CN1275501C

CN1275501C - 由传感器控制的灯及其控制方法

Info

Publication number: CN1275501C
Application number: CNB011371234A
Authority: CN
Inventors: M·胡茨勒; G·勒曼; J·舒里格
Original assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Current assignee: Landes Vance
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: EP1202610A2; US6580221B2; EP1202610A3; DE10052541A1; US20020057569A1; CN1350418A; CA2359537A1; DE50112954D1; CA2359537C; ZA200108520B; EP1202610B1

Abstract

公开一种由传感器控制的灯及其控制方法，其中通过光传感器测定入射光，由控制单元根据传感器信号控制灯的发光装置，测定传感器信号随时间的变化，确定用于控制发光装置的控制参数，如果低于或超出所述传感器信号随时间变化的极限值，则把所属的传感器值与一个阈值相比较，在低于或超出该阈值时改变发光装置的工作状态，在超出干扰光极限值的传感器信号时间变化过程中，在预定延时期间不给出控制信号来改变发光装置的工作状态。只要传感器信号仍处于变化后的能级，就把延时延长，并且随着延时的增加而升高切换阈值，直到达到传感器信号的所述变化后的能级。由此可以提高灯的可靠性。

Description

由传感器控制的灯及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种由传感器控制的灯的控制方法以及一种由传感器控制的灯。

背景技术

在德国专利DE 195 14 973 A1中公开了一种荧光灯，其中根据光传感器信号来控制荧光灯放电管的前联设备，并通过该传感器来测定周围环境的光入射。

这种荧光灯中存在的问题在于：自发光的入射与周围环境的光入射互相叠加，使得光传感器所测得的信号可能不可靠。由放电管所发出的光的光谱在灯启动之后将会发生变化，原因是红外光部分在启动之后立即会变得相对较高，并且在一定的启动时间(激活时间)之后又下降到一个小的值，因此使上述问题更加明显。从而在使用红外传感器的情况下，正常自然光中所含有的红外光将会因激活阶段所发出的红外部分而得到加强，使得由传感器测得的信号在激活阶段错误地增大。传感器信号的不可靠比如可能导致：荧光灯首先在周围环境光较小的情况下启动，然后在启动之后再次关断，原因是传感器由自发光的红外部分而测得一个信号，它对应于比实际情况要大的亮度，使得荧光灯在周围环境的光入射较低的情况下也会被关断。

在德国专利DE 195 14 973 A1中，这个缺点如此来得到克服，即在荧光灯启动时接入一种延时元件，使得在给定的延时期间不会由于传感器信号的变化而产生荧光灯的控制。该延时与放电管的最大激活时间相匹配，使得在延时过程之后，自发光的红外部分下降到一个不再以前述方式使传感器信号不可靠的值。

然而在这个已公开的解决方案中存在着问题，比如在冬季，在外部温度低的情况下，荧光灯的激活时间将会因较小的汞气压力而比夏天气温较高的情况下要大大延长，使得在极端条件下由延时元件所预定的延时比在低温条件下所调节的激活时间要短，并且该解决方案也可能在灯的控制中出现前述的不稳定性。

当荧光灯用半透明的遮挡物遮挡时，放电管所发出的红外部分在指向传感器方向上的反射要多于用透明遮挡物遮挡灯时的情况，从而出现类似的问题。

发明内容

与此相反，本发明的任务在于，创造一种由传感器控制的灯的控制方法和一种由传感器控制的灯，其中在不利的工作条件下也可以减少由于叠加的干扰信号所造成的传感器信号的不可靠性。

根据本发明的由传感器控制的灯的控制方法，其中通过光传感器来测定入射光，并且由控制单元根据传感器信号来控制灯的发光装置，具有以下步骤：

-测定传感器信号随时间的变化，并且

-根据传感器信号的大小和随时间的变化来确定用于控制发光装置的控制参数，

其中如果低于或超出所述传感器信号随时间变化的极限值，则把所属的传感器值与一个阈值相比较，并且在低于或超出该阈值时改变发光装置的工作状态，

在确定所述切换值后所出现的、超出干扰光极限值的传感器信号时间变化过程中，在预定延时期间不给出控制信号来改变发光装置的工作状态，

只要传感器信号仍处于变化后的能级，就把延时延长，并且随着延时的增加而升高切换阈值，直到达到传感器信号的所述变化后的能级。

根据本发明的由传感器控制的灯，该灯可以上述的方法来进行控制，具有至少一个传感器以便用来测定光入射，并且具有一种控制单元以便用来根据传感器信号和该传感器信号随时间的变化控制灯，其设有一种微处理器，它被用来：测定所述的传感器信号随时间的变化；存贮传感器信号、工作参数和极限值；并且在传感器信号超出或低于阈值之一时给出控制信号来改变灯的工作状态。

如本发明所述，该灯设有微处理器，通过该微处理器来测定由于入射光而产生的传感器信号随时间的变化。根据传感器信号的梯度可以确定用于控制发光装置的控制参数。本发明的方案首先可以根据光入射随时间的变化来控制发光装置，使得诸如温度波动、遮挡方式、干扰源等外部影响以及激活特性等可以通过所述梯度来测定，并在控制中考虑它们。

通过利用控制信号随时间的变化进行控制，可以比如极精确地测出自发光的红外部分在激活阶段期间的降低，使得灯在激活阶段期间能够在一种模式下工作(与温度、灯的状态、发光装置的质量、供电电压、灯遮挡的方式、安装位置等无关)，在该模式中，不会由于传感器上的干扰光入射而改变放电管的工作状态。只有当自发光的红外部分减弱时才进行灯的正常控制，使得因周围环境中相对恒定的光入射而造成的传感器信号随时间的变化变小。也即，这种切换不再依赖于与普通工作条件相匹配的平均延时，而是专门在荧光灯的每次接通过程中根据工作条件来重新确定，以便确保规定的灯功能。

在常规系统中，可以通过外部的手动调节器来对导通阈值和关断阈值实施一定的变化然而这些变量还需要在变化的工作条件下(冬季、夏季或使用地点)进行再调整，这样，必须要有较高的人工耗费来实现所要求的匹配。

根据本发明的优选扩展方案，当传感器信号随时间的变化低于一个预定极限值时，在每次启动过程之后就确定一个关断阈值或切换阈值，该值以一个预定值高于在达到所述极限值时的传感器信号值。也就是说，本发明的关断阈值或切换阈值是在每次启动过程中重新确定的，因此不需要象前述现有技术那样进行手动匹配。在达到该阈值时比如可以把灯关断，原因是可以认为此时有充足的自然光。为了代替所述的关断，当然也可以切换到其它的工作状态，比如功率降低、闪烁、变暗或类似的状态。

由于需要测定传感器信号随时间的变化，所以也可能因外部的杂散光线比如汽车前灯、相邻建筑的闪光等而掺杂一些干扰信号，原因是这些干扰源一般都具有突然的亮度上升。也就是说，从控制信号的突然变化可以推断出存在干扰光，并且根据本发明接通一个延时，该延时一直延续到周围环境光的干扰光不再产生影响作用。也就是说，在该延时期间不改变放电管的控制。

为了避免由此引起放电管产生过长时间的激活，在所述延时增加的同时也提高关断阈值，直到它超过因干扰光所引起的传感器信号。于是，在加入亮度的情况下，传感器信号上升，使得即便以后存在干扰光也会超过关断阈值，并从而将放电管关断。

通过微处理器也可以设置紧急断路，通过紧急断路在超过预定最大传感器信号时自动地把灯关断。

通过由微处理器对入射光进行时间测定，可以根据光变换周期、比如日周期来测出一种光特性曲线，这样，在已知光特性曲线的情况下，可以从传感器信号随时间的变化中得出周期时间的结论，比如日时间。于是，可以根据所测得的该周期时间来控制灯的功能。

本发明的荧光灯有利地用两个传感器来实施，其中两个传感器的信号在微处理器中相互独立地或一起进行处理。

当微处理器、传感器和灯控制装置(前控设备等)设置在一个单独的扁条上时，该灯便可以尤其紧凑地实现。

若微处理器中存放有用于检测循环的程序，且该检测循环在灯投入工作时或在任意地遮盖灯的时候实施，那么可以提高所述由传感器控制的灯的工作可靠性。在检测循环的范围内，可以比如在预定的时间间隔之后把灯接通或关断，使得用户可以简单地对灯的功能进行确认。

附图说明

下面将借助优选的实施例来对本发明进行详细描述。

其中：

图1示出了本发明荧光灯的视图；

图2示出了本发明荧光灯的电路框图；

图3示出了用于解释图1荧光灯的功能的流程图；

图4示出了在一个日周期期间的周围环境光入射随时间的变化；

图5示出了在一个周期期间的传感器信号随时间的变化；

图6示出了在变化的周围环境条件下传感器信号随时间的变化；以及

图7示出了在出现干扰光的情况下传感器信号随时间的变化。

具体实施方式

图1示出了荧光灯1的图示。该灯具有放电管2，其末端固定在灯座外壳4中。在距放电管2较远的外壳4的末端处设有用于把荧光灯1旋入灯座的螺旋灯头6。在灯座外壳4的外周装有两个相互径向设置的红外传感器8、10，通过该传感器可以测得入射光的红外部分。在外壳4的内部设置有用点划线标明的扁条12，在该扁条上设有两个红外传感器8和10、微处理器14、以及普通的灯控设备，比如用于控制放电管2的前联设备16(见图2)。下面还要详细解释，微处理器14可以根据入射到传感器8、10上的光随时间的变化来调节和改变某些开关阈值，由此来保证根据灯、电源的状态和周围环境条件而对灯控制进行最佳地匹配。

图2示出了设置在以点划线标明的扁条12上的电路的非常简化的电路图。与此相应，根据测量时间来测定对应于光入射的两个传感器8、10的输入信号ε，并且从这些测定并存贮的传感器信号中求出梯度dε/dt。然后根据这些与时间有关的值ε和dε/dt来对放电管2的前联设备16进行控制，以便改变其工作状态(开/断、变暗、闪烁等)。

图3示出了由微处理器14控制的程序流程图。一旦把荧光灯1旋入灯座并建立与电源的连接，那么就启动该程序。在荧光灯1的这种首次投入使用之后，首先对灯控制所要求的参数进行一次初始化，其中比如读出存放在微处理器14的存贮器中的数据，或者根据实际的入射光来进行匹配。这些存放在微处理器14的存贮器中的参数比如可以是用于接通和关断放电管的阈值、诸如自检时间等控制时间、以及用于识别工作状态的最大时间等等(激活时间、用于消隐干扰信号的延时等)。

在参数初始化之后，通过程序控制来开始进行荧光灯1的功能检测，其中荧光灯在预定时间之后接通，并在短的点燃时间之后再次关断。当灯与电源相联时，比如可以一直实施这种自检，使得用户马上被告知荧光灯工作就绪。

在实施该自检之后，通过两个传感器8、10来进行正常的光测定，其中根据时间把传感器信号存贮起来，并从存贮的值中求出前述的梯度dε/dt。

在图4中描绘了传感器信号ε根据日时t的随时间的变化。在自然光入射的情况下，传感器信号位于高能级，其中该能级基本位于在初始化时存放的、并在必要时与周围环境条件相匹配的导通阈值ε_E的上方。在进入黑暗的情况下，传感器信号ε变得较弱，并在时间点t1低于导通阈值ε_E，使得程序把周围环境状态识别为“黑暗”，并生成用于接通放电管2的控制信号。在完全黑暗的情况下，传感器信号ε保持在大致恒定的低能级，并且只有在早上变得明亮的情况下才再次上升到阈值ε_E，其中在时间点t₂达到该值。在达到预定的关断阈值时把放电管2关断，其中该关断阈值不必与导通阈值ε_E相一致。由传感器所测得的传感器信号ε在灯关断的情况下随着亮度的上升而上升，直到达到中午时其最大的能级。

如果通过微处理器14获知传感器信号ε在施加电源电压时位于导通阈值ε_E的下方，也即传感器信号位于暗区，则进行灯的快速启动并接通放电管2。如果传感器信号还位于亮区，则在预定的时间间隔内测定光的入射和梯度dε/dt，并且当传感器信号ε下降到导通阈值ε_E之下时，则把灯接通。

于是，在接通灯之后，根据梯度dε/dt以下述方式来测定灯的激活阶段，并且在激活阶段结束之后确定一个关断阈值。

在激活灯的过程中，也继续进行光测定，并分析传感器信号ε和求出梯度dε/dt。对于在接通放电管2时出现干扰光的情况，可以通过程序控制来进行干扰光消隐，通过该消隐可以补偿干扰光的影响，并从而对放电管的工作状态没有什么影响。

在超过程序流程中所确定的关断阈值之后，把灯1关断，并在必要时根据图3所示的特性曲线测出如下的时钟时间，即该时间可以进行与时间有关的程序控制。然后程序控制返回到参数初始化、且灯被首次进行功能检测之后的输出状态。

从图3的流程图中还可看出，在程序循环期间也可以实施自检，以检查荧光灯1。

在上述实施例中，荧光灯2具有两个传感器8、10。两个信号的传感器信号ε(在微处理器中)相互分开或在加权(平均值)之后一起进行处理。

如前述已实施的一样，从周围环境入射而来的光可能叠加了放电管2的自发光或干扰源，使得传感器信号ε不能体现周围环境的光入射。本发明的微处理器控制能够根据梯度dε/dt来识别这类干扰源，并且给出相应的修正信号来进行灯的控制。这将借助下面的图5至7来进行解释。

图4中所标绘的特性曲线描述了一种理想状态，其中传感器信号ε没有受到干扰源或自发光部分的影响。实际上传感器信号如图5中所示的那样来进行调节。如在前述理想状态中一样，传感器信号ε在从明亮过渡到黑暗的过程中下降到导通阈值ε_E，使得在达到该导通阈值ε_E时把荧光灯1接通。这可以在微处理器的存贮器中预先给定，然而原则上也可以根据图4所示的特性曲线来对导通阈值进行动态地匹配，使得能够顾及到季节影响、初始化时间点或灯的安装地点，等等。

在接通放电管2之后，传感器信号ε由于自发光的比较高的红外部分而升高，使得传感器信号再次返回到明亮区域。在激活时间过去之后，自发光的红外部分降低，使得传感器信号再次下降到导通阈值ε_E下方，并且在灯完全激活之后基本上仅由周围环境的光入射来确定。从而在激活阶段，图5中所示的曲线过程具有通往明亮区域的再次上冲和通往黑暗区域的传感器信号下降，其中激活阶段结束的特征是传感器信号过渡到大约水平延伸的部分。

通过分析梯度dε/dt可以根据传感器信号的前述变化来可靠地测定激活阶段，其中当梯度dε/dt低于预定的极限值E₁时，控制才对激活阶段的结束有反应。只要梯度dε/dt大于极限值E₁，那么就不考虑传感器信号上升到明亮区域，使得微处理器14不把用于关断放电管的控制信号给到前联设备16。从而在激活阶段可靠地防止了自发光的影响。

在激活阶段之后，也即梯度dε/dt低于极限值E₁之后，通过程序控制来确定关断阈值ε_A，其中该值以一个预定值高于激活阶段结束时的那个传感器信号。也即，关断阈值ε_A在每次接通放电管2之后重新确定，以便补偿干扰源的影响，比如外部温度(因汞气压力变化而致使红外光部分变化)、电源波动或灯的寿命，等等。

随着亮度的升高，传感器信号ε升高并达到在激活阶段之后所确定的关断阈值ε_A，使得放电管2关断。通过关断放电管2，在激活阶段之后仍旧存在的、自发光的相对微小的红外部分也消失了，使得传感器信号再次短时下降到黑暗区域，然后随着亮度的升高以图5所示的方式而升高一循环可以重新开始。

图6中所示的控制与图5所示控制的区别仅仅在于，在激活阶段之后所测得的关断阈值ε_A不象在前述实施例中一样保持恒定，而是根据传感器信号的变化而在黑暗区域中动态地变化。这种关断阈值的动态跟踪ε_A(t)能够补偿传感器信号的缓慢变化，比如由温度变化引起的在黑暗阶段的缓慢变化(尤其在冬季)。也即，当温度在夜间下降相对较大的情况下，自发光的红外部分由于汞气压力减小而增大，使得传感器信号在黑暗区域轻易地上升。然而，传感器信号的梯度dε/dt远远小于激活阶段的梯度，这样，灯控制就保持在其正常模式而不会判断为处于激活阶段。关断阈值则根据微小的梯度dε/dt以图5所示的方式进行变化，其中关断阈值ε_A持续地以一个预定值高于相应的传感器信号。

为了防止在亮度上升时关断阈值产生变化，可以把关断阈值的动态变化限定在图4所示特性曲线的一个预定时间区域，使得在早晨不进行关断阈值的动态跟踪。

图7涉及的是如下情况，即：在黑暗阶段存在比如由汽车前灯或临近建筑的闪光而引起的干扰光入射。由传感器8、10所测得的光线的红外部分因该干扰光而升高，使得传感器信号突然上升并且超过以前述方式所确定的关断阈值ε_A。

传感器信号的这种突然上升将导致过渡区域中梯度dε/dt的上升。在微处理器14的存贮器内存放了干扰光极限值E₂，其中把该值与梯度dε/dt进行比较。如果所述的梯度超过干扰光极限值E₂，那么程序控制就判定存在干扰光，并且在确定的延时t₀期间不给出控制信号来改变放电管2的工作状态。在延时t₀过去之后，在当前的传感器信号与在黑暗区域中所测量的最后传感器信号之间构成一种梯度，并且再次把该梯度与干扰光极限值E₂相比较。如果该梯度仍然大于干扰光极限值E₂，则再次把延时延长一个值t₀。再次重复该循环，直到干扰光影响消失且传感器信号再次下降到关断阈值ε_A的下方。

为了避免放电管2过分长的激活，可以限定所述延时循环的次数，或者在每次延时循环中提高关断阈值，直到该值超过由干扰光产生的传感器信号的能级ε。于是，在亮度上升的情况下，叠加了干扰光的传感器信号将继续上升，使得超出提高的关断阈值，并以前述方式把灯1关断。

图3所描述的用于验证灯是否工作就绪的自检比如可以如此来实施，即把灯1的传感器8、10遮盖起来。

遮盖传感器8、10将导致传感器信号的突然下降，以便在所形成的梯度dε/dt超出另一自检极限值的情况下通过灯的开/关来开始前述的自检。

在微处理器14的存贮器中还可以存放紧急关断极限值，在超出该极限值的情况下由微处理器14给出信号来关断荧光灯2。通过该紧急关断极限值保证了即便在程序流程有故障的情况下也能在达到预定的亮度范围时把灯关断。

在微处理器14的存贮器中存放一个最大过程时间，以便比如在超出激活时间的最大值之后，根据最后所测得的传感器信号来确定所述的关断阈值，这样便可以进一步改善本发明灯的工作可靠性。

如前所述，可以从图4的特性曲线中得出日时间的结论，由此可得知，图4特性曲线的对称轴18大约对应于时间0.00点至0.30点，这样，在测得24小时特性曲线的情况下也可以相对精确地确定所述的时钟时间。然后可以根据该时钟时间对前述参数进行附加地控制和改变。

本发明公开了一种由传感器控制的灯和该由传感器控制的灯的控制方法，其中借助微处理器来分析传感器信号，并且根据传感器信号随时间的变化来改变或优化灯控制的工作参数。

参考符号表

1 荧光灯

2 放电管

4 外壳

6 螺旋灯头

8 红外传感器

10 红外传感器

12 扁条

14 微处理器

16 前联设备

18 对称轴

Claims

1.由传感器控制的灯(1)的控制方法，其中通过光传感器(8、10)来测定入射光，并且由控制单元(16)根据传感器信号(ε)来控制灯(1)的发光装置，具有以下步骤：

-测定传感器信号随时间的变化(dε/dt)，并且

-根据传感器信号的大小(ε)和随时间的变化(dε/dt)来确定用于控制发光装置(2)的控制参数(ε_E、ε_A、t₀)，

其中如果低于或超出所述传感器信号随时间变化(dε/dt)的极限值(E₁、E₂)，则把所属的传感器值(ε)与一个阈值(ε_E、ε_A)相比较，并且在低于或超出该阈值时改变发光装置的工作状态，

在确定所述切换值后所出现的、超出干扰光极限值(E₂)的传感器信号(ε)时间变化过程中，在预定延时(t₀)期间不给出控制信号来改变发光装置的工作状态，

其特征在于：

只要传感器信号(ε)仍处于变化后的能级，就把延时(t₀)延长，并且随着延时(t₀)的增加而升高切换阈值(ε_A)，直到达到传感器信号(ε)的所述变化后的能级。

2.如权利要求1所述的方法，其中在低于所述极限值(E₁)后确定一个关断阈值(ε_A)，该关断阈值以一个预定值高出在低于所述极限值(E₁)时的传感器信号值(ε)。

3.如权利要求1所述的方法，其中当传感器信号(ε)超出存放在微处理器(14)的存贮器中的紧急关断极限值时，通过微处理器(14)来给出关断信号。

4.如权利要求1所述的方法，其中在光的变换周期中所测得的传感器信号(ε)被存放在微处理器(14)的存贮器内，并由此测出一种特性曲线，从该特性曲线中可以根据所测得的传感器信号(ε)来推导出周期时间(t)的结论。

5.如权利要求4所述的方法，其中关断阈值、切换阈值或导通阈值根据所述的周期时间来改变或确定。

6.如权利要求4所述的方法，其中所述的变换周期是日周期。

7.如权利要求1所述的方法，其中灯(1)具有传感器(8、10)，并且微处理器(14)将传感器信号(ε)相互分开地进行处理，或将两个传感器信号加权一起进行处理，并把控制信号输出给发光装置的灯控制器。

8.如权利要求1所述的方法，其中在与电源相联时，或者在遮盖传感器(8、10)时实施一种检测循环，其中灯(1)按照预定的时间间隔接通和关断。

9.如权利要求1所述的方法，其中在灯(1)投入工作时根据光入射来改变预定的导通值(ε_E)。

10.由传感器控制的灯，具有至少一个传感器(8、10)以便用来测定光入射，并且具有一种控制单元以便用来根据传感器信号(ε)和该传感器信号随时间的变化(dε/dt)控制灯(1)，其特征在于一种微处理器(14)，它被用来：测定所述的传感器信号随时间的变化(dε/dt)；存贮传感器信号、工作参数和极限值(E₁、E₂)；并且在传感器信号(ε)超出或低于阈值(ε_E、ε_A)之一时给出控制信号来改变灯(1)的工作状态。

11.如权利要求10所述的由传感器控制的灯，其中设置有两个传感器(8、10)，其信号可以由分析单元(14)分开或一起进行处理。

12.如权利要求10所述的由传感器控制的灯，其中在一个共同的扁条(12)上设置有用于测定、存贮和处理传感器信号(ε)的微处理器(14)、两个传感器(8、10)和灯控装置(16)。

13.如权利要求10所述的由传感器控制的灯，其中灯是荧光灯(1)，传感器(8、10)是红外传感器。