CN101749683A - 用于低功率照明设备的自动除冰系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于具有发光面的低功率照明设备的自动除冰系统。该系统包括一个或多个检测器，用于检测冰、雾或雪可能出现在发光面上的条件。该系统进一步包括：热传导系统，用于将热量传导到发光面；和控制器，用于从一个检测器(或多个检测器)接收数据并确定冰、雾或雪在发光面上形成的可能性。如果冰、雾或雪在发光面上形成的可能性超过阈值，那么控制器使热传导系统工作。

Description

用于低功率照明设备的自动除冰系统
相关申请交叉参考
本申请要求于2008年12月12日提交的第61/122,059号的U.S.临时申请的优先权，其全部内容通过引证结合于此。
技术领域
本发明的示例性实施例涉及用于低功率照明设备的自动除冰系统。
背景技术
这些示例性实施例与LED照明应用结合在一起可以得到特定的应用，并将与其特定引用一起描述。然而，应当理解的是，本示例性实施例还可以用于其他类似的应用。
传统上，户外照明使用白炽照明设备。在冬季期间，产生并传导到白炽照明设备的发光面的热量通常足以阻止冰、雾和雪在发光面上的堆积和积聚。然而，对于户外照明，低功率照明设备变得越来越普及。这样的设备包括交通信号灯、铁路路旁的信号灯、区域照明设备、街道照明设备、隧道照明设备、建筑照明设备和使用一个或多个发光二极管(LED)的任何其他照明设备。
不幸的是，低功率照明设备通常产生和传导较少的热量到发光面，并且在冬季，当湿度、温度和风的条件是“适合的”时，冰、雾或雪可以积聚在诸如使用LED的交通信号灯的照明设备的发光面上。这种积聚可以使得将照明设备的发光面的大部分覆盖，从而阻止了照明设备执行其主要的功能：发射光或照亮一个信号。必然地，来自设备的亮度的缺少或降低将会引起安全性问题。例如，如果红色交通信号灯的发光面被大部分地阻挡，那么来自一个方向的汽车驾驶员将不能接收到停止信号并且将不能在需要停止时而停止，从而增加了交通事故发生的可能性。
用于检测照明设备的发光面上的冰、雾或雪的堆积的公知的系统是使用光学方法来检测堆积的。因此，这样的系统可以后感测(reactive)到照明设备的发光面上的已有的堆积。然而，测试发现阻止冰、雾或雪的堆积比将其移除更好。即，所需要的热量和时间更少。此外，当后感测系统检测到堆积时，照明设备的发光面已经被损坏了。因此，优选地，使用低功率照明系统的除冰系统，其为在先感测(proactive)而不是后感测的。
由于低功率照明设备变得越来越普及，所以与堆积在低功率照明设备的发光面上的冰、雾和雪相关联的问题也将变得越来越常见。因而，需要一种方法和装置，来移除和/或阻止低功率照明设备的发光面上的冰、雾或雪的堆积。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种自动除冰系统，用于具有发光面的低功率照明设备。该系统包括一个或多个检测器，用于检测可能在发光面上出现冰、雾或雪的条件。该系统进一步包括热传导系统，用于将热量传导到发光面；和控制器，用于从一个检测器(或多个检测器)接收数据并且确定在发光面上形成冰、雾或雪的可能性。如果在发光面上形成冰、雾或雪的可能性超过阈值，那么控制器使热传导系统工作。
根据本发明的另一方面，提供了一种自动除冰方法，用于具有发光面的低功率照明设备。该方法包括：检测可能在发光面上出现冰、雾或雪的一个或多个条件并接收一个条件(或多个条件)的数据。该方法进一步包括根据所接收的数据确定在发光面上形成冰、雾或雪的可能性，以及如果在发光面上形成冰、雾或雪的可能性超过阈值，那么将热量传导到发光面。
根据本发明的又一方面，提供了一种低功率照明系统。该系统包括具有置于其中的一个或多个LED的壳体和自动除冰系统。该壳体包括发光面。自动除冰系统包括用于检测可能在发光面上出现冰、雾或雪的条件的一个或多个检测器和用于将热量传导到发光面的热传导系统。自动除冰系统进一步包括控制器，用于从一个检测器(或多个检测器)接收数据并且确定在发光面上形成冰、雾或雪的可能性。如果在发光面上形成冰、雾或雪的可能性超过阈值，那么控制器使热传导系统工作。
附图说明
图1是结合本发明的各方面的低功率照明系统的框图；
图2是图1的低功率照明系统的除冰控制器的框图；以及
图3是结合本发明的各方面的低功率照明系统的透视图。
具体实施方式
本文披露了一种具有自动除冰系统的低功率照明设备。自动除冰系统检测冰、雾或雪可能在低功率照明设备的发光面上开始堆积的条件。这种条件包括，但是不限于，温度、湿度、大气压、风向和风速等。一旦检测到这样的条件，控制器就使热传导系统工作以阻止和/或移除低功率照明设备的发光面上的冰、雾或雪的堆积。
参考图1，示出了低功率照明系统100的框图。低功率照明系统100可以是(例如)交通信号灯、铁路路旁的信号灯、区域照明设备、街道照明设备、隧道照明设备、建筑照明设备或使用一个或多个发光二极管(LED)的任何其他照明设备。低功率照明系统通常包括外部电源102、可选的电源转换器(power converter)104、低功率光学引擎106、可选的内部光学器件(internal optics)108和发光面110。
在某些实施例中，外部电源102是来自(例如)公用事业公司的AC电压源。外部电源102可以可选地为DC电压源和/或由备用电池系统、发电机或其他类似的电源提供。
电源转换器(power converter)104接收来自外部电源102的输入电压并且将输入电压转换成低功率光学引擎106的需要的电压。这可以将输入电压转换成适当的电压电平以驱动低功率光学引擎106和/或将AC输入电压转换成DC电压。电源转换器104还可以用于将低功率光学引擎106与外部电源102隔离。例如，这可以利用变压器来实现。应当理解的是，如果来自外部电源102的输入电压适于驱动低功率光学引擎106，则可以将电源转换器104从低功率照明系统100中删除。
用于产生光的低功率光学引擎106从电源转换器104接收输出电压。低功率光学引擎106包括一个或多个发光二极管(LED)和/或其他的低功率光源。可以根据为低功率照明系统100分配的任务来选择LED和/或其他的低功率光源。例如，在停车灯的情况下，可以选择LED和/或其他低功率光源，以产生红光。
低功率光学引擎106所产生的光可选地穿过内部光学器件108。可以根据为低功率照明系统100分配的任务来选择内部光学器件108。例如，如果照明系统100是聚光灯，则内部光学器件108可以配置为将光会聚。光学器件可以进一步配置为调节低功率光学引擎106发出的光的颜色。
低功率光学引擎106产生的光通过照明组件100的发光面110射出，而不考虑该光是否穿过内部光学器件。在某些实施例中，发光面110是透明的和/或半透明的以使光能够自由地从其中穿过。发光面110还可以涂染色彩以调节低功率光学引擎106发出的光的颜色和/或包括防雾涂层、防眩光涂层和反射涂层中的一个或多个。因此，在停车灯的情况下，例如，发光面可以将低功率光学引擎106发出的光的颜色调节为红色。
低功率照明系统100进一步包括自动除冰系统112，自动除冰系统具有多个检测器114、控制器118、和热传导系统120。自动除冰系统112可以位于低功率照明系统100的内部或外部。如果自动除冰系统112位于低功率照明系统100的外部，则可以利用自动除冰系统112以改进一个或多个照明系统。此外，虽然一起描述了自动除冰系统112的组件，但是应当理解的是，他们是分离的部件，其可以用作照明设备的部件或组件。
检测器114中的每个检测器用于测量可以用于预测冰、雾或雪形成以及可能积聚在照明系统100的发光面110上的可能性的一个或多个条件。这样的条件包括，但不限于，温度、湿度、大气压、风向和风速、以及其他类似的条件。因此，第一检测器114a可以测量发光面110的温度，第二检测器114b可以测量湿度，第三检测器114c可以测量外部环境的温度，第四检测器114d可以测量大气压，以及第五检测器114e可以测量风向和风速。在一些实施例中，检测器114可以位于照明系统100的外部，并且可以在多个自动除冰系统之间共享。
控制器118从检测器114接收数据，并且确定是否需要将热量传导到低功率照明系统100的发光面110。控制器118通过分析所接收的数据并确定冰、雾或雪在发光面110上形成的可能性来作此确定。如果冰、雾或雪在发光面110上形成的可能性超过某个阈值(明确的或隐含的)，那么控制器118开始一段时间的热传导。当足够的热量传导到发光面110时这段时间的热传导结束，以避免无用的过量功耗。控制器118还可以配置为响应于手动刺激来启动一段时间的热传导。即，可以使用控制开关、IR、蓝牙、RF和其他非接触式设备来启动和结束一段时间的热传导。
根据成本效益分析而将阈值设置在这样一个级别，其中，自动除冰系统112的操作员认为冰、雾或雪积聚在发光面110上的风险在重要性上超过加热发光面110的能量成本。如果由于冰、雾或雪的积聚使得低功率照明系统100功能性损害，那么成本效益分析可以进一步包括可能损害的等级。例如，在铁路交汇处，损害的等级是非常高的，从而其阈值可能低于(例如)交通信号灯的阈值。在某些实施例中，该阈值还可以根据(例如)一天中的时间、一年中的时间、或与冰、雾或雪在发光面110上形成的风险无关的其他类似的条件而改变。
在分析所接收的数据时，控制器118可以遍历每个检测器114的数据并确定冰、雾或雪在发光面110上形成的可能性。例如，如果测量温度的检测器接收的数据指示温度低于华氏32度，那么冰、雾或雪在发光面110上形成的可能性可以为1，否则为0。应当理解的是，在所接收的数据未处理的情况下，检测器的分析仅仅是必要的。例如，检测器可以对所接收的数据执行机载(onboard)分析，并将冰、雾或雪在发光面110上形成的可能性返回到控制器118。在某些实施例中，对于每个检测器，还可以将冰、雾或雪在发光面110上形成的可能性标准化至(例如)在0和1之间。
不考虑控制器118是否需要分析所接收的数据，在确定冰、雾或雪在发光面110上形成的可能性时，控制器118可以使用对冰、雾或雪在发光面110上形成的可能性进行建模的一个或多个探试(heuristics)或等式。此外，不同的相对权重可以分配给检测器114中的每个检测器。例如，第一检测器(例如，114a)足以全部地和自行地触发一段时间的热传导，但是第二检测器(例如，114b)不可以。更合适地，需要将第二检测器与其他的检测器结合一起来触发一段时间的热。应当理解的是，该示例不需要明确的阈值。然而，阈值是隐含在示例中的，因为适当组合可以实现超过阈值的可能性。
参考图2，示出了低功率照明系统100的控制器118的框图。控制器118包括与(AND)门122和控制热传导系统120的功能块124。功能块124从多个检测器114b-e接收输入数据并基于此数据确定冰、雾或雪是否可能在发光面110上形成。当检测器114b-e中的两个检测器指示冰、雾或雪可能形成时，功能块124可以(例如)简单地指示此。由第一检测器114a和功能块124选通与门。因此，为了启动一段时间的热传导，两个选通因子(gating factor)均必须表明冰、雾或雪可能在发光面110上形成。
无论图2是怎么示出的，应当理解的是，可以使用控制器118的更复杂的实施例。此外，可以将控制器118实现在计算机或包括数字处理器(例如，微处理器、微控制器、图形处理单元(GPU)等)和存储器的其他数字处理设备内。在一些实施例中，通过用于存储可执行指令的存储介质(例如，通过数字处理器)来实施控制器118，以执行前述功能。例如，存储介质可以包括(例如)磁盘或其他磁性存储介质、光盘或其他光学存储介质、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、或其他电子存储设备或芯片或一组可操作的互连芯片(set of operatively interconnected chip)。
返回来参考图1，当控制器118确定有必要进行一段时间的热传导时，热传导系统120从控制器118接收控制信号。这段时间的热传导用于将热量传导到低功率照明设备100的发光面110并阻止冰、雾或雪在发光面110上形成。当已经传导了足够的热量时，热传导系统120可以进一步地从控制器118接收控制信号。
在某些实施例中，通过将电压施加到可以在低功率照明设备100的发光面上或内实施的导热材料上来实现热传导。例如，可以在低功率照明设备100的发光面110上或内使用电阻材料(resistivematerial)(例如，柔性的细线或导线)。在其他的实施例中，通过将电压施加到嵌入在低功率照明设备100的发光面110内的导热材料的粒子或纤维上来实现热传导。一般地，在诸如成型或铸造(附加的)的制造步骤期间将粒子或纤维嵌入，从而纤维或粒子是发光面110的完整部分，并且优选地尽可能少的干扰光的路径。
尽管列举了传导热量的方法，但是可以使用将热量传导到低功率照明设备100的发光面110的其他方法。此外，可以使用用于阻止冰、雾或雪的堆积的不是基于热传导的方法(如化学(表面涂层、表面织构)、机械(振动、冲击、擦拭)等方法)来替代热传导系统120。
参考图3，示出了低功率照明系统300的透视图。低功率照明设备300是交通信号灯，并且包括自动除冰系统302(部分示出)、壳体304和每个均具有发光面308的多个基于LED的光源306。多个电阻材料310置于每个发光面308内。由于低功率照明系统300是交通信号灯，所以多个基于LED的光源306对应地产生绿光、红光和黄光。
自动除冰系统302包括控制器(未示出)、一个或多个检测器(未示出)和通过多个电阻材料310实施的热传导系统。自动除冰系统302的组成部分基本上和图1-2所描述的有关。此外，控制器和/或一个或多个检测器可以在低功率照明系统300的外部或内部。
控制器从检测器接收数据并确定是否需要将热量传导到低功率照明系统300的发光面308。如果控制器确定需要将热量传导到发光面308，那么启动一段时间的热传导。这段时间的热传导使多个电阻材料310工作(即将电压施加在电阻材料上)，从而加热发光面308并阻止冰、雾或雪在其上的堆积。在足够的热量传导到发光面308之后，结束这段时间的热传导。
鉴于迄今为止所讨论的，应当理解的是，如本文所披露的，具有自动除冰系统的低功率照明设备的优点是：(1)检测冰、雾或雪在低功率照明设备的发光面上积聚的“想要的”条件；(2)阻止了使低功率照明设备不能执行其预期的功能的冰、雾或雪的堆积；(3)在冰、雾或雪开始在低功率照明设备的发光面上积聚之前开始一段时间的热传导；(4)不需要人工介入，自动地执行检测、控制和热传导功能；(5)除一年中当条件使得冰、雾或雪在发光面堆积的很少情况之外，时钟尽可能少地耗电；(6)不需要季节性变化、调整或安装，并且在整年昼夜不停地在起作用；(7)继续提供优于白炽照明设备的长寿命和高可靠性；以及(8)容易改进现有的照明固定装置，因为低功率照明设备本身不改变。不排除上述所列出的有点，并且对于本领域的普通技术人员，其他的有点将变得显而易见。
已参考优选实施例描述了示例性实施例。显然，本领域技术人员在阅读并理解了上述详细描述后可进行修改和替换。本示例性实施例旨在被解释为包括所有这种在所附权利要求或其等效替换的范围内的修改和替换。

Claims (20)

1.一种自动除冰系统，用于具有发光面的低功率照明设备，所述系统包括：
至少一个检测器，用于检测可能在所述发光面上出现冰、雾或雪的条件；
热传导系统，用于将热量传导到所述发光面；以及
控制器，用于从所述至少一个检测器接收数据并且确定在所述发光面上形成冰、雾或雪的可能性，其中，当在所述发光面上形成冰、雾或雪的所述可能性超过阈值时，所述控制器使所述热传导系统工作。
2.根据权利要求1所述的自动除冰系统，其中，所述至少一个检测器包括用于检测温度、相对湿度、大气压、以及风向和风速中的一个的检测器。
3.根据权利要求1所述的自动除冰系统，其中，所述热传导系统包括位于所述发光面上或嵌入在所述发光面内的导热材料。
4.根据权利要求3所述的自动除冰系统，其中，所述热传导系统包括位于所述发光面上或嵌入在所述发光面内的电阻材料。
5.根据权利要求1所述的自动除冰系统，其中，所述控制器根据所述至少一个检测器中的多个检测器的不同的相对权重来确定在所述发光面上形成冰、雾或雪的所述可能性。
6.根据权利要求1所述的自动除冰系统，其中，所述低功率照明设备是交通信号灯、铁路路旁的信号灯、区域照明设备、街道照明设备、隧道照明设备、或建筑照明设备。
7.根据权利要求1所述的自动除冰系统，其中，所述自动除冰系统安装在所述低功率照明设备的壳体内。
8.根据权利要求1所述的自动除冰系统，其中，所述控制器和/或所述至少一个检测器位于所述低功率照明设备的壳体外。
9.一种自动除冰方法，用于具有发光面的低功率照明设备，所述方法包括：
检测可能在所述发光面上出现冰、雾或雪的至少一个条件；
接收所述至少一个条件的数据；
根据所接收的数据确定在所述发光面上形成冰、雾或雪的可能性；以及
当在所述发光面上形成冰、雾或雪的所述可能性超过阈值时，将热量传导到所述发光面。
10.根据权利要求9所述的自动除冰方法，其中，所述至少一个条件是温度、相对湿度、大气压、以及风向和风速中的一个。
11.根据权利要求9所述的自动除冰方法，其中，经由位于所述发光面上或嵌入在所述发光面内的导热材料来传导所述热量。
12.根据权利要求11所述的自动除冰方法，其中，经由位于所述发光面上或嵌入在所述发光面内的电阻材料来传导所述热量。
13.根据权利要求9所述的自动除冰方法，进一步包括为所接收的所述至少一个条件中的多个条件的数据分配不同的相对权重，其中，在所述发光面上形成冰、雾或雪的所述可能性是使用所述相对权重来确定的。
14.根据权利要求9所述的自动除冰方法，其中，所述低功率照明设备是交通信号灯、铁路路旁的信号灯、区域照明设备、街道照明设备、隧道照明设备、或建筑照明设备。
15.根据权利要求9所述的自动除冰方法，其中，所述自动除冰方法在所述低功率照明设备的壳体内执行。
16.根据权利要求9所述的自动除冰方法，其中，所述自动除冰方法在所述低功率照明设备的壳体外执行。
17.一种低功率照明系统，包括：
壳体，具有置于该壳体中的一个或多个LED，其中，所述壳体包括发光面，以及
自动除冰系统，包括：
至少一个检测器，用于检测可能在所述发光面上出现冰、雾或雪的条件；
热传导系统，用于将热量传导到所述发光面；以及
控制器，用于从所述至少一个检测器接收数据并且确定在所述发光面上形成冰、雾或雪的可能性，其中，当在所述发光面上形成冰、雾或雪的所述可能性超过阈值时，所述控制器使所述热传导系统工作。
18.根据权利要求17所述的低功率照明系统，其中，所述至少一个检测器包括用于检测温度、相对湿度、大气压、以及风向和风速中的一个的检测器。
19.根据权利要求17所述的低功率照明系统，其中，所述控制器根据所述至少一个检测器中的多个检测器的不同的相对权重来确定在所述发光面上形成冰、雾或雪的所述可能性。
20.根据权利要求17所述的低功率照明系统，其中，所述自动除冰系统安装在所述壳体内。
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