FI95081B - A method and apparatus for detecting a liquid on the surface of a solid - Google Patents

A method and apparatus for detecting a liquid on the surface of a solid Download PDF

Info

Publication number
FI95081B
FI95081B FI941605A FI941605A FI95081B FI 95081 B FI95081 B FI 95081B FI 941605 A FI941605 A FI 941605A FI 941605 A FI941605 A FI 941605A FI 95081 B FI95081 B FI 95081B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
radiation
solid
detectors
beams
liquid
Prior art date
Application number
FI941605A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI95081C (en
FI941605A0 (en
Inventor
Matti Kolari
Original Assignee
Matti Kolari
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 Matti Kolari filed Critical Matti Kolari
Priority to FI941605A priority Critical patent/FI95081C/en
Publication of FI941605A0 publication Critical patent/FI941605A0/en
Priority to AU21393/95A priority patent/AU2139395A/en
Priority to PCT/FI1995/000171 priority patent/WO1995027894A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI95081B publication Critical patent/FI95081B/en
Publication of FI95081C publication Critical patent/FI95081C/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60SSERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00Cleaning of vehicles
    • B60S1/02Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven
    • B60S1/0818Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like
    • B60S1/0822Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means
    • B60S1/0833Optical rain sensor
    • B60S1/0837Optical rain sensor with a particular arrangement of the optical elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60SSERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00Cleaning of vehicles
    • B60S1/02Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven
    • B60S1/0818Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like
    • B60S1/0822Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/43Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length by measuring critical angle

Description

, 95081, 95081

Menetelmä ja laitteisto kiinteän aineen pinnalla olevan nesteen ilmaisemiseksiA method and apparatus for detecting a liquid on the surface of a solid

Keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteistoon sähkömagneettista säteilyä läpäisevän kiinteän aineen sileällä pinnalla olevan nesteen ilmaisemiseksi. Keksinnön erityisenä kohteena on 5 menetelmä ja laitteisto ajoneuvon tuulilasilla olevan veden ilmaisemiseksi sekä menetelmään perustuva laitteisto tarvepohjaisen ohjausautomatiikan aikaansaamiseksi lasinpyyhkimen automaattista käynnistämistä ja pysäyttämistä varten.The invention relates to a method and apparatus for detecting a liquid on a smooth surface of a solid permeable to electromagnetic radiation. The invention relates in particular to a method and apparatus for detecting water on the windscreen of a vehicle and to an apparatus based on the method for providing on-demand control automation for the automatic starting and stopping of a windscreen wiper.

Käytännössä esiintyy tarpeita mitata kiinteän aineen pinnalla esiintyvän nesteen peittämää 10 osuutta kiinteän aineen pinnasta. Monissa sovelluksissa mittauksen ei tarvitse olla erityisen tarkka, vaan vaaditaan yksinkertaisuutta ja toimivuutta vaikeissa ja vaihtelevissa olosuhteissa. Tyypillinen kiinteä/kaasu rajapinta, jossa halutaan mitata nesteen peittämää osuutta, on ajoneuvon, työkoneen tai vastaavan tuuli* tai takalasi.In practice, there is a need to measure the proportion of liquid covered by a liquid on the surface of a solid. In many applications, the measurement does not need to be particularly accurate, but simplicity and functionality are required in difficult and variable conditions. A typical solid / gas interface where you want to measure the liquid-covered portion is the wind * or rear window of a vehicle, implement, or the like.

15 Kyseisen ajoneuvosovelluksen ratkaisuun pyrkiviä keksintöjä on patentoitu kymmenittäin. Ajoneuvoihin niitä ei ole kuitenkaan kaupallisesti sovellettu. Tämä johtuu niissä esiintyvistä teknisistä puutteista.15 Dozens of inventions have been patented in order to solve the vehicle application in question. However, they have not been applied commercially to vehicles. This is due to their technical shortcomings.

Sovellukseen on esitetty neljän tyyppisiä ratkaisuja: kapasitanssiin, sähkömagneettisen 20 säteilyn (lähinnä infrapuna ja näkyvä valo) taittumiseen ja heijastumiseen, mikroaaltojen heijastukseen ja osuvien pisaroiden aiheuttamaan ääneen perustuvia. Kapasitiivisilla menetelmillä ei niin vaihtelevissa olosuhteissa (kosteus ja lämpötila) päästä riittävään tarkkuuteen pienillä vesipitoisuuksilla. Useimmat esitetyt keksinnöt perustuvat sähkömagneettisen säteilyn erilaisten heijastusten tai taittumisen hyväksikäyttöön.Four types of solutions have been proposed for the application: based on capacitance, refraction and reflection of electromagnetic radiation (mainly infrared and visible light), microwave reflection and sound caused by hitting droplets. Capacitive methods do not achieve sufficient accuracy at low water concentrations under such varying conditions (humidity and temperature). Most of the disclosed inventions are based on the utilization of various reflections or refractions of electromagnetic radiation.

25 '. Sähkömagneettiseen säteilyyn perustuvat ratkaisut jakautuvat kahteen pääryhmään: toisessa ryhmässä säteily lähetetään lasin sisäpuolelta vapaasta ilmasta ja se heijastuu/siroaa takaisin vesipisaroista ja/tai lasin pinnalla olevasta kiinteästä liasta. Toisessa taas säteily lähetetään lasin sisälle prisman kautta kulmassa, jossa se kokonaisheijastuu lasin sisällä edetessään.25 '. Solutions based on electromagnetic radiation fall into two main groups: in the second group, the radiation is emitted from inside the glass from free air and is reflected / scattered back from water droplets and / or solid dirt on the surface of the glass. In the other, radiation is transmitted inside the glass through a prism at an angle where it is totally reflected inside the glass as it travels.

30 Jälkimmäiset keksinnöt perustuvat mm. ruotsalaisessa patentissa n:o 353 497 vuodelta 1969 esitettyyn periaatteeseen. Siinä lasin sisälle prisman kautta lähetetty säteily etenee kokonaisheijastuen vuorotellen lasin kummastakin pinnasta. Osa säteilystä otetaan ulos toisen prisman avulla muutaman kokonaisheijastuksen jälkeen. Mikäli säteily kohtaa lasin pinnalla vesipisaran, se kokonaisheijastumisen sijasta pääsee lasista ulos. Tämä aiheuttaa 35 vastaanottavan prisman läpi tulevan säteilyn intensiteetin heikkenemisen, josta voidaan havaita pisaroiden läsnäolo.30 The latter inventions are based on e.g. to the principle set out in Swedish Patent No. 353,497 of 1969. In it, the radiation transmitted inside the glass through a prism propagates in total reflection alternately from both surfaces of the glass. Some of the radiation is taken out by the second prism after a few total reflections. If the radiation meets a drop of water on the surface of the glass, it will escape from the glass instead of being completely reflected. This causes a decrease in the intensity of the radiation coming through the receiving prism, from which the presence of droplets can be detected.

2 950812 95081

Mainitun ruotsalaispatentin mukaisessa menetelmässä on se periaatteellinen ja oleellinen puute, että ilmaisinelimelle pääsevän taustasäteilyn voimakkuus on ajoittain niin suuri, että se ylikuormittaa ilmaisimen ja estää näin halutun toiminnan. Sama koskee kaikkia samaan periaatteeseen perustuvia keksintöjä ja tunnettuja tekniikoita, joissa ilmaisin on vapaassa 5 ilmassa.The method according to said Swedish patent has the fundamental and essential disadvantage that the intensity of the background radiation entering the detector element is at times so high that it overloads the detector and thus prevents the desired operation. The same applies to all inventions and known techniques based on the same principle, in which the detector is in free air.

US patentissa n:o 4 676 638 taustasäteilyn pääsy säteilyä mittaavalle ilmaisimelle on eliminoitu kahdella eri periaatteella. Ensimmäinen tapa on käyttää useampipintaista prismaa niin muotoiltuna, että taustasäteily joutuu säteilyn kulkureitillä ensimmäisen, prisman pinnasta 10 tapahtuvan kokonaisheijastuksen jälkeen heijastamattomalle pinnalle. Tätä ei tapahdu mittaukseen käytetylle säteilylle, joka pääsee prismassa tapahtuvan toisen heijastuksen jälkeen valoherkälle anturille. Toisessa saman patentin taustasäteilyn erottamistavassa on kysymys periaatteessa samasta asiasta. Siinä saadaan suorakulmion muotoisen prisman ja ilmaraon avulla taustasäteily kokonaisheijastumaan prisman päätypinnalta ja näin estetään sen pääsy 15 valoherkälle ilmaisimelle. Tämä on mahdollista suorakulmaisella prismalla, koska lasin, veden ja ilman taitekertoimet sattuvat olemaan tähän sopivia kuten patentissa on yksityiskohtaisesti osoitettu.In U.S. Patent No. 4,676,638, access of background radiation to a radiation measuring detector is eliminated by two different principles. The first way is to use a multi-surface prism so shaped that the background radiation is exposed to the non-reflecting surface in the path of the radiation after the first total reflection from the surface 10 of the prism. This is not the case for the radiation used for the measurement, which reaches the photosensitive sensor after the second reflection in the prism. Another way of distinguishing the background radiation of the same patent is basically the same thing. It causes the rectangular prism and the air gap to reflect the total background radiation from the end surface of the prism and thus prevents it from entering the photosensitive detector. This is possible with a rectangular prism, because the refractive indices of glass, water and air happen to be suitable for this, as shown in detail in the patent.

Kyseisen patentin mukainen ratkaisu sisältää monia puutteita. Erityisen merkittävä puute on se, 20 että säteilyä lähettävien ja vastaanottavien komponenttien parametrien muutoksia niin ympäristöolosuhteiden kuin ikääntymisenkään osalta ei siinä mitenkään kompensoida. Kuitenkin esimerkiksi ajoneuvon tuulilasin pyyhkijöiden automatiikkasovelluksessa kyseiset muutokset ovat oleellisia häiriötekijöitä.The solution according to that patent has many drawbacks. A particularly significant shortcoming is that it does not in any way compensate for changes in the parameters of the radiation transmitting and receiving components, both in terms of environmental conditions and aging. However, in the automation application of vehicle windshield wipers, for example, these changes are essential distractions.

25 Keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto, jossa on eliminoitu edellämainittujen patenttien ja *; tunnetun tekniikan mukaisiin ratkaisuihin sisältyvät haittapuolet. Keksinnön mukaisen menetelmän avulla aikaansaadaan siten kiinteän aineen pinnalla olevan nesteen ilmaisu, jossa taustasäteilyn vaikutus on eliminoitu osaksi automaattisesti ja osaksi ilmaisinelimien kytkennän ja sijoituksen avulla. Erityisenä keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto, jonka avulla aikaansaadaan 30 ajoneuvon tuulilasinpyyhkimien automaattiseen käynnistämiseen ja pysäyttämiseen soveltuva ohjaussignaali.The invention relates to a method and an apparatus in which the above-mentioned patents and *; disadvantages of prior art solutions. The method according to the invention thus provides the detection of a liquid on the surface of a solid, in which the effect of background radiation is eliminated partly automatically and partly by means of the coupling and placement of the detector elements. In particular, the invention relates to a method and apparatus for providing a control signal suitable for automatically starting and stopping the windshield wipers of a vehicle 30.

Keksinnön mukainen menetelmä säteilyä läpäisevän kiinteän aineen pinnalla olevan nesteen ilmaisemiseksi on tunnettu pääasiallisesti patenttivaatimuksessa 1 esitetyistä tunnusmerkeistä. 35The method according to the invention for detecting a liquid on the surface of a radiation-transmitting solid is characterized mainly by the features set forth in claim 1. 35

Keksinnön mukainen laitteisto sähkömagneettista säteilyä läpäisevän kiinteän aineen pinnalla olevan nesteen ilmaisemiseksi on tunnettu pääasiallisesti patenttivaatimuksessa 6 esitetyistä tunnusmerkeistä.The apparatus according to the invention for detecting a liquid on the surface of a solid permeable to electromagnetic radiation is characterized mainly by the features set forth in claim 6.

n 3 95081n 3 95081

Keksinnön mukainen menetelmä ja laitteisto perustuu säteilyn käyttäytymiseen sen tullessa eri kulmissa kiinteän aineen sisältä sen ulkopinnalle. Mikäli sisältä pintaan tulevan säteen ja pinnan välinen kulma on pienempi kuin ko aineen kokonaisheijastuksen rajakulma Θ1, säde kokonaisheijastuu takaisin kiinteän aineen sisälle. Jos kuitenkin säde osuu rajapinnassa 5 nestepisaraan, voi säteily siirtyä pisaran kautta ympäröivään kaasutilaan, ellei mainittu tulokulma ole pienempi kuin kiinteän aineen ja nesteen rajapinnan kokonaisheijastuksen rajakulma Θ2 kyseiselle aallonpituudelle. Säteilyn käyttäytyminen on edellä kuvatun mukaista tapauksissa, joissa kiinteän aineen, nesteen ja kaasun (tyhjön) taitekertoimet pienenevät tässä järjestyksessä, kuten käytännössä on sääntö.The method and apparatus according to the invention are based on the behavior of radiation as it enters at different angles from inside a solid to its outer surface. If the angle between the beam coming from the inside to the surface and the surface is smaller than the limit angle Θ1 of the total reflection of the substance, the total beam is reflected back inside the solid. However, if the beam hits a liquid droplet at the interface 5, the radiation can pass through the droplet into the surrounding gas space, unless said incident angle is less than the total angle of reflection Θ2 of the solid-liquid interface for that wavelength. The behavior of the radiation is as described above in cases where the refractive indices of the solid, liquid and gas (vacuum) decrease in this order, as is the rule in practice.

1010

Siten kiinteän aineen pinnalla olevat nestepisarat tai yhtenäinen vesikerros aiheuttavat sen, että kokonaisheijastuksen rajakulmien Θ1 ja Θ2 välisissä kulmissa kiintoaineen sisältä sen pintaan saapuvasta säteilystä kokonaisheijastuu takaisin kiintoaineen sisälle sitä pienempi osa mitä suurempi osa mainitusta pinnasta on nesteen peittämä, kun taas rajakulmaa Θ1 15 pienemmässä kulmassa pinnalle saapuva säteily kokonaisheijastuu kokonaisuudessaan riippumatta siitä, onko pinnalla nestettä. Tällä perusteella pinnasta kokonaisheijastuneiden sädekimppujen intensiteettieron muutokset indikoivat muutoksia nesteen peittämässä osuudessa kiinteän aineen pinnasta. Lähtöasetelma on edullista saattaa sellaiseksi, että mittauspinnan ollessa vapaa nesteestä heijastuneiden säteilyjen intensiteetit ovat yhtä suuria. Tällöin . 20 intensiteettien erotus on verrannollinen nesteen peittämään osuuteen kiintoaineen pinnasta.Thus, liquid droplets on the surface of a solid or a uniform layer of water cause at the angles between the total reflection boundary angles Θ1 and Θ2 the total part of said surface is reflected back to the solid the smaller part of said surface is covered by the liquid, while in the boundary angle Θ1 the incoming radiation is totally reflected regardless of whether there is liquid on the surface. On this basis, changes in the intensity difference of the total beam reflected from the surface indicate changes in the liquid-covered portion of the solid surface. It is advantageous to make the initial arrangement such that, when the measuring surface is free of liquid, the intensities of the radiation reflected are equal. In that case. The difference in intensities is proportional to the proportion of liquid surface covered by the liquid.

Keksinnön mukaisesti kiinteän aineen pinnasta takaisin kokonaisheijastuneiden säteiden ilmaisuun käytetään vähintään kahta kyseiselle säteilylle herkkää ilmaisinta 11 ja I2, esimerkiksi valokennoa, jotka tuottavat ilmaisimeen osuvan säteilyn määrästä ja kennojen 25 sähköisestä kuormituksesta riippuvan tasajännitteen. Keksinnön mukaisesti ilmaisimet : kytketään keskenään oikosulkuun siten, että ensimmäisen ilmaisimen plus-merkkinen napa on yhdistetty toisen ilmaisimen miinusmerkkiseen napaan ja vastaavasti ensimmäisen ilmaisimen miinus-merkkinen napa on yhdistetty toisen ilmaisimen pius-merkkiseen napaan. Yksittäinen iimaisinpari voidaan korvata ilmaisinryhmillä, joissa yhden ilmaisinparin kumpikin ilmaisin on 30 korvattu ryhmällä sarjaan ja/tai rinnan kytkettyjä ilmaisimia. Tällöin on edullista, mutta ei välttämätöntä, että käytetään keskenään identtisiä ilmaisimia ja että kytkentä on symmetrinen mittaukseen ja kompensointiin käytettyjen ilmaisimien kesken.According to the invention, at least two detectors 11 and I2 sensitive to the radiation in question, for example a photocell, are used to detect total reflections radiated back from the surface of the solid, producing a direct voltage depending on the amount of radiation and the electrical load on the detectors. According to the invention, the detectors: are short-circuited so that the plus sign of the first detector is connected to the negative sign of the second detector and the minus sign of the first detector is connected to the plus sign of the second detector, respectively. A single pair of detectors can be replaced by groups of detectors, where each detector in one pair of detectors has been replaced by a group of detectors connected in series and / or in parallel. In this case, it is preferred, but not necessary, that identical detectors be used and that the connection be symmetrical between the detectors used for measurement and compensation.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kumpikin ilmaisin tai ilmaisinryhmä on kytketty 35 tasapainotilassa tavallaan oikosulkuun, koska ne kuormittavat toisiaan niin, että kummankin napajännite on nolla. Tällöin niissä kummassakin kulkee sama oikosulkuvirta ja sisäisen vastuksen tällä virralla aiheuttama jännitehäviö kumoaa ilmaisimelle tulevasta säteilystä riippuvan 95081 4 sähkömotorisen voiman. Tämä on tilanne silloin, kun mittausalueella ei ole nestettä. Nesteen esiintyminen, kuten edellä on esitetty, aiheuttaa sen, että osa toisen säteilykimpun säteilystä pääsee karkaamaan ja siten vastaavalle ilmaisimelle osuvan säteilyn intensiteetti on alempi kuin toiseen ilmaisimeen osuvan säteilyn. Tällöin jännite mainittujen ilmaisimien muodostaman 5 ilmaisinelimen yli muuttuu jyrkästi. Ilmiön voimakkuutta vahvistaa se, että esimerkiksi valokennon saaman säteilyn lisääntyessä sähkömotorisen voiman kasvamisen lisäksi myös kennon sisäinen vastus laskee jyrkästi.In the method according to the invention, each detector or group of detectors is connected in a state of equilibrium in a state of equilibrium 35 in a way, because they load each other so that the pole voltage of each is zero. In this case, they both carry the same short-circuit current, and the voltage drop caused by the internal resistor with this current cancels out the 95081 4 electromotive force dependent on the radiation coming to the detector. This is the case when there is no liquid in the measuring range. The presence of a liquid, as described above, causes some of the radiation from the second beam to escape and thus the intensity of the radiation impinging on the corresponding detector is lower than that of the radiation impinging on the second detector. In this case, the voltage across the detector member 5 formed by said detectors changes sharply. The intensity of the phenomenon is confirmed by the fact that, for example, as the radiation received by a photocell increases, in addition to the increase in electromotive force, the internal resistance of the cell also decreases sharply.

Keksinnössä käytetyllä kokonaismenettelyllä ja sen osana edellä kuvatulla kytkennällä 10 saavutetaan kaikkiin ulkoisiin häiriötekijöihin nähden täysin ylivoimainen suoja. Tämä johtuu siitä, että tasapainotilassa, jonka suhteen muutokset todetaan mittausarvon muutoksina, kaikki oleelliset häiriötekijät kumoavat toisensa käytetystä vertailuperiaatteesta johtuen. Ilmaisimet asetetaan samoihin olosuhteisiin (esim. lämpötila), jolloin olosuhteiden muutokset tapahtuvat samanlaisina ja yhtä aikaa kullekin ilmaisimelle ja vaikuttavat samoihin parametreihin 15 yhtäläisesti, jolloin tasapaino ( U = 0 ) säilyy. Lisäksi on niin, että valosähköinen kenno on kuormitettuna vähiten riippuvainen kennon lämpötilasta, mistä syystä käytetty kytkentä on myös tältä kannalta paras mahdollinen. Myös hajasäteily, joka aiheutuu mm. pintojen epätäsmällisyydestä ja jota käytännössä aina pääsee jonkin verran ilmaisimille, jakautuu tasaisesti ilmaisimien kesken, joten sekään ei häiritse tasapainoa. Myös käytetyn säteilijän 20 vanheneminen kompensoituu tasapainotilassa kokonaan, koska mittaukseen käytetyn säteilyn sädekimput ovat lähtöisin samasta tai samanlaisesta säteilijästä. Myös ilmaisimien vanheneminen tapahtuu suunnilleen samaa tahtia, jolloin myös sen vaikutukset kumoutuvat. Edellä kuvatun perusteella on selvää, että ilmaisinelimessä on edullista käyttää keskenään identtisiä ilmaisimia. Tämä ei kuitenkaan ole välttämätöntä, koska tasapaino voidaan saavuttaa myös 25 erilaisten (-kokoisten)ilmaisimien kesken tasapainottamalla tilanne säteilykimppujen keskinäisellä suhteella. Tällöin kuitenkin menetetään ainakin osa edellä kuvatuista kompensointieduista.With the overall procedure used in the invention and as part of it, the connection 10 described above achieves completely superior protection against all external interference factors. This is because in the equilibrium state, for which the changes are detected as changes in the measured value, all the relevant disturbance factors cancel each other out due to the reference principle used. The detectors are set to the same conditions (e.g. temperature), whereby the changes in conditions occur similarly and simultaneously for each detector and affect the same parameters 15 equally, thus maintaining equilibrium (U = 0). In addition, it is the case that the photoelectric cell is least dependent on the temperature of the cell when loaded, which is why the connection used is also the best possible in this respect. Also diffuse radiation caused by e.g. the inaccuracy of the surfaces and which is practically always accessible to the detectors to some extent, is evenly distributed among the detectors, so that the balance is not disturbed either. Also, the aging of the used radiator 20 is completely compensated in the equilibrium state, because the beams of the radiation used for the measurement come from the same or a similar radiator. The aging of the detectors also takes place at approximately the same pace, so that its effects are also reversed. From the above, it is clear that it is advantageous to use identical detectors in the detector element. However, this is not necessary, as a balance can also be achieved between 25 different (sized) detectors by balancing the situation with the relationship between the radiation beams. In this case, however, at least some of the compensatory benefits described above are lost.

Edellä kuvattu itsekompensoivuus ja taustasäteilyn eliminointi ovat ratkaisevia etuja esimerkiksi 30 sovelluksessa, jossa keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa käytetään ohjaamaan automaattisesti ajoneuvon tuulilasinpyyhkimiä eli käynnistämään pyyhkimet silloin, kun tuulilasille mittausalueelle tulee vettä joko pisaroina tai yhtenäisenä vesikalvona ja vastaavasti pysäyttämään pyyhkimet silloin, kun vesi poistuu lasilta pyyhkimien vaikutuksesta. Ajoneuvosovellus on varsin vaikea sovelluskohde tunnetun tekniikan mukaisille 35 ratkaisuille, koska siinä ympäristöolosuhteet (esim. lämpötila ja säteilyolosuhteet) muuttuvat nopeasti ja laajoissa rajoissa.The self-compensation described above and the elimination of background radiation are crucial advantages, for example in an application where the method and apparatus according to the invention are used to automatically control vehicle windscreen wipers, i.e. to start wipers when water enters the measuring area. the influence. The in-vehicle application is a rather difficult application to the prior art solutions because it changes the environmental conditions (e.g., temperature and radiation conditions) rapidly and over a wide range.

Levymäisen kiinteän mittauspinnan ollessa kyseessä, kuten esimerkiksi auton tuulilasissa,In the case of a plate-like fixed measuring surface, such as in a car windscreen,

IIII

5 95081 voidaan mittaukseen käytettävän suunnatun säteilyn tuomiseksi levypinnan sisään ja samoin levyn toisen puolen pinnasta mittausalueelta heijastuneiden säteiden viemiseksi ilmaisimille käyttää keksinnön mukaisessa menetelmässä ja laitteistossa levypintaan kiinnitettyä ja säteilyä läpäisevää kappaletta tai prismaelintä, joka riittävän suuren taitekertoimen omaavalla 5 väliaineella kiinnitettynä mahdollistaa säteilyn siirtymisen levyyn ja takaisin levystä ilman kokonaisheijastusta. Prismaelimeen voidaan kiinnittää joko sisään upotettuna tai ulkopintaan kiinnitettynä säteilyä lähettävät ja jakavat elimet sekä samoin säteilyä vastaanottavat ilmaisinelimet. Kiinteän aineen ollessa paksumpi ja/tai vapaasti muotoiltavissa mittauspinnan vastakkaiselta puolelta, ei erillinen kiinnitettävä kappale ole välttämätön, vaan menetelmässä 10 tarvittavat elimet voidaan sijoittaa suoraan itse kiinteään aineeseen.5 95 081 can be directed radiation used for the measurement of bringing in the disc surface and the same surface of the second side plate measuring area for introducing the reflected beams for detectors used in the method and apparatus of the invention, the plate attached to the surface and the radiation-permeable pieces or prismatic body, which is sufficiently high refractive indices an attached 5 with medium allows the infrared radiation plate and back from the plate without total reflection. Radiation-transmitting and distributing members as well as radiation-receiving detector members can be attached to the prism member either embedded or attached to the outer surface. When the solid is thicker and / or freely deformable on the opposite side of the measuring surface, a separate body to be attached is not necessary, but the members required in method 10 can be placed directly on the solid itself.

Levymäisen kiinteän aineen tapauksessa on myös mahdollista käyttää erillistä prismaelintä säteilyn lähettämiseen levyn sisälle ja sieltä ilmaisinelimelle, jolloin kokonaisheijastumisia voi olla useampia kuin yksi ja molemmista kiinteän levyn ulkopinnoista, mikä mahdollistaa mitattavan 15 pinta-alan kasvattamisen.In the case of a plate-like solid, it is also possible to use a separate prism element to transmit radiation inside the plate and from there to the detector element, whereby the total reflections may be more than one and both outer surfaces of the solid plate, increasing the measurable area.

Säteilyä lähettävien elimien suhteen ei ole muita oleellisia vaatimuksia kuin se, että ne tuottavat vähintään kaksi suunnattua, edellä määritellyissä kulmissa kiinteän materiaalin sisältä sen pintaan osuvaa säteilykimppua. Siten tällaiset säteilyä lähettävät elimet voivat olla 20 kiinnitettyinä prisman sopiviin kulmiin hiottuihin sivupintoihin. Edullisinta on käyttää yhtä säteilylähdettä, jonka lähettämä säteily jaetaan ja suunnataan kahdeksi määrättyihin suuntiin kulkevaksi sädekimpuksi. Tällaisen laitteiston muodostaa esimerkiksi yksi säteilylähde, joka suunnataan puoliläpäisevään peiliin. Osa säteilystä heijastuu peilistä haluttuun suuntaan ja osa läpäisee peilin. Peilin läpäissyt säteily heijastetaan toiseen suuntaan esimerkiksi 25 läpäisemättömän peilipinnan avulla. Toinen mahdollisuus jakaa säteily on käyttää sopivasti ·; mitoitettuja prismoja. Myös mitkä tahansa muut ratkaisut, joiden avulla voidaan tuottaa vähintään kaksi tiettyyn suuntaan suunnattua sädekimppua, ovat käyttökelpoisia keksinnön mukaisesti.There are no essential requirements for the radiation-emitting members other than that they produce at least two directed beams of radiation hitting the surface of the solid material at its angles as defined above. Thus, such radiation emitting members may be attached to the side surfaces of the prism ground at appropriate angles. It is most advantageous to use a single radiation source, the radiation emitted by which is divided and directed into two beams traveling in certain directions. Such an apparatus consists, for example, of a single radiation source directed at a semipermeable mirror. Some of the radiation is reflected from the mirror in the desired direction and some passes through the mirror. The transmitted radiation of the mirror is reflected in the other direction by means of, for example, 25 impermeable mirror surfaces. Another way to distribute radiation is to use appropriately ·; dimensioned prisms. Any other solutions that can be used to produce at least two beam directed in a particular direction are also useful in accordance with the invention.

30 Keksinnön mukainen mittausalue on se alue kiinteän aineen pinnasta, jolle osuneelta pinnalta kokonaisheijastuu ilmaisimelle se sädekimppu, joka osuu kiinteä aineen pinnalle sellaisessa :* kulmassa, että se kiinteän aineen pinnalla osuessaan nesteeseen ei kokonaisheijastu kiinteän aineen ja nesteen rajapinnasta, vaan siirtyy nesteeseen. Vertailusädekimpun on edullista mutta ei välttämätöntä osua samalle mittausalueelle.The measuring range according to the invention is the area on the surface of a solid on which the beam which hits the surface of the solid is reflected from the impacted surface at such an angle: * that when it hits the liquid on the surface of the solid it is not completely reflected from the solid-liquid interface. It is advantageous but not necessary for the reference beam to hit the same measuring range.

Vertailusädekimppu on myös mahdollista lähettää suoraan vertailuun käytettävälle ilmaisimelle. Tällöin menetetään kuitenkin osa kompensoinnin tuomasta edusta.It is also possible to send the reference beam directly to the detector used for comparison. In this case, however, part of the benefit of the compensation is lost.

35 6 9508135 6 95081

Keksinnön mukaisesti käytettävät ilmaisimet voidaan myös kiinnittää prismaelimeen, esimerkiksi sen sivupintaan sellaisiin kohtiin, että mittausalueelta kokonaisheijastuneet, mittaukseen käytettävät kaksi sädekimppua osuvat niihin. Tällöin on edullista, että prisman ja ilmaisimien väliin jätetään ilmarako prisman sisäpinnasta tapahtuvan taustasäteilyn kokonaisheijastuksen 5 varmistamiseksi, millä estetään taustasäteilyn pääsy ilmaisimille. Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan ilmaisimet kiinnitetään kuitenkin mieluimmin apuprismaan, joka on ilmaraon päässä prismasta, jonka kautta levypinnasta heijastuneet mittausalueelta tulevat säteet saapuvat. Näin saadaan ilmaisimien suunta kohtisuoraksi säteiden tulosuuntaan nähden ja ilmaraon avulla torjutaan taustasäteilyn pääsy ilmaisimille, kuten jäljempänä kuvioiden yhteydessä on 10 selostettu.The detectors used according to the invention can also be mounted on a prism element, for example on its side surface, at such points that the two beams used for the measurement, which are totally reflected from the measuring area, hit them. In this case, it is advantageous to leave an air gap between the prism and the detectors in order to ensure the total reflection of the background radiation from the inner surface of the prism, thus preventing the background radiation from entering the detectors. However, according to a preferred embodiment of the invention, the detectors are preferably mounted on an auxiliary prism located at the end of the air gap from the prism through which the rays from the measuring area reflected from the plate surface arrive. This makes the direction of the detectors perpendicular to the incoming direction of the beams and the air gap prevents the background radiation from entering the detectors, as described below in connection with the figures.

Yksi tapa taustasäteilyn eliminoimiseksi on rajata ja peittää mittausalueen ympäristö säteilyä läpäisemättömällä materiaalilla niin, että kiinteän materiaalin ulkopuolelta mittauspinnalle tuleva taustasäteily ei voi päästä ilmaisimille, koska se ei voi edetä näin muodostuneesta 15 ikkunasta kiinteän aineen pintaan nähden kokonaisheijastuksen rajakulmaa pienemmässä kulmassa, kun taas mittaukseen ja vertailuun käytetty säteily lähtee ilmaisimille nimenomaan kokonaisheijastuksen rajakulmaa pienemmissä kulmissa.One way to eliminate background radiation is to delimit and cover the area around the measuring area with an opaque material so that background radiation from outside the solid material cannot reach the detectors because it cannot propagate from the resulting 15 windows to the solid surface the radiation used emits the detectors specifically at angles smaller than the limit of the total reflection.

Keksinnön mukaisesti säteily voidaan lähettää jatkuvana, jolloin lähtöjännitteen U poikkeama 20 tasapainotilasta kuvastaa nesteen peittämää osuutta mittausalueen pinta-alasta.Riippuvuus on esimerkiksi mainitun lasinpyyhkijäsovelluksen kannalta riittävän lineaarinen kohtuullisella alueella tasapainotilan läheisyydessä.According to the invention, the radiation can be transmitted continuously, whereby the deviation of the output voltage U from the equilibrium state reflects the liquid-covered part of the measuring area. The dependence is, for example, sufficiently linear in a reasonable range in the vicinity of the equilibrium state for said wiper application.

Säteily voidaan lähettää vaihtoehtoisesti myös pulsseina, jolloin saadaan pulssin korkeudeltaan 25 nestemäärästä suoraan riippuva signaali, jota voidaan käsitellä keksinnön elektroniikalla aina ohjaussignaaliksi asti. Pulssisignaalia käytettäessä on edullista lähettää jatkuvasti erillisellä säteilijällä kohtuullinen määrä säteilyä tasaisesti kummallekin ilmaisimelle. Tällä vältetään lähes säteilemättömässä tilassa mahdollisesti muuten syntyvä epätasapaino ilmaisinelimen jännitteessä, joka on muuten mahdollinen sen vuoksi, että esim. ilman säteilyä valokennojen 30 sisäinen vastus nousee hyvin suureksi, jolloin olemattoman vähäinen säteilyepätasapaino voi antaa virheellisen mittausjännitteen. Toinen tapa eliminoida tämän ongelman mahdollisuus on .. mitoittaa ilmaisinelimeltä tulevaa jännitettä käsittelevän elektroniikan sisääntuloimpedanssi niin pieneksi, että se kuormittamalla eliminoi tällaiset vähäiseen kokonaissäteilyyn perustuvat virheet pois. Etuna tässä menettelyssä on, että kaikki ympäristötekijöistä johtuvat oleelliset 35 häiriötekijät kompensoituvat saman säteilylähteen, vertailuperiaatteen ja esitetyn kytkennän ansiosta, koska ne kohdistuvat samalla tavalla vertailtaviin suureisiin. Jopa mittauspinnassa tapahtuvat muutokset, kuten kiveniskemät tuulilasissa, kompensoituvat hyvin, koska niiden aiheuttama häiriö kumpaankin säteilykimppuun on yleensä saman suuruinen.Alternatively, the radiation can also be transmitted in the form of pulses, in which case a signal directly dependent on the amount of liquid at the height of the pulse is obtained, which can be processed by the electronics of the invention up to the control signal. When using a pulse signal, it is advantageous to continuously transmit a reasonable amount of radiation evenly to each detector with a separate radiator. This avoids any other imbalance in the voltage of the detector element which may otherwise occur in the near-irradiated state, which is otherwise possible because, for example, without radiation, the internal resistance of the photocells 30 becomes very high, so that a negligible radiation imbalance can give an incorrect measuring voltage. Another way to eliminate the possibility of this problem is to .. dimension the input impedance of the electronics handling the voltage coming from the detector element so small that it eliminates such errors based on low total radiation by loading. The advantage of this procedure is that all the significant interference factors due to the environmental factors are compensated for by the same radiation source, the reference principle and the coupling shown, since they apply in the same way to the quantities to be compared. Even changes in the measuring surface, such as rocking in the windscreen, are well compensated for because the interference they cause to both radiation beams is usually the same.

il 7 95081il 7 95081

Keksintöä kuvataan seuraavassa viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissaThe invention is described below with reference to the accompanying figures, in which

Kuvioissa 1 a ja 1 b on esitetty, miten säteily käyttäytyy tullessaan eri kulmissa kiinteän aineen 5 sisältä sen ulkopinnalle,Figures 1a and 1b show how the radiation behaves when it enters at different angles from inside the solid 5 to its outer surface,

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukaisen laitteiston eräs yksinkertainen suoritusmuoto.Figure 2 shows a simple embodiment of the apparatus according to the invention.

Kuvioissa 3a ja 3b on esitetty keksinnön mukaisen laitteiston ilmaisimien keskinäinen kytkentä, 10 joka muodostaa sähköisen ilmaisinelimen.Figures 3a and 3b show the interconnection of detectors 10 of the apparatus according to the invention, which forms an electronic detector element.

Kuvissa la ja Ib on esitetty, miten säteily käyttäytyy tullessaan eri kulmissa kiinteän, säteilyä läpäisevän aineen sisältä sen ulkopinnalle 1. Mikäli aineen sisältä pintaan 1 tulevan säteen a ja pinnan välinen kulma ai on pienempi kuin kiinteän aineen kokonaisheijastuksen 15 rajakulma Θ1, säde a kokonaisheijastuu takaisin kiinteän aineen sisälle. Jos kuitenkin säde a osuu rajapinnassa nestepisaraan V, voi säteily siirtyä pisaran kautta ympäröivään väliaineeseen esim. ilmaan kuten kuviosta 1b ilmenee. Jos kuitenkin mainittu tulokulma on pienempi kuin kiinteän aineen ja nesteen rajapinnan kokonaisheijastuksen rajakulma Θ2 kyseiselle aallonpituudelle, kokonaisheijastuminen tapahtuu aina nesteen läsnäolosta riippumatta. Tällaista . 20 tilannetta edustavat kuvioissa la ja 1b säde b ja kulma a2.Figures 1a and Ib show how the radiation behaves at different angles from inside the solid, radiation-transmitting substance to its outer surface 1. If the angle α1 between the beam coming from the inside to the surface 1 and the surface is less than the boundary angle Θ1 of the total reflection 15, the beam a is reflected inside the solid. However, if the beam a hits the liquid drop V at the interface, the radiation can pass through the drop to the surrounding medium, e.g. air, as shown in Figure 1b. However, if said angle of incidence is less than the cut-off angle kokonais2 of the total reflection of the solid-liquid interface for that wavelength, the total reflection always occurs regardless of the presence of the liquid. Such. The 20 situations in Figures 1a and 1b are represented by radius b and angle a2.

Kuvion 2 mittauselimessä, joka muodostuu prismaelimistä P1 ja P2 sekä säteilyä lähettävistä, suuntaavista ja vastaanottavista elimistä, lähetetään yhdestä säteilylähteestä SI mittaussäteily ja se jaetaan puoliksi läpäisevän peilin ml, hilan tms. avulla kahdeksi yhtä 25 voimakkaaksi säteilykimpuksi. Näistä toinen, kuviossa 2 sädekimppu A, ohjataan kiinteän aineen : sisältä peilillä ml sen ulkopintaan 1 mittauskohdassa ja kulmassa, joka on suuruudeltaan edellä kuvattujen kokonaisheijastuksen rajakulmien Θ1 ja Θ2 välissä ja toinen, kuviossa 2 sädekimppu B, peilillä m2 samaan kohtaan kulmassa, joka on pienempi kuin kiinteän aineen ja nesteen välinen kokonaisheijastuksen rajakulma Θ2. Kuivalta pinnalta molemmat sädekimput 30 kokonaisheijastuvat tulokulmien suuruisissa kulmissa, mutta mikäli rajapinta mittausalueella on kokonaan tai osittain nesteen V peittämä, suuremmassa kulmassa tuleva säteily karkaa vastaavassa suhteessa sen kautta ympäröivään tilaan, kuten säde c kuviossa 2 ja kokonaisheijastunut osa vaimenee vastaavasti.In the measuring member of Fig. 2, which consists of prism elements P1 and P2 and radiation transmitting, directing and receiving members, measuring radiation is transmitted from one radiation source S1 and is divided into two equally strong radiation bundles by means of a semi-transparent mirror ml, lattice or the like. One of these, beam A in Fig. 2, is guided by a solid: inside a mirror ml to its outer surface 1 at a measuring point and at an angle between the total reflection boundary angles Θ1 and Θ2 described above, and the other beam B in Fig. 2 at mirror at an angle less than than the total angle of reflection between the solid and the liquid Θ2. From the dry surface, both beams 30 are totally reflected at angles equal to the incident angles, but if the interface in the measuring area is completely or partially covered by liquid V, the radiation at a greater angle escapes in a corresponding proportion to the surrounding space, such as radius c in Fig. 2 and attenuated accordingly.

35 Kuviossa 2 säde t edustaa mittauspinnan kautta ulkopuolelta tulevaa taustasäteilyä. Tämä taustasäteily ei voi päästä ilmaisimille 11,12, koska sen ja prisman päätypinnan 3, joka rajoittuu ilmarakoon, välinen kulma Θ4 on kaikissa tapauksissa pienempi kuin , 95081 kokonaisheijastuksen rajakulma. Kuvion 2 tapauksessa taustasäteilyn edelläkuvatun kokonaisheijastumisen edellytyksenä on, että kiinteän aineen ja prismaelimen taitekerroin on vähintään 1,5 kuten esimerkiksi lasilla, koska mittauspinnan ja taustasäteilyä kokonaisheijastavan prismaelimen ΡΊ päätypinnan 3 välinen kulma Θ3 on 90°. Mikäli käytetään 5 muita materiaaleja, on huolehdittava siitä, että mittauspinnan ja prisman päätypinnan muodostama kulma Θ3 on riittävän suuri kiinteän aineen ja prisman taitekertoimeen nähden niin, että mainittu kokonaisheijastus taustasäteilylle tapahtuu kaikissa tapauksissa prismaelimen ilmarakoa vastassa olevassa päätypinnassa.35 In Figure 2, the radius t represents the background radiation coming from the outside through the measuring surface. This background radiation cannot reach the detectors 11,12 because the angle Θ4 between it and the end surface 3 of the prism bounded by the air gap is in all cases smaller than the limit angle of the total reflection, 95081. In the case of Fig. 2, the above-described total reflection of the background radiation requires that the refractive index of the solid and the prism element be at least 1.5, as in glass, because the angle Θ3 between the measuring surface and the end surface 3 of the total background radiation prism element ΡΊ is 90 °. If 5 other materials are used, care must be taken that the angle Θ3 formed by the measuring surface and the end surface of the prism is large enough with respect to the refractive index of the solid and the prism so that said total reflection to background radiation occurs in all cases at the end surface opposite the prism element air gap.

10 Kun tässä tapauksessa ilmaisinelimenä toimivat, kyseiselle säteilylle herkät valokennot 11 ja 12 kytketään kuvion 3a osoittamalla tavalla, saadaan lähtöön edellä mainittujen sädekimppujen intensiteettien erosta riippuva jännite U.10 In this case, when the photocells 11 and 12 sensitive to the radiation in question, which act as detector means, are connected as shown in Fig. 3a, a voltage U depending on the difference in the intensities of the above-mentioned beam is output.

Kuviossa 3b on esitetty, miten voidaan kytkeä useampi ilmaisin yhden oikosulkuun kytketyn parin 15 sijasta. Siinä on kytketty k1 ilmaisinta sarjaan n1:n rinnan kytkettyyn ryhmään. Toisaalta siinä on kytketty k2 ilmaisinta sarjaan n2:n rinnan kytkettyyn ryhmään. Mainitut ilmaisinryhmät on sitten kytketty vastakkaismerkkiset navat yhteen. Näin kuviossa 3b on kuvion 3a ilmaisinelimen ilmaisimet 11 ja 12 korvattu rinnan ja sarjaan kytketyillä ilmaisimilla. Edullista on kytkeä identtisiä ilmaisimia kuvion 3b osoittamalla tavalla niin, että kl = k2 ja n1 = n2. 20 Kytkentä voidaan kuitenkin tasapainottaa myös säteilykimppujen A ja B intensiteettejä säätämällä. Tällöin kuitenkin menetetään osa kompensoinnin tuomasta edusta.Figure 3b shows how several detectors can be connected instead of one short-circuited pair 15. It has a k1 detector connected in series to a group connected in parallel with n1. On the other hand, it has a k2 detector connected in series to a group connected in parallel with n2. Said detector groups are then connected to opposite signal poles. Thus, in Fig. 3b, the detectors 11 and 12 of the detector member of Fig. 3a have been replaced by detectors connected in parallel and in series. It is preferred to connect identical detectors as shown in Figure 3b so that kl = k2 and n1 = n2. 20 However, the coupling can also be balanced by adjusting the intensities of the radiation beams A and B. In this case, however, part of the benefit of the compensation is lost.

Keksinnön mukaisessa laitteistossa ajoneuvon lasinpyyhkijöiden automaattiseksi tarvepohjaiseksi ohjaamiseksi tarvittava elektroniikkaosa voidaan sekä tasasäteilyä että pulsseja käytettäessä 25 toteuttaa tunnettuja tekniikoita käyttämällä niin, että veden läsnäoloa kuvaavilla • signaaliarvoilla käynnistetään pyyhkimien toiminta halutulta signaafitasolta ja pysäytetään vastaavasti sovitulta tasolta.In the apparatus according to the invention, the electronic part required for the automatic on-demand control of the vehicle wipers can be realized using both direct radiation and pulses by using known techniques so that the signal values describing the presence of water start the wipers from the desired signal level and stop accordingly.

Keksintö ei ole rajoitettu edellä kuvattuun ajoneuvosovellukseen eikä selityksissä ja 30 piirustuksissa esitettyyn suoritusmuotoon, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Mainittuja materiaaleja on käytetty vain esimerkkeinä periaatteen havainnollistamiseksi ja tärkeimmän sovelluksen kuvaamiseksi. Esitetyissä kuvioissa on oletettu yksikertaisuuden vuoksi, että prismaelinten ja kiinnitysaineen taitekerroin on sama kuin kiinteän aineen.The invention is not limited to the vehicle application described above or to the embodiment shown in the descriptions and drawings, but may be modified within the scope of the appended claims. Said materials have been used only as examples to illustrate the principle and to describe the main application. For the sake of simplicity, it is assumed in the figures shown that the refractive index of the prism elements and the fastener is the same as that of the solid.

IIII

3535

Claims (14)

9508195081 1. Menetelmä säteilyä läpäisevän kiinteän aineen pinnalla mittausalueella olevan nesteen 5 ilmaisemiseksi, tunnettu siitä, että sähkömagneettista säteilyä lähetetään vähintään kahtena sädekimppuna kiinteän aineen läpi mittausalueelle siten, että sädekimppujen (A,B) suunnan ja mittauspinnan väliset kulmat (ai) ja (a2) toteuttavat seuraavan ehdon: kulma (ai) on pienempi tai yhtä suuri kuin kiinteän aineen pinnasta tapahtuvan sisäisen 10 kokonaisheijastuksen rajakulma (Θ1) ja suurempi tai yhtä suuri kuin kiinteän aineen ja nesteen rajapinnasta tapahtuvan sisäisen kokonaisheijastuksen rajakulma (Θ2), ja kulma (a2) on pienempi kuin kiinteän aineen ja nesteen rajapinnasta tapahtuvan sisäisen kokonaisheijastuksen rajakulma (Θ2), ja että mittausalueella levypinnasta tapahtuneen 15 kokonaisheijastumisen jälkeen sädekimppujen mitattujen intensiteettien vertailun tulosta käytetään mittausalueella olevan nesteen ilmaisemiseen.A method for detecting a liquid 5 in the measuring range on the surface of a radiation-transmitting solid, characterized in that electromagnetic radiation is transmitted in at least two beams through the solid to the measuring range such that the angles (ai) and (a2) between the direction of the beams (A, B) the following condition: the angle (α1) is less than or equal to the cut-off angle (Θ1) of the total internal reflection from the solid surface and greater than or equal to the cut-off angle (Θ2) of the total internal reflection from the solid-liquid interface, and the angle (α2) is less than than the cut-off angle (Θ2) of the total internal reflection from the solid-liquid interface, and that after 15 total reflections from the plate surface in the measuring range, the result of the comparison of the measured intensities of the beams is used to detect the liquid in the measuring range. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut mittausalueella kiinteän aineen pinnasta kokonaisheijastuneet sädekimput (A,B) johdetaan ‘ 20 vähintään kahteen säteilylle herkkään ilmaisimeen (11,12) tai ilmaisinryhmään, jotka on kytketty erimerkkiset navat vastakkain siten, että ilmaisimien (11,12) yhdistettyjen napojen yli mitattu jännite (U) on verrannollinen ilmaisimien (11,12) muodostamaan ilmaisinelimeen osuvien sädekimppujen (A,B) intensiteettien erotukseen ja samalla nesteen peittämään osuuteen mittauspinnasta. 25A method according to claim 1, characterized in that said beams (A, B) totally reflected from the surface of the solid in the measuring range are passed to at least two radiation-sensitive detectors (11, 12) or groups of detectors connected to different poles so that the detectors ( 11,12) the voltage (U) measured across the connected poles is proportional to the difference in intensities of the beams (A, B) impinging on the detector member formed by the detectors (11,12) and at the same time to the liquid-covered portion of the measuring surface. 25 : 3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu sähkömagneettinen säteily lähetetään jatkuvana säteilynä tai pulsseina ja vastaanotetaan ja mitataan vastaavasti ilmaisimien (11,12) muodostamassa ilmaisinelimessä syntyvänä jatkuvana jännitteenä tai pulssien korkeutena. 30Method according to one of the preceding claims, characterized in that said electromagnetic radiation is transmitted as continuous radiation or pulses and is received and measured, respectively, as a continuous voltage or pulse height generated in the detector element formed by the detectors (11, 12). 30 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainituille säteilylle herkille ilmaisimille (11,12) lähetetään lisäksi mittaussäteilyyn nähden alhaista, jatkuvaa ja ilmaisinten kesken olennaisesti yhtä voimakasta taustasäteilyä (T) 35 kytkennän tasapainon säilyttämiseksi myös vähäisillä mittaussäteilymäärillä.Method according to one of the preceding claims, characterized in that said radiation-sensitive detectors (11, 12) are additionally emitted background radiation (T) 35 which is low in relation to the measurement radiation, continuous and substantially equally strong between the detectors, in order to maintain the switching balance even with small amounts of measurement radiation. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittujen ,0 95081 oikosulkuun kytkettyjen ilmaisinelimien yli mitattua jännitettä (U) tai pulssien korkeutta käytetään mahdollisen vahvistuksen jälkeen ohjaussignaalina ohjaamaan esimerkiksi tuulilasinpyyhkimien käynnistystä ja pysäyttämistä.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage (U) or the pulse height measured over said short-circuited detector elements 0 95081 is used as a control signal after possible amplification to control, for example, the starting and stopping of the windscreen wipers. 6. Laitteisto säteilyä läpäisevän kiinteän aineen pinnalla mittausalueella olevan nesteen ilmaisemiseksi, tunnettu siitä, että laitteisto sisältää ainakin (a) elimet sähkömagneettisen säteilyn lähettämiseksi vähintään kahtena sädekimppuna (A,B) kiinteän aineen läpi mittausalueelle siten, että sädekimppujen (A,B) suunnan ja mittauspinnan 10 väliset kulmat (ai) ja (a2) toteuttavat seuraavan ehdon: kulma (u1) on pienempi tai yhtä suuri kuin kiinteän aineen pinnasta tapahtuvan sisäisen kokonaisheijastuksen rajakulma (Θ1) ja suurempi tai yhtä suuri kuin kiinteän aineen ja nesteen rajapinnasta tapahtuvan kokonaisheijastuksen rajakulma (Θ2), ja 15 kulma (a2) on pienempi kuin kiinteän aineen ja nesteen rajapinnasta tapahtuvan sisäisen kokonaisheijastuksen rajakulma (Θ2), ja (b) elimet mittausalueella kiinteän aineen pinnasta kokonaisheijastuneiden sädekimppujen 20 intensiteettien erotuksen tai suhteen mittaamiseksi kiinteän aineen pinnalla mittausalueella olevan nesteen osoittamiseksi.An apparatus for detecting a liquid in a measuring range on the surface of a transmitting solid, characterized in that the apparatus comprises at least (a) means for transmitting electromagnetic radiation in at least two beams (A, B) through the solid to the measuring range so that the direction of the beams (A, B) and the angles (ai) and (a2) between the measuring surface 10 satisfy the following condition: the angle (u1) is less than or equal to the limit of the total internal reflection from the solid surface (Θ1) and greater than or equal to the limit of the total reflection from the solid-liquid interface ( Θ2), and the angle (a2) is less than the limit angle of the total internal reflection from the solid-liquid interface (Θ2), and (b) means in the measuring range for measuring the difference or ratio of the intensities of the totally reflected beams 20 on the solid surface. to detect the above liquid. 7.Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainitut elimet (b) käsittävät vähintään kaksi sähkömagneettiselle säteilylle herkkää ilmaisinta (11,12) tai 25 ilmaisinryhmää sijoitettuna siten, että mainitut säteet mittausalueella kiinteän aineen pinnasta * tapahtuneen kokonaisheijastumisen jälkeen osuvat ilmaisimiin ja kytkettynä oikosulkuun siten, että ilmaisimien (11,12) yli mitattu jännite (U) on verrannollinen ilmaisimiin osuvien sädekimppujen intensiteettien erotukseen.Apparatus according to claim 6, characterized in that said means (b) comprise at least two detectors (11, 12) or 25 groups of detectors sensitive to electromagnetic radiation arranged so that said beams in the measuring range after total reflection from the solid surface * hit the detectors and are short-circuited so that the voltage (U) measured over the detectors (11,12) is proportional to the difference in intensities of the beams hitting the detectors. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainitut elimet (b) sisältävät lisäksi elimet mainitun jännitteen (U) vahvistamiseksi kiinteän aineen pinnalla mittauskohdassa olevan nesteen määrästä riippuvaksi ohjaussignaaliksi, jota voidaan käyttää esimerkiksi kiinteän aineen pinnalla olevan nesteen poistamiseen käytettävän laitteiston ohjaamiseen.Apparatus according to claim 7, characterized in that said means (b) further comprise means for amplifying said voltage (U) on the surface of the solid as a control signal depending on the amount of liquid at the measuring point, which can be used, for example, to control the apparatus for removing liquid on the surface. 9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 6-8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se 35 „ 95081 sisältää elimet mainitun sähkömagneettisen säteilyn lähettämiseksi jatkuvana säteilynä tai pulsseina ja elimet kiinteän aineen pinnasta mittausalueelta kokonaisheijastuneiden säteiden mittaamiseksi ilmaisimissa (I1,I2) vastaavasti jännitteenä tai pulssien korkeutena.Apparatus according to any one of the preceding claims 6 to 8, characterized in that it comprises means for transmitting said electromagnetic radiation as continuous radiation or pulses and means for measuring totally reflected rays from the solid surface in the detectors (I1, I2) as voltage or pulse height, respectively. 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 6 - 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se sisältää lisäksi elimet mittaussäteilyyn nähden voimakkuudeltaan pienen jatkuvan ja ilmaisimille oleellisesti yhtä suuren taustasäteilyn lähettämiseksi kytkennän tasapainon säilyttämiseksi myös vähäisillä säteilymäärillä.Apparatus according to any one of the preceding claims 6 to 9, characterized in that it further comprises means for transmitting a continuous and substantially equal background radiation to the detectors to maintain the balance of the circuit even with small amounts of radiation. 11. Jonkin patenttivaatimuksen 6-10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se sisältää mittausalueen kohdalle mittauskohdan vastakkaiselle puolelle säteilyä läpäisevästi kiinnitetyn ensimmäisen prismaelimen (P1), joka sisältää mainitut elimet (SI,ml,m2) sädekimppujen lähettämiseksi kiinteän aineen läpi.Apparatus according to any one of claims 6 to 10, characterized in that it comprises a first prism element (P1) transmissively attached to the measuring side on the opposite side of the measuring point, comprising said means (SI, ml, m2) for transmitting beam beams through the solid. 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainitut elimet säteilyn lähettämiseksi käsittävät sähkömagneettista säteilyä tiettyyn suuntaan lähettävän elimen (SI) ja elimet (ml,m2) mainitun säteilyn jakamiseksi kahdeksi voimakkuudeltaan sopivan suuruiseksi sädekimpuksi.Apparatus according to claim 11, characterized in that said means for transmitting radiation comprise a means (SI) for transmitting electromagnetic radiation in a certain direction and means (ml, m2) for dividing said radiation into two beams of suitable intensity. 13. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se sisältää myös toisen prismaelimen (P2), johon mainitut ilmaisimet (11,12) on kiinnitetty ja joka on sijoitettu ensimmäiseen prismaelimeen (P1) nähden siten, että niiden välillä on ilmarako (2), jolloin levypinnasta mittausalueelta heijastuneet säteet kulkevat mainitun ensimmäisen prisman (P1) läpi ja edelleen ilmaraon (2) ja toisen prisman (P2) läpi ilmaisimiin, jolloin mistä 25 tahansa suunnasta kiinteän aineen mittauspinnalle tuleva taustasäteily ei pääse ilmaraon (2) ja toisen prisman (P2) läpi ilmaisinelimille (11,12), vaan kokonaisheijastuu ensimmäisen prismaelimen (P1) mainittua ilmarakoa vastaan olevasta pinnasta takaisin sen sisälle ja haluttaessa sammutetaan prisman (P1) muulle, heijastamattomalle pinnalle.Apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that it also comprises a second prism element (P2) to which said detectors (11, 12) are attached and which are positioned relative to the first prism element (P1) so that there is an air gap ( 2), wherein the rays reflected from the plate surface from the measuring area pass through said first prism (P1) and further through the air gap (2) and the second prism (P2) to the detectors, whereby background radiation from any direction to the solid measuring surface does not enter the air gap (2) and the second prism (P2) to the detector members (11,12), but is totally reflected from the surface of said first prism member (P1) against said air gap back inside it and, if desired, turned off to another, non-reflective surface of the prism (P1). 14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 6-13 mukaisen laitteiston käyttö ajoneuvon tuulilasilla olevan nesteen ilmaisemiseen ja tuulilasinpyyhkimien käynnistys- ja pysäytysautomatiikan ohjaamiseen. 35 95081Use of an apparatus according to any one of the preceding claims 6-13 for detecting the liquid on the windscreen of a vehicle and for controlling the automatic start and stop of the windscreen wipers. 35 95081
FI941605A 1994-04-07 1994-04-07 Method and apparatus for detecting liquid on solid surface material FI95081C (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI941605A FI95081C (en) 1994-04-07 1994-04-07 Method and apparatus for detecting liquid on solid surface material
AU21393/95A AU2139395A (en) 1994-04-07 1995-03-30 Method and apparatus for detecting liquid on a solid material surface
PCT/FI1995/000171 WO1995027894A1 (en) 1994-04-07 1995-03-30 Method and apparatus for detecting liquid on a solid material surface

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI941605A FI95081C (en) 1994-04-07 1994-04-07 Method and apparatus for detecting liquid on solid surface material
FI941605 1994-04-07

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI941605A0 FI941605A0 (en) 1994-04-07
FI95081B true FI95081B (en) 1995-08-31
FI95081C FI95081C (en) 1995-12-11

Family

ID=8540473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI941605A FI95081C (en) 1994-04-07 1994-04-07 Method and apparatus for detecting liquid on solid surface material

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2139395A (en)
FI (1) FI95081C (en)
WO (1) WO1995027894A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6118383A (en) * 1993-05-07 2000-09-12 Hegyi; Dennis J. Multi-function light sensor for vehicle
JP2000227397A (en) * 1999-02-02 2000-08-15 Whitaker Corp:The Optical coupler for waterdrop sensor
EP1300669A4 (en) * 2000-05-12 2005-11-09 Niles Co Ltd Adhering substance detector and controller using the same
DE10147176B4 (en) * 2001-09-25 2018-02-08 HELLA GmbH & Co. KGaA Sensor device for detecting the wetting of a disc, in particular a motor vehicle window
JP4292413B2 (en) 2004-10-12 2009-07-08 株式会社デンソー Raindrop detection device and wiper automatic control device having the same
CN102991463B (en) * 2010-11-23 2014-11-05 江苏日盈电子股份有限公司 Rainfall and sunshine induction control system for vehicle

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4676638A (en) * 1983-03-31 1987-06-30 Kabushiki Kaisha Tokai Rika Denki Seisakusho Light-transmissible foreign object sensor
DE3619208A1 (en) * 1986-06-07 1987-12-10 Bosch Gmbh Robert DEVICE FOR THE OPTICAL DETECTION OF FOREIGN BODIES
US4960996A (en) * 1989-01-18 1990-10-02 Hochstein Peter A Rain sensor with reference channel
US4973844A (en) * 1989-07-10 1990-11-27 Donnelly Corporation Vehicular moisture sensor and mounting apparatus therefor

Also Published As

Publication number Publication date
AU2139395A (en) 1995-10-30
FI95081C (en) 1995-12-11
WO1995027894A1 (en) 1995-10-19
FI941605A0 (en) 1994-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4803470A (en) Substance detector device
US4960996A (en) Rain sensor with reference channel
US5218206A (en) Method for determining the condition of a roadway surface
CA1232154A (en) Fluid flowmeter
FI95080B (en) Method and apparatus for detecting impurities on sheet surface
DK52185A (en) COLOR DIFFERENCE DETECTION DEVICE
KR20070083692A (en) Optical sensor for detecting moisture on a window of a motor vehicle
KR930023710A (en) Photoelectric transducer including Fabry Ferro resonator
CN101285769A (en) Gas measuring method and its device
FI95081B (en) A method and apparatus for detecting a liquid on the surface of a solid
KR20170115248A (en) Rain sensor with multi-sensitivity
GB2364378A (en) Infrared optical gas measurement
WO1990000247A1 (en) Inclination gauge
US10094775B2 (en) Sensor arrangement for determining turbidity
JP2000193586A (en) Optical raindrop detector
JPH0345772B2 (en)
GB2300479A (en) Fibre-optic photoelectric beam device
US9952150B2 (en) Device for measuring the scattering of a sample
ATE232976T1 (en) OPTICAL MEASURING ARRANGEMENT FOR DETERMINING TRANSMISSION AND SCATTERED RADIATION
CN201229295Y (en) Gas measuring device
JP2010223683A (en) Noncontact type temperature sensor
US6084662A (en) Light transmittance measuring device and process for separating transmittance and reflectance
CN101903795B (en) Radiation sensor for detecting the position and intensity of a radiation source
KR100972376B1 (en) Gas sensor circuit
US5796481A (en) Suspended particle concentration monitor

Legal Events

Date Code Title Description
BB Publication of examined application
MM Patent lapsed