電加熱織物和檢測感測線完整性的電路完整性檢測系統的製作方法
2023-07-28 21:07:26 4
電加熱織物和檢測感測線完整性的電路完整性檢測系統的製作方法
【專利摘要】一種用於檢測加熱墊中感測線的完整性的電路完整性檢測系統，其中通過首先使用來自微控制器的低電壓電測試信號驅動感測線的一端，然後檢查所述測試信號是否存在於該感測線的另一端，確定感測線的完整性，為了區分測試信號與感測線上存在的標準AC線電壓，電測試信號優選地具有與標準50-60Hz的AC線電壓不同的頻率。在一個實施方案中，測試信號的頻率是近似30kHz。
【專利說明】電加熱織物和檢測感測線完整性的電路完整性檢測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電加熱織物熱點檢測器，更具體而言，涉及一種檢測用來檢測電加熱織物中熱點的線中的斷裂的系統和設備，所述電加熱織物例如為加熱墊、電加熱毯、電加熱床罩(throw)或電加熱床墊。
【背景技術】
[0002]通常，電加熱織物是具有電加熱元件的結構。電加熱元件例如可通過電由電阻加熱，且可被提供為貫穿整個墊的一個或多個金屬線。所述金屬線的形狀和大小可改變，且在一些情況下，所述線實際上可以是小的金屬絲。電加熱元件通常包括由具有正溫度係數(PTC)特性的金屬線構成的中心加熱元件。在中心PTC線周圍是一層負溫度係數(NTC)材料。電加熱墊的插頭通常被插入電源插座，以便為加熱元件供電，導致產生熱量。以這種方式，電加熱織物可用於溫暖身體的期望區域。目前，加熱墊通常包括一個控制從加熱墊輸出的熱量的控制器和/或微處理器。
[0003]一些電加熱織物還包括被設計來檢測熱點的電路。當電加熱織物的任何部分的溫度超出被設計來防止對毫無警惕的使用者造成熱損傷的極限時，出現熱點。感測線具有低電阻，且其通常纏繞在NTC層周圍，且其被用於為漏電流提供路徑並監測加熱造成的NTC層中漏電流的增加。然而，感測線的斷裂可導致控制器無法檢測熱點。
[0004]一種已知的幫助檢測感測線斷裂的方法是在功率初始被施加至產品時檢查感測線的電壓。當功率開始被施加時，相對而言，線是冷的。隨著加熱墊變熱，NTC電阻會減小。電阻的這種變化可被用於確定感測線是否在線的以下端部——在該端部，感測線附接至控制器連接器一處或在極接近線的該端部處斷裂。儘管這在該單元初始上電時可以驗證感測線的完整性，但是一旦加熱墊達到運行溫度，就不能作為持續的「斷裂的感測線」檢測器。它也不能檢測感測線的、不在NTC/PTC線的以下端部附近的斷裂一在該端部，NTC/PTC線連接至控制器連接器。
[0005]另一種感測線方法包括將感測線的兩端連接在一起。在這種情況下，對沿著NTC/PTC線任意地方的單處斷裂進行補償，且不影響熱點的持續檢測。然而，不可能知道感測線中已經出現了斷裂。此外，如果出現第二處線斷裂，則非常可能喪失對熱點的檢測。具體而H，在兩處線斷裂之間熱點檢測喪失。
[0006]因此，期望的是提供一種持續檢查感測線完整性的檢測系統。如果在使用過程中任何時間由於任何原因感測線斷裂，該系統將關閉，阻止該產品的使用。
實用新型內容
[0007]本實用新型包括一種監測電加熱織物感測線的狀況以確定感測線中是否出現斷裂的系統和設備。在一個實施方案中，可在不斷開電加熱織物內的加熱電路的情況下確定感測線的狀況。加熱電路可運行在通常標準的50-60HZ的AC線電壓下，使得所述感測線可正常運行在相應的頻率。除了該信號之外，感測線的完整性可通過如下方式確定:首先使用來自微控制器的低電壓電測試信號驅動感測線的一端，然後檢查所述測試信號是否存在於該感測線的另一端。為了區分測試信號與感測線上存在的標準AC線電壓，電測試信號優選地具有與標準50-60HZ的AC線電壓不同的頻率。在一個實施方案中，測試信號的頻率是近似30kHz。測試信號也可採用其他頻率和電壓。
[0008]在一個實施方案中，感測線被定位以檢測和/或測量電加熱織物的加熱。優選地，感測線繞負溫度係數(NTC)材料纏繞，且感測線的每個端都連接至微控制器。在感測線的一端，微控制器中的脈衝寬度調製器產生一個低電壓電測試信號。從而測試信號可與50-60Hz的AC線電壓區分開，在該AC線電壓下，感測線上的溫度監測發生，測試信號優選地在一個非常不同的頻率，更優選地在約30kHz。該測試信號通過低通濾波器以減少不期望的較高頻率的信號成分，並變成信號「DRIVE」。然後，該DRIVE信號通過高通濾波器以使DRIVE測試信號生成電路與AC線電壓隔離。
[0009]然後測試信號通過纏繞的感測線。在感測線回連至微控制器之前，優選地使感測線與信號分離。出於標準傳感的目的，一個分支(prong)繼續至微控制器的模擬/數字轉換器，而另一分支優選地通過高通濾波器以濾除較低頻率的AC線電壓，產生「RETURN」信號。然後，該RETURN信號可進入微控制器。如果感測線未斷裂，通常RETURN信號的幅值會發生變化，但RETURN信號會處於與DRIVE信號相同的頻率。
[0010]在微控制器內，RETURN信號被傳送至比較器，每次RETURN測試信號轉變(transition)，該比較器將輸出一個轉變。計數器在一時間段內對轉變的數目進行計數。如果微控制器檢測到至少一預定閾值數目的比較器的轉變，則確定感測線完整。然而，在計數小於轉變的閾值數目時，確定感測線斷裂。出於安全目的，微控制器優選地接著禁用加熱墊的加熱元件。
[0011]應理解，其他頻率可用於DRIVE測試信號。然而，DRIVE測試信號頻率的變化可能使得需要不同的濾波器，例如特定的帶通濾波器，以確保DRIVE測試信號的頻率被適當地施加至感測線和從感測線提取。此外，濾波器、比較器、計數器、調製器及Α/D轉換器中的一些或全部可呈現在微控制器上或者可與微控制器分開。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是現有技術加熱墊的方框圖。
[0013]圖2是現有技術感測線配置的示意性方框圖。
[0014]圖3A是另一現有技術感測線配置的方框圖，其中感測線是完整的。
[0015]圖3B是圖3A的感測線配置的方框圖，其中感測線具有一處斷裂。
[0016]圖3C是圖3A的感測線配置的方框圖，其中感測線具有兩處斷裂。
[0017]圖4是根據本實用新型教導的微控制器和感測線配置的方框圖。
[0018]圖5是根據圖4的方框圖的示例性示意電路圖。
[0019]圖6是根據本實用新型教導的用於確定感測線完整性的方法的流程圖。
[0020]圖7示出根據本實用新型教導的感測線完整性檢測系統的替代實施方案。
[0021]圖8示出根據本實用新型教導的感測線完整性檢測系統的替代實施方案。
[0022]應理解，這些附圖不一定按比例繪製，並且在此公開的實施方案有時通過局部圖示出。在某些情況下，對於理解本實用新型不必要的細節或者使得其他細節難於理解的細節可能被省略。還應理解，本實用新型不一定限於在此示出的特定實施方案。所有各附圖中使用的相同的數字標示相同或相似的部分或結構。
【具體實施方式】
[0023]現在參考附圖，且更具體而言，參考圖1，示出了現有技術電加熱織物例如加熱墊I的方框圖。加熱墊I包括一個加熱墊控制器2,該控制器可包括一個微處理器或微控制器，用於控制加熱墊I的運行。微控制器2與加熱元件4電連通，並向加熱元件4提供功率以加熱加熱墊I。或者，微控制器2可位於加熱墊的外部。微控制器2還與感測元件6電連通。感測元件6是被設計來檢測加熱墊I中的熱點的安全構件。一旦檢測到一個熱點，微控制器2通常停用加熱元件4或減少提供至加熱元件4的功率，直到不再存在熱點。電源8通常電連接至微控制器2，以向微控制器2提供電功率。電源8通常被納入微控制器2中，但可以是連接至標準壁裝插座的插頭、或電池、或其他電功率源。
[0024]圖2是現有技術感測線配置的示意性方框圖。微控制器2被連接至一個加熱元件4，該加熱元件由一個電阻器組成，當電流通過該電阻器時電阻器產生熱。通常，加熱元件4的電阻器由具有正溫度係數(PTC)特性的材料構成。具有負溫度係數(NTC)特性的材料(圖2中未示出)繞加熱元件4纏繞，且電阻相對較低的感測元件6 (在圖2中以感測線的形式示出)繞NTC材料纏繞。感測元件6通常一端連接至微控制器2，另一端懸空。
[0025]運行時，微控制器2向加熱元件4提供功率，這導致加熱元件4發熱。由於加熱元件4的PTC特性，加熱元件4的電阻隨著其溫度增加而增加。在一個現有技術實施方案中，微控制器2可試圖基於加熱元件4的電阻確定加熱元件4的溫度。然而，從PTC加熱元件只能提取平均加熱墊溫度信息。NTC材料的電阻隨著溫度的增加而減小。感測元件6可檢測電阻的這種變化，提供局部溫度信息，由此微控制器2可檢測沿著加熱元件4任意處的熱點。通常，當熱點超過預定閾值溫度時，作為安全機制，微控制器2停用加熱元件4或減少功率。然而，感測元件6中的斷裂可導致微控制器2不能檢測這種熱點。
[0026]圖3A是另一現有技術感測線配置的示意性方框圖。在該現有技術實施方案中，感測元件6的兩端連接在一起。儘管感測元件6可繼續檢測基本上沿著感測元件6任何地方的熱點，甚至在感測元件6中出現單處斷裂時(如圖3B中示出的)，但是在這種配置中該斷裂本身是不可檢測的。此外，在圖3C中，感測元件6中有兩處分開的斷裂。感測元件6不再能夠檢測感測元件6中在這兩處斷裂之間的熱點。
[0027]圖4示出了根據本實用新型的一個實施方案的感測線完整性檢測系統的方框圖。如上文所述,感測元件6通過NTC材料7檢測加熱元件4所導致的熱點。在一個實施方案中，感測元件6中的這種監測出現在存在約50-60HZ的AC線電壓時。應注意，代替50_60Hz的範圍，或者除了 50-的60Hz範圍之外，也可出現不同的頻率。微控制器2可包括一個測試信號發生器，該測試信號發生器在圖4中被以脈衝寬度調製器10的形式示出。替代地，這種測試信號發生器可與微控制器2分開。脈衝寬度調製器10優選地產生一個頻率不同於AC線電壓的頻率的信號。在一個實施方案中，當如上所述AC線電壓頻率為約50-60HZ時，脈衝寬度調製器可產生一個頻率為約30kHz的測試信號。
[0028]然後，該測試信號優選地通過低通濾波器12，以減少不期望的較高頻率的信號成分，且該信號變成DRIVE信號14。DRIVE信號14優選地接著通過高通濾波器16，然後遇到感測元件6。高通濾波器16優選地使脈衝寬度調製器10和低通濾波器12與AC線電壓隔離。DRIVE信號14接著傳至感測元件6的一端。低通濾波器12和高通濾波器16中的任一個或者二者可以是微控制器2的部件，或可與微控制器2分開。
[0029]通過感測元件6的任何信號優選地通過高通濾波器18，以濾除AC線電壓。如上文，高通濾波器18可以是微控制器2的一個部件，或可與微控制器2分開。通過高通濾波器18的任何信號標記為RETURN信號20。該RETURN信號20接著傳至信號檢測器部件，如圖4示出的，該信號檢測器部件包括比較器22。比較器22優選地比較RETURN信號20和閾值電壓，該閾值電壓可為約IV。當感測元件6完整時，RETURN信號20的幅值會改變，但是該RETURN信號會處於與例如具有約2v或更大的幅值的DRIVE信號14相同的頻率，且通常具有與其相同的波形。因此，比較器22在RETURN信號20每次轉變時輸出轉變。計數器24對比較器22的轉變的數目進行計數。為了標準的熱點檢測，感測元件6的第一端、第二端或兩端可直接通到模數轉換器(A/D) 26。應注意，如上文，高通濾波器18、比較器22、計數器24和/或A/D26中的任一或全部可以是微控制器2的部件，或可與微控制器2分開。
[0030]可包括固件或可執行軟體的微控制器2通過尋找合適頻率的比較器輸出轉變來確定電測試信號即RETURN信號20是否返回(指示感測線的完整性是否良好)。這通過在一固定時間段內對比較器輸出轉變的數目進行計數來實現。通過使用最小值作為閾值來尋找預期數目的轉變，消除源自可能出現在比較器輸入處的寄生源的錯誤計數，所述寄生源例如為電氣噪聲和AC線電壓轉變。
[0031]應注意，替代地，比較器22可以是Α/D轉換器，使得RETURN信號20可被轉換成數字值(digital number),該數字值的值代表信號20的振幅。值超過預定閾值的數字值的存在表明信號20具有有效振幅。在一時間段內信號20的預定數目的有效振幅脈衝表明感測線是完整的。脈衝的預定數目優選地等於出現在DRIVE信號14上的脈衝數目。
[0032]圖5示出了用於感測線完整性檢測系統的一種可能配置的示意性電路圖。微控制器2可以是任何合適的晶片，但是為了本公開內容的目的，將討論為PIC16F1827-1/S0晶片的形式的微控制器2。微控制器2的引腳3優選地輸出30，OOOHz的低電壓信號。該30kHz的信號接著通過由IkQ的電阻器12A和2.2nF的電容器12B構成的低通濾波器12，以及由2.2nF的阻塞電容器16B和2.4k Ω的電阻器16A構成的高通濾波器16。DRIVE信號接著通過感測元件6，此後DRIVE信號通過另一個高通濾波器18與較低頻率的線電壓信號隔離，該高通濾波器18由兩個InF的電容器18A和18C以及兩個IOOkQ的電阻器18B和18D構成。濾波後的RETURN信號接著被輸入至微控制器2的引腳I。如將認識到的，替代地，可使用其他硬體配置、電阻、電容等。
[0033]圖6示出了用於確定感測元件的完整性的方法30。在步驟32，完整性測試開始。在步驟34，接通DRIVE信號，使得脈衝波調製器10產生一個頻率與感測元件6中的AC線電壓的頻率不同的信號。在步驟36，計數器24中的計數清零，且在步驟38啟用比較器22中斷。
[0034]在步驟40，微控制器2確定是否已經出現一個新的報時信號(timetick)。當沒出現新的報時信號時，過程返回至步驟40。當出現新的報時信號時，過程移至步驟42，在步驟42，微控制器2確定測試是否在其結束時間。當測試未在其結束時間時，微控制器2確定比較器22是否已經轉變。如上文討論的，比較器22將RETURN信號與閾值電壓進行比較，該閾值電壓在一個實施方案中是約I伏，比較器隨著RETURN信號的每次轉變以合適頻率輸出轉變。在步驟44當比較器22已經轉變時，計數器24在步驟46將其計數增加一。接著該方法返回至步驟40，以等待一個新的報時信號。
[0035]在步驟42，如果測試在其結束時間，則該方法繼續至步驟48，在步驟48，比較器22中斷被禁用，在步驟50連同DRIVE信號一起被禁用。在步驟52，微控制器2確定計數器24的計數是否大於或等於最小閾值計數。最小閾值計數被設計來補償可能出現的任何寄生源，例如電氣噪聲和/或AC線電壓轉變。如果計數器24的計數大於或等於最小閾值計數，則微控制器在步驟54確定測試已經通過，且感測元件6是完整的。然而，當在步驟52計數器24的計數比最小閾值計數小時，微控制器2在步驟56確定測試失敗。在測試失敗的情況下，微控制器2優選地停用加熱元件4以保護使用者。
[0036]可選擇性地使用脈衝寬度調製器10以間歇地產生DRIVE信號14，或者脈衝寬度調製器10可持續運行。類似地，微處理器2可以預選時間間隔選擇性地檢查RETURN信號20，或者可不斷地監測RETURN信號20以持續監測感測線6的完整性。
[0037]圖7示出了感測線完整性檢測系統100的一個替代實施方案，如同在上文討論的實施方案中，檢測系統100包括一個微控制器102、一個加熱元件104、一個NTC層107、一個感測元件106，及一個Α/D轉換器126。
[0038]在該實施方案中，為了檢測感測線106的完整性，按固定時間間隔，當測試信號被施加至感測線106時，至加熱元件104的功率被移除和/或被斷開。切斷至加熱元件104的功率可持續為例如16.66毫秒的一個電力線周期(power line cycle)的一段持續時間,或任意其他固定時間段。在三端雙向可控矽開關元件Dl被迫不啟動期間，微處理器輸出Ul提供一系列方波。採用適當的濾波以分離AC線頻率和Ul提供的信號以及分離被用於檢測熱點的Α/D輸入和感測線完整性信號。
[0039]在另一個實施方案中，如圖8不出的,通過在一選定時間段內以某一時間間隔將NTC層107從AC電源斷開，可確定感測線106的完整性。一旦合上感測線完整性電路，提供一個測試信號通過感測線。
[0040]在加熱階段，三端雙向可控矽開關元件Dl和D2 「接通」且引腳B處於高阻態。通過A/D126測量NTC107洩漏以檢測熱點。在測試階段，「斷開」三端雙向可控矽開關元件Dl和D2，引腳B輸出一個信號，例如方波，該信號通過感測線106傳至A/D126。通過檢查A/D126接收的信號的振幅，以及對已經接收的方波脈衝的數目進行計數與多少被發送進行比較，確定感測線的完整性。
[0041]一旦感測線106完整性的驗證完成(即，A/D126檢測到適當振幅的信號和/或方波脈衝數目)，就恢復至加熱元件104的功率，三端雙向可控矽開關元件Dl和D2 「接通」，引腳B處於高阻態。根據需要可重複這樣的過程，且微控制器102可再次啟動驗證測試循環。
[0042]因此，已示出和描述了數個新穎的加熱墊安全系統和方法的實施方案。如根據上文描述明顯的，本實用新型的某些方面不受在此示出的實施例的特定細節限制，且因此預期，本領域的普通技術人員將想到其他改型和應用，或其等同物。前述說明書中使用的術語「具有」和「包括」及類似術語被在「可選的」或「可包括」的意義上使用，而不是在「必需的」意義上使用。然而，在考慮說明書和附圖之後，本實用新型的許多變化、改型、變體及其他用途和應用對於本領域的普通技術人員將是顯而易見的。不背離本實用新型的精神和範圍的所有這些變化、改型、變體及其他用途和應用被認為被本實用新型覆蓋，本實用新型僅由隨附的權利要求限定。
【權利要求】
1.一種電加熱織物，包括: 一個加熱元件，與NTC材料連通，其中以第一頻率產生第一信號通過所述加熱元件； 一個感測線，用於檢測所述加熱元件導致的熱點； 一個測試信號發生器，被電連接至所述感測線用於在所述感測線的第一端產生第二信號，其中所述測試信號具有第二頻率；以及 一個信號檢測器，用於在所述感測線的第二端上檢測所述第二信號。
2.根據權利要求1所述的電加熱織物，還包括: 一個具有負溫度係數(NTC)的層，位於所述加熱元件和所述感測線之間。
3.根據權利要求2所述的電加熱織物，其中所述NTC層繞所述加熱元件纏繞，且所述感測線繞所述NTC層纏繞。
4.根據權利要求1所述的電加熱織物，其中所述檢測在存在所述第一信號時發生。
5.根據權利要求4所述的電加熱織物，其中所述第一頻率與所述第二頻率不同。
6.根據權利要求5所述的電加熱織物，其中所述第一信號是具有近似50-60HZ的第一頻率的AC線電壓。
7.根據權利要求6所述的電加熱織物，其中所述第二頻率是近似30kHz的頻率。
8.根據權利要求1所述的電加熱織物，其中所述檢測在斷開所述第一信號時發生。
9.根據權利要求8所述的電加熱織物，其中所述第一頻率與所述第二頻率不同。
10.根據權利要求8所述的電加熱織物，其中所述第一頻率與所述第二頻率相同。
11.一種用於檢測電加熱織物中感測線完整性的電路完整性檢測系統，該系統包括: 一個感測線，用於檢測由所述電加熱織物的加熱元件導致的熱點，其中以第一頻率產生第一信號通過所述加熱元件； 一個測試信號發生器，電連接至所述感測線，用於在所述感測線的第一端產生第二頻率的測試信號； 一個信號檢測器，用於在所述感測線的第二端上檢測所述第二頻率。
12.根據權利要求11所述的電路完整性檢測系統，其中所述檢測在存在所述第一信號時發生。
13.根據權利要求11所述的電路完整性檢測系統，其中所述檢測在斷開所述第一信號時發生。
【文檔編號】H05B1/00GK203523055SQ201290000244
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年8月30日 優先權日:2011年10月26日
【發明者】G·柯恩, L·霍瑞, W·G·麥考伊 申請人:光達家電用品公司