用于检测电弧的电路和传感器以及具有该电路和传感器的透明件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种对导电性部件（例如，飞行器风挡的加热部件）的过热和/或电弧进行响应的电气系统，该电气系统包括在第一电流通路上的第一开关以及在第二电流通路上的第二开关。第一电流通路经由第一开关从供电设备通过电弧传感器到加热部件，以至电源。第二电流通路经由第二开关从用于监测加热部件的温度的温度传感器到温度控制器。当加热部件的温度处于或高于预定值时，温度控制器促使第一开关断开。当存在电弧时，第二开关被移至断开位置。温度控制器感测到第二开关被断开并且促使第一开关断开。
【专利说明】用于检测电弧的电路和传感器以及具有该电路和传感器的透明件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请的主题涉及由Ali N.Rashid、Monroe A.Stone 和小 James R.Priddy 在2008 年 12 月 30 日提交的，题目为“A METHOD OF AND SYSTEM FOR MAINTAINING OPERATINGPERFORMANCE OF A TRANSPARENCY” 的美国专利申请 N0.12/345，932 的主题，以及由Ali Rashid、Monroe A.Stone 和 James Priddy 在 2008 年 12 月 30 日提交的且题目为“TRANSPARENCY HAVING SENSORS”的美国专利申请N0.12/345，952的主题。美国专利申请N0.12/345，932和12/345，952在此通过援引全文并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明涉及用于检测电弧的电路和传感器以及具有该传感器的透明件，并且更特别地涉及用于检测飞行器透明件(例如，层合式飞行器风挡)的电加热系统的电弧的电路和传感器以及具有该电路和传感器的某些部分的层合式飞行器风挡。
【背景技术】
[0004]飞行器或航天器窗(例如，飞行器风挡)包括塑料层或板、玻璃层或板以及它们的组合的层合板。风挡的内区段的层面向飞行器的内部并且为风挡提供结构稳定性。风挡的外区段的层面向飞行器的外部。同样能够提供结构稳定性的风挡的外区段通常还设置有用于视敏度的附件。例如，但不限于该讨论，风挡的外区段能够包括在一对间隔开的母线之间且与其连接的导电性涂层或多个导电性导线，用于加热风挡的外表面以防止雾、雪和冰的形成，和/或从面向飞行器外部的风挡的表面(也称为风挡的外表面)上去除雾、雪和冰。
[0005]如本领域技术人员所理解的，随着飞行器风挡的服务或工作时间增加，风挡的工作效率会降低，直到风挡的附件变得无功能时，并且风挡需要被替换或修理。更具体地，但不限于该讨论，风挡的外周边缘具有作为用于防止水分进入风挡的塑料及玻璃层或板之间的屏障的外部防潮密封。当密封失效时，例如，因风和雨所导致的蚀刻所致的裂缝和/或层脱粘；水分进入风挡的层之间。虽然密封的开裂或脱粘并不是结构问题，但是当水分在风挡的层之间移动时，风挡能够层剥离(de-laminate)，并且任何一个存在的导电涂层或导线都能够被损坏及失效，由此减少风挡的使用寿命。更特别地，当风挡的层剥离(delamination)发生时，量增加的水分在风挡的层之间移动，从而加速风挡的劣化，例如，导致母线和导电性涂层或导线的起弧、损坏和/或失效，由此降低或消除风挡的除霜能力。
[0006]目前，用于检测电弧的传感器是可用的，例如，在上述美国专利申请N0.12/345，932和12/345，952中所公开的。尽管目前可用的用于检测电弧的传感器是可接受的，但是它们具有局限。例如，但不受限于该讨论，目前可用的用于检测在两个母线之间的导电性涂层的起弧的传感器测量在第一母线处的电流以及在导电涂层上的预定位置的或者在第二母线处的电流。当在两个测量值之间的差异超过预定的电流差时，信号被转发给控制系统以中断对母线的电流输入。这种类型的传感器并不考虑，到母线的电流是否包含由给飞行器的飞行器透明件、灯、空调器及其他电气设备提供电力的飞机发电机产生的电噪声和干扰。因此，读数并不是由电弧引起的电流变动的精确表示。
[0007]基于前面的讨论，本领域技术人员能够意识到，提供用于检测电弧的电路和传感器以及具有该电路和传感器的构件的透明件将是有利的，这会消除目前可用的用于检测电弧的电路和传感器的局限。
【发明内容】
[0008]本发明涉及对导电性部件的过热和/或起电弧进行响应的电气系统。该系统其中包括:用于感测导电性部件的温度的温度传感器；待与电源电连接的第一开关；用于监测导电性部件的电压的电弧传感器，该电弧传感器与第一开关电连接，其中处于闭合位置的第一开关提供通过第一开关到电弧传感器的连续的电通路，而处于断开位置的第一开关防止电流流过第一开关；作用于第一开关上用于选择性地断开第一开关的温度控制器；用于将温度传感器电连接至温度控制器的第二开关，其中第一开关在闭合位置时使温度传感器与温度控制器电互连，而在断开位置时使第一开关与温度传感器断连；与电弧传感器连接且作用于第二开关上的滤波和修改系统，其中在第一开关和第二开关处于闭合位置时，提供通过第一开关到导电性部件的第一电通路并且提供经由第二开关从温度传感器到温度控制器的第二电通路，其中温度控制器在温度控制器接收到来自温度传感器的预定信号时断开第一开关，并且其中滤波和修改系统在来自电弧传感器的信号指示预定级别的电弧时断开第二开关，并且如果第一开关是闭合的，则温度控制器响应于第二开关的断开而断开第一开关。
[0009]此外，本发明涉及其中包括风挡的飞行器，该风挡其中包括:用于从风挡的外表面上去除雪、雾或冰的可加热元件，该可加热元件包含一对间隔开的母线以及在间隔开的母线之间且与它们电接触的导电性部件，以及用于监测和/或控制可加热元件的性能的电气系统。该电气系统其中包括:用于感测导电性部件的温度的温度传感器；待与飞行器的电源电连接的第一开关；用于检测导电性部件的电压的电弧传感器，该电弧传感器与第一开关电连接，其中处于闭合位置的第一开关提供经由第一开关从飞行器的电源到电弧传感器的以及从电弧传感器到可加热元件的间隔开的母线对的第一母线的连续电通路，而可加热元件的间隔开的母线对的第二母线与电源连接，并且处于断开位置的第一开关防止电流从电源流入第一母线；作用于第一开关上用于选择性地断开第一开关的温度控制器；用于将温度传感器电连接至温度控制器的第二开关，其中处于闭合位置的第一开关使温度传感器与温度控制器电互连，而在断开位置时使第一开关与温度传感器断连；与电弧传感器连接且作用于第二开关上的滤波和修改系统，其中在第一开关和第二开关处于闭合位置时，提供从供电设备(power supply)通过第一开关、经由可加热元件到电源的第一电通路,并且提供经由第二开关从温度传感器到温度控制器的第二电通路，其中温度控制器在温度控制器接收到来自温度传感器的预定信号时断开第一开关，并且其中滤波和修改系统在来自电弧传感器的信号指示预定级别的电弧时断开第二开关，并且如果第一开关是闭合的，则温度控制器响应于第二开关的断开而断开第一开关。
[0010]而且，本发明涉及为了消除过热和/或电弧而控制到飞行器透明件的可加热元件的电输入的方法，其中可加热元件包括用于加热透明件的外表面的导电性部件。该方法其中包括:通过第一开关、经由温度控制器将表示导电性部件的温度的信号转发给第二开关，其中当温度控制器指示等于或超过预定值的温度时，温度控制器起作用以断开第二开关；在电流/电压经由第二开关从电源流到导电性部件时监测从电源到导电性部件的电流/电压，其中监测处于第一开关与导电性部件之间的位置并且提供监测信息；以及在监测信息具有预选定的信息时作用于监测信息上以断开第一开关，其中断开第一开关而断开第二开关。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是具有本发明的非限制性实施例的飞行器的等距视图。
[0012]图2是结合了本发明的特征的飞行器透明件的等距视图。
[0013]图3是沿图2的直线3-3截取的视图。
[0014]图4是具有用于指示用于检测可加热元件的电弧的本发明的特征的框图的飞行器透明件的可加热元件的等距视图。
[0015]图5是用于将飞行器的供电设备连接至图4所示的那种类型的可加热元件的本发明的智能电力控制器和监测系统的非限制性实施例的框图。
[0016]图6是本发明的电弧监测系统的非限制性实施例的框图。
[0017]图7是用于容纳飞行器的健康监测系统的箱柜的正视图，该健康监测系统结合了用于检测图4所示的那种类型的可加热元件的电弧的本发明的特征。
[0018]图8是图3所示的那种类型的具有根据本发明的教导安装于透明件上的本发明的电弧检测器的电路和传感器的选定构件的飞行器透明件的局部截面图。
`[0019]图9是用于将本发明的电弧检测器的电路和传感器的选定构件安装于图3所示的那种类型的飞行器窗上的本发明的另一种非限制性实施例的片段俯视平面图。
【具体实施方式】
[0020]如同本文所使用的，空间或方向术语，例如，“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水
平”、“垂直”等涉及本发明在示于附图中的情形。但是，应当理解，本发明能够采用各种可替代的取向，并且因此，此类术语并不应当被视为限制性的。此外，在本说明书和权利要求书中使用的，用于表示尺寸、物理特性等的所有数字应当被理解为在所有情况下均由术语“大约”来修饰。因此，除非相反地指出，否则在下面的说明书和权利要求书中所阐明的数字值都能够根据所期望的和/或力求由本发明所获得的性质而变动。至少，且不作为将等同原则的应用限定于本权利要求书的范围的尝试，每个数值参数应当至少按照所报告的有效位数以及通过应用普通的舍入技术来解释。而且，本文所公开的所有范围应当被理解为包括其内所包含的任意及全部子范围。例如，所规定的范围“I至10”应当被认为包括在最小值I与最大值10之间且包含I和10的任意及所有子范围；也就是，以最小值I或更大值开始的且以最大值10或更小值结束的所有子范围，例如，I至6.7,3.2至8.1，或5.5至10。同样，如同本文所使用的，术语“定位于…之上”或者“安装于…之上”意指定位于或安装于其上，但不一定与其表面接触。例如，一个物品或物品的构件“安装于”或“定位于”另一个物品或物品的构件“之上”并不排除材料分别存在于物品之间或于物品的构件之间。
[0021]在讨论本发明的若干非限制性实施例之前，应当理解，本发明并没有在其应用上被限定于本文所示的及所讨论的特定的非限制性实施例的细节，因为本发明能够有其他实施例。此外，本文用来讨论本发明的术语是出于描述的目的，而非限制的目的。而且，除非另有指出，否则在下面的讨论中，相似的附图标记指示相似的元件。
[0022]本发明的非限制性实施例将涉及飞行器层合式透明件，并且更特别地涉及飞行器风挡。但是，本发明并不受限于任何特定类型的飞行器和飞行器透明件，并且本发明能够实施于任何类型的飞行器和飞行器透明件上，例如(但不限于)具有响应于电刺激而提高或降低可见光透过率的介质的那种类型的窗，例如(并不限于)在美国公开专利申请2007/0002422A1中所公开的那种类型的窗，并且能够实施于在一对层合板之间具有绝缘气隙的那种类型的飞行器窗上。在本段所标识的出版物的全部公开内容通过援引并入本文。
[0023]此外，本发明能够实施于商业及住宅窗上，例如(但不限于)美国专利N0.5，675，944所公开的那种类型，该专利N0.5，675，944通过援引全文并入本文；任何类型的陆地交通工具的窗；任何类型的飞行器和航天器的飞行器座舱盖、舱室窗和风挡，任何水上或水下船舶的窗，以及任何类型的容器的观看侧壁或门的窗，例如(但不限于)，电冰箱、箱柜和/或烤箱门。而且，本发明并不受限于飞行器窗的层或板的材料，并且层或板能够由(但不限于)固化的及非固化的塑料板；退火的、热强化的以及热和化学强化的，透明的、着色的、有涂层的及没有涂层的玻璃板制成。而且，本发明还能够实施于具有不透明板的窗，例如(但不限于)，木板和金属板、具有不透明涂层的玻璃板，以及它们的组合。
[0024]图1所示的是具有本发明的飞行器风挡20 (图2-4)以及电弧传感器和监测器(见图5-9)的非限制性实施例的飞行器18。风挡20 (图3)包括通过第一乙烯基夹层26固定于第二透明板24的第一透明板22 ;通过第一聚氨酯夹层30固定于第二乙烯基夹层28的第二板24，以及通过第二聚氨酯夹层34固定于可加热元件32的第二乙烯基夹层28。在本【技术领域】中使用的那种类型的边缘部件或防潮层36，例如(但不限于)硅橡胶或其他柔性耐用防潮材料被固定于(I)风挡20的外周边缘38，S卩，第一及第二板22、24的，第一及第二乙烯基夹层26、28和第一及第二聚氨酯夹层30、34的，以及可加热元件32的外周边缘38 ; (2)风挡20的外表面42的边际或边际边缘(marginal edge) 40，即，风挡20的第一玻璃板22的外表面42的边际40 ;以及(3)风挡20的外表面46的边际或边际边缘44，即，可加热元件32的外表面46的边际。
[0025]如本领域技术人员所理解的且不限制本发明，第一及第二玻璃板22、24，第一及第二乙烯基夹层26、28和第一聚氨酯夹层30形成风挡20的结构部分或内区段，以及风挡20的玻璃板22的外表面42面向飞行器18的内部(在下文,玻璃板22的外表面42也称为风挡20的内表面42);而第二聚氨酯层34和可加热元件32形成风挡20的非结构部分或外区段，以及风挡20的可加热元件32的表面46面向飞行器16的外部。可加热元件32提供热量，用于在风挡20的可加热元件32的外表面46(在下文，可加热元件32的外表面46也称为风挡20的外表面46)上按照以下所讨论的方式来防止雾形成，去除雾，防止雪和冰形成，和/或融化雪和冰。
[0026]应当意识到，本发明并不受限于风挡20的构造，并且飞行器透明件的任意构造(例如，在本【技术领域】中所使用的飞行器风挡)能够用于本发明的实施中。例如，但不限制本发明，风挡20能够包括其中乙烯基夹层28和聚氨酯夹层30都被省略，和/或板22和24为玻璃或塑料板的构造。一般地，风挡20的板22和24是化学强化的透明玻璃板；但是，本发明并不受限于此，并且玻璃板22和24能够是热强化的或热回火的玻璃板。本领域技术人员还应当意识到，本发明并不受限于构成风挡20的玻璃板、乙烯基夹层或聚氨酯夹层的数量，并且风挡20能够具有任何数量的板和/或夹层。
[0027]本发明并不受限于可加热元件32的设计和/或构造，并且在本【技术领域】中用来加热板的表面以在风挡的外表面上防止形成雾、雪和/或冰，融化雪和冰，和/或去除雾、雪和冰的任何导电性可加热元件都能够用于本发明的实施中。参照图4，在本发明的一种非限制性实施例中，可加热兀件32包括具有施加于玻璃板60的表面64的导电涂层62以及与导电涂层62电接触的一对间隔开的母线66、68的玻璃板60。本发明并不受限于导电涂层62的组成，并且本【技术领域】所已知的任何导电性涂层都能够用于本发明的实施中。例如，但不限制本发明，导电涂层62能够由任何合适的导电性材料制成。能够用于本发明的实施中的导电涂层的非限制性实施例包括，但不限于，由PPG工业公司销售的商标为INifiSA?的那种类型的热解沉积的氟掺杂氧化锡膜;由PPG工业公司销售的商标为NESATRON?的那种类型的磁控溅射沉积的锡掺杂氧化铟膜；由一个或多个磁控溅射沉积的膜构成的涂层，该膜包括(但不限于)金属膜，例如在金属氧化物膜(例如，氧化锌和/或锡酸锌)之间的银，这些膜每个都能够通过磁控溅射依次施加，例如，如同在美国专利N0.4，610，771、4，806，220和5，821，001 (但不仅限于此)中所讨论的。美国专利N0.4，610，771,4, 806，220和5，821，001的公开内容通过援引全文并入本文。
[0028]应当意识到，本发明并不受限于使用导电性涂层来加热玻璃板60，并且本发明会虑及能够被电加热的任何类型的部件(例如，但不限于，导电线)的使用。导线(例如，在图3和4中以双点划线示出的导线69)能够嵌于塑料夹层(例如，但不限于，在母线66和68之间的夹层34)的板内，并且与母线 66和68电连接。这样的加热布局在本【技术领域】中以俄亥俄州PPG工业公司的商标AXRCON:"5而为人所知，并且被公开于美国专利N0.4，078，107中，该专利N0.4，078, 107通过援引全文并入本文。
[0029]本发明并不受限于母线66和68的设计和/或构造，并且本【技术领域】所使用的任何类型的母线都能够用于本发明的实施中。能够用于本发明的实施中的母线的实例包括，但不限于，美国专利 N0.3，762，902 ;4，623，389,4, 894，513,4, 994，650 和 4，902875 所公开的那些类型，这些专利通过援引全文并入本文。
[0030]继续参照图4，在本发明的一种非限制性实施例中，母线66和68各自分别通过导线70和71连接至本发明的智能电力控制器和监测系统72 (将在下文更详细讨论)，并且控制器和监测系统72通过导线或电缆76和77连接至飞行器供电设备74。尽管不限制本发明，但是母线66的端部79和母线68的端部80与玻璃板60的相邻边82-85间隔开，并且涂层62的边86与玻璃板60的边82-85间隔开，以防止母线66和68及涂层62与飞行器18的金属机身覆盖件87之间起电弧(见图1)。
[0031 ] 温度传感器88被安装于导电涂层62上，用于感测可加热元件32的导电涂层62的温度，并且按照下文所讨论的方式通过导线或电缆92连接至智能电力控制器和监测系统72。本发明并不受限于温度传感器88，并且本【技术领域】所使用的任何类型的温度传感器都能够用于本发明的实施中。此外，本发明并不受限于安装于涂层62上的温度传感器88的数量，并且任何数量，例如，一个、两个或三个均能够安装于涂层62上，用于感测涂层62的不同区域的温度。在本发明的一种非限制性实施例中，温度传感器是热电偶，并且三个热电偶都安装于涂层62上。
[0032]参照图5，在本发明的一种非限制性实施例中，飞行器供电设备74沿着导线76和77给智能电力控制器和监测系统72的窗加热控制器93供应交变电流。如本领域技术人员所理解的，本发明并不受限于供电设备74，并且供电设备74能够是如图5所示的交流电源或者本【技术领域】已知的直流电源。导线76连接至窗加热控制器93的开关98的一个极，而开关98的另一个极通过导线或电缆102连接至本发明的电弧监测和检测系统100的电弧传感器99。开关98通常处于闭合位置并且通过沿着导线或电缆104自用于窗加热控制93的加热控制器106的控制逻辑转发而来的信号由闭合位置移至断开位置，反之亦然。电弧传感器99通过导线70连接至可加热元件32的母线66。可加热元件32的母线68通过导线71连接至供电设备74。
[0033]在本发明的一种非限制性实施例中，智能电力控制器和监测系统72的构件被安装于法拉第盒(Faraday box)109内，并且法拉第盒109通过导线或电缆111 (见图5)连接至地电位(ground)，例如，飞行器18的机体81 (见图1)，以阻挡外部静电场。
[0034]继续参照图5，温度传感器88通过导线92连接至电子开关110的一个极，并且开关Iio的第二极通过导线112连接至窗加热控制器93的控制逻辑106。开关110通常处于闭合位置，并且通过从电弧监测和检测系统100的信号过滤和修改系统116沿着导线或电缆114转发至开关110的信号而由闭合位置移至断开位置以及由断开位置移至闭合位置。
[0035]本发明的电弧监测和检测系统100当下列任意条件被检测到时为使加热部件32与供电设备74彼此电断连作准备；(a)可加热元件32的温度大于预定温度，(b)大电弧(major arching),以及(c)在给定的时间段内存在大于所分配的预定数量的一系列微电弧(micro arching)。
[0036]现在考虑条件(a)可加热元件32的温度大于预定温度。参照图5，窗控制器93的开关98和开关110各自处于闭合位置，用于加热可加热元件32以将雾、雪和/或冰从风挡20的外表面46(见图3)上去除。可加热元件32的温度通过温度传感器88来感测，并且例如单位为毫伏(“mV”)的温度传感器88的信号通过窗加热控制器93的加热控制器106来监测。当可加热元件32的温度由于例如(但不受限于该讨论)电弧或者涂层62的电阻增大而超过给定温度时，加热控制器106将信号沿着导线104转发至开关98，用于断开开关98以使供电设备74与可加热元件32相互电断连。本发明并不受限于可加热元件32超过预定温度的这个原因，并且导致预定温度被超过的任何类型的可加热元件32缺陷都包含于本发明的实施中。
[0037]现在，讨论涉及本发明的信号监测和检测系统100的非限制性实施例。本发明的信号监测和检测系统100被设计用于检测两个不同电平的电弧并据此来行动，即条件(b)和(C)。一个电弧电平(条件(b))被称为“大电弧”，并且被定义为所测得的电压/电流超过第一预定电平。第一预定电平的值并不限制本发明，并且值被选择使得电弧可由肉眼看得见和/或基于现有经验能够破坏窗20。在本发明的一种非限制性实施例中，第一预定电平是基于窗的模型以及为了在窗的表面上去除雾、雪和冰，和/或防止雾、雪和冰形成而加热窗所需的电流的。例如，但不限制本发明，用于型号为G650的湾流(Gulfstream)飞机的窗预计需要1821.6安培的电流来从窗表面上去除雾、雪和冰，和/或防止雾、雪和冰形成。通过在加热时对窗的性能的观察，这种窗模型的第一预定电平在条件(b)下等于或大于150毫伏(“mV”)。
[0038]现在考虑在温度没有超过预定温度的情况下存在大电弧的情形。电弧传感器99感测到大电弧并且将信号转发给信号修改系统116。信号修改系统116将信号沿着导线114转发以断开开关110。加热控制器106的控制逻辑确定开关110处于断开位置并且沿着导线104发送信号，用于断开开关98以使供电设备74与可加热元件32相互电断连。如本领域技术人员所理解的，当存在大电弧并且可加热元件28的温度超过预定温度时，开关110和/或开关98能够断开。
[0039]另一个电弧电平(条件(C))被称为“微电弧”，并且被定义为所测得的电压/电流超过第二预定值且小于第一预定值。在本发明的一种实施例中，第二预定电平的值被选择使得在流过电弧感测系统99的电流的噪声电平被过滤掉。例如，但不限制本发明，湾流飞机的电气系统的噪声电平为了本发明而被确定为50mV，例如，沿着电缆102/70 (图5)所测得的电压。基于上述讨论，在本发明的一种非限制性实施例中，微电弧发生于等于或大于50mV且小于150mV的范围内，而大电弧发生于等于或大于150mV的范围内，该电压沿着导线70来测得。
[0040]一般地，单个微电弧并不不利地影响到可加热元件32的工作，但是，已经确定，在给定的时间段内的一系列微电弧通常继之以大电弧。因此，监测微电弧能够被用来防止大电弧并且防止对窗的破坏。在给定的时间段内的微电弧的预定数量能够根据观察和历史来确定。在本发明的另一种非限制性实施例中，微电弧的预定数量能够基于对可加热元件32的性能的统计分析来指定。在本发明的实施中，对于所讨论的湾流飞机，在给定的时间段(例如，10秒)内的预定数量为256。
[0041]现在考虑在没有温度增加和/或存在大电弧的指示的情况下于给定的时间段内存在大于预定数量的一系列微电弧的情形。信号修改系统116按照下文所讨论的方式对在给定的时间段内的微电弧的数量进行计数，并且当在给定的时间段内的微电弧的数量大于预定的数量时，信号修改系统116将信号沿着导线114转发以断开开关110。加热控制器106的控制逻辑确定开关110处于断开位置并且沿着导线104发送信号，用于断开开关98以使供电设备74与可加热元件32相互电断连。如本领域技术人员所理解的，当存在过量的微电弧并且可加热元件28的温度超过预定温度时，开关110和/或开关98能够断开。
[0042]在本讨论中所感兴趣的电弧包括，但不限于，在涂层62和/或母线66和68之一或两者内的裂缝之上的电弧，和/或母线66、68和/或涂层62的分离。如本领域技术人员所理解的，对可加热元件32的玻璃板60的撞击能够导致玻璃板60断裂，该断裂会导致涂层62断裂。此外，穿过风挡20的防潮层36 (见图2和3)的水分能够导致层合式风挡的层剥离。风挡的层剥离能够导致母线66和68之一或两者与导电涂层62或嵌于夹层38内的导线分离。在导电涂层62内的裂缝之上的电弧以及在母线与涂层之间的分离导致能够达到导致可加热元件32的玻璃60断裂的温度的局部加热(spot heat)。本发明并不受限于电弧的原因，并且由可加热元件32的任何类型的缺陷引起的电弧均包含于本发明的实施中。
[0043]现在，讨论涉及本发明的电弧监测和检测系统100的非限制性实施例。本发明的电弧监测和检测系统100被设计用于检测大电弧和微电弧，并且用于采取行动来防止或限制对可加热元件32和/或窗20的破坏。开关98和开关110 (见图5)是响应于转发给开关的信号而断开和闭合的类型的。在本发明的实施中，开关98是电子固态开关。窗加热控制器93的加热控制器106的控制逻辑是用于将来自温度传感器88的电信号(单位为例如mV)与设定的电压范围进行比较的那种类型的比较器，当信号处于该范围之外时，加热控制器106的控制逻辑转发信号以断开开关98，并且当信号处于该范围之内时，加热控制器106的控制逻辑沿着导线104来发送信号以闭合开关98。
[0044]本发明的另一个特征是:当不存在大电弧和/或微电弧的数量在给定的时间段内小于预定的数量时，加热控制器106的控制逻辑能够断开和闭合开关98。更特别地，当存在大电弧和/或微电弧的数量在给定的时间段内大于预定的数量时，电弧监测和检测系统100的信号过滤和修改系统116沿着导线114来转发信号，以使开关110保持于断开位置，这使得开关98如同前面所讨论的那样保持为断开的。开关110和98保持为断开的，直到电弧问题得到解决。在电弧问题解决之后，开关110被闭合。开关110能够手动闭合，或者通过来自过滤和修改系统116的信号来闭合，因为不再存在大电弧，或者微电弧在给定的时间段内不大于预定的数量。
[0045]参照图6，讨论现在涉及用于检测大电弧和微电弧并且采取行动来防止或最小化对可加热元件32和/或窗20 (见图3和4)的破坏的电弧检测和监测系统100。如图6所示，电弧检测器99连接至导线102和70，并且电弧检测器99的输出通过导线150传递到滤波器148上。本发明并不受限于在本发明的实施中所使用的电弧检测器99的类型。在本发明的优选实施中，所使用的电弧检测器99是用于将电流降低至较低电平以便过滤掉沿着导线102和70流过的电流的电流互感器。更特别地，电流互感器99产生与通过导线102/70流到可加热元件32的电流精确成比例的降低的电流。例如，在本发明的一种非限制性实施例中，流过可加热元件32的电流是185安培，而电流互感器99的输出是1.85安培。如本领域技术人员所理解的，从185安培降低至1.85安培需要使用具有能够在没有由于在降低过程中产生的加热而使铁芯劣化的情况下进行这样的降低的铁芯(未示出)的电流互感器。在本发明的一种非限制性实施例中，所使用的电流互感器99由Metglas公司销售并且由Metglas (金属玻璃)材料制成。本领域技术人员还可以理解,本发明并不受限于电流降低的大小，并且范围为25-95%和50-90%的电流降低本发明均予以考虑。本领域技术人员还可以理解，本发明并不受限于将电流互感器用作电弧传感器，并且本发明会考虑在本发明的实施中将分路电阻器和测量电阻器用作电弧传感器。
[0046]继续参照图6,信号过滤和修改系统116的信号滤波器148是用于有效地从通过导线150的信号中消除电噪声和磁噪声的高通滤波器。信号滤波器148的过滤级别基于电气系统的噪声频谱分析，即，从供电设备74流到可加热元件32的电流。如上文所讨论的，在本发明的一种非限制性实施例中，50mV以下的信号被从信号中过滤掉。滤波器148还由于高频分量的消除而降低线路信号的量级，例如，(但不限制本发明)降低2级。
[0047]来自信号滤波器148的信号被传递到两级滤波器154上。第一级154A包括用于将具有第一预定电平以上的电压/电流电平(例如，指示大电弧的150mV)的信号过滤掉的比较器。当第一级的信号超过第一预定电平时，将大电弧已经被检测到的信号沿着线路156发送至信号开关140，并且信号开关140沿着线路114发送信号以断开开关110，这促使加热控制器106的控制逻辑断开开关98以防止电流如同上文所讨论的那样从供电设备74流到可加热元件32 (见图5)。[0048]来自滤波器的第一级154A的信号被传递到第二级154b上。具有在第一及第二预定电平的范围(例如，50-150mV)内的电压/电流值的信号指示着微电弧。两级滤波器154的第二级154b在给定的时间段内对信号中的于第一及第二预定电平之间的脉冲的数量进行计数，这指示出给定时间段内的微电弧。在本发明的一种非限制性实施例中，当计数在10秒的时间段内超过256时，则认为已经发生了过量的微电弧，并且滤波器154B将过量的微电弧已经被检测到的信号沿着线路156转发至信号开关140。信号开关140沿着线路114发送信号以断开开关110，这促使加热控制器106的控制逻辑断开开关98以防止电流如同上文所讨论的那样从供电设备74流到可加热元件32 (见图5)。在时间段结束并且微电弧的计数小于预定的数量的情况下，滤波器154B重启另一时间段的计数。
[0049]继续参照图6，信号滤波器148和双滤波器154各自分别通过导线158和160连接至微型计算机164，并且微型计算机164通过导线或电缆168连接至电子存储设备166。微型计算机164设定电平，例如，由滤波器148从来自电弧检测器99的信号中过滤噪声的第二预定电平；设定电平，例如，由滤波器154A识别大电弧的第一预定电平；并且为滤波器154B设定用于微电弧计数的计数和时间段。电子存储设备166保留滤波器148和两级滤波器154的活动历史以提供用于设定指示微电弧的第一预定电平、指示来自电弧检测器99的信号中的噪声电平的第二预定电平，以及指示因微电弧所致的潜在问题的微电弧计数和时间段的数据。
[0050]在本发明的一种非限制性实施例中，微型计算机164含有作为直接在电路板上的
内置(burnt in)程序的“固件”。系统软件是基于1WlndOWS?的应用程序。该系统能够
检测到能够由用户设定的两种不同电平的电弧，例如，大电弧和微电弧。一旦微电弧被检测至IJ，计数器就被启用以便跟踪在规定的时间段内发生了多少个微电弧。这些事件被标记上日期、时间和电弧的大小，并然后被存储于电路板上以便以后检索。
[0051]信号过滤和修改系统116提供三个判别量级。与不必要的外部噪声(若存在)相关的很低的判别量级(例如，50mV)是待调整的第一量级。在该量级之下，信号由于由来自供电设备72的噪声引起而被忽略。第二量级是在指示大电弧的第一预定电平以上的信号。而第三量级是在第一预定电平与指示微电弧的第二预定电平之间的信号。
[0052]尽管不限制本发明，用于微电弧的数据处理如下:如果计算机164找到没有任何间断的紧密连续的触发器高电平(flip-flop high),则计算机164处理作为封包的这堆数据。经验是火花脉冲会成群出现，这将由封包表示。一个封包能够包括最大数量的脉冲，例如(但不限制本发明)，256个脉冲。术语“脉冲”并不意味着脉冲(例如，MHz脉冲)在滤波器154B的输出以上，但是它意味着计算机164在时间测量周期(例如，10毫秒长)内于通常称为触发器的双稳态多谐振荡器的输出上找到了封包。在本发明的一种非限制性实施例中，当脉冲数量在给定的时间段(例如，10秒)内超过设定量(例如，256)时，则该256个脉冲将构成在新的时间段内的新封包。第一实验在总体上表明封包长为大约1-40个脉冲。
[0053]参照图7，在本发明的另一种非限制性实施例中，计算机164和电子存储设备166被安装于用于容纳飞机18的健康监测系统的箱柜210内。在本发明的一种非限制性实施例中，箱柜210能够包括用于提供与风挡20的可加热元件32的性能有关的可听信息的、通过导线或光耦合器213与信号开关140 (见图6)连接的扬声器212，以及用于使人注意到计算机164的、为飞行器内的人员提供风挡20的实时性能的警报器214。在本发明的另一种非限制性实施例中，箱柜210具有无线发送器和接收器220，用于发送有关风挡20的可加热元件28 (见图4)的性能的信号222以及在需要修理和维护风挡20时接收与计划时间和位置有关的信号224，如同美国专利申请N0.12/345，932所公开的。
[0054]在本发明的另一种非限制性实施例中，已经选择了智能电力控制器和监测系统控制系统72 (见图5)的某些构件的法拉第盒109被安装于窗20 (见图8)的外周边缘。在本发明的该非限制性实施例中，法拉第盒109被安装于风挡20的外周边缘38之上，例如(但不限制本发明)，在玻璃板22和24及夹层26的外周边缘上。保护性塑料层230被设置于风挡20的外周边缘38与法拉第盒109之间，以防止玻璃边缘由于振动而损坏。电缆232延伸到边缘密封部件36之外，并且通过在飞行器【技术领域】中所使用的那种类型的连接器236连接至电缆234。在本发明的该实施例中，安装于法拉第盒109内的构件包括，但不限于，滤波器148、双滤波器154和信号开关140。电缆232和234将导线70和71通(carry)到可加热元件32，使导线114从信号开关140通到开关110，并且使引自电弧检测器99的导线150以及引自计算机164的导线158和160通到滤波器148和两级滤波器154。导线111将法拉第盒109连接至地线(见图5)。边缘密封部件38覆盖于以上所讨论的风挡20的边际边缘40和外周边缘38之上，并且边缘密封部件38同样覆盖于图8所示的法拉第盒109之上。在风挡20被安装于飞行器18的机体内之后，电缆222和224被连接。
[0055]参照图9，图中示出了用于将本发明的智能电力控制器和监测系统72 (见图5)安装于风挡的本发明的另一种非限制性实施例。在图9中，玻璃板22具有:包括(但不限制本发明)施加于与面向飞行器18的内部的玻璃板22的表面42相反的玻璃板22的表面262之上的滤波器148、两级滤波器154和信号开关140的集成电路260。夹层26覆盖于以上所讨论的玻璃板22的表面262之上，并且覆盖于集成电路260之上。将集成电路施加于玻璃表面是本【技术领域】所熟知的，并且认为没有进一步讨论的必要。
[0056]本发明并不受限于以上所给出并讨论的本发明的实施例，这些实施例仅出于说明的目的而给出，并且本发明的范围仅由下列权利要求以及添加于与本申请具有直接或间接联系的申请的任何附加权利要求的范围来限定。
【权利要求】
1.一种对导电性部件的过热和/或电弧进行响应的电气系统，所述系统包括: 用于感测所述导电性部件的温度的温度传感器； 待与电源电连接的第一开关； 用于监测所述导电性部件的电压的电弧传感器，所述电弧传感器与所述第一开关电连接，其中处于闭合位置的所述第一开关提供通过所述第一开关到所述电弧传感器的连续的电通路，并且处于断开位置的所述第一开关防止电流流过所述第一开关； 作用于所述第一开关以选择性地断开所述第一开关的温度控制器； 用于将所述温度传感器电连接至所述温度控制器的第二开关，其中处于闭合位置的所述第一开关使所述温度传感器与所述温度控制器电互连，并且处于断开位置时使所述第一开关与所述温度传感器断连； 与所述电弧传感器连接且作用于所述第二开关的滤波和修改系统， 其中在所述第一开关和所述第二开关处于闭合位置的情况下，提供通过所述第一开关到所述导电性部件的第一电通路，并且提供从所述温度传感器经由所述第二开关到所述温度控制器的第二导电通路， 其中所述温度控制器在所述温度控制器接收到来自所述温度传感器的预定信号时断开所述第一开关，并且 其中所述滤波和修改系统在来自所述电弧传感器的信号指示预定级别的电弧时断开所述第二开关，并且如果所述第一开关闭合，则所述温度控制器响应于所述第二开关的断开而断开所述第一开关。
2.根据权 利要求1所述的电气系统，其中所述电弧传感器是电流互感器并且所述电流互感器产生与流过所述电流互感器的电流成比例的降低电流。
3.根据权利要求2所述的电气系统，其中所述电流互感器具有由Metglas材料制成的铁芯。
4.根据权利要求1所述的电气系统，其中所述导电性部件是具有一对间隔开的母线的加热部件，在所述母线之间具有与所述母线电连接的导电性涂层，其中所述电弧传感器与所述母线之一电连接，而另一个母线与电源电连接，并且所述第一开关与所述电源电连接。
5.根据权利要求4所述的电气系统，其中所述加热部件是飞行器层合式透明件的一层。
6.根据权利要求5所述的电气系统，其中所述电弧传感器及所述滤波和修改系统被安装于法拉第盒内。
7.根据权利要求6所述的电气系统，其中所述法拉第盒被安装于所述飞行器层合式透明件上。
8.根据权利要求5所述的电气系统，其中所述滤波和修改系统为印刷电路的形式并且贴附于所述飞行器层合式透明件的一个层的表面。
9.根据权利要求5所述的电气系统，其中所述飞行器透明件是飞行器风挡。
10.根据权利要求1所述的电气系统，其中由所述温度控制器接收自所述温度传感器的所述预定信号指示所述导电性部件等于或已经超过预定温度。
11.根据权利要求1所述的电气系统，其中从所述电弧传感器到所述滤波和修改系统的、在电流/电压第一预定电平以上的所述信号指示大电弧，所述大电弧是在所述导电性部件处的、可由肉眼看得见的电弧，所述滤波和修改系统过滤在电流/电压第二预定电平以下的来自所述电弧传感器的所述信号以过滤掉电噪声，其中在所述第二预定电平以上且在所述第一预定电平以下的电流/电压被定义为小电弧。
12.根据权利要求11所述的电气系统，其中所述滤波和修改系统在电流/电压等于或大于所述第二预定电平时将信号转发至所述第二开关以断开所述第二开关，并且在电流/电压等于或大于所述第二预定电平且在所述第一预定电平以下时将信号转发至所述第二开关以断开所述第二开关。
13.根据权利要求12所述的电气系统，其中当在预定时间段内存在预定数量的微电弧时，用于断开所述第二开关的信号由所述滤波和修改系统来发送。
14.根据权利要求13所述的电气系统，其中由所述温度控制器接收自所述温度传感器的所述预定信号指示所述导电性部件等于或已经超过预定温度。
15.一种包括风挡的飞行器，所述风挡包括:用于从所述风挡的外表面去除雪、雾或冰的可加热元件，所述可加热元件包括一对间隔开的母线以及在所述间隔开的母线之间的且与所述母线电接触的导电性部件；以及用于监测和/或控制所述可加热元件的性能的电气系统，所述电气系统包括: 用于感测所述导电性部件的温度的温度传感器； 待与所述飞行器的电源电连接的第一开关； 用于监测所述导电性部件的电压的电弧传感器，所述电弧传感器与所述第一开关电连接，其中处于闭合位置的所述第一开关提供经由所述第一开关从所述飞行器的所述电源到所述电弧传感器的以及从所述电弧传感器到所述可加热元件的所述对间隔开的母线中的第一母线的连续的电通路，而所述可加热元件的所述间隔开的母线中的第二母线与所述电源连接，并且处于断开位·置的所述第一开关防止电流从所述电源流到所述第一母线； 作用于所述第一开关以选择性地断开所述第一开关的温度控制器； 用于将所述温度传感器电连接至所述温度控制器的第二开关，其中处于闭合位置的所述第一开关使所述温度传感器与所述温度控制器电互连，而处于断开位置时使所述第一开关与所述温度传感器断连； 与所述电弧传感器连接且作用于所述第二开关的滤波和修改系统， 其中在所述第一开关和所述第二开关处于闭合位置的情况下，提供经由所述第一开关从所述供电设备通过所述可加热元件到所述电源的第一电通路，并提供经由所述第二开关从所述温度传感器到所述温度控制器的第二导电通路， 其中当所述温度控制器接收到来自所述温度传感器的预定信号时，所述温度控制器断开所述第一开关，并且 其中所述滤波和修改系统在来自所述电弧传感器的信号指示预定级别的电弧时断开所述第二开关，并且如果所述第一开关闭合，则所述温度控制器响应于所述第二开关的断开而断开所述第一开关。
16.根据权利要求15所述的飞行器，其中所述电弧传感器是电流互感器并且所述电流互感器产生与流过所述电流互感器的电流成比例的降低电流。
17.根据权利要求15所述的飞行器，其中所述电弧传感器及所述滤波和修改系统被安装于法拉第盒内。
18.根据权利要求17所述的飞行器，其中所述法拉第盒被安装于所述飞行器透明件上。
19.根据权利要求15所述的飞行器，其中所述滤波和修改系统为印刷电路的形式并且贴附于所述飞行器层合式透明件的一个层的表面。
20.根据权利要求15所述的飞行器，其中由所述温度控制器接收自所述温度传感器的所述预定信号指示所述导电性部件等于或已经超过预定温度。
21.根据权利要求15所述的飞行器，其中从所述电弧传感器到所述滤波和修改系统的、在电流/电压第一预定电平以上的所述信号指示大电弧，所述大电弧是在所述导电性部件处的、可由肉眼看得见的电弧，所述滤波和修改系统过滤在电流/电压第二预定电平以下的来自所述电弧传感器的所述信号以过滤掉电噪声，其中在所述第二预定电平以上且在所述第一预定电平以下的电流/电压被定义为小电弧，并且包括作用于所述滤波和修改系统以改变所述滤波器和修改系统的设定的控制器。
22.根据权利要求21所述的飞行器，其中所述滤波和修改系统在电流/电压等于或大于所述第二预定电平时将信号转发至所述第二开关以断开所述第二开关，并且在电流/电压等于或大于所述第二预定电平且在所述第一预定电平以下时将信号转发至所述第二开关以断开所述第二开关。
23.根据权利要求22所述的飞行器，其中当在预定时间段内存在预定数量的微电弧时，用于断开所述第二开关的信号由所述滤波和修改系统来发送。
24.根据权利要求2 3所述的飞行器，其中由所述温度控制器接收自所述温度传感器的所述预定信号指示所述导电性部件等于或已经超过预定温度。
25.一种为了消除过热和/或电弧而控制到飞行器透明件的可加热元件的电输入的方法，其中所述可加热元件包括用于加热所述透明件的外表面的导电性部件，所述方法包括: 通过温度控制器将代表所述导电性部件的温度的信号经由第一开关转发至第二开关，其中当所述温度控制器指示等于或超过预定值的温度时，所述温度控制器采取行动以断开所述第二开关； 在电流/电压经由所述第二开关从所述电源流到所述导电性部件时监测从电源到所述导电性部件的电流/电压，其中所述监测处于所述第二开关与所述导电性部件之间的位置并且提供监测信息； 在所述监测信息具有预定的选择信息时根据所述监测信息采取行动以断开所述第一开关，其中断开所述第一开关而断开所述第二开关。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述预定的选择信息指示所述导电性部件的电弧。
【文档编号】H05B3/86GK103826968SQ201280047501
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2011年9月28日
【发明者】焦榆, H·捷尔吉, A·N·巴谢德, J·梅德泽尤斯 申请人:Ppg工业俄亥俄公司