ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА И ДАТЧИК ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ДУГООБРАЗОВАНИЯ И ОСТЕКЛЕНИЕ С ТАКИМИ СХЕМОЙ И ДАТЧИКОМ
ELECTRIC CIRCUIT AND ARC DETECTION SENSOR AND GLAZING WITH USAGE OF ABOVE CIRCUIT AND SENSOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электрической схеме и датчику для обнаружения дугообразования и к остеклению, имеющему такой датчик, и, более конкретно, к электрической схеме и датчику для обнаружения дугообразования системы электрообогрева остекления воздушного судна, например, ламинированного лобового стекла воздушного судна, и к ламинированному лобовому стеклу воздушного судна, имеющему части указанных электрической схемы и датчика.
Обсуждение доступной технологии
Окна воздушных судов или космических аппаратов, например, лобовые стекла воздушных судов, содержат ламинат, состоящий из тонких пластмассовых слоев или листов, слоев или листов стекла и их комбинации. Слои внутреннего сегмента лобового стекла обращены внутрь воздушного судна и обеспечивают конструктивную прочность лобового стекла. Слои внешнего сегмента лобового стекла обращены наружу воздушного судна. Внешний сегмент лобового стекла, который также может обеспечивать конструктивную прочность, обычно снабжается приспособлениями для повышения оптической резкости. Например, и не для ограничения обсуждения, внешний сегмент лобового стекла может содержать электропроводящее покрытие или множество электрических монтажных проводов, расположенных между и присоединенных к паре пространственно разнесенных собирательных шин, чтобы нагревать наружную поверхность лобового стекла для предотвращения образования запотевания, снега и льда и/или для удаления запотевания, снега и льда с поверхности лобового стекла, обращенной наружу корпуса воздушного судна, также называемой наружной поверхностью лобового стекла.
Как должны понимать специалисты в данной области техники, по мере увеличения времени службы или рабочего времени лобового стекла воздушного судна, эксплуатационная эффективность лобового стекла уменьшается до такого времени, когда приспособления лобового стекла становятся нефункциональными, и лобовое стекло нуждается в замене или ремонте. Более подробно и без ограничения обсуждения, периферийный край лобового стекла имеет наружное уплотнение для влажности, являющееся барьером для предотвращения попадания влаги между пластмассовыми и стеклянными слоями или листами лобового стекла. Когда уплотнение выходит из строя, например, возникают трещины и/или разрыхление слоев из-за эрозии, вызванной ветром и дождем, влага попадает между слоями лобового стекла. Хотя растрескивание или разрыхление уплотнения не относится к конструктивным проблемам, когда влага попадает между слоями лобового стекла, лобовое стекло может расслаиваться и проводящее покрытие или провода, какие бы они ни были, могут быть повреждены и выйти из строя, снижая, таким образом, срок службы лобового стекла. Более конкретно, когда происходит расслаивание лобового стекла, повышенное количество влаги проходит между слоями лобового стекла, ускоряя деградацию лобового стекла, например, вызывая образование дуги, повреждение и/или отказ шин и электропроводящего покрытия или проводов, снижая или исключая возможности размораживания лобового стекла.
В настоящее время доступны датчики для обнаружения образования дуги, например, такие, как раскрыты в упомянутых выше патентных заявках США №12/345,932 и №12/345,952. Хотя доступные в настоящее время датчики для обнаружения образования дуги являются приемлемыми, они обладают ограничениями. Например, но не для ограничения обсуждения, доступные в настоящее время датчики для обнаружения образования дуги электропроводящего покрытия между двумя шинами измеряют ток в первой шине и ток в заданном положении на проводящем покрытии или на второй шине. Когда разность между этими двумя измерениями превышает заданную разность токов, в систему управления подается сигнал прекратить подачу тока на шины. Этот тип датчика не учитывает, что ток, подаваемый к шинам, содержит электрические шумы и помехи, являющиеся результатом работы генератора воздушного судна, обеспечивающего электроэнергией остекление воздушного судна, освещение, воздушный кондиционер и другое электрооборудование воздушного судна. В результате, показания являются неточным представлением изменений тока, вызванных образованием дуги.
На основе предшествующего обсуждения, специалисты в данной области техники должны понимать, что было бы предпочтительным обеспечить электрическую схему и датчик для обнаружения дугообразования и остекление, имеющее компоненты схемы и датчика, которые исключали бы ограничения имеющихся в настоящее время электрических схем и датчиков для обнаружения дугообразования.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к электрической системе, чувствительной к перегреву и/или образованию электрической дуги в электропроводящем элементе. Система содержит, помимо прочего, температурный датчик для считывания температуры электропроводящего элемента; первый переключатель, который должен электрически соединяться с источником электропитания; датчик дуги для контроля напряжения электропроводящего элемента, причем датчик дуги электрически соединяется с первым переключателем, в которой первый переключатель в замкнутом состоянии обеспечивает непрерывный путь прохождения электрического тока через первый переключатель к датчику дуги и первый переключатель в разомкнутом состоянии препятствует прохождению тока через первый переключатель; контроллер температуры, воздействующий на первый переключатель, чтобы по выбору размыкать первый переключатель; второй переключатель, электрически соединяющий температурный датчик с контроллером температуры, в которой первый переключатель в замкнутом состоянии электрически соединяет температурный датчик и контроллер температуры, и в разомкнутом состоянии разъединяет первый переключатель и температурный датчик; и система преобразования и фильтра, соединенная с датчиком дуги и воздействующая на второй переключатель, в которой с помощью первого переключателя и второго переключателя в замкнутом состоянии обеспечивается первый путь прохождения электрического тока через первый переключатель к электропроводящему элементу, и обеспечивается второй путь прохождения электрического тока от температурного датчика, через второй переключатель, к контроллеру температуры, в которой контроллер температуры размыкает первый переключатель, когда контроллер температуры получает заданный сигнал от температурного датчика, и в которой система преобразования и фильтра размыкает второй переключатель, когда сигнал от датчика дуги указывает заданный уровень образования дуги, и контроллер температуры, реагирующий на размыкание второго переключателя, размыкает первый переключатель, если первый переключатель замкнут.
Дополнительно, настоящее изобретение относится к воздушному судну, содержащему, помимо прочего, лобовое стекло, а также содержащему, помимо прочего, нагревательный элемент для удаления снега, запотевания или льда с наружной поверхности лобового стекла, причем нагревательный элемент содержит пару пространственно разделенных шин и электропроводящий элемент между ними и находится в электрическом контакте с раздельными шинами, и электрическую систему для контроля и/или управления характеристиками нагревательного элемента. Электрическая система содержит, помимо прочего, температурный датчик для считывания температуры электропроводящего элемента; первый переключатель, который должен электрически соединяться с источником электропитания воздушного судна; датчик дуги для контроля напряжения электропроводящего элемента, причем датчик дуги электрически соединяется с первым переключателем, и первый переключатель в замкнутом состоянии обеспечивает непрерывный путь прохождения электрического тока от источника электропитания воздушного судна через первый переключатель к датчику дуги и от датчика дуги к первой из пары раздельных шин нагревательного элемента, и вторая из раздельных шин нагревательного элемента соединяется с источником электропитания, и первый переключатель в разомкнутом состоянии препятствует прохождению тока от источника электропитания к первой шине; контроллер температуры, воздействующий на первый переключатель, чтобы выборочно размыкать первый переключатель; второй переключатель, электрически соединяющий температурный датчик с контроллером температуры, в которой первый переключатель в замкнутом состоянии электрически соединяет температурный датчик и контроллер температуры, и в разомкнутом состоянии отключает первый переключатель от температурного датчика; система преобразования и фильтра соединяется с датчиком дуги и воздействует на второй переключатель, в которой с помощью первого переключателя и второго переключателя в замкнутом состоянии обеспечивается первый путь прохождения электрического тока от источника электропитания через первый переключатель, через нагревательный элемент к источнику электропитания, и второй путь прохождения электрического тока обеспечивается от температурного датчика через второй переключатель к контроллеру температуры, в которой контроллер температуры размыкает первый переключатель, когда контроллер температуры получает заданный сигнал от температурного датчика, и в котором система преобразования и фильтра размыкает второй переключатель, когда сигнал от датчика дуги указывает заданный уровень образования дуги, и контроллер температуры, чувствительный к размыканию второго переключателя, размыкает первый переключатель, если первый переключатель замкнут.
Далее, дополнительно, настоящее изобретение относится к способу управления подачей электроэнергии на нагревательный элемент остекления воздушного судна, чтобы исключить перегрев и/или образование дуги, в котором нагревательный элемент содержит электропроводящий элемент для нагревания наружной поверхности остекления. Способ содержит, помимо прочего, подачу сигнала, представляющего температуру электропроводящего элемента, через первый переключатель, через контроллер температуры ко второму переключателю, в котором, когда контроллер температуры указывает температуру, равную или выше заданного значения, контроллер температуры действует, чтобы разомкнуть второй переключатель; контроль тока/напряжения от источника электропитания до электропроводящего элемента по мере того, как ток/напряжение поступает от источника электропитания через второй переключатель на электропроводящий элемент, в котором контроль находится в месте между вторым переключателем и электропроводящим элементом и обеспечивает контрольную информацию; и действуют на основе контрольной информации, чтобы разомкнуть первый переключатель, когда контрольная информация имеет заданную выбранную информацию, в котором размыкание первого переключателя размыкает второй переключатель.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в изометрии воздушного судна, имеющего варианты осуществления изобретения, не создающие ограничений.
Фиг. 2 - вид в изометрии остекления воздушного судна, содержащей признаки изобретения.
Фиг. 3 - вид вдоль линии 3-3 на фиг. 2.
Фиг. 4 - вид в изометрии нагревательного элемента остекления воздушного судна, имеющего блок-схему для указания признаков изобретения, чтобы обнаруживать образование дуги в нагревательном элементе.
Фиг. 5 - блок-схема варианта осуществления, не создающего ограничений, для системы интеллектуального контроллера электроэнергии и контроля, соответствующей изобретению, соединяющей источник электропитания воздушного судна с нагревательным элементом типа, показанного на фиг. 4.
Фиг. 6 - блок-схема варианта осуществления, не создающего ограничений, для системы контроля дуги, соответствующей изобретению.
Фиг. 7 - вид спереди приподнятого корпуса шкафа, системы контроля состояния воздушного судна, системы контроля состояния, содержащей признаки изобретения для обнаружения образования дуги в нагревательном элементе типа, показанного на фиг. 4.
Фиг. 8 - частичный вид в поперечном сечении остекления воздушного судна типа, показанного на фиг.3, имеющего выбранные компоненты электрической схемы и датчик детектора образования дуги, соответствующие изобретению, установленный на остеклении в соответствии с принципами изобретения.
Фиг. 9 - фрагментированный вид сверху приподнятого другого, не создающего ограничений варианта осуществления изобретения для выборочных компонент электрической схемы и датчика детектора дуги, соответствующих изобретению, установленных на окне воздушного судна типа, показанного на фиг. 3.
Подробное описание изобретения
Используемые здесь термины, характеризующие пространство или направление, такие как "внутренний", "внешний", "левый", "правый", "вверх", "вниз", "горизонтальный", "вертикальный" и т.п. относятся к изобретению, как они показаны на чертежах. Однако, следует понимать, что изобретение может принимать различные альтернативные ориентации и, соответственно, такие термины нельзя рассматривать как ограничение. Дополнительно, все числа, выражающие размеры, физические характеристики и т.д., используемые в описании и формуле изобретения, должны пониматься как изменяемые во всех случаях термином "приблизительно". Соответственно, если не указывается иное, числовые значения, приведенные в последующем описании и формуле изобретения, могут изменяться в зависимости от желаемого свойства и/или стремиться быть полученными посредством настоящего изобретения. По крайней мере, и не как попытка ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый численный параметр должен истолковываться по меньшей мере в свете количества сообщенных значащих цифр и применяя обычные способы округления. Кроме того, все раскрытые здесь диапазоны должны пониматься как охватывающие любые и все поддиапазоны, отнесенные к ним. Например, установленный диапазон "1-10" должен пониматься как содержащий любые и все поддиапазоны между и включающий минимальное значение 1 и максимальное значение 10; то есть, все поддиапазоны, начинающиеся с минимального значения 1 или больше и заканчивающиеся максимальной величиной 10 или меньше, например, 1-6,7 или 3,2-8,1, или 5,5-10. Кроме того, термин "расположенный над" или "установленный над", как он используется здесь, означает "расположенный на" или "установленный над", но не обязательно в контакте с поверхностью. Например, одно изделие или компонент изделия, "установленный над" или "расположенный над" другим изделием или компонентом изделия не препятствуют присутствию материалов между изделиями или между компонентами изделия, соответственно.
Прежде, чем обсудить несколько не создающих ограничений вариантов осуществления, подразумевается, что изобретение не ограничивается его применением к деталям конкретных вариантов осуществления, показанных и обсужденных здесь, так как изобретение способно к другим вариантам осуществления. Дополнительно, используемая здесь терминология, предназначенная для обсуждения изобретения, служит для целей описания, но не ограничения. Также дополнительно, если не указано иное, в последующем обсуждении схожие позиции относятся к схожим элементам.
Варианты осуществления изобретения, не создающие ограничений, будут относиться к ламинированному остеклению воздушного судна и, в частности, к лобовому стеклу воздушного судна. Изобретение, однако, не ограничивается каким-либо конкретным типом воздушного судна и остекления воздушного судна, и изобретение может быть реализовано на любом типе воздушного судна и остеклении воздушного судна, например, но без создания ограничений, на окнах типа, имеющего среду, чувствительную к электрическим стимулам для увеличения или уменьшения прохождения видимого света, например, в частности, на окнах типа, раскрытого в опубликованной патентной заявке США №2007/0002422 A1, и на окнах воздушного судна типа, имеющего изолированное воздушное пространство между парой ламинированных листов. Раскрытия публикаций, указанных в этом абзаце, во всей полноте содержатся в настоящем документе посредством ссылки.
Дополнительно, изобретение может быть реализовано на коммерческих окнах и окнах жилых зданий, например, не без создания ограничений, по типу, раскрытому в патенте США №5 675 944, который во всей полноте содержится в настоящем документе посредством ссылки; на окнах любого типа наземного транспортного средства; навесе для воздушного судна, иллюминаторах в кабине и лобовом стекле для любого типа воздушного и космического транспортного средства, на окнах для любого судна, расположенных выше и ниже уровня воды, и на окнах для стороны просмотра или дверях любого типа контейнеров, например, но без создания ограничений, холодильников, шкафов и/или печных дверей. И еще, дополнительно, изобретение не ограничивается материалом слоев или листов окна воздушного судна, и слои или листы могут быть изготовлены, в частности, из отвержденных и неотвержденных пластмассовых листов; отпущенных, закаленных, и тепло- и химически упрочненных, прозрачных, цветных, покрытых и непокрытых стеклянных листов. Также дополнительно, изобретение может быть реализовано на окнах, имеющих непрозрачные листы, например, в частности, деревянные и металлические листы, и стеклянные листы, имеющие непрозрачное покрытие и их комбинации.
На фиг. 1 показано воздушное судно 18, имеющее не ограничивающий вариант осуществления лобового стекла 20 воздушного судна (фиг. 2-4) и датчик дуги и монитор (см. фиг. 5-9), соответствующие изобретению. Лобовое стекло 20 (фиг. 3) содержит первый прозрачный лист 22, прикрепленный ко второму прозрачному листу 24 первым виниловым промежуточным слоем 26; второй лист 24, прикрепленный ко второму виниловому промежуточному слою 28 первым промежуточным уретановым слоем 30, и вторым виниловым промежуточным слоем 28, прикрепленным к нагревательному элементу 32 вторым промежуточным уретановым слоем 34. Элемент края или барьер 36 для влаги типа, используемого в технике, например, в частности, силиконовая резина или другой гибкий, долговечный, стойкий к влаге материал, крепится (1) к периферийному краю 38 лобового стекла 20, то есть к периферийному краю 38 первого и второго листов 22, 24; первого и второго виниловых промежуточных слоев 26, 28, и первого и второго промежуточных уретановых слоев 30, 34 и нагревательного элемента 32; (2) к границам или краям 40 границ наружной поверхности 42 лобового стекла 20, то есть к границам 40 наружной поверхности 42 первого стеклянного листа 22 лобового стекла 20, и (3) к границам или краям 44 границ наружной поверхности 46 лобового стекла 20, то есть границам наружной поверхности 46 нагревательного элемента 32.
Как должны понимать специалисты в данной области техники, первый и второй стеклянные листы 22, 24; первый и второй виниловые промежуточные слои 26, 28 и первый уретановый промежуточный слой 30 формируют несущую часть или внутренний сегмент лобового стекла 20, и наружная поверхность 42 стеклянного листа 22 лобового стекла 20 обращена внутрь воздушного судна 18 (здесь далее наружная поверхность 42 стеклянного листа 22 также упоминается как внутренняя поверхность 42 лобового стекла 20), и второй уретановый слой 34 и нагревательный элемент 32 являются ненесущей частью или внешним сегментом лобового стекла 20, и поверхность 46 нагревательного элемента 32 лобового стекла 20 обращена наружу воздушного судна 16. Нагревательный элемент 32 обеспечивает теплоту, препятствующую образованию запотевания, удаляет запотевание, препятствует образованию на нем снега и льда и/или расплавляет снег и лед на наружной поверхности 46 нагревательного элемента 32 лобового стекла 20 (здесь далее, наружная поверхность 46 нагревательного элемента 32 также упоминаются как наружная поверхность 46 лобового стекла 20) способом, обсуждаемым ниже.
Как следует понимать, изобретение не ограничивается конструкцией лобового стекла 20 и любой другой конструкцией остекления воздушного судна, например, лобовых стекол воздушных судов, используемых в технике, которые могут использоваться при практической реализации изобретения. Например, и без ограничения изобретения, лобовое стекло 20 может содержать конструкцию, в которой виниловый промежуточный слой 28 и уретановый промежуточный слой 30 отсутствуют и/или листы 22 и 24 являются стеклянными или пластмассовыми листами. Обычно листы 22 и 24 лобового стекла 20 являются прозрачными химически упрочненными стеклянными листами; однако, изобретение этим не ограничивается и стеклянные листы 22 и 24 могут быть закаленными или отпущенными стеклянными листами. Дополнительно, как должны понимать специалисты в данной области техники, изобретение не ограничивается количеством стеклянных листов, виниловых промежуточных слоев или уретановых промежуточных слоев, образующих лобовое стекло 20, и лобовое стекло 20 может иметь любое количество листов и/или промежуточных слоев.
Изобретение не ограничивается проектом и/или конструкцией нагревательного элемента 32 и любой электропроводящий нагревательный элемент, используемый в технике для нагревания поверхности листа, чтобы предотвратить образование запотевания, снега и/или льда, расплавить снег и лед на поверхности и/или удалить запотевание на наружной поверхности лобового стекла, может использоваться при практической реализации изобретения. Как показано на фиг. 4, в одном из вариантов осуществления изобретения, не создающем ограничений, нагревательный элемент 32 содержит стеклянный лист 60, имеющий проводящее покрытие 62, наложенное на поверхность 64 стеклянного листа 60, и пару разделенных зазором шин 66, 68, электрически контактирующих с проводящим покрытием 62. Изобретение не ограничивается составом проводящего покрытия 62 и любое из электропроводящих покрытий, известных в уровне техники, может использоваться при практической реализации изобретения. Например, и без ограничения изобретения, проводящее покрытие 62 может быть изготовлено из любого соответствующего электропроводящего материала. Варианты осуществления проводящих покрытий, не создающие ограничений, которые могут использоваться при реализации изобретения на практике, содержат, в частности, оловянную оксидную пленку, активированную пиролитическим осажденным фтором, осажденную магнетронным распылением, типа, продаваемого компанией PPG Industries, Inc. под торговой маркой NESA; пленку из оксида индия, легированного оловом, осажденным магнетронным распылением, такого типа как продаваемую компанией PPG Industries, Inc под торговой маркой NESATRON; покрытие, образованное одной или более пленками, осажденными путем магнетронного распыления, пленки, содержащие, в частности, металлическую пленку, например, серебро между металлическими оксидными пленками, например, окись цинка и/или станнат цинка, каждая из которых может быть нанесена последовательно магнетронным распылением, например, как раскрыто, но не ограничиваясь этим, в патентах США №№4 610 771; 4 806 220 и 5 821 001. Описания патентов США №№4 610 771; 4 806 220 и 5 821 001 во всей полноте содержатся в настоящем документе посредством ссылки.
Как можно понять, изобретение не ограничивается использованием электропроводящего покрытия для нагревания стеклянного листа 60, и изобретение предполагает использование любого типа элемента, который может быть электрически нагреваться, например, но не ограничиваясь этим, электропроводящие проводники. Проводники, например, провода 69, показанные на схематическом изображении на фиг. 3 и 4, могут быть заложены в лист пластмассового промежуточного слоя, например, но не ограничиваясь этим, в промежуточный слой 34 между шинами 66 и 68, и быть электрически соединены с шинами 66 и 68. Такое нагревательное устройство известно в технике под торговой маркой AIRCON компании PPG Industries Ohio Inc. и раскрыто в патенте США №4 078 107, который во всей полноте содержится в настоящем документе посредством ссылки.
Изобретение не ограничивается проектом и/или конструкцией шин 66 и 68, и любой из типов шин, используемых в технике, может использоваться при практической реализации изобретения. Примерами шин, которые могут использоваться при практической реализации изобретения, являются, в частности, типы, раскрытые в патентах США №№3 762 902; 4 623 389; 4 894 513; 4 994 650 и 4,902875, которые во всей полноте содержится в настоящем документе посредством ссылки.
Снова, как показано на фиг. 4, в одном из вариантов осуществления изобретения, не ограничиваясь этим, каждая из шин 66 и 68 соединяется проводами 70 и 71, соответственно, с системой 72 контроля и интеллектуального контроллера электропитания, соответствующей изобретению (ниже обсуждается более подробно), и система 72 контроллера и контроля соединяется с источником 74 электропитания воздушного судна проводами или электрическими кабелями 76 и 77. Не ограничивая этим изобретение, концы 79 шины 66 и концы 80 шины 68 отделены промежутками от соседних сторон 82-85 стеклянного листа 60, а стороны 86 покрытия 62 отделены промежутками от сторон 82-85 стеклянного листа 60, чтобы предотвратить образование дугового разряда между шинами 66 и 68 и покрытием 62 с металлической обшивкой 87 воздушного судна 18 (см. фиг. 1).
Температурный датчик 88 устанавливается на проводящем покрытии 62, чтобы считывать температуру проводящего покрытия 62 нагревательного элемента 32, и соединяется с системой 72 интеллектуального контроллера электропитания и контроля проводом или электрическим кабелем 92 способом, обсуждаемым ниже. Изобретение не ограничивается температурным датчиком 88 и любой из типов, используемых в технике, может использоваться при практической реализации изобретения. Дополнительно, изобретение не ограничивается количеством температурных датчиков 88, установленных на покрытии 62, и любое их количество, например, один, два или три, могут быть установлены на покрытии 62, чтобы считывать температуру различных областей покрытия 62. В одном из вариантов осуществления, не создающем ограничений, температурный датчик был термопарой и три термопары были установлены на покрытии 62.
Как показано на фиг. 5, в одном из вариантов осуществления изобретения, не создающем ограничения, бортовой источник 74 электропитания подает переменный электрический ток по проводам 76 и 77 к терморегулятору 93 окна от системы 72 интеллектуального контроллера электропитания и контроля. Как должны понимать специалисты в данной области техники, изобретение не ограничивается источником 74 электропитания, и источник 74 электропитания может быть любым источником электропитания переменного тока, как показано на фиг. 5, или источником электропитания постоянного тока, известными в технике. Провод 76 соединяется с одним полюсом переключателя 98 терморегулятора 93 окна и другой полюс переключателя 98 соединяется с датчиком 99 дуги системы 100 обнаружения и контроля дуги, соответствующей изобретению, проводом или электрическим кабелем 102. Переключатель 98 обычно находится в замкнутом состоянии и переключается из замкнутого состояния в разомкнутое состояние и наоборот сигналами, посылаемыми по проводу или электрическому кабелю 104 от логических устройств управления для терморегулятора 106 устройства 93 управления обогревом окна. Датчик 99 дуги соединяется с шиной 66 нагревательного элемента 32 проводом 70. Шина 68 нагревательного элемента 32 соединяется с источником 74 электропитания проводом 71.
В одном из вариантов осуществления изобретения, не создающем ограничений, компоненты системы 72 интеллектуального контроллера электропитания и контроля устанавливаются в экранированной коробке 109 и экранированная коробка 109 соединяется с заземлением, например, с корпусом 81 воздушного судна 18 (см. фиг. 1) проводом или кабелем 111 (см. фиг. 5), чтобы блокировать внешние электростатические поля.
Снова обращаясь к фиг. 5, температурный датчик 88 соединяется с одним полюсом электронного переключателя 110 проводом 92, и второй полюс переключателя 110 соединяется проводом 112 с логическим устройством 106 управления терморегулятора 93 окна. Переключатель 110 обычно находится в замкнутом состоянии и переключается из замкнутого состояния в разомкнутое состояние и из разомкнутого состояния в замкнутое состояние сигналами, посланными переключателю 110 по проводу или электрическому кабелю 114 от системы 116 преобразования и фильтрации сигналов устройства 100 обнаружения и контроля дуги.
Устройство 100 обнаружения и контроля дуги, соответствующее изобретению, предусматривает электрическое отключение нагревательного элемента 32 и источника 74 электропитания друг от друга, когда обнаруживается любое из следующих условий: (a) температура нагревательного элемента 32 больше заданной температуры, (b) образуется большая дуга, и (c) существует ряд образований микродуг, количество которых превышает распределенное количество за данный период времени.
Рассмотрим теперь условие (a), когда температура нагревательного элемента 32 больше заданной температуры. Как показано на фиг. 5, переключатель 98 терморегулятора 93 окна и переключатель 110 оба находятся в замкнутом состоянии, чтобы нагревать нагревательный элемент 32 для удаления запотевания, снега и/или льда со снегом с наружной поверхности 46 лобового стекла 20 (см. фиг. 3). Температура нагревательного элемента 32 считывается температурным датчиком 88 и сигнал температурного датчика 88, например, в милливольтах ("мВ") контролируется терморегулятором 106 терморегулятора 93 окна. Когда температура нагревательного элемента 32 превышает заданную температуру, например, но без ограничений для обсуждения, из-за образования дуги или увеличения сопротивления покрытия 62 терморегулятор 106 посылает сигнал на переключатель 98 по проводу 104, чтобы разомкнуть переключатель 98 для электрического отключения источника 74 электропитания и нагревательного элемента 32 друг от друга. Изобретение не ограничивается причиной превышения заданной температуры нагревательным элементом 32 и любым типом дефекта нагревательного элемента 32, который заставляет превышать заданную температуру при практической реализации изобретения.
Теперь обсуждение будет проводиться в отношении варианта осуществления, не создающего ограничений, для системы 100 обнаружения и контроля сигнала, соответствующей изобретению. Система 100 обнаружения и контроля сигнала, соответствующая изобретению, предназначена обнаруживать и действовать на двух разных уровнях образования дуги, а именно, при условиях (b) и (c). Один уровень образования дуги (условие (b)) называют "образование большой дуги" и определяется как измеренное напряжение/ток, превышающие первый заданный уровень. Значение первого заданного уровня не ограничивается изобретением и значение выбирается таким образом, что образование дуги видно невооруженным глазом и/или основано на предшествующем опыте, когда оно может повредить окно 20. В одном из вариантов осуществления изобретения, не создающем ограничений, первый заданный уровень основан на модели окна и токе, необходимом для нагревания окна для удаления запотевания, снега и льда и/или предотвращения образования запотевания, снега и льда на поверхности окна. Например, и без создания ограничений для изобретения, окно для воздушного судна Gulfstream, номер модели G650, как ожидают, потребует 18 21,6 Ампер, чтобы удалить запотевание, снег и лед и/или предотвратить образование запотевания, снега и льда на поверхности окна. На основании наблюдения за характеристиками окна при нагревании, первый заданный уровень для этой модели окна для условия (b) равен или выше 150 милливольт ("мВ").
Рассмотрим теперь случай, когда существует образование большой дуги без температуры, превышающей заданную температуру. Датчик дуги 99 считывает образование большой дуги и посылает сигнал устройству 116 преобразования сигнала. Устройство 116 преобразования сигнала посылает сигнал по проводу 114 для размыкания переключателя 110. Логическое устройство управления терморегулятора 106 определяет, что переключатель 110 находится в разомкнутом состоянии и посылает сигнал по проводу 104, чтобы разомкнуть переключатель 98 для электрического отключения источника 74 электропитания и нагревательного элемента 32 друг от друга. Как должны понимать специалисты в данной области техники, когда существует образование большой дуги и температура нагревательного элемента 28 превышает заданную температуру, переключатель 110 и/или переключатель 98 могут размыкаться.
Другой уровень образования дуги (условие (c)) называют "образованием микродуги" и определяют как измеренные напряжение/ток, превышающие второе заданное значение и меньшие, чем первое заданное значение. В одном из вариантов осуществления изобретения значение второго заданного уровня выбирается таким образом, что уровень шума тока, проходящего через устройство 99 считывания дуги, отфильтровывается. Например, и не создавая ограничений для изобретения, уровень помех для электрической системы воздушного судна Gulfstream был определен для целей настоящего изобретения как равный 50 милливольт, например, напряжение, измеренное на кабеле 102/70 (фиг. 5). На основе приведенного выше обсуждения, в одном из вариантов изобретения, не создающем ограничений, образование микродуги происходит в диапазоне от 50 милливольт или более и меньше 150 милливольт, и образование большой дуги происходит от напряжения 150 милливольт или более, измеренного на проводе 70.
В целом, одиночная микродуга неблагоприятно влияет на работу нагревательного элемента 32, однако, было определено, что ряд микродуг за заданный период времени обычно сопровождается образованием большой дуги. Поэтому, контроль образования микродуг может использоваться для предотвращения образование большой дуги и повреждения окна. Заданное количество микродуг за заданный период времени может быть определено посредством наблюдений и регистрации во времени. В другом варианте осуществления изобретения, не создающем ограничений, заданное количество микродуг может назначаться, основываясь на статистическом исследовании характеристик нагревательных элементов 32. При практической реализации изобретения для используемого при обсуждении воздушного судна Gulfstream заданное количество для заданного периода времени, например, 10 секунд, составляло 256.
Рассмотрим теперь случай, когда существует ряд образований микродуг, превышающих заданное количество за заданный период времени без увеличения температуры и/или признака, что существует образование большой дуги. Система 116 преобразования сигнала подсчитывает количество микродуг за заданный период времени способом, обсуждаемым ниже, и когда количество образования микродуг за заданный период времени больше заданного количества, устройство 116 преобразования сигнала посылает сигнал по проводу 114, чтобы разомкнуть переключатель 110. Логическое устройство управления терморегулятора 106 определяет, что переключатель 110 находится в разомкнутом состоянии и посылает сигнал по проводу 104, чтобы разомкнуть переключатель 98 для электрического отключения источника 74 электропитания и нагревательного элемента 32 друг от друга. Как могут понять специалисты в данной области техники, когда существует чрезмерное образование микродуг и температура нагревательного элемента 28 превышает заданную температуру, переключатель 110 и/или переключатель 98 могут размыкаться.
Образование дуги, о которой идет речь в настоящем обсуждении, содержит, но не создавая ограничений, образование электрической дуги над трещиной в покрытии 62 и/или между одной или обеими шинами 66 и 68 и/или разделением шин 66, 68 и/или покрытием 62. Как следует понимать специалистам в данной области техники, удары по стеклянному листу 60 нагревательного элемента 32 могут приводить к трещинам в стеклянном листе 60, что в результате приводит к разрывам в покрытии 62. Дополнительно, движение влаги через барьер 36 для влаги лобового стекла 20 (см. фиг. 2 и 3) может вызвать расслаивание слоистого лобового стекла. Расслаивание лобового стекла может приводить в результате к отделению одной или обеих шин 66 и 68 от проводящего покрытия 62 или проводов, заложенных в промежуточный слой 38. Образование электрической дуги над трещинами в проводящем покрытии 62 и разделениями между шинами и покрытием приводит в результате к точечному нагреванию, которое может достигнуть температур, приводящих к образованию трещин в стекле 60 нагревательного элемента 32. Изобретение не ограничивается причиной образования электрической дуги и образование дуги в результате любого типа дефекта нагревательного элемента 32, содержится в практической реализации изобретения.
Обсуждение далее проводится для варианта осуществления, не создающего ограничений, системы 100 обнаружения и контроля, соответствующей изобретению. Система 100 обнаружения и контроля дуги, соответствующая изобретению, предназначена для обнаружения образования большой дуги и образования микродуг и предпринимает меры по предотвращению или ограничению повреждений нагревательного элемента 32 и/или окна 20. Переключатель 98 и переключатель 110 (см. фиг. 5) имеют тип, при котором они размыкаются и замыкаются в ответ на сигналы, посланные на переключатель. При практической реализации изобретения переключатель 98 является электронным твердотельным переключателем. Логическое устройство 106 управления терморегулятором 93 окна было компаратором типа, который сравнивает электрический сигнал, например, выраженный в милливольтах, полученный от температурного датчика 88 в установленном диапазоне температур, и когда сигнал выходит за пределы диапазона, логическое устройство 106 управления терморегулятором посылает сигнал на размыкание переключателя 98, а когда сигнал находится в пределах диапазона, устройство 106 логического управления терморегулятором посылает сигнал по проводу 104 для замыкания переключателя 98.
Другой признак изобретения состоит в том, что логическое устройство 106 управления терморегулятором может размыкать и замыкать переключатель 98, когда нет образования большой дуги и/или количество микродуг меньше заданного количества для заданного периода времени. Более конкретно, когда существует образование большой дуги и/или количество микродуг больше заданного количества для заданного периода времени, устройство 116 преобразования и фильтрации сигнала устройства 100 обнаружения и контроля дуги посылает сигнал по проводу 114, чтобы удерживать переключатель 110 в разомкнутом состоянии, что удерживает переключатель 98 в разомкнутом состоянии, как обсуждалось ранее. Переключатели 110 и 98 остаются разомкнутыми, пока проблема образования дуги не будет решена. После того, как проблема образования дуги решена, переключатель 110 замыкается. Переключатель 110 может быть замкнут вручную или посредством сигнала от системы 116 преобразования и фильтрации, поскольку больше не существует образования большой дуги или количество образования микродуг не превышает заданного количества для заданного периода времени.
Как показано на фиг. 6, теперь обсуждение будет проводиться в отношении системы 100 обнаружения и контроля дуг, чтобы обнаруживать образование больших дуг и микродуг и принимать меры по предотвращению или минимизации повреждения нагревательного элемента 32 и/или окна 20 (см. фиг. 3 и 4). Как показано на фиг. 6, детектор 99 дуги соединяется с проводами 102 и 70 и выходной сигнал детектора 99 дуги пропускается на фильтр 148 по проводам 150. Изобретение не ограничивается типом детектора 99 дуги, используемым при практической реализации изобретения. При предпочтительной практической реализации изобретения используемый детектор 99 дуги является трансформатором тока для снижения тока до более низкого уровня для простоты фильтрации тока, проходящего по проводам 102 и 70. Более конкретно, трансформатор 99 тока создает пониженный ток, прямо пропорциональный току, проходящему по проводам 102/70 на нагревательный элемент 32. Например, в одном из вариантов осуществления изобретения, не создающем ограничений, ток, проходящий через нагревательный элемент 32, составлял 185 Ампер, а выходной ток трансформатора 99 тока составлял 1,85 Ампера. Как должны понять специалисты в данной области техники, снижение с 185 Ампер до 1,85 Ампер требует использования трансформатора тока, имеющего сердечник (не показан), способный к такому снижению без ухудшения сердечника из-за тепла, выделяющегося при снижении. В одном из вариантов осуществления изобретения, не создающем ограничений, используемый трансформатор 99 тока продавался компанией Metglas и был изготовлен из материала Metglas. Дополнительно, как должно быть понятно специалистам в данной области техники, изобретение не ограничивается значением снижения тока и изобретение предполагает снижение тока в диапазоне 25-95% и 50-90%. Также дополнительно, как должны понимать специалисты в данной области техники, изобретение не ограничивается использованием трансформатора тока в качестве датчика дуги и изобретение предполагает использование шунтирующего резистора и измерительного резистора в качестве датчика дуги при практической реализации изобретения.
Снова обращаясь к фиг. 6, фильтр 148 сигнала системы 116 преобразования и фильтрации сигнала является фильтром верхних частот для эффективного подавления электрических и магнитных шумов в сигналах, проходящих по проводам 150. Уровень фильтрации фильтра 148 сигнала основан на спектральном анализе шумов электрической системы, то есть, тока, проходящего от источника 74 электропитания к нагревательному элементу 32. Как обсуждено выше, в одном из вариантов осуществления изобретения, не создающем ограничений, сигналы с напряжением ниже 50 милливольт отфильтровывались из сигнала. Фильтр 148 также понижает величину сигнала в линии за счет удаления высокочастотных составляющих, например, но не для создания ограничения изобретения, на 2 уровнях.
Сигнал после фильтра 148 проходит на двухкаскадный фильтр 154. Первый каскад 154A содержит компаратор, чтобы отфильтровать сигналы, имеющие уровни напряжения/тока выше первого заданного уровня, например, 150 милливольт, который указывает на образование большой дуги. Когда сигнал первого каскада превышает первый заданный уровень, по линии 156 на сигнальный переключатель 140 посылается сигнал, что обнаружено образование большой дуги, и сигнальный переключатель 140 посылает сигнал по линии 114, чтобы разомкнуть переключатель 110, который заставляет логическое устройство управления терморегулятора 106 размыкать переключатель 98, чтобы препятствовать прохождению тока от источника 74 электропитания к нагревательному элементу 32 (см. фиг. 5), как обсуждалось выше.
Сигнал после первого каскада 154AА фильтра проходится на второй каскад 154b. Сигналы, имеющие значение напряжения/тока в пределах диапазона первого и вторых заданных уровней, например, между 50 и 150 милливольтами, являются индикаторами образования микродуги. Второй каскад 154b двухкаскадного фильтра 154 подсчитывает количество импульсов в сигнале между первым и вторым заданными уровнями для заданного периода времени, что является индикатором образования микродуг за заданный период времени. В одном из вариантов осуществления изобретения, не предназначенном для создания ограничения, когда значение подсчета превышает 256 за период времени 10 секунд, считается, что произошло избыточное образование микродуг и фильтр 154B посылает сигнал по линии 156 на сигнальный переключатель 140, что обнаружено чрезмерное образование микродуг. Сигнальный переключатель 140 посылает сигнал по линии 114, чтобы разомкнуть переключатель ПО, который заставляет логическое устройство управления терморегулятора 106 разомкнуть переключатель 98, чтобы предотвратить прохождение тока от источника 74 электропитания к нагревательному элементу 32 (см. фиг. 5), как обсуждалось выше. В случае, когда период времени заканчивается и подсчет количества образований микродуг меньше заданного количества, фильтр 154B запускает счет снова для другого периода времени.
Как показано на фиг. 6, сигнальный фильтр 148 и двойной фильтр 154 каждый подключается проводом 158 и 160, соответственно, к микрокомпьютеру 164 и микрокомпьютер 164 соединяется с электронным устройством 166 хранения данных проводом или кабелем 168. Микрокомпьютер 164 устанавливает уровень, например, второй заданный уровень для фильтра 148, чтобы фильтровать помехи от сигнала детектора 99 дуги, устанавливает уровень, например, первый заданный уровень для фильтра 154A, чтобы идентифицировать образование большой дуги, и устанавливает значение подсчета и период времени для фильтра 154B, чтобы подсчитывать количество микродуг. Электронное устройство 166 хранения данных сохраняет во времени регистрацию деятельности фильтра 148 и двухкаскадного фильтра 154, чтобы предоставлять данные для установки заданного первого уровня, указывающего образование микродуг, второго заданного уровня, указывающего уровень помех в сигнале, поступающем от детектора 99 дуги, и значение подсчета микродуг и периода времени, чтобы индицировать потенциальную проблему за счет образования микродуг.
В одном из вариантов осуществления изобретения, не создающем ограничений, микрокомпьютер 164 содержит "встроенное программное обеспечение", которые прожигается в программе непосредственно на электронной плате. Программное обеспечение системы было прикладной программой на базе Windows. Система способна обнаруживать два различных уровня образования дуги, например, образования большой дуги и образования микродуг, которые могут устанавливаться пользователем. Когда обнаруживается микродуга, счетчику дается разрешение на слежение за тем, сколько микродуг происходит за определенный промежуток времени. Эти явления помечаются датой, временем и величиной дуги и затем сохраняются на печатной плате для последующего восстановления.
Система 116 преобразования и фильтрации обеспечивает три порядка различия. Очень низкий порядок различия, например, 50 милливольт, который связывается с нежелательными внешними помехами, если имеются, является первым порядком, который должен регулироваться. Согласно этому порядку, сигналы игнорируются как вызываемые помехами от источника 72 электропитания. Второй порядок является сигналами выше первого заданного уровня, указывающего образование большой дуги. И третий порядок является сигналами между первым заданным уровнем и вторым заданным уровнем, указывающим образование микродуг.
Хотя это не является ограничением для изобретения, обработка данных образования микродуг была следующей: если компьютер 164 обнаруживает высокий уровень переключения в тесной последовательности без какого-либо разрыва, то компьютер 164 рассматривает эту группу данных как пакет. Опыт говорит о том, что импульсы от искр собираются в группы, которые будут представляться пакетами. Один пакет может содержать максимальное количество импульсов, например, но не ограничиваясь настоящим изобретением, 256 импульсов. Термин "импульс" не означает импульсы, например, мегагерцовые импульсы выше выходного сигнала фильтра 154B, а означает, что компьютер 164 обнаруживает пакет на выходе бистабильного мультивибратора, обычно называемом триггером, в цикле измерения времени, например, длительностью 10 миллисекунд. В одном из вариантов осуществления, не создающем ограничения для изобретения, когда количество импульсов превышает установленное значение, например, 256, в пределах заданного периода времени, например, 10 секунд, то тогда 256 импульсов составят новый пакет для нового периода времени. Первые эксперименты, в целом, показали, что пакеты имеют длительность приблизительно 1-40 импульсов.
Как показано на фиг. 7, в другом варианте осуществления изобретения, не создающем ограничений, компьютер 164 и электронное устройство 166 хранения данных устанавливаются в корпусе шкафа 210 устройства контроля исправности воздушного судна 18. В одном из вариантов осуществления изобретения, не создающем ограничений, шкаф 210 может содержать громкоговоритель 212, соединенный с сигнальным переключателем 140 проводом или оптическим соединителем 213 (см. фиг. 6), чтобы предоставить звуковую информацию в отношении характеристик нагревательного элемента 32 лобового стекла 20, и тревогу 214, чтобы привлечь внимание к компьютеру 164 для предоставления персоналу внутри воздушного судна характеристик лобового стекла 20 в реальном времени. В другом варианте осуществления изобретения, не создающем ограничений, шкаф 210 имеет беспроводной приемопередатчик 220, чтобы посылать сигналы 222, относящиеся к характеристикам нагревательного элемента 28 (см. фиг. 4) лобового стекла 20, и принимать сигналы 224 в отношении запланированных сроков и мест, когда потребуется ремонт и техническое обслуживание лобового стекла 20, как раскрыто в патентной заявке США №12/345,932.
В другом варианте осуществления изобретения, не создающем ограничений, экранирующий кожух 109, в котором находятся выборочные компоненты системы 72 управления системы интеллектуального контроллера электропитания и контроля (см. фиг. 5), установленные на периферийном краю окна 20 (см. фиг. 8). В этом варианте осуществления изобретения, не создающем ограничений, экранирующий кожух 109 устанавливается поверх периферийного края 38 лобового стекла 20, например, но не создавая ограничений для изобретения, по периферийным краям стеклянных листов 22 и 24 и промежуточного слоя 26. Защитный пластмассовый слой 230 обеспечивается между периферийным краем 38 из лобового стекла 20 и экранирующим кожухом 109, чтобы предотвратить повреждение краев стекла из-за вибраций. Кабель 232 выходит из элемента 36 уплотнения края и присоединяется к кабелю 234 соединителем 236 типа, используемого на воздушных судах. В этом варианте осуществления изобретения компоненты, установленные в экранирующем кожухе 109, содержат, в частности, фильтр 148, двойной фильтр 154 и сигнальный переключатель 140. Кабели 232 и 234 содержат провода 70 и 71, идущие к нагревательному элементу 32, провод 114 проходит от сигнального переключателя 140 к переключателю 110, и провод 150 проходит от детектора 99 дуги и провода 158 и 160 проходят от компьютера 164 к фильтру 148 и двухкаскадному фильтру 154. Провод 111 присоединяет экранирующий кожух 109 к заземлению (см, фиг. 5). Элемент 38 герметизации края накладывается на боковые края 40 и периферийные края 38 лобового стекла 20, как обсуждалось выше, и элемент 38 герметизации края также накладывается на экранирующий кожух 109, как показано на фиг. 8. После того, как лобовое стекло 20 установлено в корпус воздушного судна 18, присоединяются кабели 222 и 224.
На фиг. 9 показан другой вариант осуществления изобретения, не создающий ограничений, для установки системы 72 интеллектуального контроллера электропитания и контроля (см. фиг. 5), соответствующей изобретению, на лобовое стекло. На фиг. 9 стеклянный лист 22 имеет интегральную схему 260, содержащую, но не создающую ограничений изобретения, фильтр 148, двухкаскадный фильтр 154 и сигнальный переключатель 140, наложенный поверх поверхности 262 стеклянного листа 22 напротив поверхности 42 стеклянного листа 22, обращенной внутрь воздушного судна 18. Промежуточный слой 26 накладывается на поверхность 262 стеклянного листа 22, как обсуждалось выше, и накладывается на интегральную схему 260. Наложение интегральных схем на стеклянную поверхность хорошо известно в технике и никакое дальнейшее обсуждение не считается необходимым.
Изобретение не ограничивается представленными и обсужденными выше вариантами осуществления изобретения, которого представлены только для целей иллюстрации, и объем изобретения ограничивается только объемом последующей формулы изобретения и любыми дополнительными требованиями, которые добавляются к заявке, имея прямую или косвенную связь с настоящей заявкой.