Dokumentenidentifikation |
DE102004060332A1 13.07.2006 |
Titel |
Messvorrichtung zum Messen eines Benetzungsgrades |
Anmelder |
Siemens AG, 80333 München, DE |
Erfinder |
Jatschka, Thomas, Kleinengersdorf, AT; Pohl, Alfred, Dr., Mistelbach, AT; Tschofen, Robert, Wien, AT |
DE-Anmeldedatum |
15.12.2004 |
DE-Aktenzeichen |
102004060332 |
Offenlegungstag |
13.07.2006 |
Veröffentlichungstag im Patentblatt |
13.07.2006 |
IPC-Hauptklasse |
G01W 1/14(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
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IPC-Nebenklasse |
G01V 3/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE
G01S 13/95(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE
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Zusammenfassung |
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (3) zum Messen eines momentanen Benetzungsgrades eines Bauteils (2), das insbesondere in einem Kraftfahrzeug (1) vorhanden ist. Eine Signalquelle (9, 17) zum Erzeugen eines hochfrequenten Signals ist mit einem Resonator (4, 21) gekoppelt. Dieser Resonator (4, 21) ist erfindungsgemäß ein Hohlraumresonator. Dadurch lässt sich ein genaues Bestimmen des Benetzungsgrades des Bauteils ermöglichen.
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Beschreibung[de] |
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 genannten Art, also eine Messvorrichtung zum Messen eines momentanen
Benetzungsgrades eines Bauteils, das insbesondere in einem Kraftfahrzeug vorhanden
ist, mit einem Resonator und einer Signalquelle zum Erzeugen eines hochfrequenten
Signals, die mit dem Resonator gekoppelt ist.
Obwohl auf beliebige Bauteile anwendbar, werden die vorliegende Erfindung
sowie die ihr zugrunde liegende Problematik nachfolgend in Bezug auf eine Kraftfahrzeugscheibe,
insbesondere auf die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, näher erläutert.
Es sind Scheibenwischvorrichtungen für Windschutzscheiben von Kraftfahrzeugen
bekannt, bei denen eine Steuerung der Scheibenwischer nicht nur über einen herkömmlichen
Lenkstockhebel, sondern zusätzlich über einen Regensensor erfolgt. Diese Regensensoren
liefern in Abhängigkeit des jeweiligen sich auf der Fahrzeugscheibe befindlichen
Feuchtigkeitsgrades oder in Abhängigkeit des Benetzungsgrades der Fahrzeugscheibe
ein Signal an eine Auswerteeinheit des Kraftfahrzeugs, welches üblicherweise zur
Ansteuerung der Scheibenwischer genutzt wird.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise optische Regensensoren
bekannt, welche üblicherweise eine Lichtquelle umfassen, deren elektromagnetische
Strahlung von der Windschutzscheibe, je nach Feuchtigkeitsbelag auf der Windschutzscheibe
unterschiedlich reflektiert wird. Der reflektierte Anteil wird mittels eines Fotoelements
erfasst, so dass ein dem Benetzungsgrad entsprechendes Ausgangssignal des Regensensors
bereitgestellt werden kann. Diese Ausgangssignale können derart ausgewertet und
zur Steuerung der Scheibenwischer verwendet werden, dass sowohl die Einschaltung
als auch die Wischergeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer gemessenen Regenmenge
variiert wird.
An diesem Ansatz gemäß dem Stand der Technik hat sich jedoch die Tatsache
als nachteilig herausgestellt, dass optische Regensensoren durch verschiedene, vom
Benetzungsgrad unabhängige Einflüsse beeinträchtigt werden. Beispielsweise reagieren
optischen Sensorsysteme sehr empfindlich auf Verschmutzungen, so dass daher das
Ausgangssignal der Mess- und Auswerteeinheit häufig nicht mehr als Maß des Benetzungsgrades
angesehen werden kann. Dies wirkt sich auf die Zuverlässigkeit des Systems nachteilig
aus.
Ferner sind auf der Außenseite der Fahrzeugscheibe aufgebrachte Sensoren
bekannt, welche aus zwei sich nicht berührende Leiterbahnen bestehen, die parallel
verlaufende, kammartig ineinander greifende Leiterbahnabschnitte aufweisen, welche
untereinander elektrisch nicht verbunden sind. Diese Leiterbahnabschnitte sind beispielsweise
als Strukturen mit konstanter Breite ausgebildet. Dabei sind die Leiterbahnen mit
elektrischen Anschlussvorrichtungen versehen. Durch die Wassertröpfchen werden die
elektrisch leitenden Bahnen derart überbrückt, dass ein elektrischer Messstrom fließt.
Die Überbrückung der Leiterbahnen durch die Wassertröpfchen bewirkt eine Änderung
des Gesamtwiderstands des Sensors. In Abhängigkeit vom jeweiligen Benetzungsgrad
auf der Fahrzeugscheibe lässt sich über die Widerstandsänderung somit ein reproduzierbares
elektrisches Signal erzeugen.
Da die im Bereich des Regensensors auftreffende Feuchtigkeit dabei
repräsentativ für den Benetzungsgrad der Fahrzeugscheibe ist, wird der Regensensor
üblicherweise auf der Fahrzeugscheibe des Kraftfahrzeugs im Bereich der Scheibenwischer
angeordnet. Herstellungsbedingt wird der Regensensor bereits beim Hersteller der
Fahrzeugscheiben auf die Fahrzeugscheibe aufgebracht. Dies stellt einen sehr aufwändigen
und sehr kostenintensiven Prozess dar.
An diesem Ansatz gemäß dem Stand der Technik hat sich allerdings zudem
die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass die auf der Außenseite der Fahrzeugscheibe
montierten Sensoren äußeren Witterungseinflüssen sowie mechanischen Einflüssen beispielsweise
durch die Scheibenwischer ausgesetzt sind, wodurch Verschleißerscheinungen auftreten
können.
Aus der Druckschrift DE 101
27 990 C2 ist ein Regensensor bekannt, der als Sensorelement einen LC-Schwingkreis,
einen Oszillator zur Anregung des Schwingkreises und eine Durchstimmeinrichtung
zur frequenzmäßigen Durchstimmung des Oszillators aufweist. Dabei wird die Frequenz
des Schwingkreises in Abhängigkeit des Benetzungsgrades erfasst und ausgewertet.
An diesem Ansatz gemäß dem Stand der Technik hat sich die Tatsache
als nachteilig herausgestellt, dass diese Regensensoren äußerst empfindlich auf
elektromagnetische Beeinflussungen reagieren, da sämtliche Funksignale im Bereich
des Kraftfahrzeugs Störsignale für einen LC-Schwingkreis darstellen. Somit können
externe Funksignale die Frequenz des LC-Schwingkreises ohne eine Benetzung der Kraftfahrzeugscheibe
derart verändern, dass auch ohne eine Tröpfchenbildung auf der Fahrzeugscheibe in
unerwünschter Weise eine Scheibenwischerfunktion aktiviert wird. Die elektromagnetischen
Störeinflüsse bedingen also eine zusätzliche Gleichspannung, die
vom Regensensor in fehlerhafter Weise als Benetzung interpretiert wird. Des Weiteren
kann die Empfindlichkeit des Regensensors bezüglich des tatsächlich zu detektierenden
Nutzsignals sehr schlecht sein.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein möglichst genaues Bestimmen eines Benetzungsgrades eines Bauteils,
insbesondere einer Kraftfahrzeugscheibe, zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Messvorrichtung mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Messvorrichtung einen Hohlraumresonator
auf. Dieser Hohlraumresonator kann mittels des hochfrequenten Signals der Signalquelle
angeregt werden. Vorteilhafterweise kann eine geringe Störempfindlichkeit und ein
besonders gutes Bestimmen des Benetzungsgrades gewährleistet werden. Insbesondere
kann eine Verschmutzung des Bauteiles das Messen des Benetzungsgrades vorteilhafterweise
nicht beeinflussen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Hohlraumresonator
an einer Seite mehrere Öffnungen auf und eine der Seite mit den mehreren Öffnungen
gegenüber liegende andere Seite ist geschlossen. Die Öffnungen können insbesondere
in einer Abdeckplatte vorgesehen sein, die in geeigneter Weise an dem Hohlraumresonator
angebracht ist. Zwischen den Öffnungen der einen Seite sind Grenzflächen vorhanden.
Zwischen diesen Grenzflächen der einen Seite und der Grenzfläche der gegenüber liegenden,
geschlossenen anderen Seite des Hohlraumresonators ist eine elektromagnetische Schwingung
erzeugbar, die durch die Randbedingung der verschwindenden Feldstärke an den Grenzflächen
der beiden sich gegenüber liegenden Seiten im Abstand von einer halben Wellenlänge
bestimmt ist. Zwischen den beiden gegenüber liegenden Grenzflächen kann sich so
eine stehende Welle mit einer ersten Mode einstellen. Der Hohlraumresonator, und
insbesondere auch die eine Seite mit den Öffnungen, ist für niedrige Frequenzen
undurchlässig. Die Messvorrichtung ist somit vorteilhafterweise annähernd vollständig
abgeschirmt. Eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) unterhalb der Frequenz
des hochfrequenten Signals der Signalquelle ist daher unproblematisch und eine besonders
gute Messung des Benetzungsgrades gewährleistet.
Vorteilhafterweise kann die Seite mit den mehreren Öffnungen als Gitter
ausgestaltet ist. Dadurch sind die Öffnungen auf besonders einfache Weise realisierbar.
Besonders bevorzugt weist der Hohlraumresonator von der Seite mit
den mehreren Öffnungen bis zur gegenüber liegenden Seite eine Länge von etwa 10
bis 20 mm, insbesondere von etwa 15 mm, auf. Mit dieser Dimensionierung ist eine
Schwingung innerhalb des Hohlraumresonators erzeugbar, die eine Frequenz im x-Band,
insbesondere im Bereich von 8 bis 10 GHz, hat. Dadurch lassen sich zur Realisierung
der Messvorrichtung preisgünstige Komponenten insbesondere aus der TV-Satellitentechnik
einsetzen.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist
die Messvorrichtung so ausgestaltet, dass die Seite des Hohlraumresonators mit den
mehreren Öffnungen angrenzend an das Bauteil angeordnet werden kann. Die Messvorrichtung
kann dazu einfachheitshalber eine Befestigung enthalten, mit der sie entsprechend
geeignet an dem Bauteil angebracht wird. Existiert in dem Hohlraumresonator eine
Schwingung, so kann diese durch die Öffnungen hindurch auf das Bauteil treffen.
Ist das Bauteil zumindest teilweise mit einem leitfähigen Material oder einem Material
mit einer Dielektrizitätskonstante ungleich 1 benetzt, dann werden die durch die
Öffnungen hindurch getretenen Schwingungsteile an der Benetzung reflektiert und
treten durch die Öffnungen hindurch wieder in den Hohlraumresonator ein. Dadurch
bildet sich eine zweite Mode der stehenden Welle. Die Frequenz dieser zweiten Mode
ist bestimmt durch den Abstand zwischen dem Benetzungsmaterial und der geschlossenen
Grenzfläche der anderen Seite des Hohlraumresonators, da dieser Abstand der halben
Wellenlänge der zweiten Mode entspricht. Die Amplitude der zweiten Mode ist bestimmt
durch die Dichte und Menge sowie die Verteilung des Benetzungsmaterials auf dem
Bauteil.
Ist die Signalquelle außerhalb des Hohlraumresonators angeordnet,
so enthält die Messvorrichtung einfachheitshalber ein Einkoppelmittel zum Einkoppeln
des hochfrequenten Signals in das Innere des Hohlraumresonators.
In einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung ist im Innern
des Hohlraumresonators ein Bauelement mit einer negativen Kennlinie zum Erzeugen
des hochfrequenten Signals angeordnet. Dieses Bauelement kann insbesondere eine
Mikrowellendiode sein.
Zum Auskoppeln wenigstens eines Messsignals aus dem Hohlraumresonator
kann die Messvorrichtung ein Auskoppelmittel aufweisen. Das Messsignal
enthält insbesondere Informationen über den Benetzungsgrad des Bauteils. Das Messsignal
enthält vorteilhafterweise Angaben über die Amplituden und die Frequenzen der beiden,
im Hohlraumresonator aufgetretenen Moden der stehenden Welle. Das Auskoppeln ermöglicht
ein Weiterverarbeiten des Messsignals in geeigneter Weise außerhalb des Hohlraumresonators.
Vorzugsweise ist das Auskoppelmittel so ausgestaltet, dass zwei Messsignale
ausgekoppelt werden und die Messvorrichtung ein Mischungsmittel zum Mischen der
zwei Messsignale aufweist. Das Mischungsmittel ist dabei außerhalb des Hohlraumresonators
angeordnet und dem Auskoppelmittel nachgeschaltet. Das Mischungsmittel ermöglicht
ein Überlagern der zwei Messsignale, so dass ein Mischsignal mit einer Mischfrequenz
und einer Mischamplitude erzeugt werden kann. Die Mischfrequenz ist dabei insbesondere
ein Abbild der Differenz der Frequenzen der beiden Moden im Hohlraumresonator und
die Mischamplitude ein Abbild der Differenz der Amplituden der beiden Moden. Die
Differenzbildung ermöglicht eine zusätzliche Verbesserung der Genauigkeit beim Messen
des Benetzungsgrades, da Längenänderungen oder andere unerwünschte Veränderungen
des Hohlraumresonators durch das Mischen kompensiert oder herausgerechnet werden.
Besonders vorteilhaft enthält das Auskoppelmittel ein nichtlineares
Bauelement das innerhalb des Hohlraumresonators angeordnet ist. Dadurch kann das
auszukoppelnde Messsignal unmittelbar als Mischsignal mit der Mischfrequenz und
der Mischamplitude gebildet werden. Bereits beim Auskoppeln erfolgt das Mischen
der Frequenzen und der Amplituden der beiden Moden. Die Vorteile des Mischens und
der Differenzbildung gelten hier genauso, wie beschrieben im vorhergehenden Absatz
in Verbindung mit dem Mischungsmittel. Das nichtlineare Bauelement kann einfachheitshalber
eine Mischdiode sein.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
weist die Messvorrichtung einen Bandpass auf, der dem Auskoppelmittel nachgeschaltet
ist. Der Bandpass ist dabei vorteilhafterweise so dimensioniert, dass u. a. Einflüsse
des Bauteils beim Messen des Benetzungsgrades nicht berücksichtigt werden. Da die
Frequenzen der beiden Moden auf Grund der vorgegebenen Abstände des Benetzungsmaterials
und der einen Seite des Hohlraumresonators mit den Öffnungen einerseits zu der gegenüber
liegenden, geschlossenen anderen Seite andererseits bekannt sind, kann der Bandpass
entsprechend ausgestaltet sein, so dass genau diese Frequenzen, insbesondere deren
Mischfrequenz, den Bandpass passieren können. Signalanteile mit Frequenzen, die
auf Grund eines anderen Abstandes im Messsignal enthalten sind, werden somit herausgefiltert.
Dadurch ist eine genauere Bestimmung des Benetzungsgrades möglich.
Weiter bevorzugt weist die Messvorrichtung einen Differenzierer auf,
der dem Auskoppelmittel nachgeschaltet ist. Der Differenzierer unterdrückt zeitliche
Kontinuitäten, während zeitliche Unstetigkeiten, zum Beispiel bei plötzlich auftretender
Benetzung des Bauteiles, ein hohes Signal verursachen. Mit dem Differenzierer können
dynamische Vorgänge erkannt werden. Statische Einflüsse, wie zum Beispiel eine Verschmutzung
des Bauteiles und die Einflüsse des Bauteiles selbst, werden ausgeblendet. Dadurch
ist eine weitere Verbesserung der Bestimmung des Benetzungsgrades möglich.
Besonders vorteilhaft sind mehrere Hohlraumresonatoren vorhanden.
Diese können parallel nebeneinander angeordnet sein. Die mehreren Hohlraumresonatoren
können an unterschiedlichen Stellen des Bauteils angeordnet werden. Dadurch kann
an diesen unterschiedlichen Stellen der Benetzungsgrad gemessen werden, um so eine
weiter verbesserte Messung zu ermöglichen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Messvorrichtung in einem Kraftfahrzeug,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsge mäßen Messvorrichtung und
3 ein drittes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit zwei Hohlraumresonatoren.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente
– sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen
versehen worden.
Die nachfolgenden Erläuterungen werden an Hand einer Kraftfahrzeugscheibe
ausgeführt. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ist allerdings nicht auf die Anwendbarkeit
bei Kraftfahrzeugscheiben beschränkt, sondern kann vielmehr ebenfalls für andere
Bauteile eingesetzt werden, von denen ein Benetzungsgrad gemessen werden soll. Diese
Bauteile müssen darüber hinaus nicht notwendigerweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet
sein.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung mit einer schematischen Darstellung eines Ausschnittes eines Kraftfahrzeuges
1 mit einer Windschutzscheibe 2. In dem Kraftfahrzeug
1 ist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 3 zum Messen eines
momentanen Benetzungsgrades eines Bauteils des Kraftfahrzeuges 1 vorhanden.
Dieses Bauteil ist im vorliegenden Beispiel die Windschutzscheibe 2. Unmittelbar
angrenzend an die Innenseite der Windschutzscheibe 2 ist ein Hohlraumresonator
4 angeordnet. Dieser ist mit einem geeigneten Befestigungsmittel an der
Windschutzscheibe 2 befestigt. Der Hohlraumresonator 4 dient dazu,
eine Information über den Benetzungsgrad der Windschutzscheibe 2 mit Regenwasser
aufzunehmen. Auf der Außenseite der Windschutzscheibe 2 sind stellvertretend
für den gesamten Regenbelag auf der Windschutzscheibe 2 einige Regentropfen
5 gezeigt.
Der Hohlraumresonator 4 ist in den Ausführungsbeispielen
als einseitig geschlossener Hohlraumresonator 4 ausgebildet. Diejenigen
Seite des Hohlraumresonators 4, die an die Innenseite der Windschutzscheibe
2 angegrenzt, ist als Gitter ausgestaltet, das eine Vielzahl von Öffnungen
6 und zwischen diesen Öffnungen 6 eine Vielzahl von Grenzflächen
7 aufweist. An Stelle des Gitters kann beispielsweise auch eine Seitenabdeckplatte
vorgesehen sein, die entsprechende Öffnungen hat. Die dem Gitter gegenüber liegende
Seite des Hohlraumresonators 4 ist vollständig geschlossen und stellt eine
weitere Grenzfläche 8 dar.
Im Innern des Hohlraumresonators 4 ist ein Bauelement mit
einer negativen Kennlinie angeordnet. Dieses Bauelement ist hier eine Mikrowellendiode
9, die als Signalquelle zum Erzeugen eines hochfrequenten Signals dient.
Durch dieses hochfrequente Signal kann der Hohlraumresonator 4 angeregt
werden. Im Innern wird dadurch eine Schwingung erzeugt. Durch die Reflexionen dieser
Schwingung an den beiden Grenzflächen 8 und 9 entsteht eine stehende
Welle mit einer ersten Mode 10. Diese erste Mode 10 ist in der
1 schematisch als strich-punktierter Pfeil dargestellt.
Ein Schwingungsanteil tritt allerdings durch die Öffnungen 6 aus dem Hohlraumresonator
4 aus und verläuft durch die Windschutzscheibe 2. An der Außenseite
der Windschutzscheibe 2 trifft sie unter Umständen auf einen Regentropfen
5. Ist dies der Fall, dann erfolgt eine Reflexion in Richtung des Hohlraumresonators
4 zurück. Durch die Öffnungen 6 können die reflektierten Schwingungsanteile
erneut in den Hohlraumresonator 4 eintreten und werden an der Grenzfläche
8 wieder reflektiert. Dadurch entsteht eine zweite Mode 11, die
hier schematisch als gestrichelter Pfeil dargestellt ist.
Die Frequenz der zweiten Mode 11 ist abhängig von der Entfernung
der Regentropfen 5 von dem Gitter. Da die Position des Hohlraumresonators
4 an der Windschutzscheibe 2 fest ist, ist der Abstand zwischen
der Außenseite der Windschutzscheibe 2, und damit den Regentropfen
5, und der Grenzfläche 8 ebenfalls fest. Die Dicke der Windschutzscheibe
2 ist bekannt, ebenso wie die Länge des Hohlraumresonators 4 vom
Gitter mit seinen Grenzflächen 7 bis zu der Grenzfläche 8. Die
Frequenzen der beiden Moden 10 und 11 sind somit auch bekannt,
da sich zwischen den jeweiligen Reflexionsorten der beiden Moden 10 und
11 die halbe Wellenlänge der Moden 10 und 11 ausbildet.
Die mechanische Länge des Hohlraumresonators 4 beträgt hier vorteilhafterweise
15 mm. Es ergeben sich Frequenzen im Bereich des x-Bandes, insbesondere im Bereich
von 8–10 GHz. Dadurch können einfachheitshalber preisgünstige Komponenten
aus der TV-Satellitentechnik eingesetzt werden. Die Amplitude der zweiten Mode
11 ist abhängig von der Dichte, der Menge und der Verteilung der Regentropfen
5 auf der Windschutzscheibe 2.
Die Bestimmung der Amplitude der zweiten Mode 11 ermöglicht
die Bestimmung des Benetzungsgrades der Windschutzscheibe 2 mit Regenwasser.
Die bekannte Frequenz der Mode 11 kann dazu verwendet werden, eine hohe
Genauigkeit der Messung des Benetzungsgrades zu gewährleisten, da die nachfolgenden
Auswertungen weitgehend auf die Frequenzen der beiden Moden 10,
11 im Hohlraumresonator beschränkt werden können. Eventuelle Störfrequenzen
können durch geeignete Maßnahmen unberücksichtigt bleiben.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 1
ist im Innern des Hohlraumresonators 4 ein weiteres nichtlineares Bauelement
in Form von einer Mischdiode 12 angeordnet. Die Mischdiode 12
dient als Auskoppelmittel zum Auskoppeln eines Messsignals, das ein Abbild einer
Mischung der beiden Moden 10 und 11 enthält, aus dem Hohlraumresonator
4. Mischung bedeutet hier eine Überlagerung und eine nichtlineare Signalverarbeitung
mittels der Mischdiode. Bei der Mischung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel eine
Differenzbildung der jeweiligen Frequenzen und Amplituden. Die Differenzbildung
ist vorteilhaft, da sich Änderungen des Hohlraumresonators 4, insbesondere
bezüglich seiner Länge, bei beiden Moden 10, 11 bemerkbar machen
und daher kompensiert werden. Bei der Mischfrequenz tritt nur dann ein Signal auf,
wenn sich Regenbelag auf der Windschutzscheibe 2 befindet.
Die Mischdiode 12 ist mit einem Bandpass 13 verbunden,
der so ausgestaltet ist, dass er parasitäre Einflüsse, beispielsweise von der Windschutzscheibe
2, ausblendet. Der Bandpass 13 kann geeignet auf die Dimensionierung
des Hohlraumresonators 4 angepasst werden, da sich, wie oben beschrieben,
die Moden 10, 11 und ihre jeweiligen Frequenzen aus den Größen
von Windschutzscheibe 2 und Hohlraumresonator 4 ableiten lassen.
Dem Bandpass 13 ist ein Differenzierer 14 nachgeschaltet,
der Signalanteile erkennt, die von dynamischen Vorgängen, wie dem Auftreffen von
Regentropfen auf die Windschutzscheibe 2 und dem Herunterfließen der Regentropfen,
stammen. Andere, von statische Einflüssen, wie zum Beispiel der Windschutzscheibe
2, stammende Signalanteile werden durch den Differenzierer 14
ausgeblendet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Differenzierer
14 dem Bandpass 13 nachgeschaltet. Es ist auch möglich, den Bandpass
13 dem Differenzierer 14 nachzuschalten. Des Weiteren kann auch
nur eines dieser beiden Komponenten vorgesehen sein. Dies gewährleistet unter Umständen
keine ganz so genaue Bestimmung des Benetzungsgrades, wie im Fall, in dem beide
Komponenten vorhanden sind. Allerdings ist der Schaltungsaufwand geringer. An den
Differenzierer 14 schließt sich hier eine Verarbeitungsschaltung
15 an, in der das ausgekoppelte Signal weiter verarbeitet und aufbereitet
wird. An einem Ausgang 16 wird ein Steuersignal ausgegeben, mit dem ein
Scheibenwischer in Abhängigkeit vom ermittelten Benetzungsgrad angesteuert wird.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 3. Der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
gemäß der 1 liegt im wesentlichen in der Ausgestaltung
des Einkoppelmittels und des Auskoppelmittels. An Stelle der Mikrowellendiode
9 weist die Messvorrichtung 3 hier eine außerhalb des Hohlraumresonators
4 angeordnete externe Signalquelle 17 auf, die das hochfrequente
Signal erzeugt, das über ein am Hohlraumresonator 4 angebrachtes Einkoppelmittel
18 zum Anregen des Hohlraumresonators 4 in dessen Inneres eingekoppelt
wird.
An Stelle der Mischdiode 12 zum Auskoppeln gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel ist im zweiten Ausführungsbeispiel in 2
an dem Hohlraumresonator 4 ein Auskoppelmittel 19 vorhanden. Dieses
Auskoppelmittel 19 koppelt zwei Messsignale aus dem Hohlraumresonator
4 aus. Die beiden Messsignale repräsentieren die beiden Moden
10, 11 bezüglich ihrer Frequenzen und Amplituden.
Außerhalb des Hohlraumresonators 4 ist dem Auskoppelmittel
19 ein Mischungsmittel 20 zum Mischen der zwei Messsignale nachgeschaltet.
Das Mischungsmittel 20 ermöglicht ein Überlagern der zwei Messsignale,
so dass ein Mischsignal mit einer Mischfrequenz und einer Mischamplitude erzeugt
werden kann, wie dies bereits oben in Zusammenhang mit der Mischdiode
12 beschrieben wurde. Das Mischungsmittel 20 ist hier als Differenzbildner
ausgestaltet. Das vom Mischungsmittel 20 ausgegebene Signal wird dann auf
den Bandpass 13 und von diesem an die Verarbeitungsschaltung
15 weitergeleitet. Im zweiten Ausführungsbeispiel fehlt einfachheitshalber
der Differenzierer. Dieser kann allerdings, wie im ersten Ausführungsbeispiel, eingesetzt
werden.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 3 mit mehreren Hohlraumresonatoren.
Im dritten Ausführungsbeispiel ist neben dem Hohlraumresonator 4 ein zusätzlicher
Hohlraumresonator 21 vorhanden. Dieser zusätzliche Hohlraumresonator
21 ist parallel zu dem Hohlraumresonator 4 an der Innenseite der
Windschutzscheibe 2 befestigt. Neben diesen beiden Hohlraumresonatoren
4 und 21 können noch weitere Hohlraumresonatoren an der Windschutzscheibe
2 angebracht sein. Der Einsatz mehrerer Hohlraumresonatoren dient insbesondere
zum Messen von Wischverläufen. Des Weiteren kann der Benetzungsgrad der Windschutzscheibe
noch genau bestimmt werden.
Die beiden Hohlraumresonatoren 4 und 21 entsprechen
bezüglich ihres Aufbaus demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Das aus dem
Hohlraumresonator 4 ausgekoppelte Messsignal wird, wie oben beschrieben,
weiter verarbeitet. Das aus dem Hohlraumresonator 21 ausgekoppelte Messsignal
wird über einen zusätzlichen Bandpass 22 und einen zusätzlichen Differenzierer
23 auf die Verarbeitungsschaltung 15 gegeben. Beide Messsignale
werden von der Verarbeitungsschaltung 15 verwendet, um das Steuersignal
zum Ansteuern des Scheibenwischers zu erzeugen.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern
auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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Anspruch[de] |
- Messvorrichtung (3) zum Messen eines momentanen Benetzungsgrades
eines Bauteils (2), das insbesondere in einem Kraftfahrzeug (1)
vorhanden ist, mit einem Resonator (4, 21) und einer Signalquelle
(9, 17) zum Erzeugen eines hochfrequenten Signals, die mit dem
Resonator (4, 21) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,
dass der Resonator (4, 21) als Hohlraumresonator ausgebildet ist.
- Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraumresonator
(4, 21) an einer Seite mehrere Öffnungen (6) aufweist,
die insbesondere in einer Abdeckplatte angeordnet sind, und eine der Seite mit den
mehreren Öffnungen (6) gegenüber liegende andere Seite (8) geschlossen
ist.
- Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite
mit den mehreren Öffnungen (6) als Gitter ausgestaltet ist.
- Messvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der Hohlraumresonator (4, 21) von der Seite
mit den mehreren Öffnungen (6) bis zur gegenüber liegenden Seite (8)
eine Länge von etwa 10–20 mm, insbesondere etwa 15 mm aufweist.
- Messvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (3) so ausgestaltet ist, dass
die Seite des Hohlraumresonators (4, 21) mit den mehreren Öffnungen
(6) an das Bauteil (2) angrenzend anordenbar ist.
- Messvorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Signalquelle (17) außerhalb des Hohlraumresonators
(4) angeordnet ist und die Messvorrichtung (3) ein Einkoppelmittel
(18) zum Einkoppeln des hochfrequenten Signals in das Innere des Hohlraumresonators
(4) aufweist.
- Messvorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im Innern des Hohlraumresonators (4, 21)
ein Bauelement mit einer negativen Kennlinie, insbesondere eine Mikrowellendiode
(9), zum Erzeugen des hochfrequenten Signals angeordnet ist.
- Messvorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (3) ein Auskoppelmittel (12,
19) zum Auskoppeln wenigstens eines Messsignals aus dem Hohlraumresonator
(4, 21) aufweist.
- Messvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Auskoppelmittel
(19) zum Auskoppeln von zwei Messsignalen ausgebildet ist und die Messvorrichtung
(3) ein Mischungsmittel (20) zum Mischen der zwei Messsignale
aufweist, das außerhalb des Hohlraumresonators (4) angeordnet ist und dem
Auskoppelmittel (19) nachgeschaltet ist.
- Messvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das
Auskoppelmittel als nichtlineares Bauelement, insbesondere als Mischdiode (12),
ausgebildet ist, das innerhalb des Hohlraumresonators (4, 21)
angeordnet ist.
- Messvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Bandpass (13, 22) vorgesehen ist, der
dem Auskoppelmittel (12, 19) nachgeschaltet ist.
- Messvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Differenzierer (14, 23) vorgesehen ist,
der dem Auskoppelmittel (12, 19) nachgeschaltet ist.
- Messvorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hohlraumresonatoren (4,
21) vorgesehen sind, die insbesondere parallel zueinander angeordnet sind.
- Messvorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (3) als eine Messvorrichtung
(3) zum Messen des Regenbelages auf einer Fensterscheibe (2) ausgebildet
ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen
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Patent Zeichnungen (PDF)
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