CN108819907B - 光雨量传感器及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光雨量传感器领域，特别是一种小体积高能量利用率的光雨量传感器及其工作方法，主要包括上盖、下盖、光路透镜装置和PCB板，其中，上盖、下盖卡扣组合成型为带有数据接口的腔体，光路透镜装置和PCB板电性连接并安装在腔体内；本发明应用于车辆前挡玻璃中进行光雨量传感，整体结构设计使得发出的红外光能量利用率高，准直与汇聚效果好，可以从传感器中接收并获取高精确度信息，从而进一步对行车时的遇到的外界状况进行智能判断并自动作出相应执行工作，在有雨或无雨的情况下，均可判断反射条件，从而自动并智能地启动车辆的相关功能部件以执行对应工作，提高了行车安全系数与行车控制技术的智能化程度。
Description
技术领域
本发明涉及光雨量传感器领域，尤指一种小体积高能量利用率的光雨量传感器及其工作方法。
背景技术
随着我国经济的蓬勃发展，车辆在国内已经普及到千家万户，当前的局势也预示着未来车辆数量与日俱增的趋势，但是同时也造成了交通拥堵现象日趋严重，而最不能忽视的就是驾驶安全的问题，我国是一个降雨量较多的国家，因此春夏季行车过程遇降雨的时间也较多，雨天行车无形中为交通安全带来些许影响与隐患，但同时也由于目前的汽车发展阶段的限制，我国的主体车辆仍旧以中低端车型为主，车内配备的雨刮器均为传统控制调节的手动雨刮器，雨天行车安全问题由此产生，一方面需要驾驶员分心手动操控雨刮器，另一方面雨刮器并非智能精确地执行工作，因此现有的非智能雨刮系统暂不能助力于雨天的行车行驶，亦不能从中提高交通安全系数。
为提高雨天行车时的雨水处理智能化程度，现已发展有应用于高端车型的自动雨量传感器以代替人工操作，但是该传感器目前技术尚未成熟，所采用的光雨量传感器多使用标准球面作为准直与汇聚透镜，能量利用率低，准直与汇聚效果不好，并且造价高，仅应用于高端车型中，较难普遍应用于中低端车型中，因此不能从根本上解决雨天行驶安全问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在公开一种光雨量传感器领域，尤指一种小体积高能量利用率的光雨量传感器及其工作方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：光雨量传感器，其特征在于，整体结构主要包括上盖、下盖、光路透镜装置和PCB板，其中，上盖、下盖卡扣组合成型为带有数据接口的腔体，光路透镜装置和PCB板电性连接并安装在腔体内。
优选地，所述的光路透镜装置主要包括透镜底板、反射块和十个透镜，其中透镜一与透镜二、透镜三与透镜四、透镜五与透镜六、透镜七与透镜八分别成组相邻设置并依次沿透镜底板的圆周边均布安装，反射块安装在每组透镜之间；透镜九与透镜十安装在透镜底板中部。
优选地，所述的透镜一、透镜六、透镜二、透镜五为准直透镜，分别对应的共轭透镜为透镜三、透镜四、透镜八、透镜七，均设置为曲面弧形结构；所述的透镜九、透镜十为接收自然光线透镜，透镜九设置为曲面弧形结构，透镜十设置为立方体结构。
优选地，所述的传感器还包括底座与硅胶垫。
优选地，所述的硅胶垫安装在光路透镜装置的顶部，通过硅胶垫与车辆的前挡玻璃连接。
优选地，所述的底座为弹压结构，其左右两端为上翘弹性片，前后两端为从底面延伸至侧面的直角型固定定位片，底座与下盖限位安装配合；下盖底面设置有一对对称的限位凸槽，侧面设置有四处限位块；底座的固定定位片的前后两端安装在一对限位凸槽之间以限定横向定位并防止滑移，固定定位片的延伸终端开设有与限位块匹配的通孔，通孔与限位块嵌入式卡扣配合以限定纵向定位；所述传感器通过底座安装在车辆的内后视镜与前挡玻璃之间。
优选地，所述的上盖纵向设置有平行上下底面的水平板，且水平板开设有匹配光路透镜装置的透镜槽，上盖与光路透镜装置组装时所述十个透镜贯穿透镜槽以固定定位。
优选地，所述的透镜一、透镜三的准直光线与车辆的前挡玻璃的安装夹角分别为θ1、θ2，且满足θ1<θ2。
优选地，对于所述透镜一，前挡玻璃的折射率为n1=1.52，前挡玻璃的全反射角为θ1=arcsin（1/1.52）=41.13°；对于所述透镜三中，雨水的折射率为n2=1.33，前挡玻璃折射率为n3=1.52，前挡玻璃的全反射角为θ2=arcsin（1.33/1.52）=61.04°。
光雨量传感器的工作方法，其特征在于，所述的工作方法主要包括以下步骤：
1）安装固定：首先，清洁安装位置的表面，安装位置限定在车辆雨刮的刮条的刮动范围以内，选择在内后视镜的附近位置或者内后视镜后方安装；然后，通过安装座将传感器安装在已清洁表面，安装座通过3M胶粘贴，传感器设置在安装座内，排出气泡后按压10-12s；再其次，在排清硅胶垫与前挡玻璃之间的气泡后把两端的上翘弹性片扣压在安装座上；最后，通过数据接口接通数据线；
2）光路控制：红外LED发出的光线通过所述光路透镜装置，所述透镜一将红外LED发出的光进行准直，经过硅胶垫及前挡玻璃后，在前挡玻璃外表面发生全反射，通过共轭成像的透镜三汇聚到接收芯片上；所述透镜六将红外LED发出的光进行准直，经过硅胶垫及前挡玻璃后，在前挡玻璃外表面发生全反射，通过共轭成像的透镜四汇聚到接收芯片上；所述透镜二将红外LED发出的光进行准直，经过硅胶垫及前挡玻璃后，在前挡玻璃外表面发生全反射，通过共轭成像的透镜八汇聚到接收芯片上；所述透镜五将红外LED发出的光进行准直，经过硅胶垫及前挡玻璃后，在前挡玻璃外表面发生全反射，通过共轭成像的透镜七汇聚到接收芯片上；通过透镜九接收前方自然光线，通过透镜十接收斜上方自然光线，通过透镜九与透镜十接收的光能量判断是否开启汽车前大灯。
本发明的有益效果体现在：本发明应用于车辆前挡玻璃中进行光雨量传感，整体结构设计使得发出的红外光能量利用率高，准直与汇聚效果好，可以从传感器中接收并获取高精确度信息，从而进一步对行车时的遇到的外界状况进行智能判断并自动作出相应执行工作。
本发明通过光路透镜装置采用的准直透镜、共轭透镜、接收光线的透镜与反射块的相互配合，形成红外LED光线经过准直后发生反射并高度汇聚，在有雨或无雨的情况下，均可判断反射条件，系统进行主动判断与应对处理，达到精确判断车辆外部的光雨条件的功能，从而自动并智能地启动车辆的相关功能部件以执行对应工作，不仅结构易实现可量产制造，以及广泛应用于各类型车型中，而且提高了行车安全系数与行车控制技术的智能化程度，从根本上解决雨天行驶安全问题。
附图说明
图1是本发明的外部立体结构图。
图2是本发明的内部结构分解图。
图3是本发明的光路透镜装置的结构图。
附图标注说明：1-上盖，2-下盖，3-光路透镜装置，4-PCB板，5-硅胶垫，6-底座，31-透镜底板，32-反射块，33-透镜一，34-透镜二，35-透镜三，36-透镜四，37-透镜五，38-透镜六，39-透镜七，40-透镜八，41-透镜九，42-透镜十，61-限位块，62-限位凸槽。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：
光雨量传感器，整体结构主要包括上盖1、下盖2、光路透镜装置3和PCB板4，其中，上盖1、下盖2卡扣组合成型为带有数据接口的腔体，光路透镜装置3和PCB板4电性连接并安装在腔体内；传感器还包括底座6与硅胶垫5；所述的硅胶垫5安装在光路透镜装置3的顶部，通过硅胶垫5与车辆的前挡玻璃连接；所述的底座6为弹压结构，其左右两端为上翘弹性片，前后两端为从底面延伸至侧面的直角型固定定位片，底座6与下盖2限位安装配合；下盖2底面设置有一对对称的限位凸槽62，侧面设置有四处限位块61；底座6的固定定位片的前后两端安装在一对限位凸槽62之间以限定横向定位并防止滑移，固定定位片的延伸终端开设有与限位块61匹配的通孔，通孔与限位块61嵌入式卡扣配合以限定纵向定位；所述传感器通过底座6安装在车辆的内后视镜与前挡玻璃之间；所述的上盖1纵向设置有平行上下底面的水平板，且水平板开设有匹配光路透镜装置3的透镜槽，上盖1与光路透镜装置3组装时所述十个透镜贯穿透镜槽以固定定位；
所述的光路透镜装置主要包括透镜底板、反射块32和十个透镜，其中透镜一33与透镜二34、透镜三35与透镜四36、透镜五37与透镜六38、透镜七39与透镜八40分别成组相邻设置并依次沿透镜底板的圆周边均布安装，反射块32安装在每组透镜之间；透镜九41与透镜十42安装在透镜底板中部；所述的透镜一33、透镜六38、透镜二34、透镜五37为准直透镜，分别对应的共轭透镜为透镜三35、透镜四36、透镜八40、透镜七39，均设置为曲面弧形结构；所述的透镜九41、透镜十42为接收自然光线透镜，透镜九41设置为曲面弧形结构，透镜十42设置为立方体结构；所述的透镜一33、透镜三35的准直光线与车辆的前挡玻璃的安装夹角分别为θ1、θ2，且满足θ1<θ2；对于所述透镜一33，前挡玻璃的折射率为n1=1.52，前挡玻璃的全反射角为θ1=arcsin（1/1.52）=41.13°；对于所述透镜三35中，雨水的折射率为n2=1.33，前挡玻璃折射率为n3=1.52，前挡玻璃的全反射角为θ2=arcsin（1.33/1.52）=61.04°。
光雨量传感器的工作方法，所述的工作方法主要包括以下步骤：
1）安装固定：首先，清洁安装位置的表面，安装位置限定在车辆雨刮的刮条的刮动范围以内，优先选择在内后视镜的附近位置或者内后视镜后方安装；然后，通过安装座将传感器安装在已清洁表面，安装座通过3M胶粘贴，传感器设置在安装座内，排出气泡后按压10-12s；再其次，在排清硅胶垫5与前挡玻璃之间的气泡后把两端的上翘弹性片扣压在安装座上；最后，通过数据接口接通数据线然后扣上封盖；
2）光路控制：红外LED发出的光线通过所述光路透镜装置，所述透镜一33将红外LED发出的光进行准直，经过硅胶垫及前挡玻璃后，在前挡玻璃外表面发生全反射，通过共轭成像的透镜三35汇聚到接收芯片上；所述透镜六38将红外LED发出的光进行准直，经过硅胶垫及前挡玻璃后，在前挡玻璃外表面发生全反射，通过共轭成像的透镜四36汇聚到接收芯片上；所述透镜二34将红外LED发出的光进行准直，经过硅胶垫及前挡玻璃后，在前挡玻璃外表面发生全反射，通过共轭成像的透镜八40汇聚到接收芯片上；所述透镜五37将红外LED发出的光进行准直，经过硅胶垫及前挡玻璃后，在前挡玻璃外表面发生全反射，通过共轭成像的透镜七39汇聚到接收芯片上；通过透镜九41接收前方自然光线，通过透镜十42接收斜上方自然光线，通过透镜九41与透镜十42接收的光能量判断是否开启汽车前大灯；当前挡玻璃外表面没有雨滴时，光线在前挡玻璃外表面发生全反射，通过准直透镜一33的共轭透镜三35汇聚在接收芯片上，当前挡玻璃外表面有雨滴时，全反射条件被破坏，光线在前挡玻璃外表面发生散射，通过接收芯片接收到能量判断是否启动雨刷；透镜九41接收前方光线，透镜十42接收斜上方光线，通过透镜九41及透镜十42接收到的光线能量判断是否开启汽车前大灯；
透镜一33、透镜三35、透镜九41所使用的面型方程如下：
。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (2)
1.光雨量传感器的工作方法，其特征在于，所述的光雨量传感器整体结构主要包括上盖、下盖、光路透镜装置和PCB板，其中，上盖、下盖卡扣组合成型为带有数据接口的腔体，光路透镜装置和PCB板电性连接并安装在腔体内；所述的上盖纵向设置有平行上下底面的水平板，且水平板开设有匹配光路透镜装置的透镜槽，上盖与光路透镜装置组装时十个透镜贯穿透镜槽以固定定位；
所述的光路透镜装置主要包括透镜底板、反射块和十个透镜，其中透镜一与透镜二、透镜三与透镜四、透镜五与透镜六、透镜七与透镜八分别成组相邻设置并依次沿透镜底板的圆周边均布安装，反射块安装在每组透镜之间；透镜九与透镜十安装在透镜底板中部；所述的透镜一、透镜六、透镜二、透镜五为准直透镜，分别对应的共轭透镜为透镜三、透镜四、透镜八、透镜七，均设置为曲面弧形结构；所述的透镜九、透镜十为接收自然光线透镜，透镜九设置为曲面弧形结构，透镜十设置为立方体结构；
所述的传感器还包括底座与硅胶垫，所述的底座为弹压结构，其左右两端为上翘弹性片，前后两端为从底面延伸至侧面的直角型固定定位片，底座与下盖限位安装配合；下盖底面设置有一对对称的限位凸槽，侧面设置有四处限位块；底座的固定定位片的前后两端安装在一对限位凸槽之间以限定横向定位并防止滑移，固定定位片的延伸终端开设有与限位块匹配的通孔，通孔与限位块嵌入式卡扣配合以限定纵向定位；所述传感器通过底座安装在车辆的内后视镜与前挡玻璃之间；
对于所述透镜一，前挡玻璃的折射率为n1=1.52，前挡玻璃的全反射角为θ1=arcsin（1/1.52）=41.13°；对于所述透镜三中，雨水的折射率为n2=1.33，前挡玻璃折射率为n3=1.52，前挡玻璃的全反射角为θ2=arcsin（1.33/1.52）=61.04°；
所述的工作方法主要包括以下步骤：
1）安装固定：首先，清洁安装位置的表面，安装位置限定在车辆雨刮的刮条的刮动范围以内，选择在内后视镜的附近位置或者内后视镜后方安装；然后，通过安装座将传感器安装在已清洁表面，安装座通过3M胶粘贴，传感器设置在安装座内，排出气泡后按压10-12s；再其次，在排清硅胶垫与前挡玻璃之间的气泡后把两端的上翘弹性片扣压在安装座上；最后，通过数据接口接通数据线；
2）光路控制：红外LED发出的光线通过所述光路透镜装置，所述透镜一将红外LED发出的光进行准直，经过硅胶垫及前挡玻璃后，在前挡玻璃外表面发生全反射，通过共轭成像的透镜三汇聚到接收芯片上；所述透镜六将红外LED发出的光进行准直，经过硅胶垫及前挡玻璃后，在前挡玻璃外表面发生全反射，通过共轭成像的透镜四汇聚到接收芯片上；所述透镜二将红外LED发出的光进行准直，经过硅胶垫及前挡玻璃后，在前挡玻璃外表面发生全反射，通过共轭成像的透镜八汇聚到接收芯片上；所述透镜五将红外LED发出的光进行准直，经过硅胶垫及前挡玻璃后，在前挡玻璃外表面发生全反射，通过共轭成像的透镜七汇聚到接收芯片上；通过透镜九接收前方自然光线，通过透镜十接收斜上方自然光线，通过透镜九与透镜十接收的光能量判断是否开启汽车前大灯。
2.根据权利要求1所述的光雨量传感器的工作方法，其特征在于，所述的硅胶垫安装在光路透镜装置的顶部，通过硅胶垫与车辆的前挡玻璃连接。
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