JP2021512282A - 複素インピーダンス水分センサおよび感知方法 - Google Patents

Abstract

絶縁パイプは、第１の端部、第２の端部、およびそれらの間に延在する側壁を有する、細長いチューブと、その少なくとも一部分を通って延在する少なくとも１つのチャネルを含む、側壁の一部分を少なくとも部分的に取り囲む絶縁部材と、を含む。絶縁パイプはまた、チャネル内の水分を検出するように構成されたチャネルの少なくとも一部分内に位置付けられた、少なくとも１つの同軸水分センサも含む。少なくとも１つの同軸水分センサは、吸水性誘電ポリマー材料から形成された中央孔を画定するスリーブを有する誘電部材と、水分が誘電部材を通ることを可能にする透湿性スリーブを含む、誘電部材の外面と電気的に接続された外側電極と、誘電部材の中央孔を通って延在し、その内面と電気的に接続されたワイヤを有する内側電極と、を含む。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、水分が存在するときに感知するための水分センサを有する装置に関する。

例えば、建築用備品（例えば、パイプ、絶縁材、電気配線、および構造材料）、車両（例えば、自動車、飛行機、ヘリコプタ、無人機、および船舶）、電子装置（例えば、消費財）、および容器（例えば、貯蔵タンク）を含む特定の物体は、水分を含まない、または水分を実質的に含まない状態を維持しなければならない領域を含む。かかる構造体は、水分の進入を阻止または防止するために、耐湿性コーティングによって覆われ得るか、または筐体内に封入され得る。いくつかの事例において、収集された水分は、筐体内に収容された、またはコーティングによってカプセル化された構成要素に損傷を与えることがあり得る。例えば、消費財などの電子装置の電子回路または構成要素は、水分が装置の筐体を通って漏出し、装置の筐体内に蓄積したときに、損傷を受けることがあり得る。絶縁材、木枠、レンガ、石材、ビニルサイディング、複合木質材料、およびその他のものなどの建築材料の性能もまた、水分または静水への長期間の露出により低下することがあり得る。例えば、絶縁体が水分に露出されると、絶縁材料の耐熱性が低下することがあり得る。骨組みおよび梁などの金属製または木製の建築構造材料は、経時的に分解または腐食することがあり得、交換が必要になり得る。静水への長期間の露出によっても、建築構造体または貯蔵容器へのカビの成長を可能にし、これは、その中に収容された構造体および物質に損傷を与えること、ならびに健全性に対するリスクを生じさせることがあり得る。

本発明は、第１の端部、第２の端部、およびそれらの間に延在する側壁を備える、細長いチューブを含む絶縁パイプと、パイプ側壁の一部分を少なくとも部分的に取り囲む絶縁部材であって、絶縁部材の少なくとも一部分を通って延在する少なくとも１つのチャネルを備える、絶縁部材と、を含む。絶縁パイプはまた、チャネル内の水分を検出するように構成されたチャネルの少なくとも一部分内に位置付けられた、少なくとも１つの同軸水分センサも含む。少なくとも１つの同軸水分センサは、吸水性誘電ポリマー材料から形成された中央孔を画定するスリーブを備える誘電部材と、誘電部材の外面と電気的に接続された外側電極であって、水分を誘電部材に通すことを可能にする透湿性スリーブを備える、外側電極と、誘電部材の中央孔を通って延在し、その内面と電気的に接続されたワイヤを備える内側電極と、を含む。誘電部材は、第１および第２の電極と電気的に接触し、第１および第２の電極を互いに離間した状態に維持する。

本発明はまた、低水分環境内で物体を取り囲むように構成された容器も含む。容器は、頂部分と、底部分と、その頂部分と底部分との間に延在する側部と、を含む。容器は、頂部分、底部分、および側部によって画定された空洞内に取り囲まれた、少なくとも１つの同軸水分センサをさらに含む。少なくとも１つの同軸水分センサは、吸水性誘電ポリマー材料から形成された中央孔を画定するスリーブを備える誘電部材と、誘電部材の外面と電気的に接続された外側電極であって、水分がスリーブを通過することを可能にするための多孔質スリーブを備える、外側電極と、誘電部材の中央孔を通って延在し、その内面と電気的に接続されたワイヤを備える、内側電極と、を備える。誘電部材は、第１および第２の電極と電気的に接触し、第１および第２の電極を互いに離間した状態に維持する。

本発明はまた、パイプを取り囲む絶縁体の水分を検出するための方法であって、少なくとも部分的にパイプを取り囲む絶縁体を通って延在するチャネル内に位置付けられた同軸水分センサに交流電流を印加することを含む、方法も含む。同軸水分センサは、吸収性ポリマー材料から形成された中央孔を画定するスリーブを備える誘電部材と、誘電部材の少なくとも一部分を取り囲む第１の電極と、誘電部材の中央孔の一部分を通って延在する第２の電極と、備える。本方法は、第１および／または第２の電極に接続されたセンサ電子機器によって、誘電ポリマー材料の複素インピーダンスを連続的または周期的に測定することと、測定された複素インピーダンスに基づいて、絶縁体内の水分量を決定することと、をさらに含む。

本開示のこれらのおよび他の特徴および特性、ならびに構造の関連要素の動作および機能の方法、ならびに部品の組み合わせおよび製造の経済性が、そのすべてが本明細書の一部を形成し、同様の参照番号が種々の図における対応する部品を示す添付図面を参照して以下の説明および添付の特許請求の範囲を考察することに応じて、より明らかになるであろう。しかしながら、図面は、単に例示および説明の目的のためのものであり、本発明の限定を定義することを意図したものではないことを明確に理解されたい。

さらなる特徴および他の実施例および利点は、以下の図面を参照してなされる詳細な説明から明らかになるであろう。

本開示の一実施形態による、同軸水分センサを含む絶縁パイプの斜視図である。 線１Ｂ−１Ｂに沿って切断した図１Ａの絶縁パイプの断面図である。 同軸水分センサを含む絶縁パイプの別の実施形態の斜視図である。 線２Ｂ−２Ｂに沿って切断した図２Ａの絶縁パイプの断面図である。 本開示の一実施形態による、同軸水分センサの一部分のセグメント化した斜視図である。 水分センサの別の実施形態の斜視図である。 本開示の一実施形態による、水分センサの電子回路の概略図である。 本開示の一態様による、誘電材料の重量％での含水量の関数としての、複素インピーダンス（オーム）の変化を示すグラフである。 本開示の一実施形態による、装置筐体を通した水分の進入を検出するための水分センサ（複数可）を含む電子装置の斜視図である。 図７Ａの電子装置の概略図である。 本開示の一実施形態による、タンクへの水分の進入および他の情報を検出するための水分センサ（複数可）を含む貯蔵タンクの斜視図である。 線８Ｂ−８Ｂに沿って切断した図８Ａの貯蔵タンクの断面図である。 本開示の一実施形態による、水分センサからのデータに基づいて、貯蔵タンク内の液体を監視するためのプロセスのフローチャートである。 本開示の一実施形態による、水分センサを含むコーティングされたパネルの上面図である。 線１０Ｂ−１０Ｂに沿って切断した図１０Ａのパネルの断面図である。 本開示の一実施形態による、車両および水分センサを含む水分検出システムの概略図である。

以下の詳細な説明の目的のために、本発明が、相反することが明示的に指定されている場合を除き、様々な代替的な変形およびステップシーケンスが想定され得ることが理解されるべきである。さらに、任意の動作の実施例以外で、または別様に示される場合以外で、例えば、本明細書および特許請求の範囲において使用されるときに、電気パルスの、またはパルス間の休止の持続期間を表すすべての数字は、すべての場合において、「約」という用語によって修飾されていると理解されるべきである。したがって、相反することが示されない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本発明によって得られる所望の特性に応じて変動し得る近似値である。少なくとも、均等論の適用を特許請求の範囲に限定しようとするものではなく、各数値パラメータは、少なくとも報告された有効数字の数に照らし合わせて、かつ通常の四捨五入技法を適用することによって解釈されるべきである。

本発明の広い範囲を記載する数値範囲およびパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の実施例において記載される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、任意の数値は、それらのそれぞれの試験測定値に見出される標準偏差に必然的に起因する、特定の誤差を本質的に含む。

また、本明細書に列挙される任意の数値範囲は、その中に包含されるすべての副範囲を含むことが意図されていることが理解されるべきである。例えば、「１〜１０」の範囲は、列挙される最小値である１と列挙される最大値である１０との間の、およびこれらを含む、任意およびすべての副範囲、すなわち、１に等しいまたは１より大きい最小値で始まり、１０に等しいまたは１０より小さい最大値で終わるすべての副範囲、およびそれらの間のすべての副範囲、例えば、１〜６．３、または５．５〜１０、または２．７〜６．１を含むことを意図している。

本明細書で使用するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別途文脈が明確に指示しない限り、複数の指示対象を含む。

本明細書で使用するとき、「右」、「左」、「頂部」、「底部」という用語、およびその派生語は、図面に配向されているように本発明に関連するものとする。しかし、本発明は、様々な代替的な配向を想定することができ、したがって、かかる用語は、限定するものとみなされるべきではないことが理解されるべきである。また、本発明は、相反することが明示的に指定されている場合を除き、様々な代替的な変形およびステージシーケンスが想定され得ることも理解されるべきである。また、添付図面に示され、以下の明細書で説明する具体的な装置およびプロセスは、実施例であることも理解されるべきである。故に、本明細書に開示する実施形態に関連する具体的な寸法および他の物理的特性は、限定するものとみなされるべきではない。

本明細書で使用するとき、「通信」および「通信する」という用語は、１つ以上の信号、メッセージ、コマンド、または他の種類のデータの受信または送信を指す。「電気通信」は、装置間の電力（例えば、電流および／または電圧）の受信または送信を指す。一方のユニットまたは構成要素が別のユニットまたは構成要素と通信することは、一方のユニットまたは構成要素が、他方のユニットまたは構成要素との間で、直接的または間接的に、データもしくは電力を受信し、および／またはデータもしくは電力を送信することができることを意味する。これは、本質的に有線および／または無線とすることができる、直接的または間接的な接続を指すことができる。加えて、送信されるデータを第１および第２のユニットまたは構成要素の間で、修正、処理、ルーティング、などを行うことができる場合であっても、２つのユニットまたは構成要素は、互いに通信することができる。例えば、第１のユニットがデータを受動的に受信し、第２のユニットにデータを能動的に送信しない場合であっても、第１のユニットは、第２のユニットと通信することができる。別の例として、中間ユニットが、あるユニットからのデータを処理し、処理されたデータを第２のユニットに送信する場合、第１のユニットは、第２のユニットと通信することができる。また、数多くの他の配設も可能であることが認識されるであろう。

図を参照すると、本開示は、一般に、水分および／または静水を含まない、または実質的に含まない状態を維持することを意図する部分または領域を取り囲む、カプセル化する、または含む、建築用備品、車両、電子装置、容器、および貯蔵タンクなどの、構造体を対象とする。いくつかの事例において、水分は、建築用備品（例えば、パイプおよび絶縁体）および車両の場合と同様に、これらの構造体に損傷を与えることがあり得る。他の事例において、水分は、電気装置または機器のための貯蔵容器または筐体の場合と同様に、構造体の中に収容された、または構造体によって取り囲まれたアイテムに損傷を与えることがあり得る。

図３〜図５を具体的に参照すると、かかる構造内の水分および／または静水を識別、検出、または感知するために、本明細書で開示する構造体は、水分センサ１００、２００と、電源３１２、電圧計または類似する電気測定装置３１４、およびコントローラ３１６などの関連する電気回路またはセンサ電子機器３１０と、を含み、これらが埋設され、および／またはこれらを収容する。水分センサ１００、２００およびセンサ電子機器３１０は、センサ１００、２００のすぐ近くにある水分または静水を検出するように構成される。いくつかの実施例では、水分センサ１００、２００からの電気信号もまた、水分センサ１００、２００のすぐ近くにある湿度の割合を検出することができる。例えば、湿度は、塗装ブースまたは硬化オーブンなどの、水分を含まない状態に維持することが意図される機器の性能を監視するために測定することができる。

本明細書で開示する水分センサ１００、２００は、誘電材料から形成された、スリーブ１１０または層２１０などの吸湿反応部分および／または感湿部分を含む。誘電材料または誘電体は、印加電場によって分極させることができる電気絶縁体である。誘電体が電場内に置かれた場合、電荷は、導体内を流れるように、材料の中を流れない。代わりに、電荷は、それらの平均平衡位置からわずかにシフトするだけで、誘電分極を生じさせる。誘電分極のため、正電荷は、場に向かって変位し、負電荷は、反対方向にシフトする。この現象は、誘電体自体の中の全体的な場を低減させる、内部電場を発生させる。誘電体が、弱く結合した分子で構成される場合、そうした分子は、分極された状態になるだけでなく、それらの対称軸が場に対して整列するように再配向も行われる。

本明細書で開示する水分センサ１００、２００は、誘電材料の電気インピーダンス、すなわち、静電容量、抵抗、および複素インピーダンスが監視される、インピーダンス水分センサとして機能するように構成される。具体的には、誘電体材料の電気的特性の変化は、誘電材料によって吸収される水分量および／または誘電材料の近くにある湿度レベルに対応する。誘電材料への水分の透過は、主に、水分センサ１００、２００の誘電材料の容量分または複素インピーダンスの増加を生じさせることが特定されている。使用中に、水分が構造体または容器の中へ進入し始めると、吸水性感湿層が水分を吸収し、誘電材料の電気的特性を変化させる。具体的には、水分が吸収されるにつれて、誘電材料の複素インピーダンスが増加する。この変化を識別し、使用して、水分レベルを計算する。

明確にするため、インピーダンスは、回路内の電流の流れに対する対抗の測定値である。直流電流（ＤＣ）の場合、唯一の対抗は、回路の抵抗である。交流電流（ＡＣ）の場合、電流は、インダクタンスおよび静電容量によって、ならびに抵抗によって対抗を受ける。インダクタンスおよび静電容量の組み合わせは、リアクタンスと称され、インピーダンスの複素成分を構成し、一方で、抵抗は、実成分を形成する。定量的に、インピーダンスは、所与の周波数における電圧対電流の複素比として定義される。正弦入力の場合、複素インピーダンスの極性形態は、電圧および電流の振幅および位相に関連する。極性インピーダンスの大きさは、電圧対電流の振幅比である。極性インピーダンスの位相は、電流と電圧との間の位相シフトである。

本開示の別の態様によれば、水分センサ１００、２００からの測定値を使用して、構造体または容器への瞬間的な水の進入率を決定するだけでなく、ある期間にわたる構造体の水分進入の履歴を記録することもできる。例えば、水分センサ１００、２００からのインピーダンス測定値を連続的または周期的に収集して、特定の間隔での水分進入率を識別することができる。経時的な水分進入の証拠を使用して、水分進入が一般的に発生する日時を識別すること、または水分センサの近くにある静水の量が経時的に増加したか、または減少したかを判定することができる。かかる水分進入情報を使用して、構造体または容器に進入する水分の原因を決定するのを補助すること、および／またはどのように水分が構造体もしくは容器内に集まるのかを決定することができる。

水分センサを有する絶縁パイプ
図１Ａ〜図２Ｂを参照すると、監視されている構造体は、パイプ１０の近くにある水分を監視するための、同軸水分センサ１００などの、少なくとも１つの水分センサを有する絶縁パイプ１０であり得る。図３に関連してより詳細にて説明したように、同軸水分センサ１００は、インピーダンス水分センサであり、これは、導線であり得る内側電極１１２と透過性環状外側電極１１４との間に取り囲まれた誘電部材またはスリーブ１１０を含む。いくつかの実施例では、絶縁パイプ１０はまた、図４に示される平面水分センサなどの、１つ以上の平面水分センサ２００を含むこともできる。絶縁パイプ１０は、第１の端部１４、第２の端部１６、およびそれらの間に延在する側壁１８を有する、細長いチューブ１２を含む。細長いチューブ１２は、例えば、金属（例えば、銅または亜鉛めっき鋼）、セラミック、またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などのプラスチックを含む、建築産業で一般的に使用されている任意の好適な材料から形成することができる。多くの構成において、チューブ１２は、中空円筒部材を含み、これは、円筒側壁１８を伴い、そこを通って軸方向に延在する円筒空洞２０を画定する。他の実施例において、チューブ１２および／または空洞２０は、正方形、長方形、楕円形、またはこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない、他の断面形状を有することができる。例えば、正方形断面を有するパイプ１０は、環状空洞を画定することができる。チューブ１２の寸法は、主に、使用目的に依存する。例えば、住宅用建築物に使用されている給水パイプは、０．５インチ〜１．５インチの外径ＯＤを有し得る。配管にしばしば使用されるＰＶＣパイプは、０．７５インチ〜３．０インチの外径を有する。

パイプ１０はまた、パイプ側壁の一部分を少なくとも部分的に取り囲む絶縁部材２２も含む。図１Ａ〜図２Ｂに示すように、絶縁部材２２の内面２４が細長いチューブ１２の側壁１８の外面２８の少なくとも一部分と接触するように、絶縁部材２２は、細長いチューブ１２を受容するようにサイズ決定された中央開口部を含む、細長い構造体である。絶縁部材２２の半径方向厚さＴは、空間的な考慮事項を含む基準、絶縁材料の材料組成、およびパイプ１０を取り囲む典型的なまたは予想される環境条件に基づいて選択される。例えば、建築物の内壁内のパイプは、少量の絶縁体しか有しない場合がある。外壁を通って延在するパイプは、しばしば、より厚い絶縁体を必要とする。大部分の事例において、絶縁部材の厚さＴは、０．５インチ〜２．０インチであり得る。絶縁部材２２は、例えば、ガラス繊維絶縁体、有機繊維材料（例えば、ウール、綿、またはセルロースバット）、スプレーフォーム材料（例えば、独立気泡フォーム、イソシアネートフォーム）、および類似する材料を含む、建築産業において使用されているような、任意の好適な絶縁材料から形成することができる。一実施例において、絶縁部材２２は、Ｔｏｌｅｄｏ、ＯＨにあるＯｗｅｎｓ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＬＬＣによって製造されている、ＦＩＢＥＲＧＬＡＳ（商標）パイプ絶縁体から形成される。いくつかの実施例において、絶縁部材２２は、ポリマーフィルム、ガラス繊維マット、またはアルミニウムホイルから形成された外側ラップまたはジャケット（図示せず）によって覆うことができる。

絶縁部材２２はまた、水分センサ１００、２００を受容するようにサイズ決定された絶縁部材２２の少なくとも一部分を通って延在する、１つ以上のチャネル３０も含む。例えば、ワイヤ１１２（図３に示す）に形成された内側電極を含む同軸水分センサ１００の場合、ワイヤ１１２は、パイプ１０の長さＬに沿って軸方向に延在するチャネル３０を通って延在するように位置付けることができる。チャネル３０は、任意の適切な方法によって形成することができる。例えば、スプレーフォーム絶縁体の場合、フォームは、チューブ１２および水分センサ（複数可）１００の周囲にスプレーし、硬化させ、それによって、チャネル３０を形成することができる。他の実施例において、チャネル３０は、絶縁材料の表面または内部に切削または穿設を行うことができ、水分センサ１００、２００は、チャネル３０を通して供給することができる。

当業者によって理解されるように、チャネル３０は、本開示の範囲内の様々な構成および配設でパイプ１０に、またはその周囲に位置付けることができる。チャネル３０の位置付けは、一般に、パイプ１０の構造的特性、パイプ１０のサイズ、および例えば、どの種類の水分が検出されているか、に基づいて決定される。例えば、図１Ａ〜２Ｂに示すように、チャネル３０は、水分センサ１００がチューブ１２と絶縁部材２２との間に位置付けられるように、絶縁部材２２の内面２４に形成することができる。この位置において、水分センサ１００は、水分が絶縁部材２２を通して完全に吸収されたとき、および細長いチューブ１２と接触しそうであり、それによって腐食または他の構造的な損傷を生じさせ得るとき、を検出するように構成することができる。細長いチューブ１２の外面２８に位置付けられた水分センサ１００、２００はまた、絶縁部材２２に損傷を与え得る、またはそれを劣化させ得る、チューブ１２からの漏出を検出するために使用することもできる。他の実施例では、チャネル３０は、絶縁部材２２において収集される水分を検出するために、絶縁部材２２の内側を通して延在させて形成することができる。例えば、チャネル３０は、絶縁部材２２の内面と外面との間に延在させることができる。この位置において、水分センサ１００、２００からの情報を使用して、絶縁部材２２内の水分吸収深さを、または例えば、絶縁部材２２によって吸収された水分が細長いチューブ１２と接触するまでどのくらい近づいているかを決定することができる。

一実施例において、図１Ａおよび１Ｂに示すように、同軸水分センサ１００は、細長いチューブ１２に螺旋配設で巻き付けられる。ステップ距離Ｄなどの螺旋の寸法は、水分センサ１００、２００の長さ、パイプ１０もしくは細長いチューブ１２の長さ含む基準に基づいて選択すること、または例えば、水分に露出される可能性が最も高いパイプ１０の領域を覆うように選択することができる。例えば、漏出は、細長いチューブ１２の別個のセグメントの間の接合部において起こる可能性が最も高くなり得る。したがって、水分センサ１００は、かかる接合部の近くに集中させることができる。いくつかの実施例において、水分センサ１００は、その全長に沿って水分を感知することができる。その事例において、誘電スリーブ１１０などの感湿層は、内側電極１１２またはワイヤの全長に沿って延在する。他の例では、別個の誘電スリーブ１１０は、２インチごと、５インチごと、または１０インチごとなどのランダムな、または離散的な間隔で、内側電極１１２またはワイヤの長さに沿って離間させることができる。別個の誘電スリーブ１１０からの測定値を使用して、パイプ１０のどの部分が水分に露出されたかを識別することができる。

いくつかの実施例では、絶縁パイプ１０は、異なるワイヤに形成された複数の同軸水分センサを含む。例えば、同軸水分センサ１００は、細長いチューブ１２に沿って軸方向に延在する二重螺旋を形成し、それによって、水分を監視しているパイプ１０および／またはチューブ１２の表面積を増加させるように構成することができる。水分センサの寸法は、本発明を限定するものではないが、チャネル３０内に嵌合させるために、水分センサ１００は、可能な限り薄くなるように製造することができる。例えば、本明細書に記載されるように形成された同軸水分センサは、０．０６０インチ以下の最大外径ＯＤ１（図３に示す）で製造することができる。

続けて図１Ａを参照すると、水分センサ１００は、細長いチューブ１２の側壁１８の外面２８に取り付けられた制御ボックス５０に接続される。図５に関連して説明したように、制御ボックス５０は、電子回路を含み、これは、本明細書でより詳細に説明するように、水分センサ（複数可）１００から電気信号を受信し、受信した信号を処理して、感湿層または誘電スリーブ１１０の複素インピーダンスを計算するように構成される。

図２Ａおよび２Ｂに示すように、パイプ１０は、チューブ１２の側壁に沿って軸方向に延在する、いくつかの実質的に直線の同軸水分センサを含むことができる。例えば、絶縁パイプ１０は、１２時（０度）においてパイプの外面に沿って軸方向に延在する第１の同軸水分センサ１００ａと、３時（９０度）において軸方向に延在する第２の水分センサ１００ｂと、６時（１８０度）の第３の水分センサ１００ｃと、９時（２７０度）の第４の水分センサ１００ｄと、を含むことができる。パイプ１０はまた、水分センサ（複数可）１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄに電気的に接続された制御ボックス５０も含む。上で説明したように、制御ボックス５０は、水分センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄから電気信号を受信し、処理するための電気回路を含む。

誘電水分センサ
図３を参照すると、パイプ１０の同軸水分センサ１００は、中央孔１１６を画定する誘電スリーブ１１０などの感湿層と、内側電極１１２と、外側電極１１４と、を含む。水分センサ１００はまた、外側ジャケットまたはスリーブなどの外側保護層１２２も含むことができる。保護層１２２は、誘電スリーブ１１０と同じ材料から形成することができる。保護層１２２は、センサ１００を機能させるために必要でないが、保護層１２２は、センサ１００の電気効率および精度を向上させると考えられる。

水分センサ１００の誘電スリーブ１１０および他の部分は、絶縁部材２２および細長いチューブ１２などのパイプ１０の他の部分の材料と反応しない材料から作製することができる。誘電スリーブ１１０は、誘電特性を有する任意の絶縁材料から形成することができる。誘電材料は、任意の鎖長のナイロン（例えば、ナイロン４−６、ナイロン６、ナイロン６−６、ナイロン６−１２、ナイロン１１）、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルスルホン、またはポリスルホン、のうちの１つ以上などの吸収性ポリマー材料とすることができる。同軸水分センサ１００は、内側電極１１２またはワイヤの上に形成されるので、誘電材料は、ワイヤ製造との互換性のために選択することができ、また、大きい飽和水分容量（例えば、通常の大気条件の１．５％以上の平衡水吸収率）および水分センサ１００の他の部分の積層体処理温度よりも高い融解温度を有することができる。例えば、通常の大気条件（２３℃／６０％の相対湿度）での平衡水吸収率は、ナイロン６の場合が３．５％であり、ナイロン６−６の場合が２．５％である。ナイロン６の融解温度は、約２１５℃であり、ナイロン６−６の融解温度は、約２６４℃である。

水分センサ１００は、誘電スリーブ１１０の外面１１８と電気的に接続された外側電極１１４、およびスリーブ１１０の内面１２０の中央孔１１６を通って延在し、該内面と電気的に接続された内側電極１１２またはワイヤなどの、対向電極をさらに含む。例えば、外側電極１１４は、誘電スリーブ１１０の外面１１８と表面接触させることができ、内側電極１１２は、スリーブ１１０の内面１２０と表面接触させることができる。

内側電極１１２および外側電極１１４は、固定温度において経時的に一定の電気伝導率を有する導電性材料から形成することができる。例えば、電極１１２、１１４は、貴金属（例えば、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、および金）または非貴金属、ならびに限定されないが、銅、錫めっき銅、ニッケルめっき銅、ニッケルクロム、アルミニウム、およびこれらの組み合わせなどの合金の１つ以上から形成することができる。外側電極１１４が誘電部材またはスリーブ１１０を取り囲むので、外側電極１１４は、水分または水が外側電極１１４を通過し、誘電部材またはスリーブ１１０によって吸収されるように、少なくとも部分的に多孔質とすることができる。例えば、外側電極１１４は、編組金属ファイバまたはフィラメントから形成されたメッシュ材料とすることができる。外側電極１１４はまた、水がそこを通過することを可能にするための孔または開口部を備える、炭素メッシュまたはフレキシブル金属シートも備えることができる。

誘電部材またはスリーブ１１０は、内側電極１１２および外側電極１１４と電気的に接触させることができ、また、内側電極１１２および外側電極１１４を互いに離間した状態に維持する。例えば、スリーブ１１０は、内側電極１１２および外側電極１１４を互いに接触していない状態に維持する。内側電極１１２および外側電極１１４は、２つの異なる金属間の化学反応を回避するために、同じ材料で作製することができる。水分センサ１００は、水分センサ１００の電気的応答を大幅に変化させないが、センサ１１０の製作または設置に有用であり得る、任意の数の追加の透湿性導電層または絶縁層をさらに備えることができる。例えば、任意の追加の透湿性導電層または絶縁層は、誘電スリーブ１１０の複素インピーダンスに影響を及ぼすべきではなく、スリーブ１１０よりも低い抵抗を有する、電流が通って流れるための別個の経路を電極１１２、１１４の間に作製するべきではなく、また、誘電スリーブ１１０を通して電極１１２、１１４の間に印加された電気信号の電位を低減させるべきではない。

同軸水分センサ１００の具体的な一実施例において、内側電極１１２は、７５％の編組被覆を有する米国ワイヤゲージ規格（ＡＷＧ）４４の錫めっき銅線などの固体または錫めっき銅撚線から形成され、外側電極１１４は、水分が外側電極を通って移動して誘電材料と接触するための通路を提供するために、錫めっきの銅メッシュで作製される。

同軸水分センサ１００の別の具体的な実施例において、内側電極１１２は、ＡＷＧ２８の７／３６錫めっき銅撚線から形成される。誘電部材またはスリーブ１１０は、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌから購入され、ＡＥＧＩＳ（登録商標）Ｈ５５ＷＣナイロンジャケット化合物の商標で販売されるナイロン−６で作製され、０．００５インチの公称壁厚で内側電極１１２の上に押し出し加工される。外側電極１１４は、ＡＷＧ４４錫めっき銅編組で作製され、誘電スリーブの上に公称７５％の被覆で編組まれる。外側絶縁層または保護層１２２は、ＡＥＧＩＳ（登録商標）Ｈ５５ＷＣナイロンジャケット化合物を編組の上に０．０４５インチの公称外径に押し出し加工して形成される。

図４を参照すると、誘電材料を備える感湿層の複素インピーダンスの変化を検出するように構成された平面水分センサ２００の実施形態が例示されている。平面水分センサ２００は、第２の導電性電極２１４から離間された第１の導電性電極２１２を備える。導電性電極２１２、２１４は、当技術分野で知られているような多孔金属板、メッシュ、炭素メッシュ、または類似する構造体などの、多孔質構造体である。導電性電極２１２、２１４は、上で説明した貴金属および非貴金属材料のいずれかから形成することができる。上で論じたように、電極２１２、２１４は、２つの異なる金属間の化学反応を回避するために、一般に、同じ材料で作製される。平面水分センサ２００は、第１の電極２１２と第２の電極２１４との間に、電極が物理的に接触して、または電極が近接して位置付けられた、誘電体層２１０をさらに備える。誘電体層２１０は、上で説明したように、任意の鎖長のナイロン（例えば、ナイロン４−６、ナイロン６、ナイロン６−６、ナイロン６−１２、ナイロン１１）、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルスルホン、またはポリスルホン、のうちの１つ以上などの吸収性ポリマー材料から形成された、押し出しフィルム層とすることができる。

平面水分センサ２００の具体的な一実施例において、水分センサ２００は、ナイロン−６誘電材料の層から形成され、厚さが０．００１インチ〜０．０３２インチの範囲であり、０．５インチの幅を有する、誘電体層２１０を備える。誘電材料の長さは、センサ２００によって監視するべき領域のサイズに応じて変更することができる。具体的な一実施例において、平面水分センサ２００の電極２１２、２１４は、導電性感圧アクリル接着剤とともに、ニッケルめっき銅金属化ポリエステル布テープで作製される。電極２１２、２１４は、一般に、誘電部材または層２１０と同じ長さおよび幅である。電極２１２、２１４は、０．００１インチ〜０．００５インチ（０．０２５ｍｍ〜０．１３ｍｍ）または０．００２インチ〜０．００４インチ（０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ）の公称厚さを有することができる。電極２１２、２１４は、０．２５インチ〜０．５インチの幅とすることができる。いくつかの実施例において、平面水分センサ２００の電極２１２、２１４は、導電性感圧アクリル接着剤によって、頂面２１８および誘電材料の底面２２０に接合される。

水分センサ電子機器および監視システム
かかる情報を分析し、ユーザに報告するための監視システム３５０を示す概略図を図５に提供する。水分監視システム３５０は、同軸水分センサ１００などの１つ以上の水分センサと、水分センサ１００から電気信号を受信し、処理するように構成されたセンサ電子機器３１０と、センサ電子機器３１０と有線または無線通信するフィードバックまたはデータ収集装置と、を含む。上で説明したように、電気回路またはセンサ電子機器３１０のいくつかの構成要素は、絶縁パイプ１０（図１Ａ〜図２Ｂに示す）の一部分に取り付けられた制御ボックス５０などの制御ボックスに収容することができる。建築物モニタ装置、アラームシステム、フィードバック装置、および類似する電子構成要素などの、監視システム３５０の構成要素は、制御ボックス５０に収容されたセンサ電子機器３１０から離隔させ、有線または無線電気通信することができる。

センサ電子機器３１０は、水分センサ１００の誘電材料の複素インピーダンスの変化を監視、検出、または識別するように構成される。センサ電子機器３１０はまた、測定された複素インピーダンスに基づいて、誘電材料の含水量および／または水分センサ１００を取り囲む構造体の含水量を計算するように構成することもできる。具体的には、当業者によって認識されるように、水分センサ１００の測定された一般または複素インピーダンスは、好適なモデルおよび／または較正曲線を通して、感湿層の含水量を決定するように、およびセンサを取り囲む構造体の含水量を決定するように較正することができる。本明細書で開示する水分センサとともに使用することができる較正曲線の非限定的な実施形態を図６に示す。

図５を特定的に参照すると、水分センサ１００と電気通信するセンサ電子機器３１０は、ＡＣ電源などの電源３１２と、電気測定装置３１４と、水分センサ１００から電気信号を受信し、受信された信号に基づいて、複素インピーダンスおよび含水量を計算するように構成された、コンピュータプロセッサなどのコントローラ３１６と、を含む。いくつかの実施例において、電力供給源３１２、電気測定装置３１４、およびコントローラ３１６は、単一ユニットまたは器具に、例えば図１８Ａに示される、および米国特許第８，１５５，８１６号に開示される種類のコンソールに組み合わせられる。他の実施例において、電源３１２、測定装置３１４、およびコントローラ３１６は、互いにおよび水分センサ１００と有線または無線通信する、別個のユニットである。

センサ電子機器３１０はまた、水分センサ１００の電極１１２、１１４を制御ボックス５０およびセンサ電子機器３１０に動作可能に接続するための要素も含む。例えば、水分センサ１００の内側電極１１２は、ワイヤまたは導線３２４を通して電源３１２の極３２２に接続することができる。外側電極１１４は、水分センサ１００に電圧を印加するために、第２のワイヤまたは導線３２８によって電源３１２の第２の極３２６に接続することができる。この接続は、水分センサ１００が、電気回路として作用することを可能にし、この電気回路では、電力供給源３１２が、導線３２４、３２８を通して水分センサ３１０に電位を印加する。

電源３１２は、限定されないが、水分センサ３１０に電圧を印加するための電池、発電装置などの、任意の従来の電源とすることができる。電源３１２は、コントローラ３１６によって指示することができるパターンまたはプロトコルに従って、内側および外側電極に交流電流を印加するように構成することができる。

電気測定装置３１４は、内側電極１１２および外側電極１１４から受信される電気信号に基づいて、水分センサ３１０の複素インピーダンス（オーム）を測定するように構成される。例えば、電気測定装置は、電極１１２、１１４に動作可能に接続された電流計または電圧計とすることができる。他の実施例において、水分センサ１００の複素インピーダンス（オーム）の出力は、様々な標準的な、例えば米国特許第９，３４７，９０５号に開示される種類の、読み出しセンサ回路を使用して測定することができる。

コントローラ３１６は、電気測定装置３１４によって提供される情報を分析するための十分な処理能力を有する、任意のタイプの電子装置またはコンピュータ制御の装置とすることができる。例えば、コントローラ３１６は、制御ボックス５０に設置された専用の電子装置とすることができる。コントローラ３１６はまた、電気測定装置３１４からの情報を受信し、処理するためのソフトウェアを有するコンピュータ装置とすることもできる。コントローラ３１６は、電源３１２に、所定のまたは特定的に設定された電位を水分センサ１００の電極１１２、１１４に提供させ、測定装置３１４によって水分センサ１００からの応答を測定することによって、センサ３１０からの複素インピーダンスを測定することができる。コントローラ３１６は、電気測定装置３１４を介して水分センサ１００の電位を収集および／または計算して、センサ１００の誘電材料の複素インピーダンスおよび／または含水量を計算することができる。

同軸水分センサ１００のインピーダンス測定は、以下のプロセスによって行うことができる。このプロセスはまた、図４に示される平面水分センサ２００の複素インピーダンスを計算するために使用することもできる。最初に、水分は、パイプの絶縁体材料を貫通し、最終的に、水分センサ１００の誘電材料またはスリーブ１１０に到達し、吸収される。誘電スリーブ１１０によって吸収される水分量は、吸収された水分から生じる複素インピーダンス（オーム）の予測可能な増加に基づいて計算される。複素インピーダンスを測定するために、測定される回路の電極１１２、１１４およびインピーダンスに電圧を印加する。誘電材料またはスリーブ１１０が水分を吸収し続けるにつれて、誘電材料が水分によって飽和状態になり、もはや顕著に水分を吸収しなくなる。誘電材料の絶対含水量は、誘電材料の厚さおよび吸収係数に依存する。誘電材料の絶対含水量はまた、温度依存性でもあり得る。したがって、センサの含水量の較正曲線またはモデルは、温度依存性のモデルであり得る。

インピーダンスの測定は、水分センサ１００に印加される既知の周波数の位相シフトを分析することによって行うことができる。その事例において、電力供給源３１２は、コントローラ３１６によって設定または指定されるように、水分センサ１００にＡＣ電圧を印加する。この印加された電圧は、電気測定装置３１４によって測定することができる、センサ１００の測定された電位をもたらす。重要なことに、測定された位置は、電源３１２によって印加される電圧とは位相および大きさが異なる。電力供給源３１２が設定電圧を印加し、電気測定装置３１４が水分センサ１００から電圧差を読み出すまたは測定すると、電気測定装置３１２および／またはコントローラ３１６は、複素インピーダンス（オーム）を計算することができる。具体的には、複素インピーダンスは、水分センサ１００の内側電極１１２と外側電極１１４との間の電圧の振幅および位相差に基づいて計算される。次いで、複素インピーダンスを使用して、水分センサ１００の誘電材料またはスリーブ１１０によって吸収された水分量を示す。この測定に使用される電気信号の周波数は、典型的に、水分変化に対する感知要素の応答を最大にするように選択されるが、精度を向上させ、かつノイズの影響を低減させるために、複数の周波数を使用することができる。

別の実施例において、インピーダンスの測定は、電極１１２、１１４にわたってＤＣ電圧を印加することによって行われ、充電時間（感知要素が印加されたＤＣ電圧に到達するまでの時間）が測定される。電力供給源３１２は、同じくコントローラ３１６によって設定または指定されるように、水分センサ１００にＤＣ電圧を印加する。この印加電圧は、印加電圧に近づく（電気測定装置３１４によって測定したときの）センサ１００の測定電位差をもたらす。電気測定装置３１４またはコントローラ３１６は、印加電圧に到達する時間に基づいて、水分センサ１００の静電容量（ファラド）を計算することができる。次いで、センサ１００の静電容量を使用して、水分センサ１００の誘電材料またはスリーブ１１０によって吸収される水分量を示す。連続した測定値を取得するために、ＤＣ電圧の変化、ならびに充電および／または放電時間の両方の測定値を使用することができる。

コントローラ３１６は、複素インピーダンスが計算されると、測定された複素インピーダンスに基づいて、感湿層または誘電スリーブ１１０によって吸収された水分量を決定するように構成される。上で説明したように、測定された複素インピーダンスを含むグラフまたは較正曲線が例示されている。図６に示すように、「ｙ」または垂直軸は、複素インピーダンス（オーム）の虚数成分であり、「ｘ」または水平軸は、水分センサ１００を取り囲む絶縁部材などの構造体の含水量である。より具体的には、図６に示されるグラフは、センサ１００の複素インピーダンス（オーム）の一組の記録されたデータを有するモデル（実線の曲線）である。

監視システム３５０はまた、水分センサ１００およびコントローラ３１６からのデータを分析し、情報をユーザに提供する構成要素も含む。例えば、経時的な水分のレベルまたは傾向に関する情報を分析して、水分レベルが増加したとき、または漏出が生じる可能性が最も高いとき、を識別することができる。かかる情報は、コントローラ３１６および水分センサ１００と有線または無線通信するパーソナルコンピュータ、タブレット、スマートフォン、または類似する装置などの、遠隔コンピュータ装置３５２上でユーザに表示することができる。例えば、コントローラ３１６は、コントローラ３１６から監視システム３５０の遠隔コンピュータ装置３５２にデータを送信するための有線または無線送信機３３０に連結することができる。

コントローラ３１６および無線送信機３３０は、測定された水分または複素インピーダンスに関する周期的な更新または報告を、遠隔の装置３５２に送信するように構成することができる。その事例において、監視システム３５０は、水分センサ１００および／またはコントローラ３１６から受信した情報を記憶するための、データベース３５４などのコンピュータメモリを含むことができる。例えば、データベース３５４は、水分または複素インピーダンスの値を経時的に記憶して、構造体または容器への水分の進入を証明する履歴の記録を作成することができる。

コンピュータ装置３５２はまた、水分レベルの上昇に関する警報または通知をユーザにリアルタイムに表示または提供することもできる。かかる警報を生成するために、コントローラ３１６は、測定された複素インピーダンスまたは水分センサ１００によって測定された水分のレベルと、所定の閾値とを比較するように構成されることができる。所定の閾値は、例えば、絶縁パイプまたは絶縁材料に損傷を与え始める前に絶縁部材が吸収することができる水分量に対応させることができる。コントローラ３１６が、測定された水分値が所定の閾値を超えたと判定したときに、警報を生成して、水分の増加に関してユーザに通知する。警報または通知は、コントローラ３１６から遠隔コンピュータ装置３５２に無線で送信することができる。遠隔コンピュータ装置３５２は、水分レベルの増加に関してユーザに通知する視覚および／または音声の指示をユーザに提供するように構成することができる。

いくつかの実施例において、遠隔の装置３５２は、監視されている構造体または容器の異なる位置に配置された複数の水分センサ１００から情報を受信するように構成することができる。コントローラ３１６はまた、異なる構造体または装置に配置された他の水分センサまたは他の種類のセンサから情報を受信することもできる。異なる位置から水分測定値を受信し、分析することによって、構造体または容器のどの領域が最も多くの水分を受け取ったか、および／または水分によって損傷を与えられる可能性が最も高いかを決定することができる。複数のセンサ１００からの情報を考慮することはまた、ユーザが、特定のセンサが適切に機能しているかどうかを評価することも可能にする。例えば、構造体または容器の類似する領域内に配置された異なるセンサが異なる複素インピーダンスまたは水分値を検出した場合に、センサが故障しており、修理または交換しなければならないことを示すことができる。

類似する一実施例において、コンピュータ装置３５２は、建築物の全体にわたって配置された異なる電気装置、機器、および／または建築用備品に位置付けられた水分センサから水分測定値を受信する、建築物全体の監視システムとすることができる。受信した水分センサ情報を使用して、どの建築システムが正常に機能しているかを評価することができる。類似する様態において、異なるセンサからの水分測定値を比較して、水分の出所を決定すること、または建築物の一部の床または領域にのみ影響を及ぼす漏出を識別することができる。類似する様態において、コンピュータ装置３５２は、飛行機または自動車などの車両のコンピュータ制御システムとすることができる。その事例において、車両の異なる位置からの水分測定値を使用して、異なる自動車システムの性能を評価すること、どの自動車システムが予想した様態で機能しているかを決定すること、および／または異なる自動車システムのメンテナンス活動をスケジュールすることができる。

電子ハウジングを含む水分センサ
本開示の別の態様によれば、本明細書で開示する同軸水分センサ１００および監視システム３５０を使用して、筐体または容器の構造的完全性を監視すること、具体的には、その中に貯蔵されている商品または装置に損傷を与え得る、筐体または容器を通した水分の進入を識別することができる。例えば、図７Ａおよび７Ｂに示すように、容器または筐体は、小型機器または携帯型電子装置（例えば、タブレットコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、計算機、または類似する装置）などの、電子装置４００の筐体とすることができる。その事例において、水分センサ１００は、その中に収容されている電気的構成要素に損傷を与え得る、筐体または容器を通した水分の進入を検出するように構成することができる。

他の実施例において、容器は、水分に露出されたときに損傷を与えられる、または破壊される、食料品などの腐敗し易い商品のための容器とすることができる。その事例において、容器を通した水分の進入に関する情報を使用して、容器を修理または交換する必要があるとき、または容器内の食料品が腐敗し、廃棄するべきであるとき、を判定することができる。他の実施例において、図８Ａ、８Ｂ、および図９に関連してより詳細にて説明するように、容器は、燃料貯蔵タンクなどの液体貯蔵タンクとすることができる。その事例において、水分センサ１００からの測定値は、タンクからの漏出、タンクへの水分の進入、タンク内の液体の体積、および／またはタンク内の液体の濃度を検出することができる。

装置４００への水分の進入を識別するように構成された同軸水分センサ１００ａ、１００ｂを備える例示的な電子装置４００を図７Ａおよび７Ｂに示す。図３に示すように、水分センサ１００ａ、１００ｂは、内側電極１１４またはワイヤに形成されたインピーダンス水分センサ１００とすることができる。電子装置４００は、頂部４１２、底部４１４、およびそれらの間に延在する側部４１６を備える、筐体４１０を含む。筐体４１０は、内部容積または空洞４１８を取り囲み、空洞４１８への水分の進入を防止する。したがって、筐体４１０は、一般に、金属、プラスチック、またはガラスなどの非多孔質材料から形成される。いくつかの実施例では、筐体４１０は、成形プロセスによって形成されたプラスチック構造体などの一体構造体である。他の実施例において、筐体４１０は、筐体４１０を形成するようにともに接続された様々なセグメントまたは部分から形成される。その事例において、筐体４１０のセグメントまたは部分の間の接合部は、接合部を補強し、水分が接合部を通って筐体４１０内に漏出するのを防止するために、接着剤、はんだ、または密閉材料を含むことができる。筐体４１０はまた、ユーザが空洞４１８にアクセスして、例えば空洞４１８内に収容されている電子部品を操作することを可能にするために、取り外し可能なキャップまたはカバーによって覆われた開口部またはポートも含むことができる。その事例において、カバーまたはポートは、カバーとポートの間の水分の進入を防止するために、シールを含むことができる。

図７Ｂに示すように、電子装置４００はまた、空洞４１８内に格納された電子部品も含む。例えば、装置４００は、コンピュータメモリ４２４に動作可能に接続されたＣＰＵ４２２などのプロセッサまたはコントローラと、無線送信機４２８と、を含むことができる。電子装置４００はまた、消費財の事例においては、モータ、加熱要素、および関連するコントローラが挙げられる、様々な他の電子部品も含むことができる。スマートフォンなどの携帯型電子装置の場合、電子装置４００はまた、当技術分野で知られているような、視覚的ディスプレイ、セルラー送受信機、スピーカ、マイクロホン、および類似する構成要素も含むことができる。電子装置４００はまた、ＣＰＵ４２２および他の構成要素に電力を提供するための、電池４２６などの電源構成要素も含むことができる。

図７Ａおよび７Ｂに示すように、水分センサ１００ａは、空洞４１８内に位置付けられ、筐体４１０の一部分を通した水分の進入を検出するように構成される。水分センサ１００ａは、例えば、筐体４１０のどの領域が水分に露出される可能性が最も高いか、および／または筐体のどの領域が漏出する可能性が最も高いか、に基づいて、様々なパターンで配設することができる。例えば、水分は、しばしばかかる領域または開口部を通って筐体４１０に進入するので、水分センサ１００ａは、容器４１０の接合部の近くに、隅部に、隣接するセグメントもしくは壁の間に、または覆われた開口部（例えば、電子装置の電池ポートのカバー）の近くに位置付けることができる。図７Ａおよび７Ｂに示すように、水分センサ１００ａは、筐体４１０の側部４１６の一部分の間および／または側部４１６と頂部４１２または底部４１４との間の水分の進入を検出するために、筐体４１０の頂部４１２および側部４１６の周縁部分の周囲に位置付けられる。

他の水分センサは、空洞４１８内で、電子装置４００の重要な電気的構成要素のすぐ近くに位置付けることができる。例えば、図７Ｂに示すように、水分センサ１００ｂは、ＣＰＵ４２２、コンピュータメモリ４２４、および電池４２６の近くに位置付けられる。

電子装置４００はまた、空洞４１８の異なる部分に位置付けられた水分センサ１００ａ、１００ｂから情報を受信し、処理するための電気回路またはセンサ電子機器を収容する、制御ボックス４５０も含むことができる。先の実施例のように、制御ボックス４５０は、電源、電子測定装置、および水分センサ１００ａ、１００ｂと電子通信するコントローラ（図５に示す）を取り囲むことができる。制御ボックス４５０は、筐体４１０の他の部分のすぐ近くの任意の好都合な位置に提供することができる。例えば、図７Ｂに示すように、制御ボックス４５０は、空洞４１８内で、筐体４１０の頂部４１２の内面４２０の近くに配置される。他の実施例において、制御ボックス４５０は、筐体４１０の側部４１６または頂部４１２に取り付けることができる。他の実施例において、制御ボックス４５０は、容器から離隔させ、当技術分野で知られているような好適なデータ送信構成要素を通して、１つ以上の水分センサ１００ａ、１００ｂと有線または無線通信することができる。

水分センサ１００ａ、１００ｂは、筐体４１０を通した水分の進入を検出するように構成される。具体的には、水分センサ１００ａ、１００ｂからの電気信号は、制御ボックス４５０内のセンサ電子機器によって処理されて、水分センサ１００ａ、１００ｂによって感知された情報に基づいて、複素インピーダンスを測定し、および／または水分を検出する。いくつかの実施例において、制御ボックス４５０内のセンサ電子機器は、水分を検出したときに、遠隔の装置に警告または通知を送信することができる。いくつかの実施例において、制御ボックス４５０内のセンサ電子機器はまた、水分を検出したときに、電子装置４００のＣＰＵ４２２などの電子機器と通信することもできる。例えば、筐体４１０を通した水分の進入によって生じる損傷を回避または低減するために、水分センサ１００ａ、１００ｂのコントローラ３１６（図５に示す）は、ＣＰＵ４２２に信号を送信するように構成することができる。コントローラ３１６からの信号に応答して、ＣＰＵ４２２は、装置４００の電気的構成要素をオフにさせるもしくは電源を遮断させること、コンピュータメモリ４２４に保存機能を行わせてデータを保存させること、または無線送信機４２８に装置４００から遠隔ソースにデータを送信させること、を含む、電子装置４００の構成要素を保護するためのアクションを行うように構成することができ、よって、水分が装置４００に損傷を与える場合に、データを安全に記憶することができる。ある期間の後に、水分センサ１００が、水分レベルが低下したこと、および電子装置４００を動作させ続けても安全であることを検出した場合、水分センサ１００のコントローラ３１６は、電子装置４００のＣＰＵ４２２に、装置４００に通常作動を再開するように指示する命令を提供することができる。

水分センサを有する貯蔵タンク
本開示の別の態様によれば、１つ以上の同軸水分センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃを、石油、ガソリン、ディーゼル、液体プロパン、灯油、および液化天然ガスなどの液体燃料を貯蔵するための貯蔵タンクなどの、液体貯蔵タンク５００に取り付けることができる。いくつかの実施例において、同軸水分センサは、タンク５００の液体の体積を監視するように構成することができる。他の実施例において、水分センサ（複数可）は、タンク５００からの漏出および／またはそれへの水分の進入を検出するように配設することができる。他の実施例では、水分センサからの測定値を使用して、タンク内の有極性流体および無極性流体の濃度を検出することができる。例えば、水分センサからの測定値を使用して、貯蔵タンク５００内の油および水の濃度を検出することができる。

図８Ａおよび８Ｂを参照すると、貯蔵タンク５００は、頂部５１２、底部５１４、およびそれらの間に延在する側部５１６を有する、本体５１０を備えることができる。本体５１０は、タンク５００内に収容されている液体の内部容積５２０または貯蔵容量を取り囲む。タンク５００は、使用目的および貯蔵されている液体の種類に基づいて、広範囲にわたる容積を有することができる。例えば、独立型燃料タンクは、５０ガロン〜１００ガロン以上の容積を有することができる。本体５１０は、不活性であり、および／またはタンク５００内に貯蔵された液体と反応しない、任意の好適な非多孔質材料から形成することができる。例えば、燃料タンクの場合、タンク本体５１０は、本体５１０を通した漏出を防止するために、および／または本体５１０の一部分が水分への長期間の露出により腐食するのを防止するために、ポリウレタンコーティングなどの保護コーティングでコーティングした、アルミニウムまたは鋼などの、コーティング金属材料から形成することができる。いくつかの実施例において、貯蔵タンク５００は、例えば、タンク５００の開口部５２４を封止して、液密封止構造体を作製するように構成された取り外し可能なキャップ５１８を含む、密閉構造体である。他の実施例において、タンク５００は、タンク５００に流体を送達するための、および／またはそこから流体を抽出するためのノズルを受容するように構成された、流体ポートおよび弁を含むことができる。他の実施例において、タンク５００は、貯蔵タンク５００に流体を送達する、およびそこからの流体を抽出する、流体送達パイプまたは導管のネットワークに接続することができる。

先に説明した実施例のように、水分センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、図３に示される内側電極１１２などの、ワイヤに形成された同軸水分センサとすることができる。同軸水分センサ１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、本体５１０の一部分に取り付けられるように構成され、その位置は、検出されている水分の種類に基づいて決定される。例えば、図８Ａおよび８Ｂに示すように、同軸水分センサ１００ａは、タンク５００からの漏出を検出するために、本体５１０の外面５２６に位置付けることができる。いくつかの実施例において、図８Ａに示すように、同軸水分センサ１００ａは、単一のセンサ１００ａによって監視することができるタンク５００の表面積を増加させる波状または正弦波パターンで、タンク本体５１０の外面全体にわたって延在するように位置付けることができる。水分センサ１００ａはまた、例えば、螺旋または渦巻パターンで貯蔵タンクの周囲に延在させること、タンク５００に沿って直線状に軸方向に延在させること、またはタンク５００の側部の周縁部分の周囲に延在させること、を含む、他のパターンで配設することもできる。水分センサ１００ａは、周囲の空気または土壌の水分または湿度を測定することができるように、タンク５００の外面に取り付けることができる。他の実施例において、図８Ｂに示すように、水分センサ１００ａは、コーティング５２８または絶縁材料によって取り囲むことができ、また、絶縁体またはコーティング５２８を通したタンク５００からの漏出および水分の進入を識別するように構成することができる。

図８Ｂを参照すると、貯蔵タンク５００は、貯蔵タンク５００の内部容積５２０内に位置付けられた１つ以上の水分センサ（複数可）１００ｂをさらに含むことができる。例えば、水分センサ（複数可）１００ｂは、貯蔵タンク５００の内面５２２の一部分に取り付けることができる。水分センサ１００ｂのいくつかは、流体Ｆの液体レベルまたはタンク５００内の流体Ｆの容積を測定するように位置付けることができる。例えば、水分センサ（複数可）１００ｂは、２インチ〜４インチごとなどの、タンク５００の頂面５１２からランダムに、または離散的な距離または深さに位置付けることができる。水分センサ（複数可）１００ｂからの測定値は、どのセンサ１００がタンク５００内に収容されている流体Ｆによって浸漬されているか、およびどのセンサ１００ｂが浸漬されていないか、を検出することができる。この情報に基づいて、流体Ｆの流体レベルおよび液量を計算することができる。

タンク５００内の水分センサ１００はまた、タンク５００内に収容されている流体Ｆの組成に関する情報を決定するために使用することもできる。例えば、水分センサ（複数可）１００ｃからのインピーダンス測定値を使用して、有極性流体Ｆおよび無極性流体Ｆの濃度を決定または推定することができる。より具体的には、水分センサ１００ｃは、材料によって吸収される液体の極性に影響を受ける吸水性誘電材料を含むインピーダンス水分センサである。したがって、水分センサ１００ｃからの複素インピーダンス測定値は、センサ１００ｃによって吸収される有極性液体の濃度または量と相関させることができる。例えば、水分センサ１００ｃからの複素インピーダンス測定値は、油またはガソリンなどの無極性液体と、水などの有極性液体とを区別することができる。大部分の事例において、タンク５００内の液体の濃度を識別するためのセンサ１００ｃは、大部分の状況において流体Ｆで覆われている、貯蔵タンク５００の底部５１４の近くに位置付けられる。例えば、同軸水分センサ１００ｃは、タンク５００の底部５１４の内面５２２に取り付けることができる。他の実施例において、水分センサ１００ｃは、タンクの側部５１６の内面または他の好都合な位置に位置付けることができる。いくつかの実施例において、液体の濃度を感知するための水分センサ１００ｃはまた、タンク５００に入る、またはそこを出る液体の濃度を測定するために、流入もしくは流出ポートまたは開口部５２４などの開口部に位置付けることもできる。

水分センサ（複数可）によって感知または検出された情報に基づいて貯蔵タンク５００の流体含量を監視するための方法を例示するフローチャートを図９に示す。水分センサ（複数可）は、本明細書に記載される同軸または平面水分センサ１００、２００のうちの１つ以上とすることができる。水分センサ１００、２００は、誘電感湿層またはシートを含み、また、感湿材料の複素インピーダンスの変化を検出、監視、または識別するように構成される。

ボックス９１０に示すように、水分センサに動作可能に接続された電源は、貯蔵タンクの一部分に位置付けられた水分センサに交流電流を連続的または周期的に印加する。ボックス９１２に示すように、電気測定装置は、印加された電流に応じて水分センサから受信された信号の電位を測定する。ボックス９１４に示すように、コントローラまたはプロセッサなどのセンサ電子機器は、印加された電流および測定された応答との比較に基づいて、水分センサの複素インピーダンスを決定する。ボックス９１６に示すように、複素インピーダンスに基づいて、水分センサのすぐ近くに存在する水分量を計算することができる。

コントローラまたはプロセッサは、測定された複素インピーダンスに基づいて、貯蔵タンクの特性およびその中に収容されている液体を決定することができる。例えば、漏出を検出するためにタンクの外面に配置されたセンサの場合、および／またはタンクへの水分の進入を検出するためのタンク内側のセンサの場合、ボックス９１８に示すように、検出された水分量は、最大許容可能水分量の目標値と比較することができる。水分センサによって測定された水分量が目標値を超えたときには、ボックス９２０に示すように、センサ電子機器は、タンクへの、またはそこからの漏出が検出されたことを示す警報、通知、または警告を提供することができる。

タンク内の流体の濃度を検出するように構成された水分センサの場合、センサ電子機器は、タンク内の異なる深さに配置されたセンサから水分情報を受信することができる。異なるセンサからの応答を使用して、どのセンサが液体に浸漬されているか、およびどのセンサが浸漬されていないかを判定することができる。この判定に基づいて、ボックス９２２に示すように、コントローラは、貯蔵タンク内の液体の体積を決定または推定し、決定または推定された液体容積をユーザに提供する。

ボックス９２４に示すように、タンク内の有極性液体および無極性液体の濃度を決定するように構成された水分センサの場合、浸漬されたセンサの複素インピーダンス測定値は、コントローラによって受信することができる。コントローラは、測定された複素インピーダンスと液体濃度間との相関に基づいて、貯蔵タンク内の有極性液体および無極性液体の濃度を決定することができる。例えば、相関は、液体に浸漬された水分センサの複素インピーダンスと液体の有極性部分および無極性部分の濃度とを比較する、実験的に導出されたモデルに基づくことができる。コントローラはまた、決定または推定された濃度値をユーザに提供させることもできる。

貯蔵タンクおよびその中に収容されている液体に関する情報が決定されると、ボックス９２６に示すように、コントローラはまた、検出および計算された情報をコンピュータ装置またはコンピュータネットワークなどの遠隔ソースに送信するように構成することもできる。例えば、タンク内に収容されている液体に関する情報は、貯蔵タンクおよびその中に収容されている液体に関する情報を経時的に記録するためのデータベースに周期的に送信することができる。経時的なタンクの状態に関する情報を分析して、例えば、修理するときのスケジュールを決定すること、および／または貯蔵タンクの残りの耐用年数を推定することができる。類似する様態において、経時的な有極性液体および無極性液体の濃度に関する情報を使用して、タンク内の燃料の保管寿命または貯蔵寿命を決定することができる。

車両の水分センサ
本開示の別の態様によれば、図３に示す同軸水分センサ１００または図４に示す平面水分センサ２００などの水分センサは、水分を含まない、または実質的に含まない状態を維持することを意図する車両（例えば、陸上、海上、または航空車両）の領域内への水分の進入を識別するように構成することができる。例えば、水分センサは、技術者または整備士がアクセスすることが困難である車両の一部分に、またはその近くに位置付けて、アクセスできない車両の部分の状況または状態に関する指示を提供することができる。水分センサ１００はまた、かかる車両のコーティングされたパネルに位置付けて、または埋設して、コーティングを通した水分の進入に関する情報を提供することができ、この情報を使用して、コーティングが機能しなくなったとき、および／または車両のパネルの交換が必要になったとき、を決定することができる。

図１０Ａおよび１０Ｂを具体的に参照すると、一実施例において、同軸水分センサ１００ａ、１００ｂがパネル６００に提供され、かかるパネルは、対向する頂面６１２および底面６１４を有する。図１０Ａおよび１０Ｂに示すように、パネル６００は、実質的に平坦なパネルである。しかしながら、本明細書で開示する水分センサ１００ａ、１００ｂはまた、湾曲状のパネル、角度付きもしくは傾斜したパネル、または不連続面を有するパネルとともに使用することもできる。いくつかの場合において、パネルはまた、パネルがいくつかの環境条件では平坦面を有し、他の環境条件では湾曲面を有するように、屈曲可能または変形可能とすることができる。先の実施例のように、同軸水分センサ１００ａ、１００ｂは、内側電極１１２（図３に示す）またはワイヤに形成され、パネル６００の表面全体にわたって延在する。パネル６００は、金属、プラスチック、セラミック、および／またはガラスを含む、車両の製造に使用されるような、任意の硬質構造材料から形成することができる。水分センサ１００ａ、１００ｂは、パネル６００の頂面６１２および／または底面６１４の様々な部分で水分を監視するように位置付けることができる。例えば、図１０Ａに示すように、パネル６００は、パネル６００の中央部分６１６全体にわたって正弦波パターンなどで延在する水分センサ１００ａを含む。パネル６００はまた、センサ１００ｂを見えないようにするために、および／または他の審美的な目的で、パネル６００の外周６１８に沿って位置付けられた水分センサ１００ｂも含む。パネル６００の外周６１８の近くに位置付けられた水分センサ１００はまた、車両の内側に損傷を与え得る、車両の隣接するパネル６００の間の接合部または空間を通した水分の進入を検出するように構成することもできる。

パネル６００および水分センサ１００の表面（複数可）６１２、６１４の少なくとも一部分は、１つ以上のコーティング層６２０で覆うことができる。例えば、パネル６００は、パネル６００を水分および腐食から保護するように構成された耐水層６２０で覆うことができる。太陽放射を反射するコーティング、耐スクラッチ層、熱反射層、および／または審美層（例えば、塗料または色素を含む層）などの、当技術分野で知られている他のコーティング材料から形成された層もまた、本開示の範囲内で適用することもできる。図１０Ａおよび１０Ｂに示すように、コーティング層（複数可）６２０は、パネル６００の頂面６１２の上に延在し、水分センサ１００ａ、１００ｂの一部分を取り囲むか、または部分的に取り囲む。例えば、パネル６００の製造中に、水分センサ１００ａ、１００ｂは、感圧性アクリル接着剤などの接着剤によって、所望のパターンまたは配設で、パネル６００の頂面６１２に取り付けることができる。水分センサ１００ａ、１００ｂが配置されると、水分抵抗材料の層を頂面６１２全体にわたってスプレーすること、または堆積させて、頂面６１２および水分センサ１００ａ、１００ｂを取り囲むことができる。次いで、取り囲まれた水分センサ１００ａ、１００ｂからの水分測定値を使用して、パネル６００の他の部分に損傷を与え得る、コーティング層（複数可）６２０を通した水分の進入を識別することができる。

図１０Ａを具体的に参照すると、パネル６００および水分センサ１００は、パネル６００または車両の別の部分に取り付けられたセンサ電子機器を収容する、制御ボックス６５０をさらに含むことができる。例えば、ワイヤまたは導線６２２を、水分センサ１００ａ、１００ｂの電極から、コーティング層６２０の周縁部分を通して、制御ボックス６５０まで延在させることができる。先に説明した実施例のように、制御ボックス６５０は、水分センサ１００に電気信号を提供し、センサ１００から応答信号を受信し、受信信号に基づいて複素インピーダンスを決定するための、センサ電子機器を収容する。いくつかの実施例において、制御ボックス６５０は、単一の水分センサ１００に接続される。他の実施例では、車両の異なるパネル６００に配置された、および／または車両の異なる部分を監視するセンサ１００などの複数の水分センサ１００を、信号制御ボックス６５０に電気的に接続することができる。その事例において、制御ボックス６５０は、パネル６００および／または車両の異なる部分で複素インピーダンスを監視して、パネル６００および／または車両に沿った異なる位置での水分の進入または静水に関する情報を提供することができる。

上で説明したように、パネル６００および水分センサ１００ａ、１００ｂは、本明細書で開示する車両の一部分とすることができる。例えば、１つ以上のパネル６００をともに接合して、車両の本体を形成することができる。車両は、例えば、自動車、トラック、全地形対応車（ＡＴＶ）、飛行機、ヘリコプタ、無人機（例えば、遠隔制御の飛行装置）、船舶、および潜水艦を含む、当技術分野で知られている任意の陸上、水上、または航空車両とすることができる。車両は、車両表面に沿った異なる位置でパネルおよびコーティングの状態を監視するために、車両の異なるパネルに位置付けられた複数の水分センサを含むことができる。車両はまた、水分、静水、または別様には車両の状態を検出または監視するために、手の届き難い車両の他の部分に位置付けられた水分センサも含むことができる。例えば、水分センサを自動車の下部構造に位置付けて、腐食を生じさせ得る静水が存在するかどうかを識別することができる。類似する実施例では、水分センサを無人機に提供して、無人機の飛行中に水分測定値を遠隔場所に送信するように構成することができる。例えば、水分の測定値を無人機のパイロットに示して、パイロットが飛行中の無人機の状態を監視すること、および無人機に損傷を与え得る水分が存在するときを識別すること、を補助することができる。類似する水分感知システムを、水分の進入および／または静水の領域に関する情報を提供するために、船舶の外殻、飛行機の胴体、および類似する構造体に提供することができる。

図１１を参照すると、車両７５０の水分監視システム７００が例示されている。図１１に示される車両７５０は自動車であるが、類似する監視システムを多くの他の種類の車両とともに使用することができることを理解されたい。監視システム７００は、車両７５０の異なる位置に位置付けられた、同軸水分センサ１００および／または平面水分センサ２００などの複数の水分センサを含む。例えば、車両７５０は、ドアパネル７５２、前方本体パネル７５４、および後方本体パネル７５６などの、パネル（例えば）を含むことができる。パネル７５２、７５４、７５６は、図１０Ａおよび１０Ｂに示されるコーティングされたパネル６００とすることができ、また、パネル７５２、７５４、７５６を通した水分の進入を検出するための１つ以上の同軸水分センサ１００を含むことができる。車両７５０はまた、車両７５０に損傷を与えることを回避するために、水分を含まない、または水分を実質的に含まない状態を維持しなければならない領域に位置付けられた、１つ以上の水分センサ１００も含むことができる。例えば、かかる領域において少量の水分を収集することを許容することができる。しかしながら、水分の容積は、少ないべきであり、迅速に蒸発するべきであり、また２、３分または２、３時間を超える期間にわたってかかる領域に存在することを可能にするべきでない。その事例において、センサ１００は、静水を検出し、静水がどのくらい長く存在しているかを監視するように構成することができる。システムは、検出された静水が所定の期間よりも長く存在したときに警報を提供するように構成することができる。かかる水分センサ１００は、水分がトランク７５８の一部分に漏出しているかどうか、および／またはその部分で収集されたかどうかを検出するために、車両７５０のトランク７５８に位置付けることができる。水分が窓の開口部を通して車両の内側に進入することがあり得るので、他の水分センサ１００を窓７６０および前面ガラス７６２を取り囲むシールの近くに位置付けることができる。車両７５０はまた、車両７５０のエンジンブロック、伝達装置、または駆動シャフトへの水分の進入を検出するために、車両パワートレインの一部分の近くに位置付けられた水分センサ１００も含むことができる。

図１１で概略的に示すように、水分センサ１００は、車両コンピュータシステム７１０に電気的に接続される。車両コンピュータシステム７１０は、センサ１００のためのセンサ電子機器７１２を含み、また、例えば、センサ１００に交流電流を印加するための電源と、電子測定装置と、センサから情報を受信し、処理するための１つ以上のコントローラと、を含むことができる。システム７１０はまた、センサ電子機器７１２から情報を受信し、受信された情報を分析し、車両７５０の一部分の状態に関する結論を引き出すための、水分検出モジュール７１４も含むことができる。例えば、水分検出モジュール７１４は、車両７５０のどの水分センサ１００が水分を検出して、どれが検出していないか、を考慮することができる。かかる考慮に基づいて、水分検出モジュール７１４は、車両が安全に動作しているかどうか、メンテナンスが必要であるかどうか、または１つ以上のセンサが故障するまたは誤った指示値を提供する可能性があるかどうか、を判定することができる。水分検出モジュール７１４はまた、判定された車両の状態および／または検出された水分に基づいて、警告、通知、または警報を発するように構成することもできる。車両コンピュータシステム７１０はまた、水分検出モジュール７１４から警報、警告、および通知を受信して、それらを運転手などのユーザに提供するように構成された、ユーザフィードバックまたはユーザインターフェースモジュール７１６も含むことができる。いくつかの実施例において、警報、警告、または通知はまた、技術者または整備士がそれらを後日チェックすることができるように、システムメモリ７１８に保存することもできる。

したがって、上述の説明および実施例を考慮して、本発明は、とりわけ、以下の条項の内容に関するが、それらに限定されるものではない。

条項１：絶縁パイプであって、第１の端部、第２の端部、およびそれらの間に延在する側壁を備える細長いチューブと、パイプ側壁の一部分を少なくとも部分的に取り囲む絶縁部材であって、絶縁部材の少なくとも一部分を通って延在する少なくとも１つのチャネルを備える、絶縁部材と、チャネル内の水分を検出するように構成された、チャネルの少なくとも一部分内に位置付けられた少なくとも１つの同軸水分センサであって、少なくとも１つの同軸水分センサが、吸水性誘電ポリマー材料から形成された中央孔を画定するスリーブを備える誘電部材と、誘電部材の外面と電気的に接続された外側電極であって、水分が誘電部材を通ることを可能にする透湿性スリーブを備える、外側電極と、誘電部材の中央孔を通って延在し、その内面と電気的に接続されたワイヤを備える内側電極と、を備え、誘電部材が、第１および第２の電極と電気的に接触し、第１および第２の電極を互いに離間した状態に維持する、少なくとも１つの同軸水分センサと、を備える、絶縁パイプ。

条項２：水分センサの電気的特性を測定して、誘電部材によって吸収された水分量を決定するように、水分センサの電極に動作可能に接続されたセンサ電子機器をさらに備え、センサ電子機器が、第１の電極および第２の電極のうちの少なくとも１つに交流電流を印加するための電源と、誘電部材の複素インピーダンス（オーム）を測定するように構成された電気測定装置と、を備える、条項１に記載の絶縁パイプ。

条項３：センサ電子機器が、電源に、および電気測定装置に動作可能に接続されたコントローラをさらに備え、コントローラが、電源に、電極の少なくとも１つに交流電流を周期的に印加させるように構成される、条項２に記載の絶縁パイプ。

条項４：コントローラが、測定された複素インピーダンスに基づいて、チャネル内の水分量を決定するようにさらに構成される、条項３に記載の絶縁パイプ。

条項５：同軸水分センサが、少なくとも１つのチャネル内の細長いチューブの少なくとも一部分に螺旋配設で巻き付けられる、条項１〜４のいずれかに記載の絶縁パイプ。

条項６：同軸水分センサが、少なくとも１つのチャネル内の細長いチューブの少なくとも一部分に沿って直線状に軸方向に延在する、条項１〜５のいずれかに記載の絶縁パイプ。

条項７：絶縁材料が、連続気泡フォーム絶縁体、独立気泡フォーム絶縁体、ガラス繊維絶縁体、セルロース絶縁体、綿バット、および羊毛バット、のうちの１つ以上を含む、条項１〜６のいずれかに記載の絶縁パイプ。

条項８：誘電ポリマー材料が、ナイロン４−６、ナイロン６、ナイロン６−６、ナイロン６−１２、ナイロン１１、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルスルホン、またはポリスルホン、のうちの１つ以上を含む、条項１〜７のいずれかに記載の絶縁パイプ。

条項９：電極が、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、金、銅、錫、ニッケル、クロミウム、もしくはアルミニウム、またはこれらの混合物、合金、もしくは組み合わせ、のうちの１つ以上を含む、条項１〜８のいずれかに記載の絶縁パイプ。

条項１０：センサの長手方向軸に沿ったセンサの断面の最大外径が、０．０６０インチ以下である、条項１〜９のいずれかに記載の絶縁パイプ。

条項１１：低水分環境内で物体を取り囲むように構成された容器であって、容器が、頂部分、底部分、およびその頂部分と底部分との間に延在する側部と、頂部分、底部分、および側部によって画定された空洞内に取り囲まれた、少なくとも１つの同軸水分センサであって、同軸水分センサが、吸水性誘電ポリマー材料から形成された中央孔を画定するスリーブを備える誘電部材と、誘電部材の外面と電気的に接続された外側電極であって、水分がスリーブを通過することを可能にするための多孔質スリーブを備える、外側電極と、誘電部材の中央孔を通って延在し、その内面と電気的に接続されたワイヤを備える内側電極と、を備え、誘電部材が、第１および第２の電極と電気的に接触し、第１および第２の電極を互いに離間した状態に維持する、少なくとも１つの同軸水分センサと、を備える、容器。

条項１２：水分センサの電気的特性を測定して、誘電部材によって吸収された水分量を決定するように、水分センサの電極に動作可能に接続されたセンサ電子機器をさらに備え、センサ電子機器が、第１の電極および第２の電極のうちの少なくとも１つに交流電流を印加するための電源と、誘電部材の複素インピーダンス（オーム）を測定するように構成された電気測定装置と、を備える、条項１１に記載の容器。

条項１４：センサ電子機器が、電源に、および電気測定装置に電子的に接続されたコントローラをさらに備え、コントローラが、電源に、電極の少なくとも１つに交流電流を周期的に印加させ、印加された交流電流に応じて、電気測定装置から複素インピーダンス測定値を受信し、測定された複素インピーダンスに基づいて、容器の空洞内の水分の存在を検出するように構成される、条項１３に記載の容器。

条項１５：容器が、携帯型電子装置の筐体であり、容器の空洞内に位置付けられ、水分センサのセンサ電子機器と電気通信する、電子装置の電子回路をさらに備え、携帯型電子装置の電子回路が、自動的に電力を遮断すること、電子回路のコンピュータメモリに自動的にデータを保存すること、または測定された複素インピーダンスが所定の値を超えたときに遠隔ソースにデータを送信すること、のうちの１つ以上を行うように構成される、条項１２または条項１３に記載の容器。

条項１５：容器が、液体貯蔵タンクを備え、少なくとも１つの水分センサが、貯蔵タンクからの漏出および／または水分の貯蔵タンクへの進入、のうちの少なくとも１つを検出するように位置付けられる、条項１１〜１３のいずれかに記載の容器。

条項１６：容器が、液体貯蔵タンクを備え、水分センサと電気通信するコントローラであって、水分センサから測定された複素インピーダンスを受信し、測定された複素インピーダンスに基づいて、貯蔵タンク内の有極性液体および無極性液体の濃度を決定するように構成された、コントローラをさらに備える、条項１１〜１３のいずれかに記載の容器。

条項１７：容器が、液体貯蔵タンクと、容器の側部の内面に複数の等距離に離間された同軸水分センサと、を備え、複数の水分センサから測定された複素インピーダンスを受信し、複数の水分センサの測定された複素インピーダンスに基づいて、貯蔵タンク内の液体の体積を決定するように構成された、コントローラをさらに備える、条項１１〜１６のいずれかに記載の容器。

条項１８：少なくとも１つの水分センサが、０．０６０インチ以下の最大外径を有する、条項１１〜１７のいずれかに記載の容器。

条項１９：パイプを取り囲む絶縁体の水分を検出するための方法であって、少なくとも部分的にパイプを取り囲む絶縁体を通って延在するチャネル内に位置付けられた同軸水分センサに交流電流を印加することであって、水分センサが、吸水性誘電ポリマー材料から形成された中央孔を画定するスリーブを備える誘電部材と、誘電部材の少なくとも一部分を取り囲む第１の電極と、誘電部材の中央孔の一部分を通って延在する第２の電極と、を備える、印加することと、第１および／または第２の電極に接続されたセンサ電子機器によって、誘電部材の複素インピーダンスを連続的または周期的に測定することと、測定された複素インピーダンスに基づいて、絶縁体内の水分量を決定することと、を含む、方法。

本発明の特定の実施形態は、例示の目的で上述されているが、添付の特許請求の範囲に定義される本発明から逸脱することなく、本発明の詳細について多数の変形が行われ得ることは当業者に明らかであろう。

Claims (19)

1. 絶縁パイプであって、
   第１の端部、第２の端部、およびそれらの間に延在する側壁を備える細長いチューブと、
   前記パイプ側壁の一部分を少なくとも部分的に取り囲む絶縁部材であって、前記絶縁部材の少なくとも一部分を通って延在する少なくとも１つのチャネルを備える、絶縁部材と、
   前記チャネル内の水分を検出するように構成された、前記チャネルの少なくとも一部分内に位置付けられた少なくとも１つの同軸水分センサであって、前記少なくとも１つの同軸水分センサが、
   吸水性誘電ポリマー材料から形成された中央孔を画定するスリーブを備える誘電部材と、
   前記誘電部材の外面と電気的に接続された外側電極であって、水分が前記誘電部材を通ることを可能にする透湿性スリーブを備える、外側電極と、
   前記誘電部材の前記中央孔を通って延在し、その内面と電気的に接続されたワイヤを備える内側電極と、を備え、
   前記誘電部材が、前記第１および第２の電極と電気的に接触し、前記第１および前記第２の電極を互いに離間した状態に維持する、少なくとも１つの同軸水分センサと、を備える、絶縁パイプ。
2. 前記水分センサの電気的特性を測定して、前記誘電部材によって吸収された水分量を決定するように、前記水分センサの前記電極に動作可能に接続されたセンサ電子機器をさらに備え、前記センサ電子機器が、
   前記第１の電極および前記第２の電極のうちの少なくとも１つに交流電流を印加するための電源と、
   前記誘電部材の複素インピーダンス（オーム）を測定するように構成された電気測定装置と、を備える、請求項１に記載の絶縁パイプ。
3. 前記センサ電子機器が、前記電源に、および前記電気測定装置に動作可能に接続されたコントローラをさらに備え、前記コントローラが、前記電源に、前記電極の少なくとも１つに前記交流電流を周期的に印加させるように構成される、請求項２に記載の絶縁パイプ。
4. 前記コントローラが、前記測定された複素インピーダンスに基づいて、前記チャネル内の水分量を決定するようにさらに構成される、請求項３に記載の絶縁パイプ。
5. 前記同軸水分センサが、前記少なくとも１つのチャネル内の前記細長いチューブの少なくとも一部分に螺旋配設で巻き付けられる、請求項１に記載の絶縁パイプ。
6. 前記同軸水分センサが、前記少なくとも１つのチャネル内の前記細長いチューブの少なくとも一部分に沿って直線状に軸方向に延在する、請求項１に記載の絶縁パイプ。
7. 前記絶縁材料が、連続気泡フォーム絶縁体、独立気泡フォーム絶縁体、ガラス繊維絶縁体、セルロース絶縁体、綿バット、および羊毛バット、のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の絶縁パイプ。
8. 前記誘電ポリマー材料が、ナイロン４−６、ナイロン６、ナイロン６−６、ナイロン６−１２、ナイロン１１、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルスルホン、またはポリスルホン、のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の絶縁パイプ。
9. 前記電極が、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、金、銅、錫、ニッケル、クロミウム、もしくはアルミニウム、またはこれらの混合物、合金、もしくは組み合わせ、のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の絶縁パイプ。
10. 前記センサの長手方向軸に沿った前記センサの断面の最大外径が、０．０６０インチ以下である、請求項１に記載の絶縁パイプ。
11. 物体を低水分環境内で取り囲むように構成された容器であって、前記容器が、
    頂部分、底部分、およびその前記頂部分と前記底部分との間に延在する側部と、
    前記頂部分、底部分、および側部によって画定された空洞内に取り囲まれた、少なくとも１つの同軸水分センサであって、前記同軸水分センサが、
    吸水性誘電ポリマー材料から形成された中央孔を画定するスリーブを備える誘電部材と、
    前記誘電部材の外面と電気的に接続された外側電極であって、水分が前記スリーブを通過することを可能にするための多孔質スリーブを備える、外側電極と、
    前記誘電部材の前記中央孔を通って延在し、その内面と電気的に接続されたワイヤを備える内側電極と、を備え、
    前記誘電部材が、前記第１および第２の電極と電気的に接触し、前記第１および第２の電極を互いに離間した状態に維持する、少なくとも１つの同軸水分センサと、を備える、容器。
12. 前記水分センサの電気的特性を測定して、前記誘電部材によって吸収された水分量を決定するように、前記水分センサの前記電極に動作可能に接続されたセンサ電子機器をさらに備え、前記センサ電子機器が、
    前記第１の電極および前記第２の電極のうちの少なくとも１つに交流電流を印加するための電源と、
    前記誘電部材の複素インピーダンス（オーム）を測定するように構成された電気測定装置と、を備える、請求項１１に記載の容器。
13. 前記センサ電子機器が、前記電源に、および前記電気測定装置に電子的に接続されたコントローラをさらに備え、前記コントローラが、
    前記電源に、前記電極の少なくとも１つに前記交流電流を周期的に印加させ、
    前記印加された交流電流に応じて、前記電気測定装置から複素インピーダンス測定値を受信し、
    前記測定された複素インピーダンスに基づいて、前記容器の前記空洞内の水分の存在を検出するように構成される、請求項１２に記載の容器。
14. 前記容器が、携帯型電子装置の筐体であり、前記容器の前記空洞内に位置付けられ、前記水分センサの前記センサ電子機器と電気通信する、前記電子装置の電子回路をさらに備え、
    前記携帯型電子装置の前記電子回路が、自動的に電力を遮断すること、前記電子回路のコンピュータメモリに自動的にデータを保存すること、または前記測定された複素インピーダンスが所定の値を超えたときに遠隔ソースにデータを送信すること、のうちの１つ以上を行うように構成される、請求項１２に記載の容器。
15. 前記容器が、液体貯蔵タンクを備え、前記少なくとも１つの水分センサが、前記貯蔵タンクからの漏出および／または水分の前記貯蔵タンクへの進入、のうちの少なくとも１つを検出するように位置付けられる、請求項１１に記載の容器。
16. 前記容器が、液体貯蔵タンクを備え、
    前記水分センサから前記測定された複素インピーダンスを受信し、
    前記測定された複素インピーダンスに基づいて、前記貯蔵タンク内の有極性液体および無極性液体の濃度を決定するように構成された、水分センサと電気通信するコントローラをさらに備える、請求項１１に記載の容器。
17. 前記容器が、液体貯蔵タンクと、前記容器の側部の内面に複数の等距離に離間された同軸水分センサと、を備え、
    前記複数の水分センサから前記測定された複素インピーダンスを受信し、
    前記複数の水分センサの前記測定された複素インピーダンスに基づいて、前記貯蔵タンク内の液体の体積を決定するように構成された、コントローラをさらに備える、請求項１１に記載の容器。
18. 前記少なくとも１つの水分センサが、０．０６０インチ以下の最大外径を有する、請求項１１に記載の容器。
19. パイプを取り囲む絶縁体の水分を検出するための方法であって、
    少なくとも部分的にパイプを取り囲む絶縁体を通って延在するチャネル内に位置付けられた同軸水分センサに交流電流を印加することであって、前記水分センサが、吸水性誘電ポリマー材料から形成された中央孔を画定するスリーブを備える誘電部材と、前記誘電部材の少なくとも一部分を取り囲む第１の電極と、前記誘電部材の前記中央孔の一部分を通って延在する第２の電極と、を備える、印加することと、
    前記第１および／または前記第２の電極に接続されたセンサ電子機器によって、前記誘電部材の複素インピーダンスを連続的または周期的に測定することと、
    前記測定された複素インピーダンスに基づいて、前記絶縁体内の水分量を決定することと、を含む、方法。

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