RU2740258C2

RU2740258C2 - Датчик качества волокон

Info

Publication number: RU2740258C2
Application number: RU2018139048A
Authority: RU
Inventors: Лутц Кристиан ГЕРХАРДТ; Сима АСВАДИ; ЛИРОП Майкл Мария Йоханнес ВАН; Нил Фрэнсис ДЖОЙ; Марк Томас ДЖОНСОН; Мартин АУВЕРКЕРК
Original assignee: Конинклейке Филипс Н.В.
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2021-01-12
Also published as: WO2017174381A1; CN109068988A; KR20180123590A; EP3439539B1; RU2018139048A3; US20190150824A1; EP3439539A1; KR102014065B1; CN109068988B; PL3439539T3; EP3228240A1; JP2019518933A; JP6507325B1; ES2758548T3; RU2018139048A

Abstract

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к трибоэлектрическому датчику качества волокон для восприятия величины потенциала на поверхности волокна и устройству для укладки волос. Датчик содержит первую плоскостную пару соседних друг с другом электродов и вторую плоскостную пару соседних друг с другом электродов. Электроды первой пары выполнены с возможностью контактировать с волокном для генерации первого напряжения на электродах, указывающего на величину потенциала на поверхности волокна. Первая пара электродов включает в себя первый проводящий электрод и первый диэлектрический электрод. Диэлектрический электрод имеет первый диэлектрический материал с проводящим подслоем. Электроды второй пары выполнены с возможностью контактировать с волокном для генерации второго напряжения на электродах, указывающего на качество волокна. Первая и вторая плоскостные пары электродов являются наклонными, скошенными и/или зигзагообразными, или плоскостные пары электродов расположены с повторяющейся встречно-гребенчатой конфигурацией, такой как встречно-гребенчатая решетчатая структура. Устройство для укладки волос содержит трибоэлектрический датчик качества волокон для восприятия величины потенциала на поверхности волокна. Обеспечивается датчик качества волокон для восприятия величины потенциала на поверхности волокна и устройство для укладки волос. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к датчику качества волокон, такому как датчик повреждения волос, и к устройству для ухода за волосами, содержащему такой датчик повреждения волос.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В главе 7 «Surface Potential Studies of Human Hair Using Kelvin Probe Microscopy», в работе Bhushan: Biophysics of Human Hair: Structural, Nanomechanical, and Nanotribological Studies, стр.153-169 (2010), раскрыто, что натуральные волосы, не подвергшиеся химическому воздействию, имеют лучшую подвижность носителей заряда и поэтому могут быстрее и легче рассеивать заряд, чем химически поврежденные волосы.

В US 6518765 описано использование матрицы трибоэлектрических датчиков для тестирования электростатических свойств удаленной среды. Способ определения трибоэлектрических свойств материала включает выбор множества изоляторов, одновременное трение упомянутого множества изоляторов о материал, измерение изменения величины и полярности электрического заряда на каждом из множества изоляторов с течением времени и определение трибоэлектрического свойства материала на основе результатов упомянутого измерения. Изоляционные материалы могут быть выбраны так, чтобы их трибоэлектрические свойства охватывали требуемый диапазон.

В US 2003/226397 описан датчик с направленным соединителем для измерения содержания влаги в основе, такой как волосы. Датчик включает в себя высокочастотный направленный соединитель, имеющий пару практически параллельных пластин, образующих соединительный зазор между ними. Высокочастотный генератор сигналов генерирует электромагнитное поле по зазору с основой, размещенной по соединительному зазору. Подводимая мощность связана с содержанием влаги в основе. Предусмотрен датчик давления для гарантирования того, что достигается требуемая степень уплотненности основы по соединительному зазору для получения точных, надежных и достоверных результатов.

В US 2016/0028327 описан способ получения трибоэлектрического генерирующего элемента, содержащего материал на основе грубого диэлектрического полимера, предназначенного для помещения в контакте с другим материалом, имеющим трибоэлектрические свойства, отличные от свойств диэлектрического полимерного материала, для создания электрических зарядов, при этом способ включает образование на основе слоя на основании материала, образованного из данного диэлектрического полимера.

В US 2016/0011233 описан датчик для измерения статического заряда волокон, содержащий: держатель датчика, который изолирован, металлическую головку датчика, соединенную с держателем датчика, электрометр и конденсатор, которые оба находятся внутри изолированного держателя датчика (посредством этого изолированный держатель не находится в прямом контакте с волокном и не создает электрический сигнал), и дисплей на держателе, и при этом статический заряд, сгенерированный во время контакта между волокном и головкой датчика, передается от головки датчика конденсатору, измеряется электрометром, соединенным с конденсатором, и отображается на дисплее. Головка датчика предпочтительно имеет форму щетки или расчески, и статический заряд генерируется во время расчесывания. Измерение электростатики волокон, в особенности при расчесывании волос, представляет собой один из распространенных путей оценки состояния кератиновых волокон. Вообще говоря, больший электростатический заряд на волокнах вызывает бóльшую «непослушность» волос. Более поврежденные и/или завитые кератиновые волокна могут вызывать больший электрический заряд при расчесывании вследствие большего трения и/или «распутывания» волос при расчесывании.

В US 6504375 описан электростатический модулятор вольтметра для измерения электростатического поля между электростатическим модулятором вольтметра и поверхностью, который включает в себя кожух, воспринимающий электрод и слой, размещенный между кожухом и воспринимающим электродом.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Среди прочего, задача изобретения состоит в том, чтобы предложить датчик качества волокон. Изобретение определено посредством независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В вариантах осуществления изобретения представлено устройство трибоэлектрического использующего волосы датчика с самогенерируемым сигналом датчика для обнаружения здорового состояния или повреждения волос и, в частности, устройство датчика, которое измеряет и анализирует форму сигнала, величину потенциала на поверхности волос и скорость разряда на поверхности волос (удерживание/рассеивание заряда) во время обработки волос устройством для ухода за волосами, таким как выпрямитель. Технология восприятия основана на анализе электростатических и/или трибоэлектрических поверхностных зарядных характеристиках стержней волос. Технология восприятия волос с самогенерируемым сигналом предлагает возможность ее использования как для автономного бытового и/или профессионального устройства, так и для модуля, встроенного в существующие устройства для укладки волос (например, выпрямитель волос, стайлер). Использующий волосы датчик основан, но не ограничивается этим, на скользящем трибоэлектрическом генераторе, применяемом в качестве датчика для измерения заряда (изменения напряжения или поверхностного потенциала), который зависит от характеристик поверхности (топографии, химического состава) волос. Принцип датчика основан на использовании трибоэлектрического эффекта, разделения зарядов в плоскости и электростатической индукции. Трение волос о противоположную поверхность (например, устройства для ухода) вызывает накопление электрического заряда, а индуцирование заряда в конкретной матрице электродов датчика, образованной из проводящих и диэлектрических электродов, позволяет отслеживать зависящие от времени и пространственные характеристики макроскопического разряда. Утечка заряда происходит через волосы и/или специфичные для датчика материалы/конфигурации индуктивного электрода. Скорость данного процесса зависит от структурных (целостности кутикул, числа удаленных слоев кутикул) и физико-химических свойств поверхности стержней волос (наличия липидов, уровня влажности). Сравнивая график напряжения с базовыми формами и анализируя сигналов во временной и частотной области, можно оценить и количественно определить степень повреждения волос (если доступна калибровочная кривая) или выполнить измерения базового уровня.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидными из вариантов осуществления, описанных в дальнейшем, и будут разъяснены со ссылкой на данные варианты осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 иллюстрирует принцип изобретения;

фиг.2 показывает первый вариант осуществления датчика повреждения волос в соответствии с изобретением;

фиг.3 показывает вариант осуществления с (множеством) пар встречно-гребенчатых гибридных индуктивных электродов для восприятия/обнаружения повреждения волос в соответствии с изобретением;

фиг.4А, 4В и 4С показывают различные схемы расположения электродов на пластине выпрямителя волос для компенсации угла отклонения и разницы в длинах волос на кончиках волос; и

фиг.5, 6А и 6В показывают примеры конфигураций электродов для использования в датчике качества волокон согласно изобретению.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В вариантах осуществления изобретения представлен трибоэлектрический использующий волосы датчик с самогенерируемым сигналом датчика для обнаружения здорового состояния или повреждения волос. В частности, в вариантах осуществления представлено устройство датчика, которое измеряет и анализирует форму сигнала, величину потенциала на поверхности волос и скорость разряда на поверхности волос (удерживание/рассеивание заряда) во время обработки волос устройством для ухода за волосами, таким как выпрямитель. Датчик основан на скользящих использующих волосы трибоэлектрических генераторах для генерации заряда ответ на перемещение устройства для ухода за волосами по волосам, и этот использующий волосы трибоэлектрический генератор применяется в качестве датчика для измерения параметра, который зависит от свойства поверхности (топографии, химический состав), при этом сигнал датчика представляет собой заряд (напряжение), генерируемый трибоэлектрическим генератором. Принцип работы датчика основан на использовании трибоэлектрического эффекта, разделения зарядов в плоскости и электростатической индукции. Трение волос о противоположную поверхность (например, устройства для ухода за волосами) вызывает накопление электрического заряда, а индуцирование заряда в конкретной матрице электродов датчика, сделанной из проводящих и диэлектрических электродов, позволяет отслеживать зависящие от времени и пространственные характеристики макроскопического разряда. Утечка заряда происходит через волосы и/или специфичные для датчика материалы/конфигурации индуктивного электрода. Скорость этого процесса зависит от структурных (целостность кутикул, число удаленных слоев кутикул) и физико-химических свойств поверхности стержней волос (наличия липидов, уровня влажности). Сравнивая график напряжения с базовыми формами и анализируя сигнал во временной и частотной области, можно оценить и количественно определить степень повреждения волос (если доступна калибровочная кривая) или выполнить измерения базового уровня.

Фиг.1 показывает трибоэлектрические изменения потенциала поверхности волос в Вольтах для необработанных волос UH и обесцвеченных волос ВН (при использовании коммерчески доступных на рынке химических продуктов для обесцвечивания) в зависимости от времени в секундах, измеренные во время однонаправленного перемещения светлых волос по специфичной конфигурации электродов, являющейся предметом данного изобретения. Кривая ВН показывает, что обесцвеченные волосы могут накапливать больший поверхностный заряд (более высокое пиковое импульсное напряжение Vpp: 18 В отн. 10 В), но утечка заряда происходит быстрее и до большей степени (напряжение насыщения: -40 В отн. -10 В) по сравнению с необесцвеченными волосами UH. Кривая UH для необесцвеченных волос показывает увеличение потенциала (2-й пик больше 1-го пика), в то время как утечка заряда происходит быстрее для обесцвеченных волос ВН, на что указывает то, что 2-й пик ниже 1-го пика и/или имеет такую же высоту. Минимум также имеет меньшее значение для обесцвеченных волос ВН, чем для необесцвеченных волос UH, что указывает на бóльшую скорость утечки. Несмотря на то, что соотношения амплитуд шагов для переднего края двух следующих друг за другом пиков аналогичны (12 В/18 В для обесцвеченных волос ВН, 5 В/8 В для необесцвеченных волос UH) и предположительно связаны с (геометрическими) свойствами электродов, соотношение абсолютных высот пиков для двух следующих друг за другом пиков дает информацию о скорости утечки и способности волос удерживать заряд, и состоянии волос (например, наличии липидов, уровне влажности). Отношения абсолютных высот пиков, составляющие <1, указывают на то, что утечка заряда преобладает над накоплением заряда с течением времени (для обесцвеченных волос ВН: 11,5 В/12 В), отношения, составляющие >1, указывают на преобладание накопления заряда над утечкой заряда с течением времени (для необесцвеченных волос UH: 10 В/8 В). Следует отметить, что высота 1-го и 2-го пиков и, следовательно, отношение абсолютных высот пиков также зависят от конфигурации трибоэлектрического датчика и скорости перемещения.

Для обеспечения возможности использования данного изобретения в ручном устройстве пара электродов или решетчатая структура из электродов, вместе с волосами образующая скользящий трибоэлектрический генератор, встроена в устройство для ухода за волосами и реагирует на накопление поверхностного заряда посредством трибоэлектризации и электростатической индукции. Соответствующим электронным устройством для захвата сигнала/накопления заряда является усилитель с большим входным сопротивлением (как правило, > 10¹² Ом).

В первом варианте осуществления данного изобретения специфическая гибридная конструкция из электродов, сделанная из проводящих и диэлектрических электродов, позволяет отслеживать зависящие от времени и пространственные характеристики макроскопического разряда. Проводящая часть выполнена из проводящего материала, такого как медь (Cu), алюминий (Al) или прозрачный проводник, такой как оксид индия и олова (ITO), поли(3,4-этилендиокситиофен)-полистиролсульфонат (PEDOT-PSS) или графен. Диэлектрическая часть сделана из диэлектрического материала, такого как сложный полиэфир (РЕТ - полиэтилентерефталат) или фторированный этилен-пропилен (FEP). Данное изобретение не ограничено перечисленными материалами. Также могут быть использованы комбинации многих других пригодных материалов; специалист в данной области техники знает, как скомбинировать их надлежащим образом на основе их трибоэлектрических свойств. Плоскостная (т.е. лежащая в плоскости) пара индуктивных электродов или множество встречно-гребенчатых электродов, сделанных из одного металлизированного диэлектрика (металл находится с тыльной стороны) и одного проводящего материала, позволяет измерить большие плоские пучки волос и оценить состояние повреждения волос на основе контролируемого разряда посредством проводящего (-их) электрода (-ов). Трение волос об эти матрицы электродов приводит к разделению множества зарядов в плоскости и явлениям индукции, но также к явлениям «принудительного» разряда благодаря проводящему металлическому электроду, позволяющим изучить характеристики волос при динамическом разряде.

Фиг.2 показывает первый вариант осуществления датчика повреждения волос в соответствии с настоящим изобретением с чередующимися участками проводящего и диэлектрического электродов. М обозначает однонаправленное перемещение датчика S вдоль волос Н. Датчик S включает в себя два электрода 1 и 2, при этом второй электрод 2 покрыт диэлектриком D. Выходные напряжения электродов 1 и 2 подаются к усилителю, имеющему очень высокий входной импеданс Z, составляющий приблизительно 200 ТОм. Очень большой входной импеданс Z усилителя гарантирует то, что заряды, имеющиеся на электродах 1, 2, будут очень медленно «перетекать» в усилитель. При трении о такую пару из диэлектрического и проводящего электродов или чередующуюся матрицу диэлектрических и проводящих электродов создается определенное напряжение на паре электродов. Это напряжение обусловлено трибоэлектрическими зарядами и электростатической индукцией, генерируемым на поверхности контакта волос и датчика. Кроме того, утечка заряда из волос в проводящий электрод 1 (например, медный электрод) также оказывает влияние на измеряемое напряжение. Таким образом, потенциал напряжения, измеряемый на паре электродов, (частично) зависит от топографии/химического состава поверхности волос и, следовательно, позволяет охарактеризовать состояние здоровья волос.

Если специфическая характеристика сигнала имеет отклонение, это позволяет сделать заключение о состоянии/характеристиках заряда и состоянии поверхности волос (см. вариант 4 осуществления).

Все описанные в данном документе пары/матрицы плоскостных электродов могут быть, например, встроены в пластину выпрямителя волос.

Фиг.3 показывает вариант осуществления с (множеством) встречно-гребенчатых пар гибридных индуктивных электродов для восприятия/обнаружения повреждения волос в соответствии с изобретением. Диэлектрик=FEP; проводник=медь Cu. Как и на фиг.2, электрод из FEP имеет медный подслой.

Во втором варианте осуществления данного изобретения используются различные геометрии гибридных электродов для компенсации отклонения угла и во избежание помех сигнала на кончике волоса во время использования устройства для ухода за волосами. Данные геометрические характеристики направлены на улучшение сигнала датчика. Для полного использования сигнала датчика в идеальном случае волосы должны тереться практически перпендикулярно относительно ориентации пар электродов. Во многих применениях ухода за волосами могут быть затруднены сохранение или контроль такой практически перпендикулярной ориентации, или устройство используется под определенным углом относительно направления длины пучка волос или направления от корня до кончика. Следовательно, необходимы специфические конфигурации электродов, которые делают выпрямление устойчивым по отношению к шумовому выбросу при постоянном токе, который возникал бы вместо сигнала напряжения переменного тока во время скольжения у кончиков волос. При использовании специфических схем расположения и модификаций вышеописанного гибридного электрода (вариант 1 осуществления) можно избежать такого шумового выбора и обеспечить четкое выделение сигналов. Для компенсации отклонения угла от идеального угла, составляющего 90 градусов, или углового рассогласования и улучшения сигнала датчика (соотношения сигнал-шум) специализированные геометрии могут включать следующие геометрии электродов или их комбинации:

- Скошенные/наклонные электроды

- V-образные электроды

- Зигзагообразные электроды

- Электроды, имеющие форму меандра

- Электроды с шахматным расположением

- Чередующиеся электроды с асимметричной шириной выступов электродов (например, ширина проводящего электрода в два раза превышает ширину диэлектрического электрода для улучшения разряда).

Фиг.4А, 4В и 4С показывают разные схемы расположения электродов на пластине выпрямителя волос для компенсации отклонения угла и различия в длинах волос на кончиках волос. Фиг.4А показывает скошенные/наклонные электроды, фиг.4В показывает V-образные электроды, и фиг.4С показывает зигзагообразные электроды, которые могут быть предусмотрены на пластине выпрямителя устройства для ухода за волосами.

В третьем варианте осуществления, аналогичном вариантам 1 и 2 осуществления, используется плоскостная конфигурация электродов из чередующихся материалов электродов. В этом варианте осуществления имеется один дополнительный материал и, следовательно, всего три типа материалов, а именно (1) электропроводящий материал, такой как металл, подобный меди (Cu), (2) материал, который является более низким, чем выбранный электропроводящий материал, в трибоэлектрическом ряду по отношению к волосам, например, материал типа фторированного этилен-пропилена (FEP) или тефлона, и (3) третий материал, который «ранжирован выше» выбранного электропроводящего материала (например, меди Cu) в трибоэлектрическом ряду. В идеальном случае этот третий материал должен быть «ранжирован выше» волос и представлять собой, например, полиуретан или отрицательно заряженный β-P(VDF-TrFE) (β-поли(винилиденфторид-трифторэтилен). См., например, https://www.trifield.com/content/tribo-electric-series/, http://www.regentsprep.org/regents/physics/phys03/atribo/default.htm или http://www.rfcafe.com/references/electrical/triboelectric-series.htm, где приведена таблица, в которой перечислены различные материалы в соответствии с их соответствующим сродством к отрицательному заряду.

Конфигурация из электродов, показанная на фиг.5, использована в качестве примера. Аналогично предыдущим вариантам осуществления отслеживается напряжение между электродами А и В. Кроме того, также осуществляется мониторинг потенциала напряжения между электродами С и D. Конфигурации, показанные на фиг.5, не делают выходной сигнал «нечувствительным» к направлению расчесывания. Для выполнения этого потребовалось бы выполнить конфигурации с «зеркальным отражением», например, ABCDCDAB или даже ABBACDDC. Как и в предыдущих вариантах осуществления, электроды из FEP и (β-поли(винилиденфторид-трифторэтилена) (сокращенно: β-P(VDF-TrFE) металлизированы с тыльной стороны. Символы А-D, Х1-Х3 и Y обозначают размеры электродов. Эти размеры могут варьироваться для получения оптимального сигнала.

Когда пряди волос трутся о поверхность или наоборот, начиная с непроводящих участков и перемещаясь к проводящим участкам, генерируются два электрических сигнала. Использование двух трибоэлектрических генерирующих заряд материалов, одного - более высокого и одного - более низкого в трибоэлектрическом ряду по сравнению с медью, приводит к двум электрическим сигналам, которые в основном противоположны друг другу (соответственно, положительный и отрицательный).

Этот дополнительный сигнал и соотношение между этими сигналами можно использовать для получения дополнительной пространственной информации о химическом состоянии поверхности волос (то есть соответствующем наличии полярных и неполярных групп, изменяющихся на всей длине волоса (от корня до кончика) или длине отдельных кутикул (как правило, 3-5 мкм, то есть предлагаемая ширина 3-го материала электрода составляет 1-3 мкм). Для компенсации или устранения рассогласования (непараллельности активных трибозон относительно направления кутикул) электрод должен иметь множество небольших участков, например, с размерами 10 на 10 мкм по длине и/или ширине, предпочтительно с длиной и шириной, составляющими порядка 1-5 мкм. Данные размеры активной трибозоны не ограничены третьим материалом и могут быть использованы для одного или более из остальных используемых материалов. Относительно однородный потенциал на кутикуле при измерении далеко от границ клеток увеличивается рядом с краем клеток кутикул, указывая на то, что эти зоны являются более полярными вследствие «обнажения» белка.

Кроме того, это может быть использовано для установления различия между направлениями расчесывания от кончика к корню или от корня к кончику, поскольку данное различие в направлении расчесывания приводит к разным электрическим выходным сигналам.

Путем изменения размеров электродов, обозначенных на фиг.5 символами A-D, Х1-Х3 и Y, можно регулировать электрический выходной сигнал. Например, площадь электродов с покрытием из FEP и β-P(VDF-TrFE) может быть увеличена для увеличения поверхности с зарядом.

Кроме того, могут быть использованы многочисленные участки и комбинации данных участков. Например, конфигурация с фиг.5 может повторяться в горизонтальном и/или вертикальном направлениях. Фиг.6А и 6В показывают некоторые другие примеры с электродами, выполненными из меди (Cu), фторированного этилен-пропилена (FEP) и полиуретана (PU), и эти конфигурации также могут повторяться в горизонтальном и/или вертикальном направлениях. Фиг.6А показывает чередующиеся проводящие и генерирующие заряд поверхности, и фиг.6В показывает обе поверхности, генерирующие заряд, впереди по отношению к перемещению датчика по волосам Н, за которыми следуют проводящие участки.

В четвертом варианте осуществления данного изобретения анализ модулированного сигнала рассеяния заряда (который зависит от топографии/химических свойств поверхности волос и конструкции электродов, например, ширина участков электродов) позволяет сделать заключение о состоянии повреждения волос. Как упомянуто в связи с вариантом 2 осуществления, схема расположения электродов определяет форму сигнала сгенерированного трибоэлектрического напряжения. Сигнал модулируется, и в результате получают отличительную последовательность повторяющихся импульсов. Обнаружение повреждения волос посредством анализа отличительных трибоэлектрических сигналов последовательностей поверхностных потенциалов возможно посредством микропроцессора, запрограммированного соответствующим образом, с помощью:

- сравнения трибоэлектрического сигнала с отклонением от стандартной характеристики сигнала неповрежденных или необработанных/необесцвеченных волос;

- характеристической формы модулированного сигнала во временной области или пространственной области: соотнесение времени со смещением/перемещением во время трения об участки электродов;

- обмена зарядами, скорости удерживания/рассеяния (1-й производной) трибоэлектрических сигналов поверхностных потенциалов: производной по времени;

- частотного спектра (гармоник, отношения гармоник, частотного диапазона).

Таким образом, варианты осуществления изобретения обеспечивают новую технологию восприятия с самогенерируемым сигналом на основе трибоэлектрического эффекта и индуцирования электростатического заряда. Предложена специфическая конфигурация электродов с матрицей из двух плоскостных электродов с чередующимися проводящими участками и участками, покрытыми диэлектриком: чередующимися проводящим электродом (электродом для рассеяния заряда) и индуктивным электродом, покрытым диэлектриком. Основное преимущество данного признака состоит в том, что он создает возможность отслеживания характеристик волос/явлений на волосах, связанных с накоплением заряда и разрядом. Эта конфигурация в своей основе отличается от обычного трибоэлектрического генератора тем, что в таком обычном трибоэлектрическом генераторе проводящий разрядный электрод не был бы размещен непосредственно рядом с диэлектрическим электродом, поскольку это отрицательно повлияло бы на выработку энергии/величину сигнала датчика, так как происходит утечка зарядов. Отслеживание контролируемого или принудительного последовательного разряда из волос позволяет отличить здоровые волосы от поврежденных на основе характеристик утечки/рассеяния заряда, как показано на фиг.1. Такая контролируемая преднамеренная утечка заряда желательна для обеспечения возможности определения характеристик здоровых и поврежденных волос на основе типовых сигналов разряда. Минимальное количество дополнительных электронных устройств и изменений архитектуры системы требуется для встраивания датчика в выпрямитель волос. Может быть выполнено устройство с встроенной системой с трибоэлектрическим датчиком для восприятия здорового состояния волос: не требуется никакого внешнего источника питания для снабжения датчика энергией. Волосы представляют собой часть системы датчика, образующей трибоэлектрическое воспринимающее устройство с самогенерируемым сигналом.

В варианте осуществления предложена матрица (предпочтительно плоскостных) электродов с чередующимися покрытыми диэлектриком (полимерным изолятором) и проводящими (металлическими) участками электродов. Трибоэлектрический заряд, генерируемый во время перемещения третьего материала (волокна, волос) по электродам (или наоборот), приводит к разности поверхностных потенциалов, измеряемой между обоими электродами. В альтернативных вариантах возможны другие типы трибоэлектрических генераторов, например, генератор с вертикальным разделением контактов (с прерывистым контактом). В альтернативном варианте просто при последовательном прерывистом контакте с волокнами может быть получена уникальная зарядно-разрядная характеристика. В настоящем изобретении может быть использован любой вариант контактной электризации или трибоэлектризации, обеспечивающий получение электрического сигнала, который может быть измерен. Проводящий электрод вызывает явления контролируемого повторяющегося разряда во время трения и служит в основном в качестве электрода для рассеяния заряда. Сочетание трибоэлектризации/электростатического заряда и контролируемого разряда во время трения обеспечивает получение специфической характеристики волокна, которая может быть использована микропроцессором для определения электрохимических и топографических свойств поверхности (таких как повреждение, целостность поверхности, электрохимическое состояние поверхности).

В варианте осуществления предусмотрен датчик, который позволяет измерить как накопление, так и разряд электростатических зарядов одновременно во время трения посредством использования специфических конфигураций чередующихся диэлектрических и проводящих участков электродов, после чего сгенерированные заряды преобразуются в напряжение посредством использования высокоомного электрометра.

В варианте осуществления предложена система датчика волокон, содержащая пару или матрицу чередующихся проводящих и покрытых диэлектриком участков (изоляторов), третий материал, подобный волокнам, и усилитель, соединенный с этой парой чередующихся электродов и имеющий входной импеданс в диапазоне 1-200 ТОм. Трибоэлектрический заряд, генерируемый во время перемещения третьего материала по электродам (или наоборот), приводит к возникновению разности поверхностных потенциалов, измеряемой между обоими электродами. Проводящий электрод индуцирует повторяющиеся явления разряда во время трения и служит в основном в качестве электрода для рассеяния заряда для определения характеристик электрохимического и топографического состояния поверхности волокна.

Вариант осуществления изобретения включает матрицу электродов с чередующимися покрытыми диэлектриком (изолятором) и проводящими (металлическими) участками электродов, измерение дифференциальным методом изменений поверхностных потенциалов, специальную электронику датчика с входным импедансом, составляющим по меньшей мере 1 ТОм, и измерение комбинированного электростатического заряда и разряда (скорости) для выдачи специфической трибоэлектрической характеристики волокон.

Аспекты изобретения включают:

- Датчик для восприятия повреждения поверхности (например, дефектов покрытия/поверхностей с покрытием) на основе трибоэлектрических зарядов и явлений электростатического разряда.

- Трибоэлектрическое устройство использующего волосы датчика с самогенерируемым сигналом датчика для определения повреждения волос.

- Волосы представляют собой часть воспринимающей системы, образующей трибоэлектрическое воспринимающее/измерительное устройство.

- Использование трибоэлектрического поверхностного потенциала (трибонапряжений, генерируемых между поверхностью волос и противоположной поверхностью устройства для ухода за волосами) в качестве индикатора/показателя здорового состояния/повреждения волос.

- Способы определения характеристик макроскопических механизмов зарядки поверхностей диэлектрических или плохо проводящих покрытий: анализ сигналов во временной и частотной областях.

- Способы установления различий между неповрежденными и поврежденными волосами: анализ сигналов во временной и частотной областях.

- Ручной аппарат, пригодный для восприятия повреждений поверхности (например, дефектов покрытия/поверхностей с покрытием) на основе трибоэлектрических зарядов и явлений электростатического разряда.

- Трибоэлектрический датчик, являющийся неотъемлемой частью устройства, с самогенерируемым сигналом датчика для отслеживания здорового состояния/повреждения волос.

- Ручной аппарат для трибоэлектрического восприятия здорового состояния волос и заблаговременного предупреждения для предотвращения чрезмерной обработки.

Изобретение предпочтительно используется в устройстве для ухода за волосами, содержащем датчик S качества волокон согласно изобретению, и микропроцессор, присоединенный для приема выходных сигналов от датчика качества волокон. Устройство для ухода за волосами может, например, выдать индикацию (например, оптическую или звуковую сигнализацию) для пользователя того, что он/она должен/должна прекратить обработку во избежание перегрева. Также могут быть адаптированы параметры настройки (например, температура).

Изобретение может применяться не только в применениях ухода за волосами, но также в текстильных (волоконных) применениях, например, для отслеживания качества и долговечности отделки текстильных изделий во время изготовления или при уходе за одеждой, например, для отслеживания качества и долговечности текстиля во время использования или после стирки.

Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что специалисты в области техники смогут разработать множество альтернативных вариантов осуществления без отхода от объема притязаний приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения любые элементы, поставленные в скобки, представляют собой лишь ссылочные позиции, относящиеся к примерам на чертежах, которые не следует рассматривать как ограничивающие пункт формулы изобретения. В частности, объем притязаний формулы изобретения не ограничен материалами, соответствующими ссылочным позициям, так что вместо меди (Cu) могут быть использованы любые пригодные проводящие материалы, в то время как вместо фторированного этилена-пропилена (FEP) и полиуретана (PU) могут быть использованы другие пригодные диэлектрические материалы. Слово «содержащий» не исключает наличия элементов или этапов, отличных от приведенных в пункте формулы изобретения. Упоминание элемента в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Таким образом, понятие «пара» охватывает множество пар, и понятие «пара соседних друг с другом электродов» охватывает матрицы встречно-гребенчатых электродов или множество встречно-гребенчатых электродов. Само по себе то, что определенные меры приведены в отличающихся друг от друга, зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация данных мер не может быть с успехом использована.

Claims

1. Трибоэлектрический датчик (S) качества волокон для восприятия величины потенциала на поверхности волокна, содержащий первую плоскостную пару соседних друг с другом электродов, выполненных с возможностью контактировать с волокном (Н) для генерации первого напряжения на электродах, указывающего на величину потенциала на поверхности волокна, при этом первая пара электродов включает в себя:

первый проводящий электрод (1) и первый диэлектрический электрод (2), имеющий первый диэлектрический материал с проводящим подслоем (2),

вторую плоскостную пару соседних друг с другом электродов, выполненных с возможностью контактировать с волокном (Н) для генерации второго напряжения на электродах, указывающего на качество волокна (Н), причем первая и/или вторая плоскостные пары электродов являются наклонными, скошенными и/или зигзагообразными, или причем плоскостные пары электродов расположены с повторяющейся встречно-гребенчатой конфигурацией, такой как встречно-гребенчатая решетчатая структура.

2. Датчик по п. 1, в котором

вторая пара электродов включает в себя:

второй проводящий электрод (1) и второй диэлектрический электрод (2),

имеющий второй диэлектрический материал с проводящим подслоем, при этом в трибоэлектрическом ряду материалов материал проводящего электрода расположен между первым и вторым диэлектрическими материалами.

3. Датчик по п. 2, содержащий горизонтально или вертикально чередующиеся первую и вторую плоскостные пары электродов.

4. Датчик по любому из предшествующих пунктов, причем первый проводящий электрод выполнен из меди, первый диэлектрический материал выполнен из фторированного этилен-пропилена, второй диэлектрический материал выполнен из полиуретана.

5. Датчик по любому из пп. 1-3 для упомянутой или каждой плоскостной пары электродов, дополнительно содержащий усилитель, соединенный с парой электродов и имеющий входной импеданс в диапазоне 1-200 ТОм.

6. Устройство для укладки волос, содержащее датчик по любому из пп. 1-3.

7. Устройство для укладки волос по п. 6, дополнительно содержащее микропроцессор для анализа сигнала первого напряжения.

8. Устройство для укладки волос по п. 7, дополнительно содержащее индикатор для обеспечения в ответ на выходной сигнал микропроцессора индикации пользователю о том, что пользователь должен прекратить обработку во избежание перегрева.

9. Устройство для укладки волос по п. 7, выполненное с возможностью изменения температурной настройки в ответ на выходной сигнал микропроцессора.