KR100628406B1 - 프리 복조 게인 및 고차수 필터링을 구비한 습기 센서 - Google Patents

Abstract

투명 물질의 표면상의 습기를 검출하기 위한 습기 센서가 제공된다. 습기 센서는 투명 물질 상의 습기에 의해 영향을 받는 습기 감지 신호를 발생시키는 하나 이상의 에미터, 및 습기 감지 신호를 수신하고 검출기 출력 신호를 생성하는 하나 이상의 검출기를 포함한다. 습기 센서는 또한, 노이즈가 존재할 경우 습기의 정확한 검출을 위해서, 검출기 출력 신호로부터 원하지 않는 주변광 노이즈 및 EMI 간섭의 대부분을 제거하기 위한 높은 차수의 필터링을 가지는 프리 복조 게인 및 필터링 회로를 더 포함한다.

습기 감지 센서, 검출기, EMI 간섭, 프리 복조 게인, 필터링, 주변광 노이즈

Description

프리 복조 게인 및 고차수 필터링을 구비한 습기 센서{MOISTURE SENSOR WITH PRE-DEMODULATION GAIN AND HIGH-ORDER FILTERING}

본 발명은 일반적으로 투명 물질의 표면상의 습기를 검출하는 광학 습기 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 원하지 않는 노이즈의 영향을 줄이기 위한 광대역, 고차수의 프리 복조 필터링의 습기 센서에 관한 것이다.

유리 또는 플렉시글래스(Plexiglass)와 같은 투명 물질상에 축적된 습기는 물질을 통과하는 시야를 가릴 수 있다. 자동차에는, 최소한 운전자의 시야내에서, 일반적으로 윈드실드(windshield)를 통해서 더 잘 볼 수 있도록 더 넓은 영역에 걸쳐 윈드실드의 외부 표면으로부터 습기를 제거하기 위해서 모터 구동 윈드실드 와이퍼를 장착해왔다.

요즘 대부분의 자동차에서, 윈드실드 와이퍼 시스템은 운전자가 환경에 적당하게 넓은 범위 - 무한하게 변할수 있는 것은 아니지만 - 의 속도를 선택할 수 있도록 하는 다중-위치 또는 가변 속도 스위치를 포함한다. 와이퍼의 제어는 수동으로 조작되고, 일반적으로 지연 특성을 가짐으로써 와이퍼는 선택된 시간 지연 간격으로 간헐적으로 중단하면서 작동한다.

최근에, 와이퍼 제어 시스템은 습기가 창문의 표면에 침착되었을 때, 자동적 으로 와이퍼 모터를 작동시키는 자동차 창문중의 하나에 부착된 습기 센서를 포함하도록 개발되었다. 습기 센서를 포함하는 와이퍼 제어 시스템은, 뒤쪽 창문 또는 습기를 제거하려고 하는 임의의 다른 유리의 표면에도 탑재될 수 있지만, 가장 일반적으로 윈드실드위에 탑재된다. 이러한 와이퍼 제어 시스템은 운전자가 운전 환경이 바뀜에 따라 자주 와이퍼의 속도를 조정해야 하는 불편함을 없애준다.

광학 습기 센서는 윈드실드의 외부 표면상에 습기가 있으면 광 빔(light beam)이 일반적인 경로에서 발산하거나 편향한다는 원리에 따라서 동작한다. 일반적인 광학 습기 센서는 바람직하게는 적외선 방사 신호인 광 신호(본 명세서에서는, 습기 감지 신호로 불림)를 방출하기 위한 에미터(emitter)를 포함한다. 습기 감지 신호는 윈드실드상의 습기 검출 영역으로 항하며, 여기서는 윈드실드의 외부 표면에 의해 검출기로 반사된다. 윈드실드의 표면에 있는 습기는 반사된 신호의 진폭을 감소시킨다. 검출기는 반사된 습기 감지 신호를 박동성(pulsatile) 전기 신호로 전환시키고, 이 신호는 습기 검출 영역내의 습기의 양을 나타내는 신호를 제공하기 위해서 복조된다.

광학 습기 센서는 밝은 태양광의 환경에서 동작하기 어렵다. 대부분의 광학 습기 센서에서 사용되는 반도체 에미터는 수 밀리와트의 광학 에너지를 발생시킨다. 그러나, 통상적으로 존재하는 습기 센서는 낮이나 밤에 모두 동작해야 하고, 습기 센서내의 수신된 신호 레벨에서의 아주 작은 쉬프트만을 제공하는 매우 작은 습기 물방울도 감지할 수 있어야만 한다. 태양광은 제곱 미터당 약 1000 와트의 광학 에너지로 지구 표면에 충돌한다. 태양광은 습기 센서의 동작을 방해하는 넓 은 대역폭의 강한 주변광(ambient light) 노이즈를 제공한다.

주변광을 보상하기 위해서, 습기 센서는 일반적으로 습기 감지 신호로부터 가능한 많은 주변광을 차단하도록 설계된 고가의 광학 시스템을 사용한다. 따라서, 저렴한 광학 시스템을 가진 습기 센서가 제공되는 것이 바람직하다.

일부 습기 센서는 수신된 습기 감지 신호로부터 원하지 않는 주변광을 제거하기 위해서 Noack에 의해 알려진 전기 필터(미국 특허 제4,355,271호에 있음)를 사용한다. Noack은 출력이 제1 차수의 하이 패스 필터와 연결된 검출기를 가지는 습기 센서를 보여준다. 이 필터는 검출기로부터 나온 신호의 낮은 주파수의 노이즈 성분을 받아들이지 않고, 복조되기 전에 신호에 게인을 제공한다. 그러나, Noack에 의해 알려진 제1 차수의 필터는, 필터의 차단 주파수 아래의 주파수를 상대적으로 점진적인 20dB/decade로 감쇠시킨다. 필터의 점진적인 감쇠는 복조되었을 때, 여전히 상당한 양의 주변광 노이즈가 수신된 습기 감지 신호에 존재하게 한다. 주변광 노이즈는, 그림자가 습기 검출의 오류를 발생시킬 때, 밝은 태양광에서 여전히 습기 센서의 동작에 문제를 일으킨다. 햇빛이 밝은 날 그림자에 의한 잘못된 습기 검출을 줄이는 것이 요구된다.

자동차 습기 센서는 서로 다른 투과율을 가지는 다양한 윈드실드에서 사용될 수 있어야 한다. 윈드실드 유리의 투과율은 유리를 통과하는 광량에 영향을 미치는데, 이는 검출기에 도달하는 반사된 에미터 신호의 세기를 결정한다. 예를 들어, Libbey-Owens-Ford Co.에 의해 상업적으로 사용가능하게 된 "EZ-KOOL"이라는 상표로 판매된 윈드실드와 같은 현대 솔라(solar)-제어 윈드실드는 반사된 에미터 신호의 세기를 급격히 줄이는 다수의 광학 습기 센서에 사용되는 적외선 에너지의 많은 양을 흡수한다. 따라서, 검출기에 도달하는 신호가 사용가능한 신호를 제공하도록 충분한 강도를 가지기 위해서 고 강도의 습기 감지 신호를 생성하는 것이 요구된다. 또한, 주변광에 의해 생성되는 노이즈를 극복하기 위해서 고 강도의 에미터 신호를 생성하는 것이 바람직하다.

에미터 신호의 강도는 에미터에 제공되는 전기 에너지의 양에 의해 결정된다. 하지만, 일반적인 에미터는 제한된 전력 용량을 가진다. 일반적으로 전류 펄스 형태의 더 많은 양의 에너지는 에미터의 평균 전력 용량을 넘지 않고 더 짧은 기간동안 에미터에 제공될 수 있다. 전류 펄스는 충분한 강도를 가지는 박동성 에미터 신호를 생성한다. 박동성 에미터 신호는 신호 펄스가 남은 신호 간격과 비교해서 상대적으로 기간이 짧은 로우 듀티 사이클(low duty cycle)을 가진다. 센서의 습기 검출 성능을 개선시키도록 주변 노이즈를 더 많이 차단하면서, 가능한 많은 양의 유용한 습기 감지 신호를 포착하는 필터를 가지는 로우 듀티 사이클 습기 감지 신호를 가지는 저렴한 습기 센서를 제공하는 것이 요구된다.

본 발명은 투명 물질의 표면상의 습기를 검출하기 위한 습기 센서에 관한 것이다. 습기 센서는 투명 물질상의 습기에 의해 영향을 받는 습기 감지 신호를 생성하는 하나 이상의 에미터와, 에미터 신호를 수신하고 검출기 출력 신호를 생성하는 하나 이상의 검출기를 포함한다.

습기 센서는 주변광 및 EMI로부터의 노이즈를 포함하는 원하지 않는 신호 성 분의 대부분을 제거하는 프리 복조 게인 및 필터링 회로를 더 포함한다. 고 차수의 밴드 패스 필터링은 검출기 출력 신호에 포함된 유용한 습기 감지 신호를 거의 모두 통과시키면서 주변광 노이즈를 급격하게 감쇠시키는데 사용된다. 복조 회로는 습기의 존재를 가리키기 위한 dc 신호를 생성한다.

도 1은 본 발명에 따른 프리 복조 게인 및 필터링을 포함하는 습기 센서의 블록도.

도 2는 도 1에 도시된 습기 센서에 대한 습기 감지 신호를 도시하는 그래프.

도 3은 자동차 윈드실드에 사용되는 광학 습기 센서에 대한 주변광 노이즈의 분광 응답(spectral response)의 그래프.

도 4는 프리 복조 필터링을 포함하는 종래 기술의 습기 센서의 분광 특성을 도시한 그래프.

도 5는 고차수의 프리 복조 필터링의 효과를 도시하는 본 발명의 분광 특성을 도시한 그래프.

본 발명의 이점들은, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가지 자에게는 첨부된 도면에 비추어 볼 때, 아래의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 자명한 것이다.

첨부된 도면에 도시되고 아래 명세서에 기재된 특정 장치 및 처리는 단지 첨부된 청구항에 정의된 발명의 개념에 따른 바람직한 실시예일 뿐이다. 따라서, 본 명세서에서 개시된 실시예와 관계된 특정 크기 및 기타 물리적 특성들은 청구항에서 명시적으로 다르게 기재되지 않는 한 이것으로 제한되지 않는다.

도 1에는 본 발명의 습기 센서(18)의 블록도가 도시되어 있다. 습기 센서(18)의 바람직한 실시예는 습기 감지 신호(22)를, 바람직하게는 적외선 방사를 한 쌍의 검출기(24)에 제공하는 한 쌍의 신호 에미터(20)를 포함한다. 신호 에미터(20)는, 임의의 적절한 신호 에미터도 사용될 수 있지만, 적외선 발광 다이오드인 것이 바람직하다. 검출기(24)는, 습기 감지 신호(22)를 수신하는 임의의 적절한 검출기가 사용될 수 있지만, 포토다이오드인 것이 바람직하다.

에미터 드라이버(36)는 습기 감지 신호(22)의 진폭 또는 강도를 결정하는 양만큼의 전력을 에미터에 제공하는 에미터(20)에 연결된다. 주기적으로 반복되는 게이트 신호 펄스(37)는 아래 설명된 바와 같이 에미터 드라이버(36)에 인가된다.

검출기(24)는 습기 감지 신호(22)의 적어도 일부분을 수신하기 위해 광학 시스템(도시되지 않음)에 의해 에미터(20)와 연결되고, 이들은 개별적인 검출기 신호(도시되지 않음)를 생성함으로써 응답한다. 검출기(24)는 공통 노드(38)에 연결되고, 여기서 검출기 신호는 검출기 출력 신호(39)를 생성하도록 결합된다.

습기 센서의 동작 중에, 에미터(20)는 습기의 존재가 검출될 수 있는 감지 영역(도시되지 않음)에서 유리의 외부 표면에 충돌하는 적외선 습기 감지 신호(22)를 방출한다. 습기 감지 신호(22) 또는 적어도 그 일부분은 유리를 통해 반사되고, 검출기(24)에 의해 수신된다.

습기가 감지 영역에서 윈드실드상에 축적된다면, 검출기에 의해 수신된 습기 감지 신호(22)는 진폭이 바뀌는 것으로 표시된다. 검출기(24)는 검출된 습기를 나타내는 수신된 습기 감지 신호를 포함하는 신호(39)를 생성한다.

도 2에서는, 에미터 드라이버(36)에 의해 수신되며 주기적으로 반복하는 펄스 형태의 게이트 신호(37)가 나타내어져 있다. 게이트 신호 펄스(37)는, 임의의 적절한 기간 및 주파수도 사용될 수 있지만, 바람직하게는 50 마이크로초의 기간을 가지고, 1200 Hz의 주파수로 반복된다. 에미터 드라이버(36)는 에미터(20)에 전류 펄스를 제공함으로써 각각의 게이트 신호 펄스(37)에 응답하는 전류원인 것이 바람직하다.

에미터(20)는 참조 번호 22로 도시된 펄스화된 습기 감지 신호를 생성함으로써 각각의 전류 펄스에 응답한다. 바람직한 실시예에서, 습기 감지 신호(22)는 다수의 반복하는 신호 간격 I를 포함하는 펄스화된 적외선 신호이다. 각각의 신호 간격 I는, 임의의 적절한 기간 및 주파수도 사용될 수 있지만, 상술된 1200 Hz의 게이트 신호 펄스 주파수에 기초해서 약 833 마이크로초의 주기를 갖는다.

각각의 신호 간격 I는 P로 도시된 적외선 광 펄스와 O로 도시된 에미터가 오프인 동안의 부분을 포함한다. 습기 감지 신호의 듀티 사이클은 에미터(20)가 온인 동안의 신호 간격 I의 백분율이다. 따라서, 임의의 듀티 사이클도 사용될 수 있지만, 본 발명의 바람직한 듀티 사이클은 약 6%이다. 로우 듀티 사이클은 25%보다 낮은 듀티 사이클로 정의되고, 바람직하게는 15%이하이다.

검출기(24)는 수신된, 반사된 습기 감지 신호(22)의 세기에 비례하는 양으로 전류를 흐르도록 한다. 검출기 전류(도시되지 않음)는, 참조 번호 39로 표시된 검 출기 출력 신호를 생성하도록 노드(38)에서 결합된다. 검출기 출력 신호(39)는 상술한 신호 간격 I와 유사한 신호 간격 I'를 포함한다. 검출기 출력 신호 간격 I'은, 검출기와 충돌하는 주변광의 영향 뿐만 아니라, 습기 검출 영역내의 습기에 대한 정보를 포함하는 수신된 습기 감지 신호에 대응하는 부분 M을 포함한다. 각각의 검출기 신호 간격 I'는 또한 에미터가 동작하지 않을 때, 주변광의 영향을 포함하는 광 신호 부분(L)을 포함한다. 박동성 검출기 출력 신호는 이 실시예에서 1200 Hz인 습기 감지 신호와 동일한 기본 주파수를 가진다. 기본 주파수에 추가로, 박동성 검출기 출력 신호는 또한 기본 주파수의 고조파(harmonics)로부터의 신호 성분을 포함한다. 기본 주파수에서 상위 주파수로 확장되는 고조파는 검출되는 습기에 대해 유용한 신호 정보를 포함한다.

도 1을 다시 보면, 검출기 출력 신호(39)는 바람직하지 않은 신호 성분을 제거하기 위해서 높은 게인의 광대역 프리 복조 증폭기 및 필터 회로(40)의 입력(40a)에 연결된다. 프리 복조 증폭기 및 필터 회로(40)는 검출기 출력 신호(39)의 낮은 주파수 신호 성분을 차단함으로써 주변광 교란의 영향을 줄이기 위한 하이 패스 필터링(41)을 포함한다. 하이 패스 필터(41)는, 상술된 고조파로부터의 신호 성분을 포함하는 검출기 출력 신호(39)의 습기 감지 부분(M)의 대부분을 통과시키면서, 낮은 주파수 교란을 급격하게 감쇠시키기 위해 약 1kHz의 코너 주파수를 가지는 5차 필터인 것이 바람직하다. 그러나, 임의의 적절한 코너 주파수를 가지는 임의의 적절한 차수의 하이 패스 필터도 사용될 수 있다.

프리 복조 증폭기 및 필터 회로(40)는 또한, 전자기 간섭 및 포토다이오드 검출기(24)내의 홀과 전자의 랜덤 재결합과 같은 높은 주파수 노이즈를 차단하기 위해 로우 패스 필터링(42)을 포함한다. 로우 패스 필터(42)는 검출기 출력 신호(39)에 존재하는 대부분의 에너지를 통과시키면서, 높은 주파수 교란을 감쇠시키기 위해 33KHz의 코너 주파수를 가지는 2차 필터인 것이 바람직하다. 그러나, 임의의 적절한 코너 주파수를 가지는 임의의 적절한 차수의 로우 패스 필터도 사용될 수 있다.

프리 복조 게인 및 필터링 회로(40)의 바람직한 실시예는 5차 하이 패스 필터와 2차 로우 패스 필터를 성취하기 위해서, 두 개의 밴드 패스 필터 및 세 개의 하이 패스 필터(도시되지 않음)를 포함하는 다단계 필터를 사용한다. 그러나, 적절하게 결합된 임의의 필터도 사용될 수 있다. 연산 증폭기, 저항 및 캐패시터(도시되지 않음)는 필터(41, 42)를 형성하기 위한 알려진 방법으로 구성된다.

프리 복조 증폭 및 필터 회로(40)는 또한 검출기 출력 신호(39)를 증폭하기 위한 게인단(43)을 포함한다. 이 게인은 상술된 다단계 필터에 의해 검출기 출력 신호(39)에 제공되는 것이 바람직하다. 다단계 필터의 제1 단은 임의의 알려진 신호 증폭기도 사용될 수 있지만, 트랜스임피던스(transimpedance) 증폭기로 구성되는 것이 바람직하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 프리 복조 회로(40)는 박동성 검출기 출력 전류 신호(39)를, 필터링 및 증폭된 박동성 프리 복조 전압 신호(44)로 변환한다. 프리 복조 신호(44)는 프리 복조 회로 출력(40b)으로부터 마이크로컴퓨터(45)로 보내진다. 임의의 다른 적절한 마이크로컴퓨터도 사용가능하지만, 마이크로컴퓨터(45)는 마이크로칩 코포레이션에서 제조한 번호 PIC12C672의 8 핀 장치가 바람직하다.

마이크로컴퓨터(45)는 마이크로컴퓨터(45)에 의한 추가의 프로세싱을 위해 아날로그 프리 복조 전압 펄스(44)를 디지털 형태로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터(46)를 포함한다. 적절한 해상도를 가지는 임의의 적절한 아날로그 디지털 컨버터라도 사용가능하지만, 아날로그 디지털 컨버터(46)는 약 20mV의 해상도를 가지는 8 비트 컨버터가 바람직하다.

그 후, 디지털 신호는, 센서에 의해 검출되는 습기를 나타내는 진폭을 가지는 dc 신호(49)를 형성하기 위해 박동성 신호를 복조하는 복조단(48)에서 복조된다. 마이크로컴퓨터내의 소프트웨어는 고속으로 연속해서 감지된 신호를 두 번 샘플링하는데, 습기 감지 신호와 수반되는 주변광 교란이 존재할 때, 신호 간격 I의 습기 감지 부분 M 동안에 한 번 샘플링하고, 주변광 신호만이 존재할 때, 신호 간격 I의 광 신호 부분 L 동안에 한 번 샘플링한다. 주변광 교란의 영향은, 본 명세서에서 참조로 포함된 Teder의 미국 특허 제5,059,877호에서와 같이, 타임-쉬프트 선형 차동 증폭기의 소프트웨어 구현을 통해 선형적으로 차감된다.

복조단(48)의 출력은 디지털 신호 프로세싱(DSP) 필터단(50)의 입력(50a)에 연결된다. DSP 필터단(50)은 로우 패스 필터(52)와 밴드 패스 필터(54)를 포함한다. DSP단의 출력(50b)은, 본 명세서에서 참조로 포함된 Teder의 미국 특허 제5,348,027호에서와 같이, 유리 표면상에 습기의 존재를 나타내는 출력 신호(58)를 생성하기 위해서 이벤트 검출 소프트웨어를 사용하는 습기 이벤트 검출단(56)에 연결된다.

습기 이벤트 검출단(56)의 출력 신호(58)는 바람직하게는 자동차 와이퍼 제어 유닛인 습기 제거 제어기(60)에 연결된다. 자동차 와이퍼 제어 유닛은 유리상에 존재하는 습기에 응답하여 윈드실드 와이퍼를 제어하기 위한 습기 이벤트 검출 신호를 사용할 수 있는 마이크로컴퓨터를 포함한다.

자동차 윈드실드상에 사용하기 위한 광학 습기 센서에 대한 주변광 노이즈의 분광 특성을 완전히 조사한 결과, 노이즈의 분광 응답은 실제로 압도적으로 낮은 주파수이고, 수십 Hz의 범위에 걸쳐 있다는 것을 알 수 있었다. 도 3에서는, 자동차 윈드실드에 사용하기 위한 광학 습기 센서를 작용하는 주변광 노이즈의 분광 특성이 62에서 일반적으로 도시된다. 이 분광 특성은 1 Hz 및 0dB로 정규화된다.

그림자를 통한 자동차의 움직임은, 특히 밝은 날에, 습기 센서와 충돌하는 주변광 레벨을 변동시키는 것으로 알려져 있다. 변동하는 광 레벨은 진폭 및 주파수가 변화하는 주변광 노이즈를 생성한다. 직접적인 태양광에서 다리나 빌딩과 같이 큰 물체는 습기 센서와 충돌하는 주변광 레벨에서 가장 큰 변화를 일으킨다. 이 물체들은 수 Hz의 차수에서 높은 진폭과 낮은 주파수는 주변광 교란을 일으킨다. 그러나, 나뭇가지나 전봇대와 같은 더 작은 물체는 자동차가 훨씬 더 빠르게 지나가는 그림자를 만든다. 이 그림자들은 큰 물체만큼 어둡지 않고, 이에 따라 보다 작은 물체는 크기는 보다 작지만 주파수는 높은 주변광 노이즈를 일으킨다. 이렇게 높은 주파수 교란은 수 십 Hz의 차수에서 존재한다. 주변광 에너지는 62의 분광 특성으로 도시된 것처럼, 주파수가 증가함에 따라 일반적으로 20dB/decade의 비율로 감소된다.

태양에 의해 생성된 주변광 노이즈는 매우 강하고, 이에 따라서, 노이즈의 진폭은 습기 감지 신호를 정확하게 검출하기 위해서 매우 작아져야만 한다. 주변광 노이즈를 효과적으로 제거하기 위해서, 습기 센서는 주변광 노이즈의 대부분을 감쇠시켜야만하고, 수신된 습기 감지 신호 펄스의 대부분의 에너지를 통과시켜야 한다.

도 4에서, 적당한 프리 복조 필터링을 가지는 종래의 습기 센서의 필터 분광 특성은 64로 도시되어 있다. 로우 듀티 사이클의 습기 감지 신호의 분광 특성은 66으로 도시되어 있다. 종래의 습기 센서는 20dB/decade로 주변광 노이즈를 감쇠시키는 1차 필터를 사용한다. 하지만, 1차 필터로는, 전체 노이즈 신호(62)를 거의 차단할 수는 있지만, 바람직한 신호(66) 거의 모두를 통과시키는 차단 주파수를 선택하는 것이 불가능하다. 예를 들어, 1 kHz의 코너 주파수를 가진 낮은 차수의 필터는 40dB 10Hz에서 주변광 노이즈를 감쇠시킨다. 태양광의 영향이 매우 강하기 때문에, 남은 주변광의 교란은 여전히 습기 센서의 동작을 방해하기에 충분하다.

도 5에서는, 본 발명의 필터링의 분광 응답이 68로 도시되어 있다. 프리 복조 필터링은 주변광 노이즈를 급격하게 감쇠시키는 높은 차수의 하이 패스 필터링을 사용한다. 높은 차수의 필터는 아래에서 기술되는 바와 같이, 밴드 패스 필터 를 얻기 위해서 2차 로우 패스 필터와 결합된 5차 하이 패스 필터를 사용하는 것이 바람직하다. 밴드 패스 필터는 밝은 날에 습기를 정확하게 검출하기 위해서 복조전에 주변광 노이즈를 충분히 감쇠시킨다.

밴드 패스 필터는 상술된 로우 듀티 사이클의 습기 센서 신호 펄스의 고조파내의 대부분의 에너지를 포착하기 위해 약 33 kHz에 걸친 주파수 응답을 가져야만 한다. 주파수 응답의 상한이 더 낮다면, 수신된 습기 센서 신호 펄스에 존재하는 에너지는 없어지게 된다. 상한이 더 높다면, EMI에 대한 시스템의 면역성을 감소시켜, 포토다이오드 검출기로부터 더 많은 노이즈를 통과시킨다.

하이 패스 필터의 기울기는 약 100dB/decade로서 매우 가파르다. 코너 주파수의 선택은 습기 감지 신호의 주파수 및 듀티 사이클에 따른다. 따라서, 높은 차수의 하이 패스 필터는 습기 센서 신호 펄스의 몇 퍼센트의 에너지만을 잃게 된다. 광 교란에 의해 야기된 것과 같은 낮은 주파수 이벤트는 심하게 감쇠된다. 예를 들어, 10 Hz의 주변광 교란은 120 dB 이상 또는 100만 이상의 전압 인자(factor)에 의해 감쇠된다. HPF 주파수에서의 임의의 증가는 시스템이 원하는 수신 신호의 일부를 버리게 할 것이다. HPF 주파수에서의 임의의 감소는 더 낮은 주파수 노이즈가 시스템을 통해 통과하도록 한다. 필터 기울기에 관계없이, 공진 필터는 상술된 원하지 않는 노이즈 성분을 감쇠시키면서, 로우 듀티 사이클 신호의 고조파를 포함하는 유용한 습기 감지 신호를 모두 통과시키지는 않는 상대적으로 좁은 패스 밴드 특성을 가지기 때문에 이 적용에 적절하지 않다.

Claims (8)

1. 투명 물질의 표면상의 습기를 검출하고 이에 따라 습기 제거 시스템의 동작을 제어하고, 주변광 노이즈(ambient light noise)의 존재시에도 동작하는 광학 습기 센서(18)이며,

   상기 습기 센서(18)는,

   상기 투명 물질 표면의 습기의 존재에 의해 영향을 받는 로우 듀티 사이클의 박동성(pulsatile) 습기 감지 신호(22)를 발생시키는 에미터(18);

   상기 박동성 습기 감지 신호를 수신하고, 기본 주파수를 가지는 레인(rain)-감지 신호 성분 및 상기 기본 주파수의 고조파를 포함하는 주파수 성분뿐만 아니라, 주파수 성분을 가지며 중첩된 주변광 노이즈 신호 성분을 가지는 박동성 검출기 출력 신호를 생성하는 검출기(24);

   상기 검출기에 연결되고, 상기 박동성 검출기 출력 신호를 수신하기 위한 입력 및 박동성 프리 복조(pre-demodulation) 신호를 제공하기 위한 출력(39)을 포함하는 프리 복조 회로(40); 및

   상기 투명 물질의 표면상의 습기의 존재를 나타내기 위해 상기 박동성 프리-복조 신호를 dc 신호(49)로 변환하기 위한 복조 회로(48)

   를 포함하고,

   상기 프리 복조 회로는,

   상기 박동성 프리 복조 신호에 게인을 제공하기 위한 증폭기;

   적어도 3차의 필터 특성을 가지고, 실질적으로 상기 중첩된 주변광 신호 성분 노이즈의 모든 주파수 성분이 차단되도록 충분히 높은 소정의 하이 패스 코너 주파수를 가지는 하이 패스 필터 - 상기 소정의 하이 패스 코너 주파수는 실질적으로 상기 레인-감지 신호 성분의 모든 주파수 성분이 통과되도록 충분히 낮음 - ; 및

   실질적으로 상기 레인-감지 신호 성분의 모든 주파수 성분이 통과되도록 충분히 높은 소정의 코너 주파수를 가지는 로우 패스 필터

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 습기 센서.
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4. 제1항에 있어서,

   상기 하이 패스 필터(41)는 5차 필터 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 습기 센서(18).
5. 제4항에 있어서,

   상기 하이 패스 필터(41)는 상기 검출기 출력 신호(39)에서 상기 낮은 주파수의 주변광 노이즈 신호 성분을 70 dB를 초과하여 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 습기 센서(18).
6. 제4항에 있어서,

   상기 하이 패스 필터(41)는 10 Hz 이하의 상기 낮은 주파수의 주변광 노이즈 신호 성분을 100 dB를 초과하여 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 습기 센서.
7. 제1항에 있어서,

   상기 하이 패스 필터는 세 개의 캐스케이드 필터(cascaded filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 습기 센서.
8. 제1항에 있어서,

   상기 프리 복조 회로 증폭기는 상기 박동성 프리 복조 신호에 게인을 30 dB 초과하여 제공하는 것을 특징으로 하는 습기 센서.

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