具有湿气传感器的航空航天透明体的制作方法
发明背景
1.发明领域
本发明涉及具有一个或多个测量湿气进入的湿气传感器的透明体，例如窗，更具体来说，涉及飞机和航空航天层叠窗，例如层叠挡风玻璃，其具有用于监测该挡风玻璃的湿气密封层的实时性能和随时间累积的湿气的量的湿气传感器。
2.现有技术的讨论
航空器和航空航天窗，例如挡风玻璃，包括塑料层或片材、玻璃层或片材和它们的组合的层叠体。挡风玻璃内段的层面向飞机内部并被设计为为挡风玻璃提供结构稳定性。挡风玻璃外段的层面对飞机的外部，并被设计为提供结构稳定性和可视能力。例如并且不限于这样的讨论，提高可视能力的一种辅助件是可加热部件，其包括在一对间隔开的母线之间并与该母线连接的导电涂层或多个导电导线，来加热挡风玻璃的外表面以防止在挡风玻璃外表面上形成雾和冰和/或从其上除去雾和冰。
如本领域技术人员所理解的那样，随着飞机挡风玻璃的使用时间的增加，挡风玻璃的运转效率降低，直到挡风玻璃不起作用，并且挡风玻璃需要被替换或修理。更具体来说，挡风玻璃的周围边缘具有舷外湿气密封层，其是防止湿气进入挡风玻璃的塑料和玻璃层或片材之间的阻挡物。当该湿气密封层失效时，例如开裂和/或挡风玻璃层叠体的层脱离，湿气进入挡风玻璃层之间。虽然密封层的开裂或脱离不算结构问题，但当湿气在挡风玻璃层之间移动时，挡风玻璃会脱层，并且不管是存在的导电涂层还是导线都会被破坏和失效，从而减少或终止挡风玻璃的使用寿命。更具体来说，当发生挡风玻璃的分层时，增加的湿气量在挡风玻璃层之间移动时，加速了挡风玻璃的劣化，例如母线和导电涂层或导线的破坏和/或失效，这降低或消除了挡风玻璃的除霜能力。
在透明体附件中的缺陷开始时不及时响应来修理这些缺陷会降低透明体的操作功效并且能导致需要紧急维修，例如修理或更换透明体。因此，有利的是，提供这样的透明体，其具有监测透明体的性能的湿气传感器，从而透明体的修理或更换是经过安排的维修而不是紧急维修。
发明概述
本发明涉及飞机挡风玻璃，其具有：提供具有视觉区域的层叠窗的连接在一起的多个片材，该窗具有该片材的外周和边际边缘部分上的湿气密封层等。湿气位于该片材之间和/或该片材与该湿气密封层之间。该湿气传感器包括第一电极和第二电极之间的介电体部件，其中该介电材料与该第一和第二电极电接触并保持该第一和该第二电极彼此隔开且彼此不表面接触。传感器电子器件操作地连接到该湿气传感器的电极以测量该传感器的电性能来确定被该介电体部件吸收的湿气量，其中施加交流电至该第一和该第二电极并测量介电材料的复数阻抗(欧姆)，从而测量在湿气传感器区域中层叠挡风玻璃内湿气的量。
本发明进一步涉及制造具有湿气传感器的飞机透明体的方法。该方法包括以下步骤等：制作层叠飞机透明体，其具有在层叠飞机透明体的边际边缘和周边的外表面上方的湿气阻隔。在该层叠飞机透明体的制作期间，将响应湿气的传感器元件置于该飞机透明体的片材之间和/或该片材与湿气密封层之间。在本发明的一个非限制性实施方案中，该传感器元件包括以下等：第一电极和第二电极之间的介电体部件，其中该介电材料与该第一和第二电极电接触并保持该第一和该第二电极彼此隔开并且彼此不接触，施加交流电至该电极以测量介电体的复数阻抗(欧姆)来确定在湿气传感器区域中层叠挡风玻璃内湿气的量。
附图说明
图1为结合本发明的特征的飞机挡风玻璃的非限制性实施方案的截面图。
图2为现有技术的用于在挡风玻璃的外表面上除雾和熔化冰和雪的可加热部件的等距图。
图3为本发明的湿气传感器或检测器非限制性方面的分段等距图。
图4为本发明的湿气传感器或检测器另一非限制性方面的等距图。
图5为依照本发明的教导的监测湿气传感器的输出信号并对其作用的电子系统的非限制性实施方案。
图6为用于估算湿气穿透的大致位置和湿气穿透深度的湿气传感器或检测器的布置的非限制性实施方案的俯视图。
图7为显示了围绕着图2中所示的可加热部件的本发明的湿气传感器的俯视图。
图8为显示将传感器安装在可加热部件的母线上的本发明的非限制性实施方案的立体截面侧视图。
图9为显示作为介电材料的以wt.％计的湿气含量的函数的复数阻抗(欧姆)改变的图。
图10为图1中所示的挡风玻璃的一段的截面图，其显示了依照本发明的教导，湿气传感器或检测器在飞机挡风玻璃的边际和周围边缘部分的位置。
发明详述
如本文中使用的，空间或方向性术语比如“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”、“竖直”等如其在附图中的绘图中所示地与本发明相关。然而，应理解的是，本发明能够采取各种备选定向方式，因此这些术语不应被视为限制的。此外，在说明书和权利要求书中使用的表示尺寸、物理特性等的所有数字在所有情况下应理解为由术语“约”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列出的数值能够根据本发明期望和/或试图获得的性质而变化。最起码并且不作为试图限制等同原则对权利要求范围的适用，每个数值参数应该根据所报告的有效数字的位数和应用普通的舍入技术来解释。此外，本文公开的所有范围都应被理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，所引述的“1至10”范围应被视为包括最小值1和最大值10之间的任何和所有子范围；也就是说，所有以最小值1或更大值开始并以最大值10或更小结束的子范围，例如，1-6.7，或3.2-8.1，或5.5-10。此外，如本文中使用的，术语“施加到...上方”、“定位于...上方”或“安装在...上方”是指施加到...上，定位于...上或安装在...上方，但不必需与其表面接触。例如，一个制品或制品的组分“施加到另一制品或制品组分上方”、“安装在另一制品或制品组分上方”或“定位于另一制品或制品组分上方”不排出在各自这些制品或这些制品的组分之间存在材料。
在讨论本发明的几个非限制性实施方案之前，应该理解的是，本发明不将其应用限于在此所示和讨论的具体非限制性实施方案的细节，因为本发明能够以其它方案实施。此外，这里用来讨论本发明的术语是为了描述的目的，而不是限制性的。再此外，除非另有说明，在下面的讨论中，相同的编号指代相同元件。
本发明的非限制性实施方案涉及飞机层叠透明体，尤其是飞机层叠挡风玻璃。然而，本发明不限于任何特定类型的飞机透明体，本发明涵盖了本发明在任何类型的挡风玻璃上的实践，例如但不限于(1)披露于美国专利no.8,155,816的层叠挡风玻璃；(2)具有响应于电子激励以提高或降低可见光透射的介质的飞机窗，例如但不限于披露于美国公布专利申请2007/0002422a的飞机窗类型，和(3)具有在一对层叠片材之间的隔绝空气空间的飞机窗类型。此外，本发明能够在商业和住宅窗上实践，例如但不限于(1)披露于美国专利no.5,675,944的类型；(2)任何类型的陆地车辆的窗；(3)任何类型的航空和航天飞行器的天篷、舷窗和挡风玻璃；(4)用于任何水上和/或水下船只的窗，和(5)任何类型的容器的观察侧窗或门的窗，例如但不限于冰箱、橱柜和/或烤箱门。本文所确定的文件通过引用结合于此。再此外，本发明不限制层透明体或发片材的材料，该层或片材能够由以下制成，但不限于此：固化的和未固化的塑料片材；退火玻璃片材，和加热和化学强化的、透明的、着色的、涂覆的和未涂覆的玻璃片材
层叠挡风玻璃通常被设计为飞机的被动组件而具有除冰和/或除雾功能。在本发明的非限制性方面的实践中，传感器被用于提供对透明体性能的反馈。更具体来说，本发明的湿气传感器为智能窗提供了对该窗系统的关于电子和机械完整性的健康状态的反馈的目标。具体来说,湿气进入为航空航天透明体老化的已知问题，特别是当窗密封层没有被适当维护时。如果放置不管，则湿气进入能够永久性地破坏内部层叠体，导致可视性降低并造成该窗变得无用。在最坏的情况下，湿气进入能够影响导电加热器层(下文中详细讨论)，潜在地导致层叠挡风玻璃的一个或多个层、片材或片层的电弧放电和结构失效。
图1中所示的为飞机挡风玻璃20的非限制性实施方案，其能够用于本发明的实践。挡风玻璃20具有第一玻璃片材22，其通过第一聚氨酯中间层28固定到乙烯基类材料中间层或片材26的表面24，并具有第二玻璃片材30，其通过第二聚氨酯中间层34固定到乙烯基类材料中间层26的表面32。本领域使用的类型的边缘部件或湿气阻隔体36，例如但不限于有机硅橡胶或其它柔性耐久性耐湿气材料固定到(1)挡风玻璃20的周围边缘38，即该第一和第二片材22和30各自的周围边缘38；乙烯基类材料中间层26的周围边缘38；该第一和第二聚氨酯中间层28和34各自的周围边缘38；(2)挡风玻璃20的外表面42的边际或边缘40，即挡风玻璃20的第一玻璃片材22的外表面42的边际40，和(3)挡风玻璃20的外表面46的边际或边缘44，即该第二玻璃片材30的外表面46的边际。
如本领域技术人员所领会的并且不限制本发明，该第一玻璃片材22、该乙烯基类材料中间层26和该第一聚氨酯中间层28形成挡风玻璃20的结构部分或内段。挡风玻璃20的外表面42为玻璃片材22的外表面42，其面向交通工具的内部，该交通工具，例如但不限于飞机(能够用于本发明的实践，但不限制本发明的飞机示于美国专利no.8,155,816b2)。该第二聚氨酯层34和该第二玻璃片材30形成挡风玻璃20的非结构部分或外段。挡风玻璃20的外表面46为该第二玻璃片材30的表面46，其面向飞机的外部。该第二玻璃片材30为可加热部件50的一部分，该可加热部件50提供热以以下讨论的方式从挡风玻璃20的外表面46去除雾和/或熔化冰。
如能够领会的，本发明不限于挡风玻璃20的构造，披露于现有技术的任何飞机透明体构造都能够用于本发明的实践。例如且不限于本发明，挡风玻璃20能够包括这样的构造，其中省略了乙烯基类材料中间层26和第一聚氨酯中间层28，并且玻璃片材22和/或30为塑料片材。
通常，挡风玻璃20的玻璃片材22和30为透明的化学强化玻璃片材；然而，本发明不限于此，玻璃片材22和/或30能够为热强化的或热回火的玻璃片材。进一步能够领会地，本发明不限于组成挡风玻璃20的玻璃片材、乙烯基类材料中间层或聚氨酯中间层的数量，挡风玻璃20能够具有任何数量的片材和/或中间层。
本发明不限于可加热部件50的设计和/或构造，任何现有技术中用于加热玻璃或塑料片材的表面以熔化该片材表面上的冰和/或从其除雾的导电可加热部件都能够用于本发明的实践。参考图2，在本发明的一个非限制性实施方案中，可加热部件50包括施加到第二玻璃片材30的表面64的导电涂层62，和与导电涂层62电接触的一对间隔的母线66和68。本发明不限制导电涂层62的组成，例如并且不限制本发明；导电涂层62能够由任何合适的导电材料制成。能够用于本发明的实践的导电涂层的非限制性方面包括，但不限于由ppgindustries，inc.以商标
如能够领会的，本发明不限于使用导电涂层来加热玻璃片材60，并且涵盖使用任何类型的能够被电加热的部件，例如但不限于导电的导线。导线，例如图1中虚线所示的导线69，能够被嵌入第二聚氨酯中间层34并电连接到母线66和68。这种加热装置在ppg工业俄亥俄公司(注册商标aircon)下是已知的并披露于美国专利no.4,078,107，该专利以其全部内容通过引用并入本申请。
本发明不限于该母线的设计和/或构造，本领域已知的任何类型母线都能够用于本发明的实践。能够用于本发明的实践的母线的实例包括，但不限于，披露于美国专利4,623,389；4,820,902；4,894,513；4,994,650，和4,902875中的类型，这些专利以其全部内容通过引用并入本申请。每个母线66和68分别通过导线70和71连接到电源72，例如电池以使电流流过母线66和68以及导电涂层62以加热导电涂层62和第二玻璃片材30从而从挡风玻璃20的外表面46去除冰和/或雾。用于提供电流以加热涂层62和从涂层62断开电流的窗加热控制器73连接到导线中的一个，例如导线71，使得导线71的导线段71a将该窗热控制器73的一个极连接到母线68，而导线71的导线段71b将该窗热控制器73的另一极连接到电池72。利用这样的布置，该窗热控制器73能够控制到母线66和68以及导电涂层62的电源从而改变和/或调节流过母线68和66以及导电涂层62的电流，从而控制导电涂层62的温度。虽然不限制本发明，母线66的末端75和母线68的末端76与玻璃片材30的相邻侧面78-81间隔以防止母线66和68与飞机的金属机身覆盖物之间发生电弧放电(示于美国专利no.8,155,816b2)。
示于图3的是湿气传感器85，示于图4的是湿气传感器87；该湿气传感器85和87具有本发明的特征。更具体来说，该湿气传感器85具有共轴布置，并且包括，但不限于，中央导电体或电极89，中央电极89上方的介电体套管91，和外湿气透过性导电套管或外电极93。示于图4的湿气传感器87包括第一外湿气多孔导电电极95，间隔的第二外湿气多孔导电电极97，和在该第一和第二电极95和97之间并分别与它们物理接触或紧密相邻的介电体层99。该介电体能够由与导线制造兼容的任何绝缘材料组成，其优选具有大的饱和湿气容量，并且熔化温度大于层叠体加工温度。能够用于介电体91或99的材料包括，但不限于，任何链长的尼龙，例如，尼龙4-6，尼龙6，尼龙6-6，尼龙6-12，尼龙11，聚酰胺-酰亚胺，聚苯并咪唑，聚醚砜或聚砜。分别示于图3或图4的湿气传感器85或87能够还包括任何数量另外的湿气渗透性导电或绝缘层，其不会实质性改变该湿气传感器的电响应，但对于制造或安装传感器来说可能是期望的，如本领域技术人员所领会的那样。一段湿气渗透性导电或绝缘层86以虚线示于图4。该湿气传感器85和87由不与挡风玻璃的材料反应的材料制成，所述挡风玻璃的材料例如但不限于玻璃片材22和30、导电涂层62、乙烯基类材料中间层26和聚氨酯中间层28和34。湿气传感器85的电极89和93和湿气传感器87的电极95和97由在固定的温度下长期具有恒定电导率的导电材料制成。能够用于湿气传感器85的电极89和93和湿气传感器87的电极95和97的材料包括但不限于一般被认为是贵金属的钌，铑，钯，银，锇，铱，铂，和金，和非贵金属和合金，例如但不限于铜，镀锡铜，镀镍铜，镍铬，铝及其组合。
湿气传感器85的中央电极89和外电极91优选地由相同材料制造，并且湿气传感器87的外电极95和97也优选地由相同材料制造以避免两种不同金属之间的反应。在本发明的一个方面中，示于图3的湿气传感器85的中央电极89由实心或绞合的镀锡铜导线制成，而湿气传感器85的外电极93(参见图3)和湿气传感器87的外电极95和97(参见图4)是由镀锡铜网制成的，以提供通道103，使湿气移动穿过外电极93、95和97从而接触传感器85的电极89和93之间的介电材料91，和移动穿过传感器87的外电极95和97以接触湿气传感器87的电极95和97之间的介电体层105。本发明不限制外电极93、95和97的编织物中的通道的厚度、尺寸和数量。在本发明的实践中，外网电极由44awg镀锡铜导线制成并具有75％编织物覆盖率。
用于本发明的实践的传感器85的介电材料91和传感器87的介电材料99是具有随着被该介电材料吸收的湿气提高而提高的电阻抗的类型。为了清楚起见，阻抗为电路中对电流阻挡的量度。对于直流电(dc)，唯一的阻挡是电路的电阻。对于交流电(ac)，电流受电感、电容以及电阻的阻拦。电感和电容的结合被称为电抗并且形成了阻抗的虚部，而电阻形成实部。定量来说，阻抗被定义为在给定频率下电压对电流的复数比。对于正弦输入来说，复数阻抗的极性形成将电压和电流的幅度和相关联。极性阻抗的量级为电压与电流幅度比。极性阻抗的相为电流和电压之间的相移动。
传感器85或87的阻抗通过电测量机构115(参见图5)在一个或多个频率下测量。如本领域技术人员所领会的，通常，传感器85或87的阻抗，尤其是反应性阻抗，能够通过使用合适的模型和/或校正曲线而与传感器85或87的湿气含量相关联，如图9的非限制性实施方案所示。湿气渗透进入图3的介电体91或图4的99主要导致传感器的反应性阻抗的电容组分提高。类似地，通过校正方法，传感器85或87的湿气含量能够与与传感器紧邻接触的材料(比如乙烯基类材料中间层26或聚氨酯中间层28和/或34)的湿气含量相关。
湿气传感器85和87的厚度不限于本发明，然而，在本发明的实践中，当该湿气传感器85或87定位在片材之间时，湿气传感器85或87的厚度优选地限制为使得该湿气传感器能够被定位在与该湿气传感器的每侧上的层间隔的层内的厚度。更具体来说，参考图1，示于图1的湿气传感器85或87定位在塑料层叠体层26、28和/或34中；该第一聚氨酯层28具有0.060英寸的厚度，如第一玻璃片材22的表面23和乙烯基类材料中间层26的表面24之间测量的。湿气传感器85优选地具有小于0.060英寸的直径，或湿气传感器87具有湿气传感器87的电极95和97的外表面101之间测量的厚度以将该湿气传感器85或87固定在第一聚氨酯层28中。如能够领会的，当湿气传感器85和87置于挡风玻璃20的周边38在湿气密封层36内时(参见图1)，该湿气传感器85和87的厚度小于挡风玻璃的厚度，如在挡风玻璃20的内表面42和外表面46之间测量的(参见图1)。
制造湿气传感器85。中心电极89由28awg7/36绞合的镀锡铜导线制成。该介电体套管91由购自honeywell并以商标aegish55wcnylonjacketcompound出售的尼龙6制成。该尼龙在中心电极89上方挤出至标称壁厚度0.005英寸。外电极93由44awg镀锡的铜编织物制成，以标称75％覆盖率在该介电体套管91上方。由aegish55wcnylonjacketcompound组成的外绝缘层(编号86，仅在图4中显示并且仅以虚线)在该编织物上方挤出至标称外直径0.045英寸。还制造湿气传感器87。该湿气传感器87的介电材料99的厚度范围在0.001英寸-0.032英寸且非限制性宽度为0.5英寸。长度取决于挡风玻璃的尺寸和由该湿气传感器所监控的面积而变化。传感器87的介电体层99由用于湿气传感器85的介电体套管91的相同介电材料组成(参见图3)。湿气传感器87的电极95和97由镀镍铜金属化的聚酯织物胶带以及导电压敏丙烯酸类粘合剂制成，标称宽度0.25英寸。湿气传感器87的电极95和97通过导电压敏丙烯酸类粘合剂连接到介电材料99的一对相对表面。
如本领域技术人员所领会的，介电材料或简称介电体，其为电绝缘体，其能够通过施加电场而极化。当介电体放置在电场中时，电荷不会像导体中那样流过材料，而只是从它们的平均平衡位置轻微移动，导致介电体极化。由于介电体的极化作用，正电荷向电场方向移动，负电荷向相对方向移动。这创造了内部电场，降低了该介电体本身内的总体电场。如果介电体由弱键合分子组成，那么这些分子不仅变得极性化，而且重新定向，使它们的对称轴线与电场对齐。具有共轴结构的湿气传感器能够起到阻抗湿气传感器或反应性湿气传感器的作用。湿气传感器的电阻抗(即电容)、电阻和复数阻抗改变。一旦湿气开始进入座舱层系统，由电源和电容、电阻和/或复数阻抗传感器组成的传感器将检测这些改变。
在共轴结构(图3)或带状线结构(图4)中，“外部绝缘”表示其中嵌入传感器的材料基质。例如，外部绝缘能够由围绕层叠体的层间树脂或材料组成。包含共轴对的外电极的导线网为湿气渗透性、导电性和化学相容性来选择。本发明优选的实践中的中央导电体主要关于导电性和化学相容性来选自。响应性介电体能够在吸收湿气后改变电阻率和/或介电常数。待被感应的湿气从外部绝缘移动通过外导电体并进入响应性介电体。湿气传感器85的共轴几何造型(参见图3)相对于湿气传感器87的带状线几何造型(参见图4)具有对电干扰的优异抗扰能力的额外优点，因为导线网能够被保持在飞机接地或浮动接地电位以提供湿气传感器85的内导电体89的电屏蔽。
湿气测量的目的不是简单地测量飞机层叠挡风玻璃的片材之间的即刻水进入速率，而且还测量随时间累积的湿气量。湿气进入的历史与窗系统中水的绝对浓度一样重要。窗湿气测量的原理是基于传感器元件在湿气进入在挡风玻璃的片材之间后的电性能改变。传感器系统包括，但不限于，该湿气传感器以及电源、电路和检测改变并将该改变通知给负责保持飞机处于安全操作状态的人员的软件，例如披露于美国专利no.8,155,816b2中，该专利在此通过引用纳入。
在本发明的一个非限制性实施方案中，湿气传感器85和/或87基于复数阻抗(欧姆)的可预测的提高，这产生自传感器85的介电体套管91或传感器87的介电体99吸收湿气。更具体来说，示于图3的中心电极89连接到ac电源106的一个极105，而外电极93连接到ac电源106的第二极108(参见图5)。对于湿气传感器87，第一外电极95连接到ac电源106的极105，而第二外电极97连接到电源106的极108。将电压施加到电极并测量电路的阻抗。随着介电体吸收湿气，阻抗提高。
本发明不限于用于当湿气被介电体吸收时测量电改变的电路。示于图5的是电子系统110的非限制性实施方案，其能够用于传感器85和87以确定挡风玻璃20中的湿气穿透。在以下讨论中，本发明将采用示于图3的湿气传感器85讨论。除非另有说明，采用传感器85的本发明的讨论适用于采用传感器87的本发明的实践。在示于图5的本发明的非限制性方面，湿气传感器85施加到玻璃片材22的表面23并以任何通常方式相对于第一玻璃片材22的表面23固定，例如但不限制本发明，通过第一聚氨酯中间层28(参见图1)。如能够领会的，共轴湿气传感器85能够与任何塑料层叠体部件(28、26和34)集成。在示于图5的本发明的非限制性实施方案中，共轴湿气传感器86安装在挡风玻璃20的第一玻璃片材22的表面23上方并围绕第一玻璃片材22的基本上整个边缘延伸。共轴湿气传感器85具有第一终端表面，其由编号89表示(传感器85的中央电极)和导线111，其将中央电极89连接到ac电源106的极105，以及第二终端表面，其由93表示(传感器85的外电极93)和导线112，其将外电极93连接到ac电源106的极108以将电压施加给湿气传感器85。在图5中，显示了传感器85的末端113和114之间的分离。末端113和114之间的分离不限制本发明，并且传感器85的末端113和114能够彼此重叠，如图5中的虚线所示。
电子系统110的电源106能够为任何常规电源，例如，但不限于此，电池，发电机等以将电压施加到湿气传感器85。电子系统110进一步包括电测量机构115以测量湿气传感器85的复数阻抗(欧姆)。控制机构116，例如嵌入在计算机上的电子器件或软件，用于控制电源106和电测量机构115并与它们通讯。控制机构116能够用于指挥电电源106以提供具体设定的电位给湿气传感器85，施加后，控制机构116能够通过电测量机构115收集和/或计算湿气传感器85的电位。电源106、电测量机构115和控制机构116全部能够结合在单一装置或仪器中，例如示于并披露于美国专利no.8,155,816b2的图18中的类型，或如示于图5中的单独的单元。电测量系统能够为用于测量阻抗或电容的任何常用的系统，为了完整说明，两个这样的实例描述于以下。
在本发明的一个非限制性实施方案中，阻抗测量是通过分析施加到传感元件85的已知频率的相偏移的方式来进行的。如上所述，电源106通过导线111连接到传感器85的一个电极89，和电源106通过导线112连接到传感器85的另一电极93这样的连接允许。当电源106施加电位时湿气传感器85起到电路的作用。电源106施加如控制机构116设定或规定的ac电压给湿气传感器85。这样的施加的电压导致传感器85上测量的电位(通过电测量机构115测量)的相和幅度不同于施加的电压。由于电源106施加设定的电压，并且电测量机构115读取或测量湿气传感器85上的电压差，电测量机构115(或控制机构116，或任何连接的系统)能够由湿气传感器85的中央电极89和外电极93之间的电压幅度和相差异计算复数阻抗(欧姆)。然后该复数阻抗被用于指示由湿气传感器85的介电材料91或湿气传感器87的介电材料99吸收的湿气的量。用于该测量电信号频率典型地选择为最大化传感元件对湿气改变的响应，然而多种频率能够用于改进精确度和降低噪音影响。
在本发明的另一非限制性实施方案中，阻抗测量通过施加dc电压到电极上，并测量充电时间(传感元件达到施加的dc电压所耗费的时间)的方式来进行。电源106施加dc电压给湿气传感器85，也是由控制机构116设定或规定的。该施加的电压导致传感器85上测量的电位差异(由电测量机构115)，其将接近施加的电压。电测量机构115(或控制机构116)能够基于达到该施加的电压的时间计算湿气传感器85电容(法拉第)。然后，该传感元件的电容用于指示由湿气传感器85的介电材料91或湿气传感器87的介电材料99吸收的湿气的量。为了获得连续测量，可以使用改变的dc电压以及测量充电和/或放电时间。
所述的本发明能够使用上述方法，或任何其它阻抗测量系统，包括利用电流和电压关系的串联和/或并联电阻测量。另外，本发明能够基于测量条件同时、依次或选择性地使用阻抗测量系统的组合。
更具体来说，当湿气穿透挡风玻璃20时，湿气将最终到达湿气传感器85的介电材料91和/或湿气传感器87的介电材料99。随着湿气分别到达湿气传感器85和/或87的介电材料91和/或99，湿气开始被介电材料吸收。随着介电材料持续吸收湿气，该介电材料变得被湿气饱和并且不再显著吸收湿气。介电材料的绝对湿气含量取决于该介电材料的厚度和吸收系数。在本发明的非限制方面的实践中，当湿气传感器85和/或87的测量的复数阻抗处于预定值，表示由介电材料91和/或95吸收的湿气处于预定值，控制机构116发送信号给警报器118以告知飞机乘员和/或其它人员，如披露于美国专利8,155,816b2的湿气穿透问题那样。在本发明的另一非限制性实施方案中，监测(连续地或间隙地)湿气传感器85和/或87的湿气含量，并且分析随时间的湿气含量趋势以告知飞机乘员和/或其它人员关于挡风玻璃的问题。
示于图5的湿气传感器85的布置能够用于指示，湿气已穿透密封件36或渗透在密封件36周围并进入了玻璃片材22和30之间的空间(参见图1)。然而，采用湿气传感器85和87的单一带条104不会指示在哪里发生了湿气穿透，湿气已渗透多远，或湿气已渗透了挡风玻璃的哪一侧。为了改善对玻璃片材22和乙烯基类材料中间层26之间的湿气穿透区域的辨识，可以将多个带条104以网格或阵列图案置于片材22的内表面23上方。
在示于图6的本发明的非限制性实施方案中，玻璃片材125的每一个侧面120-123在玻璃片材125的边际135或与其相邻处具有两排132和134湿气传感器以提供湿气传感器阵列来更确切地辨识在挡风玻璃的什么地方存在湿气区域。虽然所讨论的本发明的非限制性实施方案参考片材125(图6)，该讨论也适用于玻璃片材22和30、乙烯基类材料中间层26和聚氨酯中间层28和34，除非另有说明。此外，虽然在以下讨论中参考了具有不同附图标记的湿气传感器，但除非另有说明，以下所述的湿气传感器包括图3的湿气传感器85和图4的湿气传感器87。
参考图6，湿气传感器136-139的第一排132分别位于片材125的角落141-144，湿气传感器146和147分别位于片材125的侧面121和123。湿气传感器136的末端136a与湿气传感器139的末端139b在片材125的侧面120相邻并间隔；湿气传感器136的末端136b与湿气传感器146的末端146a间隔并相邻，和湿气传感器146的末端146b与湿气传感器137的末端137a在片材125的侧面121相邻并间隔；湿气传感器137的末端137b与湿气传感器138的末端138a在侧面122相邻并间隔；湿气传感器138的末端138b与湿气传感器147的末端147a相邻并间隔，以及湿气传感器147的末端147b与湿气139的末端139a在片材125的侧面123相邻并间隔。
湿气传感器的第二排134包括湿气传感器150-153。湿气传感器150在玻璃片材125的侧面121和123之间延伸；其末端150a与湿气传感器151的末端151b相邻并间隔，并且其末端150b与湿气传感器153的末端153a相邻并间隔。湿气传感器151在玻璃片材125的侧面122和120之间延伸，并且其末端151a与湿气传感器152的末端152b相邻并间隔。湿气传感器152在玻璃片材125的侧面121和123之间延伸，并且其末端152a与湿气传感器153的末端153b相邻并间隔。湿气传感器153在玻璃片材125的侧面120和122之间延伸并且其末端153b与湿气传感器152的末端152a相邻并间隔。
如图4所示，每个湿气传感器136-139、146、147和150-153的末端a和b各自电连接到的电源106并将电位施加到湿气传感器136-139、146、147和150-153，以及电测量机构115来测量湿气传感器136-139、146、147和150-153的电位。在本发明的另一方面，如图3所示，每个湿气传感器136-139、146、147和150-153的末端a或b各自电连接到的电源106以将电位施加到湿气传感器136-139、146、147和150-153，以及电测量机构115来测量湿气传感器136-139、146、147和150-153的复数阻抗。控制机构116如上所述地控制电源106和电测量机构115并与它们通讯，从而指挥电源106以提供预定的或具体设定的电位给湿气传感器85的电极89和93和/或湿气传感器87的电极95和97和湿气传感器136-139、146、147和150-153的电极，施加后，控制机构116能够通过电测量机构115收集和/或计算湿气传感器85、87和136-139、146、147和150-153的电位。所有用于湿气传感器85、87和136-139、146、147和150-153的电源106、电测量机构115和控制机构116能够结合在单一单元或仪器中，例如披露于美国专利no.8,155,816b2的控制台类型，或能够为单独的单元。
继续参考图6，两排132和134的布置各自具有间隔的湿气传感器，例如排132中的湿气传感器136-139、146和147，并且排134中的湿气传感器150-153提供与湿气穿透区域的更加接近。更具体来说并且不限制本发明,湿气被介电材料91和/或99吸收，将湿气穿透156定位于片材125的侧面121的中心区域；湿气由湿气传感器139和153吸收，将湿气穿透158定位于与片材125的侧面138相邻的侧面123。
湿气传感器85和/或87能够施加到一个或多个玻璃片材22和30的表面。能够领会的，当本发明的湿气传感器被置于多于一个片材上时，该湿气传感器的每一个优选地具有其自己的电源106，或提供一个电源并将其电连接到两个或更多个该湿气传感器。类似地，一个或多个电测量机构115能够用于读取并测量流过挡风玻璃20的玻璃片材22和30以及乙烯基类材料中间层28上每个该湿气传感器的电位或电流。以这样的方式，能够监测片材22、28和30上的每一个湿气传感器的输出。
参考图7，其中显示了可加热部件50，其具有施加到第二玻璃片材30的内表面64上的导电涂层62。如本领域技术人员能够领会的，湿气传感器136-139、146和147与母线66和68间隔，并与导电涂层62间隔，从而将湿气传感器与母线66和68，以及可加热部件50的导电涂层62电隔离。在本发明的一个非限制性方面，例如如示于图7，母线为涂层62的周边内，并且导电涂层62的周边与玻璃片材30的侧面38间隔。湿气传感器136-139、146和147施加到玻璃片材30的表面64在片材30的侧面38和导电涂层62之间的未涂覆的部分154上。玻璃表面62的未涂覆的部分154能够以任何常规方式提供，例如通过在涂覆过程期间掩盖玻璃表面，或以磨损方式或化学方式从玻璃表面去除涂层。由于玻璃是化学强化的，优选在涂覆过程期间掩盖该区域以避免能够导致回火玻璃碎裂的表面破坏。
如能够领会的，本发明涵盖将本发明的湿气传感器定位在导电涂层62和/或母线66和68上方。更具体来说，如示于图8，湿气传感器136、139、145和147施加到导电涂层62上方。为了电隔离示于图3的湿气传感器85的外电极93，和/或电隔离示于图8的湿气传感器87的电极95和97之一或两者，湿气渗透性不导电的外绝缘体159在湿气传感器136-139、146和147下延伸，将涂层62和湿气传感器136-139、146和147电隔离。能够用于本发明的实践但不限于此的材料包括尼龙(具有任何链长的之前列出的)、聚氨酯、聚乙烯基类材料缩丁醛或聚酰亚胺。层159能够具有在各个表面上的粘合剂层以在片材层叠前在处置片材期间将一个或多个湿气传感器固定就位，或能够使用层叠挡风玻璃制造的实践相符的任何实践装置来保持就位。如能够领会的，湿气传感器能够降低其所设置的玻璃片材的那部分的可视性，因此，对于延伸进入挡风玻璃的视觉区域的湿气传感器，湿气传感器的最大宽度取决于所需的或规定的通过挡风玻璃20的操作者观察区域。飞机透明体，例如挡风玻璃具有特定的安全要求，规定了挡风玻璃的观察区域的尺寸等等。
本发明的湿气传感器的复数阻抗(欧姆)输出能够采用许多读取传感器电路来测量，例如披露于美国公布专利申请2015/0137837a1的类型和示于图5的类型。示于图9的图显示了示于图3的湿气传感器的性能。参考图9，“y”或数轴为复数阻抗(欧姆)的虚部和“x”或横轴为聚氨酯层28或34的以百分比表示的湿气含量。示于图9的图为具有一组记录的示于图3的传感器85的复数阻抗(欧姆)的模型(实心曲线)。层叠前记录所有传感器和它们的相关连接导线的重量。层叠体或试样(coupons)用ppgindustries，inc.以商标ppg112销售的聚氨酯类型制造，结合有示于图3的类型的湿气传感器85，并且在层叠后除去了玻璃片层。ppg112中间层的组成披露于美国专利no.4,704,174，该专利以其全部内容在此通过引用纳入。去除玻璃片层后，将试样先在设定在标称50℃的真空炉中干燥，直到24小时之间的重量改变小于5毫克，记录“干燥”起始重量。然后将试样密闭于单独的玻璃干燥器罐中，该干燥器罐在所有配合部分之间用真空油脂密封，并含有预定量的水，静置平衡1个月。取出试样，立即称重并测量复数阻抗(欧姆)。阻抗到湿气的转化可以通过使用标准传输线或电容器方程用湿气依赖性方程替换内介电体的介电体常数进行。由阻抗转化成湿气的方程是本领域已知的，不认为进一步的讨论有必要。
讨论现在涉及本发明的非限制性实施方案，该非限制性实施方案涉及依照本发明的教导在在挡风玻璃20有选择的组件上放置本发明的湿气传感器或检测器的非限制性实施方案，从而检测片材之间、例如但不限于玻璃片材22和30之间的湿气的存在和/或测量存在的湿气的量。
与测量原理和类型一样重要，湿气传感器应位于什么地方将决定新的传感器是否能够有效地检测湿气进入并为“智能窗”传感器系统提供足够早的预警以警告飞行员。根据需要参考图1，湿气传感器85(图3)，或87(图4)或多个带条(图6和7)的放置能够适用于如示于图1和10玻璃片材22和30上的任何位置或它们之间。此外，本发明不限于湿气传感器的数量和/或湿气传感器在挡风玻璃上的位置。更具体来说并且不限制本发明，湿气传感器能够被嵌入玻璃片材22和乙烯基类材料中间层26之间的第一聚氨酯层28，嵌入乙烯基类材料中间层26；嵌入玻璃片材30和乙烯基类材料中间层26之间的第二聚氨酯层28。
在以上讨论的本发明的非限制性实施方案中，湿气传感器85和87通常具有测量湿气的存在以及湿气与本发明的湿气传感器接触的时间周期的功能。然而，本发明不限于此，并且本发明的湿气传感器能够用于测量湿气的存在以及湿气与湿气传感器的接触的时间周期并激活和关闭电设备，例如以下和美国专利no.8,155,816b2中所讨论的。
控制系统
美国专利no.8,155,816b2(该专利在此通过引用纳入)中披露了方法和装置，其用于监测透明体，例如但不限于本发明的挡风玻璃20的性能并及时安排维修，例如修理，或更换性能超出可接受的极限的透明体，例如飞机挡风玻璃。在这样的特定情况下，性能超出可接受的极限是湿气穿透的结果。
通常，携带关于挡风玻璃的湿气阻隔体的性能的传感器的输出连接到控制台，该控制台包括具有读取和分析来自湿气传感器或检测器的信号以监测和/或确定挡风玻璃性能的计算机。监视器能够用于本发明的实践以提供关于挡风玻璃性能的视觉显示，并且扬声器能提供关于挡风玻璃性能的音频。控制台能够包括警报器来使监视器受到关注。将该控制台置于飞机中为飞机内的人员提供了实时的挡风玻璃性能。
在披露于美国专利8,155,816的另一实施方案中，控制台具有无线发射器和接收器；发射器将信号发送给发射塔。携带关于挡风玻璃性能20的数据的信号被发送给控制中心(未示出)。接收到的数据被研究并且安排适当的行动，例如，基于接收到的信息，控制中心的人员确定需要采取什么行动，如果有的话。如果需要比如修理挡风玻璃或更换挡风玻璃的行动，提供修理安排的信号被发送给地理上接近指定修理地点(通常是下一个计划停靠地)的维修中心的卫星来在该指定修理地点安排全部零件、设备和人员需要。
本发明不限于以上给出和讨论的本发明的实施方案，这些实施方案仅是为了说明的目的给出的，本发明的范围仅由以下权利要求的范围限制，并且加入本申请的任何另外的权利要求具有与本申请的直接或间接关联。
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