DE4439048A1

DE4439048A1 - Feuchtesensor

Info

Publication number: DE4439048A1
Application number: DE19944439048
Authority: DE
Inventors: Reinhold Berberich
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 1996-05-09

Description

Die Erfindung betrifft einen Feuchtesensor, insbesondere zur Erkennung von Feuchte auf einer Kraftfahrzeugscheibe.

Neben vielen anderen Feuchtesensoren sind akustische Sensoren bekanntgeworden, bei denen auftreffende Tropfen elektrische Signale erzeugen, die nach geeigneter Verstärkung ausgewertet werden. Die Funktion dieser Feuchtesensoren wird dadurch beeinträchtigt, daß auch Staub, Steinchen, Sand und Insekten beim Auftreffen Signale erzeugen. Ferner wird dieser Feuchtesensor unempfindlicher, wenn er völlig mit Wasser benetzt ist. Dann erzeugen weitere auftreffende Tropfen schwächere Signale. Außerdem werden kleinste feine Tropfen, wie beispielsweise Nebelnässe, nicht detektiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem akustischen Feuchtesensor die erwähnten Nachteile weitgehend zu vermeiden, insbesondere die Verringerung der Empfindlichkeit durch die Benetzung mit Wasser.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein elektro-akustischer Wandler mit einer Schallaustritts-/-eintrittsfläche der Feuchte ausgesetzt ist und mindestens zeitweise von einer Wechselspannung, vorzugsweise im Ultraschall-Frequenzbereich, beaufschlagt ist.

Durch das Anlegen der Wechselspannung an den elektro-akustischen Wandler wird die Schallaustritts-/-eintrittsfläche - im folgenden auch Sensorfläche genannt - in Schwingung versetzt, wodurch Feuchtigkeit von dieser weggeschleudert wird. Dieser Effekt ist an sich durch die Verwendung bei Luftbefeuchtern und Inhalatoren bekannt. Bei dem erfindungsgemäßen Feuchtesensor ist eine Ausnutzung dieses Effekts in zweifacher Hinsicht möglich. Zum einen ändern sich die elektrischen Eigenschaften, insbesondere die Impedanz, in Abhängigkeit davon, ob die Fläche mit Feuchtigkeit benetzt ist. Zum anderen wird eine andauernde Benetzung mit Wasser vermieden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß aus der Impedanz des elektro-akustischen Wandlers während des Anlegens der Wechselspannung ein Signal über das Vorliegen von Feuchte abgeleitet wird. Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Ausführungsform besteht darin, daß der elektro-akustische Wandler in Resonanz betrieben wird, aus deren Verstimmung ein Signal über das Vorliegen von Feuchte abgeleitet wird.

Eine vorteilhafte Realisierung dieser Ausführungsform kann dadurch erfolgen, daß die Frequenz der Wechselspannung auf Resonanz geregelt wird und daß eine dabei entstehende Regelspannung eine vorhandene Feuchte angibt.

Durch diese Ausführungsform kann auch Feuchte detektiert werden, welche sich durch feine Tropfen, wie beispielsweise Nebelnässe, auf der Fläche niedergeschlagen hat. Außerdem tritt bei einer entsprechend hohen zugeführten Leistung keine nennenswerte Verminderung der Empfindlichkeit durch Benetzung des Sensors mit Wasser auf. Fehlanzeigen durch Staub, Steinchen und Sand sind ebenfalls praktisch ausgeschlossen.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feuchtesensors ist vorgesehen, daß der elektro-akustische Wandler zyklisch derart mit der Wechselspannung beaufschlagt ist, daß auf der Schallaustritts-/-eintrittsfläche befindliche Feuchte entfernt wird, und daß zwischen der Beaufschlagung mit Wechselspannung Meßintervalle vorgesehen sind.

Durch Beaufschlagung mit einer ausreichend hohen Wechselspannung wird zwischen den Meßintervallen die angesammelte Feuchte entfernt. Die Messung als solche kann dann gemäß einer Weiterbildung dieser weiteren Ausführungsform dadurch erfolgen, daß in den Meßintervallen das Ausgangssignal des als Mikrofon betriebenen elektro-akustischen Wandlers ausgewertet wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß in der Ausgangsspannung des elektro-akustischen Wandlers enthaltene Impulse gezählt werden und daraus ein Signal über das Vorliegen von Feuchte abgeleitet wird.

Eine andere Weiterbildung der weiteren Ausführungsform besteht darin, daß in den Meßintervallen der elektro-akustische Wandler auch mit einer Wechselspannung, jedoch mit einer geringeren Leistung beaufschlagt ist und aus der Impedanz des elektro-akustischen Wandlers ein Signal über das Vorliegen von Feuchte abgeleitet wird.

Bei dieser Weiterbildung wird die Beaufschlagung mit Wechselspannung dazu benutzt, die Fläche vor einem weiteren Meßintervall zu trocknen. Während der Beaufschlagung mit einer geringeren Wechselspannung erfolgt eine Auswertung im Sinne der ersten Ausführungsform.

Eine einfache Realisierung der weiteren Ausführungsform besteht darin, daß der elektro-akustische Wandler über einen von einem Mikrocomputer steuerbaren Umschalter abwechselnd mit einem die Wechselspannung abgebenden Ausgang des Mikrocomputers und mit einem Eingang eines Verstärkers verbindbar ist, dessen Ausgang an einen Analogsignaleingang des Mikrocomputers angeschlossen ist. Zur Erzeugung einer ausreichenden Leistung kann dabei vorgesehen sein, daß zwischen dem Ausgang des Mikrocomputers und dem Umschalter ein weiterer Verstärker angeordnet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Feuchtesensor ist es besonders vorteilhaft, wenn der elektro-akustische Wandler ein Piezo-Wandler ist.

An einem Kraftfahrzeug kann der Sensor dort angeordnet sein, wo bezüglich der Feuchte bzw. des Auftreffens von Regentropfen ähnliche Verhältnisse herrschen wie an einer sauber zu haltenden Scheibe, insbesondere der Windschutzscheibe. Es kann daher vorgesehen sein, daß ein Teilbereich der Kraftfahrzeugscheibe oder ein Teilbereich der Karosserie-Oberfläche die Sensorfläche bildet. Ferner eignet sich ein Außenspiegel des Kraftfahrzeugs zur Anbringung der Sensorfläche.

Sehr langsame Änderungen des abgeleiteten Signals ergeben sich, wenn Teilchen, wie Staub oder Pollen, das Signal verursachen. Zur Erkennung von Regen ist es daher meistens vorteilhaft, wenn die Differenz aus mehreren aufeinanderfolgend abgeleiteten Signalen gebildet wird.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sind schematisch in der Zeichnung als Fig. 1 und 2 dargestellt und nachfolgend beschrieben.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in Fig. 1 dargestellte Feuchtesensor umfaßt einen elektro-akustischen Wandler 1, der im wesentlichen aus einer Piezo-Folie 2 besteht, welcher eine Spannung über Anschlüsse 3, 4 zuführbar ist. Der elektro-akustische Wandler ist geschnitten dargestellt, wobei die Fläche 5 als Sensorfläche dient und Teilchen, wie beispielsweise Regentropfen, in Pfeilrichtung auf die Fläche 5 auftreffen können. Während ein Anschluß 3 mit Masse verbunden ist, ist an den Anschluß 4 ein steuerbarer Umschalter 6 angeschlossen, der über zwei Verstärker 7, 8 mit einem Ausgang 9 und einem Analogeingang 10 eines Analog/Digital-Wandlers 13 eines Mikrocomputers 11 verbunden ist. Ferner steht ein Steuereingang des Umschalters 6 mit einem weiteren Ausgang 12 des Mikrocomputers in Verbindung.

Bei 15 erzeugt der Mikrocomputer 11 eine Wechselspannung mit einer Frequenz oberhalb des Hörbereichs, die über den Ausgang 9 dem Verstärker 7 zugeführt, dort verstärkt und dann über den Umschalter 6 dem elektro-akustischen Wandler zugeführt wird. Die mit der Verstärkung erzielte Leistung ist derart groß, daß während dieser Phase eventuell vorhandene Feuchtigkeit von der Fläche 5 entfernt wird.

In einer weiteren Phase wird über den Ausgang 12 der Umschalter in die untere Stellung gelegt, so daß von dem dann als Mikrofon betriebenen elektro-akustischen Wandler 1 Signale zum Eingang des Verstärkers 8 gelangen. Die verstärkten Signale werden in einem im Mikrocomputer 11 vorhandenen Analog/Digital-Wandler 13 in digitale Signale umgewandelt und entsprechend einem im Mikrocomputer 11 vorhandenen Programm analysiert. So können beispielsweise Impulse über eine vorgegebene Zeit gezählt werden, so daß ein Signal entsteht, das im wesentlichen anzeigt, wieviele Regentropfen auf die Fläche 5 auftreffen.

Einem weiteren Ausgang 14 des Mikrocomputers 11 kann ein Signal abgenommen werden, das beispielsweise diese Anzahl darstellt oder das ein reines binäres Signal ist, welches von einem Zustand in den anderen übergeht, wenn die Sensorsignalanalyse im Mikrocomputer eine Wischerauslösung als notwendig erkennt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird der elektro-akustische Wandler 1 ununterbrochen mit einer Wechselspannung beaufschlagt, wobei jedoch in einer ersten Phase mehr Leistung als in einer zweiten Phase zugeführt wird. Dazu dient eine umschaltbare Wechselspannungsquelle, die vom Verstärker 7, von einem steuerbaren Schalter 16 und einem Widerstand 17 gebildet wird.

Während der ersten Phase ist der Schalter 16 leitend, so daß der elektro-akustische Wandler die volle Ausgangsleistung des Verstärkers 7 erhält. Dadurch wird die eventuell vorhandene Feuchtigkeit von der Fläche 5 entfernt. Während der zweiten Phase ist der Schalter 16 nichtleitend. Die sich wieder ansammelnde Feuchte wird dann dadurch gemessen, daß der elektro-akustische Wandler 1 in Resonanz betrieben wird.

Dazu wird bei 18 im Mikrocomputer 11 eine Wechselspannung veränderlicher Frequenz erzeugt, die derart geregelt wird, daß die am Anschluß 4 gemessene Spannung ein Maximum einnimmt. Aus der Frequenz bzw. aus der zur Einstellung der Frequenz im Mikrocomputer 11 dienenden Regelgröße ist dann ein Rückschluß auf die Menge der Feuchte möglich.

Claims

1. Feuchtesensor, insbesondere zur Erkennung von Feuchte auf einer Kraftfahrzeugscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektro-akustischer Wandler (1) mit einer Schallaustritts-/-eintrittsfläche (5) (Sensorfläche) der Feuchte ausgesetzt ist und mindestens zeitweise von einer Wechselspannung, vorzugsweise im Ultraschall-Frequenzbereich, beaufschlagt ist.

2. Feuchtesensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Impedanz des elektro-akustischen Wandlers (1) während des Anlegens der Wechselspannung ein Signal über das Vorliegen von Feuchte abgeleitet wird.

3. Feuchtesensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro-akustische Wandler in Resonanz betrieben wird, aus deren Verstimmung ein Signal über das Vorliegen von Feuchte abgeleitet wird.

4. Feuchtesensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Wechselspannung auf Resonanz geregelt wird und daß eine dabei entstehende Regelspannung eine vorhandene Feuchte angibt.

5. Feuchtesensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro-akustische Wandler (1) zyklisch derart mit der Wechselspannung beaufschlagt ist, daß auf der Schallaustritts-/-eintrittsfläche befindliche Feuchte entfernt wird, und daß zwischen der Beaufschlagung mit Wechselspannung Meßintervalle vorgesehen sind.

6. Feuchtesensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Meßintervallen das Ausgangssignal des elektro-akustischen Wandlers ausgewertet wird.

7. Feuchtesensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausgangsspannung des elektro-akustischen Wandlers (1) enthaltene Impulse gezählt und/oder deren Amplitude und/oder deren Dauer bewertet werden.

8. Feuchtesensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Meßintervallen der elektro-akustische Wandler auch mit einer Wechselspannung, jedoch mit einer geringeren Leistung beaufschlagt ist und aus der Impedanz des elektro-akustischen Wandlers ein Signal über das Vorliegen von Feuchte abgeleitet wird.

9. Feuchtesensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Meßintervallen der elektro-akustische Wandler in Resonanz betrieben wird, aus deren Verstimmung ein Signal über das Vorliegen von Feuchte abgeleitet wird.

10. Feuchtesensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Wechselspannung auf Resonanz geregelt wird und daß eine dabei entstehende Regelspannung eine vorhandene Feuchte angibt.

11. Feuchtesensor nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro-akustische Wandler (1) über einen von einem Mikrocomputer (11) steuerbaren Umschalter (6) abwechselnd mit einem die Wechselspannung abgebenden Ausgang (9) des Mikrocomputers (11) und mit einem Eingang eines Verstärkers (8) verbindbar ist, dessen Ausgang an einen Analogsignaleingang (10) des Mikrocomputers (11) angeschlossen ist.

12. Feuchtesensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (9) des Mikrocomputers (11) und dem Umschalter ein weiterer Verstärker (7) angeordnet ist.

13. Feuchtesensor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro-akustische Wandler (1) mit einem Ausgang einer Wechselspannungsquelle (7, 16, 17), deren abgegebene Leistung von einem Mikrocomputer (11) steuerbar ist, und mit einem Eingang eines Verstärkers (8) verbunden ist, dessen Ausgang an einen Analogsignaleingang (10) des Mikrocomputers (11) angeschlossen ist.

14. Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro-akustische Wandler ein Piezo-Wandler (1) ist.

15. Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilbereich der Kraftfahrzeugscheibe die Sensorfläche bildet.

16. Feuchtesensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilbereich der Karosserie-Oberfläche die Sensorfläche bildet.

17. Feuchtesensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorfläche auf einem Außenspiegel angeordnet ist.

18. Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz aus mehreren aufeinanderfolgend abgeleiteten Signalen gebildet wird.