CN104949939A - 用于检测玻璃的润湿程度的方法和传感器单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于检测玻璃的润湿程度的方法和传感器单元。在用于检测玻璃、尤其是机动车的挡风玻璃的润湿程度的方法中利用相对于玻璃布置在内侧并且发射电磁波的发射器，所述电磁波在玻璃的外部的、从发射器来看相对的表面上根据全反射原理被反射并且由相对于玻璃布置在内侧的接收器接收，此外由发射器发射电磁波，所述电磁波穿过玻璃并且在玻璃之前的颗粒或液滴处被散射并且由相对于玻璃布置在内侧的接收器接收。

Description

用于检测玻璃的润湿程度的方法和传感器单元
技术领域
本发明涉及一种用于检测玻璃、尤其是机动车的挡风玻璃的润湿程度的方法，其中由相对于玻璃布置在内侧的发射器发射电磁波，所述电磁波在玻璃的外部的、从发射器来看相对的表面上根据全反射原理被反射并且被相对于玻璃布置在内侧的接收器接收。此外，本发明涉及一种用于检测玻璃、尤其是机动车的挡风玻璃的润湿程度的传感器单元，该传感器单元具有相对于玻璃布置在内侧的发射器，该发射器发射电磁波，所述电磁波在玻璃的外部的、从发射器来看相对的表面上根据全反射原理被反射，并且具有相对于玻璃布置在内侧的接收器，该接收器接收被反射的电磁波。
背景技术
这样的传感器单元是已知的。根据全反射原理工作的传感器装置例如在DE 40 06 174 C1、DE 197 46 351 A1、DE 103 39 696 B4和DE 35 32 199 A1中予以描述。
除了根据全反射原理工作的传感器单元之外，也已知利用散射光工作的传感器单元。在此，电磁波以尽可能陡峭的角度被引导到挡风玻璃上并且穿透挡风玻璃，并且然后在挡风玻璃之前的液滴、冰或其他颗粒处被散射。这样被散射的电磁波于是被相对于挡风玻璃布置在内侧的接收器接收。基于该分析同样可以推断出挡风玻璃的润湿程度。这样的传感器单元例如在US 2011/0128543 A1中予以描述。
此外，电容性测量方法也是可能的，利用这些方法可以测量玻璃的润湿程度。这样的电容性测量方法例如在DE 10 2007 035 905 A1中和在EP 1 306 276 B1中予以描述。
这种类型的出版物也由DE 103 11 800 A1已知。其他比较类似的方法和设备由DE 195 30 289 A1和DE 10 2004 047 215 A1已知。
发明内容
本发明所基于的任务在于，创建开头所提及的类型的方法和传感器单元，利用该方法和传感器单元可以特别精确且可靠地检测玻璃的润湿程度。
在用于检测玻璃、尤其是机动车的挡风玻璃的润湿程度的方法中，利用相对于玻璃布置在内侧的并且发射电磁波的发射器，所述电磁波在玻璃的外部的、从发射器来看相对的表面上根据全反射原理被反射并且由相对于玻璃布置在内侧的接收器接收，对本发明重要地规定：此外由发射器发射电磁波，所述电磁波穿过玻璃并且在玻璃之前的颗粒或液滴处被散射，并且被接收器接收，其中该接收器被布置在根据全反射原理工作的发射器与用于散射光测量的发射器之间，并且在那里接收电磁波。此外，通过在用于散射光测量的发射器附近并且具有大于与根据全反射原理工作的发射器的间隔的两倍的间隔的接收器来进行电磁波的接收。
根据本发明因此将两种不同的测量方法结合。由此，可以获得特别好的结果。在利用全反射原理进行测量时，可以特别好地识别挡风玻璃上的正常的较小的液滴。在利用散射光原理进行测量时，可以特别好地识别在玻璃上的大的水积聚或冰面。
为了分析和确定玻璃的润湿程度，考虑两种测量方法的结果并且因此产生总结果，利用该总结果特别好地检测玻璃被降水和水滴的润湿程度。
在该方法的一种优选的扩展方案中，仅使用唯一的接收器，所述接收器接收根据全反射原理被反射的电磁波一次并且接收根据散射光原理被反射的电磁波一次。为此，设置有电路，该电路在两种不同的模式之间切换，使得同一接收器执行根据全反射原理的测量一次并且执行根据散射光测量原理的测量一次，并且然后相应地进行分析。优选地，在此两种测量原理的电磁波的发射交替地进行。因此，在第一时间间隔中，由发射器发射根据全反射原理被反射的电磁波，并且在第二时间间隔中，由发射器发射根据散射光原理被反射的电磁波。由此确保：一个或多个接收器接收仅根据一个原理被反射的光，使得分析可以明确地进行。在这两个测量原理利用两个分离的发射器和两个分离的接收器并行运行时，也可以利用发射器的这种交替运行来工作或优选地也可以进行光学分离，使得确保了，每个接收器仅接收由其相关的发射器辐射的电磁波。于是，两个发射器和接收器可以在持续运行中工作。
在该方法的另一优选的改进方案中，还补充地执行电容性测量，用于检测玻璃的润湿程度。优选地，两个或三个不同测量原理的结果然后在唯一的微控制器中被分析。从这样获得的结果中然后导出用于刮水器控制装置的信号。也可以导出用于灯光和大灯调节的信息。
本发明的另一方面在于提供一种用于检测玻璃、尤其是机动车的挡风玻璃的润湿程度的传感器单元，该传感器单元具有发射器，该发射器相对于玻璃布置在内侧，该发射器适于并且被设计用于发射电磁波，所述电磁波在玻璃的外部的、从发射器来看相对的表面上根据全反射原理被反射，并且该传感器单元具有相对于玻璃布置在内侧的接收器，该接收器接收这样被反射的电磁波。对本发明重要地，这样的传感器单元的特征在于，该传感器单元具有相对于玻璃布置在内侧的发射器，该发射器适于并且被设计用于发射电磁波，所述电磁波穿过玻璃并且在玻璃之前的颗粒处被散射，并且具有相对于玻璃布置在内侧的接收器，该接收器接收这样被散射的电磁波。在此，该接收器被布置在根据全反射原理工作的发射器与用于散射光测量的发射器之间。此外，在接收器与根据全反射原理工作的发射器之间的间隔大于在接收器与用于散射光测量的发射器之间的间隔的两倍。
以此方式，创建一种传感器单元，其适于并且被设计用于利用其相应的发射器和接收器根据全反射原理测量在玻璃的表面上的润湿程度一次并且根据散射光原理测量表面上的润湿程度一次。尤其是，液滴形的降水和液滴形的湿气可以特别好地利用发射器和接收器来测量，其被反射用于发射和接收根据全反射原理的电磁波。冰层或完全闭合的湿气膜或水膜、即100%的润湿程度可以根据散射光检测原理被特别好地识别出。
在本发明的一种特别优选的实施方式中，用于接收被全反射的电磁波的接收器是接收被散射的电磁波的同一接收器。尤其是，因此在该实施方式中存在一个接收器并且存在两个分离的发射器，其中根据全反射原理在玻璃的外侧上被散射的电磁波从一个发射器发出并且几乎直角地射到玻璃上并且穿过该玻璃的电磁波从另一个发射器发出。优选地为此设置有分析电路，其协调并且交替地切换所述发射器，使得在确定的时间点，接收器仅接收各一个发射器的被反射的或未被散射的电磁辐射，并且该分析电路识别在接收器处从所述发射器中的哪一个发射器接收被接收的光。
在本发明的一种优选的扩展方案中，该传感器单元在玻璃的内侧上具有用于将电磁波聚束的光学装置，所述电磁波根据全反射原理被散射。
在该传感器单元之内，在根据全反射原理工作的发射器与接收器之间的间隔大于在根据散射光检测原理工作的发射器和其相关的接收器之间的间隔、尤其是大于该间隔的两倍并且尤其是大于该间隔的三倍。
在本发明的另一种优选的改进方案中，该传感器单元也具有电容性传感器，利用该电容性传感器测量润湿程度。这样的电容性传感器具有两个导电的面，所述面形成电容器的面。这样形成的电容器的电容由于玻璃上的湿气而被改变并且由电容的变化于是又可以推断出湿气。
优选地，散射光传感器、全反射传感器和发射器被安装在共同的壳体之内。在壳体之内有利地设置有壁，该壁防止来自用于全反射的发射器的光直接到达接收器。为了根据全反射原理的该测量，在壳体中设置有两个光学装置。该壁优选地被布置在这两个光学装置之间。
附图说明
随后借助在附图中所示的实施例进一步解释本发明。在以下图中详细地示出示意图：
图1：本发明的第一实施方式的示意图；
图2：本发明的第二实施方式的示意图；以及
图3：本发明的另一实施方式。
具体实施方式
在图1中示出了本发明的第一实施方式，其中示意性示出了用于检测玻璃2的润湿程度的设备1。该设备1相对于玻璃2、尤其是挡风玻璃布置在内侧。这样的传感器单元1典型地在机动车的内部空间中被布置在玻璃2上。第一发射器3被设置和设计用于散射光测量，并且发射用于散射光测量的电磁波13。所述电磁波以比较陡峭的角度对准玻璃2并且穿透玻璃。电磁波13在玻璃2的外部区域中的液滴11处被反射。该外部区域也可以被表征为如下区域：该区域与内部区域或布置有具有发射器3的传感器单元1的区域相对。在水滴11处被反射的电磁波13然后被用于散射光测量的接收器4接收。该接收器4被设置和设计用于在散射光测量之后接收被反射的波13。这样被接收的辐射和由此在接收器4中获得的信号由微控制器15分析。这样被分析的信号例如在刮水器控制装置16中被使用。在传感器单元1中此外设置有第二发射器5，其被设置和设计用于发射电磁波12，所述电磁波在玻璃2的外表面上被全反射并且然后被相关的接收器6接收，该接收器被设置和设计用于接收在全反射之后的电磁波12。如果在玻璃2的上侧上的水滴10位于被全反射的电磁波12的区域中，则耦合输出电磁波12的一部分并且减小由接收器6接收的强度。在这里所示的实施方式中，用于散射光测量的接收器4和用于在全反射之后进行测量的接收器6在结构上被联合成唯一的接收器。利用微控制器15进行两个发射器3和5的交替切换，使得接收器4、6交替地接收由发射器3发射的电磁波13一次并且接收由发射器5发射的电磁波12一次。在接收器4中产生的电信号被转发给微控制器15，用于进一步分析。微控制器15对接收器4的电信号根据其是否源于由发射器3或发射器5发射的电磁波进行分析。由在此获得的信息确定总信息并且基于此激活刮水器控制装置16。用于控制空调或照明的信息也可以由此导出。在图1中的传感器单元1中此外设置有电容性传感器7，其基本上具有两个布置在玻璃2内侧的电容器面8和9。在所述电容器面8和9之间构成场力线14。所形成的电容器的电容也取决于在玻璃2上是否有水滴10。从这样得到的电容变化于是可以推断出水的存在。电容性传感器7的测量结果同样被转发给微控制器15并且在那里被分析。
在图2中示出了本发明的第二实施方式。在那里，传感器单元1具有三个分离的传感器、即散射光传感器22、全反射传感器23和电容性传感器7。散射光传感器22在这里具有用于散射光测量的发射器3和用于散射光测量的接收器4。发射器3发射电磁波13，所述电磁波穿透玻璃2。所述电磁波比较陡峭地被对准玻璃2，使得在这里不进行全反射。电磁波13在水滴11上被散射，尤其是还在距玻璃2一定间隔处的这样的水滴上被散射。在玻璃2上的水滴10处也进行散射或反射。被散射回的电磁波13被接收器4接收。与根据图1的实施方式不同，在这里构造有具有发射器5和自己的接收器6的全反射传感器23。在这里，也设置有电容性传感器7，其又具有电容器面8和9。尤其在全反射传感器23中，如在这里所表明的水膜21的存在不能被明确地识别。恰好针对这样的边界情况，在传感器单元1中多个传感器的使用是有利的，因为这样可以联合不同的传感器的强度。电容性传感器7、散射光传感器22和全反射传感器23的测量结果在微控制器15中被分析。由各个传感器的测量形成总结果并且基于此运行刮水器控制装置16。
在图3中示出了传感器单元1的具体实施例。在该传感器单元1中将散射光传感器22和全反射传感器23在结构上联合。在共同的壳体24之内，发射器3、尤其是LED在壳体24的底部上并且因此与玻璃2有间隔地被布置。在传感器3旁边比较近地同样在壳体24的底部上布置有接收器4，其接收被散射的电磁波。在玻璃2之前绘出了敏感区域20，其表明：不仅直接在玻璃2上而且在该玻璃之前的一定区域中的水和其他颗粒被检测。在壳体24中布置有具有发射器5的全反射传感器23。发射器5同样被构造为LED并且被布置在壳体24的底部上。发射器3和4被布置在壳体24的相对的端部区域上。发射器5被分配有光学装置17，其布置在壳体24的盖板上，该盖板又直接朝向玻璃2。由此，尤其是在红外区域中的从发射器5发出的光或所发射的电磁辐射被聚焦并且以比较平的角度被引导到玻璃2中，使得在玻璃2的朝向外部环境的外侧上发生全反射。当在该区域中水或其他颗粒处于玻璃2上时，电磁波的一部分被耦合输出，不发生全反射并且仅电磁波的较小部分被反射。利用20也在这里表明敏感区域20。这表明：敏感区域20在这里比其他在散射光测量中形成的敏感区域20明显更平坦。分配给接收器6的另一光学装置18同样被布置在壳体24的盖板上并且将被全反射的电磁波朝接收器6的方向聚焦。接收器6在这里与散射光测量的接收器4相同。接收器4、6交替地在由发射器3发射的来自散射光测量的光的检测与由发射器5发射的用于根据全反射原理进行测量的光之间切换。此外，在壳体24中设置有壁25，其被布置在光学装置17与18之间并且防止来自发射器5的光直接到达接收器6。在接收器4、6与发射器3之间的间隔明显小于在接收器4、6与发射器5之间的间隔。
所有在前面的描述中和在权利要求中提及的特征可以以任意的选择与独立权利要求的特征组合。本发明的公开内容因此并不限于所描述的或要求保护的特征组合，更确切地说所有在本发明的范围内有意义的特征组合均应被认为是公开的。

Claims (14)

1.一种用于检测玻璃（2）、尤其是机动车的挡风玻璃的润湿程度的方法，利用发射器（5），该发射器相对于所述玻璃（2）布置在内侧并且发射电磁波（12），所述电磁波在所述玻璃（2）的外部的、从发射器（3）来看相对的表面上根据全反射原理被反射，并且由相对于所述玻璃（2）布置在内侧的接收器（6）接收，
其特征在于，
此外由发射器（5）发射电磁波（13），所述电磁波穿过所述玻璃（2）并且在所述玻璃（2）之前的颗粒或液滴（11）处被散射并且由相对于所述玻璃（2）布置在内侧的接收器（4）接收，
所述接收器（4）被布置在根据全反射原理工作的发射器（5）与用于散射光测量的发射器（3）之间，并且在那里接收电磁波，以及
通过在用于散射光测量的发射器（3）附近并且具有大于与根据全反射原理工作的发射器（5）的间隔的两倍的间隔的接收器（4，6）来进行电磁波的接收。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
根据散射光测量原理接收的电磁波（13）和根据全反射原理接收的电磁波（12）被同一接收器（4，6）接收。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
所述接收器（4，6）在两个不同的模式之间切换以接收不同的电磁波。
4.根据权利要求2或3之一所述的方法，
其特征在于，
发射用于散射光测量的电磁波（13）的发射器（3）和发射用于根据全反射原理的测量的电磁波（12）的发射器（5）交替地发射。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
借助电容性传感器（7）执行电容性测量以确定所述玻璃（2）的润湿程度。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
分析不同测量的结果并且由此形成总结果。
7.一种用于检测玻璃（2）、尤其是机动车的挡风玻璃的润湿程度的传感器单元（1），该传感器单元具有发射器（6），该发射器相对于所述玻璃（2）布置在内侧，所述发射器发射电磁波（12），所述电磁波在所述玻璃（2）的外部的、从所述发射器（6）来看相对的表面上根据全反射原理被反射；并且具有相对于所述玻璃（2）布置在内侧的接收器（6），该接收器接收这样被反射的电磁波（12），
其特征在于，
所述传感器单元（1）相对于所述玻璃（2）在内侧具有发射器（3），所述发射器适于并且被设计用于发射电磁波（13），所述电磁波穿过所述玻璃（2）并且在所述玻璃（2）之前的颗粒或液滴（11）处被散射，以及相对于所述玻璃（2）在内侧布置有接收器（4），所述接收器接收这样被散射的电磁波（13），使得所述接收器（4）被布置在根据全反射原理工作的发射器（5）与用于散射光测量的发射器（3）之间，以及
在接收器（4，6）与根据全反射原理工作的发射器（5）之间的间隔大于在接收器（4，6）与用于散射光测量的发射器（3）之间的间隔的两倍。
8.根据权利要求7所述的传感器单元（1），
其特征在于，
用于散射光测量的接收器（4）和用于根据全反射原理的测量的接收器（6）由同一接收器（4，6）形成。
9.根据权利要求7或8之一所述的传感器单元（1），
其特征在于，
设置有分析电路，所述分析电路协调并且交替地切换所述发射器（3）和（5），使得在确定的时间点，接收器（4，6）仅接收从发射器（3）发出的被反射的电磁波（13）或仅接收从发射器（5）发出的根据全反射原理被反射的电磁波（12）。
10.根据权利要求7至9之一所述的传感器单元（1），
其特征在于，
所述传感器单元（1）具有电容性传感器（7），所述电容性传感器具有两个电容器面（8，9），所述电容器面被布置在所述玻璃（2）内侧。
11.根据上述权利要求之一所述的传感器单元（1），
其特征在于，
在接收器（4，6）与发射器（5）之间的间隔大于在接收器（4，6）与用于散射光测量的发射器（3）之间的间隔的三倍。
12.根据上述权利要求之一所述的传感器单元（1），
其特征在于，
根据全反射原理工作的发射器（5）、接收器（6）分别被分配一个光学装置（17）。
13.根据上述权利要求之一所述的传感器单元（1），
其特征在于，
接收器（4，6）和发射器（3，5）被布置在共同的壳体（24）之内。
14.根据权利要求13所述的传感器单元（1），
其特征在于，
在所述壳体（24）中布置有分离壁（25），该分离壁被布置在两个光学装置（17，18）之间并且防止来自发射器（5）的光直接到达接收器（6）。
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