CN203698218U - 用于从片材的表面清除降水的设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种用于从片材的表面清除降水的设备，所述设备包括被配置为通过超声使所述降水汽化的装置。根据本实用新型的一个实施例，通过同时减小挡风屏障和水滴之间的表面张力并且通过一个我们称之为冷蒸汽的过程在雨滴撞击挡风屏障的瞬时将雨滴汽化而从挡风屏障清除降水。
Description
相关申请的交叉引证
本申请根据35U.S.C.§119(a)和37CFR1.55的规定，要求于2011年1月10日提交的英国专利申请no.1100290.4和2011年10月25日提交的英国专利申请no.1118369.6的优先权，其全部内容通过引证的方式结合于此。
技术领域
本实用新型涉及用于从窗口清除降水的方法及设备。本实用新型的实施例涉及从车辆的挡风屏障（windscreen，风挡，挡风玻璃）清除降水。
背景技术
由玛丽安德森在1903年发明的当前的挡风屏障刮水器，已经为司机服务了将近一个世纪，然而，尽管这些年有许多改进，但是它还具有局限性，比如对驾驶员和乘客来说狭窄的视野、涂污、振动、速度提升、损伤挡风屏障表面以及对更新刮水器片的迫切需要。当晚上在大雨中以高速行驶时，尤其是相对于迎面而来的车辆前灯，驾驶员的视觉甚至被进一步削弱。
当下雨时，雨滴（其通常导致光透过挡风屏障的透射被扭曲）使得实际上不可能清晰地看到道路。传统的挡风屏障刮水器在受控速度下间歇地清除在驾驶员和乘客正前方的区域；然而在大雨中，随着刮水器在挡风屏 障上移动，驾驶员仅在短时间内具有清晰的视野。这导致驾驶员部分盲目地有效驾驶，并且可能错过看到行人和骑车人或其他车辆，尤其是在晚上。
在其他的方案中，GB2387107和US4768256中披露了利用超声清除降水的各种现有的方案。从DE202004019608Ul可知，在挡风屏障上移动的挡风屏障刮水器上设置超声换能器。从GB1037787可知，超声从挡风屏障的角或边缘声穿透（insonify），在这里换能器未被结合到挡风屏障或与挡风屏障物理接触，这导致大量的能量损失。据本申请人所知，使用超声的任何现有方案均没有付诸实施。
实用新型内容
根据本实用新型的一个方面，提供了一种从窗口的表面清除降水的方法，该方法包括通过超声（ultrasonically，超声地）使降水汽化。
根据另一个方面，提供了一种用于从片材的表面清除降水的设备，该设备包括用于通过超声使降水汽化的装置。
优选地，设备包括被配置为通过超声使降水汽化的装置。
优选地，片材为车辆的挡风屏障或其他窗口。
优选地，片材为遮阳板。
优选地，片材为用于建筑物的窗口或者为建筑物的窗口。
优选地，设备包括结合到片材的一个或多个压电换能器。
优选地，换能器或每个换能器为锆钛酸铅换能器。
优选地，换能器或每个换能器被布置以产生具有处于0.5到5MHz范围内的频率的超声波。
优选地，超声波具有处于2MHz加或减1MHz范围内的频率。
优选地，设备进一步包括超声信号发生器，超声信号发生器耦合到换能器或每个换能器，以刺激换能器发出超声波。
优选地，片材由表面波、瑞利波和/或兰姆波而声穿透。根据本实用新型的进一步方面，提供了一种从窗口的表面清除降水的方法，该方法包括通过超声减小表面与降水之间的表面张力并且使降水从表面弹出。
根据又一个方面，提供了一种从窗口的表面清除降水的设备，该设备包括用于通过超声减小表面与降水之间的表面张力并且使降水从表面弹出的装置。
在本实用新型的一个实施例中，该窗口为车辆的挡风屏障或其他窗口。
在本实用新型的一个实施例中，该窗口是例如摩托车驾驶员使用的遮阳板。
在本实用新型的一个实施例中，该窗口为用于建筑物的窗口或者为建筑物的窗口。
该设备不同于车辆的传统挡风屏障刮水器，其不具有活动部件。它也不具有像遭受磨损并需要定期更换的刮水片的部件。
在本实用新型的一个实施例中，通过同时减小挡风屏障和水滴之间的表面张力并且通过一个我们称之为冷蒸汽的过程在雨滴撞击挡风屏障的瞬时将雨滴汽化，而从挡风屏障清除降水，例如雨水。
从仅通过实施例的方式，参照附图对本实用新型的优选实施例的以下描述中，本实用新型的进一步特征和优点将变得明显。
附图说明
图1为车辆的示意图，该车辆的挡风屏障包括本实用新型的一个实施例；
图2为包括本实用新型的实施例的挡风屏障的示意框图；以及
图3为包括本实用新型的实施例的遮阳板的示意框图。
具体实施方式
概述
根据本实用新型的实施例的“超声挡风屏障系统”（UWS）的一个说明性实例的目的是从窗口去除降水，例如车辆的挡风屏障和/或车辆的侧窗口和/或后窗口。该系统的一个实施例没有活动部件，确保良好的可靠性和长寿命。它可能是使用固态技术进行数字控制的，并提供虚拟无缝控制变量。当被应用到车辆时，它可以与标准的车辆挡风屏障一起使用。
另一个实施例也能够除霜、除雾和/或清洗挡风屏障。
对于汽车、公共汽车、卡车、火车、飞机、应急车辆、防暴车辆，或摩托车驾驶员所使用的遮阳板来说，可能使用具有一些修改的超声挡风屏障系统（UWS）。
超声挡风屏障系统（UWS）可用来代替挡风屏障刮水器系统。然而，除了传统刮水器系统之外，如果需要的话，它也可被使用。
在本实用新型的一个实施例中，通过同时减小挡风屏障和水滴之间的表面张力并且在雨滴撞击挡风屏障的瞬时将雨滴汽化，而从挡风屏障上清除雨水。该过程不应与气穴现象（cavitation）相混淆，气穴现象为不同的 现象并且可能损害挡风屏障。通过即使在非常低的速度下的车辆上方的气流，生成的水蒸气将会从挡风屏障消散。
实施例
参见图1，车辆9具有挡风屏障10，压电换能器（piezoelectric transducer，压电传感器）1-8被结合（bonded，粘合）到其上。例如，这些换能器为锆钛酸铅（Lead Zirconate Titanate，PZT）换能器。该实施例的换能器被特别设计为具有用于最大频率和功率效率的内容和尺寸。
该系统具有一个或两个用于控制超声振动的功率和强度的自动数字且手动的控制器。波的功率和强度可根据降水的强度被控制。
该装置也可能具有使用超声能量加热挡风屏障的表面的效果，以允许除雾和除冰。
该系统可与常规的挡风屏障清洗机一起使用来清洗挡风屏障。然而，这应该比传统的系统更有效，因为它可以利用超声清洗技术的有效性。
本实用新型的一个实施例提供了纵向或剪切超声波作为主波模式。也可以存在其他的声波模式，如在挡风屏障的厚度内被引导的超声表面（瑞利（Rayleigh））波和/或兰姆波（Lamb waves）。
参照图2，挡风屏障10具有分布在挡风屏障的边缘周围的换能器1到8。该实施例的换能器通过环氧树脂或其他合适的结合剂被直接地结合到挡风屏障10。在该实施例中，换能器被结合到挡风屏障的顶部和底部。尽管未示出，但是换能器可被结合到挡风屏障的侧部。换能器可被均匀地分布在挡风屏障边缘的周围或不均匀地分布。例如，更多的换能器可靠近驾驶员的位置被放置，而不是靠近乘客的位置。
换能器1-8经由可包括接线器（wiring loom）的布线123连接到驱动系统11-14，其包括电源11、控制单元12、频率发生器13、以及功率放大器14。电源可包括正常12伏特或24伏特的车辆电池。该系统可通过标准雨水传感器122和/或手动控制器121被控制。PZT换能器和布线可被不透明屏蔽物从视野中所屏蔽，例如黑色乙烯基塑料膜。
相对的换能器，如换能器1-8的顶部和底部，可被同相或异相地独立地驱动。所有的换能器可优选地在相同的频率下操作。
超声具有远高于车辆使用者（包括人类和其他哺乳动物，如犬）的听力阈值的频率。本实用新型的实施例在0.5到5MHz的范围内操作，例如1到3MHz。超声的频率被选择以优化振动的振幅。超声波的振幅被选择以汽化降水。
可能存在许多不同的波模式；最重要的波模式将是纵向波。波模式包括但不限于横向波（剪切波）、兰姆波和瑞利波。
特定挡风屏障的频率和振幅可通过实验和/或通过使用有限元分析进行选择。同样PZT换能器的尺寸可使用有限元分析进行选择。有限元分析需要考虑：层压屏障的每个组分层和将换能器结合到屏障上的环氧树脂的a）杨氏模量；b）密度；c）角正切（Tan delta）；d）泊松比。屏障的厚度也考虑进去。不同材料和厚度的屏障可能需要不同的声透射（insonification）频率。
传统的层压挡风屏障的总厚度约为6.4毫米。用于声穿透它的主超声波可具有处于2MHz加或减l MHz范围内的频率。超声波可具有处于2MHz加或减0.5MHz范围内的频率。
变型
该系统可用在例如摩托车手使用的遮阳板30上。如图3所示，遮阳板30具有固定到其上的换能器31-33。这些换能器为参照图2描述的压电换能器。这些换能器可由参照图2所描述的驱动系统11至14驱动。图3的换能器通过插头和插座36连接到驱动系统。这些换能器可直接地结合到遮阳板上，或如图所示被结合在夹具34上，该夹具夹到遮阳板的顶部边缘。
该系统可用于从建筑物的窗口清除降水和/或用于自动清洗建筑物的窗口，例如大型多层建筑。
虽然图3示出了三个换能器，图2示出了8个换能器，但是可使用任何合适数量的换能器。
优点
该系统没有可见的或活动部件，并使用高于人类或动物听觉水平的频率。因此这有效地完全无声。
据估计，在批量生产中，该系统的成本潜在地比车辆的传统刮水器系统便宜。
仅在美国每年就有1亿个刮水片被替换，导致美国每年浪费3138767磅的橡胶叶片。在2009年，世界车辆年销售额为44686149，与此相对，美国的销售额为5440429。因此，可以假定，对于汽车和轻型商用车辆（不包括卡车和中型商用车），每年不可回收的刮水器橡胶的量可高达1150935吨的废橡胶。
该系统旨在为驾驶员和乘客提供清晰的视野，例如当驾驶通过大雨时。
上述实施例可被理解为本实用新型的说明性实施例。可设想本实用新型的进一步实施例。可以理解的是，所描述的与任一实施例相关的任何特征可被单独使用，或与所描述的其他特征相结合，并且也可与任何其他实施例的一个或多个特征结合使用，或任何其他实施例的任意组合。此外，在没有偏离所附权利要求限定的本实用新型范围的情况下，也可采用以上未描述的等价物和修改。
Claims (9)
1.用于从窗口的表面清除雨水或细雨的设备，所述设备包括所述窗口和结合到所述窗口的一个或多个压电换能器，以利用分布在所述窗口的边缘周围的所述一个或多个压电换能器所产生的超声波通过超声使所述雨水或细雨汽化。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述窗口为车辆的挡风屏障或其他窗口。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述窗口为遮阳板。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述窗口为用于建筑物的窗口或者为建筑物的窗口。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述换能器或每个换能器为锆钛酸铅换能器。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述换能器或每个换能器被布置以产生具有处于0.5到5MHz范围内的频率的超声波。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述超声波具有处于2MHz加或减1MHz范围内的频率。
8.根据权利要求6所述的设备，进一步包括超声信号发生器，所述超声信号发生器耦合到所述换能器或每个换能器，以刺激所述换能器发出超声波。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述窗口由表面波、瑞利波和/或兰姆波而声穿透。
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