TWI359210B - Method for inhibiting corrosion of metal - Google Patents

Description

1359210 九、發明說明： 【相關申請案的交互參照】 本申請案為美國專利申請案第10/010，4〇2號(2〇〇1年12 月7曰申請）的部分延續申請案，其為美國專利申請案第 09/527,552號（2000年3月π曰申請）的部分延續申請案，現 為美國專利第6,331，243號，其請求美國臨時申請案第 60/044,898號（1997年4月25曰申請）的益處，其全部内容係 以引用方式納入本文中。 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於防止金屬物件在氧化環境中氧化之方法及 設備。更特別地，本發明係關於在導體上產生表面電流以抑 制腐蝕之設備及方法。 【先前技街】 在氧化環境中，物質會在適合的條件下接受電子並被還 原。，些電子-般來自暴露於氧化環境之金屬物件的原子。 氧化環境之特徵在於至少存在―種化學物f，其原子在該環 境中可藉由獲得至少一個源自該金屬的原子之電子而被還 原。在「給予」電子下，該金屬被氧化。當氧化過程持續時， 金屬物件會分解至無法再使用於其所需目的之地步。 在陸地上，氧化普遍發生於尤其是橋樑及車輛當暴露在 冷的氣候《散布在路面上㈣止結冰形叙時。鹽溶解带 及冰並形舰水祕1橋樑及車财的_残鋼暴露: 水洛液時’則輕易被氧化。氧化首先可看見的徵料在 物件表面生㈣出K續的氧化會造成金屬物件結構完整 性的脆弱。若氧化持續進行，則該金屬物 = 解，或’賴財—言，射變的太脆弱以 支撑其負何。隨著>71 農度的增加及更輕、更省燃料車^的 需求需要更薄的金屬片及放棄主架構’該狀況在近幾 的更嚴重。 鹽水溶液亦為造成在海洋環境中的腐蝕及造 殼、海面上的管線、及鑽孔器及石油工業使用的生產平台氧 化之原因。 σ 早期防止腐蝕之方法係靠塗敷一保護塗層，例如油漆於 金屬物件。其可防止金屬與氧化環境接觸，因而防止腐蝕。 然而，經過長時間後，保言蒦塗層會脫落且金屬的氧化過程會 開始。防止氧化開始的唯一方法為重新塗敷一塗層。其為在 ，佳h況下一昂貴的過程：在工廠汽車組裝前，完整地塗布 汽車零件較重新塗布已組裝的汽車容易的多。在其他情況 下，例如海面上的管線，重新塗布的方法是不可能的。 其他防止氧化之方法包含陰極保護系統。其中，欲保護 的金屬物件作成電路的陰極。該欲保護的金屬物件及陽極係 連接於電源，電路從陽極至陰極通過水溶液而完成。電子的 流動提供電子的需求來源至水溶液中的物質，其通常造成氧 化，因此還原來自欲保護的金屬（陰極原子）之電子的「給予」。

Byrne(美國專利第3,242,064號）的發明教示陰極保護系 統，其中直流電（DC)的脈衝係施於欲保護的金屬表面，例如 船的外殼。脈衝的負載循環係改變以反應包圍船的外殼之水 的各種不同情泥„KippS (美國專利第3,692,65〇號）的發明揭露 應用於井套管及埋於傳導性土壤的管線、含有腐蝕物質之槽 的内表面及結構的浸沒部分之陰極保護系統。該系統使用短 脈衝DC電壓及連續直流電。 先則技術之陰極保護系統對於浸在傳導介質中，例如海 水之物件或結構不完全有效。其原因為因該被保護結構的 形狀之區域變異在水溶液環境中氧化物質的濃縮，腐蝕發展 的區域「熱點」無適當地保護，最终造成結構的瓦解。陰極 保護系統很少用於保護金屬物件，其不只部份浸在傳導介質 中，例如海水或傳導土壌。結果造成橋樑金屬主樑及車輛主 體無法被這些陰極系統有效地保護。

Cowatch(美國專利第4,767,512號）教示-種以防止非浸 於傳導基質之物件之腐蝕為目的之方法。電流係藉由將金屬 物件處理為電容器的陰極板而外加於該金屬物件。其藉由電 容柄合於忒金屬物件及提供直流脈衝之手段之間而達成。該 欲保護的金屬物件及該提供直流脈衝之手段具有共同接地。 在其較佳貫施例中，Co watch揭露一裝置，其中5〇〇〇至6〇〇〇 伏特之DC電壓係施於藉由介電質從金屬物件分離之電容器 的陽極板。小的、高頻率（1千赫）脈衝之DC電麗係重疊在穩 定DC電壓上。Cowatch亦指出介電質材料之擊穿電壓為約 10kV。 因為高電壓施於暴露人類或動物可能與金屬物件或電容 搞合的任何部分接觸之部位之安全危險性，C〇watch要求本發 明最大能量輸出的限制。

Cowatch揭示一用於獲得脈衝DC電壓之二階段裝置。第 一階段提供較高電壓AC及較低電壓AC之的輸出。在第二階 段中，該二個AC電壓係校正以提供具有重疊DC脈衝之較高 電壓DC。Cowatch使用至少兩個變壓器，其中一個為推/拉飽 和核心變壓器◊因使用該變壓器，與該發明相關的能量損失 是高的。根據Cowatch中之揭示值，其效率可為非常低(低於 10%)。高熱的消散亦需要散熱之方法❶此外，該發明需要用 於在不使用的延長期間關閉該裝置之分離手段以防止電池放 電。 一些影響浸沒結構之相關問題係由有機體的生長引起。 的生：、=t 統及發電廠的嚴重問題。因其快速 入，而w 减及發電❹常運作所需要的水輸 而广流的減低。昂貴的清潔操作必須定期的執行。 ^ 〃他有機體已知會附著於㈣外殼 ::r這些問題的習知手段包含使用抗附著塗 塗料1能具有不需要的環境影響維然該清潔為 期而二比β ’且备清潔時船舶需要停止運作。這些對於長 ^而5者不是有效的方法。 的物明之目標為提供金屬物件顧保護，即使該欲保護 的物件非浸於電解質中。太 ^ A - Λ 本毛月之另一目標為完成該目標而 ::二备人錢動物於高電塵的風險中。此外，該裝置亦應是 :二:因此可降低電源的消耗且應不需要任何用於散熱之 作為電路的—部分，其亦應具有電池電壓監視器， '、’屋降低於預定的臨界值時可關閉脈衝放大器，因而 電源其為特別有用的’因在冷的氣候條件下因暴 溶解結冰路面之鹽腐⑽易發生，其亦造成車輛啟 .，’池較大的需求。除了冷的氣候，高溫及潮濕亦造成 广虫增加’同時造成車輛啟動對電池電源需求的增加。本發 日月之另一目標為抑制浸沒結構上有機體的生長。最後，本發 明之另一目標為保護電路避免傷害，若該設備意外地與具有 反向極性之電池接觸。 所以，要求提供腐蝕保護之改良控制。 【發明内容】 之目的為消除或減輕至少一種先前腐蝕抑制方法 的缺點。特別i士，士 & Dn 本發明之目的為提供用於降低金屬物件腐 蝕速率之電路及方法。 在第一觀點中，本發明提供一種降低金屬物件氡化速率 1359210 之方法。該方法包含產生電子波形，耦合電子波形於金屬物 件’及感應金屬物件整體表面上之表面電流以反應電子波形 之v驟減電子波形具有預定的特徵且由DC電壓源產生， 以使該電子波形具有時序AC分量。 在本觀點之-實施例中，耗合步驟包含驅動該電子波形 通過至少兩個該金屬物件上的點，產生步驟可包含具有用於 產生AC分量之形狀傳導之電子波形，且該電子波形可包含 «玄金屬物件的共振頻率。在本觀點之另一實施例中，耦合步 驟可包含電谷耦合該電子波形從連接於該金屬物件之第一端 子至第二端子，其中該第二端子係連接於該DC電壓源的接 地端。 在本觀點之更另一實施例中，該電容耦合之步驟可包含 由《亥DC電廢源充電電容器及經由該金屬物件放電該電容器 的儲存電荷至DC電壓源及該金屬物件之間的通地連接以反 應*亥電子波形。在本實施例之另一觀點，該電容器可機械性 充電，該電容器的第一端子連接於該金屬物件及該電容器的 第二端子連接於該金屬物件遠離接地連接之區域，及Dc電 屋源之一極性在放電儲存電荷後反向。 在本觀點之另一實施例中，該電容耦合步驟可包含由該 DC電壓源充電電容器及放電該電容器的儲存電荷至耦合^ 該金屬物件之分布電容器以反應該電子波形，其中該感應的 表面電流在該分布電容器上以第一方向移動以反應儲存電荷 的累積。在本實施例中之一觀點，該耦合步驟可包含在金屬 物件上以對應於該信號脈衝的預定頻率之頻率移動磁場。 根據本觀點之更另一實施例，該耦合步驟可包含經由用 於由金屬物件接收之天線發射對應於該電子波形之RF传 號’該產生步驟可包含產生具有約200奈秒之上升及下降時 9 1359210 間之電子波形，及該產生步驟可包含產生單極DC電子波形 或雙極DC電子波形。 在第二觀點中，本發明提供用於降低金屬物件腐姓速率 之電路。該電路包含具有DC電壓源之充電電路，及耦合於 §亥金屬物件之電流產生電路《該充電電路具有用於提供電容 放電之DC電壓源，該DC電壓源的端子係連接於該金屬物 件。6玄電流產生電路係耗合於該金屬物件以由該充電電路接 收及成形電容放電，該電流產生電路耦合該成形的電容放電 於该金屬物件以在其之中感應表面電流。 · 在本觀點之實施例中，該充電電路可包含平行耦合於該 β DC電壓源之電容器，及開關電路以耦合該電容器於Dc電壓 源在充電位置以充電該電容器，該開關電路耦合該電容器於 放電位置中的輸出以放電該電容器。該電流產生電路可包含 -耦合於該輸出及該金屬物件之間之阻抗裝置以提供成形的電 流波形，感應作為成形的電流波形之表面電流係施於該金屬 物件。该DC電壓源可包含極性開關電路以反向該Dc電壓源 的極性^ 在本實施例之觀點中，該電流產生電路可包含耦合於該 金屬物件之分布電容器，耦合於該輸出及該分布電容器之間 · 之阻抗裝置以提供成形的電.流波形，該分布電容器接收來自 «亥成t的電"IL波形之電荷以感應該表面電流，及放電電路以 放電該電容器的電荷至該端子以感應與該表面電流方向相反 . 之第二表面電流。該放電電路可包含耦合於該分布電容器及 . 放電開關電路之間之第二阻抗裝置，該放電開關電路選擇性 地耦合忒第二阻抗裝置於該端子。該分布電容器可包含至少 兩個並聯獨立板，其中每一個該至少兩個並聯獨立板具有不 同表面面積。 10 1359210 -般技藝人士在參閱以下本發明之特殊實施例之描述並 結合所附圖式應對本發明之其他觀點及特徵更為清楚。 【實施方式】

本發明係提供-種藉由在金屬物件整體表面上感應表面 電流以防止感應該金屬物件腐蝕速率之方法。該表面電流感 應可藉由直接或間接施用具有AC分量之電子波形以反應由 電路產生之電子波形。電子波形具㈣序變化分量其具有 特徵例如頻譜、重複率、上升/下降時間、脈衝、正弦曲線、 及脈衝與正弦曲線之結合。適合的電源，例如DC電壓⑻幻 的金屬主體及負端子係接地。DC電麼源的正端子係連接於將 低電壓電子波形傳至連接於金屬主體之傳導端子之電路。該 回應感應該表面電流之電子波形中的時序變化Μ分量係有 效地抑制腐蝕，且因此其產生為較佳的。感應表面電流之替 =法，含經由金4主體直接電容放電，或在金屬主體上移 '，場《藉由產生化號，其具有適合波形源自附著於發 射天線之RF源以使發射㈣可由該金屬主體接收。

“=?明之實施例，電子波形的產生具有形狀傳導以 :,纟化(AC)分1 ’係有效地用於降低氧化速率。該 ;但非必要）包含—料，該金屬物件在該頻率會共 =。=實具有100uS之標稱期間，Μ之寬度及約綱奈 二之"：下降時間之單極脈衝電子波形係有效地防止腐 =1=不存在。已知:i)已確定以該電子波形在該 3之表面電流係造成腐蝕速率的降低，·及i) =二AC分量之電子波形皆可在金屬物件上感 適當搞合金屬物件。因此，應很清楚適合用 二合電子❹彡的可絲目幾乎是無限的。 表面U歸於集膚效應現象，其高頻電流具有在靠近 11 導體的表面較其核心分布較高電流密度之傾向β =明係藉由首先參考使用電容耦合以防止金屬氧化之 明:=2而最㈣解。第—圖顯示使用於co崎h的發 =隹/拉姊㈣Mll的電路I通常，端子】 辆電子系統的正側及端子2連接於車柄 、車 二二的輸出具有三個分接頭，21、22及23、。分二^^ 源自 13Γ22提供12伏特^及23提供400伏特AC。 Η顯-輸出係供給第二階段’整流脈動器，其電路 二顯之:Β圖:源自23之辦特ac係供給5。，:自 寺AC係連接於51同時接地21係連接於52。整 机脈動器的輸出，於77 ；? 71 + μ Λ 、及73之間，為400伏特DC具有12 特脈衝重疊在該4〇〇伏特Dc。 現描述第一A圖及第一B圖之電路的特殊配置在第一 5圖中’„端子1並聯於核心81於連接3、電容器4及電阻器 器9電阻益5亦並聯於電晶體6、二極體7、電容器8及電阻 5 連接2於車_電子系統的負側並聯於電容器4、電晶 入6 一^體7、電晶體1〇及二極體U。電晶體1〇在點12(輸 一 人線圈）連接於環繞可飽和鐵磁體核心變壓器si之第 Μ羞，14。電晶體1〇在點13(輸出回饋）連接於環繞變壓器 之第—線圏15。電晶體10在點13(輸出回饋）係連接至環 、=壓益81的第三線圈15。電容器8及電阻器9在點16連 二妾（從回饋輸出）至環繞變壓$ 81之第三線圈15。電晶體6在 點Π(輸入至一次線圈）係連接於環繞變壓器81之第一線圈 第一線圈18及第二線圈丨4各為2〇號線7圈。第三線圈 15為20號線9圈。第四線圈19為30號線225圈，及第五線 圈20為30號線1〇圈。 在第一 B圖中，在點5〇輸入之4〇〇伏特AC並聯於二極 12 1359210 體59及60。在點51輸入之12伏特AC並聯於二極體53及 54。在點52輸入之系統接地並聯於二極體55、56、57及58。 二極體53、56、57及60並聯於電容器61及62、電阻器65、 SCR 76、二極體69及在點71並聯於環繞脈衝變壓器核心80 之第一線圈78。二極體54及55並聯於電容器6卜電阻器67 及電阻器66。電阻器67並聯於電容器62及電晶體75。電阻 器66連接於電晶體75。電晶體75並聯於電阻器65及SCR 76。二極體58及59並聯至電阻器68。電阻器68並聯至 SCR70、二極體09及電容器04。電容器04在點72連接於環 繞脈衝變壓器核心80之第一線圈78。環繞脈衝變壓器核心 80之第二線圈79在點74連接於二極體70。高壓整流器二極 .體70連接於輸出點77。環繞脈衝變壓器核心80之第一線圈 78之圈數與第二線圈79之圈數之比例為1:125。 先前技術之發明傳送具有低壓脈衝重疊於高壓DC上之 高壓DC至連接於73及77之間之電容器的陽極板。電容器 的陽極板係藉由電容器塾片之手段而從接地金屬物件分離及 耦合接地金屬物件。 第二圖為說明本發明之設備之操作之功能方塊圖。電池 101為用於本發明之DC電源。電池的一端子連接於接地 103。電池的正端子連接於反向電壓保護器105。該反向電壓 保護器避免反向電池電壓意外地施於其他電路及損害組件。 電源調節器107轉換電池電壓為微處理器111需要的適 當電壓。在較佳實施例中，微處理器需要的電壓為DC 5.1伏 特。電池電壓監視器109以參考電壓（在較佳實施例中為DC 12 伏特）比較電池電壓。若電池電壓高於參考電壓，則微處理器 111作動脈衝放大器113及電源指示器115。當脈衝放大器由 微處理器具有正輸出之脈衝訊息作動時，具有正輸出之放大 13 1359210 ，衝信號由脈衝放大器產生並傳送至墊片117。墊片ιΐ7係電 容耗合於保護的金屬物件119。當電源指示器113被作勤時， 電源指示器中的電源LED則被打開，作為脈衝放大器被作動 的指示器。當然，當電池電壓降低於參考電壓時，除了偵測 電池電Μ之電路外的所有電路可關閉以最小化電源消耗。若 電池電壓太低，則電池電壓監視器109的使用防止電池的耗 盡。 當本發明用於保護金屬物件時，例如車體，墊片ιΐ7具 有由適合的介電質製叙基板材料，其在本案例中與細纖維 破，類似並藉由高電介質強度鄉合劑附著於物件ιΐ9。在較 佳實施例巾’基板黏結組合具有至少1G千伏之崩潰電塵。黏 結為較佳的快速硬化方法，其在15分鐘内可充分硬化以確保 金屬物件之介電質材料。 第二圖為本發明之概述，顯示於第三A圖至第三c圖中 之裝置的細節較容易瞭解。第三A圖中標以數字i47、149、 ⑸153、155、157及159之節點連接於第三c圖中對應標 不之節點。由典型汽車電池提供動力之單元，其中該電池的 正端子連接於連接器面板131上的端子133。電池的負端子連 接於車體（「接地」）及連接器面板131上的端子137。當在第 二圖中金屬物件119為被保護的，從第二圖的墊片u(連接 於連接板131上的端子139,料接於接地。該汽車電 池:塾片117及金屬物件119為被保護的且其連接無顯示於 第三A圖。 第二圖之反向電壓保護電路1〇5包含第三A圖中之二極 體A及Dr在本發明較佳實施例中，匕及為iN4〇〇4二 極體。熟習該項技術者應瞭解所顯示之二極體配置，在點Mi 之電塵非為關於接地之有效陰極電壓，即使該電池以反向極 14 ϊίϊ於器面板131。其保護電子组件避免損害並改良先 R r vcc料供電係連接於共同端子 i K2、C1、D,及微處理器145之vcc輸入。 第二圖中之電源調節器電路1〇7由電阻器&、齊納二極 體D丨及电容器c丨製成。其 13 右unn處吊要的Μ伏特。在較佳實施例中，R丨具 ^ 之電阻，Cl具有0·1#之電容器及以為IN751二極 =°如热習該項技術者所熟知，齊納二極體具有高穩定電壓 降以用於廣泛範圍的電流。 u ' 8 C9及ClQ作為過瀘、電池電慶及參考電麼之功 能。在較佳實施例中，其每—個皆具有ϋ2μ 可被具有值之單—電容隸代。 °9 —該電池電壓監視器包含電阻器R2、R3、R4、r>心及電 谷态C4和c5。電壓由微處理器145尹的比較器監視。分壓器 匕3電阻器尺2及R3 ’提供微處理器145接腳P33穩定參考。 在較佳實施例中，IUR3#—個皆具有⑽ΚΩ之電阻。據 此以月，内一極體D, 5.1伏特之參考電廢，在微處理器接腳 Ρ33之電料2.55伏特。在較佳實施例中，微處理器145為

Zilog 製造之 Z86ED4M。 電池電壓由電阻器尺5及R6區分並施於比較器輸入接腳 Ρή及P32。在較佳實施例中，Rs具有18〇κ之電阻及R6具有 100KU之電阻。微處理器145中的比較器比較在接腳及 P32之由R5及R6區分之電池電壓與在接腳p33之2 55伏特之 區分參考。只要接腳P31及p32的電壓降低於在接腳之參 考電塵，微處理器感測低電池電壓並停止傳送信號至脈衝放 大器（討論於下）。經由電阻器&將接腳p〇〇連接於電阻器心 及R6之接面之需要性增加，因為比較器只反應在接腳P31和 15 1359210 P32之電壓降低於在接腳P33之參考電壓之轉換。接腳POO以約 每秒或介於0伏特及5伏特之間由微處理器產生脈衝。當接 腳P〇〇為零伏特時，在較佳實施例中以100ΚΩ電阻於電阻器 R4，當電池電壓低於11.96伏特，在接腳P31和P32之電壓低 於在接腳P33之2.55伏特之參考電壓。當接腳P〇Q為5伏特時， 在P31及P32之電壓高於2.55伏特。以此方法，微處理器可在 連續操作下感測低電池電壓。電容器C4及C5提供這些電壓 AC過渡。 熟習該項技術者應瞭解於兩個電壓位準間循環接腳Poo 之需要，及電阻器R4之需要，對於其他微處理器其比較器可 反應參考電壓及電池電壓間實際不同，而非低於參考電壓之 電池電壓之轉換，為非必要的。 使用微處理器以產生DC電壓的脈衝及使用電池電壓監 視器以當電池電壓降低於參考位準時關.閉設備為先前技術方 法之改良。然而，熟習該項技術者應瞭解其有在該項技術領 域中熟知的邏輯電路，例如振盪器/脈衝產生器電路，其可用 於產生脈衝。電源指示器包含LED D2、電晶體Q5及電阻器 R7、118及R9。電晶體Q5由在接腳P〇2之微處理器的正輸出驅 勤。當電晶體Q5開啟時，LED D2亮起。若電池電壓降低至 標稱12V，微處理器在接腳P02無正輸出且LED D2關閉。當 電池電壓高於標稱12伏特，微處理器在接腳P02上有正輸出 且LED D2開啟。 在本較佳實施例中，Q5為2N3904電晶體，R7具有3.9ΚΩ 之電阻，R8具有1ΚΩ之電阻，及R9具有10ΚΩ之電阻。 當電池電壓高於標稱12V，該微處理器亦在接腳P2〇產生 輸出脈衝。其傳送至脈衝放大益’包含電阻裔R|1_R~16及電晶 體Q,-Q4。在本較佳實施例中，Q!、Q3及Q5為2N3904電晶 16 1359210 體’ Q2及Q4為2N2907電晶體，R"具有2 7Κ 具有⑽之電阻，Ru及R"具有_之電:阻及， 二有脳之電阻。電容器&提供該脈衝放 j 及，在本較佳實施例中，具有20μΡ之電容考^過遽 =出係經由連接器面板131中的139 ;= 合墊片117。該輸出具有12伏特之標稱振幅。、車體之耗 本發明中完全無任何變屋器，故可輕 降低電池的耗盡並為先前技術之改良。在本較佳其 ί =處理重器的接腳Ρ2°之信號包含具有5 V振幅、3微秒 ^服Hz重複率之標稱特徵之脈衝。對於該脈衝形式之電 定其“π: 117之?广脈衝信號的上升及下降時間決 '、二3里’ ϋ此決定該電子波形的時序變異性 :佳實施例中’形成放大脈衝信號之每一的 及下降時間為约20〇η” 旳上升時間 在本較佳實施例中微處理器之時鐘頻率係由包含電容器 J與J3及電感$ L，之共振電料定。使㈣電路較用於控 理器時鐘之石英晶體節省成本，其為先前技術之改 义。在本較佳實施例中，當電感器L,具有8.2μΗ之電感時， 3八有1 OOpF之電谷器。熟悉技術者可識別使用其它裝 置及電路來提供微處理器之時序機制。 、、 參閱第四圖’本發明之替代實施例係說明其使用内部 電今器160導線ι61及接線柱162以傳送脈衝至金屬物件 U9而非電容器塾片117。在第四財，脈衝放大器ιΐ3的輸 出附著於電容器16G的正側。電容器⑽的負側附著於導線 mi ’其附著於接線柱162。源自脈衝放大器113之輸出脈衝 係因此經由附著於金屬物件U9之電容器16〇、導線161及接 線柱162形成之路徑傳送至金屬物件U9。 17 1359210 現參閱第五圖，本發明之較佳實施例中係顯示具有二戋 多個電極之系統之相位感測器及調整電路。本發明提供用於 附著於大金屬結構，例如儲水槽及金屬貯藏棚，或大車輛之 一或多個之電極。第一及第二電極係附著於處理的金屬結構 或車輛，以使本發明之功效同時施於二或多個點。每_個電 極施用時序變化電子波形於處理的物件。正弦波形為可施用 波形之較佳實例，然而任何適合的波形皆可施用且具有同樣 功效。短電纜上之第一電極係施於金屬物件上之一個點及 附著於較長電纜上之第二電極係施於處理的金屬物件上之第 二點。相位感測器係用於調整信號，以使長電纜及短電纜的 阻抗不同不影響兩個施用信號的相位同步關係。即，施於金 f物件及第及第二電纜之複雜阻抗之信號的相位關係係決 =的，且施於每一電纜之信號為相位補償及調整的，以使在 母電纟見之遠*而之k號為相位同步或為在施於金屬物件時之 相位。高壓保護電路係提供以紐本發明避免高屡火花或突 波的傷害。變速閃爍發光二極體（LED)係提供以顯示滿 '臨界 及低的電源程度。 t第五圖所示，第一導線161及第二導線166係由脈衝 大态213分別經由信號線216及214驅 理器⑴提供之信號脈衝，衝放大器213包含 路以=整任何因電纜161及電欖166之間阻抗不同之相位延 =可為不同長度並因此表現不同阻抗及相位延遲。在每 -電纜中之不同阻抗傾向於在電纜遠端的每一輸出信號之獨 立偏移相位，該電纜為經由接線柱162或167施於該主體。 =此’本^提供相位補償，即相減财接餘或物件之 用=之每-輸出信f虎’及適當的相位補償或延遲以使每一 ]出信號至相位同步。如此，本發明監控及調整在每-接線 18 柱162及167之相位輸出信號。否則，施用的信號為非相位 同步且造成輸出信號的作用功效較低。每一接線柱施用的信 號的相位調整係較省電的，以使每一接線柱信號之高峰與施 於該金屬物件之每一接線柱高峄一致。如此，本發明確保施 於金屬物件之每一接線柱的每一信號為相位同步。 在每一接線柱的每一信號的相位可藉由附著每一接線柱 162及167於相位感測器170以確定於信號通過傳送電纜161 及166及電容器160及165後，在每一接線柱162及167之 每一信號的相位關係而確定。微處理器丨丨丨決定相位差異並 傳送相位延遲信號至脈衝放大器213，其施用相位延遲信號於 傳送至每一電纜之脈衝，以使該信號當經由接線柱施於物件 時為相位同步化。該相位感測器及脈衝放大器亦可感測及調 整介於二施用信號間之複雜阻抗的不同。類似電路係用於調 整本實施例中施用信號的相位，其電容耦合係用於施用信號 於物件。 電源指示器215包含電壓感測電路、閃爍器及電壓招示 及LED。電源指示器電路造成LED當供應電壓為12伏特時 以1/8赫閃爍，及當供應電壓低於12伏特及高於ιΐ 7伏特時 以1/4赫閃爍，及當供應電壓低於117伏特時以1/2赫閃燦。 突波保護電路172係提供以保護本發明避免因調節器失效或 其他高壓來源產生高壓。 如前述顯示於第五圖之說明，微處理器lu可產生電子 波形’例如-連串的脈衝，其作用於金屬結構。如之前討論， 電子波形具有時序變化分量，及可為脈衝形式或正弦形式， 及具有不同特徵例如特殊頻譜' 重複率、上升/下降時間。在 本實施例中’在金屬結構上產生或感應之表面電流係有效於 抑制該金屬結構的腐H絲面電流可產生以反應時序變 =電子波形，施於金屬結構，微處理器U1及脈衝放大器U3 提供以單極脈衝DC為基礎之信號。然而，該信號的傅利葉 轉換顯示除了 DC分量’該信號亦包含許多AC分量。通常可 觀察到最高頻率分量發現為約〇 35/1>f，其Tnf為脈衝的上升 /下降時間’其永遠較低。雖然單極DC信號係用於本實施例， ，亦可使用雙極DC信號替代且具有同樣功效。單極信號係 屯只在正或負方向產生電壓或電流偏轉之信號，然而雙極信 號係指在正或負方向兩者皆產主電壓或電流偏轉之信號，例 如正弦波形。 -呀解在數位k號通訊的領域，負戰數 位k號之線可表現不需要的電感及電容器特徵。因此其可表 ^為可造成不需要的暫態及在電路接收端振鈐信號之共振 ^電路。在高傳送速率其上升及下降時間會變化，若輕視則 造成厭重的問H然數位信號通訊領域中的業者已嘗試 1化該作用，此暫態對於本發明之實施例為較佳的。這些 ，衝形式之電子波形的暫態AC分量會增加頻率分量，在: ^效的LC電路«，且因此增加降低腐飯速率之表面電流 =二，該電子波形可具有任何形狀’且其具有時序 哭⑴可:二必然地，對於脈衝形式之電子波形，微處理 :產生；St提供高頻率及短上升/下降時間之脈衝信號， 任(AC)分量。當然’熟習該項技術者應瞭解 任何^的高速脈衝產生電路皆可用於代替微處理器出、。 件特電流產生可增加若該電子波形包含金屬物 輛：形所產生之頻率下具有電子共振。該車 該電路之線之寄生電容存在於電路及附著於 電今益及電感而決定。不只大表面電流造 20 ===:轉變該金屬物件為有效的天 得到最佳的腐_ 而項二因=:光譜，可 控制此程知避免灯干擾問題U項㈣者應瞭解較佳為 W在Γ替代實施例中其高頻率分量係不可能或不需要的， 一 可藉由降低存在於電子波形中之 最 形’其代表脈衝的上升及下降時二-二有適度上升及下降時間之低負載循環脈衝波形係 1效於在保護的金屬主體上感應表面電流。適度上升及下降 時間類似揭示於本發明之實施例之上升及下降時間。特別 地’其注意到脈衝波形之具有適當持續期間之上升及下降時 間係主要負賣產生該表面電流。用於最小化信號上升/下降時 間之電路技術係熟習該項技術者所熟知。 用於在金屬物件產生表面電流之替代技術為以電容耦合 電子波形直接於金屬物件以感應表面電流產生。其可經由經 由金屬物件之直接放電或經由電場感應表面電流產生而達 成°接下來為根據本發明之實施例之用於電容輕合電子波形 於金屬物件之電路之描述。 第六圖顯示用於藉由根據本發明之實施例之直接放電而 耦合電子波形於金屬物件之電路之示意圖。該電路包含具有 用於提供電容放電之DC電壓源之充電電路，及耦合於金屬 物件以接受及成形源自充電電路之電容放電之電流產生電 路。DC電壓源的端子係連接於金屬物件，及電流產生電路施 用成形的電容放電於金屬物件以感應其中的表面電流。電容 耦合電路300包含DC電壓源302，例如電池、阻抗裝置304 及306、電容器308、開關310及金屬物件312。在本實施例 中，充電電路之DC電壓源302、阻抗裝置304、電容器308 21 1359210 及開關310係用於提供從電容器308經由開關310之電容放 電。特別地，電容器308並聯於DC電壓源302，及開關310 耦合電容器308於DC電壓源302於充電位置以充電電容器， 及耦合於放電位置之輸出以放電電容器308。在本實施例中， 該輸出可為開關310之節點「1」及該電流產生電路包含阻抗 裝置306。當電容器308充電時阻抗裝置304限制電流，及阻 抗裝置306用於成形施於金屬物件312之電子波形。雖然未 顯示，電壓源302包含極性開關電路以反向其極性。控制開 關310以電子連接電容器308之板於第六圖中之位置1或位 置2。較佳地，電容器308的兩端子係以互相稍微遠離之距離 連接於金屬物件312。熟習該項技術者應瞭解阻抗裝置304、 306、電容器308及電壓源302之特殊型態及值為設計參數。 換句話說，其值係經選擇以確定在金屬物件312感應之表面 電流有效於降低腐#速率。 在操作時，開關310裝置於位置2以由電壓源302經由 阻抗裝置304充電電容器308。假設在本實施例中電壓源302 以連接於電容器308的底部板之負端子開始。當充電時，開 關310係調於位置1以經由金屬物件312之阻抗裝置306放 電所儲存的電荷。如此，表面電流係經由金屬物件產生，而 電容器308的頂端板上的正電荷係經由金屬物件3 12放電。 開關310係接著調回於位置2且電壓源302之極性經由極性 開關電路反向，以使電容器308的底部板轉為正電荷。當開 關310調於位置1時，相反方向之表面電流係經由金屬物件 3 12產生。因此，當開關3 10調於位置1及2之間時，電荷係 施予及釋放出該金屬物件312,及在開關310每次調回位置2 時電壓源302的極性係反向。 據此，在電容器308充電及放電之頻率可由微處理器111 22 1359210 控，’且特別地由微處理器111提供之電子波形控制。更特 別地，開關310及電壓源3〇2的 叼開關电路可由電子波形控制〇 口此，電子波形係有效地耦合於金屬物件，因電容器 2㈣符合於電子波形之作_段。在替代實施例中，許 夕电合㈣平订作用可選擇性地連接於金屬物件以確定表面 3係㈣金屬物件312感應，及電容ϋ可藉由做功於分離 電“板之介電質而機械性充電。此外’熟習 瞭解雙極電壓源可用於取代第六㈣述之單極電壓源3〇2二 排除極性開關電路之需要。

第七圖顯示根據本發明之實施例之用於藉由電場感應表 面電流產生而耗合電子波形至金屬物件之電路圖。該電路包 含具有DC電壓源之充電電路以提供電容放電，及麵合於金 屬物件之電/爪產生電路以接党及成形源自充電電路之電容放 電。該DC電塵源的端子係連接於金屬物件，及該電流產生 電路施用成料於該金屬物件以錢射的表面電 流。電路350包含顯示於第六圖之電路3〇〇之相同的元件， 並以相同的配置排列，但增加第三阻抗裝置352 '第二開關 354及分布電容器板356。在本實施例中，充電電路之Dc電 壓源302、阻抗裝置304、電容器308及開關310係提供從電 容器308經由開關310之電容放電。特別地，電容器3〇8平 行排列於DC電壓源302，及開關310耦合電容器308於DC 電壓源302於充電位置以充電電容器，及於放電位置之輸出 以放電電谷器308。在本實施例中’該輸出可為開關3 1 〇之節 點「1」。該電流產生電路包含阻抗裝置3〇6、分布電容器板 356、及包含阻抗裝置352及開關354之放電電路。阻抗裝置 352成形電流信號當其經由開關354放電，及分布電容器板 356可為許多位於金屬物件312不同位置之獨立的電容器 23 板。在本實施例之變化中，每一個形成分布電容器板356之 獨立的電容器板可具有其自己的阻抗352及開關354。如第六 圖中，熟習該項技術者應瞭解阻抗裝置304、306、352、電容 器308及電壓源3〇2的特殊形式及值為經選擇以確定有 面電流產生之設計參數。此外，每—獨立電容器的表面區域 可裁^^產生所需的用於金屬物彳312上特殊位置之表面電 流強度。裁剪可能為需要的以補償金屬物件312及/或連接於 金屬物件312之組件的形狀，其會影響表面電流之分布。、 在操作時，當開關354開啟時，開關310配置於位置2 以藉由電壓源302經由阻抗裝置304充電電容器3〇8。假設在 本實施例中之電壓源搬已配置’以使其負端子連接於電容 器308的底部板。當開關354開啟時，開關31〇係調於位置！ 以藉由分布電容器板356經由阻抗裝置3〇6分布或均分儲存 電荷。因此，當分布電容器板356充電時表面電流係經由金 屬物件產生。更特別地，當分布電容器板356充電時，感應 以第一方向流動之表面電流。當開關31〇在位置2時，開關 354係調於接近位置以放電分布電容器板356，並感應以第二 及相反方向流動之表面電流。據此，當開關310在位置2時， 電谷益308開始充電。此循環藉由設置開關354於開啟位置 而終止。 據此，電容器356充電及放電之頻率可由微處理器lu 控制’且特別地由微處理器1U所提供之電子波形控制。更 特別地，開關310及354可由電子波形控制以維持前述的開 關操作順序。因此，此電子波形係有效地耦合於金屬物件因 刀布電谷器板356係以關於電子波形之頻率之頻率充電及放 電。熟習該項技術者應瞭解微處理器U1可配置以產生超過 一個以上之電子波形，以使每一個電子波形以適當順序控制 24 開關310及354。 士：施例之優點為可在金屬物件的不同位置藉由調整分 布電谷器板356及分量值的獨立電容器的數值而訂做表面電 流的彈性化。因此，金屬物件整體表面腐钱的降低可最大化， 不論其形狀或大小。 前述用於在金屬物件產生表面電流之㈣需要介於_ 信號產生器電路及金屬物件之間之物理接觸。Μ表面電流 之非接觸方法可包含產生電磁場以感應表面m丨如，移 動電磁場經過金屬表面可感應渦流，其中一些為表面電流。 該電磁場可以永久磁鐵提供，其可以微處理器ηι可控制的 頻率經過金屬物件表面。因此，信號脈衝有效_合於金屬 物件，因產生磁場之裝置係在金屬物件的特定區域移動以 反應該信號脈衝之作動階段。 另一個用於產生表面電流之非接觸技術包含以適當的形 狀（波形）從RF源經由天線傳送信號，以使所傳送的信號由金 屬物件接收。據此，在本替代實施例中之信號脈衝可用於使 用已知RF電路產生RF信號，其接著經由所傳送的信號耦合 於金屬物件。 因此，根據本發明之實施例，腐蝕速率或金屬物件的氧 化可藉由從以適合的電能來源（例如DC電壓源）提供動力之適 合波形產生電路的電子波形產生具有預定特徵之電路而降 低。藉由耦合產生的電子波形於金屬物件，係在金屬物件的 整體表面感應表面電流。雖然電容耦合及非接觸技術中該電 子波形無直接耦合於金屬物件，其被視為非直接地耦合於金 屬物件因其可用於控制其他組件以感應表面電流。熟習該項 技術者應瞭解電路的設計及裝置參數必須小心選擇以確保無 干擾對時序變異數位信號敏感之鄰近系統之干擾。 25 因表面電流可以低DC電壓源產生，本發明之實施例可 用於許多可實施的應用，因低壓電池，例如12伏特DC電池， 為易取得的，且比先前技術中所需的高電壓源更普及。电 為確認本發明實施例之腐蝕抑制功效，在用作車體面板 之金屬面板上進行腐蝕測試。表面電流測試在車輛上進行以 確疋表面電流當設備為作動抑制腐蝕時為存在的。 本發明之電路實施例之脑抑制功效，係指從觀點發送 至模組，藉由到該面板以暴露裸金屬而測試。該組件由標準 汽車電池提供動力，其端子連接於金屬面板的背面。該;試 面板及類似被到的控制面板兩者連續以鹽溶液噴塗持續超過 5〇〇小時。電極裝設於每—面板刮的位置以在持續的測試期間 [控每—面板的電位。目視檢查清楚地顯示該測試面板較控 f面板大幅降低腐姓，其由缺少錄的附著而證明。此外每 —面板之電位測量顯示測試面板最終達到約15〇mV2電位， 其較負於控制面板。電愿電位（伏特）對時間（小時）之曲線圖的 結果顯示於第人圖’其測試面板電位以菱形顯示及控制面板 電位以方塊顯示。因此’其結論為本發明之實施例感應之測 試面板的較負的電位促成腐蝕抑制。 旦表面電流测試包含連接該模組於車輛並使用已知技術測 里表面電特別地’模組的—端子連接於車輛的駕敬側接 螺栓及模組的其他端子連接於在車輛乘客側之擋板面板 螺匕。具枝正迴路電流探針之無線電純於伯測及 測量車體不同位置的表面電流。該測試之結論為表面電流可 在車輛整體表面偵測到。 因此，根據刖述本發明之實施例，該測試證實腐蝕可經 由產生表面電流而抑制。 雖然上述本發明之實施例在無電解質存在下可有效降低 26 1359210 金屬的腐蝕速率，但其在電解質存在下亦同樣有效。此外， 雖然低電壓DC電壓源說明於前述本發明之實施例，但亦可 使用高電壓DC電壓源且具有同樣功效。因此，本發明之實 施例可應用於大型金屬結構例如具有金屬外殼之海船。 上述本發明之實施例僅意欲用於說明本發明。熟習該項 技術者可在不悖離本發明之範圍下對特定實施例進行變更、 修飾及改變，該範圍係僅由本文中所附之申請專利範圍所定 義。 27 1359210 【圖式簡單說明】 第-A圖及第-B圖為—的先前技術的電路圖； 第二圖為本發明之裝置的示意圖； 第三A圖、第三b圖及第三〇圖為本發明之較佳實施例 的電路圖； 第四圖為本發明之替代實施例； 第五圖為本發明之較佳相位補償之較佳實施例； 第六圖為根據本發明之實施例之用於電容耦合電子波形 至金屬物件之電路； 第七圖為根據本發明之另一實施例之用於電容耦合電子 波形至金屬物件之電路；及 第八圖為測試面板及控制面板之腐蝕電位對時間之曲線 圖0 【主要元件符號說明】 1(H…電池 103…接地 105…反轉電壓保護器 107…電源調節器 109…電池電壓監視器 111…微處理器 113…脈衝放大器 115···電源指示器 117…墊片 119…金屬物件 13 1…連接|§面板 145…微處理 160···内部電容器 28 1359210 161···第一導線 162…接線枉 165···電容器 166···第二導線 167···接線柱 170…相位感測器 172···突波保護線路 213…脈衝放大器 214.·.信號線 215···電源指示器 216···信號線

Claims (1)

1. J±.. -k \ o / 十、 範圍 —種降低金屬物件氧化速率之方法，包含： a) 由DC電壓源產生具有預定特徵之電子波形每一 電子波形具有時序AC分量； b) 耦合該電子波形至該金屬物件；及 c) 在§玄金屬物件的整體表面上感應表面電流以反應該 電子波形。 如申請專利範圍第i項之方法，Μ軸合步驟包含驅動 该電子波形通過至少兩個該金屬物件上的點。 如申請專利範圍第i項之方法，其中該產生步驟包含產生 具有用於產生該AC分量之形狀傳導之電子波形。 :申-月專利|巳圍第1項之方法，纟中該電子波形包含該金 屬物件的共振頻率。 如申請專職圍第丨項之方法，其巾簡合㈣包含電容 麵合該電子波形從連接於該金屬物件之第_端子至第二端 如申請專利範圍第5項之方法，其中該第二端子係連接於 該DC電壓源的接地端。 如申請專利範圍第i項之方法，其中該電容麵合步驟包含 由該DC電壓源充電電容器及經由該金屬物件放電該電容 器的儲存電荷至DC電壓源及該金屬物件之間的接地連接 以反應該電子波形。 如I專㈣H第7項之方法’纟中該電容器為機械 電。 如申„月專利範圍第7項之方法纟中該電容器的第一端子 係連接於該金屬物件及該電容器的第三端子柄接於該金 屬物件遠離接地連接之區域。 1359210 瓜如申請專利範圍第7項之方法，其中該 在放電該儲存電荷後反向。 原和 U.如申請專利範圍第1項之方法，其六 由該DC電麼源充電電容器及放電X二5步驟包含 輕合於該金屬物件之分布電容器以；應^=電= 存電荷的累積。 ”上以第一方向移動以反應儲 12·^ίΓ範㈣11項之方法，其f該電料合步驟進一 步包含放電該分布電容器以反應該電子 面電流以與第一方向相反之第— χα應的表 容器的放電。 方向移動以反應該分布電 13^lt專㈣㈣1項之方法’其中_合步驟包含在金 ^勿件上以對應於該信號脈衝的預定頻率之頻率移動磁 % 0 μ·如申請專利範圍第Μ之方法，丨中該麵合步驟包含經由 用於由金屬物件接受之天線發射對應於該電子波形之RF 信號。 κ如申請專利範圍第Μ之方法，纟中該產生㈣包含產生 具有約200奈秒之上升及下降時間之電子波形。 16•如申請專利範圍第i項之方法，其中該產生步驟包含產生 單極DC電子波形。 17. 如申請專利範圍第丨項之方法，其中該產生步驟產生雙極 DC電子波形。 18. —種降低金屬物件腐蝕速率之電路，包含： -充電電路’其具有DC電壓源以提供電容放電，該 DC電壓源的端子係連接於該金屬物件；及， -電流產生電路’絲合於該金屬物件以由該充電電 31 路接收及成形電容放電，該電流產生電路耦合該成形的電 容放電於該金屬物件以在其之中感應表面電流。 19. 如申請專利範圍第18項之電路，其中該充電電路包含： 一電容器’其平行耦合於該DC電壓源，及 一開關電路，其用以麵合該電容器於DC電愿源在充 電位置以充電該電容器，該開關電路耦合該電容器於放電 位置中的輸出以放電該電容器。 20. 如申請專利範圍第19項之電路，其中該電流產生電路包含 耦合於該輸出及該金屬物件之間之阻抗裝置以提供成形的 電流波形，感應作為成形的電流波形之表面電流係施於該 金屬物件。 21. 如申請專利範圍第20項之電路，其中該DC電壓源包含極 性開關電路以反向該DC電壓源的極性。 22‘如申請專利範圍第19項之電路’其中該電流產生電路包 含： 一分布電容器，其耦合於該金屬物件， 一阻抗裝置’其耦合於該輸出及該分布電容器之間以 k供成形的電流波形’該分布電容器接收來自該成形的電 流波形之電荷以感應該表面電流，及 一放電電路，其用以放電該分布電容器的電荷至該端 子’以感應與該表面電流方向相反之第二表面電流。 23.如申請專利範圍第22項之電路，其中該放電電路包含： 耦合於該分布電容器及放電開關電路之間之第二阻抗 裝置’該放電開關裝置選擇性地耦合該第二阻抗裝置於該 端子。 24·如申請專利範圍第22項之電路，其中該分布電容器包含至 少兩個並聯獨立板。 32 1359210 25.如申請專利範圍第24項之電路，其中每一個該至少兩個並 聯獨立板具有不同表面面積。 33