DE19951832A1 - Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf einer Scheibe und Verfahren zum Betreiben eines solchen Sensors - Google Patents
Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf einer Scheibe und Verfahren zum Betreiben eines solchen SensorsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Sensor (1) zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder Schmutzpartikeln (8) auf einer Scheibe (2), insbesondere auf einer Winschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs. Der Sensor (1) weist mindestens ein Sendeelement (3) zum Aussenden optischer Strahlen (4) auf die Scheibe (2) auf. Außerdem weist er mindestens ein Empfangselement (10) zum Empfangen zumindest eines Teils der von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder von Schmutzpartikeln (8) reflektierten Strahlen (9) und zur Generierung eines Empfangssignals (11) auf. Das Empfangssignal (11) ist abhängig von den empfangenen Strahlen (9). Schließlich weist der Sensor (1) Auswertemittel zum Auswerten des Empfangssignals (11) auf. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Sensors (1). Um zum einen die Fertigungskosten für einen derartigen Sensor (1) zu reduzieren und andererseits aber eine Digitalisierung des Empfangssignals (11) des Sensors (1) mit einer ausreichend hohen Auflösung und Dynamik zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das oder jedes Sendeelement (3) zeitlich aufeinanderfolgend optische Strahlen (4) mit unterschiedlichen Intensitäten aussendet. Die Auswertemittel ordnen dem Empfangssignal (11) die Intensitäten der ausgesandten optischen Strahlen (4) zu. Beim Auswerten des Empfangssignals (11) werden die Intensitäten berücksichtigt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur
Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln
auf einer Scheibe, insbesondere auf einer Windschutzscheibe
eines Kraftfahrzeugs. Der Sensor weist mindestens ein
Sendeelement zum Aussenden optischer Strahlen auf die
Scheibe und mindestens ein Empfangselement zum Empfangen
zumindest eines Teils der von Feuchtigkeitstropfen und/oder
von Schmutzpartikeln reflektierten Strahlen. Das
Empfangselement generiert ein Empfangssignal, das abhängig
ist von den empfangenen Strahlen. Der Sensor weist außerdem
Auswertemittel zum Auswerten des Empfangssignals auf.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben
eines Sensors zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen
und/oder Schmutzpartikeln auf einer Scheibe, insbesondere
auf einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs. Dabei
werden von mindestens einem Sendeelement optische Strahlen
auf die Scheibe ausgesendet. Mindestens ein Empfangselement
empfängt zumindest einen Teil der von Feuchtigkeitstropfen
und/oder von Schmutzpartikeln reflektierten Strahlen. In
Abhängigkeit von den empfangenen Strahlen wird ein
Empfangssignal generiert und ausgewertet.
Der Sensor der eingangs genannten Art arbeitet nach einem
optischen Messprinzip. Beim Einsatz des Sensors zur
Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln
auf der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, ist der
Sensor vorzugsweise an der Innenseite der Windschutzscheibe
in dem Wischbereich von Scheibenwischern angeordnet. Er kann
Regen, Schnee, Staub, Insekten u. a. auf der
Windschutzscheibe detektieren. Bei dem Sensor wird das von
dem oder jedem Sendeelement ausgesandte Licht von innen
durch die Scheibe auf die Außenseite geleitet. Das oder
jedes Empfangselement beobachtet die Lichtaustrittsfläche
auf der Scheibe. Wenn sich auf der Außenseite der Scheibe
Schmutzpartikel oder Feuchtigkeitstropfen niederschlagen,
streuen diese das ausgesandte Licht und reflektieren es
zumindest teilweise auf das oder jedes Empfangselement. Das
oder jedes Empfangselement generiert ein Empfangssignal, das
abhängig ist von der Intensität des empfangenen Lichts.
Das oder jedes Sendeelement ist bspw. als eine
Lumineszenzdiode (LED) und das oder jedes Empfangselement
als eine Fotodiode ausgebildet, die in Abhängigkeit von den
empfangenen optischen Strahlen einen Fotostrom als
Empfangssignal generiert. Durch Auswerten des zeitlichen
Verlaufs und der Amplitude des Empfangssignals kann auf die
Art des Niederschlags auf der Scheibe geschlossen werden.
Die Analyse des Empfangssignals beruht u. a. auf
Erfahrungswerten. So deutet bspw. ein kontinuierliches
langsames Abfallen der Amplitude des Empfangssignals von
einem Amplitudenmaximum aus über einen längeren Zeitraum
(mehrere Minuten) hinweg auf Schmutz auf der
Windschutzscheibe hin. Ebenso deutet ein kontinuierlicher
langsamer Anstieg des Amplitudenwerts des Empfangssignals
auf Feuchtigkeit auf der Scheibe hin. In Abhängigkeit von
der Art des Niederschlags auf der Scheibe können dann
geeignete Aktionen ausgelöst werden, um den Niederschlag zu
beseitigen. Zur Beseitigung von Feuchtigkeitstropfen können
die Scheibenwischer aktiviert werden, zur Beseitigung von
Schmutzpartikel kann zusätzlich noch die Scheibenwaschanlage
aktiviert werden.
Das Empfangssignal wird vorzugsweise mit einem
Mikroprozessor ausgewertet. Das setzt voraus, dass das
Empfangssignal in digitaler Form vorliegt. Dazu ist es aus
dem Stand der Technik bekannt, einen A/D-Wandler
einzusetzen. Preiswerte A/D-Wandler weisen jedoch eine
relativ niedrige Auflösung und Dynamik auf, die für den
Einsatz in Sensoren der eingangs genannten Art zu niedrig
ist. A/D-Wandler mit einer höheren Auflösung und Dynamik,
die für den Einsatz in den Sensoren der eingangs genannten
Art ausreichend wäre, sind jedoch recht teuer und würden zu
einer erheblichen Verteuerung der Sensoren zur Detektion von
Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln führen.
In den Sensoren der eingangs genannten Art werden A/D-
Wandler mit einer relativ hohen Auflösung und Dynamik
benötigt, damit auch geringe Veränderungen des
Empfangssignals detektiert werden können. Als Störfaktor
wirkt sich auf das Empfangssignal das Umgebungslicht aus,
das neben dem von den Feuchtigkeitstropfen und/oder
Schmutzpartikeln reflektierten Licht von dem oder jedem
Empfangselement empfangen wird und zu einem relativ großen
Offset des Empfangssignals führt. Die Veränderungen des
Empfangssignals auf Grund von Niederschlag auf der Scheibe
sind im Verhältnis zu dem Offset des Empfangssignals sehr
gering. Das gilt insbesondere für Feuchtigkeitstropfen, da
sie zu einer noch geringeren Veränderung des Empfangssignals
führen als Schmutzpartikel. Aus diesem Grund muss das
Empfangssignal in dem Sensor mit einer hohen Dynamik und
Auflösung digitalisiert werden.
Daraus ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
zum einen die Fertigungskosten für einen Sensor zur
Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln
der eingangs genannten Art zu reduzieren und andererseits
aber eine Digitalisierung des Empfangssignals mit einer
ausreichend hohen Auflösung und Dynamik zu ermöglichen, um
eine zuverlässige Detektion von Feuchtigkeitstropfen und
Schmutzpartikel auf einer Scheibe zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend
von dem Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen
und/oder Schmutzpartikeln der eingangs genannten Art vor,
dass das oder jedes Sendeelement zeitlich aufeinanderfolgend
optische Strahlen mit unterschiedlichen Intensitäten
aussendet, wobei die Auswertemittel dem Empfangssignal die
Intensitäten der ausgesandten optischen Strahlen zuordnen
und beim Auswerten des Empfangssignals berücksichtigen.
Um die optischen Strahlen mit unterschiedlichen Intensitäten
aussenden zu können, wird das oder jedes Sendeelement mit
unterschiedlichen Leistungen betrieben. Mit optischen
Strahlen mit einer hohen Intensität können kleinere
Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von
Feuchtigkeitstropfen auf der Scheibe besonders gut
detektiert werden. Mit optischen Strahlen mit niedriger
Intensität können dagegen langsame Veränderungen des
Empfangssignals auf Grund von Schmutzpartikeln auf der
Scheibe besonders gut detektiert werden. Der
erfindungsgemäße Sensor ermöglicht somit eine besonders
zuverlässige Detektion und Unterscheidung von
Feuchtigkeitstropfen und Schmutzpartikeln auf der Scheibe.
Bei dem erfindungsgemäßen Sensor ist darüber hinaus die zur
Digitalisierung des Empfangssignals notwendige Auflösung und
Dynamik eines A/D-Wandlers entscheidend reduziert, da die
Nutzanteile in dem Empfangssignal, d. h. die Veränderungen
des Empfangssignals auf Grund von Feuchtigkeitstropfen
und/oder von Schmutzpartikeln auf der Scheibe, im Verhältnis
zu dem Qffset des Empfangssignals deutlich erhöht sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass das oder jedes
Sendeelement abwechselnd optische Strahlen mit einer hohen
und einer niedrigen Intensität aussendet.
Die optischen Strahlen mit einer hohen Intensität und die
optischen Strahlen mit einer niedrigen Intensität müssen
nicht jeweils gleich lang ausgesendet werden. Vielmehr kann
bei der Zeitdauer, für die optische Strahlen mit einer hohen
bzw. mit einer niedrigen Intensität ausgesendet werden, der
Tatsache Rechnung getragen werden, dass sich
Feuchtigkeitstropfen auf einer Scheibe relativ schnell
niederschlagen können, wohingegen sich Schmutzpartikel in
der Regel über einen längeren Zeitraum hinweg langsam auf
der Scheibe niederschlagen. Deshalb wird gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
vorgeschlagen, dass das oder jedes Sendeelement mindestens
90% der gesamten Sendezeit optische Strahlen mit einer hohen
Intensität aussendet. Während der verbleibenden 10% der
Sendezeit werden dann optische Strahlen mit einer niedrigen
Intensität ausgesendet. In Praxistests hat sich gezeigt,
dass sich besonders gute Detektionsergebnisse erzielen
lassen, wenn optische Strahlen mit einer hohen Intensität
für etwa 950 ms (95% der Sendezeit) und anschließend
optische Strahlen mit einer niedrigen Intensität für 50 ms
ausgesendet werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensor
Mittel zum Umwandeln des Empfangssignals in ein
Pulsweitensignal und einen Zähler aufweist, wobei die
Pulsweite abhängig ist von der Amplitude des Empfangssignals
und der Zähler durch die Flanken des Pulsweitensignals
gestartet und gestoppt wird. Der Zähler kann bspw. von einer
ansteigenden Flanke eines Pulses des Pulsweitensignals in
Gang gesetzt und durch die abfallende Flanke des Pulses
wieder angehalten werden. Die Differenz des Zählerstandes
nach dem Anhalten und des Zählerstandes vor dem Starten ist
somit abhängig von der Amplitude des Empfangssignals. Der
Wert der Differenz entspricht also einem digitalisierten
Wert des Empfangssignals. Eine solche Digitalisierung des
Empfangssignals weist eine besonders hohe Dynamik und
Auflösung auf, die die Dynamik und Auflösung herkömmlicher
billiger A/D-Wandler bei weitem übertrifft.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensor aufweist:
- - einen Kondensator;
- - Mittel zum Umwandeln des Empfangssignals in eine Spannung zum Aufladen des Kondensators; und
- - einen Zähler, der zu Beginn eines Entladevorgangs des Kondensators gestartet und am Ende des Entladevorgangs angehalten wird.
Die Spannung ist abhängig von der Amplitude des
Empfangssignals. Die Entladedauer des Kondensators ist
abhängig von der Spannung, mit der der Kondensator
aufgeladen wird, und damit auch von der Amplitude des
Empfangssignals. Der Zähler zählt verhältnismäßig schnell,
so dass mit der vorgeschlagenen Digitalisierungsschaltung
etwa eine Million Digitalisierungsstufen erzielt werden
können, wohingegen bspw. mit einem 8 Bit A/D-Wandler
lediglich 256 Digitalisierungsstufen erzielt werden können.
Die Dynamik und Auflösung der vorgeschlagenen
Digitalisierungsschaltung hängt von der Taktrate des
Mikroprozessors und davon ab, wie schnell der Kondensator
aufgeladen werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensor
ein Vergleichselement zum Vergleichen der Spannung des
Kondensators während des Entladevorgangs mit einem
Schwellwert aufweist, um das Ende des Entladevorgangs zu
ermitteln. Der Schwellwert liegt vorzugsweise im Bereich von
Null Volt.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das oder
jedes Empfangselement in einem Winkel von < 45° zur Normalen
der Scheibe angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist das oder
jedes Empfangselement in einem Winkel von 60° zur Normalen
der Scheibe angeordnet. Mit einem derart ausgebildeten
Sensor lassen sich besonders gute Detektionsergebnisse
erzielen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensor
zwei Sendeelemente aufweist. Vorteilhafterweise ist das eine
Sendeelement derart angeordnet, dass ein von
Feuchtigkeitstropfen und/oder von Schmutzpartikeln
reflektierter Teil der Strahlen überwiegend vorwärtsstreuend
auf das oder jedes Empfangselement trifft, und das andere
Sendeelement derart angeordnet ist, dass ein von
Feuchtigkeitstropfen und/oder von Schmutzpartikeln
reflektierter Teil der Strahlen überwiegend
rückwärtsstreuend auf das oder jedes Empfangselement trifft.
Schließlich wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass das oder jedes
Sendeelement als eine Lumineszenzdiode (LED) ausgebildet
ist. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das oder jedes
Empfangselement als eine Fotodiode ausgebildet ist. Beim
Einsatz einer Fotodiode ist das Empfangssignal als ein
Fotostrom ausgebildet.
Als weitere Lösung der vorliegenden Aufgabe wird ausgehend
von dem Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion
von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln der
eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass von dem oder
jedem Sendeelement zeitlich aufeinanderfolgend optische
Strahlen mit unterschiedlichen Intensitäten ausgesandt
werden, wobei die Intensitäten der ausgesandten optischen
Strahlen dem Empfangssignal zuordnet und beim Auswerten des
Empfangssignals berücksichtigt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass von dem oder jedem
Sendeelement abwechselnd optische Strahlen mit einer hohen
und einer niedrigen Intensität ausgesendet werden.
Vorteilhafterweise werden von dem oder jedem Sendeelement
mindestens 90% der gesamten Sendezeit optische Strahlen mit
einer hohen Intensität ausgesendet. Die restlichen 10% der
Sendezeit werden dann optische Strahlen mit einer niedrigen
Intensität ausgesendet.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagenen, dass das
Empfangssignal vor dem Auswerten durch die nachfolgenden
Schritte digitalisiert wird:
- - Umwandeln des Empfangssignals in ein Pulsweitensignal, dessen Pulsweite abhängig ist von der Amplitude des Empfangssignals;
- - Starten und Anhalten eines Zählers durch die Flanken des Pulsweitensignals;
- - Auslesen des Zählerstands nach dem Anhalten des Zählers; und
- - Verwenden der ausgelesenen Zählerstände als digitalisiertes Empfangssignal.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Empfangssignal vor
dem Auswerten durch die nachfolgenden Schritte digitalisiert
wird:
- - Umwandeln des Empfangssignals in eine Spannung;
- - Aufladen eines Kondensators mit der Spannung;
- - Starten eines Zählers zu Beginn eines Entladevorgangs des Kondensators;
- - Anhalten des Zählers am Ende des Entladevorgangs;
- - Auslesen des Zählerstands nach dem Anhalten des Zählers; und
- - Verwenden der ausgelesenen Zählerstände als digitalisiertes Empfangssignal.
Vorteilhafterweise wird die Spannung des Kondensators
während eines Entladevorgangs mit einem Schwellwert
verglichen, um das Ende des Entladevorgangs zu ermitteln.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Sensor zur Detektion von
Feuchtigkeitstropfen und/oder
Schmutzpartikeln gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform; und
Fig. 2 ein Schaltbild des Empfangszweiges des
Sensors gemäß Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Sensor zur Detektion von
Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf einer
Scheibe in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1
bezeichnet. Die Scheibe ist als eine Windschutzscheibe 2
eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Der Sensor 1 ist an der
Innenseite der Windschutzscheibe 2 in dem Wischbereich von
Scheibenwischern (nicht dargestellt) befestigt. Er weist ein
Sendeelement 3 zum Aussenden optischer Strahlen 4 auf die
Windschutzscheibe 2 auf. Das Sendeelement 3 ist als eine
Lumineszenzdiode (LED) ausgebildet. Die optischen Strahlen 4
durchqueren von dem Sendeelement 3 aus zunächst eine
Luftstrecke 5, treffen auf die Innenseite der
Windschutzscheibe 2, durchqueren diese und treten auf der
der Außenseite der Windschutzscheibe 2 wieder aus dieser
aus. Mit seinem äußeren Rand 6 ist der Sensor 1 auf der
Innenseite der Windschutzscheibe 2 aufgeklebt.
Auf der Außenseite der Windschutzscheibe 2 befinden sich
Feuchtigkeitstropfen 7 und/oder Schmutzpartikel 8. Zumindest
ein Teil 9 der von dem Sendeelement 3 ausgesandten optischen
Strahlen 4 wird an den Feuchtigkeitstropfen 7 und/oder den
Schmutzpartikeln 8 reflektiert bzw. gestreut. Zumindest ein
Teil der von den Feuchtigkeitstropfen 7 und/oder den
Schmutzpartikeln 8 reflektierten Strahlen 9 treffen auf ein
Empfangselement 10 des Sensors 1. Das Empfangselement 10 ist
als eine Fotodiode ausgebildet, die in einem Winkel von 60°
zur Normalen der Windschutzscheibe 2 ausgerichtet ist.
Das Empfangselement 10 generiert ein Empfangssignal, das
abhängig ist von der Menge und der Intensität der
empfangenen Strahlen 9. Das Empfangssignal ist als ein
Fotostrom ausgebildet. In Auswertemitteln (nicht
dargestellt) des Sensors wird der zeitliche Verlauf und die
Amplitude des Empfangssignals ausgewertet. Der Sensor 1 kann
Regen, Schnee, Staub, Insekten u. a. auf der
Windschutzscheibe 2 detektieren und voneinander
unterscheiden.
In Abhängigkeit von der Art des detektierten Niederschlags
7, 8 auf der Windschutzscheibe 2 werden geeignete Maßnahmen
zur Beseitigung des Niederschlags 7, 8 eingeleitet werden.
Zur Beseitigung von Feuchtigkeitstropfen 7 können die
Scheibenwischer aktiviert werden, zur Beseitigung von
Schmutzpartikel 8 kann zusätzlich noch die
Scheibenwaschanlage aktiviert werden.
Das Empfangssignal wird vorzugsweise mit einem
Mikroprozessor (nicht dargestellt) ausgewertet. Das setzt
voraus, dass das Empfangssignal in digitaler Form vorliegt.
Dazu ist es aus dem Stand der Technik bekannt, einen A/D-
Wandler einzusetzen. A/D-Wandler sind jedoch entweder so
teuer, dass sie für einen Einsatz in einem Sensor zur
Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln
nicht in Frage kommen, oder aber sie weisen nur eine
unzureichende Dynamik und Auflösung auf.
Die hohen Anforderungen an die Dynamik und die Auflösung bei
der Digitalisierung des Eingangssignals ergeben sich aus der
Tatsache, dass sich das Umgebungslicht, das neben dem von
den Feuchtigkeitstropfen 7 und/oder Schmutzpartikeln 8
reflektierten Licht 9 von dem Empfangselement 10 empfangen
wird, als Störfaktor auf das Empfangssignal auswirkt, da es
zu einem relativ großen Offset des Empfangssignals führt. Im
Vergleich zu dem Offset sind die Veränderungen des
Eingangssignals aufgrund des Niederschlags 7, 8 auf der
Windschutzscheibe 2 klein. Das gilt insbesondere für
Feuchtigkeitstropfen 7, da sie zu einer noch geringeren
Veränderung des Empfangssignals führen als Schmutzpartikel
8.
Um zum einen die Fertigungskosten für einen Sensor 1 der
eingangs genannten Art zu reduzieren und andererseits aber
eine Digitalisierung des Empfangssignals des Sensors 1 mit
einer ausreichend hohen Auflösung und Dynamik zu
ermöglichen, wird das Sendeelement 3 zeitlich
aufeinanderfolgend mit unterschiedlichen Leistungen
beaufschlagt, so dass es optische Strahlen 4 mit
unterschiedlichen Intensitäten aussendet. Die Auswertemittel
ordnen dem Empfangssignal die Intensitäten der ausgesandten
optischen Strahlen 4 zu. Beim Auswerten des Empfangssignals
werden die wechselnden Intensitäten der optischen Strahlen 4
berücksichtigt. Das Sendeelement 3 sendet abwechselnd
zunächst für eine Zeitdauer von etwa 950 ms optische Strahlen
mit einer hohen Intensität aus und dann für eine Zeitdauer
von etwa 50 ms optische Strahlen mit einer niedrigen
Intensität aus. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen,
dass sich Feuchtigkeitstropfen 7 auf einer Scheibe 2 relativ
schnell niederschlagen können, wohingegen sich
Schmutzpartikel 8 in der Regel über einen längeren Zeitraum
hinweg langsam auf der Scheibe 2 niederschlagen.
Mit Hilfe optischer Strahlen 4 mit einer hohen Intensität
können kleinere Veränderungen des Empfangssignals auf Grund
von Feuchtigkeitstropfen 7 auf der Scheibe 2 besonders gut
detektiert werden. Mit optischen Strahlen 4 mit niedriger
Intensität können dagegen langsame Veränderungen des
Empfangssignals auf Grund von Schmutzpartikeln 8 auf der
Scheibe besonders gut detektiert werden.
Bei dem Sensor 1 ist die zur Digitalisierung des
Empfangssignals notwendige Auflösung und Dynamik
entscheidend reduziert, da die Nutzanteile in dem
Empfangssignal, d. h. die Veränderungen des Empfangssignals
auf Grund von Niederschlag 7, 8 auf der Scheibe 2, im
Verhältnis zu dem Offset des Empfangssignals deutlich erhöht
sind.
In Fig. 2 ist ein Schaltbild des Empfangszweiges des
Sensors 1 gemäß Fig. 1 dargestellt. Das von dem
Empfangselement 10 generierte Empfangssignal 11 wird
zunächst in eine Spannung 14 umgewandelt. Die Spannung 14
ist proportional zu der Amplitude des Empfangssignals 11.
Mit der Spannung 14 wird ein Kondensator 12 aufgeladen und
anschließend im Rahmen eines Entladevorgangs wieder
entladen. Das Entladen des Kondensators 12 dauert umso
länger, je höher die Spannung zum Aufladen des Kondensators
12 war. Das Ende des Entladevorgangs wird mit Hilfe eines
Vergleichers 13 ermittelt, in dem die Spannung des
Kondensators 12 mit einem Schwellwert (im Bereich von 0 V)
verglichen wird. An Hand des Ausgangssignals des
Vergleichers 13 wird ein Signal pulsweitenmoduliert (PWM).
Die Pulsweite des Signals ist abhängig von der Amplitude des
Empfangssignals 11. Eine Flanke des PWM-Signals startet zu
Beginn des Entladevorgangs einen Zähler (nicht dargestellt)
und eine nachfolgende Flanke des PWM-Signals hält den Zähler
am Ende des Entladevorgangs wieder an. Der Zählerstand nach
dem Entladevorgang ist somit proportional zu der Amplitude
des Empfangssignals und stellt einen digitalisierten Wert
des Empfangssignals dar. Der Zähler zählt verhältnismäßig
schnell, so dass mit der vorgeschlagenen
Digitalisierungsschaltung etwa eine Million
Digitalisierungsstufen erzielt werden können, wohingegen
bspw. mit einem 8 Bit A/D-Wandler lediglich 256
Digitalisierungsstufen erzielt werden können.
In Abweichung von dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist es auch denkbar, dass der Sensor 1 mehr als ein
Sendeelement 3 und mehr als ein Empfangselement 10 aufweist.
Statt als Off-the-Glass-Sensor kann der Sensor 1 auf
vollflächig auf die Windschutzscheibe 2 geklebt werden, so
dass die optischen Strahlen 4 auf ihrem Weg zu der Scheibe 2
hin bzw. die optischen Strahlen 9 auf ihrem Weg von der
Scheibe 2 weg keine Luftstrecke 5 überwinden müssen.
Es ist insbesondere daran gedacht, den Sensor 1 mit zwei
Sendeelementen 3 auszustatten. Das eine Sendeelement 3 ist
vorzugsweise derart angeordnet, dass ein von dem
Niederschlag 7, 8 reflektierter Teil 9 der Strahlen
überwiegend vorwärtsstreuend auf das oder jedes
Empfangselement 10 trifft. Das andere Sendeelement 3 ist
vorzugsweise derart angeordnet, dass ein von dem
Niederschlag 7, 8 reflektierter Teil 9 der Strahlen
überwiegend rückwärtsstreuend auf das oder jedes
Empfangselement 10 trifft.
Claims (18)
1. Sensor (1) zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen (7)
und/oder Schmutzpartikeln (8) auf einer Scheibe (2),
insbesondere auf einer Windschutzscheibe eines
Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem Sendeelement (3)
zum Aussenden optischer Strahlen (4) auf die Scheibe
(2), mindestens einem Empfangselement (10) zum
Empfangen zumindest eines Teils der von
Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder von Schmutzpartikeln
(8) reflektierten Strahlen (9) und zur Generierung
eines Empfangssignals (11) in Abhängigkeit von den
empfangenen Strahlen (9) und mit Auswertemitteln zum
Auswerten des Empfangssignals (11), dadurch
gekennzeichnet, dass das oder jedes Sendeelement (3)
zeitlich aufeinanderfolgend optische Strahlen (4) mit
unterschiedlichen Intensitäten aussendet, wobei die
Auswertemittel dem Empfangssignal (11) die Intensitäten
der ausgesandten optischen Strahlen (4) zuordnen und
beim Auswerten des Empfangssignals (11)
berücksichtigen.
2. Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das oder jedes Sendeelement (3) abwechselnd
optische Strahlen (4) mit einer hohen und einer
niedrigen Intensität aussendet.
3. Sensor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das oder jedes Sendeelement (3) mindestens 90% der
gesamten Sendezeit optische Strahlen (4) mit einer
hohen Intensität aussendet.
4. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der Sensor (1) Mittel zum
Umwandeln des Empfangssignals (11) in ein
Pulsweitensignal und einen Zähler aufweist, wobei die
Pulsweite abhängig ist von der Amplitude des
Empfangssignals (11) und der Zähler durch die Flanken
des Pulsweitensignals gestartet und gestoppt wird.
5. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass der Sensor (1) aufweist:
- - einen Kondensator (12);
- - Mittel zum Umwandeln des Empfangssignals (11) in eine Spannung zum Aufladen des Kondensators (12); und
- - einen Zähler, der zu Beginn eines Entladevorgangs des Kondensators (12) gestartet und am Ende des Entladevorgangs angehalten wird.
6. Sensor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor (1) ein Vergleichselement (13) zum
Vergleichen der Spannung des Kondensators (12) während
des Entladevorgangs mit einem Schwellwert aufweist, um
das Ende des Entladevorgangs zu ermitteln.
7. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das oder jedes Empfangselement
(10) in einem Winkel von <45° zur Normalen der Scheibe
(2) angeordnet ist.
8. Sensor (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass das oder jedes Empfangselement (10) in einem
Winkel von 60° zur Normalen der Scheibe (2) angeordnet
ist.
9. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass der Sensor (1) zwei Sendeelemente
(3) aufweist.
10. Sensor (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass das eine Sendeelement (3) derart angeordnet ist,
dass ein von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder von
Schmutzpartikeln (8) reflektierter Teil (9) der
Strahlen überwiegend vorwärtsstreuend auf das oder
jedes Empfangselement (10) trifft, und das andere
Sendeelement (3) derart angeordnet ist, dass ein von
Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder von Schmutzpartikeln
(8) reflektierter Teil der Strahlen (9) überwiegend
rückwärtsstreuend auf das oder jedes Empfangselement
(10) trifft.
11. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das oder jedes Sendeelement (3)
als eine Lumineszenzdiode (LED) ausgebildet ist.
12. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass das oder jedes Empfangselement
(10) als eine Fotodiode ausgebildet ist.
13. Verfahren zum Betreiben eines Sensors (1) zur Detektion
von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder Schmutzpartikeln
(8) auf einer Scheibe (2), insbesondere auf einer
Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, wobei von
mindestens einem Sendeelement (3) optische Strahlen auf
die Scheibe (2) ausgesendet werden, von mindestens
einem Empfangselement (10) zumindest ein Teil der von
Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder von Schmutzpartikeln
(8) reflektierten Strahlen (9) empfangen wird, in
Abhängigkeit von den empfangenen Strahlen (9) ein
Empfangssignal (11) generiert und das Empfangssignal
(11) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass von
dem oder jedem Sendeelement (3) zeitlich
aufeinanderfolgend optische Strahlen (4) mit
unterschiedlichen Intensitäten ausgesendet werden,
wobei die Intensitäten der ausgesandten optischen
Strahlen (4) dem Empfangssignal (11) zuordnet und beim
Auswerten des Empfangssignals (11) berücksichtigt
werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
dass von dem oder jedem Sendeelement (3) abwechselnd
optische Strahlen (4) mit einer hohen und einer
niedrigen Intensität ausgesendet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
dass von dem oder jedem Sendeelement (3) mindestens 90%
der gesamten Sendezeit optische Strahlen (4) mit einer
hohen Intensität ausgesendet werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass das Empfangssignal (11) vor dem
Auswerten durch die nachfolgenden Schritte
digitalisiert wird:
- - Umwandeln des Empfangssignals (11) in ein Pulsweitensignal, dessen Pulsweite abhängig ist von der Amplitude des Empfangssignals (11);
- - Starten und Anhalten eines Zählers durch die Flanken des Pulsweitensignals;
- - Auslesen des Zählerstands nach dem Anhalten des Zählers; und
- - Verwenden der ausgelesenen Zählerstände als digitalisiertes Empfangssignal.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, dass das Empfangssignal (11) vor dem
Auswerten durch die nachfolgenden Schritte
digitalisiert wird:
- - Umwandeln des Empfangssignals (11) in eine Spannung;
- - Aufladen eines Kondensators (12) mit der Spannung;
- - Starten eines Zählers zu Beginn eines Entladevorgangs des Kondensators (12);
- - Anhalten des Zählers am Ende des Entladevorgangs;
- - Auslesen des Zählerstands nach dem Anhalten des Zählers; und
- - Verwenden der ausgelesenen Zählerstände als digitalisiertes Empfangssignal.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
dass die Spannung des Kondensators (12) während eines
Entladevorgangs mit einem Schwellwert verglichen wird,
um das Ende des Entladevorgangs zu ermitteln.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999151832 DE19951832A1 (de) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf einer Scheibe und Verfahren zum Betreiben eines solchen Sensors |
| PCT/EP2000/008230 WO2001030615A1 (de) | 1999-10-28 | 2000-08-23 | Sensor zur detektion von feuchtigkeitstropfen und/oder schmutzpartikeln auf einer scheibe und verfahren zum betreiben eines solchen sensors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999151832 DE19951832A1 (de) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf einer Scheibe und Verfahren zum Betreiben eines solchen Sensors |
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ID=7927106
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| DE1999151832 Withdrawn DE19951832A1 (de) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf einer Scheibe und Verfahren zum Betreiben eines solchen Sensors |
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| WO2001030615A1 (de) | 2001-05-03 |
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