CN110737187B - 包括用于测量表壳内部的相对湿度的设备的手表 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括表壳(6)的手表(2)，其中表壳(6)包括用于测量手表(2)内部的湿度的设备(8)，其中用于测量湿度的设备8是包括测量光纤(14)的光纤设备，所述测量光纤(14)包括部分(16)，该部分(16)构造成使得所述部分(16)的折射率在表壳(6)内部存在水蒸气的情况下发生变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括表壳的手表，其中表壳包括用于测量手表内部的相对湿度的设备。
本发明还涉及一种用于测量手表内部相对湿度的组件，该组件包括发光和接收装置以及手表。
背景技术
手表的防水性以巴为单位(巴是压力单位；1巴相当于1大气压或atm)测量。手表的防水程度通常用米(m)表示。标记为防水的手表针对于日常使用，其必须确保在诸如游泳或更简单地淋浴等活动中防水。潜水者的手表必须满足更严格的标准，并且根据现行标准，保证最小深度为100米的防水性。
为了确保防水性，手表通常设置有一组密封垫圈，其位于手表的某些部件——例如手表的表镜、表圈和后盖，以及诸如表冠和按钮的活动元件——的接合点处。随着时间的推移和使用的增加，垫圈的机械性能会发生变化，并且手表的密封有时会恶化。于是手表变得更容易渗透水或水蒸气。后果可能会出现表镜内表面上的凝结现象，或者更糟糕的是，某些金属成分的氧化或某些聚合物成分的降解。因此，需要能够在不必打开手表的情况下不时地监测手表内部的相对湿度，因为系统性地打开表壳需要更换垫圈并且需要手表技术人员参与，成本昂贵。实际上，手表内部过量的水蒸气可能表明需要在短期或中期内更换一个或多个垫圈。
为了满足这种需要，已知手表包括用于测量手表内部相对湿度的设备。这种测量设备采用电子模块的形式，该电子模块能够测量和存储各种环境参数的值，包括相对湿度。这种电子模块的减小的尺寸意味着它可以布置在表壳内并经由专用传感器测量表壳内的相对湿度。于是，通常可以通过红外或射频装置将测定的相对湿度值无线传输到手表扩展坞(docking station)。例如，由电子模块发射的红外信号然后穿过表壳的透明部分，通常是表镜，并由扩展坞的红外传感器接收。然后，手表用户可以经由连接到扩展坞并配备专用软件的计算机或智能手机查看测定的相对湿度值。
然而，这种电子测量设备的一个缺点是它需要电池或电池单元以便为各种电子元件供电。因此，这种设备特别是非常不适用于机械表。此外，对于电子手表，它可能损害产品的自主性或者需要使用更大容量的电池并因此增加了手表的体积。
另一个缺点是这种设备在手表内部相对庞大且不精密。此外，这种电子测量设备相对昂贵，因此影响手表的制造成本。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种任何类型的手表，无论是机械的、电子的还是混合的，它可以在不必打开它的情况下监测表壳中的相对湿度，同时经济，制造起来简单，并可以快速可靠地测量表壳内的相对湿度。
根据本发明的这种手表的一个优点在于在表壳内部使用光纤测量设备来测量手表内部的相对湿度。测量光纤包括这样的部分：该部分构造成使得在表壳内部存在水蒸气的情况下其折射率发生变化。这样的构型允许通过将光经表壳的透光部分发送到测量光纤的输入端并通过测量出射光的强度而在不打开的情况下远程询问手表以获取相对湿度测量值。使用光纤进行测量使得该解决方案成为特别简单且廉价的用于测量表壳内部的相对湿度的解决方案。此外，该光纤测量设备是无源系统，其不需要电子电路或动力电池，因此与任何类型的手表兼容，特别是与机械表以及电子或混合手表兼容。此外，测量光纤的减小的尺寸允许其可以谨慎地集成在表壳中。最后，由光纤设备进行的测量至少与现有技术的电子测量设备所完成的测量一样可靠和快速。
根据本发明的第一实施例，所述部分形成测量光纤的中间部分，位于光纤的两端之间。
根据本发明的第二实施例，所述部分形成光纤的自由端，所述自由端被光学配置成形成法布里-珀罗腔。
根据本发明的一个特定技术特征，测量光纤的所述部分不具有光学护套。
根据本发明的另一特定技术特征，测量光纤的所述部分包括外层，所述外层的折射率在存在水蒸气的情况下改变。
有利地，所述外层包括聚合物层和二氧化硅纳米粒子/颗粒层的交替叠加。这使得可以给测量光纤的所述部分的外层提供亲水性。因此，外层的折射率在测量光纤的所述部分的环境中存在水蒸气的情况下发生变化。
有利地，根据本发明的第二实施例，测量光纤的所述部分的长度基本上等于30mm。这使得对于在10％和100％之间的相对湿度可以获得表壳内相对湿度的可靠检测。
为此，本发明还涉及一种用于测量表壳内部的相对湿度的组件，该组件包括上述手表和配备有用于根据光信号确定相对湿度的确定装置以及连接到所述确定装置的发光和接收装置的设备，其中表壳设置有表壳中间件并且进一步包括透光窗口，该设备构造成经手表的透光窗口发射和接收光，并且光流过测量光纤。
根据本发明的一个优选示例性实施例，该设备是便携式设备。
有利地，该设备还包括相对湿度电子传感器，以及将由相对湿度电子传感器所确定的相对湿度值与由用于根据光信号确定相对湿度的装置所确定的相对湿度值进行比较的比较装置。这使得可以将在表壳内测定的相对湿度值与环境相对湿度值进行比较，从而提高测量的可靠性。实际上，手表内部的湿度水平通常与环境湿度水平相平衡。如果用于确定相对湿度的装置指示内部湿度水平高于由电子传感器测定的环境湿度水平，则这表明在表壳内存在过量的水蒸气。在佩戴者从非潮湿环境移动到非常潮湿的环境的情况下，例如在热带国家离开飞机时，可能需要在进行可能失真的测量之前等待手表内部和外部之间发生平衡。
附图说明
在以下基于通过附图示出的至少一个非限制性实施例的描述中，根据本发明的手表和包括手表的用于测量相对湿度的组件的目的优点和特征将更清楚地显现出来，在附图中：
-图1是包括根据本发明的手表的用于测量相对湿度的组件的示意性局部剖视图，其中该手表包括表壳和用于测量表壳内部的相对湿度的光纤测量设备。
-图2是根据本发明的第一实施例的沿着图1的手表的剖面II-II截取的剖视图；
-图3是根据本发明的第二实施例的沿着图1的手表的剖面III-III截取的剖视图；
-图4是表示用于处理图1的用于测量相对湿度的设备的测量光纤的一部分的步骤的示意图。
具体实施方式
图1表示用于测量手表2内部的相对湿度的组件1。在本发明中，“相对湿度”是指“在相同温度下空气中含有的水蒸气的分压与饱和蒸气压力(或蒸气张力)之比”。换句话说，相对湿度测量结果的值对应于在相同温度条件下空气中的水蒸气含量与其容纳水蒸气的最大容纳能力之比。
组件1包括手表2和能够将光信号传输到手表2的外部设备4。手表2可以是任何类型的手表，例如机械表或电子表。
手表2设置有表壳6。表壳6包括用于测量手表2内的相对湿度的设备8。表壳6还包括表壳中间件10，测量设备8例如布置在表壳中间件内，如图1至3所示。优选地，表壳6包含表盘11和时间显示装置(为了清楚起见，后者未在图中示出)。同样优选地，表壳6还设置有透光窗口12。
测量设备8是包括测量光纤14的光纤设备。测量光纤14包括部分16，该部分16构造成使得在表壳6内存在水蒸气的情况下部分16的折射率改变。为了实现这一点，根据本发明的一个特定示例性实施例，测量光纤14的该部分16例如被剥去其光学护套。光纤部分16包括代替光学护套的外层18，其折射率在存在水蒸气的情况下改变。优选地，外层18包括例如聚合物层和二氧化硅纳米颗粒层的交替叠加。这使得光纤部分16的外层18具有亲水性，并且在存在水蒸气的情况下，可以获得上述折射率的变化。形成这种外层18的方法在图4中示出，现在将参考该图进行描述。
假设光纤部分16已经被剥离了其光学护套。
在第一步骤20a中，被剥离的光纤部分16通过羟基化处理，以激活纤维芯的表面并为随后的层沉积做好准备。羟基化包括例如用氢氧化钾溶液处理剥离的光纤部分16的表面。
在下一步骤20b中，将第一聚合物层沉积在被剥离的光纤部分16上。沉积的聚合物通常是带正电荷的聚合物，例如聚阳离子。这种聚阳离子是例如聚(烯丙胺盐酸盐)，也称为PAH。在这种情况下，通过将纤维部分16浸入聚合物(通常是聚阳离子PAH)中来进行沉积。
在下一步骤20c中，将第一层纳米颗粒沉积在第一聚合物层上。沉积的纳米颗粒通常是带负电荷的纳米颗粒，例如二氧化硅纳米颗粒。通过将纤维部分16浸入含有纳米颗粒的溶液中来进行沉积。
在最后的步骤20d中，重复沉积步骤20b和20c，以便获得所需数量的交替层。
因此，该方法是逐层形成方法，以在光纤14上获得聚合物层和二氧化硅纳米颗粒层的交替叠加。应注意，连续步骤20a至20d可以通过以下洗涤和干燥/聚合各层的子步骤彼此分开。
在图2所示的本发明的第一实施例中，部分16形成测量光纤14的中间部分，其位于光纤的两个端部14a、14b之间。测量设备8布置在表壳6的中间件10内。测量光纤14的两个端部14a、14b面向透光窗口12，如图1和2所示。优选地，在该实施例中，当中间部分16的外层18具有上述聚合物层和二氧化硅纳米颗粒层的交替叠加时，中间部分16具有基本上等于30mm的长度。在存在水蒸气的情况下，部分16的外层18的折射率增大，并且被引导到光纤14中的光的渐逝部分进一步渗透到层18中。因此，在光纤14的输出端处检测到的光强度根据中间部分16周围的水蒸气的存在而调整。
在图3所示的本发明的第二实施例中，部分16形成测量光纤14的自由端。该自由端光学配置成形成法布里-珀罗腔(Fabry-Pérot cavity)。为了实现这一点，一种可能性在于上述自由端的外层18的特定构型，即聚合物层和二氧化硅纳米颗粒层的交替叠加。实际上，这种多层沉积在光学上表现得像法布里-珀罗腔，其反射率随折射率而变化；而折射率又受到光纤环境中湿度的影响。根据该第二实施例，测量设备8还包括光输入光纤22、光输出光纤24和将光输入光纤22联接到光输出光纤24的光学联接器26。测量光纤14的与自由端相对的另一端28连接到光学联接器26。测量设备8布置在表壳6的中间件10内。光输入和输出光纤22、24的相应自由端22a、24a面向透光窗口12布置，如图3所示。如下面将详细描述的，输入光纤22允许光被注入到测量设备8中，并且输出光纤24允许测量由法布里-珀罗腔反射的光强度。
再次参照图1，表壳中间件10例如呈环形并且设置有上部环形边缘30，表镜32搁置在该上部环形边缘30上。在作为图1至图3中的示例的表壳6中，表壳的构型基本上是圆形的。然而，本发明不限于这种表壳构型，也不限于上述用于表壳中间件10的其它结构。
根据图2和3所示的第一示例性实施例，且其可应用于上述第一和第二实施例两者，在表壳6的中间件10中加工透光窗口12。优选地，窗口12于是由半透明的防水材料如矿物玻璃或蓝宝石形成。
根据图1所示的第二实施例，且其可应用于上述第一和第二实施例两者，透光窗口12是穿过表壳6的表盘11加工的并且面向表镜32布置。在这种情况下，窗口12例如由穿过表盘11形成的孔形成。
外部设备4包括用于根据光信号确定相对湿度的确定装置以及连接到该确定装置的光发射和接收装置36。为清楚起见，确定装置未在图中示出。优选地，外部设备4还包括相对湿度电子传感器和比较装置；这些元件未在图中示出。比较装置连接到相对湿度电子传感器和根据光信号确定相对湿度的装置。比较装置构造成比较由相对湿度电子传感器确定的相对湿度值和由用于根据光信号确定相对湿度的装置确定的相对湿度值。同样优选地，设备4进一步包括显示装置38，其连接到用于根据光信号确定相对湿度的装置和/或比较装置。
外部设备4构造成通过手表2的透光窗口12发射和接收光。根据图1所示的优选实施例，外部设备4是便携式设备，即可以由用户佩戴而不需要用于其供电的有线连接的设备。如图1所示，便携设备4具有例如笔形状，笔的尖端容纳光发射和接收装置36。
用于根据光信号确定相对湿度的装置包括例如诸如电子芯片的处理装置，以及连接到该处理装置的存储装置。存储装置存储例如光强度值与相关的相对湿度值之间的一个或多个对应表格。
如图1所示，光发射和接收装置36包括例如能够通过透光窗口12朝手表2发光的聚焦光源40，以及能够通过窗口12接收已经通过测量光纤14的出射光的光传感器42。
显示装置38能够根据由确定装置确定的相对湿度值或者根据比较装置进行的比较的结果来显示不同的视觉信号。然后，由显示装置38显示的每个视觉信号根据情况对应于预定的相对湿度值，或者对应于相对湿度的预定差值(differential value)。如图1所示，显示装置38例如由具有发光二极管的光指示器形成，其中给定二极管的照射对应于预定的相对湿度阈值。因此，显示装置38向用户提供指示手表2内的相对湿度的视觉标志。
现在将描述用于测量手表2内的相对湿度的组件1的操作。一旦外部设备4面向手表2的透光窗口12定位，组件1的用户就激活光发射和接收装置36。特别地，在图1的说明性示例中，用户启动聚焦光源40。这使得可以将入射光注入表壳6中，特别是测量光纤14内。在图3所示的本发明的第二实施例中，入射光首先在输入光纤22内流动。然后光在测量光纤14内流动，被由自由端形成的法布里-珀罗腔反射回来，然后通过经过光学联接器26而移动到输出光纤24中。
然后，已流过测量光纤14的光被光发射和接收装置36接收。特别地，在图1的说明性示例中，光传感器42接收出射光。
因此，根据本发明的这种构型使得可以通过将光发送到测量光纤的输入端并通过测量出射光强度来获取表壳内部的相对湿度的测量值而不必打开表壳。
还应注意，根据一个未示出的变型，至少相对湿度的显示装置可以集成在表壳中，光源可以例如由智能手机的闪光灯形成。
Claims (19)
1.一种手表(2)，包括表壳(6)，其中所述表壳(6)包括用于测量所述手表(2)内部的相对湿度的设备(8)；
其特征在于，所述用于测量相对湿度的设备(8)是包括测量光纤(14)的光纤设备，所述测量光纤(14)包括部分(16)，所述部分(16)构造成使得所述部分(16)的折射率在所述表壳(6)内存在水蒸气的情况下发生变化，所述手表包括还包括透光窗口(12)，并且所述测量光纤的一部分面向所述透光窗口(12)，所述测量光纤(14)的所述部分(16)被剥去其光学护套，所述测量光纤(14)的所述部分(16)包括外层(18)，所述外层的折射率在存在水蒸气的情况下发生变化。
2.根据权利要求1所述的手表(2)，其特征在于，所述部分(16)形成所述测量光纤(14)的中间部分，所述中间部分位于所述测量光纤(14)的两个端部(14a，14b)之间。
3.根据权利要求1所述的手表(2)，其特征在于，所述部分(16)形成测量光纤(14)的自由端，所述自由端被光学地配置成形成法布里-珀罗腔。
4.根据权利要求3所述的手表(2)，其特征在于，用于测量相对湿度的设备(8)进一步包括光输入光纤(22)、光输出光纤(24)和光学联接器(26)，所述光学联接器(26)将所述光输入光纤(22)联接到所述光输出光纤(24)；所述测量光纤(14)的另一端(28)连接到所述光学联接器(26)。
5.根据权利要求1所述的手表(2)，其特征在于，所述外层(18)包括聚合物层和二氧化硅纳米颗粒层的交替叠加。
6.根据权利要求2所述的手表(2)，其特征在于，所述测量光纤(14)的所述部分(16)的长度基本上等于30mm。
7.根据权利要求1所述的手表，其特征在于，所述表壳(6)设置有表壳中间件(10)并且还包括透光窗口(12)。
8.根据权利要求7所述的手表(2)，其特征在于，所述透光窗口(12)是在所述表壳中间件(10)中加工而成的。
9.根据权利要求8所述的手表(2)，其特征在于，所述透光窗口(12)由半透明防水材料形成。
10.根据权利要求7所述的手表(2)，其特征在于，所述表壳(6)包含表盘(11)并且设置有封闭所述表壳中间件(10)的表镜(32)；所述透光窗口(12)是穿过所述表盘(11)加工而成的并且面向所述表镜(32)布置。
11.根据权利要求10所述的手表(2)，其特征在于，所述透光窗口(12)由穿过所述表盘(11)形成的孔洞形成。
12.根据权利要求4所述的手表(2)，其特征在于，所述表壳(6)设置有表壳中间件(10)并且还包括透光窗口(12)，所述透光窗口(12)是在所述表壳中间件(10)中加工而成的，所述用于测量相对湿度的设备(8)布置在所述表壳(6)的中间件(10)内，所述光输入光纤(22)和光输出光纤(24)的相应自由端(22a，24a)面向所述透光窗口(12)布置。
13.根据权利要求2所述的手表(2)，其特征在于，所述表壳(6)设置有表壳中间件(10)并且还包括透光窗口(12)，所述透光窗口(12)是在所述表壳中间件(10)中加工而成的，所述用于测量相对湿度的设备(8)布置在所述表壳(6)的中间件(10)内，所述测量光纤(14)的两个端部(14a，14b)面向所述透光窗口(12)布置。
14.一种用于测量手表(2)内部的相对湿度的组件(1)，包括手表(2)和设备(4)，所述设备(4)配备有用于根据光信号确定相对湿度的确定装置以及连接到所述确定装置的光发射和接收装置(36)，其特征在于，所述手表(2)是根据权利要求9至13中任一项所述的手表，所述设备(4)构造成通过所述手表(2)的透光窗口(12)发射和接收光，光流过所述测量光纤(14)。
15.根据权利要求14所述的组件(1)，其特征在于，所述设备(4)是便携式设备。
16.根据权利要求15所述的组件(1)，其特征在于，所述便携式设备(4)呈笔状。
17.根据权利要求14所述的组件(1)，其特征在于，所述光发射和接收装置(36)包括聚焦光源(40)和光传感器(42)。
18.根据权利要求14所述的组件(1)，其特征在于，所述设备(4)进一步包括相对湿度电子传感器，以及将由所述相对湿度电子传感器确定的相对湿度值与由所述用于根据光信号确定相对湿度的装置确定的相对湿度值进行比较的装置。
19.根据权利要求18所述的组件(1)，其特征在于，所述设备(4)进一步包括显示装置(38)，该显示装置能够根据比较结果来显示多个不同的视觉信号，每个视觉信号对应于相对湿度的预定差值。
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