ПРОЗРАЧНОЕ ИЗДЕЛИЕ С ДАТЧИКОМ ВЛАГИ
TRANSPARENT PRODUCT WITH MOISTURE SENSOR

Уровень техники
1. Область техники, к которой относится изобретение:
Данное изобретение относится к остеклению, например окнам, имеющим датчики влаги для измерения проникновения влаги, а более конкретно к многослойному остеклению воздушных и аэрокосмических судов, например к лобовому стеклу воздушного судна, имеющему датчики влаги для контроля поведения в реальном времени влагостойких уплотнений окон и количества влаги, накапливающейся с течением времени.
2. Обсуждение технологии, имеющейся на сегодняшний день
Окна воздушных или аэрокосмических судов, например лобовые стекла воздушных судов, включают в себя многослойный материал, состоящий из слоев или листов пластмассы, стеклянных слоев или листов и их сочетания. Слои внутренней части лобового стекла обращены вовнутрь воздушного судна и предназначены для того, чтобы обеспечивать конструктивную прочность лобового стекла. Наружная часть лобового стекла обращена наружу от воздушного судна и предназначена для обеспечения конструктивной прочности и приспособлений для оптической резкости. В качестве примера и не ограничивая это обсуждение, эти приспособления могут быть включены в состав электропроводного покрытия или множества электропроводных проводов, расположенных между парой расположенных на некотором расстоянии друг от друга токопроводящих шин и соединенных с ними для того, чтобы нагревать лобовое стекло для предотвращения образования запотевания и льда, и/или их устранения, соответственно, на и/или с наружной поверхности лобового стекла.
Как понятно специалистам в данной области техники, по мере увеличения продолжительности эксплуатации лобового стекла воздушного судна, эффективность работы лобового стекла уменьшается до тех пор, пока лобовое стекло не станет не функционирующим и не потребуется заменять или ремонтировать лобовое стекло. Если описать это более конкретно, то периферийный край лобового стекла имеет уплотнение, защищающее от наружной влаги, которое служит барьером, препятствующим попаданию влаги между пластмассовыми и стеклянными слоями или листами лобового стекла. Когда влагостойкое уплотнение выходит из строя, например трескается и/или слои многослойного материала лобового стекла разъединяются вследствие эрозии, вызванной ветром и дождем, влага попадает между слоями лобового стекла. Хотя растрескивание или разъединение уплотнения не является прочностной проблемой, когда влага проходит между слоями лобового стекла, лобовое стекло может расслаиваться, и электропроводное покрытие или провода, что бы из них там ни находилось, могут быть повреждены и прийти в негодность, тем самым сокращая или заканчивая срок службы лобового стекла. Если описать это более конкретно, то, когда происходит расслаивание лобового стекла, возросшие количества влаги перемещаются между слоями лобового стекла, ускоряя деградацию лобового стекла, например повреждение и/или отказ токопроводящих шин и электрически электропроводного покрытия или проводов, что снижает или сводит на нет антиобледенительные возможности лобового стекла.
Несвоевременная реакция с тем, чтобы устранить дефекты в этих приспособлениях в остеклении, когда они начинаются, снижает эффективность работы остекления и может в результате привести к необходимости аварийного ремонта, например ремонта или замены остекления. Следовательно, было бы полезным снабдить остекление датчиками влаги для контроля работоспособности остекления, так, чтобы ремонт или замена остекления были плановым техническим обслуживанием, а не аварийным ремонтом.
Сущность изобретения
Данное изобретение относится к остеклению, включающему в себя, помимо прочего, множество листов, соединенных вместе; элемент-датчик, реагирующий на влагу, причем элемент-датчик между листами, электронные схемы датчика, при работе соединенные с этим датчиком для того, чтобы измерять некоторое электрическое свойство датчика, которое изменяется как функция коррозии, вызванной влагой, в котором при работе соединяют элемент-датчик и электронные схемы датчика с источником питания для того, чтобы измерять это электрическое свойство датчика с целью определения того, является ли элемент-датчик новым элементом-датчиком, работающим элементом-датчиком, элементом-датчиком, достигшим насыщения, или сломанным элементом-датчиком.
Кроме того, изобретение относится к способу определения ожидаемого срока службы многослойного остекления изделия, предназначенного для воздушного судна и имеющего проникновение влаги, включающему в себя, помимо прочего, этапы, на которых изготавливают многослойное остекление для воздушного судна, имеющее влагостойкий барьер поверх наружной поверхности граничных краев и периферии многослойного остекления для воздушного судна; во время изготовления многослойного остекления для воздушного судна размещают между листами и/или между листами и влагостойким уплотнением остекления для воздушного судна элемент-датчик, реагирующий на влагу; при работе соединяют электронные схемы датчика с этим элементом-датчиком для того, чтобы измерять некоторое электрическое свойство элемента-датчика, которое изменяется как функция коррозии, вызванной влагой, при работе соединяют элемент-датчик и электронные схемы датчика с источником питания для того, чтобы измерять это электрическое свойство датчика с целью определения того, является ли элемент-датчик новым элементом-датчиком, работающим элементом-датчиком, элементом-датчиком, достигшим насыщения, или сломанным элементом-датчиком, и заменяют остекление для воздушного судна в случае, когда элемент-датчик находится на некотором предварительно заданном значении.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в поперечном разрезе неограничивающего варианта воплощения лобового стекла воздушного судна, включающего в себя признаки по этому изобретению.
Фиг. 2 - изометрическое изображение нагревательного элемента предшествующего уровня техники для устранения запотевания и для растапливания льда и снега на наружной поверхности лобового стекла.
Фиг. 3 - изометрическое изображение неограничивающего варианта воплощения датчика или обнаружителя влаги, соответствующих этому изобретению.
Фиг. 4 - неограничивающий вариант воплощения электрической системы для того, чтобы осуществлять мониторинг и действовать в соответствии с выходными сигналами датчика влаги, соответствующий идеям этого изобретения.
Фиг. 5 - вид в плане неограничивающего варианта воплощения компоновки датчиков или обнаружителей влаги для оценки приблизительного места проникновения влаги и глубины проникновения влаги.
Фиг. 6 - вид в плане, на котором показан датчик влаги, соответствующий изобретению, окружающий нагревательный элемент, показанный на Фиг. 2.
Фиг. 7 - вид сбоку в вертикальном разрезе, на котором показан неограничивающий вариант воплощения изобретения для установки датчика поверх токопроводящей шины нагревательного элемента.
Фиг. 8 - вид сбоку в вертикальном разрезе другого неограничивающего варианта воплощения датчика по изобретению, имеющего два однородных металла различных физических размеров.
Фиг. 9 - вид сбоку в вертикальном разрезе другого неограничивающего варианта воплощения датчика по изобретению, имеющего два разнородных металла.
Фиг. 10 - неограничивающий вариант воплощения считывающей схемы, которая может быть использована при практическом осуществлении этого изобретения.
Фиг. 11 - другой неограничивающий вариант воплощения другой считывающей схемы, которая может быть использована при практическом осуществлении этого изобретения.
Фиг. 12 - вид в поперечном разрезе части лобового стекла, показанного на Фиг. 1, на котором показано место расположения датчиков или обнаружителей влаги на граничных и периферийных краевых участках лобового стекла воздушного судна в соответствии с идеями этого изобретения.
Фиг. 13 - вид в плане другого неограничивающего варианта воплощения датчика влаги, соответствующего изобретению.
Осуществление изобретения
В том значении, в котором они здесь используются, термины, обозначающие положение в пространстве или направление, такие как "внутренний", "наружный", "левый", "правый", "верхний", "нижний", "горизонтальный", "вертикальный" и тому подобное, относятся к изобретению в том представлении, в котором оно показано на чертежах на фигурах. Однако следует понимать, что изобретение может принимать различные альтернативные ориентации и, соответственно, такие термины не следует рассматривать в качестве ограничения. Кроме того, все числа, выражающие размеры, физические характеристики и так далее, используемые в этом описании и формуле изобретения, следует понимать как модифицируемые во всех случаях термином "около". Соответственно, если не сказано противоположное, то численные значения, приводимые в нижеследующих описании и формуле изобретения, могут изменяться в зависимости от того свойства, которое требуется и/или которое стремятся получить посредством настоящего изобретения. Как минимум, и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый численный параметр должен, по меньшей мере, толковаться в свете количества сообщенных значащих цифр и с применением обычных методик округления. Кроме того, все раскрытые здесь диапазоны должны пониматься как охватывающие любые и все поддиапазоны, относящиеся к этому диапазону. Например, заявленный диапазон "1-10" должен рассматриваться как включающий в себя любые значения и все поддиапазоны между минимальным значением, составляющим 1, и максимальным значением, составляющим 10, включая эти значения; то есть все поддиапазоны, начинающиеся с минимального значения, составляющего 1 или больше, и заканчивающиеся максимальным значением, составляющим 10 или меньше, например от 1 до 6,7, или от 3,2 до 8,1, или от 5,5 до 10. Кроме того, в том значении, в котором он здесь используется, термин "наложенный поверх", "расположенный поверх" или "установленный поверх" означает - наложенный на что-то, расположенный на чем-то или установленный поверх чего-то, но не обязательно в контакте с его поверхностью. Например, один предмет или компонент предмета "наложенный поверх", "установленный поверх" или "расположенный поверх" другого предмета или компонента предмета не исключает наличие материалов, соответственно, между этим предметом или между компонентом этого предмета.
Перед рассмотрением нескольких неограничивающих вариантов воплощения изобретения следует понимать, что изобретение не ограничено своим применением к подробностям конкретных неограничивающих вариантов воплощения, показанных и рассмотренных здесь, поскольку изобретение способно и на другие варианты воплощения. Кроме того, терминология, используемая здесь для рассмотрения изобретения, используется с целью описания, а не с целью ограничения. Кроме того и в дополнение к этому, если не указано иное, то при нижеследующем рассмотрении как одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым элементам.
Неограничивающие варианты воплощения изобретения относятся к многослойному остеклению для воздушного судна и, в частности, к лобовому стеклу воздушного судна. Изобретение, однако, не ограничено никаким конкретным типом остекления для воздушного судна, и изобретение предполагает практическую реализацию изобретения на любом типе лобового стекла, например на многослойном лобовом стекле, раскрытом в патенте США №8,155,816, но не ограничиваясь им; в окне воздушного судна, имеющем среду, чувствительную к электрическим стимулирующим воздействиям для увеличения или уменьшения пропускания в видимой части спектра, например типа окна воздушного судна, раскрытого в опубликованной заявке на патент США, US 2007/0002422 А, но не ограничиваясь им, и в окнах воздушного судна, относящихся к типу, имеющему изолированное воздушное пространство между парой многослойных листов. Кроме того, изобретение может быть практически реализовано в окнах коммерческих и жилых зданий, например типа, раскрытого в патенте США, №5,675,944, но не ограничиваясь ими; в окне для любого типа наземного транспортного средства; в фонаре кабины, окне кабины и лобовом стекле для любого типа воздушного и космического транспортного средства; в окне для любого надводного или подводного корабля и в окошке для стороны наблюдения или дверцы для любого типа контейнеров, например для холодильника, шкафа и/или дверцы печи, но не ограничиваясь ими. Идентифицированные здесь документы включены в состав настоящей заявки посредством ссылки. Кроме того и в дополнение к этому, изобретение не ограничено материалом слоев или листов остекления, и эти слои или листы могут быть выполнены из отвержденных и неотвержденных пластмассовых листов; отожженных стеклянных листов и термически и химически упрочненных, прозрачных, цветных, имеющих покрытие и не имеющих покрытие стеклянных листов, но не ограничиваются ими. Как можно теперь понять, изобретение может быть практически реализовано в окнах, имеющих непрозрачные листы, например деревянные и металлические листы, и стеклянные листы, имеющие непрозрачное покрытие, и их сочетания, но не ограничивается этим.
Остекление аэрокосмического лобового стекла в настоящее время представляет собой пассивный компонент воздушного судна с функциями предотвращения обледенения или предотвращения запотевания, однако оно обеспечивает мало обратной связи или не дает никакой обратной связи с бортовой системой. Неограниченные варианты воплощения датчиков по изобретению предлагают интеллектуальное окно с целью обеспечения обратной связи по состоянию исправности системы окна в отношении его электрической и механической целостности. В частности, поступление влаги представляет собой известную проблему старения аэрокосмического остекления, особенно в случае, когда уплотнения окна не обслуживаются должным образом. Если позволить ему продолжаться, то поступление влаги может постоянно разрушать внутренний многослойный материал, вызывая снижение видимости и делая окно бесполезным. В самых худших случаях поступление влаги может воздействовать на электропроводный слой нагревателя (подробно рассматриваемый ниже), потенциально вызывая образование электрической дуги и повреждение конструкции одного или более листов или слоев лобового стекла.
На Фиг. 1 показан неограничивающий вариант воплощения лобового стекла (20) воздушного судна, которое может быть использовано при практическом осуществлении изобретения. Лобовое стекло (20) имеет некоторый первый стеклянный лист (22), прикрепленный к поверхности (24) винилового промежуточного слоя или листа (26) посредством некоторого первого уретанового промежуточного слоя (28), и имеет некоторый второй стеклянный лист (30), прикрепленный к поверхности (32) промежуточного винилового слоя (26) посредством некоторого второго уретанового промежуточного слоя (34). Некоторый краевой элемент или барьер (36) для влаги, относящийся к типу, используемому в данной области техники, например силиконовый каучук или другой гибкий долговечный влагонепроницаемый материал, но не ограничиваясь ими, прикреплен к (1) периферийному краю (38) лобового стекла (20), то есть к периферийному краю (38) первого и второго листов (22) и (30) соответственно; винилового промежуточного слоя (26); первого и второго уретановых промежуточных слоев (28) и (34) соответственно; к (2) граничным областям или граничным краям (40) наружной поверхности (42) лобового стекла (20), то есть граничным областям (40) наружной поверхности (42) первого стеклянного листа (22) лобового стекла (20) и к (3) граничным областям или граничным граям (44) наружной поверхности (46) лобового стекла (20), то есть граничным областям наружной поверхности (46) второго стеклянного листа (30).
Как понятно специалистами в данной области техники, и не ограничивая изобретение, первый стеклянный лист (22), виниловый промежуточный слой (26) и первый уретановый промежуточный слой (30) образуют несущую деталь, или внутреннюю часть, лобового стекла (20). Наружная поверхность (42) лобового стекла (20), которая представляет собой наружную поверхность (42) стеклянного листа (22), обращена вовнутрь транспортного средства, например воздушного судна, но не ограничиваясь им (самолет показан в патенте США, US 8,155,816 В2). Второй уретановый слой (34) и второй стеклянный лист (30) представляют собой ненесущую деталь, или наружную часть, лобового стекла (20). Наружная поверхность (46) лобового стекла (20), которая представляет собой поверхность (46) второго стеклянного листа (30), обращена вовне воздушного судна. Второй стеклянный лист (30) представляет собой часть нагревательного элемента (50), который предоставляет тепло для устранения запотевания с наружной поверхности (46) лобового стекла (20), и/или расплавления льда на этой поверхности, способом, который рассматривается ниже.
Как можно понять, изобретение не ограничено конструкцией лобового стекла (20), и при практическом осуществлении изобретения можно использовать любую из конструкций остекления для воздушного судна, раскрытых в данной области техники. В качестве примера и не накладывая ограничений на изобретение, лобовое стекло (20) может включать в себя конструкцию, в которой виниловый промежуточный слой (28) и первый уретановый промежуточный слой (28) отсутствуют, а стеклянные листы (22) и (30) представляют собой пластмассовые листы.
Обычно стеклянные листы (22), (30) лобового стекла (20) представляют собой прозрачные химически упрочненные стеклянные листы; однако изобретение этим не ограничено, и эти стеклянные листы могут представлять собой термически упрочненные или термически закаленные стеклянные листы. Кроме того, как понятно, изобретение не ограничено количеством стеклянных листов, виниловых промежуточных слоев или уретановых промежуточных слоев, которые составляют лобовое стекло (20), и лобовое стекло (20) может иметь любое количество листов и/или промежуточных слоев.
Изобретение не ограничено этим исполнением и/или конструкцией нагревательного элемента (50), и при практическом осуществлении изобретения может быть использован любой электропроводный нагревательный элемент, используемый в данной области техники для того, чтобы нагревать поверхность стеклянного или пластмассового листа с целью расплавления льда на поверхности листа и/или устранения запотевания с этой поверхности. Обратимся к Фиг. 2, на которой в одном неограничивающем варианте воплощения изобретения нагревательный элемент (50) включает в себя электропроводное покрытие (62), нанесенное на поверхность (64) второго стеклянного листа (30), и пары токопроводящих шин (66), (68), расположенных на некотором расстоянии друг от друга, в электрическом контакте с электропроводным покрытием (62). Изобретение не ограничено составом электропроводного покрытия (62), например и не ограничивая изобретение, электропроводное покрытие (62) может быть выполнено из любого подходящего электропроводного материала. Неограничивающие варианты воплощения электропроводных покрытий, которые могут быть использованы при практическом осуществлении изобретения, включают в себя, но не в качестве ограничения, пиролитически наносимую легированную фтором пленку оксида олова, относящуюся к типу, который PPG Industries, Inc. продает под товарным знаком NESA; наносимую посредством магнетронного распыления легированную оловом пленку оксида индия, относящуюся к типу, которую PPG Industries, Inc. продает под товарным знаком NESATRON; покрытие, состоящее из одной или более пленок, наносимых посредством магнетронного распыления, пленки, включающие в себя, но не в качестве ограничения, металлическую пленку, например серебро между металлооксидными пленками, например оксидом цинка и/или станнатом цинка, каждая из которых может быть нанесена одна за другой посредством магнетронного распыления, например, как это раскрыто в патентах США, №№: 4,610,771; 4,806,220 и 5,821,001, раскрываемые в которых изобретения во всей своей полноте включены в данную заявку посредством ссылки.
Как можно понять, изобретение не ограничено тем, чтобы использовать для нагрева стеклянного листа (60) электропроводное покрытие, и предполагает использование любого типа элемента, который может быть нагрет посредством электричества, например электропроводных проводов, но не ограничиваясь ими. Эти провода, например провода (69), показанные на Фиг. 1 линиями воображаемого контура, могут быть заделаны во втором уретановом промежуточном слое (34) и иметь электрическое соединение с токопроводящими шинами (66) и (68). Такого рода нагревательное приспособление известно в данной области техники под товарным знаком, зарегистрированным PPG Industries Ohio Inc., и раскрыто в патенте США, №4,078,107, патент во всей своей полноте включен в состав данной заявки посредством ссылки.
Изобретение не ограничено этим исполнением и/или конструкцией токопроводящих шин, и при практическом осуществлении изобретения могут быть использованы любые из типов токопроводящих шин, известных в данной области техники. Примеры токопроводящих шин, которые могут быть использованы при практическом осуществлении изобретения, включают в себя типы, раскрытые в патентах США, №№4,623,389; 4,820,902; 4,894,513; 4,994,650 и 4,902875, но не ограничиваются ими, каковые патенты во всей своей полноте включены в данную заявку посредством ссылки. Каждая из токопроводящих шин (66) и (68) соединена посредством, соответственно, провода (70) и (71) с источником (72) питания, например с батареей, для того чтобы ток тек через токопроводящие шины (66) и (68) и электропроводное покрытие (62) для того, чтобы нагревать электропроводное покрытие (62) и второй стеклянный лист (30) для устранения льда и/или запотевания с наружной поверхности (46) лобового стекла (20). С одним из этих проводов, например с проводом (71), соединен терморегулятор (73) иллюминатора для того, чтобы подавать электрический ток для нагрева покрытия (62) и чтобы отсоединять электрический ток от покрытия (62), таким образом, что отрезок (71А) провода, входящий в состав провода (71), соединяет один полюс терморегулятора (73) иллюминатора с токопроводящей шиной (68), а отрезок (71В) провода, входящий в состав провода (71), соединяет другой полюс терморегулятора (73) иллюминатора с батареей (72). При этом расположении терморегулятор (73) иллюминатора может регулировать электрическую мощность, подаваемую на токопроводящие шины (66) и (68) и электропроводное покрытие (62), для того, чтобы изменять или регулировать электрический ток через токопроводящие шины (68) и (66) и электропроводное покрытие (62), чтобы управлять температурой электропроводного покрытия (62). Хотя это и не ограничивает изобретение, но концы (75) токопроводящей шины (66) и концы (76) токопроводящей шины (68) расположены на некотором расстоянии от соседних с ними сторон (78)-(81) стеклянного листа (30) для предотвращения образования электрической дуги между токопроводящими шинами (66) и (68) с металлической обшивкой корпуса воздушного судна (47).
Неограничивающий вариант воплощения датчика влаги изобретения показывают на Фиг. 3 и обозначен ссылочной позицией (84). Датчик (84) влаги включает в себя электропроводную, корродирующую от влаги полоску (86) надежно установленный с прикреплением на поверхности одного или более листов (22) и (30), виниловом промежуточном слое (26) и/или одном или обоих уретановых слоях (28) и (34) лобового стекла (20) способом, который рассматривается ниже. Полоска (86) выполнена из материала, который проводит электричество; корродирует или растворяется в присутствии влаги; коррозия и растворение полоски изменяет некоторое электрическое свойство полоски, например, но не в качестве ограничения, импеданс и/или омическое сопротивление полоски (86), и материал полоски (86) инертен по отношению к материалу, в который встроена эта полоска, например в виниловый промежуточный слой (26) и уретановые промежуточные слои (28) и (34), но не ограничиваясь ими. В неограничивающем варианте воплощения изобретения, коррозия и/или растворение полоски (86) уменьшает площадь поперечного сечения полоски (86), что изменяет электрическое свойство полоски, например, но не в качестве ограничения, импеданс и/или омическое сопротивление полоски. Продолжая рассматривать Фиг. 3, для целей ясности отметим, что изобретение не ограничено длиной (обозначенной как "L"), шириной (обозначенной как "W") или толщиной (обозначенной как "Т") полоски (86). Площадь поперечного сечения полоски (86) равна W, умноженному на Т. Как можно теперь понять, увеличение L полоски (86) обеспечивает увеличение расстояния, покрытого полоской (86); увеличение W и Т полосы (86) увеличивает срок полезного использования полоски, а увеличение Т полосы (86) увеличивает срок службы полоски (86).
Материалы, которые могут быть использованы при практическом осуществлении изобретения, включают в себя железо, хром и алюминий, но не ограничиваются ими. В предпочтительном варианте практического осуществления изобретения, электропроводная полоска (86) представляет собой полоску из углеродистой стали. Кроме того, электропроводная полоска (90) может представлять собой материал электропроводного покрытия, образованного из керамической краски или электропроводных чернил. Электропроводный материал в предпочтительном варианте практического осуществления изобретения представляет собой материал, который при нахождении в контакте с влагой будет разрушаться, например будет ржаветь или растворяться и порождать некоторое электрическое изменение, например изменение электрического сопротивления по мере изменения количества ржавчины, но не ограничиваясь этим.
Цель измерения влаги заключается не в том, чтобы просто измерить мгновенную скорость поступления воды между листами многослойного лобового стекла воздушного судна, но также и количество влаги, накопленной с течением времени. История поступления влаги является столь же важной, что и абсолютная концентрация воды в системе иллюминатора. Концепция измерения влаги в иллюминаторе основана на изменениях электрических свойств элемента-датчика после поступления влаги (воды) между листами лобового стекла. Система датчика включает в себя, но не в качестве ограничения, элемент-датчик вместе с источником электропитания, электрическими схемами и программным обеспечением, которые обнаруживают эти изменения, и сообщает об изменениях лицам, ответственным за поддержание воздушного судна в безопасном эксплуатационном состоянии, например, как это раскрыто в патенте США, US 8,155,816 В2, каковой патент включен в состав данной заявки посредством ссылки.
В одном неограничивающем варианте реализации изобретения, элемент-датчик основан на предсказуемом увеличении сопротивления металлического провода или металлической полоски вследствие коррозии полоски при наличии влаги. При том что как сопротивление элемента-датчика, состоящего из полоски из единственного металла или сплава, может предсказуемым образом увеличиваться, в конечном счете, электрический ток через провод уменьшится до нуля, когда одно место на этом проводе корродирует до полного разрушения. В дополнение к этому такого рода состояние с нулевым электрическим током неотличимо от механической неисправности датчика, которая не была связана с событием проникновения влаги, например от трещины в стекле, поддерживающем датчик, но не ограничиваясь этим примером. Наконец, из-за медленной реакции коррозии единственного металла, изменения электрического сопротивления, вызванные поступлением влаги, могут не быть в достаточной мере значительными для реального применения датчика влаги.
Изобретение не ограничено схемой, используемой для измерения электрических изменений, когда влага начинает разъедать или растворять датчик (84) (см. Фиг. 3). На Фиг. 4 показан неограничивающий вариант воплощения электрической системы (103), который может быть использован с датчиком (84) для того, чтобы определить проникновение влаги в лобовое стекло (20). В неограничивающем варианте воплощения изобретения, показанном на Фиг. 4, полоска (86), входящая в состав датчика (84) влаги, наложена на поверхность (24) стеклянного листа (22) и прикреплена к поверхности (24) любым обычным способом, например посредством первого уретанового промежуточного слоя (28) (смотри Фиг. 1), но не ограничивая изобретение этим способом. Как можно понять, полоска (86) может быть наложена на любую поверхность любого одного из: стеклянных листов (22) и (30) и винилового промежуточного слоя (26), входящих в состав многослойного стекла (20). В неограничивающем варианте воплощения изобретения, показанном на Фиг. 4, электропроводная полоска (86) установлена поверх поверхности (24) первого стеклянного листа (22) и простирается, по существу, по всем граничным краям первого стеклянного листа. Электропроводная полоска (86) имеет первую концевую поверхность (104) и вторую концевую поверхность (106). Расстояние или промежуток между первой концевой поверхностью (104) и второй концевой поверхностью (106) должно быть достаточным для того, чтобы предотвратить любую описанную связь электрических полей между концевыми поверхностями (104) и (106).
Концевые поверхности (104) и (106) соединены с источником (108) электропитания электрической системы (103) проводниками или проводами (109) и (110) для того, чтобы прилагать электрический потенциал к полоске (86). Источник (108) питания может представлять собой любой традиционный исток электропитания, такой как батарея, электрический генератор и тому подобное, но не ограничиваясь ими. Кроме того, полоска (86) датчика (84) влаги включает в себя электроизмерительный механизм (111), такой как омметр, связанный с электропроводной полоской (86), для измерения электрического потенциала полоски (84). Для управления источником (108) электропитания и электроизмерительным механизмом (111) и для поддержания связи с ними используется управляющий механизм (112), такой как программное обеспечение и компьютер. Этот управляющий механизм (112) может быть использован для того, чтобы отдавать источнику (108) электропитания команду приложить к электропроводной полоске (89) некоторый предварительно определенный или специально заданный электрический потенциал, и, после приложения, управляющий механизм (112) может собирать и/или вычислять данные об электрическом потенциале полоски (86) посредством электроизмерительного механизма (111). Все эти источник (108) электропитания, электроизмерительный механизм (111) и управляющий механизм (112) могут быть объединены в едином блоке или инструменте, например, консоли, относящейся к типу, показанному на Фиг. 18 патента США, US 8,155,816 В2, и описанному в этом патенте, или могут представлять собой отдельные блоки (см. Фиг. 4).
Источник (108) электропитания подает некоторое заданное напряжение на полоску (86), как задано или указано управляющим механизмом (112). Это заданное напряжение позволяет электрическому току протекать через полоску (86). Как было упомянуто выше, источник (108) электропитания соединен с полоской (86) через первый проводник (109) и второй проводник (110). Первый проводник (109) соединен с первой концевой поверхностью (104), а второй проводник (110) соединен со второй концевой поверхностью (106). Это соединение позволяет электропроводной полоске (86), когда источник (108) электропитания прилагает электрический потенциал, действовать в качестве электрической цепи.
Электроизмерительный механизм (111) считывает или измеряет электрический ток, протекающий через полоску (90) через первый проводник (114), соединенный с первой концевой поверхностью (104), и второй проводник (116), соединенный со второй концевой поверхностью (106). Поскольку источник (108) электропитания прилагает некоторое заданное напряжение, а электроизмерительный механизм (110) считывает или измеряет электрический ток, протекающий через полоску (86), то электроизмерительный механизм (111) (или управляющий механизм (112)) способны вычислить значение сопротивления полоски (86), указывающее на убыль полоски (86) в результате корродирования или растворения полоски (86) под действием влаги.
Если описать это более конкретно, то, когда влага проникает в лобовое стекло (20), влага, в конечном счете, достигнет электропроводной полоски (86). Когда влага достигает полоски (86), она начинает разъедать или растворять полоску (86), увеличивая сопротивление полоски (86). По мере того как полоска продолжает корродировать или растворяться, полоска, в конечном счете, имеет некоторую пустоту, на которую указывает бесконечное сопротивление или разрыв цепи и которая указывает на серьезное проникновение влаги. Если требуется, то, когда сопротивление полоски (86) имеет некоторое предварительно заданное значение, управляющий механизм (112) посылает сигнал сигнальному устройству (118) для того, чтобы сообщить экипажу воздушного судна и/или другому персоналу, как это раскрыто в патенте США US 8,155,816 В2, о проблеме проникновения влаги.
Электропроводная полоска (86), входящая в состав электрической системы (103), показанной на Фиг. 4, может быть использована для указания на то, что влага проникла в область между стеклянным листом (22) и виниловым промежуточным слоем (26) (смотри Фиг. 1), однако использование единственной полоски (86) не указывает на то, где произошло проникновение влаги, как далеко проникла влага или с какой стороны лобового стекла проникла влага. Для улучшения идентификации областей проникновения влаги между стеклянным листом (22) и виниловым промежуточным слоем (26) можно расположить множественные полоски в виде некоторого сетчатого или матричного рисунка поверх внутренней поверхности (24) листа (22).
В неограниченном варианте воплощения изобретения, показанном на Фиг. 5, каждая из сторон (120)-(123) стеклянного листа (125) имеет два ряда (132) и (134) полосок (86) на границе (135) стеклянного листа (125) или примыкая к ней, что обеспечивает матрицу электропроводных полосок для более точной идентификации того, где имеется влажная область в лобовом стекле. Хотя в рассматриваемом неограничивающем варианте воплощения изобретения дается ссылка на лист (125) (смотри Фиг. 5), это обсуждение применимо к стеклянным листам (22) и (30), виниловому промежуточному слою (26) и уретановым промежуточным слоям (28) и (34), если не сказано иное. Первый ряд (132) электропроводных полосок включает в себя электропроводные полоски (136)-(139) на, соответственно, углах (141)-(144) листа (125) и электропроводные полоски (146) и (147) на, соответственно, сторонах (121) и (123) листа (125). Продолжая ссылаться на Фиг. 5, отметим, что на стороне (120) листа (125) конец (136А) полоски (136) соседствует с концом (139В) полоски (139) и располагается на некотором расстоянии от него; на стороне (121) листа (125) конец (136В) полоски (136) располагается на некотором расстоянии от конца (146А) полоски (146) и соседствует с ним, и конец (146В) полоски (146) соседствует с концом (137А) полоски (137) и располагается на некотором расстоянии от него; на стороне (122) конец (137В) полоски (137) соседствует с концом (138А) полоски (138) и располагается на некотором расстоянии от него; на стороне (123) листа (125) конец (138В) электропроводной полоски (138) соседствует с концом (147А) полоски (147) и располагается на некотором расстоянии от него, и конец (147В) полоски (147) соседствует с концом (139А) полоски (139) и располагается на некотором расстоянии от него.
Второй ряд (134) электропроводных полосок включает в себя электропроводные полоски (150)-(153). Электропроводная полоска (150) простирается между сторонами (121) и (123) стеклянного листа (125); ее конец (150А) соседствует с концом (151В) полоски (151) и располагается на некотором расстоянии от него, и ее конец (150В) соседствует с концом (153А) полоски (153) и располагается на некотором расстоянии от него. Электропроводная полоска (151) простирается между сторонами (122) и (120) стеклянного листа (125) и ее конец (151А) соседствует с концом (152В) полоски (152) и располагается на некотором расстоянии от него. Электропроводная полоска (152) простирается между сторонами (121) и (123) стеклянного листа (125) и ее конец (152А) соседствует с концом (153В) полоски (153) и располагается на некотором расстоянии от него. Электропроводная полоска (153) простирается между сторонами (120) и (122) стеклянного листа (125) и ее конец (153В) соседствует с концом (152А) полоски (152) и располагается на некотором расстоянии от него.
Концы (А) и (В) каждой из полосок (136)-(139), (146), (147) и (150)-(153) индивидуальным образом имеют электрическое соединение с источником (108) электропитания (смотри Фиг. 4) для того, чтобы прикладывать электрический потенциал к электропроводным полоскам (136)-(139), (146), (147) и (150)-(153), и с электроизмерительным механизмом (111) для того, чтобы измерять электрический потенциал на электропроводных полосках (136)-(139), (146), (147) и (150)-(153). Управляющий механизм (112) управляет как источником (108) электропитания, так и электроизмерительным механизмом (111) и поддерживает с ними связь, как это обсуждалось выше, для того, чтобы отдавать источнику (108) электропитания команду приложить к электропроводным полоскам (136)-(139), (146), (147) и (150)-(153) некоторый предварительно определенный или специально заданный электрический потенциал, и, после приложения, управляющий механизм (112) может собирать и/или вычислять данные об электрическом потенциале электропроводной полоски (136)-(139), (146), (147) и (150)-(153) посредством электроизмерительного механизма (111). Все эти источники (108) электропитания, электроизмерительные механизмы (111) и управляющие механизмы (112) для электропроводных полосок (136)-(139), (146), (147) и (150)-(153) могут быть объединены в едином блоке или инструменте, например консоли, относящейся к типу, раскрытому в патенте США, имеющем номер 8,155,816 В2, или могут представлять собой отдельные блоки.
Продолжая ссылаться на Фиг. 5, отметим, что размещение двух рядов (132) и (134), каждый из которых имеет электропроводные полоски, расположенные на некотором расстоянии друг от друга, например полоски (136)-(139), (146) и (147) в ряду (132), и электропроводные полоски (150)-(153) в ряду (134), обеспечивает более хорошую аппроксимацию для области проникновения влаги. Более конкретно и не ограничивая изобретение, влага разрушает электропроводные полоски (146) и (151), определяя местоположение проникновения (156) влаги в центральной области стороны (121) листа (125); влага разрушает электропроводные полоски (139) и (153), определяя местоположение проникновения (158) влаги на стороне (123), примыкающей к стороне (138) листа (125).
Электропроводная полоска (86) может быть наложена на поверхность одного или более из стеклянных листов (22), (24), (28) и (60). Как понятно, в случае, когда электропроводная полоска помещается на более чем один лист, предпочтительно, чтобы каждая из электропроводных полосок (86) имела свой собственный источник (108) электропитания или предусматривался один источник питания и он имел электрическое соединение с двумя или более электропроводными полосками (86), и для каждой электропроводной полоски (86) предусматривался реостат для того, чтобы регулировать напряжение на каждой из электропроводных полосок (86). Аналогичным образом, для считывания и измерения электрического потенциала или электрического тока, протекающего через каждую электропроводную полоску (90) на листах (22), (24), (28) и (60) лобового стекла (20) может быть использован один или множественные электроизмерительные механизмы (110). Таким образом, можно осуществлять мониторинг выхода каждого из датчиков влаги на стеклянных листах (22), (24), (28) и (60).
Обратимся к Фиг. 6, на которой показан нагревательный элемент (50), наложенный на внутреннюю поверхность второго стеклянного листа (30). Как могут понять специалисты в данной области техники, электропроводные полоски (136)-(139), (146) и (147) датчика (84) электрически изолированы от токопроводящих шин (66) и (68) и от электропроводного покрытия (62) нагревательного элемента (50). В одном неограничивающем варианте воплощения изобретения, токопроводящие шины находятся в пределах покрытия (62), а покрытие (62) располагается на некотором расстоянии от сторон стеклянного листа. Полоски (136)-(139), (146) и (147) наложены на поверхность стеклянного листа между краем листа и нагревательным элементом (62). Не имеющая покрытие стеклянная полоска (102) может быть получена любым удобным способом, например посредством маскирования стеклянной поверхности во время процесса нанесения покрытия или посредством абразивного или химического удаления покрытия от стеклянной поверхности. Поскольку стекло химически упрочнено, то предпочтительно осуществлять маскирование областей во время процесса нанесения покрытия для того, чтобы избежать повреждения поверхности, которое может вызвать образование трещины на закаленном стекле.
В другом неограничивающем варианте воплощения изобретения, показанном на Фиг. 7, электропроводное покрытие (62) располагается под полосками (136)-(139), (146) и (147), и покрытие (62) и полоски (136)-(139), (146) и (147) электрически изолировано от друг друга слоем непроводящего материала, например пластмассой (159), но не ограничиваясь ею. Слой (159) может иметь клейкий слой на каждой поверхности для прикрепления одной из металлических полосок (136)-(139), (146) и (147) на своем месте на электропроводном покрытии (62) во время процесса изготовления многослойного материала. Как можно понять, электропроводная полоска может уменьшить видимость через этот участок стеклянного листа, на который она нанесена, и, следовательно, для металлических полосок, которые простираются в область зрительного восприятия на лобовом стекле, максимальная ширина металлической полоски (86) зависит от требуемой или заданной области обзора для оператора через лобовое стекло (20). Остекление воздушного судна, например лобовые стекла, имеют специальные требования техники безопасности, определяющие требуемую видимую (или прозрачную) область.
Хотя для использования в качестве датчиков влаги приемлемы полоски из единственного металла, замечено, что они являются медленнодействующими. В тех случаях, когда отклик при использовании полоски из единственного металла для датчика влаги имеет медленное реагирование, например изменения электрического сопротивления вследствие поступления влаги, возможно, не является в достаточной мере значительным для реального применения датчика влаги, предпочтительными являются биметаллические датчики.
В этом неограничивающем варианте воплощения изобретения, используется предсказуемый отклик биметаллического элемента-датчика. Биметаллический датчик включает в себя, но не в качестве ограничения, два разнородных металла, находящиеся в тесном контакте друг с другом таким образом, чтобы образовать единый элемент-датчик. В частности, разнородные металлы, находящиеся в электрическом контакте друг с другом, могут в присутствии влаги подвергнуться контактной коррозии. Контактная коррозия (также именуемая как биметаллическая коррозия, электрохимическая коррозия и коррозия разнородных металлов) определена как электрохимический процесс, в котором скорость коррозии одного металла в паре будет более высокой, чем у другого члена пары, когда оба металла находятся в электрическом контакте друг с другом и погружены в коррозионный раствор или атмосферу. Вообще реакции коррозии, которые происходят в соединенном биметаллическом элементе, аналогичны тем, что происходили бы на отдельных несоединенных между собой металлах, но скорость коррозии одного металла увеличивается, иногда значительно, в то время как другой металл может корродировать постепенно или быть полностью защищен. Реакция контактной коррозии разбивается на два в значительной степени независимых процесса: 1) переход металла в раствор при том, что в металле остается эквивалентное количество электронов, именуемый как анодный процесс, и 2) ассимиляцию избыточных электронов в металле, именуемую как катодный процесс (цитируется по A. de Rooij, "Bimetallic Compatible Couples" ESA Journal, 1989, Vol. 13 PP 199-209). Эти два процесса обычно локализованы в различных областях, наиболее типично - между разнородными металлами в электрическом контакте друг с другом.
Склонность металла отдавать электроны в растворе измеряется как напряжение (потенциал) по отношению к электроду сравнения, обычно либо насыщенному каломельному электроду, или стандартному водородному электроду. Потенциалы распространенных металлов и сплавов могут быть найдены в опубликованных таблицах в виде электрохимического ряда для конкретного набора условий, расположенных в порядке увеличения электроотрицательности. Обычно более электроположительный металл становится катодным по отношению к более электроотрицательному металлу, который корродирует преимущественным образом. Следует отметить, что на значения потенциалов для любой пары металлов могут влиять разнообразные факторы, включая тип электролита, температуру, pH-фактор и соотношения площадей поверхностей двух металлов в паре, но не ограничиваясь этими факторами. Это, при конкретных обстоятельствах, может привести к реверсированию анодных и катодных реакций в паре; то есть металл, который с легкостью корродировал при одном наборе условий, может стать защищенным при другом наборе условий. Нельзя написать никакую общезначимую гальваническую формулу для предсказания априори поведения конкретной пары металлов при конкретном наборе условий. Таким образом, выбор подходящих металлических пар для конкретного применения часто основан на предшествующем опыте. В то время как было сообщено о большом количестве исследований по теме уменьшения коррозии биметаллических пар, в этом неограничивающем варианте реализации изобретения следует выбрать металлы для увеличения скорости коррозии анодного провода, обеспечивающие предсказуемые выходные данные на датчике, которые появляются со скоростью, согласующейся с расчетным сроком службы датчика.
Теперь обсудим соображения, относящиеся к конструкции, для биметаллических элементов-датчиков.
На Фиг. 8 показан неограниченный вариант воплощения биметаллического датчика влаги, обозначенный ссылочной позицией (162). Датчик (162) включает в себя некоторую первую полоску (164) и некоторую вторую полоску (166). Первая полоска (164) и вторая полоска (166) имеет одну и ту же или различную площадь поперечного сечения и выполнены из различных материалов таким образом, что полоски (164) и (166) датчика (162) корродируют и/или растворяются с различными скоростями. При этом его устройстве датчик (162) может предоставлять информацию, относящуюся к скорости коррозии. В одном неограничивающем варианте реализации изобретения, первая полоска (164) датчика (162) может быть выполнена из цинка, а второй полоска (166) датчика (162) может быть выполнена из железа.
В идеальном случае, отклик биметаллического элемента-датчика должен быть рассчитан посредством выбора конкретных составляющих металлов таким образом, чтобы: а) максимизировать измеримое увеличение сопротивления биметаллического элемента-датчика и b) согласовать время срабатывания биметаллического элемента-датчика со сроком службы иллюминатора. На практике, на выбор материалов также будет влиять цены и доступность материалов, совместимость с производственным процессом и процессом сертификации Федеральным управлением гражданской авиации ("FFA").
Первое соображение относится к факторам, воздействующим на изменение сопротивления элемента-датчика. Электрическое сопротивление биметаллического элемента-датчика может быть смоделировано как резисторная цепь, состоящая как из последовательных, так и параллельных элементов, где точки электрического контакта между двумя проводами представлены как узлы этой цепи, а сопротивление каждого участка провода между этими контактными точками представлено как параллельные резисторы. Перед началом коррозии начальное сопротивление биметаллического элемента-датчика может быть вычислено по индивидуальным сопротивлениям как:
,
anodic
cathodic
0
где R - начальное сопротивление анодного металлического провода, R - начальное сопротивление катодного металлического провода и R - начальное сопротивление биметаллического элемента-датчика. Для упрощения, с целью иллюстрации основных положений разработки, коррозия, приводящая к полной ликвидации анодного провода (перед возникновением коррозии в катодном проводе), приведет к увеличению сопротивления датчика до следующего значения.
Упрощенное выражение для максимального возможного изменения сопротивления элемента-датчика равно:
И сопротивление датчика как функция времени составляет:
датчик
R={1+ƒ{катодный потенциал, анодный потенциал, отношение площадей, pH, влажность и т.д.)
Из этой упрощенной модели легко видеть, что металлы датчика должны быть выбраны таким образом, чтобы максимизировать начальное сопротивление катодного провода и минимизировать начальное сопротивление анодного провода. В общем, для катодного провода должен быть выбран металл с высоким удельным сопротивлением, который находится на катодном конце электрохимического ряда, а диаметр - минимизирован (при условии, что площадь поверхности катода по отношению к аноду остается достаточно большой для того, чтобы поддерживать катодную реакцию на требуемой скорости). В противоположность этому, идеальный анодный провод должен иметь низкое удельное сопротивление, должен быть более анодным в электрохимическом ряду и должен иметь относительно больший начальный диаметр.
При совместном рассмотрении с соображениями из предыдущего параграфа, специальные сочетания металлов могут быть "разумным выбором", который повысит возможности датчика. Одно возможное "разумное" сочетание, которое было проверено в лаборатории, представляет собой анодный стальной провод с катодным проводом высокого сопротивления, изготовленным из хромеля (90% никеля/10% хрома). Стальной провод имеет электродвижущую силу ("ЭДС"), составляющую приблизительно - 0,52 вольта ("В") (значение для мягкой стали по отношению к насыщенному каломельному электроду, в 3.5%-ном растворе NaCl), в то время как хромель имеет потенциал - 0,10 вольта в режиме пассивной коррозии и - 0,27 вольта в режиме активной коррозии (значения для сплава 80% никеля/20% хрома). Поскольку железо является более электроотрицательным, чем хромель, при большинстве обстоятельств, оно будет корродировать преимущественно, при этом хромель будет "защищен". Отожженный стальной провод имеет удельное сопротивление 60 Ом на круговые милы/фут, а у хромеля оно более чем в семь раз выше (425 Ом на круговые милы/фут). Первоначально протестированные стальные провода имели 0,001 дюйма (1 мил) и 0,010'' (10 милов) в диаметре. Первоначально протестированные провода из хромеля имели 0,005'' (5 милов), 0,015'' (15 милов) и 0,020'' (20 милов) в диаметре. Этот стальной провод меньшего диаметра начинал с более высокого сопротивления и имел тенденцию к быстрому отклику, в то время как больший диаметр обеспечивает большее полное изменение сопротивления датчика за более длительное время.
Пары протестированных проводов включали в себя железо/цинк; хромель/железо; хромель/алюминий; хромель/цинк; железо/медь; Nikrothal/железо; Cuprothal/железо; Kanthal/железо, и Nifethal/железо.
В качестве резюме и в одном неограничивающем варианте воплощения изобретения имеется три критерия выбора для проводов, используемых в биметаллическом датчике:
- Удельное сопротивление: провод с высоким удельным сопротивлением желателен для катодного провода для того, чтобы определить конечную резистивную точку датчика и обеспечить более высокую чувствительность. Провод с низким удельным сопротивлением желателен для анодного провода для того, чтобы сделать возможным наибольшее изменению сопротивления при коррозии. Этот параметр должен быть скоррелирован с диаметром для того, чтобы достигнуть соответствующего конечного сопротивления.
- Диаметр: анодный провод должен быть выбран таким образом, чтобы иметь более высокий диаметр, чем катодный провод, для того, чтобы облегчить химическую реакцию.
- Гальванический потенциал: провода должна быть объединены в пару таким образом, чтобы находиться на противоположных краях спектра гальванического потенциала, для того, чтобы сделать возможной самую сильную реакцию. Это не строгое требование, поскольку случаются исключения с некоторыми парами металлов, которые имеют близкие гальванические потенциалы, которые в результате приводят к высоким скоростям электрохимической коррозии.
При функционировании имеется четыре состояния условий датчика.
1. Новый датчик: в этом состоянии датчик сохраняет первоначальное сопротивление и не показывает никакого изменения сопротивления с течением времени.
2. Работающий датчик: подвергнувшись действию влаги, сопротивление датчика изменится с течением времени.
3. Достигший насыщения/израсходованный датчик: после того, как катод израсходован, сопротивление достигнет точки насыщения, и никакого дальнейшего изменения сопротивления нет. Этот тип реакции ожидается для датчика, имеющего анод и катод с электрическим взаимодействием.
4. Сломанный датчик: в случае обрыва провода вследствие плохого соединения, механического повреждения и так далее, сопротивление датчика будет считываться как у нового датчика или работающего датчика и будут считываться как бесконечное сопротивление. Это составляет одно из преимуществ изобретения, поскольку это различает достигший насыщения/израсходованный датчик и сломанный датчик. Если описать это более конкретно, то катод корродирует быстрее, чем анод. Катод имеет разъединение, являющееся результатом коррозии, а анод является по-прежнему неповрежденным. Катод имеет бесконечное сопротивление, а анод имеет меньшее сопротивление. Если имеет место плохое соединение, то анод и катод имеют бесконечное сопротивление.
На Фиг. 9 показан еще один другой неограниченный вариант воплощения датчика влаги, соответствующего изобретению, обозначенного посредством ссылочной позиции (168). Датчик (168) включает в себя некоторую первую полоску (170) и некоторую вторую полоску (172), соединенные вместе посредством электрически изолирующего слоя (159). Первая полоска (170) и вторая полоска (172) могут иметь различные площади поперечного сечения или могут иметь одну и ту же площадь поперечного сечения и могут быть выполнены из одного и того же материала. Датчик (168) может быть расположен между двумя листами, при этом полоска (170) обращена к некоторому первому листу, а полоска (172) обращена к некоторому противоположному второму листу. Скорость коррозии полос (170) и (172) может быть использована для оценки поступления влаги, например поступления ее между полоской (170) и первым листом, и полоской (172) и вторым листом.
В одном неограниченном варианте воплощения изобретения, биметаллические полоски (164) и (166) датчика (162) имеют электрическое соединение друг с другом посредством электропроводного клея (179) (показанного линиями воображаемого контура на Фиг. 8). Сопротивление биметаллического элемента-датчика для влаги может быть измерено с использованием разнообразных стандартных схем считывания датчика, два класса которых изображены на Фигурах 10 и 11. Первый класс схем считывания показан на Фиг. 10 и идентифицирован ссылочной позицией (180). Схема (180) включает в себя источник (182) электрического тока, который подает некоторый постоянный электрический ток (184) через схему, содержащую датчик (185) по изобретению, например, но не в качестве ограничения, датчики (82), (162) или (168), присоединенные посредством проводов (186) и (188). По мере того, как сопротивление элемента-датчика (185) возрастает, прямо пропорционально этому возрастает напряжение, создаваемое на элементе-датчике. Напряжение на элементе-датчике считывается непосредственно электронной аппаратурой (190) датчика. В этом типе схемы начальное сопротивление датчика может быть использовано в качестве эталона для указания состояния нулевой влаги, и любое конечное увеличение сопротивления укажет на наличие влаги. Как было упомянуто выше, если элемент-датчик или схема (180) сломаны, то сопротивление упадет до нуля, указывая на неисправное состояние.
Второй широкий класс схем считывания показан на Фиг. 11 и идентифицирован посредством ссылочной позиции (196). Схема (196) включает в себя второй широкий класс схем считывания и использует источник (198) напряжения, который подаст некоторое известное напряжение на схему (196). Схема (196), кроме того, включает в себя некоторый известный эталонный резистор (200), элемент-датчик (185) и соединительные провода (204) и (206). Напряжение разделяется по сопротивлениям последовательно пропорционально их сопротивлениям. Напряжение на эталонном резисторе (200) считывается непосредственно электронной аппаратурой (208) датчика. По мере увеличения сопротивления элемента-датчика (202) будет уменьшаться напряжение на эталонном резисторе (200). Значение эталонного резистора (200) можно регулировать для того, чтобы получить некоторое предпочтительное значение в состоянии нулевой влаги, позволяя изготовителю компенсировать отклонения в датчике. Сломанный элемент-датчик или соединительный провод заставят напряжение упасть до нуля, указывая на неисправное состояние.
Теперь рассмотрим неограниченные варианты воплощения изобретения, касающегося размещения неограничивающих вариантов воплощения датчиков или обнаружителей влаги, соответствующих изобретению, на выбранных компонентах лобового стекла (20) для того, чтобы обнаруживать присутствие влаги и/или измерять количество влаги, присутствующей между листами, например, но не в качестве ограничения, между стеклянными листами (22) и (30), в соответствии с идеями изобретения.
Как было обсуждено выше и как показано на Фиг. 1, лобовое стекло или остекление (20) имеет наружный барьер или уплотнение (36) от наружной влаги, препятствующее или уменьшающее проникновение влаги между первым и вторым стеклянными листами, соответственно, (22) и (30); виниловым промежуточным слоем (26) и первым и вторым уретановыми промежуточными слоями, соответственно, (28) и (34). Если описать это более конкретно, то, когда влагостойкое уплотнение (36) выходит из строя, например трескается и/или разъединяется вследствие эрозии, вызванной ветром и дождем, влага попадает между стеклянными листами (28) и (30) лобового стекла (20). Хотя растрескивание или разъединение влагостойкого уплотнения не является прочностной проблемой, когда влага проходит между стеклянными листами (28) и (30), лобовое стекло (20) может расслаиваться и/или нагревательный элемент (50) может быть поврежден и прийти в негодность, сокращая срок службы лобового стекла. Когда происходит расслаивание лобового стекла (20), скорость и количество влаги, попадающей между стеклянными листами (22) и (30) лобового стекла, возрастает, ускоряя деградацию лобового стекла. При практическом осуществлении неограничивающих вариантов воплощения изобретения осуществляется мониторинг проникновения влаги между стеклянными листами (22) и (30) лобового стекла (20) и предоставляется информация, которая может быть проанализирована для того, чтобы определить состояние и/или эксплуатационные показатели влагостойкого барьера (36), и обеспечивается замена или ремонт влагостойкого барьера (36) прежде, чем начнется или ускорится деградация лобового стекла (20), вызванная проникновением влаги.
Являясь столь же критически важным, как и принцип и тип измерения, вопрос о том, где должен быть расположен датчик влаги, определяет то, сможет ли новый датчик эффективно обнаруживать поступление влаги и предоставлять достаточно раннее предупреждение для системы датчиков "Интеллектуального иллюминатора" для подачи аварийного сигнала пилоту. Ссылаясь по мере необходимости на Фиг. 12, отметим, что размещение полоски (86) (смотри фиг. 4) или множественных полосок (смотри Фигуры 5 и 6) может быть осуществлено в любом месте на или между стеклянными листами (22) и (24) и виниловым промежуточным слоем (26). Кроме того, изобретение не ограничено количеством полосок (86) датчика и местом расположения полосок (86) на лобовом стекле. Если описать это более конкретно и не ограничивая изобретение, то полоска (86) может быть заделана в первый уретановый слой (28) между стеклянным листом (22) и виниловым промежуточным слоем (26); заделана во второй уретановый слой (28) между стеклянным листом (30) и виниловым промежуточным слоем (26); между влагостойким барьером (36) и граничными краями первого стеклянного листа (22), между влагостойким барьером (36) и граничными краями второго листа (22); между влагостойким барьером (36) и периферийными краями лобового стекла.
Изобретение не ограничено формой полоски датчика или элемента датчика влаги, соответствующих изобретению. Например, и не в качестве ограничения изобретения, элементы-датчики или полоски, рассмотренные выше, имели продолговатую форму с квадратным или прямоугольным поперечным сечением. Изобретение, однако, предполагает элементы-датчики или полоски, выполненные любой формы, например продолговатой формы с круглым поперечным сечением, но не ограничиваясь ею. Если описать это более конкретно, то на Фиг. 13 показан элемент-датчик (220), имеющий пару проводов (222) и (224), скрученных один вокруг другого. Провода (222) и (224) могут использоваться в одиночестве для одного проводного элемента-датчика, могут быть из различных материалов для биметаллического элемента-датчика или могут быть из одного и того же материала, но различных размеров, как это обсуждалось выше.
В неограниченных вариантах воплощения изобретения, рассмотренных выше, датчик (86), в общем, имеет единственную функцию измерения присутствия (влаги) и промежутка времени, который влага находится в контакте с датчиком (86). Изобретение, однако, этим не ограничено, и датчик по изобретению может быть использован для того, чтобы измерять присутствие и промежуток времени, который влага находится в контакте с датчиком (86), и активировать и дезактивировать электрическое оборудование, например, так, как это обсуждается ниже и в патенте США, US 8,155,816 В2.
Система управления
В патенте США US 8,155,816 В2 раскрыт способ и аппарат для того, чтобы осуществлять мониторинг эксплуатационных показателей остекления, например, но не в качестве ограничения, лобового стекла (20) по изобретению, и своевременно планировать техническое обслуживание, например ремонты или замену остекления, например лобовых стекол воздушных судов, которые функционируют вне допустимых пределов. В этом конкретном случае, функционирование вне допустимых пределов является результатом проникновения влаги.
Вообще, выход датчиков, несущий данные, касающиеся эксплуатационных показателей влагостойкого барьера лобового стекла, соединен с консолью, включающей в себя компьютер, имеющий программное обеспечение для считывания и анализа сигналов от датчиков или обнаружителей для того, чтобы осуществлять мониторинг и/или определение эксплуатационных показателей лобового стекла. При практическом осуществлении изобретения, может быть использован монитор для обеспечения визуального отображения и громкоговоритель для предоставления аудиоинформации, касающейся эксплуатационных показателей лобового стекла. Эта консоль может включать в себя тревожную сигнализацию для привлечения внимания к монитору. Размещение консоли в воздушном судне предоставляет персоналу внутри воздушного судна эксплуатационные показатели лобового стекла, снимаемые в реальном масштабе времени.
В другом варианте воплощения, раскрытом в патенте США №8,155,816, консоль имеет передатчик и приемник беспроводной связи; передатчик передает сигналы на передающую башню. Эти сигналы несут данные о эксплуатационных показателях лобового стекла (20), передаются в центр (324) управления. Принимаемые данные изучаются, и планируется надлежащее действие, которое следует предпринять, например, основываясь на принятой информации, персонал в центре управления определяет то, какое действие необходимо, если таковые вообще необходимы. Если действие, такое как ремонты лобового стекла или замена лобового стекла, необходимо, то сигнал, сообщающий план ремонта, передается на спутник для центра технического обслуживания, географически близко расположенного к назначенному месту проведения ремонта (обычно месту следующей запланированной для этого воздушного судна остановке), для того, чтобы организовать наличие всех необходимых запасных частей, оборудования и персонала в этом назначенном месте проведения ремонта.
В другом варианте воплощения патента США №8,155,816, если данные от датчиков указывают на то, что лобовое стекло (20) должно быть заменено, то план ремонта может включать в себя отгрузку лобового стекла в адрес следующей запланированной остановки этого воздушного судна; если лобовое стекло должно быть заменено с некоторой срочностью, то план ремонта включал бы в себя изменение, вносимое в план полета, с целью немедленного приземления, и лобовое стекло будет там или прибудет в течение короткого времени. Пассажиры могут, если требуется, быть пересажены на другое воздушное судно или подождать, пока ремонт не будет закончен. Если запланирован ремонт и этот ремонт может быть выполнен без удаления лобового стекла, то план ремонта может предусматривать персонал и запасные части, подлежащие предоставлению в месте проведения ремонта.
Изобретение не ограничено вариантами воплощения изобретения, представленными и рассмотренными выше, которые представлены исключительно в целях иллюстрации, и объем изобретения ограничен только объемом нижеследующей формулы изобретения и любых дополнительных пунктов формулы изобретения, которые добавляются к заявкам, имеющим прямую или косвенную связь с этой заявкой.