способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности
Классы МПК: | G08B19/02 сигнализация, реагирующая на образование или ожидаемое образование льда |
Автор(ы): | БОШУНГ Марсель младший (CH), БОРНАН Этьенн (CH) |
Патентообладатель(и): | БОШУНГ МЕКАТРОНИК АГ (CH) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-09-09 публикация патента:
10.02.2004 |
Изобретение относится к методам и устройствам определения толщины водяной пленки на поверхности дорожного полотна. Способ формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности движения транспорта осуществляется с помощью нагревательного устройства или устройства охлаждения, имеющего соответственно поверхность нагрева или охлаждения, контактирующую с жидкостной пленкой, соответственно нагревают или охлаждают часть жидкостной пленки, далее с помощью устройств измерения температуры определяют соответственно увеличение или уменьшение температуры соответственно нагреваемой или охлаждаемой части жидкостной пленки и с помощью элемента управления и обработки данных значениям соответственно увеличения или уменьшения температуры части жидкостной пленки присваивают значение или диапазон значений толщины жидкостной пленки и выдают в форме сигнала. Данный способ реализует соответствующее устройство. Данное изобретение направлено на создание простого и сравнительно недорогого способа контроля состояния поверхности дорожного полотна. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
Формула изобретения
1. Способ формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки (17) на поверхности (18, 19), в частности, поверхности движения транспорта, отличающийся тем, что с помощью нагревательного устройства или устройства охлаждения (1, 10, 11), имеющего соответственно поверхность (15) нагрева или охлаждения, контактирующую с жидкостной пленкой, соответственно нагревают или охлаждают часть жидкостной пленки (17), далее с помощью устройств (5, 7, 8) измерения температуры определяют соответственно увеличение или уменьшение температуры соответственно нагреваемой или охлаждаемой части жидкостной пленки и с помощью элемента (8) управления и обработки данных значениям соответственно увеличения или уменьшения температуры части жидкостной пленки присваивают значение или диапазон значений толщины жидкостной пленки и выдают в форме сигнала.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для устройства нагрева или устройства охлаждения предусмотрена опущенная по отношению к поверхности (18, 19) зона, в которой проводят нагрев жидкости.3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что мощность нагрева или охлаждения поддерживают постоянной соответственно при нагреве или при охлаждении жидкостной пленки.4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что перед или к началу нагрева или охлаждения определяют начальную температуру Т жидкостной пленки.5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что перед началом нагрева или охлаждения осуществляют проверку наличия жидкости на поверхности и соответственно устройство нагрева или устройство охлаждения запускают только тогда, когда устанавливают наличие жидкости на поверхности.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что устройством (5, 7, 8) для измерения температуры измеряют температуру жидкостной пленки (17) с помощью измерительного резистора (5), контактирующего с жидкостной пленкой (17).7. Устройство для формирования сигнала в зависимости от жидкостной пленки (17) на поверхности (18, 19) движения транспорта, отличающееся тем, что оно содержит устройство нагрева или устройство охлаждения (1, 2, 10, 11) соответственно с поверхностью нагрева или поверхностью охлаждения (15) для контакта с жидкостной пленкой, соответственно для нагревания или охлаждения части жидкостной пленки (17), на поверхности (18, 19) движения транспорта, устройство (5, 7, 8) измерения температуры для определения температуры, соответственно нагреваемой или охлаждаемой соответственно нагревательным устройством или устройством охлаждения части жидкостной пленки (17) и блок управления и обработки данных (3) для управления соответственно нагревательным устройством или устройством охлаждения и устройством измерения температуры с последующим присвоением измеренным значениям соответственно увеличения или уменьшения температуры части жидкостной пленки толщины или диапазона значений толщины жидкостной пленки и последующей выдачей в форме сигнала.8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно содержит средство (4, 6), в частности электродное устройство, для определения наличия жидкости в зоне соответственно нагревательного устройства или устройства охлаждения.9. Устройство по любому из п.7 или 8, отличающееся тем, что соответственно нагревательное устройство или устройство охлаждения содержит элемент Пельтье (1), работающий с постоянной мощностью.10. Устройство по любому из пп.7-9, отличающееся тем, что оно имеет поверхность (18), выполненную с возможностью выравниваться в связке с поверхностью полотна дороги, при этом поверхность полотна (19) и поверхность (18) устройства равномерно покрываются жидкостной пленкой (17), а в зоне размещения нагревательного устройства или устройства охлаждения в поверхности (18) предусмотрено углубление.11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что устройство (5, 7, 8) измерения температуры содержит измерительный резистор (5), выполненный с возможностью при наличии жидкостной пленки (17) контактировать с ней.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способу формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, в частности на поверхности движения транспорта. Далее изобретение относится к устройству формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, в частности на поверхности движения транспорта, а также применения способа и соответственно устройства в установке для определения точки замерзания жидкости. Известно, что желательно формирование сигнала, который несет информацию о толщине жидкостной пленки на поверхности движения транспорта, под которой понимаются, например, дороги (трассы), рулежные дорожки и взлетно-посадочные полосы для самолетов. Таким образом может быть получена информация об опасности так называемого аквапланирования шин (всплывания колес самолета на уже невытесняемой больше колесами части водяной пленки) и соответственно выдано предупреждение водителю. Уже известно, что опасность аквапланирования (гидропланирования) возрастает с увеличением толщины водяной пленки. Из заявки на Европатент ЕР-А-0 432 360 известно, что по отражению микроволн можно достаточно точно измерить толщину водяной пленки. Однако этот способ очень трудоемкий. Из американской заявки US-A-4 897 597 известно, что толщину водяной пленки можно определить измерением проводимости, что, однако, не всегда приводит к удовлетворительным результатам. В немецкой заявке DE-A-31 18 997, в европейской заявке ЕР-А-0 045 106 и в европейском патенте 362 173 описаны способы определения точки замерзания жидкости, но не определения толщины водяной пленки. В японской публикации "Patent Abstracts of Japan, том 97, ном. 8, 29, август 1997 г., "описывается определение толщины пленки льда, причем последняя определяется монтажным расстоянием датчика температуры от подвергающегося обледенению трубопровода теплообменника. Поэтому задача предлагаемого изобретения состоит в создании по возможности простого и сравнительно недорогого способа формирования сигнала, зависимого от толщины жидкостной пленки, а также устройства для формирования такого сигнала. Эта задача согласно способу указанного выше типа решается признаками отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Было установлено, что при нагревании, соответственно охлаждении части жидкостной пленки и измерении увеличения, соответственно уменьшения температуры можно было с достаточной точностью сделать вывод о том, в каком диапазоне значений находится толщина жидкостной пленки. Как правило, вполне достаточно одного такого упорядочения значений толщины жидкостной пленки в диапазон значений толщины, соответственно класс для цели предупреждения аквапланирования шин колес. Этот способ обеспечивает определение абсолютной толщины пленки с достаточной точностью, если при оценке температурной характеристики используется увеличенный объем оценочных (обработанных) данных. Поставленная задача согласно устройству вышеуказанного типа решается признаками отличительной части пункта 6 формулы изобретения. Предпочтительно, когда такое устройство снабжено элементом Пельтье для нагрева жидкостной пленки. Такое устройство обеспечивает при реверсивном режиме работы элемента Пельтье также охлаждение жидкостной пленки. Таким образом данное устройство дополнительно может быть применено также для определения точки замерзания жидкости в соответствии со способом согласно европейской заявке ЕР-А-0 045 106 или согласно европейской заявке ЕР-А-0 362 173. Ниже изобретение более подробно поясняется на примерах выполнения способа соответственно устройства со ссылкой на чертежи, на которых показано:фиг. 1 - схематическое изображение блок-схемы устройства для осуществления способа согласно изобретению;
фиг. 2 - схематическое изображение конструкции устройства для осуществления способа согласно изобретению;
фиг.3 - аппроксимационная зависимость нагретого объема жидкости от толщины жидкостной пленки в устройстве согласно фиг.2;
фиг.4 - схематическое изображение повышения температуры жидкости;
фиг. 5 - схематическое изображение повышения температуры для трех различных значений толщины жидкостной пленки;
фиг. 6 - схематическое изображение снижения температуры для трех различных значений толщины жидкостной пленки. На фиг. 1 и 2 в упрощенном виде схематически показано выполнение блок-схемы и конструкции устройства согласно изобретению. При этом для нагрева жидкостной пленки применяется элемент Пельтье. Этот элемент взят только в качестве примера, т. е. для нагрева пленки жидкости может быть применен в принципе любой другой источник тепла, например с резистивным нагревателем. Как уже было упомянуто, вместо нагрева может осуществляться также охлаждение жидкостной пленки, однако ниже в качестве примера приведен только нагрев упомянутой пленки. На фиг.1 элемент 1 Пельтье показан схематически в виде блока. Этот элемент электрически запитывается от схемы 2 питания, которая согласно данному примеру выполнения размещена внутри схемы 3 управления и обработки данных. Схема 2 питания включает в себя электрический источник, которым может быть, например, стабилизированный источник тока с постоянным током i, или источник тока с непостоянной, но известной характеристикой изменения тока. Количество тепла н, образующееся на теплой стороне элемента Пельтье, определяется по формуле Qн= Qс+U
![способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, патент № 2223548](/images/patents/245/2223030/8226.gif)
![способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, патент № 2223548](/images/patents/245/2223030/8226.gif)
![способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, патент № 2223548](/images/patents/245/2223548/2223548-2t.gif)
где То - начальная температура, ТА - асимптотическая температура и
![способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, патент № 2223548](/images/patents/245/2223012/964.gif)
На фиг. 5 показаны три примера для различного вида толщины водяной пленки, причем характеристика кривой 1 представляет незначительную толщину водяной пленки, кривая 2 - среднюю величину толщины пленки, а кривая 3 - большую толщину пленки. Причем тарировка на фиг.5 для времени и температуры выбрана в произвольных единицах, а не в секундах и oС. Теперь из характеристики кривой через блок обработки данных делают вывод, в какой класс диапазона значений толщины водяной пленки должно быть включено фактическое значение толщины пленки, которая обуславливает ту или иную характеристику кривой при нагреве пленки. Таким образом, естественно в зависимости от конкретной тарировки на фиг.5, которая не указана, ту толщину водяной пленки, которая приводит к появлению характеристики кривой 1, нужно было бы отнести к классу 2 или 3, толщину водяной пленки, обусловленную характеристикой кривой 2, к классу 3 или 4, и наконец толщину водяной пленки, которая обуславливает появление кривой 3, в класс 4 или 5. На фиг. 6 показаны соответствующие характеристики кривых при охлаждении водяной пленки. Естественно, что кривые роста температуры представлены в блоке 3 обработки данных не в виде графиков, а в виде последовательности запомненных, измеренных значений температуры датчика 5 температуры, которые занесены в файл запоминающего устройства (ЗУ) микропроцессора 8. Естественно, что характер кривой может быть выражен меньшим или большим числом измеренных значений температуры. Предпочтительно, что первое измеренное значение температуры То образуется до начала или как раз в начале нагрева и показывает начальную температуру водяной пленки. В последующем в различные временные интервалы могут быть получены еще измеренные значения температуры, причем очевидно, что характер кривой может быть определен тем точнее, чем больше будет запомнено измеренных значений в интервале между Т0 и моментом достижения асимптотической температуры ТА. Для оценки запомненных, измеренных значений температуры могут быть применены уже известные методы обработки информации для блока 3 обработки данных соответственно микропроцессора. Сначала может быть проведена аппроксимация измеренных значений в соответствии с формулой (1) и тем самым может быть выведена на значения ТА и
![способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, патент № 2223548](/images/patents/245/2223012/964.gif)
![способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, патент № 2223548](/images/patents/245/2223021/916.gif)
![способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, патент № 2223548](/images/patents/245/2223021/916.gif)
![способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, патент № 2223548](/images/patents/245/2223548/2223548-3t.gif)
и из него опять через значения ТА и
![способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, патент № 2223548](/images/patents/245/2223012/964.gif)
![способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, патент № 2223548](/images/patents/245/2223021/916.gif)
![способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, патент № 2223548](/images/patents/245/2223012/964.gif)
![способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, патент № 2223548](/images/patents/245/2223548/2223548-4t.gif)
![способ и устройство формирования сигнала в зависимости от толщины жидкостной пленки на поверхности, патент № 2223548](/images/patents/245/2223548/2223548-5t.gif)
Благодаря названным методам обработки данных может быть осуществлена классификация толщины водяной пленки по желаемым классам, а блоком обработки данных может быть выдан соответствующий сигнал. Как уже было упомянуто выше, из европейских заявок ЕР-А-0 045 106 и ЕР-А-0 362 173 известен способ определения точки замерзания жидкости. Такие способы могут быть осуществлены также с описанным выше зондом, так что одним единственным зондом в полотне дороги может быть сформирован сигнал предупреждения как о гололеде, так и об аквапланировании. Если на зонде имеется лед, то последний сначала может быть расплавлен для определения толщины водяной пленки. Затем он может быть снова охлажден для определения точки замерзания. Кроме того, также можно определить точку плавления при таянии, благодаря чему известна также температура точки замерзания. Но могут быть предусмотрены и отдельные зонды соответственно для определения толщины водяной пленки и точки замерзания. В этом случае устройство для определения толщины водяной пленки применяется предпочтительно в устройстве для определения точки замерзания. Знание толщины водяной пленки очень важно для определения точки замерзания, так как из этого - при известном количестве нанесенного на единицу поверхности средства для расстаивания льда - можно сделать вывод о концентрации средства для расстаивания в жидкости.
Класс G08B19/02 сигнализация, реагирующая на образование или ожидаемое образование льда