用于电化学阻抗谱的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种测量传感器及其紧挨围绕物的阻抗谱的方法和系统。传感器设置在工程结构上，并且涂覆有保护性涂层。该方法包括提供具有第一调制频率和振幅的第一光信号。该方法还包括从第一位置到传感器位置传送第一光信号和第二光信号。该方法还包括通过第二调制频率和振幅对第二光信号进行调制，该第二调制频率和振幅从第一光信号转换而来。该方法还包括将第一调制频率与第二调制频率进行比较，以确定相差和时滞之一，并且作为频率的函数来计算传感器及其紧挨围绕物的电化学阻抗谱。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种检测方法和系统。
技术介绍
已知能够进行腐蚀检测的传感器，如在美国专利No. 6，384，610、6，328，878、 6，316，646,5，859，537,6，054，038,6，144，026,4，380，763,4，780，664,4，962，360, 5，323，429,5, 367，583,6, 445，565和6，896，779中有所描述。例如，尽管这些传统方法中 的一些利用“嵌入式”腐蚀传感器，但是传统技术通常采用刚性印刷电路板以及刚性硅晶芯 片。这种技术的缺陷在于厚度和脆性，也就是说，将刚性电路板置于薄环氧树脂或油漆涂层 下面能够导致涂层受到破坏，并且基于硅晶片的传感器易于断裂，而且不能与不平表面贴I=I ο美国专利公开号Nos. 2008-0150555-A1和2007-0144272-A1中还描述了其它腐蚀 检测系统。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种测量传感器及其紧挨围绕物的谱阻抗的方 法。传感器设置在工程结构上，并且涂覆有保护性涂层。该方法包括提供具有第一调制频 率和振幅的第一光信号。该方法还包括从第一位置到传感器位置传送第一光信号和第二光 信号。该方法还包括通过第二调制频率和振幅对第二光信号进行调制，该第二调制频率和 振幅从第一光信号转换而来。该方法还包括将第一调制频率与第二调制频率进行比较，以确定相差和时滞之 一，并且作为频率的函数来计算传感器及其紧挨围绕物的电化学阻抗谱。在一个方面，该传 送步骤包括将第一光信号和第二光信号复用成复合信号，将该第一光信号进行振幅调制， 该第一光信号具有第一波长，第二光信号具有连续的功率，并且具有与第一波长不同的第 二波长。在另一个方面，该方法包括在传感器位置处将复合光信号分解成至少第一和第二 光信号。在另一个方面，该调制步骤包括通过调制装置对第二光信号进行调制，所述调制 装置电连接到所述传感器并且由包含第一光信号电转换的信号供电。在另一个方面，该方法还包括将调制的第二光信号传送至第一位置，并且在第一 位置检测调制的第二光信号。在另一个方面，该计算步骤包括按照下面的公式计算传感器及其紧挨围绕物的电 化学阻抗谱Rc (^) =--其中，Rq(CO)是调制装置的初始阻抗，其中Ptl(CO)是调制装置在传感器位置处的 初始光响应，并且其中P1(O) =A e(i4>)，其中A是在第一位置检测到的调制的第二信号的振幅，并且其中Φ是相差和时滞之一。在另一个方面，在大约0. IHz到大约IMHz的频率范 围上计算电化学阻抗谱。根据本专利技术的另一个方面，用于监视工程结构的物理条件的检测系统包括第一传 感器，该第一传感器能够设置在工程结构上，并能够设置在工程结构的表面与基本上覆盖 该表面的保护性涂层之间，该第一传感器包括调制元件。设置控制器以用于从传感器取回 数据，该控制器包括比较电路和提供频率为ω的C信号的信号发生器。该检测系统还包括一个或多个光纤，其将由控制器产生的光信号耦合到第一传感 器，其中该第一传感器提供与工程结构和保护性涂层对应的电化学阻抗数据。在另一个方 面中，该系统包括光源，其用于产生光信号，其中该光信号包括第一波长的第一光信号，该 第一光信号具有第一调制频率和振幅，其中该第一调制频率和振幅对应于AC信号；和第二 波长的第二光信号，该第二光信号具有连续的功率。在另一个方面，该光源包括第一和第二 窄带光源，其中至少第一窄带光源连接到信号发生器。在另一个方面，该一个或多个光纤包括用于向第一传感器传送第一和第二光信号 的第一光纤。另外，该一个或多个光纤还可以包括从第一传感器向控制器传送返回光信号 的第二光纤，该返回光信号包含调制的第二光信号，该第二光信号具有第二调制频率和振 幅，该第二调制频率和振幅从第一光信号转换而来。在另一个方面，该控制器还包括光复用器，其用于将第一和第二光信号合并为复 合信号，该第一波长与第二波长不同。在另一个方面中，该控制器还包括用于从传感器接收和检测返回光信号的检测 器。在另一个方面，该传感器包括传感器头，其具有设置在安装于工程结构上的柔性基底上 并且由保护性涂层覆盖的图案化导电元件；以及调制装置，其电连接到该传感器头，以接收 第二光信号。在另一个方面，该传感器还包括光信号解复用器，其中，该解复用器沿第二光 路发送第一光信号，并且沿第一光路发送第二光信号。该传感器还可以包括光电二极管阵 列，其设置在第二光路上，用于将第一光信号转换成电信号，其中该调制装置沿第一光路进 行设置，并且其中该调制装置由来自所述光电二极管阵列的电信号供电。在一个方面，该调 制装置包括电致变色开关。在另一个方面，工程结构包括管道系统的管道和环焊缝部分之一。上述本专利技术的内容并非意图描述本专利技术的每一个图示实施例或每种实施方式。附 图及其后的具体实施方式更具体地举例说明了这些实施例。附图说明将参照附图进一步描述本专利技术，其中图IA是根据本专利技术的一个方面的示例性检测系统。图IB是根据本专利技术的另一个 方面的示例性检测系统。图2是根据本专利技术一个示例性方面的嵌入在涂层与工程结构之间的传感器的截 面图。图3Α是根据本专利技术的一个方面的示例性传感器。图3Β是根据本专利技术的另一个方面 的示例性传感器的一部分的局部示意图。图3C是图3Β的电致变色开关的示意图。图4Α和4Β示出了设置在非平坦表面上的示例性传感器的替代实施方式。图5示出了根据本专利技术的一个方面在管道上实施的示例性检测系统。图6A到图6C示出了第一组实验的强度、相位和阻抗结果。图7A和7B示出了来自第二组实验的阻抗结果。虽然本专利技术可修改为各种修改形 式和替代形式，但其细节已通过举例的方式在附图中示出，并且将会作详细描述。但是应该 理解，本专利技术并不限于所叙述的具体实施例。相反，其目的在于涵盖落在由所附权利要求书 限定的本专利技术范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。具体实施例方式本专利技术涉及一种检测方法和系统。具体地讲，示例性实施例的检测方法和系统能 够用于远程检测工程结构上涂层表面的健康状态。在一个示例性方面中，该检测系统利用 光纤干线或网络将一个或多个检测器的阵列与中央控制系统进行连接，以产生电化学阻抗 谱(EIS)测量，中央控制系统能够利用该电化学阻抗谱(EIS)测量提供在测特定工程结构 的实时涂层信息。EIS是一种测试方法，用于通过测量电压和电流的复频相关性描述材料和电属性 特性。在测试过程中，当在工程结构与测试设备之间使用电连接电缆时，能够用于测量EIS 响应的宽频范围，IMHz到0.001Hz，会受到电磁干扰(EMI)的挑战。诸如温度变动等其它因 素也能够影响由电缆传送的电信号。在一个优选方面中，该测试方法和系统通过利用光纤 网来测量并收集EIS数据。本文示例性方面中描述的光纤网络对EMI不敏感，并且光信号 能够传播长距离而且将EIS信息从工程结构返回发送至中央站而不会产生明显失真。在这些示例性实施方式中，检测方法和系统能够被构造为通过数据采集系统提供 关于工程结构的一个或多个物理条件的实时周期性(例如，每小时、每天、每周)数据。与 “预防性”维护不同，这种类型的数据采集系统能够提供针对工程结构的“条件性”维护的实 时数据，从而通过提供数据来更好地排程管理这些对象本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量传感器及其紧挨围绕物的阻抗谱的方法，其中所述传感器设置在工程结构上，并且涂覆有保护性涂层，所述方法包括：提供具有第一调制频率和振幅的第一光信号；将第一光信号和第二光信号从第一位置传送至传感器位置；以第二调制频率和振幅对第二光信号进行调制，所述第二调制频率和振幅从所述第一光信号转换而来；以及将第一调制频率与第二调制频率进行比较，以确定相差和时滞之一，并且作为频率的函数来计算传感器及其紧挨围绕物的电化学阻抗谱。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丁，史蒂文Y余，加里A施里夫，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]