CN116080587A - 一种光学式雨量传感器的光学结构及雨量检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及技术领域，具体涉及到一种光学式雨量传感器的光学结构及雨量检测方法，用于对车辆挡风玻璃进行雨量感应，包括支撑座、光发射组件和光接收组件，所述光发射组件和光接收组件设置在支撑座上，所述光发射组件包括若干光源和若干发射端透镜，所述光接收组件包括光探测器、导光结构，所述导光结构包括若干组导光组件，所述光束依次经过发射端透镜、车辆挡风玻璃、导光结构被光探测器接收。本发明采用多通道光路系统得到较多的信号，可利用算法对信号的筛选处理，提高信噪比，提高检测的准确度；本发明的光接收组件采用导光结构替代现有技术中的透镜聚焦，使得光束从不同方向入射到光探测器，无需对每一通道单独设计透镜。

Description

一种光学式雨量传感器的光学结构及雨量检测方法
技术领域
本发明涉及雨量传感器技术领域，具体涉及到一种光学式雨量传感器的光学结构及雨量检测方法。
背景技术
随着科技的不断发展进步，地铁、轻轨、机动车等车辆开始配置自动雨量检测的自动雨刷系统，该系统的核心部件为雨量传感器。
光学式雨量传感器，一般是利用光的全反射原理，感应雨滴的大小，从而自动调节雨刷运行速度。在光学式雨量传感器中有一光源，发出一束光，这束光穿过前挡风玻璃。当挡风玻璃上没有雨水时，光束在挡风玻璃外表面发生全反射，并到达对应位置的光学传感器上；当下雨的时候，挡风玻璃上的雨水导致上述光束无法发生全反射，光线路径发生偏离，导致传感器接收到光的总量的发生变化，从而检测到雨水的存在。
光学式传感器探测雨量光斑面积越大，信噪比越高，得到的信息就越详尽、准确。所以，为便于算法处理实现高信噪比，多通道粗光束光路系统是光学设计的方向。但是，由于雨量传感器有小型化需求，对产品的尺寸有严格限制，所以光路系统可用空间有限，导致光学结构设计有很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种光学式雨量传感器的光学结构及雨量检测方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种光学式雨量传感器的光学结构，用于对车辆挡风玻璃进行雨量感应，包括支撑座、光发射组件和光接收组件，所述光发射组件和光接收组件设置在支撑座上，所述光发射组件包括若干光源和若干发射端透镜，一个所述光源和一个发射端透镜组成一组光发射器，所述光接收组件位于支撑座的中心处，若干所述光源和发射端透镜环绕光接收组件均匀分布，所述光接收组件包括光探测器、导光结构，所述导光结构包括若干组导光组件，一组所述导光组件对应一组光发射器，所述光源发出光束，所述光束依次经过发射端透镜、车辆挡风玻璃、导光结构被光探测器接收，所述发射端透镜用于准直光源发出的光束，所述导光结构用于将光束传导到光探测器上。
进一步的，所述支撑座为圆盒状的高透红外光硅胶块，所述光发射组件和光接收组件设置在高透红外光硅胶块内。
进一步的，所述支撑座粘接在车辆挡风玻璃上。
进一步的，所述导光组件包括一个导光板或者多个平行设置的导光板。
进一步的，所述导光板包括入射面、出射面和两个反射面，所述光束以一定角度通过入射面进入导光组件，经过两个反射面多次反射达到出射面，经过出射面折射到光探测器上。
进一步的，所述入射面粘接在支撑座上，两个所述反射面相互平行并与入射面垂直，所述出射面和反射面形成一定的折射倾斜角。
进一步的，所述光探测器包括探测面，所述探测面能够接收经过导光结构的所有光线。
进一步的，所述导光组件以光探测器的中轴线为中心围成一圈形成正多边形结构，所述光发射器设置在对应的导光组件的外侧。
进一步的，所述发射端透镜为TIR透镜，所述TIR透镜的全反射面上设置有光学花纹。
进一步的，还包括控制器，所述控制器分别与光源、光探测器连接并对光源和光探测器进行控制。
本发明还提供了一种光学式雨量传感器的雨量检测方法，包括以下步骤：
步骤1，先开启其中一个光源，光源向发射端透镜发出光束；
步骤2，光束经过发射端透镜准直并转向至车辆挡风玻璃上；
步骤3，当车辆挡风玻璃上没有雨水时，光束在车辆挡风玻璃外表面发生全反射，并到达光接收组件上被接收；当车辆挡风玻璃上有雨水时，挡风玻璃上的雨水导致上述光束无法发生全反射，光线路径发生偏离，无法到达光接收组件上；
步骤4，依次开启剩下的光源完成步骤1-3，通过光接收组件接收的所有信息自动调节雨刷的运行速度。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的光学式雨量传感器的光学结构至少包括以下有益效果之一：
本发明的光学式雨量传感器由若干光源和若干发射端透镜组成多通道光路系统，采用多通道光路系统得到较多的信号，可利用算法对信号的筛选处理，提高信噪比，提高检测的准确度；
本发明的光学式雨量传感器的光接收组件采用导光结构替代现有技术中的透镜聚焦，使得光束从不同方向入射到光探测器，无需对每一通道单独设计透镜，只需将光束导入进光导板后就能被光探测器接收，在满足雨量传感器小型化需求的情况下，尽可能的提高检测的光斑面积，提高信噪比；
本发明的光学式雨量传感器的发射端透镜采用TIR透镜，并在全反射面上增加光学花纹，实现光束准直的同时，分区域局部控制光线方向，实现大面积光斑被探测器接收；
本发明的光学式雨量传感器的雨量检测方法利用多通道光路系统得到较多的信号，并且所有的信号仅通过一个光探测器接收，便于算法进行信号对比处理，提高检测的准确度，满足小型化需求，降低制造成本。
附图说明
图1为本发明优选实施例中一种光学式雨量传感器的光学结构的结构示意图；
图2为本发明优选实施例中光接收组件的结构示意图；
图3为本发明优选实施例中发射端透镜的结构示意图；
附图标记：1、支撑座；2、光发射组件；3、光接收组件；21、光源；22、发射端透镜；23、光学花纹；31、光探测器；32、导光结构；33、导光板；331、入射面；332、出射面；333、反射面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1-3所示，本发明的优选实施例，一种光学式雨量传感器的光学结构，用于对车辆挡风玻璃进行雨量感应，包括支撑座1、光发射组件2和光接收组件3，所述光发射组件2和光接收组件3设置在支撑座1上，所述光发射组件2包括若干光源21和若干发射端透镜22，一个所述光源21和一个发射端透镜22组成一组光发射器，所述光接收组件3位于支撑座1的中心处，若干所述光源21和发射端透镜22环绕光接收组件3均匀分布，所述光接收组件3包括光探测器31、导光结构32，所述导光结构32包括若干组导光组件，一组所述导光组件对应一组光发射器，所述光源21发出光束，所述光束依次经过发射端透镜22、车辆挡风玻璃、导光结构32被光探测器31接收，所述发射端透镜22用于准直光源21发出的光束，所述导光结构32用于将光束传导到光探测器31上。
本发明的光学式雨量传感器由若干光源21和若干发射端透镜22组成多通道光路系统，采用多通道光路系统得到较多的信号，可利用算法对信号的筛选处理，提高信噪比，提高检测的准确度；本发明的光学式雨量传感器的光接收组件3采用导光结构32替代现有技术中的透镜聚焦，使得光束从不同方向入射到光探测器31，无需对每一通道单独设计透镜，只需将光束导入进光导板后就能被光探测器31接收，在满足雨量传感器小型化需求的情况下，尽可能的提高检测的光斑面积，提高信噪比；本发明的光学式雨量传感器的发射端透镜22采用TIR透镜，并在全反射面上增加光学花纹23，实现光束准直的同时，分区域局部控制光线方向，实现大面积光斑被探测器接收。
作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：
在本实施例中，所述支撑座1为圆盒状的高透红外光硅胶块，所述光发射组件2和光接收组件3设置在高透红外光硅胶块内。通过圆盒状的高透红外光硅胶块固定光发射组件2和光接收组件3，通过高透红外光硅胶块12过滤掉其他类型的光线，保留穿透能力较强的红外光，并搭配接收红外光的光探测器31检测，确保检测的灵敏度，提高测量的准确性。
在本实施例中，所述支撑座1粘接在车辆挡风玻璃上。通过将支撑座1粘接在车辆挡风玻璃上，以便将光发射组件2和光接收组件3固定在车辆挡风玻璃上，以进行雨量检测。
在本实施例中，所述导光组件包括一个导光板33或者多个平行设置的导光板33。导光组件采用一个或多个平行设置的导光板33可增大探测到的光斑面积，扩大车辆挡风玻璃的检测范围，提高信噪比，提高检测精度，具体的，本实施例中采用两个平行的导光板33，此外，采用导光板33导光，无需对每一通道单独设计透镜，降低设计加工难度。
在本实施例中，所述导光板33包括入射面331、出射面332和两个反射面333，所述光束以一定角度通过入射面331进入导光组件，经过两个反射面333多次反射达到出射面332，经过出射面332折射到光探测器31上，所述入射面331粘接在支撑座1上，两个所述反射面333相互平行并与入射面331垂直，所述出射面332和反射面333形成一定的折射倾斜角。光源21发出光束，经过发射端透镜22准直后照射到车辆挡风玻璃上，当车辆挡风玻璃上没有雨水时，光束在车辆挡风玻璃外表面发生全反射，反射的光束以一定角度通过入射面331进入导光组件，光束在两个平行的反射面333之间不断反射，最后经过出射面332折射到光探测器31上，被光探测器31接收。
在本实施例中，所述光探测器31包括探测面，所述探测面能够接收经过导光结构32的所有光线。光探测器31包括探测面，根据所有出射面332的折射倾斜角来确定探测面的位置和大小，确保进入导光组件的光束全部被光探测器31接收，避免出现检测误差。
在本实施例中，所述导光组件以光探测器31的中轴线为中心围成一圈形成正多边形结构，所述光发射器设置在对应的导光组件的外侧。导光组件和相应的光发射器以光探测器31的中轴线为中心围成一圈，以便所有的导光组件和光发射器产生的光束都能被中心的光探测器31接收，减小整体结构的体积，满足小型化要求，多通道光路系统共用一个光探测器31，节约材料和成本。
在本实施例中，所述发射端透镜22为TIR透镜，所述TIR透镜的全反射面上设置有光学花纹23。TIR是指“TotalInternalReflection”,即全内反射,又称全反射,是一种光学现象。当光线从较高折射率的介质进入到较低折射率的介质时,如果入射角大于某一临界角时,折射光线将会消失,所有的入射光线将被反射而不进入低折射率的介质。TIR透镜可提高光能利用率，TIR透镜是采用全反射原理将光线收集并处理而成，发射端透镜22采用TIR透镜具有较好的准直效果，在全反射面上增加光学花纹23，在实现光束准直的同时，分区域局部控制光线方向，实现大面积光斑被探测器接收，提高检测精度。
在本实施例中，还包括控制器，所述控制器分别与光源21、光探测器31连接并对光源21和光探测器31进行控制。本发明的雨量传感器满足智能化自动化要求，利用控制器分别对光源21和光探测器31进行控制，可实现自动化检测，使用方便，控制器包括但不限于小型可编程处理器。
本发明还提供了一种光学式雨量传感器的雨量检测方法，包括以下步骤：
步骤1，先开启其中一个光源21，光源21向发射端透镜22发出光束；
步骤2，光束经过发射端透镜22准直并转向至车辆挡风玻璃上；
步骤3，当车辆挡风玻璃上没有雨水时，光束在车辆挡风玻璃外表面发生全反射，并到达光接收组件3上被接收；当车辆挡风玻璃上有雨水时，挡风玻璃上的雨水导致上述光束无法发生全反射，光线路径发生偏离，无法到达光接收组件3上；
步骤4，依次开启剩下的光源21完成步骤1-3，通过光接收组件3接收的所有信息自动调节雨刷的运行速度。
通过控制器依次开启光源21，避免光源21产生的光束相互干扰，利用有雨水和没有雨水的信号差异，光接收组件3在接收所有信号后，判断雨量大小，进而自动调节雨刷的运行速度。
本发明的光学式雨量传感器的雨量检测方法利用多通道光路系统得到较多的信号，并且所有的信号仅通过一个光探测器31接收，便于算法进行信号对比处理，提高检测的准确度，满足小型化需求，降低制造成本。
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (11)

1.一种光学式雨量传感器的光学结构，用于对车辆挡风玻璃进行雨量感应，其特征在于，包括支撑座(1)、光发射组件(2)和光接收组件(3)，所述光发射组件(2)和光接收组件(3)设置在支撑座(1)上，所述光发射组件(2)包括若干光源(21)和若干发射端透镜(22)，一个所述光源(21)和一个发射端透镜(22)组成一组光发射器，所述光接收组件(3)位于支撑座(1)的中心处，若干所述光源(21)和发射端透镜(22)环绕光接收组件(3)均匀分布，所述光接收组件(3)包括光探测器(31)、导光结构(32)，所述导光结构(32)包括若干组导光组件，一组所述导光组件对应一组光发射器，所述光源(21)发出光束，所述光束依次经过发射端透镜(22)、车辆挡风玻璃、导光结构(32)被光探测器(31)接收，所述发射端透镜(22)用于准直光源(21)发出的光束，所述导光结构(32)用于将光束传导到光探测器(31)上。
2.根据权利要求1所述的一种光学式雨量传感器的光学结构，其特征在于，所述支撑座(1)为圆盒状的高透红外光硅胶块，所述光发射组件(2)和光接收组件(3)设置在高透红外光硅胶块内。
3.根据权利要求1所述的一种光学式雨量传感器的光学结构，其特征在于，所述支撑座(1)粘接在车辆挡风玻璃上。
4.根据权利要求1所述的一种光学式雨量传感器的光学结构，其特征在于，所述导光组件包括一个导光板(33)或者多个平行设置的导光板(33)。
5.根据权利要求4所述的一种光学式雨量传感器的光学结构，其特征在于，所述导光板(33)包括入射面(331)、出射面(332)和两个反射面(333)，所述光束以一定角度通过入射面(331)进入导光组件，经过两个反射面(333)多次反射达到出射面(332)，经过出射面(332)折射到光探测器(31)上。
6.根据权利要求5所述的一种光学式雨量传感器的光学结构，其特征在于，所述入射面(331)粘接在支撑座(1)上，两个所述反射面(333)相互平行并与入射面(331)垂直，所述出射面(332)和反射面(333)形成一定的折射倾斜角。
7.根据权利要求1所述的一种光学式雨量传感器的光学结构，其特征在于，所述光探测器(31)包括探测面，所述探测面能够接收经过导光结构(32)的所有光线。
8.根据权利要求1所述的一种光学式雨量传感器的光学结构，其特征在于，所述导光组件以光探测器(31)的中轴线为中心围成一圈形成正多边形结构，所述光发射器设置在对应的导光组件的外侧。
9.根据权利要求1所述的一种光学式雨量传感器的光学结构，其特征在于，所述发射端透镜(22)为TIR透镜，所述TIR透镜的全反射面上设置有光学花纹(23)。
10.根据权利要求1所述的一种光学式雨量传感器的光学结构，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与光源(21)、光探测器(31)连接并对光源(21)和光探测器(31)进行控制。
11.一种光学式雨量传感器的雨量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，先开启其中一个光源(21)，光源(21)向发射端透镜(22)发出光束；
步骤2，光束经过发射端透镜(22)准直并转向至车辆挡风玻璃上；
步骤3，当车辆挡风玻璃上没有雨水时，光束在车辆挡风玻璃外表面发生全反射，并到达光接收组件(3)上被接收；当车辆挡风玻璃上有雨水时，挡风玻璃上的雨水导致上述光束无法发生全反射，光线路径发生偏离，无法到达光接收组件(3)上；
步骤4，依次开启剩下的光源(21)完成步骤1-3，通过光接收组件(3)接收的所有信息自动调节雨刷的运行速度。
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