光学雨水传感器和确定最小雨滴尺寸的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于光学效应的检测雨滴(115)尺寸的雨水传感器。所述雨水传感器用于安装在窗板(100)的第一表面上，以便检测所述窗板的相反的第二表面(104)上的水分(115)的量，所述雨水传感器包括：至少一个发射器(110)，其用于发射电磁辐射，所述电磁辐射从所述第一表面(102)被引导到所述第二表面(104)，以在所述第二表面上形成至少一个雨水敏感区域(118)；至少一个接收器(112)，其用于感测由所述发射器发射、并已经在所述雨水敏感区域处被内反射的辐射，并且，所述至少一个接收器用于产生指示所述雨水敏感区域上的水分的量的输出信号；以及控制单元(102)，其可操作为基于所述输出信号计算最小液滴尺寸。

Optical rain sensor and the method to determine the minimum raindrop size

【技术实现步骤摘要】
光学雨水传感器和确定最小雨滴尺寸的方法
本专利技术涉及基于光学效应检测雨滴尺寸的雨水传感器。本专利技术还涉及基于光学效应确定最小雨滴尺寸的方法。
技术介绍
这种传感器的一种可能应用是控制诸如屋顶窗户之类的窗户，以便在降雨期间检测降雨并随后关闭打开的窗户。另一种应用是将雨水传感器安装在车辆的挡风玻璃上的刮水器区域中。根据挡风玻璃上的传感器有效区域上存在的液滴量，这些雨水传感器向评估电路提供用于控制挡风玻璃刮水器的信号。存在基于若干原理的雨水传感器。一些基于压电效应(例如，WO2009/003473A1中所示)。其它的使用具有对应谐振电路的电感和电容部件的导体结构，使得挡风玻璃的润湿导致导体布置的频率特性的变化，例如DE102005006861A1中所示。因此，如DE10127990A1所公开，可以采用谐振频率的偏移作为对于传感器元件附近的降水量的量度。另一类雨水传感器基于由绝缘间隙隔开的导电电极，该绝缘间隙可以由水滴贯穿。这些传感器可以是电阻性的，在这种情况下，电极放置在窗户的外表面上，以便直接接触水滴；或者可以是电容性的，在这种情况下，电极通过介电涂层或玻璃层与水滴分离，使得水滴能够改变电极之间的电容。EP2883034B1中所示的概念使用导电条。从US5659294A中已知采用两个导电路径，其具有彼此平行的导电路径部分，并且彼此以梳状方式接合但不彼此电连接。在暴雨期间，导电条或路径由水滴桥接，所产生的电特性可通过电测量图来描述。其他传感器基于对车辆挡风玻璃成像，并对图像进行频率分析，例如在US2007/0272884A1中公开的。在此，当检测到高频分量时，图像处理器检测出现图像分度变化的变化区域的宽度。当变化区域的宽度处于对应于雨滴直径的预定范围内时，图像处理器确定雨滴在挡风玻璃上。许多雨水传感器(例如EP1257444B1、DE19701258A1和US2011/0242540A1中所示)在挡风玻璃的外表面处使用光的全内反射。附接到挡风玻璃的内表面的壳体中的发射器发射辐射，该辐射在外表面处被反射，并且因此由设置在相同壳体中的接收器检测。被液滴覆盖的外表面的区域将不显示全内反射，使得接收器将检测信号损失，其作为外表面上的水量的量度。由这种雨水传感器随时间检测到的信号的突然变化对应于撞击挡风玻璃的单个雨滴。因此，根据时间分辨信号和雨水传感器探测的表面区域的尺寸，可以推断出每单位时间每表面单位的液滴数，其表示为雨强度。然而，雨强度通常不足以准确地评估驾驶员的可见度。因此，本专利技术的目的是提供一种雨水传感器，该雨水传感器在确定驾驶员的可见度方面更加准确，同时具有稳健性和制造经济性。
技术实现思路
这一目的通过独立权利要求的主题解决。本专利技术的替代实施例是从属权利要求的主题。因此，为了产生允许更好地控制雨刮器的完整图像，本专利技术还提出确定雨滴的尺寸。本专利技术具体涉及一种雨水传感器，其用于安装在窗板的第一表面上，以便检测所述窗板的相反的第二表面上的水分的量，至少一个发射器用于发射电磁辐射，所述电磁辐射从所述第一表面被引导到所述第二表面，以在所述第二表面上形成至少一个雨水敏感区域，至少一个接收器用于感测所述发射器发射、并已经在所述雨水敏感区域处被内反射的辐射，并且，所述至少一个接收器用于产生指示所述雨水敏感区域上的水分的量的输出信号，以及控制单元，其可操作为基于所述输出信号计算最小液滴尺寸。在一个实施例中，雨水传感器包括n个发射器，其中n≥1，发射器朝向n个分离的雨水敏感区域发射辐射，其中在雨水敏感区域中形成线性链，相邻的雨水敏感区域之间具有相等或不相等的距离。在另一实施例中，雨水传感器包括m2个发射器，其中m≥1，发射器朝向m2个分离的雨水敏感区域发射辐射，其中所述雨水敏感区域形成二次阵列。每种布置具有这样的优点，光学信号的变化根据最小雨滴尺寸而成比例变化(scale)，使得可以根据光学信号的变化容易地确定最小雨滴尺寸。每种布置具有光学信号和最小液滴尺寸之间的特定关系。雨水传感器还可包括用于引导电磁辐射的辐射会聚装置和布置在窗板和光学会聚装置之间的光学耦合部。因此，可以以有效的方式使用辐射，从而避免损失。本专利技术还包括一种用于根据雨水传感器的信号确定最小雨滴半径(Rmin)的方法，所述雨水传感器用于安装在窗板的第一表面上，以便检测在窗板的相反的第二表面上的水分的量，其中，所述雨水传感器包括至少一个用于发射电磁辐射的发射器，至少一个用于感测辐射的接收器，以及控制单元，所述方法包括以下步骤：将所述电磁辐射从所述第一表面引导到所述第二表面，以在所述第二表面上形成至少两个雨水敏感区域；检测所述发射器发射的电磁辐射，其中所述辐射已在所述雨水敏感区域处内反射；产生指示所述雨水敏感区域上的水分的量的输出信号，以及基于所述输出信号计算最小液滴尺寸。在本专利技术的一些实施例中，所述至少一个雨水敏感区域具有基本圆形的轮廓。另外，线性的轮廓是可行的。在本专利技术的一些实施例中，产生具有相同半径r(和直径D＝2r)的多个雨水敏感区域。在本专利技术的一些实施例中，所述雨水敏感区域形成圆形或线性的阵列。在本专利技术的一些实施例中，相邻雨水敏感区域的边缘以距离δ分开。在此，计算相对信号下降ΔS，并且按照Rmin＝f(n,D,δ,ΔS)计算所述最小液滴尺寸。该等式取决于传感器的活性表面的几何形状(圆形、方形、线性链、二次阵列......)和液滴的形状。在本专利技术的一些实施例中，仅存在单个的雨水敏感区域。在这一情况下，最小液体半径随着相对信号下降的平方根成比例变化。附图说明附图被结合到说明书中并形成说明书的一部分，以说明本专利技术的若干实施例。这些附图与说明书一起用于解释本专利技术的原理。附图仅用于说明如何制造和使用本专利技术的优选和替代示例，而不应被解释为将本专利技术限制于仅示出和描述的实施例。此外，实施例的若干方面可以单独地或以不同的组合形式形成根据本专利技术的解决方案。因此，下面描述的实施例可以单独考虑或以其任意的组合考虑。根据如附图所示的本专利技术的各种实施例的以下更具体的描述，其他特征和优点将变得显而易见，其中相同的附图标记指代相同的元件，并且其中：图1描绘了基于单个发射器发射的辐射的全内反射的雨水传感器的原理设置；图2示出了用于评估最小雨滴尺寸的两种方式，包括连续策略和离散策略；图3示出了单个雨水敏感区域被雨滴部分覆盖的三种情况，与具有最小半径的相应液滴相比；图4A至4E示意性地示出了覆盖雨水敏感区域的雨滴的几何结构和对应的光学信号；图5示出了不同雨滴尺寸的相对光学信号的分布，并且相对光学信号观测为雨滴尺寸的函数；图6示出雨水敏感区域的第一有利布置；图7示出雨水敏感区域的替换布置；图8示出雨水敏感区域的第二替换布置；图9示出雨水敏感区域的第三替换布置；图10示出雨水敏感区域的第四替换布置；图11示出对于图7中所示的雨水敏感区域的替换布置的观测为雨滴尺寸的函数的相对光学信号；图12示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雨水传感器，用于安装在窗板(100)的第一表面上，以便检测所述窗板的相反第二表面(104)上的水分(115)的量，所述雨水传感器包括：/n至少一个发射器(110)，其用于发射电磁辐射，所述电磁辐射从所述第一表面(102)被引导到所述第二表面(104)，以在所述第二表面上形成至少一个雨水敏感区域(118)，/n至少一个接收器(112)，其用于感测所述发射器发射的并已经在所述雨水敏感区域处被内反射的辐射，并且，所述至少一个接收器用于产生指示所述雨水敏感区域上的水分的量的输出信号，以及/n控制单元(102)，其可操作为基于所述输出信号计算最小液滴尺寸。/n

【技术特征摘要】
20180709 EP 18305904.71.一种雨水传感器，用于安装在窗板(100)的第一表面上，以便检测所述窗板的相反第二表面(104)上的水分(115)的量，所述雨水传感器包括：
至少一个发射器(110)，其用于发射电磁辐射，所述电磁辐射从所述第一表面(102)被引导到所述第二表面(104)，以在所述第二表面上形成至少一个雨水敏感区域(118)，
至少一个接收器(112)，其用于感测所述发射器发射的并已经在所述雨水敏感区域处被内反射的辐射，并且，所述至少一个接收器用于产生指示所述雨水敏感区域上的水分的量的输出信号，以及
控制单元(102)，其可操作为基于所述输出信号计算最小液滴尺寸。


2.根据权利要求1所述的雨水传感器，包括n个发射器(110)，其中n≥1，所述发射器朝向n个分离的雨水敏感区域(118)发射辐射，其中所述雨水敏感区域(118)形成线性链(119)。


3.根据权利要求1所述的雨水传感器，包括m2个发射器(110)，其中m≥2，所述发射器(110)朝向m2个分离的雨水敏感区域(118)发射辐射，其中所述雨水敏感区域(118)形成二次阵列。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的雨水传感器，还包括用于引导电磁辐射的辐射会聚装置。


5.根据权利要求4所述的雨水传感器，还包括光学耦合部(106、108)，其用于布置在窗板和所述光学会聚装置之间。


6.一种用于从雨水传感器的信号确定最小雨滴半径(Rmin)的方法，所述雨水传感器用于安装在窗板的第一表面(102)上，以便检测在窗板的相反第二表面(104)上的水分(115)的量，其中，所述雨水传感器包括至少一个用于发射电磁辐射的发射器(110)，至少一个用于感测辐射的接收器(112)，以及控制单元(120)，所述方法包括以下步骤：
将所述电磁辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：E杜鲁特，T富格勒，
申请(专利权)人：梅斯法国公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR