CN104908555B - 一种汽车玻璃光学除雾系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车玻璃光学除雾系统及方法，包括：半导体激光器、发射准直器、半导体激光器、全反射棱镜、接收准直器、光功率计以及转换阀门，此发明采用光学系统判断玻璃内表面是否起雾，实用性强，准确度高，能够在产生雾气前自动进行预防，并且采用计算水汽凝结厚度的方法，通过控制器终端控制转换阀门的开关，能够自动进行快速除雾，提高驾驶者的舒适性和安全性。

Description

一种汽车玻璃光学除雾系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车除雾技术领域，特别涉及一种汽车玻璃光学除雾系统及控制方法。
背景技术
汽车玻璃内表面起雾从物理上面讲就是“凝露”现象，当雨水天气，或者空气比较潮湿时，车内潮湿的空气碰到玻璃就会冷凝，形成一层雾气或霜。
机动车辆前挡风玻璃上面起雾后会影响驾驶员的视线，这时候如果没有有效处理的话，一旦前挡风玻璃起雾影响了车主的视线，对乘车人员的安全将造成很大的威胁，尤其当驾驶员对前面的路况不了解时，危险性急剧增加。一些驾驶员发现起雾后会一边开车一边擦去挡风玻璃上面的水汽，这样操作很危险。而且侧窗和后窗起雾后，驾驶员难以通过车内外的后视镜来观察路况。如果道路上出现突发状况，会来不及应急处理，酿成事故。
因此，为提高汽车舒适性和安全性，急需一种自动预防起雾或者在起雾的初步阶段尽快除去雾气的装置。
发明内容
本发明提供的一种汽车玻璃光学除雾系统及方法能够实现预防起雾或者在起雾的初步阶段去除雾气，提高成员的舒适性和安全性本实用新型提供的技术方案为：
一种汽车玻璃光学除雾系统，包括：
半导体激光器，其设置在汽车车窗附近；
发射准直器，其连接所述半导体激光器,用于将所述半导体激光器发出的高斯光束，变为平行光束；
全反射棱镜，其粘合在汽车车窗内表面；
接收准直器，其设置在汽车车窗附近，用以接收所述全反射棱镜反射的光线；
光功率计，其连接所述接收准直器；
转换阀门，其设置在导气管路的多个导气口共同连通处，用以切换汽车内循环和外循环；
控制器，其接收所述光功率计的信号，控制所述转换阀门的开关。
优选的是，所述导气管路中还设置有鼓风机。
优选的是，所述导气管路中还包括：
压缩机，其用于空气压缩；
蒸发器，其用于管路中除湿；
暖水风箱，其设置在所述蒸发器之后，用于对管路中的空气加热。
优选的是，所述多个出气口分别设置在汽车的前窗、侧窗和后窗附近。
优选的是，所述多个风道阀能够一个或者多个同时开启。
优选的是，所述控制器可调节所述鼓风机的风力。
优选的是，所述控制器为单片机。
优选的是，汽车车窗内外设置有多个湿度传感器。
一种汽车玻璃除雾系统光学控制方法，包括以下步骤：
步骤一：半导体激光器发出功率为Pout的激光，经发射准直器将高斯光束转换为平行光束，再经全反射棱镜反射回到接收准直器，光功率计测得此时的光功率Pret；
步骤二：控制器接收光功率Pret，并计算此时的相对损耗RELλ
其中,RELλ为光学传输过程中的相对损耗，为百分数，光功率Pret为光功率测得的光功率，单位为mw；
步骤三：根据求得的RELλ计算全反射棱镜表面水汽凝结带来的相对损耗RELω，
其中，RELS为接收准直器和发射准直器的相对损耗，为百分数；
步骤四：根据求得的RELω计算全反射棱镜表面水汽凝结厚度THin，
其中，THin为全反射棱镜表面水汽凝结厚度，单位为mm，β为吸收系数，等于1M-1，S为车窗内表面面积，单位为m2,r＝[(n-1)/(n+1)]2,n为水的折射率；
步骤五：(1)当时，汽车车窗内表面有雾气，控制器控制除雾系统开始工作，空气进入汽车空调系统，经压缩机，蒸发器，暖水风箱后再经三个吹风口，吹向前窗、侧窗和后窗实现除雾；
(2)当时，汽车车窗内表面没有雾气，汽车除雾系统停止工作；其中，为车窗表面水汽凝结标准厚度。
优选的是，所述车窗表面水汽凝结标准厚度预先存储到单片机中。
有益效果
本发明所述的汽车玻璃内表面光学除雾系统，可由光学元件判定车窗内表面是否达到凝露状态，灵敏度高，通过对汽车自带空调系统控制，节约成本，效果好，全自动化操作，提高了安全性和舒适度。
附图说明
图1为本实用新型所述的汽车玻璃内表面光学除雾系统的结构示意图。
图2为本实用新型所述的汽车玻璃内表面光学除雾系统运行流程图。
图3为本实用新型所述的控制系统电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供的汽车玻璃内表面光学除雾系统包括全反射棱镜110、发射准直器120、接收准直器130、半导体激光器140、光功率计150、第一导气口160、第二导气口170、转换阀门180、送风机190、压缩机200、蒸发器210、暖水风箱220、第一风道阀230、第二风道阀240、第三风道阀250和控制系统260。
半导体激光器140放置在汽车车窗附近，连接发射准直器120，激光器发出的激光为高斯光束，经发射准直器后变为平行光束。
全反射棱镜110粘合在汽车车窗玻璃内表面，全反射棱镜也可以使用平面反射镜来替代，但光线经过全反射棱镜有更小的损耗，当汽车玻璃内表面产生雾气，全反射棱镜表面也会产生雾气，全反射棱镜也会带来损耗，通过对损耗的测算系统就可自动辨别汽车车窗表面是否有雾气。
接收准直器130固定在全反射棱镜附近，为接收装置，用以接收经全反射棱镜反射回来的光线，接收准直器130和发射准直器120均可采用光纤准直器。
光功率计150连接接收准直器，用以测量反射光线的光功率。
第一导气口160与车外连通，为机动车内部和外部空气交换口，能够将机动车外部空气引入到机动车内部。
第二导气口170连通机动车内，为汽车内部空气导入口，可将车内空调制冷或制热后的空气直接再次导入。
具有第一导气口160的通道和具有第二导气口170的通道汇聚成一条通道，在汇聚处设置有转换阀门180，转换法门为双通道单开关式设计，当切换风门位于进气口160的通道时，第一进气口160处于关闭状态，而第二进气口170开启；当转换阀门位于第二导气口170的通道时，第二导气口170处于关闭状态，而第一进气口160开启。
送风机190，设置风力调节阀，风力调节阀用于调节风速大小。汇聚后的导气管路连接送风机。
压缩机200，对空气进行压缩。
蒸发器210，其内部为低温冷凝剂，空气流经蒸发器后湿度较大的空气遇冷后冷凝成水，达到降低空气湿度的目的。
暖水风箱220，设置在蒸发器之后，可对流经装置的空气进行加热。
第一风道阀230位于前窗吹风口末端，用于控制前窗吹风口的开启与关闭。
第二风道阀240位于侧窗吹风口末端，用于控制侧窗吹风口的开启与关闭。
第三风道阀250位于后窗吹风口末端，用于控制后窗吹风口的开启与关闭。
控制系统260，其与所述转换阀门180、送风机190、风道阀门相联接以控制转换阀门180的闭合方向，送风机190的风力大小以及三个风道阀的开启与关闭。湿度测试单元和控制单元。其电路连接图如图3所示，
作为一种优选，控制单元采用单片机U1。
湿度检测单元包含有两个湿度传感器模块，
车外湿度传感器模块，包含一湿敏电阻R26，其一端与运算放大器UI_A4的正端相连，另一端接地。运算放大器UI_A4的负端接一下拉电阻R25后接地。运算放大器UI_A4的输出端经过一滤波电路后与控制单元U1的湿度输入引脚AD02相连，将检测到的湿度信号输入到控制单元U1内部。运放的正端通过一参考电阻R27与运放的输出端相连。
车内湿度传感器模块，包括一湿敏电阻R29，其一端与运算放大器UI_A5的正端相连，另一端接地。运算放大器UI_A5的负端接一下拉电阻R28后接地。运算放大器UI_A5的输出端经过一滤波电路后与控制单元U1的湿度输入引脚AD01相连，将检测到的湿度信号输入到控制单元U1内部。运放的正端通过一参考电阻R30与运放的输出端相连。
送风机指令模块，包括电动机B1、电机继电器K1、二极管D1、三极管Q1。电动机继电器K1触点部分上接电源，下端接电动机B1后接地。二极管D1与电动机继电器K1线圈并联，其负极与电源相连，正端与三极管Q1的集电极相接。三极管Q1的发射极接地，基级与控制单元U1的输出引脚EN08相连。控制单元U1分析各输入信号后输出信号调节送风机的风向调节阀和风力调节阀，实现送风机的风向和风速的调节。
阀门指令模块，括三极管Q5，Q6、电动机B5、电动机继电器K6、二极管D5，D6。二极管D6的负极接电动机B5后接到电源，其正极与三极管Q6的集电极相连。三极管Q6的发射极与电动机继电器K6的触点部分相接后接地，基级接到控制单元U1的输出引脚EN01。电动机继电器K6的线圈部分与另一二级管D5并联，该并联二级管D5负极接到电源，正极接到另一三级管Q5的集电极，该三极管Q5的发射极接地，基级接到控制单元U1的输出引脚EN02。控制单元U1根据输入的车内外环境温湿度信号，输出控制信号到两控制端口EN01、EN02，通过控制两三极管Q5、Q6来实现内外循环模式的切换，使除雾效果更好。
第一风道阀指令模块包括电动机B2、电动机继电器K2、二极管D2、三极管Q2。电动机继电器K2触点部分上接电源，下端接电动机B2后接地。二极管D2与电动机继电器K2线圈并联，其负极与电源相连，正端与三极管Q2的集电极相接。三极管Q2的发射极接地，基级与控制单元U1的输出引脚EN07相连。控制单元U1分析各输入的温湿度信号后输出前风窗的风门控制信号控制风门的开闭，实现前风窗玻璃除雾。
第二风道阀指令模块，包括电动机B3、电动机继电器K3、二极管D3、三极管Q3。电动机继电器K3触点部分上接电源，下端接电动机B3后接地。二极管D3与电动机继电器K3线圈并联，其负极与电源相连，正端与三极管Q3的集电极相接。三极管Q3的发射极接地，基级与控制单元U1的输出引脚EN06相连。控制单元U1分析各输入的温湿度信号后输出侧窗的风门控制信号控制风门的开闭，实现侧窗玻璃除雾。
第三风道阀指令模块，包括电动机B4、电动机继电器K4、二极管D4、三极管Q4。电动机继电器K4触点部分上接电源，下端接电动机B4后接地。二极管D4与电动机继电器K4线圈并联，其负极与电源相连，正端与三极管Q4的集电极相接。三极管Q4的发射极接地，基级与控制单元U1的输出引脚EN05相连。控制单元U1分析各输入的温湿度信号后输出后窗风门的控制信号控制风门的开闭，实现后窗玻璃除雾。
压缩机指令模块，包括发动机及变速器控制单元U2、电动机继电器K5、下拉电阻R11。电动机继电器K5线圈部分一端接发动机及变速器控制单元U2后与控制单元的输出引脚EN03相连，另一端接电源。电动机继电器K5触电部分一端接电源，一端与一下拉电阻相连后接地。触电部分与下拉电阻相连接点引出信号与控制单元的输入引脚EN04相连，输入的是压缩机工作的反馈信号。
实用汽车玻璃内表面除雾为实施例作进一步的说明
步骤一：半导体激光器140发出功率为Pout的激光，经发射准直器120将高斯光束转换为平行光束，再经全反射棱镜110反射回到接收准直器130，光功率计150测得此时的光功率Pret；
步骤二：控制器接收光功率Pret，并计算此时的相对损耗RELλ
其中，RELλ为光学传输过程中的相对损耗，为百分数，光功率Pret为光功率测得的光功率，单位为mw；
步骤三：根据求得的RELλ计算全反射棱镜表面水汽凝结带来的相对损耗RELω，
其中，RELS为接收准直器和发射准直器的相对损耗，为百分数，其获得方式为在使用接收准直器和发射准直器前使用光功率计直接测得；
步骤四：根据求得的RELω计算全反射棱镜表面水汽凝结厚度THin，
其中，THin为全反射棱镜表面水汽凝结厚度，单位为mm，β为吸收系数，等于1M-1，S为车窗内表面面积，单位为m2,r＝[(n-1)/(n+1)]2,n为水的折射率；
步骤五：
(1)当时，汽车车窗内表面有雾气，控制器控制除雾系统开始工作，空气进入汽车空调系统，经压缩机200，蒸发器210，暖水风箱220控制单元U1控制三个风道阀开启再经三个吹风口，吹向前窗、侧窗和后窗实现除雾。
(2)当时，汽车车窗内表面没有雾气，汽车除雾系统停止工作。
其中，车窗表面水汽凝结标准厚度预先存储到单片机中。
前窗、侧窗、后窗除雾可单独进行，也可同时进行除雾。
在另一实施例中，当车内相对湿度大于车外相对湿度时，控制单元U1经阀门指令模块传递控制信号给转换阀门180，关闭第二导气口170，开启第一导气口160，汽车玻璃内表面自动除雾系统开启空气外循环模式。
当车内绝对湿度小于或等于车外绝对湿度时，控制单元U1经阀门指令模块传递控制信号给转换阀门180，开启第二导气口170，关闭第一导气口160，汽车玻璃内表面自动除雾系统开启空气内循环模式。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种汽车玻璃除雾系统光学控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：半导体激光器发出功率为Pout的激光，经发射准直器将高斯光束转换为平行光束，再经全反射棱镜反射回到接收准直器，光功率计测得此时的光功率Pret；
步骤二：控制器接收光功率Pret，并计算此时的相对损耗RELλ
其中,RELλ为光学传输过程中的相对损耗，为百分数，光功率Pret为光功率测得的光功率，单位为mw；
步骤三：根据求得的RELλ计算全反射棱镜表面水汽凝结带来的相对损耗RELω，
其中，RELS为接收准直器和发射准直器的相对损耗，为百分数；
步骤四：根据求得的RELω计算全反射棱镜表面水汽凝结厚度THin，
其中，THin为全反射棱镜表面水汽凝结厚度，单位为mm；β为吸收系数，等于1M-1；S为车窗内表面面积，单位为m2；r＝[(n-1)/(n+1)]2；n为水的折射率；
步骤五：(1)当时，汽车车窗内表面有雾气，控制器控制除雾系统开始工作，空气进入汽车空调系统，经压缩机，蒸发器，暖水风箱后再经三个吹风口，吹向前窗、侧窗和后窗实现除雾；
(2)当时，汽车车窗内表面没有雾气，汽车除雾系统停止工作；其中，为车窗表面水汽凝结标准厚度。
2.根据权利要求1所述的汽车玻璃除雾系统光学控制方法，其特征在于，所述车窗表面水汽凝结标准厚度预先存储到单片机中。
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