CN113565656A - 光电雾气、灰尘检测器及安装该检测器的滤清器和汽车 - Google Patents

Abstract

光电雾气、灰尘检测器及安装该检测器的滤清器和汽车。本发明涉及一种检测雾气含量和灰尘含量的检测器，以及安装该检测器的自动控制雾灯的汽车和可判断是否需要清洗或更换的滤清器。一种用于检测雾气含量和灰尘含量的检测器，包括发光装置、光接收装置、电路模块、电子模块。该检测器优选安装于汽车发动机滤清器的空气滤芯前端。该检测器可以有效检测雾气含量和/或灰尘含量，根据雾气含量的检测可以实现对汽车前后雾灯的全自动控制，提高雾天行车的安全性；根据灰尘含量可以预测汽车空气滤芯是否需要清洁或更换，有效保护发动机和节省燃油。

Description

光电雾气、灰尘检测器及安装该检测器的滤清器和汽车

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体涉及检测雾气和灰尘量的光电检测器以及安装该检测器的自动控制雾灯的汽车和可判断是否需要清洗或更换的滤清器。

背景技术

随着汽车需求的逐渐增加，人们对汽车使用的方便性，舒适性以及安全性要求也不断提高。但是雾天情况下行车一直是汽车交通事故的重灾区。

现有机动车检测雾气的方法有采用光强检测和图像识别检测。光强检测的方法是检测光线的强度，但机动车行驶途中影响光线变化的因素过多，因此该方法并不能有效检测雾气。图像识别检测的方法是检测接收图像的灰度等级，通常要和背景颜色进行对比，但有些路段如高速公路的背景颜色不是很突出而且机动车行驶过程中背景颜色变化复杂，当大雾来临时，此方法很难及时准确的将雾气检测出来。

日常生活中，灰尘激起后容易落下，不能在空气中形成气凝胶，说明其颗粒直径较大，而雾气可以长久不散，与空气形成较为稳定的气凝胶，说明其颗粒直径较小。用光线分别照射灰尘和空气中的雾气会观察到不同的现象。灰尘颗粒直径往往大于光波长，对光线发生反射作用。而雾气颗粒直径往往小于光波长，对光线发生的是散射作用，这就是物理中提到的在气凝胶中发生的丁达尔现象。

现有的汽车发动机空气滤清器经常因为积灰过多而发生故障，目前市场上还没有对发动机空气滤清器灰尘含量进行监测的技术方案，也无法判断滤清器灰尘量的大小，导致车主不清楚什么时候该清洁或更换发动机的滤清器空气滤芯。中国专利公开号CN1312468C，公开日2007年04月25日，发明创造的名称为光电灰尘检测器及安装该光电灰尘检测器的空气调节装置，该申请案公开了一种光电灰尘检测器，能容易地消除已经积聚在主体箱内的沉积物的光电灰尘检测器。其不足之处是对于封闭空气滤清器，实际使用过程中达到一定灰尘量需要清洗或更换，内部空间不足以安装主体箱，排出的灰尘会对滤清器有不良影响，降低了汽车发动机寿命并且耗费燃油，同时排发有害气体污染环境，在汽车的售后市场也引起诸多的抱怨。该方法虽然能够检测灰尘含量但不适合安装在滤清器内。

发明内容

针对上述问题本发明的主要目的是提供一种可以有效检测灰尘含量和/或雾气含量的检测器。根据雾气含量可以实现自动控制汽车雾灯，根据灰尘含量可以判断汽车发动机空气滤清器是否需要清洗或更换。

本发明通过以下方案实现：

一种用于检测雾气含量和灰尘含量的检测器，包括发光装置，用于发出检测灰尘、雾气的光线；光接收装置，用于接收检测区域反馈的检测光线，并将光信号转化为电信号；电路模块，用于给发光装置提供电源和接通光接收装置与电子模块；电子模块，用于接收光接收装置的电信号并判断检测区域光线是正常光、散射光还是反射光。

其中所述的发光装置优选半导体发光管或半导体激光器，所述的光接收装置优选光敏二极管或光敏三极管。因为半导体发光管或半导体激光器成本低、体积小、容易安装和使用、发射的检测光线十分有利于检测雾气和灰尘。所述的发光装置前端装有第一凸透镜，发光装置发出的检测光线穿过第一凸透镜进入检测区域，这样发光装置发出的发散检测光线可以形成光束进入检测区域，有利于提高装置的灵敏度和精度。所述的光接收装置前端装有第二凸透镜，当有灰尘和/或雾气颗粒经过检测区域时，检测光线会发生反射和/或散射现象，所述的散射光线和/或反射光线将通过第二凸透镜会聚到光接收装置，光接收装置依据光信号的不同发出不同的电信号，通过电路模块传送给电子模块，电子模块依据电信号判断检测区域光线是正常光、散射光还是反射光，电信号的强弱配合信息处理器的使用可以得到灰尘浓度和/或雾气浓度的大小。所述发光装置的发射检测光线方向与光接收装置的接收检测光线方向的夹角为90度至170度。所述的第一凸透镜轴向方向与第二凸透镜轴向方向的夹角为90度至170度。

一种装有所述检测器的滤清器，包括滤清器腔体、空气滤芯，其特征在于：所述的检测器设置于滤清器腔体内，空气滤芯的前端。根据检测器的检测信号可以将流入滤清器的灰尘浓度大小以电信号的形式传送给信息处理系统，信息处理系统依据接收到的电信号反馈出是否需要清洗或更换滤清器的信号。

一种装有所述检测器的汽车，包括雾灯、滤清器、信息处理系统，所述的滤清器还包括空气滤芯和滤清器腔体，其特征在于：所述的检测器与汽车信息处理系统电性连接并设置于滤清器腔体内，空气滤芯的前端。根据检测器的检测信号可以将流入的雾气浓度以电信号的形式传送至汽车信息处理系统，汽车信息处理系统依据接收到的电信号判定是否达到开启或关闭雾灯的条件。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1.可以有效检测出汽车雾天行驶时雾气含量和滤清器的灰尘含量；

2.根据雾气含量的检测，配合信息处理系统使用，可以实现对汽车前后雾灯的全自动控制，提示超速行为，提高雾天行车的安全性；

3.根据灰尘含量的检测，配合信息处理系统使用，可以预测汽车空气空气滤芯是否需要清洁或更换，有效保护发动机和节省燃油，减少有害排发。

附图说明

图1是本发明检测器的原理示意图。

图2是本发明检测器的第一实施例的具体结构示意图。

图3是自动控制雾灯的汽车和可判更换滤清器的检测器最佳安装位置说明图。

上图中：

1、发光装置；2、第一凸透镜；3、第二凸透镜；4、光接收装置；5、灰尘、雾气检测区；6、检测光线；7、感应壳体；8、进气通道；9、检测器安装位置；10、滤清器腔体；11、空气滤芯；12、出气通道；13、气流方向。

具体实施方式

如图1是本发明检测器的原理示意图，一种用于检测雾气含量和灰尘含量的检测器，包括发光装置1、光接收装置4、电路模块、电子模块。

其中发光装置1接通电路模块发射检测光线6，第一凸透镜2将发光装置发散的检测光线6会聚成相对集中的光束进入灰尘、雾气检测区5。当有灰尘或雾气颗粒通过灰尘、雾气检测区5时会产生不用作用现象并通过第二凸透镜3将灰尘颗粒反射光线和雾气颗粒散射光线会聚到光接收装置4处，光接收装置4接收检测光线并将光信号转化为电信号。电子模块接收光接收装置的电信号并判断检测区域光线是正常光、散射光还是反射光。

正常情况下，如果没有灰尘或雾气颗粒通过灰尘、雾气检测区5，来自发光装置1发出检测光线6，因为光的直线传播和漫反射，光接收装置4接收到的光通量信号会非常小，转化的电信号也非常小，电子模块判断为正常光。如果有灰尘颗粒通过灰尘、雾气检测区5，来自发光装置1的一部分检测光线6会因灰尘颗粒的反射作用入射到光接收装置4，光接收装置4会接收到增大的变动范围较广的光通量信号，所以基于光接收装置4的电子模块会接收到变化的增强的电信号，并判断出接收到的光线为反射光线，同时提供灰尘浓度含量信号。如果有雾气颗粒通过灰尘、雾气检测区5，来自发光装置1的一部分检测光线6会因雾气颗粒的散射作用入射到光接收装置4，光接收装置4会接收到增大的变动范围较小的光通量，所以基于光接收装置4的电子模块会接收到相对稳定的增强的电信号，并判断出接收到的光线为散射光线，同时提供雾气浓度含量信号。

经实验验证第一凸透镜2的轴向方向与第二凸透镜3的轴向方向夹角θ为90度至170度有效，且相对角度越大接收灵敏度越高。因为光线沿直线传播，θ角度越大越容易接收到光线，但超过170度时，进入灰尘、雾气检测区5的颗粒浓度就会减少，且发射装置1发射的检测光线6会直接进入光接收装置4，干扰检测器的电信号接收，反而会影响检测器精度。

验证内容如下表：

θ（度）	接收信号
		80	无
90	低
		100	低
110	中
		120	中
130	高
		140	高
150	高
		160	高
170	干扰
		180	干扰

实施例1

如图2，本发明的检测器为细长圆柱体型，侧部开有作为灰尘、雾气检测区5的凹槽。在本实施例中发光装置1倾斜安装于感应壳体7一端，发出的检测光线方向相对感应壳体7的水平方向倾斜，光接收装置4倾斜安装于感应壳体7另一端，接收的检测光线方向相对感应壳体7的水平方向倾斜；发光装置1的发射检测光线方向与光接收装置4的接收检测光线方向的夹角为90度至170度，且发光装置1与光接收装置4对向布置，以便增强检测器的灵敏度。发光装置1前端安装第一凸透镜2，用于使发光装置1的发散检测光线6会聚成相对集中的光束，第一凸透镜2的轴向方向与发光装置1倾斜方向一致。光接收装置4前端安装第二凸透镜3，用于会聚灰尘、雾气检测区5反馈的光线，第二凸透镜3的轴向方向与光接收装置倾斜方向一致，所述的第一凸透镜2的轴向方向与第二凸透镜3的轴向方向的夹角也为90度至170度。第一凸透镜2和第二凸透镜3之间的感应壳体7部分镂空，作为灰尘、雾气检测区5，以便检测光线进出，并提升检测精度。

检测光线6从发光装置1发射出，经由第一凸透镜2会聚并进入灰尘、雾气检测区5。当有灰尘或雾气颗粒进入灰尘、雾气检测区5时，检测光线6会因为反射或散射作用被第二凸透镜3会聚到光接收装置4内。光接收装置4接收光通量信号，并将检测到的光通量信号转化为电信号通过电路模块传送至电子模块，电子模块接收光接收装置的电信号并判断检测区域光线是正常光、散射光还是反射光，同时提供灰尘含量信号和/或雾气含量信号。

其中发光装置1优选半导体发光管或半导体激光器，光接收装置4优选光敏二极管或光敏三极管。其成本低、体积小、容易安装和使用，发射的检测光线十分有利于检测雾气和灰尘。

实施例2

一种装有所述检测器的滤清器，包括滤清器腔体10、进气通道8、空气滤芯11、出气管道12，检测器安装位置9竖直安装于空气滤芯11的前端，且灰尘、雾气检测区5正对进气通道8的入口。以便精准检测到滤清器的灰尘浓度。所述出气管道12处接发动机。所述检测器可以将滤清器内的灰尘浓度大小以电信号的形式传送给滤清器配备产品的信息处理系统，信息处理系统依据接收到的电信号判断出是否需要清洗或更换滤清器的指令，如果接收到稳定的较强的电信号则说明灰尘含量过多，需要更换滤清器的空气滤芯。例如配合汽车信息处理系统可以给出汽车空气滤芯需要清洁或更换的信号，实现预测汽车空气滤芯是否需要清洁或更换的效果。

实施例3

一种装有所述检测器的汽车，包括雾灯、滤清器、信息处理系统，所述的滤清器还包括空气滤芯和滤清器腔体。所述的检测器与汽车信息处理系统电性连接并安装于汽车滤清器的空气滤芯11的前端。所述检测器可以将流入汽车滤清器的空气滤芯11前端的雾气颗粒和/或灰尘颗粒以电信号的形式传送至汽车信息处理系统，汽车信息处理系统依据接收到的电信号判定雾气、灰尘浓度的大小，并发出是否开启或关闭雾灯的指令，以及提示是否需要清洗或更换滤清器的指令。实现汽车自动控制雾灯的开启或关闭，和预测汽车滤清器空气滤芯是否需要清洁或更换的效果，同时提示超速行为。

图3是自动控制雾灯和可判更换滤清器感应头的最佳安装位置说明图。本发明检测雾气含量和灰尘含量的检测器的安装位置需要满足以下条件：周围光照为零（否则会干扰它的工作或降低灵敏度）、不能有较多灰尘贴在两个凸透镜表面、不能有水贴于两个凸透镜表面、所处环境温度不能高于50°，要与外界相同，才不影响对雾气的检测、能最直接地反映出空气滤芯接触到的实际灰尘量。

同时满足所述要求使用环境所有要求的最佳安装位置位于滤清器空气滤芯11的前端，即图中检测器安装位置9。

此位置安装本光电检测器能有效达到前项所有要求。滤清器内空气滤芯11的前端周围光照为零。滤清器进气通道8入口处有强劲气流可以有效去除偶然落在第一凸透镜2和第二凸透镜3表面上的水滴或灰尘，起到很好的自洁作用。此处快速流动的空气可以时刻保证此处温度与外界大致相同，确保雾气的正确检测。此处能最直接地反映出空气滤芯接触到的实际灰尘量。

在整个说明书中，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的技术原理的情况下，能够进行各种改变和修改。因此，本发明的技术范围不限于本说明书中的详细描述，而应当由所附权利要求的范围限定。

Claims (8)

1.一种用于检测雾气含量和灰尘含量的检测器，其特征在于，包括：

发光装置，用于发出检测灰尘、雾气的光线；

光接收装置，用于接收检测区域反馈的检测光线，并将检测光线的光信号转化为电信号；

电路模块，用于给发光装置提供电源和接通光接收装置；

电子模块，用于接收光接收装置的电信号并判断检测区域光线是正常光、散射光还是反射光。

2.如权利要求1所述的检测雾气含量和灰尘含量的检测器，其特征在于：所述的发光装置倾斜安装于检测器一端，所述光接收装置倾斜安装于检测器另一端，且与发光装置对向布置，所述的电路模块通过电线连接发光装置，并连通光接收装置和电子模块。

3.如权利要求2所述的检测雾气含量和灰尘含量的检测器，其特征在于所述的发光装置前端装有第一凸透镜，检测光线穿过第一凸透镜会聚进入灰尘、雾气检测区域，所述的光接收装置前端装有第二凸透镜，检测光线穿过第二凸透镜会聚到光接收装置。

4.如权利要求3所述的检测雾气含量和灰尘含量的检测器，其特征在于所述的第一凸透镜轴向方向与第二凸透镜轴向方向的夹角为90度至170度。

5.如权利要求1所述的检测雾气含量和灰尘含量的检测器，其特征在于所述发光装置的发射检测光线方向与光接收装置的接收检测光线方向的夹角为90度至170度。

6.如权利要求1所述的检测雾气含量和灰尘含量的检测器，其特征在于所述的发光装置是半导体发光管或半导体激光器，所述的光接收装置是光敏二极管或光敏三极管。

7.一种具有权利要求1-6任意一项所述检测器的滤清器，包括滤清器腔体、空气滤芯，其特征在于：所述的检测器设置于滤清器腔体内，空气滤芯的前端。

8.一种具有权利要求1-6任意一项所述检测器的汽车，包括雾灯、滤清器、信息处理系统，所述的滤清器还包括空气滤芯和滤清器腔体，其特征在于：所述的检测器与汽车信息处理系统电性连接并设置于滤清器腔体内，空气滤芯的前端。

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