用于延长阴极保护系统上牺牲阳极的寿命的装置、系统和方法

专利名称：用于延长阴极保护系统上牺牲阳极的寿命的装置、系统和方法
用于延长阴极保护系统上牺牲阳极的寿命的装置、系统和方法 发明领域本发明涉及用于延长作为基于阴极保护的防腐系统中 一部分的牺牲阳极 的寿命的装置、系统和方法。
技术背景依照贝特尔(Battelle )和北美特种钢工业(Specialty Steel Industry of North America )于1995年发布的名为"在美国金属腐蚀的经济影响(Econimic Effects of Metallic Corrosion in the United States )，，的报告，在美国经济中金属腐蚀的 每年花费约为3000亿美元。该报告的整个内容由此引入作为参考。该报告估 计该腐蚀费用中的三分之一 (1000亿美元)是可以避免的，并且可以通过在 维修中更广泛应用防腐材料和来自设计的最佳防腐实践来节约。该估计是由贝 特尔(Battelle)和国家标准和技术研究所(National Institute of Standards and Technology)所进行的名为"在美国金属腐蚀的经济影响(Econimic Effects of Metallic Corrosion in the United States )"的研究发现的贝特尔(Battelle)科学 家的部分更新而产生的，其整个内容由此引入作为参考。在1978年的原作包 括估计在1975年，金属腐蚀花费820亿美元(国民生产总值的4.9% )，约330 亿美元是可以避免的，因为当时没有使用最佳的实践。在过去的几个世纪，开发了多种用于控制腐蚀的方法，特别着重于用于延 长处于腐蚀环境中的金属结构的寿命的方法。这些方法通常包括(a)基于阴 极保护的系统，其使用由比被保护的金属基体更廉价的金属制成的阳极，使得 牺牲腐蚀的是该阳极而不是与其连接的该基体，和(b)保护性涂层，其主要 用于提高铁类金属(例如钢)和一些非铁类金属(例如铝)的防腐蚀性，并用 于避免使用更昂贵的合金的需求。因此，它们同时提高了性能并降低了成本。 然而，这种保护性涂层通常具有几个缺点，包括对经受腐蚀或结垢的非金属结 构的适用性较差。保护性涂层分为两主要类型。这些类型中最大的是表面涂层，例如用作对环境的物理屏障的涂料。第二类由牺牲涂料例如锌或镉构成，它们被设计为优 先腐蚀以保护基础金属不受侵蚀。区别在于阴极保护通过从外部来源(例如牺牲阳极)引入电流以抵消正常的电化学腐蚀反应来防止腐蚀，而涂层形成了用于阻挡腐蚀电流或电子在天然形 成的阳极和阴极之间或在电耦合内流动的屏障。这些方法中的每种都提供了有限的成功。迄今为止，涂层代表了通常腐蚀防护的最广泛方法(参见Leon等 的美国专利3,562,124和Hayashi等的美国专利4，219，358 )。然而，阴极保护已 经用于保护处于埋藏或浸入状态的数十万英里管道和数十万英亩钢铁表面。阴极保护用于通过为其提供足够的阴极电流使其阳极溶解速率变得微乎 其微来降低金属表面的腐蚀(例如，参见Pryor的美国专利3，574,801; Wasson 的美国专利3,864,234; Maes的美国专利4，381，981; Wilson等的美国专利 4,836,768; Webster的美国专利4,863,578和Stewart等的美国专利4,957,612 )。 通过使用足够的电流使阴极极化到阳极的电势使本地阳极和阴极表面之间的 电势差消失，进行阴极保护操作。换言之，使用阴极电流的作用在于减少继续 作为阳极的面积，而不是降低这种剩余阳极的腐蚀速率。当该阳极全部消失时 就实现了完全保护。从电化学观点来看，这表示有足够多的电子被输送到待保 护的金属中，由此平衡了该金属离子化或进入溶液的任何趋势。最近对腐蚀的研究工作发现，电化学腐蚀似乎与电化学系统的电性质中的 随机波动有关，例如电池电流和电极电势。这些随机波动在技术本领域被称为 "噪声"。约20年前，科学家们发现一旦由于该材料中的杂质造成的电化学活 性形成，所有导电材料就会开始腐蚀。后来发现这种活性可以使用检测产生的 电流(现在通常称作"腐蚀噪声")的电子装置来监控。基本上，该电流量越 大，该材料的噪声就越大，因此腐蚀速率越快。例如，钢材是比铜的"噪声" 大，以更快的速率腐蚀。研究人员开始应用噪声分析技术来研究电化学系统中 的腐蚀过程。

图1表示在未处理的金属101中存在的电化学噪声。测定随机波动电压并 显示为波形102 (显示为锯齿波形，但实际的波形将具有更宽的波段组成，以 及性质上是随机的)。图2是使用各种滤波器的腐蚀电势随时间变化的图。横轴401测定以天计算的时间，而纵轴402表示相对于半导体元件的以毫伏特计算的电势。在针对 确定各种腐蚀环境的最佳滤波器特性的试验过程中，对七种系统在三个时间点 进行测试。对于这三种样品记录七种滤波器结构中各种的测定电势，并用图例 中所列的各种符号来表示。该图显示了在从410-430所示的取样点上七种滤 波器中各种的不同结果。在Dowling的美国专利6，325，915、美国专利6,402,933、美国专利6,562,201 的半导体涂层和相关系统中以及美国专利6,811,681的电子控制单元(ECU) 中已经提出了腐蚀问题的一种解决方法，各专利文献的整个内容由此引入作为 参考。Dowling专利中的半导体涂层、ECU和系统可以与各种半导体基体一起 使用以提供一 系列重要的性质。 发明内容因此，本发明的一个目的在于提供一种用于延长传统阴极保护系统中的牺 牲阳极的寿命的方法。本发明的另 一 目的在于提供一种用于延长阴极保护系统的牺牲阳极的寿 命的装置和系统。本发明的另一目的在于提供一种改进的阴极保护系统，其具有电子控制单 元(ECU)、可控滤波器(任选地包括固定的无源滤波器)、基体和一个或多个 包含比该基体更廉价的金属或金属合金的阳极。通过此处所述的本发明系统和方法，单独或结合地实现了本发明的这些和 其它目的。本发明人认识到通过将ECU与被保护的基体(所述阴极)或该 牺牲阳极电连接，可以使用例如美国专利6，811，681 (由此引入作为参考)中 所述的电子控制单元(ECU)和可控滤波器来延长在其它传统阴极保护系统中 的牺牲阳极的寿命。这些优点通过以下方法来实现，该方法用于监控由阴极保 护系统产生的噪声，并且根据一组预定参数和/或响应于系统中所产生的腐蚀 噪声的测定参数，非必要地(尽管并不限定于)使用可调节的滤波器组件和/ 或固定组件来控制过滤器，由此控制(显著减少)该阴极保护系统的牺牲阳极 的消耗速率。所述一组预定参数和/或测定的参数包括以下参数中的至少 一种 温度、盐度/水的纯度、湿度、使用年龄、短期工作周期、长期工作周期、容器的即时速度、容器速度历史、即时地理位置、地理位置历史、涂层使用年龄、 涂层劣化、涂层厚度、涂覆的表面积和涂覆面积的形状。本发明针对防止在航空结构/航空器、汽车结构/车辆、桥梁、船舶/海上建 筑物、管道、机动轨道车/轨道结构、钢结构和储油罐中的腐蚀，尽管它们可 以与其它物体一起使用，只要所述结构易于用传统阴极保护系统进行保护。正如本发明人所确定的，可控滤波器和控制器可以用于腐蚀噪声降低系统 中，其中，该控制器通过考虑各种参数来动态调整腐蚀噪声的滤波器特性，以 平衡该系统的防腐特性。这些参数的非限定性实例包括以下参数中的 一种或多种温度、盐度/水的纯度、湿度、使用年龄、短期工作周期、长期工作周期、阳极工作周期、容器的即时速度、容器速度历史、即时地理位置、地理位置历 史和导电基体的形状/尺寸。由于发现可以实现系统防腐性能，特别是有关该 阴极保护系统的牺牲阳极的牺牲速率之间的平衡，本发明人确定并在此描述了 用于控制与基于防腐牺牲阳极的阴极保护系统和腐蚀噪声降低系统有关的滤 波器操作的系统、装置、算法、方法和计算机程序产品。 附图简述通过参照以下详述并在与该附图结合考虑时，本发明的更完整评价及其很多伴随的优点将容易获得并且变得更容易理解，其中 图l表示未保护金属的腐蚀噪声； 图2是各种滤波器的腐蚀噪声随时间变化的图； 图3是没有电子控制系统(ECU)的腐蚀噪声降低系统的电路图； 图4是包含可控制的腐蚀噪声滤波器和ECU控制电路的ECU的电路图； 图5是包含可控制的腐蚀噪声滤波器和ECU控制电路的ECU的方框图； 图6A和6B分别是本发明的一种实施方式的腐蚀噪声带通滤波器的振幅和相位响应曲线；图7A和7B分别是本发明的一种实施方式的腐蚀噪声陷波滤波器的振幅 和相〗立响应曲线；图8是用于本发明的计算机系统的方框图。 优选实施方式本发明提供了一种阴极保护系统，其具有电子控制单元(ECU)、可控滤波器、基体阴极和一个或多个阳极，其中该ECU和可控滤波器与该系统的基体阴极或者所述一个或多个阳极中的任一者或两者进行电连接。本发明的ECU相当于美国专利6,811,681中的，此处将该专利引入作为参 考。本发明的所述一个或多个阳极可以由任何导体或半导体材料制成，只要所 述一个或多个阳极在电学上比被保护的导电结构(基体阴极)更廉价即可。因 此，所述一个或多个阳极包括选自导电性有机聚合物、金属合金和非金属半导 体材料的至少一种材料，其中所述至少一种材料比所述导电结构更廉价。优选 的导电性有机聚合物包括但不限于聚乙炔、聚亚苯基、聚呋喃、聚噻吩、聚吡 咯、聚亚芳基亚乙烯、聚苯胺及其掺杂的组合物。优选的金属或金属合金包括 但不限于Zn、 Ti、 Al、 Ga、 Ce、 Mg、 Ba、 Cs、相应的金属氧化物及其合金。 此外，所述金属或金属合金可以是一种或多种金属和一种或多种由此得到的金 属氧化物的混合物。优选的这种混合物是选自Zn、 Ti、 AI、 Ga、 Ce、 Mg、 Ba 和Cs的至少一种金属与由其得到的至少一种金属氧化物的混合物。在最优选 的情况中，所述一个或多个阳极可以由锌、或锌/氧化锌的组合物制成。图3显示了 Dowling专利和申请的系统的等效电路图。该图将该系统概括 成为基于金属腐蚀过程的电化学性质的代表性电路。特别地，可以将腐蚀模拟 为波动电压源，可以表示金属的内电阻，可以将防腐涂层模拟为变阻器，可以 将噪声滤波器模拟为电容。通过将这些模拟元件放置于该电路图中，可以使用 电路分析更清楚地构思Dowling的噪声和滤波器组件。在该代表性的电路中，表示系统的内电阻的溶液电阻801与相应于锌的离 子化过程的阳极802上的电流电极电势和相应于生成水的化学过程的阴极803 上的电流电极电势相串联。还存在两个噪声源804，并与该电路串连连接，其 中一个插入阳极的电流电极电势和阳极805上的法拉第阻抗之间，另一个插入 阴极803上的电流电极电勢和阴极806的法拉第阻抗之间，氧化锌变阻器807 和噪声滤波器808串连置于阳极和阴极的法拉第阻抗之间。该变阻器和噪声滤 波器用于降低可以引起腐蚀的电压波动的产生。该噪声滤波器808可以是有 源、无源或两者，通过在电路中选择表示共用电势810的节点，所述滤波器 808可以减弱由于腐蚀噪声而导致的电路中的高频率。在本发明的系统中，不使用半导体涂层，本发明的系统依赖于在传统阴极保护系统中使用一个或多个牺牲阳极。注意，如果作为不存在ECU的阴极保 护系统操作，所述一个或多个阳极将会被牺牲。然而，通过将本发明系统的ECU与基体(阴极)或牺牲阳极中的任一者(或两者)相连接，不仅可以实现阴极保护系统的腐蚀保护，而且可以延长阳极的寿命。在本发明的系统中，可以将ECU的滤波器性能调节到使阳极的牺牲性质最小化，或者基本上消除 阳极的牺牲，由此降低维修成本和阳极更换成本，同时通过对基体的腐蚀保护。图4是本发明的一种实施方式的电路图，其中与图3中相同的组件保持前 面的附图标记。如该图所示，ECU 897包含可控滤波器898和ECU控制电路 899。 ECU897可以任选地与一个或多个本地传感器882连接，和/或连接到天 线(用于无线通信)881或用于实现无线通信的其它装置如光收发机，和/或包 含天线(用于无线通信)881或用于实现无线通信的其它装置如光收发机。该 ECU也可以访问存储在本地数据档案(未示出)中的数据，或者通过天线881、 其它无线通信设备或甚至有线连接(例如网络)访问可得到的遥控档案中的数 据。ECU控制电路899被构造为改变可控滤波器898的滤波器特性，使得根 据ECU控制电路899的操作模式来改变所述可控滤波器898的依赖于频率的 阻抗。还应当理解的是，正如控制系统技术领域中的普通技术人员所理解的那 样，本发明并不限于该特别的构造。图5是本发明的一种实施方式的方框图，其包括含有可控制滤波器898 和ECU控制电路899的ECU 897。尽管显示了由单个电容器构成的滤波器，有陷波滤波器形式的阻抗)。简要地，可控滤波器898和ECU控制电路899 的组合被表示为单独的系统897,其通过导电连接809与腐蚀系统的其它元件 相连接。该可控滤波器可以包括不同滤波器(例如，具有低通、陷波滤波器、 带通等形式的阻抗的滤波器)的任意构造，所述构造被设定为削弱与腐蚀噪音 相应的目标高频信号。该可控滤波器898可以任选地使用可由ECU控制电路 899控制的可电控制的开关905或其它装置(例如，手动拨动开关、转接板) 或其它能够自动或手动电插入和/或从电路中去除元件的装置与该系统中断 开。该可控滤波器898可以由ECU控制电路899通过控制线925的方式被控 制，所述控制线925打开和关闭与多个补充滤波器920和921连接的开关923和924 (这可以任选地包含可切换的滤波器组，它们可以共同将不同的滤波器 特性应用到腐蚀噪声中)。本发明的另一个特征在于该ECU控制电路899通过 可调节的电路元件(他可以任选地为电压控制的电阻器或可切换的可变化电 容)对该可控滤波器898的滤波器特性进行电控制/调节。该ECU950可以与 无线接收器/发射器连接，以接收和/或发射一个或多个来自/到遥远的ECU控 制位置的控制信号(任选地通过无线电磁和/或光连接)。该ECU控制电路899 可以连接到一个或多个本地传感器882,每个传感器被构造为监控ECU控制 电路899所使用的一种或多种参数，例如盐度、温度、本地位置或其它参数。 ECU控制电路899可以使用由无线接收器881和/或本地传感器898接收的信 息来调节可控滤波器898或将其完全断开。此外，所述ECU控制电路899可 以通过接口与本地和/或遥远的数据库912连接，以处理由无线接收器/发射器 881和/或本地传感器882接收的信息。可以通过以下方式使寿命的增加最优化(最大化)，即通过使用根据特定监控受保护物体的"电化学噪声"，并因此调节其响应。构造和操作特定的滤 波器以影响腐蚀噪声，由此导致通过该系统的较小振幅、低频的电压。设置一 个或多个滤波器，并且与沿受保护结构的一个或多个位置上的基体或阳极相连 接，以提供给在系统中或在系统上所形成的"高频"腐蚀电流通往地面的低电 阻路径。此处所用的术语"高频"被用于描述腐蚀噪声的非DC组分。在典型 结构的实践中，腐蚀噪声的高频组分在10's赫兹内或更高。此处所用的高频也 可以包括例如在DC和IO Hz之间的过渡频带，因此包括例如在1~10 Hz的 频率。因此，本发明使用的可控滤波器的滤波器特性的截止频率(或3dB点) 通常为l~10Hz，尽管不必限定于此范围。根据腐蚀噪声的性质，可以使滤 波器特性适应以抑制甚至更低的频率，例如1/4、或l/2Hz以及其以上，或者 甚至在一个或多个特定频带内(可以用具有陷波过滤器形式的阻抗的一个或多个滤波器将其切出)。图6A和6B分别是本发明的一种实施方式的示例性的腐蚀噪声低通滤波 器的阻抗的振幅和相位响应曲线。这些波特图(Bode plot)显示出3 dB点在 约10Hz。可替代地，根据受保护的材料，可以使用具有5Hz、 15Hz、 25Hz、100Hz或其它值的3dB点的低通阻抗特性的滤波器，只要从受保护的结构中去 除波谱能量的有效非DC组分，使得显著降低在切换电压范围之外的电压波 动。可以将一个或多个具有低通阻抗特性的这种滤波器在一个或多个位置上与 受保护的结构进行电连接，以去除不想要的腐蚀噪声能量，而降低或阻止通过 受保护的结构的任何腐蚀噪声电流。 一个或多个这种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。可替代地，可以使用高阶 滤波器来改变该特征曲线的滚降率(roll-off rate)，由此进一步抑制接近3dB 点的频率处的高频能量。这种电子滤波器提供给导致电子损失并由此发生腐蚀 的电化学噪声信号通向地面的路径。为了有效降低腐蚀作用，需要实现在更低 频率处的更小阻抗(即，如果该系统滤波器是纯粹的电容器，通过增加电容器 的尺寸)。图7A和7B分别是具有被本发明的一种实施方式的陷波滤波器扩大的低 通阻抗性质的腐蚀噪声滤波器的振幅和相位响应曲线。如该图所示，在滤波器 阻抗中的多个(或仅一个)凹口可以被用来与图6A和6B的低通阻抗特性联 合，以影响一个或多个腐蚀噪声波谱含量。 一个或多个这种滤波器可以在一个 或多个位置上与受保护的结构进行电连接，以去除腐蚀噪声能量峰同时降低或 阻止通过受保护的结构的任何腐蚀噪声电流。 一个或多个这种陷波滤波器可以 通过电子控制单元根据频率响应和/或物理连接进行控制。可替代地，可以使 用高阶滤波器。由电子控制单元对具有低通和/或陷波阻抗性质的一个或多个滤波器或高 阶滤波器的控制，可以基于由一个或多个监控受保护结构的腐蚀噪声传感器所 提供的一个或多个腐蚀噪声测定数据来进行。对于所有滤波器和滤波器连接的组合，通过将ECU设置为根据一些列测 定和/或预定的参数调节其滤波器操作，可以使该系统的效率在受保护物体的 寿命期间进一步最优化，所述参数包括以下参数中的一种或多种测定的腐蚀 噪声、温度、盐度、湿度、容器位置(例如，北海、南中国海)、容器运动或 静止、操作历史(例如，静止与运动的时间的比例)。本发明的控制参数测定和开发方面用于精确调节该系统对特定应用的性 能。根据该控制参数，可以确定系统中所需的滤波器性质，并且可以促使在该结构的整个表面上稳定地防止腐蚀，即使在非常大的结构中，例如，航空母舰 或大跨度的桥梁。在本发明中，监测该系统与低噪声高阻抗参考电极之间的电 压波动，因为当该电压峰值超过预设的阈值时，检测到每时间间隔的预定次数 (例如每秒30次)和/或提高的噪声环境。该阈值检测技术是一种用于测定噪 声的标准偏差的方法，噪声的标准偏差又是噪声功率的度量参数。可替代地，可以使用FFT、或其它信号处理技术测定噪声功率作为频率的函数。噪声信号 的频率含量和其功率含量可以通过测定装置(例如，波谱分析仪)或者通过将 信号数据化并且在ECU中的内嵌处理器中实时操作各种信号处理技术来测和/或滤波器工作(即开/关)循环。这些包括但不限于前述已确定的参数测 定的腐蚀噪声、温度、盐度、湿度、容器位置(例如，北海、南中国海)、容 器运动或静止、操作历史(例如，静止与运动的时间的比例)。在另一实施方式中，ECU通过工业标准或专有总线(例如，VMEbus)或 者通过无线通信装置与全球定位卫星子系统进行连接。通过监控该系统的地理 位置，ECU根据考虑到与该系统的地理位置有关的盐度、温度和其它影响腐 蚀的参数的影响而预先设置的标准来调节腐蚀噪声滤波器特性。图8显示了在本发明的一种实施方式中可以用作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、 ROM 1005、系统总线 1002，它与各种用户接口装置(1010-1012)连接，例如显示器和键盘。为了 监控物理条件以及与本发明的防腐蚀和防结垢测量操作的优化有关的变量，该 计算机与传感器882相连接，例如盐度和压力计、地理位置传感器等。如下对该ECU控制计算机899进行更详细的描述。ECU控制计算机899 包括总线1002或其它用于信息通信(可能以无线方式)的通信装置、和与该 总线1002结合的用于处理信息的处理器1003。 ECU控制计算机899还包括主 存储器1004,例如随机存储器(RAM)或其它的动态存储装置(例如，动态 RAM (DRAM)、静态RAM ( SRAM)和同步DRAM ( SDRAM))，它们与总 线1002结合并且用于由存储处理器1003执行的信息和指令。此外，主存储器 1004可以用于存储在处理器1003执行指令过程中的临时变量或其它中间信 息。ECU控制计算机899进一步包括只读存储器(ROM) 1005或其它静态存储装置(例如，可编程的PROM (PROM)、可擦除的PROM (EPROM)和电 可擦除的PROM( EEPORM))，它们与总线1002结合并且用于存储处理器1003 的静态信息和指令。
ECU控制计算机899还包括磁盘控制器1006,其与总线1002连接并且用 于控制一个或多个存储信息和指令的存储装置，例如^F兹性硬盘1007;以及可 移动的介质驱动器1008 (例如，软盘驱动器、只读光盘驱动器、读/写光盘驱 动器、光盘自动电唱机、磁带机和可移动的磁光盘驱动器)。使用适当的装置 接口 (例如，小型计算机系统接口 (SCSI)、集成装置电子设备(IDE)、增强 型IDE(E-IDE)、直接内存存取(DMA)或超速DMA)，可以将存储装置添 加到计算机系统950中。
ECU控制计算机899还可以包括特定目的的逻辑装置(例如，专用集成 电路(ASIC))或结构逻辑装置(例如，简单可编程逻辑装置(SPLD)、复杂 可编程逻辑装置(CPLD)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，它与总线1002连接用 于控制将信息显示给计算机用户的显示器1010(例如阴极射线管(CRT))。 该计算机系统包括输入装置，例如键盘1011和点击装置1012,用于与计算机 用户相互作用并为处理器1003提供信息。该点击装置1012例如可以为鼠标、 跟踪球、用于为处理器1003交换方向信息的和指令选择并用于控制显示器 1010上的光标位置的指示棒。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根据执行包含在存储器(例如，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，操作本发明的一部分或 所有处理步骤。这种指令可以从其它计算机可读介质(例如，硬盘10(T7或可 移动介质驱动器1008)读取到主存储器1004。也可以使用以多重处理设置的 一个或多个处理器来执行包含在主存储器1004中的指令序列。在可替代的实 施方式中，可以使用硬线电路代替软件指令或者与软件指令结合使用。因此， 实施方式并不限定于任何硬件电路或软件的特定结合。
如上所述，ECU控制计算机899包括至少一种计算机可读介质或存储器， 用于保存依照本发明的教导编程的指令以及用于保存此处所述的数据结构、表格、记录或其它数据。计算机可读介质的实例为光盘、硬盘、软盘、磁带、磁光盘、PROM(EPROM、 EEPROM、快速EPROM)、 DRAM、 SRAM、 SDRAM， 或任何其它磁介质、光盘(例如，CD-ROM)或任何其它光介质、穿孔卡片、 纸带、或其它具有孔图案的物理介质、载波(如下所述)或任何其它计算机可 读的介质。存储在计算机可读介质中的任一种或其組合中，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装置的软件、以及用于 使ECU控制计算机899与人类用户(例如，打印生产人员)相互作用的软件。 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进一步包括用于执行在实现本发明中所进行的全部或 部分(如果处理是分布的)处理的计算机程序产品。本发明的计算机编码装置可以是任何可解释或可执行的编码装置，包括但 不限于脚本、可解释的程序、动态链接库(DLL)、 Java类和完全可执行程序。 而且，为了更好的性能、可靠性和/或费用，本发明的部分处理可以是分布的。此处所用的术语"计算机可读介质"是指任何参与为处理器1003提供用 于执行的指令的介质。计算机可读介质可以有多种形式，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、铜线和光学纤维，包括组成总线 1002的线。传输介质也可以为声波或光波的形式，例如在无线电波和红外信 号通信过程中产生的那些。各种形式的计算机可读介质可以涉及在将一个或多个指令的一个或多个 序列传送到用于执行的处理器1003中。例如，该指令可以最初负载在远程计 算机的磁盘中。该远程计算机可以将用于执行所有或部分本发明的指令远程装 载到动态存储器中，并且使用调制解调器通过电话线传递该指令。位于ECU 控制计算机899当地的调制解调器可以接收电话线上的数据，使用红外发射机 将该信号转化为红外信号。连接到总线1002上的红外探测器可以接收到红外 信号中携带的数据，并且将该数据放在总线1002上。总线1002将该数据传送 到主存储器1004中，处理器1003从其中取出并执行该指令。在处理器1003执行之前或之后，可以将由主存储器1004接收的指令任选地存储在存储装置1007或1008中。ECU控制计算机899还包括连接到总线1002上的通信接口 1013。该通信 接口 1013提供双向数据通信，它连接到网络连接1014上，该网络连接1014 与例如局域网(LAN) 1015或另一通信网络1016 (例如互联网)相连接。例 如，该通信接口 1013可以是用于连接任何包交换LAN的网络接口卡。作为另 一个实施例，该通信接口 1013可以是非对称数字用户线路(ADSL)卡、综 合服务数字网络(ISDN)卡或调制解调器，用于提供与相应类型通信线路相 连接的数据通信。也可以使用无线网络。在任何所述实施中，该通信接口 1013 发送和接收携带表示各种类型信息的数字数据流的数字、电磁或光学信号。网络连接114通常提供通过一个或多个网络与其它数据网络的数据通信。 例如，网络连接1014可以提供通过本地网络1015 (例如LAN)或通过由服务 提供商(它通过通信网络1016提供通信服务)操作的设备与另一计算机的连 接。本地网络1014和通信网络1016使用例如携带数字数据流的数字、电学、 电磁或光学信号、以及相关的物理层(例如，CAT5电缆、同轴电缆、光学电 缆等)。通过各种网络的信号以及在网络连接1014上和通过通信接口 1013(将 数据携带进出ECU控制计算机)的信号，可以以基带信号或基于载波的信号 执行。基带信号将数字数据作为描述数字数据比特流的未调制电脉沖进行传 送，其中术语"比特(bit)"应当广义解释为符号，其中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调制载波，例如使用通过导电介质 传送或作为电磁波通过传送介质输送的振幅、相位和/或频率变化键控信号。 因此，通过调制载波，可以将数字数据作为未调制的基带数据通过"有线"通 信信道传送，和/或在与基带不同的预设频带内传送。ECU控制计算机899可 以通过网络1015和1016、网络连接1014和通信接口 1013发送和接收数据， 包括程序代码。而且，网络连接1014可以提供通过LAN 1015与移动装置(例 如，个人数字助理(PDA)膝上计算机或移动电话)的连接。为了防止传统使用阴极保护的导电材料的腐蚀，可以裁剪本发明。适合的 导电材料基体包括但不限于民用和军用飞行器；石油储罐；市政工程 (government),包括道i 各和桥梁、以及海军舰队(Navy)、工程项目的海岸警卫对和军队(Coast Guard and Army corps of Engineersproject); 化学工业；纸 浆和造纸工业；发电厂；铁路桥梁和铁路用车；人造钢建筑物，例如农场贮窑 和仓库；水塔；船舶；海上平台；以及其它海上建筑物。ECU和阴极保护系 统元件也可以适用于于核电站、深空探测任务、火山探测和监控、毒性地震环 境的深海探测。显然地，根据以上教导，可以对本发明进行多种改进和变化。因此，应当 理解在后附权利要求的范围内，可以通过除此处特别描述之外的其它方式实施 本发明。
权利要求
1.一种用于延长阴极腐蚀保护系统的一个或多个阳极的寿命的系统，所述阴极腐蚀保护系统用于控制与腐蚀环境相接触的导电结构的腐蚀，该系统包括一种或多种阳极材料，其与所述导电结构电连接，其中，所述一种或多种阳极材料比所述导电结构在电学上更廉价；滤波器，其与所述导电结构、所述一个或多个阳极、或其组合中的至少一种相连接，并且具有可控滤波器特性；以及与所述滤波器连接的电子控制装置，其包括与本地传感器、数据库和遥控装置中的至少一种的连接，并且被设置为与本地传感参数、存储的参数和远程提供的信号中的至少一种相对应来控制所述可控制滤波器特性。
2. 权利要求l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. 权利要求l的系统，其中，所述滤波器包括以下滤波器中的至少一种 有源滤波器；可调节的无源滤波器；以及 固定的无源滤波器。
4. 权利要求3的系统，其中，所述滤波器是多个无源滤波器，并且所述 可控滤波器特性是通过由所述多个无源滤波器中的一个切换到所述多个滤波 器中的另一个来控制的。
5. 权利要求3的系统，其中，所述滤波器是单一可调节的无源滤波器。
6. 权利要求l的系统，其中，所述本地传感参数包括以下参数中的至少 一种腐蚀噪声参数；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. 权利要求l的系统，其中，所述存储的参数包括以下参数中的至少一种目标位置历史参数； 阳极工作周期历史参数；目标位置历史参数； 所述导电结构的形状参数；以及 目标速度历史参数。
8. 权利要求l的系统，其中，所述导电结构包括选自铁类金属和导电的 非铁类金属的金属。
9. 权利要求8的系统，其中，所述金属是钢。
10. 权利要求8的系统，其中，所述金属是铝。
11. 权利要求l的系统，其中，所述导电结构选自船舶、海上建筑物、石 油钻塔、管道、发电装置和水下建筑物。
12. 权利要求l的系统，其中，所述一个或多个阳极包括选自导电性有机 聚合物、金属、金属合金和非金属半导体材料中的至少一种材料，其中所述至 少 一种材料比所述导电结构更廉价。
13. 权利要求12的系统，其中，所述一个或多个阳极包含至少一种导电 性有机聚合物，其中所述导电性有机聚合物是选自聚乙炔、聚亚苯基、聚呋喃、 聚p塞吩、聚吡咯、聚亚芳基亚乙烯、聚苯胺及其掺杂组合物中的一种。
14. 权利要求12的系统，其中，所述一个或多个阳极包含至少一种金属 或金属合金，其中所述金属或金属合金包括选自Zn、 Ti、 Al、 Ga、 Ce、 Mg、 Ba、 Cs的一种金属、相应的金属氧化物及其合金。
15. 权利要求12的系统，其中，所述一个或多个阳极包含至少一种金属 或金属合金，其中所述金属或金属合金包含选自Zn、 Ti、 Al、 Ga、 Ce、 Mg、 Ba和Cs的 一种或多种金属与由其获得的 一种或多种金属氧化物的混合物。
16. 权利要求15的系统，其中，所述一种或多种金属或金属合金是锌/氧化锌的组合。
17. —种电子控制装置，其被设置为控制包括可控滤波器和与导电结构电 连接的一个或多个阳极的腐蚀噪声降低系统，该电子控制装置包括第 一连4妄终端，其被设置为连接所述腐蚀噪声降低系统； 第二连"l妻终端，其被设置为连接本地传感器、数据库和遥控装置中的至少 一种；以及控制机构，其被设置为通过输送到所述第一连接终端的控制信号与本地传 感参数、存储的参数和远程提供的信号中的至少一种相对应来控制所述可控滤 波器。
18. 权利要求17的装置，其中，所述可控滤波器具有可控制的滤波器特 性，该可控制的滤波器特性是具有低通或陷波滤波器形式的阻抗。
19. 权利要求17的装置，其中，所述滤波器是相互之间具有不同阻抗的 多个无源滤波器，并且所述可控滤波器特性是通过由所述多个无源滤波器中的 一个切换到所述多个无源滤波器中的另 一个来控制的。
20. 权利要求17的装置，其中，所述可控滤波器是单一可调节的无源滤 波器。
21. 权利要求17的装置，其中，所述本地传感参数包括以下参数中的至 少一种腐蚀噪声参数；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。
22. 权利要求17的装置，其中，所述存储参数包括以下参数中的至少一种目标位置历史参数； 阳极工作周期历史参数； 目标位置历史参数； 所述导电结构的形状参数；以及 目标速度历史参数。
23. 权利要求17的装置，其中，所述导电结构包括选自铁类金属和导电 的非铁类金属的金属。
24. 权利要求23的装置，其中，所述金属是钢。
25. 权利要求23的装置，其中，所述金属是铝。
26. 权利要求17的装置，其中，所述导电结构选自船舶、海上建筑物、 石油钻塔、管道、发电装置和水下建筑物。
27. 权利要求17的装置，其中，所述一个或多个阳极包括选自导电性有 机聚合物、金属、金属合金和非金属半导体材料中的至少一种材料，其中所述 至少 一种材料比所述导电结构更廉价。
28. 权利要求27的装置，其中，所述一个或多个阳极包括至少一种导电 性有机聚合物，其中所述导电性有机聚合物是选自聚乙炔、聚亚苯基、聚呋喃、 聚p塞吩、聚吡咯、聚亚芳基亚乙烯、聚苯胺及其掺杂组合物中的一种。
29. 权利要求27的装置，其中，所述一个或多个阳极包括至少一种金属 或金属合金，其中所述金属或金属合金包含选自Zn、 Ti、 Al、 Ga、 Ce、 Mg、 Ba、 Cs的一种金属、相应金属氧化物及其合金。
30. 权利要求27的装置，其中，所述一个或多个阳极包含至少一种金属 或金属合金，其中所述金属或金属合金包含选自Zn、 Ti、 Al、 Ga、 Ce、 Mg、 Ba和Cs的一种或多种金属与由其获得的一种或多种金属氧化物的混合物。
31. 权利要求30的装置，其中，所述一种或多种金属或金属合金是锌/ 氧化锌的组合。
32. —种用于延长阴极保护系统的一个或多个阳极的寿命的方法，所述阴 极保护系统用于防止与腐蚀性环境相接触的导电结构的腐蚀，所述方法包括将比所述导电结构更廉价的一个或多个阳极与所述导电结构连接；将电子控制单元与可控滤波器连接，该可控滤波器与所述一个或多个阳极、所述导电结构中的至少一种或两种相连接；用所述可控滤波器来过滤在导电结构或一个或多个阳极中的腐蚀噪声； 监控与所述一个或多个阳极的腐蚀相关的至少一种参数；以及 根据所述至少一种参数，调节所述可控滤波器的滤波器特性。
33. 权利要求32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。
34. 权利要求32的方法，其中，所述可控滤波器是多个无源滤波器，所 述多个无源滤波器至少在所述滤波器特性上彼此不同，所述滤波器特性是通过 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 制的。
35. 权利要求32的方法，其中，所述可控滤波器是单个可调节的无源滤 波器。
36. 权利要求32的方法，其中，所述至少一种参数包括 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；目标位置历史参数；阳极工作周期历史参数；目标位置历史参数； 导电结构的形状参数；以及 目标速度历史参数。
37. 权利要求32的方法，其中，所述导电结构包括选自铁类金属和导电的非铁类金属的金属。
38. 权利要求37的方法，其中，所述金属是钢。
39. 权利要求37的方法，其中，所述金属是铝。
40. 权利要求22的方法，其中，所述导电结构选自船舶、海上建筑物、 石油钻塔、管道、发电装置和水下建筑物。
41. 权利要求32的方法，其中，所述一个或多个阳极包括选自导电性有 机聚合物、金属、金属合金和非金属半导体材料中的至少一种材料，其中所述 至少 一种材料比所述导电结构更廉价。
42. 权利要求41的方法，其中，所述一个或多个阳极包括至少一种导电 性有机聚合物，其中所述导电性有机聚合物是选自聚乙炔、聚亚苯基、聚呋喃、 聚p塞吩、聚吡咯、聚亚芳基亚乙烯、聚苯胺及其掺杂组合物中的一种。
43. 权利要求41的方法，其中，所述一个或多个阳极包括至少一种金属 或金属合金，其中所述金属或金属合金包含选自Zn、 Ti、 Al、 Ga、 Ce、 Mg、 Ba、 Cs的一种金属、相应金属氧化物及其合金。
44. 权利要求4I的方法，其中，所述一个或多个阳极包含至少一种金属 或金属合金，其中所述金属或金属合金包含选自Zn、 Ti、 Al、 Ga、 Ce、 Mg、 Ba和Cs的一种或多种金属与由其获得的一种或多种金属氧化物的混合物。
45. 权利要求44的方法，其中，所述至少一种或多种金属或金属合金是 锌/氧化锌的组合。
46. —种用于延长在阴极保护系统中的一个或多个阳极的寿命的系统，所 述阴极保护系统用于防止与腐蚀性环境相接触的导电结构的腐蚀，所述导电结 构与 一个或多个比所述导电结构更廉价的阳极电连接，所述系统包括用于从所述导电结构和所述一个或多个阳极中的一种或两种中过滤腐蚀 噪声的装置；用于监控至少一种与所述导电结构或所述一个或多个阳极的腐蚀相关的 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。
47. 权利要求46的系统，其中，所述用于监控的装置包括计算机程序产全文摘要
一种涉及与腐蚀性环境接触并与一个或多个阳极电连接的导电结构的腐蚀控制的装置、系统、方法和计算机程序产品，其中，该阳极比该导电结构更廉价，其中通过可控滤波器和被设置为处理至少一种储存或测定参数的相应电子控制单元来控制腐蚀，其中，所述装置、系统和方法用于通过使其牺牲特征降低、最小化或基本上消除来延长所述一个或多个阳极的寿命。
文档编号C23F13/00GK101223303SQ200680024531
公开日2008年7月16日 申请日期2006年6月1日 优先权日2005年6月2日
发明者大卫·B.·道林 申请人:应用半导体国际有限公司