ES2899785T3 - Transparencia aeroespacial que tiene sensores de humedad - Google Patents

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ES2899785T3 ES16730936T ES16730936T ES2899785T3 ES 2899785 T3 ES2899785 T3 ES 2899785T3 ES 16730936 T ES16730936 T ES 16730936T ES 16730936 T ES16730936 T ES 16730936T ES 2899785 T3 ES2899785 T3 ES 2899785T3
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Abstract

Un parabrisas de aeronave (20) que comprende: una pluralidad de láminas (22, 30) que se unen juntas para proporcionar una ventana laminada que tiene un área de visión, la ventana que tiene un sello contra la humedad (36) en las porciones de borde periférico y marginal (38, 40) de las láminas (22, 30); un sensor de humedad (85, 87) que se posiciona entre las láminas (22, 30) y/o entre las láminas (22, 30) y el sello contra la humedad (36), en donde el sensor de humedad (85, 87) comprende un miembro dieléctrico que comprende un material dieléctrico (91, 99) entre un primer electrodo (93, 95) y un segundo electrodo (89, 97), en donde el material dieléctrico (91, 99) es un material dieléctrico que aumenta en impedancia eléctrica a medida que aumenta la humedad que se absorbe por el material dieléctrico, el miembro dieléctrico que está en contacto eléctrico con el primer (93, 95) y segundo (89, 97) electrodos y mantiene el primer (93, 95) y el segundo (89, 97) electrodos separados entre sí y fuera de contacto superficial entre sí, y la electrónica del sensor se conecta operativamente a los electrodos (89, 93, 95, 97) del sensor (85, 87) para medir una propiedad eléctrica del sensor (85, 87) para determinar la cantidad de humedad que se absorbe por el material dieléctrico (91, 99), en donde dicha electrónica de sensor se configura para aplicar corriente eléctrica alterna al primer (93, 95) y al segundo (89, 97) electrodos y medir la impedancia compleja (ohmios) del material dieléctrico (91, 99) para determinar la cantidad de humedad dentro del parabrisas laminado (20) en el área del sensor de humedad (85, 87).

Description

DESCRIPCIÓN
Transparencia aeroespacial que tiene sensores de humedad
Antecedentes de la invención
Campo de la invención
Esta invención se relaciona con las transparencias, por ejemplo, ventanas, que tienen uno o más sensores de humedad para medir el ingreso de humedad y más particularmente, a ventanas laminadas de aeronaves y aeroespaciales, por ejemplo, parabrisas laminados, que tienen sensores de humedad para monitorear el rendimiento en tiempo real de los sellos contra la humedad del parabrisas y la cantidad de humedad que se acumula con el tiempo,
Descripción de la tecnología actualmente disponible
Las ventanas de aeronaves y aeroespaciales, por ejemplo, los parabrisas incluyen un laminado de capas o láminas de plástico, capas o láminas de vidrio y sus combinaciones. Las capas de un segmento interno del parabrisas miran hacia el interior de la aeronave y se diseñan para proporcionar estabilidad estructural al parabrisas. Las capas del segmento exterior del parabrisas miran hacia el exterior de la aeronave y se diseñan para proporcionar estabilidad estructural y accesorios para la agudeza visual. Por ejemplo y sin limitarse a la descripción, un accesorio para mejorar la agudeza visual es un miembro calentable que incluye un recubrimiento conductor de la electricidad, o una pluralidad de cables conductores de la electricidad, entre y que se conectan a un par de barras colectoras separadas para calentar la superficie exterior del parabrisas para evitar la formación de y/o eliminar la niebla y el hielo en y/o de, respectivamente, la superficie exterior del parabrisas.
Como se aprecia por los expertos en la técnica, a medida que el tiempo de servicio del parabrisas de la aeronave aumenta, la eficiencia operativa del parabrisas disminuye hasta el momento en que el parabrisas se vuelve no funcional y el parabrisas necesita reemplazarse o repararse. Más particularmente, el borde periférico del parabrisas tiene un sello contra la humedad exterior que es una barrera para evitar que la humedad se introduzca entre las capas o láminas de plástico y vidrio del parabrisas. Cuando el sello contra la humedad falla, por ejemplo, se agrieta y/o las capas del laminado del parabrisas se despegan, la humedad se introduce entre las capas del parabrisas. Mientras que el agrietamiento o el despegue 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, cualquiera que esté presente, puede dañarse y fallar, de esta manera se reduce o termina la vida de servicio del parabrisas. Más particularmente, cuando ocurre la delaminación del parabrisas, aumentas las cantidades de humedad que se mueven entre las capas del parabrisas lo que acelera la degradación del parabrisas, por ejemplo, el daño y/o el fallo de las barras colectoras y el recubrimiento o los cables conductores de la electricidad, lo que reduce o elimina las capacidades de descongelación del parabrisas.
El documento US 2010/0163675 A1 describe un parabrisas laminado para una aeronave, el parabrisas tiene un sello contra la humedad y un sensor de humedad que se posiciona entre las láminas del parabrisas. El sensor de humedad comprende un miembro dieléctrico que mantiene dos electrodos separados entre sí. Mediante la medición de la resistencia del sensor, se determina la cantidad de humedad que se absorbe por el material dieléctrico.
La respuesta inoportuna a la reparación de defectos en los accesorios de la transparencia cuando comienzan, disminuye la eficiencia operativa de la transparencia y puede resultar en la necesidad de mantenimiento de emergencia, por ejemplo, la reparación o sustitución de la transparencia. Sería ventajoso, por lo tanto, proporcionar una transparencia con sensores de humedad para monitorear el rendimiento de la transparencia de manera que la reparación o sustitución de la transparencia sea un mantenimiento que se programa y no un mantenimiento de emergencia.
Resumen de la invención
Esta invención se relaciona con un parabrisas de aeronave que tiene, entre otras cosas, una pluralidad de láminas que se unen juntas para proporcionar una ventana laminada que tiene un área de visión, la ventana tiene un sello contra la humedad en las porciones de borde periférico y marginal de las láminas. Un sensor de humedad se posiciona entre las láminas y/o entre las láminas y el sello contra la humedad. El sensor de humedad incluye, entre otras cosas, un miembro dieléctrico que comprende un material dieléctrico entre un primer electrodo y un segundo electrodo en donde el material dieléctrico es un material dieléctrico que aumenta en impedancia eléctrica a medida que aumenta la humedad en la electricidad que se absorbe por el material dieléctrico. El miembro dieléctrico está en contacto eléctrico con el primer y segundo electrodos y mantiene el primer y segundo electrodos separados entre sí y fuera de la superficie de contacto entre sí. La electrónica del sensor se conecta operativamente a los electrodos del sensor de humedad para medir una propiedad eléctrica del sensor para determinar la cantidad de humedad que se absorbe por el miembro dieléctrico, en donde la aplicación de corriente eléctrica alterna al primer y segundo electrodos y la medición de la impedancia compleja (ohmios) del material dieléctrico mide la cantidad de humedad dentro del parabrisas laminado en el área del sensor de humedad.
La invención se relaciona además con un método.
El método incluye, entre otras cosas, fabricar una transparencia laminada para aeronaves que tenga una barrera 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. El elemento sensor incluye, entre otras cosas, un miembro dieléctrico, que comprende un material dieléctrico entre un primer electrodo y un segundo electrodo en donde el dieléctrico es un material dieléctrico que aumenta en impedancia eléctrica a medida que aumenta la humedad que se absorbe por el material dieléctrico. El miembro dieléctrico entra contacto eléctrico con el primer y segundo electrodos y mantiene el primer y segundo electrodos separados entre sí y fuera de contacto entre sí, al aplicar corriente eléctrica alterna a los electrodos para medir la impedancia compleja (ohmios) del dieléctrico para determinar la cantidad de humedad dentro del parabrisas laminado en el área del sensor de humedad.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista en sección transversal de una modalidad no limitante de un parabrisas de aeronave que incorpora características de la invención.
La Figura 2 es una vista isométrica de un miembro calentable de la técnica anterior para retirar la niebla y derretir el hielo y la nieve en la superficie exterior del parabrisas.
La Figura 3 es una vista isométrica segmentada de un aspecto no limitante de
un sensor o detector de humedad de la invención.
La Figura 4 es una vista isométrica de otro aspecto no limitante de un sensor o detector de humedad de la invención. La Figura 5 es una modalidad no limitante de un sistema eléctrico para monitorear y actuar sobre las señales de salida del sensor de humedad de acuerdo con las enseñanzas de la invención.
La Figura 6 es una vista en planta de una modalidad no limitante de una disposición de sensores o detectores de humedad para estimar la posición aproximada de penetración de la humedad y la profundidad de la penetración de humedad.
La Figura 7 es una vista en planta que muestra el sensor de humedad de la invención que rodea el miembro calentable que se muestra en la Figura 2.
La Figura 8 es una vista lateral en sección transversal elevada que muestra una modalidad no limitante de la invención para montar un sensor sobre una barra colectora de un miembro calentable.
La Figura 9 es un gráfico que muestra los cambios en la impedancia compleja (ohmios) como una función del contenido de humedad en % en peso para un material dieléctrico.
La Figura 10 es una vista en sección transversal de un segmento del parabrisas que se muestra en la Figura 1 que muestra la posición de los sensores o detectores de humedad en las porciones de borde marginal y periférico del parabrisas de aeronave de acuerdo con las enseñanzas de la invención.
Descripción detallada de la invención
Como se usa en la presente, los términos espaciales o direccionales tales como "interno”, “exterior”, "izquierda”, "derecha”, “arriba”, “abajo”, “horizontal”, “vertical” y similares, se relacionan en la invención como se muestra en el dibujo de las figuras. Sin embargo, debe entenderse que la invención puede asumir diversas orientaciones alternativas y, en consecuencia, tales términos no deben considerarse como limitantes. Además, todos los números que expresan dimensiones, características físicas, etcétera, usados en la descripción y en las reivindicaciones deben entenderse como que se modifican en todos los casos por el término "aproximadamente". En consecuencia, a menos que se indique lo contrario, los valores numéricos que se establecen en la siguiente descripción y en las reivindicaciones pueden variar en dependencia de la propiedad deseada y/o lo que pretende obtenerse por la presente invención. Cada parámetro numérico debe interpretarse, al menos, teniendo en cuenta el número de dígitos significativos que se indican y al aplicar las técnicas de redondeo ordinarias. Además, debe entenderse que todos los intervalos descritos en la presente descripción abarcan todos y cada uno de los subintervalos que se incluyen en los mismos. Por ejemplo, un intervalo declarado de “1 a 10” debe considerarse que incluye todos y cada uno de los subintervalos entre e incluso el valor mínimo de 1 y el valor máximo de 10; es decir, todos los subintervalos que comienzan con un valor mínimo de 1 o más y terminan con un valor máximo de 10 o menos, por ejemplo, de 1 a 6,7, o de 3,2 a 8,1, o de 5,5 a 10. Además, como se usa en la presente, el término “aplicado sobre”, “posicionado sobre” o "montado sobre” significa aplicado en, posicionado en o montado en, pero no necesariamente en contacto con la superficie. Por ejemplo, un artículo o componente de un artículo “aplicado sobre”, “montado sobre” o “posicionado sobre” otro artículo o componente de un artículo no excluye la presencia de materiales entre los artículos o entre los componentes del artículo, respectivamente.
Antes de describir varias modalidades no limitantes de la invención, se entiende que la invención no se limita en su aplicación a los detalles de las modalidades particulares no limitantes que se muestran y discuten en la presente descripción, ya que la invención es capaz de otras modalidades. Además, la terminología usada en la presente descripción para describir la invención es para el propósito de la descripción y no es una limitación. Además, a menos que se indique de cualquier otra manera, en la siguiente descripción los números similares se refieren a elementos similares.
Las modalidades no limitantes de la invención se dirigen 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 descrita en la solicitud de patente de Estados Unidos publicada 2007/0002422A y (3) ventanas de aeronave del tipo que tiene un espacio de aire aislado entre un par de láminas laminadas. Además, la invención puede practicarse 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 toldo, una ventana de cabina y un parabrisas para cualquier tipo de vehículo aéreo y espacial; (4) una ventana para cualquier embarcación por encima y/o más abajo del agua y (5) una ventana para un lado o puerta de visualización para cualquier tipo de contenedor, por ejemplo, pero sin limitarse a un refrigerador, gabinete y/o puerta de horno.
Además, la invención no se limita al material de las capas o láminas de la transparencia y las capas o láminas pueden hacerse de, pero sin limitarse a, láminas de plástico curadas y no curadas; láminas de vidrio recocido y láminas de vidrio reforzadas al calor y químicamente, transparentes, coloreadas, cubiertas y no cubiertas.
El parabrisas laminado normalmente se diseña para ser un componente pasivo de la aeronave con características de descongelación y/o desempañado. En la práctica de los aspectos no limitantes de la invención, los sensores se usan 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 una retroalimentación sobre el estado de salud del sistema de la ventana 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 continúe, el ingreso de humedad puede deteriorar permanentemente el laminado interior, lo que provoca una reducción de la visibilidad y deja la ventana inservible. En el peor de los casos, el ingreso de humedad puede afectar la capa del calentador conductor de la electricidad (que se describe en detalle más abajo), lo que podría provocar la formación de un arco y el fallo en la estructura de una o más capas, láminas o pliegues del parabrisas laminado.
Como se muestra la Figura 1, es una modalidad no limitante de un parabrisas de aeronave 20 que puede usarse en la práctica de la invención, el parabrisas 20 tiene una primera lámina de vidrio 22 que se asegura a la superficie 24 de una capa intermedia de vinilo o lámina 26 por una primera capa intermedia de uretano 28 y tiene una segunda lámina de vidrio 30 que se asegura a la superficie 32 de la capa intermedia de vinilo 26 por una segunda capa intermedia de uretano 34. Un miembro de borde o barrera contra la humedad 36 del tipo usado 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 a (1) el borde periférico 38 del parabrisas 20, es decir, el borde periférico 38 de la 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) los 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) los márgenes o bordes marginales 44 de la superficie exterior 46 del parabrisas 20, es decir, los márgenes de la superficie exterior 48 de la segunda lámina de vidrio 30.
Como se aprecia por los expertos en la técnica y sin limitarse a 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 segmento interno, del parabrisas 20. La superficie exterior 42 del parabrisas 20, que es la superficie exterior 42 de la lámina de vidrio 22, mira hacia el interior del vehículo, por ejemplo, pero sin limitarse a una aeronave (una aeronave que puede usarse en la práctica de la invención, pero sin limitarse a la invención, se muestra en la patente de Estados Unidos núm. 8,155,818B2), 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 mira hacia el exterior de la aeronave. La segunda lámina de vidrio 30 es parte de un miembro calentable 50 que proporciona calor para eliminar la niebla y/o derretir el hielo sobre la superficie exterior 46 del parabrisas 20 de la manera que se describe más abajo.
Como puede apreciarse, la invención no se limita a la construcción del parabrisas 20 y cualquiera de las construcciones de transparencias de aeronaves descritas en la técnica puede usarse en la práctica de la invención. Por ejemplo y sin limitarse a la invención, el parabrisas 20 puede incluir una construcción en donde la capa intermedia de vinilo 26 y la primera capa intermedia de uretano 28 se omiten 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 reforzadas químicamente; sin embargo, la invención no se limita a ello y las láminas de vidrio 22 y/o 30 pueden ser láminas de vidrio reforzadas o templadas al calor. Además, como se aprecia, la invención no se limita al número de láminas de vidrio, capas intermedias de vinilo o capas intermedias de uretano que constituyen el parabrisas 20 y el parabrisas 20 puede tener cualquier número de láminas y/o capas intermedias.
La invención no se limita al diseño y/o construcción del miembro calentable 50 y cualquier miembro calentable conductor de la electricidad usado en la técnica para calentar una superficie de vidrio o lámina de plástico para derretir el hielo y/o eliminar la niebla de la superficie de la lámina puede usarse en la práctica de la invención. Con referencia a la Figura 2, en una modalidad no limitante de la invención, el miembro calentable 50 incluye un recubrimiento conductor 62 que se aplica a la superficie 64 de la segunda lámina de vidrio 30 y un par de barras colectoras 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 hacerse de cualquier material conductor de la electricidad adecuado. Los aspectos no limitantes de los recubrimientos conductores que pueden usarse en la práctica de la invención incluyen, pero no se limitan a, una película de óxido de estaño dopado con flúor depositado pirolítico del tipo que se vende por PPG Industries, Inc. bajo la marca comercial NESA®; una película de óxido de indio dopado con estaño depositado por pulverización catódica de magnetrón del tipo que se vende por PPG Industries, Inc. bajo la marca comercial NESATRON®; un recubrimiento que se compone por una o más películas depositadas por pulverización catódica de magnetrón, las películas incluyen, pero sin limitarse 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 una de las cuales puede aplicarse secuencialmente por pulverización catódica de magnetrón, por ejemplo, como se describe en las patentes de Estados Unidos núms.
4,610,771; 4,806,220 y 5,821,001.
Como puede apreciarse, la invención no se limita al uso de un recubrimiento conductor de la electricidad 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 los cables conductores eléctricos. Los cables, por ejemplo, los cables 69 que se muestran en forma transparente en la Figura 1 pueden integrarse en la segunda capa intermedia de uretano 34 y conectarse eléctricamente a las barras colectoras 66 y 68. Tal disposición de calentamiento se conoce en la técnica bajo la marca comercial registrada AIRCON de PPG Industries Ohio Inc. y se describe en la patente de Estados Unidos núm. 4,078,107.
La invención no se limita al diseño y/o construcción de las barras colectoras y cualquiera de los tipos de barras colectoras que se conocen en la técnica pueden usarse en la práctica de la invención. Los ejemplos de barras colectoras que pueden usarse en la práctica de la invención incluyen, pero no se limitan a, los tipos que se describen en las patentes de Estados Unidos núms. 4,623,389; 4,820,902; 4,894,513; 4,994,650 y 4,902,875. Cada una de las barras colectoras 66 y 68 se conectan 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 colectoras 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 se conecta a uno de los cables, por ejemplo, el cable 71 de manera que la sección de cable 71A del cable 71 conecta un polo del controlador de calor de la ventana 73 a la barra colectora 68 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 colectoras 66 y 68, y el recubrimiento conductor 62 para variar y/o regular el flujo de corriente a través de las barras colectoras 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 colectora 66 y los extremos 76 de la barra colectora 68 se separan de los lados adyacentes 78-81 de la lámina de vidrio 30 para evitar la formación de arcos de las barras colectoras 66 y 68 con el recubrimiento de metal del cuerpo de la aeronave (que se muestra en la patente de Estados Unidos Núm.
8,155,816B2).
En la Figura 3 se muestra un sensor de humedad 85 y en la Figura 4 se muestra un sensor de humedad 87; los sensores de humedad 85 y 87 tienen características de la invención. Más particularmente, el sensor de humedad 85 tiene una disposición coaxial e incluye, pero no se limita a, un conductor eléctrico central o electrodo 89, un manguito dieléctrico 91 sobre el electrodo eléctrico central 89 y un manguito conductor eléctrico exterior permeable a la humedad o electrodo exterior 93. El sensor de humedad 87 que se muestra en la Figura 4 incluye un primer electrodo conductor eléctrico poroso de humedad exterior 95 que se separa de un segundo electrodo conductor eléctrico poroso de humedad exterior 97 y una capa dieléctrica 99 entre y en contacto físico o en cercanía, con el primer y segundo electrodos 95 y 97, respectivamente. El material dieléctrico que aumenta en impedancia eléctrica a medida que aumenta la humedad que se absorbe por él puede consistir en material aislante compatible con la fabricación de cable, preferentemente con una capacidad de humedad saturada preferentemente grande y con una temperatura de fusión mayor que la temperatura de procesamiento del laminado. Los materiales que pueden usarse para el dieléctrico 91 o 99 incluyen, pero no se limitan a, el nailon de cualquier longitud de la cadena, por ejemplo, nailon 4-6, nailon 6, nailon 6-6, nailon 6-12, nailon 11, poliamida-imida, polibencimidazol, polietarsulfona o polisulfona, el sensor de humedad 85 u 87 que se muestra en la Figura 3 o Figura 4, respectivamente, también puede incluir cualquier número de capas adicionales conductoras o aislantes permeables a la humedad que no cambian sustancialmente la respuesta eléctrica del sensor de humedad pero que pueden ser convenientes para la fabricación o la instalación del sensor, como se aprecia por los expertos en la técnica, un segmento de una capa conductora o aislante permeable a la humedad 86 se muestra en forma transparente en la Figura 4, los sensores de humedad 85 y 87 se hacen de materiales que no son reactivos con los materiales del parabrisas, por ejemplo, pero sin limitarse a 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, los electrodos 89 y 93 del sensor de humedad 85 y los electrodos 95 y 97 del sensor de humedad 87 se hacen de materiales conductores de la electricidad que tienen una conductividad eléctrica constante con el tiempo a una temperatura fija. Los materiales que pueden usarse para los electrodos 89 y 93 del sensor de humedad 85 y los electrodos 95 y 97 del sensor de humedad 87 incluyen, pero no se limitan a, los metales nobles más comúnmente considerados como el rutenio, el rodio, el paladio, la plata, el osmio, el iridio, el platino y el oro y metales no nobles y aleaciones tales como, pero sin limitarse a, el cobre, el cobre estañado, el cobre niquelado, el níquel-cromo, el aluminio y sus combinaciones.
El electrodo central 89 y el electrodo exterior 91 del sensor de humedad 85 se hacen preferentemente del mismo material y los electrodos exteriores 95 y 97 del sensor de humedad 87 también se hacen preferentemente del mismo material para evitar la reacción química entre dos metales diferentes, en un aspecto de la invención, el electrodo central 89 del sensor de humedad 85 que se muestra en la Figura 3 se hizo de un cable sólido o trenzado de cobre estañado y el electrodo exterior 93 del sensor de humedad 85 (véase la Figura 3) y los electrodos exteriores 95 y 97 del sensor de humedad 87 (véase la Figura 4) se hicieron de una malla de cobre estañado para proporcionar pasajes 103 para que la humedad se mueva a través de los electrodos exteriores 93, 95 y 97 para entrar en contacto con el material dieléctrico 91 entre los electrodos 89 y 93 del sensor 85 y para que se mueva a través de los electrodos exteriores 95 y 97 del sensor 87 para entrar en contacto con la capa dieléctrica 105 entre los electrodos 95 y 97 del sensor de humedad 87. La invención no se limita al grosor, tamaño y número de pasajes en el trenzado de los electrodos exteriores 93, 95 y 97, en la práctica de la invención, el electrodo de malla exterior se hizo de cables de cobre estañado 44 AWG con una cobertura trenzada del 75 %.
El material dieléctrico 91 del sensor 85 y el material dieléctrico 99 del sensor 87 usados en la práctica de la invención es del tipo que tiene una impedancia eléctrica en aumento a medida que aumenta la humedad que se absorbe por el material dieléctrico. Para mayor claridad, la impedancia es la medición de la oposición al flujo de corriente en un circuito. Para la corriente continua (CC), la única oposición es la resistencia del circuito. Para la corriente alterna (CA), la corriente es opuesta por la inductancia y la capacitancia, así como también por la resistencia. La combinación de inductancia y capacitancia se denomina como reactancia y constituye el componente complejo de la impedancia, mientras que la resistencia forma el componente real. Cuantitativamente, la impedancia se define como la relación compleja de la tensión de la corriente a una frecuencia dada. Para una entrada sinusoidal, la forma polar de la impedancia compleja relaciona la amplitud y la fase de la tensión y la corriente. La magnitud de la impedancia polar es la relación de amplitud de la tensión de la corriente. La fase de la impedancia polar es el desplazamiento de fase entre la corriente y la tensión.
La impedancia del sensor 85 u 87 se mide mediante el mecanismo de medición eléctrica 115 (véase la Figura 5) a una o más frecuencias. Como se aprecia por los expertos en la técnica, la impedancia en general y la impedancia reactiva en particular del sensor 85 u 87 pueden relacionarse con el contenido de humedad del sensor 85 u 87 a través del uso de un modelo adecuado y/o curva de calibración, que se ilustra en una modalidad no limitante de la Figura 9. La impregnación de humedad en el dieléctrico 91 en la Figura 3 o 99 en la Figura 4 provoca principalmente un aumento en el componente capacitivo de la impedancia reactiva del sensor. De manera similar, a través del uso de una rutina de calibración, el contenido de humedad del sensor 85 u 87 puede relacionarse con el contenido de humedad de los materiales en contacto inmediato con el sensor, tales 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 y 87 no se limita a la invención, sin embargo, en la práctica de la invención, cuando los sensores de humedad 85 u 87 se posicionan entre las láminas, el grosor de los sensores de humedad 85 u 87 se limita preferentemente a un grosor de manera que el sensor de humedad pueda posicionarse dentro de una capa separada de la capa en cada lado del sensor de humedad. Más particularmente, con referencia a la Figura 1, los sensores de humedad 85 u 87 que se muestran en la Figura 1 se posicionan en la capa de laminado plástico 26, 28 y/o 34; la primera capa de uretano 28 tiene un grosor de 0,152 cm (0,060 pulgadas) como se mide 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 preferentemente un diámetro menor de 0-152 cm (0,060 pulgadas), o el sensor de humedad 87 tiene un grosor que se mide entre la superficie exterior 101 de los electrodos 95 y 97 del sensor de humedad 87 para asegurar el sensor de humedad 85 u 87 en la primera capa de uretano 28. Como puede apreciarse, cuando los sensores de humedad 85 y 87 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 y 87 es menor que el grosor del parabrisas que se mide entre la superficie interna 42 y la superficie exterior 46 del parabrisas 20 (véase la Figura 1). Se hizo un sensor de humedad 85. El electrodo central 89 se hizo de cable de cobre trenzado estañado 28 AWG 7/36. El manguito dieléctrico 91 se hizo de nailon 6 que se adquirió de Honeywell y se vendió bajo la marca comercial Aegis H55WC Nylon Jacket Compound, el nailon se extruyó sobre el electrodo central 89 hasta un grosor de pared nominal de 0,013 cm (0,005 pulgadas).
El electrodo exterior 93 se hizo de una trenza de cobre estañado de 44 AWG, trenzado sobre el manguito dieléctrico 91 con una cobertura nominal del 75 %. Una capa aislante exterior (que se numera 86 y se muestra solo en la Figura 4 y solo en forma transparente) que consiste de Aegis H55WC Nylon Jacket Compound se extruyó sobre la trenza hasta un diámetro exterior nominal de 0,045 pulgada. También se hizo un sensor de humedad 87. El material dieléctrico 99 del sensor de humedad 87 tenía un intervalo de grosores de 0,003 cm a 0,081 cm (0,001 pulgadas a 0,032 pulgadas) con un ancho no limitante de 1,27 cm (0,5 pulgadas).
La longitud varía en dependencia del tamaño del parabrisas y el área a monitorearse por el sensor de humedad. La capa dieléctrica 99 del sensor 87 que consiste del mismo material dieléctrico usado para el manguito dieléctrico 91 del sensor de humedad 85 (véase la Figura 3). Los electrodos 95 y 97 del sensor de humedad 87 se hicieron de cinta de tela de poliéster metalizado de cobre niquelado, con adhesivo acrílico conductor sensible a la presión, nominalmente de 0,64 cm (0,25 pulgadas) de ancho.
Los electrodos 95 y 97 del sensor de humedad 87 se unieron a un par de superficies opuestas del material dieléctrico 99 mediante un adhesivo acrílico conductor sensible a la presión.
Como se aprecia por los expertos en la técnica, un material dieléctrico o dieléctrico para abreviar es un aislante eléctrico que puede polarizarse mediante un campo eléctrico aplicado. Cuando un dieléctrico se coloca en un campo eléctrico, las cargas eléctricas no fluyen a través del material como lo hacen en un conductor, sino que sólo se desplazan ligeramente de sus posiciones promedio de equilibrio lo que provoca la polarización dieléctrica. Debido a la polarización dieléctrica, las cargas positivas se desplazan hacia el campo y las cargas negativas se desplazan en la dirección opuesta. Esto crea un campo eléctrico interno que reduce el campo en general dentro del propio dieléctrico. Si un dieléctrico se compone de moléculas unidas débilmente, esas moléculas no solo se polarizan, sino que también se reorientan de manera que sus ejes de simetría se alineen con el campo. El sensor de humedad que tiene una estructura coaxial puede funcionar como sensor de humedad de impedancia o como sensor de humedad reactivo. La impedancia eléctrica, es decir, la capacitancia, la resistencia y la impedancia compleja del sensor de humedad cambia. Una vez que la humedad comienza a ingresar en el sistema de capas de la cabina, un sensor que consiste del suministro de energía eléctrica y sensores para la capacitancia, la resistencia y/o la impedancia compleja detectará estos cambios.
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 se integra el sensor. Por ejemplo, el aislamiento exterior puede consistir de una resina o material entre capas que rodea el laminado. La malla de cable que comprende el electrodo exterior del par coaxial se seleccionó por su permeabilidad a la humedad, conductividad eléctrica y su compatibilidad química. El conductor central en la práctica preferida de la invención se selecciona principalmente por la conductividad eléctrica y la compatibilidad química. El dieléctrico sensible puede cambiar la resistividad y/o la constante dieléctrica tras la absorción de la humedad. La humedad a detectarse se mueve desde el aislamiento exterior a través del conductor exterior y el dieléctrico sensible. La geometría coaxial del sensor de humedad 85 (véase la Figura 3) tiene la ventaja adicional de una inmunidad superior a la interferencia eléctrica, con relación a la geometría de la línea de cinta del sensor de humedad 87 (véase la Figura 4) ya que la malla de cable puede mantenerse a tierra de la aeronave o a un potencial de tierra flotante para proporcionar un blindaje eléctrico del conductor interno 89 del sensor de humedad 65.
El propósito de la medición de la humedad no es simplemente medir la velocidad instantánea de ingreso de agua entre las láminas del parabrisas laminado de la aeronave, sino también la cantidad de humedad que se acumula con el tiempo. La historia del ingreso de humedad es tan importante como la concentración absoluta del agua en el sistema de las ventanas. El concepto de medición de la humedad de la ventana se basa en los cambios en las propiedades eléctricas de un elemento sensor que sigue al ingreso de humedad entre las láminas del parabrisas. Un sistema de sensores incluye, pero no se limita a, el sensor de humedad junto con el suministro 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 operación, por ejemplo, como se describe en la Patente de Estados Unidos Núm. 8,155,816B2.
El sensor de humedad 85 y/u 87 se basa en el aumento predecible de la impedancia compleja (ohmios) que resulta del manguito dieléctrico 91 del sensor 85 o el dieléctrico 99 del sensor 87 que absorbe la humedad. Más particularmente, el electrodo central 89 como se muestra en la Figura 3 se conecta a un polo 105 de un suministro de energía CA 106 y el electrodo exterior 93 se conecta a un segundo polo 108 del suministro de energía de CA 106 (véase la Figura 5). En cuanto al sensor de humedad 87, el primer electrodo exterior 95 se conecta al polo 105 del suministro de energía de CA 106 y el segundo electrodo exterior 97 se conecta al polo 108 del suministro de energía 106. Se aplica tensión a los electrodos y se mide la impedancia del circuito. A medida que el dieléctrico absorbe la humedad, la impedancia aumenta.
La invención no se limita al circuito que se emplea para medir los cambios eléctricos cuando la humedad se absorbe por el dieléctrico. En la Figura 5 se muestra una modalidad no limitante de un sistema eléctrico 110 que puede usarse con el sensor 85 y 87 para determinar la penetración de la humedad en el parabrisas 20. En la siguiente descripción, la invención se describirá mediante el uso del sensor de humedad 85 que se muestra en la Figura 3. A menos que se indique de cualquier otra manera, la descripción de la invención mediante el uso del sensor 85 es aplicable a la práctica de la invención mediante el uso del sensor 87. En el aspecto no limitante, de la invención que se muestra en la Figura 5, 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 habitual, por ejemplo, pero sin limitarse a la invención mediante 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 que se muestra en la Figura 5, el sensor de humedad coaxial 86 se monta sobre la superficie 23 de la primera lámina de vidrio 22 del parabrisas 20 y se extiende alrededor de sustancialmente todos los bordes marginales de la primera lámina de vidrio 22. El sensor de humedad coaxial 85 tiene una primera superficie de terminación que se designa por el número 89 (el electrodo central del sensor 85) y un cable 111 que conecta el electrodo central 89 al polo 105 del suministro de energía de CA 106 y una segunda superficie de terminación que se designa por el 93 (el electrodo exterior 93 del sensor 85) y un cable 112 que conecta el electrodo exterior 93 al polo 108 del suministro de energía de CA 106 para aplicar una tensión al sensor de humedad 85. En la Figura 5 se muestra una separación entre los extremos 113 y 114 del sensor 85. La separación entre los extremos 113 y 114 no se limita a la invención y los extremos 113 y 114 del sensor 85 pueden solaparse entre sí como se muestra en forma transparente en la Figura 5.
La fuente de energía 106 del sistema eléctrico 110 puede ser cualquier fuente eléctrica convencional, tal como, pero sin limitarse a, una batería, un generador eléctrico y similares para aplicar una tensión al sensor de humedad 85. El sistema eléctrico 110 incluye además un mecanismo de medición eléctrica 115 para medir la impedancia compleja (ohmio) del sensor de humedad 85. Un mecanismo de control 116, tal como la electrónica integrada o el software en un ordenador, se usa para controlar y comunicarse tanto con la fuente de energía eléctrica 106 como con el mecanismo de medición eléctrica 115, el mecanismo de control 116 puede usarse para ordenar a la fuente de energía eléctrica 106 que proporcione un potencial eléctrico que se establece específicamente al sensor de humedad 85 y, después de la aplicación, el mecanismo de control 116 puede recolectar y/o calcular el potencial eléctrico del sensor de humedad 85 a través del mecanismo de medición eléctrica 115. Toda la fuente de energía eléctrica 106, el mecanismo de medición eléctrica 115 y el mecanismo de control 116 pueden combinarse en una única unidad o instrumento, por ejemplo, una consola del tipo que se muestra en la Figura 18 y que se describe en, la patente de Estados Unidos núm. 8,155,816B2 o pueden ser unidades individuales como se muestra en la Figura 5. El sistema de medición eléctrica puede ser cualquier sistema de uso común usado para medir la impedancia o la capacitancia; dos de tales ejemplos se describen más abajo para completar.
En una modalidad no limitante de la invención, se hace una medición de la impedancia por medio del análisis del desplazamiento de fase de una frecuencia conocida que se aplica al elemento sensor 85. Como se mencionó anteriormente, la fuente de energía eléctrica 106 se conecta a un electrodo 89 a través del cable 111 y la fuente de energía 106 se conecta a otro electrodo 93 del sensor 85 a través del cable 112. Esta conexión permite que el sensor de humedad 85 actúe como un circuito eléctrico cuando la fuente de energía eléctrica 106 aplica un potencial eléctrico. La fuente de energía eléctrica 106 aplica una tensión de CA al sensor de humedad 85, como se establece o especifica por el mecanismo de control 116. La tensión que se aplica resulta en un potencial que se mide en el sensor 85 (se mide por el mecanismo de medición eléctrica 115) que es diferente en fase y magnitud de la tensión que se aplica. Ya que la fuente de energía eléctrica 106 aplica una tensión establecida y el mecanismo de medición eléctrica 115 lee o mide la diferencia de tensión en el sensor de humedad 85, el mecanismo de medición eléctrica 115 (o el mecanismo de control 116, o cualquier sistema que se conecte) es capaz de calcular la impedancia compleja (ohmio) de la magnitud de la tensión y la diferencia de fase entre el electrodo central 89 y el electrodo exterior 93 del sensor de humedad 85. La Impedancia compleja se usa entonces para indicar la cantidad de humedad que se absorbe por el material dieléctrico 91 del sensor de humedad 85 o el material dieléctrico 99 del sensor de humedad 87. La frecuencia de la señal eléctrica usada para esta medición se elige típicamente para maximizar la respuesta del elemento de detección al cambio de humedad, sin embargo, pueden usarse múltiples frecuencias para mejorar la precisión y reducir el impacto del ruido.
En otro ejemplo no reivindicado de la invención se hace una medición de la impedancia por medio de una tensión CC que se aplica a través de los electrodos y se mide el tiempo de carga (tiempo que toma el elemento sensor en alcanzar la tensión CC que se aplica). La fuente de energía eléctrica 106 aplica una tensión CC al sensor de humedad 85, de nuevo como se establece o especifica por el mecanismo de control 118. Esta tensión que se aplica resulta en una diferencia de potencial que se mide (desde el mecanismo de medición eléctrica 115) en el sensor 85 que se acercará a la tensión que se aplica. El mecanismo de medición eléctrica 115 (o el mecanismo de control 116) es capaz de calcular la capacitancia (faradios) del sensor de humedad 85 en base al tiempo para alcanzar la tensión que se aplica. La capacitancia del elemento sensor se usa entonces para indicar la cantidad de humedad que se absorbe por el material dieléctrico 91 del sensor de humedad 85 o el material dieléctrico 99 del sensor de humedad 87. Con el fin de obtener mediciones continuas, puede usarse una tensión CC cambiante, así como también la medición de ambos tiempos de carga y/o descarga.
La invención descrita puede usar los métodos descritos anteriormente, o cualquier otro sistema de medición de impedancia que incluye la medición de la resistencia en serie y/o en paralelo mediante el uso de una relación de corriente y tensión. Adicionalmente, la invención puede usar una combinación de sistemas de medición de la impedancia al mismo tiempo, secuencialmente o selectivamente en base a la condición de medición.
Más particularmente, cuando la humedad penetra en el parabrisas 20, la humedad eventualmente alcanzará el material dieléctrico 91 del sensor de humedad 85 y/o el material dieléctrico 99 del sensor de humedad 87. A medida que la humedad alcanza el material dieléctrico 91 y/o 99 del sensor de humedad 85 y/u 87, respectivamente, la humedad comienza a absorberse por el material dieléctrico. A medida que el material dieléctrico continua la absorción de humedad el material dieléctrico se satura con la humedad y ya no absorbe significativamente la humedad. El contenido absoluto de humedad del material dieléctrico depende del grosor y del coeficiente de absorción del material dieléctrico. En la práctica de un aspecto no limitante de la invención, cuando la impedancia compleja que se mide del sensor de humedad 85 y/u 87 está en un valor que indica que la absorción de humedad por el material dieléctrico 91 y/o 95 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/o a otro personal como se describe en la patente de Estados Unidos 8,155,816B2 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 monitorea (o continuamente o de manera intermitente) y se analiza la tendencia del contenido de humedad con el tiempo para informar a la tripulación de la aeronave y/o a otro personal de un problema con el parabrisas.
La disposición del sensor de humedad 85 que se muestra en la Figura 5 puede usarse para indicar que la humedad ha penetrado a través o alrededor 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 única tira, 104, del sensor de humedad 85 y 87, no indica dónde ocurre la penetración de la humedad, hasta dónde ha penetrado la humedad, o en qué lado del parabrisas ha penetrado la humedad. Con el fin de mejorar la identificación de las áreas de penetración de humedad entre la lámina de vidrio 22 y la capa intermedia de vinilo 26, pueden colocarse múltiples tiras 104 en una red o patrón de serie sobre la superficie interna 23 de la lámina 22.
En la modalidad no limitante de la invención que se muestra en la Figura 6, cada uno de los lados 120-123 de la lámina de vidrio 125 tiene dos hileras 132 y 134 de sensores de humedad en o adyacentes al margen 135 de la lámina de vidrio 125 para proporcionar una serie de sensores de humedad para identificar más definitivamente dónde está presente un área de humedad en el parabrisas. Aunque la modalidad no limitante de la invención en la descripción hace referencia a la lámina 125 (Figura 6), la descripción 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 de cualquier otra manera. Además, aunque en la siguiente descripción se hace referencia a los sensores de humedad que tienen diferentes designaciones numéricas, a menos que se indique de cualquier otra manera, los sensores de humedad que se mencionan más abajo 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 6, la primera hilera 132 de los sensores de humedad 136-139 está 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 es adyacente a 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 es adyacente a y separado del extremo 146A del sensor de humedad 146 y el extremo 146B del sensor de humedad 146 es adyacente a 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 es adyacente a y separado del extremo 138A del sensor de humedad 138 en el lado 122; el extremo 138B del sensor de humedad 138 es adyacente a y separado del extremo 147A del sensor de humedad 147 y el extremo 147B del sensor de humedad 147 es adyacente a y separado del extremo 139A del sensor de humedad 139, en el lado 123, de la lámina 125.
La segunda hilera 134 de los sensores de humedad incluyen los sensores de humedad 150-153. El sensor de humedad 150 se extiende entre los lados 121 y 123 de la lámina de vidrio 125; y tiene su extremo 150A adyacente a y separado del extremo 151B del sensor de humedad 151 y su extremo 150B adyacente a y separado del extremo 153A 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 a 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 a 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 a 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 se conectan eléctricamente de forma individual a la fuente de energía eléctrica 106 como se muestra en la Figura 4 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 de los sensores de humedad 136-139, 146, 147 y 150-153. En otro aspecto de la invención, los extremos A o B de cada uno de los sensores de humedad 136-139, 146, 147 y 150-153 se conectan eléctricamente de forma individual a la fuente de energía eléctrica 106 como se muestra en la Figura 3 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 la impedancia compleja de los sensores de humedad 136-139, 146, 147 y 150­ 153. El mecanismo de control 116 controla y se comunica tanto con la fuente de energía eléctrica 106 como con el mecanismo de medición eléctrica 115 como se describió anteriormente para ordenar a la fuente de energía eléctrica 106 que proporcione un potencial eléctrico predeterminado o específicamente establecido a los electrodos 89 y 93 del sensor de humedad 85 y/o a los electrodos 95 y 97 del sensor de humedad 87 y a los electrodos de los sensores de humedad 136-139, 146, 147 y 150-153 y, después de la aplicación, el mecanismo de control 116 puede recolectar y/o calcular el potencial eléctrico de los sensores de humedad 85, 87 y 136-139, 146, 147 y 150-153 a través del mecanismo de medición eléctrica 115. Todas las fuentes de energía eléctrica 106, los mecanismos de medición eléctrica 115 y los mecanismos de control 116 para los sensores de humedad 85, 87 y 136-139, 146, 147 y 150-153 pueden combinarse en una única 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 hileras 132 y 134 cada una que tiene sensores de humedad separados, por ejemplo, los sensores de humedad 136-139, 146 y 147 en la hilera 132 y los sensores de humedad 150- 153 en la hilera 134 proporcionan una aproximación más cercana al área de penetración de humedad. Más particularmente y sin limitarse a la invención, la humedad se absorbe por el material dieléctrico 91 y/o 99, lo que posiciona la penetración de humedad 156 en el área central del lado 121 de la lámina 125; la humedad se absorbe por los sensores de humedad 139 y 153, lo que posiciona la penetración de humedad 158 en el lado 123 adyacente al lado 138 de la lámina 125.
El sensor de humedad 85 y/u 87 puede aplicarse 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 preferentemente su propia fuente de energía eléctrica 106, o se proporciona una fuente de energía y se conecta eléctricamente a dos o más de los sensores de humedad. De manera similar, uno o múltiples mecanismos de medición eléctrica 115 pueden usarse 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, puede monitorearse la salida de cada uno de los sensores de humedad en las láminas 22, 28 y 30.
Con referencia a la Figura 7, se muestra el miembro calentable 50 que tiene el recubrimiento conductor 62 que se aplica a la superficie interna 64 de la segunda lámina de vidrio 30. Como puede apreciarse por los expertos en la técnica, los sensores de humedad 136-139, 146 y 147 se separan de las barras colectoras 66 y 68 y del recubrimiento conductor 62, para aislar eléctricamente los sensores de humedad de las barras colectoras 66 y 68 y del recubrimiento conductor 62, del miembro calentable 50. En un aspecto no limitante de la invención, por ejemplo, como se muestra en la Figura 7, las barras colectoras están dentro del perímetro del recubrimiento 62 y el perímetro del recubrimiento conductor 62 se separa 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 cubierta 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 cubierta 154 de la superficie de vidrio 62 puede proporcionarse de cualquier manera conveniente, por ejemplo, al enmascarar la superficie de vidrio durante el proceso de recubrimiento, o al retirar abrasiva o químicamente el recubrimiento de la superficie de vidrio. Debido a que el vidrio se refuerza químicamente, se prefiere enmascarar las áreas durante el proceso de recubrimiento para evitar daños en la superficie que pueden provocar la fractura del vidrio templado.
Como puede apreciarse, la invención contempla posicionar los sensores de humedad de la invención sobre el recubrimiento conductor 62 y/o las barras colectoras 66 y 68. Más particularmente, como se muestra en la Figura 8, los sensores de humedad 136, 139, 145 y 147 son aplicados sobre el recubrimiento conductor de la electricidad 62. Para aislar eléctricamente el electrodo exterior 93 del sensor de humedad 85 que se muestra en la Figura 3 y/o uno o ambos electrodos 95 y 97 del sensor de humedad 87 que se muestra en la Figura 8 un aislante exterior 159 permeable a la humedad y eléctricamente no conductor se extiende bajo los sensores de humedad 136-139, 146 y 147 lo que aísla eléctricamente el recubrimiento 62 y los sensores de humedad 136-139, 146 y 147. Los materiales que pueden usarse en la práctica de la invención, pero sin limitarse a ellos, incluyen nailon (de cualquier longitud de la cadena que se lista anteriormente), el uretano, el butiral de polivinilo o la 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 mediante el uso de cualquier medio práctico consistente con las prácticas de fabricación del parabrisas laminado. Como puede apreciarse, el sensor de humedad puede disminuir la visibilidad a través de la porción de la lámina de vidrio sobre la que 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 requerida o específica del operador 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 salida de impedancia compleja (ohmio) del sensor de humedad de la invención puede medirse mediante el uso de una variedad de circuitos sensores de lectura estándar, por ejemplo, del tipo descrito en la solicitud de patente de Estados Unidos publicada en 2015/0137837A1 y del tipo que se muestra en la Figura 5. En la Figura 9 se muestra un gráfico que muestra el rendimiento del sensor de humedad que se muestra en la Figura 3. Con referencia a la Figura 9, la "y" o eje vertical es el componente imaginario de la impedancia compleja (ohmios) y la "x" o eje horizontal es el contenido de humedad de la capa de uretano 28 o 34 en por ciento. El gráfico que se muestra en la Figura 9 es un modelo (curva sólida) con un conjunto de datos registrados para la impedancia compleja (ohmios) del sensor 85 que se muestra en la Figura 3. El peso de todos los sensores con sus cables de conexión asociados se registró antes de la laminación. El laminado o los cupones se fabricaron con uretano del tipo que se vende por PPG industries, Inc. bajo la marca comercial PPG112, que incorpora un sensor de humedad del tipo 85 que se muestra en la Figura 3 y con los pliegues de vidrio retirados después de la laminación. La composición de la capa intermedia de PPG112 se describe en la patente de Estados Unidos núm. 4,704,174.
Después de retirar los pliegues de vidrio, los cupones se secaron inicialmente en un horno de vacío que se establece a 50 °C nominalmente hasta que el cambio de peso entre las mediciones con 24 horas de diferencia fue de menor de 5 miligramos y se registró el peso inicial "seco". A continuación, los cupones se encerraron en frascos desecadores de vidrio individuales, con sellos de grasa al vacío entre todas las partes acopladas, que contenían una cantidad predeterminada de agua y se dejaron equilibrar por 1 mes. Los cupones se retiraron, se pesaron inmediatamente y se midió la impedancia compleja (ohmios). La conversión de la impedancia a la humedad es posible a través del uso de líneas de transmisión estándar o ecuaciones de condensadores al reemplazar la constante dieléctrica del dieléctrico interno con una ecuación dependiente de la humedad. Las ecuaciones para la conversión de la impedancia a la humedad se conocen en la técnica y no se consideran necesarias más descripciones.
La descripción se dirige ahora a las modalidades no limitantes de la invención con relación a la colocación de las modalidades no limitantes de los sensores o detectores de humedad de la invención en componentes que se seleccionan del parabrisas 20, para detectar la presencia de humedad y/o medir la cantidad de humedad presente entre las láminas, por ejemplo, pero sin limitarse a, entre las láminas de vidrio 22 y 30, de acuerdo con las enseñanzas de la invención.
Tan crucial como el principio y el tipo de medición, donde debe ubicarse el sensor de humedad determinará si el nuevo sensor puede detectar eficazmente el ingreso de humedad y proporcionar una advertencia lo suficientemente temprana para que el sistema de sensores de la "Ventana Inteligente” alarme al piloto. Con referencia a la Figura 1 como se necesite, la colocación del sensor de humedad 85 (Figura 3), o 87 (Figura 4) o múltiples tiras (Figuras 6 y 7) puede 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 a la ubicación del sensor de humedad en el parabrisas. Más particularmente y sin limitar la invención, el sensor de humedad puede integrarse en la primera capa de uretano 28 entre la lámina de vidrio 22 y la capa intermedia de vinilo 26, integrado en la capa intermedia de vinilo 26; integrado en la segunda capa de uretano 28 entre la lámina de vidrio 30 y la capa intermedia de vinilo 26. En las modalidades no limitantes de la invención descritas anteriormente, los sensores de humedad 85 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 se limita a ello 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 el equipo eléctrico, por ejemplo, como se describe más abajo y en la patente de Estados Unidos Núm. 8,155,816B2.
Sistema de control
En la patente de Estados Unidos núm. 8,155,816B2 se describe un método y aparato para monitorear el rendimiento de una transparencia, por ejemplo, pero sin limitarse al parabrisas 20 de la invención y para programar oportunamente el mantenimiento de, por ejemplo, reparaciones o la sustitución de transparencias, por ejemplo, parabrisas de aeronaves que se presentan fuera de los límites aceptables para este caso en particular, que se presentan fuera de los límites aceptables como resultado de la penetración de la humedad.
En general, la salida de los sensores que llevan datos con relación al rendimiento de la barrera 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 sensores o detectores para monitorear y/o determinar el rendimiento del parabrisas. Puede usarse un monitor en la práctica de la invención para proporcionar una pantalla visual y un altavoz para proporcionar un audio, con relación al rendimiento del parabrisas. La consola puede incluir una alarma para llamar la atención sobre el monitor. La colocación de la consola en la aeronave proporciona al personal dentro de la aeronave con 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 un receptor inalámbrico; el transmisor transmite las señales a una torre de transmisión. Las señales llevan datos sobre el rendimiento del parabrisas 20 y se transmiten a un centro de control (que no se muestra). Los datos que se reciben se estudian y se programa la acción apropiada a tomar, por ejemplo, en base a la información que se recibe, el personal del centro de control determina qué acción, si la hay, es necesaria. Si se necesita una acción tal como la reparación del parabrisas o la sustitución del parabrisas, se transmite al satélite una señal que proporciona un programa de reparación a un centro de mantenimiento geográficamente cercano a la ubicación de reparación que se designe (normalmente la siguiente parada programada para la aeronave) para disponer y tener todas las partes, equipos y personal necesario en la ubicación de reparación que se designe.
La invención no se limita a las modalidades de la invención que se presentan y describen anteriormente que se presentan solo para propósitos ilustrativos y el alcance de la invención solo se limita por el alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un parabrisas de aeronave (20) que comprende:
una pluralidad de láminas (22, 30) que se unen juntas para proporcionar una ventana laminada que tiene un área de visión, la ventana que tiene un sello contra la humedad (36) en las porciones de borde periférico y marginal (38, 40) de las láminas (22, 30);
un sensor de humedad (85, 87) que se posiciona entre las láminas (22, 30) y/o entre las láminas (22, 30) y el sello contra la humedad (36), en donde el sensor de humedad (85, 87) comprende un miembro dieléctrico que comprende un material dieléctrico (91, 99) entre un primer electrodo (93, 95) y un segundo electrodo (89, 97), en donde el material dieléctrico (91, 99) es un material dieléctrico que aumenta en impedancia eléctrica a medida que aumenta la humedad que se absorbe por el material dieléctrico, el miembro dieléctrico que está en contacto eléctrico con el primer (93, 95) y segundo (89, 97) electrodos y mantiene el primer (93, 95) y el segundo (89, 97) electrodos separados entre sí y fuera de contacto superficial entre sí, y
la electrónica del sensor se conecta operativamente a los electrodos (89, 93, 95, 97) del sensor (85, 87) para medir una propiedad eléctrica del sensor (85, 87) para determinar la cantidad de humedad que se absorbe por el material dieléctrico (91, 99), en donde dicha electrónica de sensor se configura para aplicar corriente eléctrica alterna al primer (93, 95) y al segundo (89, 97) electrodos y medir la impedancia compleja (ohmios) del material dieléctrico (91, 99) para determinar la cantidad de humedad dentro del parabrisas laminado (20) en el área del sensor de humedad (85, 87).
2. El parabrisas de aeronave (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la electrónica del sensor se configura para medir la capacitancia, la resistencia y/o los cambios de impedancia compleja del material dieléctrico (91,99) debido a la humedad que se absorbe por el material dieléctrico (91, 99).
3. El parabrisas de aeronave (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el material dieléctrico se selecciona del grupo de nailon, poliamida-imida, polibencimidazol, polietersulfona o polisulfona y sus combinaciones.
4. El parabrisas de aeronave (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sensor (85) tiene una forma coaxial y el material dieléctrico (91) tiene una forma alargada con un agujero central, el primer electrodo (93) comprende un manguito exterior permeable a la humedad y el primer electrodo (93) está en contacto superficial con la superficie exterior del material dieléctrico (91) y el segundo electrodo (89) está dentro del agujero central del material dieléctrico (91) en contacto superficial con la superficie interna del material dieléctrico (91), en donde el primer y el segundo electrodos (89, 93) se hacen preferentemente de un material que se selecciona del grupo de rutenio, rodio, paladio, plata, osmio, iridio, platino, oro, cobre estañado, níquel-cromo, aluminio, aleaciones y sus combinaciones.
5. El parabrisas de aeronave (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el material dieléctrico (99) tiene una forma alargada que tiene una primera superficie y una segunda superficie, el primer electrodo (95) está en contacto eléctrico con la primera superficie del material dieléctrico (99) y el segundo electrodo (97) está en contacto eléctrico con la segunda superficie del material dieléctrico (95) y el primer y el segundo electrodos (95, 97) solo se conectan eléctricamente entre sí por medio del material dieléctrico (99) y el primer y el segundo electrodo (95, 97) son cada uno poroso a la humedad.
6. El parabrisas de aeronave (20) de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el primer y el segundo electrodos (95, 97) se hacen de un material que se selecciona del grupo de rutenio, rodio, paladio, plata, osmio, iridio, platino, oro, cobre estañado, níquel-cromo, aluminio, aleaciones y sus combinaciones.
7. El parabrisas de aeronave (20) de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el material dieléctrico (99) tiene una sección transversal de 4 lados con el primer electrodo (95) que se monta en un lado del material dieléctrico (99) que se designa como el primer lado del material dieléctrico (99) y el segundo electrodo (97) se monta en un lado del material dieléctrico (99) opuesto al primer lado.
8. El parabrisas de aeronave (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde un sello contra la humedad (36) se superpone a los bordes marginales (40) de las superficies exteriores opuestas de, y los bordes periféricos (38), de la ventana laminada (20), y el sensor de humedad (85, 87) se encuentra entre las láminas (20, 30) y/o entre las láminas (20, 30) y el sello contra la humedad (36) de la ventana laminada (20).
9. El parabrisas de aeronave (20) de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende:
la pluralidad de láminas (22, 30) comprende dos o más láminas transparentes (22, 30) que se unen juntas mediante un adhesivo, y
el elemento sensor (85, 87) en una porción superficial de al menos una de las láminas (22, 30).
10. El parabrisas de aeronave (20) de acuerdo con la reivindicación 9, en donde cada una de las láminas (22, 30) 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 superficial de la al menos una de las láminas (22, 30) se selecciona del grupo de la primera superficie principal, la segunda superficie principal, la superficie periférica y sus combinaciones.
11. El parabrisas de aeronave (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada una de las láminas (22, 30) 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 segunda superficie de la primera lámina (22) está en relación orientada hacia y separada de la segunda superficie de la segunda lámina (30) y el elemento sensor (85, 87) se encuentra entre la primera lámina (22) y la segunda lámina (30) y separado del borde periférico de la primera lámina (22) y la segunda lámina (30).
12. El parabrisas de aeronave (20) de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el elemento sensor (85, 87) es uno de una pluralidad de elementos sensores (85, 87), en donde uno primero de la pluralidad de elementos sensores (85, 87) se encuentra entre el sello contra la humedad (36) y las láminas (22, 30) y un tercero de la pluralidad de elementos sensores (85, 87) se encuentra entre el sello contra la humedad (36) y la porción superficial exterior del parabrisas de aeronave (20).
13. El parabrisas de aeronave (20) de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el elemento sensor (85, 87) es un primer sensor de humedad alargado (85, 87) que tiene un primer extremo y un segundo extremo opuesto y que comprende segundos, terceros y cuartos sensores de humedad alargados (85, 87); cada uno de los sensores de humedad (85, 87) que comprende un primer extremo y un segundo extremo opuesto, en donde los primeros, segundos, terceros y cuartos sensores de humedad (85, 87) se montan en una superficie principal de uno de los pares de láminas (22, 30) adyacente al borde periférico (38) de la lámina (22, 30), en donde el segundo extremo del primer sensor (85, 87) es adyacente y separado del primer extremo del segundo sensor (85, 87), el segundo extremo del segundo sensor (85, 87) es adyacente y separado del primer extremo del tercer sensor (5, 87), el segundo extremo del tercer sensor (85, 87) es adyacente y separado del primer extremo del cuarto sensor (85, 87) y el segundo extremo del cuarto sensor (85, 87) es adyacente y separado del primer extremo del primer sensor (85, 87), en donde opcionalmente los primeros, segundos, terceros y cuartos sensores alargados (85, 87) forman un primer límite y que comprende un segundo límite dentro de y separado del primer límite y un tercer límite dentro de y separado del segundo límite, en donde cada uno de los segundos y terceros límites comprende al menos un sensor de humedad alargado (85, 87) que se define como un quinto sensor de humedad alargado (85, 87) para el segundo límite y el sexto sensor de humedad alargado (85, 87) para el tercer límite.
14. El parabrisas de aeronave (20) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las láminas (22, 30) del parabrisas de aeronave (20) se seleccionan del grupo de láminas de plástico no curadas; láminas de vidrio recocido y láminas de vidrio reforzadas al calor y químicamente, transparentes, coloreadas, cubiertas y no cubiertas.
15. Un método que comprende:
fabricar una transparencia laminada para aeronave (20) que tiene una barrera contra la humedad (36) sobre la superficie exterior de los bordes marginales (40) de, y la periferia (38) de la transparencia laminada para aeronave (20);
durante la fabricación de la transparencia laminada de aeronave (20) colocar un elemento sensor (85, 87) sensible a la humedad entre las láminas (22, 30)
y/o entre las láminas (22, 30) y el sello contra la humedad (36) de la transparencia de la aeronave (20), en donde el elemento sensor (85, 87) comprende un miembro dieléctrico que comprende un material dieléctrico (91.99) entre un primer electrodo (93, 95) y un segundo electrodo (89, 97) en donde el material dieléctrico (91.99) es un
material dieléctrico que aumenta en impedancia eléctrica a medida que aumenta la humedad que se absorbe por el material dieléctrico, el miembro dieléctrico que está en contacto eléctrico con el primer (93, 95) y segundo (89, 97) electrodos y mantiene el primero (93, 95) y el segundo (89, 97) electrodos separados entre sí y fuera de contacto entre sí, y
aplicar corriente eléctrica alterna a los electrodos (89, 93, 95, 97) para medir la impedancia compleja (ohmios) del dieléctrico (91,99) para determinar la cantidad de humedad dentro del parabrisas laminado (20) en el área del sensor de humedad (85, 87).
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