1.技术领域
本发明涉及具有湿气传感器来测量湿气进入的透明物，例如窗户，并且更具体而言，涉及具有湿气传感器来监视窗户的湿气密封的实时性能和随着时间推移积累的湿气量的飞行器或航天层压窗户，例如飞行器挡风玻璃。
2.当前可用技术的探讨
飞行器或航天窗户，例如飞行器挡风玻璃，包括塑料层或板材、玻璃层或板材以及其组合的层压板。挡风玻璃的内段的层面向飞行器的内部并且被设计为向挡风玻璃提供结构稳定性。挡风玻璃的外段面向飞行器的外部并且被设计为提供结构稳定性和用于视敏度的附件。例如但不限于本讨论，附件可以包括在一对隔开的汇流条之间并连接到其的导电涂层，或多根导导线，来加热挡风玻璃以分别防止雾和冰在挡风玻璃的外表面上的形成和/或从挡风玻璃的外表面除去它们。
如本领域的技术人员所理解的，随着飞行器挡风玻璃服务时间的增加，挡风玻璃的工作效率降低，直到挡风玻璃变得不工作，并且挡风玻璃需要被更换或修理。更具体而言，挡风玻璃的外周边缘具有作为屏障来防止湿气从挡风玻璃的塑料和玻璃层或板材之间进入的外侧防潮密封件。当防潮密封件失效时，例如裂纹和/或由于风和雨导致的腐蚀引起挡风玻璃层压板的脱离，湿气在挡风玻璃的层之间进入。虽然密封件的破裂或脱离不是结构问题，但是当湿气在挡风玻璃的层之间移动时，挡风玻璃会分层，并且无论存在的是导电涂层还是导线都会被损坏和失效，从而缩短或结束挡风玻璃的服务寿命。更具体而言，当发生挡风玻璃的脱层时，在挡风玻璃的层之间移动的湿气量增加，从而加速挡风玻璃的降级，例如使汇流条和导电涂层或导线损坏和/或失效，这使挡风玻璃的除霜能力降低或者消失。
当透明物的附件中的缺陷开始时对它们的修理的不合时宜的响应降低了透明度的工作效率并且会导致需要紧急维护，例如修理或更换透明物。因此，提供具有湿气传感器的透明物，以监视透明物的性能使得透明物的修理或更换是计划的维护而不是紧急维护将是有利的。
技术实现要素：
本发明涉及透明物，除其它之外，该透明物还包括接合在一起的多个板材；对湿气作出响应的传感器元件，传感器元件在板材之间；传感器电子器件，其操作连接到传感器，以测量随着由湿气引起的腐蚀而改变的传感器的电气特性，其中将传感器元件和传感器电子器件操作连接到电源，以测量传感器的电气特性，来确定传感器元件是新的传感器元件、工作的传感器元件、饱和的传感器元件还是坏的传感器元件。
另外，本发明涉及确定具有湿气渗入的层压飞行器透明物的预期寿命的方法，除其它之外，该方法还包括，制造层压飞行器透明物，在该层压飞行器透明物的边际边缘和周边的外表面之上具有湿气屏障；在层压飞行器透明物的制造过程中，将对湿气作出响应的传感器元件放在飞行器透明物的板材之间和/或板材和湿气密封件之间；将传感器电子器件操作连接到传感器元件，以测量随着由湿气引起的腐蚀而改变的传感器元件的电气特性；将传感器元件和传感器电子器件操作连接到电源，以测量传感器的电气特性，来确定传感器元件是新的传感器元件、工作的传感元件、饱和的传感器元件还是坏的传感器元件，并且当传感器元件处于预定的值时，更换飞行器透明物。
附图说明
图1是结合本发明的特征的飞行器挡风玻璃的非限制性实施例的截面图。
图2是用于去除雾和融化挡风玻璃的外表面上的冰和雪的现有技术可加热构件的等距视图。
图3是本发明的湿气传感器或探测器的非限制性实施例的等距视图。
图4是根据本发明的教导的、监视和作用于湿气传感器的输出信号的电气系统的非限制性实施例。
图5是估计湿气渗入的近似位置和湿气渗入的深度的湿气传感器或探测器的布置的非限制性实施例的平面图。
图6是示出包围图2中所示可加热构件的本发明的湿气传感器的平面图。
图7是示出用于在可加热构件的汇流条之上安装传感器的本发明的非限制性实施例的升高的截面侧视图。
图8是具有不同物理维度的两种类似金属的本发明传感器的非限制性实施例的侧面升高视图。
图9是具有两种异种金属的本发明传感器的另一种非限制性实施例的侧面升高视图。
图10是可以在本发明的实践中使用的读出电路的非限制性实施例。
图11是可以在本发明的实践中使用的另一读出电路的另一非限制性实施例。
图12是在图1中所示的挡风玻璃的区段的截面视图，其示出了根据本发明的教导的、在飞行器挡风玻璃的边际和周边边缘部分处的湿气传感器或探测器的位置。
图13是本发明的湿气传感器的另一非限制性实施例的平面图。
具体实施方式
如本文所使用的，空间或方向词语，诸如“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”、“垂直”等等，涉及本发明，如在附图上的图示中所示的。但是，应当理解，本发明可以假设各种替代朝向并且，相应地，这些词语不应当被认为是限制。另外，在说明书和权利要求中所使用的所有表示维度、物理特点等等的数字应当被理解为在所有情况下都用词语“大约”进行修改。相应地，除非相反地指示，否则在以下说明书和权利要求中阐述的数值可以依赖于本发明期望的和/或试图获得的特性而变化。最起码，并且并非试图限制等同物的教义对权利要求的范围的应用，每个数值参数应当根据所报告的有效数字的位数并通过采用一般的舍入技术来解释。而且，本文公开的所有范围应当被理解为涵盖纳入其中的任何及所有子范围。例如，“1至10”的所述范围应当被认为包括最小值1和最大值10的任何和所有子范围；即，所有以最小值1或更大开头并且以最大值10或更小结束的子范围，例如1至6.7、或3.2至8.1，或5.5 至10。而且，如本文所使用的，词语“在…之上施加”、“在…之上定位”或“在…之上安装”意味着在上面施加、定位或安装，但不一定表面接触。例如，在另一制品或制品的组成部分之上“施加”、“安装”或“定位”的一个制品或制品的组成部分分别并不排除制品之间或者制品的组成部分之间材料的存在。
在讨论本发明的几个非限制性实施例之前，应当理解，本发明就其应用而言不限于在本文所示和讨论的特定非限制性实施例的细节，因为本发明能够有其它实施例。另外，本文用来讨论本发明的词语是为了描述而不是限制。还有，除非另外指出，否则在下面的讨论中相同的编号指相同的元件。
本发明的非限制性实施例针对飞行器层压透明物，尤其涉及飞行器挡风玻璃。但是，本发明不限于任何特定类型的飞行器透明物，并且本发明预期本发明在任何类型挡风玻璃上的实践，例如但不限于在美国专利No.8,155,816中所公开的层压挡风玻璃；对电刺激具有中等响应以增加或减少可见光透射的飞行器窗户，例如但不限于在美国公开专利申请2007/0002422A中公开的飞行器窗户类型，以及在一对层压板之间具有绝缘空气间隔的飞行器窗户类型。另外，本发明可以在商业和住宅窗户上实践，例如但不限于在美国专利No.5,675,944 中公开的类型；用于任何类型的陆地运载工具的窗户；用于任何类型的空中和空间飞行器的顶盖、客舱窗户和挡风玻璃；用于任何水上或水下船只的窗户，以及用于任何类型的容器的查看侧或门的窗户，例如但不限于冰箱、橱柜和/或炉门。本文识别出的文件通过引用被结合于此。还有，本发明不限于透明物的层或板材的材料，并且层或板材可以由固化和未固化的塑料板；退火的玻璃板，以及热和化学强化的透明、彩色、涂覆和未涂覆的玻璃板制成，但不限于此。如现在可以认识到的，本发明可以在具有不透明板材，例如但不限于木头和金属板材以及具有不透明涂层的玻璃板及其组合，的窗户上实践。
航天挡风玻璃透明物目前是具有除霜或去雾特征的飞行器的无源部件，但是，它向飞行器系统提供很少或不提供反馈。本发明的传感器的非限制性实施例提供智能窗户，目标在于关于窗户系统的电气和机械完整性的健康状况提供反馈。具体而言，湿气进入是航天透明物老化的已知问题，尤其是当窗户密封件没有被合适地维护时。如果任由其继续，湿气进入会永久性地恶化内部层压板，从而引起能见度降低并使窗户无用。在最坏的情况下，湿气进入会影响导电加热层(下面详细讨论)，从而有可能使挡风玻璃的一个或多个板材或层片的电弧和结构失效。
图1中所示的是可以在本发明的实践中使用的飞行器挡风玻璃 20的非限制性实施例。挡风玻璃20具有通过第一聚氨酯夹层28固定到乙烯基夹层或板材26的表面24的第一玻璃板22，并且具有通过第二聚氨酯夹层34固定到乙烯基夹层26的表面32的第二玻璃板 30。在本领域中所使用类型的边缘构件或湿气屏障36，例如但不限于硅橡胶或其它柔性耐久抗湿材料，被固定到(1)挡风玻璃20的外周边缘38，即，分别第一和第二板材22和30的；乙烯基夹层26的；第一和第二氨基甲酸酯夹层28和34的，外周缘38；(2)挡风玻璃 20的外表面42的边际或边际边缘40，即，挡风玻璃20的第一玻璃板22的外表面42的边际40，以及(3)挡风玻璃20的外表面46的边际或边际边缘44，即，第二玻璃板30的外表面46的边际。
如本领域技术人员认识到的但不是对本发明的限制，第一玻璃板 22；乙烯基夹层26和第一聚氨酯夹层30构成挡风玻璃20的结构部分，或内段。挡风玻璃20的外表面42，也就是玻璃板22的外表面 42，面向运载工具的内部，其中运载工具例如但不限于航空器(飞行器在美国专利No.8,155,816B2中示出)。第二聚氨酯层34和第二玻璃板30构成挡风玻璃20的非结构部分，或外段。挡风玻璃20的外表面46，也就是第二玻璃板30的表面46，面向飞行器外部。第二玻璃板30是以下面讨论的方式提供热量以从挡风玻璃20的外表面 46除去雾和/或融化其上的冰的可加热构件50的一部分。
如可以认识到的，本发明不限于挡风玻璃20的构造并且任何在本领域中公开的飞行器透明物的构造都可以在本发明的实践中使用。例如但不限于本发明，挡风玻璃20可以包括这样的构造，其中乙烯基夹层28和第一聚氨酯夹层28被省略，并且玻璃板22和30是塑料板。
一般而言，挡风玻璃20的玻璃板22、30是透明的化学强化玻璃板；但是，本发明不限于此，并且玻璃板可以是热处理强化或热钢化的玻璃板。另外，如可以认识到的，本发明不限于构成挡风玻璃20 的玻璃板、乙烯基夹层或氨基甲酸酯夹层的数量，并且挡风玻璃20 可以具有任意数量的板材和/或中间层。
本发明不限于可加热构件50的设计和/或构造，并且本领域中用于加热玻璃或塑料板的表面以融化板材表面上的冰和/或从其除去雾的任何导电可加热构件都可以在本发明的实践中使用。参考图2，在本发明的非限制性实施例中，可加热构件50包括施加到第二玻璃板 30的表面64的导电涂层62，以及与导电涂层62电接触的一对隔开的汇流条66、68。本发明不限于导电涂层62的成分，例如但不限于本发明；导电涂层62可以由任何合适的导电材料制成。可以在本发明的实践中使用的导电涂层的非限制性实施例包括但不限于由PPG 工业公司以商标出售的那种类型的热解沉积的氟掺杂的氧化锡膜；由PPG工业公司以商标出售的那种类型的磁控管溅射沉积锡掺杂的氧化铟膜；由一个或多个磁控管溅射沉积膜组成的涂层，其中膜包括但不限于金属膜，例如金属氧化物膜，例如氧化锌和/或锡酸锌，之间的银，其中每一个可以顺序地通过磁控管溅射被施加，例如在美国专利No.4,610,771；4,806,220和5,821,001中所公开的，这些专利的全部公开内容都通过引用被结合于此。
如可以认识到的，本发明不限于导电涂层对加热玻璃板60的使用并且预期可以被电加热的任何类型构件的使用，例如但不限于导电导线。导线，例如在图1中虚线示出的导线69，可以嵌入在第二聚氨酯夹层34中并电气连接到汇流条66和68。这种加热布置在本领域中以PPG工业俄亥俄公司的注册商标AIRCON已知并且在美国专利No.4,078,107中公开，该专利的全部公开内容通过引用被结合于此。
本发明不限定于汇流条的设计和/或构造并且本领域中已知的任何类型的汇流条都可以在本发明的实践中使用。可以在本发明的实践中使用的汇流条的例子包括但不限于在美国专利No.4,623,389； 4,820,902；4,894,513；4,994,650和4,902,875中公开的类型，这些专利的全部公开内容都通过引用被结合于此。汇流条66和68当中每一个分别通过导线70和71连接到电源72，例如电池，以使电流通过汇流条66和68流动，连接到导电涂层62以加热导电涂层62以及连接到第二玻璃板30以从挡风玻璃20的外表面46除去冰和/或雾。提供加热涂层62的电流并从涂层62断开电流的窗户热量控制器73连接到其中一条导线，例如导线71，使得导线71的导线部分71A将窗户热量控制器73的一个极连接到汇流条68，而导线71的导线部分 71B将窗户热量控制器73的另一极连接到电池72。利用这种布置，窗户热量控制器73可以控制到汇流条66和68以及导电涂层62的电力，以改变或调节通过汇流条68和66以及导电涂层62的电流流，以控制导电涂层62的温度。虽然不是对本发明的限制，但汇流条66 的末端75以及汇流条68的末端76与玻璃板30的相邻侧面78-81隔开，以防止汇流条66和68与飞行器47的金属体盖的电弧放电。
本发明的湿气传感器的非限制性实施例在图3中示出并且由编号 84指示。湿气传感器84包括以下面讨论的方式牢固地安装在挡风玻璃20的板材22和30中一个或多个、乙烯基夹层26和/或氨基甲酸乙酯层28和34中一个或两个的表面上的导电的湿气可腐蚀条86。条86由导电的材料制成；在存在湿气的情况下被腐蚀或溶解；条的腐蚀和溶解改变条的电气特性，例如但不限于条86的阻抗和/或欧姆电阻，并且条86的材料对于条被嵌入的材料，例如但不限于乙烯基夹层26以及聚氨酯夹层28和34，是惰性的。在本发明的非限制性实施例中，条86的腐蚀和/或溶解86减小条86的截面面积，这改变条的电气特性，例如但不限于条的阻抗和/或欧姆电阻。继续参考图3，为清楚起见，本发明不限于条86的长度(用“L”指示)、宽度 (用“W”指示)或厚度(用“T”指示)。条86的截面面积等于 W乘T。如现在可以认识到的，增加条86的L提供了增加被条86 覆盖的距离；增加条86的W和T增加条的可用寿命，并且增加条 86的T增加条86的寿命。
可以在本发明的实践中使用的材料包括但不限于铁、铬和铝。在本发明的优选实践中，导电条86是碳钢条。另外，导电条90可以是由陶瓷涂料或导电油墨形成的导电性涂覆材料。在本发明的优选实践中，导电材料是当与湿气接触时将会恶化，例如将生锈或溶解，并且产生电气改变，例如但不限于电阻随生锈量改变而改变，的材料。
湿气测量的目的不仅仅是测量飞行器层压挡风玻璃的板材之间的瞬时水进入率，而且还测量湿气随时间积累的数量。湿气进入的历史与水在窗户系统中的绝对浓度一样重要。窗户湿气测量的概念是基于在湿气(水)进入挡风玻璃的板材之间之后传感器元件的电气特性的改变。传感器系统包括，但不限于，传感器元件连同探测改变并且将改变传送到负责将飞行器维护在安全工作条件下的人员的电力电源、电路和软件，例如在美国专利No.8,155,816B2中所公开的，该专利通过引用被结合于此。
在本发明的一种非限制性实施例中，传感器元件是基于由于湿气存在的条腐蚀引起的金属线或金属条的电阻的可预测增加。虽然单一金属或合金的条的传感器元件可以可预测地增加电阻，但是当导线上的一个位置被完全腐蚀掉时流经导线的电流将最终减小到零。此外，这种零电流状态与和湿气进入事件无关的传感器机械故障，例如但不限于支撑传感器的玻璃的断裂，无法区分。最后，因为单一金属腐蚀的缓慢反应，由于湿气进入引起的电阻改变对于现实世界的湿气传感器应用可能不够显著。
本发明不限于在湿气开始腐蚀或溶解传感器84时被用来测量电气改变的电路(参见图3)。图4中所示的是可以与传感器84一起用来确定挡风玻璃20的湿气渗透的电气系统103的非限制性实施例。在图4所示的本发明的非限制性实施例中，湿气传感器84的条86以任何常规方式施加到玻璃板22的表面24并靠着表面24固定，例如但不限于本发明通过第一聚氨酯夹层层28(参见图1)。如可以认识到的，条86可以施加到层压挡风玻璃20的玻璃板22和30、乙烯基夹层26中任何一个的表面。在图4所示本发明的非限制性实施例中，导电条86安装在第一玻璃板22的表面24之上并且基本上围绕第一玻璃板的整个边际边缘延伸。导电条86具有第一终止表面104和第二终止表面106。第一终止表面104与第二终止表面106之间的距离或间隙应当足以防止终止表面104与106之间的任何描述性电场通信。
终止表面104和106通过导线或导线109和110连接到电气系统 103的电力电源108，以向条86施加电位。电源108可以是任何常规电源，诸如但不限于电池、发电机等。另外，湿气传感器84的条86 包括与导电条86通信的电测量机构111，诸如欧姆计，用于测量条 84的电位。控制机构112，诸如软件和计算机，被用来控制并与电力电源108和电测量机构111二者通信。该控制机构112可以被用来命令电力电源108向导电条89提供预定或专门设置的电位并且，在施加之后，控制机构112可以经由电测量机构111收集和/或计算条86 的电位。电力电源108、电测量机构111和控制机构112全都可以在单个单元或仪器中组合，例如在美国专利No. 8,155,816B2中所公开类型的控制台，或者可以是单独的单元(参见图4)。
电力电源108向条86施加设定的电压，如由控制机构112设定或指定的。这个设定的电压允许电流流经条86。如上面所提到的，电力电源108通过第一导线109和第二导线110连接到条86。第一导线109连接到第一终止表面104，而第二导线110连接到第二终止表面106。这种连接允许导电条86在电力电源108施加电位时充当电路。
电测量机构111经由连接到第一终止表面104的第一导线114和连接到第二终止表面106的第二导线116读取或测量流经条90的电流。由于电力电源108施加设定的电压，并且电测量机构110读出或测量流经条86的电流，因此电测量机构111(或控制机构112)能够计算条86的电阻值，以指示由于湿气腐蚀或溶解条86而引起的条 86的损失。
更具体而言，当湿气渗入挡风玻璃20时，湿气将最终到达导电条86。当湿气到达条86时，它开始腐蚀或溶解条86，从而增加条 86的电阻。随着条86继续腐蚀或溶解，条最终会有空隙，这被指示为无穷大的电阻或开路，并且指示严重的湿气渗入。可选地，当条 86的电阻处于预定的值时，控制机构112向报警器118发送信号，以告知飞行器的机组人员和/或其他人员，如在湿气渗入问题的美国专利8,155,816B2中所公开的。
在图4中所示的电气系统103的导电条86可以被用来指示湿气已渗入玻璃板22与乙烯基夹层26之间的区域(参见图1)，但是使用单个条86无法指示湿气渗入发生在哪里、湿气渗入发生多远，或者湿气渗入挡风玻璃哪一侧。为了增强识别玻璃板22与乙烯基夹层 26之间的湿气渗入区域，多个条可以按网格或阵列图案放在板材22 的内表面24之上。
在图5所示的本发明的非限制实施例中，玻璃板125的侧面 120-123中每一个具有在玻璃板125的边际135或与其相邻的两行 132和134的条86，以提供导电条的阵列，以更明确地识别挡风玻璃中湿气区域存在的地方。虽然本发明的非限制性实施例在讨论中引用板材125(图5)，但是，除非另有指示，否则讨论适用于玻璃板22 和30、乙烯基夹层26和聚氨酯夹层28和34。导电条的第一行132 包括分别位于板材125的角落141-144的导电条136-139，以及分别位于板材125的侧面121和123的导电条146和147。继续参考图5，条136的末端136A在板材125的侧面120与条139的末端139B相邻并隔开；条136的末端136B与条146的末端146A隔开并相邻，并且条146的末端146B在板材125的侧面121与条137的末端 137A相邻并隔开；条137的末端137B在侧面122与条138的末端 138A相邻并隔开；导电条138的末端138B与条147的末端147A相邻并隔开，并且条147的末端147B在板材125的侧面123与条139 的末端139A相邻并隔开。
导电条的第二行134包括导电条150-153。导电条150在玻璃板 125的侧面121和123之间延伸；其末端150A与条151的末端151B 相邻并隔开，并且其末端150B与条153的末端153A相邻并隔开。导电条151在玻璃板125的侧面122和120之间延伸，并且其末端 151A与条152的末端152B相邻并隔开。导电条152在玻璃板125 的侧面121和123之间延伸，并且其末端152A与条153的末端 153B相邻并隔开。导电条153在玻璃板125的侧面120和122之间延伸，并且其末端153B与条152的末端152A相邻并隔开。
条136-139、146、147和150-153的每个的末端A和B都单独地电气连接到电力电源108(参见图4)，以向导电条136-139、146、 147和150-153并且向电测量机构111施加电位，用于测量导电条 136-139、146、147和150-153的电位。控制机构112控制并与电力电源108和电测量机构111二者如以上所讨论的那样通信，以命令电力电源108向导电条136-139、146、147和150-153提供预定的或专门设定的电位并且，在施加之后，控制机构112可以经由电测量机构 111收集和/或计算导电条136-139、146、147和150-153的电位。用于导电条136-139、146、147和150-153的电力电源108、电测量机构111以及控制机构112全部都可以在单个单元或仪器中组合，例如在美国专利No.8,155,816B2中所公开类型的控制台，或者可以是单独的单元。
继续参考图5，各自具有隔开的导电条，例如，行132中的条 136-139、146和147，以及行134中的导电条150-153的两行132和 134的布置提供对湿气渗入区域的更接近近似。更具体而言，但不是对本发明的限制，湿气侵袭导电条146和151，从而在板材125的侧面121的中心区域定位湿气渗入156；湿气侵袭导电条139和153，从而在与板材125的侧面138相邻的侧面123中定位湿气渗入158。
导电条86可以施加到玻璃板22、24、28和60中一个或多个的表面。如可以认识到的，当导电条被放在多于一个的板材上时，每个导电条86优选地具有其自己的电力电源108，或者提供一个电源并电气连接到两个或更多个导电条86，并且为每个导电条86提供变阻器，用于控制每个导电条86的电压。类似地，一个或多个电测量机构110可以被用来读取和测量流经挡风玻璃20的板材22、24、28和 60上每个导电条的电位或电流。以这种方式，玻璃板22、24、28和 60上的每个湿气传感器的输出可以被监视。
参考图6，示出了施加到第二玻璃板30的内表面的可加热构件 50。如本领域技术人员可以认识到的，传感器84的导电条136-139、 146和147与可加热构件50的导电涂层62以及汇流条66和68电气隔离。在本发明的一种非限制性实施例中，汇流条在涂层62中并且涂层62与玻璃板的侧面隔开。条136-139、146和147在板材的边缘与可加热构件62之间的玻璃板的表面上施加。未涂覆的玻璃条102 可以以任何方便的方式提供，例如，通过在涂覆过程中遮蔽玻璃表面、或者从玻璃表面磨蚀或化学去除涂层。因为玻璃进行了化学强化，所以优选的是在涂覆过程中遮蔽该区域，以避免会引起钢化玻璃破裂的表面损伤。
在图7中所示的本发明的另一非限制性实施例中，导电涂层62 在条136-139、146和147下面延伸，并且涂层62以及条136-139、 146和147通过一层非导电材料，例如但不限于塑料159，被彼此电绝缘。层159可以在每个表面上具有粘合剂层，以在层压过程中将金属条136-139、146和147之一固定到导电涂层62上适当的位置。如可以认识到的，导电条可以减小该导电条在上面沉积的那部分玻璃板的能见度，并且因此，对于延伸进入挡风玻璃的视野区域的金属条，金属条86的最大宽度依赖于所需的或指定的操作人员通过挡风玻璃 20的观看区域。飞行器透明物，例如挡风玻璃，具有指定所需可视 (或透明)区域的具体安全性需求。
虽然用作湿气传感器的单金属条是可接受的，但是应当指出，它们是缓慢的。在利用单个金属条作为湿气传感器的响应具有缓慢反应的那些情况下，例如，由于湿气进入引起的电阻改变可能没有显著到对现实世界湿气传感器应用是足够的，双金属传感器是优选的。
在本发明的这个非限制性实施例中，使用双金属传感器元件的可预测响应。双金属传感器，包括但不限于紧密接触的两种异种金属，从而形成单个传感器元件。特别地，电接触的异种金属在存在湿气的情况下会经受电化腐蚀。电化腐蚀(也被称为双金属腐蚀、电化学腐蚀和异种金属腐蚀)被定义为一种电化学过程，其中当两种金属电接触并且浸渍在腐蚀性溶液或大气中时，一对中的一种金属的腐蚀速率将比该对中的另一成员更快。一般而言，在耦合的双金属中发生的腐蚀反应与对单独的不耦合金属所发生的类似，但是一种金属的腐蚀速率增加，有时非常显著，而另一种金属可以逐渐被腐蚀或完全受到保护。电化腐蚀反应被分解成两个很大程度上独立的过程：1)金属转移到溶液中，等量的电子留在金属中，称为阳极过程，和2)金属中过剩电子的同化，称为阴极过程。(引用A.de Rooij，“Bimetallic Compatible Couples”ESA Journal 1989，第13卷第199-209页)。这两个过程通常位于于不同的区域中，最典型的是在彼此电接触的异种金属之间。
金属放弃溶液中的电子的趋势被测量为相对于参考电极的电压 (电位)，其中参考电极通常或者是饱和的甘汞电极或者是标准的氢电极。常见金属和合金的电位可以作为特定条件组的电化序列在公开的表中查到，按增加负电性的次序排列。通常越正电性金属相对于越负电性金属变成阴极，它优先被腐蚀。应当指出，任何金属对的电位的值会受各种因素的影响，包括但不限于电解液的类型、温度、pH 以及对中两种金属的表面面积之比。在特定情形下，这会导致对中阳极和阴极反应的逆转；即，在一组条件下容易被腐蚀的金属可能在另一组条件下变得受保护。无法写普遍有效的电化公式来先验预测具体金属对在特定的一组条件下的行为。因此，用于特定应用的合适金属对的选择常常基于先前的经验。虽然关于最小化双金属耦合的腐蚀的主题已经报告了许多研究，但是在本发明的非限制性实施例中，金属应当被选择为增强阳极导线的腐蚀速率，从而以与传感器的设计寿命一致的速率提供可预测传感器输出。
讨论现在针对用于双金属传感器元件的设计考虑。
图8中所示的是由编号162指定的双金属湿气传感器的非限制性实施例。传感器162包括第一条164和第二条166。第一条164和第二条166具有相同或不同的截面面积，并且由不同材料制成，使得传感器162的条164和166以不同的速率腐蚀和/或溶解。利用这种布置，传感器162可以提供关于腐蚀的速率的信息。在本发明的一种非限制性实施例中，传感器162的第一条164可由锌制成，并且传感器 162的第二条166可由铁制成。
理想的是，双金属传感器元件的响应应当通过选择特定的组分金属来设计，以：a)最大化双金属传感器元件的电阻的可测量增加，和b)将双金属传感器元件的响应时间与窗户寿命相匹配。在实践中，材料的选择还将受到材料的价格和可用性、与制造工艺的兼容性以及美国联邦航空管理局(“FAA”)认证过程的影响。
第一个考虑的是影响传感器元件的电阻改变的因素。双金属传感器元件的电阻可以被建模为由串联和并联元件组成的电阻器网络，其中两条导线之间电接触的点表示为网络上的节点并且接触点之间的每个导线段的电阻表示为并联电阻。在腐蚀开始之前，双金属传感器元件的起始电阻可以从个体电阻计算：
其中，Ranodic是阳极金属线的起始电阻，Rcathodic是阴极金属线的起始电阻并且R0是双金属传感器元件的起始电阻。作为为了说明设计原理的简化，导致阳极线完全去除(在阴极线的腐蚀开始之前)的腐蚀将引起传感器电阻增加到值：
Rbimetal_corroded＝Rcathodic
传感器元件电阻的最大可能改变的简化表达式等于：
并且作为时间的函数的传感器电阻是：
Rsensor＝{1+f(阴极电位、阳极电位、面积比、pH、湿气，等等)×t}R0
从这个简化模型显而易见的是，传感器金属应当被选择为最大化阴极线的起始电阻并最小化阳极线的起始电阻。一般而言，位于电化序列的阴极端的高电阻率金属应当为阴极线选择，并且直径被最小化 (假定阴极相对于阳极的表面面积保持足够大，以支持期望速率的阴极反应)。相反，理想的阳极线应当具有低电阻率，应当在电化序列上更阳性并且应当具有相对更大的起始直径。
当与先前段落中的考虑结合时，金属的具体组合可以是将提高传感器能力的“巧妙选择”。已经在实验室中被证明的一种可能的“巧妙”组合是阳极铁导线与阴极镍铬合金(90％镍/10％铬)电阻导线。铁导线具有大约-0.52伏(“V”)的电动势(“EMF”)(用于3.5％的NaCl溶液中的软钢的值，相对于饱和甘汞电极)，而镍铬合金在无源腐蚀模式下具有-0.10V的电位并且在有源腐蚀模式下具有-0.27V (值是针对80％镍/20％铬合金)。由于铁在大多数情况下比镍铬合金更加负电性，因此它将优先被腐蚀，而铬将“受保护”。退火的铁导线具有每圆密耳/英尺60欧姆的电阻率，而镍铬合金高超过七倍 (每圆密耳/英尺425欧姆)。最初被测试的铁丝为0.001英寸(1密耳)并且直径是0.010”(10密耳)。最初被测试的镍铬合金丝直径是0.005”(5密耳)、0.015”(15密耳)和0.020”(20密耳)。这个较小直径的铁丝以较高的电阻开始并趋于快速响应，而较大的直径允许传感器电阻随更长的时间有更大的整体改变。
被测试的导线对包括铁/锌；镍铬合金/铁；镍铬合金/铝；镍铬合金/锌；铁/铜；尼克罗塔尔镍铬合金/铁；铜镍合金/铁；坝塔尔合金/ 铁和镍铁合金/铁。
总之并且在本发明的一种非限制性实施例中，存在用于在双金属传感器中使用的导线的三个选择标准：
-电阻率：高电阻率导线对于阴极线是理想的，以定义最终的传感器电阻点并提供更高的灵敏度。低电阻率导线对于阳极线是理想的，以允许在腐蚀时电阻的最大改变。这个参数需要与直径相关，以实现适当的最终电阻。
-直径：阳极导线应当被选择为比阴极导线更大的直径，以促进化学反应。
-电化电位：导线应当被配对成在电化电位光谱的相对端上，以允许最大的反应可能性。这不是严格的需求，因为对一些具有接近电化电位的金属对发生导致快速电化学腐蚀速率的例外。
在操作中，有四种传感器条件的状态。
1)新传感器：在这个状态下，传感器维持原始电阻并且电阻不随时间显示任何改变。
2)工作的传感器：当暴露于湿气时，传感器电阻将随时间而改变。
3)饱和的/消耗的传感器：一旦阴极被消耗，电阻就会达到饱和点并且电阻没有进一步的改变。这种类型的反应对具有电反应的阳极和阴极的传感器是预期的。
4)坏的传感器：在由于连接不良、机械损伤等断线的情况下，传感器的电阻将作为新传感器或工作传感器的电阻被读取并且被读为无穷大电阻。这是本发明的优点之一，因为它区分饱和的/消耗的传感器与坏的传感器。更具体而言，阴极腐蚀比阳极更快。阴极已经由于腐蚀而分离，而阳极仍然完好无损。阴极具有无穷大电阻，而阳极具有较小的电阻。如果存在连接不良，则阳极和阴极具有无穷大的电阻。
图9中所示的是由编号168指定的本发明的湿气传感器的另一非限制实施例。传感器168包括通过电绝缘层159接合到一起的第一条 170和第二条172。第一条170和第二条172可以具有不同的截面面积，或者可以具有相同的截面面积，并且可以由相同的材料制成。传感器168可以在两个板材之间定位，其中条170面向第一板材，而条 172面向相对的第二板材。条170和172的腐蚀速率可以被用来估计湿气的进入，例如在条170和第一板材以及条172和第二板材之间的进入。
在本发明的一种非限制性实施例中，传感器162的双金属条164 和166通过导电粘合剂179(在图8中以虚线示出)电气连接到彼此。双金属湿气传感器元件的电阻可以利用各种标准的读出传感器电路来测量，其中两类在图10和11中绘出。第一类读出电路在图10中示出并且由编号180识别。电路180包括驱动固定电流184通过包含本发明的传感器185，例如但不限于通过导线186和188连接的传感器 82、162或168，的电流源182。当传感器元件185的电阻增加时，跨传感器元件生成的电压成正比增加。跨传感器元件的电压直接由传感器电子器件190读取。在这种类型的电路中，传感器的起始电阻可以被用作参考来指示零湿气状态，并且电阻的任何有限增加将指示湿气的存在。如上面所提到的，如果传感器元件或电路180被破坏，则电阻将下降至零，指示故障状态。
第二大类的读出电路在图11中示出并由编号196识别。电路 196包括第二大类读出电路，并采用将跨电路196施加已知电压的电压源198。电路196还包括已知的参考电阻器200、传感器元件185 以及连接导线204和206。电压将与其电阻成比例地跨串联电阻划分。跨参考电阻器200的电压直接由传感器电子器件208读取。当传感器元件202的电阻增加时，跨参考电阻器200的电压将减小。参考电阻器200的值可以被调整，以在零湿气状态下产生优选的起始值，从而允许制造商补偿传感器变化。坏的传感器元件或连接导线将导致电压下降至零，指示故障状态。
讨论现在针对本发明的非限制性实施例，根据本发明的教导，本发明的非限制性实施例涉及将本发明的湿气传感器或探测器的非限制性实施例放到挡风玻璃20的选定部件上，以探测板材之间，例如但不限于玻璃板22与30之间，湿气的存在和/或测量湿气存在的量。
如上面所讨论的并且如图1中所示，挡风玻璃或透明物20具有外侧湿气屏障或密封件36，以防止或减少湿气分别渗入第一与第二玻璃板22和30；乙烯基夹层26与第一和第二氨基甲酸酯夹层28和 34之间。更具体而言，当湿气密封件36出现故障时，例如由于由风和雨侵蚀造成的裂纹或脱离，湿气进入挡风玻璃20的玻璃板28与 30之间。虽然湿气密封件36的破裂或脱离不是结构性问题，但是当湿气在玻璃板28与30之间移动时，挡风玻璃20会分层，和/或可加热构件50会被损坏并失效，从而降低挡风玻璃的使用寿命。当挡风玻璃20的分层发生时，湿气进入挡风玻璃的玻璃板22和30之间的速率和量增加，从而加速挡风玻璃的劣化。实践本发明的非限制性实施例监视挡风玻璃20的玻璃板22与30之间的湿气渗入，并且提供可以被分析以确定湿气屏障36的条件和/或性能的信息，并且在由湿气渗入造成的挡风玻璃20劣化开始或加速之前提供湿气屏障36的更换或修理。
与测量原理和类型一样重要，湿气传感器应当位于什么地方将决定新传感器是否能有效地探测湿气的进入并足够早地提供让“智能窗户”传感器系统向飞行员报警的警告。参考图12，根据需要，条86 (图4)或多个条(图5和6)的放置可以施加到玻璃板22和24以及乙烯基夹层26上或之间的任何位置。另外，本发明不限于传感器的条86的数目和条86在挡风玻璃上的位置。更具体而言但不是对本发明的限制，条86可以嵌在玻璃板22与乙烯基夹层26之间的第一聚氨酯层28中；嵌在玻璃板30与乙烯基夹层26之间的第二聚氨酯层28中；第一玻璃板22的边际边缘和湿气屏障36之间、第二板材 22的湿气屏障36与边际边缘之间；挡风玻璃的外周边缘与湿气屏障 36之间。
本发明不限于本发明的湿气传感器的传感器条或元件的形状。例如但不是对本发明的限制，上面讨论的传感器元件或条具有带正方形或矩形截面的细长形状。但是，本发明预期由任何形状制成的传感器元件或条，例如但并不限于具有圆形截面的细长形状。更具体而言，在图13中示出的是具有一对围绕彼此扭曲的导线222和224的传感器元件220。导线222和224可以被单独用于一根线传感器元件、可以具有用于双金属传感器元件的不同材料，或者可以具有相同的材料但具有不同尺寸，如上面所讨论的。
在上面讨论的本发明的非限制性实施例中，一般而言，传感器 86具有测量湿气与传感器86接触的存在和时间段的唯一功能。但是，本发明不限于此，并且本发明的传感器可以被用来测量湿气与传感器 86接触的存在和时间段并且激活和停用电气装备，例如在下面和在美国专利No.8,155,816B2中所讨论的。
控制系统
在美国专利No.8,155,816中公开的是监视透明物的性能的方法和装置，例如但不限于本发明的挡风玻璃的20，并且及时地计划维护，例如在可接受限值之外执行任务的飞行器挡风玻璃的透明物的修理或更换。在这个特定的情况下，在可接受限值之外执行任务是由于湿气渗入导致的。
一般而言，携带关于挡风玻璃的湿气屏障的性能的数据的传感器的输出被连接到包括具有软件的计算机的控制台，以从传感器或探测器读取并分析信号，从而监视和/或确定挡风玻璃的性能。关于挡风玻璃的性能，监视器可以在本发明的实践中被用来提供视觉显示，并且扬声器提供音频。控制台可以包括警报，以让人们关注到显示器。在飞行器中放置控制台为飞行器内的人员提供挡风玻璃的实时性能。
在美国专利8,155,816中公开的另一实施例中，控制台具有无线发送器和接收器；发送器向发射塔发送信号。携带关于挡风玻璃20 的性能的数据的信号被发送到控制中心324。接收到的数据被研究并且将要采取的适当动作被计划，例如，基于接收到的信息，如果有的话，在控制中心的人员确定需要采取什么动作。如果需要诸如对挡风玻璃的修理或挡风玻璃的更换的动作，则提供修理日程的信号被发送到卫星再到地理上接近指定修理位置的维护中心(通常是飞行器的下一个计划的停靠处)，以安排在指定的修理地点具有所有零件、装备和人员需求。
在美国专利8,155,816的另一实施例中，如果来自传感器的数据指示挡风玻璃20必须更换，则修理日程可以包括将挡风玻璃运到飞行器的下一个预定停靠处；如果挡风玻璃必须有些紧迫地被更换，则修理日程将包括改变飞行计划，以立即着陆并且挡风玻璃将在那里，或将很快到来。乘客可以可选地被转移到另一架飞机，或者等到修理完毕。如果修理被计划，并且修理可以在不除去挡风玻璃的情况下进行，则修理日程可以向人员提供并且修理零件在指定的修理位置提供。
本发明不限于上面给出并讨论的本发明的实施例，这些仅仅是为了说明目的而给出的，并且本发明的范围仅由下面的权利要求和添加到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。