专利名称：电压存在无源指示器的制作方法
技术领域：
本发明的主题是电压存在无源指示器，其用来指示电导体，高压、中压和低压电力驱动装置，配电系统以及电力传输线中的电压存在，特别是高、中交流(A.C.)电压下工作的装置中的电压存在。当指示器放置在由待检查的导体或装置元件产生的电场中时，在电压存在指示器的显示元件中产生指示电压存在的清晰的光学信号。
从公开的日本专利申请61-003069可以了解检测带电导体的显示器。这种装置是通过利用液晶显示器的阈值电压检测带电导体附近的电场强度。众所周知的具有两个电极的液晶显示器(LCD)和液晶元件设置两个附加电极，一个附着在显示器的前面，另一个附着在它的背面，背面电极是设在物体表面上的电极，以测试物体附近存在的电场。显示器的两个电极与附加电极电连接，从而每个附加电极连接到LCD的不同电极。由于附加电极，所以在显示器液晶显示元件两个电极之间的待测物体的电场产生的电压差超过了显示器的阈值。通常当待检测物体带电时，液晶元件才正确地指示电压的存在，这可以通过显示窗口观察到。
美国专利4139820中公开了一种众所周知的装置，这种装置可以探测直流(D.C.)电压的存在和极化并且可以检测A.C.电压的存在。这种装置包括一电路，该电路包含两个电致变色元件，两个连接端，两个电容，两个电阻和两个二极管。二极管的第一输出引线彼此连接并且它们与每个电阻的第一输出引线和电致变色元件的第一输出引线相联。电致变色元件的第二输出引线通过相应的电容与相应电阻的第二输出引线，相应二极管的第二输出引线以及连接端相联。这种装置的连接端连接到分析电路的测试点，如果它们之间存在电压，则会引起电致变色元件着色。电致变色元件的着色表示在一个方向上存在极化的D.C.电压，而另一电致变色元件的着色表示在相反方向上存在极化的直流电压。两个元件的同时着色表明存在A.C.电压。随着这种装置连接端之间的电压衰减，电致变色元件褪色。
现存的解决方案采用了液晶或者电致变色电子光学元件作为显示元件。这些元件的性能特征是在它们放置在电场中或者它们与电压连接后它们的光学特性明显变化。这种变化体现在这些元件颜色或者色度的变化以及光线经这些元件反射、折射、漫射或者偏振特性的变化。众所周知的电致变色显示器在实际中作为指示在各种电池中电压存在的装置。这种解决方案的例子公开在美国专利5737114中。
除了利用液晶或者电致变色电子光学元件的显示器之外，还存在众所周知的电泳显示器。例如，从美国专利6120588中，可以了解到一种电泳显示器，其包含顶部透明电极、底端电极以及包含一种颜色的正电性微�：土硪恢盅丈母旱缧晕⒘５奈⒛�。根据所施加电压的极化，施加到电极上的电压引起特定颜色的微粒移动到微囊表面，这导致显示器显著的颜色变化。
电泳显示器作为电池充电指示器的实际应用是众所周知的。例如，从美国专利6118426中可以了解到一种电池指示器，其包含电泳显示器，附着到显示器上的第一和第二电极，非线性电气元件，优选地包含当电池电压超过预定阈值时将电池电压传导至第一电极的二极管，电连接到电池和第二电极的分压器，与非线性电气元件相连的电阻。来自于电池的由非线性电气元件提供至第一电极的电压与来自于电池的通过分压器的电压一同提供给第二电极，并且产生足够激活显示器的电场。当电压下落到阈值以下时，来自于第一电极的电压通过电阻带走，这导致显示器中电场极化的改变以及其外观的变化。
本发明的一个目的是提供一种具有多层板结构的电压存在无源指示器，其包含两个导电层和位于它们之间的显示电子光学特性结构的中间层，其中，中间层是指示器的显示元件，导电层是显示元件的电极并且它们通过二极管互相电连接，导电层其中之一至少部分透明。
本发明的另一个目的是提供一种具有多层板结构的电压存在无源指示器，其包含两个导电层和位于它们之间的显示电子光学特性结构的中间层，其中中间层是指示器的显示元件，导电层是显示元件的电极，它们通过二极管互相电连接，并且在中间层和导电层的一个之间存在一电介质层，导电层其中之一至少部分透明。
本发明的另一个目的是提供一种具有多层板结构的电压存在无源指示器，其包含两个导电层和位于它们之间的显示电子光学特性结构的中间层，其中中间层是指示器的显示元件，导电层是显示元件的电极，它们通过二极管互相电连接，并且在中间层和导电层的一个之间存在一电介质层，此电介质层通过一附加导电层与中间层分隔开，导电层其中之一至少部分透明。
在本发明的现有的三种变体中，指示器的中间层优选的是电泳结构。
在本发明的现有的三种变体中，指示器的中间层还可以是基于液晶的电子光学结构。
在本发明的现有的三种变体中，指示器的中间层还可以是电致变色结构。
本发明的另一个目的是提供一种具有多层板结构的电压存在无源指示器，其包含两个导电层和位于它们之间的显示电子光学特性结构的中间层，其中，中间层是指示器的显示元件，导电层是显示元件的电极，并且至少导电层中的一个被分成互相分隔并且彼此不接触的较小的导电面，其附着在中间层并且通过二极管与另一导电层或者由其他导电层分割成的单个导电面电连接，其中二极管的电极定向在关于连接的导电层或者它们的导电面的相反方向，并且至少导电面的一个至少部分透明。
优选的，在本发明的变体中的指示器的中间层是电泳结构。
在本发明的变体中的指示器的中间层还可以是基于液晶的电子光学结构。
在本发明的变体中的指示器的中间层还可以是电致变色结构。
依据本发明的无源电压指示器的优点是它的结构简单。电压指示器既不需要它自己的电源也不需要与被测试电压源的电流连接。仅基于对存在于带电的导体和设备紧邻处的电场的灵敏度作出指示，并且可以在安全距离内用肉眼获取所指示的读数。这使得人们可以不必与这些导体或者设备接触而获取读数。它还使得可以省去指示器结构中的绝缘件。一或多个二极管的使用导致指示器对于电场D.C.分量的灵敏度能比对于电场A.C.分量的灵敏度低得多，这使得指示器的读数与经常聚集在中压和高压带电导体和设备表面的静电荷无关，而当指示器应用于A.C.电压下运转的电力设备时，这是非常有用的。
本发明主题的典型的实施例在图中示出，其中
图1以轴测投影显示出了无源指示器的第一个变体实施例，图1a，1b，1c为在实施例的各种方案中指示器中间层的片断，图2为具有电介质层的指示器第二变体实施例的横截面，图3为具有附加导电层的指示器第三变体实施例的横截面，图4为指示器第四变体实施例的轴测投影，其中非透明的导电层分割成较小的导电面，图5为指示器第五变体实施例的轴测投影，其中透明层分割成较小的导电面，图6为本发明的第六变体实施例，其中导电层均被分割成较小的导电面，以及图7为指示器实际应用的一个例子。
电压存在无源指示器是柔性多层板1，其包含透明的导电层2，附着在导电层2上的指示器的中间层3，以及另一个附着在中间层3反面的非透明导电层4。中间层3包含显示电子光学特性的材料或结构，当将其放置于具有垂直于层表面的力的电场中时会引起材料或结构的光学性能的变化。导电层2和4是指示器的电极，在它们之间放置了具有中间层3结构的指示器显示元件。导电层2和4通过二极管5彼此连接。二极管5的一端，即它的阴极输出6与透明导电层2电连接。二极管5的另一端，即它的阳极输入7与非透明导电层4连接。在另一个未在图中示出的例子中，导电层2和4通过二极管5以这样一种方式彼此连接，其中二极管5的一端，即它的阳极输入7与透明导电层2电连接，并且二极管5的第二端，即它的阴极输出6与非透明导电层4连接。
如在图1a中示出的，在指示器的优选实施例中的中间层3是电泳结构，其包含填充有包含正电性微粒9a和负电性微粒9b的介电流体的电泳囊8。在本发明应用的实验条件下，当指示器放置于平均幅值1kV/cm，频率50Hz的A.C.电场中时，不迟于放置后的1秒显示的颜色就会具有可见的变化。显示的颜色取决于二极管的极化，变为黑或白。无论电场的极化是什么，指示器放置于类似幅度的D.C.电场不会导致显示颜色的明显变化，。在本发明的实验实施例中，由E INK公司生产的电致变色结构Ink-In-MotionTM与典型的1N4148型半导体二极管一同使用。
在依据本发明的另一个指示器的实施例中，在图1b中示出的中间层3是包含液晶滴11的基于液晶的结构，该液晶滴包含在聚合粘合材料10的孔隙中的。这种结构被称为聚合分散液晶结构，缩写为PDLC。为了在实验条件下构造本发明的典型实施例，可以使用由Polytronix公司生产的PolyvisionTM薄膜。在图1中示出的本发明的典型的实施例中，利用依据本发明的指示器的实验实施例中的PDLC结构，导电层4在邻近中间层3的一边设置了未在图中示出的印刷图案，导电层2的整个表面都是透明的。当指示器放置在超过阈值的值的电场中时，中间层3变得透明并且显示出印刷在导电层4上的图案。当电场切断时，指示器的中间层3返回到光线漫射状态并且指示器的表面变得同质的。中间层3还可以是另一电子光学结构，例如一种众所周知的基于向列型或铁电型液晶的结构。
在图1c中描绘的依据本发明的指示器的另一个实施例中，中间层3是电致变色结构。在典型的实施例中，这种结构包含包含电致变色化合物的电致变色层12，液态或固态形式的电解质13以及离子积聚层14。如果采用液态电解质，中间层3是密闭容器。在依据本发明的指示器的实验的实施例中，电致变色层13可以由三氧化钨WO3构成，离子积聚层14可以由氧化铱IrOx构成，并且电解质13可以是碳酸丙烯(PC)中的高氯酸锂LiCIO4溶液。
在图2中示出的本发明的另一个变体的实施例中，存在位于中间层3和导电层4之间的柔性电介质层15。这一层的作用是降低电容并增加导电层2和4之间阻抗的虚部，这导致由待测试电场电极之间产生的电压升高，并且因此导致指示器灵敏度提高。为了减小层15的阻抗的实部并增加在中间层3中产生的D.C.电压分量，层15还可以由弱电导率，例如掺杂碳黑的聚合物的介电材料构成。可选择的是，电介质层15可以放置在中间层3和导电层2之间，图中并未示出。在这两个例子中，导电层2和4如在先前描述的实施例中一样通过二极管5彼此连接。在本发明不同的实施例中中间层3是在图1a，1b和1c中示出的电子光学结构中的一种。
在图3中示出的本发明的另一个不同的实施例中，在中间层3和导电层4之间设置了柔性电介质层15，其通过柔性附加导电层16与中间层3分隔开。附加导电层16的目的是使得平行于中间层3或平行于电介质层15的附加的电阻或电容元件能够连接。电阻或电容元件的目的是调整这些层上阻抗的实部和虚部，其提供了层之间D.C.和A.C.电压分量的适当分配。在本发明典型的实施例中，导电层16通过电阻元件17与导电层4电连接。当图1C中的电致变色层作为中间层3使用时，电阻元件以这种方式连接时还减少了电场断开后指示器的响应时间。电介质层15可以放置在中间层3和导电层2之间，这并没有在图中显示。如先前描述的实施例，在两个例子中导电层2和4均通过二极管5彼此连接。在本发明的变体实施例中，中间层3是与图1a，1b和1c相同的电子光学结构中的一个。
在未在图中示出的本发明另一个变体实施例中，电介质层15包含由不同材料构成彼此附着的多个电介质层。
在图4中示出的本发明的另一个变体实施例中，电压存在无源指示器是柔性多层板40，其包含透明导电层42，附着在导电层42上的指示器的中间层43，以及附着中间层43反面的另一个非透明导电层44，其中层44被分割成互相分隔开并彼此不接触的较小导电面44a和44b，这些导电面附着在中间层43上。中间层43包含显示电子光学特性的材料或结构，当将其放置在具有垂直于该层表面的力的电场中时会引起材料或结构光学特性的变化。导电层42和44是指示器的电极，在它们之间放置具有中间层43形式的指示器显示元件。在依据本发明的不同的实施例的指示器中，导电层42和导电层44a通过二极管45a彼此连接，而导电层42和导电层44b通过二极管45b彼此连接。二极管45a的一端，即它的阴极输出46a与透明导电层42电连接。二极管45a的第二端，即它的阳极输入47a，与非透明导电层44a相连接。二极管45b的一端，即它的阳极输入47b，与透明导电层42电连接。二极管45b的另一端，即它的阴极输出46b，与非透明导电面44b相连接。在本发明的不同的实施例中，中间层43是与图1a和1c中示出的相同的电子光学结构中的一个。
在图5中示出的另一个本发明的变体实施例中，电压存在无源指示器是柔性多层板50，其包含分割成互相分隔开并彼此不接触的较小导电面52a和52b的透明导电层52。这些面附着在中间层53上。指示器中间层53的反面附着有另一个非透明导电层54。中间层53包含显示电子光学特性的材料或结构，当将其放置在具有垂直于该层表面的力的电场中时会引起材料或结构光学特性的变化。导电层52和54是指示器的电极，在它们之间放置具有中间层53结构的指示器显示元件。在依据本发明的变体实施例的指示器中，透明导电面52a和非透明导电面54通过二极管55a彼此连接，而透明导电面52b和非透明导电层54通过二极管55b连接。二极管55a的一端，即它的阴极输出56a与透明导电面52a电连接。二极管55a的另一端，即它的阳极输入57a，与非透明导电面54相连接。二极管55b的一端，即它的阳极输入57b，与透明导电面52b电连接。二极管55b的另一端，即它的阴极输出56b，与非透明导电层54相连接。在本发明的变体实施例中，中间层53是一个与图1a和1c中示出的结构相同的电子光学结构。
在图6中示出的本发明的下一个变体实施例中，电压存在无源指示器是柔性，多层板60，其包含分割成互相分隔开并彼此不接触的较小导电面62a和62b的透明导电层62。这些面附着在中间层63上。指示器中间层63的反面附着有另一个分割成互相分隔开并彼此不接触的较小导电面64a和64b的非透明导电层64。这些面附着在中间层63上。中间层63包含显示电子光学特性的材料或结构，当将其放置在具有垂直于该层表面的力的电场中时会引起材料或结构光学特性的变化。导电层62和64是指示器的电极，在它们之间放置具有中间层63结构的指示器显示元件。在依据本发明的变体实施例的指示器中，透明导电面62a和非透明导电面64a通过二极管65a彼此连接，而透明导电面62b和非透明导电层64b通过二极管65b彼此连接。二极管65a的一端，即它的阴极输出66a与透明导电面62a电连接。二极管65a的另一端，即它的阳极输入67a，与非透明导电面64a相连接。此外，二极管65b的一端，即它的阳极输入67b，与透明导电面62b电连接。二极管65b的另一端，即它的阴极输出66b，与非透明导电面64b相连接。如前，在本发明的变体实施例中，中间层63是一个与图1a和1c中示出的结构相同的电子光学结构。
图中示出的本发明的各种变体实施例没有穷举所有可能的实施例。描述中没有出现这种实施例，其中中间层3，43，53，63分割成彼此分隔开并且附着在导电层或电介质层上的较小区域。在这种例子中，可以同时将非透明导电层或透明导电层，或这两个导电层分割成较小的面。倘若在中间层和一个导电层之间采用电介质层并且如果采用中间导电层，则可以对中间层施行相似的分割。后述的层也可以分割成较小的面。如果将导电层，中间层，电介质层或中间导电层分割成两个以上的面或者两个以上的区域，则可能的实施例的数量会大大增加。然而，在每个这样的例子中，位于中间层两边的指示器的单个电极通过二极管互联。此外，位于中间层一面上的相同层上或者位于中间层两边上的指示器的单个电极可以通过各种类型电阻或电容元件彼此电耦合。单个电极之间采用附加连接就可以调整装置的灵敏度和响应时间。
在本发明所有变体实施例中，透明导电层可制成在聚酯基底上沉积掺杂氧化锡的氧化铟层(ITO)的型式。不要求透明的导电层可以通过金属的、石墨或者导电聚合物层的沉积制造。
在图7中出现的本发明实际实施的例子中，依据图5中本发明优选实施例中示出的，指示器放置在A.C.电场E中的会引起中间层53的光学特性的变化，该电场垂直定向于指示器层板50表面，是通过接通装置71的断路器开关73而供给的A.C.电压产生的，并以线形式示意性地示出，而该中间层53具有图1a中示出的电泳结构。例如通过中间层颜色的变暗或变亮显示这种变化，这可以由肉眼很容易通过透明导电面52a和52b看到。
尤其是，超过给定阈值的A.C.电场E的产生引起相对于导电层54电压的导电面52a的正电压的形成和相对于导电层54电压的导电面52b的负电压的形成。导致正电性微粒9a朝向透明导电面52b作电泳迁移，因此透过该面它们的颜色变得明显，同样地，负电性微粒9b朝向透明导电面52a迁移，它们的颜色不同于微粒9a的颜色、其色饱和度和亮度透过导电面变得明显。因此，在面52a和52b之间出现了对比，用肉眼能看到，并且其标志着装置71中存在电压。导电面52分割成的面，也可以具有不同于图中示出的形状，例如以图案或铭文的形式，当装置71接通电压时会出现那一形状的对比图案或铭文。
权利要求
1.多层板型式的电压存在无源指示器，包括两个导电层和位于它们之间的显示电子光学特性的结构的中间层，其特征在于中间层是指示器的显示元件，导电层是显示元件的电极，导电层通过二极管彼此电连接，并且导电层中的一个至少部分透明。
2.根据权利要求1的无源指示器，其特征在于指示器的中间层是电泳结构。
3.根据权利要求1的无源指示器，其特征在于指示器的中间层是基于液晶的电泳结构。
4.根据权利要求1的无源指示器，其特征在于指示器的中间层是电致变色结构。
5.多层板型式的电压存在无源指示器，包括两个导电层和位于它们之间的显示电子光学特性的结构的中间层，其特征在于中间层是指示器的显示元件，导电层是显示元件的电极，导电层通过二极管彼此电连接，在中间层和一个导电层之间存在一电介质层，并且导电层中的一个至少部分透明。
6.根据权利要求5的无源指示器，其特征在于指示器的中间层是电泳结构。
7.根据权利要求5的无源指示器，其特征在于指示器的中间层是基于液晶的电泳结构。
8.根据权利要求5的无源指示器，其特征在于指示器的中间层是电致变色结构。
9.多层板型式的电压存在无源指示器，包括两个导电层和位于它们之间的显示电子光学特性的结构的中间层，其特征在于中间层是指示器的显示元件，导电层是显示元件的电极，导电层通过二极管彼此电连接，在中间层和一个导电层之间存在一电介质层，该电介质层通过一附加导电层与中间层分隔开，并且导电层中的一个至少部分透明。
10.根据权利要求9的无源指示器，其特征在于指示器的中间层是电泳结构。
11.根据权利要求9的无源指示器，其特征在于指示器的中间层是基于液晶的电泳结构。
12.根据权利要求9的无源指示器，其特征在于指示器的中间层是电致变色结构。
13.多层板型式的电压存在无源指示器，包括两个导电层和位于它们之间的显示电子光学特性结构的中间层，其特征在于中间层是指示器的显示元件，导电层是显示元件的电极，并且至少一个导电层分割成互相分隔开并且彼此不接触的较小的导电面，这些导电面附着在中间层上并通过二极管与另一个导电层或其他导电层分割成的单个导电面电连接，其中二极管的电极定向在相当于连接的导电层或它们的导电表面相反的方向，同时导电层中的至少一个至少部分透明。
14.根据权利要求13的无源指示器，其特征在于指示器的中间层是电泳结构。
15.根据权利要求13的无源指示器，其特征在于指示器的中间层是基于液晶的电泳结构。
16.根据权利要求13的无源指示器，其特征在于指示器的中间层是电致变色结构。
全文摘要
本发明的主题是电压存在无源指示器，其用来指示导电体的电压，电动力装置中的电压，配电装置以及高、中和低压电力传输线中的电压。依据本发明的指示器的特征在于其具有包含两个导电层(2，4)和位于它们之间的显示电子光学特性的结构的中间层(3)的多层板结构型式，其中中间层是指示器的显示元件，而导电层是显示元件的电极并且它们通过二极管(5)电连接，导电层其中之一至少部分透明。在一个依据本发明的指示器的可选实施例中，至少一个导电层分割成互相分隔开并且彼此不接触的较小的导电面，这些导电面附着在中间层上并且通过二极管与另一个导电面或者与另一个导电面的单个面电连接。
文档编号G01R19/165GK1705886SQ02829529
公开日2005年12月7日 申请日期2002年11月18日 优先权日2002年8月30日
发明者J·奇热夫斯基, W·皮亚塞茨基, R·斯特吕姆普勒, J·格拉茨－赖亨巴赫 申请人:Abb有限公司
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