩにして）されるが、電流制限保護抵抗器Ｒ５７を含む、作業電極Ｅ３と結合された検出回路の電流電圧変換器によって両電極間に流れる電流を測定するように依然として動作する。この点において、例示的な検出回路３４ｂは、この抵抗（たとえば、一実施形態において約１ｋΩ）をアンプＵ９Ａのフィードバックループ内に含んでいるため、この抵抗は流れる電流によって認識されない。
【００６３】
装置２の別の有利な特徴は、スタンドアロンデータ収集および記憶装置としての動作に対する適応性であり、これは４〜２０ｍＡ制御ループ１１を通じてループ給電されてもよく、あるいは図２におけるバッテリ１３を通じてバッテリ給電されてもよく、バッテリ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、一連の装置サイクルの各々において前述のＲＳ、腐食速度、局部腐食指数などの腐食関連値を計算し、計算された値をユーザによるその後の検索のために不揮発性メモリ２４（図２）記憶する。装置２は、制御ループ１１を通じてユーザ通信装置（図示せず）によって、あるいは他の有線または無線手段によってアクセスされ、たとえば、ＨＡＲＴまたはその他の適切な通信プロトコル（単数または複数）を用いて累積腐食データをダウンロードすることができる。さらに、装置２は、図示された実施形態において長い装置サイクル時間では５日分を超えるデータなど、１日分または複数日分の計算腐食関連値を記憶するように機能する。この点に関して、短縮されたサイクル時間の場合、数ヶ月分さらには数年分のデータなど、より多くのデータが記憶されうる。この特徴は、装置２が分散制御システムから切り離される可能性がありかつバッテリまたはソーラーパワーで独立に動作して一度に数日間の腐食情報を収集する可能性があり、この後、データは装置２から数分で読み取られ、こうしてスプレッドシートまたは別のシステムに転送してさらに評価するために外部のユーザ通信装置に記憶されうる遠隔用途において有利であり、バッテリ１１は一部の実装において装置２に接続されたソーラーパネルによって充電されてもよい。
【００６４】
上記の例は本発明の様々な態様のいくつかの可能な実施形態を単に例証するもので、本明細書および添付図面を読んで理解すると同等の変更形態および／または修正形態が当業者には考えられる。前述の部品（アセンブリ、装置、システム、回路など）によって実施される様々な機能に特に関連して、このような部品を説明するために使用される用語（「意味」への言及を含む）は、特に他の指示がない限り、本発明の図示された実装において機能を実施する開示された構造物と構造的に等価でないにしても説明された部品（すなわち、機能的に等価な）の特定機能を実施するハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組合せなどの部品に対応するものである。さらに、本発明の特定の特徴はいくつかの実装の１つのみに関して開示されている場合もあるが、このような特徴は要望に応じて、かつ所与または特定の用途に有利なように他の実装の１つまたは複数の他の特徴と組み合わせられてもよい。また、用語「含む（“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”，“ｉｎｃｌｕｄｅｓ”）」、「有する（“ｈａｖｉｎｇ”，“ｈａｓ”，“ｗｉｔｈ”）」またはこれらの変異形が詳細な説明および／または特許請求の範囲において使用される限りにおいて、このような用語は用語「備える（“ｃｏｍｐｒｉｓｅ”）」と同様に包括的であることを意図するものである。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、腐食性電解質を輸送する、あるいは腐食性電解質にさらされるパイプまたは他の構造物における腐食効果の野外監視および解析に適用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で、前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて、前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムとを備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を印加するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して一つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記励起回路と前記検出回路とに結合される複数のアナログスイッチング部品を有するスイッチングシステムとを含み、前記スイッチング部品は、対応する制御信号に従って、前記励起回路と検出回路の回路部品と前記電極とを複数の異なる構成に選択的に相互接続するように機能し、更に、
前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムとを含み、前記処理システムは、前記電解質に印加される前記励起信号を制御し、前記制御信号を前記スイッチングシステムに与えて前記スイッチング部品を選択的に再構成し、複数の異なる腐食測定方式を実施し、前記検出回路から受信される測定値に基づいて少なくとも一つの腐食関連値を計算することを特徴とするループ給電腐食測定装置。
【請求項２】
前記処理システムの制御下で前記第１の電極を介して励起信号を前記電解質に提供させるために前記処理システムと前記励起回路とに動作可能に結合されるデジタルアナログ変換器と、
検出された電気信号をデジタル値に変換し、前記デジタル値を前記処理システムに提供するために前記処理システムと前記検出回路とに動作可能に結合されるアナログデジタル変換器と、
ＤＣフリー検出信号に基づいて前記アナログデジタル変換器に非ＤＣフリー信号を提供するために前記検出回路に結合される整流器システムと、
をさらに備える、請求項１に記載の腐食測定装置。
【請求項３】
前記整流器システムは前記電解質に提供される励起信号の交番極性に呼応して複数の検出信号を交番する同期整流器である、請求項２に記載の腐食測定装置。
【請求項４】
前記同期整流器は前記スイッチングシステムの少なくとも１つの前記スイッチング部品を含む、請求項３に記載の腐食測定装置。
【請求項５】
前記同期整流器は、
前記処理システムからの第１の制御信号に従って前記検出回路における検出信号の極性を交番する第１のスイッチング部品と、
前記処理システムからの第２の制御信号に従って前記励起回路における複数の励起信号を交番する第２のスイッチング部品と、
を備え、
前記処理システムは、前記励起システムが励起信号周波数において前記電解質にＡＣ励起信号を提供し前記アナログデジタル変換器がＤＣフリーの検出信号に基づいて非ＤＣフリー信号を受信するように、前記第１の制御信号と第２の制御信号とを実質的に同期させて提供する、請求項３に記載の腐食測定装置。
【請求項６】
前記アナログデジタル変換器は前記励起周波数以下のサンプリング周波数で動作される、請求項５に記載の腐食測定装置。
【請求項７】
前記アナログデジタル変換器は毎秒約１０サンプル未満のサンプリング速度で動作される、請求項２に記載の腐食測定装置。
【請求項８】
前記処理システムは前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記制御信号を前記スイッチングシステムに提供して一連の装置サイクルの各々において１つまたは複数の腐食測定方式を選択的に実施し、前記測定方式は電解質抵抗測定、高調波歪み解析、線形分極抵抗測定、および電気化学ノイズ測定の群から選択される、請求項１に記載の腐食測定装置。
【請求項９】
所与の装置サイクルにおける測定値数と測定方式がユーザ設定可能である、請求項８に記載の腐食測定装置。
【請求項１０】
前記装置をユーザが構成しうる通信インタフェースをさらに備える、請求項９に記載の腐食測定装置。
【請求項１１】
前記装置は前記通信インタフェースを介して４〜２０ｍＡループに少なくとも１つの腐食関連値を提供するようにユーザによって構成可能である、請求項１０に記載の腐食測定装置。
【請求項１２】
前記通信インタフェースはＨＡＲＴプロトコル通信をサポートする、請求項１０に記載の腐食測定装置。
【請求項１３】
前記処理システムは腐食速度と局部腐食指数の少なくとも一方を計算する、請求項８に記載の腐食測定装置。
【請求項１４】
前記処理システムは腐食速度と局部腐食指数の少なくとも一方を計算する、請求項１に記載の腐食測定装置。
【請求項１５】
前記電源システムは前記装置に代替的にバッテリ電源から給電するように機能する、請求項１に記載の腐食測定装置。
【請求項１６】
前記励起回路はドライバアンプを含み、前記スイッチングシステムは電流を検出する前記検出回路を前記ドライバアンプのフィードバック経路における前記第１および第２の電極と結合するように機能する、請求項１に記載の腐食測定装置。
【請求項１７】
前記検出回路は、入力を有する電流電圧変換器と、該電流電圧変換器の入力と前記電極の前記第２の電極との間に結合される電流制限抵抗器とを含み、前記スイッチングシステムは電流を検出する前記検出回路を前記電流電圧変換器のフィードバック経路における前記電流制限抵抗器と結合するように機能する、請求項１に記載の腐食測定装置。
【請求項１８】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
検出された電気信号をデジタル値に変換し、前記デジタル値を前記処理システムに提供するために前記処理システムと前記検出回路とに動作可能に結合されるアナログデジタル変換器と、
ＤＣフリーの検出信号に基づいて前記アナログデジタル変換器に非ＤＣフリー信号を提供するために前記検出回路と結合される整流器システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項１９】
前記整流器システムは前記電解質に提供される交番極性の励起信号に呼応して検出信号の極性を交番する同期整流器である、請求項１８に記載の腐食測定装置。
【請求項２０】
前記同期整流器は、
前記処理システムからの第１の制御信号に従って前記検出回路における複数の検出信号の極性を交番する第１のスイッチング部品と、
前記処理システムからの第２の制御信号に従って前記励起回路における励起信号の極性を交番する第２のスイッチング部品と、
を備え、
前記処理システムは、前記励起システムが励起信号周波数において前記電解質にＡＣ励起信号を提供し前記アナログデジタル変換器がＤＣフリーの検出信号に基づいて非ＤＣフリー信号を受信するように、前記第１の制御信号と第２の制御信号とを実質的に同期させて提供する、請求項１９に記載の腐食測定装置。
【請求項２１】
前記アナログデジタル変換器は前記励起周波数以下のサンプリング周波数で動作される、請求項２０に記載の腐食測定装置。
【請求項２２】
前記アナログデジタル変換器は毎秒約１０サンプル未満のサンプリング速度で動作される、請求項１８に記載の腐食測定装置。
【請求項２３】
前記励起信号は約５００Ｈｚ以下の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号であり、前記アナログデジタル変換器は毎秒約１０サンプル未満のサンプリング速度で動作される、請求項１８に記載の腐食測定装置。
【請求項２４】
前記励起信号は約１００Ｈｚ以上の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項２３に記載の腐食測定装置。
【請求項２５】
前記励起信号は約２００Ｈｚの励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項２３に記載の腐食測定装置。
【請求項２６】
前記励起信号は約５００Ｈｚ以下の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項１８に記載の腐食測定装置。
【請求項２７】
前記励起回路はドライバアンプを含み、前記スイッチングシステムは電流を検出する前記検出回路を前記ドライバアンプのフィードバック経路における前記第１および第２の電極と結合するように機能する、請求項１８に記載の腐食測定装置。
【請求項２８】
前記検出回路は、入力を有する電流電圧変換器と、該電流電圧変換器の入力と前記電極の前記第２の電極との間に結合される電流制限抵抗器とを含み、前記スイッチングシステムは電流を検出する前記検出回路を前記電流電圧変換器のフィードバック経路における前記電流制限抵抗器と結合するように機能する、請求項１８に記載の腐食測定装置。
【請求項２９】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
ドライバアンプを含み、前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記励起回路と前記検出回路とに結合される複数のアナログスイッチング部品を有するスイッチングシステムであって、前記スイッチング部品は対応する制御信号に従って前記励起および検出回路の回路部品と複数の異なる構成の前記電極とを選択的に相互接続するように機能する、スイッチングシステムと、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記制御信号を前記スイッチングシステムに提供して前記スイッチング部品を選択的に再構成するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムであって、前記スイッチングシステムは電流を検出する前記検出回路を前記ドライバアンプのフィードバック経路における第１および第２の電極と結合するように機能する、処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項３０】
前記検出回路は、入力を有する電流電圧変換器と、該電流電圧変換器の入力と前記電極の前記第２の電極との間に結合される電流制限抵抗器とを含み、前記スイッチングシステムは電流を検出する前記検出回路を前記電流電圧変換器のフィードバック経路における前記電流制限抵抗器と結合するように機能する、請求項２９に記載の腐食測定装置。
【請求項３１】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
前記電極を前記４〜２０ｍＡループから直流絶縁する絶縁障壁と、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項３２】
前記絶縁障壁は前記４〜２０ｍＡループと電源システムとの間に結合される絶縁トランスを備える、請求項３１に記載の腐食測定装置。
【請求項３３】
前記ループインタフェースは電圧および電流制限部品を有する本質的安全障壁を備える、請求項３１に記載の腐食測定装置。
【請求項３４】
前記本質的安全障壁は前記絶縁障壁の出力に結合される電圧および電流制限部品を有する第１段と、該第１段と前記装置のループコントローラ回路との間に結合される追加電圧制限部品を有する第２段とを備える、請求項３３に記載の腐食測定装置。
【請求項３５】
前記本質的安全障壁は前記電極に結合される保護抵抗器をさらに備える、請求項３４に記載の腐食測定装置。
【請求項３６】
前記本質的安全障壁は前記電極に結合される保護抵抗器をさらに備える、請求項３３に記載の腐食測定装置。
【請求項３７】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムと、電圧および電流制限部品を有する本質的安全障壁とを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項３８】
前記本質的安全障壁は前記絶縁障壁の出力に結合される電圧および電流制限部品を有する第１段と、該第１段と前記装置のループコントローラ回路との間に結合される追加電圧制限部品を有する第２段とを備える、請求項３７に記載の腐食測定装置。
【請求項３９】
前記本質的安全障壁は前記電極に結合される保護抵抗器をさらに備える、請求項３８に記載の腐食測定装置。
【請求項４０】
前記本質的安全障壁は前記電極に結合される保護抵抗器をさらに備える、請求項３７に記載の腐食測定装置。
【請求項４１】
前記本質的安全障壁は絶縁トランスをさらに備える、請求項３７に記載の腐食測定装置。
【請求項４２】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視する腐食測定装置であって、
約２０ｍＡ以下の電流を用いて前記装置に給電するための電源システムと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の少なくとも１つを介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
一連の装置サイクルの各々において前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算し、ユーザによるその後の検索のために前記装置内に複数の計算腐食関連値を記憶するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
前記処理システム動作可能に結合され、ユーザが前記装置を構成しうるか、またはユーザが外部通信装置を介して前記装置から記憶された計算腐食関連値を検索しうる前記外部通信装置とインタフェースするように機能する通信インタフェースと、
を備える、腐食測定装置。
【請求項４３】
前記装置は４〜２０ｍＡループに結合可能なループインタフェースを含み、前記電源システムは前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するように機能する、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項４４】
前記通信インタフェースは前記４〜２０ｍＡループを介して前記装置が通信装置とインタフェースするように機能する、請求項４３に記載の腐食測定装置。
【請求項４５】
前記電源システムはバッテリ電源から前記装置に給電するように機能するバッテリをさらに備える、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項４６】
前記通信インタフェースは前記装置が無線通信装置とインタフェースするように機能する、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項４７】
前記通信インタフェースはＨＡＲＴプロトコル通信をサポートする、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項４８】
前記装置は少なくとも１日分の計算腐食関連値を記憶する、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項４９】
前記電極を前記４〜２０ｍＡループから直流絶縁する絶縁障壁をさらに備える、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項５０】
前記ループインタフェースは電圧および電流制限部品を有する本質的安全障壁を備える、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項５１】
不揮発性メモリをさらに備え、前記処理システムはユーザによるその後の検索のために前記計算腐食関連値を前記不揮発性メモリに記憶する、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項５２】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質にＡＣ励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記方形波励起信号を制御し、前記検出回路によって検出される信号に基づいて一連の装置サイクルの各々における電解質抵抗値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムであって、前記処理システムは第１の振幅の前記励起信号を提供し、得られる検出信号が所定の閾値を超えるまで前記励起信号振幅を選択的に増加させる、処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項５３】
前記励起信号は約５００Ｈｚ以下の励起周波数において実質的にＤＣフリーのＡＣ信号である、請求項５２に記載の腐食測定装置。
【請求項５４】
前記励起信号は方形波信号である、請求項５３に記載の腐食測定装置。
【請求項５５】
前記励起信号は約１００Ｈｚ以上の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項５４に記載の腐食測定装置。
【請求項５６】
前記励起信号は約２００Ｈｚの励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項５５に記載の腐食測定装置。
【請求項５７】
前記励起信号は方形波信号である、請求項５２に記載の腐食測定装置。
【請求項５８】
前記励起信号は約１００Ｈｚ以上の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項５７に記載の腐食測定装置。
【請求項５９】
前記励起信号は約１００Ｈｚ以上の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項５２に記載の腐食測定装置。
【請求項６０】
前記励起信号は約２００Ｈｚの励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項５９に記載の腐食測定装置。
【請求項６１】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
前記処理システムの制御下で前記電解質に提供される複数の交番励起信号に呼応して複数の検出信号を交番する同期整流器と、
を備え、
前記処理システムは前記励起回路に最初は励起信号を提供させずに前記同期整流器に検出電流信号の極性の交番を開始させ、前記同期整流器が励起信号なしで動作する間に前記検出電流をサンプリングし、少なくとも１つの検出電流信号サンプルに基づいてオフセット値を計算し、前記オフセット値を記憶し、後で前記少なくとも１つの腐食関連値を計算する際にオフセット補正として使用する、ループ給電腐食測定装置。
【請求項６２】
前記励起信号は方形波信号である、請求項６１に記載の腐食測定装置。
【請求項６３】
前記励起信号は約１００Ｈｚ以上の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項６２に記載の腐食測定装置。
【請求項６４】
前記励起信号は約２００Ｈｚの励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項６３に記載の腐食測定装置。
【請求項６５】
前記励起信号は約１００Ｈｚ以上の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項６１に記載の腐食測定装置。
【請求項６６】
前記励起信号は約２００Ｈｚの励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項６５に記載の腐食測定装置。
【請求項６７】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を選択的に提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
を備え、
前記処理システムは前記励起回路に最初は励起信号を提供させずに励起信号が印加されていない間に前記検出回路によって検出される電圧信号をサンプリングし、前記検出電圧値をオフセットとして記憶し、この後、前記励起回路が正弦波励起電圧信号をオフセットとともに前記電解質に供給させ、高調波歪み解析を用いて前記検出回路によって検出される電流信号の高調波に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、ループ給電腐食測定装置。
【請求項６８】
前記処理システムが前記検出回路によって検出される前記電圧信号をサンプリングしている間に前記第１の電極を前記励起回路から電気的に絶縁するスイッチングシステムをさらに備える、請求項６７に記載の腐食測定装置。
【請求項６９】
前記検出回路は励起信号が印加されない間に第２の電極と第３の電極との間の電圧を検出する、請求項６８に記載の腐食測定システム。
【請求項７０】
前記検出回路は励起信号が印加されない間に第２の電極と第３の電極との間の電圧を検出する、請求項６７に記載の腐食測定システム。
【請求項７１】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に正弦波励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して腐食に関係する１つまたは複数の電流信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、高調波歪み解析を用いて前記検出回路によって検出される複数サイクルの正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項７２】
前記正弦波励起信号は約５０ｍＨｚ以上の励起周波数である、請求項７１に記載の腐食測定装置。
【請求項７３】
前記処理システムは高調波歪み解析を用いて１０サイクルを超える前記検出された正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、請求項７２に記載の腐食測定装置。
【請求項７４】
前記処理システムは高調波歪み解析を用いて約２０サイクルの前記検出された正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、請求項７２に記載の腐食測定装置。
【請求項７５】
前記正弦波励起信号は約１００〜２００ｍＨｚの励起周波数である、請求項７１に記載の腐食測定装置。
【請求項７６】
前記処理システムは高調波歪み解析を用いて１０サイクルを超える前記検出された正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、請求項７５に記載の腐食測定装置。
【請求項７７】
前記処理システムは高調波歪み解析を用いて約２０サイクルの前記検出された正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、請求項７５に記載の腐食測定装置。
【請求項７８】
前記処理システムは高調波歪み解析を用いて１０サイクルを超える前記検出された正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、請求項７１に記載の腐食測定装置。
【請求項７９】
前記処理システムは高調波歪み解析を用いて約２０サイクルの前記検出された正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、請求項７１に記載の腐食測定装置。
【請求項８０】
前記正弦波励起信号は約１００ｍＨｚの励起周波数である、請求項７１に記載の腐食測定装置。
【請求項８１】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に正弦波励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して腐食に関係する１つまたは複数の電流信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、一連の装置サイクルの各々において前記検出回路によって検出される電流信号の高調波に基づいてＢ値を計算し、前記計算されたＢ値の妥当性試験を実施するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムであって、各装置サイクルに対して、前記妥当性試験から高調波歪み解析が正確な腐食関連値をもたらす可能性があることが判明する場合、あるいはユーザ定義またはデフォルトのＢ値による線形分極抵抗測定を用いて少なくとも１つの腐食関連値を計算する場合に前記処理システムは前記計算されたＢ値とともに高調波歪み解析を用いて少なくとも１つの腐食関連値を選択的に計算する、処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項８２】
前記Ｂ値は第１、第２、および第３の電流高調波であるそれぞれＩ１、Ｉ２、およびＩ３に基づいて計算され、前記妥当性試験は量（２Ｉ１Ｉ３−Ｉ２）がゼロよりも大きいかどうかを判断することを含む、請求項８１に記載の腐食測定装置。
【請求項８３】
前記妥当性試験は量（ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＰ））が閾値未満であるかどうかを判断することをさらに含み、ここで、ＲＳは計算された電解質抵抗でありＲＰは計算された分極抵抗である、請求項８２に記載の腐食測定装置。
【請求項８４】
前記妥当性試験は前記計算されたＢ値が所定範囲にあるかどうかを判断することをさらに含む、請求項８３に記載の腐食測定装置。
【請求項８５】
前記妥当性試験は前記計算されたＢ値が所定範囲にあるかどうかを判断することをさらに含む、請求項８２に記載の腐食測定装置。
【請求項８６】
前記妥当性試験は量（ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＰ））が閾値未満であるかどうかを判断することを含み、ここで、ＲＳは計算された電解質抵抗でありＲＰは計算された分極抵抗である、請求項８１に記載の腐食測定装置。
【請求項８７】
前記妥当性試験は前記計算されたＢ値が所定範囲にあるかどうかを判断することをさらに含む、請求項８６に記載の腐食測定装置。
【請求項８８】
前記閾値が約０．１である、請求項８６に記載の腐食測定装置。
【請求項８９】
前記妥当性試験は前記計算されたＢ値が所定範囲にあるかどうかを判断することをさらに含む、請求項８１に記載の腐食測定装置。
【請求項９０】
前記所定範囲は約１０ｍＶ以上および約６０ｍＶ以下のＢ値を含む、請求項８９に記載の腐食測定装置。
【請求項９１】
前記計算されたＢ値はローパスフィルタ処理される、請求項８１に記載の腐食測定システム。
【請求項９２】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の少なくとも１つの電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
ランニングモーメント計算を用いた少なくとも１つの統計値の計算を含む電気化学ノイズ測定を用いて前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項９３】
前記信号調整回路は補助電極、基準電極、および作用電極とインタフェースし、前記プローブインタフェースシステムは該プローブインタフェースシステムと結合されて前記プローブインタフェースシステムの回路部品と複数の異なる構成の前記電極とを選択的に相互接続するために対応する制御信号に従って動作可能な複数のアナログスイッチング部品を有するスイッチングシステムを備え、前記処理システムは電気化学ノイズモードにおいて前記スイッチングシステムに制御信号を提供し、電気化学ノイズ測定中に前記プローブインタフェースシステムにおいて前記スイッチングシステムに前記補助および作用電極を仮想グラウンドに接続させる、請求項９２に記載の腐食測定装置。
【請求項９４】
前記処理システムは局部腐食指数をサンプリングされた電流信号の標準偏差とサンプリングされた電流信号のｒｍｓとに基づいて計算し、前記標準偏差およびｒｍｓはいずれもランニングモーメント計算（ｒｕｎｎｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）に基づく、請求項９２に記載の腐食測定装置。
【請求項９５】
前記処理システムは局部腐食指数をサンプリングされた電流信号の標準偏差とサンプリングされた電流信号のｒｍｓとの比として計算する、請求項９４に記載の腐食測定装置。
【請求項９６】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記プローブインタフェースシステムの回路部品と複数の異なる構成における前記電極とを選択的に相互接続するために対応する制御信号に従って動作可能な複数のアナログスイッチング部品を有するスイッチングシステムと、
前記スイッチングシステムに制御信号を提供し、前記スイッチング部品を選択的に再構成して前記スイッチングシステムに前記補助および作用電極を前記プローブインタフェースシステムにおける仮想グラウンドに接続させ、電気化学ノイズ測定を用いて前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項９７】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に正弦波励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
一連の装置サイクルの各々において前記検出回路によって検出される電流信号の高調波に基づいてＢ値を計算し、計算されたＢ値とともに線形分極抵抗測定を用いて前記検出回路によって検出される電流信号に基づいて所与の装置サイクルにおける少なくとも１つの腐食関連値を計算するために、前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項９８】
前記計算されたＢ値はローパスフィルタ処理される、請求項９７に記載の腐食測定システム。
【請求項１】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で、前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて、前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムとを備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を印加するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して一つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記励起回路と前記検出回路とに結合される複数のアナログスイッチング部品を有するスイッチングシステムとを含み、前記スイッチング部品は、対応する制御信号に従って、前記励起回路と検出回路の回路部品と前記電極とを複数の異なる構成に選択的に相互接続するように機能し、更に、
前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムとを含み、前記処理システムは、前記電解質に印加される前記励起信号を制御し、前記制御信号を前記スイッチングシステムに与えて前記スイッチング部品を選択的に再構成し、複数の異なる腐食測定方式を実施し、前記検出回路から受信される測定値に基づいて少なくとも一つの腐食関連値を計算することを特徴とするループ給電腐食測定装置。
【請求項２】
前記処理システムの制御下で前記第１の電極を介して励起信号を前記電解質に提供させるために前記処理システムと前記励起回路とに動作可能に結合されるデジタルアナログ変換器と、
検出された電気信号をデジタル値に変換し、前記デジタル値を前記処理システムに提供するために前記処理システムと前記検出回路とに動作可能に結合されるアナログデジタル変換器と、
ＤＣフリー検出信号に基づいて前記アナログデジタル変換器に非ＤＣフリー信号を提供するために前記検出回路に結合される整流器システムと、
をさらに備える、請求項１に記載の腐食測定装置。
【請求項３】
前記整流器システムは前記電解質に提供される励起信号の交番極性に呼応して複数の検出信号を交番する同期整流器である、請求項２に記載の腐食測定装置。
【請求項４】
前記同期整流器は前記スイッチングシステムの少なくとも１つの前記スイッチング部品を含む、請求項３に記載の腐食測定装置。
【請求項５】
前記同期整流器は、
前記処理システムからの第１の制御信号に従って前記検出回路における検出信号の極性を交番する第１のスイッチング部品と、
前記処理システムからの第２の制御信号に従って前記励起回路における複数の励起信号を交番する第２のスイッチング部品と、
を備え、
前記処理システムは、前記励起システムが励起信号周波数において前記電解質にＡＣ励起信号を提供し前記アナログデジタル変換器がＤＣフリーの検出信号に基づいて非ＤＣフリー信号を受信するように、前記第１の制御信号と第２の制御信号とを実質的に同期させて提供する、請求項３に記載の腐食測定装置。
【請求項６】
前記アナログデジタル変換器は前記励起周波数以下のサンプリング周波数で動作される、請求項５に記載の腐食測定装置。
【請求項７】
前記アナログデジタル変換器は毎秒約１０サンプル未満のサンプリング速度で動作される、請求項２に記載の腐食測定装置。
【請求項８】
前記処理システムは前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記制御信号を前記スイッチングシステムに提供して一連の装置サイクルの各々において１つまたは複数の腐食測定方式を選択的に実施し、前記測定方式は電解質抵抗測定、高調波歪み解析、線形分極抵抗測定、および電気化学ノイズ測定の群から選択される、請求項１に記載の腐食測定装置。
【請求項９】
所与の装置サイクルにおける測定値数と測定方式がユーザ設定可能である、請求項８に記載の腐食測定装置。
【請求項１０】
前記装置をユーザが構成しうる通信インタフェースをさらに備える、請求項９に記載の腐食測定装置。
【請求項１１】
前記装置は前記通信インタフェースを介して４〜２０ｍＡループに少なくとも１つの腐食関連値を提供するようにユーザによって構成可能である、請求項１０に記載の腐食測定装置。
【請求項１２】
前記通信インタフェースはＨＡＲＴプロトコル通信をサポートする、請求項１０に記載の腐食測定装置。
【請求項１３】
前記処理システムは腐食速度と局部腐食指数の少なくとも一方を計算する、請求項８に記載の腐食測定装置。
【請求項１４】
前記処理システムは腐食速度と局部腐食指数の少なくとも一方を計算する、請求項１に記載の腐食測定装置。
【請求項１５】
前記電源システムは前記装置に代替的にバッテリ電源から給電するように機能する、請求項１に記載の腐食測定装置。
【請求項１６】
前記励起回路はドライバアンプを含み、前記スイッチングシステムは電流を検出する前記検出回路を前記ドライバアンプのフィードバック経路における前記第１および第２の電極と結合するように機能する、請求項１に記載の腐食測定装置。
【請求項１７】
前記検出回路は、入力を有する電流電圧変換器と、該電流電圧変換器の入力と前記電極の前記第２の電極との間に結合される電流制限抵抗器とを含み、前記スイッチングシステムは電流を検出する前記検出回路を前記電流電圧変換器のフィードバック経路における前記電流制限抵抗器と結合するように機能する、請求項１に記載の腐食測定装置。
【請求項１８】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
検出された電気信号をデジタル値に変換し、前記デジタル値を前記処理システムに提供するために前記処理システムと前記検出回路とに動作可能に結合されるアナログデジタル変換器と、
ＤＣフリーの検出信号に基づいて前記アナログデジタル変換器に非ＤＣフリー信号を提供するために前記検出回路と結合される整流器システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項１９】
前記整流器システムは前記電解質に提供される交番極性の励起信号に呼応して検出信号の極性を交番する同期整流器である、請求項１８に記載の腐食測定装置。
【請求項２０】
前記同期整流器は、
前記処理システムからの第１の制御信号に従って前記検出回路における複数の検出信号の極性を交番する第１のスイッチング部品と、
前記処理システムからの第２の制御信号に従って前記励起回路における励起信号の極性を交番する第２のスイッチング部品と、
を備え、
前記処理システムは、前記励起システムが励起信号周波数において前記電解質にＡＣ励起信号を提供し前記アナログデジタル変換器がＤＣフリーの検出信号に基づいて非ＤＣフリー信号を受信するように、前記第１の制御信号と第２の制御信号とを実質的に同期させて提供する、請求項１９に記載の腐食測定装置。
【請求項２１】
前記アナログデジタル変換器は前記励起周波数以下のサンプリング周波数で動作される、請求項２０に記載の腐食測定装置。
【請求項２２】
前記アナログデジタル変換器は毎秒約１０サンプル未満のサンプリング速度で動作される、請求項１８に記載の腐食測定装置。
【請求項２３】
前記励起信号は約５００Ｈｚ以下の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号であり、前記アナログデジタル変換器は毎秒約１０サンプル未満のサンプリング速度で動作される、請求項１８に記載の腐食測定装置。
【請求項２４】
前記励起信号は約１００Ｈｚ以上の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項２３に記載の腐食測定装置。
【請求項２５】
前記励起信号は約２００Ｈｚの励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項２３に記載の腐食測定装置。
【請求項２６】
前記励起信号は約５００Ｈｚ以下の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項１８に記載の腐食測定装置。
【請求項２７】
前記励起回路はドライバアンプを含み、前記スイッチングシステムは電流を検出する前記検出回路を前記ドライバアンプのフィードバック経路における前記第１および第２の電極と結合するように機能する、請求項１８に記載の腐食測定装置。
【請求項２８】
前記検出回路は、入力を有する電流電圧変換器と、該電流電圧変換器の入力と前記電極の前記第２の電極との間に結合される電流制限抵抗器とを含み、前記スイッチングシステムは電流を検出する前記検出回路を前記電流電圧変換器のフィードバック経路における前記電流制限抵抗器と結合するように機能する、請求項１８に記載の腐食測定装置。
【請求項２９】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
ドライバアンプを含み、前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記励起回路と前記検出回路とに結合される複数のアナログスイッチング部品を有するスイッチングシステムであって、前記スイッチング部品は対応する制御信号に従って前記励起および検出回路の回路部品と複数の異なる構成の前記電極とを選択的に相互接続するように機能する、スイッチングシステムと、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記制御信号を前記スイッチングシステムに提供して前記スイッチング部品を選択的に再構成するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムであって、前記スイッチングシステムは電流を検出する前記検出回路を前記ドライバアンプのフィードバック経路における第１および第２の電極と結合するように機能する、処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項３０】
前記検出回路は、入力を有する電流電圧変換器と、該電流電圧変換器の入力と前記電極の前記第２の電極との間に結合される電流制限抵抗器とを含み、前記スイッチングシステムは電流を検出する前記検出回路を前記電流電圧変換器のフィードバック経路における前記電流制限抵抗器と結合するように機能する、請求項２９に記載の腐食測定装置。
【請求項３１】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
前記電極を前記４〜２０ｍＡループから直流絶縁する絶縁障壁と、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項３２】
前記絶縁障壁は前記４〜２０ｍＡループと電源システムとの間に結合される絶縁トランスを備える、請求項３１に記載の腐食測定装置。
【請求項３３】
前記ループインタフェースは電圧および電流制限部品を有する本質的安全障壁を備える、請求項３１に記載の腐食測定装置。
【請求項３４】
前記本質的安全障壁は前記絶縁障壁の出力に結合される電圧および電流制限部品を有する第１段と、該第１段と前記装置のループコントローラ回路との間に結合される追加電圧制限部品を有する第２段とを備える、請求項３３に記載の腐食測定装置。
【請求項３５】
前記本質的安全障壁は前記電極に結合される保護抵抗器をさらに備える、請求項３４に記載の腐食測定装置。
【請求項３６】
前記本質的安全障壁は前記電極に結合される保護抵抗器をさらに備える、請求項３３に記載の腐食測定装置。
【請求項３７】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムと、電圧および電流制限部品を有する本質的安全障壁とを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項３８】
前記本質的安全障壁は前記絶縁障壁の出力に結合される電圧および電流制限部品を有する第１段と、該第１段と前記装置のループコントローラ回路との間に結合される追加電圧制限部品を有する第２段とを備える、請求項３７に記載の腐食測定装置。
【請求項３９】
前記本質的安全障壁は前記電極に結合される保護抵抗器をさらに備える、請求項３８に記載の腐食測定装置。
【請求項４０】
前記本質的安全障壁は前記電極に結合される保護抵抗器をさらに備える、請求項３７に記載の腐食測定装置。
【請求項４１】
前記本質的安全障壁は絶縁トランスをさらに備える、請求項３７に記載の腐食測定装置。
【請求項４２】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視する腐食測定装置であって、
約２０ｍＡ以下の電流を用いて前記装置に給電するための電源システムと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の少なくとも１つを介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
一連の装置サイクルの各々において前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算し、ユーザによるその後の検索のために前記装置内に複数の計算腐食関連値を記憶するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
前記処理システム動作可能に結合され、ユーザが前記装置を構成しうるか、またはユーザが外部通信装置を介して前記装置から記憶された計算腐食関連値を検索しうる前記外部通信装置とインタフェースするように機能する通信インタフェースと、
を備える、腐食測定装置。
【請求項４３】
前記装置は４〜２０ｍＡループに結合可能なループインタフェースを含み、前記電源システムは前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するように機能する、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項４４】
前記通信インタフェースは前記４〜２０ｍＡループを介して前記装置が通信装置とインタフェースするように機能する、請求項４３に記載の腐食測定装置。
【請求項４５】
前記電源システムはバッテリ電源から前記装置に給電するように機能するバッテリをさらに備える、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項４６】
前記通信インタフェースは前記装置が無線通信装置とインタフェースするように機能する、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項４７】
前記通信インタフェースはＨＡＲＴプロトコル通信をサポートする、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項４８】
前記装置は少なくとも１日分の計算腐食関連値を記憶する、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項４９】
前記電極を前記４〜２０ｍＡループから直流絶縁する絶縁障壁をさらに備える、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項５０】
前記ループインタフェースは電圧および電流制限部品を有する本質的安全障壁を備える、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項５１】
不揮発性メモリをさらに備え、前記処理システムはユーザによるその後の検索のために前記計算腐食関連値を前記不揮発性メモリに記憶する、請求項４２に記載の腐食測定装置。
【請求項５２】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質にＡＣ励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記方形波励起信号を制御し、前記検出回路によって検出される信号に基づいて一連の装置サイクルの各々における電解質抵抗値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムであって、前記処理システムは第１の振幅の前記励起信号を提供し、得られる検出信号が所定の閾値を超えるまで前記励起信号振幅を選択的に増加させる、処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項５３】
前記励起信号は約５００Ｈｚ以下の励起周波数において実質的にＤＣフリーのＡＣ信号である、請求項５２に記載の腐食測定装置。
【請求項５４】
前記励起信号は方形波信号である、請求項５３に記載の腐食測定装置。
【請求項５５】
前記励起信号は約１００Ｈｚ以上の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項５４に記載の腐食測定装置。
【請求項５６】
前記励起信号は約２００Ｈｚの励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項５５に記載の腐食測定装置。
【請求項５７】
前記励起信号は方形波信号である、請求項５２に記載の腐食測定装置。
【請求項５８】
前記励起信号は約１００Ｈｚ以上の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項５７に記載の腐食測定装置。
【請求項５９】
前記励起信号は約１００Ｈｚ以上の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項５２に記載の腐食測定装置。
【請求項６０】
前記励起信号は約２００Ｈｚの励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項５９に記載の腐食測定装置。
【請求項６１】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
前記処理システムの制御下で前記電解質に提供される複数の交番励起信号に呼応して複数の検出信号を交番する同期整流器と、
を備え、
前記処理システムは前記励起回路に最初は励起信号を提供させずに前記同期整流器に検出電流信号の極性の交番を開始させ、前記同期整流器が励起信号なしで動作する間に前記検出電流をサンプリングし、少なくとも１つの検出電流信号サンプルに基づいてオフセット値を計算し、前記オフセット値を記憶し、後で前記少なくとも１つの腐食関連値を計算する際にオフセット補正として使用する、ループ給電腐食測定装置。
【請求項６２】
前記励起信号は方形波信号である、請求項６１に記載の腐食測定装置。
【請求項６３】
前記励起信号は約１００Ｈｚ以上の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項６２に記載の腐食測定装置。
【請求項６４】
前記励起信号は約２００Ｈｚの励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項６３に記載の腐食測定装置。
【請求項６５】
前記励起信号は約１００Ｈｚ以上の励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項６１に記載の腐食測定装置。
【請求項６６】
前記励起信号は約２００Ｈｚの励起周波数において実質的にＤＣフリーの方形波信号である、請求項６５に記載の腐食測定装置。
【請求項６７】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に励起信号を選択的に提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
を備え、
前記処理システムは前記励起回路に最初は励起信号を提供させずに励起信号が印加されていない間に前記検出回路によって検出される電圧信号をサンプリングし、前記検出電圧値をオフセットとして記憶し、この後、前記励起回路が正弦波励起電圧信号をオフセットとともに前記電解質に供給させ、高調波歪み解析を用いて前記検出回路によって検出される電流信号の高調波に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、ループ給電腐食測定装置。
【請求項６８】
前記処理システムが前記検出回路によって検出される前記電圧信号をサンプリングしている間に前記第１の電極を前記励起回路から電気的に絶縁するスイッチングシステムをさらに備える、請求項６７に記載の腐食測定装置。
【請求項６９】
前記検出回路は励起信号が印加されない間に第２の電極と第３の電極との間の電圧を検出する、請求項６８に記載の腐食測定システム。
【請求項７０】
前記検出回路は励起信号が印加されない間に第２の電極と第３の電極との間の電圧を検出する、請求項６７に記載の腐食測定システム。
【請求項７１】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に正弦波励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して腐食に関係する１つまたは複数の電流信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、高調波歪み解析を用いて前記検出回路によって検出される複数サイクルの正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項７２】
前記正弦波励起信号は約５０ｍＨｚ以上の励起周波数である、請求項７１に記載の腐食測定装置。
【請求項７３】
前記処理システムは高調波歪み解析を用いて１０サイクルを超える前記検出された正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、請求項７２に記載の腐食測定装置。
【請求項７４】
前記処理システムは高調波歪み解析を用いて約２０サイクルの前記検出された正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、請求項７２に記載の腐食測定装置。
【請求項７５】
前記正弦波励起信号は約１００〜２００ｍＨｚの励起周波数である、請求項７１に記載の腐食測定装置。
【請求項７６】
前記処理システムは高調波歪み解析を用いて１０サイクルを超える前記検出された正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、請求項７５に記載の腐食測定装置。
【請求項７７】
前記処理システムは高調波歪み解析を用いて約２０サイクルの前記検出された正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、請求項７５に記載の腐食測定装置。
【請求項７８】
前記処理システムは高調波歪み解析を用いて１０サイクルを超える前記検出された正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、請求項７１に記載の腐食測定装置。
【請求項７９】
前記処理システムは高調波歪み解析を用いて約２０サイクルの前記検出された正弦波電流信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算する、請求項７１に記載の腐食測定装置。
【請求項８０】
前記正弦波励起信号は約１００ｍＨｚの励起周波数である、請求項７１に記載の腐食測定装置。
【請求項８１】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に正弦波励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して腐食に関係する１つまたは複数の電流信号を検出するように機能する検出回路と、
前記電解質に提供される前記励起信号を制御し、一連の装置サイクルの各々において前記検出回路によって検出される電流信号の高調波に基づいてＢ値を計算し、前記計算されたＢ値の妥当性試験を実施するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムであって、各装置サイクルに対して、前記妥当性試験から高調波歪み解析が正確な腐食関連値をもたらす可能性があることが判明する場合、あるいはユーザ定義またはデフォルトのＢ値による線形分極抵抗測定を用いて少なくとも１つの腐食関連値を計算する場合に前記処理システムは前記計算されたＢ値とともに高調波歪み解析を用いて少なくとも１つの腐食関連値を選択的に計算する、処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項８２】
前記Ｂ値は第１、第２、および第３の電流高調波であるそれぞれＩ１、Ｉ２、およびＩ３に基づいて計算され、前記妥当性試験は量（２Ｉ１Ｉ３−Ｉ２）がゼロよりも大きいかどうかを判断することを含む、請求項８１に記載の腐食測定装置。
【請求項８３】
前記妥当性試験は量（ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＰ））が閾値未満であるかどうかを判断することをさらに含み、ここで、ＲＳは計算された電解質抵抗でありＲＰは計算された分極抵抗である、請求項８２に記載の腐食測定装置。
【請求項８４】
前記妥当性試験は前記計算されたＢ値が所定範囲にあるかどうかを判断することをさらに含む、請求項８３に記載の腐食測定装置。
【請求項８５】
前記妥当性試験は前記計算されたＢ値が所定範囲にあるかどうかを判断することをさらに含む、請求項８２に記載の腐食測定装置。
【請求項８６】
前記妥当性試験は量（ＲＳ／（ＲＳ＋ＲＰ））が閾値未満であるかどうかを判断することを含み、ここで、ＲＳは計算された電解質抵抗でありＲＰは計算された分極抵抗である、請求項８１に記載の腐食測定装置。
【請求項８７】
前記妥当性試験は前記計算されたＢ値が所定範囲にあるかどうかを判断することをさらに含む、請求項８６に記載の腐食測定装置。
【請求項８８】
前記閾値が約０．１である、請求項８６に記載の腐食測定装置。
【請求項８９】
前記妥当性試験は前記計算されたＢ値が所定範囲にあるかどうかを判断することをさらに含む、請求項８１に記載の腐食測定装置。
【請求項９０】
前記所定範囲は約１０ｍＶ以上および約６０ｍＶ以下のＢ値を含む、請求項８９に記載の腐食測定装置。
【請求項９１】
前記計算されたＢ値はローパスフィルタ処理される、請求項８１に記載の腐食測定システム。
【請求項９２】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の少なくとも１つの電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
ランニングモーメント計算を用いた少なくとも１つの統計値の計算を含む電気化学ノイズ測定を用いて前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項９３】
前記信号調整回路は補助電極、基準電極、および作用電極とインタフェースし、前記プローブインタフェースシステムは該プローブインタフェースシステムと結合されて前記プローブインタフェースシステムの回路部品と複数の異なる構成の前記電極とを選択的に相互接続するために対応する制御信号に従って動作可能な複数のアナログスイッチング部品を有するスイッチングシステムを備え、前記処理システムは電気化学ノイズモードにおいて前記スイッチングシステムに制御信号を提供し、電気化学ノイズ測定中に前記プローブインタフェースシステムにおいて前記スイッチングシステムに前記補助および作用電極を仮想グラウンドに接続させる、請求項９２に記載の腐食測定装置。
【請求項９４】
前記処理システムは局部腐食指数をサンプリングされた電流信号の標準偏差とサンプリングされた電流信号のｒｍｓとに基づいて計算し、前記標準偏差およびｒｍｓはいずれもランニングモーメント計算（ｒｕｎｎｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）に基づく、請求項９２に記載の腐食測定装置。
【請求項９５】
前記処理システムは局部腐食指数をサンプリングされた電流信号の標準偏差とサンプリングされた電流信号のｒｍｓとの比として計算する、請求項９４に記載の腐食測定装置。
【請求項９６】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
前記プローブインタフェースシステムの回路部品と複数の異なる構成における前記電極とを選択的に相互接続するために対応する制御信号に従って動作可能な複数のアナログスイッチング部品を有するスイッチングシステムと、
前記スイッチングシステムに制御信号を提供し、前記スイッチング部品を選択的に再構成して前記スイッチングシステムに前記補助および作用電極を前記プローブインタフェースシステムにおける仮想グラウンドに接続させ、電気化学ノイズ測定を用いて前記検出回路によって検出される信号に基づいて少なくとも１つの腐食関連値を計算するために前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項９７】
電解質にさらされる構造物の腐食を測定または監視するループ給電腐食測定装置であって、
４〜２０ｍＡループに結合可能で前記４〜２０ｍＡループからの電源を用いて前記装置に給電するための電源システムを備えるループインタフェースと、
前記電解質内にある複数の測定電極とインタフェースするための信号調整回路を有するプローブインタフェースシステムと、
を備え、
前記信号調整回路は、
前記電極の第１の電極を介して前記電解質に正弦波励起信号を提供するように機能する励起回路と、
前記電極の少なくとも第２の電極を介して１つまたは複数の腐食関連電気信号を検出するように機能する検出回路と、
一連の装置サイクルの各々において前記検出回路によって検出される電流信号の高調波に基づいてＢ値を計算し、計算されたＢ値とともに線形分極抵抗測定を用いて前記検出回路によって検出される電流信号に基づいて所与の装置サイクルにおける少なくとも１つの腐食関連値を計算するために、前記プローブインタフェースシステムと動作可能に結合される処理システムと、
を備える、ループ給電腐食測定装置。
【請求項９８】
前記計算されたＢ値はローパスフィルタ処理される、請求項９７に記載の腐食測定システム。
【図１】
【図２】
【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２】
【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２００９−５４４００８（Ｐ２００９−５４４００８Ａ）
【公表日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１９５６９（Ｐ２００９−５１９５６９）
【出願日】平成１９年５月２３日（２００７．５．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６９５３３
【国際公開番号】ＷＯ２００８／００８５６７
【国際公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＦＲＡＭ
【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２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２３日（２００７．５．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６９５３３
【国際公開番号】ＷＯ２００８／００８５６７
【国際公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＦＲＡＭ
【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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