CN109425639A - 用于检测流体存在的方法和设备 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于检测流体的存在的装置，并且该装置包括电阻感测元件和控制器，该电阻感测元件包括靠近第二导电元件的第一导电元件，其中该第一导电元件与该第二导电元件电隔离，该控制器被设置为监测第一导电元件与第二导电元件之间的导电率。控制器包括指令集，该指令集可执行以定期地监测与第一导电元件和第二导电元件之间的导电率相关联的信号。可以基于定期监测的信号来确定第一导电元件与第二导电元件之间的导电率的基线值，并且可以基于定期监测的信号来确定信号波形。可以将信号波形特征化，并且可以基于特征化的波形来检测流体的存在。

Description

用于检测流体存在的方法和设备

引言

在诸如逆变器或高压电池等电气装置附近存在流体可能会对该装置的使用寿命产生负面影响。

发明内容

描述了一种用于检测流体存在的装置，并且该装置包括电阻感测元件和控制器，该电阻感测元件包括靠近第二导电元件的第一导电元件，其中该第一导电元件与该第二导电元件电隔离，该控制器被设置为监测第一导电元件与第二导电元件之间的导电率。控制器包括指令集，该指令集可执行以定期地监测与第一导电元件和第二导电元件之间的导电率相关联的信号。基于定期监测的信号来确定第一导电元件与第二导电元件之间的导电率的基线值，并且基于定期监测的信号来确定信号波形。将信号波形特征化，并且基于特征化的波形来检测流体的存在。

本公开的方面包括该指令集可执行以当信号波形(特征)被特征化为阶跃响应时检测电阻感测元件处积水的存在。

本公开的另一个方面包括该指令集可执行以当信号波形被特征化为负衰减响应时检测电阻感测元件处冷凝水的存在。

本公开的另一个方面包括该指令集可执行以当信号波形被特征化为初始阶跃响应随后是正衰减响应时检测电阻感测元件处冷却剂的存在。

上述特征和优点以及本教导的其它特征和优点从某些最佳模式的以下详述和用于执行如随附权利要求书中定义、结合附图取得的本教导的其它实施例将容易地显而易见。

附图说明

现在将参考附图以示例方式描述一个或多个实施例，其中：

图1示意地说明了根据本公开的用于检测流体存在的装置，该装置包括电阻感测元件和与控制器进行通信的相关信号调节电路。

图2示意性示出了根据本公开的用于监测和评估来自耦合到电阻感测元件的信号调节电路的信号输出的控制例程；并且

图3以图形方式示出了根据本公开的可以由传感器的实施例产生的多个信号波形，该传感器包括参考图1描述的电阻感测元件和相关信号调节电路。

应当理解的是，附图不一定按比例绘制，并且呈现如本文所公开的本公开的各种优选特征(包括例如特定尺寸、定向、位置以及形状)的略微简化的表示。与这样的特征相关联的细节将部分地由特定的预期应用和使用环境确定。

具体实施方式

如本文所描述和说明的所公开的实施例的部件可以各种不同的配置来布置和设计。因此，具体实施方式并不旨在限制如所要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示其可能的实施例。另外，虽然在以下描述中阐述了许多特定细节以提供对本文所公开的实施例的透彻理解，但是在没有一些或所有这样的细节的情况下可实践某些实施例。另外，为了清楚起见，在现有技术中已知的某些技术材料没有详细描述，以避免不必要地使本公开变得混淆。另外，附图是简化的形式，而不按精确的比例绘制。另外，如本文所说明和描述的本公开可在没有在本文没有具体公开的元件的情况下实践。

参考附图，其中相同的附图标记在几个附图中对应于相同或类似的部件，与本文公开的实施例一致的图1示意地说明了用于检测流体存在的装置，该装置包括电阻感测元件10和与控制器50进行通信的相关信号调节电路40。电阻感测元件10可以有利地设置在诸如车辆上的逆变器或高压电池等电气装置附近以监测并检测诸如冷却剂或水等流体的存在。例如，冷却剂或水的存在可能是冷却剂回路中泄漏的结果。流体存在可能会对逆变器或高压电池的使用寿命产生负面影响。

电阻感测元件10包括被设置在基板30上的第一电极12和第二电极22。第一电极12包括多个第一支腿14，而第二电极22包括多个第二支腿24。第一电极12和第二电极22被设置在基板30上，使得第一支腿14与第二支腿24交替并靠近第二支腿24。包括第一支腿14和第二支腿24的第一电极12和第二电极22被示为以直线配置布置，但是也可以是另一种配置，包括例如弯曲形状、S形等。第一电极12包括第一端子16，而第二电极22包括第二端子26，其中第一端子16和第二端子26可以电连接到控制器50或以其它方式与控制器50进行通信。包括第一支腿14的第一电极12与包括第二支腿24的第二电极22电隔离。因而，第一电极12与第二电极22之间的电阻理论上是无穷大的，并且在不存在诸如其间电气桥接的冷却剂或水等异物的情况下实际上大于10兆欧。

包括第一支腿14和第二支腿24的第一电极12和第二电极22可以由导电材料制成，该导电材料可以包括导电金属、金属氧化物、碳基材料、有机材料以及聚合物材料。基板30由非导电材料形成，该非导电材料可以是刚性的或柔性的。第一电极12和第二电极22可以采用粘合材料或者当基板30是半导体晶片时蚀刻到基板30的表面中或者采用另一种机构组装到基板30上。

信号调节电路40经由导电引线或其它机构与第一电极12和第二电极22进行通信。信号调节电路40包括DC电源、电阻装置、运算放大器和/或其它电气元件，其向第一电极12和第二电极22供电并监测跨第一电极和第二电极的电阻。信号调节电路40与控制器50进行通信，并且经由通信链路42传送输入到控制器50的信号。在一个实施例中，来自信号调节电路40的并且经由通信链路42传送到控制器50的信号输出是模拟信号，其与跨第一电极12和第二电极22的电阻或导电率相关。在一个实施例中，信号调节电路40可以结合在控制器50中。

控制器50包括控制例程100，其监测来自信号调节电路40的且经由通信链路42传送的信号输出，并且响应地产生通信输出52。术语“控制器”和诸如控制模块、模块、控件、控制单元、处理器和类似术语等相关术语是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、包括微处理器的中央处理单元以及呈存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘等)的形式的相关非暂时性存储器部件的任何一个或各种组合。非暂时性存储器部件能够存储呈一个或多个软件或固件程序或例程的形式的机器可读指令，是组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节和缓冲电路，以及可由提供所描述功能性的一个或多个处理器存取的其它部件。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器以及监测来自传感器的输入的相关装置，其中此类输入以预设采样频率或响应于触发事件而监测。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语意味着包括刻度和查找表的任何控制器可执行指令集。控制器执行控制例程以提供期望功能。例程可以规则的间隔而执行，例如正进行的操作期间每100微秒执行一次。替代地，例程可以响应于触发事件的发生而执行。控制器之间的通信和控制器、致动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线点对点链路、联网通信总线链路、无线链路或另一种合适的通信链路而实现。通信包括以任何合适形式交换数据信号，包括(例如)经由导电介质交换电信号、经由空气交换电磁信号、经由光学波导交换光学信号等。数据信号可以包括表示来自传感器的输入的离散、模拟或数字化模拟信号、致动器命令和控制器之间的通信。术语“信号”是指传达信息的物理上可辨别指示器，并且可以是能够行进通过介质的任何合适的波形(例如，电、光学、磁性、机械或电磁)，诸如DC、AC、正弦波、三角波、方形、振动等。

图2示意地示出了控制例程100的细节，该控制例程100执行以监测和评估来自信号调节电路40的信号输出并且响应地产生信号输出52。来自控制例程100的信号输出52指示传感器10上存在或不存在流体，并且进一步区分信号输出52以辨别存在于传感器10处的流体的物质。在该实施例中，信号输出52辨别存在于传感器10处的流体是否是液体形式的水，即，独立水、冷凝物形式的水，即，水分或冷却剂。当该装置部署在汽车环境中时，冷却剂可以是有机化学品和水的溶液，其中有机化学品由乙二醇、二甘醇、丙二醇等组成。

表格1提供作为对应于例程100的解释，其中以数字标记的框和对应功能如下所述。本教导在本文可以依据功能和/或逻辑块部件和/或各个处理步骤来描述。应当认识到，这样的框部件可由已经被配置为执行指定功能的硬件、软件和/或固件组件组成。

表1

例程100的执行可以如下进行。过程100的步骤可以合适的顺序执行，并且不限于参考图2描述的顺序。

监测可以在任何时间开始(102)，并且可以在车辆上执行例程100时结合车辆接通事件开始。捕获初始传感器读数(104)，并且将其用作基线传感器值。基线传感器值是跨第一电极12和第二电极22的电阻或导电率的量度，并且理论上是无穷大或大于预定值，在一个实施例中，大于10兆欧。在一个实施例中，基线传感器值可以替代地是存储在存储器装置中的预校准值。在捕获基线传感器值之后，监测例程110开始执行。监测例程110包括发起步骤(112)和循环步骤(114)以允许定期执行。然后，监测例程110开始经由信号调节电路40和通信链路42定期地监测来自传感器10的信号输出(116)，并且将信号波形特征化，包括基于此计算电压降斜率(118)。询问样本计数器以确定是否已达到足够的样本尺寸(120)，如果是(120)(1)，则评估信号波形和电压降斜率(122)、(124)以及(126)以确定是否检测到电压降。当没有检测到电压降(126)(0)时，迭代通过递增采样计数器(144)而结束并且在发起例程的下一次迭代之前(114)暂停一段时间，例如0.1秒(146)。当检测到电压降(126)(1)时，评估包括电压降斜率的信号波形(步骤128、134、138、142)以确定信号波形指示的内容。

图3以图形方式示出了可以由传感器10产生的多个信号波形，这取决于流体的存在或不存在，其中流体可包括液体形式的水，即，独立水、冷凝物形式的水，即，水分或冷却剂。曲线图300在垂直轴302上描绘传感器信号波形的幅度，其中时间在水平轴304上指示。指定为310的信号波形的部分指示基线传感器值。指定为312的信号波形部分指示在存在独立水的情况下来自传感器10的信号输出，并且可以被特征化为负阶跃响应，其中跨传感器10上的阻抗减小而导致电压持续下降。指定为314的信号波形部分指示在存在冷却剂的情况下来自传感器10的信号输出，并且可以被特征化为初始负阶跃响应，随后是正衰减响应形式的回弹。指定为316的信号波形部分指示在存在水喷雾或冷凝物的情况下来自传感器10的信号输出，并且可以被特征化为负衰减响应。指定为318的信号波形部分指示最初在存在水喷雾或冷凝物随后暴露于冷却剂的情况下来自传感器10的信号输出，并且可以被特征化为初始负阶跃响应，随后是正衰减响应形式的回弹。

再次参考图1和2，传感器10和相关控制例程100产生信号输出52，其指示传感器10上存在或不存在流体，并且进一步区分信号输出52以辨别存在于传感器10处的流体的物质。该检测系统区分冷凝物、独立水和冷却剂，以便检测或防止可能导致电池组断电或故障的隔离损失，并且可以允许隔离由于过多的水、水分和/或冷却剂导致的电池组损失。传感器10和相关控制例程100可以用于任何易受水分、独立水和/或冷却剂污染的装置中。

当检测到电压降(126)(1)时，评估包括电压降斜率的信号波形。这包括确定来自传感器10的信号输出是否可以被特征化为初始负阶跃响应，随后是以正衰减响应(128)形式的回弹，其类似于被指定为图3中的元件314的波形部分。如果是(128)(1)，则来自传感器10的信号输出指示检测到冷却剂、水或其它物质的存在(130)。该结果(即，冷却剂、水或其它物质的存在)被存储在存储器中并且被传送给操作员(132)，包括照亮仪表板灯和/或经由维修工具或远程信息处理装置传送结果。该结果(即，冷却剂、水或其它物质的存在)也可以传送给另一个控制器，该控制器可以执行例程以机械地和/或电气地隔离电阻感测元件10附近的电气装置。

如果否(128)(0)，则评估电压降斜率以确定来自传感器10的信号波形是否可以被特征化为电压持续下降的负阶跃响应(134)，其类似于在图3中指定为元件312的波形部分。

当来自传感器10的信号波形可以被特征化为电压持续下降的负阶跃响应(134)(1)时，来自传感器10的信号输出指示检测到水的存在(136)，并且监测继续执行步骤144、146以及148。如果否(134)(0)，则评估来自传感器10的信号输出的电压电平以确定它是否接近初始值(138)，如果是(138)(1)，则没有检测到电压降(140)，并且监测继续执行步骤144、146以及148。当来自传感器10的信号输出的电压电平接近初始值(138)(0)时，检测到电压降(142)，并且监测继续执行步骤144、146以及148。

以此方式，控制例程100可以在传感器10处区分冷凝物、独立水和冷却剂的存在，并且因此能够检测附近装置(诸如电气装置，诸如逆变器或高压电池)附近的流体的存在。

详述和图或图式支持并且描述本教导，但是本教导的范围仅仅是由权利要求定义。虽然已详细地描述了用于执行本教导的一些最佳模式和其它实施例，但是存在用于实践随附权利要求书中定义的本教导的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于检测流体的存在的装置，包括：

电阻感测元件，其包括靠近第二导电元件的第一导电元件，其中所述第一导电元件与所述第二导电元件电隔离；

控制器，其被设置成监测所述第一导电元件与所述第二导电元件之间的导电率，所述控制器包括指令集，所述指令集可执行以：

监测与所述第一导电元件和所述第二导电元件之间的所述导电率相关联的信号，

基于所述监测的信号来确定信号波形，

将所述信号波形特征化，并且

基于所述特征化的信号波形来检测流体的存在。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述指令集可执行以在所述信号波形被特征化为阶跃响应时检测所述电阻感测元件处积水的存在。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述指令集可执行以在所述信号波形被特征化为负衰减响应时检测所述电阻感测元件处冷凝水的存在。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述指令集可执行以在所述信号波形被特征化为初始阶跃响应随后是正衰减响应时检测所述电阻感测元件处冷却剂的存在。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述冷却剂包括含有乙二醇、二甘醇或丙二醇的溶液。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述指令集可执行以定期地监测与所述第一导电元件和所述第二导电元件之间的所述导电率相关联的所述信号。

7.一种用于检测流体的存在的方法，包括：

监测来自被设置在环境中的电阻感测元件的信号输出，所述电阻感测元件包括靠近第二导电元件并且与所述第二导电元件电隔离的第一导电元件；

确定所述第一导电元件与所述第二导电元件之间的导电率；

基于所述监测的信号来确定所述第一导电元件与所述第二导电元件之间的所述导电率的基线值；

基于所述监测的信号来确定信号波形；

将所述信号波形特征化；

基于所述特征化的信号波形来检测流体的存在；以及

传送所述流体的存在。

8.根据权利要求7所述的方法，包括在所述信号波形被特征化为阶跃响应时检测所述电阻感测元件处积水的存在。

9.根据权利要求7所述的方法，包括在所述信号波形被特征化为负衰减响应时检测所述电阻感测元件处冷凝水的存在。

10.根据权利要求7所述的方法，包括在所述信号波形被特征化为初始阶跃响应随后是正衰减响应时检测所述电阻感测元件处冷却剂的存在。