BR9915471B1 - sensor de umidade, circuito de balanceamento automático para um sensor de umidade, e método para detecção de umidade sobre a superfìcie de um material transparente. - Google Patents

Description

SENSOR DE UMIDADE, CIRCUITO DE BALANCEAMENTO AUTOMÁTICO PARA UM SENSOR DE UMIDADE, E MÉTODO PARA DETECÇÃO DE UMIDADE SOBRE A SUPERFÍCIE DE UM MATERIAL TRANSPARENTE

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se na generalidade a um sensor ótico de umidade para detecção de umidade sobre a superfície de um material transparente, e mais particularmente, a um circuito de balanceamento automático de sensor de umidade para impedir a saturação dos amplificadores do sensor.

A acumulação de umidade sobre materiais transparentes, tais como vidro ou Plexiglass, pode obstruir a visão de uma pessoa através do material. Os veículos motorizados são desde há muito equipados com limpadores de pára-brisa acionados por motores, para remoção da umidade da superfície externa do pára-brisa, pelo menos dentro do campo de visão do motorista, e geralmente através de uma área mais ampla para aperfeiçoamento da visão de uma pessoa através do pára-brisa.

Na maioria dos veículos atuais, o sistema de limpador de pára-brisa inclui comutadores de posições múltiplas ou de velocidade variável que permitem ao motorista selecionar uma faixa de velocidades ampla, ou até mesmo infinitamente variável para adequação às condições existentes. Os controles do dispositivo limpador são operados manualmente e incluem tipicamente uma característica de retardo mediante a qual os limpadores operam de forma intermitente em intervalos de retardo de tempo selecionados.

Foram recentemente desenvolvidos sistemas de controle de limpador que incluem um sensor de umidade montado numa das janelas do veiculo que ativa automaticamente o motor do limpador quando é depositada umidade sobre a superfície da janela. 0 sistema de controle de limpador incluindo o sensor de umidade é tipicamente montado no pára-brisa, muito embora o sistema possa ser montado na janela traseira ou sobre qualquer outra superfície de vidro da qual seja pretendido remover umidade. Esses sistemas de controle de limpador isentam o motorista do incômodo de ajustar freqüentemente a velocidade do limpador à medida que as condições de conduç:ão se alteram.

Os sistemas de controle de limpador têm utilizado um certo número de diferentes tecnologias para detecção das condições de umidade encontradas por um veículo, incluindo sensores condutivos, capacitivos, piezoeléctricos, e óticos. Os sensores óticos operam segundo o princípio de que um feixe de luz é difundido ou defletido de seu percurso normal pela presença de umidade sobre a superfície externa do pára-brisa. Os sistemas que empregam sensores óticos têm a singular vantagem de os dispositivos de detecção de distúrbios num percurso ótico serem diretamente relacionados com os fenômenos observados pelo motorista (isto é, perturbações no percurso ótico que permite a visão do motorista). McCumber e outros (patente norte-americana n° 4.620.141) revelam um sensor ótico de umidade que dispara uma varredura das lâminas de limpeza em resposta à presença de goticulas de água sobre a superfície externa de um pára-brisa.

Em sensores óticos de umidade, um sinal luminoso proveniente de um emissor é orientado para o pára-brisa e refletido de volta pela superfície externa do pára-brisa sendo dirigido para um detector. A presença de umidade sobre a superfície do pára-brisa afeta a reflexão do sinal luminoso na superfície externa do pára-brisa tendo como resultado um sinal refletido com menor amplitude. O detector recebe o sinal refletido e produz um sinal de saída que indica a alteração de amplitude do sinal refletido do emissor. O sinal de saída do detector contém igualmente ruído e outros sinais indesejáveis tais como aqueles provenientes da luz ambiente e de interferências eletromagnéticas. Estes componentes de sinais indesejáveis deverão ser removidos dos sinais de saída do detector para que possam ser obtidas leituras corretas de umidade.

É conhecida a utilização de filtros de passagem de banda alta e de passagem de banda baixa para remoção de componentes de sinais indesejáveis dos sinais do detector. Noack, na patente norte-americana n° 4.355.271, revela um sensor de umidade com um detector possuindo uma saída ligada a um filtro. O filtro rejeita os componentes de baixa freqüência do sinal proveniente do detector, e proporciona ganho para o sinal. O sinal é subseqüentemente desmodulado utilizando um retificador, e comparado com um limiar. O filtro do documento '271 é portanto um filtro de pré-demodulação que atua sobre o sinal antes de um desmodulador converter o sinal pulsado num sinal de corrente continua (dc) que é afetado pela umidade detectada.

Entretanto, a utilização de ganho pré-demodulação tende a tornar os circuitos do estágio de ganho sujeitos a saturação, em que a saida do amplificador alcança os limites superior ou inferior da fonte de alimentação do sensor. Por exemplo, grandes gotas de umidade tendem a causar grandes alterações no sinal que emana dos detectores. Se um sinal causado por uma gota de grande tamanho fizer a saida do estágio de ganho alcançar qualquer um desses limites, a saida não pode ir adiante e satura. Ao operar nestas condições, o sistema de detecção de umidade torna-se insensível a alterações adicionais na saída do detector e perde a capacidade de detectar corretamente a umidade. É desejável impedir a ocorrência de saturação para manter o sensor em operação em condições similares.

A tendência de saturação dos circuitos do estágio de ganho limita a quantidade de ganho que pode ser proporcionada pelos circuitos. Isto por sua vez limita a capacidade do sensor de umidade para detectar pequenas gotículas de umidade. Pequenas gotículas de umidade causam alterações muito reduzidas no sinal dos detectores. Se o ganho dos circuitos de pré-demodulação for mantido suficientemente baixo para que grandes gotas não causem saturação dos circuitos de pré-demodulação, nesse caso o sinal proveniente de gotas pequenas será excessivamente reduzido para ser detectado por um processamento subseqüente. Portanto é desejável impedir a ocorrência de saturação, para que o ganho do sistema possa ser suficiente para detecção de gotas de pequeno tamanho.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

É revelado um circuito de controle de balanceamento automático para utilização num sensor de umidade que detecta umidade sobre a superfície de um material transparente. O sensor de umidade inclui um ou mais emissores para produção de sinais de emissor que são influenciados por umidade sobre o material transparente, e um ou mais detectores para recepção dos sinais de emissor. 0 detector produz um sinal de saída de detector que é processado por circuitos de detecção de umidade, incluindo um microcomputador, para determinar a presença de umidade. 0 sensor de umidade inclui adicionalmente um circuito de pré-demodulação para atenuar componentes de sinais indesejáveis no sinal de saída do detector, simultaneamente amplificando os componentes de sinais úteis para processamento adicional.

É provido um circuito de balanceamento automático para receber o sinal do circuito de pré-demodulação e fornecer um sinal de balanceamento automático para a entrada do circuito de pré-demodulação. 0 sinal de balanceamento automático cancela pelo menos parcialmente o sinal de saida do detector para impedir uma saturação do amplificador de pré-demodulação quando são encontradas amplitudes indesejáveis de sinal de saida do detector. 0 circuito de balanceamento automático inclui um circuito de cálculo de média para calcular a média do sinal de pré- demodulação que é utilizada para cancelar pelo menos parcialmente o sinal de saida do detector. Ao impedir a ocorrência de saturação dos circuitos do sensor de umidade, o circuito de balanceamento automático permite que o sensor continue a operar na presença de grandes gotas de umidade, e tenha ganho suficiente para detecção de pequenas goticulas de umidade.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As vantagens da invenção irão tornar-se prontamente aparentes para aqueles que são versados na técnica a partir da descrição a seguir de uma configuração preferencial quando considerada à luz dos desenhos em anexo, nos quais: A Fig. 1 é uma vista em perspectiva de um sensor de umidade montado sobre a superfície interna do pára-brisa de acordo com a invenção;

a Fig. 2 é um diagrama de blocos do sensor de 25 umidade ilustrado na Fig. 1 incluindo o circuito de balanceamento automático de acordo com a invenção;

a Fig. 3 é um gráfico que ilustra os sinais do sensor de umidade para o sensor de umidade ilustrado na Fig. 2; e

a Fig. 4 é um gráfico ilustrando sinais do sensor de umidade e sinais do circuito de balanceamento automático de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONFIGURAÇÕES PREFERENCIAIS

Deverá ser entendido que os dispositivos e processos específicos ilustrados nos desenhos em anexo e descritos na especificação a seguir são simplesmente configurações exemplares dos conceitos inventivos definidos nas reivindicações em anexo. Desta forma, dimensões específicas e outras características físicas relativas às configurações aqui reveladas não deverão ser consideradas limitativas, a menos que as reivindicações façam referências expressas em contrário.

Fazendo agora referência à Fig. 1, um sensor opto- eletrônico de umidade encontra-se ilustrado na generalidade com o numerai de referência 10. O sensor de umidade inclui um acoplador 12, uma placa de circuitos 14 para montagem de componentes eletrônicos 16, e um alojamento de sensor 18 acoplável ao acoplador 12 para conter a placa de circuitos 14.

O acoplador 12 é fixado a uma primeira superfície de um material transparente 20 para detecção óptica de umidade 22 sobre a segunda superfície, disposta em posição oposta, de material transparente. O material transparente 20 é preferencialmente vidro, tal como um pára-brisa automotivo ou uma porta de congelador ("freezer"), muito embora o sensor de umidade possa ser utilizado para detecç:ão de umidade em Plexiglass, plástico ou qualquer outro material transparente.

O acoplador 12 inclui um colimador 24 incluindo um corpo de colimação 26 estendendo-se a partir do acoplador e uma lente de colimação 28 disposta na adjacência do corpo de colimação. A lente de colimação 28 possui um eixo óptico 30 que se estende através do corpo de colimação 26 num ângulo de quarenta e cinco graus relativamente à superfície interna do vidro 20. 0 acoplador 12 inclui adicionalmente um focalizador 32 possuindo um corpo de focalização 34 estendendo-se a partir do acoplador e uma lente de focalização 36 disposta adjacente ao corpo de focalização. A lente de focalização 36 possui um eixo óptico 38 que se estende através do corpo de focalização 34 num ângulo de quarenta e cinco graus relativamente à superfície interna do vidro 20.

Um emissor de sinal opto-eletrônico 40 é disposto sobre a placa de circuitos 14 adjacente ao colimador 24 para emitir um sinal indicado com o numerai 42. O emissor de sinal 40 é preferencialmente um diodo emissor de luz infravermelha, muito embora possa ser utilizado qualquer emissor de sinal adequado. O sinal emitido 42 é preferencialmente um sinal de radiação infravermelha, isto é, de luz infravermelha, muito embora possa ser utilizado qualquer sinal adequado. Um detector 44 é disposto sobre a placa de circuitos 40 adjacente ao focalizador 32. O detector 44 é preferencialmente um fotodiodo, muito embora possa ser utilizado qualquer detector adequado para receber o sinal 42 do emissor.

Durante a operação do sensor de umidade, o emissor 40 emite um sinal infravermelho 42 que realiza um percurso até a lente de colimação 28 do colimador 26. O sinal emitido 42 é colimado formando um feixe colimado que realiza um percurso ao longo do eixo óptico 30 dirigindo-se para o vidro 20 num ângulo de quarenta e cinco graus relativamente à superfície interna do vidro. O sinal colimado 42 atinge a superfície externa do vidro 20 numa região de detecção 23 onde pode ser detectada a presença de umidade. O sinal colimado 42, ou pelo menos uma parte do sinal, é então refletido de volta através do vidro 20 e dirigido para o corpo de focalização 34 num ângulo de quarenta e cinco graus relativamente ao vidro. A lente de focalização 28 focaliza o sinal refletido 42 sobre o detector 44.

Se tiver ocorrido uma acumulação de umidade 22 sobre o pára-brisa na região de detecção 23, uma parte do feixe de luz colimado 42 não será refletida de volta para o corpo de focalização 34 e o detector 44 produzirá um sinal representativo da menor quantidade de luz que é detectada.

Os circuitos de detecção de umidade 16 recebem o sinal do detector e interpretam a alteração no sinal como constituindo a presença de umidade e controlam correspondentemente os limpadores.

Detalhes adicionais dizendo respeito à operação da parte ótica do sensor de umidade e à interface com o sistema de controle de limpador podem ser obtidos das patentes norte-americanas n° 4.620.141; n° 5.059.877; n° 5.239.244; e n° 5.568.027, e do pedido de patente norte- americano n° 08/951.922 depositado em 16 de outubro de 1997. Na medida em que esses detalhes possam ser necessários como complementação das descrições e relatos necessários para propósitos do presente pedido de patente, estas referências são consideradas aqui incorporadas a titulo de referência. Muito embora o sensor de umidade descrito acima seja um sensor de umidade opto-eletrônico, poderá ser utilizado qualquer sensor de umidade adequado em que o sinal emitido recebido por um detector for utilizado para detecção da presença de umidade sobre a superfície de um material transparente.

Fazendo agora referência à Fig. 2, encontra-se ilustrado na mesma um diagrama de blocos do sensor de umidade 10. A configuração preferencial do sensor de umidade inclui um par de emissores 4 0 que comunicam com um par de detectores 44 para detecção de umidade conforme se encontra descrito acima. Um driver 56 de emissor é ligado aos emissores 40 para fornecer energia aos emissores numa quantidade que determina a amplitude ou intensidade dos sinais 42 de emissor. Um pulso de sinal de porta de repetição periódica 57 é aplicado ao driver 56 de emissor conforme se encontra descrito abaixo.

Os detectores 44 são acoplados aos emissores 40 para receberem pelo menos uma parte dos sinais 42 de emissor e responderem produzindo sinais de detector (não exibidos). Na configuração preferencial, cada detector 44 é preferencialmente acoplado opticamente para receber o sinal 42 de emissor de cada emissor 40, de uma maneira similar àquela descrita acima, para criação de quatro regiões de detecção 23 sobre o material transparente. Entretanto, qualquer número adequado de emissores 40 e detectores 44 poderá ser utilizado para criação de qualquer número desejado de regiões de detecção 23.

Os detectores 44 são ligados a um nó comum 58 onde os sinais de detector são combinados produzindo um sinal de saida 59 de detector. Na configuração preferencial, ambos os detectores de fotodiodo 44 são ligados numa configuração balanceada de tal forma que os sinais de detector que eles produzem possuem amplitudes opostas e tendem a cancelar-se quando combinados para produção dos sinais de saida 59 de detector. A configuração balanceada proporciona um certo grau de sensibilidade adicional à umidade e uma faixa dinâmica mais aperfeiçoada. A configuração balanceada também tende a cancelar os efeitos da luz ambiente comum em ambos os sinais de emissor 42, dessa forma proporcionando uma certa imunidade à luz ambiente. Entretanto, o sinal de saida 59 de detector ainda inclui alguns componentes de sinais indesejáveis criados pela luz ambiente e interferência eletromagnética.

Fazendo agora referência à Fig. 3, encontra-se ilustrado na mesma o sinal de porta pulsado periodicamente repetitivo 57 recebido pelo driver 56 de emissor. Os pulsos 57 de sinal de porta possuem preferencialmente uma duração de 50 microssegundos correspondente à duração dos pulsos 57 de sinal de porta.

Fazendo novamente referência à Fig. 2, o sinal 59 de saida de detector é acoplado à entrada 60a de um circuito 60 de filtragem e amplificação de pré-demodulação de grande largura de banda e alto ganho e circuito 60 de filtragem para remoção dos componentes de sinais indesejáveis. O circuito 60 de filtragem e amplificação de pré-demodulação inclui filtragem de passagem de banda alta 61 para redução de efeitos de distúrbios de luz ambiente mediante a rejeição de componentes de sinal de baixa freqüência do sinal 59 de saida de detector. O filtro 61 de passagem de banda alta é preferencialmente um filtro de quinta ordem possuindo uma freqüência angular de 160 Hz para atenuar acentuadamente os distúrbios de baixa freqüência simultaneamente permitindo a passagem da maioria da parte M de detecção de umidade do sinal 59 de saida de detector. Entretanto, qualquer filtro de passagem de banda alta de ordem adequada possuindo qualquer freqüência angular adequada poderá ser utilizado.

O circuito 60 de amplificação e filtragem de pré- demodulação inclui igualmente filtragem de passagem de banda baixa 62 para rejeição de ruido de alta freqüência tal como interferência eletromagnética e recombinação aleatória de elétrons e vazios nos fotodiodos 44. O filtro 62 de passagem de banda baixa é preferencialmente um filtro de segunda ordem possuindo uma freqüência angular de 33 KHz para atenuação dos distúrbios de alta freqüência simultaneamente permitindo a passagem da maior parte da energia presente no sinal de saida 59 de detector.

Entretanto, poderá ser utilizado qualquer filtro de passagem de banda baixa de ordem adequada possuindo qualquer freqüência angular adequada. A configuração preferencial do circuito 60 de filtragem e ganho de pré- modulação utiliza filtros de estágios múltiplos incluindo dois filtros de passagem de banda e três filtros de passagem de banda alta (não exibidos) para obtenção dos filtros de passagem de banda alta de quinta ordem e de passagem de banda baixa de segunda ordem. Entretanto, qualquer combinação adequada de filtros poderá ser utilizada. Amplificadores operacionais, resistores e capacitores (não exibidos) são configurados de uma maneira conhecida para formação dos filtros 61, 62.

O circuito 60 de amplificação e filtragem de pré- demodulação inclui igualmente um estágio de ganho 63 para amplificação do sinal 59 de saida de detector. O amplificador 63 é preferencialmente um amplificador de trans-impedância incorporado num dos filtros de passagem de banda de uma maneira conhecida, muito embora possa ser utilizado qualquer amplificador de sinal conhecido.

0 circuito de pré-demodulação 60 converte o sinal pulsado 59 de corrente de saida de detector num sinal 64 de vol'tagem de pré-demodulação pulsado amplificado filtrado conforme se encontra ilustrado na Fig. 3. 0 sinal 64 de pré-demodulação é enviado da saida 60b do circuito de pré- demodulação para um microcomputador 65. 0 microcomputador 65 é preferencialmente um dispositivo de 8 pinos, número PIC12C672 fabricado pela empresa Microchip Corporation, muito embora possa ser utilizado qualquer microcomputador adequado.

0 microcomputador 65 inclui um conversor 66 analógico-para-digital que converte os pulsos analógicos de voltagem pré-demodulação 64 para forma digital para processamento adicional pelo microcomputador 65. 0 conversor analógico-para-digital 66 é preferencialmente um conversor de 8 bits possuindo uma resolução de aproximadamente 20 mV, muito embora possa ser utilizado qualquer conversor analógico-para-digital adequado possuindo uma resolução adequada.

0 sinal digital é então desmodulado num estágio de demodulação 68 que desmodula o sinal pulsado para formar um sinal de voltagem de corrente continua (dc) 69 possuindo uma amplitude que representa a umidade detectada pelo sensor. 0 software no microcomputador realiza uma amostragem do sinal detectado duas vezes em rápida sucessão, uma vez durante a parte M de detecção de unidade do intervalo I de sinal quando o sinal de detecção de umidade e os distúrbios de luz ambiente concomitantes se encontram presentes, e uma vez durante a parte L de sinal de luz do intervalo I de sinal quando somente se encontra presente o sinal de luz ambiente. Os efeitos dos distúrbios de luz ambiente são subtraídos linearmente através da realização em software de um amplificador diferencial linear de deslocamento temporal, conforme é ensinado por Teder na patente norte-americana n° 5.059.877 que se encontra aqui incorporada a título de referência.

A saída do estágio de demodulação 68 é ligada a um estágio 70 de filtragem de Processamento de Sinais Digitais (Digital Signal Processing - DSP), em que o software rejeita tanto os componentes de baixa freqüência quanto os componentes de alta freqüência do ruído induzido pelo amplificador de pré-demodulação de alto ganho para um nível razoável. A saída do estágio 70 de DSP possui portanto todos os efeitos de ruído drasticamente atenuados, e responde quase exclusivamente à luz ambiente. A saída do estágio 70 de filtragem de DSP é ligada a um estágio de detecção de eventos de umidade 72 que utiliza software de detecção de eventos, preferencialmente conforme é ensinado por Teder na patente norte-americana n° 5.568.027, para produção de um sinal de saída em 74 que indica a presença de umidade sobre a superfície de vidro.

O sinal de saída 74 de detecção de eventos de umidade é ligada a um dispositivo controlador 76 de remoção de umidade que é preferencialmente uma unidade de controle de um dispositivo limpador de um veiculo. A unidade de controle de dispositivo limpador de veiculo inclui um microcomputador capaz de utilizar os sinais 74 de detecção de eventos de umidade para controlar os limpadores de pára- brisa em resposta à presença de umidade sobre o vidro.

O conversor analógico-para-digital 66 no microcomputador 65 possui preferencialmente uma resolução de aproximadamente 20 mV. A resolução do conversor analógico-para-digital 66 determina a menor quantidade de alteração que pode ser detectada no sinal 64 de pré- demodulação. Os conversores A/D possuindo uma resolução mais elevada são tipicamente mais dispendiosos. Portanto, o circuito de pré-demodulação utiliza o estágio de ganho 63 para amplificar o sinal 59 de saida de detector para que pequenas alterações neste sinal sejam aumentadas permitindo a utilização de conversores analógico-para-digital menos dispendiosos possuindo uma menor resolução.

Entretanto, o elevado ganho do circuito 60 de pré- demodulação pode criar resultados indesejáveis se o sinal 59 de saida do detector se alterar excessivamente. A saida do estágio de ganho 63 pode somente oscilar dentro de uma faixa estabelecida pelos limites superior e inferior da fonte de alimentação do sensor (não exibido). Se o sinal 59 de saida do detector fizer a saida do estágio de ganho 63 alcançar qualquer um destes limites, a saida não pode ir adiante e ocorre um corte. Nestas condições, o amplificador 63 encontra-se saturado, deixando de operar na região linear em que o sinal de saída representa o sinal de entrada. É desejável evitar a ocorrência de saturação do amplificador de pré-demodulação para que o sinal de pré- demodulação represente corretamente o sinal de saída do detector para proporcionar uma operação correta do sensor de umidade.

A saturação pode ocorrer quando um dos detectores 44 produz um sinal de detector muito superior ao do outro detector, resultando num desequilíbrio de sinal. Os sinais de detector não se cancelarão mutuamente conforme é previsto na configuração balanceada descrita acima, e o sinal 59 de saída do detector irá aumentar. Esse desequilíbrio pode ocorrer através da montagem do sensor 10 sobre um pára-brisa de tal forma que uma das regiões de detecção 23 fique localizada na região de banda de sombra do pára-brisa, ou com a presença de uma grande quantidade de umidade sobre uma das regiões de detecção. Pode igualmente ocorrer um desequilíbrio de sinal se um componente eletrônico operar fora de suas especificações previstas. Seria indesejável que o sensor de umidade 10 perdesse precisão em qualquer uma destas condições.

Para impedir que o desequilíbrio de sinal cause saturação do circuito 60 de filtragem e ganho de pré- demodulação, a invenção emprega um circuito 80 de balanceamento automático, conforme se encontra ilustrado na Fig. 2. O circuito 80 de balanceamento automático inclui um primeiro elemento de comutação 82. 0 elemento de comutação 82 é preferencialmente um comutador de estado sólido com ligação de porta, tal como o tipo CD4066, padrão na indústria, que é conhecido na técnica, muito embora possa ser utilizado qualquer elemento de comutação conhecido. 0 elemento de comutação 82 inclui uma entrada 82a ligada à saída 60b do circuito de filtragem e ganho de pré- demodulação, e uma saída 82b. O elemento de comutação 82 inclui igualmente uma porta 82c para receber um sinal de porta 57. Quando o sinal de porta alcança um nível previamente determinado, o comutador 82 é fechado e liga eletricamente a entrada 82a à saída 82b.

A saída 82b do comutador é ligada a um circuito de cálculo de média 86. O circuito de cálculo de média 86 é preferencialmente um filtro de passagem de banda baixa, muito embora possa ser utilizado qualquer circuito conhecido para provisão de uma média de um sinal de entrada. O filtro 86 de passagem de banda baixa inclui preferencialmente um resistor 88 ligado à primeira saída 82b do elemento de comutação e um capacitor 90 ligado entre o resistor 88 e a terra. Um amplificador operacional (não exibido) é preferencialmente utilizado para implementar o filtro 86 de passagem de banda baixa de uma maneira conhecida.

Um segundo elemento de comutação 92 possuindo uma entrada 92a é ligado à saída do filtro 86 de passagem de banda baixa. O segundo elemento de comutação 92 é similar ao primeiro elemento de comutação 82, e inclui uma entrada 92a, uma saida 92b e uma porta 92c. Um sinal de porta 57 é fornecido à porta 92c para fechar o comutador 92. Um segundo resistor 96 é ligado à saida 92b do comutador. A saida do circuito 80b de balanceamento automático fornece um sinal 98 de balanceamento automático para a entrada do circuito 60 de pré-demodulação conforme se encontra descrito abaixo.

Fazendo agora referência às Figs. 2 e 4, será descrita a operação do circuito 80 de balanceamento automático. Num momento de tempo Ti, os foto-detectores 44 ficam desequilibrados conforme foi descrito acima, tendo como resultado a produção de um sinal forte de corrente de saida de detector, ilustrado com o numerai 59. O sinal forte 59 de saida de detector causa a saturação do estágio 63 de ganho de pré-demodulação dessa forma cortando o sinal 64 de pré-demodulação conforme se encontra assinalado com o numerai 64a na Fig. 4. O sinal de porta 57 causa o fechamento do primeiro comutador 82 durante a parte M de umidade de cada intervalo I de sinal permitindo que o sinal 64 de pré-demodulação cortado seja aplicado ao filtro de passagem de banda baixa 86. O capacitor 90 do filtro 86 de passagem de banda baixa começa a acumular carga e a voltagem 91 do sinal do filtro de passagem de banda baixa começa a aumentar com o aumento da média do sinal 64 de pré-demodulação.

O segundo comutador 92 é igualmente fechado pelo sinal 57 de porta, e o sinal 91 do filtro de passagem de banda baixa aparece na saida 92b do comutador como um sinal pulsado de voltagem (não exibido). O resistor 96 converte a voltacjem pulsada no sinal 98 pulsado de corrente de balanceamento automático. O sinal 98 de balanceamento automático começa a aumentar de amplitude à medida que aumenta a voltagem 91 do sinal de média. O sinal 98 de balanceamento automático é ligado à entrada 60a do circuito de pré-demodulação. Devido ao fato de o ganho em geral do circuito de pré-demodulação se inverter, os pulsos 98 de corrente do sinal de balanceamento automático opõem-se aos pulsos 59 de corrente do sinal de saida do detector e cancelam pelo menos parcialmente os pulsos de corrente do sinal de saida do detector. Com o cancelamento, o sinal 64 de pré-demodulação começa a decrescer, e o amplificador 63 retorna para a região linear de operação. Próximo do final do gráfico, os pulsos de saida alcançam uma amplitude de estado estável que é muito menor do que seria na ausência dos efeitos do circuito de balanceamento automático. O resistor 96 tem um valor previamente determinado que é utilizado para determinar a magnitude dos pulsos 98 de corrente de balanceamento automático.

Pode ser observado que o circuito de balanceamento automático tende a cancelar os efeitos de eventos de umidade reais. O filtro 86 de passagem de banda baixa do circuito de balanceamento automático, entretanto, responde lentamente, de tal forma que uma quantidade suficiente de pulsos passam através do circuito de pré-demodulação para o microcomputador para serem detectados antes de terem sua amplitude reduzida. 0 circuito de balanceamento automático opera de uma maneira similar no cancelamento de desequilíbrios de estado estável.

Ao cancelar parcialmente o sinal do detector, o circuito de balanceamento automático impede a saturação do estágio de ganho de pré-demodulação. Devido a esta característica, o ganho dos circuitos de pré-demodulação pode ser tornado bastante elevado. Portanto, até mesmo minúsculas gotículas causarão uma grande amplitude na saída dos circuitos de pré-demodulação. Estas amplitudes são prontamente detectadas por processamento subseqüente.

Também como resultado dos circuitos de balanceamento automático, gotas de grande tamanho não causam saturação dos circuitos de pré-demodulação. Se uma gota de grande tamanho causar um corte da saída dos circuitos de pré-demodulação, o circuito de balanceamento automático irá rapidamente produzir o sinal apropriado para cancelar parcialmente o sinal de saída do detector. Isto irá retirar da condição de corte a saída do circuito de pré-demodulação e irá restaurar a capacidade do sensor para continuar a detectar umidade. Devido ao fato de todos os circuitos envolvidos serem limiares, o sensor será capaz de detectar a adição de uma pequena gotícula de água, mesmo na presença de um grande sinal de estado estável.

Claims (19)

1. SENSOR DE UMIDADE, para detectar a presença de umidade(22) sobre a superfície de um material transparente (20) e controlar correspondentemente a atuação de um sistema de remoção de umidade, o referido sensor de umidade(10) compreendendo: um emissor(40) para geração de um sinal de emissor(42) que é influenciado pela presença de umidade(22) sobre a superfície do material transparente(20); um detector(44) para receber o referido sinal de emissor(42) e produzir um sinal de saída de detector(59); um circuito de pré-demodulação(60) ligado ao referido detector(44) e incluindo uma entrada(60a) para receber o referido sinal de saída de detector(59) e uma saída para fornecimento de um sinal de pré-demodulação(64), o referido circuito de pré-demodulação(60) incluindo adicionalmente filtros(61, 62) conectados à referida entrada(60a) para filtrar componentes de sinal indesejáveis do referido sinal de saída do detector(59), e um amplificador(63) ligado aos referidos filtros (61, 62) para prover ganho para o referido sinal de pré-demodulação(64); e caracterizado por compreender: um circuito de balanceamento automático(80) ligado à referida saída do circuito de pré-demodulação(68) para receber o referido sinal de pré-demodulação(64) e fornecer um sinal de balanceamento automático (98) para a referida entrada do circuito de pré-demodulação(64) para cancelar pelo menos parcialmente o referido sinal de saida do detetor(59).

2. Sensor de umidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido circuito de balanceamento automático(80) incluir um circuito de obtenção de média(86) para receber o referido sinal de pré-demodulação(64) e fornecer uma média do referido sinal de pré-demodulação(64) para a referida entrada do circuito de pré- demodulação(60a).

3. Sensor de umidade, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o referido circuito de obtenção de média(86) incluir um filtro de passagem de banda baixa para obtenção da média do referido sinal de pré-demodulação(64).

4. Sensor de umidade, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os referidos sinais de emissor(42) e o referido sinal de saida de detetor(59) serem sinais pulsados, o referido sinal de saida de detetor(59) incluindo um intervalo de sinal de repetição regular(57) possuindo uma parte de sinal de detecção de umidade.

5. Sensor de umidade, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o referido circuito de balanceamento automático(80) incluir um primeiro elemento de comutação(82) ligado entre o referido circuito de obtenção de média(86) e a referida saida do circuito de pré- demodulação ( 88 ), em que dessa forma o referido primeiro elemento de comutação(82) é fechado para passagem do referido sinal de pré-demodulação(64) durante a referida parte de sinal de detecção de umidade do referido sinal de saida do detetor(59).

6. Sensor de umidade, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o referido circuito de balanceamento automático(80) incluir um segundo elemento de comutação(92) ligado entre o referido circuito de obtenção de média(86) e a referida entrada do circuito de pré-demodulação(60a) , em que dessa forma o referido segundo elemento de comutação(92) é fechado para passagem da referida média do referido sinal de pré-demodulação(64) durante a referida parte de sinal de detecção de umidade do referido sinal de saida do detetor(59).

7. Sensor de umidade, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o referido sinal de saida do detetor(59) e os referidos sinais de balanceamento automático(98) serem sinais de corrente pulsados e o referido sinal de pré- demodulação ( 64 ) ser um sinal de voltagem pulsado.

8. Sensor de umidade, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o referido circuito de balanceamento automático(80) incluir um resistor(96) ligado entre o referido segundo elemento de comutação(92) e a referida entrada do circuito de pré-demodulação(60a) para fornecer um sinal de corrente para o referido circuito de pré- demodulação (60) representando a média da referida voltagem do sinal de pré-demodulação(64).

9. CIRCUITO DE BALANCEAMENTO AUTOMÁTICO PARA UM SENSOR DE UMIDADE, caracterizado por compreender: Um primeiro elemento de comutação(82) incluindo uma entrada(82a) e uma saída(82b), o primeiro elemento de comutação incluindo ainda uma porta (82c) para receber um sinal de porta(57); um circuito de obtenção de média(86) compreendendo um resist:or(88) e um capacitor (90) e um amplificador conectado ao primeiro elemento de comutação(82); um segundo elemento de comutação(92) incluindo uma entrada(92a) e uma saída(92b), o segundo elemento de comutação(92) incluindo ainda uma porta(92c) para receber sinal de porta (57); e um segundo resistor, sendo que a saída(80b) do circuito de balanceamento automático(80) prove um sinal de balanceamento automático(98) à entrada do circuito de pré- demodulação (60).

10. Circuito de balanceamento automático, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o primeiro elemento de modulação(82) incluir uma entrada(82a) conectada ao ganho de pré-demodulação e filtro de saída de circuito (60b).

11. Circuito de balanceamento automático, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por quando o sinal de porta(57) alcançar um nível pré-determinado, o primeiro elemento de comutação(82) fechar e eletricamente conectar a entrada(82a) com a saída(82b).

12. Circuito de balanceamento automático, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o circuito de obtenção de média(86) compreender um filtro de passagem de banda baixa.

13. Circuito de balanceamento automático, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por quando o sinal de porta(57) atingir um nível pré-determinado, o segundo elemento de comutação(92) fecha criando um sinal de balanço automático (98) .

14. MÉTODO PARA DETECÇÃO DE UMIDADE SOBRE A SUPERFÍCIE DE UM MATERIAL TRANSPARENTE, compreendendo: provisão de um sensor montado no material transparente(20) e possuindo um emissor(40) para geração de um sinal de emissor(42), e um detetor (44) para receber o sinal de emissor (42) e contribuir para a produção de um sinal de saída de detetor(59); caracterizado por compreender: filtragem e amplificação do sinal de saída de detetor(59) para produção de um sinal de pré- demodulação(64); obtenção de uma média do sinal de pré-demodulação(64) para produção de um sinal de balanceamento automático(98); combinação do sinal de balanceamento automático(98) com o sinal de saída do detetor (59) para cancelar pelo menos parcialmente o sinal de saida do detetor(59).

15. Método para detecção de umidade, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o sinal de balanceamento automático(98) ser invertido relativamente ao sinal de saida do detetor(59).

16. Método para detecção de umidade, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a etapa de obtenção de média incluir adicionalmente a provisão de um filtro de passagem de banda baixa (86) para obtenção de uma média do sinal de pré-demodulação(64).

17. Método para detecção de umidade, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por o sinal de emissor(42) e o sinal de saida de detetor(59) serem sinais pulsados, e o sinal de saida do detetor(59) incluir um intervalo de sinal de repetição regular(57) possuindo uma parte de sinal de detecção de umidade.

18. Método para detecção de umidade, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por incluir adicionalmente um primeiro comutador(82) para passagem do sinal de pré- demodulação(64) durante a parte de sinal de detecção de umidade do sinal de saida do detetor(64).

19. Método para detecção de umidade, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por incluir adicionalmente a provisão de um segundo comutador(92) para passagem do sinal de balanceamento automático(98) durante a parte de sinal de detecção de umidade do sinal de saida do detetor(59) para combinação com o sinal de saida detetor(59).