专利名称：湿气检测系统及其使用方法
技术领域：
本发明涉及湿气检测，更具体地说，本发明涉及在车辆挡风玻璃上进行湿气检测。
背景技术：
迄今为止，以四种基本方式，对车辆挡风玻璃上的湿气进行检测。即，电容传感器系统，电阻传感器系统，超声传感器系统和光学传感器系统。
电容传感器系统包括在挡风玻璃上形成的电容器。响应挡风玻璃上的湿气，电容器的电容发生变化。为了检测变化的电容，并根据变化的电容控制风挡刮水器的操作，连接读出电路。电容湿气传感器的例子包括授予Buschur的第5,668,478号；授予Netzer的第5,682,788号；授予Netzer的第5,801,307号；以及授予Hochstein的第6,094,981号美国专利。
电阻测量系统包括两个以彼此隔开关系设置在挡风玻璃上或者车辆的另一部分上的导电元件，例如，传统拉杆天线。响应桥接在电阻元件之间的水，连接到该导电元件的电路系统测量其电阻的变化，并根据电阻的变化控制风挡刮水器的操作。电阻测量系统的例子包括授予Schroder的第5,659,294号；授予Schroder的第5,598,146号；授予Weber的第5,780,718号；授予VanDam的第5,780,719号；授予Weber的第5,783,743号；以及授予Petzold的第5,900,821号美国专利号。
超声传感器系统包括换能器，它对薄片的第一面发射超声波信号，而在该薄片的第二面接收反射的超声波信号。利用反射信号的变化确定该薄片第二面上是否存在异物。超声传感系统的例子包括授予Saurer的第5,818,341号美国专利和第EP0638822号欧洲公开。
光学传感器系统包括被定位的光检测器，用于检测光源发出的被挡风玻璃反射的光。响应挡风玻璃上存在湿气，光传感器检测到的光量发生变化，因为对光源发出的光的反射发生变化，因此，导致光传感器的输出发生变化。响应照射到其上的光的变化，检测电路系统检测光检测器的输出变化，并根据该变化操纵风挡刮水器。光检测系统的例子包括授予Pientka等人的第5,694,012号；授予Zettler的第5,990,647号；授予Pientka等人的第6,052,196号；授予Ponziana的第6,066,933号；授予Coulling等人的第6,084,519号；授予Hochstein的第6,207,967号；授予Teder的第5,661,303号；授予Lynam的第6,250,148号；授予Braun等人的第6,218,741号；以及授予Nelson的第6,232,603号美国专利。
电容传感器系统的一个问题是需要形成具有足够大电容的电容器，因此，利用适当检测电路系统可以检测电容响应挡风玻璃上雨水的存在发生的变化。电容传感器系统的另一个问题是，由于加热或者冷却形成电容器的金属膜引起电容发生变化，从而导致在使用期间，电容器的电容发生变化。
电阻传感器系统的问题是，需要在挡风玻璃朝外表面上形成电阻元件，因此，电阻元件经受风雨，且有可能变坏。另外，电阻传感器系统的电阻元件还承受因为温度变化引起的电阻变化。
超声传感器系统和光学传感器系统的问题是需要在车辆中设置超声传感器系统的换能器和光学传感器系统的光发射器和光接收器，以检测挡风玻璃上的适当位置存在的湿气。然而，在挡风玻璃上的适当位置上设置超声传感器系统或者光学传感器系统经常导致部分阻挡司机通过挡风玻璃的视野，或者导致未将这种传感器系统设置在用于检测挡风玻璃上存在湿气的最佳位置。此外，位于从光发射器到光接收器传播的光路径上的挡风玻璃的颜色或者明暗可能影响用于检测湿气的光学传感器的敏感性。
因此，希望通过提供一种湿气检测系统克服上述以及其它问题，该湿气检测系统具有微小、几乎看不见的传感器，布置在与薄片耦合的诸如挡风玻璃的柔性衬底上；用于激励传感器的电路系统；以及检测电路系统，用于检测因为薄片上存在湿气，而且更具体地说，是因为薄片上积累的湿气量或积累的比率导致的传感器谐振频率的变化。还希望提供一种通过检测布置在与薄片耦合的柔性衬底上的传感器的谐振频率的变化，检测薄片上存在湿气的方法。通过阅读理解下面的详细说明，其它希望的设备和方法对于本技术领域内的普通技术人员是显而易见的。
发明内容
本发明是湿气检测系统，它包括设置在衬底表面的电导体。该电导体具有根据靠近该电导体存在的湿气量发生变化的谐振频率。振荡器输出预定振幅和预定频率的振荡信号。谐振电路耦合到该电导体，而且用于响应该振荡信号，输出其振幅与该电导体的谐振频率有关的谐振信号。响应该谐振信号，滤波电路输出滤波整流信号。响应该滤波整流信号，模数转换器输出与该滤波整流信号有关的数字信号。响应该数字信号，控制器使另一个系统根据该数字信号工作。
该另一个系统是刮水器系统，它响应控制器，用于根据靠近该电导体存在的湿气量和/或者靠近该电导体累积的比率湿气(ratemoisture)，调节从该电导体的附近去除的比率湿气。
衬底是具有多个层叠在一起的透明片的车辆挡风玻璃。电导体可以插在各片之间。
衬底可以是柔性衬底。湿气检测系统可以包括具有多个层叠在一起的透明片的车辆挡风玻璃，其中柔性衬底插在它们之间。柔性衬底可以包括设置在柔性衬底上、至少部分围绕该电导体的接地导体。该柔性衬底还可以/或者包括对着该电导体，设置在其表面上的导电材料。该导电材料可以具有用于确定法拉第屏蔽的形式。此外，还可以/或者在至少一个透明片的表面上设置导电涂层，该透明片位于柔性衬底对着车辆挡风玻璃的外表面一侧上。
谐振电路可以包括储能电路，具有并联在电导体与基准电压之间的电容器和电感器；以及电阻器，连接在振荡器与储能电路的电导体侧之间。滤波电路可以包括二极管，被连接，以使电流从谐振器流到模数转换器；以及电容器，连接在该二极管与该模数转换器相邻的一端与基准电压之间。
本发明还是一种湿气检测系统，该湿气检测系统包括设置在衬底上、用于导通电流的装置。该导通装置的谐振频率根据靠近该导通装置存在的湿气发生变化。振荡器将具有要求频率和第一振幅的振荡信号输出到导通装置。响应振荡信号的装置输出其第二振幅与导通装置的谐振频率有关的谐振信号。第二振幅可以大于或者小于第一振幅。该湿气检测系统还可以包括用于响应谐振信号，输出其数值与第二振幅有关的控制信号的装置。
该湿气检测器可以包括以与薄片的可操作关系设置的刮水器系统。该刮水器系统响应该控制信号，根据该薄片上的湿气量和/或者靠近该导通装置累积的比率湿气(rate moisture)，从该导通装置的附近刮去湿气。
导通装置可以包括一行或者多行导电材料、一片或者多片导电材料或者以一行或者多行和/或者一片或者多片的方式，分散的导电颗粒。
衬底可以是包括多片层叠在一起的玻璃的挡风玻璃。导通装置可以插在各片玻璃之间。
衬底可以是连接到薄片的柔性衬底。导通装置的谐振频率根据该薄片上的湿气发生变化。以与该薄片的可操作关系设置该刮水器系统，而且该刮水器系统响应控制信号，根据该薄片上的湿气量和/或者该片上的比率湿气累积刮该薄片。
导通装置可以包括一行或者多行设置在柔性衬底上的导电材料。
该薄片可以是包括多片层叠在一起的玻璃的挡风玻璃。柔性衬底插在各片玻璃之间。
柔性衬底可以包括接地导体，设置在柔性衬底上，至少部分围绕该导通装置；或者导电材料，对着该导通装置，设置在柔性衬底的表面上，其中所述导电材料具有用于确定法拉第屏蔽的形式。可以在至少一片的表面上设置导电涂层。
此外，本发明是一种湿气检测方法。该方法包括提供其上设置了电导体的衬底。如果靠近电导体不存在湿气，则利用振荡信号激励该电导体。确定电导体对该激励的响应的第一振幅。当靠近电导体存在湿气时，利用振荡信号激励该电导体。确定电导体对该激励的响应的第二振幅。第二振幅不同于第一振幅，因为响应靠近电导体存在湿气，该电导体的谐振频率发生变化。确定第一振幅与第二振幅之间的差值，其中该差值与靠近该电导体存在的湿气量有关。
该方法还可以包括以与该差值有关的比率，去除靠近该电导体的湿气。
衬底至少可以插在两片玻璃之间。在衬底上或者在至少一片玻璃上设置屏蔽装置。该衬底还是柔性的。
此外，本发明是一种湿气检测系统，包括衬底；电导体，设置在衬底上；用于利用振荡信号激励该电导体的装置；以及用于响应该谐振信号和电导体，检测该电导体的谐振频率响应靠近该电导体存在的湿气量的变化而发生的变化的装置。
衬底可以是柔性的，而且该系统还进一步包括接触衬底的薄片。该系统还可以包括用于去除薄片上的湿气的装置；以及用于响应该检测装置，控制去除装置何时去除衬底上的湿气的装置。
最后，本发明是一种液面检测系统，包括不传导电磁的储液器，具有设置在储液器上的电导体。用于利用振荡信号激励该电导体的装置和用于响应该谐振信号和电导体的装置检测该电导体的谐振频率响应该储液器的液面的变化而发生的变化，而且在检测的电导体的谐振频率的变化相当于小于储液器内要求的液体液面时，输出控制信号。
电导体可以设置在位于储液器上的柔性衬底上。
图1是诸如玻璃片或挡风玻璃片的薄片的平面图，它包括具有用于检测薄片上的湿气的电导体的天线的第一实施例；图2是沿图1中的线II-II取的剖视图；图3是诸如玻璃片或挡风玻璃片的薄片的平面图，它包括天线的第二实施例，该天线包括具有设置在其上的电导体、用于检测薄片上的湿气的衬底；图4是沿图3中的线IV-IV取的剖视图；图5是沿图4中的线V-V取的剖视图；图6是图4所示第二实施例天线的剖视图，它包括对着电导体、设置在衬底的一侧上的导电材料；图7是图4所示第二实施例天线的剖视图，它包括位于各片玻璃之一的内表面上的导电涂层；图8是用于激励和检测第一和第二实施例天线的电导体的响应的电路系统的原理图；图9是图8所示风挡刮水器系统的原理图；图10a-10d示出第一和第二实施例天线的电导体的替换实施例；以及图11是包括设置在其上的第一和第二实施例天线上的电导体、车辆储液器的独立透视图。
具体实施例方式
参考图1，诸如玻璃片或车辆挡风玻璃2的光学透明材料片或光学透明材料板包括布置在其上的天线4。天线4的第一实施例包括一个或者多个连接到导电箔8的电导体6，导电箔8用于使电子电路系统连接到电导体6。在图1所示的实施例中，所示的箔8延伸到挡风玻璃2的周边外。然而，并不能将这看作是对本发明的限制，因为箔8可以设置在挡风玻璃2的周边内。
参考图2，并继续参考图1，挡风玻璃2由外部玻璃层10和内部玻璃层12形成，通过塑料夹层14，例如，聚乙烯醇缩丁醛，外层10和内层12接合在一起，使挡风玻璃形成一个整体结构。然而，外层10和内层12也可以是其它透明的刚性材料，例如，聚碳酸脂。电导体6可以设置在玻璃层10或玻璃层12的面朝内表面和面朝朝外表面上。电导体6可以是导线或导电薄片，在玻璃层10或玻璃层12的表面之一上以线路或薄片的形式喷涂导电涂层，或者在玻璃层10或玻璃层12的表面之一上以线路或薄片的形式分散导电颗粒。最理想的情况是，电导体6呈现肉眼根本看不见的宽度和/或厚度。
参考图3至图5，天线4的第二实施例包括一个或者多个设置在柔性衬底16上的电导体6。在图3和图4中，包括设置在其上的电导体6的部分柔性衬底16延伸到了挡风玻璃2的周边外，从而便于使电子电路系统连接到电导体6。然而，并不能将这看作是对本发明的限制，因为具有设置在其上的电导体6的柔性衬底16可以全部设置在挡风玻璃2的周边内。
如图4所示，柔性衬底16可以夹在玻璃层10与玻璃层12之间，其中电导体6对着玻璃层10或玻璃层12的朝内表面，或者对着塑料夹层14的朝朝外表面之一。作为一种选择，柔性衬底16可以设置在玻璃层10或玻璃层12的朝朝外表面上，其中电导体6朝向或背离所述朝朝外表面。为避免不希望地露出柔性衬底16和/或电导体6，与在玻璃层10或玻璃层12的朝朝外表面上定位柔性衬底16相比，更希望使柔性衬底16夹在玻璃层10和12之间。
柔性衬底16可以由任意适当柔性绝缘材料形成，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、超薄玻璃等。采用传统的光刻处理技术，可以利用粘合在柔性衬底16上的任意适当导电材料片形成要求图形的电导体6。通过在柔性衬底16上以要求的图形丝网印刷适当导电材料，或者通过在柔性衬底16上以要求的图形喷射适当导电材料，也可以在柔性衬底16上形成要求图形的电导体6。不能将在柔性衬底16上形成电导体6的图形的上述方法看作是对本发明的限制，因为可以采用任意适当方法在柔性衬底16上形成要求图形的电导体6。
参考图5和图6，并继续参考图3和图4，柔性衬底16延伸到挡风玻璃2周边以外的部分可以使电导体6夹在柔性衬底16与粘附到该电导体6的绝缘材料17之间。绝缘材料17可以由诸如Kapton(特拉华州，威明顿，E.I.DuPont de Nemoirs and Company Corporation的注册商标)的适当绝缘材料片形成，或者由用于保护电导体6的任意其它适当固体或液体绝缘材料形成。为了避免电导体6夹在衬底16与绝缘材料17之间的部分受潮和/或受微粒污染，绝缘材料17的端部终止在玻璃层10与玻璃层12之间。
为了避免夹在玻璃层10与玻璃层12之间的电导体6受潮和/或受微粒污染，在定位在玻璃层10与玻璃层12之间的柔性衬底16的电导体6一侧上，涂布热固粘合剂18。该热固粘合剂18覆盖夹在玻璃层10与玻璃层12之间的绝缘材料17的末端，而且在玻璃层10与玻璃层12之间延伸足够长的距离，以便当硫化时，热固粘合剂18与玻璃层10和玻璃层12以及塑料夹层14形成密封，它阻止夹在玻璃层10与玻璃层12之间的部分电导体6的受潮和/或受微粒污染。
压敏粘合剂19可以夹在柔性衬底16与塑料夹层14之间，用于在热硫化热固粘合剂18和塑料夹层14之前，固定夹在玻璃层10与玻璃层12之间的部分柔性衬底16的位置。
如图5所示，柔性衬底16包括至少部分环绕电导体6的接地导体7。使接地导体7连接到外部基准电压44，例如，大地，围绕电导体6形成接地环路。该接地环路防止不希望的电磁干扰影响电导体6的操作，电导体6的电容(capacity)作为天线4的谐振元素。此外，如图6所示，柔性衬底16对着电导体6的一侧还可以/或可以包括设置在其上的导电材料46，导电材料46可以连接到外部基准电压44。导电材料46可以是薄片、一条或者多条导线、丝网的形式，或者是确定法拉第屏蔽的任意其它形式，该法拉第屏蔽可以避免不希望的电磁干扰影响其电容作为天线4的谐振元素的电导体6的操作。
参考图7，并继续参考图3至图6，还/或在表面上，例如，玻璃层12的内表面上形成导电涂层48，而且导电涂层18连接到基准电压44，以避免不希望的电磁干扰影响其电容作为天线4的谐振元素的电导体6的操作。导电涂层48可以是透明的，也可以是有色的。如果是有色的，则导电涂层48可以具有两种用途天线4的接地板或者法拉第屏蔽以及挡风玻璃2的遮阳罩。尽管结合天线4的第二实施例进行了描述，但是，显然，当用于如图1和图2所示的第一实施例的天线4时，导电涂层48还可以设置在表面上，例如，玻璃层12的内表面上。正如所看到的那样，接地导体7、导电材料46和/或者导电涂层48之任一或组合可以用于防止不希望的电磁干扰影响其电容作为天线4的谐振元素的电导体6的操作。
参考图8，并继续参考前面的所有附图，连接到上述天线4的每个实施例中的电导体6的电路系统包括微处理器20、频率发生器22、谐振电路24、滤波电路26以及模数转换器28。连接风挡刮水器系统30以从微处理器20接收一个或多个控制信号，该控制信号以将在下面描述的方式，控制风挡刮水器系统30的操作。
微处理器20与诸如ROM存储器、RAM存储器、I/O缓冲器、时钟脉冲电路等的某些电子硬件通信，为了简化附图，图3中没有示出它们。软件程序存储在与微处理器20相连的存储器中，微处理器20在软件程序的控制下工作。在软件程序的控制下，微处理器20使频率发生器22输出具有预定振幅和预定频率的振荡信号。该预定频率可以在300kHz与700kHz之间，更具体地说，该预定频率在400kHz与600kHz之间。将该振荡信号送到与天线4耦合的谐振电路24。响应收到的振荡信号，谐振电路24输出其振幅与天线4的谐振频率相关的谐振信号。
谐振电路24包括用于将振荡信号与谐振信号隔离开的电阻器R1。谐振电路24还包括储能电路32，该储能电路32连接在天线4与位于电阻器R1对着频率发生器22的一侧上的基准电压34，例如，大地，之间。可以配置储能电路32，以以振荡信号的预定频率谐振。储能电路32包括并联在天线4与基准电压34之间的电阻器R2、电感器I1和电容器C1。
滤波电路26包括二极管D1，连接该二极管D1，以将谐振电路24输出的谐振信号传导到模数转换器28。在二极管D1对着谐振电路24的一侧与基准电压34之间，并联电容器C2和电阻器R3。电感器I2选择性地与电容器C2和电阻器R3并联。滤波电路26的输出是送到模数转换器28的过滤的整流信号。在微处理器20的控制下，模数转换器28对该过滤的整流信号进行采样，然后，将采样信号转换为微处理器20采样的等效数字信号。
为了检测挡风玻璃2上存在湿气，当挡风玻璃2的朝朝外表面上不存在湿气时，微处理器20使频率发生器22产生振荡信号。然后，当天线4收到该振荡信号时，通过采样模数转换器28输出的第一数字信号，微处理器20确定天线4响应该振荡信号。微处理器20存储该第一数字信号，供将来使用。
接着，当挡风玻璃2的朝朝外表面上存在湿气，例如，冷凝或扩散的诸如水的液体时，在天线4收到该振荡信号时，微处理器20采样模数转换器28输出的第二数字信号。
作为一种选择，当在挡风玻璃2的朝朝外表面上存在湿气，例如，冷凝或扩散的诸如水的液体时，微处理器20可以采样第一数字信号，而在挡风玻璃2的朝外表面上不存在湿气时，采样第二数字信号。这样，与挡风玻璃2上存在或者不存在湿气对应的第一数字信号，可以用作用于根据第二数字信号确定挡风玻璃2上何时存在或者不存在湿气的基础。下面将说明利用第一数字信号和第二数字信号确定挡风玻璃2上存在还是不存在湿气。
已经观察到，当在挡风玻璃2上靠近天线4的位置存在湿气时，滤波电路26输出的滤波整流信号具有不同的振幅。更具体地说，随着靠近天线4的挡风玻璃2上湿气的增加，滤波电路26输出的滤波整流信号增加或减小到某个极限值。例如，如果靠近天线4的挡风玻璃2上不存在湿气，则滤波整流信号具有第一振幅。然后，当靠近天线4的挡风玻璃2挡住了以小水滴形式的湿气时，滤波电路26输出的滤波整流信号具有与第一振幅不同的第二振幅。此外，当靠近天线4的挡风玻璃2上挡住了雾化水(diffused water)形式的湿气时，滤波电路26输出的滤波整流信号具有与第二振幅不同的第三振幅。
在振荡信号的预定频率，响应因为靠近天线4的挡风玻璃2上的湿气量增加导致天线4的谐振频率的变化而改变的天线4的阻抗导致这样改变振幅。更具体地说，响应靠近天线4的挡风玻璃2上的湿气增加，天线4的谐振频率升高。因此，例如，如果在靠近天线4的挡风玻璃2上存在雾化液体时，选择预定频率的振荡信号，以等于天线4的谐振频率，则在靠近天线4的挡风玻璃2上的湿气量从没有湿气到有雾化液体增加时，天线4的电阻减小，因此，滤波电路26输出的滤波整流信号的振幅减小。同样，例如，如果在靠近天线4的挡风玻璃2上不存在湿气时，则选择振荡信号的预定频率，以等于天线4的谐振频率，则在靠近天线4的挡风玻璃2上的湿气量从没有湿气到有雾化液体增加时，天线4的阻抗增大，因此，滤波电路26输出的滤波整流信号的振幅增大。因此，根据振荡信号的预定频率与天线4的谐振频率的关系，滤波电路26输出的滤波整流信号的振幅可以增大或减小。
耦合到电导体6的电子电路系统可以检测因为靠近导体6的挡风玻璃2上的湿气在没有湿气与雾化液体之间变化导致其谐振频率发生的变化。然而，已经观察到，当在接触用于挡住露水或薄雾的挡风玻璃2表面的情况下，设置电导体6或者衬底16时，最好检测挡风玻璃2的表面上的露水或薄雾。
接着，微处理器20将第一数字信号与第二数字信号进行比较，以确定靠近天线4的挡风玻璃2上存在的湿气量。更具体地说，微处理器20获得第一数字信号与第二数字信号之间的差值，并由此确定靠近天线4的挡风玻璃2上存在的湿气量。根据该确定，微处理器20将控制信号输出到风挡刮水器系统30，用于根据挡风玻璃2上的湿气量，控制其操作。
参考图9，并继续参考前面的所有附图，风挡刮水器系统30包括风挡刮水器电机控件36，用于从微处理器20接收控制信号；以及风挡刮水器电机38，连接到设置在挡风玻璃2上的风挡刮水器刮板40。如上所述，微处理器20送到风挡刮水器电机控件36的控制信号与微处理器20采样的第一数字信号与第二数字信号之间的差值有关。为了根据靠近天线4的挡风玻璃2上的湿气量控制风挡刮水器系统30，根据风挡刮水器系统30的要求控制，将微处理器20可以处理的数字差值的数值范围划分为各部分。例如，如果将数字差值的范围划分成两部分，则对应于差值中的上部数值范围的部分对应于以高速时操作风挡刮水器系统30，而差值中的下部数值范围对应于低速操作风挡刮水器系统30。因此，如果第二数字信号和第一数字信号的当前采样之间的差值在差值中的上部数值范围内，则微处理器20输出控制信号，该控制信号可以使风挡刮水器电机控件36控制风挡刮水器电机38，以以高速操纵风挡刮水器刮板40。同样，如果第二数字信号与第一数字信号的当前采样之间的差值在差值中的下部数值范围内，则微处理器20输出控制信号，该控制信号使风挡刮水器电机控件36控制风挡刮水器电机38，以以低速操纵风挡刮水器刮板40。
根据第二数字信号与第一数字信号的当前采样的差值，微处理器20和风挡刮水器电机控件36还可以启动风挡刮水器系统30的各种其它模式。这些模式可以包括单脉冲模式，使风挡刮水器刮板40一次性擦拭挡风玻璃2，例如，以除去挡风玻璃2上的露水或薄雾；连续工作循环脉冲模式，例如，在挡风玻璃2上有稳定的小水滴积累，但是这种积累还不足以保证风挡刮水器系统30低速运行；以及可变工作循环脉冲模式，根据挡风玻璃2上积累的湿气量和/或湿气率，改变风挡刮水器刮板40擦拭挡风玻璃2。
可以配置微处理器20，以输出两个或更多个不同的控制信号，响应挡风玻璃2上湿气量的变化，该控制信号使风挡刮水器系统30执行两个或更多个上述工作模式。如果挡风玻璃2上不存在湿气，微处理器20可以使风挡刮水器系统30断续或者不启动利用风挡刮水器刮板40擦拭挡风玻璃2。
参考图10a至图10d，示出了第一实施例和第二实施例的天线4的电导体6的各种不同实施例。图10a和图5示出了以蛇形图形形成的电导体6。图10b和图10c示出了从共同交汇点以分离关系延伸的三个并联的电导体6。正如图10b和图10c中的电导体6的虚线延长线所示，电导体6可以形成任意要求的长度。最后，在图10d中，两个并联电导体6从共同交汇点以分离关系延伸。此外，从图10d中的电导体6延伸的虚线表示电导体6可以具有任意要求的长度。
本发明与用于检测湿气的现有技术系统相比，具有几个优点。这些优点包括离开约一米，肉眼基本上看不见天线4；天线4可以设置在挡风玻璃2上的透明部分或不透明部分；天线4对灰尘不敏感；与可比尺寸的现有技术传感器相比，天线4可以检测更大区域上存在的湿气；天线4可以用于各种厚度和成分的衬底；以及与用于检测湿气的现有技术系统相比，本发明可以检测挡风玻璃2上存在更小的潮气水滴，例如露水或薄雾。
参考图11，而且返回去参考图8，本发明还可以用于检测一种或多种液体的液面，例如，车辆中的液体的液面。具体地说，天线4可以安装在不传导电磁的储液器42上。天线4优选靠近其下端安装在储液器42的外部。然而，并不能将这看作是对本发明的限制。可以配置储液器42，以容纳挡风玻璃洗涤液、散热液或者车辆使用的任意其它液体，可以利用天线4和图8所示的电子电路系统测量液体的液面。
为了检测储液器42中液体的液面，当储液器42内未容纳液体时，将振荡信号送到天线4的电导体6。采样并存储电导体6的第一响应，待将来使用。在储液器容纳液体的适当时间，采样电导体6对振荡信号的多个第二响应。将第二响应与第一响应分别进行比较。当第二响应与第一响应具有预定关系时，电子电路系统输出相应的控制信号，以激活适当的指示器，例如，“检验洗涤液体”、“检验散热液体”等。
显然，储液器42中的液体液面的下降导致天线4的第一响应与第二响应之间的差异减小。因此，当第二响应与表示液体液面降到预定水平的第一响应具有预定关系时，电子电路系统输出控制信号。为了便于检测天线4的谐振频率的变化，响应储液器42中存在液体，可以选择预定频率的振荡信号，以优化天线4阻抗的变化。类似的说明应用于因为挡风玻璃2上存在湿气而引起的天线4谐振频率的变化。
在车辆包含多个天线4时，在每个天线4和图8所示的电子电路系统之间连接复用器(未示出)。在微处理器20的控制下，复用器可以选择性地将电子电路系统分别连接到每个天线4，用于将适当频率的振荡信号送到每个天线4，而且用于检测每个天线4对于送来的振荡信号的响应。在软件程序的控制下，微处理器20可以调节频率发生器22输出的振荡信号的频率，以优化每个天线4的谐振频率的变化，从而检测存在或不存在特定液体。
参考优选实施例，对本发明进行了描述。通过阅读和理解前面的详细描述，其它人人可以设想进行修正和替换。例如，尽管结合检测挡风玻璃上的湿气进行了描述，但是，本发明还可以用于检测其它应用使用的刚性或柔性衬底表面上的湿气。同样，尽管结合检测安装在车辆上的储液器42中的液体液面进行了描述，但是，本发明还可以用于检测其它应用使用的储液器容纳的液体的液面。此外，尽管结合风挡刮水器系统30的控制过程进行了描述，但是，微处理器20还可以用于控制车辆头灯系统、车辆挡风玻璃除湿系统和/或要求根据衬底上存在湿气进行控制的基于车辆或非车辆的任意其它系统。此外，尽管利用导体优选连接电子电路系统的各种部件，但是，应该明白，通过适当的射频(RF)和/或光信号装置，可以在两个或更多个这些部件之间传送适当信号。最后，还可以配置微处理器20，以记录在衬底上检测到湿气的日期和/或者风挡刮水器系统30的操作范围，供随后进行检索和显示。该信息用于信息用途，例如，以确定一个月中下雨的天数，和/或估计何时需要更换风挡刮水器系统30的刮板。意在将本发明看作包括属于所附权利要求及其等同所述范围的所有这些修正和替换。
权利要求
1.一种湿气检测系统，包括电导体，设置在衬底的表面上，而且其谐振频率根据靠近该电导体存在的湿气量发生变化；振荡器，输出预定振幅和预定频率的振荡信号；谐振电路，耦合到该电导体，而且响应该振荡信号，用于输出其振幅与该电导体的谐振频率有关的谐振信号；滤波电路，响应该谐振信号，用于输出滤波整流信号；模数转换器，响应该滤波整流信号，用于输出与该滤波整流信号有关的数字信号；以及控制器，响应该数字信号，用于使另一个系统根据该数字信号工作。
2.根据权利要求1所述的系统，其中另一个系统是刮水器系统，它响应控制器，用于根据靠近该电导体存在的湿气量和/或者靠近该电导体累积的比率湿气(rate moisture)，调节从该电导体的附近去除的比率湿气。
3.根据权利要求2所述的系统，其中刮水器系统包括用于刮水的装置；而且刮水器系统响应数字信号，用于使刮水装置去除表面上的水。
4.根据权利要求1所述的系统，其中预定频率在(i)300和700kHz与(ii)400和600kHz之间之一。
5.根据权利要求1所述的系统，其中衬底是具有多个层叠在一起的透明片的车辆挡风玻璃；以及电导体插在各片之间。
6.根据权利要求1所述的系统，其中衬底是柔性衬底。
7.根据权利要求6所述的系统，该系统进一步包括具有多个层叠在一起的透明片的车辆挡风玻璃，其中柔性衬底插在透明片之间。
8.根据权利要求7所述的系统，该系统进一步包括设置在至少一个透明片的表面上的导电涂层。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述表面设置在柔性衬底对着电导体的一侧上。
10.根据权利要求6所述的系统，其中柔性衬底至少进一步包括如下之一(i)接地导体，设置在柔性衬底上，至少部分围绕该电导体；以及(ii)导电材料，对着该电导体，设置在柔性衬底的表面上，所述导电材料具有用于确定法拉第屏蔽的形式。
11.根据权利要求1所述的系统，其中谐振电路包括储能电路，具有并联在电导体与基准电压之间的电容器和电感器；以及电阻器，连接在振荡器与储能电路的电导体侧之间。
12.根据权利要求1所述的系统，其中滤波电路包括二极管，被连接，以使电流从谐振器流到模数转换器；以及电容器，连接在该二极管与该模数转换器相邻的一端与基准电压之间。
13.一种湿气检测器系统，包括设置在衬底上、用于导通电流的装置，该导通装置的谐振频率根据靠近该导通装置的湿气发生变化；振荡器，用于将预定振幅和预定频率的振荡信号输出到导通装置；用于响应振荡信号，输出其第二振幅与导通装置的谐振频率有关的谐振信号的装置，其中第二振幅不同于第一振幅；以及用于响应谐振信号，输出其数值与谐振信号的第二振幅有关的控制信号的装置。
14.根据权利要求13所述的湿气检测器，进一步包括刮水器系统，它响应控制器，用于根据靠近该导通装置的湿气量和/或者靠近该导通装置累积的比率湿气(rate moisture)，从该导通装置的附近刮去湿气。
15.根据权利要求13所述的湿气检测器，其中导通装置至少包括(i)一行或者多行导电材料，(ii)一片或者多片导电材料以及(iii)以一行或者多行和/或者一片或者多片的方式，分散的导电颗粒之一。
16.根据权利要求13所述的湿气检测器，其中衬底是包括多片层叠在一起的玻璃的挡风玻璃。
17.根据权利要求13所述的湿气检测器，其中导通装置插在各片玻璃之间。
18.根据权利要求13所述的湿气检测器，其中衬底是连接到薄片的柔性衬底；以及导通装置的谐振频率根据该薄片上的湿气发生变化。
19.根据权利要求18所述的湿气检测器，进一步包括刮水器系统，以与该薄片的可操作关系设置该刮水器系统，而且该刮水器系统响应控制信号，根据该薄片上的湿气量和/或者该片上的比率湿气累积刮该薄片。
20.根据权利要求18所述的湿气检测器，其中导通装置包括一行或者多行设置在柔性衬底上的导电材料。
21.根据权利要求18所述的湿气检测器，其中该薄片是包括多片层叠在一起的玻璃的挡风玻璃。
22.根据权利要求21所述的湿气检测器，其中柔性衬底插在各片玻璃之间。
23.根据权利要求18所述的湿气检测器，其中柔性衬底至少进一步包括如下之一(i)接地导体，设置在柔性衬底上，至少部分围绕该导通装置；以及(ii)导电材料，对着该导通装置，设置在柔性衬底的表面上，所述导电材料具有用于确定法拉第屏蔽的形式。
24.根据权利要求21所述的湿气检测器，进一步包括设置在至少一片的表面上的导电涂层。
25.根据权利要求24所述的湿气检测器，其中所述表面位于柔性衬底对着导通装置的一侧。
26.一种湿气检测方法，包括(a)提供其上设置了电导体的衬底；(b)如果靠近电导体不存在湿气，则利用振荡信号激励该电导体；(c)确定电导体对步骤(b)的激励的第一振幅；(d)当靠近电导体存在湿气时，利用振荡信号激励该电导体；(e)确定电导体对步骤(d)的激励的第二振幅，其中第二振幅不同于第一振幅，因为响应靠近电导体存在湿气，该电导体的谐振频率发生变化；以及(f)确定第一振幅与第二振幅之间的差值，其中该差值与靠近该电导体存在的湿气量有关。
27.根据权利要求26所述的方法，该方法进一步包括以与第一振幅与第二振幅之间的差值有关的比率，去除靠近该电导体的湿气。
28.根据权利要求26所述的方法，该方法进一步包括使衬底至少插在两片玻璃之间。
29.根据权利要求28所述的方法，该方法进一步包括在(i)衬底和(ii)至少一片玻璃至少之一上设置屏蔽装置。
30.根据权利要求28所述的方法，其中衬底是柔性的。
31.一种湿气检测系统，包括衬底；电导体，设置在衬底上；用于利用振荡信号激励该电导体的装置；以及用于响应该谐振信号和电导体，检测该电导体的谐振频率响应靠近该电导体存在的湿气量的变化而发生的变化的装置。
32.根据权利要求31所述的系统，其中衬底是柔性的。
33.根据权利要求31所述的系统，该系统进一步包括接触衬底的薄片。
34.根据权利要求33所述的系统，该系统进一步包括用于去除薄片上累积的湿气的装置；以及用于响应该检测装置，控制去除装置何时去除薄片上累积的湿气的装置。
35.根据权利要求34所述的系统，其中衬底设置在(i)薄片挡住累积的湿气的一侧和(ii)薄片不挡住累积的湿气的一侧之一上。
36.根据权利要求33所述的系统，其中利用多个接合在一起的薄片形成该薄片。
37.一种湿气检测系统，包括储液器；电导体，设置在储液器上；用于利用振荡信号激励该电导体的装置；以及用于响应该谐振信号和电导体，检测该电导体的谐振频率响应该储液器的液面的变化而发生的变化的，而且在检测的电导体的谐振频率的变化相当于小于储液器内要求的液体液面时，输出控制信号的装置。
38.根据权利要求37所述的湿气检测系统，其中电导体设置在位于储液器上的柔性衬底上。
全文摘要
湿气检测系统包括设置在衬底表面上的电导体。该电导体的谐振频率根据靠近该电导体存在的湿气量发生变化。振荡器输出具有预定幅度和预定频率的振荡信号。谐振电路连接到该电导体，并响应振荡信号和电导体的谐振频率，以输出其振幅与该电导体的谐振频率有关的谐振信号。滤波电路对该谐振信号进行整流和滤波，并将它送到模数转换器，该模数转换器输出与整流滤波谐振信号有关的数字信号。控制器响应该数字信号，使与衬底相连的系统根据数字信号工作。
文档编号G01N27/02GK1774359SQ200380109466
公开日2006年5月17日 申请日期2003年12月2日 优先权日2002年12月3日
发明者帕斯卡尔·巴圭尔德坚, 米歇尔·海格龙, 艾伦·R·霍克, 夸库·K·克拉姆 申请人:Ppg工业俄亥俄公司