專利名稱：抑制金屬腐蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防止金屬物體(物件)在氧化環(huán)境中氧化的方法及裝置。本發(fā)明尤其涉及在導(dǎo)體上產(chǎn)生表面電流以抑制腐蝕的裝置及方法。
背景技術(shù)：
在氧化環(huán)境中，物質(zhì)會(huì)在適合的條件下接受電子并被還原。這些電子一般來自暴露于氧化環(huán)境的金屬物體的原子。氧化環(huán)境的特征在于存在至少一種化學(xué)物質(zhì)，其原子在該環(huán)境中可通過獲得至少一個(gè)源自該金屬的原子的電子而被還原。在“給予”電子的情況下，該金屬被氧化。當(dāng)氧化過程持續(xù)時(shí)，金屬物體會(huì)降解至無法再用于其所需目的的地步。
在陸地上，氧化普遍發(fā)生，尤其是橋梁及車輛，當(dāng)其暴露于在冷的氣候中散布在路面上以防止結(jié)冰形成的鹽時(shí)。鹽使雪及冰融化并形成鹽水溶液。當(dāng)橋梁及車輛中的鐵或鋼暴露于鹽水溶液時(shí)，則容易被氧化。首先可看見的氧化跡象為在金屬物體表面出現(xiàn)生銹。持續(xù)的氧化會(huì)造成金屬物體結(jié)構(gòu)完整性的削弱。若允許氧化持續(xù)進(jìn)行，則該金屬物體會(huì)生銹穿透并最終崩解，或，就橋梁中的金屬而言，則會(huì)變的太脆弱以至于無法支撐其負(fù)荷。隨著污染物濃度的增加及對(duì)需要更薄的金屬片的更輕、更省燃料的車輛的需求及主架構(gòu)的放棄，該狀況在近幾年來變的更嚴(yán)重。
鹽水溶液亦為造成在海洋環(huán)境中的腐蝕的原因及造成船的外殼、海底管路、及石油工業(yè)使用的鉆井和采油平臺(tái)的氧化的原因。
早期防止腐蝕的方法是靠涂敷一保護(hù)涂層(例如油漆)到金屬物體上。其可防止金屬與氧化環(huán)境接觸，因而防止腐蝕。然而，經(jīng)過長時(shí)間后，保護(hù)涂層會(huì)脫落且金屬的氧化過程會(huì)開始。防止氧化開始的唯一方法是重新涂敷涂層。這是在最佳情況下昂貴的過程在工廠中汽車組裝前，徹底地涂布汽車零件比重新涂布已組裝的汽車容易的多。在其它情況下，例如海底管路，重新涂布處理是不可能的。
其它防止氧化的方法包括陰極保護(hù)系統(tǒng)。其中，將被保護(hù)的金屬物體作為電路的陰極。將將被保護(hù)的金屬物體及陽極連接至電能源，電路從陽極至陰極通過水溶液而接通。電子的流動(dòng)提供必需的電子源至水溶液中的物質(zhì)，其通常造成氧化，因此還原來自將被保護(hù)的金屬(陰極)原子的電子的“給予”。
Byrne的發(fā)明(美國專利第3,242,064號(hào))提供了一種陰極保護(hù)系統(tǒng)，其中直流電(DC)的脈沖被施于將被保護(hù)的金屬表面，例如船的外殼。改變脈沖的負(fù)載循環(huán)以響應(yīng)于包圍船的外殼的水的各種不同情況。Kipps的發(fā)明(美國專利第3,692,650號(hào))揭露了一種應(yīng)用于埋入傳導(dǎo)性土壤的井套管和管道、含有腐蝕物質(zhì)的槽的內(nèi)表面及建筑物的浸沒部分的陰極保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用短脈沖DC電壓及連續(xù)直流電。
現(xiàn)有技術(shù)的陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)于浸在傳導(dǎo)介質(zhì)中(例如海水)的物體或結(jié)構(gòu)不完全有效。其原因是由于被保護(hù)結(jié)構(gòu)的形狀的局部變化和在水溶液環(huán)境中氧化物質(zhì)的濃縮，腐蝕發(fā)展的局部“熱點(diǎn)”被不適當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)，最終造成結(jié)構(gòu)的瓦解。陰極保護(hù)系統(tǒng)很少用于保護(hù)金屬物體，其不只部份浸在傳導(dǎo)介質(zhì)中，例如海水或傳導(dǎo)性土壤。結(jié)果造成橋梁金屬梁及車輛主體無法被這些陰極系統(tǒng)有效地保護(hù)。
Cowatch(美國專利第4,767,512號(hào))提供了一種以防止未浸入傳導(dǎo)介質(zhì)的物體的腐蝕為目的的方法。電流通過將金屬物體處理為電容器的陰極板而施加于該金屬物體。其通過耦合于該金屬物體及提供直流脈沖的裝置之間的電容來實(shí)現(xiàn)。將被保護(hù)的金屬物體及該提供直流脈沖的裝置具有共同接地。在其優(yōu)選實(shí)施例中，Cowatch揭露一裝置，其中5,000至6,000伏特的DC電壓施于通過電介質(zhì)從金屬物體分開的電容器的陽極板。小的、高頻率(1千赫)脈沖的DC電壓被疊加到穩(wěn)定DC電壓上。Cowatch亦指出電介質(zhì)材料的擊穿電壓為約10kV。
因?yàn)楦唠妷菏┯诒┞度祟惡蛣?dòng)物可能與金屬物體或電容耦合的任何其它部分接觸的部位的安全危險(xiǎn)性，Cowatch要求本發(fā)明最大能量輸出的限制。
Cowatch揭示一用于獲得脈沖DC電壓的兩級(jí)裝置。第一階段提供較高電壓AC及較低電壓AC的輸出。在第二階段中，該二個(gè)AC電壓被校正以提供具有重疊DC脈沖的高電壓DC。Cowatch使用至少兩個(gè)變壓器，其中一個(gè)為推/拉飽和鐵心變壓器。因使用變壓器，與該發(fā)明相關(guān)的能量損失是高的。根據(jù)Cowatch中的揭示值，其效率可為非常低(低于10％)。高熱的消散亦需要散熱的方法。此外，該發(fā)明需要用于在不使用的持續(xù)期期間關(guān)閉該裝置的分離裝置以防止電池放電。
一些影響浸沒結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題是由有機(jī)體的生長引起的。例如貽貝為市政供水系統(tǒng)及發(fā)電廠的嚴(yán)重問題。因其快速的生長，其堵塞供水系統(tǒng)或發(fā)電廠正常運(yùn)作所需要的進(jìn)水口，而造成水流的減少。昂貴的清潔操作必須定期的執(zhí)行。藤壺及其它有機(jī)體因會(huì)附著于船的外殼及其它結(jié)構(gòu)的浸沒部分而眾所周知。處理這些問題的常規(guī)裝置包括使用防污涂料及定期徹底清潔。該涂料可能具有不需要的環(huán)境影響但該清潔為昂貴的方法，且當(dāng)清潔時(shí)船舶需要停止使用。這些對(duì)于長期運(yùn)轉(zhuǎn)而言皆不是有效的方法。
本發(fā)明的目標(biāo)為提供金屬物體腐蝕保護(hù)，即使將被保護(hù)的物體未浸入電解質(zhì)中。本發(fā)明的另一目標(biāo)為完成該目標(biāo)而不暴露人類或動(dòng)物于高電壓的危險(xiǎn)中。此外，該裝置亦應(yīng)是節(jié)能的，因此可降低電源的消耗且不需要任何用于散熱的特殊裝置。作為電路的一部分，其亦應(yīng)具有電池電壓監(jiān)控器，若電池電壓降低于預(yù)定的臨界值時(shí)可關(guān)閉脈沖放大器，因而節(jié)省電池電源。這是特別有用的，因?yàn)樵诶涞臍夂驐l件下由于暴露于用于使路面上的冰融化的鹽的腐蝕較易發(fā)生，其亦造成車輛啟動(dòng)時(shí)對(duì)電池較大的需求。除了冷的氣候，高溫及潮濕亦造成腐蝕增加，同時(shí)造成車輛啟動(dòng)對(duì)電池電源需求的增加。本發(fā)明的另一目標(biāo)為抑制浸沒結(jié)構(gòu)上有機(jī)體的生長。最后，本發(fā)明的另一目標(biāo)為若該裝置意外地與具有反向極性的電池接觸時(shí)防止電路傷害。
所以，要求提供腐蝕保護(hù)的改進(jìn)控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為消除或減輕先前腐蝕抑制方法的至少一種缺點(diǎn)。特別地，本發(fā)明的目的為提供用于降低金屬物體腐蝕速率的電路及方法。
在第一方面中，本發(fā)明提供一種降低金屬物體氧化速率的方法。該方法包括以下步驟產(chǎn)生電波形；將電波形耦合至金屬物體；及在金屬物體整體表面上感應(yīng)表面電流以響應(yīng)于電波形。該電波形具有預(yù)定特征且由DC電壓源產(chǎn)生，以使每個(gè)波形具有瞬時(shí)AC分量(temporal AC component)。
在本方面的一實(shí)施例中，耦合步驟包括通過該金屬物體上的至少兩個(gè)接觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)該電波形，產(chǎn)生步驟可包括具有用于產(chǎn)生AC分量的形狀的電波形，且該電波形可包括該金屬物體的共振頻率。在本方面的另一實(shí)施例中，耦合步驟可包括從連接至該金屬物體的第一端子至第二端子電容耦合該電波形，其中該第二端子連接至該DC電壓源的接地端。
在本方面的另一實(shí)施例中，該電容耦合的步驟可包括從該DC電壓源使電容器充電及經(jīng)由該金屬物體將該電容器的存儲(chǔ)電荷放電至在DC電壓源及該金屬物體之間的接地連接以響應(yīng)于該電波形。在本實(shí)施例的另一方面，該電容器可機(jī)械性充電，該電容器的第一端子可連接至該金屬物體，及該電容器的第二端子可連接至該金屬物體遠(yuǎn)離接地連接的區(qū)域，及DC電壓源的極性在使存儲(chǔ)電荷放電后反向。
在本方面的替換實(shí)施例中，該電容耦合步驟可包括由該DC電壓源給電容器充電及使該電容器的存儲(chǔ)電荷放電至耦合到該金屬物體的分布電容器以響應(yīng)于該電波形，其中該感應(yīng)的表面電流在第一方向移動(dòng)以響應(yīng)在該分布電容器上存儲(chǔ)電荷的累積。在本實(shí)施例的一方面中，該耦合步驟可包括在金屬物體上以對(duì)應(yīng)于該信號(hào)脈沖的預(yù)定頻率的頻率使磁場(chǎng)移動(dòng)。
根據(jù)本方面的另一替換實(shí)施例，該耦合步驟可包括用于通過天線發(fā)射由金屬物體接收的對(duì)應(yīng)于該電波形的RF信號(hào)，該產(chǎn)生步驟可包括產(chǎn)生具有約200納秒的上升及下降時(shí)間的電波形，及該產(chǎn)生步驟可包括產(chǎn)生單極DC電波形或雙極DC電波形。
在第二方面中，本發(fā)明提供用于降低金屬物體腐蝕速率的電路。該電路包括具有DC電壓源的充電電路，及耦合至該金屬物體的電流產(chǎn)生電路。該充電電路具有用于提供電容性放電的DC電壓源，其中該DC電壓源的端子連接至該金屬物體。該電流產(chǎn)生電路耦合至該金屬物體用于從該充電電路接收及成形電容性放電，該電流產(chǎn)生電路將該成形的電容性放電耦合至該金屬物體以在其中感應(yīng)表面電流。
在本方面的實(shí)施例中，該充電電路可包括與該DC電壓源并聯(lián)的電容器，及開關(guān)電路，用于在用于給該電容器充電的充電位置將該電容器耦合至DC電壓源，該開關(guān)電路在使該電容器放電的放電位置中將該電容器耦合至輸出。該電流產(chǎn)生電路可包括耦合于該輸出及該金屬物體之間的阻抗裝置用于提供成形的電流波形，被感應(yīng)作為成形的電流波形的表面電流施于該金屬物體。該DC電壓源可包括極性開關(guān)電路用于使該DC電壓源的極性反向。
在本實(shí)施例的一個(gè)方面中，該電流產(chǎn)生電路可包括耦合至該金屬物體的分布電容器，耦合于該輸出及該分布電容器之間的阻抗裝置，該阻抗裝置用于提供成形的電流波形，該分布電容器接收來自該成形的電流波形的電荷以感應(yīng)該表面電流，及放電電路，用于使該分布電容器的電荷放電至該端子以感應(yīng)與該表面電流方向相反的第二表面電流。該放電電路可包括耦合于該分布電容器及放電開關(guān)電路之間的第二阻抗裝置，該放電開關(guān)電路選擇性地將該第二阻抗裝置耦合至該端子。該分布電容器可包括至少兩個(gè)并聯(lián)獨(dú)立極板，其中該至少兩個(gè)并聯(lián)獨(dú)立極板的每個(gè)具有不同表面面積。
本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在參閱以下本發(fā)明的特殊實(shí)施例的描述并結(jié)合附圖應(yīng)對(duì)本發(fā)明的其它方面及特征的理解更為清楚。


現(xiàn)在將用實(shí)例方式參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中圖1A和圖1B是Cowatch的現(xiàn)有技術(shù)的電路圖；圖2是本發(fā)明的裝置的示意圖；圖3A、圖3B和圖3C是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的電路圖；圖4是本發(fā)明的可選實(shí)施例；圖5是本發(fā)明的優(yōu)選相位補(bǔ)償?shù)膬?yōu)選實(shí)施例；圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于將電波形電容耦合至金屬物體的電路；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的用于將電波形電容耦合至金屬物體的電路；以及圖8是測(cè)試面板及控制面板的腐蝕電位對(duì)時(shí)間的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要提供一種通過在金屬物體整體表面上感應(yīng)表面電流以降低該金屬物體中腐蝕速率的方法。該表面電流可通過直接或間接施加具有AC分量的電波形(電子波形)被感應(yīng)，以響應(yīng)于由電路產(chǎn)生的電波形。電波形具有時(shí)變分量(time varying component)，其具有例如頻譜、重復(fù)率、上升/下降時(shí)間、脈沖、正弦曲線、及脈沖與正弦曲線的結(jié)合的特征。金屬主體及適合的電源，例如DC電壓(電池)的負(fù)端子接地。DC電壓源的正端子連接至將低電壓電波形傳至連接到金屬主體的傳導(dǎo)端子的電子電路。用于感應(yīng)該表面電流的電波形中的時(shí)變AC分量在抑制腐蝕中是有效的，且因此其產(chǎn)生是有利的。感應(yīng)表面電流的可選方法包括經(jīng)由金屬主體的直接電容器放電，或在金屬主體上的電磁場(chǎng)的移動(dòng)，或通過產(chǎn)生信號(hào)，其具有源自附著于發(fā)射天線的RF源的適合波形以使發(fā)射信號(hào)可由該金屬主體接收。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，具有形狀傳導(dǎo)以產(chǎn)生該時(shí)變(AC)分量的電波形的產(chǎn)生對(duì)降低氧化速率是有效的。該電波形可(但非必要)包括一頻率，該金屬物體在該頻率會(huì)共振。已證實(shí)具有100uS的標(biāo)稱周期，3uS的寬度及約200納秒的上升及下降時(shí)間的單極脈沖的電波形在防止腐蝕方面是有效的，即使當(dāng)電解質(zhì)不存在時(shí)。已知i)已確定通過該電波形在該金屬體上所感應(yīng)的表面電流是造成腐蝕速率降低的原因；及i)原則上，當(dāng)適當(dāng)?shù)伛詈现两饘傥矬w時(shí)，任何具有AC分量的電波形皆可在金屬物體上感應(yīng)表面電流。因此，應(yīng)很清楚適合用于降低腐蝕速率的適合的電波形的可能數(shù)目實(shí)際上是無限的。這些表面電流可歸因于集膚效應(yīng)現(xiàn)象，其中，高頻電流具有其本身分布有在靠近導(dǎo)體的表面較在其核心更高的電流密度的傾向。
本發(fā)明通過首先參考通過電容耦合以防止金屬氧化的現(xiàn)有技術(shù)方法而被最佳了解。圖1A示出用于Cowatch的發(fā)明的推/拉飽和鐵心變壓器的電路圖。通常，端子1連接至車輛的電氣系統(tǒng)的正極側(cè)，及端子2連接至車輛電氣系統(tǒng)的負(fù)極側(cè)。變壓器81的輸出具有三個(gè)分接頭21、22及23。分接頭21提供該系統(tǒng)接地，22提供12伏特AC及23提供400伏特AC。源自第一級(jí)的輸出供給第二級(jí)，整流脈動(dòng)器，其電路圖顯示于圖1B中。源自23的400伏特AC供給50，源自22的12伏特AC連接至51同時(shí)接地21連接至52。整流脈動(dòng)器的輸出(在77及73之間)為具有重疊在400伏特DC上的12伏特脈沖的400伏特DC。
現(xiàn)描述圖1A及圖1B的電路的特殊配置。在圖1A中，在連接3的芯81、電容器4及電阻器5并聯(lián)于端子1。晶體管6、二極管7、電容器8及電阻器9亦并聯(lián)于電阻器5。電容器4、晶體管6、二極管7、晶體管10及二極管11并聯(lián)于到車輛的電氣系統(tǒng)的負(fù)極側(cè)的連接2。晶體管10在點(diǎn)12(輸入至一次線圈)連接至環(huán)繞飽和鐵氧體磁心變壓器81的第二線圈14。晶體管10在點(diǎn)13(輸出反饋)也連接至環(huán)繞變壓器81的第三線圈15。電容器8及電阻器9在點(diǎn)16(從反饋輸出)連接至環(huán)繞變壓器81的第三線圈15。晶體管6在點(diǎn)17(輸入至一次線圈)連接至環(huán)繞變壓器81的第一線圈18。第一線圈18及第二線圈14各為7匝的20號(hào)線。第三線圈15為9匝的20號(hào)線。第四線圈19為225匝的30號(hào)線，及第五線圈20為10匝的30號(hào)線。
在圖1B中，二極管59及60并聯(lián)于在點(diǎn)50輸入的400伏特AC。在點(diǎn)51輸入的12伏特AC并聯(lián)于二極管53及54。二極管55、56、57及58并聯(lián)于在點(diǎn)52輸入的系統(tǒng)接地。電容器61及62、電阻器65、SCR 76、二極管69及在點(diǎn)71連接于環(huán)繞脈沖變壓器鐵心80的第一線圈78并聯(lián)于二極管53、56、57及60。電容器61、電阻器67及電阻器66并聯(lián)于二極管54及55。電容器62及晶體管75并聯(lián)于電阻器67。電阻器66連接至晶體管75。電阻器65及SCR76并聯(lián)于晶體管75。電阻器68并聯(lián)于二極管58及59。SCR 76、二極管69及電容器64并聯(lián)于電阻器68。電容器64在點(diǎn)72連接至環(huán)繞脈沖變壓器鐵心80的第一線圈78。環(huán)繞脈沖變壓器鐵心80的第二線圈79在點(diǎn)74連接至二極管70。高壓整流二極管70連接至輸出點(diǎn)77。環(huán)繞脈沖變壓器鐵心80的第一線圈78的匝數(shù)與第二線圈79的匝數(shù)的比例為1∶125。
現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)明將具有重疊于高壓DC上的低壓脈沖的高壓DC提供至連接在73及77之間的電容器的陽極板。電容器的陽極板是通過電容墊片從接地金屬物體分離及耦合至接地金屬物體。
圖2為說明本發(fā)明的裝置的操作的功能方塊圖。電池101為用于本發(fā)明的DC電源。電池的一端子連接至接地103。電池的正端子連接至反向電壓保護(hù)器105。該反向電壓保護(hù)器避免反向電池電壓被意外地施于其它電路及損害元件。
功率調(diào)節(jié)器107將電池電壓轉(zhuǎn)換至微處理器111需要的適當(dāng)電壓。在優(yōu)選實(shí)施例中，微處理器需要的電壓為5.1伏特DC。電池電壓監(jiān)控器109比較參考電壓(在優(yōu)選實(shí)施例中為12伏特DC)與電池電壓。若電池電壓高于參考電壓，則微處理器111激活脈沖放大器113及功率指示器115。當(dāng)脈沖放大器由具有微處理器的正輸出的脈沖信號(hào)激活時(shí)，具有正輸出的放大脈沖信號(hào)由脈沖放大器產(chǎn)生并傳送至墊片117。墊片117電容耦合至被保護(hù)的金屬物體119。當(dāng)功率指示器115被激活時(shí)，功率指示器中的功率LED被打開，作為脈沖放大器被激活的指示器。當(dāng)然，當(dāng)電池電壓降至低于參考電壓時(shí)，除了檢測(cè)電池電壓的電路外的所有電路可被關(guān)閉以最小化功率消耗。若電池電壓太低，則電池電壓監(jiān)控器109的使用防止電池的耗盡。
當(dāng)本發(fā)明用于保護(hù)金屬物體時(shí)，例如汽車車身，墊片117具有由適合的電介質(zhì)制成的襯底材料，其在這種情況下與細(xì)纖維玻璃類似并通過高電介質(zhì)強(qiáng)度硅酮膠附著于物體119。在優(yōu)選實(shí)施例中，襯底粘合劑組合具有至少10千伏的擊穿電壓。粘合劑優(yōu)選地為快速硬化粘合劑，其在15分鐘內(nèi)可充分硬化以將電介質(zhì)材料固定到金屬物體。
通過圖2中本發(fā)明的概述，顯示于圖3A至圖3C中的裝置的細(xì)節(jié)較容易了解。圖3A中標(biāo)以數(shù)字147、149、151、153、155、157及159的節(jié)點(diǎn)連接至圖3C中對(duì)應(yīng)標(biāo)示的節(jié)點(diǎn)。由典型汽車蓄電池提供動(dòng)力的單元中該電池的正端子連接至連接板131上的端子133。電池的負(fù)端子連接至車體(“接地”)及連接板131上的端子137。當(dāng)在圖2中被保護(hù)的金屬物體119連接至接地時(shí)，圖2的墊片117連接至連接板131上的端子139。該汽車蓄電池、墊片117及被保護(hù)的金屬物體119及它們的連接未顯示在圖3A中。
圖2的反向電壓保護(hù)電路105包括圖3A中的二極管D3及D4。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，D3及D4為IN4004二極管。該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解通過所顯示的二極管配置，在點(diǎn)141的電壓不在相對(duì)于接地的有效負(fù)電壓，即使該電池連接至具有反向極性的連接板131。其保護(hù)電子元件避免損害并改良現(xiàn)有技術(shù)。如圖3A所示，VCC電壓源連接至R1、R2、C1、D1及微處理器145的VCC輸入的共同端子。
圖2中的功率調(diào)節(jié)器電路107由電阻器R1、齊納二極管D1及電容器C1制成。其將13.5伏特的標(biāo)稱電池電壓轉(zhuǎn)換至微處理器需要的5.1伏特。在優(yōu)選實(shí)施例中，R1具有330Ω的電阻，C1具有0.1μF的電容及D1為IN751二極管。如該領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，齊納二極管具有高穩(wěn)定電壓降用于廣泛范圍的電流。
電容器C8、C9及C10起過濾電池電壓及參考電壓的作用。在優(yōu)選實(shí)施例中，其每一個(gè)皆具有0.2μF的值。C8及C9可被具有0.2μF值的單電容器取代。
該電池電壓監(jiān)控器包括電阻器R2、R3、R4、R5和R6及電容器C4和C5。電壓由微處理器145中的比較器監(jiān)控。分壓器，包括電阻器R2及R3，提供微處理器145管腳P33的穩(wěn)定參考。在優(yōu)選實(shí)施例中，R2及R3每一個(gè)皆具有100KΩ的電阻。從而，以齊納二極管D1的5.1伏特的參考電壓，在微處理器管腳P33的電壓將為2.55伏特。在優(yōu)選實(shí)施例中，微處理器145為Zilog制造的Z86ED4M。
電池電壓由電阻器R5及R6劃分并施于比較器輸入管腳P31及P32。在優(yōu)選實(shí)施例中，R5具有180KΩ的電阻及R6具有100KΩ的電阻。微處理器145中的比較器將在管腳P31及P32的由R5及R6劃分的電池電壓與在管腳P33的2.55伏特的被劃分的參考進(jìn)行比較。只要在管腳P31及P32的電壓降至低于在管腳P33的參考電壓，微處理器感測(cè)低電池電壓并停止傳送信號(hào)至脈沖放大器(論述于下)。經(jīng)由電阻器R4將管腳P00連接至電阻器R5及R6的接點(diǎn)的必要性增加，因?yàn)楸容^器只反應(yīng)在管腳P31和P32的電壓降至低于在管腳P33的參考電壓的轉(zhuǎn)變。管腳P00以約每秒介于0伏特及5伏特之間由微處理器產(chǎn)生脈沖。當(dāng)管腳P00為零伏特時(shí)，在優(yōu)選實(shí)施例中的電阻器R4具有100KΩ電阻，則當(dāng)電池電壓低于11.96伏特時(shí)，在管腳P31和P32的電壓低于在管腳P33的2.55伏特的參考電壓。當(dāng)管腳P00為5伏特時(shí)，在P31及P32的電壓高于2.55伏特。以此方法，微處理器可在連續(xù)操作下感測(cè)低電池電壓。電容器C4及C5提供這些電壓的AC過濾。
該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解用于兩個(gè)電壓電平間循環(huán)管腳P00的需要，及電阻器R4的需要，在其比較器可反應(yīng)參考電壓及電池電壓間實(shí)際不同，而不是低于參考電壓的電池電壓的轉(zhuǎn)變的其它微處理器中為非必要的。
使用微處理器以產(chǎn)生DC電壓的脈沖及使用電池電壓監(jiān)控器以當(dāng)電池電壓降至低于參考電平時(shí)關(guān)閉裝置為現(xiàn)有技術(shù)方法的改良。然而，該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解其有在該項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域中熟知的邏輯電路，例如振蕩器/脈沖產(chǎn)生器電路，其可用于產(chǎn)生脈沖。功率指示器包括LED D2、晶體三極管Q5及電阻器R7、R8及R9。晶體管Q5由在管腳P02的微處理器的正輸出驅(qū)動(dòng)。當(dāng)晶體管Q5開啟時(shí)，LED D2變亮。若電池電壓降低至標(biāo)稱12V，微處理器在管腳P02無正輸出且LED D2關(guān)閉。當(dāng)電池電壓升至高于標(biāo)稱12伏特時(shí)，微處理器在管腳P02上有正輸出且LED D2開啟。
在本優(yōu)選實(shí)施例中，Q5為2N3904晶體管，R7具有3.9KΩ的電阻，R8具有1KΩ的電阻，及R9具有10KΩ的電阻。
當(dāng)電池電壓高于標(biāo)稱12V時(shí)，該微處理器亦在管腳P20產(chǎn)生輸出脈沖。其被傳送至脈沖放大器，脈沖放大器包括電阻器R11-R16及晶體管Q1-Q4。在本優(yōu)選實(shí)施例中，Q1、Q3及Q5為2N3904晶體管，Q2及Q4為2N2907晶體管，R11具有2.7KΩ的電阻，R12及R13各具有1KΩ的電阻，R14及R15具有390Ω的電阻，及R16具有1KΩ的電阻。電容器R7提供用于該脈沖放大器電路的AC過濾，在本優(yōu)選實(shí)施例中，且具有20μF的電容。該脈沖放大器的輸出經(jīng)由連接板131中的139施于附著于車體的耦合墊片117。該輸出具有12伏特的標(biāo)稱振幅。
本發(fā)明中完全無任何變壓器，故可輕易達(dá)到高效能。其降低電池的消耗并為現(xiàn)有技術(shù)的改良。在本優(yōu)選實(shí)施例中，源自該微處理器的管腳P20的信號(hào)包括具有5V振幅、3微秒寬及10kHz重復(fù)率的標(biāo)稱特征的脈沖。對(duì)于該脈沖形式的電波形，施于墊片117的放大脈沖信號(hào)的上升及下降時(shí)間決定其高頻含量，并因此決定該電波形中的瞬時(shí)變化(temporal variation)。在本優(yōu)選實(shí)施例中，形成放大脈沖信號(hào)的每一個(gè)脈沖的上升時(shí)間及下降時(shí)間為約200ns。
在本優(yōu)選實(shí)施例中的微處理器的時(shí)鐘頻率由包括電容器C2及C3及電感器L1的共振電路決定。使用該電路較用于控制微處理器時(shí)鐘的石英晶體節(jié)省成本。其為現(xiàn)有技術(shù)的改良。在本優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)電感器L1具有8.2μH的電感時(shí)，C2及C3具有100pF的電容。該領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識(shí)到其它裝置或電路來提供微處理器的定時(shí)機(jī)構(gòu)。
現(xiàn)參閱圖4，本發(fā)明的替代實(shí)施例是說明其使用內(nèi)部電容器160、導(dǎo)線161及接線柱162以傳送脈沖至金屬物體119，而非電容器墊片117。在圖4中，脈沖放大器113的輸出附著于電容器160的正極側(cè)。電容器160的負(fù)極側(cè)附著于導(dǎo)線161，導(dǎo)線附著于接線柱162。源自脈沖放大器113的輸出脈沖是因此通過由電容器160、導(dǎo)線161及附著于金屬物體119的接線柱162形成的路徑傳送至金屬物體119。
現(xiàn)參閱圖5，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中是顯示具有二個(gè)或多個(gè)電極的系統(tǒng)的相位傳感器及調(diào)整電路。本發(fā)明將用于附著的兩個(gè)或多個(gè)電極提供給大金屬結(jié)構(gòu)，例如儲(chǔ)水槽及金屬貯藏棚或大車輛。第一及第二電極附著于被處理的金屬結(jié)構(gòu)或車輛，以使本發(fā)明的功效同時(shí)施于二個(gè)或多個(gè)點(diǎn)。每一個(gè)電極將時(shí)變電波形施加到被處理的物體。正弦波形為可施加的優(yōu)選波形的實(shí)例，然而任何適合的波形皆可施用且具有同樣功效。短電纜上的第一電極施于金屬物體上的一個(gè)點(diǎn)，及附著于較長電纜上的第二電極施于被處理的金屬物體上的第二點(diǎn)。相位傳感器用于調(diào)整信號(hào)，以使長電纜及短電纜的阻抗不同不影響兩個(gè)施加的信號(hào)的相位同步關(guān)系。即，確定施于金屬物體與第一及第二電纜的復(fù)阻抗的信號(hào)的相位關(guān)系，且相位補(bǔ)償及調(diào)整施于每一電纜的信號(hào)，以使在每一電纜的遠(yuǎn)端的信號(hào)為相位同步或?yàn)樵谑┯诮饘傥矬w時(shí)的相位。高壓保護(hù)電路被提供以保護(hù)本發(fā)明避免高壓尖脈沖或沖擊的傷害。變速閃爍發(fā)光二極管(LED)被提供以顯示滿、臨界及低的功率電平。
如圖5所示，第一導(dǎo)線161及第二導(dǎo)線166由脈沖放大器213分別經(jīng)由信號(hào)線216及214驅(qū)動(dòng)，以響應(yīng)于由微處理器111提供的信號(hào)脈沖。脈沖放大器213包括相位延遲電路以調(diào)整任何因電纜161及電纜166之間阻抗不同的相位延遲，電纜可為不同長度并因此表現(xiàn)不同的阻抗及相位延遲。在每一電纜中的不同阻抗傾向于當(dāng)經(jīng)由接線柱162或167施于該物體時(shí)，獨(dú)立轉(zhuǎn)移在電纜遠(yuǎn)端的每一輸出信號(hào)的相位。因此，本發(fā)明提供相位補(bǔ)償，即相位感測(cè)到接線柱或物體的作用點(diǎn)的每一輸出信號(hào)，及適當(dāng)?shù)南辔谎a(bǔ)償或延遲以使每一輸出信號(hào)至相位同步。如此，本發(fā)明監(jiān)控及調(diào)整在每一接線柱162及167的輸出信號(hào)的相位。否則，施加的信號(hào)不是相位同步且造成輸出信號(hào)的作用功效較低。更有效地調(diào)整每一接線柱施加的信號(hào)的相位，以使每一接線柱信號(hào)的峰值與施于金屬物體的其它接線柱峰值一致。如此，本發(fā)明確保施于金屬物體的每一接線柱的每一信號(hào)為相位同步。
在每一接線柱的每一信號(hào)的相位可通過附著每一接線柱162及167于相位傳感器170以在信號(hào)通過傳送電纜161及166和電容器160及165后，確定在每一接線柱162及167的每一信號(hào)的相位關(guān)系而確定。微處理器111確定相位差異并傳送相位延遲信號(hào)至脈沖放大器213，其施加相位延遲信號(hào)于傳送至每一電纜的脈沖，以使該信號(hào)當(dāng)經(jīng)由接線柱施于物體時(shí)為相位同步。該相位傳感器及脈沖放大器亦可感測(cè)及調(diào)整介于兩個(gè)施加的信號(hào)間的復(fù)阻抗的不同。類似電路被用于調(diào)整本實(shí)施例中施加的信號(hào)的相位，其中，電容耦合被用于將信號(hào)施加到物體。
功率指示器215包括電壓感測(cè)電路、閃爍器及電壓指示及LED。功率指示器電路造成LED當(dāng)供應(yīng)電壓為12伏特時(shí)以1/8赫閃爍，及當(dāng)供應(yīng)電壓低于12伏特及高于11.7伏特時(shí)以1/4赫閃爍，及當(dāng)供應(yīng)電壓低于11.7伏特時(shí)以1/2赫閃爍。沖擊電壓保護(hù)電路172被提供以保護(hù)本發(fā)明避免因調(diào)節(jié)器失效或其它高壓源產(chǎn)生高壓。
如前述顯示于圖5的本發(fā)明的說明，微處理器111可產(chǎn)生電波形，例如一連串的脈沖，用于到金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。如前所述，電波形具有時(shí)變分量，及可為脈沖形式或正弦形式，及具有不同特征例如特殊頻譜、重復(fù)率、上升/下降時(shí)間。在本實(shí)施例中，在金屬結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生或感應(yīng)的表面電流對(duì)抑制該金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕有效。當(dāng)表面電流可產(chǎn)生以響應(yīng)于施于時(shí)變電波形，微處理器111及脈沖放大器113提供以單極脈沖DC為基礎(chǔ)的信號(hào)。然而，該信號(hào)的傅利葉變換顯示除了DC分量，該信號(hào)亦包括許多AC分量。通?？捎^察到最高頻率分量被發(fā)現(xiàn)為約0.35/Trf，這里Trf為脈沖的上升/下降時(shí)間，其一直較低。雖然單極DC信號(hào)用于本實(shí)施例，但亦可使用雙極DC信號(hào)替代且具有同樣功效。單極信號(hào)是指只在正或負(fù)方向產(chǎn)生電壓或電流偏移的信號(hào)，然而雙極信號(hào)是指在正或負(fù)方向兩者皆產(chǎn)生電壓或電流偏移的信號(hào)，例如正弦波形。
該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解在數(shù)字信號(hào)通訊的領(lǐng)域，承載數(shù)字信號(hào)的線可表現(xiàn)不需要的電感及電容特征。因此其可表現(xiàn)為可造成不需要的瞬態(tài)及在電路接收端信號(hào)振鈴的共振LC電路。在高傳送速率中上升及下降時(shí)間會(huì)變化，若輕視則會(huì)造成嚴(yán)重的問題。雖然數(shù)字信號(hào)通訊領(lǐng)域中的業(yè)者已嘗試最小化該作用，此瞬態(tài)對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例為優(yōu)選的。這些脈沖形式的電波形的瞬態(tài)(transient)AC分量會(huì)增加頻率分量，在其處有效的LC電路振蕩，且因此增加降低腐蝕速率的表面電流產(chǎn)生。注意到該電波形可具有任何形狀，只要其具有時(shí)變(AC)分量。必然地，對(duì)于脈沖形式的波形，微處理器111可設(shè)定為提供高頻率及短上升/下降時(shí)間的脈沖信號(hào)，以產(chǎn)生該時(shí)變(AC)分量。當(dāng)然，該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解任何適合的高速脈沖產(chǎn)生電路皆可用于代替微處理器111。
注意到若該電波形包括金屬物體共振的頻率表面電流產(chǎn)生可被增加。因車輛為與AC電激發(fā)有關(guān)的復(fù)雜電子結(jié)構(gòu)，其可在許多由電波形所產(chǎn)生的頻率下具有電子共振。該車輛準(zhǔn)確的共振頻率是由該車輛的結(jié)構(gòu)及存在于電路及用于連接該電路的線中的寄生電容及電感而確定。不僅導(dǎo)致將增大表面電流，該表面電流將有效率地放射，轉(zhuǎn)變?cè)摻饘傥矬w為有效的天線。如此，通過選擇適當(dāng)?shù)牟ㄐ涡螤?，和因此的頻率光譜，可得到最佳的腐蝕抑制。然而，該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解優(yōu)選為控制此過程以避免RF干擾問題。
在一替代實(shí)施例中高頻率分量是不可能或不需要的，該高頻率分量可通過降低存在于電波形中的最大變化率而最小化。對(duì)于脈沖波形，這意味著脈沖的上升及下降時(shí)間的減少。注意到具有適度上升及下降時(shí)間的低負(fù)載循環(huán)脈沖波形對(duì)于在被保護(hù)的金屬主體上感應(yīng)表面電流是有效的。適度上升及下降時(shí)間是指類似于本發(fā)明的實(shí)施例中揭示的那些時(shí)間。特別地，注意到脈沖波形的具有適當(dāng)持續(xù)期間的上升及下降時(shí)間主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生該表面電流。用于最小化信號(hào)上升/下降時(shí)間的電路技術(shù)為該領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。
用于在金屬物體產(chǎn)生表面電流的替代技術(shù)為將電波形直接電容耦合于金屬物體以感應(yīng)表面電流產(chǎn)生。其可通過經(jīng)由金屬物體的直接放電或經(jīng)由電場(chǎng)感應(yīng)表面電流產(chǎn)生而實(shí)現(xiàn)。接下來為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于將電波形電容耦合至金屬物體的電路的描述。
圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于通過直接放電而耦合電波形至金屬物體的電路的示意圖。該電路包括具有用于提供電容放電的DC電壓源的充電電路，及耦合至金屬物體以接受及成形源自充電電路的電容放電的電流產(chǎn)生電路。DC電壓源的端子連接至金屬物體，及電流產(chǎn)生電路將成形的電容放電施加到金屬物體用于在其中感應(yīng)表面電流。電容耦合電路300包括DC電壓源302，例如電池、阻抗裝置304及306、電容器308、開關(guān)310及金屬物體312。在本實(shí)施例中，DC電壓源302、阻抗裝置304、電容器308及開關(guān)310形成充電電路用于提供從電容器308經(jīng)由開關(guān)310的電容放電。特別地，電容器308并聯(lián)于DC電壓源302，及開關(guān)310將電容器308耦合至在用于給電容器充電的充電位置的DC電壓源302，及耦合至在用于使電容器308放電的放電位置的輸出。在本實(shí)施例中，該輸出可為開關(guān)310的節(jié)點(diǎn)“1”，及該電流產(chǎn)生電路包括阻抗裝置306。當(dāng)電容器308充電時(shí)阻抗裝置304限制電流，及阻抗裝置306用于成形施于金屬物體312的電波形。雖然未顯示，電壓源302包括使其極性相反的極性開關(guān)電路。控制開關(guān)310以電連接電容器308的極板于圖6中的位置1或位置2。優(yōu)選地，電容器308的兩端子在金屬物體312上以互相遠(yuǎn)離一定距離連接。該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解阻抗裝置304、306、電容器308及電壓源302的特殊類型及值為設(shè)計(jì)參數(shù)。換句話說，其值是經(jīng)選擇的以確保感應(yīng)對(duì)降低金屬物體312腐蝕速率有效的表面電流。
在操作時(shí)，開關(guān)310設(shè)定至位置2以由電壓源302經(jīng)由阻抗裝置304給電容器308充電。假設(shè)在本實(shí)施例中電壓源302以連接于電容器308的底板的負(fù)端子開始。當(dāng)充電時(shí)，開關(guān)310被轉(zhuǎn)換至位置1以經(jīng)由金屬物體312經(jīng)由阻抗裝置306放電所存儲(chǔ)的電荷。如此，表面電流經(jīng)由金屬物體產(chǎn)生，而電容器308的頂板上的正電荷經(jīng)由金屬物體312放電。接著開關(guān)310被轉(zhuǎn)換回位置2且電壓源302的極性經(jīng)由極性開關(guān)電路反向，以使電容器308的底板轉(zhuǎn)為帶正電荷的。當(dāng)開關(guān)310被轉(zhuǎn)換至位置1時(shí)，相反方向的表面電流經(jīng)由金屬物體312產(chǎn)生。因此，當(dāng)開關(guān)310在位置1及2之間轉(zhuǎn)換時(shí)，電荷施于該金屬物體312并從該金屬物體抽取，及在開關(guān)310每次返回位置2時(shí)電壓源302的極性被反向。
據(jù)此，電容器308充電及放電的頻率可由微處理器111控制，且特別地由微處理器111提供的電波形控制。更特別地，開關(guān)310及電壓源302的開關(guān)電路可由電波形控制。因此，電波形有效地耦合至金屬物體，因電容器308的放電電壓對(duì)應(yīng)于電波形的激活階段。在替代實(shí)施例中，許多并行工作的電容器可選擇性地連接于金屬物體以確保表面電流經(jīng)由金屬物體312被感應(yīng)，及電容器可通過作用于分離電容器極板的電介質(zhì)被機(jī)械性充電。此外，該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解雙極電壓源可用于取代圖6描述的單極電壓源302以排除極性開關(guān)電路的需要。
圖7顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于通過電場(chǎng)感應(yīng)表面電流產(chǎn)生而耦合電波形至金屬物體的電路圖。該電路包括具有DC電壓源的充電電路以提供電容放電，及耦合至金屬物體的電流產(chǎn)生電路以接收及成形源自充電電路的電容放電。該DC電壓源的端子連接至金屬物體，及該電流產(chǎn)生電路將成形的電容放電施加到該金屬物體以在其中感應(yīng)表面電流。電路350包括顯示于圖6的電路300的相同的元件，并以相同的配置排列，但增加第三阻抗裝置352、第二開關(guān)354及分布電容器極板356。在本實(shí)施例中，DC電壓源302、阻抗裝置304、電容器308及開關(guān)310形成充電電路用于提供從電容器308經(jīng)由開關(guān)310的電容放電。特別地，DC電壓源302，及開關(guān)310并聯(lián)于電容器308，將電容器308耦合至在用于給電容器充電的充電位置的DC電壓源302，及耦合至在用于給電容器308放電的放電位置的輸出。在本實(shí)施例中，該輸出可為開關(guān)310的節(jié)點(diǎn)“1”。該電流產(chǎn)生電路包括阻抗裝置306、分布電容器極板356、及包括阻抗裝置352及開關(guān)354的放電電路。阻抗裝置352當(dāng)其經(jīng)由開關(guān)354放電時(shí)成形電流信號(hào)，及分布電容器極板356可為許多位于沿著金屬物體312的不同位置的獨(dú)立的電容器極板。在本實(shí)施例的變化中，每一個(gè)形成分布電容器極板356的獨(dú)立的電容器極板可具有其自己的阻抗裝置352及開關(guān)354。如圖6中，該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解阻抗裝置304、306、352、電容器308及電壓源302的特殊類型及值為經(jīng)選擇以確保有效表面電流產(chǎn)生的設(shè)計(jì)參數(shù)。此外，每一獨(dú)立電容器的表面區(qū)域可裁剪(tailor)以產(chǎn)生用于金屬物體312上特殊位置的所需的表面電流強(qiáng)度。裁剪可能是需要的以補(bǔ)償金屬物體312及/或連接于金屬物體312的元件的形狀，其會(huì)影響表面電流的分布。
在操作時(shí)，當(dāng)開關(guān)354開啟時(shí)，開關(guān)310被置于位置2以通過電壓源302經(jīng)由阻抗裝置304給電容器308充電。假設(shè)在本實(shí)施例中的電壓源302已被配置，以使其負(fù)端子連接于電容器308的底板。當(dāng)開關(guān)354開啟時(shí)，開關(guān)310被轉(zhuǎn)換至位置1以通過分布電容器極板356經(jīng)由阻抗裝置306分布或均分存儲(chǔ)電荷。因此，當(dāng)分布電容器極板356充電時(shí)表面電流經(jīng)由金屬物體產(chǎn)生。更特別地，當(dāng)分布電容器極板356充電時(shí)，感應(yīng)在第一方向流動(dòng)的表面電流。當(dāng)開關(guān)310在位置2時(shí)，開關(guān)354被轉(zhuǎn)換至閉合位置以使分布電容器極板356放電并感應(yīng)以第二及相反方向流動(dòng)的表面電流。據(jù)此，當(dāng)開關(guān)310在位置2時(shí)，電容器308開始充電。然后此循環(huán)通過設(shè)置開關(guān)354于開啟位置而終止。
據(jù)此，電容器356充電及放電的頻率可由微處理器111控制，且特別地由微處理器111所提供的電波形控制。更特別地，開關(guān)310及354可由電波形控制，以維持前述的開關(guān)操作順序。因此，此電波形有效地耦合至金屬物體，因分布電容器極板356以與電波形的頻率相關(guān)的頻率充電及放電。該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解微處理器111可配置以產(chǎn)生超過一個(gè)以上的電波形，以使每一個(gè)電波形以適當(dāng)順序控制開關(guān)310及354。
本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為可在金屬物體的不同位置通過調(diào)整分布電容器極板356的獨(dú)立電容器的值及分量的數(shù)值而定制表面電流的彈性化。因此，遍及金屬物體整體表面的腐蝕降低可最大化，不論其形狀或大小。
前述用于在金屬物體產(chǎn)生表面電流的技術(shù)需要介于脈沖信號(hào)產(chǎn)生器電路及金屬物體之間的物理連接。產(chǎn)生表面電流的非接觸方法可包括產(chǎn)生電磁場(chǎng)以感應(yīng)表面電流。例如，在金屬表面上移動(dòng)磁場(chǎng)可感應(yīng)渦流，其中一些為表面電流。該磁場(chǎng)可由永久磁鐵提供，其可以越過可由微處理器111控制的頻率的金屬物體表面。因此，信號(hào)脈沖有效地耦合至金屬物體，因產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置在金屬物體的特定區(qū)域上移動(dòng)，以響應(yīng)于該信號(hào)脈沖的激活階段。
另一個(gè)用于產(chǎn)生表面電流的非接觸技術(shù)包括以適當(dāng)?shù)男螤?波形)從RF源經(jīng)由天線傳送信號(hào)，以使所傳送的信號(hào)由金屬物體接收。據(jù)此，在本替代實(shí)施例中的信號(hào)脈沖可用于使用已知RF電路產(chǎn)生RF信號(hào)，其接著經(jīng)由所傳送的信號(hào)耦合至金屬物體。
因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，金屬物體的腐蝕或氧化速率可通過從由適合的電能來源(例如DC電壓源)提供動(dòng)力的適合的波形產(chǎn)生電路產(chǎn)生具有預(yù)定特征的電波形而降低。通過將產(chǎn)生的電波形耦合至金屬物體，在金屬物體的整體表面感應(yīng)表面電流。當(dāng)電容耦合及非接觸技術(shù)中該電波形不直接耦合至金屬物體時(shí)，當(dāng)其可用于控制其它元件以感應(yīng)表面電流時(shí)，其被視為非直接地耦合至金屬物體。該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解電路的設(shè)計(jì)及裝置參數(shù)必須小心選擇以確保對(duì)時(shí)變數(shù)字信號(hào)敏感的鄰近系統(tǒng)無干擾。
因表面電流可以用低DC電壓源產(chǎn)生，本發(fā)明的實(shí)施例可用于許多可實(shí)施的應(yīng)用，因低壓電池，例如12伏特DC電池，為易取得的且比現(xiàn)有技術(shù)中所需的高電壓源更普及。
為確認(rèn)本發(fā)明實(shí)施例的腐蝕抑制功效，在準(zhǔn)備用作車體面板的金屬面板上進(jìn)行腐蝕測(cè)試。表面電流測(cè)試在車輛上進(jìn)行以確保當(dāng)裝置被激活抑制腐蝕時(shí)表面電流存在。
本發(fā)明的電路實(shí)施例的腐蝕抑制功效(是指從該點(diǎn)向前作為模塊)通過劃該面板以暴露裸金屬而測(cè)試。由標(biāo)準(zhǔn)汽車蓄電池提供動(dòng)力的模塊使其端子連接于金屬面板的背面。該測(cè)試面板及類似被劃的“控制”面板兩者連續(xù)以鹽溶液噴涂持續(xù)超過500小時(shí)。設(shè)置至每一面板刮的位置的電極在持續(xù)的測(cè)試期間監(jiān)控每一面板的電位。目視檢查清楚地顯示該測(cè)試面板較控制面板經(jīng)歷顯著少的腐蝕，其由缺少銹點(diǎn)而證明。此外，每一面板的電位測(cè)量顯示測(cè)試面板最終達(dá)到約150mV的電位，其較控制面板的電位更負(fù)。電壓電位(伏特)對(duì)時(shí)間(小時(shí))的曲線圖的結(jié)果顯示于圖8，其測(cè)試面板電位以菱形顯示及控制面板電位以方塊顯示。因此，結(jié)論為本發(fā)明的實(shí)施例感應(yīng)的測(cè)試面板的較負(fù)的電位促成腐蝕抑制。
表面電流測(cè)試包括連接該模塊至車輛并使用已知技術(shù)測(cè)量表面電流。特別地，模塊的一端子連接于車輛的駕駛側(cè)接地螺栓及模塊的其它端子連接于在車輛乘客側(cè)上的擋板面板螺栓。具有校正回路電流探針的無線電接收器用于檢測(cè)及測(cè)量車體不同位置的表面電流。該測(cè)試的結(jié)論為表面電流可在車輛整體表面上檢測(cè)到。
因此，根據(jù)前述本發(fā)明的實(shí)施例，該測(cè)試證實(shí)腐蝕可經(jīng)由產(chǎn)生表面電流而被抑制。
雖然上述本發(fā)明的實(shí)施例在無電解質(zhì)存在的情況下可有效降低金屬的腐蝕速率，但其在電解質(zhì)存在的情況下亦同樣有效。此外，雖然低電壓DC電壓源說明于前述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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(fā)明的實(shí)施例可應(yīng)用于大型金屬結(jié)構(gòu)例如具有金屬外殼的海船。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種降低金屬物體氧化速率的方法，包括a)由DC電壓源產(chǎn)生具有預(yù)定特征的電波形，每一電波形具有瞬時(shí)AC分量；b)將所述電波形耦合至所述金屬物體；及c)響應(yīng)于所述電波形，在所述金屬物體的整體表面上感應(yīng)表面電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述耦合的步驟包括驅(qū)動(dòng)所述電波形通過所述金屬物體上的至少兩個(gè)接觸點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述產(chǎn)生的步驟包括產(chǎn)生具有用于產(chǎn)生所述AC分量的形狀傳導(dǎo)的電波形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述電波形包括所述金屬物體的共振頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述耦合的步驟包括將所述電波形從連接至所述金屬物體的第一端子電容耦合至第二端子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，所述第二端子連接至所述DC電壓源的接地端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述電容耦合的步驟包括響應(yīng)于所述電波形，由所述DC電壓源給電容器充電及經(jīng)由所述金屬物體將所述電容器的存儲(chǔ)電荷放電至所述DC電壓源及所述金屬物體之間的接地連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述電容器被機(jī)械地充電。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述電容器的第一端子連接至所述金屬物體及所述電容器的第二端子連接至所述金屬物體遠(yuǎn)離接地連接的區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述DC電壓源的極性在使所述存儲(chǔ)電荷放電后反轉(zhuǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述電容耦合的步驟包括響應(yīng)于所述電波形，由所述DC電壓源給電容器充電及使所述電容器的存儲(chǔ)電荷放電至耦合到所述金屬物體的分布電容器，響應(yīng)于在所述分布電容器上的存儲(chǔ)電荷的累積，所述感應(yīng)的表面電流在第一方向上流動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，所述電容耦合的步驟進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述電波形，使所述分布電容器放電，響應(yīng)于所述分布電容器的放電，所述感應(yīng)的表面電流在與第一方向相反的第二方向上流動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述耦合的步驟包括在金屬物體上以對(duì)應(yīng)于所述信號(hào)脈沖的預(yù)定頻率的頻率移動(dòng)磁場(chǎng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述耦合的步驟包括通過天線發(fā)射由金屬物體接收的對(duì)應(yīng)于所述電波形的RF信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述產(chǎn)生的步驟包括產(chǎn)生具有約200奈秒的上升時(shí)間及下降時(shí)間的電波形。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述產(chǎn)生的步驟包括產(chǎn)生單極DC電波形。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述產(chǎn)生的步驟包括產(chǎn)生雙極DC電波形。
18.一種降低金屬物體腐蝕速率的電路，包括一充電電路，其具有用于提供電容放電的DC電壓源，所述DC電壓源的端子連接至所述金屬物體；以及，一電流產(chǎn)生電路，其耦合至所述金屬物體用于從所述充電電路接收及成形電容放電，所述電流產(chǎn)生電路將所述成形的電容放電耦合至所述金屬物體用于在其中感應(yīng)表面電流。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的電路，其中，所述充電電路包括一電容器，其平行耦合至所述DC電壓源，及一開關(guān)電路，用于將所述電容器耦合至在用于使所述電容器充電的充電位置的DC電壓源，所述開關(guān)電路將所述電容器耦合至用于使所述電容器放電的放電位置中的輸出。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的電路，其中，所述電流產(chǎn)生電路包括耦合于所述輸出及所述金屬物體之間的阻抗裝置用于提供成形的電流波形，感應(yīng)作為成形的電流波形的表面電流被施加至所述金屬物體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的電路，其中，所述DC電壓源包括極性開關(guān)電路用于使所述DC電壓源的極性反向。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的電路，其中，所述電流產(chǎn)生電路包括一分布電容器，其耦合至所述金屬物體，一阻抗裝置，其耦合于所述輸出及所述分布電容器之間用于提供成形的電流波形，所述分布電容器接收來自所述成形的電流波形的電荷以感應(yīng)所述表面電流，以及一放電電路，用于使所述分布電容器的電荷放電至所述端子，用于感應(yīng)與所述表面電流方向相反的第二表面電流。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的電路，其中，所述放電電路包括耦合于所述分布電容器及放電開關(guān)電路之間的第二阻抗裝置，所述放電開關(guān)電路有選擇地將所述第二阻抗裝置耦合至所述端子。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的電路，其中，所述分布電容器包括至少兩個(gè)并聯(lián)獨(dú)立板。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的電路，其中，所述至少兩個(gè)并聯(lián)獨(dú)立板中的每一個(gè)都具有不同的表面面積。
全文摘要
本發(fā)明主要提供一種在金屬物體整體表面上感應(yīng)一表面電流以防止該金屬物體腐蝕的方法。該表面電流可通過直接或間接施加具有由電路產(chǎn)生的AC分量的電波形被感應(yīng)。金屬主體和DC電壓源(電池)的負(fù)端子接地。DC電壓源的正端子連接至將低電壓DC的電波形傳至連接至金屬主體的傳導(dǎo)端子的電子電路。感應(yīng)表面電流的替代方法包括經(jīng)由金屬主體的直接電容放電，或在金屬主體上電磁場(chǎng)的移動(dòng)，或通過產(chǎn)生附著于發(fā)射天線的RF信號(hào)以使發(fā)射信號(hào)由該金屬主體接收。
文檔編號(hào)C23F13/00GK1699625SQ20051006952
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月17日
發(fā)明者麥克·E·路易斯 申請(qǐng)人:加拿大專屬保存公司