WO2001030615A1 - Sensor for detecting humidity drops and/or dirt particles on a glass surface and a method for operating such a sensor - Google Patents

Sensor for detecting humidity drops and/or dirt particles on a glass surface and a method for operating such a sensor Download PDF

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WO2001030615A1
WO2001030615A1 PCT/EP2000/008230 EP0008230W WO0130615A1 WO 2001030615 A1 WO2001030615 A1 WO 2001030615A1 EP 0008230 W EP0008230 W EP 0008230W WO 0130615 A1 WO0130615 A1 WO 0130615A1
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WO
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sensor
received signal
dirt particles
optical beams
rays
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PCT/EP2000/008230
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Heiner Bayha
Martin Osterfeld
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Valeo Auto-Electric Wischer Und Motoren Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a sensor for detecting drops of moisture and / or dirt particles on a pane, in particular on a windshield of a motor vehicle.
  • the sensor has at least one transmitting element for emitting optical rays onto the pane and at least one receiving element for receiving at least some of the rays reflected by drops of moisture and / or dirt particles.
  • the receiving element generates a received signal which is dependent on the beams received.
  • the sensor also has evaluation means for evaluating the received signal.
  • the invention also relates to a method for operating a sensor for detecting drops of moisture and / or dirt particles on a pane, in particular on a windshield of a motor vehicle.
  • At least one transmission element emits optical rays onto the pane.
  • At least one receiving element receives at least a part of the rays reflected by drops of moisture and / or dirt particles. Depending on the beams received, a received signal is generated and evaluated.
  • the sensor of the type mentioned works on an optical measuring principle.
  • the sensor is preferably arranged on the inside of the windshield in the wiping area of windshield wipers. It can detect rain, snow, dust, insects, etc. on the windshield.
  • the light emitted by the or each transmitting element is guided from the inside through the pane to the outside.
  • the or each receiving element observes the light exit surface on the pane. If dirt particles or drops of moisture are deposited on the outside of the pane, these scatter the emitted light and reflect it at least partially onto the or each receiving element.
  • the or each receiving element generates a receiving signal that is dependent on the intensity of the received light.
  • the or each transmission element is designed, for example, as a luminescence diode (LED) and the or each reception element is designed as a photodiode, which generates a photocurrent as a received signal depending on the optical beams received.
  • LED luminescence diode
  • the type of precipitation on the disk can be concluded.
  • the analysis of the received signal is based, among other things, on empirical values. For example, a continuous slow decrease in the amplitude of the received signal from an amplitude maximum over a longer period (several minutes) indicates dirt on the Windshield. Likewise, a continuous, slow increase in the amplitude value of the received signal indicates moisture on the disk.
  • suitable actions can then be triggered to remove the precipitation.
  • the windscreen wipers can be activated to remove moisture drops, and the windscreen washer system can also be activated to remove dirt particles.
  • the received signal is preferably evaluated with a microprocessor. This presupposes that the received signal is in digital form.
  • a microprocessor For this purpose, it is known from the prior art to use an A / D converter. Inexpensive A / D converters, however, have a relatively low resolution and dynamic range, which is too low for use in sensors of the type mentioned at the beginning. However, A / D converters with a higher resolution and dynamic range, which would be sufficient for use in the sensors of the type mentioned at the outset, are quite expensive and would lead to a considerable increase in the cost of the sensors for the detection of moisture drops and / or dirt particles.
  • a / D converters with a relatively high resolution and dynamic range are required so that even small changes in the received signal can be detected.
  • the ambient light which in addition to the light reflected by the moisture drops and / or dirt particles by or or by everyone, has an effect on the received signal Receiving element is received and leads to a relatively large offset of the received signal.
  • the changes in the received signal due to precipitation on the disk are very small in relation to the offset of the received signal. This applies in particular to drops of moisture, since they lead to an even smaller change in the received signal than dirt particles. For this reason, the received signal in the sensor has to be digitized with high dynamics and resolution.
  • the invention proposes, starting from the sensor for the detection of moisture drops and / or dirt particles of the type mentioned at the outset, that the or each transmission element sequentially transmits optical beams with different intensities in time, the evaluation means giving the received signal the intensities of the emitted optical beams assign and take into account when evaluating the received signal.
  • the or each transmission element is included different services operated.
  • optical beams with a high intensity small changes in the received signal due to moisture drops on the pane can be detected particularly well.
  • low-intensity optical rays on the other hand, slow changes in the received signal due to dirt particles on the pane can be detected particularly well.
  • the sensor according to the invention thus enables a particularly reliable detection and differentiation of moisture drops and dirt particles on the pane.
  • the resolution and dynamics of an A / D converter necessary for digitizing the received signal are also significantly reduced, since the useful components in the received signal, i.e. the changes in the received signal due to drops of moisture and / or dirt particles on the pane are significantly increased in relation to the offset of the received signal.
  • the or each transmission element alternately emit optical beams with a high and a low intensity.
  • optical beams with a high intensity and the optical beams with a low intensity do not have to be emitted in each case for the same length. Rather, in the time period for which optical beams with a high or with a low intensity are emitted, the The fact that drops of moisture can settle on a pane relatively quickly is taken into account, whereas dirt particles usually settle slowly on the pane over a longer period of time. It is therefore proposed according to a preferred embodiment of the present invention that the or each transmission element emits optical beams with a high intensity at least 90% of the total transmission time. Optical rays with a low intensity are then emitted during the remaining 10% of the transmission time. Practical tests have shown that particularly good detection results can be achieved if optical beams with a high intensity are emitted for approximately 950 ms (95% of the transmission time) and then optical beams with a low intensity for 50 ms.
  • the senor have means for converting the received signal into a pulse width signal and a counter, the pulse width being dependent on the amplitude of the received signal and the counter being started and stopped by the edges of the pulse width signal.
  • the counter can be started, for example, by a rising edge of a pulse of the pulse width signal and can be stopped again by the falling edge of the pulse.
  • the difference between the counter reading after stopping and the counter reading before starting is thus dependent on the amplitude of the received signal.
  • the value of the difference thus corresponds to a digitized one Value of the received signal.
  • Such digitization of the received signal has a particularly high dynamic range and resolution, which far exceeds the dynamic range and resolution of conventional, inexpensive A / D converters.
  • the senor have: a capacitor;
  • the voltage depends on the amplitude of the received signal.
  • the discharge time of the capacitor depends on the voltage with which the capacitor is charged, and thus also on the amplitude of the received signal.
  • the counter counts relatively quickly, so that about one million digitization stages can be achieved with the proposed digitization circuit, whereas, for example, only 256 digitization stages can be achieved with an 8-bit A / D converter.
  • the dynamics and resolution of the proposed digitizing circuit depends on the clock rate of the microprocessor and on how quickly the capacitor can be charged.
  • the senor a comparison element for comparing the voltage of the capacitor during the discharge process with a threshold value in order to determine the end of the discharge process.
  • the threshold is preferably in the range of zero volts.
  • the or each receiving element is arranged at an angle of> 45 ° to the normal to the pane.
  • the or each receiving element is advantageously arranged at an angle of 60 ° to the normal to the disk. Particularly good detection results can be achieved with such a sensor.
  • the senor have two transmission elements.
  • the one transmission element is arranged in such a way that a part of the rays reflected by moisture drops and / or dirt particles strikes the or each receiving element predominantly in a forward scattering manner
  • the other transmission element is arranged in such a way that a part of the radiation reflected by moisture drops and / or dirt particles Beams mainly scatter backwards onto the or each receiving element.
  • the or each transmission element is designed as a luminescence diode (LED) is. It is also proposed that the or each receiving element is designed as a photodiode. When using a photodiode, the received signal is designed as a photocurrent.
  • LED luminescence diode
  • the or each transmission element emit optical beams with different intensities in succession, the intensities of the emitted being emitted optical beams are assigned to the received signal and are taken into account when evaluating the received signal.
  • the or each transmission element alternately emit optical beams with a high and a low intensity.
  • at least 90% of the total transmission time emits optical beams with a high intensity from the or each transmission element.
  • the remaining 10% of the transmission time are then emitted optical beams with a low intensity.
  • the received signal be digitized before the evaluation by the following steps: Converting the received signal into a pulse width signal whose pulse width is dependent on the amplitude of the
  • the received signal be digitized by the following steps before the evaluation:
  • the voltage of the capacitor is advantageously compared to a threshold value during a discharge process in order to determine the end of the discharge process.
  • Figure 2 is a circuit diagram of the receiving branch of the
  • a sensor for the detection of drops of moisture and / or dirt particles on a pane is designated in its entirety by reference number 1.
  • the pane is designed as a windshield 2 of a motor vehicle.
  • the sensor 1 is attached to the inside of the windshield 2 in the wiping area of windshield wipers (not shown). It has a transmission element 3 for emitting optical rays 4 onto the windshield 2.
  • the transmission element 3 is designed as a luminescence diode (LED). From the transmitting element 3, the optical rays 4 first cross an air gap 5, strike the inside of the windshield 2, cross it and exit the windshield 2 again on the outside. With its outer edge 6, the sensor 1 is glued to the inside of the windshield 2. Moisture drops 7 and / or dirt particles 8 are located on the outside of the windshield 2.
  • At least part 9 of the optical rays 4 emitted by the transmission element 3 is reflected or scattered by the moisture drops 7 and / or the dirt particles 8. At least some of the rays 9 reflected by the moisture drops 7 and / or the dirt particles 8 strike a receiving element 10 of the sensor 1.
  • the receiving element 10 is designed as a photodiode, which is oriented at an angle of 60 ° to the normal of the windshield 2.
  • the reception element 10 generates a reception signal which is dependent on the quantity and the intensity of the beams 9 received.
  • the reception signal is designed as a photo stream.
  • the time course and the amplitude of the received signal are evaluated in evaluation means (not shown) of the sensor.
  • the sensor 1 can rain, snow, dust, insects and the like. a. Detect on windshield 2 and distinguish them from one another.
  • the windscreen wipers can be activated to remove drops of moisture 7, and the windscreen washer system can also be activated to remove dirt particles 8.
  • the received signal is preferably evaluated using a microprocessor (not shown). This presupposes that the received signal is in digital form.
  • a microprocessor not shown
  • a / D converter it is known from the prior art to use an A / D converter.
  • a / D converters are either so expensive that they cannot be used in a sensor for the detection of moisture drops and / or dirt particles, or they have insufficient dynamics and resolution.
  • the transmitting element 3 is successively with different powers acted upon so that it emits optical beams 4 with different intensities.
  • the evaluation means assign the intensities of the emitted optical beams 4 to the received signal.
  • the changing intensities of the optical beams 4 are taken into account.
  • the transmitting element 3 alternately emits optical beams with a high intensity for a period of approximately 950 ms and then emits optical beams with a low intensity for a period of approximately 50 ms. This takes into account the fact that drops of moisture 7 can deposit relatively quickly on a disk 2, whereas dirt particles 8 generally settle slowly on the disk 2 over a longer period of time.
  • optical rays 4 With the aid of optical rays 4 with a high intensity, small changes in the received signal due to moisture drops 7 on the pane 2 can be detected particularly well. With low-intensity optical beams 4, on the other hand, slow changes in the received signal due to dirt particles 8 on the pane can be detected particularly well.
  • the sensor 1 is used to digitize the
  • Received signal i.e. the changes in the received signal due to precipitation 7, 8 on the disc 2, in
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of the receiving branch of the sensor 1 according to FIG. 1.
  • the received signal 11 generated by the receiving element 10 is first converted into a voltage 14.
  • the voltage 14 is proportional to the amplitude of the received signal 11.
  • a capacitor 12 is charged and then discharged again as part of a discharge process.
  • the discharge of the capacitor 12 takes longer, the higher the voltage for charging the capacitor 12.
  • the end of the discharge process is determined with the aid of a comparator 13 in which the voltage of the capacitor 12 is compared with a threshold value (in the range of 0 V).
  • a signal is pulse width modulated (PWM) on the basis of the output signal of the comparator 13.
  • PWM pulse width modulated
  • An edge of the PWM signal starts a counter at the start of the discharge process (not shown) and a subsequent edge of the PWM signal stops the counter again at the end of the discharge process.
  • the counter reading after the discharge process is therefore proportional to the amplitude of the received signal and represents a digitized value of the received signal.
  • the counter counts relatively quickly, so that about one million digitization stages can be achieved with the proposed digitizing circuit, whereas, for example, with an 8 bit A / D converter only 256 digitization levels can be achieved.
  • the senor 1 can have more than one Sending element 3 and more than one receiving element 10.
  • the sensor 1 can be glued to the windshield 2 over the entire area, so that the optical rays 4 on their way to the window 2 or the optical rays 9 on their way away from the window 2 no need to overcome air gap 5.
  • the senor 1 it is contemplated to equip the sensor 1 with two transmission elements 3.
  • the one transmitting element 3 is preferably arranged such that a part 9 of the rays reflected by the precipitation 7, 8 strikes the or each receiving element 10 predominantly in a forward scattering manner.
  • the other transmitting element 3 is preferably arranged in such a way that a part 9 of the rays reflected by the precipitation 7, 8 strikes the or each receiving element 10 predominantly backwards scattering.

Abstract

The invention relates to a sensor (1) for detecting humidity drops (7) and/or dirt particles (8) on a glass surface (2), especially a windscreen of a motor vehicle. The sensor (1) is provided with at least one emitting element (3) for emitting optical beams (4) onto the glass surface. The sensor is also provided with at least one receiving element (10) for receiving at least a portion of the beams (9) which are reflected by the humidity drops (7) and/or the dirt particles (8) and for generating a receiving signal (11) which depends upon the received beams (9). The sensor is further provided with evaluation means for evaluating the receiving signal (11). The invention also relates to a method for operating such a sensor (1). The aim of the invention is to reduce fabrication costs for such a sensor (1) and to enable digitalisation of the receiving signal (11) of the sensor (1) with a sufficiently high resolution and dynamic. The or each emitting element (3) emits optical beams (4) in a temporally successive manner, whereby said beams have different intensities. The evaluation means allocate the intensities of the emitted optical beams to the receiving signal (11). The intensities are considered during evaluation of the receiving signal (11).

Description

Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf einer Scheibe und Verfahren zum Betreiben eines solchen SensorsSensor for the detection of drops of moisture and / or dirt particles on a pane and method for operating such a sensor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf einer Scheibe, insbesondere auf einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs. Der Sensor weist mindestens ein Sendeelement zum Aussenden optischer Strahlen auf die Scheibe und mindestens ein Empfangselement zum Empfangen zumindest eines Teils der von Feuchtigkeitstropfen und/oder von Schmutzpartikeln reflektierten Strahlen. Das Empfangselement generiert ein Empfangssignal, das abhängig ist von den empfangenen Strahlen. Der Sensor weist außerdem Auswertemittel zum Auswerten des Empfangssignals auf.The present invention relates to a sensor for detecting drops of moisture and / or dirt particles on a pane, in particular on a windshield of a motor vehicle. The sensor has at least one transmitting element for emitting optical rays onto the pane and at least one receiving element for receiving at least some of the rays reflected by drops of moisture and / or dirt particles. The receiving element generates a received signal which is dependent on the beams received. The sensor also has evaluation means for evaluating the received signal.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf einer Scheibe, insbesondere auf einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs. Dabei werden von mindestens einem Sendeelement optische Strahlen auf die Scheibe ausgesendet. Mindestens ein Empfangselement empfängt zumindest einen Teil der von Feuchtigkeitstropfen und/oder von Schmutzpartikeln reflektierten Strahlen. In Abhängigkeit von den empfangenen Strahlen wird ein Empfangssignal generiert und ausgewertet . Der Sensor der eingangs genannten Art arbeitet nach einem optischen Messprinzip. Beim Einsatz des Sensors zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, ist der Sensor vorzugsweise an der Innenseite der Windschutzscheibe in dem Wischbereich von Scheibenwischern angeordnet. Er kann Regen, Schnee, Staub, Insekten u. a. auf der Windschutzscheibe detektieren. Bei dem Sensor wird das von dem oder jedem Sendeelement ausgesandte Licht von innen durch die Scheibe auf die Außenseite geleitet. Das oder jedes Empfangselement beobachtet die Lichtaustrittsflache auf der Scheibe. Wenn sich auf der Außenseite der Scheibe Schmutzpartikel oder Feuchtigkeitstropfen niederschlagen, streuen diese das ausgesandte Licht und reflektieren es zumindest teilweise auf das oder jedes Empfangselement. Das oder jedes Empfangselement generiert ein Empf ngssignal, das abhängig ist von der Intensität des empfangenen Lichts.The invention also relates to a method for operating a sensor for detecting drops of moisture and / or dirt particles on a pane, in particular on a windshield of a motor vehicle. At least one transmission element emits optical rays onto the pane. At least one receiving element receives at least a part of the rays reflected by drops of moisture and / or dirt particles. Depending on the beams received, a received signal is generated and evaluated. The sensor of the type mentioned works on an optical measuring principle. When using the sensor for the detection of moisture drops and / or dirt particles on the windshield of a motor vehicle, the sensor is preferably arranged on the inside of the windshield in the wiping area of windshield wipers. It can detect rain, snow, dust, insects, etc. on the windshield. In the case of the sensor, the light emitted by the or each transmitting element is guided from the inside through the pane to the outside. The or each receiving element observes the light exit surface on the pane. If dirt particles or drops of moisture are deposited on the outside of the pane, these scatter the emitted light and reflect it at least partially onto the or each receiving element. The or each receiving element generates a receiving signal that is dependent on the intensity of the received light.
Das oder jedes Sendeelement ist bspw. als eine Lumineszenzdiode (LED) und das oder jedes Empfangselement als eine Fotodiode ausgebildet, die in Abhängigkeit von den empfangenen optischen Strahlen einen Fotostrom als Empfangssignal generiert. Durch Auswerten des zeitlichen Verlaufs und der Amplitude des Empfangssignals kann auf die Art des Niederschlags auf der Scheibe geschlossen werden. Die Analyse des Empfangssignals beruht u. a. auf Erfahrungswerten. So deutet bspw. ein kontinuierliches langsames Abfallen der Amplitude des EmpfangsSignals von einem Amplitudenmaximum aus über einen längeren Zeitraum (mehrere Minuten) hinweg auf Schmutz auf der Windschutzscheibe hin. Ebenso deutet ein kontinuierlicher langsamer Anstieg des Amplitudenwerts des Empfangssignals auf Feuchtigkeit auf der Scheibe hin. In Abhängigkeit von der Art des Niederschlags auf der Scheibe können dann geeignete Aktionen ausgelöst werden, um den Niederschlag zu beseitigen. Zur Beseitigung von Feuchtigkeitstropfen können die Scheibenwischer aktiviert werden, zur Beseitigung von Schmutzpartikel kann zusätzlich noch die Scheibenwaschanlage aktiviert werden.The or each transmission element is designed, for example, as a luminescence diode (LED) and the or each reception element is designed as a photodiode, which generates a photocurrent as a received signal depending on the optical beams received. By evaluating the time course and the amplitude of the received signal, the type of precipitation on the disk can be concluded. The analysis of the received signal is based, among other things, on empirical values. For example, a continuous slow decrease in the amplitude of the received signal from an amplitude maximum over a longer period (several minutes) indicates dirt on the Windshield. Likewise, a continuous, slow increase in the amplitude value of the received signal indicates moisture on the disk. Depending on the type of precipitation on the disk, suitable actions can then be triggered to remove the precipitation. The windscreen wipers can be activated to remove moisture drops, and the windscreen washer system can also be activated to remove dirt particles.
Das Empfangssignal wird vorzugsweise mit einem Mikroprozessor ausgewertet. Das setzt voraus, dass das Empfangssignal in digitaler Form vorliegt. Dazu ist es aus dem Stand der Technik bekannt, einen A/D-Wandler einzusetzen. Preiswerte A/D-Wandler weisen jedoch eine relativ niedrige Auflösung und Dynamik auf, die für den Einsatz in Sensoren der eingangs genannten Art zu niedrig ist. A/D-Wandler mit einer höheren Auflösung und Dynamik, die für den Einsatz in den Sensoren der eingangs genannten Art ausreichend wäre, sind jedoch recht teuer und würden zu einer erheblichen Verteuerung der Sensoren zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln führen.The received signal is preferably evaluated with a microprocessor. This presupposes that the received signal is in digital form. For this purpose, it is known from the prior art to use an A / D converter. Inexpensive A / D converters, however, have a relatively low resolution and dynamic range, which is too low for use in sensors of the type mentioned at the beginning. However, A / D converters with a higher resolution and dynamic range, which would be sufficient for use in the sensors of the type mentioned at the outset, are quite expensive and would lead to a considerable increase in the cost of the sensors for the detection of moisture drops and / or dirt particles.
In den Sensoren der eingangs genannten Art werden A/D- Wandler mit einer relativ hohen Auflösung und Dynamik benötigt, damit auch geringe Veränderungen des Empfangssignals detektiert werden können. Als Störfaktor wirkt sich auf das Empfangssignal das Umgebungslicht aus, das neben dem von den Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln reflektierten Licht von dem oder jedem Empfangselement empfangen wird und zu einem relativ großen Offset des Empfangssignals führt. Die Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Niederschlag auf der Scheibe sind im Verhältnis zu dem Offset des Empfangssignals sehr gering. Das gilt insbesondere für Feuchtigkeitstropfen, da sie zu einer noch geringeren Veränderung des Empfangssignals führen als Schmutzpartikel. Aus diesem Grund muss das Empfangssignal in dem Sensor mit einer hohen Dynamik und Auflösung digitalisiert werden.In the sensors of the type mentioned at the outset, A / D converters with a relatively high resolution and dynamic range are required so that even small changes in the received signal can be detected. The ambient light, which in addition to the light reflected by the moisture drops and / or dirt particles by or or by everyone, has an effect on the received signal Receiving element is received and leads to a relatively large offset of the received signal. The changes in the received signal due to precipitation on the disk are very small in relation to the offset of the received signal. This applies in particular to drops of moisture, since they lead to an even smaller change in the received signal than dirt particles. For this reason, the received signal in the sensor has to be digitized with high dynamics and resolution.
Daraus ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zum einen die Fertigungskosten für einen Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln der eingangs genannten Art zu reduzieren und andererseits aber eine Digitalisierung des Empfangssignals mit einer ausreichend hohen Auflösung und Dynamik zu ermöglichen, um eine zuverlässige Detektion von Feuchtigkeitstropfen und Schmutzpartikel auf einer Scheibe zu ermöglichen.This results in the object of the present invention, on the one hand to reduce the manufacturing costs for a sensor for the detection of moisture drops and / or dirt particles of the type mentioned at the beginning and, on the other hand, to enable digitization of the received signal with a sufficiently high resolution and dynamic range in order to ensure reliable Allow detection of moisture drops and dirt particles on a pane.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln der eingangs genannten Art vor, dass das oder jedes Sendeelement zeitlich aufeinanderfolgend optische Strahlen mit unterschiedlichen Intensitäten aussendet, wobei die Auswertemittel dem Empfangssignal die Intensitäten der ausgesandten optischen Strahlen zuordnen und beim Auswerten des Empfangssignals berücksichtigen.To achieve this object, the invention proposes, starting from the sensor for the detection of moisture drops and / or dirt particles of the type mentioned at the outset, that the or each transmission element sequentially transmits optical beams with different intensities in time, the evaluation means giving the received signal the intensities of the emitted optical beams assign and take into account when evaluating the received signal.
Um die optischen Strahlen mit unterschiedlichen Intensitäten aussenden zu können, wird das oder jedes Sendeelement mit unterschiedlichen Leistungen betrieben. Mit optischen Strahlen mit einer hohen Intensität können kleinere Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Feuchtigkeitstropfen auf der Scheibe besonders gut detektiert werden. Mit optischen Strahlen mit niedriger Intensität können dagegen langsame Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Schmutzpartikeln auf der Scheibe besonders gut detektiert werden. Der erfindungsgemäße Sensor ermöglicht somit eine besonders zuverlässige Detektion und Unterscheidung von Feuchtigkeitstropfen und Schmutzpartikeln auf der Scheibe.In order to be able to emit the optical beams with different intensities, the or each transmission element is included different services operated. With optical beams with a high intensity, small changes in the received signal due to moisture drops on the pane can be detected particularly well. With low-intensity optical rays, on the other hand, slow changes in the received signal due to dirt particles on the pane can be detected particularly well. The sensor according to the invention thus enables a particularly reliable detection and differentiation of moisture drops and dirt particles on the pane.
Bei dem erfindungsgemäßen Sensor ist darüber hinaus die zur Digitalisierung des Empfangssignals notwendige Auflösung und Dynamik eines A/D-Wandlers entscheidend reduziert, da die Nutzanteile in dem Empfangssignal, d.h. die Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Feuchtigkeitstropfen und/oder von Schmutzpartikeln auf der Scheibe, im Verhältnis zu dem Offset des EmpfangsSignals deutlich erhöht sind.In the sensor according to the invention, the resolution and dynamics of an A / D converter necessary for digitizing the received signal are also significantly reduced, since the useful components in the received signal, i.e. the changes in the received signal due to drops of moisture and / or dirt particles on the pane are significantly increased in relation to the offset of the received signal.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das oder jedes Sendeelement abwechselnd optische Strahlen mit einer hohen und einer niedrigen Intensität aussendet.According to an advantageous development of the present invention, it is proposed that the or each transmission element alternately emit optical beams with a high and a low intensity.
Die optischen Strahlen mit einer hohen Intensität und die optischen Strahlen mit einer niedrigen Intensität müssen nicht jeweils gleich lang ausgesendet werden. Vielmehr kann bei der Zeitdauer, für die optische Strahlen mit einer hohen bzw. mit einer niedrigen Intensität ausgesendet werden, der Tatsache Rechnung getragen werden, dass sich Feuchtigkeitstropfen auf einer Scheibe relativ schnell niederschlagen können, wohingegen sich Schmutzpartikel in der Regel über einen längeren Zeitraum hinweg langsam auf der Scheibe niederschlagen. Deshalb wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass das oder jedes Sendeelement mindestens 90% der gesamten Sendezeit optische Strahlen mit einer hohen Intensität aussendet. Während der verbleibenden 10% der Sendezeit werden dann optische Strahlen mit einer niedrigen Intensität ausgesendet. In Praxistests hat sich gezeigt, dass sich besonders gute Detektionsergebnisse erzielen lassen, wenn optische Strahlen mit einer hohen Intensität für etwa 950 ms (95% der Sendezeit) und anschließend optische Strahlen mit einer niedrigen Intensität für 50 ms ausgesendet werden.The optical beams with a high intensity and the optical beams with a low intensity do not have to be emitted in each case for the same length. Rather, in the time period for which optical beams with a high or with a low intensity are emitted, the The fact that drops of moisture can settle on a pane relatively quickly is taken into account, whereas dirt particles usually settle slowly on the pane over a longer period of time. It is therefore proposed according to a preferred embodiment of the present invention that the or each transmission element emits optical beams with a high intensity at least 90% of the total transmission time. Optical rays with a low intensity are then emitted during the remaining 10% of the transmission time. Practical tests have shown that particularly good detection results can be achieved if optical beams with a high intensity are emitted for approximately 950 ms (95% of the transmission time) and then optical beams with a low intensity for 50 ms.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensor Mittel zum Umwandeln des Empfangssignals in ein Pulsweitensignal und einen Zähler aufweist, wobei die Pulsweite abhängig ist von der Amplitude des Empfangssignals und der Zähler durch die Flanken des Pulsweitensignals gestartet und gestoppt wird. Der Zähler kann bspw. von einer ansteigenden Flanke eines Pulses des Pulsweitensignals in Gang gesetzt und durch die abfallende Flanke des Pulses wieder angehalten werden. Die Differenz des Zählerstandes nach dem Anhalten und des Zählerstandes vor dem Starten ist somit abhängig von der Amplitude des Empfangssignals. Der Wert der Differenz entspricht also einem digitalisierten Wert des Empfangssignals. Eine solche Digitalisierung des Empfangssignals weist eine besonders hohe Dynamik und Auflösung auf, die die Dynamik und Auflösung herkömmlicher billiger A/D-Wandler bei weitem übertrifft.According to another advantageous development of the present invention, it is proposed that the sensor have means for converting the received signal into a pulse width signal and a counter, the pulse width being dependent on the amplitude of the received signal and the counter being started and stopped by the edges of the pulse width signal. The counter can be started, for example, by a rising edge of a pulse of the pulse width signal and can be stopped again by the falling edge of the pulse. The difference between the counter reading after stopping and the counter reading before starting is thus dependent on the amplitude of the received signal. The value of the difference thus corresponds to a digitized one Value of the received signal. Such digitization of the received signal has a particularly high dynamic range and resolution, which far exceeds the dynamic range and resolution of conventional, inexpensive A / D converters.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensor aufweist: einen Kondensator;According to a preferred embodiment of the present invention, it is proposed that the sensor have: a capacitor;
Mittel zum Umwandeln des Empfangssignals in eine Spannung zum Aufladen des Kondensators; und einen Zähler, der zu Beginn eines Entladevorgangs des Kondensators gestartet und am Ende des Entladevorgangs angehalten wird.Means for converting the received signal into a voltage for charging the capacitor; and a counter that is started at the start of a discharge of the capacitor and stopped at the end of the discharge.
Die Spannung ist abhängig von der Amplitude des Empfangssignals . Die Entladedauer des Kondensators ist abhängig von der Spannung, mit der der Kondensator aufgeladen wird, und damit auch von der Amplitude des Empfangssignals. Der Zähler zählt verhältnismäßig schnell, so dass mit der vorgeschlagenen Digitalisierungsschaltung etwa eine Million Digitalisierungsstufen erzielt werden können, wohingegen bspw. mit einem 8 Bit A/D-Wandler lediglich 256 Digitalisierungsstufen erzielt werden können. Die Dynamik und Auflösung der vorgeschlagenen Digitalisierungsschaltung hängt von der Taktrate des Mikroprozessors und davon ab, wie schnell der Kondensator aufgeladen werden kann.The voltage depends on the amplitude of the received signal. The discharge time of the capacitor depends on the voltage with which the capacitor is charged, and thus also on the amplitude of the received signal. The counter counts relatively quickly, so that about one million digitization stages can be achieved with the proposed digitization circuit, whereas, for example, only 256 digitization stages can be achieved with an 8-bit A / D converter. The dynamics and resolution of the proposed digitizing circuit depends on the clock rate of the microprocessor and on how quickly the capacitor can be charged.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensor ein Vergleichselement zum Vergleichen der Spannung des Kondensators während des Entladevorgangs mit einem Schwellwert aufweist, um das Ende des Entladevorgangs zu ermitteln. Der Schwellwert liegt vorzugsweise im Bereich von Null Volt.According to a further preferred embodiment of the present invention, it is proposed that the sensor a comparison element for comparing the voltage of the capacitor during the discharge process with a threshold value in order to determine the end of the discharge process. The threshold is preferably in the range of zero volts.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das oder jedes Empfangselement in einem Winkel von > 45° zur Normalen der Scheibe angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist das oder jedes Empf ngselement in einem Winkel von 60° zur Normalen der Scheibe angeordnet. Mit einem derart ausgebildeten Sensor lassen sich besonders gute Detektionsergebnisse erzielen.According to another advantageous development of the present invention, it is proposed that the or each receiving element is arranged at an angle of> 45 ° to the normal to the pane. The or each receiving element is advantageously arranged at an angle of 60 ° to the normal to the disk. Particularly good detection results can be achieved with such a sensor.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensor zwei Sendeelemente aufweist . Vorteilhafterweise ist das eine Sendeelement derart angeordnet, dass ein von Feuchtigkeitstropfen und/oder von Schmutzpartikeln reflektierter Teil der Strahlen überwiegend vorwärtsstreuend auf das oder jedes Empfangselement trifft, und das andere Sendeelement derart angeordnet ist, dass ein von Feuchtigkeitstropfen und/oder von Schmutzpartikeln reflektierter Teil der Strahlen überwiegend rückwärtsstreuend auf das oder jedes Empfangselement trifft.According to yet another preferred embodiment of the present invention, it is proposed that the sensor have two transmission elements. Advantageously, the one transmission element is arranged in such a way that a part of the rays reflected by moisture drops and / or dirt particles strikes the or each receiving element predominantly in a forward scattering manner, and the other transmission element is arranged in such a way that a part of the radiation reflected by moisture drops and / or dirt particles Beams mainly scatter backwards onto the or each receiving element.
Schließlich wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass das oder jedes Sendeelement als eine Lumineszenzdiode (LED) ausgebildet ist. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das oder jedes Empfangselement als eine Fotodiode ausgebildet ist. Beim Einsatz einer Fotodiode ist das Empfangssignal als ein Fotostrom ausgebildet.Finally, it is proposed according to a preferred embodiment of the present invention that the or each transmission element is designed as a luminescence diode (LED) is. It is also proposed that the or each receiving element is designed as a photodiode. When using a photodiode, the received signal is designed as a photocurrent.
Als weitere Lösung der vorliegenden Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass von dem oder jedem Sendeelement zeitlich aufeinanderfolgend optische Strahlen mit unterschiedlichen Intensitäten ausgesandt werden, wobei die Intensitäten der ausgesandten optischen Strahlen dem Empfangssignal zuordnet und beim Auswerten des Empfangssignals berücksichtigt werden.As a further solution to the present problem, starting from the method for operating a sensor for detecting moisture drops and / or dirt particles of the type mentioned at the outset, it is proposed that the or each transmission element emit optical beams with different intensities in succession, the intensities of the emitted being emitted optical beams are assigned to the received signal and are taken into account when evaluating the received signal.
Gemäß einer vorteilhaf en Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass von dem oder jedem Sendeelement abwechselnd optische Strahlen mit einer hohen und einer niedrigen Intensität ausgesendet werden. Vorteilhafterweise werden von dem oder jedem Sendeelement mindestens 90% der gesamten Sendezeit optische Strahlen mit einer hohen Intensität ausgesendet. Die restlichen 10% der Sendezeit werden dann optische Strahlen mit einer niedrigen Intensität ausgesendet.According to an advantageous development of the present invention, it is proposed that the or each transmission element alternately emit optical beams with a high and a low intensity. Advantageously, at least 90% of the total transmission time emits optical beams with a high intensity from the or each transmission element. The remaining 10% of the transmission time are then emitted optical beams with a low intensity.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagenen, dass das Empfangssignal vor dem Auswerten durch die nachfolgenden Schritte digitalisiert wird: Umwandeln des Empfangssignals in ein Pulsweitensignal, dessen Pulsweite abhängig ist von der Amplitude desAccording to another preferred development of the present invention, it is proposed that the received signal be digitized before the evaluation by the following steps: Converting the received signal into a pulse width signal whose pulse width is dependent on the amplitude of the
Empfangssignals ;Received signal;
Starten und Anhalten eines Zählers durch die Flanken des Pulsweitensignals;Starting and stopping a counter by the edges of the pulse width signal;
Auslesen des Zählerstands nach dem Anhalten desReading the meter reading after stopping the
Zählers ; undCounter; and
Verwenden der ausgelesenen Zählerstände als digitalisiertes Empfangssignal .Using the read meter readings as a digitized received signal.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Empfangssignal vor dem Auswerten durch die nachfolgenden Schritte digitalisiert wird:According to a preferred embodiment of the present invention, it is proposed that the received signal be digitized by the following steps before the evaluation:
Umwandeln des Empfangssignals in eine Spannung;Converting the received signal into a voltage;
Aufladen eines Kondensators mit der Spannung;Charging a capacitor with the voltage;
Starten eines Zählers zu Beginn eines Entladevorgangs des Kondensators;Starting a counter at the beginning of a discharge process of the capacitor;
Anhalten des Zählers am Ende des Entladevorgangs;Stopping the counter at the end of the unloading process;
Auslesen des Zählerstands nach dem Anhalten desReading the meter reading after stopping the
Zählers; undcounter; and
Verwenden der ausgelesenen Zählerstände als digitalisiertes Empfangssignal.Using the read meter readings as a digitized received signal.
Vorteilhafterweise wird die Spannung des Kondensators während eines Entladevorgangs mit einem Schwellwert verglichen, um das Ende des Entladevorgangs zu ermitteln. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The voltage of the capacitor is advantageously compared to a threshold value during a discharge process in order to determine the end of the discharge process. A preferred embodiment of the present invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Figur 1 einen Sensor zur Detektion von1 shows a sensor for the detection of
Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; undMoisture drops and / or dirt particles according to a preferred embodiment; and
Figur 2 ein Schaltbild des Empfangszweiges desFigure 2 is a circuit diagram of the receiving branch of the
Sensors gemäß Figur 1.Sensor according to FIG. 1.
In Figur 1 ist ein Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln auf einer Scheibe in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Scheibe ist als eine Windschutzscheibe 2 eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Der Sensor 1 ist an der Innenseite der Windschutzscheibe 2 in dem Wischbereich von Scheibenwischern (nicht dargestellt) befestigt. Er weist ein Sendeelement 3 zum Aussenden optischer Strahlen 4 auf die Windschutzscheibe 2 auf. Das Sendeelement 3 ist als eine Lumineszenzdiode (LED) ausgebildet. Die optischen Strahlen 4 durchqueren von dem Sendeelement 3 aus zunächst eine Luftstrecke 5, treffen auf die Innenseite der Windschutzscheibe 2, durchqueren diese und treten auf der Außenseite der Windschutzscheibe 2 wieder aus dieser aus. Mit seinem äußeren Rand 6 ist der Sensor 1 auf der Innenseite der Windschutzscheibe 2 aufgeklebt. Auf der Außenseite der Windschutzscheibe 2 befinden sich Feuchtigkeitstropfen 7 und/oder Schmutzpartikel 8. Zumindest ein Teil 9 der von dem Sendeelement 3 ausgesandten optischen Strahlen 4 wird an den Feuchtigkeitstropfen 7 und/oder den Schmutzpartikeln 8 reflektiert bzw. gestreut. Zumindest ein Teil der von den Feuchtigkeitstropfen 7 und/oder den Schmutzpartikeln 8 reflektierten Strahlen 9 treffen auf ein Empfangselement 10 des Sensors 1. Das Empfangselement 10 ist als eine Fotodiode ausgebildet, die in einem Winkel von 60° zur Normalen der Windschutzscheibe 2 ausgerichtet ist.In FIG. 1, a sensor for the detection of drops of moisture and / or dirt particles on a pane is designated in its entirety by reference number 1. The pane is designed as a windshield 2 of a motor vehicle. The sensor 1 is attached to the inside of the windshield 2 in the wiping area of windshield wipers (not shown). It has a transmission element 3 for emitting optical rays 4 onto the windshield 2. The transmission element 3 is designed as a luminescence diode (LED). From the transmitting element 3, the optical rays 4 first cross an air gap 5, strike the inside of the windshield 2, cross it and exit the windshield 2 again on the outside. With its outer edge 6, the sensor 1 is glued to the inside of the windshield 2. Moisture drops 7 and / or dirt particles 8 are located on the outside of the windshield 2. At least part 9 of the optical rays 4 emitted by the transmission element 3 is reflected or scattered by the moisture drops 7 and / or the dirt particles 8. At least some of the rays 9 reflected by the moisture drops 7 and / or the dirt particles 8 strike a receiving element 10 of the sensor 1. The receiving element 10 is designed as a photodiode, which is oriented at an angle of 60 ° to the normal of the windshield 2.
Das Empfangselement 10 generiert ein Empfangssignal, das abhängig ist von der Menge und der Intensität der empfangenen Strahlen 9. Das Empfangssignal ist als ein Fotostrom ausgebildet. In Auswertemitteln (nicht dargestellt) des Sensors wird der zeitliche Verlauf und die Amplitude des Empfangssignals ausgewertet. Der Sensor 1 kann Regen, Schnee, Staub, Insekten u. a. auf der Windschutzscheibe 2 detektieren und voneinander unterscheiden .The reception element 10 generates a reception signal which is dependent on the quantity and the intensity of the beams 9 received. The reception signal is designed as a photo stream. The time course and the amplitude of the received signal are evaluated in evaluation means (not shown) of the sensor. The sensor 1 can rain, snow, dust, insects and the like. a. Detect on windshield 2 and distinguish them from one another.
In Abhängigkeit von der Art des detektierten Niederschlags 7, 8 auf der Windschutzscheibe 2 werden geeignete Maßnahmen zur Beseitigung des Niederschlags 7, 8 eingeleitet werden. Zur Beseitigung von Feuchtigkeitstropfen 7 können die Scheibenwischer aktiviert werden, zur Beseitigung von Schmutzpartikel 8 kann zusätzlich noch die Scheibenwaschanlage aktiviert werden. Das Empfangssignal wird vorzugsweise mit einem Mikroprozessor (nicht dargestellt) ausgewertet. Das setzt voraus, dass das Empfangssignal in digitaler Form vorliegt. Dazu ist es aus dem Stand der Technik bekannt, einen A/D- Wandler einzusetzen. A/D-Wandler sind jedoch entweder so teuer, dass sie für einen Einsatz in einem Sensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen und/oder Schmutzpartikeln nicht in Frage kommen, oder aber sie weisen nur eine unzureichende Dynamik und Auflösung auf .Depending on the type of rain 7, 8 detected on windshield 2, suitable measures for removing rain 7, 8 will be initiated. The windscreen wipers can be activated to remove drops of moisture 7, and the windscreen washer system can also be activated to remove dirt particles 8. The received signal is preferably evaluated using a microprocessor (not shown). This presupposes that the received signal is in digital form. For this purpose, it is known from the prior art to use an A / D converter. However, A / D converters are either so expensive that they cannot be used in a sensor for the detection of moisture drops and / or dirt particles, or they have insufficient dynamics and resolution.
Die hohen Anforderungen an die Dynamik und die Auflösung bei der Digitalisierung des Eingangssignals ergeben sich aus der Tatsache, dass sich das Umgebungslicht, das neben dem von den Feuchtigkeitstropfen 7 und/oder Schmutzpartikeln 8 reflektierten Licht 9 von dem Empfangselement 10 empfangen wird, als Störfaktor auf das Empfangssignal auswirkt, da es zu einem relativ großen Offset des Empfangssignals führt. Im Vergleich zu dem Offset sind die Veränderungen des Eingangssignals aufgrund des Niederschlags 7, 8 auf der Windschutzscheibe 2 klein. Das gilt insbesondere für Feuchtigkeitstropfen 7, da sie zu einer noch geringeren Veränderung des Empfangssignals führen als Schmutzpartikel 8.The high demands on the dynamics and the resolution in the digitization of the input signal result from the fact that the ambient light, which is received by the receiving element 10 in addition to the light 9 reflected by the moisture drops 7 and / or dirt particles 8, arises as a disturbing factor affects the received signal, since it leads to a relatively large offset of the received signal. In comparison to the offset, the changes in the input signal due to the precipitation 7, 8 on the windshield 2 are small. This applies in particular to drops of moisture 7, since they lead to an even smaller change in the received signal than dirt particles 8.
Um zum einen die Fertigungskosten für einen Sensor 1 der eingangs genannten Art zu reduzieren und andererseits aber eine Digitalisierung des Empfangssignals des Sensors 1 mit einer ausreichend hohen Auflösung und Dynamik zu ermöglichen, wird das Sendeelement 3 zeitlich aufeinanderfolgend mit unterschiedlichen Leistungen beaufschlagt, so dass es optische Strahlen 4 mit unterschiedlichen Intensitäten aussendet. Die Auswertemittel ordnen dem Empfangssignal die Intensitäten der ausgesandten optischen Strahlen 4 zu. Beim Auswerten des Empfangssignals werden die wechselnden Intensitäten der optischen Strahlen 4 berücksichtigt. Das Sendeelement 3 sendet abwechselnd zunächst für eine Zeitdauer von etwa 950ms optische Strahlen mit einer hohen Intensität aus und dann für eine Zeitdauer von etwa 50ms optische Strahlen mit einer niedrigen Intensität aus. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass sich Feuchtigkeitstropfen 7 auf einer Scheibe 2 relativ schnell niederschlagen können, wohingegen sich Schmutzpartikel 8 in der Regel über einen längeren Zeitraum hinweg langsam auf der Scheibe 2 niederschlagen.In order on the one hand to reduce the manufacturing costs for a sensor 1 of the type mentioned at the beginning and on the other hand to enable digitization of the received signal of the sensor 1 with a sufficiently high resolution and dynamic range, the transmitting element 3 is successively with different powers acted upon so that it emits optical beams 4 with different intensities. The evaluation means assign the intensities of the emitted optical beams 4 to the received signal. When evaluating the received signal, the changing intensities of the optical beams 4 are taken into account. The transmitting element 3 alternately emits optical beams with a high intensity for a period of approximately 950 ms and then emits optical beams with a low intensity for a period of approximately 50 ms. This takes into account the fact that drops of moisture 7 can deposit relatively quickly on a disk 2, whereas dirt particles 8 generally settle slowly on the disk 2 over a longer period of time.
Mit Hilfe optischer Strahlen 4 mit einer hohen Intensität können kleinere Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Feuchtigkeitstropfen 7 auf der Scheibe 2 besonders gut detektiert werden. Mit optischen Strahlen 4 mit niedriger Intensität können dagegen langsame Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Schmutzpartikeln 8 auf der Scheibe besonders gut detektiert werden.With the aid of optical rays 4 with a high intensity, small changes in the received signal due to moisture drops 7 on the pane 2 can be detected particularly well. With low-intensity optical beams 4, on the other hand, slow changes in the received signal due to dirt particles 8 on the pane can be detected particularly well.
Bei dem Sensor 1 ist die zur Digitalisierung desThe sensor 1 is used to digitize the
Empf ngssignals notwendige Auflösung und Dynamik entscheidend reduziert, da die Nutzanteile in demReceipt signal necessary resolution and dynamics significantly reduced, because the useful shares in the
Empfangssignal, d.h. die Veränderungen des Empfangssignals auf Grund von Niederschlag 7, 8 auf der Scheibe 2, imReceived signal, i.e. the changes in the received signal due to precipitation 7, 8 on the disc 2, in
Verhältnis zu dem Offset des Empfangssignals deutlich erhöht sind. In Figur 2 ist ein Schaltbild des Empfangszweiges des Sensors 1 gemäß Figur 1 dargestellt. Das von dem Empfangselement 10 generierte Empfangssignal 11 wird zunächst in eine Spannung 14 umgewandelt . Die Spannung 14 ist proportional zu der Amplitude des Empfangssignals 11. Mit der Spannung 14 wird ein Kondensator 12 aufgeladen und anschließend im Rahmen eines Entladevorgangs wieder entladen. Das Entladen des Kondensators 12 dauert umso länger, je höher die Spannung zum Aufladen des Kondensators 12 war. Das Ende des Entladevorgangs wird mit Hilfe eines Vergleichers 13 ermittelt, in dem die Spannung des Kondensators 12 mit einem Schwellwert (im Bereich von 0 V) verglichen wird. An Hand des Ausgangssignals des Vergleichers 13 wird ein Signal pulsweitenmoduliert (PWM) . Die Pulsweite des Signals ist abhängig von der Amplitude des Empfangssignals 11. Eine Flanke des PWM-Signals startet zu Beginn des Entladevorgangs einen Zähler (nicht dargestellt) und eine nachfolgende Flanke des PWM-Signals hält den Zähler am Ende des Entladevorgangs wieder an. Der Zählerstand nach dem Entladevorgang ist somit proportional zu der Amplitude des Empfangssignals und stellt einen digitalisierten Wert des Empfangssignals dar. Der Zähler zählt verhältnismäßig schnell, so dass mit der vorgeschlagenen Digitalisierungsschaltung etwa eine Million Digitalisierungsstufen erzielt werden können, wohingegen bspw. mit einem 8 Bit A/D-Wandler lediglich 256 Digitalisierungsstufen erzielt werden können.Relationship to the offset of the received signal are significantly increased. FIG. 2 shows a circuit diagram of the receiving branch of the sensor 1 according to FIG. 1. The received signal 11 generated by the receiving element 10 is first converted into a voltage 14. The voltage 14 is proportional to the amplitude of the received signal 11. With the voltage 14, a capacitor 12 is charged and then discharged again as part of a discharge process. The discharge of the capacitor 12 takes longer, the higher the voltage for charging the capacitor 12. The end of the discharge process is determined with the aid of a comparator 13 in which the voltage of the capacitor 12 is compared with a threshold value (in the range of 0 V). A signal is pulse width modulated (PWM) on the basis of the output signal of the comparator 13. The pulse width of the signal depends on the amplitude of the received signal 11. An edge of the PWM signal starts a counter at the start of the discharge process (not shown) and a subsequent edge of the PWM signal stops the counter again at the end of the discharge process. The counter reading after the discharge process is therefore proportional to the amplitude of the received signal and represents a digitized value of the received signal. The counter counts relatively quickly, so that about one million digitization stages can be achieved with the proposed digitizing circuit, whereas, for example, with an 8 bit A / D converter only 256 digitization levels can be achieved.
In Abweichung von dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, dass der Sensor 1 mehr als ein Sendeelement 3 und mehr als ein Empfangselement 10 aufweist. Statt als Off-the-Glass-Sensor kann der Sensor 1 auf vollflächig auf die Windschutzscheibe 2 geklebt werden, so dass die optischen Strahlen 4 auf ihrem Weg zu der Scheibe 2 hin bzw. die optischen Strahlen 9 auf ihrem Weg von der Scheibe 2 weg keine Luftstrecke 5 überwinden müssen.In deviation from the exemplary embodiment described here, it is also conceivable for the sensor 1 to have more than one Sending element 3 and more than one receiving element 10. Instead of being an off-the-glass sensor, the sensor 1 can be glued to the windshield 2 over the entire area, so that the optical rays 4 on their way to the window 2 or the optical rays 9 on their way away from the window 2 no need to overcome air gap 5.
Es ist insbesondere daran gedacht, den Sensor 1 mit zwei Sendeelementen 3 auszustatten. Das eine Sendeelement 3 ist vorzugsweise derart angeordnet, dass ein von dem Niederschlag 7, 8 reflektierter Teil 9 der Strahlen überwiegend vorwärtsstreuend auf das oder jedes Empfangselement 10 trifft. Das andere Sendeelement 3 ist vorzugsweise derart angeordnet, dass ein von dem Niederschlag 7, 8 reflektierter Teil 9 der Strahlen überwiegend rückwärtsstreuend auf das oder jedes Empfangselement 10 trifft. In particular, it is contemplated to equip the sensor 1 with two transmission elements 3. The one transmitting element 3 is preferably arranged such that a part 9 of the rays reflected by the precipitation 7, 8 strikes the or each receiving element 10 predominantly in a forward scattering manner. The other transmitting element 3 is preferably arranged in such a way that a part 9 of the rays reflected by the precipitation 7, 8 strikes the or each receiving element 10 predominantly backwards scattering.

Claims

Patentansprüche claims
1. Sensor (1) zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder Schmutzpartikeln (8) auf einer Scheibe (2) , insbesondere auf einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem Sendeelement (3) zum Aussenden optischer Strahlen (4) auf die Scheibe (2), mindestens einem Empfangselement (10) zum1. Sensor (1) for detecting drops of moisture (7) and / or dirt particles (8) on a pane (2), in particular on a windshield of a motor vehicle, with at least one transmitting element (3) for emitting optical rays (4) onto the Disc (2), at least one receiving element (10) for
Empfangen zumindest eines Teils der von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder von Schmutzpartikeln (8) reflektierten Strahlen (9) und zur Generierung eines Empfangssignals (11) in Abhängigkeit von den empfangenen Strahlen (9) und mit Auswertemitteln zum Auswerten des Empfangssignals (11) , dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Sendeelement (3) zeitlich aufeinanderfolgend optische Strahlen (4) mit unterschiedlichen Intensitäten aussendet, wobei die Auswertemittel dem Empfangssignal (11) die Intensitäten der ausgesandten optischen Strahlen (4) zuordnen und beim Auswerten des Empfangssignals (11) berücksichtigen .Receiving at least part of the rays (9) reflected by drops of moisture (7) and / or dirt particles (8) and for generating a received signal (11) as a function of the received rays (9) and with evaluation means for evaluating the received signal (11) , characterized in that the or each transmission element (3) transmits optical beams (4) with different intensities successively in time, the evaluation means assigning the intensities of the emitted optical beams (4) to the received signal (11) and when evaluating the received signal (11) consider .
2. Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Sendeelement (3) abwechselnd optische Strahlen (4) mit einer hohen und einer niedrigen Intensität aussendet .2. Sensor (1) according to claim 1, characterized in that the or each transmission element (3) alternately emits optical beams (4) with a high and a low intensity.
3. Sensor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Sendeelement (3) mindestens 90% der gesamten Sendezeit optische Strahlen (4) mit einer hohen Intensität aussendet.3. Sensor (1) according to claim 2, characterized in that the or each transmitting element (3) at least 90% of emits optical beams (4) with high intensity over the entire transmission time.
4. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) Mittel zum Umwandeln des Empfangssignals (11) in ein Pulsweitensignal und einen Zähler aufweist, wobei die Pulsweite abhängig ist von der Amplitude des Empfangssignals (11) und der Zähler durch die Flanken des Pulsweitensignals gestartet und gestoppt wird.4. Sensor (1) according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor (1) has means for converting the received signal (11) into a pulse width signal and a counter, the pulse width depending on the amplitude of the received signal ( 11) and the counter is started and stopped by the edges of the pulse width signal.
5. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) aufweist: einen Kondensator (12) ;5. Sensor (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sensor (1) comprises: a capacitor (12);
Mittel zum Umwandeln des EmpfangsSignals (11) in eine Spannung zum Aufladen des Kondensators (12) ; und einen Zähler, der zu Beginn eines Entladevorgangs des Kondensators (12) gestartet und am Ende desMeans for converting the received signal (11) into a voltage for charging the capacitor (12); and a counter which starts at the beginning of a discharge process of the capacitor (12) and at the end of the
Entladevorgangs angehalten wird.Unloading is stopped.
6. Sensor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) ein Vergleichselement (13) zum Vergleichen der Spannung des Kondensators (12) während des Entladevorgangs mit einem Schwellwert aufweist, um das Ende des Entladevorgangs zu ermitteln.6. Sensor (1) according to claim 5, characterized in that the sensor (1) has a comparison element (13) for comparing the voltage of the capacitor (12) during the discharge process with a threshold value in order to determine the end of the discharge process.
7. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Empfangselement (10) in einem Winkel von >45° zur Normalen der Scheibe7. Sensor (1) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the or each receiving element (10) at an angle of> 45 ° to the normal to the disc
(2) angeordnet ist.(2) is arranged.
8. Sensor (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Empfangselement (10) in einem Winkel von 60° zur Normalen der Scheibe (2) angeordnet ist.8. Sensor (1) according to claim 7, characterized in that the or each receiving element (10) is arranged at an angle of 60 ° to the normal of the disc (2).
9. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) zwei Sendeelemente9. Sensor (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the sensor (1) has two transmission elements
(3) aufweist.(3).
10. Sensor (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Sendeelement (3) derart angeordnet ist, dass ein von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder von Schmutzpartikeln (8) reflektierter Teil (9) der Strahlen überwiegend vorwärtsstreuend auf das oder jedes Empfangselement (10) trifft, und das andere Sendeelement (3) derart angeordnet ist, dass ein von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder von Schmutzpartikeln (8) reflektierter Teil der Strahlen (9) überwiegend rückwärtsstreuend auf das oder jedes Empfangselement (10) trifft.10. Sensor (1) according to claim 9, characterized in that the one transmitting element (3) is arranged such that a part of the rays (9) reflected by moisture drops (7) and / or dirt particles (8) is predominantly forward-scattering on the or each receiving element (10) strikes, and the other transmitting element (3) is arranged such that a part of the rays (9) reflected by moisture drops (7) and / or dirt particles (8) predominantly backscattering onto the or each receiving element (10 ) meets.
11. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Sendeelement (3) als eine Lumineszenzdiode (LED) ausgebildet ist. 11. Sensor (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the or each transmitting element (3) is designed as a luminescent diode (LED).
12. Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Empfangselement12. Sensor (1) according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the or each receiving element
(10) als eine Fotodiode ausgebildet ist.(10) is designed as a photodiode.
13. Verfahren zum Betreiben eines Sensors (1) zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder Schmutzpartikeln (8) auf einer Scheibe (2), insbesondere auf einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, wobei von mindestens einem Sendeelement (3) optische Strahlen auf die Scheibe (2) ausgesendet werden, von mindestens einem Empfangselement (10) zumindest ein Teil der von Feuchtigkeitstropfen (7) und/oder von Schmutzpartikeln (8) reflektierten Strahlen (9) empfangen wird, in Abhängigkeit von den empfangenen Strahlen (9) ein Empfangssignal (11) generiert und das Empfangssignal13. Method for operating a sensor (1) for the detection of moisture drops (7) and / or dirt particles (8) on a pane (2), in particular on a windshield of a motor vehicle, wherein at least one transmission element (3) sends optical rays onto the Disc (2) are emitted, at least one part of the rays (9) reflected by moisture drops (7) and / or dirt particles (8) is received by at least one receiving element (10), depending on the received rays (9) a received signal (11) generated and the receive signal
(11) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass von dem oder jedem Sendeelement (3) zeitlich aufeinanderfolgend optische Strahlen (4) mit unterschiedlichen Intensitäten ausgesendet werden, wobei die Intensitäten der ausgesandten optischen Strahlen (4) dem Empfangssignal (11) zuordnet und beim Auswerten des Empfangssignals (11) berücksichtigt werden.(11) is evaluated, characterized in that the or each transmission element (3) emits optical beams (4) with different intensities in succession, the intensities of the optical beams (4) being assigned to the received signal (11) and during evaluation of the received signal (11) are taken into account.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass von dem oder jedem Sendeelement (3) abwechselnd optische Strahlen (4) mit einer hohen und einer niedrigen Intensität ausgesendet werden. 14. The method according to claim 13, characterized in that the or each transmission element (3) alternately emits optical beams (4) with a high and a low intensity.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass von dem oder jedem Sendeelement (3) mindestens 90% der gesamten Sendezeit optische Strahlen (4) mit einer hohen Intensität ausgesendet werden.15. The method according to claim 14, characterized in that the or each transmission element (3) emits at least 90% of the total transmission time optical beams (4) with a high intensity.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangssignal (11) vor dem Auswerten durch die nachfolgenden Schritte digitalisiert wird:16. The method according to any one of claims 13 to 15, characterized in that the received signal (11) is digitized before the evaluation by the following steps:
Umwandeln des Empfangssignals (11) in einConverting the received signal (11) into a
Pulsweitensignal, dessen Pulsweite abhängig ist von der Amplitude des Empfangssignals (11) ;Pulse width signal, the pulse width of which depends on the amplitude of the received signal (11);
Starten und Anhalten eines Zählers durch dieStart and stop a counter by the
Flanken des Pulsweitensignals;Edges of the pulse width signal;
Auslesen des Zählerstands nach dem Anhalten desReading the meter reading after stopping the
Zählers ; undCounter; and
Verwenden der ausgelesenen Zählerstände als digitalisiertes Empfangssignal.Using the read meter readings as a digitized received signal.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangssignal (11) vor dem Auswerten durch die nachfolgenden Schritte digitalisiert wird:17. The method according to any one of claims 13 to 16, characterized in that the received signal (11) is digitized before the evaluation by the following steps:
Umwandeln des EmpfangsSignals (11) in eineConvert the received signal (11) into a
Spannung;Tension;
Aufladen eines Kondensators (12) mit der Spannung;Charging a capacitor (12) with the voltage;
Starten eines Zählers zu Beginn einesStart a counter at the beginning of a
Entladevorgangs des Kondensators (12);Discharging the capacitor (12);
Anhalten des Zählers am Ende des Entladevorgangs; Auslesen des Zählerstands nach dem Anhalten des Zählers; undStopping the counter at the end of the unloading process; Reading of the meter reading after the meter has stopped; and
Verwenden der ausgelesenen Zählerstände als digitalisiertes Empfangssignal .Using the read meter readings as a digitized received signal.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung des Kondensators (12) während eines Entladevorgangs mit einem Schwellwert verglichen wird, um das Ende des Entladevorgangs zu ermitteln. 18. The method according to claim 17, characterized in that the voltage of the capacitor (12) is compared to a threshold value during a discharge process in order to determine the end of the discharge process.
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