TW456089B - Moisture sensor with digital signal processing filtering - Google Patents

Description

45 608 9 A7 __ B7 五、發明說明（/ ) 本發明係有關於一種用於偵測一透明材料之表面上之溼 氣的光學溼氣感測器，更特別地，係有關於一種用於減少 不想要之信號成分之影響之具有數位信號處理濾波功能之溼 氣感測器。 5 於玻璃或者耐熱有機玻璃般之透明材料上之溼氣的累積 會阻礙人透過該材料的視線。汽車長期以來係裝設有用於 清理擋風玻璃之外部表面之溼氣的馬達驅動雨刷片，該外 部表面至少係在駕駛人之視域内，而通常係覆蓋一較大的 區域俾可增大透過該擋風玻璃的視域。 10 在現今很多的汽車中，擋風玻璃雨刷片系統包括多位置 或者可變速度開關，其允許駕駛人選擇廣泛範圍但非無限 可變的速度以適合狀況。雨刷片控制係手動地運作而且典 型地包括一延遲特徵，藉此，雨刷片係以選擇之時間延遲 間隔來間斷地運作》 15 雨刷片控制系統近來係發展成包括一個被安裝於其中一 片汽車玻璃上的溼氣感測器，俾在溼氣附於該玻璃的表面 上時自動地作動該雨刷片馬達。包括該溼氣感測器的雨刷 片控制系統很典型地係安裝於擋風玻璃上，雖然該系统係 可以安裝於後擋風玻璃或者任何其他想把溼氣清除的玻璃 20 表面上。如此的雨刷片控制系統在駕駛狀況改變時使駕駛 人免除要經常調節雨刷片速度的不方便。 雨刷片控制系統使用若干不同的技術來感應汽車所遭遇 到的溼氣狀況’包括傳導性的、電容性的、壓電性的、及 光學感測器。光學感測器運作的原理為光線由於在擋風玻 第4頁 本紙張瓦度適用中國國豕標準（CNS)A4规格（210 X 297公爱) (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----I--- 訂----!-§ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 5 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（之） 璃之外部表面上之溼氣的出現而偏離其之正常路徑或者散 射。使用光學感測器的系統具有感應一光路徑上之干擾之 手段係直接與由駕故人所見到之現象相關的優點丨即，影響 駕駛人視線之光路徑上的干擾）》McCumber等人（美國專 利第4,62〇,141號）揭露一種光學溼氣感測器，其響應於 在擋風玻璃之外部表面上之水滴的出現來觸發雨刷片的掃 抹β 在光學溼氣感測器中，來自一發射器的脈動光信號被導 入該擋風玻璃並且由該擋風玻璃的外表面反射回去並至一 偵測器内。在擋風玻璃之表面上之溼氣的出現影響該擋風 玻璃之外表面處之脈動光信號的反射，導致反射信號具有 較低的振幅。該偵測器接收該反射脈動信號並且產生一脈 動輸出信號’該脈動輸出信號指出該反射發射器信號之振 幅上的改變。該偵測輸出信號亦包含不想要的信號，像那 些來自週遭光線、電磁干擾、及由該偵測器產生的白噪聲 般。這些不欲之信號成分必須在正確之溼氣讀數能夠獲得 之前移去。 使用濾波器將不想要的信號成分從脈動偵測器信號移去 係眾所周知。Schierbeek等人在美國專利第4,916,374 號一案中顯示一光生伏打電池（photovoltaic cell)可 以被連接到一電流至電壓放大器、一高通濾波器、及另一 電壓放大器’而接著係利用一取樣和保持來解調變。第 ^74號專利案的濾波器和放大器因此是為在一解調變器將 之轉換成由感應之溼氣所影響的dc信號之前作用於該脈動 第5頁 太纸張尺.度適用中國國家標遣（CNSM4規格（2〗0 X 297公釐） - -----— 111! i I I I I--訂 -- - ------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) j 9* 45608 9 A7 _B7___ 五、發明說明) 信號上的前級解調變電路。在美國專利第4 956, Ml號一 案中，Schierbeek等人利用一高通濾波器來把DC偏壓移 去，並在解調變之前進行放大。 然而’寬頻帶前級解調變增益的使用增加寬頻帶不想要 5 之噪聲的振幅，尤其係由光電二極體中之電子與電洞之隨 機重新組合所引致的白嗓聲。該嗓聲在該等裝置中是為固 有的。使用寬頻帶前級解調變增益來增加信號強度以提升 對溼氣的靈敏度係很好的。在沒有該增益下，該感測器可 能不會對小量之溼氣的結果有反應。然而’宽頻帶前級解 10 調變增益把不想要的噪聲與想要的信號一起放大。因此， 係希望在解調變之後把該溼氣偵測器信號中之不想要的噪 聲移去，以致於該感測器能夠對小量的溼氣作出反應。 一種用於偵測一透明材料之表面上之渔氣的渔氣感測器 。該湮氣感測器包括一個或多個用於產生受該透明材料上 15 之溼氣影響之發射器信號的發射器，及一個或多個用於接 收該等發射器信號的偵測器《該偵測器產生一偵測器輸出 信號，該偵測器輸出信號係在一前級解調變增益及濾波電 路中被過濾和放大，俾把一些包括來自週遭光線和電磁干 擾之嗓聲之不想要的信號成分移去° 一解調變電路產生一 20 用於指出溼氣之出現的dc信號。 本發明在該溼氣信號被解調變之後係包括外延的數位信 號處理濾波，俾辨別由於在該前級解調變增益電路所產生 之大量噪聲存在時之溼氣所引起的微小信號改變。該DSP 濾波包括由一微電腦利用8個先進先出移位暫存器、一加 第6頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐） (請先閲讀背面之項再填寫本頁) ! 11---. I —--111 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製

五、發明說明（4·) 5 經濟部智慧財產局員Η消費合作杜印製 法TL件和—除法元件來實現的一低通濾波器級。該濾波器 的輸出是為八個先前輸入值的均值。結果，在該解調變溼 氣6號中的白噪聲被減少八倍。該DSP濾波更包括一個由 —微電腦利用32個先進先出移位暫存器、一加法元件及一 除法元件實現的帶通濾波器級。該帶通濾波器更把該信號 中的白噪聲降低，以及降低非常低頻擾亂的影響。 本發明的優點在下面配合附圖之較佳實施例的詳細描述 下’對於熟知此項技術的人仕來說係會變得非常明顯，其 中： 第1圖係本發明之安裝於擋風玻璃之内表面上之溼氣 感測器的透視圖； 第2圖係本發明之在第1圖中所描繪之包括前級解調 變增益和濾波及後級解調變數位信號處理濾波之溼氣感測 器的方塊圖； 第3圖係描繪在第2圖中所描繪之溼氣感測器之溼氣 感測器信號的圊表； 第4圖係本發明由微電腦所實現之數位信號處理濾波 的方塊圖；及 第5圖係描繪本發明之數位信號處理濾波之效果之渔 氣感測器信號的圖表。 要了解的是，在附圖中所描繪及在下面說明書中所描述 的特定裝置和處理’是為在後附申請專利範圍中所界定之 發明概念的範例而已。因此，與於此揭露之實施例相關之 特定尺寸與其他物理特性，除非在申請專利範圍中有特別 第7頁 夂紙張 <度適標连（CNSM4規格c 297公爱） -----— ——ml 裝！---訂--------- <請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 45 6089 A7 B7 五、發明說明（5 ) 敘述，否則並未構成限制條件。 現在請參閱第1圖所示，一光電溼氣感測器係以標號 10標示。該溼氣感測器包括一連結器12、一用於安裝電子 組件16的電路板14、及一可連接至該連結器12之用於圍 5 繞該電路板14的感測器殼體18。 該連結器12係鎖固至一透明材料20的第一表面俾對 在該透明材料之與第一表面相對之第二表面上的溼氣22進 行光學偵測。該透明材料20最好為玻璃，像汽車擋風玻璃 或者冷凍器門般，雖然該溼氣感測器可以用來偵測在耐熱 10 有機玻璃、塑膠或者任何其他透明材料上的溼氣。 該連結器12包括一準直器24，該準直器24包括一個 從該連結器12延伸出來的準直本體26和一個置於該準直 本體附近的準直透鏡28 ^該準直透鏡28具有一光轴30， 該光轴30以相對於該玻璃20之内表面的45度角延伸通 15 過該準直本體26。該連結器12更包括一聚焦器26，該聚 焦器26具有一個從該連結器延伸出來的聚焦本體34和一 個置於該聚焦本體附近的聚焦鏡36。該聚焦鏡36具有一 光軸38，該光轴38以相對於該玻璃20之内表面的45度 角延伸通過該聚焦本體34。 20 一光電信號發射器40係置放於該電路板14上靠近該 準直器24，俾發射一信號42。該信號發射器40最好是為 紅外線發光二極體，雖然任何適當的信號發射器可以被使 用。該發射信號42最好是為紅外輻射信號，即，紅外線， 雖然任何適當的信號可以被使用。一偵測器44係置放於該 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------11---I I - ----— II 訂---------.^ (請先閲讀背面之;1意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局：一肖工消費合作社^-- A7 ____B7__ 五、發明說明（厶） 電路板40上靠近該聚焦器32。該偵測器44最好為—光電 二極體，雖然任何用於接收該發射器信號42之適當的伯測 器可以被使用。 在該溼氣感測器的運作期間，該發射器40發射_紅外 5 信號42 ’該信號42傳導至該準直器26的準直透鏡28。 該發射信號42被調準成一沿著該光轴30傳導並且以相對 於該玻璃之内表面之45度角進入該玻璃20的準直光線。 該準直信號42於一感測區域23碰撞該破璃20的外表面 ，溼氣的出現能夠在該感測區域23被偵測到。該準直信號 10 42 ’或者該信號的至少一部份，然後反射回去通過該玻璃 20並且以相對於該玻璃的45度角進入該聚焦本體34。該 聚焦透鏡28把該反射信號42聚焦至該偵測器44上。 如果溼氣22在該感測區域23積聚於該擋風玻璃上的 話’該準直光線42的一部份不會反射回去該聚焦本體34 15 而且該偵測器44會產生一個表示較少量光線被偵測的信號 。該溼氣感測電路16接收該偵測器信號且解釋該信號的改 變為溼氣的出現並據此控制該等雨刷片。 有關該溼氣感測器之光學部份之運作以及與該雨刷片控 制系統之界面的其他細節能夠從美國專利第4,620 , 141 ; 20 5,059,87 7、5,239,244、及 5,568,027 號專利案，以 及在I"7年10月16曰提申的美國專利申請第 〇8/%1,922號一案中獲得。若任何該等細節對完成該等 描述係必須的而且係足以說明本申請案的話，這些參考案 係被視為併合於此作為參考。雖然以上所述的溼氣感測器 第頰 4度適明*囤囤家標卓規格（2](jx297公蜚） --------I---it!---訂-------I t- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7) 疋為光電溼氣感測器，任何適合的溼氣感測器係可以被使 用’只要由偵測器所接收的發射信號係被用於偵測一透明 材料之表面上之溼氣的出現。 現在請參閱第2圖所示，其是為該溼氣感測器10的方 5 塊圖。該溼氣感測器的較佳實施例包括一對發射器40，該 對發射器4〇係與一對偵測器44連通俾可如上所述般偵測 渔氣。一發射器驅動器56係連接至該等發射器俾提供 決定發射信號42之振幅或強度的力量至該等發射器。一周 期性地重覆的閘極信號脈衝57係如下面所述般施加至發射 10 器驅動器56。 該等偵測器44係與該等發射器4〇連接俾接收該等發 射器信號42的至少一部份並且以產生偵測器信號（囷中未 示）作為回應。在本較佳實施例中，各偵測器44最好係光 學地連接俾以如上所述般之類似形式自各發射器4〇接收發 15射器信號42，俾在該透明材料上產生四個感測區域23。然 而，任何適合數量的發射器40和偵測器44係可以被使用 來產生任何希望數目的感測區域23。 該等摘測器44係連接至一共用節點58,在該處該等 偵測器信號被結合來產生一偵測器輪出信號59。在本較佳 20實施例中’兩光電二極體偵測器44係以平衡構形連接以致 於他們所產生的該等偵測器信號具有相反的振幅而且在結 合來產生該等摘測器輸出信號59時會抵消。該平衡構形提 供對渔氣之某些程度的額外靈敏度及增強的動力範圍。該 平衡構形亦會抵消普遍存在於發射器信號中之週遭光線 第10頁 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1------^---I * ---I I — I ------ I (请先閲璜背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明說明（名 5 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印釦 ο 2 的景/ ’藉此提供對週遭光線的一些免疫力。然而，該伯 測器輸出仏號59仍包括__些由週遭光線與電磁干擾所產生 之不想要的信號成分。 現在清參閱第3圖所示，由該發射器驅動器56所接收 之周期性重覆的脈衝式閘極信號57係被描_。該等開極信 號脈衝57最好具有一 5〇微秒的持續時間，而且係以 l2〇OHz的頻率重覆，雖然任何適合的持續時間和頻率係可 以破使用。該發射器獎動器56最好是為—電流源，其以提 供一電流脈衝至該等發射器4〇作為對每一閘極信號脈衝 57的回應。該等發射器40以產生脈衝式發射器信號42作 為對每一電流脈衝的回應。 該等偵測器44允許量為與他們所接收之反射發射器信 號42之強度成比例的電流流動。該等偵測器電流（圖中未 示）係於節點58結合來產生偵測器輸出信號59。在本較佳 實鼽例中，該偵測器輸出信號59是為包含數個重覆信號間 隔I的脈衝式電流信號。各信號間隔工以如上所述之 l2〇OHz之閘極信號脈衝頻率為基礎具有大約M3微秒的 持續時間，雖然任何適合的持續時間係可以被使用。各信 號間隔I包含一溼氣感測信號部份M，其包括有關於由偵 測器44接收之反射發射器信號42的信號資訊及碰撞偵測 器之週遭光線的影響。各信號間隔j在發射器不運作時亦 具有一光線信號部份L·，其包括週遭光線的影響。各溼氣感 測信號訊號Μ的持續時間最好為對應於閘極信號脈衝57之 持續時間的50微秒。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂--------線* 第11頁 咬張乂言通用中囤固家標辛規格（210 297公釐） 4 5 6 08 9 A7 _ B7 五、發明說明（？） 請再次參閱第2圖所示’該偵測器輸出信號59係連接 至一高增益、寬頻帶之前級解謫變放大器及濾波器電路S〇 的輸入端60a，俾移去不希望的信號成分8該前級解調變 放大器及濾波器電路60包括用於藉由丟棄偵測器輸出信號 5 59之低頻率信號成分來降低週遭光線擾亂之影響的高通;慮 波器61。該高通濾波器61最好為一具有16 0Hz之角頻率 的五次方濾波器（fifth order filter)，俾極度地減少 低頻擾亂及通過該偵測器輸出信號59的大部份渔氣感測部 份M。然而，具有任何適合之角頻率之任何適合次方的高通 10 濾波器係可以被使用。 該前級解調變放大器及濾波器電路60亦包括用於丟棄 像電磁干擾和光電二極體44中之電子與電洞之隨機重新結 合般之高頻嗓聲的低通濾波器62。該低通濾波器62最好 是為具有33KHz之角頻率的二次方濾波器（second 15 order filter)，俾減少高頻擾亂及通過出現於該偵測器 輸出信號59的大部份能量。然而，具有任何適合之角頻率 之任何適合次方的低通濾波器係可以被使用。該前級解調 變增益及濾波電路60的較佳實施例使用包括兩個帶通濾波 器和三個高通濾波器（圖中未示）的多級濾波器來達成該五 20 次方高通和二次方低通濾波器。然而，任何適合之濾波器 的組合係可以被使用。運算放大器、電阻器和電容器（圖中 未示）係以習知的形式構形俾形成該等濾波器61,62。 該前級解調變放大及濾波器電路60亦包括一用於把該 偵測器輸出信號59放大的增益級63。該放大器63最好是 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（2〗〇 x 297公釐） f靖先&讀背Φ之注$項再填¾本頁} 裝 -----— —訂 - -------$· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*)农 經濟部智慧財1局員Η消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明) 為以習知形式併合至其中一個帶通濾波器内的反阻抗式放 大器（transimpedance amplifier)，雖然任何習知的 信號放大器係可以被使用。 該前級解調變電路60把該脈動式偵測器輸出電流信號 5 59轉換成一過濾、放大脈動式前級解調變電壓信號64，如 在第3圖中所顯示般。該前級解調變信號64從該前級解調 變電路輸出端60b發送至一微電腦65。該微電腦65最好 是為由Microchip公司所製造之編號為PIC12C672的一 8接腳裝置，雖然任何適合的微電腦係可以被使用。 10 該微電腦65包括一類比至數位轉換器66，其把該等 類比前級解調變電壓脈衝64轉換成數位形式以供該微電腦 65進一步處理。該類比至數位轉換器66最好是為具有大 約20mV解析度的一 8位元轉換器，雖然具有任何適合之 解析度之任何適合的類比至數位轉換器係可以被使用。 15 該數位信號然後係在一解調變級68 _解調變，該解調 變級68把該脈動式信號解調變來形成一dc電壓信號69， 該dc電壓信號69具有表示由該感測器所偵測之溼氣的振 幅。在該微電腦内的軟體迅速接連兩次取樣該感測信號， 一次係當該溼氣感測信號和伴隨之週遭光線擾亂出現時， 20 在該信號間隔I的溼氣感測部份Μ期間，而另一次係當週 遭光線擾亂剛出現時，在該信號間隔I的光線信號部份L 期間。週遭光線擾亂的影響係經由一時間位移線性差動放 大器的軟體實現來被線性地減去，如由Teder在美國專利 第5 , 0 5 9 , 8 7 7號一案所教導，該案係被併合於此作為參考 第13頁 衣紙張&度逋用巾國國家標準（CNS)A.l規格（210 * 297公釐〉 ----------II 1111111 --------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 5 608 9 A7 _B7_ 五、發明說明（〇 ) Ο 該解調變級68的輸出係連接至一數位信號處理（DSP) 濾波器級70的輸入端70a。該DSP濾波器級70包括一低 通濾波器72和一帶通濾波器74。該DSP級輸出端70b係 5 連接至一溼氣偵測級76，該溼氣偵測級76使用溼氣偵測 軟體，最好係如Teder於美國專利第5,568,027號一案 中所教導般，俾產生一個指出溼氣在該玻璃表面上出現的 輸出信號78，該第5,568,027號美國專利案係被併合於 此作為參考。 10 該溼氣偵測級76的輸出信號78係連接至一溼氣移除 控制器80，其最好是為一汽車雨刷片控制單元。該汽車雨 刷片控制單元包括一微電腦，該微電腦能夠響應於出現在 該玻璃上之溼氣來使用該溼氣偵測信號來控制該等擋風玻 璃雨刷片" 15 該溼氣感測器的高前級解調變增益及寬頻帶濾波在該信 號中產生大量寬頻帶白噪聲。大多數的嗓聲係由該等光電 二極體中之電子與電洞的隨機重新結合引起。該等嗓聲在 該裝置中係固有的。其他的溼氣感測器的光電二極體亦產 生寬頻帶嗓聲，但那些溼氣感測器不具有寬頻帶高增益放 20 大器。通過該前級解調變級的噪聲量係直接與該系統的帶 寬成比例。因為該等習知系統的帶寬係低的，該系統的白 噪聲含量係非常低。 對比之下，本發明把數佰KHz的帶寬放大俾通過亦帶 有非常有用之溼氣信號資訊之該脈衝信號的諧波。這使得 第14頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------I I--^ I ----II ---I I ! (請先閱讀背面之汶意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作.社印製 A7 _____B7 五、發明說明（/ί?) 很多來自該光電二極體的白噪聲也被放大。最終的噪聲水 平係非常明顯的，因為在振幅上該噪聲的峰值變化能夠比 被感測到之最小之雨滴的影響來得高。本發明利用一後級 解調變DSP濾波技術而能夠把感測到之雨的信號從該噪聲 5 抽出。 現在請參閱第4圖所示，描繪由該微電腦65實現之 DSP濾波器級70之演算法的方塊囷係被顯示。該低通濾波 器區段72係利用眾所周知之該微電腦65内的先進先出 (FIFO)移位暫存器82來實現。該移位暫存器82包括八 10 個暫存器REG L0至REG L7。該第一暫存器REG L0被連 接，俾接收該前級解調變級68的輸出。該LPF級72亦包 括眾所周知之該微電腦65内的一加法元件84,該加法元 件84係用於把所有八個暫存器L0-L?内的值加總。該加 法元件84的輸出係連接至一個由該微電腦65所實行之習 15 知的除法元件86，該除法元件86把該總和除以8，藉此 產生該LPF的輸出值。 該LPF級72的輸出端係連接至該BPF級74的輸入端 。該BPF濾波器級74包括該微電腦65内的一 FIFO移位 暫存器88。該BPF移位暫存器包括32個暫存器REG B0 20 至REG B3；L。該第一暫存器REG B0被連接，俾接收該 LPF級72的輸出值。該BPF級74亦包括一加法元件9〇 ，其係眾所周知由該微電腦65實行，俾如下面所述般把該 32個暫存器REG B0至REG内的值加總。該加法元 件90的輸出端係連接至該微電腦65内的習知除法元件 第151 ^紙張尺度適ϋ國國i標準（CNS)A4规格（2]〇 χ 〉 -------— — — —— . I I I I I 訂 i— — — — — — — . · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 5 6 08 9 A7 B7 五、發明說明（/3 ) 5 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，該除法元件92把該總和除以4，產生該BpF的輸出值β 該DSP濾波器級70的運作現在會作描述。該微電腦最 好係對一重覆時鐘信號運作，該重覆時鐘信號係對應於以 上所述的l2〇OHz閘極脈衝。該12〇〇Hz時鐘信號定義該 典型的程式指令週期，其最好具有與上述之信號間隔工相 同之大約833微秒的持續期間。然而，任何適合的指令週 期時間係可以被使用。 每一指令週期一次’表示該解調變dc輸出信號的數位 值係輸入至該LPF移位暫存器82的第一暫存器在該 等暫存器L0至L7中之先前的信號值在每一程式週期位移 一次至下一個連續的暫存器。例如，儲存於該第一暫存器 L0内之先前的解調變信號值係被載入至該第二暫存器REG L1，儲存於第二暫存器内的值係被載入至第三暫存器REG L2，...等等，而最後之暫存器REQ l7的值係被丟掉。 所有八個LPF FIFO暫存器L0至的值係以習知形 式由該加法元件84加總。然後，該總和值被施加至該除法 元件86，該除法元件86把該總和除以八並且產生該Ερρ 72的輸出。該LPF 72的輸出每n個指令週期僅被使用一 次，其中，η等於在該lpf移位暫存器中所使用之暫存器 的數目。在該較佳實施例中，該加法元件84和該除法元件 86每8個指令週期僅需要被實行一次，因為該lPF輸出每 8個指令週期僅使用—次。然而，該加法元# 84和該除法 元件86如果希望的話係可以每一程式週期被實行。 如此構形，該LPF獲得該解調變溼氣信號之前八個 第16頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝！ 訂---------A6· 本紙張尺度適用中囪g家標準（CNS)A4規格（2】〇 χ A7五、發明說明（/4 ) 5 1〇 15 經濟部智慧財產局員工湞費合作社印製 2〇 樣的打進平均。求均值具有把解調變信號中之迅速變動移 去的當然效果’藉此移去高頻以形成低通慮波器。 母8個才曰令週期一次，該LPF輸出被施加至該BPF B0的第-暫存器。每-暫存器B〇至啦亦每八個程式週 期位移-次俾在第-暫存器中留出空間接收最近的LpF輸 出值。該加法元件90把暫存器Bl6至B3i内之最老的十 六個取樣相加在一起，並且把暫存器B〇至B15内之最近 的取樣減去。可以說是該BPF獲得最老之取樣的平均，並 立滅去最近之取樣的平均。與LpF的情況相同，該信號之 迅速變化的影響被降低，藉此實現一第二低通濾波器。 而且’輸入至該BPF的穩定值會被完全取消’因為早 期之穩定值的平均會相等於近期之穩定值的平均。類似地 ，祚常低頻信號變動會被減少。因此，該BPF傾向於丟棄 高和低頻，作用如一如所規定般的帶通滤波器。 該BPF除法元件％把該加法方破的輸出除以四。因為 十六個取樣由於正與負加法而係包含於每—平均計算中’ 該除法元件把該BPF級的增益样地增加四。在沒有導致 量化問題下，這軟體增益增加該希f(信號的位準’並且 輔助把該希望的信號拉離開該噪聲水肀。 每一 FIFO的每一個暫存器僅需要為一卩人位元子。 只有該中騎和需要被㈣如-16位元量°在該最後的除 法方塊92之後’該結果係再次為八俅元。 現在請參閱第5圖所示，是為搞‘♦該股渡波之效果 的圖表。表之上方的線顯示4代表由該解調變級68 第17頁 産用中國囷家標準（CNS)Ai規格（2]ϋ X 297公釐 _ — If--— — If—— * I I I I I I I ^ >11 — — — — — * I i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 45608 9 A7 _____ ^ B7 玉、發明說明（/5") 所產生的信號。該解調變信號94包括以上所述之在正與負 1〇讀數之間變化的隨機分佈噪聲成分。在一時間 '處，係 有一佰個取樣在該圖表内，一 8級階梯函數係被引用至該 信號94。該階梯反應係可與一起因於落在其中一個感測區 5 诚23上之非常小之雨滴的溼氣比較。該階梯函數由於具有 比該正與負10讀數之噪聲高之振幅之噪聲的出現而係難以 辨別。在如此的狀況下，係不容易選擇一用於辨別溼氣之 出現的單一臨界位準。 該圖表的第二條線描續·該低通波波器*72的輸出信號 1〇 96。八個取樣的行進均值相當地降低出現於該解調變信號 94之高頻變化的影響。該階梯函數的出現，雖然稍微因嘴 聲而模糊，係更容易呈現。該圏表的第三條線描繪該BpF 74的輸出信號98。全部32個取樣的額外求均值進一步降 低該噪聲的影響至一可易於處理水平。該濾波器的低頻丟 15 棄本質將該階梯函數轉換成三角形的脈衝。該軟體增益增 加該階梯函數的振幅。結果，該溼氣的影響係可清楚地辨 別。簡單臨界偵測係可以使用於該BPF輸出以偵測雨滴的 出現。 該圖式的檢討顯示該DSP演算法的影響係非常顯而易 20見的。在原來的k號中，肉眼·係難以審視該信號及看到雨 水的出現。在該DSP之後，雨滴的影響係清楚的，而且該 噪聲係完全可易於處理。該DSP如此有效地辨別該信號的 原因係在於它在每一被輸出的點下考慮Mg個輸入資料點 的影響。來自該等發射器之任何單一脈衝可能在該光學路 第18頁 ^紙張尺度適用中國國家標準（0NS)A4規格（210 X 297 ^7 --1--1----i!11·!,^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 5 10 經濟郤智慧財產局員工消費合作杜印製 五、發明說明 徑之後的噪聲、該等光電二極體的嗓聲、太陽的影響、及 出現於該增益級的噪聲中遺失。然而，藉著把來自256個 點的資料結合，該希望的信號變得清楚。該DSP演算法之 優越表現的另一個原因是在於它是如此高的次方。該DSP 演算法事實上是為一四十次方滤波器。如此的一個渡波器 利用習知的類比技術係絕對不能實行的。 雖然本發明業已根據有限數目的實施例來被揭露，熟知 此項技術的人仕將會從這裡察知若干改變和變化。因此， 後附的申請專利範圍係涵蓋所有在本發明之真正精神與範 圍内的該等改變和變化。 元件標號對照表 15 20 10 溼氣感測器 12 連結器 14 電路板 16 電子組件 18 感測器殼體 20 透明材料 22 溼氣 24 準直器 26 準直本體 28 準直透鏡 30 光抽 32 聚焦器 34 聚焦本體 36 聚焦鏡 38 光軸 40 信號發射器 42 發射信號 44 偵測器 23 感測區域 56 發射器驅動器 57 閘極信號脈衝 58 節點 59 偵測器輸出信號 工 信號間隔 Μ 溼氣感測信號部份 L 光線信號部份 第19頁 本纸張尺1遶用由國國家標準規格（210^ 297公釐 --------------^--------訂---------線 (猜先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 5 S 0 8 9 A7 _B7 五、發明說明（/7 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印^^ 60 前級解調變放大器及濾波器電路 5 60a 輸入端 61 高通渡波器 62 低通濾波器 63 放大器 64 前級解調變電壓信號 65 微電腦 60b 前級解調變電路輸出端 66 類比至數位轉換器 68 解調變級 69 dc電壓信號 70 數位信號處理濾波器級 70a 輸入端 7 2 低通濾波器 74 帶通濾波器 70b輸出端 76 溼氣偵測級 78 輸出信號 80 溼氣移除控制器 82 先進先出移位暫存器 REG L0 暫存器 REG L1 暫存器 REG L2 暫存器 REG L3 暫存器 REG L4 暫存器 REG L5 暫存器 REG L6 暫存器 REG L7 暫存器 84 加法元件 86 除法元件 88 FIFO移位暫存器 REG B0至REG B31 暫存器 90 加法元件 92 除法元件 94 信號 96 信號 98 信號 第20頁 -----·'--- ---- I------訂--！-^ <請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 456089 AS B8 C8 D8 穴、申請專利範圍 1. 一種用於偵測一透明材料之表面上之溼氣並據此控制一 溼氣移除系統之作動的湮氣感測器，包含： 一用於產生一脈動式發射器信號的發射器，該脈動 式發射器信號係受該透明材料之表面上之溼氣的出現影 5 響； 一用於接收該脈動式發射器信號並且促成一脈動式 偵測器輸出信號之產生的偵測器； 一可運作地連接至該偵測器的前級解調變電路，該 前級解調變電路包括一用於接收該脈動式偵測器輸出信 10 號的輸入端和一用於提供一脈動式前級解調變信號的輸 出端，該前級解調變電路更包括一濾波器和一放大器； 一用於將該脈動式前級解調變信號轉換成具有變動 嗓聲成分之dc信號的解調變電路； 一用於將該等變動噪聲成分從該dc信號過濾掉並 15 且產生一過濾dc輸出的數位信號處理濾波器級。 2. 如申請專利範圍第1項所述之溼氣感測器，更包括一用 於實現該數位信號處理濾波器級的微電腦。 3. 如申請專利範圍第1項所述之溼氣感測器，其中，該數 位信號處理遽波器級包括一低通遽波器。 20 4.如申請專利範圍第3項所述之溼氣感測器，其中，該數 位信號處理渡波器級包括一帶通慮波器。 5.如申請專利範圍第2項所述之溼氣感測器，其中，該微 電腦包括預定數目之實現該低通濾波器之用於儲存該dc 輸出之連續值的暫存器。 第21頁 本紙張尺度逍用中國國家標率（CNS )六4洗格（2丨0X297公釐） ----------裝-- (請先《讀背面之注意事項再填寫本页) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 --_____D8 K、申請專利範圍 6*如申請專利範圍第5項所述之溼氣感測器’其中，該微 電腦包括8個實現該低通濾波器之用於儲存該dc輸出 之8個連續值的暫存器。 7.如申請專利範圍第6項所述之溼氣感測器，其中，該低 5 通濾波器包括由該微電腦實行之用於提供該等儲存值之 總和的一加法元件。 8 ·如申請專利範圍第7項所述之溼氣感測器，其中，該低 通渡波器包括由該微電腦實行之用於對該等儲存值之總 和進行除法運算的一除法元件。 1〇 9·如申請專利範圍第8項所述之湮氣感測器，其中，該除 法元件將該等儲存值的總和除以8。 10.如申請專利範圍第2項所述之溼氣感測器，其中，該 微電腦包括預定數目之實現該帶通濾波器級之用於儲 存連續輪入值的暫存器。 15丄1·如申請專利範圍第10項所述之溼氣感測器，其中，該 微電腦包括32個實現該帶通濾波器級之用於儲存32 個連續輸入值的暫存器。 12 ·如申請專利範圍第11項所述之溼氣感測器，其中，該 帶通濾波器級包括一由該微電腦實行的加法元件，該 20 加法元件係用於把該等儲存值的第一部份加總並減去 該等儲存值的第二部份以提供一加總輸出值9 13,如申請專利範圍第12項所述之溼氣感測器，其中，該 加法元件將最遠的儲存值加總並減去最近的儲存值。 14 ·如申請專利範圍第13項所述之溼氣感測器，其中，該 _____ 第 221 本紙張尺度遗用；困國家梯车i CNS ) ( 210X297公羡1 (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 U> 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 608 9 if C8 _______ Dg__ 六、申請專利範圍 帶通濾波器包括一由該微電腦實行的除法元件，該除 法元件係用於將該加總輸出值除以一預定數目。 is · —種以一溼氣感測器偵測一透明材料之表面上之渔氣 的方法’該溼氣感測器具有一發射器和一偵測器，該 5 方法包含如下之步驟： 從該發射器發射一脈動式信號’該脈動式信號係 從該透明材料的表面反射，其中，該脈動式信號係受 該透明材料上之溼氣的出現影響； 偵測該反射脈動式信號來產生一脈動式偵測器輸 10 出信號； 將該脈動式偵測器輸出信號放大； 過濾該脈動式偵測器輸出信號； 將該脈動式偵測器輸出信號解調變以產生一具有 變動噪聲成分的dc信號； 15 過濾該dc信號俾將該變動噪聲成分移去’其中 ，該過濾包括儲存預定數目的dc信號值並且將該預 ―: 定數目的dc信號值加總；及 以該過濾dc信號偵測該透明材料上之渔氣的出 現。 20 I6.如申請專利範圍第15項所述之用於偵測一透明材料之 表面上之溼氣的方法，其中，該濾波步驟實現低通渡 波。 17 .如申請專利範圍第16項所述之用於偵測一透明材料之 表面上之溼氣的方法，其中，該濾波步驟包括儲存連 第23頁 本紙張尺度逋用中國國家棣準（CNS ) A4规格（210X297公釐） I ! ^-- (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) 订 A8 C8 Dg 六、申請專利範圍 續8個dc信號值。 (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) I8·如申請專利範圍第17項所述之用於偵測一透明材料之 表面上之溼氣的方法，其中，該濾波步驟包括將該儲 存之預定連續數目的dc信號值加總。 5 19·如申請專利範圍第18項所述之用於偵測一透明材料之 表面上之溼氣的方法，其中，該濾波步驟包括將該等 加總dc信號值除以一預定數目以產生一低通濾波dc 信號。 2〇.如申請專利範圍第19項所述之用於偵測一透明材料之 10 表面上之溼氣的方法，其中，該濾波步驟包括將該等 加總dc信號值除以8以產生一低通濾波dc信號。 21.如申請專利範圍第19項所述之用於偵測一透明材料之 表面上之溼氣的方法，其中，該濾波步驟包括儲存一 預定連續數目的低通濾波dc信號。 15 22，如申請專利範圍第21項所述之用於偵測一透明材料之 表面上之溼氣的方法，其_，該濾波步驟包括儲存連 續3 2個低通渡波dc信號。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 23.如申請專利範圍第21項所述之用於偵測一透明材料之 表面上之溼氣的方法，其中，該濾波步驟包括將該等 20 儲存低通濾波信號的第一部份加總並減去該等儲存低 通濾波信號的第二部份以提供一加總輸出值。 24·如申請專利範圍第23項所述之用於偵測一透明材料之 表面上之溼氣的方法，其中，該濾波步驟包括把最遠 之儲存低通濾波信號加總並減去最近的儲存低通濾波 第24頁 本紙張尺度適用中囷國家橾準（CNS ) A4規格（21〇;<297公釐）

   4號以提供一加總輸出值β 25,如申請專利範圍第24項所边之用於偵測一透明材料之 表面上之渔氣的方法’其中，該渡波步驟包括將該加 總輸出值除以一預定數目。 5 26.如申請專利範圍第25項所述之用於偵測一透明材料之 表面上之溼氣的方法，其中，該濾波步驟包括將該加 總輪出值除以4。 - — ^^^1 PH -111 —^^1 ^^1· tn (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 25 本紙張尺度逍用中«國家揉準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）