具有无线加热系统的传感器的制作方法

本公开涉及车辆传感器的领域，且更具体地涉及一种车辆传感器加热系统。

背景技术：

当传感器暴露于室外环境时，极端温度等可能会影响传感器性能。例如，在一些情况下，冰会积聚在传感器的盖子上，并且从而阻止光线进入传感器和/或使成像模糊不清。

技术实现要素：

下面详细描述了一种成像系统，其包括至少一个传感器。根据一个说明性示例，所述传感器包括：壳体，其包括发射线圈；以及光学组件，其包括支撑至少一个接收线圈的主体和与所述至少一个接收线圈电接触的导电膜，其中当所述发射线圈通电时，所述至少一个接收线圈无线通电，从而使所述膜的温度升高。

根据上述至少一个示例，所述膜包括多个导电纳米结构。

根据上述至少一个示例，所述膜包括多个有机银(ag)纳米线。

根据上述至少一个示例，所述传感器是相机传感器或光探测和测距(激光雷达)传感器，其中所述膜的透射率大于或等于95％。

根据上述至少一个示例，其中所述壳体还包括具有表面的结构，其中所述发射线圈位于所述表面的附近，其中所述光学组件还包括：轴向延伸的基座；以及凸缘，其中所述至少一个接收线圈位于所述凸缘内或上。

根据上述至少一个示例，所述光学组件可与所述结构耦接和脱耦，其中在耦接状态中，所述表面接近所述凸缘。

根据上述至少一个示例，其中当所述发射线圈通电时，所述至少一个接收线圈在所述发射线圈的电磁场内并且也被通电。

根据上述至少一个示例，所述至少一个接收线圈包括第一线圈和第二线圈。

根据上述至少一个示例，所述膜具有极性，其中所述膜的北极与所述第一线圈对准，其中所述膜的南极与所述第二线圈对准。

根据上述至少一个示例，所述光学组件还包括光学元件。

根据上述至少一个示例，所述膜定位在所述光学元件的外表面上方，其中所述光学组件包括基座和凸缘，所述凸缘从所述基座延伸并且支撑所述光学元件，其中所述至少一个接收线圈定位在所述凸缘处。

根据上述至少一个示例，所述膜和所述至少一个线圈分别经由低压包覆成型工艺耦接到所述光学元件和凸缘。

根据上述至少一个示例，所述光学组件还包括在所述膜和所述至少一个接收线圈上方的保护涂层。

根据上述至少一个示例，所述至少一个接收线圈定位在所述凸缘和所述基座的一部分两者上。

根据上述至少一个示例，其还包括主动冷却器，其中所述发射线圈由所述主动冷却器电驱动。

根据上述至少一个示例，所述光学组件可经由螺纹接口相关于所述壳体耦接和脱耦。

根据至少另一个说明性示例，公开了一种传感器，其包括：壳体，所述壳体包括发射线圈；以及光学组件，所述光学组件包括：支撑光学元件的主体；至少一个接收线圈；以及透明膜，所述透明膜在所述光学元件上方并且电耦接到所述至少一个接收线圈，其中当所述发射线圈通电时，电流在所述膜内流动，从而使其温度升高。

根据至少一个示例，公开了一种方法，其包括对上述系统元件中的任一个的控制。

附图说明

图1是包括成像系统的车辆的透视图，所述成像系统包括承载有一个或多个传感器的壳体。

图2是传感器的分解透视图，所述传感器包括壳体、检测器组件、主动冷却器、热交换器和光学组件。

图3是图2所示的光学组件的分解透视图。

图4是图2所示的壳体的前视图。

图5是传感器的电路的一个示例的示意图。

图6是图2所示的主动冷却器的透视图。

图7是图2所示的光学组件的俯视图。

图8是图2所示的光学组件的仰视图。

图9是图2所示的光学组件的剖视图。

图10至11是示出光学组件的热分布的示例热图像。

图12是光学组件的另一示例的剖视图。

具体实施方式

现在转向附图，其中相似的附图标记表示类似或相似的元件、特征或功能，其示出了包括成像系统12的车辆10。在至少一些示例中，成像系统12可以包括壳体14，其支撑传感器16的阵列，例如，指向径向向外以相对于车辆10提供高达360度的态势感知。传感器16中的每一个可以包括热管理系统18(图2)，除了其他事项之外，其控制相应传感器16的一个或多个部件的温度。通过使用热管理系统18，传感器16可以在极端天气条件下进行操作(例如，除其他事项之外，系统18可以帮助从传感器去除冰和/或积雪)，如下面更多解释的。

如图1所示，车辆10可以是乘用车；然而，车辆10可以是任何其他合适的车辆类型，包括卡车、运动型多功能车辆(suv)、休闲车辆、公共汽车、飞行器、船舶等等，其包括成像系统12；此外，非车辆系统也可以采用成像系统12。在所示的背景下，成像系统12可以适于促进以一种或多种自主模式操作车辆10，如由汽车工程师协会(sae)(其已定义了0-5级的操作)所定义的。例如，成像系统12可以提供其在计算机(未示出)的周围环境的二维和/或三维数据，所述计算机可以被编程和/或配置为存储和执行逻辑指令，所述逻辑指令体现在硬件、软件、固件、其组合等中，并且所述计算机使车辆10能够在用户辅助(部分自主)或没有任何用户辅助(完全自主)的情况下操作。例如，在0-2级，人类驾驶员监测或控制大部分驾驶任务，通常没有来自车辆10的帮助。例如，在0级(“无自主”)，人类驾驶员负责所有车辆操作。在1级(“驾驶员辅助”)，车辆10有时辅助转向、加速或制动，但驾驶员仍然负责绝大部分车辆控制。在2级(“部分自主”)，车辆10可以在某些情况下控制转向、加速和制动而没有人的交互。在3-5级，车辆10承担更多驾驶相关的任务。在3级(“条件性自主”)，车辆10可以在某些情况下处置转向、加速和制动，以及监测驾驶环境。然而，3级可能需要驾驶员偶尔进行干预。在4级(“高度自主”)，车辆10可以处置与3级相同的任务，但不依赖于驾驶员干预某些驾驶模式。在5级(“全自动化”)，车辆10可以在没有任何驾驶员干预的情况下处置所有任务。

壳体14可以在其车顶20上或在任何其他合适的位置处耦接到车辆10。所示的壳体14可以包括用于支撑传感器16和/或其他特征的任何合适的结构(例如，诸如适合于输送强制空气和/或液体以清洁传感器16等的流体输送系统)。所示的壳体14仅是一个示例。存在有其他示例，包括具有单个传感器16、以不同方式布置的多个传感器16等的那些。此外，壳体14可以支撑各种不同种类的传感器(例如，彩色和/或黑白相机、雷达传感器、激光雷达传感器等)。

现在转到图2，示出了示例传感器16的分解图。应理解，在至少一个示例中，图1所示的传感器16中的每一个可以是相同的；因此，将仅详细描述一个传感器。

传感器16是成像和/或测距系统，其包括用于接收光能和/或信号返回的信号输入部件(例如，诸如，透镜、透明窗口、检测器表面等)(例如，使得可以在焦平面、检测器等处接收光能和/或信号返回)。在至少一个示例中，传感器16是相机(例如，诸如半导体电荷耦合装置(ccd)、互补金属氧化物半导体(cmos)、n型金属氧化物半导体(nmos)等)或主动扫描装置(例如，光探测和测距(lidar)、激光检测和测距(ladar)、激光测距仪(lrf)等)。在附图中，传感器16被示为相机；然而，应理解，本公开不限于相机的实现方式。

传感器16可以包括壳体28、检测器组件30、主动冷却器32、热交换器34和光学组件40，其中热管理系统18包括主动冷却器32、热交换器34和光学组件40。将详细讨论每一个。

根据一个示例，壳体28具有中空主体44，该中空主体包括一对凸缘46、48，每一个均从主体44的相应侧面50、52延伸(例如，凸缘46、48可以被配置为将传感器16安装到壳体14的壁)。主体44的第一端54可以具有至空腔56的开口，其尺寸被设计为接纳检测器组件30、主动冷却器32和/或热交换器34中的至少一部分。同样如图3至图4所示，主体44的第二端58可以包括用于安装光学组件40的结构60(该结构可以由非导电材料组成)。在至少一些示例中，结构60可以从第二端58突出；然而，这不是必需的。根据一个非限制性示例，结构60可以具有圆柱形形状(例如，或至少为圆柱形端部区域61)，其中结构60具有开口62，其限定了与空腔56连通的通道63。端部区域61和/或结构60的其他部分还可以包括用于耦接到光学组件40的耦接特征64。耦接特征64可以促进螺纹接合、卡扣接合、利用螺钉或其他紧固件的接合等。因此，尽管在图中将特征64示为螺纹，但这仅是一个示例。

根据所示的示例，结构60包括表面66(例如，在其远端67处)以及耦接到表面66的至少一个发射线圈68(热管理系统18的一部分)。线圈68可以表面安装到表面66，至少部分地嵌入表面66中和/或接近远端67等。线圈68可以耦接到传感器16的任何合适的电子器件；在至少一个示例中，线圈68可切换地电耦接到主动冷却器32，使得当给主动冷却器32供电时(例如，通过电源69供电，图5)，线圈68具有流经其的电流(即，线圈68也被‘通电’)。如下面将更详细解释的，当线圈68在主动状态中(即，当电通过所述线圈时；例如，当将计算机可控开关s1、s2致动到相应的关闭状态时)，线圈68可以产生磁通量。

返回图2，检测器组件30可以包括检测器70(例如，电子成像器或光接收器)。组件30也可以包括其他元件，例如，诸如，印刷电路板(pcb)、安装特征和硬件、垫圈、导热垫和/或任何其他合适的部件。此外，其可以选择性地耦接到电源69(通过致动计算机可控开关s3经由不同的电路进行，如图5所示)。检测器70可以位于组件30的一侧72上，并且包括主表面76(例如，在凹部74的底部)的凹部74可以位于其相对侧78上。

凹部74的尺寸可以被设计为接纳主动冷却器32。如本文所使用的，主动冷却器是任何电子致动的热传递装置。因此，其也可以耦接到电源69。如图6所示，主动冷却器32可以包括：热板80；冷板82；将板80、82彼此耦接的多个导体84；以及两个连接件86、88。主动冷却器32的一个非限制性示例是热电冷却器(tec)(也称为珀尔帖装置、珀尔帖热泵或固态冰箱)，其利用珀尔帖效应在热板80和冷板82之间产生热通量。在一个示例中，导体84包括热电材料(例如，p型导体和n型导体)。连接件86可以连接到热板80，并且连接件88可以连接到冷板82。在操作中，电流流过连接件86，流过热板80，流过导体84，流过冷板82并且流过连接件88。当电流流动时，热量从冷板82移动到热板80。因此，为了主动冷却检测器70，冷板82可以邻近主表面76(例如，最近的检测器70)。

返回图2，热交换器34可以热耦接到主动冷却器32的热板80。以这种方式，热量可以从冷却器32传递到热交换器34，并且最终散发到空气中。热交换器34可以是被动装置，例如，诸如具有翼片、叶片、突起等以更有效地散热的散热器。也可以考虑其他被动以及甚至是主动的热交换器。

如图3至图4以及图7至图9所示，光学组件40可以包括主体90(由非导电材料组成)，由主体90支撑的至少一个光学元件92以及无线加热器系统100(其可以是热管理系统18的一部分)。根据一个示例，主体90包括轴向延伸的基座102，其将光学元件92支撑在固定位置中(例如，沿轴线x延伸)。基座102可以具有任何合适的形状，例如，圆柱形、矩形、椭圆形等。在至少一个示例中，基座102被成形为环形。此外，在一些情况下，诸如在图中所示的那些，基座102包括周向凸缘104，其径向向内延伸并且固定地耦接到光学元件92。在所示的示例中，凸缘104位于基座102的第一端106处；然而，这不是必需的。凸缘104可以具有外侧108(具有外表面109)和内侧110(具有内表面112)(在分解图(图3)和光学组件40的仰视图(图8)中最好地示出)。如将在下面更详细解释的，当光学组件40与壳体28组装在一起时，内表面112可以位于邻近或接近发射线圈68处(例如，表面112可以邻接线圈68和/或表面66)。

基座102的第二端118可以具有耦接特征120，其可以被配置为耦接到(壳体28的)耦接特征64(图2和图8)。在所示的示例中，耦接特征120位于基座102的内表面122上；然而，这在所有示例中不是必需的。耦接特征120可以促进螺纹接合、卡扣接合、利用螺钉或其他紧固件的接合等。因此，尽管在图中将特征120示为与(壳体28的)螺纹64相对应的螺纹，但这仅是一个示例。

光学元件92可以是允许光通过的透明材料；此外，在一些示例中(尽管不是必需的)，光学元件92可以过滤光、放大光、使光线会聚或分散等(例如，朝向检测器组件30)。因此，光学元件92可以是通过窗口(例如，透明盖)、透镜等。在图示中，光学元件92具有圆盘状形状，其在外侧上呈凸形且在内侧上呈凹形，其中其周向边缘耦接到主体90；然而，这仅是一个示例。第一主(外)表面124，第二主(内)表面126。并且，光学元件92可以由任何合适的材料(例如，玻璃、丙烯酸树脂等)组成。此外，虽然示出了一个光学元件92，但是基座102也可以支撑一个以上的光学元件92(例如，在其主体90内)。

无线加热系统100可以包括至少一个接收线圈(通过示例示出两个半圆形线圈130、132)和膜134。线圈130、132中的每一个可以包括一个或多个微型线的大体扁平的绕组(例如，具有30-60awg的计量尺寸)；根据一个示例，每个线圈使用单个线，并且相应线圈的每个相应端电耦接到膜134。如图3和图9中最佳示出的，线圈130、132可以位于外表面109上，使得其部分地周向围绕光学元件92。(在其他示例中，线圈130、132可以至少部分地嵌入外表面109内。)每个线圈130、132可以在176至179度之间跨越；因此，在所示的示例中，两个间隙140、142可以各自跨越2至8度。

膜134可以包括薄电阻膜，其包括多个导电纳米结构。在一些示例中，该膜134可以是透明的，例如，具有高的光学透射率(例如，大于或等于95％；例如，大于或等于97％；例如，不会使光学透射(通过光学元件92)减少超过5％，并且在一些情况下，不会使光学透射(通过光学元件92)减少超过3％)。根据一个示例，膜134是有机银纳米线膜，诸如由novarialscorporation^tm提供的可商购获得的novafilmagnw-a50。膜134可以是圆盘形的并且可以定位在光学元件92的外表面124上方。此外，膜134可以邻接或重叠线圈130、132，使得其与线圈130、132物理电接触。以这种方式，当线圈130、132具有从中通过的电流(被“通电”)时，膜134可以承载电流并且充当加热元件，例如，用于温热光学元件92和融化冰、雪等。在至少一些示例中，膜134的极性与两个线圈130、132对准；例如，如在图7中最佳示出的，南极s通过线圈130的中间区域144对准，并且北极n与线圈132的中间区域146对准。(在另一示例中，这可以反转-例如，n极与线圈130对准并且s极与线圈132对准)。根据一个示例，半圆形线圈130、132(以及间隙140、142)在被通电时引起基本上均匀的电流分布，并且因此引起光学元件92的更均匀的加热。例如，比较图10至图11中的热成像测试样品，其中在图10中示出了光学元件92的示例均匀的热分布147，并且其中在图11中示出了光学元件92的示例不均匀的热分布148。

可以通过对准光学元件92并将其固定在主体90中来制造无线加热系统100。膜134可以位于光学元件92的外表面124上，并且线圈130、132可以定位在凸缘104的外表面109上(例如，如图7所示)，其中线圈130、132与膜134电接触。可以使用任何合适的光学透明的粘合剂将线圈130、132和膜134粘附至相应的表面109、104。根据至少一个示例，可以使用低压包覆成型工艺(例如，利用低夹持压力)将线圈130、132和膜134两者固定到主体90。此后，可以在线圈130、132和膜134上方施加光学透明的保护涂层150(如图3和图7中所示)。

一旦光学组件40组装好，其就可以使用耦接特征64、120耦接到壳体28。根据一个示例，光学组件40可以螺纹连接到壳体28上，直到结构60(和发射线圈68)的表面66接近或邻近(光学组件40的)内表面112。以这种方式，发射线圈68接近线圈130、132，例如，以凸缘104的厚度与线圈130、132间隔开(其可以充当电介质材料；例如，通常为2至8毫米)。因此，在至少一个示例中，结构60、发射线圈68、主体90、线圈130、132和膜134可以对准(例如，沿着轴线x)。更进一步，检测器70可以沿着相同的光轴定位，例如，具有经由通道63和空腔56的视线。

在操作中，传感器16的计算机(未示出)和/或车辆10可以操作传感器16。例如，如图5所示，电源69可以向检测器组件30提供电力(例如，通过关闭开关s3)，并且传感器16可以收集传感器数据。当传感器16超过阈值温度时，计算机可以将开关s1从打开状态移动到关闭状态，并且因此，电源69可以同时向主动冷却器32提供电力。类似地，当传感器16降至阈值温度以下(或计算机确定光学元件92上的冰或雪阻塞)时，可以使用无线加热系统100来温热光学元件92。根据图5所示的示例，当开关s1和s2在关闭状态中时，可以将电流提供给发射线圈68，所述发射线圈68继而产生磁通量。由于线圈130、132足够接近线圈68，因此由线圈68产生的磁通量可能会在线圈130、132中感应出电流。并且，由于线圈130、132耦接到膜134(如上所述)，因此导电膜134接收电流并且使温度升高，从而产生温热光学元件92的热量。利用足够的热量，这可以融化雪、冰等，从而允许传感器16收集数据，该数据较少受到光学元件92上的障碍物的扭曲。

在其他示例中，传感器16可以利用电场、磁场或其组合(例如，电磁场)。此外，在一些示例(未示出)中，可以在不使用开关s2(或其他开关中的任一个)和/或使用不同的电路布置来将电流提供给发射线圈68。此外，开关s1、s2、s3可以是合适类型的开关，例如，包括晶体管、mosfet等。

还存在传感器16的其他示例。例如，无线加热系统100可以具有不同的布置。例如，如图12所示，其中提供相似的标记以显示相似或相同的特征和功能，例如，在或接近第一端106处使用线圈130'、132'，其可以缠绕在主体90的一部分的周围(例如，在基座102的一部分的周围)。类似地，保护涂层150'也可以缠绕在主体90的一部分的周围。在这种布置中，可以在线圈130'、132'中感应出较大的电流-因此，可以在膜134中感应出较大的电流，从而导致更大的电阻值和至光学元件92的更多的散热。

因此，已经描述了具有热管理系统的传感器。例如，传感器可以具有光学组件，其包括无线加热系统，该无线加热系统可以结合热管理系统的其他方面操作-例如，其可以位于传感器的其他部分中。根据一个示例，无线加热系统包括至少一个线圈和与线圈电接触的导电膜，使得当在至少一个线圈中以无线方式感应出电流时，膜具有在其中移动的电并且温热光学元件。

已经以说明性方式描述了本公开，并且应理解，已经使用的术语旨在具有描述性词语而非限制性词语的性质。鉴于以上教导，本公开的许多修改和变化是可能的，并且本公开可以不同于具体地描述的其他方式实践。

根据本发明，提供了一种传感器，其具有：壳体，所述壳体包括发射线圈；以及光学组件，所述光学组件包括支撑至少一个接收线圈的主体和与所述至少一个接收线圈电接触的导电膜，其中当所述发射线圈通电时，所述至少一个接收线圈无线通电，从而使所述膜的温度升高。

根据一个实施例，所述膜包括多个导电纳米结构。

根据一个实施例，所述膜包括多个有机银(ag)纳米线。

根据一个实施例，所述传感器是相机传感器或光探测和测距(激光雷达)传感器，其中所述膜的透射率大于或等于95％。

根据一个实施例，所述壳体还包括具有表面的结构，其中所述发射线圈位于所述表面的附近，其中所述光学组件还包括：轴向延伸的基座；以及凸缘，其中所述至少一个接收线圈位于所述凸缘内或上。

根据一个实施例，所述光学组件可与所述结构耦接和脱耦，其中在耦接状态中，所述表面接近所述凸缘。

根据一个实施例，当所述发射线圈通电时，所述至少一个接收线圈在所述发射线圈的电磁场内。

根据一个实施例，所述至少一个接收线圈包括第一线圈和第二线圈。

根据一个实施例，所述膜具有极性，其中所述膜的北极与所述第一线圈对准，其中所述膜的南极与所述第二线圈对准。

根据一个实施例，所述光学组件还包括光学元件。

根据一个实施例，所述膜定位在所述光学元件的外表面上方，其中所述光学组件包括基座和凸缘，所述凸缘从所述基座延伸并且支撑所述光学元件，其中所述至少一个接收线圈定位在所述凸缘处。

根据一个实施例，所述膜和所述至少一个线圈分别经由低压包覆成型工艺耦接到所述光学元件和凸缘。

根据一个实施例，所述光学组件还包括在所述膜和所述至少一个接收线圈上方的保护涂层。

根据一个实施例，所述至少一个接收线圈定位在所述凸缘和所述基座的一部分两者上。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于主动冷却器，其中所述发射线圈由所述主动冷却器电驱动。

根据一个实施例，所述光学组件可经由螺纹接口相关于所述壳体耦接和脱耦。

根据本发明，提供了一种传感器，其具有：壳体，所述壳体包括发射线圈；以及光学组件，所述光学组件包括：支撑光学元件的主体；至少一个接收线圈；以及透明膜，所述透明膜在所述光学元件上方并且电耦接到所述至少一个接收线圈，其中当所述发射线圈通电时，电流在所述膜内流动，从而使其温度升高。