DE4439717A1 - Verfahren und Anordnung zum Betrieb eines resistiven Feuchtesensors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betrieb eines resistiven Feuchtesensors.

Resistive Feuchtesensoren werden beispielsweise dafür angewendet, Feuchte bzw. Regentropfen auf der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs zu melden, um Scheibenwischer automatisch oder halbautomatisch zu steuern. Dazu sind auf der Windschutzscheibe oder einer anderen geeigneten Stelle Leiterbahnen aufgebracht, so daß sich der Widerstand zwischen den Leiterbahnen mit der Menge der anfallenden Feuchte verringert.

Zur Auswertung dieser Widerstandsänderung sind Schaltungsanordnungen zur Widerstandsmessung bekanntgeworden, bei denen letztlich die Spannung am Feuchtesensor bei einem vorgegebenen Strom gemessen wird.

Dabei besteht eine umgekehrt proportionale Abhängigkeit zwischen der Spannung und der Feuchtemenge, das heißt beispielsweise ein erster auf die trockene Scheibe fallender Tropfen bewirkt eine relativ große Spannungsänderung, während bei bereits feuchter Scheibe ein weiterer Tropfen nur eine geringere Änderung zur Folge hat.

Da man jedoch bei der Auswertung des Signals von Feuchtesensoren daran interessiert ist, zusätzlich auftreffende Feuchte unabhängig vom vorhandenen Benetzungsgrad des Feuchtesensors zu detektieren, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Signal zu gewinnen, das unabhängig von Grund- bzw. Restfeuchte des Feuchtesensors bei neu auftreffender Feuchtigkeit eine gleichbleibend hohe Steigung besitzt.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß eine Messung des Leitwertes des Sensors erfolgt. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß während des Anliegens einer Spannung am Feuchtesensor der Strom durch den Feuchtesensor gemessen wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich eine Empfindlichkeit des Feuchtesensors, die im wesentlichen unabhängig von dem Benetzungsgrad ist. Nimmt man beispielsweise an, daß alle auf den Feuchtesensor auftreffenden Tropfen den gleichen Leitwert aufweisen, so bewirken alle Tropfen - vom ersten bis zum beispielsweise 10. oder 20. - den gleichen Signalhub.

Eine weitere Forderung an Feuchtesensoren besteht darin, daß elektrolytische Abtragungen der Leiterbahnen und Korrosionen an Karosserieteilen zu vermeiden sind. Dieses wird in vorteilhafter Weise bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erzielt, daß die am Feuchtesensor anliegende Spannung eine Wechselspannung ist.

Diese Weiterbildung wird vorzugsweise derart ausgeführt, daß die Spannung am Sensor nur zeitweise anliegt und der Sensor in der übrigen Zeit hochohmig geschaltet ist. Dabei hat es sich als günstig herausgestellt, wenn die zwei aufeinanderfolgenden Impulse zusammen eine Dauer von etwa 1 ms aufweisen, während ein darauf folgendes Intervall etwa 9 ms dauert.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung best darin, daß dem Sensor ein Widerstand parallelgeschaltet ist und daß eine Unterbrechung der Zuleitungen zum Sensor dadurch erkannt wird, daß der gemessene Strom unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß zur Messung des Stroms ein Meßwiderstand mit dem Feuchtesensor in Reihe geschaltet ist und daß die über dem Meßwiderstand abfallende Spannung über einen Verstärker einem Analogsignaleingang eines Mikrocomputers zuführbar ist. Dabei ist vorteilhaft, wenn die den Sensor beaufschlagende Spannung gleichspannungsfrei über einen Kondensator zuführbar ist.

Zur Bildung der impulsförmigen Spannung kann vorgesehen sein, daß zur Zuführung der Spannung ein Ausgang des Mikrocomputers mit einem Eingang eines schaltbaren Verstärkers verbunden ist, dessen Ausgang an einen Anschluß eines mit dem Feuchtesensor in Reihe geschalteten Kondensators angeschlossen ist und daß ein weiterer Ausgang des Mikrocomputers mit einem Steuereingang des schaltbaren Verstärkers verbunden ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 die Abhängigkeit einer gemäß den bekannten Verfahren gewonnenen widerstandsproportionalen Spannung von der Feuchtemenge,

Fig. 3 die Abhängigkeit der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Spannung von der Feuchtemenge und

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Stroms durch den Feuchtesensor.

Der Feuchtesensor 1 besteht aus Leiterbahnen, die zwei ineinander verkämmte Elektroden 2, 3 bilden und über Anschlüsse 4, 5 mit einer Auswerteschaltung verbunden sind. Die Auswerteschaltung enthält einen Mikrocomputer 6, an dessen Ausgang 7 ein die Feuchte kennzeichnendes Signal abnehmbar ist. Neben anderen Elementen enthält der Mikrocomputer 6 einen Analog/Digital-Wandler 8 mit einem Analogsignaleingang 9. Ausgängen 10, 11 des Mikrocomputers 6 sind Signale entnehmbar. Zum Anlegen einer impulsförmigen Spannung an den Feuchtesensor 1 ist ein schaltbarer Verstärker 12 vorgesehen, dessen Ausgang über einen Steuereingang hochohmig geschaltet werden kann. Dieser Steuereingang erhält von dem Ausgang 11 des Mikrocomputers 6 ein Signal EN, während der Signaleingang des Verstärkers an den ein Signal S führenden Ausgang 10 angeschlossen ist. Der Ausgang des schaltbaren Verstärkers 12 ist über einen Kondensator 13 mit dem Anschluß 4 des Feuchtesensors 1 verbunden.

Zur Messung des Stroms durch den Feuchtesensor ist der Anschluß 5 über einen Meßwiderstand 14 mit Massepotential verbunden. Die Spannung am Anschluß 5 entspricht daher dem stromproportionalen Spannungsabfall des Meßwiderstandes 14 und wird über einen Widerstand 15 dem nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 16 zugeführt. Der invertierende Eingang erhält über einen Spannungsteiler 17, 18 einen Teil der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 16. Durch das Teilerverhältnis ist somit der Verstärkungsgrad festgelegt. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 16 wird dem Analogsignaleingang 9 des Mikrocomputers 6 zugeführt.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß mit zunehmender Anzahl von auf den Feuchtesensor bereits aufgetroffenen Tropfen die Abhängigkeit der Spannung U(R) von der Anzahl der Tropfen geringer wird. Im Gegensatz dazu macht sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß der Darstellung in Fig. 3 jeder weitere Tropfen mit einem gleich großen Anstieg der Spannung U(G) bemerkbar.

Fig. 4 zeigt den Verlauf der Signale S und EN, der Spannung U₄ am Anschluß 4 des Stroms I₁₄ durch den Meßwiderstand 14. Während der Dauer der in den Zeilen c und d dargestellten Impulspaare ist der schaltbare Verstärker 12 durch das Signal EN (Zeile b) durchgeschaltet, so daß während dieser Zeit das Signal S (Zeile a) über den Kondensator 12 zum Anschluß 4 gelangt. Durch den Kondensator wird die Gleichspannungskomponente unterdrückt, so daß sich der jeweils zwischen den Impulsen verschiedener Polarität befindliche Spannungssprung ergibt. Während des Intervalls zwischen den Impulspaaren ist der schaltbare Verstärker 11 hochohmig, so daß die Spannung (Zeile c) zunächst auf 0 bleibt, auch wenn das Signal S von L auf H springt. Erst wenn das Signal EN wieder den Wert H einnimmt, gelangt der positive Pegel als positive Flanke des nächsten Impulspaares an den Anschluß 4.

Die in Zeile c dargestellten Impulse des Stroms I₁₄ zeigen leichte exponentialfunktions-ähnliche Dachschrägen, die durch Ladungsverschiebungen in dem den Feuchtesensor 1 benetzenden Medium bedingt, für das Prinzip der Erfindung jedoch nicht wesentlich sind. Grundsätzlich weist der Feuchtesensor 1 eine mit der Feuchtemenge zunehmende Leitfähigkeit auf, so daß auch der Strom I₁₄ mit zunehmender Feuchtemenge größer wird. Dieses ist in Fig. 4 dadurch angedeutet, daß links von der Unterbrechung zwei Impulspaare den Strom I₁₄ bei einer größeren Feuchtemenge und rechts von der Unterbrechung ein Impulspaar im Falle einer geringeren Feuchtemenge dargestellt sind.

Ein zwischen den Anschlüssen 4 und 5 angeordneter Widerstand 19 hat eine Doppelfunktion. Er sorgt einerseits auch bei völlig trockenem Sensor 1 für einen geringen Stromfluß durch den Meßwiderstand 14, wodurch sichergestellt wird, daß der Verstärker auch bei trockenem Sensor bereits eine Eingangsspannung erhält, die größer als dessen Offsetspannung ist.

Wird andererseits der Widerstand 19 nahe der Sensorkontaktierung angeordnet, kann sicher auf eine Unterbrechung der Sensorzuleitung geschlossen werden, wenn durch den Widerstand 14 ein geringerer Strom fließt als durch den Widerstand 19 bedingt.

Die Dauer der Impulspaare und des Intervalls bzw. die Wiederholfrequenz können nach den Umständen im einzelnen, beispielsweise der Größe des Feuchtesensors, gewählt werden. In der Praxis anwendbare Werte sind beispielsweise eine Dauer von 1 ms und ein Intervall von etwa 9 ms.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb eines resistiven Feuchtesensors, dadurch gekennzeichnet, daß eine Messung des Leitwertes des Sensors erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Anliegens einer Spannung am Feuchtesensor der Strom durch den Feuchtesensor gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Feuchtesensor anliegende Spannung eine Wechselspannung ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung am Sensor nur zeitweise anliegt und der Sensor in der übrigen Zeit hochohmig geschaltet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Sensor zugeführte Wechselspannung aus zwei kurz aufeinanderfolgenden Impulsen wechselnder Polarität besteht.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei aufeinanderfolgenden Impulse zusammen eine Dauer von etwa 1 ms aufweisen, während ein darauf folgendes Intervall etwa 9 ms dauert.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sensor ein Widerstand parallelgeschaltet ist und daß eine Unterbrechung der Zuleitungen zum Sensor dadurch erkannt wird, daß der gemessene Strom unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Stroms ein Meßwiderstand (14) mit dem Feuchtesensor (1) in Reihe geschaltet ist und daß die über dem Meßwiderstand (14) abfallende Spannung über einen Verstärker (16) einem Analogsignaleingang (9) eines Mikrocomputers (6) zuführbar ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Sensor beaufschlagende Spannung gleichspannungsfrei über einen Kondensator (13) zuführbar ist.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung der Spannung ein Ausgang (10) des Mikrocomputers (6) mit einem Eingang eines schaltbaren Verstärkers (12) verbunden ist, dessen Ausgang an einen Anschluß eines mit dem Feuchtesensor (1) in Reihe geschalteten Kondensators (13) angeschlossen ist und daß ein weiterer Ausgang (11) des Mikrocomputers (6) mit einem Steuereingang des schaltbaren Verstärkers (12) verbunden ist.