用於檢測電弧的電路和傳感器以及具有該電路和傳感器的透明件的製作方法

2023-12-09 13:16:51 2

用於檢測電弧的電路和傳感器以及具有該電路和傳感器的透明件的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種對導電性部件（例如，飛行器風擋的加熱部件）的過熱和/或電弧進行響應的電氣系統，該電氣系統包括在第一電流通路上的第一開關以及在第二電流通路上的第二開關。第一電流通路經由第一開關從供電設備通過電弧傳感器到加熱部件，以至電源。第二電流通路經由第二開關從用於監測加熱部件的溫度的溫度傳感器到溫度控制器。當加熱部件的溫度處於或高於預定值時，溫度控制器促使第一開關斷開。當存在電弧時，第二開關被移至斷開位置。溫度控制器感測到第二開關被斷開並且促使第一開關斷開。
【專利說明】用於檢測電弧的電路和傳感器以及具有該電路和傳感器的透明件
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請的主題涉及由Ali N.Rashid、Monroe A.Stone 和小 James R.Priddy 在2008 年 12 月 30 日提交的，題目為「A METHOD OF AND SYSTEM FOR MAINTAINING OPERATINGPERFORMANCE OF A TRANSPARENCY」 的美國專利申請 N0.12/345，932 的主題，以及由Ali Rashid、Monroe A.Stone 和 James Priddy 在 2008 年 12 月 30 日提交的且題目為「TRANSPARENCY HAVING SENSORS」的美國專利申請N0.12/345，952的主題。美國專利申請N0.12/345，932和12/345，952在此通過援引全文併入本文。
【技術領域】
[0003]本發明涉及用於檢測電弧的電路和傳感器以及具有該傳感器的透明件，並且更特別地涉及用於檢測飛行器透明件(例如，層合式飛行器風擋)的電加熱系統的電弧的電路和傳感器以及具有該電路和傳感器的某些部分的層合式飛行器風擋。
【背景技術】
[0004]飛行器或太空飛行器窗(例如，飛行器風擋)包括塑料層或板、玻璃層或板以及它們的組合的層合板。風擋的內區段的層面向飛行器的內部並且為風擋提供結構穩定性。風擋的外區段的層面向飛行器的外部。同樣能夠提供結構穩定性的風擋的外區段通常還設置有用於視敏度的附件。例如，但不限於該討論，風擋的外區段能夠包括在一對間隔開的母線之間且與其連接的導電性塗層或多個導電性導線，用於加熱風擋的外表面以防止霧、雪和冰的形成，和/或從面向飛行器外部的風擋的表面(也稱為風擋的外表面)上去除霧、雪和冰。
[0005]如本領域技術人員所理解的，隨著飛行器風擋的服務或工作時間增加，風擋的工作效率會降低，直到風擋的附件變得無功能時，並且風擋需要被替換或修理。更具體地，但不限於該討論，風擋的外周邊緣具有作為用於防止水分進入風擋的塑料及玻璃層或板之間的屏障的外部防潮密封。當密封失效時，例如，因風和雨所導致的蝕刻所致的裂縫和/或層脫粘；水分進入風擋的層之間。雖然密封的開裂或脫粘並不是結構問題，但是當水分在風擋的層之間移動時，風擋能夠層剝離(de-laminate)，並且任何一個存在的導電塗層或導線都能夠被損壞及失效，由此減少風擋的使用壽命。更特別地，當風擋的層剝離(delamination)發生時，量增加的水分在風擋的層之間移動，從而加速風擋的劣化，例如，導致母線和導電性塗層或導線的起弧、損壞和/或失效，由此降低或消除風擋的除霜能力。
[0006]目前，用於檢測電弧的傳感器是可用的，例如，在上述美國專利申請N0.12/345，932和12/345，952中所公開的。儘管目前可用的用於檢測電弧的傳感器是可接受的，但是它們具有局限。例如，但不受限於該討論，目前可用的用於檢測在兩個母線之間的導電性塗層的起弧的傳感器測量在第一母線處的電流以及在導電塗層上的預定位置的或者在第二母線處的電流。當在兩個測量值之間的差異超過預定的電流差時，信號被轉發給控制系統以中斷對母線的電流輸入。這種類型的傳感器並不考慮，到母線的電流是否包含由給飛行器的飛行器透明件、燈、空調器及其他電氣設備提供電力的飛機發電機產生的電噪聲和幹擾。因此，讀數並不是由電弧引起的電流變動的精確表示。
[0007]基於前面的討論，本領域技術人員能夠意識到，提供用於檢測電弧的電路和傳感器以及具有該電路和傳感器的構件的透明件將是有利的，這會消除目前可用的用於檢測電弧的電路和傳感器的局限。

【發明內容】

[0008]本發明涉及對導電性部件的過熱和/或起電弧進行響應的電氣系統。該系統其中包括:用於感測導電性部件的溫度的溫度傳感器；待與電源電連接的第一開關；用於監測導電性部件的電壓的電弧傳感器，該電弧傳感器與第一開關電連接，其中處於閉合位置的第一開關提供通過第一開關到電弧傳感器的連續的電通路，而處於斷開位置的第一開關防止電流流過第一開關；作用於第一開關上用於選擇性地斷開第一開關的溫度控制器；用於將溫度傳感器電連接至溫度控制器的第二開關，其中第一開關在閉合位置時使溫度傳感器與溫度控制器電互連，而在斷開位置時使第一開關與溫度傳感器斷連；與電弧傳感器連接且作用於第二開關上的濾波和修改系統，其中在第一開關和第二開關處於閉合位置時，提供通過第一開關到導電性部件的第一電通路並且提供經由第二開關從溫度傳感器到溫度控制器的第二電通路，其中溫度控制器在溫度控制器接收到來自溫度傳感器的預定信號時斷開第一開關，並且其中濾波和修改系統在來自電弧傳感器的信號指示預定級別的電弧時斷開第二開關，並且如果第一開關是閉合的，則溫度控制器響應於第二開關的斷開而斷開第一開關。
[0009]此外，本發明涉及其中包括風擋的飛行器，該風擋其中包括:用於從風擋的外表面上去除雪、霧或冰的可加熱元件，該可加熱元件包含一對間隔開的母線以及在間隔開的母線之間且與它們電接觸的導電性部件，以及用於監測和/或控制可加熱元件的性能的電氣系統。該電氣系統其中包括:用於感測導電性部件的溫度的溫度傳感器；待與飛行器的電源電連接的第一開關；用於檢測導電性部件的電壓的電弧傳感器，該電弧傳感器與第一開關電連接，其中處於閉合位置的第一開關提供經由第一開關從飛行器的電源到電弧傳感器的以及從電弧傳感器到可加熱元件的間隔開的母線對的第一母線的連續電通路，而可加熱元件的間隔開的母線對的第二母線與電源連接，並且處於斷開位置的第一開關防止電流從電源流入第一母線；作用於第一開關上用於選擇性地斷開第一開關的溫度控制器；用於將溫度傳感器電連接至溫度控制器的第二開關，其中處於閉合位置的第一開關使溫度傳感器與溫度控制器電互連，而在斷開位置時使第一開關與溫度傳感器斷連；與電弧傳感器連接且作用於第二開關上的濾波和修改系統，其中在第一開關和第二開關處於閉合位置時，提供從供電設備(power supply)通過第一開關、經由可加熱元件到電源的第一電通路,並且提供經由第二開關從溫度傳感器到溫度控制器的第二電通路，其中溫度控制器在溫度控制器接收到來自溫度傳感器的預定信號時斷開第一開關，並且其中濾波和修改系統在來自電弧傳感器的信號指示預定級別的電弧時斷開第二開關，並且如果第一開關是閉合的，則溫度控制器響應於第二開關的斷開而斷開第一開關。
[0010]而且，本發明涉及為了消除過熱和/或電弧而控制到飛行器透明件的可加熱元件的電輸入的方法，其中可加熱元件包括用於加熱透明件的外表面的導電性部件。該方法其中包括:通過第一開關、經由溫度控制器將表示導電性部件的溫度的信號轉發給第二開關，其中當溫度控制器指示等於或超過預定值的溫度時，溫度控制器起作用以斷開第二開關；在電流/電壓經由第二開關從電源流到導電性部件時監測從電源到導電性部件的電流/電壓，其中監測處於第一開關與導電性部件之間的位置並且提供監測信息；以及在監測信息具有預選定的信息時作用於監測信息上以斷開第一開關，其中斷開第一開關而斷開第二開關。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是具有本發明的非限制性實施例的飛行器的等距視圖。
[0012]圖2是結合了本發明的特徵的飛行器透明件的等距視圖。
[0013]圖3是沿圖2的直線3-3截取的視圖。
[0014]圖4是具有用於指示用於檢測可加熱元件的電弧的本發明的特徵的框圖的飛行器透明件的可加熱元件的等距視圖。
[0015]圖5是用於將飛行器的供電設備連接至圖4所示的那種類型的可加熱元件的本發明的智能電力控制器和監測系統的非限制性實施例的框圖。
[0016]圖6是本發明的電弧監測系統的非限制性實施例的框圖。
[0017]圖7是用於容納飛行器的健康監測系統的箱櫃的正視圖，該健康監測系統結合了用於檢測圖4所示的那種類型的可加熱元件的電弧的本發明的特徵。
[0018]圖8是圖3所示的那種類型的具有根據本發明的教導安裝於透明件上的本發明的電弧檢測器的電路和傳感器的選定構件的飛行器透明件的局部截面圖。
`[0019]圖9是用於將本發明的電弧檢測器的電路和傳感器的選定構件安裝於圖3所示的那種類型的飛行器窗上的本發明的另一種非限制性實施例的片段俯視平面圖。
【具體實施方式】
[0020]如同本文所使用的，空間或方向術語，例如，「內」、「外」、「左」、「右」、「上」、「下」、「水
平」、「垂直」等涉及本發明在示於附圖中的情形。但是，應當理解，本發明能夠採用各種可替代的取向，並且因此，此類術語並不應當被視為限制性的。此外，在本說明書和權利要求書中使用的，用於表示尺寸、物理特性等的所有數字應當被理解為在所有情況下均由術語「大約」來修飾。因此，除非相反地指出，否則在下面的說明書和權利要求書中所闡明的數字值都能夠根據所期望的和/或力求由本發明所獲得的性質而變動。至少，且不作為將等同原則的應用限定於本權利要求書的範圍的嘗試，每個數值參數應當至少按照所報告的有效位數以及通過應用普通的捨入技術來解釋。而且，本文所公開的所有範圍應當被理解為包括其內所包含的任意及全部子範圍。例如，所規定的範圍「I至10」應當被認為包括在最小值I與最大值10之間且包含I和10的任意及所有子範圍；也就是，以最小值I或更大值開始的且以最大值10或更小值結束的所有子範圍，例如，I至6.7,3.2至8.1，或5.5至10。同樣，如同本文所使用的，術語「定位於…之上」或者「安裝於…之上」意指定位於或安裝於其上，但不一定與其表面接觸。例如，一個物品或物品的構件「安裝於」或「定位於」另一個物品或物品的構件「之上」並不排除材料分別存在於物品之間或於物品的構件之間。
[0021]在討論本發明的若干非限制性實施例之前，應當理解，本發明並沒有在其應用上被限定於本文所示的及所討論的特定的非限制性實施例的細節，因為本發明能夠有其他實施例。此外，本文用來討論本發明的術語是出於描述的目的，而非限制的目的。而且，除非另有指出，否則在下面的討論中，相似的附圖標記指示相似的元件。
[0022]本發明的非限制性實施例將涉及飛行器層合式透明件，並且更特別地涉及飛行器風擋。但是，本發明並不受限於任何特定類型的飛行器和飛行器透明件，並且本發明能夠實施於任何類型的飛行器和飛行器透明件上，例如(但不限於)具有響應於電刺激而提高或降低可見光透過率的介質的那種類型的窗，例如(並不限於)在美國公開專利申請2007/0002422A1中所公開的那種類型的窗，並且能夠實施於在一對層合板之間具有絕緣氣隙的那種類型的飛行器窗上。在本段所標識的出版物的全部公開內容通過援引併入本文。
[0023]此外，本發明能夠實施於商業及住宅窗上，例如(但不限於)美國專利N0.5，675，944所公開的那種類型，該專利N0.5，675，944通過援引全文併入本文；任何類型的陸地交通工具的窗；任何類型的飛行器和太空飛行器的飛行器座艙蓋、艙室窗和風擋，任何水上或水下船舶的窗，以及任何類型的容器的觀看側壁或門的窗，例如(但不限於)，電冰箱、箱櫃和/或烤箱門。而且，本發明並不受限於飛行器窗的層或板的材料，並且層或板能夠由(但不限於)固化的及非固化的塑料板；退火的、熱強化的以及熱和化學強化的，透明的、著色的、有塗層的及沒有塗層的玻璃板製成。而且，本發明還能夠實施於具有不透明板的窗，例如(但不限於)，木板和金屬板、具有不透明塗層的玻璃板，以及它們的組合。
[0024]圖1所示的是具有本發明的飛行器風擋20 (圖2-4)以及電弧傳感器和監測器(見圖5-9)的非限制性實施例的飛行器18。風擋20 (圖3)包括通過第一乙烯基夾層26固定於第二透明板24的第一透明板22 ;通過第一聚氨酯夾層30固定於第二乙烯基夾層28的第二板24，以及通過第二聚氨酯夾層34固定於可加熱元件32的第二乙烯基夾層28。在本【技術領域】中使用的那種類型的邊緣部件或防潮層36，例如(但不限於)矽橡膠或其他柔性耐用防潮材料被固定於(I)風擋20的外周邊緣38，S卩，第一及第二板22、24的，第一及第二乙烯基夾層26、28和第一及第二聚氨酯夾層30、34的，以及可加熱元件32的外周邊緣38 ; (2)風擋20的外表面42的邊際或邊際邊緣(marginal edge) 40，即，風擋20的第一玻璃板22的外表面42的邊際40 ;以及(3)風擋20的外表面46的邊際或邊際邊緣44，即，可加熱元件32的外表面46的邊際。
[0025]如本領域技術人員所理解的且不限制本發明，第一及第二玻璃板22、24，第一及第二乙烯基夾層26、28和第一聚氨酯夾層30形成風擋20的結構部分或內區段，以及風擋20的玻璃板22的外表面42面向飛行器18的內部(在下文,玻璃板22的外表面42也稱為風擋20的內表面42);而第二聚氨酯層34和可加熱元件32形成風擋20的非結構部分或外區段，以及風擋20的可加熱元件32的表面46面向飛行器16的外部。可加熱元件32提供熱量，用於在風擋20的可加熱元件32的外表面46(在下文，可加熱元件32的外表面46也稱為風擋20的外表面46)上按照以下所討論的方式來防止霧形成，去除霧，防止雪和冰形成，和/或融化雪和冰。
[0026]應當意識到，本發明並不受限於風擋20的構造，並且飛行器透明件的任意構造(例如，在本【技術領域】中所使用的飛行器風擋)能夠用於本發明的實施中。例如，但不限制本發明，風擋20能夠包括其中乙烯基夾層28和聚氨酯夾層30都被省略，和/或板22和24為玻璃或塑料板的構造。一般地，風擋20的板22和24是化學強化的透明玻璃板；但是，本發明並不受限於此，並且玻璃板22和24能夠是熱強化的或熱回火的玻璃板。本領域技術人員還應當意識到，本發明並不受限於構成風擋20的玻璃板、乙烯基夾層或聚氨酯夾層的數量，並且風擋20能夠具有任何數量的板和/或夾層。
[0027]本發明並不受限於可加熱元件32的設計和/或構造，並且在本【技術領域】中用來加熱板的表面以在風擋的外表面上防止形成霧、雪和/或冰，融化雪和冰，和/或去除霧、雪和冰的任何導電性可加熱元件都能夠用於本發明的實施中。參照圖4，在本發明的一種非限制性實施例中，可加熱兀件32包括具有施加於玻璃板60的表面64的導電塗層62以及與導電塗層62電接觸的一對間隔開的母線66、68的玻璃板60。本發明並不受限於導電塗層62的組成，並且本【技術領域】所已知的任何導電性塗層都能夠用於本發明的實施中。例如，但不限制本發明，導電塗層62能夠由任何合適的導電性材料製成。能夠用於本發明的實施中的導電塗層的非限制性實施例包括，但不限於，由PPG工業公司銷售的商標為INifiSA?的那種類型的熱解沉積的氟摻雜氧化錫膜;由PPG工業公司銷售的商標為NESATRON?的那種類型的磁控濺射沉積的錫摻雜氧化銦膜；由一個或多個磁控濺射沉積的膜構成的塗層，該膜包括(但不限於)金屬膜，例如在金屬氧化物膜(例如，氧化鋅和/或錫酸鋅)之間的銀，這些膜每個都能夠通過磁控濺射依次施加，例如，如同在美國專利N0.4，610，771、4，806，220和5，821，001 (但不僅限於此)中所討論的。美國專利N0.4，610，771,4, 806，220和5，821，001的公開內容通過援引全文併入本文。
[0028]應當意識到，本發明並不受限於使用導電性塗層來加熱玻璃板60，並且本發明會慮及能夠被電加熱的任何類型的部件(例如，但不限於，導電線)的使用。導線(例如，在圖3和4中以雙點劃線示出的導線69)能夠嵌於塑料夾層(例如，但不限於，在母線66和68之間的夾層34)的板內，並且與母線 66和68電連接。這樣的加熱布局在本【技術領域】中以俄亥俄州PPG工業公司的商標AXRCON:"5而為人所知，並且被公開於美國專利N0.4，078，107中，該專利N0.4，078, 107通過援引全文併入本文。
[0029]本發明並不受限於母線66和68的設計和/或構造，並且本【技術領域】所使用的任何類型的母線都能夠用於本發明的實施中。能夠用於本發明的實施中的母線的實例包括，但不限於，美國專利 N0.3，762，902 ;4，623，389,4, 894，513,4, 994，650 和 4，902875 所公開的那些類型，這些專利通過援引全文併入本文。
[0030]繼續參照圖4，在本發明的一種非限制性實施例中，母線66和68各自分別通過導線70和71連接至本發明的智能電力控制器和監測系統72 (將在下文更詳細討論)，並且控制器和監測系統72通過導線或電纜76和77連接至飛行器供電設備74。儘管不限制本發明，但是母線66的端部79和母線68的端部80與玻璃板60的相鄰邊82-85間隔開，並且塗層62的邊86與玻璃板60的邊82-85間隔開，以防止母線66和68及塗層62與飛行器18的金屬機身覆蓋件87之間起電弧(見圖1)。
[0031 ] 溫度傳感器88被安裝於導電塗層62上，用於感測可加熱元件32的導電塗層62的溫度，並且按照下文所討論的方式通過導線或電纜92連接至智能電力控制器和監測系統72。本發明並不受限於溫度傳感器88，並且本【技術領域】所使用的任何類型的溫度傳感器都能夠用於本發明的實施中。此外，本發明並不受限於安裝於塗層62上的溫度傳感器88的數量，並且任何數量，例如，一個、兩個或三個均能夠安裝於塗層62上，用於感測塗層62的不同區域的溫度。在本發明的一種非限制性實施例中，溫度傳感器是熱電偶，並且三個熱電偶都安裝於塗層62上。
[0032]參照圖5，在本發明的一種非限制性實施例中，飛行器供電設備74沿著導線76和77給智能電力控制器和監測系統72的窗加熱控制器93供應交變電流。如本領域技術人員所理解的，本發明並不受限於供電設備74，並且供電設備74能夠是如圖5所示的交流電源或者本【技術領域】已知的直流電源。導線76連接至窗加熱控制器93的開關98的一個極，而開關98的另一個極通過導線或電纜102連接至本發明的電弧監測和檢測系統100的電弧傳感器99。開關98通常處於閉合位置並且通過沿著導線或電纜104自用於窗加熱控制93的加熱控制器106的控制邏輯轉發而來的信號由閉合位置移至斷開位置，反之亦然。電弧傳感器99通過導線70連接至可加熱元件32的母線66。可加熱元件32的母線68通過導線71連接至供電設備74。
[0033]在本發明的一種非限制性實施例中，智能電力控制器和監測系統72的構件被安裝於法拉第盒(Faraday box)109內，並且法拉第盒109通過導線或電纜111 (見圖5)連接至地電位(ground)，例如，飛行器18的機體81 (見圖1)，以阻擋外部靜電場。
[0034]繼續參照圖5，溫度傳感器88通過導線92連接至電子開關110的一個極，並且開關Iio的第二極通過導線112連接至窗加熱控制器93的控制邏輯106。開關110通常處於閉合位置，並且通過從電弧監測和檢測系統100的信號過濾和修改系統116沿著導線或電纜114轉發至開關110的信號而由閉合位置移至斷開位置以及由斷開位置移至閉合位置。
[0035]本發明的電弧監測和檢測系統100當下列任意條件被檢測到時為使加熱部件32與供電設備74彼此電斷連作準備；(a)可加熱元件32的溫度大於預定溫度，(b)大電弧(major arching),以及(c)在給定的時間段內存在大於所分配的預定數量的一系列微電弧(micro arching)。
[0036]現在考慮條件(a)可加熱元件32的溫度大於預定溫度。參照圖5，窗控制器93的開關98和開關110各自處於閉合位置，用於加熱可加熱元件32以將霧、雪和/或冰從風擋20的外表面46(見圖3)上去除。可加熱元件32的溫度通過溫度傳感器88來感測，並且例如單位為毫伏(「mV」)的溫度傳感器88的信號通過窗加熱控制器93的加熱控制器106來監測。當可加熱元件32的溫度由於例如(但不受限於該討論)電弧或者塗層62的電阻增大而超過給定溫度時，加熱控制器106將信號沿著導線104轉發至開關98，用於斷開開關98以使供電設備74與可加熱元件32相互電斷連。本發明並不受限於可加熱元件32超過預定溫度的這個原因，並且導致預定溫度被超過的任何類型的可加熱元件32缺陷都包含於本發明的實施中。
[0037]現在，討論涉及本發明的信號監測和檢測系統100的非限制性實施例。本發明的信號監測和檢測系統100被設計用於檢測兩個不同電平的電弧並據此來行動，即條件(b)和(C)。一個電弧電平(條件(b))被稱為「大電弧」，並且被定義為所測得的電壓/電流超過第一預定電平。第一預定電平的值並不限制本發明，並且值被選擇使得電弧可由肉眼看得見和/或基於現有經驗能夠破壞窗20。在本發明的一種非限制性實施例中，第一預定電平是基於窗的模型以及為了在窗的表面上去除霧、雪和冰，和/或防止霧、雪和冰形成而加熱窗所需的電流的。例如，但不限制本發明，用於型號為G650的灣流(Gulfstream)飛機的窗預計需要1821.6安培的電流來從窗表面上去除霧、雪和冰，和/或防止霧、雪和冰形成。通過在加熱時對窗的性能的觀察，這種窗模型的第一預定電平在條件(b)下等於或大於150毫伏(「mV」)。
[0038]現在考慮在溫度沒有超過預定溫度的情況下存在大電弧的情形。電弧傳感器99感測到大電弧並且將信號轉發給信號修改系統116。信號修改系統116將信號沿著導線114轉發以斷開開關110。加熱控制器106的控制邏輯確定開關110處於斷開位置並且沿著導線104發送信號，用於斷開開關98以使供電設備74與可加熱元件32相互電斷連。如本領域技術人員所理解的，當存在大電弧並且可加熱元件28的溫度超過預定溫度時，開關110和/或開關98能夠斷開。
[0039]另一個電弧電平(條件(C))被稱為「微電弧」，並且被定義為所測得的電壓/電流超過第二預定值且小於第一預定值。在本發明的一種實施例中，第二預定電平的值被選擇使得在流過電弧感測系統99的電流的噪聲電平被過濾掉。例如，但不限制本發明，灣流飛機的電氣系統的噪聲電平為了本發明而被確定為50mV，例如，沿著電纜102/70 (圖5)所測得的電壓。基於上述討論，在本發明的一種非限制性實施例中，微電弧發生於等於或大於50mV且小於150mV的範圍內，而大電弧發生於等於或大於150mV的範圍內，該電壓沿著導線70來測得。
[0040]一般地，單個微電弧並不不利地影響到可加熱元件32的工作，但是，已經確定，在給定的時間段內的一系列微電弧通常繼之以大電弧。因此，監測微電弧能夠被用來防止大電弧並且防止對窗的破壞。在給定的時間段內的微電弧的預定數量能夠根據觀察和歷史來確定。在本發明的另一種非限制性實施例中，微電弧的預定數量能夠基於對可加熱元件32的性能的統計分析來指定。在本發明的實施中，對於所討論的灣流飛機，在給定的時間段(例如，10秒)內的預定數量為256。
[0041]現在考慮在沒有溫度增加和/或存在大電弧的指示的情況下於給定的時間段內存在大於預定數量的一系列微電弧的情形。信號修改系統116按照下文所討論的方式對在給定的時間段內的微電弧的數量進行計數，並且當在給定的時間段內的微電弧的數量大於預定的數量時，信號修改系統116將信號沿著導線114轉發以斷開開關110。加熱控制器106的控制邏輯確定開關110處於斷開位置並且沿著導線104發送信號，用於斷開開關98以使供電設備74與可加熱元件32相互電斷連。如本領域技術人員所理解的，當存在過量的微電弧並且可加熱元件28的溫度超過預定溫度時，開關110和/或開關98能夠斷開。
[0042]在本討論中所感興趣的電弧包括，但不限於，在塗層62和/或母線66和68之一或兩者內的裂縫之上的電弧，和/或母線66、68和/或塗層62的分離。如本領域技術人員所理解的，對可加熱元件32的玻璃板60的撞擊能夠導致玻璃板60斷裂，該斷裂會導致塗層62斷裂。此外，穿過風擋20的防潮層36 (見圖2和3)的水分能夠導致層合式風擋的層剝離。風擋的層剝離能夠導致母線66和68之一或兩者與導電塗層62或嵌於夾層38內的導線分離。在導電塗層62內的裂縫之上的電弧以及在母線與塗層之間的分離導致能夠達到導致可加熱元件32的玻璃60斷裂的溫度的局部加熱(spot heat)。本發明並不受限於電弧的原因，並且由可加熱元件32的任何類型的缺陷引起的電弧均包含於本發明的實施中。
[0043]現在，討論涉及本發明的電弧監測和檢測系統100的非限制性實施例。本發明的電弧監測和檢測系統100被設計用於檢測大電弧和微電弧，並且用於採取行動來防止或限制對可加熱元件32和/或窗20的破壞。開關98和開關110 (見圖5)是響應於轉發給開關的信號而斷開和閉合的類型的。在本發明的實施中，開關98是電子固態開關。窗加熱控制器93的加熱控制器106的控制邏輯是用於將來自溫度傳感器88的電信號(單位為例如mV)與設定的電壓範圍進行比較的那種類型的比較器，當信號處於該範圍之外時，加熱控制器106的控制邏輯轉發信號以斷開開關98，並且當信號處於該範圍之內時，加熱控制器106的控制邏輯沿著導線104來發送信號以閉合開關98。
[0044]本發明的另一個特徵是:當不存在大電弧和/或微電弧的數量在給定的時間段內小於預定的數量時，加熱控制器106的控制邏輯能夠斷開和閉合開關98。更特別地，當存在大電弧和/或微電弧的數量在給定的時間段內大於預定的數量時，電弧監測和檢測系統100的信號過濾和修改系統116沿著導線114來轉發信號，以使開關110保持於斷開位置，這使得開關98如同前面所討論的那樣保持為斷開的。開關110和98保持為斷開的，直到電弧問題得到解決。在電弧問題解決之後，開關110被閉合。開關110能夠手動閉合，或者通過來自過濾和修改系統116的信號來閉合，因為不再存在大電弧，或者微電弧在給定的時間段內不大於預定的數量。
[0045]參照圖6，討論現在涉及用於檢測大電弧和微電弧並且採取行動來防止或最小化對可加熱元件32和/或窗20 (見圖3和4)的破壞的電弧檢測和監測系統100。如圖6所示，電弧檢測器99連接至導線102和70，並且電弧檢測器99的輸出通過導線150傳遞到濾波器148上。本發明並不受限於在本發明的實施中所使用的電弧檢測器99的類型。在本發明的優選實施中，所使用的電弧檢測器99是用於將電流降低至較低電平以便過濾掉沿著導線102和70流過的電流的電流互感器。更特別地，電流互感器99產生與通過導線102/70流到可加熱元件32的電流精確成比例的降低的電流。例如，在本發明的一種非限制性實施例中，流過可加熱元件32的電流是185安培，而電流互感器99的輸出是1.85安培。如本領域技術人員所理解的，從185安培降低至1.85安培需要使用具有能夠在沒有由於在降低過程中產生的加熱而使鐵芯劣化的情況下進行這樣的降低的鐵芯(未示出)的電流互感器。在本發明的一種非限制性實施例中，所使用的電流互感器99由Metglas公司銷售並且由Metglas (金屬玻璃)材料製成。本領域技術人員還可以理解,本發明並不受限於電流降低的大小，並且範圍為25-95%和50-90%的電流降低本發明均予以考慮。本領域技術人員還可以理解，本發明並不受限於將電流互感器用作電弧傳感器，並且本發明會考慮在本發明的實施中將分路電阻器和測量電阻器用作電弧傳感器。
[0046]繼續參照圖6,信號過濾和修改系統116的信號濾波器148是用於有效地從通過導線150的信號中消除電噪聲和磁噪聲的高通濾波器。信號濾波器148的過濾級別基於電氣系統的噪聲頻譜分析，即，從供電設備74流到可加熱元件32的電流。如上文所討論的，在本發明的一種非限制性實施例中，50mV以下的信號被從信號中過濾掉。濾波器148還由於高頻分量的消除而降低線路信號的量級，例如，(但不限制本發明)降低2級。
[0047]來自信號濾波器148的信號被傳遞到兩級濾波器154上。第一級154A包括用於將具有第一預定電平以上的電壓/電流電平(例如，指示大電弧的150mV)的信號過濾掉的比較器。當第一級的信號超過第一預定電平時，將大電弧已經被檢測到的信號沿著線路156發送至信號開關140，並且信號開關140沿著線路114發送信號以斷開開關110，這促使加熱控制器106的控制邏輯斷開開關98以防止電流如同上文所討論的那樣從供電設備74流到可加熱元件32 (見圖5)。[0048]來自濾波器的第一級154A的信號被傳遞到第二級154b上。具有在第一及第二預定電平的範圍(例如，50-150mV)內的電壓/電流值的信號指示著微電弧。兩級濾波器154的第二級154b在給定的時間段內對信號中的於第一及第二預定電平之間的脈衝的數量進行計數，這指示出給定時間段內的微電弧。在本發明的一種非限制性實施例中，當計數在10秒的時間段內超過256時，則認為已經發生了過量的微電弧，並且濾波器154B將過量的微電弧已經被檢測到的信號沿著線路156轉發至信號開關140。信號開關140沿著線路114發送信號以斷開開關110，這促使加熱控制器106的控制邏輯斷開開關98以防止電流如同上文所討論的那樣從供電設備74流到可加熱元件32 (見圖5)。在時間段結束並且微電弧的計數小於預定的數量的情況下，濾波器154B重啟另一時間段的計數。
[0049]繼續參照圖6，信號濾波器148和雙濾波器154各自分別通過導線158和160連接至微型計算機164，並且微型計算機164通過導線或電纜168連接至電子存儲設備166。微型計算機164設定電平，例如，由濾波器148從來自電弧檢測器99的信號中過濾噪聲的第二預定電平；設定電平，例如，由濾波器154A識別大電弧的第一預定電平；並且為濾波器154B設定用於微電弧計數的計數和時間段。電子存儲設備166保留濾波器148和兩級濾波器154的活動歷史以提供用於設定指示微電弧的第一預定電平、指示來自電弧檢測器99的信號中的噪聲電平的第二預定電平，以及指示因微電弧所致的潛在問題的微電弧計數和時間段的數據。
[0050]在本發明的一種非限制性實施例中，微型計算機164含有作為直接在電路板上的
內置(burnt in)程序的「固件」。系統軟體是基於1WlndOWS?的應用程式。該系統能夠
檢測到能夠由用戶設定的兩種不同電平的電弧，例如，大電弧和微電弧。一旦微電弧被檢測至IJ，計數器就被啟用以便跟蹤在規定的時間段內發生了多少個微電弧。這些事件被標記上日期、時間和電弧的大小，並然後被存儲於電路板上以便以後檢索。
[0051]信號過濾和修改系統116提供三個判別量級。與不必要的外部噪聲(若存在)相關的很低的判別量級(例如，50mV)是待調整的第一量級。在該量級之下，信號由於由來自供電設備72的噪聲引起而被忽略。第二量級是在指示大電弧的第一預定電平以上的信號。而第三量級是在第一預定電平與指示微電弧的第二預定電平之間的信號。
[0052]儘管不限制本發明，用於微電弧的數據處理如下:如果計算機164找到沒有任何間斷的緊密連續的觸發器高電平(flip-flop high),則計算機164處理作為封包的這堆數據。經驗是火花脈衝會成群出現，這將由封包表示。一個封包能夠包括最大數量的脈衝，例如(但不限制本發明)，256個脈衝。術語「脈衝」並不意味著脈衝(例如，MHz脈衝)在濾波器154B的輸出以上，但是它意味著計算機164在時間測量周期(例如，10毫秒長)內於通常稱為觸發器的雙穩態多諧振蕩器的輸出上找到了封包。在本發明的一種非限制性實施例中，當脈衝數量在給定的時間段(例如，10秒)內超過設定量(例如，256)時，則該256個脈衝將構成在新的時間段內的新封包。第一實驗在總體上表明封包長為大約1-40個脈衝。
[0053]參照圖7，在本發明的另一種非限制性實施例中，計算機164和電子存儲設備166被安裝於用於容納飛機18的健康監測系統的箱櫃210內。在本發明的一種非限制性實施例中，箱櫃210能夠包括用於提供與風擋20的可加熱元件32的性能有關的可聽信息的、通過導線或光耦合器213與信號開關140 (見圖6)連接的揚聲器212，以及用於使人注意到計算機164的、為飛行器內的人員提供風擋20的實時性能的警報器214。在本發明的另一種非限制性實施例中，箱櫃210具有無線發送器和接收器220，用於發送有關風擋20的可加熱元件28 (見圖4)的性能的信號222以及在需要修理和維護風擋20時接收與計劃時間和位置有關的信號224，如同美國專利申請N0.12/345，932所公開的。
[0054]在本發明的另一種非限制性實施例中，已經選擇了智能電力控制器和監測系統控制系統72 (見圖5)的某些構件的法拉第盒109被安裝於窗20 (見圖8)的外周邊緣。在本發明的該非限制性實施例中，法拉第盒109被安裝於風擋20的外周邊緣38之上，例如(但不限制本發明)，在玻璃板22和24及夾層26的外周邊緣上。保護性塑料層230被設置於風擋20的外周邊緣38與法拉第盒109之間，以防止玻璃邊緣由于振動而損壞。電纜232延伸到邊緣密封部件36之外，並且通過在飛行器【技術領域】中所使用的那種類型的連接器236連接至電纜234。在本發明的該實施例中，安裝於法拉第盒109內的構件包括，但不限於，濾波器148、雙濾波器154和信號開關140。電纜232和234將導線70和71通(carry)到可加熱元件32，使導線114從信號開關140通到開關110，並且使引自電弧檢測器99的導線150以及引自計算機164的導線158和160通到濾波器148和兩級濾波器154。導線111將法拉第盒109連接至地線(見圖5)。邊緣密封部件38覆蓋於以上所討論的風擋20的邊際邊緣40和外周邊緣38之上，並且邊緣密封部件38同樣覆蓋於圖8所示的法拉第盒109之上。在風擋20被安裝於飛行器18的機體內之後，電纜222和224被連接。
[0055]參照圖9，圖中示出了用於將本發明的智能電力控制器和監測系統72 (見圖5)安裝於風擋的本發明的另一種非限制性實施例。在圖9中，玻璃板22具有:包括(但不限制本發明)施加於與面向飛行器18的內部的玻璃板22的表面42相反的玻璃板22的表面262之上的濾波器148、兩級濾波器154和信號開關140的集成電路260。夾層26覆蓋於以上所討論的玻璃板22的表面262之上，並且覆蓋於集成電路260之上。將集成電路施加於玻璃表面是本【技術領域】所熟知的，並且認為沒有進一步討論的必要。
[0056]本發明並不受限於以上所給出並討論的本發明的實施例，這些實施例僅出於說明的目的而給出，並且本發明的範圍僅由下列權利要求以及添加於與本申請具有直接或間接聯繫的申請的任何附加權利要求的範圍來限定。
【權利要求】
1.一種對導電性部件的過熱和/或電弧進行響應的電氣系統，所述系統包括: 用於感測所述導電性部件的溫度的溫度傳感器； 待與電源電連接的第一開關； 用於監測所述導電性部件的電壓的電弧傳感器，所述電弧傳感器與所述第一開關電連接，其中處於閉合位置的所述第一開關提供通過所述第一開關到所述電弧傳感器的連續的電通路，並且處於斷開位置的所述第一開關防止電流流過所述第一開關； 作用於所述第一開關以選擇性地斷開所述第一開關的溫度控制器； 用於將所述溫度傳感器電連接至所述溫度控制器的第二開關，其中處於閉合位置的所述第一開關使所述溫度傳感器與所述溫度控制器電互連，並且處於斷開位置時使所述第一開關與所述溫度傳感器斷連； 與所述電弧傳感器連接且作用於所述第二開關的濾波和修改系統， 其中在所述第一開關和所述第二開關處於閉合位置的情況下，提供通過所述第一開關到所述導電性部件的第一電通路，並且提供從所述溫度傳感器經由所述第二開關到所述溫度控制器的第二導電通路， 其中所述溫度控制器在所述溫度控制器接收到來自所述溫度傳感器的預定信號時斷開所述第一開關，並且 其中所述濾波和修改系統在來自所述電弧傳感器的信號指示預定級別的電弧時斷開所述第二開關，並且如果所述第一開關閉合，則所述溫度控制器響應於所述第二開關的斷開而斷開所述第一開關。
2.根據權 利要求1所述的電氣系統，其中所述電弧傳感器是電流互感器並且所述電流互感器產生與流過所述電流互感器的電流成比例的降低電流。
3.根據權利要求2所述的電氣系統，其中所述電流互感器具有由Metglas材料製成的鐵芯。
4.根據權利要求1所述的電氣系統，其中所述導電性部件是具有一對間隔開的母線的加熱部件，在所述母線之間具有與所述母線電連接的導電性塗層，其中所述電弧傳感器與所述母線之一電連接，而另一個母線與電源電連接，並且所述第一開關與所述電源電連接。
5.根據權利要求4所述的電氣系統，其中所述加熱部件是飛行器層合式透明件的一層。
6.根據權利要求5所述的電氣系統，其中所述電弧傳感器及所述濾波和修改系統被安裝於法拉第盒內。
7.根據權利要求6所述的電氣系統，其中所述法拉第盒被安裝於所述飛行器層合式透明件上。
8.根據權利要求5所述的電氣系統，其中所述濾波和修改系統為印刷電路的形式並且貼附於所述飛行器層合式透明件的一個層的表面。
9.根據權利要求5所述的電氣系統，其中所述飛行器透明件是飛行器風擋。
10.根據權利要求1所述的電氣系統，其中由所述溫度控制器接收自所述溫度傳感器的所述預定信號指示所述導電性部件等於或已經超過預定溫度。
11.根據權利要求1所述的電氣系統，其中從所述電弧傳感器到所述濾波和修改系統的、在電流/電壓第一預定電平以上的所述信號指示大電弧，所述大電弧是在所述導電性部件處的、可由肉眼看得見的電弧，所述濾波和修改系統過濾在電流/電壓第二預定電平以下的來自所述電弧傳感器的所述信號以過濾掉電噪聲，其中在所述第二預定電平以上且在所述第一預定電平以下的電流/電壓被定義為小電弧。
12.根據權利要求11所述的電氣系統，其中所述濾波和修改系統在電流/電壓等於或大於所述第二預定電平時將信號轉發至所述第二開關以斷開所述第二開關，並且在電流/電壓等於或大於所述第二預定電平且在所述第一預定電平以下時將信號轉發至所述第二開關以斷開所述第二開關。
13.根據權利要求12所述的電氣系統，其中當在預定時間段內存在預定數量的微電弧時，用於斷開所述第二開關的信號由所述濾波和修改系統來發送。
14.根據權利要求13所述的電氣系統，其中由所述溫度控制器接收自所述溫度傳感器的所述預定信號指示所述導電性部件等於或已經超過預定溫度。
15.一種包括風擋的飛行器，所述風擋包括:用於從所述風擋的外表面去除雪、霧或冰的可加熱元件，所述可加熱元件包括一對間隔開的母線以及在所述間隔開的母線之間的且與所述母線電接觸的導電性部件；以及用於監測和/或控制所述可加熱元件的性能的電氣系統，所述電氣系統包括: 用於感測所述導電性部件的溫度的溫度傳感器； 待與所述飛行器的電源電連接的第一開關； 用於監測所述導電性部件的電壓的電弧傳感器，所述電弧傳感器與所述第一開關電連接，其中處於閉合位置的所述第一開關提供經由所述第一開關從所述飛行器的所述電源到所述電弧傳感器的以及從所述電弧傳感器到所述可加熱元件的所述對間隔開的母線中的第一母線的連續的電通路，而所述可加熱元件的所述間隔開的母線中的第二母線與所述電源連接，並且處於斷開位·置的所述第一開關防止電流從所述電源流到所述第一母線； 作用於所述第一開關以選擇性地斷開所述第一開關的溫度控制器； 用於將所述溫度傳感器電連接至所述溫度控制器的第二開關，其中處於閉合位置的所述第一開關使所述溫度傳感器與所述溫度控制器電互連，而處於斷開位置時使所述第一開關與所述溫度傳感器斷連； 與所述電弧傳感器連接且作用於所述第二開關的濾波和修改系統， 其中在所述第一開關和所述第二開關處於閉合位置的情況下，提供經由所述第一開關從所述供電設備通過所述可加熱元件到所述電源的第一電通路，並提供經由所述第二開關從所述溫度傳感器到所述溫度控制器的第二導電通路， 其中當所述溫度控制器接收到來自所述溫度傳感器的預定信號時，所述溫度控制器斷開所述第一開關，並且 其中所述濾波和修改系統在來自所述電弧傳感器的信號指示預定級別的電弧時斷開所述第二開關，並且如果所述第一開關閉合，則所述溫度控制器響應於所述第二開關的斷開而斷開所述第一開關。
16.根據權利要求15所述的飛行器，其中所述電弧傳感器是電流互感器並且所述電流互感器產生與流過所述電流互感器的電流成比例的降低電流。
17.根據權利要求15所述的飛行器，其中所述電弧傳感器及所述濾波和修改系統被安裝於法拉第盒內。
18.根據權利要求17所述的飛行器，其中所述法拉第盒被安裝於所述飛行器透明件上。
19.根據權利要求15所述的飛行器，其中所述濾波和修改系統為印刷電路的形式並且貼附於所述飛行器層合式透明件的一個層的表面。
20.根據權利要求15所述的飛行器，其中由所述溫度控制器接收自所述溫度傳感器的所述預定信號指示所述導電性部件等於或已經超過預定溫度。
21.根據權利要求15所述的飛行器，其中從所述電弧傳感器到所述濾波和修改系統的、在電流/電壓第一預定電平以上的所述信號指示大電弧，所述大電弧是在所述導電性部件處的、可由肉眼看得見的電弧，所述濾波和修改系統過濾在電流/電壓第二預定電平以下的來自所述電弧傳感器的所述信號以過濾掉電噪聲，其中在所述第二預定電平以上且在所述第一預定電平以下的電流/電壓被定義為小電弧，並且包括作用於所述濾波和修改系統以改變所述濾波器和修改系統的設定的控制器。
22.根據權利要求21所述的飛行器，其中所述濾波和修改系統在電流/電壓等於或大於所述第二預定電平時將信號轉發至所述第二開關以斷開所述第二開關，並且在電流/電壓等於或大於所述第二預定電平且在所述第一預定電平以下時將信號轉發至所述第二開關以斷開所述第二開關。
23.根據權利要求22所述的飛行器，其中當在預定時間段內存在預定數量的微電弧時，用於斷開所述第二開關的信號由所述濾波和修改系統來發送。
24.根據權利要求2 3所述的飛行器，其中由所述溫度控制器接收自所述溫度傳感器的所述預定信號指示所述導電性部件等於或已經超過預定溫度。
25.一種為了消除過熱和/或電弧而控制到飛行器透明件的可加熱元件的電輸入的方法，其中所述可加熱元件包括用於加熱所述透明件的外表面的導電性部件，所述方法包括: 通過溫度控制器將代表所述導電性部件的溫度的信號經由第一開關轉發至第二開關，其中當所述溫度控制器指示等於或超過預定值的溫度時，所述溫度控制器採取行動以斷開所述第二開關； 在電流/電壓經由所述第二開關從所述電源流到所述導電性部件時監測從電源到所述導電性部件的電流/電壓，其中所述監測處於所述第二開關與所述導電性部件之間的位置並且提供監測信息； 在所述監測信息具有預定的選擇信息時根據所述監測信息採取行動以斷開所述第一開關，其中斷開所述第一開關而斷開所述第二開關。
26.根據權利要求25所述的方法，其中所述預定的選擇信息指示所述導電性部件的電弧。
【文檔編號】H05B3/86GK103826968SQ201280047501
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月7日 優先權日:2011年9月28日
【發明者】焦榆, H·捷爾吉, A·N·巴謝德, J·梅德澤尤斯 申請人:Ppg工業俄亥俄公司