测试贴片系统和方法

专利名称：测试贴片系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及用于表面污染物测试的系统，并且更具体地涉及用于测试表面的 至少一个特性(诸如，PH、氯化物的存在或电导率)作为应用于所述表面的表面处理的效力 度量的系统和方法。
背景技术：
在经常使用防护涂层处理表面的工业应用中，常常必须测试已处理的表面的各个 部分以确定该防护涂层是否已被适当地施加。或者，在处理例如钢表面之前，必须彻底地清 除掉表面上的污染物和诸如氯化物盐的盐类，从而使得在已处理的或涂漆(paint)的表面 下不会发生腐蚀。因此，存在不同的各式各样的用于确定表面上各种污染物的存在的现有 技术系统。 作为一个示例，钢表面上的氯离子污染是造船工业中的普遍问题。氯离子污染是 由钢接近于海洋空气和水所引起的，以及是由一些较不明显的原因(诸如接近于未处理的 材料的覆冰路面的撒盐处理)所引起的。在表面被污染之后可能很快就发生腐蚀，因而，必 须快速地清洁、测试和处理表面以免最终在处理或涂敷已污染的表面时出现有害影响。此 外，在受氯化物污染的表面之上涂漆引起诸如压载舱等的浸没服务(immersion service) 材料的失效，这当然带来了巨大的不便和修理费用。 许多能够测试表面的各种特性(诸如盐度、pH或电导率)的现有技术设备通常是 复杂且劳动密集的组件，它需要许多步骤来完成表面测试。在一个盛行的示例中，已经使用 Bresle贴片(patch)或取样器作为用于测量已处理的表面上的氯化物污染的装置。Bresle 贴片包括乳胶膜和泡沫橡胶垫片，当经由粘合剂将泡沫橡胶垫片固定到表面时，该泡沫橡 胶垫片产生与该表面接触的防水样品提取袋(pocket)。然后通常利用注射器来向该防水样 品提取袋填入蒸馏水或去离子水。在通过摩擦该贴片较短一段时间来搅动水之后，通常通 过注射器等来除去水，然后通过化学试剂来分析诸如氯离子含量的成分(constituent)特 性。化学分析通常通过使用提供有试剂和使用说明书的"工具包(kit)"来完成。还可以使 用本领域中已知的为那些目的设计的传统计量器来分析所提取的水的其它特性(诸如pH、 电导率或氯离子的存在)。 测试表面的成分特性的其它方法也是本领域中已知的，但是它们中的每一个都需 要大量的时间和精力来收集和分析单个样品。在许多现有技术系统中，必须在不适于居留 的工业制造环境中协调和装配各种注射器、水和试剂的瓶子、表面测试贴片和其它设备。当 测试大的表面区域时，这些现有技术方法是十分不利的，因为其必须在可以进行表面处理 之前的很短时间内在被处理的区域各处的许多点处收集样品。
4
因此，在本领域中需要一种能够由用户重复且快速地进行的测试表面的成分特性 且能获得一致准确的结果的系统和方法。


图l是根据本发明的图2是根据本发明的图3是根据本发明的图4是根据本发明的图5是根据本发明的图6是根据本发明的图7是根据本发明的图8是根据本发明的
-个实施例的测试贴片系统的平面图。
-个实施例的测试贴片系统的分解的正视图。
-个实施例的测试贴片系统的正视图。
-个实施例的测试贴片系统的顶部示意图。
-个实施例的测试贴片系统的侧面示意图。
-个实施例的钉条(tack strip)的顶视图。 -个实施例的沿着线7-7看去的钉条的图。 -个实施例的钉条和测试贴片系统的等距视图,
具体实施例方式
现在参考图1-5并根据本发明的一个实施例，用于测试表面2存在的成分特性的 测试贴片系统10包括溶剂3供应安瓿(ampoule) 20和测试贴片100，该测试贴片100包括 过渡区域150、提取区域200和收集区域250。表面2可以是其上可以存在成分的多个表面 中的任何一个表面。在本发明的一个实施例中，表面2包括例如用作海上船舶的组件的金 属表面。在本发明的此示例性实施例10中，要被检测的成分可以是氯化物，其可能对未被 涂漆或涂敷的表面有着有害影响，并且其必须在涂漆或涂敷之前被除去以防止该涂层最终 失效。 安瓿20包含一定量的溶剂3，诸如用于浸透用来提取该成分的媒介的蒸馏水3，如 下面将要进一步讨论的。包含在安瓿20中的蒸馏水3(或根据各个应用所需要的其它溶 剂)通过位于安瓿20的出口区域附近的膜22或塞子而保持与系统100分离，直到准备使 用该系统。当准备使用系统10时，过渡区域150的端部152可以剌穿安瓿20的膜22。在 本发明的一个实施例中，可以将端部152加工成形为或变窄成一个点以便于剌穿膜22。或 者，可以将膜22设计成在通过例如挤压而对安瓿20加压时破裂从而将水释放到过渡区域 150中。 在本发明的另一个实施例中，在安瓿20的出口部分中或在过渡区域150中可以包 括泡沫塞子58等，其在安瓿20与过渡区域150的端部152接合后破裂或打开。此外，应当 注意，可以将安瓿20提供为与系统10分开的和区别的组件，使得可以通过将安瓿20插入 到过渡区域150的端部152上或插入到其中来采用与本发明一同使用的各种不同的安瓿 20。 测试贴片100可以包括底板110，贴片100的组件被安装或装配在底板110上。底 板IIO可以包括防水层，在示例性实施例中该防水层由聚碳酸酯材料形成。底板110可以 基本上延伸到测试贴片系统10的整个长度，这样既便于装配，也能提供用于安装和定位系
统的其余元件的基板iio，如下面将要详细讨论的。 现在参考图1 、图4和图5，过渡区域150可以包括多个层。将底板110固定到毛细 管(c即illary)塑料层154，将毛细管塑料层154设计成将水从安瓿20通过过渡区域150输送到提取区域200中。另外，提供由防水塑料材料形成的吸者盖(sipper lid)156作为 覆盖毛细管层154的层，使得毛细管层154在顶部和底部上由底板IIO和吸者盖156密封。 因此，水3必须从安瓿20流出通过毛细管层154而进入到提取区域200中。最好参考图4 和图5来观看本发明的流体流动的动态过程，图4和图5示意性地描述了本发明10的组成 层和它们的相互连接。 过渡区域150通过多个组成层连接到提取区域200并与之邻接，如图1、图2和图 3所示。如图1和图2中最佳展示的，过渡区域150和提取区域200之间的界线不在单个层 或表面处，而是通过多个材料层的过渡。 提取区域200包括底板层IIO，其提供位于远离被测试的表面2之处的上贴片表 面。此外，底板层110为过渡区域150、提取区域200和收集区域250以及它们彼此的空间 关系提供结构支撑。在提取区域200中接近于底板110的是防水的闭孔泡沫层204，在其 上具有粘合剂层206，该粘合剂层206固定柔性的防水的支撑层207。支撑层207可以由 例如.010"厚的聚碳酸酯塑料组成。支撑层207与样品收集材料208相邻并且连接到样 品收集材料208，该样品收集材料208由能吸收的纤维的衬垫(pad)组成，该衬垫为进入 收集材料208的水3提供由其中的纤维的方向限定的流动路径。只要材料208和储存器 (reservoir) 252两个没有都完全充满水3，材料208就为水3提供限定的流动路径并且防 止水3从材料208的侧部渗漏。另外，收集材料208包括覆盖被测试的表面2的预定表面 区域的接触区域209。 支撑层207可以完全覆盖收集材料208的邻近表面并且与之紧密接触。另外，可 以在收集材料208和支撑层207之间提供粘合剂层以保持这两个层之间的紧密接触。在本 发明的又一个实施例中，通过将紧紧拉伸的收集材料208安置在支撑层207两端并且利用 粘合剂将它与支撑层207固定，或者通过收集材料208在提取区域200的任一端处与底板 110接触的机械压縮，从而保持支撑层207和收集材料208之间的接触。
泡沫层204是可压縮的但是可弹回的以抵抗压縮力。换言之，泡沫层204本质上可 以是有弹性的。另外，由于支撑层207是柔性的，因此泡沫层204和支撑层207协调工作， 以便保证当收集材料208与样品表面接触并且对接近于提取区域200的底板110施加压力 时，收集材料208与多个表面几何形状相配(conform)且保持材料208、接触区域209和表 面2之间的接触。因为将接触区域209 (以及预定的接触区域)保持在宽泛的各种表面2 之上，所以用这种方式可以准确地测试常常在许多表面测试环境中见到的粗糙、不均匀、弯 曲、平坦的不规则表面，诸如未处理的钢、船壳(boat hull)、管道等等。因此本发明能够保 持贴片10和表面2之间的可再现的接触区域，其使得能够准确确定例如预定的单位面积中 的大量污染物的浓度。 样品收集材料208可以包括多种材料，该多种材料能够驱动水3毛细管流动通过 所述材料208而同时从与接触区域209接触的表面2提取盐或其它成分。在本发明的一个 实施例中，收集材料208包括能吸收的纤维材料的一个层或多个层，该纤维材料提供来自 样品表面2的流动输送装置，以便收集成分样品。其它的示例性收集材料208包括由合成 物或自然材料制成的各种海绵样的材料、毡纤维垫(mat)、纸张纤维垫或纺织纤维垫，它们 提供适当的毛细管力或作用来在提取区域200的两端汲取水溶剂3并保持水与表面的连续 接触，并且适合于与粗糙的非均匀表面相配。收集材料208与毛细管层154流体连通，使得材料208充满由安瓿20提供的蒸馏水。收集材料208可以具有毛细管和表面张力特性，使 得能够通过收集材料208将溶剂3(在一个实施例中其为去离子水)吸着(wick)通过接触 区域209到达接触表面2，并且还防止溶剂3从收集材料208的边缘排出或渗漏。因此，收 集材料208可以具有从过渡区域到收集区域250方向的多个毛细管纤维，以便防止前述的 溶剂3损失。 另外，收集材料208可以由能吸收的纤维或等效材料组成，这些材料允许流体3从 收集材料208的前面部分(接近于过渡区域150的部分)流到其后面部分(接近于收集区 域250的部分)并且流进和流出与收集材料208接触的所述表面2的任何区域，并且防止 流体3从收集材料208的侧面以及从与所述收集材料208在接触区域209处接触的所述表 面2的区域的周围漏出。本发明的此特征保证了流体3没有从表面2 "损失"或渗漏出去
而稀释表面上存在的成分并且提供成分浓度的不准确的读数。在本发明的一个实施例中， 收集材料208可以包括用于将水或溶剂3汲取到收集材料208中并通过该收集材料208的 能吸收的纤维的衬垫。 现在参考图6、图7和图8，本发明还包括钉条300，其可以包括塑料材料的柔性条， 在它的一面上具有粘合剂材料的层或涂层，用于接触测试贴片10和表面2两者，因而将贴 片10固定到该钉条。更具体地说，钉条300具有经由粘合剂固定到表面2的两个末端302， 而中间部分304经由粘合剂固定到在提取区域200正上方的底板110，如图8所示。因而通 过钉条300，通过简单地将钉条300压在底板110上方(在提取区域200正上方)并且压到 表面2上，而使提取区域200、接触区域209与表面2紧密接触。钉条300优选地与测试贴 片10的纵轴成直角。 钉条300是有弹性的或类似于弹簧的，使得它对整个提取区域200施加压力，并且 在端部302处与表面2保持接触，使得接触区域209与表面2保持接触。另外，由于泡沫层 204和支撑层207用来在接触区域209两端准确且均匀地分配力，因此钉条300提供了用于 保持收集材料208和表面2之间接触的简单且有效的装置。本领域技术人员将理解，在不 脱离本发明范围的情况下，可以使用各种夹钳或弹簧装置来代替钉条300。另外，在本发明 的一个实施例中，可以为钉条300提供粘合剂释放层306，例如薄的塑料膜，其覆盖钉条300 以保护在其上的粘合剂直到准备使用钉条300。 提取区域200过渡到收集区域250内并且连接到收集区域250，在收集区域250中 收集水3(或其它溶剂)和所提取的盐(或其它成分)的溶液用于进一步的分析。收集区 域250包括流体储存器252，其可以被制造成包含比提取区域100中包含的流体更大容量的 流体。本发明的此特征允许从提取区域200到收集区域250的正的流体流动，从而提供更 可靠的(consistent)样品。在本发明的一个实施例中，储存器252的容量是能够存在于提 取区域200中的流体容量的十倍。储存器252与收集材料208接触并且与之流体连通，从 而提供提取区域200和收集区域250之间的流体输送。毛细管层154和流体储存器252的 尺寸和表面张力特性提供驱动力来将溶剂3以及提取的盐或其它成分从收集材料208当中 拉到流体储存器252中。 在本发明的另一个实施例中，储存器252可以包含收集材料208或等效的纤维垫 收集材料，以便帮助流体从提取区域200流到收集区域250并且包含要被测试的溶剂3样 品。收集在储存器252中的流体3与电学层254接触，电学层254可以包括基板256，在该基板上印刷或沉积有多个电极258，用于分析收集在储存器252中的溶液3。电学层254可 以一般位于底板110和储存器252之间，使得电极258能够连接到信号发生器或读出器(未 示出)。另外，在本发明的可替换实施例中，可以将电学层254直接印刷或沉积到底板110 上，从而使装配更容易并且降低材料成本。最后，可以用防水的塑料膜260密封储存器252 和电学层254以便于测试贴片10的装配。在本发明的一个实施例中，电极258的一部分可 以不被膜260覆盖以便于电连接到读出器(未示出)。 如图1中最佳展示的，在底板110中提供毛细管道270并且毛细管道270与储存 器252接触，使得流体3流过毛细管道270并越过沉积在毛细管道270中的染料点(dye spot) 272。毛细管道270、染料点272和电学层254可以被防水的塑料层276覆盖，通过该 防水的塑料层276开一个孔274。当向储存器252填水时，孔274允许空气逸出。例如，染 料点272可以包括少量的荧光染料。在毛细管道270的末端，当向储存器252填水时，孔 274允许空气逸出。 一旦储存器252充满水3，水就被拉到毛细管道270中，从而使染料从 染料点272上行到毛细管道。因而，染料的条纹或线条向操作员或用户提供了储存器252 已满并且测试贴片100即将被分析或读取的可见指示。在本发明的另一个实施例中，电学 层254可以包括位于毛细管层270两端的彼此接近的附加电极280。在本发明的此实施例 中，可以在电极280两端提供信号以验证毛细管道270包含水，因而测试贴片100准备用于 分析。 在本发明的可替换实施例中，柔性线或类似的材料可以沿着系统10的基本长度 纵向延伸以允许它的部分被弯曲并且弯成顺从表面安装的配置。例如，可以通过简单地弯 曲该线来将安瓿20和过渡区域150的一部分定向以保证水流到提取区域200。
在操作中，通过将安瓿20插入在过渡区域150的末端152之上以启动水流过毛细 管层154到提取区域200内，从而使用该系统。除去粘合剂释放层306并且将测试贴片系 统10固定到要被测试的表面2上，使得钉条300和收集材料208与表面2接触。或者，可 以在将安瓿20插入在过渡区域150的末端152之上之前使用钉条300来将测试贴片系统 10固定到测试表面2。水3和收集的盐流过毛细管层154进入收集材料208内，再由此处 流到储存器252中。 一旦染料点272指示毛细管道270包含流体，则将测试贴片系统10从 该表面去除，因此电极258电连接到读出器，该读出器将已知的电信号提供给电极258并且 根据所述信号中检测的衰减来计算包含在储存器252中的溶液的电导率，如本领域中所公 知的那样。 尽管已经在测量被测试的表面上的盐及其电导率的背景下讨论了本发明，但是本 领域技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以采用用于测量多个成分的各种 印刷的传感器和电极作为本发明的测试贴片100中的电学层254。作为一个示例，可以将热 敏电阻包括在电学层254内以允许对使用本发明的系统和方法获得的成分数据进行温度 校正。当成分数据的测量对温度敏感时或者当多种成分正被测试时，这特别有用。
在本发明的还一实施例中，储存器252或过渡区域150可以被掺杂或注入化学试 剂，以便有选择地与特定的成分产生预定的化学反应。在一个实施例中，该试剂可以引起溶 剂的颜色变化，以用于提供特定的成分(类似氯化物)的存在或不存在的可见指示。或者， 掺杂储存器252或过渡区域150所使用的化学试剂可以改变提取的溶液的特性，使得测试
贴片ioo测量针对所提取的溶液中的所选成分。
尽管这里已经在被认为是本发明的优选实施例中示出并描述了本发明，而且这些 优选实施例示出了与现有技术相比通过本发明获得的结果和优点，但是本发明不局限于那 些特定的实施例。因而，这里示出并描述的本发明的形式应当仅仅被看作是说明性的，并且 在不脱离如所附的权利要求所述的本发明范围的情况下可以选择其它实施例。
权利要求
一种用于利用流体源获得表面上的成分样品的测试系统，包括过渡区域，具有用于传递来自所述流体源的流体的毛细管层；提取区域，具有与所述表面接触的收集材料，所述收集材料与所述毛细管层流体连通，用于接收所述流体；以及收集区域，在其中具有传感器储存器，所述传感器储存器与所述提取区域的收集材料流体连通以使流体传递到所述传感器储存器。
2. 如权利要求1所述的用于利用流体源获得表面上的成分样品的测试系统，包括 多个电极，与所述传感器储存器接触，用于将电信号施加到所述传感器储存器并确定包含在所述传感器储存器中的流体的电导率。
3. 如权利要求l所述的测试系统，包括 至少一个围绕所述过渡区域的所述毛细管层的防水层。
4. 如权利要求l所述的测试系统，包括底板，所述过渡区域、所述提取区域和所述收集区域固定在所述底板上。
5. 如权利要求4所述的测试系统，包括 沿着所述系统的长度延伸的防水的底板。
6. 如权利要求5所述的测试系统，包括与所述传感器储存器接触的多个电极，用于将电信号施加到所述传感器储存器并确定 包含在所述传感器储存器中的流体的电导率；所述电极位于所述传感器储存器和所述底板 之间。
7. 如权利要求4所述的测试系统，包括流体输送层，与所述收集材料和所述传感器储存器接触，用于将流体从所述收集材料 输送到所述传感器储存器。
8. 如权利要求l所述的测试系统，包括提取区域，具有接触所述收集材料的闭孔泡沫层，以便允许所述收集材料和所述泡沫 层与不均匀表面相配。
9. 如权利要求8所述的测试系统，还包括防水的支撑垫片，位于所述收集材料和所述泡沫层之间，以便提供所述收集材料的限 定区域对所述表面的均匀压縮。
10. 如权利要求l所述的测试系统，包括收集材料，允许流体从所述收集材料的前面部分流到所述收集材料的后面部分并且流 进和流出所述表面的与所述收集材料接触的任何区域，而防止流体从所述收集材料的侧面 和从所述表面的与所述收集材料接触的区域的周围漏出。
11. 如权利要求io所述的测试系统，其中所述流体从过渡区域到收集区域的流动是由所述过渡区域的毛细管层、所述收集材料和所述传感器储存器的毛细管和能吸收的特性控 制的。
12. 如权利要求1所述的测试系统，还包括提取区域，其具有在所述收集材料的一部分周围的粘合剂层，用于将所述系统固定到 所述表面。
13. 如权利要求l所述的测试系统，包括传感器储存器，在其中布置有收集材料，用于将流体包含在传感器储存器中。
14. 如权利要求l所述的测试系统，包括防水的塑料层，围绕所述收集区域，从而防止流体从所述收集区域排出。
15. 如权利要求l所述的测试系统，包括柔性线，基本上延伸到所述系统的长度，用于将所述系统定向到所述表面。
16. 如权利要求1所述的测试系统，其中所述储存器具有比所述提取区域的流体容量 大的流体容量。
17. 如权利要求1所述的测试系统，其中所述储存器具有所述提取区域的流体容量十 倍大的流体容量。
18. 如权利要求1所述的测试系统，包括包含流体的安瓿，与所述过渡区域的所述毛细管层流体连通。
19. 如权利要求18所述的测试系统，其中所述安瓿是与所述过渡区域的成形的末端接 合以释放所述流体的密封单元。
20. 如权利要求1所述的测试系统，其中所述收集材料是能吸收的纤维衬垫。
21. 如权利要求1所述的测试系统，其中所述电极位于柔性的基板上。
22. 如权利要求l所述的测试系统，包括流体输送层，与所述毛细管层、所述收集材料和所述传感器储存器接触，用于将流体从 所述毛细管层输送到所述收集材料，并且从所述收集材料输送到所述传感器储存器。
全文摘要
一种用于利用流体源获得表面上的成分样品的测试系统，包括过渡区域，具有用于传递来自所述流体源的流体的毛细管层；提取区域，具有与所述表面接触的收集材料；以及收集区域，在其中具有用于收集用来分析的流体的传感器储存器。
文档编号G01N23/08GK101796401SQ200880105634
公开日2010年8月4日 申请日期2008年7月11日 优先权日2007年7月13日
发明者J·安加尔, J·雅特斯, M·玛首, P·高森 申请人:创新生产力公司