一种基于超声波的挡风玻璃水雾检测装置的制作方法

本实用新型涉及汽车用品技术领域，具体地说涉及一种基于超声波的挡风玻璃水雾检测装置，该检测装置特定用于检测挡风玻璃内表面的水雾。

背景技术：

在寒冷的天气下，汽车挡风玻璃上往往容易凝结水雾，或者当汽车车内的湿度、温度和外界环境相差较大时，汽车挡风玻璃上也容易凝结水雾。当挡风玻璃上凝结有水雾时，将严重影响驾驶者的视线，极易导致发生安全事故，因此需要对挡风玻璃上的水雾进行处理。

目前，对挡风玻璃上水雾的观察确定及去除通常都由驾驶员根据经验控制，即当挡风玻璃上的水雾区域扩散到一定程序时，驾驶员通过手动擦拭或开启空调去除水雾。但这种方式需要手动操作，分散了驾驶员的注意力和对方向盘的控制力，容易导致安全事故。并且，在实际操作过程中还存在着人工操作不能及时除雾的问题。

为了解决上述技术问题，现有技术中提出了如下技术：

中国专利公告号为“CN106427901A”的现有技术在2017年2月22日公开了一种车载式超声波除雾除霜装置，包括安装于中控台面上的超声波换能器阵列,所述超声波换能器阵列包括至少一组横向排列的控制器模组，所述控制器模组通过线束与多媒体显示屏模块、自动监测传感器连接。同时涉及一种玻璃上的雾、霜自动监测方法。该专利通过光线传感器及距离传感器配合检测挡风玻璃上的水雾，并在达到设定状态时自动开启超声波除雾除霜装置进行除雾除霜。由于该专利实现了水雾的自动检测及自动除雾，因此不会分散驾驶员的注意力，有利于提高安全性。但在实际使用过程中，由于距离传感器是安装在挡风玻璃后方的一个单独模块，其缺点是单独模块安装影响视线和安全，并且容易形成死角，无法对挡风玻璃结雾位置定位。而光线传感器使用的是可见光或非可见光，在日光照射下，同时存在各种频谱的电磁波，不只是可见光，因此同样可能受到强烈干扰，从而导致检测失效。且由于大多数挡风玻璃都是曲面形状，不同位置曲率不同，容易形成死角。光线传感器还存在着体积大和安装调试不便等缺点。

另外，现有技术中还有其它自动检测除雾的技术方案，主要包括如下两种：

第一种是温湿度检测法，属于间接检测法。其检测原理为通过传感器同时检测汽车内部的温度和湿度，判断是否达到结雾点，当接近或达到结雾点时，启动除雾装置，继续检测温度和湿度，当条件不满足时，停止除雾装置。或者启动后固定延时一段时间停止。该方法一定程度上实现了自动检测和除雾功能，但也存在如下缺点：温度和湿度检测器只能代表安装位置局部范围的结雾条件，正常的驾驶员观察区是否结雾无法准确判断；车内空气不同空气流动情况（如车窗的开关和开口大小不同），温度和湿度检测会带来偏差；温度和湿度检测传感器存在较长的响应延时等，这些缺点最终导致除雾装置产生以下不正常的反应：如需要动作时不能动作，或动作不及时引起驾驶危险，不需要动作时产生动作，干扰驾驶，并浪费能源等。总体来说，该间接检测方式无法准确检测出结雾的程度和结雾的位置，无法直接知道挡风玻璃真实结雾情况。

第二种是电容式检测法，属于直接检测法，其检测原理是通过在玻璃表面安装或布置导电线路，形成电容，当玻璃表面结雾时，导线之间的介电性能发生变化，从而导致电容发生变化，再通过所连接的检测电路对电容值变化进行识别，从而判断是否结雾。电容式检测法比温湿度检测方案的优点是直接检测到了结雾，才进行除雾动作。但其仍然存在着如下缺陷：1，不便于检测关键区域的结雾情况，即使使用透明导电材料（类似电容触摸屏），同样会造成关键区域的透明度明显；并且，还需要玻璃盖板保护导电线路，工艺难于实施。2，如果只对局部布置导电线路，则无法准确确定整体挡风玻璃的结雾情况；导电线路材料可能会影响传热情况，出现挡风玻璃已经结雾而电容感应区域未结雾的不安全情况，相反也可能出现电容感应区域结雾而挡风玻璃未结雾的情况，这时会白白消耗能源。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种基于超声波的挡风玻璃水雾检测装置，本实用新型不仅能够准确检测出挡风玻璃内表面上的水雾，还能够识别出水雾区域在挡风玻璃内表面上的具体位置，以便于达到精准除雾的目的。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于超声波的挡风玻璃水雾检测装置，其特征在于：包括玻璃本体、发射换能器和接收换能器，所述发射换能器设置在玻璃本体内表面的任意一条边上或任意相邻两条边上用于发射表面超声波，所述接收换能器对应设置在与发射换能器相平行的边上用于接收表面超声波；所述发射换能器与接收换能器配合在玻璃内表面形成表面超声波检测区域。

所述玻璃本体内表面相平行的两条边上，发射换能器的数量多于、少于或等于接收换能器的数量。

所述换能器为楔形换能器或光栅换能器。

所述发射换能器和接收换能器均通过连接片粘接在玻璃本体内表面的边缘上。

采用本实用新型的优点在于：

1、本实用新型利用表面超声波检测挡风玻璃内表面的水雾，表面超声波产生衰减（声衰减）包括吸收衰减和散射衰减，其中，吸收衰减是由于媒质的粘滞性、热传导及各种弛豫现象导致的；散射衰减是由于表面超声波在传播过程中遇到其它媒质形成的界面时发生的向不同方向的反射，从而导致能量减弱而衰减。而水雾有很高的粘滞性，将对表面超声波产生很强的吸收衰减，即使是很少的水雾也会产生比较明显的作用。另外，水雾中水珠边缘的声阻抗不连续性，同样存在散射衰减，使得通过水雾的表面超声波减弱，最终通过接收到的信号对比，就可以识别到这样的变化。因此，当将表面超声波应用于检测挡风玻璃内表面的水雾时，能够对水雾作出灵敏的反应（即吸收衰减和散射衰减）。具体来说，当水雾结露到玻璃表面时，对应位置的表面超声波信号会下降，接收端可以检测到这种下降变化，从而确定触摸位置坐标。与现有的检测技术相比，本实用新型采用发射换能器与接收换能器配合在玻璃内表面形成表面超声波检测区域的检测方式不仅能够准确检测出挡风玻璃上的水雾，还能够识别出水雾区域在挡风玻璃上的具体位置，从而达到精准除雾的目的。

2、本实用新型中玻璃本体内表面相平行的两条边上，发射换能器的数量多于、少于或等于接收换能器的数量，该结构的优点是可以减少条纹工艺或条纹模块，信号不通过条纹反射时强度更高一些，应用于表面超声波衰减过快的挡风玻璃，或可以降低电路放大倍数要求。

3、本实用新型中发射换能器和接收换能器既可直接固定在玻璃本体内表面的边缘上，也可通过连接片粘接在玻璃本体内表面的边缘上。其中，直接固定的方式具有安装方式更加稳固、外观更加美观等优点。而通过连接片固定的方式的优点在于不需要对挡风玻璃整片进行加工，只需要在汽车组装阶段将模块粘接即可，该模块由于小巧方便，同样适用于汽车后装市场。

4、本实用新型使用表面超声波技术（不会通过空气传播），换能器安装在挡风玻璃的边缘上，在现有汽车结构中也容易隐藏，不影响外观和安全；根据换能器的不同安装方式，可以轻松实现不同精度的结雾位置定位，并且没有死角；表面超声波属于机械振荡波，各种频率的电磁波都不会有干扰影响；表面超声波不但可以沿平面高效传播，也可以沿曲面高效传播，不会因为挡风玻璃的形状不同而改变。

5、本实用新型将现有表面声波触摸技术应用于汽车挡风玻璃本体内表面的水雾检测技术中，既相当于已知产品的新用途发明，又克服了技术偏见，同时由于其具备准确的检测结果，因而具备新颖性。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的结构示意图；

图3为实施例3的结构示意图；

图4为实施例4的结构示意图；

图5为实施例5的结构示意图；

图中标号为：1、玻璃本体内表面，2、发射换能器，3、接收换能器，4、连接片。

具体实施方式

实施例1

一种基于超声波的挡风玻璃水雾检测装置，包括玻璃本体、发射换能器2和接收换能器3，所述发射换能器2设置在玻璃本体内表面1的任意一条边上用于发射表面超声波，所述接收换能器3对应设置在与发射换能器2相平行的边上用于接收表面超声波，且发射换能器2的数量等于接收换能器3的数量；所述发射换能器2与接收换能器3配合在玻璃内表面形成表面超声波检测区域。

本实施例在实际使用时，所述的检测装置还包括控制器，且控制器优选安装在汽车的中控台上或中控台内，用于控制发射换能器2和接收换能器3发射和接收表面超声波。所述换能器为楔形换能器或光栅换能器。

本实施例的实施原理为：

先由控制器控制发射换能器2在玻璃本体内表面1发射表面超声波，表面超声波经平行边上的接收换能器3接收后反馈至控制器，从而在玻璃本体内表面1形成纵向或横向的表面超声波检测区域。当玻璃本体内表面1有水雾时，经过水雾的表面超声波被吸收衰减，控制器根据接收到的衰减信号确定水雾在玻璃本体内表面1上的具体位置，并根据衰减信号的强弱程度判定水雾量是否达到影响视线的标准，从而判定是否需要开启除雾装置进行除雾。进一步的，控制器还可根据衰减信号的强弱程度判定水雾量是否达到影响视线的标准，若未达到影响视线的标准，则不需要开启除雾装置。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，主要区别在于：

所述发射换能器2设置在玻璃本体内表面1的任意相邻两条边上用于发射表面超声波，所述接收换能器3对应设置在与发射换能器2相平行的另外两条边上用于接收表面超声波。这样在检测时，通过设置在玻璃本体内表面1四条边上的发射换能器2和接收换能器3，就能够在玻璃本体内表面1形成纵向和横向交错的表面超声波检测区域。

实施例3

一种基于超声波的挡风玻璃水雾检测装置，包括玻璃本体、发射换能器2和接收换能器3，所述发射换能器2设置在玻璃本体内表面1的任意一条边上用于发射表面超声波，所述接收换能器3对应设置在与发射换能器2相平行的边上用于接收表面超声波；所述发射换能器2与接收换能器3配合在玻璃内表面形成表面超声波检测区域。

本实施例中，所述玻璃本体内表面1相平行的两条边上，发射换能器2的数量多于或少于接收换能器3的数量，即发射换能器2与接收换能器3为多发一收或一发多收的关系。进一步的，本实施例优选发射换能器2的数量多于接收换能器3的数量。

本实施例的实施原理为：

先由控制器控制发射换能器2在玻璃本体内表面1发射扇形的表面超声波，表面超声波经平行边上对应的接收换能器3接收后反馈至控制器（多个发射换能器2发射一个接收换能器3接收），从而在玻璃本体内表面1形成纵向或横向的表面超声波检测区域。当玻璃本体内表面1有水雾时，经过水雾的表面超声波被吸收衰减，控制器根据接收到的衰减信号确定水雾在玻璃本体内表面1上的具体位置，并根据衰减信号的强弱程度判定水雾量是否达到影响视线的标准，从而判定是否需要开启除雾装置进行除雾。进一步的，控制器还可根据衰减信号的强弱程度判定水雾量是否达到影响视线的标准，若未达到影响视线的标准，则不需要开启除雾装置。

实施例4

本实施例与实施例3基本相同，主要区别在于：

所述发射换能器2设置在玻璃本体内表面1的任意相邻两条边上用于发射表面超声波，所述接收换能器3对应设置在与发射换能器2相平行的另外两条边上用于接收表面超声波。这样在检测时，通过设置在玻璃本体内表面1四条边上的发射换能器2和接收换能器3，就能够在玻璃本体内表面1形成纵向和横向交错的表面超声波检测区域。

实施例5

本实施例与实施例1—4基本相同，主要区别在于：所述发射换能器2和接收换能器3均通过连接片4粘接在玻璃本体内表面1的边缘上，所述连接片4材质可为金属、塑料、陶瓷、玻璃等，厚度为0.2-6MM可选，发射换能器2和接收换能器3均固定在连接片4上，再通过连接片4粘固在玻璃本体内表面1上。具体的，以实施例2中的图2为例，连接片4的数量为4片，其中两片连接片4上用于设置发射换能器2，另外两片连接片4上用于设置接收换能器3。安装时先将发射换能器2和接收换能器3分别设置在4片连接片4上，再将4片连接片4直接粘固在玻璃本体内表面1四周的边缘上即可，方便后期加装。其余实施例中涉及到不同结构的发射换能器2和接收换能器3采用连接片4安装的结构与该实施例相同，在此不再一一赘述。