CN109425372A - 使用电容感测霜和冰积聚 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用电容感测霜和冰积聚。所述电容感测系统包括：第一电容器，其由金属热交换器的部分和与所述金属热交换器电隔离的传感器电极形成；振荡回路振荡器，其包括第二电容器和彼此并联连接且与所述第一电容器并联耦合的电感器；以及电路，其耦合到所述振荡回路振荡器。耦合到所述振荡回路振荡器的所述电路经配置以确定所述振荡回路振荡器的谐振频率，基于所述振荡回路振荡器的所述谐振频率确定电容值，确定所述电容值大于预定义阈值，以及响应于确定所述电容值大于所述预定义阈值而发射加热器激活命令。

Description

使用电容感测霜和冰积聚

相关申请的交叉参考

本申请要求2017年8月31提交的标题为“对热交换器上的霜和冰形成的自动连续监测(Automated Continuous Monitoring Of Frost And Ice Formation On HeatExchangers)”的第62/552,911号美国临时专利申请的优先权，且所述美国临时专利申请的全部内容由此以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及使用电容感测霜和冰积聚。

背景技术

制冷设备通过热交换器的冷外表面与流过热交换器的外表面的流体(例如相对较暖的空气)之间的热交换来提供冷却。较暖的流体将能量损失到相对较冷的热交换器，从而冷却流体。当流体是空气时，空气中水蒸气在热交换器的外表面上冷凝并形成霜和/或冰的可能性是可能的。

发明内容

根据本公开的至少一个实例，用于感测霜和冰积聚的电容感测系统包括：第一电容器，其由金属热交换器的部分和与所述金属热交换器电隔离的传感器电极形成；振荡回路振荡器，其包括第二电容器和彼此并联连接且与第一电容器并联耦合的电感器；以及电路，其耦合到振荡回路振荡器。耦合到所述振荡回路振荡器的所述电路经配置以确定所述振荡回路振荡器的谐振频率，基于所述振荡回路振荡器的所述谐振频率确定电容值，确定所述电容值大于预定义阈值，以及响应于确定所述电容值大于所述预定义阈值而发射加热器激活命令。

根据本公开的至少一个实例，用于感测霜和冰积聚的电容感测系统包括：第一电容器，其由金属热交换器的部分和与金属热交换器电隔离的传感器电极形成；和印刷电路板。印刷电路板包括：振荡回路振荡器，其包括第二电容器和彼此并联连接且与第一电容器并联耦合的平面螺旋电感器；和电容/数字转换器，其耦合到振荡回路振荡器。

根据本公开的至少一个实例，用于感测霜和冰积聚的电容感测系统包括：第一电容器，其由金属热交换器的部分和与金属热交换器电隔离的传感器电极形成；和印刷电路板。印刷电路板包括：振荡回路振荡器，其包括第二电容器和彼此并联连接且与第一电容器并联耦合的电感器；电容/数字转换器，其耦合到振荡回路振荡器且经配置以确定所述第一电容器和所述第二电容器的电容值且输出电容值的指示；以及处理器，其耦合到电容/数字转换器。处理器经配置以接收由电容/数字转换器输出的电容值的指示，且经进一步配置以比较由电容/数字转换器输出的电容值的指示与预定义阈值电容值，确定由电容/数字转换器输出的电容值的指示超出预定义阈值电容值，以及响应于确定由电容/数字转换器输出的电容值超出预定义阈值电容值而发射加热器激活命令。

附图说明

为了详细描述各种示例，现在参考附图，在附图中：

图1展示根据各种实例的用于通过电容感测来感测霜和冰积聚的系统；

图2展示根据各种实例的热交换器和电容传感器电极；

图3展示根据各种实例的热交换器和另一电容传感器电极；

图4展示根据各种实例的电容感测电路；

图5展示根据各种实例的用于通过电容感测来感测霜和冰积聚的另一系统；

图6展示根据各种实例的用于通过电容感测来感测霜和冰积聚的又一系统；

图7展示根据各种实例的电容与时间的曲线图；

图8展示根据各种实例的方法的流程图；

图9展示根据各种实例的包含具有多通道电容感测的电容感测电路的用于感测霜和冰积聚的系统；且

图10展示根据各种实例的包含具有多通道电容感测的电容感测电路的用于感测霜和冰积聚的另一系统。

具体实施方式

制冷设备中的热交换器灰积聚霜和冰，其干扰热交换器的表面与空气流之间的有效热交换。这种霜和冰是由流过热交换器表面的空气中存在的水蒸气的冷凝继之以水滴的冻结而产生。随着霜和冰的积聚，热交换器表面对空气的冷却变得越来越低效。在一些系统中，提供加热器，其熔化霜和冰的积聚。一些系统在基于时间的开环模式下执行热循环，这导致过早地或不必要地执行加热循环或者过于频繁地执行加热循环。在任一状况下，结果都会降低制冷或冷却效率。其它系统感测随时间推移的温度改变，并在温度改变超出预定义阈值时触发加热循环。然而，温度改变非常小，以至于实现所需的精确测量以依赖于此反馈，这是因为热循环触发机制是一个挑战。

本公开教示形成一种电容器，其具有由金属热交换器的表面的一部分提供的一个板和由接近于金属热交换器定位的电隔离电极提供的第二板。此电容器的特征在于电容值，所述电容值基于电容器的介电强度的改变而随时间变化，其中此介电强度是金属热交换器的表面的一部分上的水、霜和/或冰的量的函数，所述金属热交换器提供此电容器的一个板。通过高精度地确定此电容器的电容值，可以推断出金属热交换器上的冰、霜和/或水积聚的程度。此电容值可进一步用以启动加热循环以熔化和移除积聚的霜和冰且用以关闭加热循环。举例来说，当所感测的电容超出电容阈值时，系统打开加热器。当霜和冰熔化时，其变成水。水的介电常数明显高于霜和冰。当霜和冰变成水时，感测到的电容首先迅速增加，且当水从金属热交换器表面排出时，感测的电容迅速减小。可以定义各种标准或规则来决定何时关闭加热器。

图1展示根据各种实例的用于通过电容感测来感测霜和冰积聚的说明性电容感测系统100。系统包括制冷单元102。在实例中，单元102包括金属热交换器104和加热器106。在实例中，金属热交换器104具有金属表面，但包括不是金属的其它组件。在实例中制冷单元102是制冷机、冷冻机或空调。当打开时，加热器106熔化积聚在金属热交换器104的表面上的霜和冰。电容器108由金属热交换器104的表面的部分和电容传感器电极110形成。电容传感器电极110具有各种形式。在实例中，电容传感器电极110极为接近金属热交换器104的表面而定位。在实例中，电容传感器电极110呈平面形式。在实例中，电容传感器电极110呈套管状形式。系统100进一步包括子系统112，其经配置以确定电容器108的电容值，比较电容值与预定义阈值，且当电容值满足或超出预定义阈值时打开加热器106。子系统112以多种方式确定电容值。在实例中，子系统112通过确定包含电容器108的振荡回路振荡器410的谐振频率而确定电容器108的电容值。在实例中，子系统112通过将电容器108充电到第一已知电压且通过已知电阻将电容器108对地放电、测量从第一已知电压放电到第二已知电压所耗费的时间且基于这些已知值确定电容值来确定电容器108的电容值。在实例中，子系统112使用测量电容的其它方法确定电容器108的电容值。

在实例中，当满足标准或规则时子系统112进一步关闭加热器106。举例来说，子系统112在从打开加热器106开始经过预定时间间隔之后关闭加热器106。举例来说，子系统112在电容值上升到最大值并开始减小之后关闭加热器106。举例来说，子系统112在电容值上升到最大值，快速减小到较低的电容值且接着保持稳定的电容值之后关闭加热器106。在实例中，其它标准用于触发关闭加热器106。

图2展示说明性电容器200。电容器200包括电连接到接地204的金属热交换器202的表面的部分。在实例中，接地204连接到例如制冷单元的封闭系统的底盘。在实例中，接地204连接到例如制冷单元的封闭系统中的共用线。电容器200进一步包括由线网(例如，互连线网)形成的电容传感器电极206。在实例中，线网包括金属。在实例中，线网包括铜、不锈钢和/或铝。电容传感器电极206连接到促使连接到外部电路(未明确展示)的外部引线208。

图3展示说明性电容器300。电容器300包括电连接到接地304的金属热交换器302的表面的部分。在实例中，接地304连接到例如制冷单元的封闭系统的底盘。在实例中，接地304连接到例如制冷单元的封闭系统中的共用线。电容器300进一步包括电容传感器电极306，其通过对金属薄片穿孔且接着拉伸穿孔的金属薄片而形成。在实例中，穿孔的金属薄片包括铜、不锈钢和/或铝。电容传感器电极306连接到促使连接到外部电路(未明确展示)的外部引线308。期望电容传感器电极206、306是开放的且提供空气的自由流动。

图4展示说明性电容感测电路400。电路400包括第一电容器402(例如，图1-3中所描述的电容器)和振荡回路振荡器410。振荡回路振荡器410包括第二电容器404、电感器406和变频振荡器408。第一电容器402、第二电容器404和电感器406均彼此并联。电容感测电路400的谐振频率取决于电感器406的电感值且取决于与第二电容器404并联的第一电容器402的总电容。展示第一电容器402与电路的右侧分离以表明第一电容器402可远离电路400的剩余部分而定位。此远端位置不改变此电路400的功能的性质。可跨频率的范围变化或扫描变频振荡器408的频率以得到电容感测电路的谐振频率。在实例中，与电容感测电路400分离的集成电路控制变频振荡器408以跨频率的范围扫描到振荡回路振荡器的频率输入。

由于第二电容器404的电容是已知的，电感器406的电感是已知的，且振荡器408的频率当跨频率的范围扫描时是已知的，因此可基于第二电容器404的谐振频率、电感和电容的已知值确定第一电容的未知电容值。更具体地说，可从谐振频率的等式确定第一电容器的电容：

其中F是谐振频率，L是电感器406的电感值，且C是第一电容器402和第二电容器404的总电容。可转换此等式以得到第一电容器的电容，如下所示：

其中F是谐振频率，L是电感器406的电感值，C₁是第一电容器402的电容值，C₂是第二电容器404的电容值，且C＝C₁+C₂。

图5展示根据各种实例的用于通过电容感测来感测霜和冰积聚的另一说明性系统500。系统500包括制冷单元502，所述制冷单元502包括金属热交换器504和加热器506。第一电容器508由金属热交换器504的表面的部分和电容传感器电极形成，但此处用电容器符号表示电容器508，以便于理解。

第一电容器508耦合到电容感测电路510。振荡回路振荡器410包括第二电容器520、电感器522和可调整频率振荡器524。第二电容器520、电感器522和可调整频率振荡器524均彼此并联连接且与第一电容器508并联。第一电容器508与电容感测电路510之间的切割线用以说明耦合可跨一定距离发生。在实例中，第一电容器508与电容感测电路510分隔的距离介于1英寸与1英尺到10英尺范围内。电容感测电路510包括电容/数字转换器526和振荡回路振荡器410。在实例中，电容/数字转换器526是集成电路。在实例中，可调整频率振荡器524集成在电容/数字转换器526内。

电容/数字转换器526变化可调整频率振荡器524的频率以得到振荡回路振荡器410和第一电容器508的谐振频率。基于谐振频率且基于电感器522的已知电感，电容/数字转换器526确定第一电容器508和第二电容器520的并行组合的电容。在实例中，电容/数字转换器526将第一电容器508和第二电容器520的并行组合的电容转换成数字表示且将此总电容值的此数字表示输出到处理器512。在其它实例中，电容/数字转换器526确定第一电容器508的电容值，数字化所述值，且将第一电容器508的电容的此数字表示输出到处理器512。

在实例中，电容感测电路510经实施为印刷电路板(PCB)。在实例中，电容感测电路510包括多个独立电容感测通道，其各自包括与耦合到变频振荡器的电感器串联的电容器。换句话说，在实例中，电容感测电路510包括多个振荡回路振荡器410，且每一不同振荡回路振荡器耦合到电容/数字转换器526的不同通道(参见图9和下文相关联的文本描述)。在实例中，多个独立电容感测通道共享单个变频振荡器。在实例中，多个独立感测通道中的每一个与其自身的独立变频振荡器相关联。在实例中，电感器522经实施为平面螺旋电感器。在实例中，电感器522经实施为平面螺旋多层电感器。在实例中，电容感测电路510能够提供200毫微微法拉或更小、100毫微微法拉或更小、50毫微微法拉或更小或者10毫微微法拉或更小的电容分辨率。

在实例中，处理器512是微控制器(MCU)集成电路、微处理器(MPU)集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)集成电路、复杂可编程逻辑装置(CPLD)集成电路或专用集成电路(ASIC)集成电路。处理器512比较从电容/数字转换器526和/或从电容感测电路510接收的电容的数字表示与电容的预定义阈值。当接收到的电容值超出电容的预定义阈值时，处理器512向加热器506发送加热器打开命令。当满足加热器关闭标准时处理器512随后向加热器506发送加热器关闭命令。加热器关闭标准在一些情形中可被称为预定义加热器关闭标准。加热器关闭标准可构建成处理器512执行的逻辑。

在实例中，处理器512继续监测从电容感测电路510接收的电容的数字表示且基于其对所接收到的电容的数字表示的监测将加热器关闭命令发送到加热器506。在实例中，处理器512响应于监测到电容值增加到最大值且接着开始减小而发送加热器关闭命令。在实例中，处理器512响应于监测到电容值增加到最大值，减小到最小值且接着变得稳定接近于所述最小值而发送加热器关闭命令。在一些情形中，加热器打开命令被称作加热器激活命令且加热器关闭命令被称作加热器停用命令。在实例中，预定义加热器关闭标准是电容值增加到最大值且接着开始减小。在实例中，预定义加热器关闭标准是监测电容值增加到最大值，减小到最小值，且接着变得稳定接近于最小值。

在实例中，电容的确定能够使系统确定何时打开和关闭加热器，使得加热金属热交换器504的循环降至最低，从而节约能量且还减少与热循环相关联的不必要可听噪声。另外，在实例中，消除不必要的加热循环和/或减少加热循环的持续时间减少了对制冷单元502的机构的压力，从而延长了单元的寿命。

图6展示根据各种实例的用于通过电容感测来感测霜和冰积聚的又一说明性系统600。系统600包括制冷单元602，所述制冷单元602包括金属热交换器604和加热器606。第一电容器608由金属热交换器604的表面的部分和电容传感器电极形成。

第一电容器608耦合到印刷电路板(PCB)610。PCB 610包括振荡回路振荡器410。振荡回路振荡器410包括第二电容器620、电感器622和可调整频率振荡器624。第二电容器620、电感器622和可调整频率振荡器624均彼此并联连接且与第一电容器608并联。第一电容器608与PCB 610之间的切割线用以表明耦合可跨一定距离发生。在实例中，第一电容器608与PCB 610分隔的距离介于1英寸与1英尺到10英尺的范围内。PCB 610进一步包括电容/数字转换器626。在实例中，电容/数字转换器626是集成电路。在实例中，可调整频率振荡器624集成在电容/数字转换器626内。

电容/数字转换器626变化可调整频率振荡器624的频率以得到振荡回路振荡器410和第一电容器608的谐振频率。基于谐振频率且基于电感器622的已知电感，电容/数字转换器626确定第一电容器608和第二电容器620的并行组合的电容。在实例中，电容/数字转换器626将第一电容器608和第二电容器620的并行组合的电容转换成数字表示且将此总电容值的此数字表示输出到处理器628。在其它实例中，电容/数字转换器626确定第一电容器608的电容值，数字化所述值，且将第一电容器608的电容的此数字表示输出到处理器628。

在实例中，PCB 610包括多个独立电容感测通道，其包含与耦合到变频振荡器的电感器串联的电容器。在实例中，多个独立电容感测通道共享单个变频振荡器。在实例中，多个独立感测通道中的每一个与其自身的独立变频振荡器相关联(参见图10和下文相关联的文本描述)。在实例中，电感器622经实施为平面螺旋电感器。在实例中，电感器622经实施为平面螺旋多层电感器。在实例中，PCB 610能够提供200毫微微法拉或更小、100毫微微法拉或更小、50毫微微法拉或更小或者10毫微微法拉或更小的电容分辨率。

在实例中，处理器628是微控制器集成电路、微处理器集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)集成电路、复杂可编程逻辑装置(CPLD)集成电路或专用集成电路(ASIC)集成电路。处理器628比较从电容/数字转换器626和/或从PCB 610接收的电容的数字表示与电容的预定义阈值。当接收到的电容值超出电容的预定义阈值时，处理器628向加热器606发送加热器打开命令。当满足标准时处理器628随后将加热器关闭命令发送到加热器606。在实例中，处理器628继续监测从PCB 610接收的电容的数字表示，且基于其对所接收到的电容的数字表示的监测将加热器关闭命令发送到加热器606。在实例中，处理器628响应于监测到电容值快速增大到相对较高的最大值且接着开始减小而发送加热器关闭命令。在实例中，处理器628响应于监测到电容值快速增大到相对较高的最大值，急剧地减小到最小值且接着变得稳定接近于最小值而发送加热器关闭命令。处理器628执行指令或逻辑以基于从电容感测电路612接收的电容的数字表示确定发送到加热器606的控制信号。在实例中，处理器628偏离PCB 610而定位。在其它实例中，处理器628位于PCB 610上。

图7展示根据各种实例的电容与时间的说明性曲线图700。曲线图700具有对应于时间的X轴702或自变量轴和对应于电容的Y轴704或因变量轴。随时间推移，霜和冰积聚在图1的金属热交换器104上，这导致与由金属热交换器104的表面的部分和电容传感器电极110形成的电容器108相关联的感测电容由于与积聚的霜和冰相关联的介电常数增大而增大。随时间推移所感测的电容展示为迹线706。在电容器710的预定义阈值处，命令打开加热器106，熔化霜和冰，由于霜和冰转化成介电常数比霜和冰高得多的水，电容在712处快速上升到峰值。随着加热继续，随着水从金属热交换器104的表面排出，电容接着朝向电容714快速减小，直到电容形成对应于金属热交换器104的无水、无霜、无冰表面的稳定水平716为止。

在一些实例中，电容器108的电容的稳定水平716随时间(例如几个月或几年)推移缓慢变化。由于传感器电极110的表面上的氧化和/或金属热交换器104的表面上的氧化，此变化可能发生。尽管如此，在实例中，阈值708基于稳定水平716的缓慢改变的值自动调整，以调节用于对金属热交换器104除霜和除冰的热循环。换句话说，确定在关闭加热器之后出现的最小电容值，并将其视为干净或非冰干扰的电容值。此干净的电容值接着用以调整阈值708。在实例中，电容的特定增大与金属热交换器上的冰和霜积聚的对应厚度相关联。因此，在实例中，阈值708经调整成使电容的此特定增大的值加上最小电容值。

图8展示根据各种实例的方法800的说明性流程图。在实例中，方法800由处理器512、628执行。在框802处，接收电容值。在实例中，电容值表示第一电容器508、608的电容值。在实例中，电容值表示第一电容器508、608的电容值加上第二电容器520、620的电容值的总和。第一电容器508、608的电容值加上第二电容器520、620的电容值的总和的改变将大部分仅基于第一电容器508、608的电容值的改变而改变，且因此此总电容值仍提供用于触发加热器506、606的激活的阈值的参考。

在框804处，将接收到的电容值与预定义阈值比较。如果接收到的电容值小于预定义阈值，那么过程返回到框802。如果接收到的电容值的确超过预定义阈值，那么处理进行到框806。在框806处，命令加热器打开。

在框810处，接收电容值。评估加热器保持打开时接收的电容值，以查看是否满足标准或规则。本公开考虑了各种标准或规则。在实例中，标准或规则指定在接收到的电容值表现出快速增大到最大值且接着下降之后，在所述点关闭加热器或在短时间延迟之后关闭加热器。在实例中，标准或规则规定在接收的电容值表现出快速增加到最大值之后，接着下降到小于预定义阈值的值，以打开加热器，且接着达到稳定值，接着关闭加热器。在框814处在关闭加热器之后，过程返回到框802。方法800的处理从处理器512、628的通电继续到断电。

图9展示根据各种实例的用于通过电容感测来感测霜和冰积聚的另一说明性系统900。系统900基本上类似于上文参考图5所描述的系统500，例外为在图9中电容感测电路910包括各自耦合到单独外部电容的多个单独振荡回路振荡器。虽然在图9中四个单独振荡回路振荡器展示为电容感测电路910的部分，但是在实例中，不同数目个单独振荡回路振荡器是电容感测电路910的部分。

系统900包括电容感测电路910。电容感测电路910包括第一振荡回路振荡器912、第二振荡回路振荡器914、第三振荡回路振荡器916和第四振荡回路振荡器918。第一振荡回路振荡器912包括电容器922、电感器924和振荡器926；第二振荡回路振荡器914包括电容器932、电感器934和振荡器936；第三振荡回路振荡器916包括电容器942、电感器944和振荡器946；第四振荡回路振荡器918包括电容器952、电感器954和振荡器956。在实例中，电容感测电路910是印刷电路板。

与热交换器相关联的外部电容902并联耦合到第一振荡回路振荡器912，且加热器972经配置以对与外部电容902相关联的热交换器除霜。与热交换器相关联的外部电容904并联耦合到第二振荡回路振荡器914，且加热器974经配置以对与外部电容904相关联的热交换器除霜。与热交换器相关联的外部电容906并联耦合到第三振荡回路振荡器916，且加热器976经配置以对与外部电容906相关联的热交换器除霜。与热交换器相关联的外部电容908并联耦合到第四振荡回路振荡器918，且加热器978经配置以对与外部电容908相关联的热交换器除霜。外部电容902、904、906、908中的每一个由热交换器主体的板和金属表面形成，如上文参考图1、图2和图3所描述。

电容感测电路910包括电容/数字转换器(CDC)920。在实例中，CDC 920是集成电路。CDC 920使振荡器926、936、946、956的频率变化，所述振荡器926、936、946、956又各自得出其相关联的振荡回路振荡器912、914、916、918和电容器902、904、906、908的谐振频率。在实例中，振荡器并非位于CDC 920的外部，而实际上位于CDC 920内。在实例中，CDC 920包括单个振荡器且CDC 920例如经由复用器将单个振荡器依序一次一个地连接到振荡回路振荡器912、914、916、918中的每一个。基于每一振荡回路振荡器912、914、916、918的共振频率且基于电感器924、934、944、954的已知电感，CDC 920确定电容器902和922的并行组合、电容器904和932的并行组合、电容器906和942的并行组合以及电容器908和954的并行组合的电容。

CDC 920将这些电容值作为数字表示输出到处理器960。在实例中，处理器960是微控制器(MCU)集成电路、微处理器(MPU)集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)集成电路、复杂可编程逻辑装置(CPLD)集成电路或专用集成电路(ASIC)集成电路。处理器920比较从电容/数字转换器920和/或从电容感测电路910接收的电容值的数字表示与电容的预定义阈值。当接收到的电容值中的一个超出电容的预定义阈值时，处理器960向相关联的加热器发送加热器打开命令。在实例中，对于电容902、904、906、908中的不同一个，可由处理器920预定义电容的不同阈值。处理器960通过第一加热器打开线962耦合到加热器972，通过第二加热器打开线964耦合到加热器974，通过第三加热器打开线966耦合到加热器976，以及通过第四加热器打开线968耦合到第四加热器978。

图10展示根据各种实例的用于通过电容感测来感测霜和冰积聚的另一说明性系统1000。系统1000基本上类似于上文参考图9所描述的系统900，例外为在图10中，电容感测电路1010包括处理器1060。在实例中，电容感测电路1010是印刷电路板。系统1000包括各自耦合到单独外部电容的多个单独振荡回路振荡器。虽然在图10中四个单独振荡回路振荡器展示为电容感测电路1010的部分，但是在实例中，不同数目个单独振荡回路振荡器是电容感测电路1010的部分。

系统1000包括电容感测电路1010。电容感测电路包括第一振荡回路振荡器1012、第二振荡回路振荡器1014、第三振荡回路振荡器1016和第四振荡回路振荡器1018。第一振荡回路振荡器1012包括电容器1022、电感器1024和振荡器1026；第二振荡回路振荡器1014包括电容器1032、电感器1034和振荡器1036；第三振荡回路振荡器1016包括电容器1042、电感器1044和振荡器1046；第四振荡回路振荡器1018包括电容器1052、电感器1054和振荡器1056。

与热交换器相关联的外部电容1002并联耦合到第一振荡回路振荡器1012，且加热器1072经配置以对与外部电容1002相关联的热交换器除霜。与热交换器相关联的外部电容1004并联耦合到第二振荡回路振荡器1014，且加热器1074经配置以对与外部电容1004相关联的热交换器除霜。与热交换器相关联的外部电容1006并联耦合到第三振荡回路振荡器1016，且加热器1076经配置以对与外部电容1006相关联的热交换器除霜。与热交换器相关联的外部电容1008并联耦合到第四振荡回路振荡器1018，且加热器1078经配置以对与外部电容1008相关联的热交换器除霜。外部电容1002、1004、1006、1008中的每一个由热交换器主体的板和金属表面形成，如上文参考图1、图2和图3所描述。

电容感测电路1010包括电容/数字转换器(CDC)1020。在实例中，CDC 1020是集成电路。CDC 1020使振荡器1026、1036、1046、1056的频率变化，所述振荡器1026、1036、1046、1056又各自得出其相关联的振荡回路振荡器1012、1014、1016、1018和电容器1002、1004、1006、1008的谐振频率。在实例中，振荡器并非位于CDC 1020的外部，而实际上位于CDC1020内。在实例中，CDC 1020包括单个振荡器且CDC 1020例如经由复用器将单个振荡器依序一次一个地连接到振荡回路振荡器1012、1014、1016、1018中的每一个。基于每一振荡回路振荡器1012、1014、1016、1018的共振频率且基于电感器1024、1034、1044、1054的已知电感，CDC 1020确定电容器1002和1022的并行组合、电容器1004和1032的并行组合、电容器1006和1042的并行组合以及电容器1008和1054的并行组合的电容。

CDC 1020将这些电容值作为数字表示输出到处理器1060。在实例中，处理器1060是微控制器(MCU)集成电路、微处理器(MPU)集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)集成电路、复杂可编程逻辑装置(CPLD)集成电路或专用集成电路(ASIC)集成电路。处理器1020比较从电容/数字转换器1020和/或从电容感测电路1010接收的电容值的数字表示与电容的预定义阈值。当接收到的电容值中的一个超出电容的预定义阈值时，处理器1060向相关联的加热器发送加热器打开命令。在实例中，对于电容1002、1004、1006、1008中的不同一个，可由处理器1060预定义电容的不同阈值。处理器1060通过第一加热器打开线1062耦合到加热器1072，通过第二加热器打开线1064耦合到加热器1074，通过第三加热器打开线1066耦合到加热器1076，以及通过第四加热器打开线1068耦合到第四加热器1078。

在前文论述中且在权利要求书中，术语“包含”和“包括”以开放方式使用，且因此应解释为意指“包含，但不限于”。同样，术语“耦合(couple、couples)”旨在意指间接或直接的有线或无线连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，那么所述连接可能是通过直接连接，或通过经由其它装置和连接的间接连接。

以上论述意在说明本公开的原理和各种实施例。对于所属领域的技术人员，一旦完全了解以上公开内容，许多变化和修改将变得显而易见。旨在将所附权利要求书解释为包涵所有此类变化和修改。

Claims (20)

1.一种用于感测霜和冰积聚的电容感测系统，其包括：

第一电容器，其由金属热交换器的部分和与所述金属热交换器电隔离的传感器电极形成；

振荡回路振荡器，其包括第二电容器和彼此并联连接且与所述第一电容器并联耦合的电感器；以及

电路，其耦合到所述振荡回路振荡器，所述电路经配置以：

确定所述振荡回路振荡器的谐振频率；

基于所述振荡回路振荡器的所述谐振频率确定电容值；

确定所述电容值大于预定义阈值；以及

响应于确定所述电容值大于所述预定义阈值而发射加热器激活命令。

2.根据权利要求1所述的电容感测系统，其中所述传感器电极包括线网。

3.根据权利要求1所述的电容感测系统，其中所述传感器电极包括穿孔的和拉伸金属。

4.根据权利要求1所述的电容感测系统，其中所述振荡回路振荡器的所述电感器是平面螺旋多层电感器。

5.根据权利要求1所述的电容感测系统，其中所述电路经进一步配置以跨频率的范围扫描到所述振荡回路振荡器的频率输入。

6.根据权利要求1所述的电容感测系统，其中所述电路经进一步配置以响应于确定满足预定义加热器关闭标准而发射加热器停用命令。

7.根据权利要求1所述的电容感测系统，其中所述电路经进一步配置以基于在加热循环结束时所述振荡回路振荡器的所述谐振频率确定最小电容值且基于所述最小电容值调整所述预定义阈值。

8.一种用于感测霜和冰积聚的电容感测系统，其包括：

第一电容器，其由金属热交换器的部分和与所述金属热交换器电隔离的传感器电极形成；以及

印刷电路板，其包括：

振荡回路振荡器，其包括第二电容器和彼此并联连接且与所述第一电容器并联耦合的平面螺旋电感器；以及

电容/数字转换器，其耦合到所述振荡回路振荡器。

9.根据权利要求8所述的电容感测系统，其中所述印刷电路板包括多个所述振荡回路振荡器，所述振荡回路振荡器中的每一个耦合到所述电容/数字转换器的不同通道。

10.根据权利要求8所述的电容感测系统，其中所述金属热交换器是制冷单元的部分。

11.根据权利要求8所述的电容感测系统，其中所述电容/数字转换器经配置以确定所述第一电容器和所述第二电容器的电容值且输出所述电容值的指示。

12.根据权利要求8所述的电容感测系统，其中所述传感器电极包括线网。

13.根据权利要求8所述的电容感测系统，其中所述电容/数字转换器经配置以跨频率的范围扫描所述振荡回路振荡器的频率输入，以识别所述振荡回路振荡器的谐振频率且基于所述振荡回路振荡器的所述谐振频率确定电容值。

14.一种用于感测霜和冰积聚的电容感测系统，其包括：

第一电容器，其由金属热交换器的部分和与所述金属热交换器电隔离的传感器电极形成；以及

印刷电路板，其包括：

振荡回路振荡器，其包括第二电容器和彼此并联连接且与所述第一电容器并联耦合的电感器；

电容/数字转换器，其耦合到所述振荡回路振荡器且经配置以确定所述第一电容器和所述第二电容器的电容值且输出所述电容值的指示；以及

处理器，其耦合到所述电容/数字转换器且经配置以接收由所述电容/数字转换器输出的所述电容值的所述指示，且经进一步配置以：

比较由所述电容/数字转换器输出的所述电容值的所述指示与预定义阈值电容值；

确定由所述电容/数字转换器输出的所述电容值的所述指示超出所述预定义阈值电容值；以及

响应于确定由所述电容/数字转换器输出的所述电容值超出所述预定义阈值电容值而发射加热器激活命令。

15.根据权利要求14所述的电容感测系统，其中所述处理器是微控制器MCU、微处理器MPU、现场可编程门阵列FPGA、复杂可编程逻辑装置CPLD或专用集成电路ASIC中的一个。

16.根据权利要求14所述的电容感测系统，其中所述印刷电路板能够解析小于100毫微微法拉的电容差。

17.根据权利要求14所述的电容感测系统，其中所述电感器是平面螺旋多层电感器。

18.根据权利要求14所述的电容感测系统，其中所述传感器电极包括线网。

19.根据权利要求14所述的电容感测系统，其中所述传感器电极包括穿孔的和拉伸金属。

20.根据权利要求14所述的电容感测系统，其中所述金属热交换器是制冷单元的部分。