JP2011511267A - 電気化学インピーダンス分光法のための方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1A
Description
腐食を検出することができるセンサーは既知であり、例えば米国特許第6,384,610号、同第6,328,878号、同第6,316,646号、同第5,859,537号、同第6,054,038号、同第6,144,026号、同第4,380,763号、同第4,780,664号、同第4,962,360号、同第5,323,429号、同第5,367,583号、同第6,445,565号、及び同第6,896,779号に記述されている。例えば、これらの従来のアプローチのうちいくつかは「埋め込み可能」な腐食センサーを利用しているが、従来のテクノロジーではしばしば、堅いプリント基板及び堅いシリコンウエハチップを採用している。このようなテクノロジーの限界としては、厚さと脆さが挙げられる。堅い回路板を薄いエポキシ又はペイントコーティングの下に配置すると、コーティングの破損を引き起こすことがあり、シリコンウエハ系のセンサーは割れやすく、平坦でない表面にぴったり適合することもない。
第一の実験では、(上記センサー132に類似の構造を有する)センサーヘッドのインピーダンスが測定される。センサーヘッドはエポキシ系コーティングで覆われ、塩水浴に浸漬された。具体的には、センサーヘッドは米軍用規格24441のエポキシコーティング約0.12mm(5mil)でディップコーティングされ、24時間硬化させてから、人工(ASTM)塩水浴に浸漬された。AC信号を、センサーヘッドに周波数ωで給電した。この実験において、エレクトロクロミックスイッチの代わりに、従来のニオブ酸リチウム変調器がその場所に利用された。1.5μmの連続波(又はDC)光信号が、センサーヘッドと並列に配置された変調器を通って、短い長さ(3m)の光ファイバー(SMF−28光ファイバー、コーニング社の市販品)に沿って伝送された。フォトダイオードが、この変調戻り信号を電気信号に変換した。測定された戻り信号の(相対的)強度(周波数ωの関数として)、及び、AC電源信号の位相に対する戻り信号の相対的位相(周波数の関数として)を、図6A及び6Bに示す。いくつかの試行が実施され、詳細は図の凡例に記載されている。そのセンサーヘッドに関するインピーダンスが計算され(上記の式P1(ω)=Ae(iφ)を使用)、これを図6Cに示す(周波数の関数として)。この実験の図は、コーティングの劣化と共に、位相変化及び信号強度の相対的増加を示している。
Claims (15)
- センサー及びその直近の環境の分光インピーダンスを測定する方法であって、前記センサーは工学的構成構造上に配置され、保護コーティングでコーティングされており、
第一変調周波数及び振幅を有する第一光信号を提供する工程と、
前記第一光信号と第二光信号とを、第一位置からセンサー位置に伝送する工程と、
前記第二光信号を、前記第一光信号から変換された第二変調周波数及び振幅で変調する工程と、
位相差及び時間遅延のうち1つを測定するために、前記第一変調周波数を前記第二変調周波数と比較する工程と、前記センサー及びその直近の環境の電気化学インピーダンス分光を、周波数の関数として計算する工程と、を含む、方法。 - 前記伝送工程が、前記第一光信号を前記第二光信号と多重化して複合信号にすることを含み、前記第一光信号は振幅変調されて第一波長を有し、前記第二光信号は連続出力され、かつ前記第一波長とは異なる第二波長を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記変調工程が、電気的に前記センサーに接続され、前記第一光信号の電気変換を含む信号により電源供給される変調装置で、前記第二光信号を変調することを含む、請求項1に記載の方法。
- 光の前記複合信号を、前記センサー位置で少なくとも前記第一光信号と前記第二光信号に分割することを更に含む、請求項2に記載の方法。
- 前記変調された第二光信号を前記第一位置に伝送する工程と、
前記変調された第二光信号を前記第一位置で検出する工程と、を更に含む、請求項3に記載の方法。 - 前記計算工程が、約0.1Hz〜約1MHzの周波数範囲にわたって、電気化学インピーダンス分光を計算することを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記工学的構成構造上に配置可能で、前記工学的構成構造の表面と、前記表面を実質的に覆う保護コーティングとの間に配置可能な、変調要素を含む前記第一センサーと、
前記センサーからのデータを取得するために、コンパレーター回路、及び周波数ω
でAC信号を提供するための信号発生器を備えたコントローラーと、
前記コントローラーによって生成された光信号を前記第一センサーに連結する1つ以上の光ファイバーと、を含み、前記第一センサーが、前記工学的構成構造及び前記保護コーティングに対応する電気化学インピーダンスデータを提供する、工学的構成構造の物理的状態を監視するための検出システム。 - 前記コントローラーが、
前記光信号を発生するための光源を含み、前記光信号は、前記AC信号に対応する第一変調周波数及び振幅を有する第一波長での第一光信号と、第二波長での連続出力である第二光信号と、を更に含む、請求項8に記載の検出システム。 - 1つ以上の光ファイバーが、前記第一及び第二の光信号を前記第一センサーへと伝送するための第一光ファイバーを含み、1つ以上の前記光ファイバーが、前記第一センサーから前記コントローラーへと戻り光信号を伝送するための第二光ファイバーを更に含み、前記戻り光信号は、前記第一光信号から変換された第二変調周波数及び振幅を有する前記第二光信号を含む、請求項9に記載の検出システム。
- 前記コントローラーが、
前記第一及び第二光信号を組み合わせて複合信号にするための光マルチプレクサーを更に含み、前記第一波長及び前記第二波長が異なる、請求項9に記載の検出システム。 - 前記センサーが、
前記工学的構成構造上に取り付けられ可撓性基材上に配置され、保護コーティングで覆われた、パターン化された導電性要素を有するセンサーヘッドと、
前記第二光信号を受け取るための、前記センサーヘッドに電気的に接続された変調装置と、
第二光経路に沿って前記第一光信号を伝送し、第一光経路に沿って前記第二光信号を伝送する、光信号デマルチプレクサーと、
前記第一光信号を電気信号に変換するための、第二光経路上に配置されたフォトダイオードアレイと、を含み、前記変調装置は前記第一光経路に沿って配置され、前記フォトダイオードアレイからの前記電気信号によって電源供給される、請求項9に記載の検出システム。 - 前記変調装置がエレクトロクロミックスイッチを含む、請求項12に記載の検出システム。
- 前記コントローラーが、前記戻り光信号を受け取り検出するための検出器を更に含む、請求項8に記載の検出システム。
- 前記工学的構成構造が、パイプ、及びパイプ系の周溶接部分のうち1つを含む、請求項8に記載の検出システム。
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