ES2828573T3 - Transparencia aeroespacial con sensores de humedad - Google Patents

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ES2828573T3 ES17825645T ES17825645T ES2828573T3 ES 2828573 T3 ES2828573 T3 ES 2828573T3 ES 17825645 T ES17825645 T ES 17825645T ES 17825645 T ES17825645 T ES 17825645T ES 2828573 T3 ES2828573 T3 ES 2828573T3
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Abstract

Una transparencia que comprende: una pluralidad de láminas unidas para proporcionar una ventana laminada que tiene un área de visión, la ventana tiene un sello contra la humedad en las porciones de borde periféricas y marginales de las láminas; un sensor de humedad colocado entre las láminas y/o entre las láminas y el sello contra la humedad, en donde el sensor de humedad comprende un miembro electrolítico entre un primer electrodo y un segundo electrodo en donde el material electrolítico está en contacto iónico con el primer y segundo electrodos y mantiene los primer y segundo electrodos separados uno del otro y sin contacto superficial entre sí, y componentes electrónicos del sensor conectados operativamente a los electrodos del sensor para medir un potencial entre el primer y segundo electrodos y/o medir la corriente a través del sensor para determinar la cantidad de humedad absorbida por el miembro electrolítico, en donde el potencial entre el primer y segundo electrodos y/o la corriente a través del sensor mide la cantidad de humedad dentro de la ventana laminada en el área del sensor de humedad.

Description

DESCRIPCIÓN
Transparencia aeroespacial con sensores de humedad
Antecedentes de la invención
Campo de la invención
Esta invención se refiere a transparencias, por ejemplo, ventanas, que tienen uno o más sensores de humedad para medir la entrada de humedad, y más particularmente, a ventanas laminadas de aeronaves y aeroespaciales, por ejemplo, parabrisas laminado, que tienen sensores de humedad para controlar el rendimiento en tiempo real de los sellos de humedad del parabrisas, y la cantidad de humedad acumulada durante un período de tiempo predeterminado.
Las ventanas de aeronaves y aeroespaciales, por ejemplo, parabrisas incluyen un laminado de capas o láminas de plástico, capas o láminas de vidrio y sus combinaciones. Las capas de un segmento interior del parabrisas están orientadas hacia el interior de la aeronave y están diseñadas para proporcionar estabilidad estructural al parabrisas. Las capas del segmento exterior del parabrisas están orientadas hacia el exterior de la aeronave y están diseñadas para proporcionar estabilidad estructural y accesorios para la agudeza visual. Por ejemplo, y sin limitarse a la discusión, un accesorio para mejorar la agudeza visual es un miembro de calefacción que incluye un recubrimiento conductor de electricidad, o una pluralidad de cables conductores de electricidad, entre y conectados a un par de barras separadas para calentar la superficie exterior del parabrisas para evitar la formación y/o eliminar la niebla y el hielo en y/o de, respectivamente, la superficie exterior del parabrisas.
Descripción de la técnica relacionada
Como aprecian los expertos en la técnica, a medida que aumenta el tiempo de servicio del parabrisas de la aeronave, la eficiencia operativa del parabrisas disminuye hasta el momento en que el parabrisas deja de funcionar y el parabrisas necesita ser reemplazado o reparado. Más particularmente, el borde periférico del parabrisas tiene un sello contra la humedad exterior que es una barrera para evitar que la humedad entre las capas de plástico y vidrio o las láminas del parabrisas. Cuando el sello contra la humedad falla, por ejemplo, las grietas y/o las capas del laminado del parabrisas se desprenden, la humedad ingresa entre las capas del parabrisas. Si bien el agrietamiento o la desunión del sello no es un problema estructural, cuando la humedad se mueve entre las capas del parabrisas, el parabrisas puede deslaminarse y el recubrimiento conductor o los cables, lo que esté presente, puede dañarse y fallar, reduciendo o terminando así, la vida útil del parabrisas. Más particularmente, cuando ocurre la delaminación del parabrisas, se mueven cantidades crecientes de humedad entre las capas del parabrisas acelerando la degradación del parabrisas, por ejemplo, daños y/o fallas de las barras y el recubrimiento o cables conductores de electricidad, lo que reduce o elimina las capacidades de descongelación del parabrisas.
La respuesta oportuna a los defectos de reparación en los accesorios de la transparencia cuando comienzan, disminuye la eficiencia operativa de la transparencia y puede dar lugar a la necesidad de mantenimiento de emergencia, por ejemplo, la reparación o el reemplazo de la transparencia. Sería ventajoso, por lo tanto, proporcionar una transparencia con sensores de humedad para monitorear el rendimiento de la transparencia de modo que la reparación o el reemplazo de la transparencia sea un mantenimiento programado y no un mantenimiento de emergencia. Los documentos US 2010/163675 y US 2015/137837 divulgan transparencias con sensores de humedad.
Resumen de la invención
Esta invención se refiere a una transparencia, por ejemplo, pero sin limitarse a un parabrisas de aeronave que tiene, entre otras cosas, una pluralidad de láminas unidas para proporcionar una ventana laminada que tiene un área de visión, la ventana que tiene un sello contra la humedad en las porciones de borde periféricas y marginales de las láminas. Se coloca un sensor de humedad entre las láminas y/o entre las láminas y el sello contra la humedad. El sensor de humedad incluye, entre otras cosas, un miembro electrolítico entre un primer electrodo y un segundo electrodo en donde el material electrolítico está en contacto eléctrico con el primer y segundo electrodos y mantiene los primer y segundo electrodos separados uno del otro y sin contacto superficial entre sí. Los componentes electrónicos del sensor están conectados operativamente a los electrodos del sensor de humedad para medir una propiedad eléctrica del sensor para determinar la cantidad de humedad absorbida por el miembro electrolítico, en donde el potencial eléctrico entre los electrodos y/o la corriente suministrada a través de una carga calibrada dentro de los componentes electrónicos del sensor mide la cantidad de humedad dentro de la ventana laminada en el área del sensor de humedad.
La invención se refiere además a un método para hacer la transparencia para aeronaves que tiene un sensor de humedad. El método incluye, entre otras cosas, fabricar una transparencia laminada para aeronaves que tenga un sello contra la humedad sobre la superficie exterior de los bordes marginales y la periferia de la transparencia laminada para aeronaves. Durante la fabricación de la transparencia laminada para aeronaves, se coloca un elemento sensor sensible a la humedad entre las láminas y/o entre las láminas y el sello contra la humedad de la transparencia para aeronaves. En una modalidad no limitante de la invención, el elemento sensor incluye, entre otras cosas, un miembro electrolítico entre un primer electrodo y un segundo electrodo en donde el material electrolítico está en contacto iónico con el primer y segundo electrodos y mantiene el primer y el segundo electrodos separados entre sí y sin contacto entre sí, en donde se mide el potencial eléctrico entre los electrodos y/o la corriente suministrada a través de una carga calibrada dentro de los componentes electrónicos del sensor se mide para determinar la cantidad de humedad dentro del parabrisas laminado en el área del sensor de humedad.
Breve descripción de las Figuras
La Figura 1 es una vista en sección transversal de una modalidad no limitante de un parabrisas de aeronave que incorpora las características de la invención.
La Figura 2 es una vista isométrica de un miembro de calefacción de la técnica anterior para eliminar la niebla y derretir hielo y nieve en la superficie exterior del parabrisas.
La Figura 3 es una vista isométrica segmentada de un aspecto no limitante de un detector o sensor de humedad de la invención.
La Figura 4 es una vista isométrica de otro aspecto no limitante de un detector o sensor de humedad de la invención. La Figura 5 es una vista isométrica de aun otro aspecto no limitante de un detector o sensor de humedad de la invención.
La Figura 6 es una vista en sección transversal de un segmento de un aspecto no limitante de un detector o sensor de humedad de la invención.
La Figura 7 es una vista en planta de un sistema eléctrico para controlar y actuar sobre las señales de salida del sensor de humedad de la invención de acuerdo con las enseñanzas de la invención.
La Figura 8 es una vista en planta de una modalidad no limitante de una disposición de detectores o sensores de humedad para estimar la posición aproximada de la penetración de humedad y la profundidad de la penetración de humedad.
La Figura 9 es una vista en planta que muestra el sensor de humedad de la invención que rodea el miembro de calefacción que se muestra en la Figura 2.
La Figura 10 es una vista lateral en sección transversal elevada que muestra una modalidad no limitante de la invención para montar un sensor sobre una barra de un miembro de calefacción.
La Figura 11 es una vista en sección transversal de un segmento del parabrisas que se muestra en la Figura 1 que muestra la posición de los detectores o sensores de humedad en las pociones del borde marginal y periférico del parabrisas de la aeronave de acuerdo con las enseñanzas de la invención.
Descripción de la invención
Tal como se usa en el presente documento, los términos espaciales o direccionales tales como "interior", "exterior", "izquierda", "derecha", "arriba", "abajo", "horizontal", "vertical" y similares, se refieren a la invención como se muestra en el dibujo de las figuras. A menos que se indique lo contrario, en la siguiente discusión los números similares se refieren a elementos similares.
Las modalidades no limitantes de la invención están dirigidas a una transparencia laminada para aeronaves, y en particular a un parabrisas laminado de aeronave. La invención, sin embargo, no se limita a ningún tipo particular de transparencia para aeronaves, y la invención contempla la práctica de la invención en cualquier tipo de parabrisas, por ejemplo, pero sin limitarse a (1) un parabrisas laminado descrito en la Patente de Estados Unidos Núm. 8,155,816; (2) una ventana de aeronave que tiene un medio sensible a estímulos eléctricos para aumentar o disminuir la transmisión visible, por ejemplo, pero sin limitarse al tipo de ventana de aeronave divulgada en la Patente de Estados Unidos Núm.
7,586,664 y (3) ventanas de aeronave del tipo que tiene un espacio de aire aislado entre un par de láminas laminadas. Además, la invención puede llevarse a la práctica en ventanas comerciales y residenciales, por ejemplo, pero sin limitarse a (1) el tipo descrito en la Patente de Estados Unidos Núm. 5,675,944; (2) una ventana para cualquier tipo de vehículo terrestre; (3) un dosel, ventana de cabina y parabrisas para cualquier tipo de vehículo aéreo y espacial; (4) una ventana para cualquier embarcación de agua arriba y/o debajo del agua, y (5) una ventana para un lado o puerta de visualización para cualquier tipo de contenedor, por ejemplo, pero no limitado a un refrigerador, gabinete y/o puerta del horno. Aún más, la invención no se limita al material de las capas o láminas de la transparencia, y las capas o láminas pueden estar hechas, pero no limitadas a láminas de plástico curadas y no curadas; láminas de vidrio recocido y calor y vidrio químicamente reforzado, transparente, coloreado, revestido y no revestido; láminas
El parabrisas laminado generalmente está diseñado para ser un componente pasivo de la aeronave con características de descongelación y/o desnebulización. En la práctica de los aspectos no limitantes de la invención, los sensores se utilizan para proporcionar retroalimentación sobre el rendimiento de la transparencia. Más particularmente, los sensores de humedad de la invención proporcionan una ventana inteligente con el objetivo de proporcionar información sobre el estado de salud del sistema de ventanas para la integridad eléctrica y mecánica. Específicamente, el ingreso de humedad es un problema conocido del envejecimiento de la transparencia aeroespacial, especialmente cuando los sellos de las ventanas no se mantienen adecuadamente. Si se deja que el ingreso de humedad continúe, el ingreso de humedad puede deteriorar permanentemente el laminado interior, causando una visibilidad reducida e inutilizando la ventana. En el peor de los casos, el ingreso de humedad puede afectar la capa del calentador eléctricamente conductor (discutido en detalle a continuación), lo que puede causar la formación de arcos y fallas en la estructura de una o más capas, láminas o capas del parabrisas laminado.
En la Figura 1 se muestra una modalidad no limitante de un parabrisas 20 de aeronave que se puede usar al llevar a la práctica la invención. El parabrisas 20 tiene una primera lámina de vidrio 22 asegurada a la superficie 24 de una lámina o capa intermedia de vinilo 26 por una primera capa intermedia de uretano 28, y tiene una segunda lámina de vidrio 30 asegurada a la superficie 32 de la capa intermedia de vinilo 26 por una segunda capa intermedia de uretano 34. Un miembro de borde o sello contra la humedad 36 del tipo utilizado en la técnica, por ejemplo, pero sin limitarse a un caucho de silicona u otro material flexible duradero y resistente a la humedad, se asegura al (1) borde periférico 38 del parabrisas 20, es decir, el borde periférico 38 de las primera y segunda láminas 22 y 30, respectivamente; de la capa intermedia de vinilo 26; de las primera y segunda capas intermedias de uretano 28 y 34, respectivamente; (2) márgenes o bordes marginales 40 de la superficie exterior 42 del parabrisas 20, es decir, los márgenes 40 de la superficie exterior 42 de la primera lámina de vidrio 22 del parabrisas 20, y (3) márgenes o bordes marginales 44 de la superficie exterior 46 del parabrisas 20, es decir, márgenes de la superficie exterior 46 de la segunda lámina de vidrio 30.
Como aprecian los expertos en la técnica y no limitan la invención, la primera lámina de vidrio 22; la capa intermedia de vinilo 26 y la primera capa intermedia de uretano 28 forman la parte estructural, o el segmento interior, del parabrisas 20. La superficie exterior 42 del parabrisas 20, que es la superficie exterior 42 de la lámina de vidrio 22, está orientada hacia el interior del vehículo. El tipo de vehículo no se limita a la invención, por ejemplo, pero no se limita a una aeronave del tipo que se muestra en la Patente de Estados Unidos Núm. 8,155,816 B2. la segunda capa de uretano 34 y la segunda lámina de vidrio 30 forman la parte no estructural, o segmento exterior, del parabrisas 20. La superficie exterior 46 del parabrisas 20, que es la superficie 46 de la segunda lámina de vidrio 30, está orientada hacia el exterior de la aeronave. La segunda lámina de vidrio 30 es parte de un miembro de calefacción 50 que proporciona calor para eliminar la niebla y/o derretir el hielo en la superficie exterior 46 del parabrisas 20 de la manera discutida a continuación.
Como se puede apreciar, la invención no se limita a la construcción del parabrisas 20 y cualquiera de las construcciones de transparencias para aeronaves descritas en la técnica se puede usar al llevar a la práctica la invención. Por ejemplo, y sin limitar la invención, el parabrisas 20 puede incluir una construcción en donde se omiten la capa intermedia de vinilo 26 y la primera capa intermedia de uretano 28, y las láminas de vidrio 22 y/o 30 son láminas de plástico.
Generalmente, las láminas de vidrio 22 y 30 del parabrisas 20 son láminas de vidrio transparentes químicamente reforzadas; sin embargo, la invención no está limitada a esto, y las láminas de vidrio 22 y/o 30 pueden ser láminas de vidrio templadas o reforzadas con calor. Además, como se aprecia, la invención no se limita al número de láminas de vidrio, capas intermedias de vinilo y/o capas intermedias de uretano que conforman el parabrisas 20, y el parabrisas 20 puede tener cualquier cantidad de láminas y/o capas intermedias.
La invención no se limita al diseño y/o construcción del miembro de calefacción 50, y cualquier miembro de calefacción eléctricamente conductor usado en la técnica para calentar una superficie de vidrio y láminas de plástico para derretir hielo y/o eliminar la niebla de la superficie de la lámina puede usarse al llevar a la práctica la invención. Con referencia a la Figura 2, en una modalidad no limitante de la invención, el miembro de calefacción 50 incluye un recubrimiento conductor 62 aplicado a la superficie 64 de la segunda lámina de vidrio 30, y un par de barras separadas 66 y 68 en contacto eléctrico con el recubrimiento conductor 62. La invención no se limita a la composición del recubrimiento conductor 62, por ejemplo, y no se limita a la invención; el recubrimiento conductor 62 puede estar hecho de cualquier material eléctricamente conductor adecuado. Los aspectos no limitantes de los recubrimientos conductores que pueden usarse al llevar a la práctica la invención incluyen, pero no se limitan a, una película de óxido de estaño dopado con flúor depositado pirolítico del tipo vendido por PPG Industries, Inc. bajo la marca registrada NESA®; una película de óxido de indio dopado con estaño depositado por pulverización de magnetrón del tipo vendido por PPG Industries, Inc. bajo la marca registrada NESATRON®; un recubrimiento compuesto por una o más películas depositadas por pulverización catódica de magnetrón, las películas incluyen, pero no se limitan a una película de metal, por ejemplo, plata entre películas de óxido de metal, por ejemplo, óxido de zinc y/o estannato de zinc, cada uno de los cuales puede ser aplicado secuencialmente por pulverización catódica de magnetrón, por ejemplo, como se describe en las patentes de los Estados Unidos Núms. 4,610,771; 4,806,220 y 5,821,001.
Como se puede apreciar, la invención no se limita al uso de un recubrimiento eléctricamente conductor para calentar la lámina de vidrio 60 y contempla el uso de cualquier tipo de miembro que pueda calentarse eléctricamente, por ejemplo, pero sin limitarse a cables conductores eléctricos. Los cables, por ejemplo, los cables 69 mostrados en forma fantasma en la Figura 1, pueden estar incrustados en la segunda capa intermedia de uretano 34 y conectarse eléctricamente a las barras 66 y 68. Tal disposición de calentamiento se conoce en la técnica bajo la marca registrada AIRCON de PPG Industries Ohio Inc. y se describe en la Patente de Estados Unidos Núm. 4,078,107. Además, como pueden apreciar los expertos en la materia, la invención se puede practicar en artículos laminados, por ejemplo, pero sin limitarse a, ventanas que no tienen elementos de calefacción.
La invención no se limita al diseño y/o construcción de las barras y cualquiera de los tipos de barras conocidos en la técnica puede usarse al llevar a la práctica la invención. Los ejemplos de barras que se pueden usar al llevar a la práctica la invención incluyen, pero no se limitan a, los tipos descritos en las patentes de los Estados Unidos Núms.
4,623,389; 4,820,902; 4,894,513; 4,994,650, y 4,902,875. Cada una de las barras 66 y 68 están conectadas por un cable 70 y 71, respectivamente a una fuente de energía 72, por ejemplo, una batería para hacer fluir la corriente a través de las barras 66 y 68, y el recubrimiento conductor 62 para calentar el recubrimiento conductor 62 y la segunda lámina de vidrio 30 para eliminar el hielo y/o la niebla de la superficie exterior 46 del parabrisas 20. Un controlador de calor de la ventana 73 para proporcionar corriente eléctrica para calentar el recubrimiento 62 y para desconectar la corriente eléctrica del recubrimiento 62 está conectado a uno de los cables, por ejemplo, el cable 71 de tal manera que la sección 71A del cable 71 conecta un polo del controlador de calor de la ventana 73 a la barra 68, y la sección de cable 71B del cable 71 conecta otro polo del controlador de calor de la ventana 73 a la batería 72. Con esta disposición, el controlador de calor de la ventana 73 puede controlar la energía eléctrica a las barras 66 y 68, y el recubrimiento conductor 62 para variar y/o regular el flujo de corriente a través de las barras 68 y 66, y el recubrimiento conductor 62 para controlar la temperatura del recubrimiento conductor 62. Aunque no limita la invención, los extremos 75 de la barra 66 y los extremos 76 de la barra 68 están separados de los lados adyacentes 78-81 de la lámina de vidrio 30 para evitar que se arqueen las barras 66 y 68 con el recubrimiento del cuerpo metálico de la aeronave (que se muestra en la patente de los Estados Unidos Núm. 8,155,816B2)
Como se muestra en las Figuras 3-6 son modalidades no limitantes de los sensores de humedad 85-88, respectivamente, de la invención. Con referencia a la Figura 3, el sensor de humedad 85 tiene una disposición coaxial e incluye, pero no se limita a, un conductor eléctrico central 89, un manguito electrolítico 91 sobre el electrodo central 89 y un electrodo conductor eléctrico exterior permeable a la humedad 93.
En la práctica preferida de la invención, pero sin limitar la invención a la misma, uno de los electrodos del sensor de humedad 85 es un cátodo 89, y el electrodo 93 es un ánodo 93. Como se puede apreciar ahora, la invención contempla el electrodo 89 como el cátodo 93. A menos que se indique lo contrario en la discusión a continuación, el electrodo 89 es un ánodo 89 y el electrodo 93 es el cátodo 93.
El sensor de humedad 86 que se muestra en la Figura 4 incluye un primer electrodo conductor eléctrico poroso de humedad exterior 95 separado de un segundo electrodo conductor eléctrico poroso de humedad exterior 97, y una capa de electrolito 99 entre y en contacto físico e iónico con el primer y segundo electrodos 95 y 97, respectivamente. Al llevar a la práctica la invención, uno de los electrodos 95 y 97 es un ánodo y el otro electrodo 97 y 95 es un cátodo. Para propósitos de claridad y no limitantes de la invención a menos que se indique lo contrario, el electrodo 97 es el ánodo 97, y el electrodo 95 es el cátodo 95.
El electrolito 91 del sensor de humedad 85 (ver Figura 3) y el electrolito 99 del sensor de humedad 86 (ver Figura 4) usado al llevar a la práctica la invención es un electrolito que es compatible con la fabricación de cable, preferiblemente con una gran capacidad de humedad saturada, y con una temperatura de fusión mayor que la temperatura de procesamiento del laminado para el parabrisas 20 (ver Figura 1). Los electrolitos que se pueden usar al llevar a la práctica la invención incluyen, pero no se limitan a, materiales que absorben humedad para formar un medio iónicamente conductor que se puede usar en su forma pura o intercalar dentro de una matriz seleccionada para proporcionar las propiedades mecánicas requeridas. Como aprecian los expertos en la técnica, en la modalidad ideal pero no limitante, el electrolito tendrá una alta conductividad iónica y una baja conductividad electrónica. En la modalidad ideal pero no limitante, el electrolito no formará un conductor iónico en ausencia de humedad, y el electrolito específico y/o los materiales de matriz pueden seleccionarse para alterar el contenido de humedad de la capa intermedia en la que el electrolito se vuelve iónicamente conductor. Los ejemplos de tales electrolitos pueden incluir, entre otros, ácidos, tales como sulfúrico, clorhídrico, fosfórico, nítrico, carboxílico (como adípico, málico, acético, pero no limitado por los ligandos orgánicos del ácido), y bases, como hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de litio, hidróxido de magnesio, hidróxido de calcio. Las sales formadas por las reacciones entre dichos ácidos y bases se pueden agregar para alterar la velocidad de reacción entre el electrolito y el ánodo y el contenido de humedad de la capa intermedia en la cual el electrolito forma primero un medio iónicamente conductor. Las propiedades del electrolito también se pueden diseñar mediante la adición de modificadores que incluyen, entre otros, modificadores de la reología, como espesantes o agentes gelificantes, agentes de control de gases, tampones, sales delicuescentes, etc. La mezcla del electrolito con cualquier matriz mencionada o compuestos modificadores en su pluralidad se denominará en lo sucesivo como el electrolito, y siempre que se use en este documento, la palabra electrolito se entenderá con el potencial para tal pluralidad. La matriz puede consistir en un polímero termoplástico u otro material compatible con la fabricación de cable que puede contener el electrolito dentro de los poros que forman el material de la matriz, y también puede incluir un agente gelificante para hacer que el electrolito acuoso permanezca sustancialmente dentro de los confines del material de la matriz.
Esta invención no está limitada por los medios por los cuales se pueden formar los materiales de la matriz, sino que puede incluir, como ejemplo no limitante, la mezcla de un electrolito que en estado deshidratado forma un sólido, cuyo sólido se ha molido a una consistencia compatible con extrusión durante el proceso de fabricación del cable, y que puede fabricarse, almacenarse, transportarse y procesarse en estado seco. Alternativamente, se puede utilizar un proceso para crear una red de huecos interconectados dentro del cuerpo del material de la matriz, y los huecos posteriormente se infiltran con el electrolito y se secan antes de la instalación como una unidad de sensor en la ventana.
Los sensores de humedad 85 y 86 mostrados en las Figuras 3 y 4, respectivamente, también pueden incluir cualquier número de capas conductoras o aislantes permeables a la humedad adicionales que no cambian sustancialmente la respuesta eléctrica del sensor de humedad, pero pueden ser deseables para la fabricación o instalación del sensor. En la Figura 5 se muestra el sensor de humedad 87 que es un apilamiento de una pluralidad de sensores de humedad 86 mostrados en la Figura 4 para aumentar la corriente medible del sensor de humedad 86 de la Figura 4. Con referencia a las Figuras 4 y 5, según sea necesario, el sensor de humedad 87 se muestra como una pila de los sensores de humedad 86. Como se muestra en la Figura 6, el sensor de humedad 88 se designa 86A para el sensor de humedad extremo izquierdo y 86B para el sensor de humedad extremo derecho. El ánodo 97 del sensor de humedad 86A proporciona el extremo izquierdo del sensor de humedad 87. El cátodo 95 del sensor de humedad 86A y el cátodo 95 del sensor de humedad 86B están conectados eléctricamente de cualquier manera. El cátodo 95 del sensor de humedad 86B proporciona el extremo derecho del sensor de humedad 87 como se ve en la Figura 6.
El sensor de humedad 87 que se muestra en la Figura 5 se puede hacer conectando ánodos o cátodos adyacentes como se discutió anteriormente. Sin embargo, como aprecian los expertos en la materia, el ancho del ánodo o el cátodo se puede aumentar extendiendo el ancho del ánodo o el cátodo (ver Figura 6) para eliminar la necesidad de conectar sensores de humedad adyacentes. El ancho del ánodo y el cátodo se define como la distancia entre electrolitos adyacentes 99.
Como se muestra en las Figuras 5 y 6, según sea necesario, es el sensor de humedad 88 que es un apilamiento de una pluralidad de sensores de humedad 86 mostrados en la Figura 4 para aumentar el potencial medible del sensor de humedad 86 de la Figura 4. Con referencia a las Figuras 4 y 5, según sea necesario, el sensor de humedad 87 se muestra como una pila de los sensores de humedad 86. Como se muestra en la Figura 4, los sensores de humedad 88 están designados 86A para el sensor de humedad del extremo izquierdo, y 86B para el sensor de humedad del extremo derecho. El ánodo 97 del sensor de humedad 86A proporciona el extremo izquierdo del sensor de humedad 87. El cátodo 95 del sensor de humedad 86A y el ánodo 97 del sensor de humedad 86B están conectados eléctricamente de cualquier manera. El cátodo 95 del sensor de humedad 86B y el ánodo 97 del sensor de humedad 86A están conectados eléctricamente de cualquier manera. El cátodo 95 del sensor de humedad 86B proporciona el extremo derecho del sensor de humedad 88.
Los sensores de humedad 85-88 están hechos de materiales que no son reactivos con los materiales del parabrisas, por ejemplo, entre otros, las láminas de vidrio 22 y 30, el recubrimiento conductor 62, la capa intermedia de vinilo 26 y las capas intermedias de uretano 28 y 34. Más particularmente, el ánodo 89 y el cátodo 93 del sensor de humedad 85, y el ánodo 97 y el cátodo 95 del sensor de humedad 87 del sensor de humedad 86 están hechos de materiales eléctricamente conductores que tienen una conductividad eléctrica constante a lo largo del tiempo a un nivel fijo temperatura. Además al llevar a la práctica la invención, el ánodo y el cátodo están hechos de diferentes materiales, por ejemplo, diferentes metales. Los materiales que se pueden usar para el ánodo 89 y el cátodo 93 del sensor de humedad 85, y el ánodo 97 y el cátodo 95 del sensor de humedad 86, de la invención se encuentran, entre otros lugares, en tablas comúnmente publicadas de series galvánicas, también conocida como serie electropotencial. Los metales que pueden usarse como ánodos y cátodos al llevar a la práctica la invención incluyen, entre otros, rutenio, rodio, paladio, plata, osmio, iridio, platino y oro, y metales y aleaciones no nobles como, por ejemplo, pero no limitado a titanio, cromo, níquel, molibdeno, hierro, cobre, plomo, estaño, aluminio, zinc, magnesio y sus aleaciones. Para los propósitos de la serie galvánica, el carbono elemental en forma de grafito, negro de carbón, fibra de carbono o grafeno se puede considerar como un metal y usarse en forma elemental o como un elemento de aleación con cualquiera de los metales enumerados anteriormente.
El ánodo 89 y el cátodo 93 del sensor de humedad 85 (Figura 3); y el ánodo 97 y el cátodo 95 del sensor de humedad 86 (Figura 4) están hechos preferiblemente de materiales con diferente electronegatividad, por ejemplo, metales diferentes. En un aspecto de la invención, el ánodo 89 del sensor de humedad 85 mostrado en la Figura 3 y el ánodo 97 del sensor 86 en la Figura 4 está hecho de un cable de aleación de zinc o zinc-níquel sólido o trenzado, y el cátodo 93 del sensor de humedad 85 (ver Figura 3), y el cátodo 95 del sensor de humedad 86 (ver Figura 4) están hechos de fibras de carbono tejidas y están provistos de pasajes 103 para mover la humedad a través del cátodo 93 del sensor de humedad 85, y para mover la humedad a través del cátodo 95 del sensor de humedad 86 (Figura 4), para contactar el material electrolítico 91 entre los electrodos 89 y 93 del sensor 85, y para moverse a través del cátodo exterior 95 y el ánodo 97 del sensor 86 para contactar la capa de electrolito 99 entre el ánodo 97 y el cátodo 95 del sensor de humedad 86. La invención no se limita al grosor, tamaño y número de pasajes en la trenza del cátodo 93 (Figura 3) y 95 (Figura 3) y el ánodo 97 (Figura 4).
El material electrolítico 91 del sensor 85 y el material electrolítico 99 del sensor 86 utilizado al llevar a la práctica la invención incluye un separador de batería poroso para proporcionar soporte mecánico y evitar el contacto eléctrico entre el ánodo 89 y el cátodo 93 del sensor de humedad 85 (Figura 3), y entre el ánodo 97 y el cátodo 95 del sensor de humedad 86 (Figura 4). El electrolito es preferiblemente un ácido orgánico débil que forma un sólido en estado seco, y que es químicamente compatible con el nylon, como el ácido cítrico. El ácido se mezcla preferiblemente con una sal delicuescente, tal como los cloruros de litio, calcio, magnesio, zinc, o cualquiera de sus combinaciones, para mejorar la afinidad del sensor por el agua y reducir el límite de detección de agua en la capa intermedia. La selección de la sal delicuescente o su ausencia no limita el alcance o la utilidad de la invención. Cuando se prepara a partir de polvos como una mezcla seca, la sal mezclada y la mezcla de electrolitos se pueden mezclar adicionalmente con cualquiera de los agentes gelificantes comúnmente disponibles compatibles con la química de los electrolitos, tales como sílice pirógena o alcohol polivinílico (PVA). La selección del agente gelificante o su ausencia no limita el alcance o la utilidad de la invención. El agente gelificante se selecciona preferentemente para aumentar la viscosidad del electrolito hidratado para disminuir la probabilidad de una fuga en caso de agrietamiento y/o delaminación del elemento sensor, el parabrisas o cualquiera de sus componentes.
El potencial desarrollado por el sensor del grupo de sensores 85-88 y/o la corriente a través de una carga calibrada se mide mediante el mecanismo de medición eléctrica 115 (ver Figura 7). Como aprecian los expertos en la materia, la combinación del ánodo 89 y el cátodo 93 del sensor de humedad 85 (Figura 3), y el ánodo 97 y el cátodo 95 del sensor de humedad 86 (Figura 4), junto con el electrolito 91 en la Figura 3 o 99 en la Figura 4 incluye los elementos de una celda electroquímica. Cuando se fabrica como se describió anteriormente, y se instala en estado seco, la celda electroquímica no produce ningún voltaje o corriente apreciable hasta que se introduce agua en la vecindad del elemento sensor. Cuando suficiente agua alcanza la vecindad del elemento sensor, el electrolito absorberá el agua, formando un conductor iónico. En ese momento, aparecerá una característica potencial de los materiales seleccionados durante la fabricación del sensor entre el ánodo 89 y el cátodo 93 del sensor de humedad 85 (Figura 3), y el ánodo 97 y el cátodo 95 del sensor de humedad 86 (Figura 4), y el ánodo y el cátodo de los sensores de humedad 87 y 88. Como aprecian los expertos en la técnica, la respuesta eléctrica total (corriente o voltaje) generada por el sensor y que pasa a través del mecanismo de medición eléctrica 115 (ver Figura 7) es proporcional al grado de reacción en el ánodo 89 del sensor de humedad 85 (Figura 3) y ánodo 97 del sensor de humedad 86 (Figura 4). La permeación de humedad en el electrolito 91 en la Figura 3 o 99 en la Figura 4 causa principalmente un aumento en el volumen de electrolito que conduce los iones, y por lo tanto el área total del ánodo 89 del sensor de humedad 85 (Figura 3) y el ánodo 97 del sensor de humedad 86 (Figura 4) en proceso de reacción electroquímica en el momento de la medición. Si posteriormente se elimina toda la humedad de la vecindad del elemento sensor, la reacción electroquímica se detendrá ya que el electrolito dejará de conducir iones. El historial del potencial y la corriente generados por el elemento sensor medido por el mecanismo de medición eléctrica 115 representa la duración y la cantidad de agua presente en la capa intermedia en las proximidades del elemento sensor hasta el momento de la medición. De manera similar, mediante el uso de una rutina de calibración, el contenido de humedad del sensor 85 y/o 86 puede relacionarse con el contenido de humedad de los materiales en contacto inmediato con el sensor, como la capa intermedia de vinilo 26 o las capas intermedias de uretano 28 y/o 34.
El grosor de los sensores de humedad 85-88 no limita la invención, sin embargo, al llevar a la práctica la invención, cuando los sensores de humedad 85-88 se colocan entre láminas, el grosor de los sensores de humedad 85-88 se limita preferiblemente a un grosor tal que el sensor de humedad se pueda colocar dentro de una capa separada de la capa a cada lado del sensor de humedad. En un ejemplo no limitante, con referencia a la Figura 1, los sensores de humedad 85-88 mostrados en la Figura 3 se colocan en la capa de laminado de plástico 26, 28 y/o 34; la primera capa de uretano 28 tiene un grosor de 1,524 mm (0,060 pulgadas) medido entre la superficie 23 de la primera lámina de vidrio 22 y la superficie 24 de la capa intermedia de vinilo 26. El sensor de humedad 85 tiene preferiblemente un diámetro de menos de 1,524 mm (0,060 pulgadas), o el sensor de humedad 86 tiene un grosor medido entre la superficie exterior 101 del ánodo 97, y el ánodo 97 del sensor de humedad 87 para asegurar el sensor de humedad 85 u 87 en la primera capa de uretano 28. Como se puede apreciar, cuando los sensores de humedad 85-88 se colocan en la periferia 38 del parabrisas 20 dentro del sello contra la humedad 36 (véase la Figura 1), el grosor de los sensores de humedad 85-88 es menor que el grosor del parabrisas medido entre la superficie interior 42 y la superficie exterior 46 del parabrisas 20 (ver Figura 1).
La discusión ahora se dirige a la fabricación del sensor de humedad 85 (ver Figura 3). En un ejemplo no limitante, el ánodo central 89 está hecho de cable de aleación de zinc-níquel trenzado 28 AWG 7/36. El manguito electrolítico 91 está hecho de nylon mezclado especial extruido cargado con una mezcla de electrolitos sólidos en polvo, que consiste en sílice pirógena, ácido cítrico en polvo y cloruro de zinc en polvo. El electrolito 91 tiene un grosor de pared de 0,005 pulgadas. El cátodo 93 está hecho de una trenza de fibra de carbono, trenzada sobre el manguito dieléctrico 91 con una cobertura nominal del 90%. Una capa aislante exterior (numerada 88 y mostrada solo en la Figura 4 y solo en forma fantasma) que consiste en un compuesto de chaqueta de nylon Aegis H55WC extruido sobre la trenza a un diámetro exterior nominal de 1,143 mm (0,045 pulgada). También se hace un sensor de humedad 86. El electrolito 99 del sensor de humedad 86 tiene un rango de grosores de 0,025 mm a 0,813 mm (0,001 pulgadas a 0,032 pulgadas) con un ancho no limitante de 12,7 mm (0,5 pulgadas). La longitud varía según el tamaño del parabrisas y el área a ser monitoreada por el sensor de humedad. En otro ejemplo no limitante de la invención, la capa de electrolito 99 del sensor 86 consiste en el mismo material electrolítico usado para el manguito electrolítico 91 del sensor de humedad 85 (ver Figura 3) absorbido en una estera de vidrio. El ánodo 97 del sensor de humedad 86 está hecho de lámina de zinc perforada y el cátodo 95 del sensor de humedad 86 está hecho de cinta de carbón, nominalmente 6,35 mm (0,25 pulgadas) de ancho. El ánodo 95 y el cátodo 97 del sensor de humedad 86 se unen a un par de superficies opuestas del material electrolítico 99 mediante laminación en un manguito de polímero permeable a la humedad.
Como aprecian los expertos en la materia, un electrolito es una sustancia que produce una solución iónicamente conductora cuando se disuelve en agua. Al llevar a la práctica la invención, el electrolito está preferiblemente pero no limita a la invención libre de agua en el estado inicial para tener un valor base de cero volts. A medida que la humedad se mueve a través del electrolito, se expresa un potencial entre el ánodo y el cátodo. El voltaje permanece aproximadamente constante a medida que el electrolito absorbe agua adicional, y disminuye gradualmente con el tiempo a medida que el ánodo es consumido por la reacción electroquímica. La corriente expresada por el sensor a través de una carga calibrada aumenta a medida que el electrolito absorbe agua adicional, y finalmente también disminuye a medida que el ánodo es consumido por la reacción electroquímica. Una vez que la humedad comienza a ingresar al sistema de la capa del parabrisas, la respuesta eléctrica de los sensores se conectará a dispositivos electrónicos y/o sensores adicionales que controlarán el potencial y/o la corriente y detectarán estos cambios.
Como se puede apreciar ahora, la invención contempla cambiar las posiciones del ánodo y el cátodo. Más particularmente, el electrodo 89 de la Figura 3 identificado como el ánodo puede funcionar como el cátodo, siempre que el cátodo 93 de la Figura 3 funcione como el ánodo. Esto se puede lograr fabricando el electrodo 89 del metal catódico, por ejemplo fibra de carbono, y el ánodo 93 del metal anódico, por ejemplo, aleación de zinc-níquel.
En la estructura coaxial (Figura 3) o en la estructura de la línea de cinta (Figura 4), el "aislamiento exterior" representa la matriz de material en la que está incrustado el sensor. Por ejemplo, el aislamiento exterior puede consistir en resina o material entre capas que rodea el laminado. La malla de cable que comprende el electrodo exterior del par coaxial se seleccionó por permeabilidad a la humedad, conductividad eléctrica y electronegatividad química. El conductor central en la práctica preferida de la invención se selecciona principalmente por conductividad eléctrica y electronegatividad química. La electronegatividad del ánodo con respecto al cátodo y la composición química del electrolito se selecciona para proporcionar una señal medible desde el elemento sensor mientras minimiza los límites de detección y optimiza la compatibilidad química con el sistema de parabrisas y la longevidad del elemento sensor después de la detección de humedad. La humedad a detectar se mueve desde el aislamiento exterior a través del conductor exterior y al electrolito. La geometría coaxial del sensor de humedad 85 (ver Figura 3) tiene la ventaja adicional de una inmunidad superior a la interferencia eléctrica, en relación con la geometría de la línea de cinta del sensor de humedad 87 (ver Figura 4) ya que la malla de cable puede mantenerse en la aeronave tierra o potencial de tierra flotante para proporcionar blindaje eléctrico del ánodo 89 del sensor de humedad 85.
El propósito de la medición de humedad no es simplemente medir la tasa de ingreso instantáneo de agua entre las láminas del parabrisas laminado de la aeronave, sino también la cantidad de humedad acumulada con el tiempo. La historia de la entrada de humedad es tan importante como la concentración absoluta del agua en el sistema de ventanas. El concepto de medición de la humedad de la ventana se basa en los cambios de propiedad eléctrica de un elemento sensor después de la entrada de humedad entre las láminas del parabrisas. Un sistema de sensor incluye, entre otros, el sensor de humedad junto con la fuente de energía eléctrica, los circuitos y el software que detecta los cambios y comunica los cambios a las personas responsables de mantener la aeronave en condiciones seguras de funcionamiento, por ejemplo, como se describe en Patente de Estados Unidos Núm. 8,155,816 B2.
En una modalidad no limitante de la invención, el sensor de humedad 85 y/o 86 se basa en el aumento predecible del potencial resultante del manguito electrolítico 91 del sensor 85 o el electrolito 99 del sensor 86 que absorbe humedad. Más particularmente, el cátodo 89 como se muestra en la Figura 3 está conectado a un polo 105 de un potenciómetro o amperímetro 106, y el ánodo 93 está conectado a un segundo polo 108 del potenciómetro 106 (véase la Figura 7). En cuanto al sensor de humedad 86, el cátodo 95 está conectado al polo 108 del potenciómetro 106, y el segundo electrodo exterior 97 está conectado al polo 108 del potenciómetro 106. Se mide el voltaje expresado por la celda electroquímica en los electrodos. A medida que el electrolito absorbe la humedad por encima del umbral determinado por las elecciones de material, el voltaje entre el ánodo y el cátodo aumenta de casi cero a un voltaje característico determinado por las selecciones de materiales. El voltaje puede entonces considerarse un indicador de humedad. En otra modalidad no limitante de la invención, el sensor de humedad 85 y/o el cátodo 89 como se muestra en la Figura 3 está conectado a un polo 105 de un amperímetro 106, y el ánodo 93 está conectado a un segundo polo 108 del amperímetro 106 (ver Figura 7). En cuanto al sensor de humedad 86, el cátodo 95 está conectado al polo 108 del amperímetro 106, y el segundo electrodo exterior 97 está conectado al polo 108 del amperímetro 106. Se mide la corriente a través del circuito completado por el amperímetro, la celda electroquímica y los cables de conexión 111 y 112. A medida que el electrolito absorbe la humedad por encima del umbral determinado por las elecciones de material, el voltaje entre el ánodo y el cátodo aumenta de casi cero a un voltaje característico determinado por las selecciones de materiales y aumenta la corriente a través del amperímetro. La carga en el amperímetro se puede seleccionar para maximizar la discriminación de la señal. En otra modalidad no limitante de la invención, las características del potenciómetro y el amperímetro se pueden combinar en un multímetro 106 para registrar simultáneamente el voltaje, la corriente y, por lo tanto, la potencia calculada entregada por el elemento sensor al sistema de medición. La medición de los cambios de voltaje y corriente para la adsorción de humedad en el electrolito proporciona un gráfico de voltaje, corriente, potencia instantánea y el trabajo acumulado realizado por la celda frente a la adsorción de humedad que se puede usar para medir la humedad absorbida por el electrolito.
La invención no se limita al circuito empleado para medir los cambios de voltaje eléctrico cuando el electrolito absorbe la humedad. En la Figura 7 se muestra una modalidad no limitante de un sistema eléctrico 110 que se puede usar con los sensores de humedad 85-88 para determinar la penetración de humedad entre capas y/o láminas en el parabrisas 20. En la siguiente discusión, la invención se discutirá utilizando el sensor de humedad 85 que se muestra en la Figura 3. A menos que se indique lo contrario, la discusión de la invención que usa el sensor 85 es aplicable a la práctica de la invención que usa los sensores 86 y 87. En el aspecto no limitante, de la invención mostrada en la Figura 7, el sensor de humedad 85 se aplica a la superficie 23 de la lámina de vidrio 22 y se asegura contra la superficie 23 de la primera lámina de vidrio 22 de cualquier manera usual, por ejemplo, pero sin limitar la invención por la primera capa intermedia de uretano 28 (véase la Figura 1). Como puede apreciarse, el sensor de humedad coaxial 85 puede integrarse en cualquier miembro laminado de plástico (28, 26 y 34). En la modalidad no limitante de la invención mostrada en la Figura 7, el sensor de humedad coaxial 85 está montado sobre la superficie 23 de la primera lámina de vidrio 22 del parabrisas 20 y se extiende sustancialmente alrededor de los bordes marginales enteros de la primera lámina de vidrio 22. El sensor de humedad coaxial 85 tiene un ánodo 89 y un cable 111 que conecta el ánodo 89 al polo 105 del multímetro 106, y un cátodo designado por el número 93 y un cable 112 que conecta el cátodo 93 al polo 108 del multímetro 106 para medir el potencial suministrado por el sensor de humedad 85 a través de los polos 105 y 108 y/o corriente a través del amperímetro o multímetro 106. En la Figura 7 se muestra una separación entre los extremos 113 y 114 del sensor 85. La separación entre los extremos 113 y 114 no es limitante para la invención, y los extremos 113 y 114 del sensor 85 pueden solaparse entre sí como se muestra en la Figura 7.
El multímetro 106 del sistema eléctrico 110 puede ser cualquier circuito potenciómetro de alta impedancia convencional, circuito coulométrico o cualquier combinación práctica de los mismos, para medir la salida del sensor de humedad 85. Se utiliza un mecanismo de control 116, como los componentes electrónicos integrados o el software en un ordenador, para controlar y comunicarse tanto con el multímetro 106 como con el mecanismo de medición eléctrica 115. El mecanismo de control 116 puede usarse para ordenar al multímetro 106 que proporcione una carga establecida específicamente al sensor de humedad 85 y, después de la aplicación, el mecanismo de control 116 puede recolectar y/o calcular el potencial eléctrico y/o la corriente del sensor de humedad 85. Todo el multímetro 106 y el mecanismo de control 116 se pueden combinar en una sola unidad o instrumento, por ejemplo, una consola del tipo que se muestra en la Figura 18 y se describe en la Patente de Estados Unidos Núm. 8,155,816 B2 o pueden ser unidades individuales como se muestra en la Figura 7. El sistema de medición eléctrica puede ser cualquier sistema utilizado comúnmente para medir el potencial o la corriente, dos de estos ejemplos se describen a continuación para completar.
En una modalidad no limitante de la invención, se coloca una carga fija de 1 ohm en los puntos de conexión 89 y 93 y entre los cables 111 y 112. En este caso, 106 es un voltímetro que monitorea el voltaje a través de la carga que indica directamente la corriente que fluye a través de la carga. En el caso de cero humedad en el sensor, se produciría una lectura de cero volts. A medida que la humedad ingresa al laminado y se difunde hacia el sensor, el electrolito aumenta la conducción iónica y permite que una corriente fluya a través de la carga. La corriente que fluye a través de la carga conectada entre los puntos 89 y 93 da como resultado un voltaje que se medirá en el voltímetro 106 directamente relacionado con la cantidad de humedad absorbida en el electrolito, que es directamente proporcional al contenido de humedad del laminado en contacto directo con el sensor de humedad. Para reducir el ruido eléctrico, se puede conectar un conductor a la tierra del circuito (93 en el caso del sensor tipo 85 y cualquier conductor en el caso del sensor tipo 86). En otra modalidad no limitante de la invención, se conecta un conjunto de componentes electrónicos al sensor de humedad sin la fuente de energía exterior. Cuando el contenido de humedad del sensor de humedad alcanza un nivel suficiente, el electrolito permite un voltaje y corriente suficientes para alimentar los componentes electrónicos 106 conectados. Estos componentes electrónicos envían una señal al sistema electrónico de registro 116 que indica que se ha alcanzado un umbral de humedad. La invención descrita puede usar los métodos descritos anteriormente, o cualquier otro sistema de medición potenciométrica o coulométrica, incluidos, entre otros, contadores de culombio, basados en transistores, resistivos, inductivos, de efecto Hall, emisión de luz, sensores electromagnéticos, transductores, etc. Además, la invención puede usar una combinación de sistemas de medición de voltaje y/o corriente al mismo tiempo, secuencial o selectivamente en función de la condición de medición.
Más particularmente, cuando la humedad penetra en el parabrisas 20, la humedad eventualmente alcanzará el electrolito 91 del sensor de humedad 85 y/o el electrolito 99 del sensor de humedad 87. Cuando la humedad alcanza el electrolito 91 y/o 99 del sensor de humedad 85 y/u 87, respectivamente, la humedad es absorbida por el electrolito. A medida que el electrolito absorbe humedad, el voltaje a través del electrolito 91 y/o 99 aumenta. Como se discutió anteriormente, el voltaje entre el cátodo y el ánodo del dispositivo está asociado con un contenido líquido del electrolito que está asociado con el contenido de humedad de las capas de plástico 26 y 28. El contenido absoluto de humedad del electrolito depende del grosor y del coeficiente de absorción del electrolito, así como del contenido de humedad de la capa intermedia en las inmediaciones del sensor de humedad. En la práctica de un aspecto no limitado de la invención, cuando el voltaje y/o corriente medidos del sensor de humedad 85 y/u 87 está en un valor predeterminado que indica que la absorción de humedad por el electrolito 91 y/o 99 está en un valor predeterminado, el mecanismo de control 116 envía una señal a la alarma 118 para informar a la tripulación de la aeronave y/u otro personal como se describe en la Patente de Estados Unidos 8,155,816 B2 de un problema de penetración de humedad. En otra modalidad no limitante de la invención, el contenido de humedad del sensor de humedad 85 y/u 87 se controla (de forma continua o intermitente) y se analiza la tendencia del contenido de humedad a lo largo del tiempo para informar a la tripulación de la aeronave y/u otro personal de un problema con el parabrisas.
La disposición del sensor de humedad 85 que se muestra en la Figura 3 se puede usar para indicar que la humedad ha penetrado a través del sellador 36 y ha entrado en el volumen entre las láminas de vidrio 22 y 30 (véase la Figura 1). Sin embargo, el uso de una sola tira, 104, del sensor de humedad 85 y 87, no indica dónde ocurrió la penetración de humedad, qué tan lejos ha penetrado la humedad, o qué lado del parabrisas ha penetrado la humedad. Para mejorar la identificación de las áreas de penetración de humedad entre la lámina de vidrio 22 y la capa intermedia de vinilo 26, se pueden colocar múltiples tiras 104 en un patrón de rejilla o matriz sobre la superficie interior 23 de la lámina 22. Al llevar a la práctica la invención, el ánodo se disuelve, sin embargo, el porcentaje de disolución debe estar dentro de los límites del sensor.
En la modalidad no limitada de la invención que se muestra en la Figura 8, cada uno de los lados 120 - 123 de la lámina de vidrio 125 tiene dos filas 132 y 134 de sensores de humedad en o adyacentes al margen 135 de la lámina de vidrio 125 para proporcionar una matriz de sensores de humedad para identificar más definitivamente dónde está presente un área de humedad en el parabrisas. Aunque la modalidad no limitada de la invención en discusión hace referencia a la lámina 125 (Figura 8), la discusión es aplicable a las láminas de vidrio 22 y 30, la capa intermedia de vinilo 26 y las capas intermedias de uretano 28 y 34 a menos que se indique lo contrario. Además, aunque en la siguiente discusión se hace referencia a sensores de humedad que tienen diferentes designaciones numéricas, a menos que se indique lo contrario, los sensores de humedad mencionados a continuación incluyen el sensor de humedad 85 de la Figura 3 y el sensor de humedad 87 de la Figura 4.
Con referencia a la Figura 8, la primera fila 132 de los sensores de humedad 136-139 están en las esquinas 141-144, respectivamente de la lámina 125, y los sensores de humedad 146 y 147 están en los lados 121 y 123, respectivamente de la lámina 125. El extremo 136A del sensor de humedad 136 está adyacente y separado del extremo 139B del sensor de humedad 139 en el lado 120 de la lámina 125; el extremo 136B del sensor de humedad 136 está separado y adyacente al extremo 146 A del sensor de humedad 146, y el extremo 146B del sensor de humedad 146 está adyacente y separado del extremo 137A del sensor de humedad 137, en el lado 121 de la lámina 125; el extremo 137B del sensor de humedad 137 está adyacente y separado del extremo 138A del sensor de humedad 138 en el lado 122; el extremo 138B del sensor de humedad 138 está adyacente y separado del extremo 147A del sensor de humedad 147, y el extremo 147B del sensor de humedad 147 está adyacente y separado del extremo 139A de la humedad 139, en el lado 123, de la lámina 125
La segunda fila 134 de los sensores de humedad incluye sensores de humedad 150-153. El sensor de humedad 150 se extiende entre los lados 121 y 123 de la lámina de vidrio 125; tiene su extremo 150A adyacente y separado del extremo 15 IB del sensor de humedad 151, y su extremo 150B adyacente y separado del extremo 153 A del sensor de humedad 153. El sensor de humedad 151 se extiende entre los lados 122 y 120 de la lámina de vidrio 125 y tiene su extremo 151A adyacente y separado del extremo 152B del sensor de humedad 152. El sensor de humedad 152 se extiende entre los lados 121 y 123 de la lámina de vidrio 125 y tiene su extremo 152A adyacente y separado del extremo 153B del sensor de humedad 153. El sensor de humedad 153 se extiende entre los lados 120 y 122 de la lámina de vidrio 125 y tiene su extremo 153B adyacente y separado del extremo 152A del sensor de humedad 152.
Los extremos A y B de cada uno de los sensores de humedad 136-139, 146, 147 y 150-153 están individualmente conectados eléctricamente a la fuente de energía eléctrica 106 como se muestra en la Figura 7 para aplicar un potencial eléctrico a los sensores de humedad 136-139, 146, 147 y 150-153, y al mecanismo de medición eléctrica 115 para medir el potencial eléctrico a su través y/o la corriente mediante los sensores de humedad 136-139, 146, 147 y 150-153. En otro aspecto de la invención, el extremo A o B de cada uno de los sensores de humedad 136-139, 146, 147 y 150-153 están individualmente conectados eléctricamente al multímetro 106 como se muestra en la Figura 7 para medir el potencial a través de y/o la corriente a través de los sensores de humedad 136-139, 146, 147 y 150-153. El mecanismo de control 116 controla y se comunica tanto con el multímetro 106 como se discutió anteriormente para ordenar la operación de 106 para proporcionar una impedancia eléctrica predeterminada o específicamente establecida para el ánodo y el cátodo 89 y 93, respectivamente, del sensor de humedad 85 y/o ánodo 97 y cátodo 95 del sensor de humedad 86 y a los ánodos y cátodos de los sensores de humedad 136- 139, 146, 147 y 150-153 y, después de la aplicación, el mecanismo de control 116 puede recoger y/o calcular el potencial eléctrico a través de y/o la corriente a través de los sensores de humedad 85, 8687, 100, 136-139, 146, 147 y 150-153. El multímetro 106 y los mecanismos de control 116 para los sensores de humedad 85, 85, 87, 100,136-139, 146, 147 y 150-153 se pueden combinar en una sola unidad o instrumento, por ejemplo, una consola del tipo descrito en la patente de Estados Unidos Núm. 8,155,816B2, o pueden ser unidades individuales.
Con referencia continua a la Figura 6, la disposición de las dos filas 132 y 134, cada una con sensores de humedad separados, por ejemplo, sensores de humedad 136-139, 146 y 147 en la fila 132, y los sensores de humedad 150-153 en la fila 134 proporciona para una aproximación más cercana al área de penetración de humedad. Más particularmente y sin limitar la invención, la humedad es absorbida por el electrolito 91 y/o 99, colocando la penetración de humedad 156 en el área central del lado 121 de la lámina 125; la humedad es absorbida por los sensores de humedad 139 y 153, colocando la penetración de humedad 158 en el lado 123 adyacente al lado 138 de la lámina 125.
Los sensores de humedad 85-88 se pueden aplicar a una superficie de una o más de las láminas de vidrio 22 y 30. Como se aprecia, cuando los sensores de humedad de la invención se colocan en más de una lámina, cada uno de los sensores de humedad tiene preferiblemente su propio multímetro 106, o se proporciona un multímetro y está conectado eléctricamente a dos o más de los sensores de humedad a través de un mecanismo de conmutación. De manera similar, se pueden usar uno o mecanismos de control 116 para leer y medir el potencial eléctrico o la corriente que fluye a través de cada uno de los sensores de humedad en las láminas de vidrio 22 y 30, y la capa intermedia de vinilo 28, del parabrisas 20. De esta manera, se puede controlar la salida de cada uno de los sensores de humedad en las láminas 22, 28 y 30.
Con referencia a la Figura 9, se muestra el miembro de calefacción 120 que tiene el recubrimiento conductor 62 aplicado a la superficie interior 64 de la segunda lámina de vidrio 30. Como pueden apreciar los expertos en la materia, los sensores de humedad 136-139, 146 y 147 están separados de las barras 66 y 68, y del recubrimiento conductor 62, para aislar eléctricamente los sensores de humedad de las barras 66 y 68, y del recubrimiento conductor 62, del miembro de calefacción 120. En un aspecto no limitante de la invención, por ejemplo, como se muestra en la Figura 9, las barras están dentro del perímetro del recubrimiento 62, y el perímetro del recubrimiento conductor 62 está separado de los lados 38 de la lámina de vidrio 30. Los sensores de humedad 136-139, 146 y 147 se aplican sobre la porción no recubierta 154 de la superficie 64 de la lámina de vidrio 30 entre los lados 38 de la lámina 30 y el recubrimiento conductor 62. La porción no recubierta 154 de la superficie de vidrio 62 puede proporcionarse de cualquier manera conveniente, por ejemplo, enmascarando la superficie de vidrio durante el proceso de recubrimiento, o quitando abrasiva o químicamente el recubrimiento de la superficie de vidrio. Debido a que el vidrio está químicamente reforzado, se prefiere enmascarar las áreas durante el proceso de recubrimiento para evitar daños en la superficie que pueden causar la fractura del vidrio templado.
Como se puede apreciar, la invención contempla colocar el ánodo y el cátodo de los sensores de humedad de la invención sobre el recubrimiento conductor 62 y/o las barras 66 y 68. Más particularmente, como se muestra en la Figura 10, el ánodo y el cátodo de los sensores de humedad 136-139, 146 y 147 se aplican sobre el recubrimiento conductor de electricidad 62. Para aislar eléctricamente los ánodos 89 y 95, y los cátodos 93 y 97 de los sensores de humedad 136-139, 146 y 147 del miembro de calefacción eléctricamente conductor 62, ver las Figuras 9 y 10, respectivamente, uno o ambos ánodos y cátodos de los electrodos sensores 95 y 97 del sensor de humedad 87 mostrado en la Figura 8, un aislante exterior permeable a la humedad, eléctricamente no conductor 159 se extiende debajo de los sensores de humedad 136-139, 146 y 147 eléctricamente el recubrimiento 62 y los sensores de humedad 136-139, 146 y 147. Los materiales que se pueden usar al llevar a la práctica la invención, pero no se limitan a ellos, incluyen nylon (de cualquier longitud de cadena), uretano, polivinilo butiral o poliimida. La capa 159 puede tener una capa adhesiva en cada superficie para asegurar uno o más de los sensores de humedad en posición durante el manejo de las láminas antes de la laminación de las láminas, o puede mantenerse en su lugar utilizando cualquier medio práctico consistente con las prácticas de fabricación de parabrisas laminado. Como se puede apreciar, el sensor de humedad puede disminuir la visibilidad a través de esa porción de la lámina de vidrio sobre la cual se deposita, y por lo tanto, para los sensores de humedad que se extienden en el área de visión del parabrisas, el ancho máximo del sensor de humedad depende del área de visualización del operador requerida o especificada a través del parabrisas 20. Las transparencias para aeronaves, por ejemplo, parabrisas, tienen requisitos de seguridad específicos que especifican, entre otras cosas, el tamaño del área de visualización del parabrisas.
La discusión se dirige ahora a modalidades no limitadas de la invención relacionadas con la colocación de las modalidades no limitantes de detectores o sensores de humedad de la invención en componentes seleccionados del parabrisas 20, para detectar la presencia de humedad y/o medir la cantidad de humedad presente entre las láminas, por ejemplo, pero sin limitación, entre las láminas de vidrio 22 y 30, de acuerdo con las enseñanzas de la invención.
Tan crítico como el principio y el tipo de medición, el lugar donde debe ubicarse el sensor de humedad determinará si el nuevo sensor puede detectar efectivamente la entrada de humedad y proporcionará una advertencia lo suficientemente temprana para que el sistema del sensor de "ventana inteligente" alarme al piloto. Con referencia a la Figura 1 según sea necesario, la colocación del sensor de humedad 85 (Figura 3), el sensor de humedad (Figura 4) y/o el sensor de humedad 87 y 88 (Figuras 5 y 6) pueden aplicarse a cualquier posición en o entre las láminas de vidrio 22 y 30 como se muestra en las Figuras 1 y 10. Además, la invención no se limita al número de sensores de humedad y/o la ubicación del sensor de humedad en el parabrisas. Más particularmente y sin limitar la invención, el sensor de humedad se puede incrustar en la primera capa de uretano 28 entre la lámina de vidrio 22 y la capa intermedia de vinilo 26, en la capa intermedia de vinilo 26; en la segunda capa de uretano 28 entre la lámina de vidrio 30 y la capa intermedia de vinilo 26.
En las modalidades no limitadas de la invención discutidas anteriormente, los sensores de humedad 85, 86 y 87, en general, tienen la función de medir la presencia y el período de tiempo en que la humedad está en contacto con el sensor de humedad de la invención. La invención, sin embargo, no está limitada a esto, y el sensor de humedad de la invención puede usarse para medir la presencia y el período de tiempo en que la humedad está en contacto con el sensor de humedad y para activar y desactivar equipos eléctricos, por ejemplo, como se discute a continuación y en Patente de Estados Unidos Núm. 8,155,816 B2.
Sistema de control
En la Patente de Estados Unidos Núm. 8,155,816 B2 se describe un método y un aparato para monitorear el desempeño de una transparencia, por ejemplo, pero no limitado al parabrisas 20 de la invención y para programar el mantenimiento oportuno de, por ejemplo, reparaciones o reemplazo de transparencias, por ejemplo parabrisas de aeronaves que funcionan fuera de los límites aceptables. En este caso particular, realizar fuera de los límites aceptables como resultado de la penetración de humedad.
En general, la salida de los sensores que transportan datos sobre el rendimiento del sello contra la humedad del parabrisas se conecta a una consola que incluye un ordenador que tiene un software para leer y analizar las señales de los detectores o sensores de humedad para monitorear y/o determinar el rendimiento del parabrisas. Se puede usar un monitor al llevar a la práctica la invención para proporcionar una pantalla visual, y un altavoz para proporcionar un audio, con respecto al rendimiento del parabrisas. La consola puede incluir una alarma para llamar la atención sobre el monitor. Colocar la consola en la aeronave proporciona al personal dentro de la aeronave el rendimiento en tiempo real del parabrisas.
En otra modalidad descrita en la Patente de Estados Unidos 8,155,816, la consola tiene un transmisor y receptor inalámbricos; el transmisor transmite señales a una torre de transmisión. Las señales transportan datos sobre el rendimiento del parabrisas 20 y se transmiten a un centro de control (no mostrado). Los datos recibidos se estudian y se programan las acciones apropiadas que se tomarán, por ejemplo, en función de la información recibida, el personal del centro de control determina qué acción, si es que se necesita alguna. Si se necesitan acciones como reparaciones en el parabrisas o reemplazo del parabrisas, se transmite una señal que proporciona un cronograma de reparación al satélite a un centro de mantenimiento geográficamente cercano a la ubicación de reparación designada (generalmente la próxima parada programada para la aeronave) para hacer arreglos para tener todas las piezas, equipos y necesidades personales en el lugar de reparación designado

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Una transparencia que comprende:
una pluralidad de láminas unidas para proporcionar una ventana laminada que tiene un área de visión, la ventana tiene un sello contra la humedad en las porciones de borde periféricas y marginales de las láminas; un sensor de humedad colocado entre las láminas y/o entre las láminas y el sello contra la humedad, en donde el sensor de humedad comprende un miembro electrolítico entre un primer electrodo y un segundo electrodo en donde el material electrolítico está en contacto iónico con el primer y segundo electrodos y mantiene los primer y segundo electrodos separados uno del otro y sin contacto superficial entre sí, y
componentes electrónicos del sensor conectados operativamente a los electrodos del sensor para medir un potencial entre el primer y segundo electrodos y/o medir la corriente a través del sensor para determinar la cantidad de humedad absorbida por el miembro electrolítico, en donde el potencial entre el primer y segundo electrodos y/o la corriente a través del sensor mide la cantidad de humedad dentro de la ventana laminada en el área del sensor de humedad.
2. La transparencia según la reivindicación 1, en donde la transparencia es un parabrisas de una aeronave y los componentes electrónicos del sensor miden los cambios potenciales y/o de corriente del material electrolítico en contacto con el primer y segundo electrodos debido a la humedad absorbida por el material electrolítico.
3. La transparencia según la reivindicación 2, en donde el material electrolítico se selecciona del grupo de ácidos que comprende sulfúrico, clorhídrico, fosfórico, nítrico, carboxílico, adípico, málico, acético; de ligandos orgánicos del ácido y sus combinaciones, y del grupo de bases que comprenden hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de litio, hidróxido de magnesio, hidróxido de calcio y sus combinaciones.
4. Las transparencia según la reivindicación 3, en donde el sensor tiene una forma coaxial y el material electrolítico tiene una forma alargada con un orificio central, el primer electrodo comprende un manguito exterior que tiene una pluralidad de orificios separados a través de la pared del primer electrodo, y el primer electrodo está en contacto superficial con la superficie exterior del material electrolítico, y el segundo electrodo está dentro del orificio central del material electrolítico en contacto superficial con la superficie interior del material electrolítico, en donde preferiblemente el primer y segundo electrodos están hechos de un material seleccionado del grupo de rutenio, rodio, paladio, plata, osmio, iridio, platino y oro, y metales y aleaciones no nobles seleccionados del grupo de titanio, cromo, níquel, molibdeno, hierro, cobre, plomo, estaño, aluminio, zinc, magnesio y sus aleaciones, y carbono elemental en forma de grafito, negro de carbón, fibra de carbono o grafeno, en donde el carbono elemental se considera un metal y se usa en la forma elemental o como un elemento de aleación con cualquiera de los metales mencionados aquí.
5. La transparencia según la reivindicación 3, en donde el material electrolítico tiene una forma alargada que tiene una primera superficie y una segunda superficie, el primer electrodo está en contacto eléctrico con la primera superficie del material electrolítico y el segundo electrodo está en contacto eléctrico con la segunda superficie del material electrolítico, y el primer y segundo electrodos están conectados eléctricamente entre sí por medio del material electrolítico y el primer y segundo electrodos tienen cada uno una pluralidad de orificios separados que se extienden a través de sus respectivas paredes.
6. La transparencia según la reivindicación 5, en donde el primer y el segundo electrodos están hechos de rutenio, rodio, paladio, plata, osmio, iridio, platino y oro, y metales y aleaciones no nobles tales como, pero sin limitarse a, titanio, cromo, níquel, molibdeno, hierro, cobre, plomo, estaño, aluminio, zinc, magnesio y sus aleaciones.
7. La transparencia según la reivindicación 5, en donde el material electrolítico tiene una sección transversal de 4 lados con el primer electrodo montado en un lado del material dieléctrico designado como el primer lado del material electrolítico y el segundo electrodo está montado en un lado del material electrolítico opuesto al primer lado.
8. La transparencia según la reivindicación 1, en donde la transparencia es un parabrisas de aeronave laminado, y el sello contra la humedad se superpone a los bordes marginales de las superficies exteriores opuestas y a los bordes periféricos de la ventana laminada, y el elemento sensor está entre las láminas, y/o entre las láminas y el sello contra la humedad, del parabrisas laminado de la aeronave.
9. La transparencia según la reivindicación 8 que comprende:
la pluralidad de láminas comprende dos o más láminas transparentes unidas por un adhesivo, y
el elemento sensor en una porción de superficie de al menos una de las láminas, en donde preferiblemente cada una de las láminas comprende una primera superficie principal opuesta a una segunda superficie principal y una superficie periférica que une la primera superficie principal y la segunda superficie principal, en donde la porción de superficie de la al menos una de las láminas se selecciona del grupo de la primera superficie principal, la segunda superficie principal, la superficie periférica y sus combinaciones.
10. La transparencia según la reivindicación 1, en donde la transparencia es un laminado
la transparencia para aeronaves y cada una de las láminas comprende una primera superficie principal opuesta a una segunda superficie principal y una superficie periférica que une la primera superficie principal, en donde la segunda superficie de la primera lámina está de frente a y separada de la segunda superficie de la segunda lámina y el elemento sensor están entre la primera lámina y la segunda lámina, y separado del borde periférico de la primera lámina y la segunda lámina.
11. La transparencia según la reivindicación 8, en donde el elemento sensor es uno de una pluralidad de elementos sensores, en donde un primer elemento de la pluralidad de elementos sensores está entre el sello contra la humedad y las láminas, y un tercer elemento de la pluralidad de elementos sensores está entre el sello contra la humedad y la porción de la superficie exterior de la transparencia para aeronaves.
12. La transparencia según la reivindicación 8, en donde el elemento sensor es un primer sensor de humedad alargado que tiene un primer extremo y un segundo extremo opuesto, y que comprende un segundo, tercer y cuarto sensores de humedad alargados; cada uno de los sensores de humedad comprende un primer extremo y un segundo extremo opuesto, en donde los primer, segundo, tercer y cuarto sensores de humedad están montados en una superficie principal de un par de láminas adyacentes al borde periférico de la lámina, en donde el segundo extremo del primer sensor es adyacente y está separado del primer extremo del segundo sensor, el segundo extremo del segundo sensor es adyacente y está separado del primer extremo del tercer sensor, el segundo extremo del tercer sensor es adyacente y está separado del primer extremo del cuarto sensor, y el segundo extremo del cuarto sensor es adyacente y está separado del primer extremo del primer sensor, en donde preferiblemente los primer, segundo, tercer y cuarto sensores alargados forman un primer límite y comprenden un segundo límite dentro y separado del primer límite, y un tercer límite dentro y separado del segundo límite, en donde cada uno de los segundo y tercer límites comprende al menos un sensor de humedad alargado definido como un quinto sensor de humedad alargado para el segundo límite y el sexto sensor de humedad alargado para el tercer límite.
13. La transparencia según la reivindicación 1, en donde la transparencia se selecciona del grupo de una transparencia laminada para aeronaves, ventanas comerciales y residenciales, una ventana para cualquier tipo de vehículo terrestre; una marquesina, ventana de cabina y parabrisas para cualquier tipo de vehículo aéreo y espacial, una ventana para cualquier embarcación de agua por encima o por debajo, y una ventana para un lado de observación o puerta para cualquier tipo de contenedores, en donde preferiblemente se seleccionan las láminas de la transparencia del grupo de láminas de plástico sin curar; láminas de vidrio recocido, y láminas de vidrio sin recubrimiento recubiertas con calor y químicamente reforzadas, transparentes, coloreadas y combinaciones de las mismas.
14. La transparencia según la reivindicación 1, en donde el primer electrodo es un ánodo y el segundo electrodo es un cátodo.
15. Un método para hacer una transparencia para aeronaves que tiene un sensor de humedad que comprende:
fabricar una transparencia laminada para aeronaves que tiene un sello contra la humedad sobre la superficie exterior de los bordes marginales y la periferia de la transparencia laminada para aeronaves;
durante la fabricación de la transparencia laminada para aeronaves, colocar un elemento sensor sensible a la humedad entre las láminas y/o entre las láminas y el sello contra la humedad de la transparencia para aeronaves, en donde el elemento sensor comprende un miembro electrolítico entre un primer electrodo y un segundo electrodo en donde el material electrolítico está en contacto eléctrico con el primer y segundo electrodos y mantiene el primer y segundo electrodos separados uno del otro y sin contacto entre sí, y medir el potencial entre el primer y segundo electrodos y/o la corriente a través de los electrodos para determinar la cantidad de humedad dentro del parabrisas laminado en el área del sensor de humedad.
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