用于监测作为导电涂层的状况的指示的导电涂层的电阻的系统和方法与流程

文档序号:25543722发布日期:2021-06-18 20:40
用于监测作为导电涂层的状况的指示的导电涂层的电阻的系统和方法与流程

本公开涉及用于基于导电涂层的电阻来监测包括导电涂层的制品的状况的系统和方法。



背景技术:

飞行器挡风玻璃和乘客窗户包含用于加热挡风玻璃和窗户的表面以去除水分并且提高能见度的除雾/除冰系统。此类除雾/除冰系统可以包含电连接到加热器控制器和/或电源并且被配置成在电流经过涂层或膜时产生热的透明或半透明导电和电阻涂层或膜。

已知有多种不同的材料可用于产生可以与窗户加热系统一起使用的此类透明导电涂层。一些窗户包含如氧化铟锡(ito)等导电金属氧化物的薄膜。ito可以通过从靶溅射而形成在基板上。靶在溅射期间可以相对于基板静止或者可以根据预定图案跨基板的表面移动。

为了向导电(例如,ito)涂层施加电力,所述涂层可以通过包含母线和导线的加热布置电连接到电源。电源可以是dc电源或ac电源。在长期使用之后(例如,长期暴露于电流)或由于损坏,如与涂层或窗户碰撞所造成的损坏,导电涂层可能会变质或退化。一旦涂层变质或退化超过可接受的限制,就应当修理或更换窗户。继续使用涂层退化的窗户可能会导致涂层或窗户破裂或碎裂,这可能导致紧急情况。



技术实现要素:

本发明可以包含用于监测包含导电涂层的制品的状况的系统。所述系统可以包含:测量装置,所述测量装置可电连接到所述制品的所述导电涂层,所述测量装置被配置成感测所述导电涂层的电性质;以及处理器,所述处理器电连接到所述测量装置。所述处理器被配置成:从所述测量装置接收所述导电涂层的感测到的电性质;基于接收到的感测到的电性质来确定所述导电涂层的电阻;基于所述导电涂层的所确定电阻来确定所述制品的估计剩余可用寿命;并且生成代表所确定估计剩余可用寿命的输出信号。

本发明还可以包含车辆的挡风玻璃加热系统。所述系统可以包含:透明体;在所述透明体的一部分上的导电涂层,所述导电涂层被配置成当向所述导电涂层施加电流时生成热;连接到所述导电涂层的电源,所述电源被配置成生成加热所述导电涂层的所述电流;可电连接到所述导电涂层的测量装置,所述测量装置被配置成当向所述导电涂层施加所述电流时感测所述导电涂层的电性质;以及电连接到所述电源并且电连接到所述测量装置的处理器。所述处理器被配置成:使所述电源向所述导电涂层施加来自所述电源的所述电流;从所述测量装置接收所述导电涂层的感测到的电性质;基于所述感测到的电性质来确定所述导电涂层的电阻;并且基于所述导电涂层的所确定电阻来生成用于使所述电源与所述导电涂层断开连接的信号。

本发明还可以包含一种监测透明体的状况的方法。所述方法包含:利用测量装置感测所述透明体的导电涂层的电性质;基于由所述测量装置感测的感测到的电性质利用处理器来确定所述导电涂层的电阻;以及基于所确定电阻利用处理器来确定所述透明体的估计剩余可用寿命。

附图说明

在参考附图考虑以下描述和所附权利要求时,本公开的这些和其它特征以及特性以及操作方法和相关结构元件的功能以及部件和制造的经济性的组合将变得更加显而易见,所有附图形成本说明书的一部分,其中在各个附图中,类似的附图标记指示对应部件。然而,应明确理解,附图仅出于说明和描述的目的,并且不旨在限定本发明的限制。

另外的特征以及其它实例和优点将根据参考附图进行的以下详细描述而变得显而易见,在附图中:

图1是包含挡风玻璃和乘客窗户的飞行器的示意图,所述挡风玻璃和所述乘客窗户包含导电涂层和用于监测导电涂层的状况的系统;

图2a是包含要与用于监测涂层的状况的系统一起使用的导电涂层的透明体的顶视图;

图2b是图2a的透明体的沿线2a-2a截取的横截面视图;

图3是图2a和2b的透明体和导电涂层的加热系统的示意图;

图4是图2a和2b的透明体和导电涂层的监测系统的示意图;

图5是示出了在涂层失效之前导电涂层的所测量电流的变化的曲线图;并且

图6是描述用于监测透明体的状况的过程的流程图。

具体实施方式

如本文所使用的,术语“右”、“左”、“顶部”、“底部”和其衍生词应与本发明相关,如其在附图中所朝向的那样。然而,出于以下详细描述的目的,应当理解,除非明确相反地指出,否则本发明可以假设各种替代变型和步骤次序。此外,除了在任何操作实例中或在另外指示的情况下以外,表示例如说明书和权利要求书中使用的成分的量的所有数字在所有情况下均应被理解为由术语“约”修饰。因此,除非有相反的指示,否则以下说明书和所附权利要求书中阐明的数值参数都是近似值,其可以根据本发明要获得的期望的性质而变化。至少,并且不试图将等同原则的应用限制于权利要求的范围,每个数字参数应至少根据所报告的有效数字的数量并且通过应用普通的舍入技术来解释。

尽管阐述本发明的宽范围的数值范围和参数是近似值,但是具体实施例中阐述的数值尽可能精确地报告。然而,任何数值固有地含有必然由在其相应测试测量中发现的标准偏差引起的某些误差。

并且,应当理解,本文所述的任何数值范围旨在包含其中包含的所有子范围。例如,范围“1到10”旨在包含在所列举的最小值1与所列举的最大值10之间并且包含所列举的最小值和所列举的最大值的任何和所有子范围,即,所有子范围均开始于等于或大于1的最小值并且结束于等于或小于10的最大值,并且所有子范围都介于例如1到6.3或5.5到10或2.7到6.1之间。

另外,在本申请中,除非另有明确说明,否则“或”的使用意指“和/或”,即使在某些情况下可以明确地使用“和/或”也是如此。在本申请中,除非另有明确说明,否则单数的使用包含复数并且复数涵盖单数。另外,如本文所使用的,除非上下文清楚地另外指明,否则单数形式“一个(a)”、“一种(an)”以及“所述(the)”包含复数指代物。例如,尽管本文以“一个”导电涂层、“一个”“处理器”或“一个”“测量装置”来描述本发明,但是这些组件中的的任何组件或本文所述的任何其它组件中的一个或多个可以在本公开的范围内使用。

如本文所使用的,术语“通信(communication)”和“传送(communicate)”是指接收或传递一个或多个信号、消息、命令或其它类型数据。一个单元或组件要与另一单元或组件通信意指一个单元或组件能够直接地或间接地从其它单元或组件接收数据和/或向其它单元或组件传输数据。这可以指本质上可以有线和/或无线的直接或间接连接。另外,两个单元或组件也可以彼此通信,即使在第一单元或组件与第二单元或组件之间可以对所传输的数据进行修改、处理、路由等也是如此。例如,即使第一单元被动接收数据并且不主动向第二单元传输数据,第一单元也可以与第二单元通信。作为另一个实例,如果中间单元处理来自一个单元的数据并且将经过处理的数据传输到第二单元,则第一单元可以与第二单元通信。应当理解,许多其它布置也是可能的。

参考附图,本公开总体上涉及用于监测包含导电涂层30的制品的状况的系统200(在图4中示出)。如本文所使用的,“导电涂层”可以指代有能力传导电流的材料。“导电涂层”可以包含施加到制品的一部分和/或定位在制品的一部分之间的导电层、膜、薄膜和其它表面。所述制品可以是透明体,如车辆,如飞行器、陆地车辆或水上船只的窗户或挡风玻璃。透明体通常是透明或半透明制品,其可见光透射率足以允许个体通过所述透明体看到物体。透明体的可见光透射率可以为至少10%。所述制品还可以包含其它类型的基板、面板、片材、壁和表面。

在下面的讨论中,所述制品被描述为飞行器透明体,如飞行器挡风玻璃或窗户。但是,本公开的系统200可以与先前描述的任何制品或本文未列出的其它制品一起使用。飞行器透明体的导电涂层30可以是加热器膜,所述加热器膜被配置成在向涂层30施加电流时增加温度。导电涂层30可以用于窗户加热布置或系统100中,所述窗户加热布置或系统被配置成防止水分、雾和/或冰积聚在透明体的表面上。本文公开的系统200还可以用于监测热垫或包含定位在封装体中用于加热表面的电阻丝的类似装置的状况。在此类情况下,系统200可以被配置成监测经过电阻丝的电流的电阻随时间推移的变化。导电涂层30还可以是透明体的另一种类型的导电层,如静电还原层或p静电层。p静电层可以具有抗静电和/或静电耗散性质并且可以被配置成排放或耗散在飞行器操作期间,特别是在着陆期间聚集在透明体中的静电荷。

本文所公开的系统200监测导电涂层30的变化,如由于长期使用、暴露于环境元素而引起的导电涂层30的变质和/或由突发事件,如与物体的突然碰撞、热冲击和/或透明体周围的温度和/或压力的突然变化引起的损坏而导致的变化。所公开的系统200和方法可以跟踪导电涂层30的电阻随时间推移的变化。已经确定电阻的此类变化指示涂层30变质以及涂层30接近或即将失效。尽管不旨在受理论约束,但据信在正常使用期间,导电涂层30的电阻会由于涂层结构的逐渐退化和/或周围涂层、母线和/或制品的其它紧密电连接的退化,而随时间推移基本上线性地逐渐增加。如本文所使用的,“基本上线性地”是指在涂层30的正常操作期间在5小时或更长的时间段内导电涂层30的回归系数(r)为0.9或更高的电阻逐渐增加。此逐渐退化阻碍或约束经过涂层30的电流的流动,从而导致电阻增加。据信在涂层30快要失效之前,电阻达到尖峰(例如,电阻的变化速率急剧增加)。据信此尖峰可以在涂层30的灾难性失效之前的48小时内被识别出。当尖峰在失效之前的相当长的时间段(例如,失效之前的1小时到48小时)内发生和/或可以被识别出时,可以对透明体进行维护或者还可以更换透明体以避免由此类灾难性失效引起的紧急情况。当尖峰在更接近导电涂层30失效(例如,预期失效之前1分钟到1小时)时发生和/或被识别出时,可能没有足够的时间来修理或更换透明体。在所述情况下,可以采取纠正措施,如中止向导电涂层30施加电流以减少或防止对涂层30的进一步损坏,以避免或延迟涂层30和/或透明体失效。对于自动化系统,即使在涂层30预期失效之前少于1分钟时才识别出尖峰,也可以自动停止施加的电流以延迟或防止导电涂层30失效。

涂层30的失效可以指代发生实质性电弧产生事件。电弧产生可以在电荷积聚在涂层30内和/或透明体的其它部分内时发生。电荷的积聚可以在电极之间的气体和/或绝缘材料(如母线)开始击穿时发生。当积聚的电流最终从涂层30或透明体中放电时,会产生电弧,所述电弧似乎可能会跨涂层30的表面扩散。在极端情况下,此类电弧产生事件可能会由于电弧产生事件引起的热冲击而导致导电涂层30和/或透明体破裂。透明体的破裂可以如下发生。在大多数情况下,电弧产生会跨导电涂层30传播,并且然后由于涂层30的结构特性,如涂层厚度的变化而停止。所述停止会产生能量集中,这会产生热点。此类“热点”由于涂层30和/或透明体的热点与周围部分之间的温度差而产生大的热应力。此类应力最终导致透明体碎裂。即使透明体不会破裂,电弧产生事件也可能会使车辆操作者分心。

如本文所使用的,“实质性电弧产生事件”可以指车辆操作者可注意到和/或产生将涂层30的局部温度提高到可接受的限制的热冲击的电弧产生。如本领域的技术人员将理解的,期望的是在实质性电弧产生事件发生之前更换透明体。在正常使用导电涂层30期间可能会发生小电弧产生。小电弧产生可以指车辆操作者不可见和/或在导电涂层中不会产生热点的电弧产生。通常不需要修理或更换透明体来避免此类小电弧产生。

本公开还涉及用于向用户(例如,车辆操作者、飞行员、维护人员、调度系统和/或车辆所有者)提供关于涂层30的状况和关于涂层30的估计剩余可用寿命的信息的系统200。更具体地,本公开的系统200和方法旨在向用户提供以下类型的信息和/或执行以下功能。

首先,在飞行器的正常操作期间,可以向用户提供与透明体的估计剩余可用寿命相关的周期性更新。所述更新可以作为表示在涂层和/或透明体预期失效之前飞行时间、加热周期、天数、周数或月数的剩余数量的数值提供。

其次,本文公开的系统200和方法可以向用户提供指示预期失效即将到来的警报或警示。此类警示可以在识别出导电涂层30的电阻的尖峰时提供。如先前所讨论的,尖峰可以在失效发生之前1分钟到48小时识别。可替代地或除了提供预期失效的警报或警示之外,系统200可以自动采取纠正措施以保护飞行器的涂层30、透明体和/或电子组件。如本文详细描述的,系统200可以被配置成当识别出电阻的尖峰时自动切断电流流动到涂层30或将飞行器的电子组件与涂层30隔离。电流可以被直接(例如,通过关断从电源到透明体的电力)或间接(例如,通过电断开透明体上的温度传感器与电源的电连接,这会迫使电源和/或加热器控制器关断电源)切断。

第三,本文所述的系统200和方法可以在涂层30和/或透明体已经失效和/或处于失效的过程中时,向用户提供警告。此突然失效可能是由于突然损坏事件(例如,当如岩石或鸟等物体撞击透明体,从而导致涂层30和/或透明体面板破裂时)发生的。此突然失效也可能是由于电弧产生引起的热冲击产生的。所述警告可以包含用于取消飞行器服务直到可以更换透明体为止、用于使飞行器尽快降落或用于基于对透明体可能在短时间段内破裂或碎裂的指示而采取其它适当纠正措施的指示。如先前所讨论的,纠正措施可以包含断开到透明体的电力,这可以在飞行器降落之前保留透明体的至少外板层。一旦飞行器降落,会发出指示应在再次使用飞行器之前更换透明体的警告。

透明体和导电涂层

具体参考图1,可以包含本公开的加热系统100和监测系统200的示例性有翼飞行器2包含邻近飞行器2的前部或前端定位的挡风玻璃4。挡风玻璃4可期望地具有与安装有挡风玻璃4的对应飞行器2的形状一致的形式。为了促进附接到飞行器2,每个挡风玻璃4包含支撑框架6,所述支撑框架围绕挡风玻璃4并且提供挡风玻璃4与飞行器2的主体之间的机械接口。飞行器2还包含被并排布置成沿飞行器2的机身延伸的多个乘客窗户8。乘客窗户8也可以包含用于将窗户8安装到飞行器2的主体的框架6。如本文所描述的,挡风玻璃4和/或乘客窗户8可以包含覆盖窗户8或挡风玻璃4的表面的至少一部分的导电涂层,如加热器膜和/或p静电层。

图1所示的挡风玻璃4和/或窗户8可以包含连接到框架6的透明体10。本文所描述的透明体10还可以用作其它应用的窗户,所述窗户包含如陆地车辆(例如,卡车、公共汽车、火车或汽车)或水上车辆(例如,船舶或潜艇)等其它类型的车辆的窗户。本文所描述的透明体10还可以用于形成如住宅建筑物或商业建筑物等建筑物的窗户。

在图2a和2b中示出了包含本公开的特征的透明体10。图2a和2b所示的透明体10是包含沿片材的主表面连接在一起的两个层压片材的双板层透明体。透明体10还可以包含多于两个板层。在图2中并且在美国专利第10,063,047号的第5栏第18行到第6栏第2行中示出并且描述了包含可以由本公开的电阻监测系统200监测的导电涂层的三板层透明体,所述美国专利通过引用并入。

图2a和2b所示的双板层透明体10包含第一片材12、第二片材14和片材12、14之间的中间层16。片材12、14包含第一表面或内表面18、20、相对第二表面或外表面22、24以及在其间延伸的外围边缘26、28。第一片材12和第二片材14可以由塑料材料形成,如聚碳酸酯、聚氨酯(包含由ppg工业俄亥俄州公司(ppgindustriesohio,inc.)制造的opticortm)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸烷基酯、拉伸丙烯酸或聚对苯二甲酸烷基酯,如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丙二酯和/或聚对苯二甲酸丁二酯。片材12、14可以由玻璃材料形成,如常规钠钙硅酸盐玻璃(所述玻璃可以是经过退火的、经过热处理的、经过热回火的或经过化学回火的玻璃)。片材12、14还可以由塑料材料和玻璃材料的组合形成。中间层16可以由如聚乙烯醇缩丁醛等较软的塑料材料形成。

透明体10还包含导电涂层30,所述导电涂层包含覆盖片材12、14之一的表面18、20、22和/或24的至少一部分的中心区域36。涂层30可以是透明导电膜或透明导电网。导电涂层30可以施加到片材12、14的外表面22、24。导电涂层30还可以施加在片材12、14之一的内表面18、20与中间层16之间。导电涂层30可以由如氧化铟锡(ito)、铝掺杂的氧化锌、氟掺杂的氧化锡、氧化锡、锑掺杂的氧化锡等导电金属氧化物形成。导电涂层30还可以由如金、银、锑、钯、铂等导电金属形成。导电涂层30可以包含一种或多种金属氧化物、一种或多种掺杂的金属氧化物、包含贵金属的一个或多个反射层或具有多个介电层和至少一个金属层的涂层。

导电涂层30可以施加到片材12、14的表面18、20、22和/或24中的至少一个,以为片材12、14的所选部分提供针对性加热。导电涂层30可以被配置成将透明体10的所选区域加热到与透明体10的其它区域相比更高的温度。具体地,涂层30可以被配置成使得片材12、14的更可能起雾或最可能形成水分或冰的部分,如涂层30的外周周围的部分34可以被加热到与透明体10的其它部分相比更高的温度。片材12、14的不易起雾或结冰的部分,如涂层30的中心部分32可以被配置成加热到较低温度。

窗户加热系统

参考图3和4,本文所描述的透明体10可以与窗户加热系统100一起使用以控制电流通过透明体10的导电涂层30流动。窗户加热系统100包含如结合图2a和2b所描述的透明体10和导电涂层30。系统100还包含导电母线系统112,所述导电母线系统包含沿片材12的第一边缘116定位的第一母线114和沿片材12的相对边缘120定位的第二母线118。如本领域中已知的,母线114、118可以定位在导电涂层30或膜的顶部并且可以通过如本领域中已知的导电粘合剂或导电胶带电连接到涂层30或膜。母线114、118还可以定位在导电涂层30下方,如在片材12的最外表面22与导电涂层30之间。导电涂层30也可以定位在片材12、14的向内表面18、20上以保护涂层30。

系统100还可以包含通过焊料、导电胶带或其它已知的导电粘合剂连接到母线114、118并且从所述母线延伸的引线122,如导线。引线122可以从母线114、118延伸到包括电源124的加热器控制器226(图4中示出)。电源124可以被配置成向导电涂层30提供电流以加热导电涂层30。加热器控制器226和/或电源124可以被配置成接收来自定位在透明体10上的温度传感器126的信息。温度传感器126可以安装在透明体10中,如透明体10的片材12、14之间,并且通过从透明体10延伸的引线或丝连接到加热器控制器或电源124。温度传感器126还可以在透明体10外部,如定位在透明体10与飞行器的框架之间。当透明体10和/或透明体10的表面上的所测量温度超过预定值时,电源124和/或加热器控制器226可以被配置成停止向母线114、118和导电涂层30施加电流。以类似方式,如利用监测系统200进一步详细描述的,系统100可以被配置成将导电涂层30与电源124断开连接以保护导电涂层30和/或电源124。具体地,当电弧产生即将到来或已经发生时,电源124可以与导电涂层30断开连接。

监测系统或制品和/或导电涂层

已经描述了各种透明体和窗户加热系统100,现在将描述用于监测导电涂层30的状况,并且具体地用于识别涂层30的电阻的变化作为涂层30和透明体10的状况的指示的系统200。

具体参考图4,用于监测涂层30的状况的系统200包含监测装置208,所述监测装置包括用于处理从透明体10和加热系统100接收的信息的处理器210。监测装置208可以是适于与飞行器的现有电系统通信的专用或通用计算装置。监测装置208可以是计算机服务器、平板电脑、膝上型计算机、智能电话或任何其它通用计算装置。监测装置208可以定位在透明体10附近或飞行器内或外部的任何其它位置处。监测装置208可以是用于处理与导电涂层30的电阻相关的数据的独立电子装置。监测装置208还可以与如加热器控制器226等飞行器的其它电系统或其它电系统集成。监测装置208还可以是如车辆维护设施处的服务器等被配置成接收和处理来自由所述设施服务的多个飞行器的数据,以监测多个飞行器的状况并且为所述多个飞行器调度维护任务的外部计算机服务器。

监测装置208的处理器210电连接到加热器控制器226并且可以被配置成向加热器控制器226和/或电源124提供用于控制施加到导电涂层30的电流的指令。如先前所讨论的,加热器控制器226可以被配置成当温度传感器126测量的导电涂层30的温度高于预定值时断开电源124。为了中止向导电涂层30施加电流,加热器控制器226可以被配置成断开定位于在于电源124与母线114之间延伸的引线122上的开关218。当所测量温度低于预定值时,加热器控制器226可以被配置成将开关218转换到闭合定位,在所述闭合定位处,建立了电源124与导电涂层30之间的电连接。

监测装置208的处理器210还可以电连接到测量装置214,以用于感测或测量导电涂层30的电性质。由测量装置214测量的电性质可以包含导电涂层30的电阻、经过涂层30的电流和/或导电涂层30的电压降。测量装置214可以是连接到涂层30和/或从涂层30延伸的引线122、220以用于测量经过涂层30和/或引线122的电信号的传感器。测量装置214可以是如本领域中已知的被配置成测量经过涂层30的电流的安培计(例如,用于测量电流的装置)。如本领域中已知的,连接到交流(ac)电路的安培计可以被配置成测量经过电路的电流的均方根(rms)值。测量装置214可以被配置成基于所测量电流来确定涂层30的电阻。测量装置214可以通过感应变压器方法直接测量从导电涂层传递的信号的电阻。测量装置214还可以是如手持式电子扫描仪等被配置成向导电涂层30提供电流并且测量来自导电涂层30的响应信号的外围装置。测量装置214可以被配置成处理响应信号以确定涂层30的电性质。

测量装置214可以被配置成周期性地或连续地感测或确定导电涂层30的电性质并且向处理器210提供感测到的电性质。处理器210可以被配置成基于接收到的电性质来确定或估计导电涂层30的电阻。电阻是指使电流经过导体的难度的度量。如先前所讨论的,由于长期使用或由于突然损坏事件而导致的涂层30的变质导致导电涂层30的电阻增加。具体地,处理器210可以被配置成识别可以指示透明体10的失效即将到来或已经发生的电阻的急剧增加或尖峰。

已经大致描述了监测系统200的组件,现在将描述可以由处理器210执行的用于确定导电涂层30的电阻的过程。

当处理涂层30的电性质时,处理器210可以被配置成解决涂层30的温度的变化。涂层30的温度的变化可能导致涂层30的电阻的实质性变化,即使当涂层30未损坏时也是如此。由温度的变化导致的电阻的此类变化可能表现为电阻的尖峰并且可能导致假阳性警报或不必要地低估涂层30的剩余可用寿命。

尽管不旨在受理论的约束,但是据信由ito形成的涂层30的电阻由于极端温度变化可以从1%到7%变化。发明人进行的实验已经证明,“极端温度变化”(例如,将涂层的温度从-40℉增加到+130℉)使涂层30的电阻增加6%到7%。

为了解决涂层30的温度的变化,用于确定涂层30何时接近失效的阈值可以是在未考虑涂层30的温度的情况下在短时间段内检测到的电阻的变化大于10%。“短时间段”可以是24小时或更少。系统200可以被配置成将小于10%的电阻的变化归因于涂层30中的热变化,如由加热循环之间的时间段引起的热变化,而不归因于涂层30的退化。使用在短时间段内至少10%的电阻的变化的阈值考虑了可能由涂层30的温度的极端变化引起的6%到7%的电阻的变化以及用于避免假阳性反应或警报的3%到4%的安全系数两者。

用于考虑涂层30的温度的变化的另一种方法使用实验得出的或计算的值来估计所测量电阻的变化的哪一部分是由于温度的变化。具体地,可以获得针对导电涂层30的示出由于环境温度的变化引起的涂层30的电阻的变化的实验测量结果。实验值可以存储在与处理器210相关联的系统存储器上。处理器210可以被配置成根据温度传感器126感测到的数据确定涂层30的温度的变化。然后处理器210可以基于所测量温度值和存储在系统存储器上的实验数据来确定由于所测量温度变化引起的预期电阻变化。当分析涂层30的电阻变化数据时,处理器210可以过滤出由温度变化引起的“预期电阻变化”。过滤出“预期电阻变化”之后的电阻的任何剩余变化都假定是由于涂层30的状况的变化引起的而不是由于温度变化引起的。

一旦解决了由热效应引起的电阻的变化或者如果温度保持恒定,则涂层30的电阻的变化是由以下中一种或多种引起的。首先,涂层30和/或挡风玻璃的电阻的变化(例如,涂层30的电阻随时间推移基本上线性地增加)可能是由于挡风玻璃和涂层30的正常老化。具体地,尽管不旨在受理论约束,但据信涂层30在多年的服务期间会随着水分在涂层30中积聚而缓慢氧化。

第二,接近涂层30和/或透明体10的使用寿命结束,涂层30的氧化开始产生微电弧产生(例如,车辆操作者不可见的电弧产生)。微电弧产生导致在实质性电弧产生事件发生之前或检测到重大缺陷之前几个小时涂层30的电阻变化(例如,涂层30的电阻的可识别非线性尖峰)。

第三,在主要缺陷出现时,电阻实质性增加,这指示涂层30和/或透明体10失效。对于由微电弧产生的积聚效应引起的缺陷,此电阻变化可能较低(例如,失效之前的时间段内的涂层30的平均电阻的10%到20%)。对于由对涂层30和/或透明体10的突然碰撞引起的损坏造成的重大缺陷,电阻的变化可以为涂层30的平均电阻的30%到40%或更多。当检测到电阻的尖峰时,处理器210可以被配置成确定电阻的尖峰是否与涂层30的温度的尖峰重合。如果未检测到温度的尖峰,则处理器210可以发射对甚至小的检测到的电阻的变化(例如,电阻的变化为涂层30的平均值或电阻的1%到5%)的警报。但是,当检测到温度的尖峰时,用于发射警报的阈值可以是10%或更多的电阻的变化。以类似方式,处理器210可以被配置成在涂层30的所确定或所测量电阻保持恒定或缓慢上升(例如,小于1%)而涂层30的温度继续下降时发射警报,如同在系统200断开电源从电源124流动到涂层30时发生的一样。

除了识别电阻的尖峰,处理器210还可以被配置成确定导电涂层30和透明体10的估计剩余可用寿命。如先前所描述的,估计剩余可用寿命可以指涂层30或透明体10失效发生之前的估计的时间段。估计剩余可用寿命还可以指在失效的风险超过用户舒适水平之前的估计的时间段。为了计算估计剩余可用寿命,处理器210可以被配置成将所确定或所测量电阻值与涂层30的基线或预期电阻值进行比较。在用于向涂层30提供交流电(ac)的加热系统100的情况下,所确定或所测量电阻可以指在预定时间段内经过涂层30的电流的均方根(rms)值。基线值可以指在制造透明体10和挡风玻璃4时或在紧接着将透明体10安装在飞行器2中之后的涂层30的电阻。预期电阻值可以指基于初始或基线电阻值以及涂层30和/或透明体10已经被使用的时间量而计算的电阻的值。用于计算预期电阻的算法可以假设涂层30的电阻在涂层30和飞行器2的正常操作期间随时间推移线性增加。因此,预期电阻值可以考虑涂层30的初始电阻以及在涂层30和透明体10的正常操作期间发生的电阻的逐渐增加两者。

涂层30的估计剩余可用寿命可以是基于涂层30的所确定或所测量电阻与涂层30在所确定或所测量电阻之前的预定时间段或时间窗口内的所计算滚动或移动平均电阻之间的差。所述移动或滚动平均电阻可以周期性地或连续地更新,以解决在涂层30的正常使用期间发生的电阻的逐渐增加。预定时间段或时间窗口可以为6小时到12小时,如9小时。处理器210可以被配置成使用在预定时间段或时间窗口内以合适的间隔或采样速率获得的涂层的电阻测量结果来计算平均电阻。电阻测量结果之间的间隔可以是10毫秒(ms)到1000ms,如100ms到500ms。所述间隔可以是250ms。尽管不旨在受理论的约束,但据信250ms可以是合适的间隔长度,因为其允许分析要在400hz信号的100个波之上取得的电流信号的rms。也可以使用从收集的电阻数据得出的其它统计变量,如电阻随时间推移的变化或标准偏差来确定涂层30的估计剩余可用寿命。

由于数据存储能力有限,可能无法维持整个时间段或时间窗口内(例如,在所确定或所测量电阻之前的整个9个小时内)的电阻值的恒定对数。在所述情况下,可以使用无限脉冲响应(iir)滤波器或加权函数来更新每个新获得的电阻测量结果的移动平均。使用iir滤波器或加权函数,每个新数据点都会使滚动平均值受很小预定量的影响。因此,处理器210不需要维持整个9小时时间段内的每个所确定或所测量电阻值的对数。相反,基于最近的电阻测量结果和先前所计算平均来计算更新的平均电阻值。

一旦计算或确定了基线或平均电阻值,就可以将所确定或所测量电阻值与基线或移动平均电阻值进行比较,以得出关于导电涂层30和/或透明体10的估计剩余可用寿命的结论。估计剩余可用寿命可以从查找表222获得,所述查找表基于所确定或所测量电阻与平均(或预期)电阻之间的所计算差提供可用寿命值。可以使用建模算法或基于使用如本领域已知的数据收集和处理技术获得的实验得出的数据来确定查找表条目。算法可以基于计算机建模或实验得出的数据得出,以用于基于所测量电流与平均或基线电流之间的所计算差来计算估计剩余可用寿命。

如先前所描述的,估计剩余可用寿命可以指在正常使用条件下涂层30或透明体10和相关联的电子器件将保持处于安全工作顺序期间的估计的时间量。估计剩余可用寿命还可以指直到涂层30或透明体10预期失效为止的时间量。通常,估计剩余可用寿命不会解决可能会急剧缩短涂层30或透明体10的寿命的某些突然损坏事件的发生,如对涂层或挡风玻璃的突然碰撞。然而,如本文所描述的,系统200可以被配置成在如碰撞等突然事件导致涂层破裂或失效时向用户提供警告。

可以使用关于估计剩余可用寿命的信息来调度对飞行器2和挡风玻璃4的维护。维护人员可以计划在估计剩余可用寿命到期前几天或几周更换挡风玻璃4。挡风玻璃4的估计剩余可用寿命的确定还可以用于在挡风玻璃接近失效时向用户提供警示或警报。系统200可以被配置成当涂层30的所确定或所测量电阻的尖峰指示涂层30或透明体10预期在指定时间段,如48小时内失效时向用户提供警示。通过提供指定时间段,车辆操作者和维修人员将有充足的时间来纠正涂层30的任何识别出的问题和/或在涂层30的灾难性失效发生之前更换挡风玻璃4。以类似方式,系统200可以被配置成当估计剩余可用寿命在短时间段(例如,少于24小时的时间段)内实质性变化时向用户提供警示,因为此实质性变化可能指示挡风玻璃30已遭受如由电弧产生引起的碰撞或热冲击等损坏事件。

一旦确定了估计剩余可用寿命,就可以将处理器210配置成向用户(例如,车辆操作者、维修技术员或所有者)提供关于估计剩余可用寿命的反馈。系统200可以包含如视觉显示器等显示估计剩余可用寿命的反馈装置224。反馈装置224可以是飞行器控制系统的元件并且可以位于飞行器控制面板上。反馈装置224可以是与监测器装置208和处理器210有线或无线通信的单独计算机装置,如膝上型计算机、便携式计算机装置、计算机平板电脑、智能电话或类似的便携式计算机装置。反馈装置224还可以是如计算机服务器或数据库系统等远离车辆并且通过长程有线或无线数据通信接口连接到飞行器的装置。

估计剩余可用寿命可以以数值形式显示给用户,如指示可用寿命剩余(例如,直到涂层30或透明体10失效为止)的飞行分钟、小时或天数的数量的数值。关于估计剩余可用寿命的信息还可以以图形指示形式提供,如在视觉显示屏上显示的计量或刻度的计算机所生成图标。反馈装置224可以显示包含随着估计剩余可用寿命耗尽而朝空定位移动的刻度盘的气体计量图标。

如先前所描述的,系统200还可以被配置成当系统200确定涂层30和/或透明体10的失效即将发生时向用户提供警报或警示。当识别出涂层30的电阻的尖峰时,处理器210可以使反馈装置224提供警报或警示。处理器210还可以被配置成当所确定或所测量电阻数据指示涂层30和/或透明体10已经失效或将要失效时发出警告并且采取纠正措施。当识别出即将失效和/或紧急情况时,处理器210可以使反馈装置224向用户提供警告。还可以向其它相关方自动发送类似警告,如空中交通控制人员或紧急人员。

处理器210还可以被配置成基于所确定或所测量电阻和/或透明体10的估计剩余可用寿命来控制加热系统100。具体地,处理器210可以被配置成在涂层30的失效即将发生或已经发生时向加热器控制器226提供指令。基于接收到的指令,加热器控制器226可以被配置成通过断开开关218来断开电源124和/或使电源124与导电涂层30断开连接,以中止向导电涂层30施加电流。处理器210可以被配置成当所确定或所测量电阻与所计算移动或滚动平均电阻之间的差大于预定值时使电源124中止向导电涂层30提供电力。处理器210还可以在涂层30的估计剩余可用寿命低于预定值时和/或当所确定或所测量电阻或所确定或所测量电阻与平均电阻之间的差超过预定值时,使电源124中止向导电涂层30施加电流。

如先前所描述的,系统200被配置成识别导电涂层30的电阻的尖峰,所述尖峰指示涂层30和/或透明体10接近失效。图5中示出了曲线图500,所述曲线图示出了示例性导电涂层30在涂层30失效之前的时间段内的所测量电流。曲线图500示出了在针对在涂层失效之前3.5天进行的360次电流测量(如x轴上所示)施加恒定电压的情况下挡风玻璃的涂层的所测量电流。如曲线图500所示,对于电阻测量0到260,经过导电涂层30的电流(以安培计)被测量为15a±0.05a,如曲线图500的基本上平坦的部分512所示。在涂层30失效之前的8小时(电流测量260到360),曲线图500的斜率急剧降低,如曲线图500的部分514所示。在部分514期间,所测量电流(以安培计)从15a降低到14.3a。在电阻测量360处发生了透明体的碎裂和涂层的电弧产生,如曲线图500的竖直部分516所示。如本领域的技术人员可以理解的,因为施加到透明体10的恒定电压,所以所测量电流的变化指示导电涂层30的电阻成比例地变化。

挡风玻璃监测方法

图6是展示了用于监测挡风玻璃的方法的流程图。如先前所描述的,挡风玻璃可以是车辆的挡风玻璃。所述方法包含确定挡风玻璃的平均或基线电阻,如步骤612所示。基线电阻可以指在安装期间测量的挡风玻璃的初始电阻。平均电阻可以指计算的预定时间段内的挡风玻璃的平均电阻。所述平均可以是考虑仅在预定时间段内获得的测量结果来计算平均电阻的滚动或移动平均。

可以通过周期性地测量导电涂层的电阻以获得周期性电阻测量结果来确定平均电阻,如步骤614所示。一旦获得了周期性测量结果,就计算预定数量的先前周期性电阻测量结果的均值平均,如步骤616所示。如先前所描述的,还可以使用iir滤波器或加权函数来计算滚动平均,以节省计算资源。

为了确定挡风玻璃或导电涂层的估计剩余可用寿命,所述方法可以进一步包含向导电涂层施加电流,如步骤618所示。电流可以通过如图3和4所示的系统100等加热系统来提供。电流还可以由安装到挡风玻璃的电源或从另一来源提供。电流可以从便携式扫描仪装置供应给导电涂层,所述便携式扫描仪装置通过感应装置向涂层无线地供应电流。

所述方法进一步包含,在步骤620处,响应于施加的电流基于从挡风玻璃接收到的信号来确定或测量导电涂层的电阻。涂层的电阻可以以常规方式使用如在涂层与电源之间电连接的安培计等可商购的装置获得。测量装置可以被配置成测量涂层的电性质,所述电性质可以被处理和分析以确定涂层的电阻。如先前所讨论的,当从加热系统向导电涂层施加交流电(ac)时,测量装置可以被配置成测量经过涂层的电流的rms值。可替代地或另外,可以通过感应变压器方法直接测量从导电涂层传递的信号的电阻。

一旦测量或确定了电阻,就可以基于所确定或所测量电阻与导电涂层的所计算基线或平均电阻之间的差来确定挡风玻璃的估计剩余可用寿命,如步骤622所示。方法进一步包含一旦确定了估计剩余平均可用寿命,就向用户提供关于估计剩余可用寿命的信息。如先前所描述的,可以通过反馈装置向用户提供估计剩余可用寿命。反馈装置可以是车辆控制或操作系统的元件。反馈装置可以是单独电子或计算机装置。反馈装置可以远离飞行器。在所述情况下,飞行器可以包含如无线发射器等用于将关于涂层和/或挡风玻璃的估计剩余可用寿命的信息发送到远程位置的通信接口。关于挡风玻璃的估计剩余可用寿命的信息还可以被发送到集中维护设施或负责监测和调度更换挡风玻璃和/或车辆的其它组件的时间的另一种设施。可以在挡风玻璃的寿命内继续周期性地监测挡风玻璃的状况。当识别出导致挡风玻璃失效的状况时,还可以将关于此类状况的信息传输到反馈装置。

如以上所描述的,可以基于直到预期失效发生的时间多长而以不同方式提供关于涂层和/或透明体的估计剩余可用寿命的反馈。当涂层的电阻逐渐增加并且未识别出尖峰时,反馈装置可以仅提供剩余可用寿命的数值,如步骤624所示。在所述情况下,系统继续监测涂层的电阻并且以适当的预定间隔更新估计剩余可用寿命。当识别出涂层的电阻的尖峰时,如步骤626所示,反馈装置可以提供通知用户失效即将发生(例如,涂层或透明体可能在1分钟到48小时内失效)的警报或警示。类似警告还可以使用与反馈装置、监测系统或飞行器相关联的通信电路系统和/或发射器发送给其它相关方。系统继续监测涂层直到失效。当识别出涂层或透明体失效时,如步骤628所示,系统使反馈装置向用户提供失效已经发生和/或正在发生的警告信息。当识别出失效时,处理器和/或加热器控制器还可以采取其它纠正措施,如从电源断开电力或断开电源与导电涂层之间的开关,如步骤630所示,以防止进一步损坏涂层或透明体。

尽管出于说明的目的已经在上文描述了本发明的具体实施例,但是对于本领域的技术人员而言将显而易见的是,在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的情况下可以对本发明做出许多细节变化。

鉴于前面的描述,因此本发明尤其涉及以下条款的主题,但是不限于此。

条款1:一种用于监测包括导电涂层的制品的状况的系统,所述系统包括:测量装置,所述测量装置可电连接到所述制品的所述导电涂层,所述测量装置被配置成感测所述导电涂层的电性质;以及处理器,所述处理器电连接到所述测量装置,所述处理器被配置成:从所述测量装置接收所述导电涂层的感测到的电性质;基于接收到的感测到的电性质来确定所述导电涂层的电阻;基于所述导电涂层的所确定电阻来确定所述制品的估计剩余可用寿命;并且生成代表所确定估计剩余可用寿命的输出信号。

条款2:根据条款1所述的系统,其中所述导电涂层的所述电性质包括所述涂层的电阻、经过所述涂层的电流和/或所述导电涂层的电压降。

条款3:根据条款1或条款2所述的系统,其中所述制品的所述估计剩余可用寿命包括直到所述导电涂层的实质性退化发生为止的估计时间。

条款4:根据条款1到3中任一项所述的系统,其进一步包括反馈装置,所述反馈装置被配置成从所述处理器接收代表所述估计剩余可用寿命的所生成输出信号并且当所述估计剩余可用寿命低于预定值时向用户提供指示需要维护所述制品的警示。

条款5:根据条款1到4中任一项所述的系统,其进一步包括反馈装置,所述反馈装置被配置成从所述处理器接收代表所述估计剩余可用寿命的所述所生成输出信号并且提供指示所述制品在基于所述估计剩余可用寿命确定的时间段内可能失效的警示。

条款6:根据条款1到5中任一项所述的系统,其中所述处理器被配置成基于所述所确定电阻与阈值电阻之间的差来确定涂覆的制品的所述估计剩余可用寿命。

条款7:根据条款1到6中任一项所述的系统,其中所述处理器被配置成基于所述所确定电阻与所述导电涂层的所计算平均电阻之间的差来确定所述涂覆的制品的所述估计剩余可用寿命。

条款8:根据条款1到7中任一项所述的系统,其中所述处理器被配置成基于所述导电涂层的所述所确定电阻的变化速率来确定所述估计剩余可用寿命。

条款9:根据条款1到8中任一项所述的系统,其中所述估计剩余可用寿命是基于所述导电涂层的所述所确定电阻在多个先前时间间隔内的变化速率与所述所确定电阻在所述多个时间间隔中的单个紧接着先前的时间间隔内的变化速率之间的差。

条款10:根据条款1到9中任一项所述的系统,其进一步包括电源,所述电源可电连接到所述导电涂层,以用于向所述导电涂层提供电流以加热所述导电涂层。

条款11:根据条款10所述的系统,其中当所述导电涂层的所述估计剩余可用寿命小于预定值时,所述处理器生成的所述信号使所述电源中止向所述导电涂层施加所述电流。

条款12:根据条款1到11中任一项所述的系统,其进一步包括温度传感器,所述温度传感器被配置成测量所述导电涂层的温度,其中所述处理器被配置成从所述温度传感器接收所测量温度并且基于所述所测量温度来修改所述导电涂层的所述所确定电阻,以解决温度的变化对所述导电涂层的电阻的影响。

条款13:一种用于车辆的挡风玻璃加热系统,所述挡风玻璃加热系统包括:透明体;在所述透明体的一部分上的导电涂层,所述导电涂层被配置成当向所述导电涂层施加电流时生成热;连接到所述导电涂层的电源,所述电源被配置成生成加热所述导电涂层的所述电流;可电连接到所述导电涂层的测量装置,所述测量装置被配置成当向所述导电涂层施加所述电流时感测所述导电涂层的电性质;以及电连接到所述电源并且电连接到所述测量装置的处理器,所述处理器被配置成:使所述电源向所述导电涂层施加来自所述电源的所述电流;从所述测量装置接收所述导电涂层的感测到的电性质;基于所述感测到的电性质来确定所述导电涂层的电阻;并且基于所述导电涂层的所确定电阻来生成用于使所述电源与所述导电涂层断开连接的信号。

条款14:根据条款13所述的系统,其中当所述导电涂层的所述所确定电阻与所述导电涂层的所计算平均电阻之间的差超过预定值时,所述处理器生成用于使所述电源与所述导电涂层断开连接的所述信号。

条款15:根据条款13或条款14所述的挡风玻璃加热系统,其中所述透明体包括第一片材、第二片材和介于所述第一片材与所述第二片材之间的中间层。

条款16:根据条款15所述的挡风玻璃加热系统,其中所述第一片材和所述第二片材包括塑料和/或玻璃,并且所述中间层包括比所述第一片材和/或所述第二片材更软的塑料。

条款17:根据条款13到16中任一项所述的挡风玻璃加热系统,其中所述导电涂层包括金属氧化物、掺杂的金属氧化物、包括贵金属的反射层、介电层和/或金属层。

条款18:根据条款13到17中任一项所述的挡风玻璃加热系统,其进一步包括电路系统,所述电路系统用于将所生成电流施加在所述电源与所述导电涂层之间,所述电路系统包括电耦接到所述导电涂层的母线。

条款19:一种监测透明体的状况的方法,所述方法包括:利用测量装置感测所述透明体的导电涂层的电性质;基于由所述测量装置感测的感测到的电性质利用处理器来确定所述导电涂层的电阻;以及基于所确定电阻利用处理器来确定所述透明体的估计剩余可用寿命。

条款20:根据条款19所述的方法,其中确定所述估计剩余可用寿命包括确定所述导电涂层的所述所确定电阻在多个先前时间间隔内的变化速率与所述所确定电阻在所述多个时间间隔中的单个紧接着先前的时间间隔内的变化速率之间的差。

再多了解一些
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