汽车雨量传感器是什么?作用在哪?

工程师谭军 发表于 2018-07-17 09:42:24 收藏 已收藏
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汽车雨量传感器是什么?作用在哪?

工程师谭军 发表于 2018-07-17 09:42:24

最近一段时间,中国南方正处于梅雨季节,湿热的空气和连绵不绝的雨水,相信给很多车主朋友带来了不少麻烦。新闻报道说雨天行车的交通失事率,要比平时高出好几倍。对雨刮的使用正确与否,会直接影响到有车族的行车安全,据了解,60%的车祸都是因为视线不清造成的。

汽车雨量传感器是什么?作用在哪?

雨量传感器主要是用来检测是否下雨及雨量的大小。当汽车在雨雪天等恶劣天气下行车时,由雨量传感器向微电脑提供信号,微电脑自动调整前照灯的宽度、远近度,明暗度;同时天窗系统也会自动关闭车窗。

汽车雨量传感器是什么?作用在哪?

为确保驾驶员在雨天具有良好的视线,汽车挡风玻璃上装有自动雨刷,在下雨天,当传感器检测到有雨水落到了挡风玻璃上,就对雨刷发出指令使其开始工作,车的前挡风玻璃上的雨水即被清除了。且智能控制系统探测并分析雨刮器的刮雨频率,提高驾驶员的视觉效果,保证了视线通畅,确保行车安全。

汽车雨量传感器是什么?作用在哪?

平常的车都只是慢中快三个档位,有时候慢档不够;快档太快,如果有雨量感应器就不用这么费事了,它可以根据雨水在玻璃上的水量自动刷。

雨量传感器的种类和原理

常见的雨量传感器主要有流量式雨量传感器、静电式雨量传感器、压电式雨量传感器,红外线式雨滴传感器。

流量式雨滴传感器

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如图所示,S1/S2/S3为流量监测电极板,S1-S2为2.5cm,距离较近,小雨量时T1先导通,J1吸合,雨刮低速转动;S1-S3为3cm距离较远,大雨量时T2先导通,J2继电器吸合,常开触点接通,雨刮电机高速转动。

电容式雨量传感器

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如图所示,静电面积S,电极间的间隔d不变,则电容C只有介电系数ɛ决定,因水和空气的介电系数ɛ值不同,C随雨滴的大小而变,利用静电容的变化,改变振荡电路的振荡频率,从而控制雨刮器的动作。

压电式雨量传感器

现在的雨量检测刮雨器,将雨量传感器检测出的雨量变成电信号,根据电信号的大小,自动设定刮雨器的工作时间间隔,控制刮雨器的动作。在这个系统中雨量传感器的作用最重要。下面就介绍利用压电振子的传感器:压电振子利用压电效应将机械位移(振动)变成电信号。如图,压电振子受到雨淋,按照雨滴的强弱和雨量做振动。

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汽车雨量传感器是什么?作用在哪?

雨滴传感器由振动板、压电元件、放大电路、壳体及阻尼橡胶构成,如图所示。

振动板的功用是接收雨滴冲击的能量,按自身固有振动频率进行弯曲振动,并将振动传递给内侧压电元件上,压电元件把从振动板传递来的变形转换成电压。雨滴检测用传感器上的压电元件,当压电元件上出现机械变形时,在两侧的电极上就会产生电压。所以,当雨滴落到振动板上时,压电元件上就会产生电压,电压大小与加到振动板上的雨滴能量成正比,一般为0 5mV至300mV。放大电路将压电元件上产生的电压信号放大后再输人到刮水器放大器中。放大器由晶体管、IC块、电阻、电容器等部件组成。

当雨滴接触到传感器表面是,在传感器内部产生随雨滴强度和频率变化的电压变换,该电压波形经传感器内部放大器放大,存储入功率放大器内部。当当信号达到一定值时,经过电路输入雨刮器驱动电路,雨刮器随即启动开始刮雨。

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红外线式雨滴传感器

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原理:发光二极管发出的光经过透镜系统调整后,成平行光状态照射到挡风玻璃上;当玻璃干燥时、光线将发生全反射,并经过透镜系统成平行光状态被接收器件接收,输出最大值100%;当玻璃上有雨水、雨滴时,由于折射率改变,光线将不能发生全反射,而是视水滴面积大小发生部分反射,此时接收管只收到部分信号,按照百分率比值能够计算出雨量大小。

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光的反射:当光照射到物体表面时,有一部分的光会被物体反射回来,这种现象叫做光的反射。

光的折射:光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生偏折,这种现象叫光的折射。

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当光射到两种介质界面,只产生反射而不产生折射的现象.当光由光密介质射向光疏介质时,折射角将大于入射角.当入射角增大到某一数值时,折射角将达到90°,这时在光疏介质中将不出现折射光线,只要入射角大于或等于上述数值时,均不再存在折射现象,这就是全反射。

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根据上述光学原理,若让LED红外线发射器按入射角大于42°小于63°,射入挡风玻璃,这样形成红外光全反射,反射线由光电管全部接收。

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在没有雨水接触挡风玻璃时:

汽车雨量传感器是什么?作用在哪?

1. 从雨滴传感器里的LED向挡风玻璃发射红外线

2. 所发射的红外线通过透镜,并从挡风玻璃反射回来。

3. 从挡风玻璃反射回来的红外线被雨滴传感器中的光敏二极管接收。

4. 光敏二极管接收红外线光,雨滴传感器中的微型电子计算机根据反射率计算降雨量,并将此转换成电信号,然后将挡风玻璃刮水控制信号发送到自动光、雨刮器控制模块。

外线光折射,反射光线减弱,雨量越大,折线(散射)光线越多,反射线减弱。

在有雨水接触挡风玻璃时:

汽车雨量传感器是什么?作用在哪?

1. 从雨滴传感器里的LED向挡风玻璃发射红外线。

2. 所发出的红外线通过透镜被挡风玻璃接收,并被接触挡风玻璃的雨水散射。

3. 没有扩散的红外光被挡风玻璃反射,并由雨滴传感器里面的光敏二极管接收。

4. 光敏二极管接收红外线光,雨滴传感器中的微型计算机根据反射率计算降雨量,并将此转换成电信号,然后将挡风玻璃刮水控制信号送到自动光、雨刮器控制模块。

汽车雨量传感器是什么?作用在哪?

主流雨量传感器的优缺点

目前市场上主流的雨量传感器为电容式和红外线式

电容式雨量传感器

优点:雨量变化引起电容介电系数变化效果明显,电容容量改变速度快;

缺点:雨量变化引起的电容容量改变范围有限且电容量本身很小,测量困难。传感器分布电容难处理,易受外界电磁干扰影响。安装在汽车外面,受工作环境影响。

红外散射式雨量传感器

优点:雨量引起光强变化效果明显,光电受转换技术成熟,不容易受电磁干扰。安装在车内,不受工作环境影响;

缺点:受背景光的干扰,光电转换信号弱,信号易被噪声淹没。

汽车雨量传感器是什么?作用在哪?

通过比较,基于光强变化的传感器是一个理想的选择。基于光强变化的传感器安装在汽车挡风玻璃内侧,不与雨水直接接触,在挡风玻璃的保护下,能够长期稳定工作。基于光强变化的传感器有两类,一类是可见光,一类是红外光。使用可见光的传感器,工作时有光线射出。容易对驾驶者造成影响,而且,根据雨滴对光线的散射作用研究,南滴对红外线的散射有明显的规律性。雨滴越大,散射越强。所以目前主流产品为红外散射式雨量传感器。

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