DE102005042962A1 - Transparent vehicle surface dirt sensor correlates pseudo random periodic transmitted and received infra red signals scattered by surface - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Erfassen von Schmutz auf transparenten Oberflächen und/oder zur Ermittlung von Entfernungen zu festen Körpern mit einem Sender zum Senden von vorteilhaft periodischen elektromagnetischen Signalen z.B. eine Pseudo-radom-bit-Sequenz, wie zum Beispiel Licht, insbesondere Infrarotlicht, einem Empfänger für elektromagnetische Signale und einem Auswertemittel zum Auswerten elektromagnetischer Signale, wobei der Empfänger eingerichtet und geeignet ist, dass von dem Sender ausgesendete an der transparenten Oberfläche, dem Schmutz und/oder dem festen Körper gestreute Signal zu empfangen.The The invention relates to a sensor for detecting dirt on transparent Surfaces and / or for determining distances to solid bodies with a transmitter for Transmission of advantageous periodic electromagnetic signals e.g. a pseudo-radom-bit sequence, such as light, in particular Infrared light, a receiver for electromagnetic Signals and an evaluation means for evaluating electromagnetic Signals, the receiver is set up and suitable that emitted by the transmitter on the transparent surface, to receive the signal scattered by the dirt and / or the solid body.
Aus
der Druckschrift mit der Veröffentlichungsnummer
Ein Nachteil des in der Druckschrift offenbarten Sensors ist, dass der Sensor für die Auswertung ein Referenzsignal und ein Nutzsignal benötigt, für deren Aussendung jeweils ein Sender beziehungsweise eine Infrarotlichtquelle notwendig sind.One Disadvantage of the disclosed in the document sensor is that the Sensor for the evaluation requires a reference signal and a useful signal, for the Transmission each a transmitter or an infrared light source necessary.
Insgesamt sind für die ordnungsgemäße und bestimmungsgemäße Funktion des Sensors zwei Sender notwendig.All in all are for the proper and intended function the sensor requires two transmitters.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, einen Sensor der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass anstelle von zwei Sendern ein einziger Sender für die Gewinnung der gleichen Informationen notwendig ist.The The problem underlying the invention is to provide a sensor of to improve the type mentioned above so that instead of two Transmitters a single transmitter for the extraction of the same information is necessary.
VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF INVENTION
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Auswertemittel eingerichtet und geeignet ist, aus dem gesendeten Signal und dem empfangenen Signal die Verschmutzung der Oberfläche und die Entfernung zu bestimmen. Als Referenzsignal wird gewissermaßen das gesendete Signal verwendet. Ein zweiter Sender zum Erzeugen dieses Referenzsignals ist jedoch nicht notwendig.These Task is inventively characterized solved, that evaluation means is set up and suitable from the sent Signal and the received signal the pollution of the surface and to determine the distance. As a reference signal to a certain extent the sent signal used. A second transmitter for generating this reference signal is not necessary.
Erfindungsgemäß kann das Auswertemittel eines erfindungsgemäßen Sensors ferner so ausgestaltet sein, dass es in der Lage ist, das gesendete und das empfangene Signal zu vergleichen, insbesondere zu korrelieren. Aus der Korrelationsfunktion, die so von dem Auswertemittel gewonnen wird, kann dann eine Aussage über die Ähnlichkeit der beiden Signale gemacht werden. Diese Ähnlichkeit der beiden Signale ist immer dann sehr hoch, wenn das gesendete Signal ohne weitere Abschwächung an der Oberfläche gestreut und reflektiert zu dem Empfänger zurückgeworfen wird. Außerdem hängt die Ähnlichkeit und die Impulsverformung der Signale von der Entfernung zwischen dem Sender und dem Empfänger ab, da unter anderem die Laufzeit des empfangenen Signals die Amplitudes beeinflusst. Vorteilhaft kann mit dem Auswertemittel insbesondere das Maximum der Korrelationsfunktion ausgewertet werden. Die Lage des Maximums im Zeitbereich lässt eine Aussage über die Laufzeit und somit über die Entfernung des Senders beziehungsweise Empfängers zur Oberfläche zu. Außerdem erlaubt die Höhe des Maximums eine Aussage über den Verschmutzungsgrad der Scheibe. Anhand der Korrelationsfunktion lässt eine Aussage über ein Rauschen auf der Laufstrecke des empfangenen Signals z.B. durch Niederschläge o.ä. treffen.According to the invention that Evaluation means of a sensor according to the invention further configured be that it is capable of the sent and the received Compare signal, in particular to correlate. From the correlation function, the can be so obtained from the evaluation, then a statement about the similarity the two signals are made. This similarity of the two signals is always very high if the transmitted signal without further attenuation on the surface scattered and reflected back to the receiver. Besides, the similarity depends and the pulse distortion of the signals from the distance between the transmitter and the receiver because, among other things, the duration of the received signal the Amplitudes affected. Advantageously, with the evaluation in particular the maximum of the correlation function are evaluated. The location of the maximum in the time domain leaves one Statement about the term and thus over the distance of the transmitter or receiver to the surface. Furthermore allows the height of the Maximums a statement about the degree of soiling of the disc. Based on the correlation function leaves one Statement about Noise on the path of the received signal e.g. by precipitation or similar to meet.
Alternativ oder zusätzlich kann ein erfindungsgemäßer Sender ein Verstärkungsmittel zum Verstärken der Sendeleistung oder des empfangenen Signals aufweisen. Der Sensor weist dann vorteilhaft ein Regelmittel zum Einstellen einer Verstärkung eines Verstärkungsmittels in Abhängigkeit einer Regeldifferenz zwischen der Amplitude des gesendeten Signals und der Amplitude des empfangenen Signals auf. Ebenso ist es möglich, dass die Verstärkung des Verstärkungsmittels in Abhängigkeit einer Regeldifferenz zwischen einem Referenzwert einerseits und der Amplitude des empfangenen Signals oder dem Maximum der Korrelationsfunktion andererseits eingestellt wird. Ist die Regeldifferenz ausgeregelt, erlaubt die dann eingestellte Verstärkung eine Aussage über den Verschmutzungsgrad der Oberfläche, wozu das Auswertemittel die Verstärkung auswertet.alternative or additionally may be a transmitter according to the invention a reinforcing agent to amplify the transmission power or the received signal. The sensor then advantageously has a control means for setting a gain of a reinforcing agent dependent on a control difference between the amplitude of the transmitted signal and the amplitude of the received signal. Likewise it is possible that the reinforcement of the reinforcing agent dependent on a control difference between a reference value on the one hand and the amplitude of the received signal or the maximum of the correlation function on the other hand is set. Is the control difference corrected, allows the then set gain a statement about the Degree of contamination of the surface, for which the evaluation means evaluates the gain.
Vorteilhaft kann ein Sensor einen elektronischen Filter oder einen Softwarefilter zum Filtern von Störsignalen wie zum Beispiel Fremdlicht aus dem empfangenen Signal aufweisen. Das Fremdlicht kann dabei von Lichtquellen aus der Umgebung des Sensors stammen. Bestimmungsgemäß kann der Sensor auch in Kraftfahrzeugscheinwerfern oder Kraftfahrzeugrückleuchten eingesetzt werden, um den Verschmutzungsgrad dieser Leuchten zu ermitteln. Als Störgröße kommt dann auch das von dem Scheinwerfer oder der Rückleuchte erzeugte Licht in Betracht.Advantageously, a sensor may comprise an electronic filter or a software filter for filtering spurious signals such as extraneous light from the received signal. The extraneous light can originate from light sources from the environment of the sensor. As intended, the Sensor can also be used in vehicle headlights or vehicle taillights to determine the degree of pollution of these lights. As a disturbance is then also the light generated by the headlamp or rear light into consideration.
ZEICHNUNGENDRAWINGS
Die Erfindung ist anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher dargestellt. Darin zeigtThe Invention is based on the embodiments shown in the drawing shown in more detail. It shows
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION THE EMBODIMENTS
Wird von einem Sender S ein Signal in Form einer elektromagnetischen Welle, zum Beispiel im Bereich des sichtbaren oder infraroten Lichtes abgestrahlt und trifft diese Welle beziehungsweise das Signal auf eine transparente Oberfläche 0 wie zum Beispiel eine Abschlussscheibe eines Scheinwerfers oder einer Kraftfahrzeugrückleuchte, wird die Welle an der Oberfläche 0 der Abschlussscheibe gestreut bzw. reflektiert. Ein Großteil des Lichtes auch des gestreuten Lichtes tritt dabei durch die Oberfläche 0 hindurch während nur ein kleiner Teil des Lichtes von der Oberfläche 0 zurückgeworfen wird. Nur ein kleiner Teil des gestreuten beziehungsweise ausgesendeten Lichtes wird daher von dem Empfänger E, der auf der gleichen Seite der Oberfläche 0 wie der Sender angeordnet ist, empfangen.Becomes from a transmitter S a signal in the form of an electromagnetic Wave, for example in the range of visible or infrared light emitted and hits this wave or the signal a transparent surface 0 such as a lens of a headlight or a motor vehicle tail light, the wave is at the surface 0 of the lens scattered or reflected. Much of the Light of the scattered light also passes through the surface 0 while only a small part of the light is reflected from the surface 0. Only a small one Part of the scattered or emitted light is therefore from the receiver E, which is arranged on the same side of the surface 0 as the transmitter is, received.
Durch
eine Verschmutzung der Oberfläche
0 ändert
sich das Streuungs- und Reflektionsverhalten der elektromagnetischen
Welle. Dieses ist in
Das von dem Sender S ausgesendete Signal wird in einem größeren Maße an der Oberfläche 0 gestreut und zurückgeworfen so dass es von dem Empfänger E in einem größeren Maße empfangen werden kann. Bei einer verschmutzten Oberfläche 0 erhält der Empfänger E somit ein stärkeres Signal, als im unverschmutzten Zustand der Oberfläche 0.The transmitted by the transmitter S signal is to a greater extent at surface 0 scattered and thrown back so it's from the receiver E be received to a greater extent can. With a soiled surface 0, the receiver E thus receives a stronger signal than in the unpolluted condition of the surface 0.
Das
in
Die Auswerteeinheit, die vorteilhaft durch einen Mikroprozessor gebildet wird, korreliert das von dem Signalgenerator G empfangene und mit dem vom Sender S ausgesendeten Signal identischen Signal mit dem vom Empfänger E empfangenen Signal. Durch die Korrelation des gesendeten Signals mit dem empfangenen Signal kann die Phasenverschiebung zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Signal festgestellt werden. Die Phasenverschiebung ist ein Maß für die Entfernung der Oberfläche O von dem Sender S beziehungsweise dem Empfänger E.The Evaluation unit, which is advantageously formed by a microprocessor is correlated by the signal generator G received and with the signal emitted by the transmitter S signal identical to the from the recipient E received signal. By the correlation of the transmitted signal with the received signal, the phase shift between the transmitted and the received signal are detected. The Phase shift is a measure of distance the surface O from the transmitter S or the receiver E.
Außerdem kann aus der von der Auswerteeinheit ermittelten Korrelationsfunktion der Grad der Verschmutzung der Oberfläche O ermittelt werden. Der Zusammenhang zwischen dem Grad der Verschmutzung und der Entfernung beziehungsweise der Phasenverschiebung der beiden Signale und der Korrelationsfunktion ist folgender: Die Korrelationsfunktion hat ein Maximum, welches für die Auswertung interessant ist.In addition, can from the correlation function determined by the evaluation unit the degree of contamination of the surface O can be determined. Of the Correlation between the degree of pollution and the distance or the phase shift of the two signals and the correlation function is the following: The correlation function has a maximum which for the Evaluation is interesting.
Interessant ist dabei zum einen die Lage des Maximums, zum anderen die Höhe des Maximums. Die Lage des Maximums gibt die Zeitverschiebung zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Signal an und dient als Maß für die Entfernung zwischen Oberfläche O und Sender S beziehungsweise Empfänger E. Die Höhe der Amplitude hingegen hängt von der Amplitude des empfangenen Signals relativ zur Amplitude des gesendeten Signals ab. Eine schwächere Amplitude der Korrelationsfunktion in ihrem Maximum steht für eine geringere Amplitude des empfangenen Signals was wiederum für eine geringere Streuung beziehungsweise Reflektion des gesendeten Signals an der Oberfläche O spricht. Die geringere Streuung beziehungsweise Reflektion des gesendeten Signals ist jedoch, wie bereits zuvor ausgeführt, ein Zeichen für eine unverschmutzte Oberfläche O. Ist die Amplitude der Korrelationsfunktion in ihrem Maximum jedoch höherer, steht dies umgekehrt für eine stärkere Verschmutzung der Oberfläche O.Interesting is the position of the maximum and the height of the maximum. The position of the maximum indicates the time shift between the transmitted and the received signal and serves as a measure of the distance between surface O and transmitter S or receiver E. The magnitude of the amplitude, however, depends on the amplitude of the received signal relative to the amplitude of the transmitted signal from. A weaker amplitude of the correlation function in its maximum stands for a lower amplitude of the received signal, which in turn speaks for a lower scattering or reflection of the transmitted signal at the surface O. However, the lower scattering or reflection of the transmitted signal is, as already stated before, a sign for an unpolluted upper surface O. However, if the amplitude of the correlation function is higher in its maximum, this in turn means that the surface O is more heavily soiled.
Der Vorteil der Ermittlung der Entfernung und des Verschmutzungsgrades der Oberfläche O aus der Korrelationsfunktion des gesendeten und des empfangenen Signals ist, dass die Korrelationsfunktion ohne Filterung von statistisch verteiltem Rauschen ausgewertet werden kann. Das Rauschen, welches beispielsweise durch die Bauelemente oder andere Störgrößen entsteht (wie zum Beispiel Fremdlichteinflüsse durch eine Lichtquelle in der Kraftfahrzeugleuchte oder außerhalb des Kraftfahrzeugs) ist in der Korrelationsfunktion als über den gesamten Zeitbereich konstante Größe erkennbar aus der das durch das Nutzsignal bestimmte Maximum herausragt.Of the Advantage of determining the distance and the degree of contamination the surface O from the correlation function of the sent and received Signal is that the correlation function without filtering of statistical distributed noise can be evaluated. The noise, which for example, caused by the components or other disturbances (Such as extraneous light influences by a light source in the vehicle light or outside the motor vehicle) is in the correlation function than over the entire time domain constant size recognizable from which the maximum determined by the useful signal protrudes.
Das
Ausführungsbeispiel
für einen
erfindungsgemäßen Sensor
wie es in
Der wichtigste Unterschied ist, dass die Auswertung nicht auf dem Prinzip der Korrelation des gesendeten und des empfangenen Signals, sondern auf dem Prinzip der Leistungsverstärkung des gesendeten Signals beruht. Dazu ist zwischen dem Signalgenerator und dem Sender S ein Verstärkungsmittel V geschaltet, mit dem das von dem Signalgenerator G erzeugte zu sendende Signal verstärkt wird. Die Verstärkung des Signals, die von dem Verstärkungsmittel V durchgeführt wird, wird dabei von einem Regler R eingestellt. Der Regler R vergleicht dazu ein Referenzsignal bei unverschmutzter Scheibe mit dem von dem Empfänger E empfangenen Signal. Der Regler stellt aufgrund einer Regeldifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem empfangenen Signal die Verstärkung des Verstärkungsmittels V so ein, dass die Regeldifferenz ausgeregelt, d. h. 0 ist. Die ermittelte Verstärkung gibt der Regler an die Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit ist nun in der Lage, aus der ermittelten Verstärkung eine Aussage über den Verschmutzungsgrad der Oberfläche O zu machen. Bei einer Verstärkung die geringer ist als die Verstärkung bei der zuvor ermittelten Referenz entspricht das empfangene Signal bereits bei einer geringeren Sendeleistung der Referenz. D. h. ein größerer Anteil des gesendeten Signals wird an der Oberfläche gestreut und zurückgeworfen, was wiederum für eine stärkere Verschmutzung der Oberfläche spricht. Durch Versuche kann ermittelt werden, welcher Verstärkungsfaktor – der üblicherweise zwischen 0 und 1 liegt – welchem Verschmutzungsgrad entspricht.Of the most important difference is that the evaluation is not based on the principle the correlation of the transmitted and the received signal, but on the principle of power amplification based on the transmitted signal. This is between the signal generator and the transmitter S a gain means V connected to that generated by the signal generator G to transmitting signal is amplified. The reinforcement the signal coming from the amplifying means V performed is, is thereby set by a regulator R. The regulator R compares to it a reference signal with unpolluted disc with the received from the receiver E. Signal. The controller adjusts due to a control difference the reference signal and the received signal, the gain of the Reinforcing agent V such that the control difference is compensated, d. H. 0 is. The determined reinforcement the controller gives to the evaluation unit. The evaluation unit is now able to make a statement about the Pollution degree of the surface O to do. With a reinforcement which is less than the gain at the previously determined reference corresponds to the received signal already at a lower transmission power of the reference. Ie. one larger proportion the transmitted signal is scattered and thrown back on the surface, which in turn for a stronger one Pollution of the surface speaks. Through experiments it can be determined which gain factor - usually between 0 and 1 - which Pollution degree corresponds.
Das
Ausführungsbeispiel
gemäß der
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