SE444617B - Apparat for detektering av vata och isiga tillstand pa ytan av en vegbana - Google Patents

Description

7812762-8 märkbart. Dessutom är gensvaret hos system i tidigare teknik ofta utsatt för drift och variation som funktion av tempera- turen. Dessa är ej enkelt kompenseringsbara och resulterar i möjlig onoggrannhet och dålig precision vid indikering av de faktiska yttillstânden.

I det fall där man i systemet använder en signalgenerator i samband med en sensor, är det önskvärt att denna generator och dess samhörande komponenter är placerad på avstånd, som under bron eller ett betydande avstånd från körbanan eller motorvägsytan där sensorn är inbäddad. För att emellertid förbättra känsligheten hos sådana system, har generatorer med frekvenser (t ex 200 kHz) ofta använts och detta begränsar allvarligt avståndet som signalen kan ledas genom den vanliga kopplingskabeln.

Bland de många syftena med föreliggande uppfinning kan märkas åstadkommandet av en apparat vilken pålitligt detekterar våta och isiga tillstånd på ytan av en vägbana och vilken är tillräckligt känslig för att noggrant detektera närvaron av utfällning på vägbanan; åstadkommande av en apparat av det slag i vilken sensorn har starkt förbättrad motståndskraft mot slitage och nötning och även har förhöjd känslighet, åstadkommande av en apparat av det slag vilken noggrant och pålitligt detekerar närvaron av utfällning på en vägbana över breda variationer i omgivningstemperatur; och åstadkommande av en apparat av det slag vilken medger förbättrad konstruktions- anpassning vid placeringen av de olika delarna av apparaten.

Andra syften och särdrag kommer till del att framgå och till del framhållas nedan.

Kortfattat innefattar apparaten enligt föreliggande upp- finning ett block av elektriskt isolerande material vilket är avpassat att inbäddas i en vägbana med ovanytan av blocket i huvudsak i jämnhöjd med dess yta, och utsatt för atmosfärisk utfällning, vars natur skall detekteras. En sensorelektrod är inkapslad i blocket och placerad ett förutbestämt avstånd under ovanytan av blocket så att ackumulering av atmosfärisk utfällning på ovanytan påverkar kapacitansen och konduktansen mellan elektroden och vägbanan. Apparaten innefattar även en strömgenerator för matning av en tidvarierande elektrisk ström 7812762-8 till sensorelektroden vilken ström har en amplitud som är i huvudsak konstant och oberoende av ackumuleringen av atmosfärisk utfällning på ovanytan av blocket. En förstärkare för att för- stärka en elektrisk signal vilken är pålagd på ett par av in- gångsanslutningarna av densamma är via en av ingångsanslut- ningarna gemensamt ansluten till den tidvarierande elektriska strömgeneratorn och till vägbanan i närheten av sensorelektro- den. Sensorelektroden är ansluten till den andra ingångsanslut- ningen av förstärkaren för att fullborda en krets mellan den tidvarierande elektriska strömgeneratorn, sensorelektroden och förstärkaren för att därvid pàlägga en elektrisk signal på förstärkaren. Amplituden hos den elektriska signalen vid in- gàngsanslutningarna av förstärkaren är i huvudsak enbart en funktion av ändringen i kapacitansioch/konduktans mellan sensor- elektroden och vägbanan när atmosfärisk utfällning ackumuleras på ovanytan av blocket. Apparaten innefattar även utfällnings- signalorgan vilket är känsligt för amplituden hosemuförstärkt elektrisk signal från förstärkaren vilken signal uppnår en förutbestämd storlek för att ge en utgàngssignal vilken påvisar närvaron av atmosfärisk utfällning på vägbanan.

Pig 1 är en perspektivvy över avkänningsapparaten enligt föreliggande uppfinning med vissa delar bortbrutna i förtyd- ligande syfte.

Fig 2A - 2C är scheman över de elektriska kretsar som används med avkänningsapparaturen visad i fig 1.

Motsvarande hänvisningssiffror visar motsvarande delar i hela flertalet vyer på rítningarna.

Med hänvisning till ritningarna innefattar apparaten en- ligt denna uppfinning för detektering av våta och isiga till- stånd på ytan av en vägbana en sensor vilken allmänt betecknas med 1. Sensorn 1 omfattar ett block 3 av elektriskt isolerande material vilket har en plan ovanyta 5. Blocket 3 är inbäddat i en vägbana, sådan som en landningsbana på en flygplats eller en brobana, med dess ovanyta 5 placerad så att den är i huvud- sak i samma plan med ytan hos vägbanan. I detta läge utsättes ovanytan 5 för atmosfärisk utfällning, dvs regn, slask, snö etc, vilket faller på den omgivande vägbanan. En typisk vägbana visas genom streckade linjer 6 i fig 1. Det elektriskt 7812762-8 isolerande materialet vilket utgör blocket 3 omfattar ett termohärdande syntetiskt hartsmaterial 7 vilket har en dielek- tricitetskonstant som är relativt oberoende av temperaturen.

Ett utomordentligt hartsmaterial 7, allmänt känt som en epoxi- harts, erhålles genom att använda diglycidyleter av Bisfenol A med trietylentetraminhärdare. Föratt uppnå dimensionsstabilitet, är det att föredraga att det elektriskt isolerande materialet vilket utgör blocket 3 vidare innefattar ett icke reagerande fyllmaterial, vilket allmänt betecknas med 9, och vilket har en dielektricitetskonstant i huvudsak lika med hartsmaterialet 7.

Utomordentliga resultat har erhållits genom användning av torra kiselglaskulor av 1,6 mm diameter eller ren kiselsand som ett icke-reagerande fyllmaterial 9. Proportionen av harts- material 7 till fyllmaterial 9 är t ex 50:50 i viktsförhållande.

En stor,i stora drag fyrkantig,_sensorelektrod 11 är inkapslad i blocket 3 och placerad ett förutbestämt avstånd i storleksordningen av 6 mm under ovanytan 5 av blocket 3.

Elektroden 11 är ett metalliskt foliematerial vilket är fästat mot ovanytan av ett substratmaterial 13, typiskt en isolerande skiva lämplig för användning vid tillverkning av tryckta kretskort, vilken själv är inkapslad i.kfltcket 3.Kapacitansen och konduktansen mellan elektroden 11 och vägbanan 6 represen- teras streckad på fig 2A genom ekvivalenta kondensatorer C1 och C3 och ett ekvívalent motstånd G1. Diskreta komponenter vilka har värdena av kondensatorerna C1 och C3 och motståndet G1 föreligger i själva verket icke i kretsen men de kapacitiva och konduktiva effekterna mellan sensorelektroden 11 och väg- banan, dvs jord, är ekvivalenta mot att ha motståndet G1 och kondensatorerna C1 och C3 i kretsen. Hädanefter kommer kretsen att beskrivas som om motståndet G1 och kondensatorerna C1 och C3 vore diskreta komponenter. I kondensatorn C1 representerar kapacitansen mellan sensorelektroden 11 och ovanytan 5 av blocket 3, medan kondensatorn C3 och motståndet G1 representerar kapacitansen och konduktansen mellan ovanytan 5 och vägbanan 6. vägbanan 6 är naturligtvis definitionsmässigt vid jordpotential och kan anses som en ytterligt stor platta vid jordpotential utsträckande sig från sensorblocket i alla riktningar.

En oscillator 15 med konstant utspänning och en kondensator 7812762-8 CS på 200 pF utgör organ för att till sensorelektroden 11 tillföra en tidvarierande elektrisk ström 16 vilken har en amplitud som är i huvudsak konstant och är oberoende av ansam- ling av atmosfäriskt utfall på ovanvtan 5 av blocket 3. Oscil- latorn 15 alstrar en sinusvàgsignal vid en frekvens av ungefär 5 kHz och matar denna signal till ett motstånd R1 och en ter- mistor T1. Dessa temperaturkompenserande komponenter är nöd- vändiga för att kompensera för en liten ändring i kapacitansen hos kondensatorn C1 orsakad genom en ändring i dielektricitets- konstanten hos materialen 7 och 9 hos blocket 3 med temperaturen, och utgör tillsammans organ anslutna till oscillatorn 15 och sensorelektroden 11 för kompensering mot temperaturinducerade ändringar i dielektricitetskonstanten hos det isolerande mate- rialet vilket utgör blocket 3.

Oscillatorn 15 kan placeras upp till 150 m från sensor- elektroden 11 på grund av den relativt låga frekvensen som genereras.

En del av strömmen 16 vilken pàlägges senscrelektroden 11 förloras, dvs shuntas till jord, beroende pà kapacitiva och konduktiva effekter mellan elektroden 11 och vägbanan 6, det belopp som förloras är en funktion av huruvida det finns atmosfäriskt nedfall på ovanytan 5. Kapacitansen mellan ovan- ytan 5 och vägbanan 6, vilken representeras av kondensatorn C3 är ganska liten när ovanytan 5 är torr och konduktansen vilken representeras genom motståndet G1 är reellt noll, vilket resulterar i praktiskt taget ingen förlust eller ström 16 från elektroden 11 till vägbanan 6 i torrt väder. När dock utfällning förekommer på ytan 5, anslutes ytan 5 kapacitivt, konduktivt eller bådadera till vägbanan 6 via utfallet och gränsytan hos detta utfall med vägbanan vilket orsakar en väsentlig förlust av ström 16 från elektroden 11 till vägbananö.

Sensorelektroden 11 är ansluten medelst ett motstånd R3 och en ledning L1 till den icke inverterande ingången av en förstärkare 17. Ett motstånd R5 pà en megon är anslutet mellan ledningen L1 och vägbanan 6 och ger en likströmsför- spänningsbana vilket erfordras av förstärkaringàngen. Den inverterande anslutningen av förstärkaren 17 är ansluten medelst en ledning L3 till vägbanan 6, dvs till jord. På samma 7812762-8 sätt är oscillatorn 15 ansluten via en ledning L5 till väg- banän 6. Naturligtvis behöver den aktuella jordanslutningen hos kretsen ej nödvändigtvis insättas i själva vägbanan 6 eftersom potentialen hos vägbanan 6 och vilken som helst annan lämplig jord kommer att vara densamma. Ledningen L1 och mot- stånden R3 fullbordar därför enkrets mellan oscillatorn 15, sensorelektroden 11 och förstärkaren 17. Som en följd härav, pålägges en tidvarierande elektrisk signal vilken betecknas med referenssiffran 19, på den inverterande ingången av förstärkaren 17. På grund av strömförluster vilka inträffar från sensorelektroden 11 till vägbanan 6, vilka reducerar amplituden hos signalen 19, är amplituden hos denna signal vid ingångsanslutningen av förstärkaren 17 i huvudsak enbart en funktion av ändringen i kapacitans och konduktans mellan sensorelektroden 11 och vägbanan 6 när atmosfäriskt utfall ackumulerar på ovanytan 5 av blocket 3. Utsignalen från för- stärkaren 17 är därför en förstärkt signal 21, vars storlek minskar när kapacitansen mellan elektroden 11 och vägbanan 6 ökar, dvs när atmosfäriskt utfall ackumuleras på ytan 5 av blocket 3.

Den förstärkta elektriska signalen 21 matas till en ut- fällningssignalkrets, allmänt visad som 23, vilken omfattar en spänningsföljare 25, en likriktarkrets generellt visad som 27, en inverterande förstärkare 29, ett làgpassfilter 31 bestående av ett motstånd R7 och en kondensator C7, en summeringsför- stärkare 33, en Schmitt-trigger 35, och en n-p-n-transistor Q1.

Den förstärkta signalen 21 likriktas genom likriktarkretsen 27 och de harmoniska komponenterna hos den resulterande signalen filtreras ut genom làgpassfiltret 31, vilket kvarlämnar endast medelvärdeskomponenten av signalen 21. Denna medelvärdeskompo- nent av signalen 21 matas till summeringsförbindningspunkten 37 hos summeringsförstärkaren 33._! En balanseringskrets vilken allmänt visas vid 39, matar även en signal till summeringsförbindningspunkten 37. Balan- seringskretsen 39 omfattar en negativ spänningskälla V1 på 12 volt och en potentiometer 41 vilken justeras så att spän- ningen vid summeringspunkten 37 är ungefär noll när det icke finns utfall på ovanytan 5 av blocket 3. När det finns utfall 7812762-8 på ytan 5, är självfallet storleken av medelvärdeskomponenten av signalen 21 mindre än när det icke förekommer utfall. Detta minskar spänningen vid summeringspunkten 37, vilket orsakar den att bli negativ, och orsakar utgången hos summeringsför- stärkaren 33 att bli mera positiv. Utsignalen hos förstärkaren 33 är t ex 0,5 volt eller mindre när ovanytan är "torr" och 2,0 volt eller mer när den är "våt". Utsignalen från summe- ringsförstärkaren 33 matas på en ledning L7 till en spännings- delare bestående av ett motstånd R9, ett motstånd R11 och en negativ spänningskälla V2 på 12 volt. värdena på motstånden R9 och R11 väljs för att tillförsäkra att Schmitt-triggern 35, vars ingång är ansluten till spänningsdelaren mellan dessa två motstånd kommer att ha en negativ utsignal när utsignalen hos den summerande förstärkaren 33 är 2,0 volt eller mer och kommer att ha en positiv utsignal om utsignalen hos den summerande förstärkaren 33 är.0,5 volt eller mindre. Utsignalen från Schmitt-triggern 35 matas till basen hos transistorn Q1. Nega- tiva spänningsavvikelser vid basen på transistorn Q1 förhindras genom en nivålåsningsdiod D1. Kollektorn på transistorn Q1 är ansluten till en TTL NAND-grind G1. Om utsignalen från Schmitt- triggern 35 är negativ, dvs att det finns utfall på vägbanan 6, så kommer transistorn Q1 ej att leda och spänningen som upp- mätes vid kollektorn på transistorn Q1 kommer att vara omkring 5,0 volt. Denna spänning på kollektorn är en utgångssignal från utfallssignalkretsen 23 vilket utvisar närvaro av atmos- färiskt utfall på vägbanan 6. Om utsignalen från Schmitt-trig- gern 35 är positiv, dvs att ytan hos vägbanan 6 är ren, leder transistorn Q1 och spänningen som uppmätes vid kollektorn kommer att vara runt O volt. Detta tillstånd hos transistorn Q1 anses som frånvaro av en utgångssignal från utfallssignal- kretsen 23. Den exakta triggningspunkten hos Schmitt-triggern 35 relativt amplituden hos den förstärkta signalen 21 är naturligtvis en funktion av värdena hos komponenterna vilka utgör utfallssignalkretsen 23. Det är endast när amplituden hos den förstärkta elektriska signalen 21 uppnår, dvs faller till en förutbestämd storlek, bestämd av värdena på komponen- terna hos utfallskretsen 23, som utsignalen hos Schmitt-triggern 35 går negativ vilket ger utsignalen vid kollektorn hos tran- _ ...1\.'.1C....~...._a;a...= j 'ingå u: ;.< :f-r _.~:-;_'§, ;@_..x-,..-_«;¿i,¿“, I" '* 7812762-8 sistorn Q1 som utvisar utfall. värdena på dessa komponenter justeras för att ge en noggrann indikering av utfallet på ovanytan 5 av locket 3 och att reducera eller eliminera falska avläsningar. Speciellt där den förutbestämda storleken tv förstärkt signal 21 svarar mot en utsignal hos den summerande förstärkaren 33 av åtminstone två volt, erhålles utomordentlíga resultat. Sålunda framgår det att utfallssignalkretsen 23 utgör organ vilket är känsligt för amplituden hos den förstärkta elektriska signalen 21 från förstärkaren 17 vilket uppnår en förutbestämd storlek för att ge en utgångssignal, dvs utgångs- signalen på fem volt uppmätt vid kollektorn hos transistorn Q1, vilket utvisar närvaro av atmosfäriskt utfall på vägbanan 6.

Speciellt utgör utfallssignalkretsen 23 sådana organ vilka ger gensvar på amplituden hos den förstärkta elektriska signalen 21 vilken faller till en förutbestämd storlek.

Med hänvisning till fig 1, är tvâ parallella plattor vilka betecknas med hänvisningssiffrorna 43 och 45 inbäddade i blocket 3 med sina ovanytor i jämnhöjd med ovanytan 5, och bildar ett par åtskilda elektroder vilka är utsatta för atmosfäriskt itfall. Som tydligt framgår ur fig 2A är elektroden 43 gemensamt ansluten via en ledning L9 till jord, dvs som förklarats ovan till vägbanan 6, dvs ledningen L9 utgör organ för att gemensamt ansluta elektroden 43 och vägbanan 6.

Elektroden 43 har en dubbel funktion. I förening med elektroden 45 verkar den som en issensor, som förklaras nedan.

Men den tjänar även att förhöja den elektriska anslutningen mellan vägbanan 6 och den atmosfäriska utfällningen på ovan- ytan 5 av sensorblocket 3, eftersom den är i fysisk kontakt med utfallet på ytan 5 såväl som elektriskt ansluten via ledningen L9 till vägbanan 6. Naturligtvis kan sådana förhöj- ningselektroder ha en mångfald olika storlekar och former.

Med àterhänvisning till fig 1, finns ytterligare en elektrod, betecknad med hänvisningssiffran 47, inkapslad i sensorblocket 3. Elektroden 47 är åtskild från sensorelektroden 11 och ligger i samma plan som denna, och omger i huvudsak sensorelektroden 11 vid deras ömsesidiga plan. Elektroden 47 är ansluten till vägbanan 6 via en ledning L11 mellan denna och elektroden 43, vilken själv är ansluten till vägbanan 6. 7812762-8 Ledningen L11 utgör naturligtvis organ för att gemensamt an- sluta elektroden 43 och elektroden 47. Självfallet skulle många andra organ än ledningen L11 och elektroden 43 kunna användas för att ansluta vägbanan 6 och elektroden 47; allt som erfordras är att elektroden 47 skall vara i elektrisk kontakt med jord hos systemet. Naturligtvis skulle elektroden 47 kunna uteläm- nas utan att ändra funktionssättet hos föreliggande apparat.

Med hänvisning till fig 2A är elektroden 45 ansluten till en växelströmskälla V3 på 12 volt och är även ansluten till en tillståndsindikatorkrets vilken generellt visas vid 49. Till- ståndsindikatorkretsen 49 utgör organ för tillförsel av en utgångssignal vars storlek är en funktion av resistansen mellan elektroderna 43 och 45. Eftersom elektroderna 43 och 45 är utsatta för atmosfäriskt utfall, påverkaslæsisuæuæm mellan dem genom detta utfall, och i all synnerhet är resistansen mellan dem större när utfallet är is än när det är vatten.

Närresßtansen ökar mellan elektroderna 43 och 45, förloras eller shuntas mindre ström från elektroden 45 till elektroden 43 och därför ökar storleken av signalen vilken matas från spänningskällan V3 till tillståndsindikatorkretsen 49. Själv- fallet kommer storleken av den signal som tillföres tillstånds- indikatorkretsen 49 att variera som en funktion av de relativa mängderna is och vatten mellan elektroderna 43 och 45. Kort sagt likriktar tillståndsindikatorkretsen 49 denna signal i en likriktarkrets vilken visas generellt vid 51, filtrerar ut de harmoniska komponenterna hos den likriktade signalen i ett lågpassfilter vilket visas generellt vid 53, och förstärker den resulterande medelsvärdeskomponenten av signalen i en förstärkare 45, vars utgångssignals storlek därför varierar som en funktion av resistansen mellan elektroderna 43 och 45.

Om det finns is mellan elektroderna 43 och 45, är utsignalen från förstärkaren 45 t ex 0,9 volt eller mera, där 0,9 volt är ett exemplifierat förutbestämt iströskelbelopp. Om endast vatten finns mellan sensorerna, är utsignalen hos förstärkaren 55 mindre än 0,75 volt, där 0,75 är ett förutbestämt varnings- tröskelbelopp. De förutbestämda tröskelnivåerna vilka framlagts ovan är föredragna tröskelnivåer när salt sprides på vägbanan 6 för att sänka isbildningen. Om andra antiisbildningsmedel, 7812762-8 10 sådana som etylenglykol och urea används på vägbanan 6, kommer de förutbestämda tröskelnivåerna att skilja sig från de som framlagts ovan. Tröskelnivåerna hos apparaten vilken används i någon speciell vägbana 6 är naturligtvis inställda för att svara mot det antiisbildningsmedel som vanligen används på denna vägbana.

Om temperaturen hos vägbanan 6 är större än en förut- bestämd temperatur, t ex 0,56°C ovan vilken temperatur is ej bildas, bör utsignalen från förstärkaren 55 vara mindre än det förutbestämda varningströskelbeloppet, t ex 0,75 volt. För att tillförsäkra att detta är fallet, omfattar tillståndsindi- katorkretsen 49 en temperaturmätningskrets, vilken generellt visas vid 57 (fig 2B). Temperaturmätkretsen 57 omfattar två 12 voltskällor V5 och V7. Spänningskällan V5 är ansluten genom en zenerdiod Z1 och en diod D3 till basen av en p-n-p-tran- sistor Q2, medan spänningskällan V7 är ansluten till emittern hos transistorn Q2 vilket orsakar den att mata ström till ett motståndsnät vilket allmänt visas vid 59, vilket omfattar en termistor T3. En negativ spänningskälla V9 på.12 volt är även ansluten till motstån nätet 59. Kollektorn hos transistorn Q2 är ansluten till den ic::)inverterande ingången av en förstärkare 61. Spänningen som mätes vid kollektorn på tran- sistorn Q2 är en funktion av motståndet hos termistorn T3.

Eftersom termistorn T3 har en negativ temperaturkoefficient för resistansen, varierar utsignalen hos förstärkaren 61 omvänt med temperaturen. Storleken av utsignalen från förstärkaren 61 kan naturligtvis justeras enligt behov medelst två potentio- metrar 63 och 65 vilka utgör en del av motståndsnätet 59.

Utsignalen från förstärkaren 61 matas på en ledning L13 till en spänningsdelare, vilken visas allmänt vid 67, vilken omfattar en 12 voltskälla V11, ett motstånd R13, en potentio- meter 69, och ett motstånd R15. Glidanslutningen hos potentio- metern 69 är ansluten till ingången av en Schmitt-trigger 71, När temperaturen hos vägbanan 6 når 0,56°C, är utsignalen hos förstärkaren 61 sådan att ingångsspänningen till Schmitt-trig- gern 71 är negativ, vilket orsakar dess utsignalspänning att vara positiv. Denna positiva spänning tillföres basen av en n-p-n-transistor Q3, vilket orsakar den att leda. Kollektornv 7812762-8 11 hos transistorn Q3 är ansluten till den icke inverterande in- gången av förstärkaren 55, så att när transistorn Q3 leder, denna insignal praktiskt taget blir noll, vilket tillförsäkrar att utsignalen från förstärkaren 55 är mindre än 0,75 volt, dvs tillförsäkrar att nämnda förstärkare ej orsakar en (fel- aktig) indikation att is föreligger mellan elektroderna 43 och 45 när temperaturen är ovan 0,56°C.

Utsignalen från förstärkaren 55 tillföres en isindikator- krets, vilken visas generellt vid 73, vilken ger en utsignal som indikerar det faktum att utsignalen fràn förstärkaren 55 är ovan den förutbestämda iströskelstorleken, dvs 0,9 volt, och en varningskrets, vilken allmänt visas vid 74, vilken ger en utsignal som utvisar det faktum att utsignalen från för- stärkaren 55 är ovan det förutbestämda varningströskelbeloppet, dvs 0,75 volt. Isindikatorkretsen 73 omfattar en negativ 12 voltskälla V13, en Schmitt-trigger 77, och en spännings- delare vilken består av ett motstånd R17, en potentiometer 81 och ett motstånd R19. Insignalen till Schmitt-triggern 77 är ansluten till den glidande anslutningen av potentiometern 81.

Potentiometern 81 inställes så att ingångsspänningen till Schmitt-triggern 77 är större än triggspänningen när utsignalen från förstärkaren 55 är 0,9 volt eller mera. Sålunda orsakar en utsignal från förstärkaren 55 vilken indikerar is mellan elektroderna 43 och 45 utsignalen hos Schmitt-triggern 77 att vara negativ, medan en utsignal från förstärkaren 55 av mindre än 0,9 volt orsakar utsignalen hos Schmitt-triggern 77 att vara positiv. ä Varningsindikatorkretsen 75 omfattar en negativ 12 volts- källa V15, ett motstånd R21, en potentiometer 83, en Schmitt- trigger 85 ansluten till denna, och ett motstånd R23. Varnings- indikatorkretsen 75 skiljer sig från isindikatorkretsen 84 genom värdena hos motstånden, eftersom dock Schmitt-triggern 85 har en negativ utsignal närhelst varningströskelstorleken, dvs 0,75 volt har nåtts eller passerats.

Utsignalerna från Schmitt-triggrarna 77 ochf85 matas på ledningar betecknade med referenssiffrorna L15 och L17 till en elektrisk logikkrets vilken allmänt visas vid 87 i fig 2C.

Logikkretsen 87 använder dessa två utsignaler, vilka respektive 7812762-8 12 utvisar is och slask, tillsammans med spänningen på kollektorn hos transistorn Q1, vilken indikerar närvaro av utfällning på ytan 5 av blocket 3, för att ge fyra ömsesidigt exklusiva utsignaler vilka indikerar ett vått yttillstånd, ett ísigt yttillstånd, ett rent yttillstånd, och påbörjande av en is- bildning på ytan 5. Om det finns vatten på ovanytan 5 av blocket 2, är spänningen på kollektorn hos transistorn Q1 om- kring 5 volt, och utgångarna hos triggerkretsarna 77 och 85 är posití'a. Spänningen på kollektorn hos transistorn Q1 orsakar enkla insignaler hos tre NAND-grindar i logikkretsen 87, vilka betecknas med referenssiffrorna G1, G3 och G5, att bli höga. (Märk: Logikkretsen 87 är uppbyggd med TTL-komponenter, varför i enlighet med konventionen en hög insignal eller ut- signal är omkring +5 volt och en låg insignal eller utsignal är omkring 0 volt.) Den andra Insignalen till HAND-grinden G1 är när endast vatten finns på ytan 5 en hög signal tillförd via ledningen L17 från triggkretsen 85. Signalen från trigg- kretsen 85 begränsas till minimum 0 volt via en diod D5 an- sluten mellan jord och ledningen L17 och till 5 volt maximum genom en diod D7 ansluten mellan ledningen L17 och en källa V17 på 5 volt. Den resulterande låga utsignalen hos grinden G1 tillföresken inverterare 89 vilken därpå matar en hög ut- signal till låskretsen 91. Utsignalen hos låskretsen 91 blir därefter hög och denna höga utsignal matas till en utgångs- anslutning T1, vilken höga signal indikerar närvaro av vatten på vägbanan 6. Lampor, horn, osv är anslutna till anslutningen T1 för att ge en visuell och/eller hörbar indikering av före- komst av vatten på vägbanan 6.

Som framgår ur föregående beskrivning, utgör NAND-grinden G1 organ vilket ger gensvar på utsignalen från utfallssignal- kretsen 21 och på utgångssignalen hos tillståndsindikator- kretsen 49 vilken felar att nå den förutbestämda varnings- tröskelstorleken för att ge en utsignal vid anslutningen T1 vilken indikerar ett vått yttillstånd.

Insignalen till logikkretsen 87 från isindikatorkretsen 73 vilken tillföres logikkretsen 87 på ledningen L15 förhindras genom en nivålåsningsdiod D9 ansluten till ledningen L15 och 5 voltskällan V19 från att överskrida 5 volt och förhindras 7812762-8 13 genom en nivålåsningsdiod D11 ansluten till ledningen LIS och jord från att falla under 0 volt. Om det finns is pa vägbanan 6, blir utsignalen från isindikatorkretsen 73 negativ och insignalen till logikkretsen 87 blir låg. Denna låga insignal matas till en inverterare 93 vilken matar sin resulterande höga utsignal till NAND-grinden G5. Den andra insignalen till grinden GS kommer också att vara hög eftersom det finns ut- fällning på vägbanan 6. Den låga utsignalen från grinden G5 inverteras genom en inverterare 95 och matas till en låskrets 97 vars utgång blir hög som följd härav. Denna högazltsignal matas till en NOR-grind G7, vilken orsakar dess utsignal att sänkas. Denna låga utsignal inverteras genom en inverterare 99 och matas till en utgångsanslutning T2 för att indikera ett isigt yttillstànd. Sammanfattningsvis är den elektriska logik- kretsen 87 känslig för utgångssignalen från utfallssignal- kretsen 23 och för utgångssignalen från tillståndsindikator- kretsen 49 vilken uppnår det förutbestämda iströskelbeloppet för att ge en utgångssignal vid anslutningen T2 vilket indike- rar ett isigt yttillstånd på vägbanan 6.

När det finns en blandning av is och vatten på vägbanan 6, är insignalen till logikkretsen 87 på ledningen L15 hög och insignalen på ledningen L17 låg. Den höga insignalen på led- ningen L15 matas till ingången av grinden G3, vars andra in- gång också är hög när utfall föreligger på vägbanan 6. Den resulterande låga utsignalen hos grinden G3 inverteras genom en inverterare 101 och den höga utsignalen från inverteraren 101 matas till en NAND-grind G9. Den låga nivån på ledningen L17 inverteras genom en ínverterare 103 och den resulterande höga utsignalen matas till den andra ingången av grinden G9, orsakande dess utgång att bli låg. Märk att om endast is skulle föreligga på vägbanan 6, så skulle insignalen till grinden G9 från inverteraren 103 fortfarande vara hög men in- signalen från grinden G3 och invertaren 101 skulle vara låg, orsakande utsignalen hos grinden G9 att vara hög. Dvs ut- signalen från grinden G9 kommer att vara låg endast när den förutbestämda larmtröskelnivån har uppnåtts men den förutbe- stämda iströskelnivån ej har uppnåtts.

Den låga utsignalen hos grinden G9 inverteras genom en 7812762-8 14 inverterare 105 och den resulterande höga signalen matas till en låakrets 107, vilket resulterar i att dess utgång blir hög.

Den höga utsignalen från lâskretsen 107 matas till en inver- terare 109 och till en exklusive-OR-grind G11. Den andra in- signalen till grinden G11 är utsignalen hos låskretsen 97, vilken är låg när det förekommer en blandning av is och vatten pa vägbanan 6. Den höga utsignalen hos grinden G11 matas till en annan exklusive-OR-grind G13. Den andra insignalen till grinden G13 är utsignalen från lâskretsen 91, vilken är lag när det finns is på ovanytan av blocket 3. Utsignalen från grinden G13 är följaktligen hög, vilken signal tillföres en tredje exklusive-OR-grind G15, vars andra ingång är ansluten till en källa V21 på fem volt. Utsignalen från grinden G15 är därför en låg signal vilken matas till en NOR-grind G17.

Den andra insignalen till grinden G17 är utsignalen från grinden G7, vilken är låg när det förekommer en blandning av is och vatten på vägbanan. Den resulterande höga utsignalen hos grinden G17 matas till en NOR-grind G19, vars andra ingång är den låga utsignalen hos inverteraren 109. Utsignalen från grinden G19 âr därför hög, vilken matas till en anslutning T3 vilken indikerar påbörjan av bildningen av is på ovanytan S av blocket 3.

Om utsignalen hos tillståndsindikatorkretsen 49 är ovan iströskelnivån, är insignalerna till logikkretsen 87 på led- ningarna L15 och L17 båda låga, eftersom larmtröskelnivån är lägre än iströskelnivån. Om båda dessa insignaler är låga, orsakar grindarna G3 och G9 en låg signal att föreligga vid larmanslutningen T3. Om å andra sidan endast signalen på led- ningen L17 är låg, orsakar grindarna G3 och G9 en hög nivå att uppträda pà anslutningen T3. Sålunda utgör grindarna G3 och G9 organ vilka är känsliga för utgångssignalen från ut- fallssignalkretsen 23 (eftersom en insignal till grinden G3 härleddes från denna signal) och för utgångssignalen från tillståndsindikatorkretsen 49 vilken uppnår den förutbestämda larmtröskelnivån men felar att nå iströskelnivån för att ge en utsignal vid anslutningen T3 vilken indikerar pabörjan av bildning av is på ytan 5 av blocket 3. vid någon punkt under smältningen av isen på vägbanan 6, 7812762-8 kommer signalen fran tillståndsindikatorkretsen 49att falla under iströskelnivân. Ytan hos vägbanan 6 kommer dock ftrt- farande att befinna sig i ett ytterst riskabelt tillstànd, tills att all is har smalt. var air ge lämplig varning för detta riskabla tillstånd, upprätthåller en krets vilken allmänt visas vid 111 bestående av grindarna G7, G11, G13, G15 och G17 spänningen vid anslutningen T2 hög, för att därvid indikera ett isigt yttillstând, tills att all is på vägbanan 6 har smält, dvs tills signalen från kretsen 49 faller under iströskeln såväl som larmtröskeln.

Det är också önskvärt att åstadkomma en utgångssignal vilken indikerar ett rent yttillstånd. Definítionsmässigt före- ligger ett rent yttillstànd när utfall icke förekommer på vägbanan 6. Detta indikeras genom en låg signal på kollektorn hos transistorn Q1, dvs frånvaro av en utgàngssignal från ut- fallssignalkretsen 23. Denna låga signal, vilken matas till NAND-grindarna G1, G3 och G5 orsakar spänningen vid alla tre anslutningarna T1 - T3 att vara låg. Anslutningarna T1 - T3 är anslutna till en NOR-grind G21. När vägbanan 6 är ren orsakar de resulterande låga signalerna vilka matas till in- gångarna av grinden G21 från anslutningarna T1 - T3 gríndens utgång att vara hög. Denna höga utsignal matas till en fjärde anslutning T4, för att därvid indikera ett rent yttillstànd.

Uppenbart utgör NOR-grinden G21 organ vilket är känsligt för frånvaron av utgängssígnal från utfallssignalkretsen 23 för att ge en utsignal vid anslutningen T4 vilken indikerar ett rent yttillstånd.

Förbipasserande fordon borttar temporärt utfallet från ytan 5 hos blocket 3. För att förhindra detta temporära till- stånd från att orsaka en växling vid indikatoranslutningarna T1 - T3, omfattar sensorn 1 en fördröjningskrets vilken all- mänt visas vid 113, vilken ger en fördröjning på 1 minut innan utsignalerna från låskretsarna 91, 97 och 107 växlar.

Med hänsyn till det ovan nämnda, inses att flera syften med uppfinningen har uppnåtts, och andra fördelaktiga resultat ernåtts.

Eftersom olika ändringar skulle kunna göras i ovannämnda alster utan avsteg frán uppfínningens ram är avsikten att allt ' 7812762-8 16 material som ingår i beskrivningen ovan eller visas i bifoqade ritningar skall tolkas som belysande och ej begränsande.

Claims (14)

lå, 7812762-8 17 PATENTKRÅV

1. _ Apparat för detektering av våta och isiga tillstånd på ytan av en vägbana, innefattande ett block (3) av elektriskt isolerande material avsett att inbäddas i vägbanan (6) med blockets övre yta liggande i huvudsak i samma plan som väg- banans yta och utsatt för nederbörd, en sensorelektrod (ll) inkapslad i blocket och placerad på ett förutbestämt avstånd under blockets övre yta, så att ackumuleringen av nederbörden på den övre ytan påverkar kapacitansen och konduktansen mellan elektroden och vägbanan, ett organ (lS) för att tillföra sen- sorelektroden en med tiden varierande elektrisk ström med en amplitud som är i huvudsak konstant och är oberoende av acku- muleringen av nederbörd på blockets övre yta, en förstärkare (17) för förstärkning av en elektrisk signal som tillföres ett par ingångsterminaler (+ och -) därav, k ä n n e t e c k n a d av organ för gemensam anslutning av en första ingångs- terminal (-) av förstärkaren, organet (L5 i 15) som tillför den med tiden varierande elektriska strömmen samt vägbanan (6) i närheten av sensorelektroden (ll), organ (Tl/Rl, CS, Ll, R3) för anslutning av sensorelektroden (ll) till den andra ingångsterminalen (+) av förstärkaren (17) i och för full- ständigande av en krets mellan organet (15) som tillför den med tiden varierande elektriska strömmen, sensorelektroden och förstärkaren, varigenom en elektrisk signal pålägges för- stärkaren vars signalamplitud vid ingångsterminalerna av för- stärkaren är i huvudsak en funktion endast av ändringen i kapacitans och konduktans mellan sensorelektroden och vägbanan då nederbörd ackumuleras på den övre ytan av blocket, samt ett nederbördssignalorgan (23) som är känsligt för att amplituden av en förstärkt elektrisk signal från förstärkaren når en förutbestämd magnitud och därvid avger en utgångssignal indikerande förekomsten av nederbörd på vägbanan. 7812762-8 m

2. Apparat enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att det elektriskt isolerande materialet utgöres av ett termohär- dande syntetiskt hartsmaterial (7).

3. Apparat enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att det elektriskt isolerande materialet vidare innefattar ett in- aktivt fyllnadsmaterial (9).

4. Apparat enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k - n a d av att det förutbestämda avståndet under den övre ytan av blocket på vilket elektroden är placerad är av stor- leksordningen 6 mm.

5. S. Apparat enligt något av kraven l - 4, k ä n n e t e c k - n a d av att organet för tillförsel av den med tiden vari- erande elektriska strömmen innefattar en oscillator som alstrar en sinusvåg med en frekvens på approximativt 5 KHz.

6. Apparat enligt något av kraven l - S, k ä n n e t e c k - n a d av en andra elektrod (43) med en del utsatt för atmosfärens inverkan samt organ (Lll) för gemensam anslutning av denna och vägbanan i och för förbättring av den elektriska förbindelsen mellan vägbanan och nederbörden på den övre ytan av sensorblocket.

7. Apparat enligt något av kraven l - 6, k ä n n e t e c k - n a d av en tillkommande elektrod (47) inkapslad i blocket och förbunden med vägbanan, varvid den tillkommande elektroden är åtskild från sensorelektroden.

8. Apparat enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att sensorelektroden (ll) och den tillkommande elektroden (47) är belägna i samma plan, varvid den tillkommande elektroden i huvudsak omger sensorelektroden i deras gemensamma plan. W ”«°'W¥='*lf”»“ï'“-*“Fl7-l«7'"ëåšåštfišaïélïšffffiššfi . . 7812762-8 19

9. Apparat enligt krav 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a d av en andra elektrod (43) med en del utsatt för atmosfärens inverkan samt organ (Lll) för gemensam anslutning av denna och den tillkommande elektroden b47)i och för förbättring av en elektrisk förbindelse mellan vägbanan och nederbörden på den övre ytan av sensorblocket.

10. Apparat enligt något av kraven l - 9, k ä n n e t e c k - n a d av organ (Rl, Tl) anslutna till organet för tillför- sel av elektrisk ström och sensorelektroden för kompensering av temperaturinducerade ändringar i dielektricitetskonstanten av det isolerande material som bildar blocket.

11. ll. Apparat enligt något av kraven l - 10, k ä n n e t e c k- n a d av ett par åtskilda elektroder'(43, 45) utsatta för nederbörd för påverkan av resistansen mellan elektroderna, varvid resistansen är större vid förekomst av is än vid före- komst av vatten, av ett tillståndsindikatororgan (49) för av- givande av en utsignal vars magnitud är en funktion av resistansen mellan nämnda par av elektroder, vilket till- ståndsindikatororgan är anslutet till elektrodparet, samt av en eletrisk logikkrets (87, GS) känslig för utsignalen från nederbördssignalorganet och för att utsignalen från till- ståndsindikatororganet uppnår en förutbestämd iströskelmagni- tud, i och för avgivande av en utsignal (T2) som indikerar ett isigt yttillstånd.

12. Apparat enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a d av att logikkretsen innefattar ett organ (Gl) känsligt för utsig- nalen från nederbördssignalorganet (23) och för att till- ståndsindikatororganets (49) utsignal ej uppnår en förut- bestämd larmtröskelmagnitud, i och för avgivande av en andra utsignal (terminal Tl) som indikerar ett vått yttillstånd. 7812762-8 20

13. Apparat enligt krav ll eller 12, k ä n n e t e c1 av att logikkretsen vidare innefattar organ (Ql, G21) käns- liga för frånvaron av utsignalen från nederbördssignalorganet, i och för avgivande av en tredje utsignal (T4) vilken indike- rar ett rent yttillstând.

14. Apparat enligt något av kraven ll - 13, k ä n n e t e c k n a d av att logikkretsen (87) innefattar organ (G3, G9) känsliga för utsignalen från nederbördssignalorganet (23) och för att tillståndsindikatororganets (49) utsignal uppnår den förutbestämda larmtröskelmagnituden men ej uppnår iströskelmagnituden, varvid signalen vid larmtröskelmagnituden svarar mot resistansen av nämnda par av elektroder(43, 45) för en blandning av is och vatten på ytan, i och för avgivande av en fjärde utsignal (T3) som indikerar början till isbild- ning på ytan. , . .v -_ .i _ .1 in.. M4. .. NU.. -...«..»..'.. omr-Mt.. 1; _'s-f1_-:<§aw'1=v;w~.w. n - w-af. g .. .1 ,. , _ w. _. . ,_ ~ w*- ~ "' *' 1 -« l <4 ä. w -;' _äfäiš'-iäl-myzai-w~åi:r-slu.ßfl