Ein Windschutzscheiben-Regensensor funktioniert, indem er ein Infrarotlicht in einem 45-Grad-Winkel auf die Windschutzscheibe projiziert. Das vordere Glas der Windschutzscheibe reflektiert den größten Teil des Infrarotlichts zurück in den Sensor. Wenn das Glas feuchter wird, reflektiert es das Licht anders. Daher reflektiert ein feuchteres Glas weniger Licht zurück in den Sensor.
Infrarotreflexionen
Ein Windschutzscheiben-Regensensor erkennt Regentropfen, indem er die Reflexion von Infrarotlicht erfasst. Das vom Sender ausgestrahlte Licht durchdringt die Innenwände des Windschutzscheibenglases, wodurch die Intensität des reflektierten Lichts verstärkt wird. Es gibt jedoch einige Faktoren, die die Stärke des reflektierten Lichts beeinflussen. Regentropfen auf der Windschutzscheibe verringern die Intensität des IR-Lichts aufgrund der Lichtbrechung, die einen Teil des Lichtstroms aufnimmt.
Wenn Licht auf die Windschutzscheibe trifft, wird es in einem Winkel von 45 Grad reflektiert. Folglich wird der größte Teil des von der Windschutzscheibe abgestrahlten Lichts in den Sensor zurückgeworfen. Mit zunehmender Regenmenge nimmt die Intensität des reflektierten Lichts ab. Die Auswerteelektronik des Regensensors berechnet die Regenmenge auf der Windschutzscheibe und gibt diese Information an die Fahrzeugelektronik weiter. Diese Information steuert die Wischergeschwindigkeit.
Der Regensensor arbeitet nach dem Prinzip der inneren Totalreflexion (TIR). Infrarotlicht wird von der Windschutzscheibe in einem Winkel von 45 Grad reflektiert. Wenn die Scheibe nass ist, werden die Reflexionen verringert, und die Sensoren nutzen diese Information, um die Geschwindigkeit der Scheibenwischer zu steuern.
Forscher haben gezeigt, dass ein Windschutzscheiben-Regensensor leichten Regen erkennen kann, selbst wenn ein Regentropfen auf die Scheibe fällt. Um diese Behauptung zu bestätigen, haben die Forscher eine simulierte Regenkammer eingerichtet, in der sie die Leistung des Sensors bei leichtem und normalem Regen messen können. Außerdem haben sie eine Wasserspritzpistole über dem Glas der Windschutzscheibe angebracht, um Regen zu simulieren.
Im Regensensor für die Windschutzscheibe wird eine hochfrequente IR-Lichtquelle verwendet. Je höher die Frequenz, desto höher ist die Erkennungswahrscheinlichkeit. Je höher die Frequenz ist, desto komplexer sind jedoch auch der Bandpassfilter und der Empfänger. Eine hochfrequente IR-Lichtquelle ist notwendig, um schnell fallende Regentropfen über eine große Fläche zu verfolgen.
Infrarotlicht
Ein Infrarotlicht-Regensensor sendet Licht mit einer bestimmten Wellenlänge aus. Dies geschieht durch Brechung eines Lichtstrahls in einem Glasblock. Dieser Lichtstrahl trifft dann auf den Lichtsensor. Da Wassertropfen jedoch einen ähnlichen Brechungsindex wie Glas haben, erreicht weniger Licht den Regensensor. Dadurch wird der Sensor relativ unempfindlich gegenüber dem ihn umgebenden Licht.
Der Sensor funktioniert, indem er einen IR-Lichtimpuls an einen Empfänger sendet. Dies wird erreicht, indem die LED mit dem IR-Empfänger getestet wird. Der Emitter der IR-LED wird von einem TIP121 Darlington-Transistor angesteuert. Dieser Baustein kann einen hohen Ausgangsstrom bei niedrigem Basisstrom erzeugen. Die Basis des Sensors kann auch durch Hinzufügen eines Serienkondensators geschützt werden.
Optische Sensoren
Die Idee, optische Sensoren in Regensensoren für Windschutzscheiben zu integrieren, ist nicht neu. Es ist ein relativ einfacher Prozess, und die Technologie wird bereits in einigen Fahrzeugen eingesetzt. Der Sensor verwendet eine Lichtquelle, die in einem 45-Grad-Winkel auf die Scheibe projiziert wird. Die Reflexion des Lichts von der Scheibe hängt von der Menge der Wassertröpfchen ab, und je feuchter die Scheibe ist, desto weniger wird das Licht reflektiert.
Einer der Hauptvorteile der Installation eines Regensensors für die Windschutzscheibe ist die verbesserte Sicht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Sicht auf die Windschutzscheibe bei Regen stark eingeschränkt ist. Ohne den Regensensor müsste der Fahrer die Scheibenwischer manuell betätigen, um die Windschutzscheibe zu reinigen. Neben der Verbesserung der Sicht kann ein Regensensor für die Windschutzscheibe auch die Kontrolle des Fahrers verbessern.
Das Grundprinzip eines optischen Regensensors besteht darin, Regentropfen auf der Windschutzscheibe zu erkennen. Dazu wird ein optisches System mit einer Lichtquelle unter dem Glas der Windschutzscheibe eingesetzt. Der Regensensor erfasst gestreutes Licht, das dann in einen bestimmten Bereich abgelenkt wird. Die Lichtquelle sollte durch eine Lichtabschirmung abgedeckt werden, damit sie den Sensor nicht beeinträchtigt.
Ein Windschutzscheiben-Regensensor ist ein Gerät, das eine Lichtquelle und eine Fotodiode enthält. Wenn er aktiviert wird, projiziert die Lichtquelle einen Infrarotlichtstrahl auf die Windschutzscheibe. Der Lichtstrahl kehrt dann zum Detektor zurück, wenn er auf die gegenüberliegende Oberfläche trifft. Bei trockenem Wetter wird der Lichtstrahl der Lichtquelle von der Oberfläche der Windschutzscheibe reflektiert. Regentropfen streuen dieses Licht und verringern seine Intensität, wodurch die Scheibenwischer ausgelöst werden.
Ein weiterer Fortschritt ist ein Scheibenwischer-Sensorsystem, das die Wassermenge auf der Windschutzscheibe erkennt und die Scheibenwischer entsprechend steuert. Dieses neue System wurde von TRW Inc. entwickelt und nutzt optische Sensoren zur Messung der Feuchtigkeit. Der Sensor wird in Kontakt mit der Innenseite der Windschutzscheibe in der Nähe des Rückspiegels installiert. Die Sensoren sind in einer Reihe von Fahrzeugen zu finden.
Ein Regensensor muss einen großen Erfassungsbereich und eine hohe Empfindlichkeit haben. Ein optimales System wäre eines, das empfindlich ist und Regentropfen bis zu einer Größe von einem halben Millimeter messen kann.
Sonnenwinkel
Der Windschutzscheiben-Regensensor erkennt Regentropfen, die auf die Windschutzscheibe fallen. Der Sensor kann jedoch nicht zwischen Straßenspray und Niederschlag unterscheiden. Das liegt daran, dass das Glas der Windschutzscheibe einen unterschiedlichen Brechungsindex hat. Daher hängt die Funktion des Sensors von der Wassermenge ab, die auf die Windschutzscheibe fällt.
Um Niederschlag zu erkennen, muss der Windschutzscheiben-Regensensor Regentropfen erkennen, indem er das von der Windschutzscheibe reflektierte Licht erfasst. In einem Regensensor durchlaufen die Leuchtdioden ein Prisma, um einen Lichtstrahl zu erzeugen, der von der Außenfläche der Windschutzscheibe reflektiert und an eine Fotodiode weitergeleitet wird. Idealerweise sollte der Sensor auf einer trockenen Oberfläche der Windschutzscheibe angebracht werden, um eine maximale Reflexion zu erreichen.
Der Erfassungsbereich des Regensensors umfasst den angrenzenden Bereich zwischen der Lichtquelle und dem Fotodetektor. Die Empfindlichkeit des Sensors wird durch einen Kippmechanismus gesteuert, der seine maximale Empfindlichkeit überwacht, wenn sich Nebel auf der Glasoberfläche ansammelt. Sobald die Empfindlichkeit des Sensors das optimale Niveau erreicht hat, kann er die Ansammlung von Nebel auf der Windschutzscheibe erkennen. Dieser Ausgang wird dann durch Anlegen einer Schwellenspannung in ein digitales Signal umgewandelt.
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