用于减少和/或防止空间天气诱导的腐蚀的控制设备、系统和方法

专利名称：用于减少和/或防止空间天气诱导的腐蚀的控制设备、系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于控制基于半导体的防腐系统的控制设备、系统和方法，所 述半导体基的防腐系统用于防止由空间天气效应和相应的位势变化诱导的腐 蚀。
背景技术：
根据由Battelle和北美特殊钢材工业1995年发表的题为"在美国的金属 腐蚀的经济效益(Economic Effects of Metallic Corrosion in the United States )" 的报告，在美国经济中每年用于金属腐蚀的费用大约为$3000亿，该报告的全 部内容在此通过参考进行引用。该报告估计，通过从设计到维修中广泛应用抗 腐材料和应用最好的防腐工艺，可避免和节省约三分之一的腐蚀费用($1000 亿)。在由Battelle和国家标准与技术研究院进行的Battle科学家的研究发现的 部分更新得到这个估计，该研究标题为"在美国的金属腐蚀的经济效益 (Economic Effects of Metallic Corrosion in the United States )"，在jt匕通过参考 将其全部内容引用。于1978年的原版包括如下估计在1975年，由于当时没 有使用最佳的方法，金属腐蚀耗费820亿(国民生产总值的4.9% )，其中约 330亿是可避免的。
在过去几个世纪已发展了用于控制腐蚀的各种方法，特别是着重于延长在 腐蚀环境下金属结构的寿命的方法。这些方法典型地包括保护涂层，这些涂层 主要用于提高像钢这样的黑色金属和像铝这样的一些有色金属的抗腐性能，以 及避免使用更昂贵的合金。因此，它们提高了性能并且降低了成本。然而这种 保护涂层典型地具有一些缺陷，包括差的应用性和有限的寿命。 保护涂层分为主要三类。这些类中最大的类是例如油漆的、作为环境的物 理阻挡层的局部涂层。第二类由例如锌或镉构成、设计作为优先腐蚀的牺牲阳 极以保护基质金属不受腐蚀的牺牲涂层。第三类由阴极保护系统构成。
阴极保护和涂层均是具有减轻与阻止腐蚀的主要目的的工程方法。每种过
阻止腐蚀，而涂层则形成阻挡层以阻止腐烛电流或电子在自然出现的正极和负 极间或在电偶内流动。每种过程均提供有限的成功。迄今为止，涂层代表最为
广泛的一般防腐方法(参见Leon等人的美国专利3,562,124和Havashi等人的 美国专利4,219,358)。然而，阴极保护已用于保护埋藏或浸泡条件下的百万公 里的管道和大面积的钢表面。
阴极保护通过向金属表面提供足够的阴极电流使其的阳极溶解率变得可 以忽略而用来降低金属表面的腐蚀(例如，参见Pryor的美国专利3,574,801; Wesson的美国专利3,864,234; Maes的美国专利4,381,981; Wilson等人的美 国专利4,836,768; Webster的美国专利4，863，578;以及Stewart等人的美国专 利4,957,612)。阴极保护是通过应用足够的电流极化阴极到阳极电位以消除局 部阳极与阴极表面间的电位差而进行工作。换句话说，应用阴极电流的效果是 减少继续作为阳极的面积，而不是减少这种剩余阳极的腐蚀速度。当已消耗了 所有的阳极时，则实现了完全的保护。从电化学的观点来看，这表明已将足够 的电子提供给要保护的金属，使得抑制了金属电离或溶解的任何趋势。
腐蚀研究中的最近工作已发现电化学腐蚀过程与电化学系统的电学性质 诸如电池电流和电极电位的随机波动有关。这些随机波动在本领域中称为"噪 声"。大约20年前，科学家发现由于材料中的杂质所引起的电化学活性，所有 的导电材料在其产生电化学活性的同时就开始被腐蚀。后来发现使用检测产生 电流的电子仪器可以监测这种现在通常称为"腐蚀噪声，，的活性。实质上，这 种电流的量越大，材料"噪音越大"，腐蚀速度越快。例如，钢比青铜"噪音 更大"，则以更快的速率被腐蚀。研究人员已开始将噪音分析技术应用于电化 系统中的腐蚀过程。
此外，研究人员最近研究了在地面结构，特别是显著尺寸和/或长度的例 如管道或传输线路和塔上的地磁诱导电流(GIC)的效应和太阳风与地球磁场
间的相互作用。太阳风与地球磁场间的相互作用在电离层和磁层中产生随时间 变化的电流，z使得在地表面上的磁场变化，并且导致在这种大结构，特别是在 例如油和天然气管道中驱动电流的电场。太阳活动也对改变局部位势具有影
响，该影响改变"地面"的电性能。这些"GIC"干扰阴极保护和管道电测量， 并且已经独立地提出作为管道腐蚀的组成部分(Pulkkinen等人J.Appl. Geophys.， 48， 233-256(2001))。在空间环境中影响空载和地基的技术系统的时 间变化状况通常称为"空间天气"，是近年来成为许多研究焦点的主题(参见 例如，Plunkett等人，LEEE Transactions on Plasma Science, 28(6), 1807-17 )和 此处引入的参考文献Pulkkinen等人,supra; Pulkkinen等人，J. Appl. Geophys.， 48,219-231(2001); Pirjola等人，Adv. Space Res" 26(1),5-14(2000); Boteler， Adv. Space Res"26(1), 15-20(2000);和由Zashchita Metallov, 36(2), 222-224(2000) 翻译的Tkachenko， Protection of Metals, 36(2)，196-198(2000);这些参考文献的 每篇内容均在此通过参考进行引用)。这些研究集中在观测、记录和模拟这种 空间天气对地5^U兹和电场以及例如管道系统的人造结构的影响，以及可通过空 间天气效应导致的腐蚀。然而，在很好记录空间天气加速腐蚀作用的同时，没 有提出如何防止由这种空间天气效应《1起的腐蚀加速的可行建议。
典型地，管道是掩埋在地面下几英尺到十几英尺长的电导体。它们可以穿 过数千英里的具有变化阻抗的土壤。管道周围任何磁场的变化可导致管道上的
显著电流。这种引起环绕管道周围磁场变化的源是"磁暴"活动，例如上述空 间天气效应。这与地球自身的磁场是不同的，因为其本性是"外部的"。该诱 导的电流(在管道工业中也称为"地电流")可以导致管道-土壤电位(PSP) 的显著规则振荡。在管道工业中证明了这种PSP变化，并且可以高达lOOOrnV。 关于由地电流引起的PSP规则振动具有几方面影响
a. 比-850mV (CuCuS04)正得多的PSP规则振荡可以导致腐蚀；
b. 比-1200mV ( CuCuS04)负得多的PSP规则振荡导致在金属涂层界面上 产生氢，这可以导致涂层的解离。
c. 干扰PSP测量。
d. 可能损害与管道连接的电学装置。
尽管地电流的概念是简单的，但管道系统对磁暴的响应却是相当复杂的。
这是由于整个管道系统本身就是复杂的。它典型地包4舌a)油田或天然气田的 收集系统；b)城市间的运输系统，典型地传输长距离的两个平行管道；c)沿 管道路线的土壤阻抗变化；d)在城市内或居民区的分布网络；e)具有弯曲和 绝缘的凸缘(flange); f)存在涂层；和其它细节。
长期以来管道操作者使用涂层作为减少整体腐蚀的方法。然而仅使用涂层 对減少地电流没有作用，实际上，扩大了损坏。
管道操作者通常认为，尽管地电流在短期内可以是剧烈的，但它们很少导 致如不受控的人造杂散电流所导致的显著腐蚀。然而，最近的数据显示由于地 电流所导致的PSP变化可以是比在安静期间的腐蚀速率高得多的数量级 (Osella, 1999)的显著腐蚀和金属损失。因此地电效应可以很容易地抵消典 型的阴极保护系统。
管道操作者通过允许沿着管道流动并通过在沿管道关键位置设置的接地 连接排出地电流来处理这种现象。这要求它们与管道的绝缘接头连接。沿管道 设置绝缘接头，以通过减少管道连续部分的长度(即金属通道)来减少杂散电 流聚集的可能性。研究者争论将地电流无害释放的接地管道的有效性，因为这 实际上能够增加杂散电流的聚集。因此管道操作者面临两种不令人满意的选 择:通过绝缘接头连接并使管道接地，或是通过绝缘接头将管道各个部分分隔。 前者方案具有使整个管道变成为由空间天气所导致的杂散电流的巨大聚集器 的作用，后者使管道易遭受地电流的损坏。任何一种选择不能消除空间天气诱 导的腐蚀。
Riffe的美国专利5,352,342和Riffe的美国专利5,009,757公开了与防腐系 统中的电子设备结合使用的、基于锌/锌氧化物的硅酸盐涂层，在此这两个专 利的内容通过参考进行引用。公开的涂层中的锌/锌氧化物颗粒具有半导体属 性，主要是在Zn-ZnO相界的p-n结。当反向偏置时，该p-n结被描述为相当 于二极管并且禁止电子穿过该边界。这种约束限制了电子从Zn氧化的位置向 ZnO表面上的氧还原的位置转移。事实上，在局部腐蚀电池的阳极与阴极之间 具有增加的阻抗，并且减少了腐蚀。
平均起来，由于与Zn表面上的Zn的氧化和ZnO表面上的02的还原有关 的电位，Zn-ZnO基的结将被反向偏置。然而，出现显著的随机电压波动。这
些电压波动引起该结偶尔的变为正向偏置。当正向偏置时，穿过该结的电子转
移增多，存在Zn氧化和02还原的加速或"猝发"。事实上，在局部腐蚀电池 的阳极与阴极之间存在短路，并且增加了腐蚀。
Riffe的专利公开了在防腐系统的电化学电路中附有固定值电容。然而， 正如本发明人所认为的，既没有认识到控制电容水平的愿望，也没有认识到建 议用于确定如何动态改变有效防止任何给定结构中的腐蚀所需要的电容值的 任何方法或确定所需电容值的最佳方式，特別是在空间天气干扰情况下。
先前防腐方法(如以上所公开的Riffe专利的方法)的一个缺点是，此处 公开的硅酸盐基涂层的颜色选择的相对不灵活性，仅可容易获得的颜色是灰 色。虽然这在大多数船舶和结构使用中是可接受的，但是需要如下的防腐涂层， 该防腐涂层不是牺牲性的并且可以提供多种色彩用于油漆替代物，尤其是在汽 车和交通业。这些和其它的缺点主要通过Bowling的美国专利6,325,915、美 国专利6,402,933、美国专利6,551,491和美国专利6,562,201中的半导体涂层 和有关系统来克服，在此每篇专利的全部内容通过参考进行引用。Dowling专 利和申请的半导体涂层和系统可以与各种导电基板一起使用，以提供系列感兴 趣的性能。由于半导体通常是比其应用的基板更不活泼的材料，因此，该涂层 使受保护的材料的电位稳定化。由电化学活性产生的电子从受保护的基板转移 到涂层的半导体上，或者简单地说，腐蚀噪声从受保护的材料转移到涂层。
图1表示的是存在于未处理金属101中的电化学噪声，测量随机波动电压 并以波形102显示(显示为锯齿波形，但实际波形可能具有更宽波段的分量， 并且本质上是随机的)。
图2表示的是在金属表面应用半导体保护涂层以防止腐蚀和污垢的效果， 其中，涂层210包括比要保护的金属201更不活泼的材料。由于涂层210比金 属201更不活泼，因此其包括存在于金属中的电化学噪声211，但是对于涂层， 显示结果是202为金属内的平滑波形。涂层250内的各个半导体颗粒承担涂层 的防腐蚀性。
图3表示的是分层的半导体/金属组成。当掺入锌时，由于锌氧化和氧还 原产生的、称为"腐蚀电位"的电位导致钢(铁合金)的半导体材料的防腐能 力。在这点上，该系统作为以铁氧化来抑制由锌氧化产生的电位的通常牺牲阳
极材料。然而随着腐蚀电位的降低，半导体中的锌氧化显著降低或钝化，这导
致涂层的极长寿命。钝化是将Zn/ZnO边界的类似可变电阻特性与保持该边界 上电位差的有关滤波器性能结合的结果，使得该边界具有高的电阻。半导体颗 粒250由两个区域组成具有结330的P型区320和N型区310，该结330 作为两区域间的电子流302的可变电阻。当使用锌时，锌颗粒被具有由导电粘 结剂包围的各种涂氧化物涂覆颗粒的氧化锌层覆盖。半导体涂层中的P和N 半导体的边界作为控制它们之间电子流的可变电阻(背对背二极管)。向连4矣 到要保护的基板的半导体涂层适当的应用电流，使在该边界上的电位稳定。这 显示了从P到N半导体的电子迁移的速率，以103的倍数降低其腐蚀率，从而 使半导体涂层的寿命延长，可超过处理物品的设计寿命。
可变电阻(可变的电阻器)具有高度非线性电特性，并且功能上与反向背 对背二极管等效。在限压区、"开关区，，中，它们只通过漏电流。当电压幅度 超过开关电压时，例如在短促的一瞬间，可变电阻变为高度导电性的。可变电 阻通常基于ZnO。图4是表示可变电阻的伏安关系的曲线图，其中一个轴表示 电压IIOI, —个轴表示电流U02,并且显示了代表偏压范围内的电流1103的 曲线。在-VblllO和Vb1107间的范围表示可变电阻作为开关的电压区1104。 沿着曲线标有IL1105的点是沿着相应于漏电流(也就是当可变电阻偏置作为 打开开关时，流过该可变电阻的小水平电流)的曲线上的点。杯有Vn1106的 点是沿着表示开关电压的曲线上的点；换句话说，相应于可变电阻的开关区 1104的最高正电压值。标有VBll07的点表示可变电阻的击穿电压，其中，大 于VB的偏压使得可变电阻相当于一个节点。杯有-Il1108的点表示在负漏电流 的曲线上的点。标有-VNll09的点表示在负开关电压曲线上的点；换句话说， 表示可变电阻开关区1104的最大负电压区域。标有-VulllO的点表示负击穿 电压。
上述Dowling的专利和申请至少针对用于控制腐蚀的系统和设备，包括半 导体涂层和包含滤波器的腐蚀噪声控制系统。在未决的Dowling的申请中，腐 蚀噪声控制系统包括可基于相应于涂层中腐蚀噪音的反馈信号进行调整的可 调滤波器。
Dowling的专利和申请的腐蚀噪声降低系统的性能随着系统的内部滤波
器的变化而变化，其最简单的，式实际上是电容器。Dowling的专利和申请还 公开了将半导体涂层与各种无^、及有源滤波器进行组合。在Dowling的专利和 申请中，半导体涂层在某种程度上作为电阻器，它与系统内部滤波器并联。在 微电子学电路第四版，Sedra&Smith，牛津大学出版社(1997 )中找到滤波器 基本论述，诸如如何实现高通或低通滤波器，在此其全部内容通过参考进行引 用。
图5是各种滤波器腐蚀电位和时间之间的图。横轴401是以天测量的时间， 而纵轴402表示按毫伏测量的相对于半导体元件的电位。在针对确定各种腐蚀 环境的最佳滤波器特性的实验中，在三个时间点为七个系统进行测量。对其三 个样品，记录七个滤波器结构的每个结构的测量电位，并且用图标中列出的各 种符号表示。该图显示在从410到430指示的取样点上七个滤波器的每个滤波 器的各种结果。
根据等效电路可以示意性的观测电化学腐蚀。典型地，半导体材料掺杂锌。 因此，图6所示的简化等效电路涉及锌氧化的情况。在锌上出现阳极反应而在 氧化锌上出现阴极反应。值得注意的是，Zn/ZnO边界代表电路中的可变电阻。 如果由Zn/02氧化还原对所产生的电位差稳定的落入开关区内，则由该边界的 高电阻抑制(或钝化)Zn氧化。然而，在过去的十年中，已经证明存在自发 产生的电化学电位波动，与腐蚀有关的"电化学噪声"。结果是，即使Zn/02 电位可在开关区中，但也^[艮可能存在波动，该波动将电位差激励至高导电区并 允许电子流动和由此锌氧化。
本发明人认识到这是一种钝化锌使得去除或滤去该电化学噪音的方式。通 过滤波器去除该电化学噪音，该滤波器的最简单形式是电容。滤波效果保持在 开关区的Zn/ZnO边界的电位，并且减少锌氧化，增加涂层寿命。然而应理解 的是，该低通滤波器可以通过带通(或陷波)滤波器进行放大，以根据要保护 的材料选择性地衰减其它频带。
图6表示的是Dowling的专利和申请的系统的等效电路图。该图基于金属 腐蚀过程的电化学性质将该系统的特性抽象为代表性的电路。具体地，腐蚀可 以模型化为波动电压电源，金属的内阻可以表示，防腐涂层可以模型化为可变 电阻，并且噪音滤波器可以模型化为电容。通过在电路图中放置这些模型组件，
利用电路分析可以更清楚地使Dowling的噪声和滤波器部件概念化。
在代表性电路内是表示该系统的内阻的溶液电阻801,与相应于锌的电离 过程的正极802的电流电极电位和相应于生成水的化学过程的负极803的电流 电极电位串联。还存在有并且与该电路串联的是两个噪声源804,其中一个噪 声源置于正极的电流电极电位和正极805的法拉第阻抗之间，另一个噪声源至 于负极803的电流电极电位和负极的法拉第阻抗806之间，串联在正极和负极 的法拉第阻抗之间的是氧化锌变阻器807和噪声滤波器808。可变电阻和噪声 滤波器用以减少可以诱发腐蚀的电压波动的出现。噪声滤波器808可以是有源 器件也可以是无源器件，或是既是有源器件又是无源器件，通过选择要被指定 公共电位810的电路中的节点，由于腐蚀噪声，滤波器808可以使电路中的高 频衰减。
放置半导体层的基板可以是导电的或是不导电的。导电的基板可以是金属 或非金属。不导电的基板可以是作为绝缘体的任何材料，诸如硅片或其它非金 属基板。在半导体芯片制造的技术领域中，这种非导电或导电基板的生产对于 本领域的普通技术人员是众所周知的。
Dowling专利和申请中的腐蚀噪声降低系统提供了通过用半导体涂层涂 覆导电结构并将得到的涂覆结构连接到无源或有源电子滤波器以最小化涂层 中的腐蚀噪声来防止易受腐蚀的导电结构被腐蚀的方式。该电子滤波器具有滤 波器响应使得衰减腐蚀噪声的高频谱分量。这是通过连接滤波器来实现的，该 滤波器具有以在要保护的材料上的低通滤波器的形式(也能通过陷波滤波器进 行放大)的阻抗特性。此外，根据材料和应用，可能地其它频带可以被选择地 衰减，以降低腐蚀效果。该滤波器可以是无源滤波器或有源滤波器。无论哪一 种情况，该滤波器衰减高频电压波动。存在于半导体涂层中的结则保持反向偏 置。因此降低了在半导体涂层内从阳极流入阴极域的时间平均的电子流，并且 有效地钝化该涂层。
利用嵌入等效于腐蚀过程的电路的滤波器，如图7所示的方式，可以消耗噪声 信号，其中金属表面501由连接至滤波器508的保护涂层510覆盖，使得该金 属具有显著衰减的噪声静电502。滤波器508作为独立的低通滤波器或者可能 与具有带通和/或陷波滤波器形式的阻抗的滤波器结合，以降低高频腐蚀噪声
522。事实上，该滤波器消耗与电化学噪声信号中的高频有关的能量。通过抑
制开关电压(Vn)外的可变电阻上的电压波动，电化学噪声的高频谱分量的衰 减将显著减少腐蚀过程。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供用于监控与空间天气效应有关的参数以及 控制由该效应？ 1起的结构腐蚀的系统。
本发明的另一目的是提供腐蚀噪声降低系统，该系统具有电子控制单元
(ECU)、可控滤波器(任选地包括固定的无源滤波器)以及基板上的半导体 涂层，使得为空间天气效应引起的腐蚀噪声提供到地的低电阻通路。
本发明的另 一 目的是提供用于保护管道不受空间天气的腐蚀效应的系统 和方法。
通过此处所述的本发明系统和方法，实现这些及其它的目标。本发明人认
识到利用电子控制单元(ECU)和可控滤波器，可以优化操作在基板上的具 有半导体涂层的腐蚀噪声降低系统，以控制其上设置半导体涂层的导电结构中 的滤波器操作和电压波动。通过用'于监控空间天气效应和控制滤波器的方法， 实现这些优点，该方法是响应空间天气效应、基于一组预定的和/或测量的参 数，任选地，但不限制于使用可调滤波器部件和/或固定部件，从而控制结构 的空间天气效应诱导腐蚀的发生速度。例如上述Riffe和Dowling专利的在先 专利涉及例如温度、含盐量/水纯度、湿度、年限、短期作业周期、长期作业 周期、船舶的即时速度、船舶速度历史、即时地理位置、地理位置历史、涂层 的年限、涂层的老化、涂层厚度、涂覆的表面面积和涂覆区域的形状的参数的 监控。本发明扩展这些参数到与空间天气有关的具体参数，包括但不限制为由 观测卫星(例如，太阳和太阳风层探测器(SOHO)，或先进日冕探测器(ACE) 等)的预警数据、电磁活动的尖峰信号、极光带电流、相对地面的结构电位变 化、地》兹i秀导的电流和地电流。


当结合附图考虑时，通过参考下面详细的说明书，容易获得本发明 更为完整的理解及其具有的许多优点，并且能够更好的理解本发明，其 中
图l表示未受保护的金属中的腐蚀噪声；
图2表示受保护的金属中和半导体涂层中的腐蚀噪声；和 图3表示金属和半导体保护涂层之间的电流流动； 图4是金属和半导体保护涂层之间的类似可变电阻操作的曲线图； 图5是各种滤波器腐蚀噪声和时间之间的曲线图； 图6是没有电子控制单元(ECU)的腐蚀噪声降低系统的电路图； 图7是包括金属、半导体保护涂层、滤波器和部件噪声特性的腐蚀噪声降 j氐系统的方^匡图8是包括可控腐蚀噪声滤波器的ECU和ECU控制电路的电路图9是包括可控腐蚀噪声滤波器的ECU和ECU控制电^各的结构图IOA和10B分别是本发明的一个实施方式的腐蚀噪声带通滤波器的幅
度和相位响应曲线；
图IIA和11B分别是本发明一个实施方式的噪声腐蚀陷波滤波器的幅度
和相位响应曲线；
图12是使用ECU降低腐蚀噪声的方法的流程图13是包括金属、半导体保护涂层、滤波器、ECU和部件噪声特性的腐 蚀噪声降低系统的方框图14是比较有没有ECU情况下的腐蚀噪声降低系统的锌释放率(微克/ 平方厘米)的图15是比较有没有ECU情况下的腐蚀噪声降低系统的锌释放率(％ )的 图；和
图16是用于本发明的计算机系统的方框图。
具体实施例方式
本发明提供腐蚀噪声降低系统，该系统具有电子控制单元(ECU)、可控 滤波器和在基板上的半导体涂层。
本发明旨在阻止在对包括但不限于地磁诱导的电流(GIC)和地电流的空 间天气效应敏感的结构中的腐蚀，特别是基于地面的结构，例如桥梁；管道； 铁路轨线和结构；钢结构和储罐，尽管也可用于其它目的。
正如本发明人所决定的，可以在腐蚀噪声降低系统中使用可控滤波器和控 制器，其中，通过考虑各种与空间天气有关的参数，控制器动态地调节腐蚀降
低系统的滤波器特性，以最小化或消除这种空间天气的腐蚀效应。根据本发明 可以监控的参数是，与能够导致要保护结构腐蚀的空间天气效应有关的那些参
数，包括但不限于由观测卫星的早期预警数据(SOHO、 ACE等)、电磁活动 的尖峰信号、极光带电流、相对于地的结构电位的变化、地磁诱导电流和地电 流。除与空间天气效应有关的参数外可以监控的其它参数的非限制性实例清单 (为同时防止由其他源引起的腐蚀)包括如下的一种或多种温度、盐度/水 纯度、湿度、年限、短期作业周期、长期作业周期、船舶的即时速度、船舶速 度历史、即时地理位置、地理位置历史、涂层的年限、涂层的厚度、涂层的损 耗、涂覆的表面面积和涂覆区域的形状。由于以下发现可能最小化和/或消 除空间天气对该效应敏感的结构的腐蚀效应，本发明人在此确定和描述用于控 制与防腐半导体涂层和腐蚀噪声降低系统有关的滤波器操作的系统、设备、运 算法则、方法和计算机程序产品。
图8是本发明一个实施方式的电路图，其中类似于图6的部件仍保持它们 先前的标记。如图所示，ECU897包括可控滤波器898和ECU控制电路899。 ECU897可选地与一个或多个本地传感器882连接，和/或连接于，和/或包括 天线(例如用于无线通信)881或其它实现无线通信的装置，诸如光收发信机。 ECU还可以访问存储在本地数据档案存储器(未表示)中的数据，或者通过 天线881、其它无线通信装置或甚至有线连接诸如网络来访问远程档案存储器 中的数据。设置ECU控制电路899以改变可控滤波器898的滤波器特性曲线， 使得根据ECU控制电路899的操作模式改变可控滤波器898与频率有关的阻 抗。正如控制系统领域中普通技术人员所理解的那样，还应该了解本发明并不 限制于这种特定的结构。
图9是本发明一个实施方式的方框图，其包括含有可控滤波器898和ECU 控制电^各899的ECU897。虽然显示由单个电容组成的滤波器，也可利用其它 电路组件来实现增加低通滤波器阻抗特性的各种滤波器(例如具有陷波滤波器 形式的阻抗)。如图示地，可控滤波器898和ECU控制电路899的组合表示为 单个系统897,该系统通过导电线路809连接至该腐蚀系统的其它元件。可控 滤波器898可以包括任意结构的各种滤波器(例如具有低通、陷波滤波器、带 通等形式的阻抗的滤波器)，设置用于衰减相应于腐蚀噪声的目标高频信号。
使用电可控开关905，可以任选地使可控滤波器898与该系统断开，所述电可 控开关905可以通过ECU控制电路899或者通过诸如手动开关、接插板、或 者可自动或人工电插入和/或从电路去除部件的其它装置的其它方式来控制。 可控滤波器898可以由ECU控制电路899通过打开或闭合开关923和924的 控制线925控制，打开或闭合开关923和924连接多个补加滤波器920和921 (这可以任选地包括可转换滤波器组，其可以一起将不同的滤波器特性应用于 腐蚀噪声)。ECU控制电路899通过可调电路元件电控制/调节可控滤波器898 的滤波器特性也是本发明的特征，其中所述可调电路元件可以任选地为电压控 制电阻或转换可变电容。ECU950可以连接至无线接收器/发送器881,以与远 程ECU控制位置接收和/或发送一个或多个控制信号(任选地通过无线电磁和 /或光线路)。ECU控制电路899可以连接至一个或多个本地传感器882，设置 每个本地传感器用于监控由ECU控制电路899使用的一个或多个与GIC或地 电流存在和/或效应有关的参数。ECU控制电路899可以使用从无线接收机881 和/或本地传感器882接收的信息，以调节可控滤波器898或将其完全断开。 另外，ECU控制电路899可以与本地和/或远程数据库912接口，使得处理从 无线接收器/发送器881和/或本地传感器882接收的信息。
可以通过使用具有特定应用需要而选择的频率相应特性的滤波器，以及使 用自适应有源滤波器监控保护对象的"电化学噪声"并相应调节其响应，来优 化半导体涂层的性能。设置并操作特定的滤波器，以消除腐蚀噪声，从而在半 导体涂层上产生较小的幅度、低频电压。在沿保护结构的一个或多个位置的涂 层上设置并附着一个或多个滤波器，以便为在半导体涂层中或上面形成的"高 频"腐蚀电流提供到地的低电阻通路。"高频"是在此用于描述腐蚀噪声的非 直流分量的术语。实际上对于典型结构而言，腐蚀噪声的高频分量为几十赫兹 或更高。在此使用的高频也可以包括DC和例如10赫兹之间的过渡频带，从 而包括例如1-10赫兹的频率。因此，本发明采用的可控滤波器的滤波器特性 的截止频率(或3分贝点)典型地但不必限制为1-10赫兹。根据腐蚀噪声的 性质，可以调节滤波器特性以抑制更低的频率，诸如1/4或1/2及以上的频率， 或甚至一个或多个特定的频率带(可以被具有阻抗以陷波滤波器形式的一个或 多个滤波器陷波)。
图IOA和10B分别是本发明一个实施例的示例性腐蚀噪声低通滤波器的 幅度和相位响应曲线。这些预示图(bodeplot)显示在约10赫兹的3分贝点。 或者，根据保护材津+可以4吏用具有5赫兹、15赫兹、25赫兹、100赫兹或其 它值的3分贝点的低通阻抗特性的滤波器，只要从受保护的结构中去除频语能 量的显著非直流分量，使得显著的降低开关电压范围之外的电压波动。在一个 或多个位置，具有低通阻抗特性的一个或多个这种滤波器可以电连接到受保护 的结构，以在降低或防止受保护的结构上的任何腐蚀噪声电流时去除不需要的 腐蚀噪声能量。 一个或多个这样的低通滤波器可以由电子控制单元根据滤波器 频率响应和/或物理连接来控制。或者，可以使用高阶滤波器以改变特性曲线 的下降速率，从而进一步将高频能量抑制在3分贝点附近。该电子滤波器为导 致电子损失而因此腐蚀的电化学噪声信号提供到地的通路。为了有效地降低腐 蚀效应，需要获得低频的较小阻抗(即，如果系统滤波器仅是一个电容，则通 过增大电热器的尺寸来实现)。
图IIA和11B分别是本发明一个实施方式的陷波滤波器增强的、具有低 通阻抗特性的腐蚀噪声滤波器的幅度和相位响应曲线。如图所示，该滤波器阻 抗中多个(或仅一个)陷波可以与图10A和10B中的〗氐通阻抗特性结合使用， 以消除一个或多个腐蚀噪声频谱成分。在一个或多个位置上， 一个或多个这种 滤波器可以电连接到受保护的结构，以在降低或阻止受保护的结构上的任何腐 蚀噪声电流时去除腐蚀噪声能量峰。 一个或多个这种陷波滤波器可以由电子控 制单元根据频率响应和/或物理连接来控制。或者，可以使用高阶滤波器。
由电子控制单元执行的具有低通和/或陷波阻抗特性的 一个或多个滤波器 和高阶滤波器的控制可以基于由监控该受保护的结构的一个或多个腐蚀噪声 传感器所提供的一个或多个腐蚀噪声测量。
对于具有滤波器和滤波器连接的所有组合，通过设置ECU以不仅调节响 应于GIC或地电流的效应的滤波器操作，而且调节响应于一系列关于腐蚀的 测量和/或预定的参数的该滤波器搡作，在受保护对象的寿命期间可以进一步 优化半导体涂层的效果，所述参数包括以下参数中的一个或多个测量的腐蚀 噪声、温度、盐度、湿度、涂层的年限、涂覆的面积、涂层的厚度、涂层的退 化、涂覆区域的形状、涂覆船舶/对象的位置、船舶移动或静止、操作历史。 图12是表示在本发明实施方式中所使用的非限制性示例的过程流程图。 由该流程图表示的过程可以在ECU中用于控制滤波器的特性，以优化防腐效 果和防污效果之间的平衡。在该过程中，系统从开始步骤1201进入到监控阶 段步骤1202,其中可从各个监控器和传感器中取出输入数据，包括盐度、系 统的位置、系统历史或其它因数。然后，该系统比较监控数值，并且在步骤 1203中决定分别在步骤1204和1205中滤波器应该采用两个预定操作形态哪 种。当结束该动作时，系统返回到监控阶段步骤1202并且重复该过程。在该 实施方式中，显示了两个滤波器形态。在其它的实施方式中，可以选择三个或 三个以上的形态。
本发明的控制参数测量和应用方面用于微调特定应用的系统的性能。根据 控制参数，可以确定系统中必需的滤波器属性，并可以提高用于结构的整个表 面上的一致防腐，即使在非常大的结构中，诸如管道或大3争度桥梁。在本发明 中，以每间隔(例如每秒3个十)内预定次数，监控涂覆表面和低噪声高阻抗 参考电极之间的电压波动何时电压峰值超过预定阀值，和/或检测到增强的噪 声环境。该阀值检测技术是测量噪声的标准偏差的一种方式，噪声的标准偏差 又是噪声功率的量度。或者，可以使用FFT或者其它的信号处理技术测量作 为频率函^t的噪声功率。噪声信号的频率成分和它的功率成分可以由像频谱分 析仪这样的测量设备进行测量，或者通过信号的数字化并在ECU的实时嵌入 处理器中执行各种信号处理技术进行测量。此外，可以使用(单独或组合地) 其它参数人工或自动地调节滤波器特性和/或滤波器工作(即，导通/断开)周 期。这些包括但不限于预先确定的参数测量的腐蚀噪声、温度、盐度、湿度、 涂层的年限、涂覆的面积、涂层的厚度、涂层的退化、涂覆区域的形状、涂覆 船舶/对象的位置(例如，北海与南中国海)、船舶移动或静止、操作历史(例 如静止与移动的时间比)。
在另 一实施方式中，ECU通过工业标准或像VME总线的专有总线或通过 无线通信装置连接到全球定位卫星子系统。通过监控系统的地理位置，ECU 根据预定标准来调节腐蚀噪声滤波器特征的有效值，所述预定标准考虑到所熟 知关于影响与系统地理位置有关的腐蚀的空间天气效应。
图13表示本发明的一个实施方式的效果，其中类似于图7的部件仍保持
它们先前的标记。ECU599可以连接到并控制滤波器508。 ECU599可以连接 到天线581 (或者诸如红外线或光等的其它电石兹能的接收器)和/或一个或多个 本地传感器582，以接收影响滤波器508的ECU599控制的数据。在本发明的 这个实施方式中，ECU控制滤波器508，使得该滤波器具有间歇性低通阻抗特 性577 (在开路和闭合电路之间交替以致低通滤波器进出电路)，以间歇的衰 减(以可控的开关速率或工作周期)高频腐蚀噪声。当滤波器正在衰减腐蚀噪 声的高频分量时，已经显著降低在涂层和受保护的材料550上的电化学噪声的 高频频谱成分；因此，有效的滤去该噪声信号，使得它慢慢地改变电压(即， 非"尖峰的")。当滤波器不消除腐蚀噪声时，涂层550的噪声特性是嘈杂的(尖 峰的)，这表明半导体层中的锌消散到环境中。在这种情况下，ECU599控制 该涂层以防污运行方式作用。在其它实施方式中，ECU可以控制滤波器508， 使得滤波器508具有降低预定腐蚀噪声频率的幅度和/或频率，和/或间歇地连 接滤波器508的滤波器特性。滤波器以"脉冲"方式操作的原因是平衡用于防 污的Zn消耗与用于防腐的Zn维持。通过设置脉沖的导通/断开周期可以控制 消耗速度，所述周期的范围仅从0%以上(导通)到总是导通(即100% )。例 如，50%导通/断开脉冲的才喿作模式在预定的时间期间内将具有50%时间的滤 波器操作，尽管未必总是以相等的时间间隔(即，未必总是50%的工作周期)。 此外，脉冲操作可以以周期或非周期的控制波形发生。
图14是比较有和没有ECU情况下的腐蚀噪声降低系统在整个时间期间测 量的锌释放率的曲线图。在该曲线图中，曲线上显示出两个系统的锌释放率， 其中横轴601测量经过的时间和天数，纵轴602以每平方厘米微克锌来测量锌 释放率。在不使用ECU的系统中，其结果由正方形620表示。在另一系统中， 通过使用具有ECU的系统降低了锌释放率，结果由圆形610来表示。该测量 是在约300天的时间周期内进行的。两个曲线的比较表示没有ECU的系统在 时间周期内释放的锌要比具有ECU的系统多，因而具有较短的半导体涂层寿 命。
图15是在图6中结果的重新标准化，其中横轴701表示以天计的时间， 纵轴702表示以总的锌释放百分比的锌释放。在该图中，由圓形710所表示的 具有ECU的结果相应于结果610,由正方形720表示的结果相应于图M中的
结果620。
图16显示可用于本发明实施例方式的ECU控制计算机899的计算机。该 计算机包括处理器1003、主存储器1004、 ROM1005、系统总线1002，并连接 到各个用户接口设备1010-1012,例如监控器和键盘。为了监控物理条件以及 与优化本发明防腐和防污测量的操作有关的其它变量，该计算机连接到传感器 882，例如盐度和压力计、地理位置传感器等。
下面将更为详细的描述ECU控制计算机899。 ECU控制计算机899包括 总线1002或其它用于传送信息的通信机构(可能以无线方式)以及与总线1002 连接用于处理该信息的处理器1003。 ECU控制计算机899还包括主存储器 1004,例如随机存取存储器(RAM)或其它动态存储设备(例如，动态RAM (DRAM )、静态RAM ( SRAM)和同步DRAM ( SDRAM )，并与总线1002 连接用于存储由处理器1003执行的信息和指令。此外，在处理器1003执行指 令期间，主存储器1004可以用于存储临时变量或其它中间信息。ECU控制计 算机899还包括只读存储器(ROM) 1005或其它静态存储设备(例如可编程 ROM( PRAM )、可擦写的PROM( EPROM)和电可4察写的PROM( EEPROM )， 其与总线1002连接用于存储处理器1003的静态信息和指令。
ECU控制计算机899还包括磁盘控制1006，其与总线1002连接以控制一 个或多个用于存储信息和指令的存储设备，诸如磁硬盘1007和可移动媒体驱 动器1008 (例如，软盘驱动器、只读光盘驱动器、读/写光盘驱动器、光盘点 播机、磁带驱动器和可移动的磁光驱动器)。使用适当的设备接口 (例如小型 计算机系统接口 (SCSI)、集成设备的电子设备(IDE)、增强型IDE(E-IDE)、 直接存储器存取(DMA)或超-DMA),存储设备可以添加到计算机系统950。
ECU控制计算机899还可以包括专用逻辑设备(例如，专用集成电路 (ASIC)或可配置的逻辑装置(例如，简单可编程逻辑器件(SPLD)、复杂 可编程逻辑器件(CPLDs )和现场可编程门阵列(FPGA))。
ECU控制计算机899还可以包括显示控制器1009,其与总线1002连接以 控制用于向计算机用户显示信息的显示器1010，例如阴极射线管(CRT)。该 计算机系统包括像键盘1011和指示装置1012这样的输入装置，用于与计算机 用户交互和向处理器1003提供信息。指示装置1012例如可以是鼠标器、跟踪
球(trackball)或指针，它们用于将方向信息和指令选择传送给处理器1003 以及用于控制光标在显示器1010上的移动。此外，打印机可以提供由ECU控 制计算机899存储和/或产生的数据的打印列表。
ECU控制计算机899执行本发明的处理步骤的一部分或全部，其响应于 执行包括在存储器如主存储器1004中的一个或多个指令的一个或多个序列的 处理器1003。这种指令可以从另一计算机可读介质如从硬盘1007或可移动4某 体驱动器1008读入到主存储器1004。还可以采用多处理排列中的一个或多个 处理器以执行包含在主存储器1004中的指令序列。在可选择的实施方式中， 可以使用硬接线电路替换或与软件指令组合。因此，实施方式并不限于任何硬 件电路和软件的特定组合。
如上所述，ECU控制计算机899包括至少一个计算机可读介质或存储器， 其用于保持根据本发明教导编程的指令并用于包含数据结构、表、记录或在此 描述的其它数据。该计算机可读介质的实例有光盘、硬盘、软盘、磁带、磁光 盘、PROMs(EPROM、 EEPROM、闪存EPROM)、 DRAM、 SRAM、 SDRAM 或其它的任何磁介质、光盘(例如CD-ROM)或其它任何光学介质、穿孔卡 片、纸带或具有孔洞形状的其它物理介质、载波(在下面叙述)或计算机可以 读取的其它任何介质。
存储在任何一种或在计算机可读介质的组合上，本发明包括用于控制 ECU控制计算机899的软件、用于驱动实施本发明的一个或多个设备、和用 于使ECU控制计算机899能够与用户(例如，印刷生产人员)互相作用。这 种软件可以包括但不限于设备驱动程序、操作系统、开发工具和应用软件。这 种计算机可读介质还包括本发明的计算机程序产品，其用于执行实施本发明所
执行处理的全部或一部分(如果处理是分散的)。
本发明的计算机编程装置可以是任何可解释的或可执行的编码装置，包括 但不限于脚本、可解释的程序、动态连接库(DLLs)、 Java类和完整的可执行 程序。此外，为了具有良好的性能、可靠性和/或成本，可以分配本发明的一 部分处理。
在此使用的术语"计算机可读介质，，指的是参与向处理器1003提供用于 执行的指令的任何介质。计算机可读介质可以采用许多形式，包括但不限于非
易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括光盘、磁盘和磁光盘，
例如硬盘1007或可移动的介质驱动器1008。易失性介质包括动态存储器，例
如主存储器1004。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括构成总线1002
的电线。传输介质还可以包括采用声波或光波的形式，例如在无线电波和红外
线数据通信期间产生的声波或光波。
各种形式的计算机可读介质可以涉及给处理器1003传递用于执行的一个
或多个指令的一个或多个序列。例如，指令最初可以装载在远程计算机的》兹盘 上。远程计算机可以在动态存储器中装载用于远程实现本发明全部或一部分的
指令，并使用调制解调器在电话线上发送指令。ECU控制计算机899的本地 调制解调器可以接收电话线上的数据并且使用红外发生器将数据转会为红外 信号。与总线1002连接的红外检测器可以接收红外信号携带的数据并且将数 据放置在总线1002上。总线1002将数据传送给主存储器1004，处理器1003 从主存储器1004中取回并执行该指令。在由处理器1003执行之前或之后，由 主存储器1004接收的指令可以任选地被存储在存储装置1007或1008中。
ECU控制计算机899还包括连接到总线1002的通信接口 1013。通信接口 1013提供连接到网络线路1014的双向数据通信，该网络线路1014连接到例 如局域网(LAN) 1015或连接到诸如因特网的另一通信网络1016。例如，通 信接口 1013可以是附加于任何数据包交换的局域网的网络接口卡。作为另一 例子，通信接口 1013可以是不对称数字用户线路(ADSL)卡、综合服务数 字网(ISDN)卡或调制解调器，以便将数据通信连接提供给相应类型的通信 线路。也可以实施无线电链接。在任何这种实施中，通信接口 1013发送和接 收携带表示各种类型信息的数字数据流的电、电磁或光信号。
网络链路1014典型地通过一个或多个网络将数据通信提供给其它数据设 备。例如，网络线路1014可以通过局域网1015 (例如LAN)或通过业务提供 者操作的设备向另一计算机提供连接，该业务提供者通过通信网络1016提供 通信业务。局域网1014和通信网络1016使用例如携带数字数据流的电、电磁 或光信号以及相关的物理层(例如，CAT5电缆，同轴电缆、光纤等)。通过 各种网络的信号以及在网络线路1014上和通过通信接口 1013 (其将数字数据 传送给ECU控制计算机899,和从ECU控制计算机899传出数字数据)的信 号可以在基带信号或基于载波的信号中实现。基带信号将数字数据作为未调制 的电脉冲传送，该电脉冲是以数字数据比特流来描述的，其中术语"比特"广 义指的是符号，每个符号传送至少一个或多个信息比特。该数字数据也可以用 于诸如以振幅、相位和/或频移键控信号调制载波，该载波是在传导介质上传 播或作为电^ 兹波通过传播介质传送的。因此，通过"有线"通信信道将数字数 据作为未调制的基带数据发送，和/或通过调制载波在不同于基带的预定频带
内发送。ECU控制计算机899可以通过网络1015和1016、网络线路1014和 通信接口 1013发送和接收数据，其包括程序代码。此外网络线路1014可以通 过局域网1015向诸如个人数字助理(PDA)、膝上计算机或蜂窝电话机的移动 设备881提供连接。
本发明的半导体涂层可以用于各种最终应用。这些最终应用中的主要目的 是导电结构的防腐。用于防止导电基板腐蚀的系统包括
(a) 半导体涂层，其与导电结构的至少部分表面进行导电接触；
(b) 腐蚀噪声滤波器，其包括电子穴(electron sink),例如电池或其它 电源，以及与涂覆的导电基板连接的滤波器(或滤波器组)如电容器；和
(c) 一种系统，其用于监控与在涂覆的导电基板上由地磁诱导的电流或 地电流的腐蚀引起效应有关的一个或多个参数，以及调节腐蚀噪声滤波器，以 使在涂覆的导电基板上由地磁诱导的电流或地电流的腐蚀引起效应最小化和 使在涂覆的导电基板上的腐蚀噪音最小化。
本系统还包括防腐方法，该方法包括
(1) 清洗导电结构的外表面；
(2) 用本发明的半导体涂层涂覆外表面；以及
(3 )使用电子滤波器以使该系统中的腐蚀噪声最小化。 本发明的防腐方法和系统的一个关键是，测量由整个系统(包括但不限于
基板、涂层和滤波组件)产生的腐蚀噪音以及特别是由GIC和/或地电流实时
产生的腐蚀噪声，并且应用电子滤波器使该噪声最小化。
再次参考图6，在249天的试验期内，测量半导体涂层上的ECU的效果
以及总的性能(图6)。在该测试中，在两种条件下锌释放率在整个期间由于
涂层"退化，，而降低。然而，使用ECU显示出锌释放率的显著减少，其程度
取决于用于调节或将滤波器交替的转换导入和导出该电路的工作周期。应当理 解，用于控制锌释放(因此毒性)程度的工作周期取决于若干参数(诸如测量 的腐蚀噪声、温度、盐度、湿度、船舶速度等)，而这些参数取决于环境条件。
本发明提出通过ECU调节这些速度的装置和相关的控制算法。锌释放率降低 到250倍，或低到每天0.001微克/平方厘米，远低于美国海军的最大可允许的 每天15微克/平方厘米的速率(O伍ce of Naval Research, S. McElvany )。这些 试验表明，关于锌损耗(Zn量/cn^除以溶解速率)，当使用ECU时，半导体 涂层的寿命可显著延长。如图6所示，电位监控结果表明没有ECU的测试面 板具有相当低的电位，根据使用的ECU值，约150-250毫伏。由于锌氧化速 度按指数律依赖于电位的幅度，氧化锌的电位将增加并且锌电位将随着锌/氧 化锌相界的电阻的降低而降低。由于塔菲尔常数表示幂灵每文度，规定锌约30 毫伏。塔菲尔常数和测量的电压差幅度预测由于ECU的相对钝化在因数 150-4000间。总之，锌溶解速度和电位数据与半导体工作理论一致，ECU的 使用导致锌氧化速度降低，并且显著的延长半导体涂层的寿命。这些益处通过 本发明使用测量的和/或预定的关于GIC或地电流的效应的参数或包括下面至 少一种的其它参数将进一步提高温度、含盐量/水纯度、湿度、年限、短期 作业周期、长期作业周期、船舶的即时速度、船舶速度历史、即时地理位置、 地理位置历史、涂层的年限、涂层的厚度、涂覆的表面面积和涂覆区域的形状。
本发明可以适于防止导电材料的腐蚀，所述导电材料包括但不限于管道、 石油Hi罐；市政，包括公路和桥梁和海军、海岸缉私和军队工程项目；化学工 业；纸浆和造纸工业；发电厂；铁路桥梁和轨道和轨道车；制造的钢建筑物， 诸如农仓和水房；水塔；海岸平台；以及其它对GIC或地电流的腐蚀效应敏 感的结构。涂层和ECU也可以适用于与特别是对空间天气效应敏感的空间探 索、深海探索、外层空间任务和卫星技术有关的设备和/或运载工具。
可以操作本发明以极大地减少结构的损坏，是对现有防污和防腐系统的一 种节约成本、耐用和环境友好的替代方案。可以相对容易地将半导体涂层应用 于在建筑期间的新结构上和在现有结构上。此外，由于在使用本发明时半导体 涂层的延长寿命，可极大地减少再次应用的频率。使用ECU，已经应用半导
对于水槽和7jO荅，本发明的ECU控制的腐蚀噪声降低系统由EPA批准在 可移动的水箱内部使用。在合理的应用条件下和在使用ECU的条件下，期望 该涂层延续水槽的设计寿命。作为该延长寿命的结果，水槽所有人将不会蒙受 可预期的用保护涂层重新涂覆的费用。
显而易见，根据上述教导，本发明进行多种修改和变化是可能的。因此应 该了解的是，在所附的权利要求的范围内，本发明还可以在此处具体描述的内 容之外实施本发明。
权利要求
1.用于控制对空间天气诱导腐蚀敏感的导电结构的空间天气诱导腐蚀的系统，包括设置在所述导电结构上的半导体涂层；与所述涂层连接并且具有可控滤波器特性的滤波器；以及与所述滤波器连接的电子控制设备，包括与本地传感器、数据库和远程控制装置中的至少一个的连接结构，并且被设置为与至少一种受空间天气效应影响的本地传感参数、以及任选地一种或多种其它的本地传感参数、存储的参数和远程提供的信号相对应来控制所述可控滤波器特性。
2. 如权利要求1所述的系统，其中，所述可控滤波器特性是具有低通或 陷波滤波器形式的阻抗。
3. 如权利要求l所述的系统，其中，所述滤波器包括以下的至少一种 有源滤波器；可调无源滤波器；以及 固定的无源滤波器。
4. 如权利要求3所述的系统，其中，所述滤波器是多个无源滤波器，所 述可控滤波器特性是通过由所述多个无源滤波器中的一个无源滤波器切换至 所述多个无源滤波器中的另 一个无源滤波器来控制。
5. 如权利要求3所述的系统，其中，所述滤波器是单一可调的无源滤波器。
6. 如权利要求1所述的系统，其中，受空间天气效应影响的所述本地传 感参数选自以下组成的组的至少一种观测卫星的早期预警数据、电磁活动的 尖峰信号、极光带电流、相对于地的导电结构的电位的变化、地磁诱导电流和 地电流以及其组合；以及任选地选自以下参数的一种或多种腐蚀噪声参数；盐度参数； 温度参数； 地理位置参数；时间参数； 溶液纯度参数； 速度参数； 深度参数；以及 压力参数。
7. 如权利要求1所述的系统，其中，所述存储参数包括以下参数的至少 一种涂覆所述物品的日期； 物品位置历史参数； 半导体涂层工作周期历史参数； 物品位置历史参数； 涂覆区域的形状参数；以及 物品速度历史参数。
8. 如权利要求1所述的系统，其中，所述导电结构包括选自以下组成的 组金属黑色金属和导电的有色金属。
9. 如权利要求8所述的系统，其中，所述金属是钢。
10. 如权利要求8所述的系统，其中，所述金属是铝。
11. 如权利要求1所述的系统，其中，所述导电结构选自以下组成的组 管道、石油钻塔、发电厂、铁轨线和水下建筑物。
12. 如权利要求l所述的系统，其中，所述半导体涂层包括导电的有机聚 合物；以及一种或多种金属、金属合金和非金属半导体材料。
13. 如权利要求12所述的系统，其中，所述导电的有机聚合物为选自以 下组成的组的聚合物聚乙炔、聚亚苯基、聚呋喃、聚噻吩、聚吡咯、聚亚芳 香基亚乙烯基、聚苯胺及其掺杂的组合物。
14. 如权利要求12所述的系统，其中，所述一种或多种金属或金属合金 包括选自以下组成的组的金属Zn、 Ti、 Al、 Ga、 Ce、 Mg、 Ba、 Cs，相应的 金属氧化物及其合金。
15. 如权利要求12所述的系统，其中，所述的一种或多种金属或金属合 金包括选自以下组成的组的一种或多种金属的混合物Zn、 Ti、 Al、 Ga、 Ce、Mg、 Ba、 Cs;以及一种或多种由其获得的金属氧化物。
16. 如权利要求12所述的系统，其中，所述的一种或多种金属或金属合 金是锌/氧化锌的组合。
17. 如权利要求11所述的系统，其中，所述的半导体涂层进一步包括一 种或多种染料或颜料。
18. —种电子控制设备，其被设置为控制包括可控滤波器和涂覆于导电结 构上的半导体涂层的腐蚀噪声降低系统，设备包括被设置与所述腐蚀噪声降低系统连接的第 一连接终端； 被设置与本地传感器、数据库和远程控制装置中的至少一个连接的第二连 接终端；被设置为通过控制信号来控制所述可控滤波器的控制装置，所述控制信号 在所述第 一连接终端上发送，并且与受空间天气效应影响的至少 一种本地传感 参数、以及任选地一种或多种另外的本地传感参数、储存的参数和远程提供的 信号相对应来进行。
19. 如权利要求18所述的设备，其中，所述可控滤波器具有低通或陷波 滤波器形式阻抗的可控滤波器特性。
20. 如权利要求19所述的设备，其中，所述可控滤波器是具有彼此不同 的阻抗的多个无源滤波器，并且所述可控滤波器特性通过由所述多个无源滤波 器中的 一个切换到所述多个无源滤波器中的另 一个来控制。
21. 如权利要求19所述的设备，其中，所述可控滤波器是单一可调的无 源滤波器。
22. 如权利要求19所述的设备，其中，受空间天气效应影响的所述本地 传感参数是选自以下组成的组的至少一种观测卫星的早期预警数据、电磁活 动的尖峰信号、极光带电流、相对于地的导电结构的电位的变化、地磁诱导的 电流、地电流及其组合；以及任选地以下的一种或多种腐蚀噪声参数； 盐度参数； 温度参数； 地理位置参数；时间参数； 溶液纯度参数； 速度参数； 深度参数；以及 压力参凄史。
23. 如权利要求19所述的设备，其中，所述存储参数包括以下的至少一种涂覆所述物品的曰期；物品位置历史参数；半导体涂层工作周期历史参数；物品位置历史参数；涂覆区域的形状参数；以及物品速度历史参数。
24. 如权利要求19所述的设备，其中，所述导电结构包括选自以下组成 的组的金属黑色金属和导电的有色金属。
25. 如权利要求24所述的设备，其中，所述金属是钢。
26. 如权利要求24所述的设备，其中，所述金属是铝。
27. 如权利要求19所述的设备，其中，所述导电结构选自以下组成的组 管道、石油钻塔、发电厂、铁轨线和水下建筑物。
28. 如权利要求19所述的设备，其中，所述半导体涂层包括导电的有机 聚合物、以及一种或多种金属、金属合金和非金属半导体材料。
29. 如权利要求28所述的设备，其中，所述导电的有机聚合物选自以下 组成的组聚乙炔、聚亚苯基、聚呋喃、聚噻吩、聚吡咯、聚亚芳香基亚乙烯 基、聚苯胺及其掺杂的组合物。
30. 如权利要求29所述的设备，其中，所述一种或多种金属或金属合金 包括选自以下组成的组的金属Zn、 Ti、 Al、 Ga、 Ce、 Mg、 Ba、 Cs;相应的 金属氧化物及其合金。
31. 如权利要求28所述的设别，其中，所述的一种或多种金属或金属合 金包括选自以下组成的组的一种金属或多种金属的混合物Zn、 Ti、 Al、 Ga、 Ce、 Mg、 Ba和Cs;以及一种或多种由其获得的金属氧化物。
32. 如权利要求28所述的设备，其中，所述的一种或多种金属或金属合 金是锌/氧化锌的组合。
33. 如权利要求28所述的设备，其中，所述半导体有机聚合物涂层进一 步包括一种或多种染料或颜料。
34. —种用于防止与腐蚀环境接触的导电结构的腐蚀的方法，所述方法包括将电子控制单元与可控滤波器连接，所述可控滤波器与设置在所述导电结 构上的半导体涂层连接；用所述可控滤波器滤除所述半导体涂层中的腐蚀噪声； 监控至少一个与所述半导体涂层的空间天气诱导的腐蚀有关的参数；以及 与所述至少 一种参数相对应来调节所述可控滤波器的滤波特性。
35. 如权利要求34所述的方法，其中，所述滤波器特性是具有低通或陷 波滤波器形式的阻抗。
36. 如权利要求34所述的方法，其中，所述可控滤波器是至少所述滤波 器特性彼此不同的多个无源滤波器，并且所述滤波器特性通过由所述多个无源 滤波器中的 一个切换到所述多个无源滤波器中的另 一个来控制。
37. 如权利要求34所述的方法，其中，所述的可控滤波器是单一可调的 无源滤波器。
38. 如权利要求34所述的方法，其中，与空间天气效应诱导腐蚀相关的 至少一种参数为选自以下组成的组的至少一种观测卫星的早期预警数据、电 磁活动的尖峰信号、极光带电流、相对于地的导电结构电位的变化、地磁诱导 的电流和地电流，及其组合；任选地进一步包括以下的一种或多种腐蚀噪声参数；盐度参数；温度参数；地理位置参数；时间参数；溶液纯度参数； 速度参数； 深度参数； 压力参数涂覆所述物品的日期；物品位置历史参数；半导体涂层工作周期历史参数；物品位置历史参数；涂覆区域的形状参^:;以及物品速度历史参数。
39. 如权利要求34所述的方法，其中，所述导电结构包括选自以下组成 的组的金属黑色金属和导电的有色金属。
40. 如权利要求39所述的方法，其中，所述金属是钢。
41. 如权利要求39所述的方法，其中，所述金属是铝。
42. 如权利要求34所述的方法，其中，所述导电结构选自以下组成的组 管道、石油钻塔、发电厂、铁轨线和水下建筑物。
43. 如权利要求34所述的方法，其中，所述半导体有机聚合物涂层包括 导电的有机聚合物和一种或多种金属、金属合金或非金属半导体材料。
44. 如权利要求43所述的方法，其中，所述导电的有机聚合物选自以下 组成的组聚乙炔、聚亚苯基、聚呋喃、聚噻吩、聚吡咯、聚亚芳香基亚乙烯 基、聚苯胺及其掺杂的组合物。
45. 如权利要求43所述的方法，其中，所述的一种或多种金属或金属合 金包括选自以下组成的组的金属Zn、 Ti、 Al、 Ga、 Ce、 Mg、 Ba、 Cs,相应 的金属氧化物及其合金。
46. 如权利要求43所述的方法，其中，所述的一种或多种金属或金属合 金包括选自以下组成的组的一种或多种金属的混合物Zn、 Ti、 Al、 Ga、 Ce、 Mg、 Ba和Cs,以及一种或多种由其获得的金属氧化物。
47. 如权利要求43所述的方法，其中，所述的一种或多种金属或金属合 金是锌/氧化锌的组合。
48. 如权利要求43所述的方法，其中，所述半导体有机聚合物涂层进一 步包括一种或多种染料或颜料。
49. 一种用于防止与腐蚀环境接触的导电结构的腐蚀的系统，所述导电结 构涂覆有半导体涂层，所述方法包括用于滤除所述半导体涂层中的腐蚀噪声的装置；用于监控与所述半导体涂层的空间天气诱导腐蚀相关的至少一种参数的 装置；以及用于与所述至少一种参数相对应来调节所述电子滤波器的装置。
50. 如权利要求49所述的系统，其中，所述用于监控的装置包括计算机 程序产品。
全文摘要
本发明提供一种设备、系统、方法和计算机程序产品，旨在控制与腐蚀环境接触并涂覆半导体涂层的导电结构的腐蚀，特别是空间天气诱导的腐蚀，其中，该腐蚀是由可控滤波器(898)和相应的电子控制单元(899)控制的，该电子控制单元被设置为与至少一个与空间天气对导电结构影响相关的测量参数相对应来处理和调节可控滤波器。
文档编号C23F13/04GK101184869SQ200680014490
公开日2008年5月21日 申请日期2006年3月17日 优先权日2005年3月17日
发明者大卫·B.·道林, 法尔塞德·霍拉米, 约瑟夫·G.·米歇尔斯, 迈克尔·帕纳修克 申请人:大卫·B.·道林;法尔塞德·霍拉米;约瑟夫·G.·米歇尔斯;迈克尔·帕纳修克