ES2271423T3 - Dispositivo sensor para la deteccion de la humedad sobre un cristal transparente. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo sensor para la detección de la humedad sobre un cristal transparente con al menos un sensor de radiación (31) y al menos un receptor de radiación (32), que están dispuestos en una carcasa de sensores (10, 20), en el que están previstos medios de conducción de la radiación (21, 22, 26) por refracción, que acoplan la radiación emitida por el sensor (31) en el cristal y desacoplan desde el cristal una parte de la radiación acoplada, que depende de la humedad del cristal, bajo reflexión total en al menos una superficie del cristal y a conducen al receptor (32), caracterizado porque están previstos otros medios de conducción de la radiación (14, 24, 25) por refracción, que conducen las porciones de radiación emitidas por el emisor (31), que no son detectadas de una manera inmediata por los medios de conducción de la radiación (21, 22, 26) por refracción, a estos medios de forma indirecta.
Description
Dispositivo sensor para la detección de la
humedad sobre un cristal transparente.
La invención se refiere a un dispositivo sensor
para la detección de la humedad sobre un cristal transparente con
al menos un sensor de radiación y al menos un receptor de radiación,
que están dispuestos en una carcasa de sensores, en el que están
previstos medios de conducción de la radiación por refracción, que
acoplan la radiación emitida por el sensor en el cristal y
desacoplan desde el cristal una parte de la radiación acoplada, que
depende de la humedad del cristal, bajo reflexión total en al menos
una superficie del cristal.
En los vehículos modernos de la gama alta se
utilizan actualmente muchas veces los llamados sensores de lluvia.
Estos dispositivos sirven para la activación acorde con las
necesidades de la instalación de parabrisas o bien de la
instalación de limpiaparabrisas. La humedad del cristal a través de
la lluvia, niebla, salpicaduras de agua, etc. debe medirse de forma
automática y debe activarse el limpiaparabrisas o bien la
instalación de inyección de una manera automática. La finalidad de
tales dispositivos es descargar al conductor de un automóvil de la
realización manual de tareas de este tipo y para que no desvíe su
concentración del tráfico de la carretera.
Habitualmente, tales sensores están alojados en
una carcasa, que está colocada en la zona de limpieza de las hojas
del limpiaparabrisas en el interior en el cristal de parabrisas. El
principio básico de un sensor de lluvia se basa en que la luz,
especialmente la luz en la zona espectral infrarroja, es emitida por
un emisor y es acoplada a través de medios de conducción de la
radiación por refracción, por ejemplo lentes, en el cristal del
parabrisas. Cuando el ángulo de acoplamiento es seleccionado de una
manera adecuada, se produce la reflexión total en la superficie
exterior del cristal del parabrisas, es decir, durante el paso de la
radiación desde el medio ópticamente más denso (cristal de
parabrisas) hacia el medio ópticamente más fino (aire exterior). La
luz reflejada totalmente es desacoplada del cristal por otros medios
de conducción de la radiación por refracción, por ejemplo por otras
lentes, y es conducida a un receptor de la radiación. El grado de la
reflexión total, es decir, la porción de la luz reflejada
totalmente, es una función del grado de humedad del cristal. En
efecto, si se encuentra, por ejemplo, una gota de agua en la zona,
en la que la luz emitida por el sensor incide sobre la superficie
exterior del cristal, entonces se reduce la diferencia de los
índices de refracción de los medios a ambos lados de la superficie
límite, lo que conduce a condiciones modificadas de la reflexión
total. Una unidad de evaluación conectada a continuación del
receptor registra las modificaciones de la porción de radiación de
reflexión total y calcula a partir de ellas el grado de humedad
actual o bien los parámetros de activación adecuados para la
instalación de limpiaparabrisas.
Puesto que el sensor, como se ha mencionado,
está montado en la zona de los cristales del parabrisas, es
deseable configurarlo lo más pequeño posible con el fin de no
limitar de una manera innecesaria la visión del conductor del
vehículo. Por otra parte, una medición precisa requiere una señal lo
más fuerte posible para reducir en la mayor medida posible los
ruidos estadísticos como también los ruidos del amplificador. Por
lo tanto, en general, se intenta construir, por una parte, un sensor
lo más pequeño posible, pero, por otra parte, hacer que una porción
lo más grande posible de su luz emitida sea utilizable para la
medición y al mismo tiempo mantener lo más pequeñas posible las
dimensiones de la carcasa.
Se conoce a partir del documento DE 199 55 423
A1 un dispositivo del tipo indicado al principio, en el que la
pared de la carcasa que está dirigida hacia el cristal está
configurada al menos en parte transparente y las lentes para el
acoplamiento y desacoplamiento de la luz en el y desde el cristal
están configuradas en una sola pieza con esta pared de la carcasa.
Una lente de acoplamiento está dispuesta en la proximidad inmediata
de un emisor, de manera que una gran parte de la luz irradiada por
este emisor puede ser recibida por la lente de acoplamiento. Por
otra parte, en la proximidad inmediata de una lente de
desacoplamiento está dispuesto un receptor, de manera que una
porción grande de la luz desacoplada por la lente de desacoplamiento
puede ser detectada por el receptor.
Aunque el dispositivo conocido puede utilizar
una porción comparativamente grande de la radiación emitida para la
medición y al mismo tiempo posibilita una estructura pequeña de la
carcasa, debe considerarse como inconveniente que no se puede
utilizar todavía siempre una porción demasiado grande de la luz
emitida por el emisor para la medición, sino, por el contrario,
perturba como luz dispersa en la carcasa la detección a través del
receptor.
El dispositivo de acuerdo con la invención según
la reivindicación 1 se basa en el estado de la técnica porque están
previstos otros medios de conducción de la radiación por refracción,
que conducen las porciones de radiación emitidas por el emisor, que
no son detectadas de una manera inmediata por los medios de
conducción de la radiación por refracción, a estos medios de forma
indirecta. Esto posibilita la utilización eficiente también de
aquellas porciones de luz, que se pierden en los dispositivos de
medición conocidos. A través de la adaptación adecuada de las
simetrías de los medios de conducción de la radiación por refracción
y de los medios de conducción de la radiación por reflexión se
puede conseguir incluso una utilización casi completa de la luz
emitida por el emisor.
La invención está configurada de acuerdo con la
reivindicación 2 de una manera especialmente útil puesto que las
ventajas mencionadas anteriormente se pueden transmitir de una
manera similar a la parte del dispositivo en el lado del receptor.
En efecto, esto es posible porque una porción mayor de la luz
desacoplada desde el cristal a través de la lente de
desacoplamiento, se pone al acceso del receptor, lo que incrementa
adicionalmente la exactitud o bien la velocidad de la medición.
Las ventajas de la configuración de acuerdo con
la reivindicación 3 consisten sobre todo en que no deben
incorporarse partes separadas en el dispositivo. Esto reduce
especialmente la necesidad de espacio y, por lo tanto, conduce a
una configuración más pequeña de la carcasa.
A partir de una configuración de acuerdo con la
reivindicación 4se consigue la ventaja de que las partes
individuales de la carcasa, que deben conectarse entre sí durante el
montaje, se pueden configurar de una manera especialmente pequeña,
y los medios de conducción de la radiación por reflexión
proporcionan, a pesar de todo, en el estado montado relevante, una
potencia óptima. En particular, de esta manera se pueden realizar
también estructuras más complejas, como por ejemplo estructuras de
espejos huecos con formas sencillas de las partes individuales de
la carcasa, especialmente sin recesos desfavorables desde el punto
de vista de la técnica de fundición por inyección.
La ventaja de la configuración alternativa de
acuerdo con la reivindicación 7 reside especialmente en que las
formas existentes de la carcasa se pueden continuar utilizando de
forma inalterada o sólo ligeramente modificadas.
La configuración de acuerdo con la
reivindicación 6 conduce a una realización de coste especialmente
favorable del dispositivo sensor de acuerdo con la invención, puesto
que las partes de la carcasa pueden estar configuradas, por
ejemplo, como piezas fundidas por inyección de plástico, en las que
los medios de conducción de la radiación por reflexión deseados se
pueden crear en una etapa corta de bonificación de la superficie
que se conecta a continuación.
La ventana de la configuración de acuerdo con la
reivindicación 7 reside en que la configuración de los medios de
conducción de la radiación por refracción como lentes de plástico,
de una manera similar a la descrita anteriormente, posibilita una
configuración de coste especialmente favorable del dispositivo
sensor.
A través de la configuración alternativa de los
medios de conducción de la radiación por refracción de acuerdo con
la reivindicación 8 se consigue una reducción adicional del volumen
del sensor. Además, en esta forma de realización, los medios de
conducción de la radiación por reflexión pueden presentar
estructuras más sencillas, puesto que el ángulo de aceptación de la
estructura del tipo de escalera de acuerdo con la invención es
mayor que el de las lentes convencionales.
La selección especial del tipo de radiación de
acuerdo con la reivindicación 9 ofrece dos ventajas. En efecto, por
una parte, la generación y detección de luz infrarroja,
especialmente con la tecnología SMD utilizada de una manera
preferida, son especialmente sencillas y de coste favorable. Por
otra parte, esta zona espectral se encuentra fuera de la
visibilidad del conductor del vehículo, de manera que se excluyen
las irritaciones a través del sensor.
A continuación se explica la invención a modo de
ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos con la ayuda de
formas de realización preferidas.
En este caso:
La figura 1 muestra una vista en planta superior
esquemática sobre una forma de realización del dispositivo sensor
de acuerdo con la invención.
La figura 2 muestra una vista en sección
esquemática a través del dispositivo sensor de acuerdo con la
invención de la figura 1 a lo largo de la línea de intersección II
- II en la figura 1.
La figura 3 muestra una sección transversal
esquemática a través de una segunda forma de realización del
dispositivo sensor de acuerdo con la invención;
y
y
La figura 4 muestra una representación
esquemática de detalle de una forma de realización especial de los
medios de conducción de la radiación por refracción.
La figura 1 muestra una vista en planta superior
esquemática sobre una primera forma de realización del dispositivo
sensor de acuerdo con la invención. A continuación se describe en
combinación con la figura 2 que representa una sección transversal
esquemática a través del mismo dispositivo sensor a lo largo de la
línea de intersección II - II. El dispositivo sensor está dispuesto
en una carcasa 10, 20 de dos partes. La figura 1 muestra la vista
sobre la superficie 23, que está en contacto en el caso de montaje
con el cristal no representado. Esta superficie es componente de la
parte de la carcasa 20. Entre las partes de la carcasa 10, 20 está
dispuesta una pletina electrónica 30, sobre la que están dispuestos
dos emisores de infrarrojos 31 así como dos receptores de
infrarrojos 32. Entre un emisor 31 y un receptor 32,
respectivamente, está dispuesta una pareja de lentes, que están
constituidas en cada caso por una lente de acoplamiento 21 y una
lente de desacoplamiento 22. Estas lentes son componentes de la
pared de la carcasa 23. La lente de acoplamiento 21 sirve para la
recepción de la luz emitida por el sensor de infrarrojos asociado y
para el acoplamiento en el cristal bajo un ángulo adecuado. La
lente de desacoplamiento 22 recibe la porción de la luz reflejada
total por el cristal y la transmite al receptor asociado en cada
caso. Las flechas en la figura 1 ilustran la dirección esencial de
la conducción de la radiación.
En la figura 2 se indican a través de líneas de
trazos los componentes de la radiación, que son emitidos por un
emisor 31, pero en los dispositivos sensores convencionales no son
recibidos por la lente de acoplamiento 21 y son acoplados en el
cristal. Simétricamente a ello están dispuestos de la misma manera
componentes de la radiación a través de líneas de trazos, que son
desacoplados desde el cristal por la lente de desacoplamiento 22,
sin embargo en los dispositivos sensores convencionales no llegan al
receptor 32. Estos componentes de la radiación son recibidos de
acuerdo con la invención por superficies de la carcasa 14, 24 que
están realizadas como elementos de espejos huecos y son conducidos
sobre la lente de acoplamiento 21 o bien desde la lente de
desacoplamiento 22 sobre el receptor 22. Por lo tanto, pueden
contribuir a la medición, lo que eleva en una medida esencial el
nivel de la señal y, por lo tanto, la exactitud o bien la velocidad
máxima de la medición. En el ejemplo de realización de las figuras
1 y 2, los elementos de espejo hueco se componen de componentes de
pared azogados de las dos partes de la carcasa 10, 20. Por lo tanto,
despliegan su acción solamente en el estado montado. Esta
estructura modular posibilita una configuración especialmente
economizadora de espacio del dispositivo sensor y una fabricación
de coste favorable.
La figura 3 muestra una sección transversal
esquemática a través de una segunda forma de realización del
dispositivo sensor de acuerdo con la invención. Los mismos signos de
referencia representan aquí elementos funcionalmente iguales que en
las figuras 1 y 2. A diferencia de la forma de realización descrita
anteriormente, los elementos de los medios de conducción de la
radiación por reflexión no están realizados, sin embargo, como
componentes de la carcasa. En su lugar, están configurados como
componentes separados, que se insertan entre la pletina 30 y las
lentes 21, 22 o bien la pared de la carcasa 23. Esto se puede llevar
a cabo, por ejemplo, en forma de una chapa de inserción configurada
de forma adecuada o de una lámina de plástico azogada.
Adicionalmente a los elementos de espejo hueco 24, en la forma de
realización de la figura 3, está previsto un elemento de espejo
plano central 25, que no sólo cumple la finalidad explicada ya
anteriormente de los medios de conducción de la radiación por
reflexión, sino que sirve adicionalmente como pantalla entre el
emisor 31 y el receptor 32, que mantiene la radiación dispersa no
deseadas del emisor 31 a distancia del receptor y de esta manera
posibilita una mejora adicional de la calidad de la medición.
La figura 4 representa una forma de realización
especial de los medios de conducción de la radiación por
refracción, especialmente de un dispositivo de acoplamiento 21. En
lugar de cómo lente clásica, el dispositivo de acoplamiento 21 está
configurado como estructura transparente del tipo de escalera, que
cumple la misma función que una lente clásica, a saber, el
acoplamiento de la luz emitida por el emisor 31 en el cristal, pero
se puede configurar más plano y de superficie mayor y, por lo tanto,
es, en general, economizador de espacio y especialmente eficiente.
Una estructura similar se puede utilizar evidentemente también para
el desacoplamiento de la luz reflejada total desde el cristal.
Aunque la invención se ha mostrado y descrito
especialmente con referencia a algunos ejemplos de realización
preferido, se entiende por el técnico, que se pueden realizar
modificaciones en la forma y en los detalles, sin apartarse de la
idea ni del alcance de la invención. De una manera correspondiente,
no debe limitarse la publicación de la presente invención. En su
lugar, la publicación de la presente invención debe ilustrar el
alcance de la invención, que se representa en las reivindicaciones
siguientes.
La descripción precedente de los ejemplos de
realización de acuerdo con la presente invención solamente sirve
para fines de ilustración y no para la finalidad de la limitación de
la invención.
Claims (9)
1. Dispositivo sensor para la detección de la
humedad sobre un cristal transparente con al menos un sensor de
radiación (31) y al menos un receptor de radiación (32), que están
dispuestos en una carcasa de sensores (10, 20), en el que están
previstos medios de conducción de la radiación (21, 22, 26) por
refracción, que acoplan la radiación emitida por el sensor (31) en
el cristal y desacoplan desde el cristal una parte de la radiación
acoplada, que depende de la humedad del cristal, bajo reflexión
total en al menos una superficie del cristal y a conducen al
receptor (32), caracterizado porque están previstos otros
medios de conducción de la radiación (14, 24, 25) por refracción,
que conducen las porciones de radiación emitidas por el emisor
(31), que no son detectadas de una manera inmediata por los medios
de conducción de la radiación (21, 22, 26) por refracción, a estos
medios de forma indirecta.
2. Dispositivo sensor de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque están previstos medios
adicionales de conducción de la radiación (14, 24, 25) por
refracción, que conducen las porciones de radiación desacopladas
desde el cristal, que no son detectadas de una manera inmediata por
el receptor (32), a este receptor de forma indirecta.
3. Dispositivo sensor de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque los medios de
conducción de la reflexión (14, 24) por refracción están
configurados al menos por regiones como parte de la carcasa (10,
20).
4. Dispositivo sensor de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizado porque la carcasa está
constituida por al menos dos partes de carcasa (10, 20) que se
pueden conectar entre sí, cada una de las cuales lleva, en el
estado montado, componentes de colaboración de los medios de
conducción de la radiación (14, 24) por refracción.
5. Dispositivo sensor de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de conducción de la radiación (24, 25) por refracción se pueden
insertar al menos por regiones como componente separado en la
carcasa (10).
6. Dispositivo sensor de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de conducción de la radiación por refracción están configurados como
superficies de plástico (14, 24, 25) recubiertas con efecto de
reflexión de la radiación emitida por el emisor (31).
7. Dispositivo sensor de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios
de conducción de la radiación por refracción están configurados como
lentes de plástico (21, 22) transparentes para la radiación emitida
por el emisor.
8. Dispositivo sensor de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los medios de
conducción de la radiación por refracción están realizados como
estructura (26) en forma de escalera de una pared de la carcasa
(23) transparente para la radiación emitida por el emisor.
9. Dispositivo sensor de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el emisor
(31) emite luz en la zona espectral infrarroja y el receptor (32) es
sensible para la luz de esta zona espectral.
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