|
|
|
| Een regensensor is een technisch onderdeel dat kan bepalen of en hoeveel het regent om een passende actie te ondernemen. Hiertoe wordt de bevochtiging van een oppervlak geregistreerd en wordt een schakelsignaal of een kwantitatief signaal gegenereerd. |
| |
| Het verschil met de regenmeter is dat niet de exacte hoeveelheid neerslag wordt gemeten, maar alleen secundaire effecten zoals bevochtiging of belemmering van het zicht op een verregende ruit. In een voertuig bevindt de regensensor zich meestal op de spiegel op de voorruit. |
|
| Automatische regensensor van General Motors geïnstalleerd op een Chevrolet Bel Air-cabriolet uit 1955. |
|
|
|
| Regen- / schemersensor achter de voorruit, geïntegreerd in
het oppervlak van de binnenspiegel van een personenauto |
|
|
_Schnittmodell_(10).jpg)
|
| Opengewerkt model van een regensensor |
|
| Toepassingsgebieden voor regensensoren zijn de automatische aansturing van diverse processen, waaronder de aansturing van irrigatiesystemen. |
| |
| Aansturing van ruitenwissers op voertuigen of schepen: |
In 1994 bood de autofabrikant Peugeot voor het eerst een regensensor standaard aan in een van zijn modellen. Sindsdien is deze ontwikkeling door verschillende autofabrikanten in voertuigen ingebouwd. De sensor wordt achter de voorruit gemonteerd, meestal geïntegreerd in de voet van de achteruitkijkspiegel in het bovenste gedeelte van de voorruit, in ieder geval aan de rand buiten het gezichtsveld. De regensensor meet de
bevochtiging van een klein meetveld en stelt de besturingselektronica in staat om de bevochtiging van het raam te beoordelen en de wisser te activeren wanneer de juiste bevochtiging is bereikt. Het meetveld heeft meestal een afmeting van 2 cm² (grootte van een centstuk). Om de bevochtiging na een wisproces te kunnen bepalen, wordt het meetveld in het wisgebied van de ruitenwissers bevestigd. |
| |
| Andere toepassingsgebieden zijn dakramen en luifels aan huizen die bij regen automatisch worden gesloten of ingeschoven. |
|
| Regensensoren werken op de volgende manieren: |
| |
| - opto-elektronisch- reflectiemeting achter een ruit |
| - Verandering in capaciteit tussen elektroden met isolerende bescherming |
| - Verandering in geleidbaarheid tussen open elektroden als gevolg van de geleidbaarheid van het bevochtigende water |
| - Materialen die onder invloed van vocht opzwellen, worden gebruikt om een schakelcontact of een klep te bedienen |
| |
 |
| Schema van een optische regensensor 1 - LED, 2 - fotodiode |
|
|
 |
| Evaluatie-elektronica van een licht- / regensensor (zonder optiek) |
|
| Opto-elektronisch |
De ruit wordt verlicht door middel van een light emitting diode (LED) en registratie van de reflectie door middel van een lichtontvanger (fototransistor).. De fysische wet van reflectie op de grens tussen optisch dichter en optisch dunner materiaal (brekingsindex) wordt gebruikt.
De hoek van de lichtstraal, die onder een hoek met het oppervlak van de ruit loopt, is zo gekozen dat wanneer het buitenoppervlak van de ruit
droog is, de volledige hoeveelheid licht wordt gereflecteerd en naar de foto-ontvanger gaat. Bij totale reflectie: het licht verlaat het optisch dichtere medium "glas" niet. Waterdruppels door regen op het buitenoppervlak van de ruit veranderen het reflectiegedrag, d.w.z. er is minder reflectie, een deel wordt verstrooid door het oneffen wateroppervlak en kan ontsnappen. |
| |
Om licht volledig te weerkaatsen op de grens tussen glas (met een brekingsindex van ongeveer n = 1,5) en lucht (bijna n = 1), moet de invalshoek groter zijn dan 41° (begrenzingshoek voor totale reflectie, van de loodlijn af gemeten, dwz hoe groter, hoe groter vlakker naar het grensvlak) kan worden geselecteerd. Ongeveer 45° zou mogelijk zijn. Als er water (n = 1,33) op het glasoppervlak zit, dat qua optische dichtheid een tussenpositie inneemt, is het relevante brekingsindexverschil (glas tot water) beduidend lager en treedt er slechts gedeeltelijke reflectie op, waardoor er minder
licht bij komt de detektor. Totale reflectie treedt pas op (van glas naar water) vanaf een hogere kritische hoek van 61°. De kritische hoek voor
totale reflectie (dichter naar dunner) wordt exact berekend uit de brekingsindexverhouding (n1⁄n2). |
| |
| Hetzelfde geldt overigens ook voor de nieuw toegevoegde grenslaag tussen water en lucht helemaal aan de buitenkant: kleiner verschil in brekingsindex – grotere kritische hoek. De lichtbundel wordt onder een grotere hoek gebroken (= weg van de loodlijn) en zou nu vanuit de watergrenslaag naar de lucht kunnen worden gereflecteerd. Het wateroppervlak is echter niet vlak, waardoor een groot deel van het licht ontsnapt: het water ligt op het glas als min of meer uitgespreide, gebogen druppels of als een ongelijkmatige laag veroorzaakt door wind en waterstroming. Hoe meer glasoppervlak ongelijk wordt bevochtigd door het water, hoe meer de totale reflectie wordt verstoord, wat op zijn beurt wordt geregistreerd door de sensor. |
| |
| De meetgrootheid is de afnemende lichtintensiteit op de foto-ontvanger bij bevochtiging. |
Een enkele kleine druppel in het meetveld zou de wisser nog niet moeten triggeren, maar een grotere of meer wel. Op deze manier moet de sensor reageren op de beginnende visuele
beperking die wordt veroorzaakt door waterdruppels op het glas. Het aandeel van de hoeveelheid gereflecteerd licht kan ook dienen als regelgrootheid voor de intervaltijd van een ruitenwisser zodat de regensensor ook de snelheid van de ruitenwisser kan
regelen afhankelijk van de hoeveelheid regen. |
| |
| Infrarood wordt vaak gebruikt. De IR-straal wordt door verstrooide lenzen vergroot en door middel van een optisch prisma dat wordt vastgelijmd onder de gewenste hoek in de voorruit geleid. Het prisma is nodig om de straling onder de gewenste hoek in de ruit te kunnen koppelen - zonder prisma zou er door breking geen straal in de planparallelle ruit kunnen komen, die dan volledig zou worden gereflecteerd. De lichtstraal wordt nu in de voorruit gereflecteerd en bereikt een ontkoppelingsprisma op een ander punt, dat totale reflectie op het binnenoppervlak daar vermijdt, verlaat de voorruit en wordt door middel van convergerende lenzen op de foto-ontvanger gefocusseerd. |
| |
Bij hevige regen kan een sensorsysteem automatisch overschakelen van intermitterend naar continu wissen. Bij een plotselinge regenbui of in de sproeipluim van een vrachtwagen schakelt het systeem direct naar het hoogste snelheidsniveau. Als er maar een paar druppels regen vallen,
regelt de elektronica de snelheid van de ruitenwissers zodat de bestuurder altijd goed zicht heeft. Droog wrijven van de wisserbladen op de voorruit en daarmee ernstige slijtage van het wisserblad wordt vermeden. Om verkeerde interpretaties door condensatie te voorkomen, kan een geïntegreerde verwarming de binnenkant van het meetgebied droog houden. |
| |
| In vergelijking met de infrarode straling van de zon- of tunnelverlichting is de intensiteit van de IR-diode extreem laag, de te meten grootheid (strooilicht) is zelfs verwaarloosbaar klein.
Om nauwkeurige meetwaarden te verkrijgen, wordt het signaal gepulst bedreven en met behulp van een digitale lock-in versterker geëvalueerd. |
| |
| Elektrische procedure |
| Elektrische regensensoren, zoals die worden gebruikt in de gebouwentechniek of de tuinbouw, hebben een elektrodenopstelling. Ze gebruiken de verandering in de capaciteit van de geïrrigeerde opstelling, of ze registreren de veranderde elektrische weerstand als gevolg van de geleidbaarheid van het regenwater. Afhankelijk van het proces zijn de elektroden bedekt of beschermd met een isolatielaag of metallic-open. Open opstellingen moeten corrosiebestendige metalen oppervlakken hebben; men kiest vaak voor vergulde geleiderbanen die als printplaat zijn gemaakt. |
| |
| Andere functies in voertuigen |
| De regensensoren van vandaag (2012) die zijn aangesloten op het voertuignetwerk (bijvoorbeeld CAN- of LIN-bus) bieden vaak extra besturingsopties. B. gebruikt om automatisch ramen en schuifdak te sluiten. Geïntegreerde omgevingslichtsensoren kunnen de rijverlichting aansturen om ze automatisch in te schakelen als het donker is of bij het binnenrijden van een tunnel. Het automatische koplampreinigingssysteem werkt ook volgens het principe van de opto-elektronische meting die in de regensensor wordt gebruikt. |
| Bronnen: Wikipedia-de, Wikipedia-en |
|
|
|
|
|
|
|
