測試貼片系統和方法

2023-05-05 19:51:26

專利名稱：測試貼片系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及用於表面汙染物測試的系統，並且更具體地涉及用於測試表面的 至少一個特性(諸如，PH、氯化物的存在或電導率)作為應用於所述表面的表面處理的效力 度量的系統和方法。
背景技術：
在經常使用防護塗層處理表面的工業應用中，常常必須測試已處理的表面的各個 部分以確定該防護塗層是否已被適當地施加。或者，在處理例如鋼表面之前，必須徹底地清 除掉表面上的汙染物和諸如氯化物鹽的鹽類，從而使得在已處理的或塗漆(paint)的表面 下不會發生腐蝕。因此，存在不同的各式各樣的用於確定表面上各種汙染物的存在的現有 技術系統。 作為一個示例，鋼表面上的氯離子汙染是造船工業中的普遍問題。氯離子汙染是 由鋼接近於海洋空氣和水所引起的，以及是由一些較不明顯的原因(諸如接近於未處理的 材料的覆冰路面的撒鹽處理)所引起的。在表面被汙染之後可能很快就發生腐蝕，因而，必 須快速地清潔、測試和處理表面以免最終在處理或塗敷已汙染的表面時出現有害影響。此 外，在受氯化物汙染的表面之上塗漆引起諸如壓載艙等的浸沒服務(immersion service) 材料的失效，這當然帶來了巨大的不便和修理費用。 許多能夠測試表面的各種特性(諸如鹽度、pH或電導率)的現有技術設備通常是 複雜且勞動密集的組件，它需要許多步驟來完成表面測試。在一個盛行的示例中，已經使用 Bresle貼片(patch)或取樣器作為用於測量已處理的表面上的氯化物汙染的裝置。Bresle 貼片包括乳膠膜和泡沫橡膠墊片，當經由粘合劑將泡沫橡膠墊片固定到表面時，該泡沫橡 膠墊片產生與該表面接觸的防水樣品提取袋(pocket)。然後通常利用注射器來向該防水樣 品提取袋填入蒸餾水或去離子水。在通過摩擦該貼片較短一段時間來攪動水之後，通常通 過注射器等來除去水，然後通過化學試劑來分析諸如氯離子含量的成分(constituent)特 性。化學分析通常通過使用提供有試劑和使用說明書的"工具包(kit)"來完成。還可以使 用本領域中已知的為那些目的設計的傳統計量器來分析所提取的水的其它特性(諸如pH、 電導率或氯離子的存在)。 測試表面的成分特性的其它方法也是本領域中已知的，但是它們中的每一個都需 要大量的時間和精力來收集和分析單個樣品。在許多現有技術系統中，必須在不適於居留 的工業製造環境中協調和裝配各種注射器、水和試劑的瓶子、表面測試貼片和其它設備。當 測試大的表面區域時，這些現有技術方法是十分不利的，因為其必須在可以進行表面處理 之前的很短時間內在被處理的區域各處的許多點處收集樣品。
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因此，在本領域中需要一種能夠由用戶重複且快速地進行的測試表面的成分特性 且能獲得一致準確的結果的系統和方法。


圖l是根據本發明的圖2是根據本發明的圖3是根據本發明的圖4是根據本發明的圖5是根據本發明的圖6是根據本發明的圖7是根據本發明的圖8是根據本發明的
-個實施例的測試貼片系統的平面圖。
-個實施例的測試貼片系統的分解的正視圖。
-個實施例的測試貼片系統的正視圖。
-個實施例的測試貼片系統的頂部示意圖。
-個實施例的測試貼片系統的側面示意圖。
-個實施例的釘條(tack strip)的頂視圖。 -個實施例的沿著線7-7看去的釘條的圖。 -個實施例的釘條和測試貼片系統的等距視圖,
具體實施例方式
現在參考圖1-5並根據本發明的一個實施例，用於測試表面2存在的成分特性的 測試貼片系統10包括溶劑3供應安瓿(ampoule) 20和測試貼片100，該測試貼片100包括 過渡區域150、提取區域200和收集區域250。表面2可以是其上可以存在成分的多個表面 中的任何一個表面。在本發明的一個實施例中，表面2包括例如用作海上船舶的組件的金 屬表面。在本發明的此示例性實施例10中，要被檢測的成分可以是氯化物，其可能對未被 塗漆或塗敷的表面有著有害影響，並且其必須在塗漆或塗敷之前被除去以防止該塗層最終 失效。 安瓿20包含一定量的溶劑3，諸如用於浸透用來提取該成分的媒介的蒸餾水3，如 下面將要進一步討論的。包含在安瓿20中的蒸餾水3(或根據各個應用所需要的其它溶 劑)通過位於安瓿20的出口區域附近的膜22或塞子而保持與系統100分離，直到準備使 用該系統。當準備使用系統10時，過渡區域150的端部152可以剌穿安瓿20的膜22。在 本發明的一個實施例中，可以將端部152加工成形為或變窄成一個點以便於剌穿膜22。或 者，可以將膜22設計成在通過例如擠壓而對安瓿20加壓時破裂從而將水釋放到過渡區域 150中。 在本發明的另一個實施例中，在安瓿20的出口部分中或在過渡區域150中可以包 括泡沫塞子58等，其在安瓿20與過渡區域150的端部152接合後破裂或打開。此外，應當 注意，可以將安瓿20提供為與系統10分開的和區別的組件，使得可以通過將安瓿20插入 到過渡區域150的端部152上或插入到其中來採用與本發明一同使用的各種不同的安瓿 20。 測試貼片100可以包括底板110，貼片100的組件被安裝或裝配在底板110上。底 板IIO可以包括防水層，在示例性實施例中該防水層由聚碳酸酯材料形成。底板110可以 基本上延伸到測試貼片系統10的整個長度，這樣既便於裝配，也能提供用於安裝和定位系
統的其餘元件的基板iio，如下面將要詳細討論的。 現在參考圖1 、圖4和圖5，過渡區域150可以包括多個層。將底板110固定到毛細 管(c即illary)塑料層154，將毛細管塑料層154設計成將水從安瓿20通過過渡區域150輸送到提取區域200中。另外，提供由防水塑料材料形成的吸者蓋(sipper lid)156作為 覆蓋毛細管層154的層，使得毛細管層154在頂部和底部上由底板IIO和吸者蓋156密封。 因此，水3必須從安瓿20流出通過毛細管層154而進入到提取區域200中。最好參考圖4 和圖5來觀看本發明的流體流動的動態過程，圖4和圖5示意性地描述了本發明10的組成 層和它們的相互連接。 過渡區域150通過多個組成層連接到提取區域200並與之鄰接，如圖1、圖2和圖 3所示。如圖1和圖2中最佳展示的，過渡區域150和提取區域200之間的界線不在單個層 或表面處，而是通過多個材料層的過渡。 提取區域200包括底板層IIO，其提供位於遠離被測試的表面2之處的上貼片表 面。此外，底板層110為過渡區域150、提取區域200和收集區域250以及它們彼此的空間 關係提供結構支撐。在提取區域200中接近於底板110的是防水的閉孔泡沫層204，在其 上具有粘合劑層206，該粘合劑層206固定柔性的防水的支撐層207。支撐層207可以由 例如.010"厚的聚碳酸酯塑料組成。支撐層207與樣品收集材料208相鄰並且連接到樣 品收集材料208，該樣品收集材料208由能吸收的纖維的襯墊(pad)組成，該襯墊為進入 收集材料208的水3提供由其中的纖維的方向限定的流動路徑。只要材料208和儲存器 (reservoir) 252兩個沒有都完全充滿水3，材料208就為水3提供限定的流動路徑並且防 止水3從材料208的側部滲漏。另外，收集材料208包括覆蓋被測試的表面2的預定表面 區域的接觸區域209。 支撐層207可以完全覆蓋收集材料208的鄰近表面並且與之緊密接觸。另外，可 以在收集材料208和支撐層207之間提供粘合劑層以保持這兩個層之間的緊密接觸。在本 發明的又一個實施例中，通過將緊緊拉伸的收集材料208安置在支撐層207兩端並且利用 粘合劑將它與支撐層207固定，或者通過收集材料208在提取區域200的任一端處與底板 110接觸的機械壓縮，從而保持支撐層207和收集材料208之間的接觸。
泡沫層204是可壓縮的但是可彈回的以抵抗壓縮力。換言之，泡沫層204本質上可 以是有彈性的。另外，由於支撐層207是柔性的，因此泡沫層204和支撐層207協調工作， 以便保證當收集材料208與樣品表面接觸並且對接近於提取區域200的底板110施加壓力 時，收集材料208與多個表面幾何形狀相配(conform)且保持材料208、接觸區域209和表 面2之間的接觸。因為將接觸區域209 (以及預定的接觸區域)保持在寬泛的各種表面2 之上，所以用這種方式可以準確地測試常常在許多表面測試環境中見到的粗糙、不均勻、彎 曲、平坦的不規則表面，諸如未處理的鋼、船殼(boat hull)、管道等等。因此本發明能夠保 持貼片10和表面2之間的可再現的接觸區域，其使得能夠準確確定例如預定的單位面積中 的大量汙染物的濃度。 樣品收集材料208可以包括多種材料，該多種材料能夠驅動水3毛細管流動通過 所述材料208而同時從與接觸區域209接觸的表面2提取鹽或其它成分。在本發明的一個 實施例中，收集材料208包括能吸收的纖維材料的一個層或多個層，該纖維材料提供來自 樣品表面2的流動輸送裝置，以便收集成分樣品。其它的示例性收集材料208包括由合成 物或自然材料製成的各種海綿樣的材料、氈纖維墊(mat)、紙張纖維墊或紡織纖維墊，它們 提供適當的毛細管力或作用來在提取區域200的兩端汲取水溶劑3並保持水與表面的連續 接觸，並且適合於與粗糙的非均勻表面相配。收集材料208與毛細管層154流體連通，使得材料208充滿由安瓿20提供的蒸餾水。收集材料208可以具有毛細管和表面張力特性，使 得能夠通過收集材料208將溶劑3(在一個實施例中其為去離子水)吸著(wick)通過接觸 區域209到達接觸表面2，並且還防止溶劑3從收集材料208的邊緣排出或滲漏。因此，收 集材料208可以具有從過渡區域到收集區域250方向的多個毛細管纖維，以便防止前述的 溶劑3損失。 另外，收集材料208可以由能吸收的纖維或等效材料組成，這些材料允許流體3從 收集材料208的前面部分(接近於過渡區域150的部分)流到其後面部分(接近於收集區 域250的部分)並且流進和流出與收集材料208接觸的所述表面2的任何區域，並且防止 流體3從收集材料208的側面以及從與所述收集材料208在接觸區域209處接觸的所述表 面2的區域的周圍漏出。本發明的此特徵保證了流體3沒有從表面2 "損失"或滲漏出去
而稀釋表面上存在的成分並且提供成分濃度的不準確的讀數。在本發明的一個實施例中， 收集材料208可以包括用於將水或溶劑3汲取到收集材料208中並通過該收集材料208的 能吸收的纖維的襯墊。 現在參考圖6、圖7和圖8，本發明還包括釘條300，其可以包括塑料材料的柔性條， 在它的一面上具有粘合劑材料的層或塗層，用於接觸測試貼片10和表面2兩者，因而將貼 片10固定到該釘條。更具體地說，釘條300具有經由粘合劑固定到表面2的兩個末端302， 而中間部分304經由粘合劑固定到在提取區域200正上方的底板110，如圖8所示。因而通 過釘條300，通過簡單地將釘條300壓在底板110上方(在提取區域200正上方)並且壓到 表面2上，而使提取區域200、接觸區域209與表面2緊密接觸。釘條300優選地與測試貼 片10的縱軸成直角。 釘條300是有彈性的或類似於彈簧的，使得它對整個提取區域200施加壓力，並且 在端部302處與表面2保持接觸，使得接觸區域209與表面2保持接觸。另外，由於泡沫層 204和支撐層207用來在接觸區域209兩端準確且均勻地分配力，因此釘條300提供了用於 保持收集材料208和表面2之間接觸的簡單且有效的裝置。本領域技術人員將理解，在不 脫離本發明範圍的情況下，可以使用各種夾鉗或彈簧裝置來代替釘條300。另外，在本發明 的一個實施例中，可以為釘條300提供粘合劑釋放層306，例如薄的塑料膜，其覆蓋釘條300 以保護在其上的粘合劑直到準備使用釘條300。 提取區域200過渡到收集區域250內並且連接到收集區域250，在收集區域250中 收集水3(或其它溶劑)和所提取的鹽(或其它成分)的溶液用於進一步的分析。收集區 域250包括流體儲存器252，其可以被製造成包含比提取區域100中包含的流體更大容量的 流體。本發明的此特徵允許從提取區域200到收集區域250的正的流體流動，從而提供更 可靠的(consistent)樣品。在本發明的一個實施例中，儲存器252的容量是能夠存在於提 取區域200中的流體容量的十倍。儲存器252與收集材料208接觸並且與之流體連通，從 而提供提取區域200和收集區域250之間的流體輸送。毛細管層154和流體儲存器252的 尺寸和表面張力特性提供驅動力來將溶劑3以及提取的鹽或其它成分從收集材料208當中 拉到流體儲存器252中。 在本發明的另一個實施例中，儲存器252可以包含收集材料208或等效的纖維墊 收集材料，以便幫助流體從提取區域200流到收集區域250並且包含要被測試的溶劑3樣 品。收集在儲存器252中的流體3與電學層254接觸，電學層254可以包括基板256，在該基板上印刷或沉積有多個電極258，用於分析收集在儲存器252中的溶液3。電學層254可 以一般位於底板110和儲存器252之間，使得電極258能夠連接到信號發生器或讀出器(未 示出)。另外，在本發明的可替換實施例中，可以將電學層254直接印刷或沉積到底板110 上，從而使裝配更容易並且降低材料成本。最後，可以用防水的塑料膜260密封儲存器252 和電學層254以便於測試貼片10的裝配。在本發明的一個實施例中，電極258的一部分可 以不被膜260覆蓋以便於電連接到讀出器(未示出)。 如圖1中最佳展示的，在底板110中提供毛細管道270並且毛細管道270與儲存 器252接觸，使得流體3流過毛細管道270並越過沉積在毛細管道270中的染料點(dye spot) 272。毛細管道270、染料點272和電學層254可以被防水的塑料層276覆蓋，通過該 防水的塑料層276開一個孔274。當向儲存器252填水時，孔274允許空氣逸出。例如，染 料點272可以包括少量的螢光染料。在毛細管道270的末端，當向儲存器252填水時，孔 274允許空氣逸出。 一旦儲存器252充滿水3，水就被拉到毛細管道270中，從而使染料從 染料點272上行到毛細管道。因而，染料的條紋或線條向操作員或用戶提供了儲存器252 已滿並且測試貼片100即將被分析或讀取的可見指示。在本發明的另一個實施例中，電學 層254可以包括位於毛細管層270兩端的彼此接近的附加電極280。在本發明的此實施例 中，可以在電極280兩端提供信號以驗證毛細管道270包含水，因而測試貼片100準備用於 分析。 在本發明的可替換實施例中，柔性線或類似的材料可以沿著系統10的基本長度 縱向延伸以允許它的部分被彎曲並且彎成順從表面安裝的配置。例如，可以通過簡單地彎 曲該線來將安瓿20和過渡區域150的一部分定向以保證水流到提取區域200。
在操作中，通過將安瓿20插入在過渡區域150的末端152之上以啟動水流過毛細 管層154到提取區域200內，從而使用該系統。除去粘合劑釋放層306並且將測試貼片系 統10固定到要被測試的表面2上，使得釘條300和收集材料208與表面2接觸。或者，可 以在將安瓿20插入在過渡區域150的末端152之上之前使用釘條300來將測試貼片系統 10固定到測試表面2。水3和收集的鹽流過毛細管層154進入收集材料208內，再由此處 流到儲存器252中。 一旦染料點272指示毛細管道270包含流體，則將測試貼片系統10從 該表面去除，因此電極258電連接到讀出器，該讀出器將已知的電信號提供給電極258並且 根據所述信號中檢測的衰減來計算包含在儲存器252中的溶液的電導率，如本領域中所公 知的那樣。 儘管已經在測量被測試的表面上的鹽及其電導率的背景下討論了本發明，但是本 領域技術人員將理解，在不脫離本發明範圍的情況下，可以採用用於測量多個成分的各種 印刷的傳感器和電極作為本發明的測試貼片100中的電學層254。作為一個示例，可以將熱 敏電阻包括在電學層254內以允許對使用本發明的系統和方法獲得的成分數據進行溫度 校正。當成分數據的測量對溫度敏感時或者當多種成分正被測試時，這特別有用。
在本發明的還一實施例中，儲存器252或過渡區域150可以被摻雜或注入化學試 劑，以便有選擇地與特定的成分產生預定的化學反應。在一個實施例中，該試劑可以引起溶 劑的顏色變化，以用於提供特定的成分(類似氯化物)的存在或不存在的可見指示。或者， 摻雜儲存器252或過渡區域150所使用的化學試劑可以改變提取的溶液的特性，使得測試
貼片ioo測量針對所提取的溶液中的所選成分。
儘管這裡已經在被認為是本發明的優選實施例中示出並描述了本發明，而且這些 優選實施例示出了與現有技術相比通過本發明獲得的結果和優點，但是本發明不局限於那 些特定的實施例。因而，這裡示出並描述的本發明的形式應當僅僅被看作是說明性的，並且 在不脫離如所附的權利要求所述的本發明範圍的情況下可以選擇其它實施例。
權利要求
一種用於利用流體源獲得表面上的成分樣品的測試系統，包括過渡區域，具有用於傳遞來自所述流體源的流體的毛細管層；提取區域，具有與所述表面接觸的收集材料，所述收集材料與所述毛細管層流體連通，用於接收所述流體；以及收集區域，在其中具有傳感器儲存器，所述傳感器儲存器與所述提取區域的收集材料流體連通以使流體傳遞到所述傳感器儲存器。
2. 如權利要求1所述的用於利用流體源獲得表面上的成分樣品的測試系統，包括 多個電極，與所述傳感器儲存器接觸，用於將電信號施加到所述傳感器儲存器並確定包含在所述傳感器儲存器中的流體的電導率。
3. 如權利要求l所述的測試系統，包括 至少一個圍繞所述過渡區域的所述毛細管層的防水層。
4. 如權利要求l所述的測試系統，包括底板，所述過渡區域、所述提取區域和所述收集區域固定在所述底板上。
5. 如權利要求4所述的測試系統，包括 沿著所述系統的長度延伸的防水的底板。
6. 如權利要求5所述的測試系統，包括與所述傳感器儲存器接觸的多個電極，用於將電信號施加到所述傳感器儲存器並確定 包含在所述傳感器儲存器中的流體的電導率；所述電極位於所述傳感器儲存器和所述底板 之間。
7. 如權利要求4所述的測試系統，包括流體輸送層，與所述收集材料和所述傳感器儲存器接觸，用於將流體從所述收集材料 輸送到所述傳感器儲存器。
8. 如權利要求l所述的測試系統，包括提取區域，具有接觸所述收集材料的閉孔泡沫層，以便允許所述收集材料和所述泡沫 層與不均勻表面相配。
9. 如權利要求8所述的測試系統，還包括防水的支撐墊片，位於所述收集材料和所述泡沫層之間，以便提供所述收集材料的限 定區域對所述表面的均勻壓縮。
10. 如權利要求l所述的測試系統，包括收集材料，允許流體從所述收集材料的前面部分流到所述收集材料的後面部分並且流 進和流出所述表面的與所述收集材料接觸的任何區域，而防止流體從所述收集材料的側面 和從所述表面的與所述收集材料接觸的區域的周圍漏出。
11. 如權利要求io所述的測試系統，其中所述流體從過渡區域到收集區域的流動是由所述過渡區域的毛細管層、所述收集材料和所述傳感器儲存器的毛細管和能吸收的特性控 制的。
12. 如權利要求1所述的測試系統，還包括提取區域，其具有在所述收集材料的一部分周圍的粘合劑層，用於將所述系統固定到 所述表面。
13. 如權利要求l所述的測試系統，包括傳感器儲存器，在其中布置有收集材料，用於將流體包含在傳感器儲存器中。
14. 如權利要求l所述的測試系統，包括防水的塑料層，圍繞所述收集區域，從而防止流體從所述收集區域排出。
15. 如權利要求l所述的測試系統，包括柔性線，基本上延伸到所述系統的長度，用於將所述系統定向到所述表面。
16. 如權利要求1所述的測試系統，其中所述儲存器具有比所述提取區域的流體容量 大的流體容量。
17. 如權利要求1所述的測試系統，其中所述儲存器具有所述提取區域的流體容量十 倍大的流體容量。
18. 如權利要求1所述的測試系統，包括包含流體的安瓿，與所述過渡區域的所述毛細管層流體連通。
19. 如權利要求18所述的測試系統，其中所述安瓿是與所述過渡區域的成形的末端接 合以釋放所述流體的密封單元。
20. 如權利要求1所述的測試系統，其中所述收集材料是能吸收的纖維襯墊。
21. 如權利要求1所述的測試系統，其中所述電極位於柔性的基板上。
22. 如權利要求l所述的測試系統，包括流體輸送層，與所述毛細管層、所述收集材料和所述傳感器儲存器接觸，用於將流體從 所述毛細管層輸送到所述收集材料，並且從所述收集材料輸送到所述傳感器儲存器。
全文摘要
一種用於利用流體源獲得表面上的成分樣品的測試系統，包括過渡區域，具有用於傳遞來自所述流體源的流體的毛細管層；提取區域，具有與所述表面接觸的收集材料；以及收集區域，在其中具有用於收集用來分析的流體的傳感器儲存器。
文檔編號G01N23/08GK101796401SQ200880105634
公開日2010年8月4日 申請日期2008年7月11日 優先權日2007年7月13日
發明者J·安加爾, J·雅特斯, M·瑪首, P·高森 申請人:創新生產力公司