DE10150078A1 - Precipitation sensor device for motor vehicle windscreen has a combination of temperature sensors, heaters and coolers that enables the reliable detection of both solid and liquid precipitation independently of surface dirt - Google Patents

Precipitation sensor device for motor vehicle windscreen has a combination of temperature sensors, heaters and coolers that enables the reliable detection of both solid and liquid precipitation independently of surface dirt

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Abstract

Method for detection of precipitation on the surface of a windscreen, etc. by use of temperature and condensation sensors (3). According to the ambient conditions the measurement area is heated or cooled and the temperature of the measurement area as well as that of the ambient air measured. A combination of the measured values and their variation with time is used to make a conclusion about the presence or absence of precipitation on the surface being monitored. The invention also relates to a corresponding device for detection of precipitation on a measurement area of a windscreen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Niederschlägen an der Oberfläche eines zu überwachenden Bauteils unter Verwendung von Temperatur- und Taupunktsensorik.The invention relates to a method and a device for the detection of Precipitation on the surface of a component to be monitored Use of temperature and dew point sensors.

Vorrichtungen und Verfahren zur Messung von Niederschlag auf der Grund­ lage der Messung der Leitfähigkeit zwischen Elektrodenbahnen sind vielfältig bekannt und beispielsweise in DE 195 22 918 beschrieben. Bei dieser Vorrich­ tung wird beim Überschreiten einer bestimmten Feuchtigkeit ein Einschaltsi­ gnal erzeugt und anschließend ein Rückschaltsignal dann erzeugt, wenn eine bestimmte Feuchtigkeit unterschritten wird und eine bestimmte Verzögerungs­ zeit abgelaufen ist. Devices and methods for measuring precipitation on the ground Location of measuring the conductivity between electrode tracks are varied known and described for example in DE 195 22 918. With this device If a certain humidity is exceeded, a switch-on function is activated signal and then generates a downshift signal when one certain humidity is undershot and a certain delay time is up.  

Der Nachteil derartiger Verfahren besteht darin, dass nur flüssige Nieder­ schläge eine Veränderung der Leitfähigkeit hervorrufen und damit Zustände wie Vereisung oder Hagel nicht erfasst werden können. Nachteilig ist ferner, dass bei einer flächigen Verschmutzung der Detektionsfläche die Nieder­ schläge nicht mehr erkannt werden. Um fallende feste Niederschläge wie Schnee oder Hagel zu erkennen, werden die Niederschläge bei solchen Systeme durch Beheizen verflüssigt. Dadurch wird aber die Erfassung von Niederschlä­ gen infolge von Taupunktunterschreitung verhindert.The disadvantage of such methods is that only liquid low would cause a change in conductivity and thus conditions how icing or hail cannot be detected. Another disadvantage is that if the detection surface is dirty over a large area, the low strikes can no longer be recognized. To falling solid precipitation like In such systems, the precipitation is recognized as snow or hail liquefied by heating. This, however, detects precipitation prevented due to falling below the dew point.

Ein weiterer Feuchtesensor ist in DE 198 33 331 C2 beschrieben. Dieser Feuchtesensor besteht aus mindestens zwei parallelen elektrischen Leitern, einem Zuleitungskabel und einem Messgerät zum Erfassen von Dielektrizitäts­ konstanten, wobei beide elektrische Leiter mit einer Isolierschicht umgeben sind und auf der der Schicht abgewandten Seite von einer Metallabschirm­ schicht bedeckt sind. Nachteilig ist hierbei, dass mit diesem Feuchtesensor nur Wasser detektiert werden kann und die Anordnung ebenfalls stark verschmut­ zungsempfindlich ist.Another moisture sensor is described in DE 198 33 331 C2. This Moisture sensor consists of at least two parallel electrical conductors, a supply cable and a measuring device for detecting dielectric constant, with both electrical conductors surrounded by an insulating layer are and on the side facing away from the layer by a metal shield layer are covered. The disadvantage here is that with this humidity sensor only Water can be detected and the arrangement is also very dirty is sensitive to tongue.

In DE 199 15 103 A1 ist eine Einrichtung zur Erfassung von wetterbedingten Einflüssen auf die Funktion von Weichenheizungen beschrieben, bei der ein niederschlagerfassender Sensor in einem vorgegebenen Abstand zur Weichen­ heizung angeordnet ist, der aus einem Heizelement und einem Temperatursen­ sor besteht, wobei durch Auswertung des Temperaturverlaufs das Vorhandensein von Niederschlag detektiert wird. Diese Einrichtung ist störan­ fällig gegenüber Verschmutzung und Umwelteinflüssen wie Umgebungstempe­ ratur und Windgeschwindigkeit, da die Wärmeübertragung von Heizelement zu Sensorelement auch von diesen Faktoren beeinflusst wird. Eine sichere Detek­ tion von Niederschlägen ist somit nur eingeschränkt möglich. Nachteilig ist auch hierbei, dass die Detektion von Niederschlag infolge von Taupunktunter­ schreitung nicht möglich ist. DE 199 15 103 A1 describes a device for recording weather-related Influences on the function of point heaters described in the Precipitation-sensing sensor at a predetermined distance from the points heating is arranged, which consists of a heating element and a Temperatursen sor exists, whereby by evaluating the temperature profile Presence of precipitation is detected. This facility is stubborn due to pollution and environmental influences such as ambient temperature temperature and wind speed, since the heat transfer from the heating element to Sensor element is also influenced by these factors. A safe detec precipitation is therefore only possible to a limited extent. The disadvantage is Again, the detection of precipitation due to dew point below step is not possible.  

Ferner ist nach DE 195 06 550 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem durch spektralanalytische Messung und Auswertung der Transmissions- und Refle­ xionseigenschaften von Niederschlag eine Niederschlagsdetektion erfolgt. Aufgrund des Einsatzes von optischen Anordnungen ist wegen deren starker Verschmutzungsempfindlichkeit sowie ihres hohen Aufwandes und des damit verbundenen hohen Preises dieses Verfahren nur für spezielle Applikationen geeignet. Unter rauen industriellen Bedingungen und für den Einsatz im Freien sind derartige Geräte nicht anwendbar.Furthermore, according to DE 195 06 550 A1, a method is known in which spectral analysis measurement and evaluation of the transmission and reflect Precipitation of precipitation occurs. Because of the use of optical arrangements is stronger because of them Sensitivity to contamination as well as its high cost and thus associated high price this process only for special applications suitable. Under harsh industrial conditions and for outdoor use such devices are not applicable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der sowohl flüssige als auch feste Niederschläge detektiert werden können, die gegenüber Verschmutzungen unempfindlich ist und kostengünstig herstellbar ist.The invention is based on the object of a method and a device of the type mentioned at the beginning, with which both liquid and solid Precipitation can be detected, compared to pollution is insensitive and is inexpensive to manufacture.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren, welche die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale und mit einer Vorrichtung, welche die im Patentanspruch 5 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst.The object is achieved with a method that the in Features specified and with a device which having the features specified in claim 5, solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements are specified in the subclaims.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Sie ermöglicht eine aggregatszustandsunabhängige Niederschlagsdetektion, insbesondere auch von Niederschlägen durch Taupunktunterschreitung, wie dies beispielsweise bei Betauung, Bereifung oder Vereisung möglich ist, sowie von fallenden Niederschlägen beliebiger Form, wie Regen, Schnee, Tau u. a. Sie kann kostengünstig hergestellt werden und ist für Einsatzfälle an verschmutzungsgefährteten Orten und mit starker mechanischer Beanspru­ chung geeignet. The invention is characterized by a number of advantages. It enables precipitation detection independent of the aggregate state, especially of precipitation due to falling below the dew point, such as this is possible for example with condensation, frosting or icing, and falling precipitation of any shape, such as rain, snow, dew and the like. a. It can be manufactured inexpensively and is suitable for use cases pollution-prone places and with strong mechanical stress suitable.  

Durch die mikrorechnergesteuerte Auswerteeinheit kann aus den Signalverläu­ fen und ihren Verknüpfungen Niederschlag auch bereits kurz vor seiner Entste­ hung prognostiziert werden. Damit können bereits vor dem Einsetzen von Niederschlag Maßnahmen für das Freihalten der Fläche, z. B. das Einschalten von Heizungen, eingeleitet werden. Durch das fehlerarme Ermitteln der Temperatur kurz vor dem Auftreten von Vereisung kann die Heizung auch erst kurz vor Erreichen des Vereisungszustandes eingeschaltet werden, so dass sich gegenüber den bekannten Verfahren, bei dem die Heizung aus Sicherheitsgrün­ den zeitig eingeschaltet werden muss, eine deutliche Energiekosteneinsparung ergibt.Thanks to the microcomputer-controlled evaluation unit, the signal can be and their links also precipitate shortly before its creation hung be predicted. This means that even before Precipitation Measures for keeping the area free, e.g. B. switching on of heaters. By determining the The heating can only reach the temperature shortly before icing occurs be switched on shortly before reaching the icing condition so that compared to the known method in which the heating is made of safety green which must be switched on in time, a significant saving in energy costs results.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment explained.

In der zugehörigen Zeichnung zeigtIn the accompanying drawing shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung im Längsschnitt. Die Vorrichtung verfügt über mindestens vier Sensorelemente 1 bis 4, ein Kühlelement 5, ein Heizelement 6 sowie eine mikrorechnergesteuerte Ansteu­ er- und Auswerteeinheit 7. Fig. 1 is a schematic representation of the arrangement in longitudinal section. The device has at least four sensor elements 1 to 4 , a cooling element 5 , a heating element 6 and a microcomputer-controlled control and evaluation unit 7 .

An der zu überwachenden Oberfläche ist ein äußerer Temperatursensor 1 angebracht. In einem geeigneten wasserdampfdurchlässigen Gehäuse 8 befin­ den sich an der zu überwachenden Oberfläche der Oberflächentemperatursen­ sor 2 sowie eine kompakte Anordnung mit einem Feuchte- oder Taupunktsensor 4 und in dessen unmittelbarer Nähe ein Temperaturfühler 3 zur Bestimmung der an dem Feuchte- oder Taupunktsensor 4 bestehenden Tempe­ ratur. Der Feuchte- oder Taupunktsensor 4 ist mit einem Kühlelement 5 und einem Heizelement 6 gekoppelt. Die Ansteuer- und Auswerteeinheit 7 ist zweckmäßiger Weise innerhalb des Gehäuses 8 angebracht. Sie kann aber auch außerhalb angeordnet werden. An external temperature sensor 1 is attached to the surface to be monitored. In a suitable water vapor permeable casing 8 befin the at monitoring at the surface of the Oberflächentemperatursen sor 2 and a compact arrangement with a humidity or dew point 4 and in the immediate vicinity of a temperature sensor 3 for determining the existing on the humidity or dew point sensor 4 Tempera ture , The moisture or dew point sensor 4 is coupled to a cooling element 5 and a heating element 6 . The control and evaluation unit 7 is expediently mounted within the housing 8 . However, it can also be arranged outside.

Der äußere Temperatursensor 1 ermittelt die Umgebungstemperatur, während mit dem Oberflächentemperatursensor 2 die Temperatur an der Fläche, auf der sich der Niederschlag absetzt, bestimmt wird. Die an der Oberfläche des Feuch­ te- oder Taupunktsensors 4 herrschende Temperatur ermittelt dessen Tempera­ tursensor 3. Die dort vorhandene Temperatur kann auf Werte, die sowohl oberhalb als auch unterhalb der Umgebungstemperatur liegen, geregelt werden. Die Temperaturänderungen werden mit Hilfe des Kühlelements 5 und des Heizelements 6 hervorgerufen.The outer temperature sensor 1 determines the ambient temperature, while the surface temperature sensor 2 is used to determine the temperature on the surface on which the precipitation settles. The temperature prevailing on the surface of the moisture or dew point sensor 4 determines its temperature sensor 3 . The temperature there can be regulated to values that are both above and below the ambient temperature. The temperature changes are brought about with the aid of the cooling element 5 and the heating element 6 .

Mit der Ansteuer- und Auswerteeinheit 7 wird der Verlauf dieser Regelung vorgegeben und aus der mathematischen Verknüpfung der gemessenen Größen und ihrer Zeitverläufe der Zustand der Fläche, insbesondere eine Aussagen darüber, ob ein Niederschlag vorhanden ist, ermittelt.The control and evaluation unit 7 specifies the course of this control and determines the state of the surface, in particular a statement as to whether precipitation is present, from the mathematical combination of the measured variables and their time courses.

Dabei ist es auch möglich, dass von der mikrorechnergesteuerten Ansteuer- und Auswerteeinheit 7 aus den Signalverläufen bereits kurz vor dem Auftreten von Niederschlag dieser prognostiziert werden kann, so dass erforderliche Gegenmaßnahmen veranlasst werden können. It is also possible that the microcomputer-controlled control and evaluation unit 7 can predict the signal curves shortly before the occurrence of precipitation, so that necessary countermeasures can be initiated.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

11

äußerer Temperatursensor
outer temperature sensor

22

Oberflächentemperatursensor
Surface temperature sensor

33

Temperatursensor des Feuchtefühlers
Temperature sensor of the humidity sensor

44

Feuchte- oder Taupunktsensor
Humidity or dew point sensor

55

Kühlelement
cooling element

66

Heizelement
heating element

77

Ansteuer- und Auswerteeinheit
Control and evaluation unit

88th

Gehäuse (wasserdampfdurchlässig)
Housing (permeable to water vapor)

Claims (6)

1. Verfahren zur Detektion von Niederschlägen an der Oberfläche eines zu überwachenden Bauteils unter Verwendung von Temperatur- und Taupunkt­ sensorik (3), dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Messfläche, auf der sich der Niederschlag absetzt, eine Feuchte- oder Taupunktmessung durchgeführt wird, indem die Messfläche je nach Umgebungsbedingungen erwärmt oder gekühlt wird und die Temperatur dieser Messfläche sowie die Umgebungstem­ peratur an der zu überwachenden Oberfläche gemessen und aus der Verknüp­ fung der gemessenen Größen und ihrer Zeitverläufe eine Aussage über das Vorhandensein von Niederschlag an der zu überwachenden Oberfläche getrof­ fen wird.1. A method for the detection of precipitation on the surface of a component to be monitored using temperature and dew point sensors ( 3 ), characterized in that a moisture or dew point measurement is carried out on a measuring surface on which the precipitation settles the measuring surface is heated or cooled depending on the ambient conditions and the temperature of this measuring surface and the ambient temperature are measured on the surface to be monitored and a statement is made about the presence of precipitation on the surface to be monitored from the combination of the measured variables and their time profiles , 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Erwärmung und Kühlung sowie die Ermittlung der Aussage über das Vorhandensein von Niederschlag mit einer mikrorechnergesteuerten Ansteuer- und Auswerteeinheit (7) erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the control of the heating and cooling and the determination of the statement about the presence of precipitation is carried out with a microcomputer-controlled control and evaluation unit ( 7 ). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die mikrorechnergesteuerte Auswerteeinheit (7) aus den Signalverläufen und ihren Verknüpfungen bereits kurz vor seiner Entstehung eines Niederschlags auf der Messfläche ein Signal erzeugt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a signal is generated by the microcomputer-controlled evaluation unit ( 7 ) from the signal curves and their links shortly before its formation of a precipitate on the measuring surface. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Auswerteeinheit (7) Standardausgangssignale erzeugt werden, die eine Heizvorrichtung in Gang setzen können. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that with the evaluation unit ( 7 ) standard output signals are generated which can start a heating device. 5. Vorrichtung zur Detektion von Niederschlägen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer kompakten Anordnung, die auf die zu überwachende Oberfläche aufsetzbar ist, ein Kühlelement (5) und ein Heizelement (6) sowie ein Feuchte- oder Taupunktsensor (4) und in dessen Nähe ein Temperatursensor (3) zur Messung der Temperatur des Feuchte- oder Taupunktsensor (4) angeordnet sind und die kompakte Anordnung mit einem äußeren Temperatursensor (1), der an der zu überwachenden Oberfläche angeordnet ist, sowie einer mikrorechnergesteuerten Ansteuer- und Auswerte­ einheit (7) verbunden ist.5. Device for detecting precipitation according to one of claims 1 to 4, characterized in that in a compact arrangement that can be placed on the surface to be monitored, a cooling element ( 5 ) and a heating element ( 6 ) and a moisture or dew point sensor ( 4 ) and in the vicinity of which a temperature sensor ( 3 ) for measuring the temperature of the humidity or dew point sensor ( 4 ) are arranged and the compact arrangement with an external temperature sensor ( 1 ), which is arranged on the surface to be monitored, and a microcomputer-controlled one Control and evaluation unit ( 7 ) is connected. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kompakte Anordnung von einem wasserdampfdurchlässigen Gehäuse (8) umschlossen ist.6. The device according to claim 5, characterized in that the compact arrangement of a water vapor permeable housing ( 8 ) is enclosed.
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