CN102830632B - 一种带有清洁装置的监控器 - Google Patents

Abstract

一种带有清洁装置的监控器，包括壳体、安装在所述壳体内的监控组件和安装在所述壳体前端的透明罩体，所述透明罩体上设置有清洁装置和控制所述清洁装置动作的平面电容式传感器，所述平面电容式传感器包括设置在所述透明罩体内表面的主平面电容检测器和设置在所述壳体内的传感器检测电路，所述主平面电容检测器的两个极板放置在同一平面上，所述传感器检测电路与所述主平面电容检测器相电连接，所述主平面电容检测器作为传感器的敏感元件，所述传感器检测电路检测所述主平面电容检测器受环境影响而带来的电容量变化，并根据所检测的电容量变化产生控制所述清洁装置工作的控制信号。本发明采用的传感器是内置式平面电容传感器，当雨水落入到平面电容式传感器上时，雨水能够对电容产生影响，检测电路根据电容的变化量来判断是否下雨，从而控制清洁装置动作，这种检测方式准确及时。

Description

一种带有清洁装置的监控器

技术领域：

本发明涉及一种监控器，尤其涉及一种带有清洁装置的监控器。

背景技术：

现有技术中的监控器在长期使用或者是雨雾较大时，监控头前部的玻璃上会出现水雾，从而影响监控效果。为了克服该问题，现有技术中在监控器的前端罩体上设置清洁装置，用于刮除罩体上的水雾或者灰尘。但这种清除方式一般都是人工根据监控效果远程控制。对于自动监控设备很难及时发现。并且，在下雨时，也不能及时准确的清除雨水。为了克服上述问题，现有技术中出现了一种利用湿度传感器的检测方式，例如CN201110040607.9号发明专利申请，公开日为2011年9月14日，公开了一种球型摄像头自动清洁装置，其特征在于，该装置包括：清扫部分，该清扫部分包括：一弧形刮雨片、两个弧形把手、一压力臂、一摇杆、拉簧、以及一摆动臂，其中，所述弧形刮雨片上装有两个弧形把手，所述两个弧形把手分别通过自由转销与所述压力臂两端连接，所述压力臂通过自由转销与所述摇杆连接，所述摇杆通过自由转销与所述摆动臂连接，所述摆动臂与所述动力部分的主轴连接以取得摆动动力，所述拉簧连接所述摇杆和所述摆动臂，通过所述拉簧的拉力使所述弧形刮雨片紧贴在球型摄像头防护罩的外表面上；限位传感部分，其中的限位部分设置于所述摇杆所需摆动范围的两侧以限制所述摇杆的摆动幅度，其中的传感部分用于检测是否下雨，检测到下雨时所述控制部分自动启动本清洁装置进行工作，雨停之后所述控制部分自动停止本清洁装置；动力部分，其用于为所述清扫部分提供动力；以及控制部分，用于控制整个清洁装置的动作。在该方案中，传感器采用湿度传感器。但在实际环境中，湿度大小并不一定决定是否下雨。有时，下雨时，湿度反而不大。因此，采用湿度传感器对雨水进行检测不能准确及时，使得清洁装置动作不够及时，影响监控效果。另一方面,室外监控器由于受到灰尘、油污等环境污染需要定期进行清洗，本发明采用的平面电容式雨量传感器只需从地面向监控器玻璃喷洒水，即可自动进行清洗。而湿度传感器无法做到这一点。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术之不足,提供一种结构简单、检测雨水准确及时并能自动进行清洗的带有清洁装置的监控器。

按照本发明提供的一种带有清洁装置的监控器，包括壳体、安装在所述壳体内的监控组件和安装在所述壳体前端的透明罩体，所述透明罩体上设置有清洁装置和控制所述清洁装置动作的平面电容式传感器，所述平面电容式传感器包括设置在所述透明罩体内表面的主平面电容检测器和设置在所述壳体内的传感器检测电路，所述主平面电容检测器的两个极板放置在同一平面或弧面上，所述传感器检测电路与所述主平面电容检测器相电连接，所述主平面电容检测器作为传感器的敏感元件，所述传感器检测电路检测所述主平面电容检测器受环境影响而带来的电容量变化，并根据所检测的电容量变化产生控制所述清洁装置工作的控制信号。

按照本发明提供的一种带有清洁装置的监控器还具有如下附属技术特征：

所述传感器检测电路还连接有一消除干扰信号的辅助平面电容补偿器，其两个极板放置在同一平面上，所述辅助平面电容补偿器仅作为检测干扰信号的敏感元件，所述传感器检测电路检测所述辅助平面电容补偿器受干扰信号影响带来的电容量变化，并根据所检测的电容量变化补偿所述主平面电容检测器受环境影响而带来的电容量变化。

所述辅助平面电容补偿器的两极板之间的间距小于其所在位置所述透明罩体的厚度，所述主平面电容检测器的两极板之间的间距等于或大于其所在位置透明罩体的厚度。

所述辅助平面电容补偿器的两个极板位于所述主平面电容检测器的两个极板之间，所述辅助平面电容补偿器的两个极板的宽度小于所述主平面电容检测器的两个极板的宽度。

所述主平面电容检测器和所述辅助平面电容补偿器的两极板采用的导电材料为铜、铝、银、导电橡胶、导电塑料、透明导电薄膜或导电胶；其粘接、压固或喷涂在所述透明罩体的内表面上。

所述辅助平面电容补偿器与所述主平面电容检测器的形状相同，所述主平面电容检测器和所述辅助平面电容补偿器的两极板形状为矩形、环形、扇形、三角形或多边形，所述主平面电容检测器的两极板的总面积为3－8平方厘米，所述辅助平面电容补偿器的两极板的总面积为0.5－3平方厘米。

所述传感器检测电路包括一激励信号发生器、两路模拟滤波电路、一模数转换电路和一微控制器，所述激励信号发生器分别接入所述主平面电容检测器和所述辅助平面电容补偿器的其中一个电极，所述主平面电容检测器和辅助平面电容补偿器的另一个电极分别接入两所述模拟滤波电路，并通过所述模数转换电路将所述主平面电容检测器和所述辅助平面电容补偿器的变化信号分别转换成数字信号，所述微控制器依据接收到的数字信号通过软件差分运算产生控制所述清洁装置的控制信号。

每路所述模拟滤波电路中至少包含一个与所述主平面电容检测器和所述辅助平面电容补偿器相串联的串联滤波电容C3和C4，每路所述模拟滤波电路中至少包含一个对地并联的并联滤波电容C5和C6，所述激励信号发生器与所述主平面电容检测器之间至少包含一个接地的并联滤波电容C7，所述激励信号发生器与所述辅助平面电容补偿器之间至少包含一个接地的并联滤波电容C8。

所述主平面电容检测器安装在所述清洁装置工作的区域内，在工作的同时继续对所述透明罩体表面进行检测并形成反馈信号，进一步控制所述清洁装置工作，构成闭环控制系统。

所述激励信号发生器产生的测试信号为正弦波信号、方波信号或三角波信号，所述测试信号的频率为10kHZ－1000kHZ，所述主平面电容检测器和所述辅助平面电容补偿器的静态电容值在0.1-10pf之间。

按照本发明提供的一种带有清洁装置的监控器具有如下优点：

首先，本发明采用的传感器是内置式平面电容传感器，当雨水落入到平面电容式传感器上时，雨水能够对电容产生影响，检测电路根据电容的变化量来判断是否下雨，从而控制清洁装置动作，这种检测方式准确及时。其次，这种传感器可测量附着在罩体表面雨水的厚度。由于平面电容的介质空间是极板上面的玻璃和玻璃表面及外表面附近近似于半椭圆球体形的空间，在这个空间范围内，雨水厚度的变化将导致电容器介质空间介电常数的变化从而引起电容量的变化。根据电容量的变化就能检测到雨水的大小。其次，传感器设置消除干扰信号的辅助平面电容补偿器，通过差分运算，能够有效的消除温度等环境变化对于传感器的影响，防止误动作。本法明的另一个显著优点是只需向监控器透明罩体上喷洒水即可自动进行清洗以保证监控器的监控效果不受灰尘、油污等环境污染的影响。

附图说明：

图1是本发明长条形4电极平面电容传感器的示意图。

图2是本发明长条形3电极平面电容传感器的示意图。

图3是本发明长条形2电极平面电容传感器的示意图。

图4是本发明圆形4电极平面电容传感器的示意图。

图5是本发明半圆形4电极平面电容传感器的示意图。

图6是本发明长方形4电极平面电容传感器的示意图。

图7是本发明正方形4电极平面电容传感器的示意图。

图8是本发明多边形4电极平面电容传感器的示意图。

图9是本发明弧形4电极平面电容传感器的示意图。

图10是点电荷电场线分布式意图。

图11是平行板电容的电场分布示意图。

图12是平面电容的电场分布示意图。

图13是设置在玻璃表面的平面电容电场分布示意图。

图14是设置在玻璃表面的平面电容的测量空间示意图

图15是本发明平面电容测量电路示意图。

图16是本发明结构图

图17是本发明的电路图

下面结合附图给出实施例，对发明进行详细说明：

具体实施方式：

在详细说明本发明之前,先简述现有技术以及本发明的工作原理:

传统的电容式传感器是基于平行板式电容的，它的原理是：如果不考虑非均匀电场的边缘效应，两平行板组成的电容,其电容量为

式中，为极板间介质的介电常数， 为真空中的介电常数， 是介质相对真空的介电常数，空气的相对介电常数其它介质为极板的面积；d为极板的间距。

由于被测量介质的变化引起电容式传感器有关参数S,d的变化，使电容量C随之变化。据此，传统的电容式传感器以不同参数的变化可分为三种类型：变间距式（参数d变化）；变面积式（参数S变化）；变介电常数式（参数变化）。

本发明提出的主平面电容检测器，从原理上打破了传统的基于平行板式电容原理的电容式传感器的思维定势，它将电容器的两个极板按一定间隙放置在同一平面上，而不是平行放置。它不属于上述三种传统电容式传感器类型的任何一种，它是一种综合性的电容式传感器，它同时具有变间距式、变面积式和变介电常数式电容传感器的特性。

本发明的电容测量原理如下：

依据电场理论的场强矢量叠加原理，我们知道，电容器的特性可以用电场线分布来描述，参见图10和图11，分别给出点电荷和平行板电容的电场线分布，图中，8是电场线，6和7是点电荷。由图11中可以看出，平行板电容的电场线8主要分布在两平行板之间的矩形空间内，因此在计算平行板电容的电容量时，可以忽略平行板边缘电场的影响得出平行板电容的电容量计算公式：同理，由图12可以看出，平面电容检测器的电场线主要分布在两平面电极板周围的近似椭圆形球体空间中。图13给出了在玻璃或其他透明材料表面设置的平面电容的电场分布情况，平面电容的电场线在玻璃或其他透明材料表面附件形成了一个半椭圆体的测量空间如图14所示，当有雨水进入该测量空间后将使测量空间的平均介电常数发生变化，该变化将导致电容量的变化，因此平面电容电容量的变化可以直接反应雨量的变化。

参见图1和图16，本发明提供的一种带有清洁装置的监控器，包括壳体19、安装在所述壳体19内的监控组件24（监控组件由摄像头或照相机及相应的控制器组成）、安装在所述壳体19前端的透明罩体9，所述透明罩体9上设置有清洁装置18和控制所述清洁装置18动作的平面电容式传感器20、安装在所述壳体19内的传感器检测电路21，所述平面电容式传感器20包括设置在所述透明罩体9内表面的由平面电容电极1和2组成的主平面电容检测器C1，所述主平面电容检测器C1的极板1、2放置在同一平面上，所述传感器检测电路21通过传感器连接导线22与所述平面电容检测器相连接，所述主平面电容检测器C1作为传感器的敏感元件，所述传感器检测电路21检测所述主平面电容检测器C1受环境影响而带来的电容量变化，并根据所检测的电容量变化产生控制所述清洁装置18工作的控制信号。在本发明中，所述监控组件24是指监控摄像机或照相机和监控控制及通讯电路等核心组件，具体结构可以采用现有技术中较为成熟的技术。所述清洁装置18是指能够清理透明罩体9上灰尘或雨水的装置，例如设置在透明罩体9上的电动雨刷。采用本发明的传感器不仅能够实现雨水的刮除，而且能够实现灰尘的清除。在进行灰尘清除时，清除人员使用喷水设备，喷洒监控器的透明罩体9，则雨刷动作，将透明罩体上的灰尘和杂物清除。维护非常方便。本发明中的透明罩体9可以是玻璃，也可以是其他透明材料制成的。

参见图1、图15、图16和图17，在本发明给出的上述实施例中，所述传感器检测和控制电路21还连接有一消除干扰信号的辅助平面电容补偿器C2，其两个极板3和4放置在同一平面上，所述辅助平面电容补偿器C2仅作为检测干扰信号的敏感元件，所述传感器检测和控制电路21检测所述辅助平面电容补偿器C2受干扰信号影响带来的电容量变化，并根据所检测的电容量变化补偿所述主平面电容检测器C1受环境影响而带来的电容量变化。为了消除温度和电磁波对主平面电容检测器C1的影响，本发明设置所述主平面电容检测器C1和辅助平面电容补偿器C2，所述辅助平面电容补偿器C2的两个极板3和4与所述主平面电容检测器C1的两个极板1和2均放置在同一平面。两者能够同步感知温度和电磁干扰信号。但为了使辅助平面电容补偿器C2不对雨水敏感，需要将辅助平面电容补偿器C2的电场限制在透明罩体9内，从而使辅助平面电容补偿器C2形成的磁场空间不超过透明罩体的外表面，即不具有测量雨水用的电场空间。

在本实施例中，所述辅助平面电容补偿器C2的两极板之间的间距小于其所在位置透明罩体9的厚度，所述主平面电容检测器C1的两极板之间的间距等于或大于其所在位置透明罩体9的厚度。从而保证辅助平面电容补偿器C2的磁场位于透明罩体9内，不具有测量雨水用的电场空间。而主平面电容检测器C1的磁场有部分位于透明罩体9外，其具有测量雨水用的电场空间。当然，为了实现辅助平面电容补偿器C2的电场位于透明罩体9内，还可以采用其他的结构形式，例如辅助平面电容补偿器C2位于主平面电容检测器C1的后面，使其电场不会位于透明罩体9外。或者，辅助平面电容补偿器C2的极板宽度较小，也可以使其产生的电场不会位于透明罩体9的外部。或者，采用其他盒体结构，使辅助平面电容补偿器C2的安装位置远离透明罩体9的外表面，从而使形成的电场不会位于透明罩体9的外部，从而使其只对干扰信号进行检测，而不对雨水敏感。

参见图1、图15、图16和图17，在本发明给出的上述实施例中，所述辅助平面电容补偿器C2的两个极板位于所述主平面电容检测器C1的两个极板之间，所述辅助平面电容补偿器C2的两个极板的宽度小于所述主平面电容检测器C1的两个极板的宽度。本实施例将辅助平面电容补偿器C2和主平面电容检测器C1均设置在透明罩体9的内表面，并且将两者嵌套在一起，主平面电容检测器C1形成的电场能够具有足够的雨水测量空间，而辅助平面电容补偿器C2的电场则不会具有雨水测量空间，但两者对于干扰信号的检测则是同步的。该种结构能够更好的提高检测精度。

在本发明给出的上述实施例中，所述主平面电容检测器C1和所述辅助平面电容补偿器C2的两极板采用的导电材料为铜、铝、银、导电橡胶、导电塑料、透明导电薄膜或导电胶；其粘接、压固或喷涂在透明罩体9的内表面上。这能够保证极板更好的固定在透明罩体9的内表面，并且具有较好的检测效果。

参见图4、图5、图6、图7、图8和图9，在本发明给出的上述实施例中，所述辅助平面电容补偿器C2与所述主平面电容检测器C1的形状相同，所述主平面电容检测器C1和所述辅助平面电容补偿器C2的两极板形状可以为矩形、环形、弧形、或多边形。例如参见图4，给出了一种圆形的4电极结构，图5是一种半圆形4电极结构，图6是长方形4电极结构，图7是正方形4电极结构，图8是多边形4电极结构，图9是弧形4电极结构。上述电极结构具有较好的检测效果，能够充分满足本发明的需要。在上述的4电极方案中，所述辅助平面电容补偿器C2位于所述主平面电容检测器C1的中间。

参见图2、图15所述主辅助平面电容C2的其中一个电极4可以和所述主平面电容的其中一个电极2公用一个电极，这样电极1和2组成所述主平面电容电极C1，电极3和2组成所述辅助平米电容C2，若采用此方案，应将所述两路模拟滤波电路12和13的激励信号发生器的输出信号在电阻R5与C1的连接端和电阻与C2的连接端端路。参见图3、图15，在对抗干扰要求不高的应用环境下也可以省略辅助平面电容C2，若采用此方案，所述两路模拟滤波电路可以省略一路。所述主平面电容检测器C1的两极板的总面积为1－8平方厘米，本实施例为1.2平方厘米。所述辅助平面电容补偿器C2的两极板的总面积为0．2－3平方厘米。本实施例为0.3平方厘米。所述主平面电容两个极板之间的间隙要大于等于透明罩体9的厚度，所述辅助平面电容两个极板之间的间隙要小于透明罩体9的厚度，本实施例透明罩体采用的是1mm后的玻璃，所述主平面电容C2两个极板之间的间隙是2mm，所述辅助平面电容C2两个极板间的间距是0.35mm。

参见图15和图17，在本发明给出的上述实施例中，所述传感器检测电路21包括一激励信号发生器17、两路模拟滤波电路12和13、一模数转换电路14和一微控制器15，所述激励信号发生器17分别接入所述主平面电容检测器C1和所述辅助平面电容补偿器C2的其中一个电极，所述主平面电容检测器C1和辅助平面电容补偿器C2的另一个电极分别接入两所述模拟滤波电路12和13，并通过所述模数转换电路14将所述主平面电容检测器C1和所述辅助平面电容补偿器C2的变化信号分别转换成数字信号，所述微控制器15依据接收到的数字信号通过软件差分运算产生控制所述清洁装置的驱动控制信号。图17中的IC1是稳压器，为各个芯片和电路提供电源。IC4是雨刷电极的驱动模块，用于接收驱动控制信号，并控制电机16工作。图中的IC2与IC3之间通过总线连接在一起。

参见图15和图17，在本发明给出的上述实施例中，每路所述模拟滤波电路12和13中至少包含一个与所述主平面电容检测器C1和所述辅助平面电容补偿器C2相串联的串联滤波电容C3、C4，每路所述模拟滤波电路12和13中至少包含一个对地并联的并联滤波电容C5、C6，即，其中一路并联滤波电容C5，另外一路并联滤波电容C6。所述激励信号发生器17与所述主平面电容检测器C1之间至少包含一个接地的并联滤波电容C7，所述激励信号发生器17与所述辅助平面电容补偿器C2之间至少包含一个接地的并联滤波电容C8。上述电路能够进一步的提高检测精度，消除干扰信号的干扰。

参见图15、图16，在本发明给出的上述实施例中，所述主平面电容检测器C1安装在所述清洁装置18工作的区域内，在工作的同时继续对所述透明罩体表面进行检测并形成反馈信号，进一步控制所述清洁装置工作，构成闭环控制系统。

参见图15和图17，在本发明给出的上述实施例中，所述激励信号发生器产生的测试信号为正弦波信号、方波信号或三角波信号，所述测试信号的频率为10kHZ－1000kHZ，所述主平面电容检测器和所述辅助平面电容补偿器的静态电容值在0.1-10pf之间。

Claims (7)

1.一种带有清洁装置的监控器，包括壳体、安装在所述壳体内的监控组件和安装在所述壳体前端的透明罩体，所述透明罩体上设置有清洁装置和控制所述清洁装置动作的平面电容式传感器，其特征在于：所述平面电容式传感器包括设置在所述透明罩体内表面的主平面电容检测器和设置在所述壳体内的传感器检测电路，所述主平面电容检测器的两个极板放置在同一平面上，所述传感器检测电路与所述主平面电容检测器相电连接，所述主平面电容检测器作为传感器的敏感元件，所述传感器检测电路检测所述主平面电容检测器受环境影响而带来的电容量变化，并根据所检测的电容量变化产生控制所述清洁装置工作的控制信号；所述传感器检测电路还连接有一消除干扰信号的辅助平面电容补偿器，其两个极板放置在同一平面上，所述辅助平面电容补偿器仅作为检测干扰信号的敏感元件，所述传感器检测电路检测所述辅助平面电容补偿器受干扰信号影响带来的电容量变化，并根据所检测的电容量变化补偿所述主平面电容检测器受环境影响而带来的电容量变化；所述传感器检测电路包括一激励信号发生器、两路模拟滤波电路、一模数转换电路和一微控制器，所述激励信号发生器分别接入所述主平面电容检测器和所述辅助平面电容补偿器的其中一个电极，所述主平面电容检测器和辅助平面电容补偿器的另一个电极分别接入两所述模拟滤波电路，并通过所述模数转换电路将所述主平面电容检测器和所述辅助平面电容补偿器的变化信号分别转换成数字信号，所述微控制器依据接收到的数字信号通过软件差分运算产生控制所述清洁装置的控制信号；每路所述模拟滤波电路中至少包含一个与所述主平面电容检测器和所述辅助平面电容补偿器相串联的串联滤波电容，每路所述模拟滤波电路中至少包含一个对地并联的并联滤波电容，所述激励信号发生器与所述主平面电容检测器之间至少包含一个接地的并联滤波电容C7，所述激励信号发生器与所述辅助平面电容补偿器之间至少包含一个接地的并联滤波电容C8。

2.如权利要求1所述的一种带有清洁装置的监控器，其特征在于：

所述辅助平面电容补偿器的两极板之间的间距小于其所在位置所述透明罩体的厚度，所述主平面电容检测器的两极板之间的间距等于或大于其所在位置所述透明罩体的厚度。

3.如权利要求1所述的一种带有清洁装置的监控器，其特征在于：

所述辅助平面电容补偿器的两个极板位于所述主平面电容检测器的两个极板之间，所述辅助平面电容补偿器的两个极板的宽度小于所述主平面电容检测器的两个极板的宽度。

4.如权利要求1所述的一种带有清洁装置的监控器，其特征在于：

所述主平面电容检测器和所述辅助平面电容补偿器的两极板采用的导电材料为铜、铝、银、导电橡胶、导电塑料、透明导电薄膜或导电胶；其粘接、压固或喷涂在所述透明罩体的内表面上。

5.如权利要求1所述的一种带有清洁装置的监控器，其特征在于：

所述辅助平面电容补偿器与所述主平面电容检测器的形状相同，所述主平面电容检测器和所述辅助平面电容补偿器的两极板形状为矩形、环形、扇形、三角形或多边形，所述主平面电容检测器的两极板的总面积为1-8平方厘米，所述辅助平面电容补偿器的两极板的总面积为0.2-3平方厘米。

6.如权利要求1所述的一种带有清洁装置的监控器，其特征在于：

所述主平面电容检测器安装在所述清洁装置工作的区域内，在工作的同时继续对所述透明罩体表面进行检测并形成反馈信号，进一步控制所述清洁装置工作，构成闭环控制系统。

7.如权利要求1所述的一种带有清洁装置的监控器，其特征在于：

所述激励信号发生器产生的测试信号为正弦波信号、方波信号或三角波信号，所述测试信号的频率为10kHZ－1000kHZ，所述主平面电容检测器和所述辅助平面电容补偿器的静态电容值在0.1-10pf之间。