CN103502788A

CN103502788A - 软管组件劣化监测系统

Info

Publication number: CN103502788A
Application number: CN201280021112.4A
Authority: CN
Inventors: J·J·哈斯特雷特尔
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2032-04-26
Also published as: BR112013027409B8; MX2013012600A; AU2012249621A1; BR112013027409B1; CA2834196C; BR112013027409A2; WO2012149161A1; EP2702380A1; CN103502788B; US9435709B2; AU2012249621B2; EP2702380B1; US20120278018A1; CA2834196A1; KR102028764B1; JP2014514577A; KR20140035910A; JP6126585B2

Abstract

本发明公开了一种用于检测软管劣化的系统和方法。在一个方面，软管劣化监测系统包括：软管组件，其包括具有第一导电层和第二导电层的软管；以及监测电路，其与所述第一和第二导电层电连接。所述劣化监测电路包括具有响应于变化的电压的非线性电气性质的电路元件。

Description

软管组件劣化监测系统

相关申请的交叉引用

本申请以美国公司Eaton Corporation和美国公民James JosephHastreiter的名义作为PCT国际专利申请提交于2012年4月26日，EatonCorporation是美国之外的所有国家/地区的指定申请人，而James JosephHastreiter只是美国的指定申请人，本申请要求2011年4月29日提交的序号为61/480,924的美国专利申请的优先权，该申请的全部公开内容通过引用的方式并入于此。

背景技术

高压增强液压软管一般在诸如掘土机之类的各种液压传动操作机器上使用，以在机器上或机器内采用的液压回路的多个运转部件之间提供柔性连接。此类软管可以包括空心的聚合物内管，在这种管子上，同心地施加连续的筒状增强材料层（例如，金属线或织物）以承受在内管中形成的径向和轴向压力。

许多应用都需要同时兼备高爆裂强度和长期抗疲劳强度的软管构造。使用传统技术，软管设计的爆裂强度可通过增加额外的增强材料和/或增强层而增加，一般不鼓励采取这种做法，因为这样会给软管柔性带来负面影响，另外也可通过统一增加每层增强材料的抗拉强度而增加，但是这样做会降低软管抗疲劳强度。

为了判定软管设计的鲁棒性，除了其它测试之外，软管制造商通常还对软管执行冲击测试以及爆裂测试。冲击测试通过对软管循环地施加液压，测量软管设计的抗疲劳故障的性能。另一方面，爆裂测试是破坏性液压测试，用于通过均匀地增加内压直到出现故障来判定软管的极限强度。基于这些以及其它测试，制造商可以估计软管寿命，软管寿命可用于判定软管的寿命何时结束并需要进行更换。

在某些情况下，需要以非破坏性和非毁灭性的方式检测液压软管出现故障的可能性。编号为7,555,936的美国专利中介绍了一种提供这种能力的解决方案，并且公开了在软管壁的两个平行的、至少部分导电的层之间连接监测电路。该监测电路观察到的电气性质变化可以指示软管壁结构的性质发生变化，进而指示软管壁即将发生故障。但是，即使借助此解决方案，也很难判定变化的电气性质实际上是否由软管壁的物理特性变化导致，或者变化的电气性质是由感应电子元件的变化导致，由连接监测电路与软管壁的线束的电气性质变化导致，还是仅由到软管壁的电气连接劣化导致。在这些情况下，即使软管壁的完整性未破坏，所观察的电气性质也可能发生改变。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种软管劣化监测系统。所述系统包括：软管组件，其包括具有第一导电层和第二导电层的软管；以及监测电路，其与所述第一和第二导电层电连接。所述劣化监测电路包括具有响应于变化的电压的非线性电气性质的电路元件。

本发明的第二方面涉及一种监测软管组件劣化的方法。所述方法包括跨连接在软管组件的第一与第二导电层之间的电路元件施加第一电压，同时检测所述电路元件的第一电气特性。所述方法进一步包括跨所述电路元件施加第二电压，所述第二电压不同于所述第一电压，同时检测所述电路元件的第二电气特性。所述方法还包括至少部分地基于所述第一和第二电气特性计算所述软管组件的电气特性。

本发明的第三方面涉及包括软管组件、监测电路和监测组件的软管劣化监测系统。所述软管组件包括第一导电层和第二导电层，所述监测电路包括电连接在所述第一导电层与所述第二导电层之间的二极管。所述二极管具有随着跨所述二极管施加的电压而非线性地变化的电阻。所述监测组件包括外壳和电路板，所述电路板位于所述外壳的通道内并包括朝着所述软管组件取向的电接触件。所述电接触件将所述监测电路电连接到所述第一和第二导电层。

附图说明

图1是采用故障检测器的示例性软管组件的部分截面图，所述故障检测器具有根据本发明的原理的各方面的示例性特征。

图2是示出被切掉一部分的采用适合用于图1中的软管组件的编织导电层的示例性软管的透视图。

图3是示出被切掉一部分的采用适合用于图1中的软管组件的螺旋线（wire）导电层的示例性软管的透视图。

图4是可在图1所示的软管的一部分上安装的监测组件的分解透视图。

图5是形成图4的监测组件的一部分的外壳的分解透视图。

图6是被图5的外壳围住的电路板的透视图。

图7是图6的电路板的侧视图。

图8是图6的电路板的俯视图。

图9是图6的电路板的示意性迹线图（trace view）。

图10是在与图1-3的软管组件结合的图4-10的监测组件中包括的监测电路的一般化示意图。

图11是图10的结合的监测组件和软管组件的组成部件的逻辑电路表示。

图12是可与图4-9的监测组件结合使用的诊断单元的示意图。

图13是用于监测图1的软管组件的结构完整性的方法的表示。

具体实施方式

现在详细地参考附图中示出的本发明的各个示例性方面。尽可能地，在整个附图中，使用相同的附图标记指示相同的或相似的结构。

现在参考附图1，示出示例性软管故障检测系统，一般指示为10。软管故障检测系统10包括软管组件，一般指示为12，以及与软管组件12进行电连接和物理连接的监测组件14。

软管组件12包括具有多层构造的软管，一般指示为16。在该实施例中，软管16一般是柔性的并包括由聚合材料（例如橡胶或塑料）或由取决于特定应用要求的其它材料制成的内管18、第一导电层20、中间层22、第二导电层24和外罩26。第一和第二导电层20、24定义软管组件12的电气特性，例如电阻。

在该实施例中，第一导电层20覆盖内管18，并且中间层22覆盖第一导电层20。第二导电层24覆盖中间层22。第一和第二导电层22、24可被配置为增强层。外罩26可以覆盖第二导电层24，并且外罩26例如可以包括由橡胶或塑料制成的挤压层。外罩26本身可以包括增强层。

中间层22的作用是至少部分地使第一和第二导电层20、24相互电绝缘。中间层22可以具有任何多样的构造。例如，中间层22可以由单层电阻材料构成。中间层22还可由多个层构成，其中至少一个层展现出电绝缘性质。也可以在中间层22中采用特定的复合材料，例如与聚合材料结合的织物。也可以利用具有其它各种构造的复合材料。复合材料还可以与其它材料结合使用以形成中间层22。

第一和第二导电层20、24一般延伸软管的整个长度并跨整个圆周。这通常是在导电层还充当增强层时的情况。中间层22还可以在软管的整个长度和圆周上延伸。但是还可以具有以下情况：其中第一和第二导电层20、24中的至少一者仅在软管长度的一部分和/或其圆周的一部分上延伸。在这种情况下，中间层22还可被配置为一般在包含部分导电层20、24的软管区域上延伸。部分中间层22可以位于软管内，以使第一和第二导电层20、24相互分离。

现在参考图2和3，第一和第二导电层20、24例如可以包括导电编织增强材料，如图2所示，或者包括导电螺旋增强材料层构成的交替层，如图3所示。编织增强材料可以由单层构成，也可以包括多个层。尽管图3示出双线螺旋增强布置，但是还应该理解，也可利用诸如四线和六线布置之类的其它配置。

第一和第二导电层20、24分别可以具有相同的配置，或者每个层也可以进行不同的配置。例如，第一和第二导电层20、24可以分别包括图2所示的编织材料，或者第一和第二导电层20、24中的一者可以包括编织材料，而第一和第二导电层20、24中的另一者可以包括图3所示的螺旋增强材料。此外，第一和第二导电层20、24可以包括单个增强材料板层或多个增强材料板层。第一和第二导电层20、24可以包括金属线、自然或合成纤维及织物，以及其它增强材料，前提是选定的材料导电。

再次参考图1，软管组件12可以包括软管接头，一般指示为30，用于将软管16流体耦合到另一组件。软管接头30可以具有各种不同配置中的任意一种，至少部分地取决于特定应用的要求。

在该实施例中，软管接头30包括短接管（nipple），一般指示为32，该短接管与软管16的内部啮合，软管接头30还包括套管（socket），一般指示为34，该套管与软管16的外部啮合。短接管32包括与软管16的内管18啮合的细长型筒状端部36。套管34的筒状端部38与软管16的外罩啮合。套管34和短接管32由导电材料构成。

可通过夹压覆盖软管16的套管34的端部38而将套管34和短接管32固定到软管16上。压接过程会使套管34的端部38变形，从而压紧短接管32与套管34之间的软管16。在该实施例中，短接管32和套管34上与软管16啮合的部分包括一些锯齿，当套管34被夹压以帮助将软管接头30固定到软管16上时，这些锯齿至少部分地嵌入到相对较软的软管材料内。这些锯齿可被配置为防止锯齿穿透内管和外罩并接触第一和第二导电层20、24。

在该实施例中，套管34包括向内延伸的周向凸缘40，该凸缘位于邻近软管16的末端44的套管34的末端42的附近。凸缘40与在短接管32中形成的对应周向槽46啮合，以便将套管34固定到短接管32上。具有凸缘40的套管34的末端42最初形成为大于短接管32，以允许将套管34安装到短接管32上。在组装过程期间，夹压套管34的末端42，此操作使套管34发生变形并强制凸缘40与短接管32中的对应槽46啮合。可通过在套管34与短接管32之间凸缘40与槽46啮合的位置上放置电绝缘环48来使套管34和短接管32电绝缘。

软管接头30还包括旋转地附接到短接管32的螺帽50。螺帽50提供用于将软管组件12固定在另一组件上的方式。

第一导电层20可被配置为延伸到软管16的内管末端之外。第一导电层20可以与短接管32接合以在短接管32与第一导电层20之间创建电连接。类似地，第二导电层24可被配置为延伸到软管16的外罩末端之外。第二导电层24可以与套管34接合以在套管34与第二导电层24之间创建电连接

为了帮助防止第一和第二导电层20、24延伸出软管16末端的部分相互接触，可以在第一和第二导电层20、24的暴露端之间放置电绝缘隔片52。隔片52可以一体地形成为用于将套管34和短接管32电绝缘的环48的一部分。还可通过将软管16的中间层22延伸出内管18和外罩26的末端来形成隔片52。隔片52还可被配置为与环48和软管16的中间层22分离的单独组件。

监测组件14可以具有任何多样的配置。一般而言，监测组件14可连接在软管组件12的一部分上，具体是连接在图1所示的部分上。监测组件14当安装在软管组件12上时，形成与软管组件12的物理和电连接，具体是分别连接到短接管32和套管34。一般而言，监测组件14检测软管组件12的电气特性，同时验证到短接管32和套管34的连接。下面结合图4-11进一步详细地描述示例性监测组件14。

现在参考图4-9，其中示出可安装在软管组件12的一部分上的监测组件实例14的其它结构细节。监测组件包括外壳100和电路板102。

在所示的实施例中，外壳100包括第一和第二壳体零件104a-b，这些零件被形成为相互接合以形成大致空心的筒状外壳100，该外壳的大小和位置被设计为围住软管组件12的端部。外壳100包括位于壳体零件104a-b中的至少一者内的通道106，在该通道内，可以放置和安装电路板以与软管组件12接合。在某些实施例中，通道106具有开口端107，允许引线进入外壳100并连接到电路板102。

壳体零件104a-b包括位于壳体零件的相对的配对边缘112上的互补的卡扣连接件108、110，以便壳体零件104a-b可通过能脱开的方式互连在一起。在另选实施例中，外壳100可由一个或多个壳体零件构成，并且可被构造为可围绕着软管组件12脱开或密封。在某些实施例中，壳体零件可由塑料形成，并且可以防风雨以保护电路板100。

当壳体零件104a-b接合在一起时，外壳100沿一端形成与螺帽50互补的基本上为六边形的内表面113。此外，在套管34的末端42上沿着外壳100周向地形成箍（band）114。箍114防止外壳沿螺帽50的方向滑离软管组件12，或者沿着软管16的长度向下滑动。此外，由于在该实施例中，螺帽50的直径一般小于软管16，因此外壳100不会沿着软管16的长度向下滑动。

现在具体参考图6-9，电路板102包括两对接触件116a-b、118a-b和电路元件122。在所示的实施例中，电路元件122为二极管，下面结合图10-13介绍其其它的细节。电路板102位于外壳100的通道106内，以便电路板的正面（即，电路板包括接触件116a-b、118a-b和电路元件122的一侧）朝着软管组件12取向。

在所示的实施例中，当位于通道106内时，第一对接触件116a-b分别设置为电连接到短接管32，第二对接触件118a-b设置为电连接到套管34。线连接垫120通过电路板迹线124分别连接到第一和第二对接触件116a-b、118a-b、以及电路元件122，以形成下面的图10-11所示的电路。线连接垫120可以接受焊接的或以其它方式电接合的线连接，所述线引向诊断单元，诊断单元的实例在图12中示出。

图10示出通过软管组件12形成以监测其劣化的电路200的一般示意图。电路200包括监测电路202，该电路在某些实施例中可以位于图4和6-9的电路板102上。监测电路202包括连接在套管34与短接管32之间的电路元件（示出为二极管204），从而将二极管连接在软管16的第一和第二导电层20、24之间。尽管在该实施例中示出二极管，但是可以理解，可使用任何电路元件，前提是该元件具有非线性电气性质，该性质包括响应于变化电压的非导通或低导通状态。

在使用中，监测电路202可用于检测软管的电气性质，例如软管的电阻。尽管可通过施加直接跨短接管32和套管34的电压来测试电气性质，但是这种配置可能产生错误读数，因为当电压源与软管组件12之间的故障连接发生在电接触件116a-b、118a-b上时，可能获取错误的故障信号。因此，针对电路元件204的导通和非导通状态使用不同电压电平上的两个或更多个读数允许验证开路状态不是特定读数的原因。

一般需要注意，尽管电路202旨在监测第一和第二导电层20、24的电气性质，但是软管组件12和监测组件14的其它特征也影响诊断单元做出的整个测量。图11示出整个电路200的示意性表示，其中包括软管组件12和监测组件14引入的各种电阻效应。在此说明中，二极管204跨软管组件12并联连接，该软管组件由软管电阻206（R_Hose）表示。

电路200中还存在其它电阻，并且在图11所示的示意性视图中进行说明。这些包括当接触件116a-b、118a-b电连接到套管34和短接管32时引起的电阻。这些电阻分别由接触电阻216、218（R_contact1、R_contact2）表示。此外，引向诊断单元的线的电阻被示出为电阻220、222（R_Wire1、R_Wire2），因为电路响应监测通常在诊断单元上发生。

一般而言，假设软管组件和监测组件中的接触电阻和线电阻在计算软管电阻期间以及在计算软管电阻的情况下保持恒定。如果电路元件（例如，二极管）的电压/电流特性是公知的，则其余未知的电路值为软管电阻206（R_Hose）、以及电路200的总电阻。为了获取这两个值，可执行两个测量以获取可用于推导未知值的读数。在某些实施例中，第一测量在二极管204处于导通（例如，正向偏压）状态下发生，第二测量在二极管204处于非导通（例如，反向偏压）状态下发生。

尽管在此处介绍的实施例中，二极管位于软管组件的连接端，但是可以理解，二极管和/或接触件可以位于沿着软管的任意处，例如位于软管组件的另一端。此外，尽管在此处介绍的实施例中，指出考虑了软管电阻，但是也可以考虑软管的电容效应，以及由接触组件的噪声导致的标称抗污染性。

现在参考图12，其中示出诊断单元300的示意图。诊断单元300例如可用于对图10-11中的电路200施加激励，并且推导软管组件12的电气特性。通过重复测量此电气特性，一段时间上的变化可以指示软管组件12内的软管16的劣化。

在所示的实施例中，诊断单元包括通过电阻器306（R_Scalar1）连接到一对线304a-b中的第一线304a的开关电压源302。在所示的实施例中，开关电压源302能够通过选择性地将5V源施加到线304a-b中的一者或另一者，在线304a-b上提供+5V或-5V信号。但是，在其它实施例中，开关电压源302可以包括附加的开关和/或电压电平或分压器。在所示的实例中，使用分压器开关311而将附加的电阻器312（R_Scalar2）选择性地并入到诊断单元300的电路内，从而在线304a-b上提供多个电平的正电压和负电压。

一对线304a-b从诊断单元300引到电路200，并且例如可以表示延伸到诊断单元的线的图10-11所示的另一端。在某些实施例中，一对线304a-b从软管组件12的位置引到控制面板，例如，上面安装软管组件12的车辆驾驶室内的面板。也可使用一对线304a-b的其它常规布置。

诊断单元300还包括连接到分析单元310的电压传感器308。电压传感器308跨一对线304a-b连接，并且指示电路内电流水平的输出被传递到分析单元310以执行一种或多种计算来判定软管组件12的电气特性。分析单元310可以采用任意数量的形式。在某些实施例中，分析单元310是被配置为执行程序指令的可编程电路。分析单元310的实施例可在包括分立电子元件的各种类型的电路、含逻辑门的封装或集成的电子芯片、利用微处理器的电路中实现，或者在包含电子元件或微处理器的单个芯片上实现。此外，诸如此处介绍的计算之类的分析单元310的各方面可以在通用计算机内或在其它任何电路或系统中实现。

在所示的实施例中，使用开关电压源302和/或开关式标量（scalar）电阻器306、312（使用分压器开关311）、电压传感器308和分析单元310，可以在诸如图10-11的电路200之类的电路中执行两个或多个测量。可使用具有相反极性的电压（例如，使用开关电压源302）或使用具有相同极性的不同电压（例如，结合使用分压器开关311与电阻器306、312）执行这些测量。例如，第一测量可以是使用具有用于正向偏置二极管的大小和极性的第一电压的电压测量（例如，电压传感器308的输出）。第二测量可以是使用用于反向偏置二极管的电压大小和极性在电压传感器308上的电流测量。一般而言，相对于用于第一测量的电压极性，第二测量可仅为使用负极性电压的测量，例如，使用开关电压源。另选地，如果使用在正向电压电平下具有非导通状态的另一器件或电路替换二极管，则可以针对第二测量使用正极性电压。这些测量可用于推导电路200的电气特性，例如电阻，可通过该特性推导出软管电阻206（R_Hose）和接触电阻210（R_contact）。

在其中需要更精确的电阻的某些实施例中，可以执行第三测量，这样允许更好地计算二极管的特性。例如，第三测量可以是在用于正向偏置二极管的极性上的测量，但是使用标量电阻或与用于第一测量的电压不同的电压（例如，使用包括开关式标量电阻器312和分压开关311的分压电路）。下面结合图13介绍有关能够使用分析单元执行的特定计算的其它细节。

图13是用于监测图1中的软管组件的结构完整性的方法400的表示。方法400示出用于使用具有对电压和/或电流的非线性响应的电路元件测量软管组件12的电气特性的方法实例。在某些实施例中，并且在此处介绍的示例性测量实例中，方法400可用于具有跨短接管32与套管34而连接的二极管（例如，二极管204）的电路，从而在第一与第二导电层20、24之间连接二极管。

根据所示的实施例，可以跨电路元件施加第一电信号（例如，电压或电流）（步骤402）。在某些实施例中，第一电信号可由开关电压源302产生，并且可被配置为使二极管被反向偏置，例如施加大约-5V的电压。软管组件和监测组件（例如，图10-11所示的集合电路）的第一电气性质可以在施加第一电信号时而被判定（步骤404）。第一电气性质例如可以基于使用图12中的电压传感器308而观察到的电压。在上面的电路200的实例中，当二极管被反向偏置时，所观察到的电压将允许基于接触电阻和线电阻以及软管电阻206（R_Hose）观察电气特性总电阻。这是因为如果正确地连接到软管组件12，则二极管将近似开路。第一总电阻（R_T1）可通过以下方程表示：

R_T1=R_C+R_H

可通过跨电路元件施加第二电信号来执行第二测量（步骤406），以使二极管正向偏置。在该设置中，软管组件和监测组件的电气性质可以在施加第二电信号时而被再次判定（步骤408）。在包括二极管204的电路实例200中，由于二极管相对于施加的电压具有非线性关系，因此电流将通过二极管，并且二极管将近似具有某一电阻分量（R_D2）的闭路，该电阻分量具有二极管电流（I_D2）和二极管正向电压（V_D2）的二极管特性。在该设置中，二极管的电阻可通过以下方程表示，其中I_T2是总电流：

R_{D 2} = \frac{V_{D 2}}{I_{D 2}} = \frac{V_{D 2}}{I_{T 2} - \frac{V_{D 2}}{R_{H}}}

可以使用分流方程计算通过二极管204的电流，其中一部分电流通过二极管，一部分电流通过软管电阻（R_Hose）。该电流通过以下方程表示：

I_{D 2} = I_{T 2} - \frac{V_{D 2}}{R_{H}}

因此，电阻分量（R_D2）可表示为：

R_{D 2} = \frac{V_{D 2}}{I_{D 2}} = \frac{V_{D 2}}{I_{T 2} - \frac{V_{D 2}}{R_{H}}}

电路的第二总电阻（R_T2）将是接触电阻与并联的软管电阻和二极管电阻的组合，表示如下：

R_{T 2} = R_{C} | \frac{R_{H} \times R_{D 2}}{R_{H} + R_{D 2}}

由于通过电路200的总电流（I_T1和I_T2）可被分析单元310计算为（电压302减去电压传感器308）除以标量电阻306和/或312，第一和第二总电阻（R_T1和R_T2）可被计算为电压传感器308除以总电流（I_T1和I_T2）。

在判定整个电路的电气特性之后，分析单元310可以计算归因于软管组件12的电气特性（步骤414）。在上述执行两个测量的实例中，可根据下面的方程，通过从第一总电阻（其中二极管充当开路）减去第二总电阻（R_T2）（其中二极管充当与软管电阻并联的电阻器）而判定软管电阻：

R_{T 1} - R_{T 2} = R_{H} - \frac{R_{H} \times R_{D 2}}{R_{H} + R_{D 2}} = R_{H} - \frac{R_{H} \times \frac{V_{D 2}}{I_{T 2} - \frac{V_{D 2}}{R_{H}}}}{R_{H} + \frac{V_{D 2}}{I_{T 2} - \frac{V_{D 2}}{R_{H}}}}

求解软管电阻206（R_Hose）导致以下方程：

R_{H} = R_{T 1} - R_{T 2} + \frac{V_{D 2}}{I_{T 2}}

可在上面的方程中使用假设的二极管电压，或者为了实现更精确地计算软管组件的电气特性，可以执行另外的测量以计算正向二极管正向偏压（V_D2）。在某些实施例中，可通过跨电路元件施加第三电信号执行第三测量（步骤410），以便正向偏置二极管，但是所用的电压不同于步骤406中的第二测量使用的电压。这例如可通过在较低或较高的电压源中进行切换，或者通过包括开关启动式标量电阻来实现。在该设置中，软管组件和监测组件的电气性质可以在施加第三电信号时而被再次判定（步骤412）。总电阻（R_T3）的推导方法与总电阻（R_T2）的推导方法相同。

R_{T 2} - R_{T 3} = \frac{R_{H} \times R_{D 2}}{R_{H} + R_{D 2}} - \frac{R_{H} \times R_{D 3}}{R_{H} + R_{D 3}}

T_{T 2} - R_{T 3} = \frac{R_{H} \times \frac{V_{D 2}}{I_{T 2} - \frac{V_{D 2}}{R_{H}}}}{R_{H} + \frac{V_{D 2}}{I_{T 2} - \frac{V_{D 2}}{R_{H}}}} - \frac{R_{H} \times \frac{V_{D 3}}{I_{T 2} - \frac{V_{D 3}}{R_{H}}}}{R_{H} + \frac{V_{D 2}}{I_{T 3} - \frac{V_{D 3}}{R_{H}}}}

R_{T 2} - R_{T 3} = \frac{R_{H} \times V_{D 2}}{R_{H} \times I_{T 2} - V_{D 2} + V_{D 2}} - \frac{R_{H} \times V_{D 3}}{R_{H} \times I_{T 3} - V_{D 3} + V_{D 3}}

R_{T 2} - R_{T 3} - \frac{R_{H} \times V_{D 2}}{R_{H} \times I_{T 2}} - \frac{R_{H} \times V_{D 3}}{R_{H} \times I_{T 3}}

R_{T 2} - R_{T 3} = \frac{V_{D 2}}{I_{T 2}} - \frac{V_{D 3}}{I_{T 3}}

在图10-11所示的二极管实例中，二极管的正向偏压在第二和第三测量中可能不同（V_D2，V_D3），例如因为所施加的电压不同。因此，并非假设在不同的二极管激励水平下正向偏压相同（V_D2，V_D3），而是可以假设：

V_D3=K×V_D2

其中K是较高二极管激励导致的二极管电压增加，并且Is是二极管的反向偏置饱和电流，然后可以使用二极管方程判定二极管电压之间的以下关系：

K = \frac{V_{D 3}}{V_{D 2}} = \frac{\ln \frac{I_{D 3}}{I_{S}}}{\ln \frac{I_{D 3}}{I_{S}}} = \frac{\ln I_{D 3} - \ln I_{S}}{\ln I_{D 2} - \ln I_{S}}

如果可接受较低的精确度，则K可以近似为常数，甚至近似等于1。

因此

\begin{matrix} R_{T 2} & R_{T 3} = \frac{V_{D 2}}{I_{T 2}} & \frac{K \times V_{D 2}}{I_{T 3}} \end{matrix}

I_T2×I_T3×(R_T2-R_T3)=I_T3×V_D2-I_T2×K×V_D2

I_T2×_IT3×(R_T2-R_T3)=(I_T3-K×I_T2)×V_D2

V_D2=V_D3÷K=I_T2×I_T3×(R_T2-R_T3)÷(I_T3-K×I_T2)

该V_D2计算值可以在软管电阻计算中使用，如下所示：

R_{H} = R_{T 1} - R_{T 2} + \frac{V_{D 2}}{I_{T 2}}

现在总体参考图13，看到可以定期执行两个或更多个测量以及相关计算，其中所计算的软管电阻206（R_Hose）或软管的其它电气特性在分析单元310中跟踪。在此类设置中，例如由软管16的一个或多个层18-26的故障导致所计算的即将发生的软管故障的变化。

大接触电阻（R_C）的检测，以及线电阻与监测单元连接器和开关电阻的组成，对于检测软管感测电路的故障非常重要。R_C可通过以下任一方程计算：

R_T1=R_C+R_H

R_{T 2} = R_{C} + \frac{R_{H} \times R_{D 2}}{R_{H} + R_{D 2}}

R_{T 3} = R_{C} + \frac{R_{H} \times R_{D 3}}{R_{H} + R_{D 3}}

上面的说明书、实例和数据提供了对本发明的复合材料的制造和使用的完整描述。由于可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下做出本发明的许多实施例，因此本发明存在于本文所附的权利要求中。

Claims

1.一种软管劣化监测系统，包括：

软管组件，其包括具有第一导电层和第二导电层的软管；

监测电路，其与所述第一和第二导电层电连接，所述监测电路包括具有响应于变化的电压的非线性电气性质的电路元件。

2.根据权利要求1的软管故障检测系统，进一步包括诊断单元，该诊断单元被配置为跨所述电路元件施加多个不同的电压。

3.根据权利要求2的软管故障检测系统，其中所述诊断单元被设置为远离所述软管组件。

4.根据权利要求1的软管故障检测系统，进一步包括监测组件，该监测组件包括外壳和电路板，所述电路板位于所述外壳的通道内并包括朝着所述软管组件取向的电接触件，所述电接触件将所述监测电路电连接到所述第一和第二导电层。

5.根据权利要求1的软管故障检测系统，其中所述电路元件包括跨所述第一和第二导电层而连接的二极管。

6.根据权利要求5的软管故障检测系统，其中所述二极管具有电阻，该电阻随着跨所述二极管施加的电压而非线性地变化。

7.根据权利要求1的软管故障检测系统，其中所述监测电路至少部分地并入在安装到所述软管组件上的监测组件中。

8.一种监测软管组件劣化的方法，所述方法包括：

跨连接在软管组件的第一与第二导电层之间的电路元件施加第一电压；

在施加所述第一电压时，检测所述电路元件的第一电气特性；

跨所述电路元件施加第二电压，所述第二电压不同于所述第一电压；

在施加所述第二电压时，检测所述电路元件的第二电气特性；以及

至少部分地基于所述第一和第二电气特性计算所述软管组件的电气特性。

9.根据权利要求8的方法，进一步包括：

跨所述电路元件施加第三电压，所述第三电压不同于所述第一和第二电压；

在施加所述第三电压时，检测所述电路元件的第三电气特性。

10.根据权利要求8的方法，其中所述第二电压是与所述第一电压相反的电压。

11.根据权利要求8的方法，其中计算所述软管组件的电气特性包括计算所述软管组件的电阻。

12.根据权利要求11的方法，其中所述软管组件的电阻使用以下方程计算：

R_{H} = R_{T 1} - R_{T 2} + \frac{V_{D 2}}{I_{T 2}} .

13.根据权利要求8的方法，进一步包括计算所述电路的电气特性，其中所述电路的异常电气特性的计算表示在所述监测组件中发生的电路故障。

14.根据权利要求13的方法，其中计算所述电路的电气特性包括计算大接触电阻。

15.一种软管劣化监测系统，包括：

软管组件，其包括具有第一导电层和第二导电层的软管；

监测电路，其包括电连接在所述第一导电层与所述第二导电层之间的二极管，其中所述二极管具有随着跨所述二极管施加的电压而非线性地变化的电阻；以及

监测组件，其包括外壳和电路板，所述电路板位于所述外壳的通道内并包括朝着所述软管组件取向的电接触件，所述电接触件将所述监测电路电连接到所述第一和第二导电层。