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CN104006932A - 具有自动泄漏检测部件的电子装置 - Google Patents

具有自动泄漏检测部件的电子装置 Download PDF

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CN104006932A CN201410060168.1A CN201410060168A CN104006932A CN 104006932 A CN104006932 A CN 104006932A CN 201410060168 A CN201410060168 A CN 201410060168A CN 104006932 A CN104006932 A CN 104006932A
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Abstract

电子装置（1）具有在装置壳体中的特别用于气体泄漏的自动泄漏检测部件。自动泄漏检测部件包括压力传感器（3）、温度传感器（4）以及连接到所述压力传感器和所述温度传感器的计算单元（5）。作为微控制器的计算单元（5）、压力传感器（3）、温度传感器（4）设置在壳体（2）内侧。在操作中，基于在时间上由所述压力传感器和所述温度传感器执行的测量，微控制器（5）检查在壳体中的压力变化是否与温度变化成比例的限定界限内，以确定所述壳体是否具有充分的密封度。

Description

具有自动泄漏检测部件的电子装置
技术领域
本发明涉及具有自动泄漏检测部件的电子装置，即用于检查电子装置壳体的一定密封。电子装置可以是大尺寸的电子设备，或优选是诸如移动电话或手表（诸如腕表）的便携式电子仪器。
本发明同样涉及用于电子装置的自动泄漏检测方法。
背景技术
电子装置例如可以是腕表。这种手表由机械和电子部件构成，其通常需要保护免于水或湿气或环境中的各种气体。一般气体的泄漏检测必须被执行以确定手表并且主要是包含所有手表组件的壳体的密封度。当设计手表模型时，即根据具有手表玻璃和密封垫圈的壳体厚度，通常确定该密封度。
手表密封测量可定义为以大气压（atm）或百帕（hectopascal）为单位所计算的压力。可定义不同的密封度。例如，对于具有佩戴在手腕上手表的手部清洗，手表必须能够承受3个大气压左右的压力，其相当于3040百帕左右的压力。为了带表淋浴或在水池中游泳，手表必须能够承受5个大气压左右的压力，其相当于5066百帕左右的压力。对于在游泳池中潜水，手表必须能够承受至少10个大气压的压力，其相当于10133百帕左右的压力。
存在各种密封检查仪器，特别是以具有壳体的手表形式的电子装置。已知的是使用如下的仪器，该仪器使用压缩空气来操作以执行密封测试。可以观察例如当手表处于压力下时手表玻璃是否变形。如果手表玻璃变形，则这指示手表密封良好，而如果没有观察到变形，则不认为手表是密封的。这种类型的压缩空气仪器允许手表在对于正常使用的类似条件中检查。这种类型的检查仪器示例是在参考瑞士Bienne市Sigma Electronic SA的SM8850-XX销售的仪器中的一个仪器。
然而，采用每一个已知类型的密封检查仪器，这使保证电子装置（诸如腕表）适当密封的方法变得复杂。用于每一个电子装置的密封检查成本因此很高。一般来说，在本领域状态中不提供使泄漏检测能够执行用于具有（对于电子装置特有的）部件的电子装置，这是缺点。
发明内容
因此本发明的目的是提供具有自动泄漏检测部件的电子装置，该电子装置能够克服现有技术状态缺点并且允许由电子装置密封度构成的简单和便宜的测量。
本发明因此涉及具有自动泄漏检测部件的电子装置，该电子装置包括在独立权利要求1中提到的特征。
电子装置的特定实施例在从属权利要求2-11中限定。
电子装置的一个优点在于如下的事实，即用于确定装置密封度的自动泄漏检测部件由相对便宜的元件构成。不提供特定的布置用于固定在电子装置壳体中的压力和温度传感器。两个传感器可形成同一模块的一部分，其横跨印刷电路板机械并且电气连接。优选是微控制器的计算单元同样连接到印刷电路板，用于到两个传感器的连接并且用于从电压源接收电功率，所述电压源可以是用于诸如腕表的电子装置的电池、电池单元或蓄电池。
有利地，微控制器被布置以连续或在编程的时间周期中检查由传感器接收的压力和温度值。微控制器检查压力变化是否成比例或在与壳体内侧的温度中的变化成比例的某一界限内。如果压力变化以限定的极限偏离于温度变化，则这指示电子装置的不充分密封度。
有利地，在电子手表的壳体中，微控制器可自动检测壳体是否已经在电池单元或电池更换之后再次适当关闭。
本发明因此同样涉及用于电子装置的自动泄漏检测方法，其包括在独立权利要求12中限定的特征。
该方法的特定步骤在从属权利要求13至15中限定。
附图说明
基于由附图示出的简化非限制性实施例，电子装置和用于该电子装置的自动泄漏检测方法的目的、优点和特征将在以下描述中更清楚，在附图中：
图1示出具有根据本发明的自动泄漏检测部件的电子装置的简化视图，
图2示出根据本发明检测到的随着时间的压力和温度变化和限定为密封的电子装置的标准化压力的曲线图，以及
图3示出根据本发明检测到的随着时间的压力和温度变化和限定为不密封的电子装置的标准化压力的曲线图。
具体实施方式
在以下描述中，将仅以简化方式描述对于在该技术领域中本领域技术人员熟知的电子装置的所有那些电子组件。电子装置可以是大尺寸的电子仪器，其中自动泄漏检测需要被执行以保护位于仪器壳体内侧的一定组件。优选地，电子装置可以是诸如移动电话或手表（诸如腕表）的便携式电子仪器。
图1示出电子装置1的示意图，该电子装置1可例如是腕表然而不限于钟表技术领域。电子装置1包括自动泄漏检测部件，特别用于通过装置壳体2的气体泄漏。这意味着可以确定电子装置的电子组件是否布置在壳体内侧，该壳体通常气密密封并且具有充分的密封度。检测不能保证壳体完全密封，而是仅指示在预定极限内的密封度。为实现这个目标，对于壳体中的泄漏的自动检测，必须发生温度变化或压力变化。
一般来说，对于自动泄漏检测，电子装置1包括至少一个压力传感器3和至少一个温度传感器4。压力传感器3和温度传感器4两个都连接到优选是微控制器5的计算单元。微控制器可由电压源6供电，以便同样在它们的操作期间对两个传感器3和4供电。该电压源6在以移动电话或手表（诸如腕表）形式的电子装置1的壳体中可以是电池单元、电池或蓄电池。微控制器5和两个传感器3和4被布置在传统的印刷电路板上，并且全部在电子装置1的壳体2内侧，不与外部接触。
压力传感器3和温度传感器4可形成同一电子模块的部分。该电子模块可以低成本用在市场上。可使用EPCOS AG的模块T5400。该电子模块可容易固定到印刷电路板，而不需在壳体2内侧的任何具体保护。在腕表的壳体中，承载各种电子组件的印刷电路板位于在壳体2的中间部分内边缘上支撑的壳体表盘和壳体后盖之间。
电子装置1进一步包括信令单元7。该信令单元7可通知或警告用户在电子装置中任何观察到的泄漏。信令单元7主要提供一条信息，不论壳体2是否视为密封。对于腕表的情况，信令单元可以是显示装置，例如LCD或LED或OLED装置或各种其它类型的显示装置。信令单元可同样由一个或多个指针形成。指针可以是指示密封缺陷而在信令模式中移动的传统时间指示器指针。该信令单元可同样是用于产生连续或间歇性声音的声音发生器或振动器。
控制单元8可同样提供在电子装置1中。该控制单元8可以是用于电子装置1任何类型的控制按钮。在腕表或移动电话的情况中，该控制单元8可以由一个或多个按钮或冠部或电容触摸键构成。这些触摸键可布置在手表玻璃或电话玻璃屏幕下方，或在手表玻璃或电话玻璃屏幕外围上。控制单元8可例如手动致动以激活自动泄漏检测或从电子装置获得各条信息。然而，自动泄漏检测可总是能够独立于在控制单元上的任何动作而被致动。
在微控制器5中，例如一旦温度的影响已经抵消，则可检查到在电子装置1的壳体2内侧的气体压力变化。微控制器5旨在基于在时间上由压力传感器3和温度传感器4执行的测量，来检查在壳体2中的压力变化是否与温度变化成比例。这使得可以确定壳体是否具有充分的密封度。如果在装置壳体内侧的压力变化比确定的极限值更快，则电子装置1的壳体2没有密封。在钟表领域内允许的最大内部压力变化速度对于从初始压力到当前环境压力的变化一般是3小时。
对于气体，在电子装置1的壳体2的内部体积V内侧的气体压力p由公式p·V=n·R·T设定，其中T是温度，n是以摩尔表述的物质量，而R是通用气体常数。为确立装置的壳体是否能够视为充分密封，在壳体内侧的气体压力中的变化必须成比例，或在与温度变化成比例的限定界限内。这意味着原则上p/T比率必须对于确定的时间周期恒定，以确保例如手表或移动电话的壳体2被适当密封。为使自动泄漏检测能够在本发明的电子装置内侧被执行，必须存在压力变化或温度变化。如果不存在压力或温度变化，则自动检测不能有效执行。
一般来说，如果p/T比率例如在10小时之后仍然恒定，则手表或移动电话的壳体2可视为密封。在钟表和NIHS标准领域内指定，如果在外部压力和内部压力之间2bar左右的压力差处每分钟通过壳体失去小于50μg的气体，则手表壳体2是密封的。这通常意味着需要3小时左右来平衡如上所述的内部压力和外部压力。
如果微控制器5确定p/T比率不再恒定，则手表或移动电话的用户由信令单元7告知手表或电话不再密封。该测量可在电子装置1中的微控制器5控制下例如每小时自动执行。在手表壳体中，密封检查可在1小时和6小时之间的每一个所有设定时间间隔处来执行。然而，微控制器5可编程为连续确定压力变化和温度变化，并且在每一个确定时间间隔之后计算在压力值和温度值之间的比率。
可以设想考虑小于一小时的时间周期或间隔中的多个压力和温度值的微控制器5。存储这些值和/或可同样存储在随着时间的每一个压力值和每一个温度值之间的比率。时间间隔可同样在一分钟或几分钟的量级上。在每一个设定时间间隔处计算比率p/T指示壳体是否具有充分的密封度。
在诸如腕表的手表壳体中，密封垫圈用在壳体部件之间以彼此固定。当壳体后盖关闭到中间部分上时被压缩的这些密封垫圈或接头一般不保证总的密封。气体并且主要是空气可随着时间的推移而穿过这些密封垫圈。由塑料材料制成的密封垫圈或接头可渗透。接头可同样变脏，这不密封壳体。
通过微控制器5采用连续或在短的时间间隔处监测，当手表电池更换时可以快速告知壳体是否适当闭合。确定壳体2密封度而用于操作微控制器5和传感器3和4的电功率具有低值，其不缩短手表电池单元或电池的寿命。在壳体2内部体积内侧的气体压力可在关闭之前的970百帕的外部环境压力值和在壳体已经关闭之后的1020百帕或1100百帕左右的内部压力值之间增加。这意味着在关闭之后在壳体内部体积中的至少5%的额外压力。
如果壳体没有适当关闭，则相对于温度变化，内部压力和环境压力可仅在约十秒之后或在1至5分钟之后采用高压变化来快速平衡。这意味着由微控制器5计算的p/T比率在短的时间周期内不恒定。在壳体关闭时观察到在内部压力中的巨大差异，并且如果壳体没有适当关闭或垫圈损坏、不在适当位置或丢失，则在关闭之后可同样观察到在内部压力中的巨大反差。通常是制表师的人员可因此立即获知关于壳体是否已经适当关闭，以保证关闭壳体的充分密封度。
应该注意的是，如果密封垫圈或接头干燥或磨损或已经移动，这可引起不充分的密封度，则警告可同样提供给佩戴手表的人。可以更换这些密封垫圈并且随后观察微控制器5不再指示密封缺陷。如果不存在来自信令单元7的指示，则佩戴手表的人确定手表具有用于手表所需应用的充分密封度。
如果手表是密封的，则在所述壳体2已经关闭之后的内部壳体体积内侧的过量气体压力将在恒定温度处非常缓慢地减少。在内侧测量的压力可以是在远超过10小时并且甚至高达一个月的时间周期内的环境压力。这取决于手表的密封垫圈。然而，如果在1小时之后，在相同温度处在手表内侧测量的压力中观察到显著差，则这意味着手表不再密封并且用户被立即通知。
在视为充分密封的壳体2和视为没有密封并且指示给用户的壳体之间的差异在图2和图3中充分示出。图2和图3主要示出在壳体内侧随着时间的压力P的变化和温度T的变化的曲线图。参考是25℃T25℃温度的298°K温度来由微处理器确定标准化压力pn。在由压力传感器测量的压力值p和由温度传感器测量的温度值T之间的p/T比率必须等于pn/T25℃。因此标准化压力pn与（p/T）·T25℃对应。
如果壳体具有充分的密封度，则该标准化压力pn将仅随着时间非常轻微地改变。然而，如果壳体没有充分密封，则标准化压力pn将随着时间改变。这意味着压力变化不再与温度变化成比例。在这些条件中，在时间上两个连续瞬间处在两个标准化压力值pn之间的差可能绝对值比限定壳体的充分密封度的压力基准更高。该基准可限定例如在2百帕或更高的值。该差△p等于从在第二时刻t2的第二标准化压力值pn2减去的在第一时刻t1的第一标准化压力值pn1。该压力差△p例如可每一个小时或高达6小时的时间间隔内限定，以便检查差是否大于或小于压力基准。然而，其可同样根据更短的连续时刻限定，如上所指示。
图2示出随着时间而在手表壳体内侧的压力变化和温度变化的曲线图。在测量开始时，壳体特别打开以更换电池。压力因此在是外部环境压力的970百帕的初始值处测量。在关闭之前在该壳体中的温度例如是25℃左右。在20分钟之后，壳体的后盖固定到压缩密封垫圈的中间部分，这产生过量压力，并且内部压力因此在1020百帕左右的值处测量。标准化压力pn同样在假定温度是25℃的1020百帕左右的值处。
手表然后戴在用户手腕上，这意味着温度T将基本上从25°C改变到稍微大于30℃。应该注意，一旦手表壳体已经关闭，则由压力传感器测量的压力P可与由温度传感器测量的温度T成比例变化。这意味着标准化压力pn将不明显改变紧随电池变化接近8小时。该手表壳体然后可视为具有充分的密封度。
应该注意，在每个时间间隔处由微控制器确定的p/T比率将保持基本上恒定接近8小时。微控制器必须一般考虑来自导致测量延迟的温度传感器的温度梯度。因此，微控制器可执行足够接近每一个测量时间间隔的两个测量以当p/T比率确定时克服延迟的这个问题。微控制器可同样执行比率p/T或归一化压力值的时间平均值。
然而图3示出在非密封壳体的情况下，随着时间的推移而在手表壳体内侧的压力P的变化和温度T的变化的曲线图。在开始处，打开手表壳体以更换电池。由压力传感器测量的压力P在接近由温度传感器测量的21℃（294°K）的温度T处处于960百帕左右的值。归一化压力pn因此在970百帕左右。在40分钟之后，壳体再次关闭并且内部压力增加到1140百帕左右的值。假定手表处于用户手腕上，温度T同样上升。然而，在小于2小时之后，内部压力P返回接近960百帕的环境外部压力的值，但是温度T进一步上升到稍高于30℃的值。归一化压力pn将因此上升到1020百帕的最大值，但是在至少2小时之后将快速下降，因为手表不密封。
在这种情况下，距归一化压力值的偏差△p将在比确定基准更高的值处在整个测试持续时间中变化。例如，该基准可设置在2百帕左右的值处。此外，对于由微控制器限定的每一个时间间隔，各种确定的p/T比率不再恒定。指示可在该壳体中提供给佩戴手表的人，以通知他在手表中的密封缺陷。
从已经给出的描述中，在不背离由权利要求限定的本发明范围内，本领域的技术人员可设计具有自动泄漏检测部件的电子装置的多个变体。电子装置可以是诸如潜水员表的手表，以快速通知佩戴手表的人关于手表能否视为具有充分的密封度。然而，对于视为通过自动泄漏检测部件具有充分的密封度的潜水员表，这不保证用于执行潜水的100%密封，因为在这些条件下必须考虑作为深度函数的手表各部件的变形。

Claims (15)

1.电子装置（1），其具有所述电子装置（1）的壳体（2）的自动泄漏检测部件，所述电子装置的特征在于，所述自动泄漏检测部件包括压力传感器（3）、温度传感器（4）以及连接到所述压力传感器和所述温度传感器的计算单元（5），所述计算单元（5）、所述压力传感器（3）和所述温度传感器（4）布置在所述壳体（2）内侧，以及所述电子装置的特征在于，所述计算单元（5）旨在基于在时间上由所述压力传感器（3）和所述温度传感器（4）作出的测量，来检查在所述壳体（2）内侧的压力变化是否与温度变化成比例，以确定所述壳体是否具有充分的密封度。
2.根据权利要求1所述的电子装置（1），其特征在于，所述计算单元（5）旨在在连续的时间间隔处计算由在所述壳体（2）内侧的所述压力传感器（3）提供的压力值和所述温度传感器（4）提供的温度值之间的比率，并且检查在所述压力和所述温度之间的比率是否在每一个连续时间间隔处保持恒定，以确定所述壳体是否具有充分的密封度。
3.根据权利要求1所述的电子装置（1），其特征在于，所述计算单元（5）旨在基于在时间上由所述压力传感器（3）和所述温度传感器（4）作出的测量，来限定在参考温度处的标准化压力，并且计算在两个连续时间间隔处限定的所述标准化压力值之间的绝对值差，以检查所述差是否大于或小于压力基准，来确定所述壳体是否具有充分的密封度。
4.根据权利要求1所述的电子装置（1），其特征在于，所述电子装置（1）是手表或移动电话。
5.根据权利要求1所述的电子装置（1），其特征在于，所述计算单元是微控制器（5）。
6.根据权利要求5所述的电子装置（1），其特征在于，所述微控制器（5）由布置在所述壳体（2）内侧的电压源（6）供电。
7.根据权利要求6所述的电子装置（1），其特征在于，所述电压源（6）是电池或蓄电池。
8.根据权利要求6所述的电子装置（1），其特征在于，所述微控制器（5）和所述压力传感器（3）和温度传感器（4）在所述电压源（6）连接时或在控制单元（8）致动之后被致动。
9.根据权利要求8所述的电子装置（1），其是手表或移动电话，所述电子装置（1）的特征在于，所述控制单元（8）由在手表玻璃或电话玻璃屏幕下方或在手表玻璃或电话玻璃屏幕外围处布置的一个或多个按钮或冠部或电容触摸键来构成。
10.根据权利要求1所述的电子装置（1），其特征在于，所述计算单元（5）控制所述电子装置（1）的信令单元（7），以便指示高于确定阈值的不充分密封度。
11.根据权利要求10所述的电子装置（1），其是手表或移动电话，所述电子装置（1）的特征在于，所述信令单元（7）是显示装置，或用于手表的一个或多个指针，或用于产生连续或间歇性声音的声音发生器，或振动器。
12.自动泄漏检测方法，用于电子装置（1），其具有所述电子装置（1）的壳体（2）的自动泄漏检测部件，所述自动泄漏检测部件包括压力传感器（3）、温度传感器（4）以及连接到所述压力传感器和所述温度传感器的计算单元（5），所述计算单元（5）连同所述压力传感器（3）和温度传感器（4）布置在所述壳体（2）内侧，所述方法的特征在于其包括如下步骤：
-致动所述计算单元（5）、所述压力传感器（3）和所述温度传感器（4），
-基于在时间上由所述压力传感器（3）和所述温度传感器（4）执行的测量，在所述计算单元（5）中检查在所述壳体（2）中的压力变化是否在与温度变化成比例的限定界限内，以及
-根据在时间上相对于温度变化的压力变化，确定所述壳体是否具有充分的密封度。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，为了检查在所述壳体（2）中的压力变化和温度变化，在连续的时间间隔处所述计算单元（5）计算在由所述压力传感器（3）提供的压力值和由所述温度传感器（4）提供的温度值之间的比率，并且检查在所述压力和所述温度之间的比率是否在每一个连续测量时间间隔处保持恒定，以确定所述壳体是否具有充分的密封度。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述计算单元（5）基于在时间上由所述压力传感器（3）和所述温度传感器（4）作出的测量，来限定在参考温度处的标准化压力，并且计算在两个连续时间间隔处限定的所述标准化压力值之间的绝对值差，以检查所述差是否大于或小于压力基准，来确定所述壳体是否具有充分的密封度。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，如果所述电子装置（1）的密封度确定为不充分并且超出确定阈值，则给出警告。
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