EP4001751A1 - Strassenleuchte mit integriertem feuchtigkeitssensor - Google Patents

Strassenleuchte mit integriertem feuchtigkeitssensor Download PDF

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Publication number
EP4001751A1
EP4001751A1 EP21207810.9A EP21207810A EP4001751A1 EP 4001751 A1 EP4001751 A1 EP 4001751A1 EP 21207810 A EP21207810 A EP 21207810A EP 4001751 A1 EP4001751 A1 EP 4001751A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
street light
cover
sensor
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21207810.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lars Bornemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siteco GmbH
Original Assignee
Siteco GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siteco GmbH filed Critical Siteco GmbH
Publication of EP4001751A1 publication Critical patent/EP4001751A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/04—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being switches
    • F21V23/0442—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being switches activated by means of a sensor, e.g. motion or photodetectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00—Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/10—Outdoor lighting
    • F21W2131/103—Outdoor lighting of streets or roads

Definitions

  • the present invention relates to a street lamp which is set up to change the light output depending on the weather.
  • the weather has a strong influence on visibility in road traffic.
  • the requirements for the lighting task change with fog, rain or snow.
  • the lighting which is perceived as ideal when it is dry and when visibility is good, can lead to strong scattering or glare in precipitation and fog, which is perceived as unpleasant, tiring or tiring for road users. This can also lead to impairment of road safety.
  • Such systems for detecting fog are e.g. LiDAR or IR sensors, which provide information about the particle density or the amount of rain in the air via the reflection curves of the emitted light.
  • sensors are known which directly detect the wetness of the road.
  • the sensor systems mentioned are complex and are therefore provided outside the lamp for controlling preferably a plurality of lamps.
  • Object of the present invention is to provide a street light, which in the simplest possible way can provide weather-dependent light output without great design effort.
  • the object is achieved by a street light according to claim 1.
  • a special feature of the street light of the present invention is that a moisture sensor is integrated directly into the light.
  • the moisture sensor can be designed in various ways, with capacitive systems, which are structurally very simple, being particularly preferred.
  • sensors can also be used which are based, for example, on a sound measurement or an optical principle.
  • the moisture sensors are accommodated in the street light itself, namely under a light cover, e.g. a transparent light cover, or under a housing component of the light.
  • the humidity sensors are therefore completely concealed and not directly exposed to the weather environment.
  • the structurally simple sensors have the advantage that inside the lights they are simply connected to a control unit in the light itself and the control unit can change the light emission according to the measured humidity.
  • a connection to an external measuring device is not necessary.
  • the lamp can be sealed with the integrated moisture sensor in the same way as with conventional lamps.
  • the street light has a moisture sensor which is set up to measure a change in capacitance, the capacitance being measured between two electrodes and a first of the electrodes being integrated in the housing component or one of the electrodes is formed by the housing component itself, which in this case is metallic.
  • the capacitance measured between the two electrodes changes with humidity because the dielectric constant of water or snow is much higher than the dielectric constant of air. Therefore, if there are raindrops or snow in the area of the electrodes, for example on the outside of the housing, the capacitance changes because the capacitance between electrodes depends on the dielectric surrounding the electrodes.
  • This construction is very simple because at least one of the electrodes can be integrated into the housing or can be formed by the housing itself. It is also not a problem if, according to one embodiment, the housing is provided with an insulating lacquer on the outside. The film of moisture on the outside over the insulation also causes the change in capacitance, which is sufficient to detect the moisture.
  • a counter-electrode of the first electrode is attached to an inside of the housing component, electrically insulated from the first electrode, or is integrated in the housing component or in the lamp cover, electrically insulated from the first electrode.
  • the moisture sensor has a plurality of first electrodes, which are integrated in an insulating body of the lamp cover, and a counter-electrode, which is attached to or behind the lamp cover in an electrically insulated manner.
  • the plurality of first electrodes can be arranged next to one another in strips, for example, and the counter-electrode by a ring-shaped Arrangement may be formed around the first electrodes. This structure ensures that when there is moisture on the sensor, the capacitance between the first electrode and the counter-electrode changes more than in the case of a structure with only two electrodes. This makes the measurement more sensitive.
  • a plurality of first electrodes are arranged in an insulating body of the street light and a counter-electrode is formed by the housing component, which is metallic.
  • the housing component which is metallic.
  • the humidity sensor is based on an optical measuring principle and the humidity sensor is fitted behind a light cover that is transparent.
  • the lamp cover can, for example, be the same transparent lamp cover that is already present as the light exit surface of the street lamp. Because the optical sensor is installed behind the cover, it is also fully integrated into the luminaire.
  • the humidity sensor is set up to emit a light pulse from a transmitter, which passes through the transparent lamp cover and, in the case of a drop of water on the outside of the transparent lamp cover, is scattered back by this to a receiver of the humidity sensor through the transparent cover.
  • This measuring principle is very precise and even makes it possible to distinguish different types of precipitation such as rain or snow, since the back reflection of the size and type of water droplets resting on the transparent cover.
  • the transparent cover is designed at least partially as a lens. This embodiment makes it possible to further increase the measurement sensitivity, because the light beam reflected by a water drop can be bundled onto a sensor element inside the lamp through the lens.
  • the light emitted by the moisture sensor is in the infrared range.
  • Light in the infrared range can be easily detected electronically and also has the advantage that interference, such as extraneous light hitting the sensor from a vehicle headlight, does not affect the measurement result.
  • the moisture sensor comprises a radar sensor module, in particular a Doppler radar sensor module, a vibration sensor, a piezo sound pickup or a microphone, wherein the moisture sensor is attached to an inside of the lamp cover or the housing component and is set up to detect sound waves which caused by raindrops hitting the lamp cover or housing.
  • the raindrops hitting the luminaire cover or housing generate sound waves that are characteristic of the intensity of the precipitation. The detection of the sound waves therefore even allows a rain intensity to be detected quantitatively.
  • the moisture sensor includes a radio frequency identification, RFID, antenna on an inside of the light cover attached and arranged to measure an impedance change.
  • RFID radio frequency identification
  • This embodiment is particularly easy to implement since the RFID antenna for measuring an impedance change does not make any special demands on the exact positioning.
  • This embodiment is preferred for non-metallic lamp covers or housings.
  • the street lamp also has a temperature gauge, wherein the control device further changes the light output more sharply when the temperature gauge indicates a temperature below freezing point.
  • the temperature meter serves to further interpret the measurement results of the humidity sensor, in particular to distinguish between rain and snow. Even if the humidity sensor is designed to distinguish a rain-soaked surface from a snow-covered surface, this measurement is falsified by the fact that a snow cover is melted again relatively quickly due to the heat generated by the lamp. However, a separate temperature sensor can be used to conclude that there is still snow cover at least on surfaces outside of the light, while only a rain-wet surface is detected on the light itself at the moisture sensor.
  • the results of the temperature measurement are processed by the light's control unit to change the light output in addition to the measurement results of the humidity sensor.
  • the invention relates to a street lamp with an integrated moisture sensor. Only a section of the street light is shown in each of the figures which the humidity sensor is integrated.
  • the capacitive measuring method includes an electronic circuit for measuring the capacitance between at least two electrodes.
  • the at least two electrodes are electrically connected to a measuring system in the lamp.
  • Moisture such as fog, dew, rain or snow changes the dielectric constant of the material in the area of the electrodes, which changes the capacitance.
  • the amount of change in capacitance provides information about the amount of moisture. Contamination also has a direct impact on capacity. Therefore, in the embodiments, not the absolute capacitances but only the relative changes in capacitance are measured. This means that the influence of dirt, which has a permanent effect on the luminaire, can be suppressed.
  • FIG 1 an embodiment is shown in which an electrode 2 is mounted on the inside of a housing portion 1 of the lamp.
  • the electrode 2 is connected to the measuring system via a measuring line 3 via a bleeder resistor.
  • the measuring line to the housing section 1, which serves as the second electrode in this embodiment, is not shown.
  • the figure 2 shows an alternative embodiment in which the electrode 2 is integrated into the housing section 1 with an insulating body 4 . Furthermore, an insulating coating 5 is provided on the housing section and the measuring electrode 2 as protection against contact with the outside. As in the embodiment after figure 1 In this case, the housing 1 serves as a counter-electrode for the measuring electrode 2.
  • the figure 3 shows a further embodiment in which a measuring electrode 2 is similar to that in figure 2 is arranged in an insulating body 4 and under a contact protection 5 in a section of the housing 5 .
  • the counter-electrode is not formed by the housing itself, but by a separate electrode 6 which is arranged in the insulating body 4 at a distance from the first measuring electrode 2 . Both electrodes 2 and 6 are therefore separated from one another and from the lamp cover 1 via the insulating body 4 .
  • the figure 4 shows a variant of the moisture sensor with a plurality of first electrodes 2a-2d and a counter-electrode 6, which surrounds the plurality of first electrodes 2a-2d arranged in strips.
  • the electrodes 2a-2d are separated from each other and from the counter-electrode 6 by an insulating body 4.
  • FIG. The entire arrangement is arranged in a section of the lamp housing 1 . Due to the larger number of separate measuring electrodes, a more precise moisture measurement can be achieved.
  • a light pulse is emitted by a transmitter located under a transparent lamp cover in the form of a lens 8 inside the lamp located. If this light pulse hits water droplets 7 on the outside of the lamp, light is scattered back from these water droplets. This scattered light is measured with a receiver 10 below the transparent lamp cover. The measurement signal can therefore be used directly as an indication of water droplets on the outside of the lamp.
  • the transmitter and receiver 10 can be formed by a LiDAR transmitter/receiver, for example.
  • the advantage of a lens 8 over a flat, transparent cover is that the light reflected back is focused onto the receiver, so that the measurement sensitivity is increased.
  • a sensor element 12 for measuring sound waves is attached to the underside of a housing section 1 of the lamp.
  • the sensor element 12 can be formed, for example, by a Doppler radar sensor module, a vibration sensor, a piezo sound pickup or a sensitive microphone.
  • a drop of water 7 hits the outer surface of the lamp housing 1, sound waves are generated. These sound waves can be detected by the sensor 12.
  • the singular event of a water drop creates a detectable amplitude compared to the background noise, as shown in the HF-time diagram. This event can be evaluated as the impact of a drop of water by downstream electronics. Due to the frequency of such singular events, a measure for the number of water drops per unit of time can even be determined.
  • the figure 7 shows an embodiment of the moisture sensor with optical determination of water particles.
  • a transparent cover 14 is in one Integrated housing section 1 of the lamp.
  • a transmitter and receiver module 10 emits light, for example in the infrared range, and is reflected on a surface of the transparent cover 14 .
  • the amount of reflected light at receiver 10 is reduced.
  • the proportion of the measured reflected light is therefore reduced when a drop of water 7 rests on the transparent cover 14 .
  • the difference in reflection can therefore be used to determine water droplets or a continuous film of moisture on the cover 14 .
  • the figure 8 shows a variant of an embodiment with capacitive measurement.
  • the combination of an electronic ballast is used to measure the relative capacitance between an LED module 16 and a portion of the lamp housing 1 .
  • a line 18 is led out, which is connected to the housing section 1 with a bleeder resistor 19 .
  • the discharge resistance 19 ensures that when the housing 1 is touched, a maximum touch current is not exceeded.
  • the electronic ballast of the LEDs is connected to the line 20 with the LED module 16 .
  • an electronic circuit is also provided inside the lamp, which receives the measurement signal from the moisture sensor and is set up to regulate the light output of the lamp.
  • the streetlight changes its light distribution and/or light color and/or its luminous flux with the purpose of improving visibility for road users.
  • the electronic control device in the street light is therefore set up to change the light output, in particular to change the light color towards a lower blue component and a higher red component, since the red component of the light leads to less glare. Although this degrades the color rendering compared to white light, the contrast is increased at the same time because road users are less dazzled.
  • the level of lighting can also be reduced overall in order to reduce the glare of road users in rain, fog or snow.
  • the lamps in the lamp can be easily dimmed by the control device of the lamp.
  • the light distribution of the luminaire can also be modified to lower the illuminance on the rain-slicked surface, thereby reducing glare. In this case, the light distribution is changed to a wider light distribution.
  • the automatic, weather-dependent adjustment of luminous flux, light color and/or light distribution therefore improves the visual comfort for road users in adverse weather conditions.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Straßenleuchte, welche dazu eingerichtet ist, wetterabhängig eine Lichtabgabe zu verändern, gekennzeichnet durch einen Feuchtigkeitssensor, der in der Straßenleuchte selbst unter einem Gehäusebauteil (1) oder einer Leuchtenabdeckung (14) der Straßenleuchte verdeckt angebracht ist, wobei eine Steuereinrichtung in der Straßenleuchte dazu eingerichtet ist, eine Lichtabgabe von Leuchtmittel der Straßenleuchte in Abhängigkeit von Messsignalen des Feuchtigkeitssensors zu verändern.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Straßenleuchte, welche dazu eingerichtet ist, wetterabhängig die Lichtabgabe zu verändern.
  • Das Wetter hat einen starken Einfluss auf die Sichtverhältnisse im Straßenverkehr. So ändern sich bei Nebel, Regen oder Schnee die Anforderungen an die Beleuchtungsaufgabe. Die Beleuchtung, die bei Trockenheit und guten Sichtverhältnissen als ideal wahrgenommen wird, kann bei Niederschlag und Nebel zu starker Streuung oder Blendung führen, was für die Verkehrsteilnehmer als unangenehm, anstrengend oder ermüdend empfunden wird. Dies kann auch zur Beeinträchtigung der Verkehrssicherheit führen.
  • Daher existieren im Stand der Technik eine Reihe von Sensorsystemen, welche die geänderten Sichtverhältnisse bei Nebel, Regen oder Schnee detektieren. Derartige Systeme zum Erfassen von Nebel sind z.B. LiDAR- oder IR-Sensoren, welche über die Rückstrahlkurven des ausgestrahlten Lichts Informationen über die Partikeldichte oder die Regenmenge in der Luft geben. Ferner sind Sensoren bekannt, welche die Straßennässe direkt erfassen. Die genannten Sensorsysteme sind jedoch aufwändig und werden daher außerhalb der Leuchte zur Steuerung von vorzugsweise mehreren Leuchten vorgesehen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Straßenleuchte bereitzustellen, welche in möglichst einfacher Weise eine wetterabhängige Lichtabgabe bereitstellen kann, ohne großen konstruktiven Aufwand.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Straßenleuchte nach Anspruch 1 gelöst.
  • Eine Besonderheit der Straßenleuchte der vorliegenden Erfindung ist, dass ein Feuchtigkeitssensor direkt in der Leuchte integriert ist. Der Feuchtigkeitssensor kann in verschiedenen Weisen ausgeführt werden, wobei insbesondere kapazitive Systeme, die baulich sehr einfach sind, bevorzugt sind. Alternativ können auch Sensoren verwendet werden, die beispielsweise auf einer Schallmessung oder einem optischen Prinzip beruhen. Gemeinsam ist den erfindungsgemäßen Aufbauten, dass die Feuchtigkeitssensoren in der Straßenleuchte selbst untergebracht sind und zwar unter einer Leuchtenabdeckung, z.B. einer transparenten Leuchtenabdeckung, oder unter einem Gehäusebauteil der Leuchte. Die Feuchtigkeitssensoren sind daher vollständig verdeckt und der Witterungsumgebung nicht direkt ausgesetzt. Ferner haben die baulich einfachen Sensoren den Vorteil, dass sie im Inneren der Leuchten einfach mit einem Steuergerät in der Leuchte selbst verbunden sind und das Steuergerät die Lichtabgabe entsprechend der gemessenen Feuchtigkeit verändern kann. Eine Ankopplung an eine externe Messeinrichtung ist nicht notwendig. So lässt sich z.B. auch die Abdichtung der Leuchte durch den integrierten Feuchtigkeitssensor in der gleichen Weise realisieren, wie bei herkömmlichen Leuchten.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Straßenleuchte einen Feuchtigkeitssensor auf, der dafür eingerichtet ist, eine Kapazitätsänderung zu messen, wobei die Kapazität zwischen zwei Elektroden gemessen wird und eine erste der Elektroden in dem Gehäusebauteil integriert ist oder eine der Elektroden durch das Gehäusebauteil, welches in diesem Fall metallisch ist, selbst gebildet ist. Die zwischen den zwei Elektroden gemessene Kapazität ändert sich bei Feuchtigkeit, weil die Dielektrizitätskonstante von Wasser oder Schnee viel höher ist als die Dielektrizitätskonstante von Luft. Wenn daher im Bereich der Elektroden, z.B. auf der Gehäuseaußenseite Regentropfen oder Schnee liegt, ändert sich die Kapazität, weil die Kapazität zwischen Elektroden von dem Dielektrikum, welches die Elektroden umgibt, abhängig ist. Dieser Aufbau ist sehr einfach, weil wenigstens eine der Elektroden in das Gehäuse integriert werden kann oder von dem Gehäuse selbst gebildet werden kann. Dabei ist es auch nicht störend, wenn das Gehäuse gemäß einer Ausführungsform nach außen mit einem isolierenden Lack versehen ist. Auch der Feuchtigkeitsfilm auf der Außenseite über der Isolierung bewirkt die Kapazitätsänderung, welche zur Detektion der Feuchtigkeit ausreicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Gegenelektrode der ersten Elektrode elektrisch isoliert von der ersten Elektrode an einer Innenseite des Gehäusebauteils angebracht oder ist elektrisch isoliert von der ersten Elektrode in dem Gehäusebauteil oder in der Leuchtenabdeckung integriert. Dadurch ist der Aufbau des Feuchtigkeitssensors sehr einfach und es stehen keine Teile über dem vorhandenen Leuchtengehäuse über.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Feuchtigkeitssensor mehrere erste Elektroden auf, die in einem Isolationskörper der Leuchtenabdeckung integriert sind, und eine Gegenelektrode, die elektrisch isoliert an oder hinter der Leuchtenabdeckung angebracht ist. Die mehreren ersten Elektroden können beispielsweise streifenförmig nebeneinander angeordnet sein und die Gegenelektrode durch eine ringförmige Anordnung um die ersten Elektroden gebildet sein. Dieser Aufbau sorgt dafür, dass sich bei aufliegender Feuchtigkeit auf dem Sensor die Kapazität zwischen den ersten Elektroden und der Gegenelektrode stärker ändert als beim Aufbau mit nur zwei Elektroden. Dadurch wird die Messung sensibler.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere erste Elektroden in einem Isolationskörper der Straßenleuchte angeordnet und eine Gegenelektrode ist durch das Gehäusebauteil, welches metallisch ist, gebildet. Wie vorhergehend bereits ausgeführt, ist dieser Aufbau besonders einfach zu realisieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beruht der Feuchtigkeitssensor auf einem optischen Messprinzip und der Feuchtigkeitssensor ist hinter einer Leuchtenabdeckung, die transparent ist, angebracht. Die Leuchtenabdeckung kann z.B. die gleiche transparente Leuchtenabdeckung sein, welche als Lichtaustrittsfläche der Straßenleuchte ohnehin vorhanden ist. Dadurch, dass der optische Sensor hinter der Abdeckung installiert ist, ist dieser auch vollständig in die Leuchte integriert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Feuchtigkeitssensor dazu eingerichtet, einen Lichtpuls von einem Sender auszugeben, welcher durch die transparente Leuchtenabdeckung hindurchtritt und im Fall eines Wassertropfens auf der Außenseite der transparenten Leuchtenabdeckung von diesem zu einem Empfänger des Feuchtigkeitssensors durch die transparente Abdeckung zurückgestreut wird. Dieses Messprinzip ist sehr präzise und ermöglicht es sogar, unterschiedliche Niederschlagsarten wie Regen oder Schnee zu unterscheiden, da die Rückreflexion von der Größe und der Art der auf der transparenten Abdeckung aufliegenden Wassertröpfchen abhängt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die transparente Abdeckung wenigstens teilweise als eine Linse ausgeführt. Diese Ausführungsform ermöglicht es, die Messempfindlichkeit weiter zu erhöhen, weil durch die Linse der von einem Wassertropfen reflektierte Lichtstrahl auf ein Sensorelement im Inneren der Leuchte gebündelt werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt das von dem Feuchtigkeitssensor abgegebene Licht im Infrarotbereich. Licht im Infrarotbereich lässt sich elektronisch gut erfassen und hat ferner den Vorteil, dass Störeinflüsse wie ein Auftreffen von Fremdlicht durch einen Fahrzeugscheinwerfer auf den Sensor das Messergebnis nicht beeinflussen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Feuchtigkeitssensor ein Radarsensormodul, insbesondere ein Doppler-Radar-Sensormodul, einen Vibrationssensor, einen Piezoschallaufnehmer oder ein Mikrofon, wobei der Feuchtigkeitssensor auf einer Innenseite der Leuchtenabdeckung oder des Gehäusebauteils angebracht ist und dafür eingerichtet ist, Schallwellen zu detektieren, welche durch auf die Leuchtenabdeckung oder das Gehäuse auftreffende Regentropfen hervorgerufen werden. Die auf die Leuchtenabdeckung oder das Gehäuse auftreffenden Regentropfen erzeugen für die Stärke des Niederschlags charakteristische Schallwellen. Die Detektion der Schallwellen erlaubt daher sogar quantitativ eine Regenintensität zu detektieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Feuchtigkeitssensor eine Radiofrequency-Identification, RFID, -Antenne, die auf einer Innenseite der Leuchtenabdeckung angebracht ist, und dafür eingerichtet ist, eine Impedanzänderung zu messen. Diese Ausführungsform ist besonders einfach zu implementieren, da die RFID-Antenne zur Messung einer Impedanzänderung keine besonderen Anforderungen an die exakte Positionierung stellt. Diese Ausführungsform ist für nichtmetallische Leuchtenabdeckungen oder Gehäsue bevorzugt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Straßenleuchte ferner einen Temperaturmesser auf, wobei die Steuereinrichtung die Lichtabgabe ferner stärker verändert, wenn der Temperaturmesser eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt anzeigt. Der Temperaturmesser dient dazu, die Messergebnisse des Feuchtigkeitssensors weiter zu interpretieren, insbesondere, um zwischen Regen und Schnee zu unterscheiden. Selbst wenn der Feuchtigkeitssensor dafür eingereichte ist, selbst eine regennasse Oberfläche von einer schneebedeckten Oberfläche zu unterscheiden, wird diese Messung dadurch verfälscht, dass durch die Wärmeentwicklung der Leuchte eine Schneebedeckung relativ kurzfristig wieder geschmolzen wird. Durch einen separaten Temperatursensor kann jedoch darauf geschlossen werden, dass wenigstens auf Oberflächen außerhalb der Leuchte noch eine Schneebedeckung vorhanden ist, während auf der Leuchte selbst am Feuchtigkeitssensor nur eine regennasse Oberfläche detektiert wird. Die Ergebnisse der Temperaturmessung werden in dieser Ausführungsform vom Steuergerät der Leuchte zur Veränderung der Lichtabgabe in Ergänzung zu den Messergebnissen des Feuchtigkeitssensors verarbeitet.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen deutlich, die im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren gegeben wird. In den Figuren ist Folgendes dargestellt:
    • Figuren 1-3
    zeigen jeweils einen Querschnitt durch einen Gehäuseabschnitt von verschiedenen Straßenleuchten mit innenliegendem kapazitiven Feuchtigkeitssensor.
    Figur 4
    zeigt eine Aufsicht auf einen kapazitiven Feuchtigkeitssensor mit mehreren Elektroden, welcher in einem Gehäuseabschnitt integriert ist.
    Figur 5
    zeigt einen Querschnitt durch einen integrierten Feuchtigkeitssensor, der auf optischer Basis Wassertropfen detektiert.
    Figur 6
    zeigt schematisch die Funktionsweise eines Feuchtigkeitssensors, der auf einer Schallmessung beruht.
    Figur 7
    zeigt schematisch die Funktionsweise eines Feuchtigkeitssensors, der optisch Wassertropfen detektiert.
    Figur 8
    zeigt einen Querschnitt durch einen Gehäuseabschnitt einer Straßenleuchte mit einem innenliegenden elektronischen Vorschaltgerät, welches für eine kapazitive Feuchtigkeitsbestimmung eingerichtet ist.
  • Die Erfindung betrifft eine Straßenleuchte mit einem integrierten Feuchtigkeitssensor. In den Figuren ist nur jeweils ein Ausschnitt der Straßenleuchte dargestellt, in welchen der Feuchtigkeitssensor integriert ist. Bezug nehmend auf die Figuren 1 bis 4 und 8 sind Ausführungsformen dargestellt, bei welchen die Feuchtigkeitsmessung auf einer kapazitiven Messung beruht. Das kapazitive Messverfahren beinhaltet eine elektronische Schaltung zur Messung der Kapazität zwischen wenigstens zwei Elektroden. Hierzu werden die wenigstens zwei Elektroden mit einem Messsystem in der Leuchte elektrisch verbunden. Durch Feuchtigkeit wie Nebel, Betauung, Regen oder Schnee ändert sich die Dielektrizitätskonstante des Materials im Bereich der Elektroden, wodurch sich die Kapazität ändert. Die Höhe der Kapazitätsänderung gibt Auskunft über die Menge der Feuchtigkeit. Verschmutzungen haben auch einen direkten Einfluss auf die Kapazität. Daher werden in den Ausführungsformen nicht die absoluten Kapazitäten, sondern nur die relativen Kapazitätsänderungen gemessen. Dadurch lassen sich Verschmutzungseinflüsse, die sich dauerhaft auf die Leuchte auswirken, ausblenden.
  • In Figur 1 ist eine Ausführungsform dargestellt, in welcher eine Elektrode 2 auf der Innenseite eines Gehäuseabschnitts 1 der Leuchte angebracht ist. Die Elektrode 2 ist über eine Messleitung 3 mit dem Messsystem über einen Ableitwiderstand verbunden. Die Messleitung zum Gehäuseabschnitt 1, die in dieser Ausführungsform als die zweite Elektrode dient, ist nicht dargestellt.
  • Die Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsform, in welcher die Elektrode 2 mit einem Isolierkörper 4 in den Gehäuseabschnitt 1 integriert ist. Als Berührungsschutz nach außen ist ferner eine isolierende Beschichtung 5 auf dem Gehäuseabschnitt und der Messelektrode 2 vorgesehen. Wie in der Ausführungsform nach Figur 1 dient in diesem Fall das Gehäuse 1 als Gegenelektrode für die Messelektrode 2.
  • Die Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher eine Messelektrode 2 ähnlich wie in Figur 2 in einem Isolierkörper 4 und unter einem Berührschutz 5 in einem Ausschnitt des Gehäuses 5 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Gegenelektrode jedoch nicht durch das Gehäuse selbst gebildet, sondern durch eine separate Elektrode 6, die in dem Isolierkörper 4 beabstandet von der ersten Messelektrode 2 angeordnet ist. Beide Elektroden 2 und 6 sind daher über den Isolierkörper 4 voneinander und von der Leuchtenabdeckung 1 getrennt.
  • Die Figur 4 zeigt eine Variante des Feuchtigkeitssensors mit mehreren ersten Elektroden 2a-2d und einer Gegenelektrode 6, welche die mehreren streifenförmig angeordneten ersten Elektroden 2a-2d umgibt. Die Elektroden 2a-2d sind gegeneinander und von der Gegenelektrode 6 durch einen Isolierkörper 4 getrennt. Die ganze Anordnung ist in einem Ausschnitt des Leuchtengehäuses 1 angeordnet. Durch die größere Anzahl von getrennten Messelektroden kann eine genauere Feuchtigkeitsmessung erreicht werden.
  • Alle vorhergehend genannten Messprinzipen beruhen auf einer kapazitiven Messung. Wenn auf der Außenseite des Gehäuses ein Wasserfilm oder Wassertropfen liegen, ändert sich die Dielektrizitätskonstante in der Nähe der Messelektroden, wodurch sich die Kapazität zwischen den Elektroden ändert. Diese Kapazitätsänderung dient direkt als Indikator für das Vorliegen von Feuchtigkeit.
  • Die Ausführungsform nach Figur 5 beruht demgegenüber auf einem optischen Messprinzip. Ein Lichtimpuls wird von einem Sender ausgegeben, welcher sich unter einer transparenten Leuchtenabdeckung in Form einer Linse 8 innerhalb der Leuchte befindet. Trifft dieser Lichtpuls auf Wassertropfen 7 auf der Außenseite der Leuchte, wird Licht von diesen Wassertropfen zurückgestreut. Dieses Streulicht wird mit einem Empfänger 10 unterhalb der transparenten Leuchtenabdeckung gemessen. Das Messsignal kann daher direkt als Anzeichen für Wassertropfen an der Außenseite der Leuchte verwendet werden. Der Sender und Empfänger 10 kann beispielsweise durch einen LiDAR-Sender/Empfänger gebildet werden. Der Vorteil einer Linse 8 gegenüber einer ebenen transparenten Abdeckung ist, dass das zurückreflektierte Licht auf den Empfänger gebündelt wird, so dass sich die Messempfindlichkeit erhöht.
  • Die Figur 6 verdeutlicht die Funktionsweise einer Ausführungsform mit akustischer Messung. An der Unterseite eines Gehäuseabschnitts 1 der Leuchte ist ein Sensorelement 12 zur Messung von Schallwellen angebracht. Das Sensorelement 12 kann beispielsweise durch ein Doppler-Radarsensormodul, einen Vibrationssensor, einen Piezoschallaufnehmer oder ein empfindliches Mikrofon gebildet sein. Beim Auftreffen eines Wassertropfens 7 auf die äußere Oberfläche des Leuchtengehäuses 1 werden Schallwellen erzeugt. Diese Schallwellen können von dem Sensor 12 detektiert werden. Durch das singuläre Ereignis eines Wassertropfens wird ein detektierbarer Ausschlag gegenüber dem Grundrauschen erzeugt, wie in dem HF-Zeit-Diagramm dargestellt. Dieses Ereignis kann als das Auftreffen eines Wassertropfens durch eine nachgeschaltete Elektronik ausgewertet werden. Aufgrund der Häufigkeit solcher singulären Ereignisse kann sogar ein Maß für die Anzahl der Wassertropfen pro Zeiteinheit ermittelt werden.
  • Die Figur 7 zeigt eine Ausführungsform des Feuchtigkeitssensors mit optischer Bestimmung von Wasserpartikeln. Eine transparente Abdeckung 14 ist in einem Gehäuseabschnitt 1 der Leuchte integriert. Ein Sender- und Empfängermodul 10 sendet Licht, z.B. im Infrarotbereich, aus und wird an einer Oberfläche der transparenten Abdeckung 14 reflektiert. Wenn ein Wassertropfen 7 auf der Abdeckung ausliegt, wird ein Teil des Lichts, welches ohne Wassertropfen an der äußeren Oberfläche der Abdeckung 14 reflektiert wird, aus der Abdeckung 14 ausgekoppelt, da der Wassertropfen 7 einen größeren Brechungsindex als Luft aufweist. Daher ist die Menge des reflektierten Lichts am Empfänger 10 reduziert. Wie in den Reflexion-Messzeit-Diagrammen der Figur 7 dargestellt, reduziert sich daher der Anteil des gemessenen reflektierten Lichts, wenn ein Wassertropfen 7 auf der transparenten Abdeckung 14 aufliegt. Der Reflexionsunterschied kann daher zur Bestimmung von Wassertropfen oder einem durchgängigen Feuchtigkeitsfilm auf der Abdeckung 14 dienen.
  • Die Figur 8 zeigt eine Variante einer Ausführungsform mit kapazitiver Messung. In dieser Ausführungsform wird die Kombination eines elektronischen Vorschaltgeräts zur Messung der relativen Kapazität zwischen einem LED-Modul 16 und einem Abschnitt des Leuchtengehäuses 1 verwendet. Dabei wird ausgehend von einem Mikroprozessor an einem elektronischen Vorschaltgerät der LED eine Leitung 18 herausgeführt, welche mit einem Ableitungswiderstand 19 mit dem Gehäuseabschnitt 1 verbunden ist. Durch den Ableitungswiderstand 19 ist gewährleistet, dass bei Berührung des Gehäuses 1 ein maximaler Berührungsstrom nicht überschritten wird. Das elektronische Vorschaltgerät der LEDs ist mit der Leitung 20 mit dem LED-Modul 16 verbunden. Durch eine Kapazitätsmessung zwischen den Zu- und Ableitungen 18, 20 kann die Kapazität zwischen dem Leuchtengehäuse 1 und dem LED-Modul 16 gemessen werden. Diese Kapazität ist wieder ein Indikator für Feuchtigkeit, die sich auf der Außenseite des Gehäuses befindet.
  • In allen Ausführungsformen ist im Inneren der Leuchte ferner eine elektronische Schaltung vorgesehen, welche das Messsignal von dem Feuchtigkeitssensor empfängt und zur Regelung der Lichtabgabe der Leuchte eingerichtet ist. Bei Nebel oder Niederschlag in Form von Regen oder Schnee ändert die Straßenleuchte ihre Lichtverteilung und/oder Lichtfarbe und/oder ihren Lichtstrom, mit dem Zweck, die Sichtverhältnisse für die Verkehrsteilnehmer zu verbessern. Bei der Detektion von Regen, Nebel oder Schnee über den Feuchtigkeitssensor ist daher die elektronische Steuereinrichtung in der Straßenleuchte dazu eingerichtet, die Lichtausgabe zu verändern, insbesondere eine Änderung der Lichtfarbe hin zu einem geringeren Blau-Anteil und einem höheren Rot-Anteil zu verändern, da der Rot-Anteil des Lichts weniger zur Blendung führt. Dadurch ist zwar die Farbwiedergabe im Vergleich zu weißem Licht verschlechtert, aber gleichzeitig der Kontrast erhöht, da die Verkehrsteilnehmer weniger geblendet werden. Da die Witterungsverhältnisse bei Regen, Nebel oder Schnee den Kontrast stark verringern, können durch die Erhöhung des Kontrast die Änderungen der Lichtfarbe in geeigneter Weise den gewünschten Effekt zur Verbesserung der Sichtverhältnisse erzielen. Die verschlechterte Farbwiedergabe ist in diesem Fall zweitrangig. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Beleuchtungsniveau insgesamt reduziert werden, um die Blendung der Verkehrsteilnehmer bei Regen, Nebel oder Schnee zu verringern. Dazu können von der Steuereinrichtung der Leuchte die Leuchtmittel in der Leuchte einfach gedimmt werden. Neben der Möglichkeit, das Beleuchtungsniveau insgesamt zu senken, um die Blendung zu reduzieren, kann auch die Lichtverteilung der Leuchte geändert werden, um die Beleuchtungsdichte auf der regennassen Oberfläche zu verringern und somit die Blendung zu reduzieren. In diesem Fall wird die Lichtverteilung zu einer breiteren Lichtverteilung verändert.
  • Durch die automatische, wetterabhängige Einstellung von Lichtstrom, Lichtfarbe und/oder Lichtverteilung wird daher der Sichtkomfort für die Verkehrsteilnehmer bei widrigen Wetterbedingungen verbessert.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Gehäuseabschnitt
    2, 2a, 2b, 2c, 2d
    Elektrode
    3
    Messleitung
    4
    Isolationskörper
    5
    Berührungsschutz
    6
    Gegenelektrode
    7
    Wassertropfen
    8
    Linse
    10
    optischer Sender/Empfänger
    12
    akustischer Empfänger
    14
    transparente Abdeckung
    16
    LED-Modul
    18
    Messleitung zum Mikrokontroller des elektronischen Vorschaltgeräts
    19
    Ableitungswiderstand
    20
    Leitung vom elektronischen Vorschaltgerät

Claims (12)

  1. Straßenleuchte, welche dazu eingerichtet ist, wetterabhängig eine Lichtabgabe zu verändern,
    gekennzeichnet durch einen Feuchtigkeitssensor, der in der Straßenleuchte selbst unter einem Gehäusebauteil (1) oder einer Leuchtenabdeckung (14) der Straßenleuchte verdeckt angebracht ist,
    wobei eine Steuereinrichtung in der Straßenleuchte dazu eingerichtet ist, eine Lichtabgabe von Leuchtmittel der Straßenleuchte in Abhängigkeit von Messsignalen des Feuchtigkeitssensors zu verändern.
  2. Straßenleuchte nach Anspruch 1, wobei der Feuchtigkeitssensor dafür eingerichtet ist, eine Kapazitätsänderung zu messen, wobei die Kapazität zwischen zwei Elektroden (2, 6) gemessen wird und eine erste der Elektroden (2) in dem Gehäusebauteil (1) integriert ist oder eine der Elektroden durch das Gehäusebauteil (1), welches metallisch ist, selbst gebildet ist.
  3. Straßenleuchte nach Anspruch 2, wobei eine Gegenelektrode (6) der ersten Elektrode (2) elektrisch isoliert von der ersten Elektrode (2) an einer Innenseite des Gehäusebauteils (1) angebracht ist oder elektrisch isoliert von der ersten Elektrode (2) in dem Gehäusebauteil (1) oder in der Leuchtenabdeckung integriert ist.
  4. Straßenleuchte nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Feuchtigkeitssensor mehrere erste Elektroden (2a-2d), die in oder auf einen Isolationskörper (4) der Leuchtenabdeckung integriert sind, und eine Gegenelektrode (6) aufweist, die elektrisch isoliert an oder hinter der Leuchtenabdeckung angebracht ist.
  5. Straßenleuchte nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei mehrere erste Elektroden (2a-2d) in einem Isolationskörper (4) der Straßenleuchte angeordnet sind und eine Gegenelektrode durch das Gehäusebauteil (1), welches metallisch ist, gebildet ist.
  6. Straßenleuchte nach Anspruch 1, wobei der Feuchtigkeitssensor auf einem optischen Messprinzip beruht und der Feuchtigkeitssensor hinter einer Abdeckung (14), die transparent ist, angebracht ist.
  7. Straßenleuchte nach Anspruch 6, wobei der Feuchtigkeitssensor dazu eingerichtet ist, einen Lichtpuls von einem Sender auszugeben, welcher durch die transparente Leuchtenabdeckung hindurchtritt und im Fall eines Wassertropfens auf der Außenseite der transparenten Leuchtenabdeckung von diesem zu einem Empfänger (10) des Feuchtigkeitssensors durch die transparente Abdeckung (14) zurückgestreut wird.
  8. Leuchte nach Anspruch 6 oder 7, wobei die transparente Abdeckung (14) wenigstens teilweise als eine Linse (8) ausgeführt ist.
  9. Straßenleuchte nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei das von dem Feuchtigkeitssensor abgegebene Licht im Infrarotbereich liegt.
  10. Straßenleuchte nach Anspruch 1, wobei der Feuchtigkeitssensor ein Radarsensormodul, insbesondere ein Doppler-Radar-Sensormodul, einen Vibrationssensor, einen Piezoschallaufnehmer oder ein Mikrofon umfasst, wobei der Feuchtigkeitssensor auf einer Innenseite der Leuchtenabdeckung oder des Gehäusebauteils (1) angebracht ist und dafür eingerichtet ist, Schallwellen zu detektieren, welche durch auf die Leuchtenabdeckung oder des Gehäusebauteils (1) auftreffende Regentropfen hervorgerufen werden.
  11. Straßenleuchte nach Anspruch 1, wobei der Feuchtigkeitssensor eine Radiofrequency-Identification, RFID, -Antenne umfasst, die auf einer Innenseite der Leuchtenabdeckung angebracht ist, und dafür eingerichtet ist, eine Impedanzänderung zu messen.
  12. Straßenleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen Temperaturmesser aufweist, wobei die Steuereinrichtung die Lichtabgabe ferner stärker verändert, wenn der Temperaturmesser eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt anzeigt.
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