DE4011416A1 - Witterungssensorik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Witterungssensorik gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Erfindung der genannten Art wird u. a. zur Steuerung von modernen Autobahnwarnschildern, Aufnahme von Meßwerten in Wetterstationen usw. eingesetzt und kommt daher zum Beispiel im Bereich der Verkehrstechnik zur Anwendung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine kompakte, preiswerte, materialsparende und leichtherstellbare Witte­ rungssensorik zu realisieren. Mittels dieser soll die ak­ tuelle Wettersituation an diversen Meßorten erfaßt, regi­ striert und zur Anzeige gebracht werden. Zusätzlich soll die Option der direkten Steuerung von Warneinrichtun­ gen seitens der Witterungssensorik bestehen.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in dem Pa­ tentanspruch 1 beschrieben. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen aufgeführt.

Der erfindungsgemäße Lösungsgedanke besteht darin, daß eine Witterungssensorik aus einem Niederschlagssensor, ei­ nem Windsensor und einem Nebelsensor mit einer vorteilhaf­ terweise gemeinsamen Auswerteeinheit vorzugsweise in einem Gerät ausgebildet ist.

Alternativ hierzu kann jeder Sensor, die beschichtet sein können, eine eigene Auswerteeinheit - die auch für diesen Fall gleichzeitig als Steuerung wirken kann - aufweisen. Weiterhin sind die einzelnen Sensoren separat ausbildbar.

Der vorliegenden Anordnung steht eine leicht herstellbare, preiswerte, witterungsbeständige Realisierung des Lösungs­ gedankens dar und erfüllt die Aufgabenstellung in vollem Umfang.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schnittbild einer vorteilhaften Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 2 ein Schnittbild für einen vorteilhaften Nebensen­ sor;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines vorteilhaften Nieder­ schlagssensors.

Die erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 1 ist wie folgt ausgebildet:
Ein z. B. wannenförmiges Gehäuse 40 ist mit einer Membrane 33 derart bespannt, daß sich eine Art Hohlraum 39 ausbil­ det. In der Mitte bzw. an mehreren anderen Stellen des Hohlraumes 39 ist einer bzw. mehrere Sensoren ausgebildet, die den Druck auf die Membrane 33 registrieren. Hierbei kann der Sensor derart ausgebildet sein, daß ein mechani­ sches Übertragungselement 35 den auf die Membrane 33 aus­ geübten Druck an ein piezoelektrisches Element 34 über­ trägt, welches sich an der Bodenfläche des Gehäuses 40 be­ findet. Alternativ hierzu kann der Sensor direkt an der wasserabweisenden Membrane 33 montiert sein. Ein Druckaus­ gleichsbehälter 36 ist mit dem gekapselten Hohlraum 39 verbunden. Der Gehäuseboden ist auf zwei oder mehrere Druckaufnehmer 38, die ihrerseits vorzugsweise auf Absor­ bern 37 gelagert sind, ausgebildet.

Vorteilhafterweise am Gehäuseboden sind ein optischer Sen­ der 71 und/oder ein optischer Empfänger 72 ausgebildet. Vorzugsweise an einem oder mehreren Druckaufnehmern 38 ist eine Pfeife 31 ausgebildet. Sie besteht unter anderem aus einem Rohr an dessen Fußpunkt eine Platte angebracht ist, so daß Luft in vorteilhafter Weise stets in seitlicher Richtung umgelenkt wird. An der Seite, z. B. mittig, sind einer oder mehrere Drucksensoren ausgebildet. Diese Witterungssensorik ist üblicherweise parallel zur Horizontalen ausgerichtet, d. h., daß die Membrane 37 tan­ gential zur Lotrechten bezüglich eines beliebigen freibe­ weglichen Pendels, welches in Richtung Erdmittelpunkt weist, ausgebildet ist. Gegenüber dieser Lage darf die Membrane bis ca. 45° geneigt sein. Auch eine Segmentierung 10 (Fig. 3) der Membrane ist möglich.

Hieraus folgt, daß, wenn dieser Wiederschlagssensor

• a) im wesentlichen aus der Membrane 33, die mit dem Sensor 34, 35 (vorzugsweise Piezokeramik) besteht, gekoppelte Niederschläge, die auf die Oberfläche der Membran niedergehen, in Amplitude und Frequenz ausgewertet werden und hieraus den erforderlichen Regelvorgang der nicht gezeigten Auswerteein­ heit/Steuereinheit unmittelbar einleitet;
• b) wie der vorgenannte Sensor, aus einer, in z. B. vier Quadranten geteilten Membran 10 deren ein­ zelne Quadranten, nach innen oder außen geneigt, mit einem Sensor (vorzugsweise Piezokeramik), ge­ koppelt sind, Niederschläge, die auf die Oberflä­ che der Membranquadranten niedergehen, in Ampli­ tude, Frequenz und Verteilung richtungsabhängig auswertet und hieraus den erforderlichen Regelvor­ gang unmittelbar einleitet.
  • - Der Sensor zur Detektion von Luftbewegungen, wie oben ausgeführt, ist im wesentlichen aus einer rohrförmigen, am unteren Ende offenen Pfeife 31 ausgebildet, in der ein Sensor, (vorzugsweise Pie­ zokeramik) 32 montiert ist, der Luftbewegungen, die die rohrförmige Pfeife anregen detektiert und nach Frequenz und Amplitude in der z. B. Auswerte­ einheit zur Anzeige bringt, wodurch unmittelbar Regelvorgänge eingeleitet werden können.
  • - Der Sensor zur Detektion von Luftbewegungen ist richtungsabhängig, wenn der wie der vorgenannte Sensor aus der rohrförmigen, am unteren Ende offe­ nen Pfeife 31 besteht, an die ein Sensor, (vor­ zugsweise Piezokeramik) montiert ist, der Luftbe­ wegungen, die die rohrförmige Pfeife anregen de­ tektiert und nach Frequenz und Amplitude z. B. in der Auswerteeinheit/Steuereinheit zur Anzeige bringt, wodurch unmittelbar Regelvorgänge einge­ leitet werden können.

Diese Pfeifen 31 sind, vorzugsweise in einer Anordnung um den oben genannten Niederschlagsensor angeordnet. Die Mon­ tage erfolgt so, daß die, der Anströmrichtung des Windes abgewandten Sensoren mit ihrer Anströmöffnung im Wind­ schatten des Gehäuses liegen.

Durch die Intensität der Anströmung der einzelnen Pfeifen kann auf die Richtung der Luftströmung geschlossen werden und entsprechende Regelmaßnahmen eingeleitet werden.

Der Sensor zur Detektion der Sichtweite, ist aus obigen der aus einer Reflexsensor 71, 72 bzw. 77 nach Fig. 2 aus einem optischen Sender 71 und einem Empfänger 72 ausgebil­ det.

Bei Auftreten von Sichtbehinderungen durch Nebel oder Rauch 78 (Fig. 2) wird das vom optischen Sensor 71 ausge­ sendete Licht von dem, die Sichtbehinderung bewirkenden Medium reflektiert und diese Reflektion von einem, auf die Frequenz des Senders abgestimmten Empfänger detektiert. Das detektierte Signal wird z. B. obiger Auswerteeinheit zugeleitet, die eine entsprechende Regelung bewirkt.

Weitere Kriterien für das Einleiten von Regelmaßnahmen sind kurzfristige Helligkeitsänderungen im Erfassungsbe­ reich des optischen Sensors, die von den normalen Zyklen abweichen.

Das optische Sensorsystem 77 nach Fig. 2 kann sowohl als Reflektionsdetektor, als auch in der Art einer Durchgangs­ meßstrecke ausgelegt werden, bei der Sender und Empfänger einige Meter voneinander entfernt sind. Ebenso besteht die Möglichkeit, Sender 71 und Empfänger 72 in einem Gehäuse zu montieren und über eine Optik zu betreiben.

Die Witterungssensorik zeichnet sich dadurch aus, daß die Sensorik der beiden erstgenannten Sensorarten keine Strom­ versorgung benötigt. Die von der Piezokeramik erzeugten Signale können zu einer Aufschaltung des Systems verwendet werden.

Die ggf. erforderliche Heizung der Membrane 33 kann auf einfache Weise durch Kaltleiter realisiert werden und ist damit selbstregelnd.

Das System bedarf von gelegentlichen Reinigungsarbeiten abgesehen, keiner Wartung.

Zum weiteren Ausbau besteht die Möglichkeit, in das System weitere Sensoren bekannter Bauart zur Erfassung von Ände­ rungen der Temperatur, Luftfeuchtigkeit und des Luftdrucks zu integrieren.

Die Sensoren können richtungsabhängig sowie summierend be­ züglich eintreffender Ereignisse (z. B. Regentropfen) wir­ ken.

Hierdurch stellen sich nicht nur die eingangsgenannten Vorteile ein, sondern es sind auch Sensorverbundsysteme realisierbar, die an diverse Rechnerverbundsysteme ange­ schlossen werden können.

Claims (10)

1. Witterungssensor, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nie­ derschlagssensor, ein Windsensor und ein Nebensensor mit einer vorteilhafterweise gemeinsamen Auswerteeinheit vor­ zugsweise in einem Gerät ausgebildet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederschlagssensor derart ausgebildet ist, daß eine zum Beispiel nach oben gerichtete Membran mit einem Senso­ relement verbunden ist und das eine Beaufschlagung der Membran detektiert.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserabweichende Membrane, die beheizt sein kann, in mehrere Bereiche eingeteilt ist, die vorzugsweise jeder mit einem Sensorelement, welches z. B. ein piezokeramischer Sensor ist, verbunden sind.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Teilbereiche der Membran zur Mitte des Sensors ansteigend oder abfallend montiert sind, um die Einfallsrichtung des Niederschlags zu detektieren.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Windsensor derart ausgebildet ist, daß er aus einer vorzugsweise rohrförmige, am unteren Ende offene dieser Pfeife ist, die mit einem oder mehreren Sensorelementen versehen ist, ausgebildet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfeife aus einem wasserabweisenden Material ausgebil­ det oder ein solches Material auf sie aufgebracht ist und/oder beheizt ist und vorzugsweise 4 Sensoren, bei denen es sich z. B. um piezokeramische Sensoren handelt, um den Außendurchmesser des vorgenannten Niederschlagsensors montiert sind.

7. Anordnung nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensoren so montiert sind, daß die der Anströmrichtung des Windes abgewandten Sensoren mit ihrer Anströmöffnung auf der windabgewandten Seite im Windschat­ ten des Gehäuses montiert sind.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Sender und ein optischer Empfänger so zuein­ ander montiert sind, daß das, z. B. an Nebel reflektierte Licht von dem Empfänger detektiert wird.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebensensor unter einer Abdeckung montiert ist.

10. Anordnung nach Anspruch 8 und/oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das System des Sensors an den betauungsrele­ vanten Stellen beheizbar ist.