具有监视系统的被涂覆结构、监视系统和用于监视被涂覆结构的状况的方法与流程

1.本公开涉及一种被涂覆结构，其包括具有基体表面的基体、在基体界面中联接到基体表面并在厚度方向上延伸至外涂层表面的涂层。
2.传感器嵌入涂层中，并且数据记录器被布置用于与电极结构通信输入信号和输出信号。基于输出信号，计算机单元可以提供至少两个不同的指标，每个指标与涂层或结构的特性相关。


背景技术：

3.例如，由钢或混凝土制成的各种结构都涂有涂层系统。该涂层系统可以用于不同目的，尤其是防范大气退化(包括腐蚀、褪色和uv造成的退化等)、减少污垢、耐磨性、耐化学性、防止反射，或仅仅提供美观的外观。
4.在理想状况下，涂层表现出预定义的预期特性，例如，对空气、水或腐蚀性物质进入的特定级别的防护，因此它保持了结构的预期状况。随着时间的推移，裂缝或涂层退化(即，涂层中的缺陷或改变)变)降低预期效果，并且可能需要定期维护或修理。
5.涂层的退化可以由外部因素(诸如温度、暴露于包括水在内的化学物质、暴露于uv辐射等)造成，并且退化可以集中在例如涂层的着色部分或粘合剂系统上。这种类型的故障的症状是涂层完整性损失或涂层主要特性的改变。退化的早期迹象是涂层中存在水或其它化学物质。
6.机械故障(即，涂层的机械特性的损失，例如起泡、开裂、分离、分层等)可以由温度、冲击、涂层层之间的涂层间粘合问题、疲劳状况等造成。
7.例如，如果表面准备没有适当地完成或如果膜上存在蠕变下腐蚀，那么被涂覆结构的表面上会发生腐蚀。
8.几十年来，电化学阻抗谱(eis)测量一直被用于测量不同类型电解质的介电常数。它已被确立为分析涂层特性的良好技术。eis已经研究了聚合物阻隔涂层的质量。这在“electrochemical impedance of organic-coated steel:correlation of impedance parameters with long-term coating deterioration”j.electrochem.soc.136，4，1989，第979-990页中有所报道。
9.此外，在lee、chan-young、lee、seung
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kyoung和park，jin-hwan在第17届its世界大会上发表的论文：“correlation between surface deterioration degree and electrochemical impedance spectroscopy results for epoxy primer-coated steel found correlation between the magnitude of the low frequency impedance and long-term deterioration”中，发现了环氧底漆涂覆的钢的表面劣化程度与eis之间的关联。
10.eis是一种成熟的方法，其用于基于使用位于涂层外部的电极进行的测量来分析标准电极配置中和便携式电池中的涂层退化和腐蚀。


技术实现要素：

11.一个目的是提高监视被涂覆结构的能力，特别是用于监视涂层退化和/或涂层的机械特性损失形式的机械故障的能力。另一个目的是提供一种用于监视被涂覆结构的表面上的腐蚀和水或被涂覆结构中的水的结构和系统。
12.当在本文中使用时，术语“被涂覆结构”是包括基体和施加在基体的表面上的涂层系统的结构。具有监视系统的被涂覆结构是如权利要求中指定的具有传感器、i/o设备和计算机单元的被涂覆结构。
13.根据这些和其它目的，本公开在第一方面提供了一种具有监视系统的被涂覆结构。被涂覆结构包括具有基体表面的基体、在基体界面中联接到基体表面以及沿着基体表面在纵向方向上延伸并在厚度方向上延伸到外涂层表面的涂层、包括嵌入涂层中的至少一个电极的传感器。
14.i/o设备被配置为在传感器中生成输入信号并从传感器读取输出信号。
15.数据记录器被配置为记录来自i/o设备的输出信号，并且计算机单元被配置为处理来自数据记录器的被记录信号以确定至少两个不同的指标，每个指标与涂层或结构相关。
16.计算机单元可以特别地用第一算法处理记录的信号以提供第一指标并且用第二算法处理记录的信号以提供第二指标。
17.在一个实施例中，数据记录器由计算机单元本身构成，在另一个实施例中，数据记录器由i/o设备构成，并且在一个实施例中，其是分离的单元。
18.以下示例的非限制性列表展示了实现监视系统的不同方式。
19.1.由于同一个监视系统提供两个分离的指标，它可以使用同一个传感器同时提供指标。如果i/o设备提供频率扫描，那么指标可以通过使用相同的频率扫描来提供，它们可以通过使用相同的电源、相同的电子器件等来定义。因此，至少两个分离的指标都可以以一致的方式定义。这为比较两个指标或组合两个指标提供了提高的机会。
20.2.至少两个分离的指标可以表达不同的特性，例如水扩散、退化、离子存在、腐蚀或开裂，并且至少两个指标可以被组合以定义表达被涂覆结构的进一步的状况的状况值，该状况值取决于若干个分离的指标。
21.3.在涂层中的不同位置，例如不同水平，可以导出至少两个指标。在这个示例中，指标都可以涉及相同的特性或不同的特性。再次，至少两个指标可以被组合以定义状况值，例如，该状况值表达不同位置处的指标之间的差异。
22.4.至少一个指标可以形成在涂层的固化期间可以使用的参考指标。
23.5.至少一个指标可以基于正弦形ac信号确定，并且至少两个指标中的另一个可以基于脉冲dc信号。
24.6.计算机单元可以编程有应用于输出信号以获得第一指标的第一算法，以及编程有应用于输出信号以获得第二指标的第二算法。
25.当在本文中使用时，涂层或结构的特性被认为是涂层或结构的某种特点，并且特别是可以被观察并通过某些元素(诸如水、诸如氯化物之类的离子、腐蚀或退化，并且特别是随时间改变的元素)的存在来表达的特点。在下文中，术语“特性”仅指这些元素中的一种或多种的存在
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即，涂层的特性可以是涂层上或涂层中的水，它可以是离子的存在，它可以
是涂层的退化，或者它可以是涂层的开裂。同样，基体的特性可以是基体的腐蚀或基体的开裂。当本文提及离子时，它特别可以是氯离子。
26.一个指标可以定义选自包括以下的组的特性：水扩散、退化、离子存在、基板和/或涂层的开裂以及基板的腐蚀。另一个指标可以定义从同一组中选择的相同的特点或另一个特点。
27.至少两个指标中的一个可以在一个位置定义特性，并且至少两个指标中的另一个可以在另一个位置处定义相同的特性或另一个特性。在一个示例中，两个不同位置可以在平行于基体表面或外涂层表面的方向上侧向移位，并且在另一个示例中，这些位置在垂直于基体表面或外涂层表面的方向(本文称为厚度方向)上相对于彼此移位。
28.通过使用相同的传感器、i/o设备、数据记录器和计算机单元来确定两个分离的指标，这两个指标是在相同的条件下和针对相同的位置建立的。这提高了组合两个指标的能力，例如，通过在两个分离的指标之间建立关联。这种关联可以表达涂层状况。
29.在一个具体示例中，一个指标可以定义含水量，而另一个指标可以定义涂层退化。如果检测到水但未检测到涂层退化，那么可以认为预期状况相对好，而如果检测到含水量和涂层退化两者，那么认为涂层状况差得多。
30.在一个实施例中，基于两个分离的指标的组合值，可以预期基体或涂层的不同状况。
31.特别地，例如，将电极嵌入涂层中允许eis测量方法，其目的在于改进用于确定被涂覆结构的状况的现有系统，特别是为被涂覆结构的特定部分提供特定知识。
32.当在本文中使用时，术语“监视涂层退化”是指跟踪涂层如何随时间改变。
33.例如，基体可以是由钢、碳纤维、复合材料或混凝土制成的物品，例如，船的一部分、管道(例如，在石油或天然气装置中)、压力容器、压载罐或储罐、桥梁、风力叶片、飞机、汽车或任何相似种类的结构，对于这些通常使用涂层系统以防范退化或改善外观。由此可见，当监视系统被用于监视腐蚀时，基体是诸如钢之类的易腐蚀材料。
34.本公开可以特别涉及传统检查困难且昂贵的结构。这特别适用于难以访问的结构。
35.在一些实施例中，除了被涂层覆盖之外，基体还被(通常)在最终制造点或在现场组装之后施加的绝缘层覆盖。绝缘材料下腐蚀(cui)是许多行业(包括炼油、石化、电力、工业、陆上和海上工业)的众所周知的问题。例如，由于水渗透，会发生cui。cui最常发生在在特定温度下操作的绝缘碳和低合金钢以及不锈钢设备上。绝缘材料下腐蚀的一种形式是其中管道的工作温度低于大气露点的出汗腐蚀。
36.由于腐蚀隐藏在绝缘材料下，因此cui在移除绝缘材料以进行检查或发生泄露之前常常倾向于不被检测到。如果任由其不被检测到，那么cui可能导致严重泄漏、装备故障、因维修或更换而导致的停机时间延长以及安全和环境问题。
37.腐蚀和/或涂层退化的主动监视的成本相对高，因为评估要求移除绝缘材料并且可能还要求移除涂层以对涂层或基体进行目视或其它定量检查，之后必须重新施加新的保护涂层和/或绝缘层。绝缘层以及可能还有底层涂层的移除和重新施加是昂贵的，并且提供了破坏涂层及它为基体提供的保护的进一步可能性。会出现这样的情况，即，移除绝缘层揭示了涂层和基体处于可接受的机械稳定状态。在这种情况下，本可以避免评估涂层或基体
的成本，因为不需要任何补救动作。在一个实施例中，被涂覆结构是被涂覆且绝缘的基体。这种基体可以形成管道，即，诸如管道之类的绝缘结构。在例如us 2020/071537和wo 2018/213822中已经公开了用于在绝缘材料下施加的耐腐蚀涂层。
38.在另一个实施例中，被涂覆结构是部分或完全潜水结构(诸如船舶或半潜式石油钻井平台)的储罐或压载罐。当要求压载时，由于水或水蒸气(通常是海水)的存在，罐的内部一般易于腐蚀。主动监视罐和压载罐的成本高昂，因为它们难以接近，并且在检查期间必须停止操作。
39.部分或完全潜水结构的示例包括船舶(包括但不限于船只、远洋客轮、油轮、集装箱船和其它所有类型的货船、潜艇和海军舰艇)、海上石油设施、海上风力发电设施和海底管道。
40.在检查困难且成本高昂的情况下，指标因此在提供信息方面可以非常有用，而无需物理地访问结构。
41.基体表面是基体的外表面，并且它是在其上施加涂层的表面。
42.基体界面是涂层系统与基体之间的界面。它通常是结构和分层的敏感部分，其中涂层与基体表面分离可以造成基体快速退化。特别地，如果涂层本身是完好的，那么可能难以识别基体界面处的退化。
43.当在本文使用时，术语“厚度方向”是指从基体表面到外涂层表面并且垂直于基体表面的方向。这构成了涂层的厚度。
44.涂层可以由任何种类的涂料系统等构成，优选地是用于钢或混凝土的一种或两种组分涂料系统，诸如用于减少水扩散的涂层系统。后者是众所周知的，例如，用于管道保护或船舶的压载水舱的保护。
45.涂层可以包括形成粘合剂的树脂基质材料，例如丙烯酸聚合物、醇酸聚合物或环氧聚合物。例如，涂层可以包含以下粘合剂：丙烯酸、环氧树脂、聚天冬氨酸、聚氨酯、聚硅氧烷、醇酸树脂、硅酸锌、硅树脂、聚脲混合(polyuria hybrid)技术：环氧树脂/丙烯酸、环氧树脂/硅氧烷、环氧树脂/硅酸锌。
46.涂层可以包括颜料，例如，提供颜色或构成填充材料。可以考虑任何颜色的颜料，例如黄色、橙色、红色、紫色、棕色、蓝色、绿色或黑色，它们是官方颜料编号系统的一部分，例如，描述为颜料白xxx(x＝1到999)、颜料黄xxx(x＝1至999)、颜料橙(x＝1至999)、颜料红xxx(x＝1至999)、颜料棕(x＝1至999)、颜料紫(x＝1至999)、颜料绿(x＝1至999)、颜料蓝p.b.(x＝1至999)、颜料黑(x＝1至999)等。
47.此类颜料的示例是：氧化锌、含锌磷酸盐和多磷酸盐、氧化铁、含铝磷酸盐、硼酸锌、石墨、氧化炭黑、包覆云母、荧光颜料、氧化亚铜、铝浆颜料(漂浮型和非漂浮型)、金属颜料、锌粉、有机珠光颜料、聚磷酸铵、彩色硅砂、聚丙烯酸/碳酸钙、偶氮基的、酞菁和蒽醌衍生物(有机颜料)、以及二氧化钛(氧化钛(iv))等。
48.涂层可以例如包括以下填料：碳酸盐，诸如：碳酸钙、方解石、白云石(＝碳酸钙/碳酸镁)、硅酸镁/碳酸盐、聚碳酸酯。还包括混合物、煅烧等级(calcined grades)和表面处理等级(surface treated grades)。硅酸盐，诸如：硅酸铝(高岭土、瓷土)、硅酸镁(滑石、滑石/绿泥石)、硅酸铝钾(硅灰石、微晶石)、硅酸铝钾钠(霞石正长岩)、硅酸钙(硅灰石)、硅酸铝(膨润土)、层状硅酸盐(云母)。氧化物：二氧化硅(诸如石英、硅藻土)，金属氧化物(诸如
氧化钙、氧化铝、氧化铁和云母氧化铁)。氢氧化物/水合物，诸如：氢氧化铝、三水合铝、硫酸盐：硫酸钡。其它填料：偏硼酸钡、碳化硅、珍珠岩(火山玻璃)、玻璃球(实心和空心)、玻璃片、玻璃和硅酸盐纤维、有机纤维、聚偏二氯乙烯丙烯腈、聚苯乙烯丙烯酸酯。
49.还包括以上填料的混合物以及天然、合成、经煅烧或表面处理的等级(grades)。
50.涂层系统可以包括若干层涂料，例如，包括底漆，例如应用到基体表面的防腐蚀底漆。例如，最初可以通过喷砂来处理基体表面。在一层或多层底漆的顶部之上，涂层可以包括一层或多层中间涂层，诸如促进粘附的涂层，和/或一层或多层顶部涂层。例如，顶部涂层可以包括一层或多层污垢控制表面涂层系统，这对于海洋结构特别有用。电极可以布置在此类不同的涂料层之间。
51.防腐蚀底漆可以例如是环氧型防腐底漆，并且它可以是含锌或无锌底漆。可在wo 2014/032844中找到具有环氧基粘合剂体系的防腐蚀底漆的示例。
52.不同的涂料层可以基于环氧树脂、硅树脂或聚氨酯，并且它可以包括例如包括一个或多个防污涂层的污垢控制表面涂层系统，或硅树脂系统，其中硅树脂系统可以包括相似或不同层的硅树脂涂层。特别是可以在专利公开wo 2011/076856中找到用于污垢控制的合适顶部涂层的示例。
53.i/o设备基于已知原理，例如基于电化学阻抗谱(eis)并使用例如ac信号，与传感器通信输入和输出信号。有关eis的更多信息，请参考a.amirudin，d.thieny的“application of electrochemical impedance spectroscopy to study the degradation of polymer-coated metals”，progress in organic coating，第26(1)卷：1-28；“determination of coating deterioration with eis”，f.mansfeld，c.h.tsai，corrosion，1991，第47(12)卷:958-963；“re-evaluating electrochemical impedance spectroscopy(eis)for the field inspector's toolbox:a first approach”；b.j.merten、a.skaja、d.tordonato、d.little在美国垦殖局、研究与发展办公室，科学与技术计划，材料工程与研究实验室(美国)2014发表；“use of embedded corrosion sensors and sensor blankets to detect paint degradation”；g.d.davis和c.m.dacres，corrosion 2003，论文3441；“continuous monitoring of atmospheric corrosion and coating degradation”d.ellicks、f.friedersdorf、m.merrill、p.kramer nace-2017-8834 2017年3月。这些和其它几个出版物解释了确定劣化的原则，例如，通过使用eis。
54.被涂覆结构可以是cui结构，其中涂层处于不可见区域中并且传感器被用于检测涂层的退化或膜下腐蚀。i/o设备可以特别地被配置用于ac信号或脉冲dc信号。在这种实施方式中，指标可以例如涉及“水检测”、“涂层退化”、“腐蚀”和/或“开裂”中的两个之间的组合。特别地，检测前三个提到的指标可以是有利的。
55.该通信可以使用i/o设备和传感器之间的电缆连接，或者该通信可以是无线的，例如，通过感应、rfid等。特别地，该通信可以包括通过使用延伸到涂层中的电缆的到传感器的电缆连接。
56.传感器可以包括至少两个电极。电极在空间上是分离的。术语“空间上分离”意味着电极彼此不直接导电接触，因为它们例如通过空气、涂料或其它介电物质分离。即使当涂料导电时，它也可以在空间上分离电极，特别是当导电涂料的导电性与电极的导电性不同时。
57.至少一个电极可以由导电材料制成，例如银、铜、铝、碳，或来自碳族的材料(包括石墨烯、石墨等)、铁、锌和它们的任何复合材料等。在优选实施例中，导电材料是银。它们可以被印刷到构成涂层的涂层材料层的中间表面、外涂层表面、或基体表面上，或作为预定义标签布置在其上。因而，具有一个或多个电极嵌入涂层中的传感器的称号意味着一个或多个电极以使得结构或涂层的特性可以从传感器中的信号确定的方式位于涂层的下方、之中或其顶部上、或涂层的层之间。
58.施加传感器的方式可以包括例如冲压、印刷、从载体材料转移、刮刀施加或粉刷。
59.在一个实施例中，电极由载体材料支撑。载体材料在本文中表示任何种类的膜，其将电极保持在适当位置至少直到它由被涂覆基体支撑，即，直到制成涂覆结构。载体材料可以允许预先定义电极以施加于基体。在优选实施例中，在施加电极之后载体材料已被移除，从而允许水和离子在电极周围自由流动。
60.在一个实施例中，电极可以例如由液体导电墨水粉刷或印刷，因此不由载体材料支撑。
61.通过使用至少一个单一电极，该指标可以涉及开裂。但是，特别地，传感器可以具有至少两个电极，从而使得能够进行电容测量和eis的使用，例如，用于检测水和退化。因此，在两个电极的情况下，指标可以特别涉及水和退化。
62.电极可以具有不同的形状、尺寸或构造。在一个实施例中，电极包括至少一个细长且长的电极，在另一个实施例中，一个电极具有弯曲的形状，并且在另一个实施例中，至少一个电极形成梳状图案。在一个实施例中，两个电极形成梳状图案，其中一个电极的图案的指在另一个电极的图案的指之间交错。
63.计算机单元使用输出信号来确定至少两个指标。输入信号和输出信号特别地可以是ac信号。
64.当在本文中使用时，术语“指标”是对被涂覆结构的特性的量度。指标的示例可以是表示诸如水扩散、涂层或被涂覆结构的退化和离子存在开裂、或腐蚀之类的特性的尺度上的数字。这些特性在本描述全文中作为被涂覆结构的特性的示例被提及，但其它特性可以是相关的，例如分层等。虽然指标是对这种特性的量度，但它可以取决于某些条件。举例来说，输入信号和输出信号可以是ac信号，并且计算机单元可以基于阻抗以及输入与输出信号之间的相移来确定电容。电容对于被涂覆结构中或被涂覆结构处的含水量具有重要意义并且可以作为两个指标之一。电容与含水量之间的关系取决于不同的其它因素，例如温度和湿度。因而，虽然该指标是特性的量度，但它可以取决于其它因素。
65.计算机单元可以特别地被配置为通过eis确定两个指标中的至少一个。这可以通过使用具有正弦形状的ac信号或具有波形或三角形形状的信号来实现。可替代地，可以通过使用dc脉冲信号来找到至少两个指标中的至少一个。在那种情况下，确定输入信号与输出信号之间的延迟。延迟对于电容具有重要意义，而电容对于水或其它化学物质的存在具有重要意义，或者对温度或湿度具有重要意义。稍后将详细描述检测水的过程，并且除了测量相移之外还包括计算与频率相关的阻抗。
66.dc脉冲信号中的电阻可以从振幅确定并且对于开裂或材料改变(包括退化)具有重要意义。
67.在一个实施例中，传感器可以包括至少三个电极，并且计算机单元可以被配置为
通过eis确定两个指标中的一个。这通过使用三个电极中的两个的第一集合来完成，并且通过使用至少三个电极中的两个的第二集合通过eis确定两个指标中的另一个。
68.输入信号可以定义电极的第一集合之间的第一电场和电极的第二集合之间的第二电场。第一和第二电场可以定义具有不同尺寸或形状的场曲线。这可以被用于本文所称的“检测体积”。检测体积是指测量场例如可以用于：
69.·
确定涂层中的水。这可以通过电极之间的空间距离小于从电极到外涂层表面的距离并且小于从电极到基体界面的距离来获得。
70.·
确定膜腐蚀：这可以通过电极之间的空间距离小于电极到外涂层表面的距离并且大于电极到基体界面的距离来获得。
71.·
确定顶部涂层层的水形成：这可以通过电极之间的空间距离大于从电极到外涂层层的距离并且小于从电极到基体界面的距离来获得。
72.·
确定开裂。这特别可以是具有直线或细长形状的单个电极，其中电阻在电极破坏时发生改变。它可以是具有多条线的单个电极，例如，也允许确定裂缝尺寸的平行线。如果一半的线损坏，那么裂缝的长度将与线的图案的一半的长度相当。可以检测到膜下腐蚀，并且可以检测到传感器中的故障，例如，如果其中一个电极损坏。后者可以被用于定义传感器位置处的涂层中是否存在开裂。这是通过测量电极的两个边缘之间的电导率来完成的。如果电导率为零，那么电极损坏并且这可以是由涂层中的开裂造成的。
73.在一个实施例中，对于特定场强的第一电场的场曲线延伸到外涂层表面，并且对于相同特定场强的第二电场的场曲线不延伸到外涂层表面。
74.对于其比较第一和第二场的场曲线的特定场强例如可以是百分之95场强曲线或百分之99场强曲线。
75.在一个实施例中，对于一个特定场强的第一电场的场曲线也可以延伸到基体界面，并且对于相同场强的第二电场的场曲线可以不延伸到基体界面。
76.在这种类型的一个实施例中，对于一个特定场强的第一电场的场曲线延伸到基体界面和外涂层表面，并且对于相同场强的第二电场的场曲线不延伸到基体界面和外涂层表面。
77.计算机单元可以被配置为例如同时使用存在于电极的第一集合的电极之间的电信号和存在于电极的第二集合的电极之间的电信号，并且确定至少指标。
78.在场曲线的不同尺寸的上述示例中，控制结构因此可以被配置为同时并且通过同时使用来自电极的不同集合的信号来生成与外涂层表面、基体表面、基体界面和/或涂层内的位置相关的信息。
79.电极的第一集合的电极之间的距离可以不同于电极的第二集合的电极之间的距离。可替代地或组合地，电极的第一集合的电极的至少一个特征(诸如电极的第一集合的电极的尺寸、形状、构造和/或材料中的一个)可以不同于电极的第二集合的电极的材料。上面提到的不同距离、尺寸、形状或材料可以为相同的电场强度产生不同的场曲线。
80.在一个实施例中，第一集合包括第一电极和第二电极，并且第二集合包括第三电极和第四电极。在替代实施例中，第一集合包括第一电极和第二电极，并且第二集合包括第二电极和第三电极。
81.可以定义两个、三个、四个、五个或更多集合，每个集合包括两个电极。
82.电极可以位于涂层内的不同深度处。在一个实施例中，电极的第一集合的电极可以相对于电极的第二集合的电极位于在厚度方向上不同的深度处。这也将创建具有不同起源的场曲线，因此具有为结构或涂层的不同区域提供特性的能力。
83.至少两个指标中的一个可以得自涂层内一个深度处的电极，并且至少两个指标中的另一个可以得自涂层内另一个深度处的电极。在这个实施例中，指标可以被用于基于得自不同深度处的电极的至少两个指标来导出组合值。
84.在一个示例中，两个指标中的第一个得自涂层的外表面附近的电极，例如距外表面150μm，并且至少两个指标中的第二个得自离涂层外表面不太近的电极，例如距外表面300μm。在这种情况下，两个指标都可以涉及水，或者它们可以都涉及前面提到的其它特性(例如退化、腐蚀或开裂)之一。如果第一指标指示含水量高于第二指标，那么指标之间的差异可以指示水渗入涂层的速度。在这种情况下，组合值可以指示穿透速度。例如，可以针对涂层中的2、3、4、5或更多个不同深度提供分离的指标。
85.在一个实施例中，一个或多个电极被绝缘材料(例如聚合物或陶瓷材料)或导电性低于电极的任何材料覆盖。这可以改变场曲线传播的能力，因此可以为相同的电场强度创建不同的场曲线。绝缘材料可以以不同厚度施加在电极中的一个或多个电极上或附近，从而控制和激发来自电极的不同场曲线。
86.在一个实施例中，计算机单元被配置为测量电极中的一个或多个电极的边缘之间的电导率或电阻。这可以揭示电极是否仍在工作，并可以预测电极或结构和涂层的开裂。
87.例如，可以确定用于开裂的指标，如例如在2018年由applied sciences mdpi出版的man-sung kang、hanju lee、hong jae yim、yun-kyu an和dong joo kim的文章“multi-channel electrical impedance-based crack localization of fiber-reinforced cementitious composites under bending conditions”中所表达的那样。
88.计算机单元可以被配置为使用记录的信号来同时定义至少两个分离的指标。
89.涂层可以包括不同的涂料层，例如，第一层涂料和第二层涂料。每层包括相对的内表面和外表面，内表面联接在涂层界面中。例如，第一层的外表面可以在基体界面中联接到基体。
90.在这个实施例中，传感器的至少两个电极中的至少一个可以位于涂层界面中。
91.第一层可以具有第一厚度并且第二层可以具有不同于第一厚度的第二厚度。
92.在一个实施例中，至少两个指标中的一个涉及基体界面，而至少两个指标中的另一个涉及外涂层表面。
93.至少两个指标中的至少一个可以涉及基体界面，并且至少两个指标中的另一个可以涉及外涂层表面。
94.至少两个指标中的至少一个可以涉及涂层系统内的开裂，或系统的屏障特性，或涂层内的透水性，或基体表面处的涂层下腐蚀，外涂层表面上的涂层上水形成、固化程度或膜形成，其中膜形成包括固化或蒸发。
95.计算机单元可以被配置为使用传感器的至少两个电极中的一个中的电阻来确定与被涂覆结构中的开裂相关的指标。这可以通过在制成被涂覆结构之后不久确定电极中的一个的电阻并将那个电阻存储为参考电阻来执行。在被涂覆结构的整个生命周期中，那个电极的电阻可以与参考电阻进行比较，如果差异超过阈值，那么可以将其视为涂层中的开
裂等的指示。
96.计算机单元可以被配置为接收在涂层固化期间记录的配置数据，并且基于配置数据生成参考图案，计算机单元还可以被配置为使用参考图案来确定涂层的退化水平。特别地，在固化期间记录的数据可以在施加涂层之后的前10-20小时内被记录。在这个时间范围内，涂层的聚合可以发生，并且可以获得的信号与退化期间可获得的对应信号相当。因而，固化期间记录的数据可以被用作参考，并且当稍后观察到相似的信号时，可将其视为退化的指示。因此，计算机单元可以被配置为将参考图案与后来获得的信号进行比较，即，将参考图案与记录的输出数据进行比较。
97.来自电极的输出通常取决于温度。特别地，电容的测量取决于温度，并且还可以取决于湿度等，而且电阻测量、阻抗测量和电感测量也取决于温度。因而，计算机单元可以与被配置为确定涂层的温度的温度传感器通信。温度可以被存储并用于输出信号的关联和校正。
98.在一个示例中，温度被用于定义在什么温度下将被涂覆结构的固化、退化、含水量或其它特性指标化。
99.在一个示例中，在将参考图案与稍后获得的特定信号进行比较之前，基于温度调整上面提到的参考图案。
100.计算机单元可以被配置为提供至少两个指标中的一个，以使其涉及选自由以下组成的组的特性：水扩散、退化、离子存在、基体和/或涂层的开裂，以及基体的腐蚀，并且其中计算机单元被配置为提供所述至少两个指标中的另一个指标，以使其涉及从相同组中选择的相同的特性或另一个特性。为此目的，上面提到的确定表示此类特性的指标的方法可以被编程到计算机单元中。
101.特别地，计算机单元可以被配置为基于频率扫描的输入信号来确定指标。i/o设备因此可以被配置为以频率扫描的形式生成输入信号，并且计算机单元可以被配置为使用来自数据记录器的记录信号并基于相同的频率扫描确定至少两个分离的指标。这允许用于比较两个指标或用于组合使用两个指标来提供值(例如，如本文前面提到的预期条件值)的增强选项。由于指标是从相同的频率扫描中得出的，因此不会出现由于频率扫描的容差而引起的差异。
102.频率扫描意味着以在特定带宽内(诸如0.1至100,000hz)变化的频率提供输入信号。
103.在第二方面，本公开提供了一种用于集成在被涂覆结构中的监视系统，该被涂覆结构包括具有基体表面的结构、在基体界面中联接到基体表面并在厚度方向上延伸到外涂层表面的涂层、以及包括嵌入涂层中的至少一个电极的传感器，
104.该监视系统包括：
[0105]-i/o设备，被配置为在传感器中生成输入ac信号并从传感器读取输出ac信号，
[0106]-数据记录器，被配置为记录来自i/o设备的输出ac信号，以及
[0107]-计算机单元，被配置为利用来自数据记录器的记录的信号并确定至少两个分离的指标，每个指标与涂层或结构的特性相关。
[0108]
在第三方面，本公开提供了一种用于监视被涂覆结构的状况的方法，该被涂覆结构包括具有基体表面的结构、在基体界面中联接到基体表面并在厚度方向上延伸到外涂层
表面的涂层、以及包括嵌入涂层中的至少一个电极的传感器，
[0109]
该方法包括以下步骤：
[0110]-在传感器中生成输入信号并从传感器读取输出信号，
[0111]-使用计算机单元基于输出信号确定至少两个分离的指标，每个指标与涂层的特性相关。
[0112]
在第四方面，本公开提供了传感器的使用，该传感器包括嵌入被涂覆结构的涂层中的至少一个电极，用于通过以下操作获得至少两个指标，每个指标与涂层的特性相关：
[0113]-在传感器中生成输入信号并从传感器读取输出信号，以及
[0114]-将第一算法应用于输出信号以获得第一指标，并将第二算法应用于输出信号以获得第二指标。
[0115]
相对于本公开的第一方面提及的任何特征也可以应用于本公开的第二方面的监视系统和本公开的第三方面的方法。
附图说明
[0116]
下面参考附图对实施例做进一步的详细描述，其中：
[0117]
图1a-d图示了具有涂层和包括嵌入涂层中的电极的传感器的结构；
[0118]
图2图示了具有以两对和梳状图案布置的四个电极的实施例；
[0119]
图3图示了形成两对电极的三个电极；
[0120]
图4-5图示了具有不同数量的电极的两个传感器；
[0121]
图6图示了检测体积；
[0122]
图7图示了具有交错的指的梳状图案的两个电极；
[0123]
图8图示了间距比与通过电极的电流之间的比率；
[0124]
图9图示了输出信号；
[0125]
图10图示了四个不同的传感器，每个传感器包括两个电极；
[0126]
图11图示了5个不同的传感器，每个传感器包括一个电极；
[0127]
图12图示了具有曲折形状的电极图案；
[0128]
图13和14图示了适合用于退化、水检测、腐蚀检测和开裂的2电极图案；以及
[0129]
图15-19展示了实验和来自实验的结果。
具体实施方式
[0130]
应当理解的是，详细描述和具体示例虽然指示实施例，但仅通过说明的方式给出，因为根据这个详细描述在本公开的精神和范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员来说都将变得清楚。
[0131]
图1a图示了具有监视能力的被涂覆结构1。被涂覆结构包括例如由钢制成的基体2。基体具有由涂层4保护的基体表面3。涂层在基体界面5中联接到基体表面，并且涂层在由箭头6所示的厚度方向上延伸并由此形成涂层的厚度。该涂层形成背离基体2的外涂层表面7。
[0132]
包括四个电极8、9、10、11的传感器嵌入在涂层中。四个电极中的两个8、9构成电极的第一集合，并且另外两个电极10、11构成电极的第二集合。
[0133]
恒电位仪28通过将信号引入传感器并从传感器读取输出信号来与传感器通信ac信号。恒电位仪构成本上下文所指的i/o设备。i/o设备可以与传感器的电极有线连接，或者，如图1中所示，它可以与电极无线通信。无线通信使得能够将电极完全嵌入在涂层中并由此提供更稳健的系统。
[0134]
i/o设备可以特别提供经频率扫描的输入信号，例如在0.1
–
100000hz的频率范围内。
[0135]
i/o设备与计算机单元12通信电信号，并且计算机单元被配置为从来自传感器的电信号中导出涂层的状况、基体的状况或基体界面的状况。
[0136]
由于两个类别(即，电极的第一和第二集合)，计算机单元可以确定被涂覆结构的至少两个不同特性，在本文中称为第一和第二指标或其它指标。
[0137]
图1a图示了电极8、9、10、11并排位于涂层内相同深度处的实施例。
[0138]
图1b图示了电极8、9、8'、9'在涂层内以不同深度位于彼此上方的实施例。
[0139]
图1c图示了电极8、9、10、11相对于彼此移位并且位于涂层内不同深度处的实施例。
[0140]
图1d图示了电极8、9、8'、9'在涂层内以不同的深度位于彼此上方并且还包括相对于每个其它电极移位的电极10、11的实施例。在所示实施例中，电极10、11位于与电极8'和9'相同的水平，但它们也可以位于与涂层内的其它电极不同的水平。
[0141]
图2更详细地图示了实施例。电极的第一集合21将第一和第二电极22、23定义为交错导体，以及电极的第二集合24将第三和第四电极25、26定义为交错导体。
[0142]
每个图案通过总线结构27连线到供电和信号传输本地i/o设备28。这个设备包括cpu单元并被配置为提供具有不同频率的输入信号。
[0143]
本地i/o设备28给图案通电并经由总线-电线27传输从图案接收到的响应信号。例如，本地i/o设备28可以被配置用于具有10μhz至1mhz的频率、100pa至10ma的电流范围以及
±
5mv或
±
10v的电位范围的ac输出信号。
[0144]
本地i/o设备28可以将响应信号或可从响应信号导出的信号通信到计算机单元12，并且它可以包括内部存储装置以允许与计算机单元12的间歇性通信。通过包括内部存储装置，本地i/o设备还定义了可以记录来自传感器的数据的数据记录器。数据记录也可以在本地i/o设备28和计算机单元12之间的分离的计算机单元中执行。本地i/o设备28可以例如由来自palmsens公司的palmsens4
tm
、或来自corrtest instruments公司的恒电位仪/恒电流仪cs350、或类似的市售恒电位仪、恒电流仪或类似的阻抗分析设备构成。
[0145]
此外，它可以包括多路复用器以在多个电极的集合之间共享信号。另一种可用的恒电位仪可以是来自ivium technologies公司的ivium、pocketstat2。
[0146]
本地i/o设备可以被独立供电，例如通过太阳能电池或蓄电池等。在一个实施例中，本地i/o设备非常纤薄并且布置在涂层之上或甚至之下或之中。
[0147]
计算机单元12被配置用于还处理响应信号，被配置用于基于响应信号呈现结果，或用于收集并可选地比较和/或呈现来自多个本地i/o设备28的响应信号，每个本地i/o设备28经由总线-布线连接到两个或更多个图案。计算机单元12还包括用于搜集所收集的数据的数据记录器。
[0148]
图3示意性地图示电极的一种实施方式。在这个实施例中，基体31具有被涂层33覆
盖的基体表面32。该涂层由涂料的第一层34和涂料的第二层35制成。两层具有不同的层厚度。电极结构布置在层之间，并且由第一电极36、第二/第三电极37和第四电极38构成。第二和第三电极是同一个电极，并且由总共三个电极形成两个电极的集合。
[0149]
第一电极36和第二/第三电极37之间的第一电信号定义第一电场39，并且第二/第三电极37和第四电极38之间的第二电信号定义第二电场40。
[0150]
对于一个特定场强，两个电场具有不同的场曲线。如图3中示意性所示，场曲线39延伸到外涂层表面，而场曲线40延伸到基体表面并覆盖基体和涂层之间的基体界面。
[0151]
图4示意性地图示了电极构造。
[0152]
图5图示了替代电极构造，其中第一集合包括第一电极和第二电极，并且第二集合包括第三电极和第四电极。在这种设置中，两个电极集合是通过使用四个电极来定义的。
[0153]
图6图示了电场体积，其中61是电极之间的距离，并且曲线示出了在体积内流动的电流的不同百分比。当在两个电极之间施加ac电位时，感应出电流，从而形成电场。电场给出了检测的量。如果重点是在于涂层退化，那么需要将磁场限制在涂层内。电场体积百分比示出曲线下电流的量值。
[0154]
图7，其中电极的集合包括形成指的第一电极71和第二电极72，该第二电极72形成在第一电极的指之间交错的指。
[0155]
图8以曲线图的形式图示了横坐标上间距比(w
sp
/l)之间的关系，其中w
sp
是相邻电极之间的间距并且l是从一个电极的中心到相邻电极的中心的距离。在纵坐标上，通过三个曲线图中的每一个上指示的厚度的层的电流。上方的曲线图图示涂层的厚度为电极之间的距离l的0.8倍，中间的曲线图图示涂层的厚度为电极之间的距离l的0.4倍，以及下方的曲线图图示涂层的厚度为电极之间的距离l的0.2倍。
[0156]
图9图示了输出信号，其中绘制了从1e5 hz到0.1hz的总频率范围内的阻抗绝对值zabs(欧姆)。不同的曲线表示在不同时间完成的测量。随着时间的推移，曲线朝着低频范围内的低zabs值移位。
[0157]
图10图示了四个不同的传感器，每个传感器包括2个电极，即，2电极图案。这种类型的传感器适合用于检测涂层退化、腐蚀和水检测，例如通过eis。传感器a和b形成具有交错的指的梳状图案。梳的指的数量和间距可以有所不同。传感器c形成长方形平行线。线之间的间距可以有所不同。传感器d形成板状电极，其布置在可以变化的距离处。板可以在涂层的不同层中，例如，施加在不同涂层层之间。可以以其间具有绝缘层或不具有绝缘层的形式施加板。
[0158]
图11图示了5个不同的传感器，每个传感器包括一个单一电极，即，1电极图案。该1电极图案适合用于检测开裂。
[0159]
传感器b、d和e是1维的长传感器。例如，它可以从几厘米到几米。它适合用于开裂检测，其中涂层中的开裂会破坏电极，从而造成从电极的一端到电极的另一端的电阻的显著增加。
[0160]
传感器a和c是包括一个单一电极的二维传感器，并且它们适合用于面积映射，例如，从0.1平方米到几平方米。
[0161]
1电极图案传感器可以与2电极图案组合以获得分离的指标的组合感测。
[0162]
图12图示了具有曲折形状的1电极图案的特定实施例。
[0163]
图13和14图示了适合用于退化、水检测、腐蚀检测和开裂的2电极图案，所有这些都在一个传感器中。利用三个电极连接点，组合的阻抗和电阻是可能的，仅由两条分离的线形成三个电极。
[0164]
实验部分
[0165]
被涂覆结构的制备。使用了三种不同种类的基体，即，热轧软235j钢板、热轧软235j钢预腐蚀板和丙烯酸(acrylic)板，其尺寸均为75x150x3mm。钢板用铁砂(g070 acc.iso 11124)进行喷砂处理，达到sa21/2中(g)(iso 8503-1)的清洁度。预腐蚀是通过在30℃下将面板暴露在95％的相对湿度下48小时执行的，在基体表面上产生均匀的闪锈层。
[0166]
基体涂覆有四层的双组分双酚a基环氧涂料(hempadur mastic 45880)，包括混合比为1:3v/v的基体(环氧树脂组分)和固化剂(胺组分)。每一层的厚度为150微米，并使用无气喷涂施加到基体上。涂层的总干膜厚度(dft)是600微米。允许前三个层固化一周，而最后一层第四层固化两周。总共制备了144个被涂覆结构。
[0167]
具有监视系统的被涂覆结构的制备。144个被涂覆结构中的每一个都嵌入了一个双电极传感器。三个传感器设计被放置在四层涂料之间(每个被涂覆结构一个传感器)的不同位置处，即，在距基体表面150微米(内层)处，在距基体表面300微米(中间层)处，以及在距基体表面450微米(外层)处。这三种设计具有梳状结构，该梳状结构具有不同的指间隔：300微米、500微米和2500微米。传感器由银纳米颗粒制成的墨水制成，并通过两种不同的方法嵌入涂层层之间。第一种方法包括在涂层层上压印含银墨水，然后进行热固化。第二种方法意味着将导电预印传感器从箔转移到涂层层。这两种方法都产生了具有低薄片电阻的功能良好的传感器。
[0168]
下面的表1指示所制备的含有传感器的被涂覆结构的矩阵。用三种不同的基体表面和三种不同的传感器设计进行了实验。在三个不同的深度处并通过两种不同的施加技术来施加传感器。所有的组合都已经完成，例如，钢作为基体表面与所有三种传感器设计、传感器位置和传感器施加技术等相结合。对于每个参数组合，制作了至少三个副本。
[0169]
表1
[0170][0171]
i/o设备包括使得能够在64个通道上进行顺序测量的“ivium compactstat.h”恒电位仪和“ivium himux.xr”多路复用器以及计算机。每个传感器通过连接到传感器的两个电极中的每一个的电缆连接到多路复用器的一个通道，如图15中所示。使用三个i/o设备，其中两个包括八个多路复用器，第三个包含两个多路复用器。图15图示了基体151、涂层152、包括两个电极153、154的传感器、具有8个通道的多路复用器155、具有8个通道的耦合器156、恒电位仪157和计算机158。
[0172]
测试和实验结果。将带有嵌入式传感器的被涂覆结构置于盐雾室中，在35℃下暴露于5％nacl雾中达14周。在每个被涂覆结构中每5小时执行50mv处的电化学阻抗谱(eis)
测量。信号的振幅是50mv并且扫描了61个频率，从0.1hz到1e5hz。图9示出了在实验开始时对于所有板获得的典型谱的示例。eis信号将响应于施加到整个系统(包括涂层中的嵌入式电极)的变化的环境条件。
[0173]
当水渗透涂层时，它发起一系列后续过程。首先，水在涂层的孔和口袋内的积累导致孔尺寸随着水吸收而增加，这是一种类型的退化。其次，整体材料电性能通过材料电导率和介电常数的变更而改变，被测量为eis信号响应中的电容和电阻改变。随着时间的推移扩散到涂层中的腐蚀性离子可以进一步增强这种响应。
[0174]
在图16和17中，将高频(100khz)下阻抗的虚部相对于经过的实验时间作图，即，横坐标以小时为单位示出经过的时间，而纵坐标示出lm(ohm)rel[％]。
[0175]
图16和17是针对位于距基体表面150微米(内层，“o”)、300微米(中间层，“x”)和450微米(外层，“*”)的传感器绘制的图。该行为代表所有被涂覆结构。对于传感器位于内层和中间层的结构，在最初的150小时内会出现虚部的初始增加。当电极位于外层时，该增加延长至高达300小时。之后，虚部达到平台，随后在600小时之后第二次增加，c.f.其中如箭头174所指示的，当电极嵌入中间层时。
[0176]
虚部的初始增加与水吸收相关。当电极位于内层和中间层时，水开始通过涂层扩散并在近似200小时之后饱和。对于这种类型的涂层并且在概述的实验条件下，这适用于距基体150微米和300微米处的电极。当电极位于外层中时，在我们的电极距离基体450微米的情况下，涉及退化和离子运输的二次过程无法与水吸收信号分离，从而造成虚部进一步增加，其中信号时间响应延长至高达350小时。为了区分两种初始情况(171-水吸收或172-水吸收 退化)，应当评估总频率范围内的整个复阻抗：
[0177]
1-如果增加纯粹是由涂层中的水吸收造成的，那么整个eis信号以较低频率下的平坦化降低。
[0178]
2-如果增加是由水吸收和退化以及离子运输的组合造成的，那么eis复阻抗曲线完全改变形状。
[0179]
在这个最初增加之后，无论涂层是否已经遭受了任何种类的涉及退化和离子运输的过程，都达到平台。这与涂层层被水完全饱和的情况对应。在近似600小时之后，当电极位于中间层中时，观察到虚分量的第二次增加。这与退化和离子运输过程开始发生的情况对应，并且在这种特定情况下延长了大约1500小时。
[0180]
总之，在这个具体示例中，一个传感器已被用于评估涂层的多于一个特性，即，水扩散、退化和离子存在。
[0181]
位于被涂覆结构的外层(这个示例中是450微米)中的电极也对被涂覆结构的表面上的湿度和液态水敏感。对于三种不同的传感器设计，检测立即发生，如图18中所示，其中绘制了传感器位于外层中的被涂覆结构的eis谱。在图18中，横坐标示出10log(频率)/hz，而纵坐标示出10log(z)/ohm。
[0182]
测量是在结构干燥时和在被涂覆结构表面的顶部上添加近似3ml液态水之后进行的，分别表示为“干”和“湿”。对于三种不同的传感器设计测量对液态水的响应：指间隔为300微米的梳状结构(
△“
干”，
◇“
湿”)，指间隔为500微米的梳状结构( “干”，
◆“
湿”)和指间隔为2500微米的梳状结构(
■“
干”、
▲“
湿”)。对于三种传感器设计，当水在被涂覆结构的表面(表示为“湿”)上时，与涂层电容相关的高频下的阻抗的模量减小，证明三种传感器设
计对液态水是敏感的。这种减小对于具有300微米和500微米指间隔(4000欧姆)的梳状结构具有相似的量值，而当梳状结构具有2500微米指间隔(10000欧姆)时更大。这指示最后一种设计对液态水具有更大的敏感性。
[0183]
对中间层中嵌入传感器的被涂覆结构进行了相同的实验。在这种情况下，eis谱保持恒定，与液态水的存在无关。湿度检测取决于传感器在被涂覆结构中的位置。
[0184]
指标通用公式
[0185]
定义通用指标，以提供对在暴露于不同环境条件(如变化的温度t、湿度rh、压力p等)时涂层特性在其生命周期内的改变的可比洞察力。除了环境条件外，复阻抗的测量在时间t和频率f处执行。固定环境条件下整个频域上的测量可以与等效电路组件(最常见的是电阻器和电容器)联系起来，例如通过拟合。因而，当评估系统改变时，我们直接查看在不同的时间段内测得的等效电路组件值的改变以及复阻抗，同时还考虑环境变化，以使测量具有可比性；即，a(t,f,t,rh,p,
…
)其中a是刚刚提到的系统的特性之一：复阻抗z，等效电路组件，例如电阻器r或电容器c，或其它电路组件。但也分别包括复阻抗的实部和虚部，即，和以及复阻抗的模量。
[0186]
然后，指标是在可比较的经调整的环境条件下在不同时间测得的特性改变的映射，指定为an，我们有，
[0187]
i(a)＝g(a1,a2,
…
,an)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(g1)
[0188]
其中g是描述改变的函数，对于两个指标，它可以看起来像，
[0189][0190]
当然，g可以用多个输入更“强”地定义，以为描述改变的预测算法提供更多准确性。有时，出于实际原因，符号约定被改变为将减少表达为正数，并且可以用百分比表达比率。而且，可以计算g的时间导数，以评估系统的改变率。
[0191]
上述指标结构具有通用性，但根据情况产生许多不同的指标，这些可以通过一系列标志加以区分。在这些情况下，必须在涂层材料特性的分析期间评估特定标志以计算适当的指标，并且它们可以伴随必须满足的支持方程的子集。我们现在给出这些标志，但首先，我们将解释事件的次序。1)水检测有时区分为表面上的水和水吸收，2)涂层退化和离子运输，3)腐蚀。虽然这一般是事件的次序，但其中一些事件是可逆的，例如，由于温度循环。但是，对于不可逆事件存在某些特点，这有助于识别何时发生了什么。下面列出这些标志以及合适指标的一般示例定义。其中
“…”
被视为表示可比环境条件的输入。
[0192]
1.水检测(sw)
[0193]
i.离表面最近的传感器最先反应，而离基体最近的传感器最后反应。这可以被用于监视一段时间内的进度。
[0194]
ii.如果温度低于水的蒸发点：
[0195]
iii.比其它事件更快的响应。
[0196]
iv.表面上的水比水吸收快。
[0197]
v.对于所有频率减小复阻抗的模量
[0198][0199]
对于0.1hz至100khz范围内的所有频率。导数是
[0200][0201]
vi.更大的电容和/或复阻抗的虚部
[0202][0203]
和/或
[0204][0205]
如果温度高于水的蒸发点，那么可以观察到相反的情况。
[0206]
2.退化和离子运输(di)
[0207]
i.离表面最近的传感器最先反应，离基体最近的传感器最后反应。这可以被用于监视一段时间内的进度。
[0208]
ii.所有频率的复阻抗模量的降低
[0209][0210]
对于0.1hz至100khz范围内的所有频率。导数是
[0211][0212]
iii.电阻会增加
[0213][0214]
iv.复阻抗的形状改变
[0215]
3.水检测、退化和离子运输
[0216]
i.有时水检测、退化和离子运输是密不可分的并且会同时发生。
[0217]
4.腐蚀(c)
[0218]
i.在高频域中可获得的涂层的电容(由阻抗的虚部产生)超过给定条件下涂层的饱和水平。这可以被解释为，当基体-涂层界面处开始腐蚀时，它导致附着力丧失，这导致新的多孔界面的产生，其在潮湿条件下可以容纳更多的水，即，以水泡的形式。这种现象通常伴随着整个频谱中阻抗的降低。
[0219][0220]
ii.低频下的阻抗减小到涂层与环境平衡的典型水平以下，即，在给定温度条件下
被水饱和。这是由于靠近基体-涂层界面的涂层电阻降低所致，这是由于涂层劣化和腐蚀产物浸出到涂层中而发生的，腐蚀产物比原始状态的涂层更具导电性。
[0221][0222]
其中f是小于1hz的低频。
[0223]
iii.第三腐蚀标志是阻抗谱中出现了新的时间常数。这是创建新界面的结果，在该界面上电荷转移与频率有关。简而言之，它可以被看作是双层电容和电荷转移电阻的形成。
[0224]
iv.常常要求仔细评估以区分退化与腐蚀，因为它们在图中的看起来相似。但是，前者发生在本体中，而后者发生在涂层和基体之间的界面处。这可以通过在不同涂层深度放置传感器来解决，以分别测量本体和涂层-基体界面。
[0225]
应用通用指标公式的示例。
[0226]
图16显示了针对复阻抗的虚部的改变的指标，给出为
[0227][0228]
针对150微米(圆形)、300微米(x)和450微米的板在整个实验的不同时间t测量。
[0229]
我们在这里描述这个指标如何与不同的现象联系起来。查看图17：
[0230]
1.水吸收
[0231]
箭头1：板在150um和300um处的水吸收。增加发生在较短的持续时间(约200小时)内并饱和。
[0232]
2.水吸收、退化和离子运输
[0233]
箭头2：板450um的水吸收、退化和离子运输。在短持续时间内发生，但比上述时间长(约350小时)。此外，响应要大得多，因此会同时发生多种现象。
[0234]
3.退化和离子运输
[0235]
箭头3：板在300um处现在进一步增加到1500小时。此外，其它指标和形状改变变得与450um板更加相似。
[0236]
4.从涂层退化到腐蚀的过渡
[0237]
基体的腐蚀常常是涂层退化的结果，因此这两个过程可能同时发生。两个过程都具有将阻抗降低到低于涂层在其寿命初始阶段与环境平衡的值的特点。但是，基体的腐蚀会造成阻抗比单独退化更明显的阻抗降低，并且涂层-基体处的界面改变伴随着阻抗谱中的新时间常数。这些是通过单个传感器测量来评估涂层状态的一般标志，但是通过评估从涂层不同深度的嵌入式传感器获得的阻抗响应，可以大大提高腐蚀和退化的影响估计的准确性。
[0238]
如下图19中的示例。旨在示出eis谱中的典型过渡，这些过渡可以与涂层老化的各个阶段联系起来，如在这种情况下加速测试所实现的。
[0239]
图19示出了阻抗的模量的第一次测量(圆圈)，在～200小时初始饱和之后的测量(x)，类似于图17中水吸收之后的测量，以及在～1450小时的最后一次测量(*)。在图19中，横坐标示出频率/hz，而纵坐标示出zabs[ohm]。
[0240]
随着涂层严重退化，曲线改变特点，并具有某些标志。看从～200小时曲线到～1450小时曲线的变化：
[0241]
i.较低频率下的阻抗的减小(箭头191)
[0242]
ii.高频下阻抗的减小(箭头192)
[0243]
iii.谱的整体形状的一般改变
[0244]
编号的实施例的列表
[0245]
1、一种具有监视系统(1)的被涂覆结构，该被涂覆结构包括具有基体表面(3)的基体(2)、在基体界面(5)中联接到基体表面并在厚度方向(6)上延伸到外涂层表面(7)的涂层(4)、包括嵌入涂层中的至少一个电极的传感器(8、9、10、11)、被配置为在传感器中生成输入信号并从传感器读取输出ac信号的i/o设备(28)、被配置为记录来自i/o设备的输出信号的数据记录器(28)，以及被配置为处理来自数据记录器的记录的信号以确定至少两个分离的指标的计算机单元(12)，每个指标与涂层或基体的特性相关。
[0246]
2、根据实施例1所述的结构，其中传感器包括至少两个电极。
[0247]
3、根据实施例1或2所述的结构，其中计算机单元被配置为通过电化学阻抗谱(eis)确定所述至少两个指标中的至少一个指标。
[0248]
4、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中计算机单元被配置为通过脉冲、或波或三角形、或交流电流形式的输入信号来确定所述两个指标中的至少一个指标。
[0249]
5、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中传感器包括至少三个电极，并且其中计算机单元被配置为通过使用所述三个电极中的两个电极的第一集合通过eis确定所述两个指标中的一个，并且通过使用所述至少三个电极中的两个电极的第二集合通过eis确定所述两个指标中的另一个。
[0250]
6、根据实施例5所述的结构，其中第一集合包括第一电极和第二电极，并且第二集合包括第二电极和第三电极。
[0251]
7、根据实施例1-5中的任一项所述的结构，其中传感器包括至少四个电极，其中第一集合包括第一电极和第二电极，并且第二集合包括第三电极和第四电极。
[0252]
8、根据实施例5-7中的任一项所述的结构，其中输入信号定义电极的第一集合之间的第一电场和电极的第二集合之间的第二电场，并且其中第一电场和第二电场定义具有不同尺寸或形状的场曲线。
[0253]
9、根据实施例8所述的结构，其中对于特定场强，第一电场的场曲线小于第二电场的场曲线。
[0254]
10、根据实施例8或9所述的结构，其中对于特定场强的第一电场的场曲线延伸到外涂层表面，并且对于该特定场强的第二电场的场曲线不延伸到外涂层表面。
[0255]
11、根据实施例8-10中的任一项所述的结构，其中对于特定场强的第一电场的场曲线延伸到基体界面，并且对于该特定场强的第二电场的场曲线不延伸到基体接口。
[0256]
12、根据实施例5-11中的任一项所述的结构，其中电极的第一集合的电极之间的距离不同于电极的第二集合的电极之间的距离。
[0257]
13、根据实施例7-12中的任一项所述的结构，其中电极的第一集合的电极的尺寸不同于电极的第二集合的电极的尺寸。
[0258]
14、根据实施例7-12中的任一项所述的结构，其中电极的第一集合的电极的形状、
构造和/或材料不同于电极的第二集合的电极的形状、构造和/或材料。
[0259]
15、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中计算机单元被配置为使用记录的信号来同时定义所述至少两个分离的指标。
[0260]
16、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中涂层包括至少第一层和第二层，每一层包括相对的内表面和外表面，内表面在涂层界面中联接并且第一层的外表面在基体界面中联接到基体。
[0261]
17、根据实施例16所述的结构，其中传感器的所述至少两个电极中的至少一个电极位于涂层界面中。
[0262]
18、根据实施例16-17中的任一项所述的结构，其中第一层具有第一厚度并且第二层具有不同于第一厚度的第二厚度。
[0263]
19、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中所述至少两个指标中的一个指标与基体界面相关，并且所述至少两个指标中的另一个指标与外涂层表面相关。
[0264]
20、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中计算机单元被配置为使用传感器的所述至少两个电极中的一个电极中的电阻来确定与被涂覆结构中的开裂相关的指标。
[0265]
21、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中计算机单元被配置为接收在涂层的固化期间被记录的配置数据并基于该配置数据生成参考图案，计算机单元还被配置为使用该参考图案来确定涂层的退化水平。
[0266]
22、根据实施例21所述的结构，还包括温度传感器，该温度传感器被配置为确定涂层的温度，并且其中计算机单元被配置为从温度传感器接收温度数据。
[0267]
23、根据实施例22所述的结构，其中计算机单元被配置为在确定涂层的退化水平的过程中使用温度数据。
[0268]
24、根据实施例21-22所述的结构，其中计算机单元被配置为通过将参考图案与记录的输出数据进行比较来使用参考图案。
[0269]
26、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中计算机单元被配置为提供所述至少两个指标中的一个以使其与选自包括以下的组的特性相关：水的存在、涂层的退化、基体和/或涂层的开裂，以及基体的腐蚀，并且其中计算机单元被配置为提供所述至少两个指标中的另一个指标以使其与选自同一组的相同的特性或另一个特性相关。
[0270]
27、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中计算机单元被配置为提供所述两个分离的指标的组合值。
[0271]
28、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中组合值是根据所述至少两个分离的指标的预定义函数计算的。
[0272]
29、根据前述实施例中的任一项所述的结构，包括位于涂层中相同水平的至少两个电极，并且其中所述至少两个指标中的两个指标与从处于相同水平的电极记录的信号相关。
[0273]
30、根据前述实施例中的任一项所述的结构，包括位于涂层中不同水平的至少两个电极，并且其中所述至少两个指标中的两个指标与从处于不同水平的电极记录的信号相关。
[0274]
31、根据前述实施例中的任一项所述的结构，包括位于涂层中的不同水平并且在平行于基体表面的方向上相对于彼此侧向移位的至少两个电极，并且其中所述至少两个指
标中的两个指标与从不同水平处的电极记录的信号相关。
[0275]
32、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中i/o设备被配置为以频率扫描的形式生成输入信号，并且其中计算机单元(12)被配置为使用来自数据记录器的记录的信号并基于相同的频率扫描确定至少两个分离的指标。
[0276]
33、根据前述实施例中的任一项所述的结构，包括至少一个未嵌入涂层中的外部电极，该外部电极附接到外涂层表面。
[0277]
34、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中i/o设备被配置为生成具有不同特点的输入信号，包括正弦形ac信号和脉冲dc信号，并且其中计算机单元被配置为根据特点中的一个的输入信号处理记录的信号以确定第一指标，并且根据特点中的另一个处理记录的信号以确定第二指标。
[0278]
35、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中计算机单元被编程有应用于输出信号以获得第一指标的第一算法，并且被编程有应用于输出信号以获得第二指标的第二算法。
[0279]
36、根据前述实施例中的任一项所述的结构，形成绝缘结构，其中涂层位于基体和绝缘材料之间。
[0280]
37、根据前述实施例中的任一项所述的结构，其中基体形成管道。
[0281]
38、根据实施例1-35中的任一项所述的结构，其中基体形成罐的内部，诸如储罐或压载罐的内部。
[0282]
39.一种用于集成在被涂覆结构中的监视系统，该被涂覆结构包括具有基体表面的结构、在基体界面中联接到基体表面并在厚度方向上延伸到外涂层表面的涂层，以及包括嵌入在涂层中的至少一个电极，
[0283]
该监视系统包括：
[0284]-i/o设备，被配置为在传感器中生成输入信号并从传感器读取输出信号，
[0285]-数据记录器，被配置为记录来自i/o设备的输出信号，以及
[0286]-计算机单元，被配置为处理来自数据记录器的记录的信号以确定至少两个分离的指标，每个指标与涂层或结构的特性相关。
[0287]
40、根据实施例39所述的监视系统，其中i/o设备被配置为以频率扫描的形式生成输入信号，并且其中计算机单元(12)被配置为使用来自数据记录器的记录的信号并且基于相同的频率扫描确定至少两个分离的指标。
[0288]
41、根据实施例39或40所述的监视系统，其中计算机单元被配置为提供所述两个分离的指标的组合值。
[0289]
42、根据实施例39-41中的任一项所述的监视系统，其中计算机单元被配置为提供所述至少两个指标中的一个以使其与选自包括以下的组的特性相关：水的存在、涂层的退化、基体和/或涂层的开裂，以及基体的腐蚀，并且其中计算机单元被配置为提供所述至少两个指标中的另一个指标以使其与选自同一组的同样的特性或另一个特性相关。
[0290]
43、一种用于监视被涂覆结构的状况的方法，该被涂覆结构包括具有基体表面的结构、在基体界面中联接到基体表面并在厚度方向上延伸到外涂层表面的涂层、以及包括嵌入在涂层中的至少一个电极的传感器，
[0291]
该方法包括以下步骤：
[0292]-在传感器中生成输入信号并从传感器读取输出信号，
[0293]-使用计算机单元基于输出信号确定至少两个分离的指标，每个指标与涂层或结构的特性相关。
[0294]
44、根据实施例43所述的方法，其中至少一个指标被定义为在涂层的固化期间获得的参考指标。