СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ВЛАГИ И СПОСОБ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ
MOISTURE DETECTION SYSTEM AND METHOD OF USING THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области обнаружения влаги, а более конкретно - к обнаружению наличия влаги на ветровом стекле транспортного средства.
Уровень техники
До настоящего времени наличие влаги на ветровом стекле транспортного средства обнаруживали четырьмя основными способами. А именно, при помощи систем с емкостным датчиком, систем с резистивным датчиком, систем с ультразвуковым датчиком и систем с оптическим датчиком.
Система с емкостным датчиком включает в свой состав конденсатор, сформированный на ветровом стекле. При наличии влаги на ветровом стекле происходит соответствующее изменение емкости конденсатора. Предусматривается подсоединение соответствующего распознающего контура, реагирующего на изменение емкости и управляющего работой стеклоочистителя в зависимости от изменения емкости. Для примера, можно сослаться на емкостные датчики влажности, которые раскрыты в патентах США №5668478 (Buschur), 5682788 (Netzer), 5801307 (Netzer) и 6094981 (Hochstein).
Резистивная система измерения включает в свой состав два проводящих элемента, расположенных с промежутком друг относительно друга на ветровом стекле или какой-нибудь иной части транспортного средства, к примеру, такой как обыкновенная штыревая антенна. Электрическая схема, подсоединенная к проводящим элементам, осуществляет замер изменения величины их сопротивления при наличии воды, шунтирующей резистивные элементы, и управляет работой стеклоочистителя в зависимости от изменения сопротивления. Для примера, можно сослаться на резистивные системы измерения, которые раскрыты в патентах США №5659294 (Schroder), 5598146 (Schroder), 5780718 (Weber), 5780719 (VanDam), 5783743 (Weber), 5900821 (Petzold).
Система с ультразвуковым датчиком включает в свой состав измерительный преобразователь, который испускает ультразвуковой сигнал, направленный на первую поверхность листа, и воспринимает ультразвуковой сигнал, отраженный от второй поверхности листа. На основании изменений величины отраженного сигнала определяется наличие или отсутствие инородных тел на второй поверхности листа. Для примера, можно сослаться на системы с ультразвуковым датчиком, которые раскрыты в патенте США № 5818341 (Saurer et al.) и в европейской публикации № ЕР 0638822.
Система с оптическим датчиком включает в свой состав световой детектор, расположенный таким образом, чтобы обнаруживать свет от источника, отражающийся в ветровом стекле. При наличии влаги на ветровом стекле будет изменяться количество света, воспринимаемого световым датчиком, что приведет к изменению выходного сигнала светового датчика. Электрическая схема обнаружения определяет изменение выходного сигнала, поступающего от светового датчика, и управляет работой стеклоочистителя в зависимости от величины этого изменения. Для примера, можно сослаться на системы обнаружения света, которые раскрыты в патентах США № 5694012 (Pientka et al), 5990647 (Zettler), 6052196 (Pientka et al), 6066933 (Ponziana), 6084519 (Coulling et al), 6207967 (Hochstein), 5661303 (Teder), 6250148 (Lynam), 6218741 (Braun et al) и 6232603 (Nelson).
Проблема, связанная с применением системы, имеющей емкостной датчик, состоит в необходимости сформировать конденсатор, обладающий достаточной емкостью, после чего изменение емкости при наличии дождевой воды на ветровом стекле может определяться с помощью соответствующей электрической схемы обнаружения. Еще одна проблема, связанная с применением системы, имеющей емкостной датчик, состоит в том, что соответствующее изменение емкости может наблюдаться также и вследствие нагревания или охлаждения металлических пленок, из которых формируется конденсатор, в результате чего и происходит изменение емкости такого конденсатора в процессе его эксплуатации.
Проблема, связанная с применением системы, имеющей резистивный датчик, состоит в необходимости обеспечить наличие резистивных элементов, сформированных на наружной поверхности ветрового стекла, после чего такие резистивные элементы будут находиться под воздействием неблагоприятных погодных условий и, возможно, подвергаться разрушению. Кроме того, резистивные элементы системы с резистивным датчиком тоже подвержены соответствующим изменениям величины своего сопротивления, происходящим вследствие изменений температуры.
Проблема, связанная с применением системы, имеющей ультразвуковой датчик, и системы, имеющей оптический датчик, состоит в необходимости найти такое расположение измерительного преобразователя системы с ультразвуковым датчиком и такое расположение светового передатчика и светового приемника системы с оптическим датчиком внутри транспортного средства, чтобы обеспечить обнаружение ими наличия влаги в соответствующем месте на ветровом стекле. Однако в результате стремления расположить систему с ультразвуковым датчиком или же систему с оптическим датчиком на ветровом стекле в наиболее подходящем для этого месте зачастую наблюдается частичное ухудшение обзорности через ветровое стекло с места водителя, либо приходится тогда располагать систему с тем или иным из таких датчиков в далеко не оптимальном для эффективного их действия месте. Кроме того, чувствительность оптического датчика в отношении обнаружения им влаги может в той или иной степени изменяться в зависимости от цвета или оттенка ветрового стекла, находящегося на пути распространения света от передатчика света к приемнику света.
Таким образом, весьма желательно было бы обеспечить решение вышеуказанных и других проблем благодаря созданию системы обнаружения наличия влаги, имеющей малогабаритный, почти невидимый датчик, расположенный на гибкой подложке, которая соединяется с листовым материалом, каковым является ветровое стекло, электрическую схему для возбуждения датчика и распознающую электрическую схему для обнаружения изменения резонансной частоты датчика, которое происходит вследствие наличия влаги на указанном листовом материале, а более конкретно - количества или скорости накопления влаги на указанном листовом материале. Кроме того, желательно было бы также разработать соответствующий способ для обнаружения влаги на листовом материале посредством обнаружения изменения резонансной частоты датчика, который расположен на гибкой подложке, которая соединяется с указанным листовым материалом. Различные другие желательные устройства и способы могут стать очевидными для специалистов обычной квалификации в данной области техники при прочтении и изучении следующего ниже подробного описания настоящего изобретения.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение представляет собой систему обнаружения наличия влаги, которая включает в себя электрический проводник, расположенный на поверхности подложки. Электрический проводник имеет резонансную частоту, которая изменяется в зависимости от количества влаги, находящейся вблизи от электрического проводника. Имеется генератор колебаний, подающий соответствующий сигнал заданной амплитуды и частоты. Предусматривается наличие резонансного контура, соединенного с электрическим проводником и реагирующего на сигнал генератора колебаний, для подачи резонансного сигнала, амплитуда которого зависит от резонансной частоты электрического проводника. Имеется также фильтрующий контур, который реагирует на сигнал, поступающий от резонансного контура, для подачи выпрямленного и профильтрованного сигнала. Предусматривается также наличие аналого-цифрового преобразователя, который реагирует на выпрямленный и профильтрованный сигнал, для подачи цифрового сигнала, зависящего от уровня выпрямленного и профильтрованного сигнала. Имеется контроллер, реагирующий на указанный цифровой сигнал и приводящий в действие другую систему в соответствии с полученным цифровым сигналом.
Другая система может представлять собой систему, которая реагирует на сигнал, поступающий от контроллера, обеспечивая при этом соответствующее регулирование скорости, с которой происходит удаление влаги из зоны, прилегающей к электрическому проводнику, в зависимости от количества влаги, находящейся вблизи от электрического проводника, и(или) от скорости накопления влаги вблизи от электрического проводника.
В качестве подложки может использоваться ветровое стекло транспортного средства, имеющее несколько склеенных между собой прозрачных листов. Электрический проводник может быть заложен между прозрачными листами.
Указанная подложка может быть гибкой. Система обнаружения наличия влаги может включать в себя ветровое стекло транспортного средства, имеющее несколько прозрачных листов, склеенных вместе с гибкой подложкой, заложенной между ними. На гибкой подложке может также находиться заземленный проводник, который расположен на гибкой подложке таким образом, чтобы, по меньшей мере, частично окружать собой указанный электрический проводник. Кроме того, может также, либо в качестве альтернативы, предусматриваться и наличие на гибкой подложке соответствующего проводящего материала, располагающегося на поверхности подложки с противоположной стороны относительно указанного электрического проводника. Этот проводящий материал может быть сформирован в виде фарадеевского экрана. Дополнительно к этому может также либо в качестве альтернативы, предусматриваться и наличие соответствующего покрытия, выполняемого из электропроводящего материала на поверхности, по меньшей мере, одного слоя прозрачного листового материала, находящегося с той стороны гибкой подложки, которая расположена противоположно относительно наружной поверхности ветрового стекла транспортного средства.
Резонансный контур может включать в себя колебательный контур, имеющий конденсатор и катушку индуктивности и подключенный параллельно между электрическим проводником и источником опорного напряжения, а также резистор, подсоединенный между генератором колебаний и той стороной колебательного контура, где находится электрический проводник. Фильтрующий контур может включать в себя диод, подсоединенный таким образом, чтобы проводить ток от резонансного контура к аналого-цифровому преобразователю, а также конденсатор, подключенный между выводом диода, смежным с аналого-цифровым преобразователем, и источником опорного напряжения.
Настоящее изобретение представляет собой также систему обнаружения влаги, которая включает в себя средство, расположенное на подложке и предназначенное для пропускания электрического тока. Указанное средство имеет резонансную частоту, изменяющуюся в зависимости от количества влаги, находящейся вблизи этого средства. Имеется генератор колебаний, подающий сигнал заданной частоты и первой амплитуды в средство, пропускающее ток. Кроме того, предусматривается наличие соответствующего средства, реагирующего на сигнал, поступающий от генератора колебаний, для подачи соответствующего резонансного сигнала, имеющего вторую амплитуду, значение которой зависит от резонансной частоты средства, пропускающего ток. Эта вторая амплитуда может быть больше или меньше, чем указанная первая амплитуда. Система обнаружения влаги может включать в себя также и средство, реагирующее на резонансный сигнал, для подачи управляющего сигнала, уровень которого зависит от значения второй амплитуды.
Система обнаружения влаги может включать в себя систему стеклоочистителя, приспособленную для взаимодействия с листом. Система стеклоочистителя чувствительна к управляющему сигналу для удаления влаги из зоны, прилегающей к средству, пропускающему ток, исходя из таких показателей, как количество влаги на указанном листе и (или) скорость накопления влаги в зоне, прилегающей к указанному средству, пропускающему ток.
Средство, пропускающее ток, может включать в себя одну или несколько линий из проводящего материала, одну или несколько полос проводящего материала, либо напыленные в виде одной или нескольких линий и (или) полос проводящие частицы.
В качестве подложки может использоваться ветровое стекло, которое включает в себя несколько склеенных между собой листов стекла. Средство, пропускающее ток, может быть заложено между листами стекла.
Указанная подложка может представлять собой гибкую подложку, которая соединяется с соответствующим листом. Средство, пропускающее ток, имеет резонансную частоту, изменяющуюся в зависимости от количества влаги, находящейся на указанном листе. Система стеклоочистителя приспособлена для взаимодействия с листом и чувствительна к управляющему сигналу для удаления влаги из зоны, прилегающей к средству, пропускающему ток, исходя из таких показателей, как количество влаги на указанном листе и (или) скорость накопления влаги в зоне, прилегающей к указанному средству, пропускающему ток.
Средство, пропускающее ток, может включать в себя одну или несколько линий электропроводного материала, расположенного на гибкой подложке.
В качестве указанного листа может использоваться ветровое стекло, которое включает в себя несколько склеенных между собой листов стекла. Гибкая подложка может быть заложена между листами стекла.
На гибкой подложке может также находиться заземленный проводник, который расположен на ней таким образом, чтобы, по меньшей мере, частично окружать собой указанное средство, пропускающее ток, либо проводящий материал, располагающийся на поверхности гибкой подложки с противоположной стороны относительно указанного средства, пропускающего ток, причем упомянутый проводящий материал сформирован в виде фарадеевского экрана. Может также предусматриваться и наличие соответствующего покрытия, выполняемого из электропроводного материала на поверхности, по меньшей мере, одного листа.
Дополнительно ко всему этому настоящее изобретение представляет собой также способ обнаружения наличия влаги. Предложенный способ предусматривает применение подложки, на которой расположен электрический проводник. Указанный электрический проводник возбуждается под воздействием соответствующего сигнала, подаваемого генератором колебаний при отсутствии влаги вблизи от электрического проводника. При этом определяется первая амплитуда ответной реакции электрического проводника на такое его возбуждение. Указанный электрический проводник возбуждается также и под воздействием соответствующего сигнала, подаваемого генератором колебаний в том случае, когда наблюдается наличие влаги вблизи от электрического проводника. При этом определяется вторая амплитуда ответной реакции электрического проводника на такое его возбуждение. Вторая амплитуда отличается от первой амплитуды вследствие изменения резонансной частоты электрического проводника, вызванного появлением влаги в зоне, прилегающей к электрическому проводнику. Определяется разность между первой и второй амплитудами, при этом получаемое значение разности зависит от количества влаги, присутствующей в зоне, прилегающей к электрическому проводнику.
Предложенный способ может также предусматривать удаление влаги из зоны, прилегающей к электрическому проводнику, со скоростью, зависящей от полученного значения указанной разности.
По меньшей мере, между двумя листами стекла может быть заложена подложка. На подложке или, по меньшей мере, на одном из указанных листов стекла может предусматриваться наличие соответствующих экранирующих средств. Подложка может также быть выполнена гибкой.
Более того, настоящее изобретение представляет собой систему обнаружения влаги, которая включает в себя подложку, электрический проводник, расположенный на этой подложке, средство для возбуждения электрического проводника посредством соответствующего сигнала, подаваемого генератором колебаний, а также средство, чувствительное к сигналам генератора и электрического проводника, для определения изменений резонансной частоты вышеуказанного электрического проводника в результате изменения количества влаги на листе в зоне, прилегающей к электрическому проводнику.
Подложка может быть выполнена гибкой, а система может дополнительно включать в себя соответствующий лист, находящийся в контакте с подложкой. Кроме того, эта система может также включать в себя средство для удаления влаги с указанного листа, а также средство, связанное со средством обнаружения влаги, для определения состояния, при котором с подложки будет удалена влага с помощью средства для ее удаления.
И, наконец, настоящее изобретение представляет собой систему определения уровня жидкости, включающую в себя резервуар для этой жидкости, выполненный из неэлектропроводного и магнитонепроницаемого материала и снабженный электрическим проводником, размещенным на этом резервуаре. Предусматривается наличие соответствующего возбуждающего средства, обеспечивающего возбуждение указанного электрического проводника под воздействием соответствующего сигнала, подаваемого генератором колебаний, а также наличие средства, чувствительного к сигналам генератора и электрического проводника, для определения изменений резонансной частоты указанного электрического проводника в результате изменения уровня жидкости в указанном резервуаре и подачи управляющего сигнала при обнаружении такого изменения резонансной частоты электрического проводника, которое соответствует меньшему уровню жидкости по сравнению с заданным значением уровня жидкости в резервуаре.
Электрический проводник может быть размещен на гибкой подложке, расположенной на резервуаре для жидкости.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид сверху на лист, такой как лист стекла или ветровое стекло, включающий в себя первый вариант исполнения антенны с электрическим проводником, который используется для обнаружения влаги на листе.
Фиг.2 - поперечный разрез по линии II-II на фиг.1.
Фиг.3 - вид сверху на лист, такой как лист стекла или ветровое стекло, включающий в себя второй вариант исполнения антенны, которая содержит подложку с расположенным на ней электрическим проводником, предназначенным для обнаружения влаги на листе.
Фиг.4 - поперечный разрез по линии IV-IV на фиг.3.
Фиг.5 - поперечный разрез по линии V-V на фиг.4.
Фиг.6 - поперечный разрез второго варианта исполнения антенны, показанной на фиг.4, включающего в себя проводящий материал, расположенный со стороны подложки, противоположной по отношению к электрическому проводнику.
Фиг.7 - поперечный разрез второго варианта исполнения антенны, показанной на фиг.4, включающего в себя покрытие, выполненное из электропроводного материала на внутренней поверхности одного из слоев стекла.
Фиг.8 - схематическое изображение электрической схемы, используемой для возбуждения и обнаружения ответной реакции электрического проводника в первом и втором вариантах исполнения антенны.
Фиг.9 - схематическое изображение системы стеклоочистителя, обозначенной на фиг.8.
Фиг.10а-10d - альтернативные варианты исполнения электрического проводника в первом и втором вариантах исполнения антенны.
Фиг.11 - перспективный вид резервуара для жидкости, предназначенного для транспортного средства и включающего в себя расположенный на нем электрический проводник в первом и втором вариантах исполнения антенны.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг.1, лист или панель, выполненная из оптически прозрачного материала, такого как лист стекла или ветровое стекло 2, включает в себя расположенную на нем антенну 4. Первый вариант исполнения антенны 4 включает в себя один или несколько электрических проводников 6, подсоединенных к проводящей фольге 8, которая используется для подсоединения соответствующей электронной схемы к электрическому проводнику 6. В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.1, фольга 8 расположена с наружной стороны относительно периметра ветрового стекла 2. Однако это обстоятельство не следует расценивать как ограничение, накладываемое на настоящее изобретение, поскольку фольга 8 может быть расположена также и в пределах периметра ветрового стекла 2.
Как показано на фиг.2, а также со ссылками на фиг.1, ветровое стекло 2 сформировано из наружного и внутреннего слоев 10 и 12 стекла, связанных друг с другом посредством пластмассовой прослойки 14, выполненной, к примеру, из поливинилбутирала, в результате чего образуется ветровое стекло 2, имеющее единую конструкцию. Однако слои 10 и 12 могут быть выполнены также и из какого-либо иного прозрачного жесткого материала, к примеру, такого как поликарбонат. Электрический проводник 6 может быть расположен на поверхности слоя 10 стекла или слоя 12 стекла, обращенной внутрь или наружу. Электрический проводник 6 может представлять собой проволоку или пластину из проводящего материала; покрытие из проводящего материала, нанесенное на одну из поверхностей слоя 10 стекла или слоя 12 стекла в виде линии или полосы; либо напыление электропроводных частиц на одну из поверхностей слоя 10 стекла или слоя 12 стекла в виде линии или полосы. Желательно, чтобы электрический проводник 6 имел ширину и(или) толщину, при которой он становится, по существу, невидимым для невооруженного глаза.
Как показано на фиг.3-5, второй вариант исполнения антенны 4 включает в себя один или несколько электрических проводников 6, расположенных на гибкой подложке 16. На фиг.3 и 4 видно, что часть гибкой подложки 16, включающей в себя расположенный на ней электрический проводник 6, находится снаружи относительно периметра ветрового стекла 2 с тем, чтобы облегчить подсоединение соответствующей электронной схемы к электрическому проводнику 6. Однако это обстоятельство не следует расценивать как ограничение, накладываемое на настоящее изобретение, поскольку гибкая подложка 16, имеющая находящийся на ней электрический проводник 6, может быть расположена также целиком и полностью в пределах периметра ветрового стекла 2.
Как показано на фиг.4, гибкая подложка 16 может быть зажата между слоями 10 и 12 стекла таким образом, чтобы электрический проводник 6 обращен был при этом к соответствующей поверхности слоя 10 стекла или слоя 12 стекла, обращенной внутрь, либо к одной из поверхностей пластмассовой прослойки 14, обращенной наружу. В альтернативном варианте исполнения гибкая подложка 16 может быть расположена на соответствующей поверхности слоя 10 стекла или слоя 12 стекла, обращенной наружу, таким образом, чтобы электрический проводник 6 обращен был при этом к упомянутой поверхности, обращенной наружу, или же в противоположную сторону относительно этой поверхности. Во избежание нежелательного воздействия на гибкую подложку 16 и(или) на электрический проводник 6 неблагоприятных внешних условий, было бы весьма желательно вставить гибкую подложку 16 между слоями 10 и 12 стекла, а не располагать эту гибкую подложку 16 на соответствующей поверхности слоя 10 стекла или слоя 12 стекла, обращенной наружу.
Гибкая подложка 16 может быть выполнена из любого гибкого изоляционного материала, пригодного для использования его с этой целью, к примеру, такого как полиэтилентерефталат, поливинилбутирал, сверхтонкое стекло и т.д. Электрический проводник 6 любой желаемой формы может быть выполнен из листа любого электропроводного материала, пригодного для использования его с этой целью, надежное сцепление которого с гибкой подложкой 16 обеспечивается с использованием обычных технологических приемов, применяемых в фотолитографическом производстве. Электрический проводник 6 любой желаемой формы может быть также выполнен на гибкой подложке 16 способом трафаретной печати посредством нанесения соответствующего проводящего материала, пригодного для использования его с этой целью, на гибкую подложку 16, имеющую любую желаемую форму, либо способом струйной печати с нанесением соответствующего проводникового материала, пригодного для использования его с этой целью, на гибкую подложку 16, имеющую любую желаемую форму. Предложенные здесь выше способы выполнения электрического проводника 6, имеющего соответствующую форму, на гибкой подложке 16 не следует расценивать, как ограничение, накладываемое на настоящее изобретение, поскольку может предусматриваться применение также и любых иных средств, пригодных для использования их с целью формирования электрического проводника 6 любой желаемой формы на гибкой подложке 16.
Как показано на фиг.5 и 6, а также со ссылками на фиг.3 и 4, та часть гибкой подложки 16, которая выступает наружу относительно периметра ветрового стекла 2, может иметь на себе электрический проводник 6, вставленный между гибкой подложкой 16 и изоляционным материалом 17, сцепляемым с электрическим проводником 6. Изоляционный материал 17 может быть выполнен в виде листа изоляционного материала, например, такого как Каптон (зарегистрированный товарный знак корпорации E.I.DuPont de Nemoir and Company Corporation, г.Уилмингтон, штат Делавэр, США), либо из любого другого подходящего твердого или жидкого изоляционного материала, пригодного для использования его с этой целью, который обеспечивает надежную защиту электрического проводника 6. Во избежание неблагоприятного воздействия влаги и (или) каких-либо загрязняющих веществ в виде твердых частиц на ту часть электрического проводника 6, которая вставлена между подложкой 16 и изоляционным материалом 17, предусмотрено расположить этот изоляционный материал 17 таким образом, чтобы конец его находился между слоями 10 и 12 стекла.
Во избежание неблагоприятного воздействия влаги и(или) каких-либо загрязняющих веществ в виде твердых частиц на электрический проводник 6, вставленный между слоями 10 и 12 стекла, предусматривается применение соответствующего термореактивного клея 18, наносимого на электрический проводник 6 со стороны гибкой подложки 16, расположенной между слоями 10 и 12 стекла. Указанный термореактивный клей 18 наносят таким образом, чтобы он покрывал собой целиком весь конец изоляционного материала 17, находящегося между слоями 10 и 12 стекла, захватывая при этом на достаточно большое расстояние промежуток между слоями 10 и 12 стекла с тем, чтобы после отверждения термореактивного клея 18 между слоями 10 и 12 стекла и пластмассовой прослойкой 4 образовалось герметичное уплотнение, которое предотвращает проникновение влаги и(или) каких-либо загрязняющих веществ в виде твердых частиц внутрь и контакт их с той частью электрического проводника 6, которая находится между слоями 10 и 12 стекла.
Перед тепловым воздействием на термореактивный клей 18 и пластмассовую прослойку 14, необходимым для отверждения клея, с целью предварительного закрепления гибкой подложки 16 в соответствующем положении между слоями 10 и 12 стекла в промежуток между гибкой подложкой 16 и пластмассовой прослойкой 14 может закладываться чувствительный к давлению клей 19.
Как показано на фиг.5, гибкая подложка 16 может содержать заземленный проводник 7, который, по меньшей мере, частично окружает собой электрический проводник 6. При подсоединении заземленного проводника 7 к соответствующему источнику опорного напряжения 44, например, к такому как заземление, вокруг электрического проводника 6 образуется заземляющий контур. Наличие такого заземляющего контура позволяет избежать воздействия нежелательных внутренних электромагнитных помех, которые могут неблагоприятно сказаться на работе электрического проводника 6, влияя на его способность быть резонирующим элементом антенны 4. Кроме того, как показано на фиг.6, с противоположной стороны гибкой подложки 16 относительно той ее стороны, где находится электрический проводник 6, может также, либо в качестве альтернативы, предусматриваться наличие соответствующего проводящего материала 46, расположенного на подложке таким образом, чтобы его можно было подсоединить к указанному источнику опорного напряжения 44. Этот проводящий материал 46 может быть выполнен в виде пластины, одной или нескольких линий или в виде сетки, либо иметь какую-либо иную приемлемую форму, определяющую фарадеевский экран, что позволяет избежать нежелательного воздействия возникающих внутренних электромагнитных помех, которые могут неблагоприятно сказаться на работе электрического проводника 6, влияя на его способность быть резонирующим элементом антенны 4.
Как показано на фиг.7, а также со ссылками на фиг.3-6, может предусматриваться также, либо в качестве альтернативы, наличие электропроводного покрытия 48, нанесенного на соответствующую поверхность слоя 12 стекла, например, на его внутреннюю поверхность, которое подсоединено к источнику опорного напряжения 44 во избежание нежелательных воздействий, возникающих от внутренних электромагнитных помех, которые могут неблагоприятно сказаться на работе электрического проводника 6, влияя на его способность быть резонирующим элементом антенны 4. Электропроводное покрытие 48 может быть прозрачным или же цветным. В случае выполнения его цветным покрытие 48 может служить двоякой цели - как заземленная плоскость или фарадеевский экран для антенны 4 и как противосолнечный щиток ветрового стекла 2. Хотя в данном случае описание ведется в отношении второго варианта исполнения антенны 4, однако следует, тем не менее, понимать, что покрытие 48 может также наноситься на соответствующую поверхность слоя 12 стекла, например, на его внутреннюю поверхность и применительно к первому варианту исполнения антенны 4, показанному на фиг.1 и 2. Следует также понимать, что во избежание нежелательного воздействия возникающих внутренних электромагнитных помех, которые могут неблагоприятно сказаться на работе электрического проводника 6, влияя на его способность быть резонирующим элементом антенны 4, возможно использование любого из рассмотренных здесь выше средств - заземленного проводника 7, проводящего материала 46 и(или) электропроводного покрытия 48 - каждого в отдельности, либо в различных сочетаниях друг с другом.
Как показано на фиг.8, а также со ссылками на все предшествующие чертежи, электронная схема, подсоединяемая к электрическому проводнику 6 в каждом из рассмотренных здесь выше вариантов исполнения антенны 4, включает в себя микропроцессор 20, генератор частоты 22, резонансный контур 24, фильтрующий контур 26 и аналого-цифровой преобразователь 28. Предусматривается также наличие системы стеклоочистителя 30, подсоединенной к указанной схеме таким образом, чтобы получать от микропроцессора 20 один или несколько управляющих сигналов, которые обеспечивают соответствующее регулирование работы системы стеклоочистителя 30, осуществляемое так, как это указано в приведенном ниже описании.
Микропроцессор 20 сопряжен с определенными средствами электронного аппаратного обеспечения, к примеру, с такими как постоянное запоминающее устройство, запоминающее устройство с произвольной выборкой, буферы ввода-вывода и т.п., которые в целях упрощения изображения на фиг.3 не показаны. Работа микропроцессора 20 осуществляется под контролем программы математического обеспечения, сохраняющейся в соответствующем запоминающем устройстве, подсоединенном к микропроцессору 20. Под контролем этой программы математического обеспечения, микропроцессор 20 обеспечивает подачу генератором частоты 22 соответствующего сигнала, имеющего заданную амплитуду и заданную частоту. Значение этой заданной частоты может находиться в пределах между 300 кГц и 700 кГц, а более конкретно - в пределах между 400 кГц и 600 кГц. Сигнал генератора колебаний поступает в резонансный контур 24, который подсоединен к антенне 4. В ответ на сигнал, поступивший от генератора колебаний, резонансный контур 24 выдает резонансный сигнал, амплитуда которого зависит от резонансной частоты антенны 4.
Резонансный контур 24 включает в себя резистор R1, который отделяет сигнал генератора колебаний от резонансного сигнала. Кроме того, резонансный контур 24 включает в себя также колебательный контур 32, подсоединенный между антенной 4 и источником опорного напряжения 34, например, заземлением, со стороны резистора R1, противоположной генератору частоты 22. Колебательный контур 32 может быть выполнен таким образом, чтобы резонировать при определенном значении частоты сигнала генератора колебаний. Колебательный контур 32 включает в себя резистор R2, катушку индуктивности I1 и конденсатор С1, подсоединенные параллельно друг другу между антенной 4 и источником опорного напряжения 34.
Фильтрующий контур 26 включает в себя диод D1, подсоединенный таким образом, чтобы пропускать через себя резонансный сигнал, поступающий от резонансного контура 24 и направляющийся к аналого-цифровому преобразователю 28. Предусматривается наличие конденсатора С2 и резистора R3, подсоединенных параллельно друг другу между противоположной стороной диода D1 относительно той его стороны, где подключен резонансный контур 24, и источником опорного напряжения 34. Может также предусматриваться, но в необязательном порядке, наличие катушки индуктивности 12, подсоединенной параллельно между конденсатором С2 и резистором R3. Выходной сигнал фильтрующего контура 26 представляет собой выпрямленный и профильтрованный сигнал, который поступает в аналого-цифровой преобразователь 28. Под контролем микропроцессора 20 аналого-цифровой преобразователь 28 осуществляет дискретизацию выпрямленного и профильтрованного сигнала и преобразует его в эквивалентный цифровой сигнал, который обсчитывается микропроцессором 20.
Для обнаружения влаги на ветровом стекле 2, микропроцессор 20 вынуждает генератор частоты 22 сгенерировать сигнал в то время, пока какой-либо влаги на обращенной наружу поверхности ветрового стекла 2 еще не наблюдается. Затем микропроцессор определяет ответную реакцию антенны 4 на этот сигнал генератора колебаний, обсчитывая первый цифровой сигнал, получаемый на выходе аналого-цифрового преобразователя 28, когда антенна 4 принимает сигнал генератора колебаний. При этом микропроцессор запоминает этот первый цифровой сигнал для последующего использования.
Впоследствии, когда на обращенной наружу поверхности ветрового стекла 2 появится влага, например в виде скопившейся воды или же отдельных ее брызг, микропроцессор 20 осуществляет обработку второго цифрового сигнала, получаемого с выхода аналого-цифрового преобразователя 28 при получении антенной 4 сигнала генератора колебаний.
В альтернативном варианте микропроцессор 20 может обрабатывать первый цифровой сигнал, когда на обращенной наружу поверхности ветрового стекла 2 будет уже находиться влага, например, в виде скопившейся воды или ее брызг, а обработка второго цифрового сигнала может быть осуществлена им в то время, когда на обращенной наружу поверхности ветрового стекла 2 влага отсутствует. С этой целью первый цифровой сигнал, соответствующий наличию или отсутствию влаги на ветровом стекле 2, может использоваться в качестве основного при определении на основании получаемого второго цифрового сигнала присутствия или отсутствия влаги на ветровом стекле 2. Как используются первый и второй цифровые сигналы при определении присутствия или же отсутствия влаги на ветровом стекле 2, будет раскрыто в приведенном далее описании.
Было замечено, что выпрямленный и профильтрованный сигнал, получаемый на выходе фильтрующего контура 26, имеет различные амплитуды при появлении влаги на ветровом стекле 2 вблизи от антенны 4. Более конкретно, выпрямленный и профильтрованный сигнал, получаемый на выходе фильтрующего контура 26, имеет амплитуду, значение которой возрастает или же уменьшается до определенного предела с увеличением количества влаги, находящейся на ветровом стекле 2 вблизи от антенны 4. Например, при полном отсутствии влаги на ветровом стекле 2 вблизи от антенны 4 наблюдается соответствующее первое значение амплитуды выпрямленного и профильтрованного сигнала. Однако когда на ветровое стекло 2 вблизи от антенны 4 начинает попадать влага в виде капель воды, выпрямленный и профильтрованный сигнал, получаемый на выходе фильтрующего контура 26, будет иметь уже второе значение амплитуды, которое отличается от первого значения амплитуды. Кроме того, когда на ветровое стекло 2 вблизи от антенны 4 начинает попадать влага в виде распыленной воды, выпрямленный и профильтрованный сигнал, получаемый на выходе фильтрующего контура 26, будет иметь уже третье значение амплитуды, которое отличается от второго значения амплитуды.
Такой переменчивый характер амплитуды обусловлен изменением величины полного сопротивления антенны 4, наблюдающимся при заданной частоте сигнала генератора колебаний в качестве ответной реакции на соответствующие изменения резонансной частоты антенны 4, происходящие вследствие увеличения количества влаги, находящейся на ветровом стекле 2 вблизи от антенны 4. Таким образом, например, если заданная частота сигнала генератора колебаний выбрана равной резонансной частоте антенны 4, наблюдающейся, когда на ветровом стекле 2 вблизи от антенны 4 присутствует распыленная жидкость, то при увеличении количества влаги, находящейся на ветровом стекле 2 вблизи от антенны 4, начиная от полного отсутствия влаги и вплоть до появления там жидкости в распыленном виде, происходит соответствующее уменьшение полного сопротивления антенны 4, после чего начинается также соответствующее уменьшение амплитуды выпрямленного и профильтрованного сигнала, получаемого на выходе фильтрующего контура 26. Аналогично этому, например, если заданная частота сигнала генератора колебаний выбрана равной резонансной частоте антенны 4, наблюдающейся, когда на ветровом стекле 2 вблизи от антенны 4 полностью отсутствует какая-либо влага, то при увеличении количества влаги, находящейся на ветровом стекле 2 вблизи от антенны 4, начиная от полного отсутствия влаги и вплоть до появления там жидкости в распыленном виде, происходит соответствующее увеличение полного сопротивления антенны 4, после чего начинается также соответствующее увеличение амплитуды выпрямленного и профильтрованного сигнала, получаемого на выходе фильтрующего контура 26. Таким образом, в зависимости от соотношения между заданной частотой сигнала генератора колебаний и резонансной частотой антенны 4, амплитуда выпрямленного и профильтрованного сигнала, получаемого на выходе фильтрующего контура 26, может либо возрастать, либо уменьшаться.
Электронная схема, подсоединенная к электрическому проводнику 6, способна определять соответствующие изменения его резонансной частоты, происходящие вследствие изменения количества влаги, находящейся на ветрового стекле 2 вблизи от проводника 6, начиная от полного отсутствия влаги и вплоть до появления там жидкости в распыленном виде. Однако было замечено, что роса или туман, осаждающиеся на поверхности ветрового стекла 2, лучше всего поддаются обнаружению в том случае, если электрический проводник 6 или подложка 16 располагаются таким образом, чтобы они находились в контакте с той поверхностью ветрового стекла 2, на которой осаждаются роса или туман.
Затем микропроцессор 20 сопоставляет первый цифровой сигнал со вторым цифровым сигналом с целью определения количества влаги, которая присутствует на ветровом стекле 2 вблизи от антенны 4. Более конкретно, микропроцессор 20 вычисляет разность между первым и вторым цифровыми сигналами и исходя из этой разности определяет количество влаги, которая присутствует на ветровом стекле 2 вблизи от антенны 4. На основании полученного при этом результата подается соответствующий управляющий сигнал, поступающий в систему стеклоочистителя 30 и обеспечивающий регулирование режима работы стеклоочистителя в зависимости от количества влаги, находящейся на ветровом стекле 2.
Как показано на фиг.9, а также со ссылками на все предшествующие чертежи, система стеклоочистителя 30 включает в себя схему управления 36 электродвигателем стеклоочистителя, которая получает соответствующий управляющий сигнал от микропроцессора 20, и электродвигатель 38 стеклоочистителя, с которым связана щетка 40 стеклоочистителя, находящаяся на ветровом стекле 2. Как уже указывалось в приведенном здесь выше описании, управляющий сигнал, подаваемый микропроцессором 20 на схему управления 36 электродвигателем стеклоочистителя, зависит от разности между первым и вторым цифровыми сигналами, обрабатываемыми микропроцессором 20. Для того чтобы обеспечить регулирование действия системы стеклоочистителя 30 в соответствии с количеством влаги, находящейся на ветровом стекле 2 вблизи от антенны 4, числовой ряд цифровых значений разности, которые могут быть обработаны микропроцессором 20, подразделяется на соответствующие участки, исходя из того, какой требуется обеспечить режим регулирования системы стеклоочистителя 30. Например, если этот ряд цифровых значений разности предполагается разбить на два участка, то тогда участок, соответствующий верхнему диапазону числового ряда значений разности цифровых сигналов, выделяется для обеспечения работы системы стеклоочистителя 30 со сравнительно высокой скоростью, а участок, соответствующий нижнему диапазону числового ряда цифровых значений разности, выделяется для обеспечения работы системы стеклоочистителя 30 со сравнительно низкой скоростью. Таким образом, если значение текущей разности между числовыми значениями второго цифрового сигнала и первого цифрового сигнала находится в пределах верхнего диапазона числового ряда значений этой разности, то тогда микропроцессор 20 подает соответствующий управляющий сигнал, который обеспечивает срабатывание схемы управления 36 электродвигателем стеклоочистителя таким образом, чтобы установился такой режим работы электродвигателя 38 привода щетки стеклоочистителя, при котором щетка 40 стеклоочистителя движется с высокой скоростью. Аналогично этому, если значение текущей разности между числовыми значениями второго цифрового сигнала и первого цифрового сигнала находится в пределах нижнего диапазона числового ряда цифровых значений этой разности, то тогда микропроцессор 20 подает соответствующий управляющий сигнал, который обеспечивает срабатывание схемы управления 36 электродвигателем стеклоочистителя таким образом, чтобы установился такой режим работы электродвигателя 38 привода щетки стеклоочистителя, при котором щетка 40 стеклоочистителя движется с низкой скоростью.
Кроме того, предусматривается также возможность осуществления различных других режимов работы системы стеклоочистителя 30, которые обеспечиваются при помощи микропроцессора 20 и схемы управления 36 электродвигателем стеклоочистителя в зависимости от значения разности между текущими числовыми значениями второго цифрового сигнала и первого цифрового сигнала. В число этих режимов работы могут входить такие режимы, как импульсный режим однократного действия, при осуществлении которого щетка 40 стеклоочистителя протирает ветровое стекло 2 всего лишь только один раз, например, для того чтобы удалить росу или туман, осевшие на ветровое стекло 2; импульсный режим с постоянным рабочим циклом, применяемый, например, в тех случаях, когда наблюдается постоянное скапливание отдельных капелек воды на ветровом стекле 2, но при этом влага скапливается в недостаточно большом количестве для того, чтобы оправдать непрерывную работу системы стеклоочистителя 30 с низкой скоростью; а также импульсный режим с переменным рабочим циклом, при осуществлении которого интенсивность протирания ветрового стекла 2 щеткой 40 стеклоочистителя изменяется в зависимости от количества влаги и (или) скорости ее накопления на ветровом стекле 2.
Микропроцессор 20 может быть выполнен таким образом, чтобы подавать два или более разных управляющих сигналов, благодаря чему обеспечивается возможность работы системы стеклоочистителя 30 в двух или более из вышеуказанных режимов в зависимости от наблюдаемых изменений количества влаги, находящейся на ветровом стекле 2. При отсутствии влаги на ветровом стекле 2, микропроцессор 20 может обеспечить переход системы стеклоочистителя 30 в такое состояние, в котором протирание ветрового стекла 2 щеткой 40 стеклоочистителя либо прекращается, либо не начинается.
Как показано на фиг.10а-l0d, предусматриваются различные варианты исполнения электрического проводника 6 в первом и втором вариантах исполнения антенны 4. На фиг.10а и фиг.5 показан электрический проводник 6, выполненный в виде змеевика. На фиг.10b и 10 с показаны три параллельных электрических проводника 6, имеющих общую точку разветвления и расположенных с промежутком друг относительно друга. Как показано пунктирными линиями, продолжающими электрические проводники 6 на фиг.10b и 10с, электрические проводники 6 могут быть выполнены таким образом, чтобы иметь практически любую требуемую длину. И, наконец, на фиг.10d показаны два параллельных электрических проводника 6, имеющих общую точку разветвления и расположенных с промежутком друг относительно друга. И здесь тоже пунктирными линиями, продолжающими электрические проводники 6, показано, что представленные на фиг.10d электрические проводники 6 могут иметь практически любую требуемую длину.
Настоящее изобретение имеет несколько преимуществ по сравнению с известными в данной области техники соответствующими системами, предназначенными для обнаружения влаги. К числу этих преимуществ относятся: наличие антенны 4, которая, по существу, невидима для невооруженного глаза с расстояния, приблизительно, в один метр; возможность расположения антенны 4 в прозрачной или же непрозрачной части ветрового стекла 2; нечувствительность антенны 4 к грязи; возможность обнаружения присутствия влаги при помощи антенны 4 в пределах большей площади поверхности по сравнению с известными в данной области техники соответствующими датчиками сопоставимого размера; возможность совместного использования антенны 4 с подложками разной толщины и разными по составу материалов, из которых они изготавливаются; а также настоящее изобретение позволяет обнаруживать присутствие на ветровом стекле 2 капелек влаги, например, капелек выпавшей росы или осевшего тумана, имеющих меньший размер, чем при применении известных в данной области техники соответствующих систем, предназначенных для обнаружения влаги.
Как показано на фиг.11, а также со ссылками на фиг.8, настоящее изобретение может быть также использовано для определения уровня одной или нескольких жидкостей, к примеру, уровня жидкости в соответствующем резервуаре, имеющемся на транспортном средстве. В частности, антенна 4 может быть смонтирована на резервуаре 42, предназначенном для хранения той или иной жидкости и выполненном из какого-либо неэлектропроводного и немагнитного материала. Предпочтительно, такая антенна 4 монтируется с наружной стороны резервуара 42 для хранения жидкости, располагаясь при этом вблизи от нижнего его конца. Однако это обстоятельство не следует расценивать, как соответствующее ограничение, накладываемое на настоящее изобретение. Резервуар 42 для хранения жидкости может быть выполнен таким образом, чтобы служить для хранения жидкости, применяемой в стеклоомывателе ветрового стекла, охлаждающей жидкости радиатора или любой другой жидкости, используемой на транспортном средстве, при этом замер уровня соответствующей жидкости в резервуаре может производиться при помощи антенны 4 и электронной схемы, показанной на фиг.8.
С целью определения уровня жидкости в соответствующем резервуаре 42 предусматривается подача сигнала генератора колебаний на электрический проводник 6 антенны 4, когда внутри указанного резервуара 42 для хранения жидкости отсутствует какая-либо жидкость. Полученный первый ответный выходной сигнал электрического проводника 6 дискретизируется и сохраняется. Через соответствующие интервалы времени после того, как резервуар для хранения жидкости будет заполнен соответствующей жидкостью, неоднократно проводится дискретизация вторых ответных выходных сигналов электрического проводника 6 на сигнал генератора колебаний. Каждый такой второй ответный выходной сигнал сопоставляется с сохраненным первым ответным выходным сигналом. Как только второй ответный выходной сигнал придет в соответствующее заданное соотношение с сохраненным первым ответным выходным сигналом, на выходе электронной схемы появляется управляющий сигнал, под воздействием которого происходит активирование соответствующего индикатора, например, «проверить уровень жидкости в стеклоомывателе», «проверить уровень жидкости в радиаторе» и т.д.
Следует понимать, что с понижением уровня жидкости в соответствующем резервуаре 42 для хранения этой жидкости постепенно уменьшается разность между первым ответным выходным сигналом и вторым ответным выходным сигналом, получаемым от антенны 4. Таким образом, как только второй ответный выходной сигнал придет в соответствующее заданное соотношение с сохраненным первым ответным выходным сигналом, что будет свидетельствовать о том, что уровень жидкости в этом резервуаре снизился до предварительно заданной своей величины, на выходе электронной схемы появляется управляющий сигнал. Для того чтобы облегчить обнаружение изменения резонансной частоты антенны 4, можно выбрать соответствующее заданное значение частоты сигнала генератора колебаний, при котором обеспечивается оптимизация величины изменения полного сопротивления антенны 4 в качестве ответной реакции на присутствие жидкости внутри соответствующего резервуара 42 для этой жидкости. Аналогичные пояснения действительны также и применительно к изменению резонансной частоты антенны 4, происходящему вследствие присутствия влаги на ветровом стекле 2.
В том случае когда на транспортном средстве предусматривается наличие некоторого множества антенн 4, возможна также установка соответствующего устройства объединения сигналов (не показано) между каждой такой антенной 4 и электронной схемой, показанной на фиг.8. Находясь под контролем микропроцессора 20, устройство объединения сигналов может обеспечивать избирательное подключение электронной схемы к каждой антенне 4 для подачи сигнала генератора колебаний, имеющего соответствующую частоту, на каждую такую антенну 4, и для обнаружения выходного сигнала каждой антенны 4, посылаемого ею в ответ на соответствующий сигнал генератора колебаний. Предпочтительно было бы, чтобы микропроцессор 20 мог под контролем соответствующей программы математического обеспечения осуществлять регулировку частоты сигнала генератора колебаний, выдаваемого генератором частоты 22, с тем чтобы, оптимизировав изменение резонансной частоты каждой антенны 4, обнаруживать присутствие или отсутствие соответствующей конкретной жидкости.
Настоящее изобретение рассмотрено в приведенном здесь выше его описании со ссылками на конкретные предпочтительные примеры его осуществления. Однако возможны различные изменения и дополнения, которые очевидно будут предложены специалистами в данной области техники в процессе ознакомления их с приведенным здесь выше подробным описанием настоящего изобретения и усвоения ими предложенного материала. Например, невзирая на то что описание здесь ведется в связи с обнаружением влаги на ветровом стекле 2, настоящее изобретение может быть, тем не менее, использовано также и для обнаружения влаги на поверхностях жестких или гибких подложек, используемых в связи с другими возможными применениями. Аналогично, невзирая на то что описание здесь ведется в связи с определением уровней жидкости в резервуаре 42 для хранения соответствующей жидкости, смонтированном на транспортном средстве, настоящее изобретение может быть, тем не менее, использовано также и для определения уровня жидкости, находящейся в резервуаре для хранения жидкости, используемом в других применениях. Кроме того, невзирая на то что описание здесь ведется в связи с управлением микропроцессором 20 соответствующей системы стеклоочистителя 30, микропроцессор 20 может быть, тем не менее, использован также и для управления системой фар транспортного средства, системой осушения ветрового стекла транспортного средства и(или) любой другой системой, предназначенной для применения на транспортных средствах или же для каких-либо иных применений, не связанных с транспортными средствами, и обеспечивающей управление в зависимости от присутствия влаги на соответствующей подложке. Помимо этого, невзирая на то что связь с соответствующими компонентами электронной схемы, предпочтительно, осуществляется при помощи проводников, следует, тем не менее, понимать, что передача соответствующих сигналов между двумя или несколькими из этих компонентов может также осуществляться и при помощи соответствующих высокочастотных (ВЧ) и (или) оптических средств передачи сигналов. И, наконец, микропроцессор 20 может быть также выполнен таким образом, чтобы обеспечивать запись - для последующего поиска и воспроизведения - информации по тем дням, когда на подложке обнаружено было наличие влаги, и (или) по продолжительности работы системы стеклоочистителя 30. Эти данные могут затем использоваться в информационных целях, например, для подсчета числа дождливых дней за месяц и (или) определения срока, когда щетки системы стеклоочистителя 30 могут потребовать замены. Предполагается, что все такие модификации и изменения охватываются настоящим изобретением, поскольку они не выходят за пределы существа и объема изобретения, определенные в прилагаемой формуле изобретения или в ее эквивалентах.