ES2347005T3 - Sensor de lluvia con condensdo(res) fractal(es). - Google Patents
Sensor de lluvia con condensdo(res) fractal(es). Download PDFInfo
- Publication number
- ES2347005T3 ES2347005T3 ES06845182T ES06845182T ES2347005T3 ES 2347005 T3 ES2347005 T3 ES 2347005T3 ES 06845182 T ES06845182 T ES 06845182T ES 06845182 T ES06845182 T ES 06845182T ES 2347005 T3 ES2347005 T3 ES 2347005T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- sensor
- capacitor
- rain
- window
- capacitors
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 277
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 21
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 17
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 230000009471 action Effects 0.000 description 13
- 230000006870 function Effects 0.000 description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 239000005340 laminated glass Substances 0.000 description 3
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 2
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000543375 Sideroxylon Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000000205 computational method Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- -1 dirt Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Un sensor de lluvia para su instalación con una ventana de vehículo que comprende: un circuito sensor que comprende por lo menos un primer condensador sensor (C1, C2, C3, C4) adaptado para soportarse por una ventana de vehículo, siendo el primer condensador sensor sensible a la humedad en una superficie externa a dicha ventana en condiciones de instalación; teniendo el primer condensador sensor unos electrodos de condensador separados primero y segundo (7, 8) que son sustancialmente coplanarios; y en el que por lo menos parte del primer condensador sensor tiene una geometría fractal, caracterizado porque la geometría fractal se selecciona de entre el grupo que consiste en un fractal de Hilbert y un fractal de Cantor.
Description
Sensor de lluvia con condensador(es)
fractal(es).
Esta invención se refiere a un sistema para la
detección de la presencia de lluvia en formas de realización de un
parabrisas de vehículo, uno o más de los condensador(es)
sensor(es) tiene una geometría fractal.
La presencia de humedad (p. ej., lluvia o
condensación) en parabrisas y/o lunetas traseras de vehículo puede
crear unas condiciones de conducción peligrosas para los
conductores, los pasajeros y los peatones si no se elimina con
rapidez. Las rasquetas del limpiaparabrisas son una forma común y
muy conocida para eliminar tales materiales y reducir los riesgos
de la conducción durante condiciones peligrosas. Los sensores de
lluvia han sido desarrollados pata detectar la presencia de humedad
(p. ej., lluvia u otra condensación) en el parabrisas de vehículo,
y para activar y desactivar los limpiaparabrisas, según sea
necesario, cuando se detecta dicha humedad. La detección automática
de lluvia, aguanieve, niebla y similares, y tomar las acciones
apropiadas (por ejemplo, activar/desactivar las rasquetas de
limpiaparabrisas a una velocidad adecuada) reduce potencialmente
las distracciones al conductor, permitiendo al conductor
concentrarse mejor en la carretera que tiene por delante. Sin
embargo, activar/desactivar los limpiaparabrisas de forma inadecuada
o no accionar los mismos cuando hay humedad también puede crear
condiciones peligrosas. Además, tales sistemas también son
susceptibles a distracciones por "suciedad" que pueden
provocar falsas lecturas/acciones del limpiaparabrisas cuando ha
suciedad en el parabrisas.
Algunos sensores de lluvia convencionales se
basan en un concepto electro-óptico. Según determinadas tales
técnicas, las gotas de lluvia se detectan únicamente midiendo el
cambio en la reflexión interna total de un haz luminoso fuera de la
interfaz vidrio-aire. Otras técnicas electro-ópticas
han intentado analizar la luminosidad de una sección de una
"imagen" de ventana para detectar gotas de agua o niebla en una
ventana. Sin embargo, estas técnicas ópticas tienen unas zonas de
detección limitadas, son bastante caras, y pueden resultar en
indicaciones de detección erróneas debido al uso de imágenes ópticas
como único método de detección.
La patente US nº 6.373.263 de Netzer explica
cómo usar sensores de lluvia capacitivos y leer la corriente
diferencial entre dos condensadores en el parabrisas.
Desafortunadamente, el sistema de Netzer también tiene importantes
desventajas. Por ejemplo, el sistema de Netzer puede estar sujeto a
ciertos efectos perjudiciales de interferencias electromagnéticas
(EMI), así como a interferencias de otras fuentes. Por ejemplo,
cuando cuerpos externos (p. ej., una mano humana, las ondas de
radio, etc.) interfieren con la función de los condensadores, las
cargas de la excitación y de los electrodos receptores pueden variar
de forma incontrolada en Netzer, lo que lleva a falsas alarmas o
detecciones y por tanto a producir posiblemente falsas acciones del
limpiaparabrisas y/o detecciones. El sistema de Netzer también está
sujeto a posibles falsas lecturas producidas por drásticos cambios
de temperatura en vista del sistema de condensador de referencia
utilizado por Netzer, donde el condensador de referencia de Netzer
tiene una geometría/forma/tamaño diferente al condensador
sensor.
Un sensor de lluvia con un condensador que tiene
una forma de meandro se describe en US 2003/0080871.
Así, podrá apreciarse que existe una necesidad
en la técnica de un sensor de lluvia que tenga una operación y/o
detección eficientes.
De acuerdo con esta invención, los condensadores
se forman en base a un patrón fractal. Uno o más de los
condensadores se forman en base a un patrón fractal de Hilbert o a
un conjunto de Cantor. Estas estructuras fractales maximizan o
amplifican la periferia y por tanto resultan en una gran
capacitancia para un área dado. El uso de diseños fractales de dos
dimensiones también permite al sensor ocupar poco espacio físico en
la ventana y al mismo tiempo ser más grande eléctricamente que su
tamaño físico. La concentración del flujo lateral en una geometría
fractal también puede permitir al sensor detectar lluvia/agua no
necesariamente distribuida sobre el área física real del sensor en
determinadas formas de realización de ejemplo de esta invención.
Además, en su(s) iteración(es) más altas
un(os) condensador(es) fractal(es)
tiene(n) un atributo de ser su propia pantalla de Faraday o
cuasi-pantalla de Faraday lo que puede reducir los
efectos adversos de interferencias EMI o similares.
Éstas y otras características y ventajas se
entenderán mejor y de forma más completa haciendo referencia a la
siguiente descripción detallada de formas de realización
ilustrativas a título de ejemplo conjuntamente con los dibujos, de
los que:
La Figura 1(a) es un diagrama de bloques
de componentes de un sensor de lluvia de ejemplo.
La Figura 1(b) es una vista en sección
transversal de un sensor de lluvia, que puede usar las
características de la Fig. 1(a) y/o una o más de las Figs.
2-12.
La Figura 1(c) es una vista en sección
transversal de un sensor de lluvia, que puede usar las
características de la Fig. 1(a) y/o una o más de las Figs.
2-12.
La Figura 1(d) es una vista en sección
transversal de un sensor de lluvia, que puede usar las
características de la Fig. 1(a) y/o una o más de las Figs.
2-12.
La Figura 1(e) es una vista en sección
transversal de un sensor de lluvia, que puede usar las
características de la Fig. 1(a) y/o una o más de las Figs.
2-12.
La Figura 1(f) es una vista en sección
transversal de un sensor de lluvia, que puede usar las
características de la Fig. 1(a) y/o una o más de las Figs.
2-12.
La Figura 2A es un patrón optimizado a título de
ejemplo para un sistema capacitivo de cuadrante basado en los
fractales de Hilbert, en el que dichos condensadores pueden
proporcionarse en la ventana como un sistema de sensores en una o
más de las Figs. 1(a)-1(f) y
4-12, por ejemplo.
La Figura 2B es otro patrón optimizado a título
de ejemplo para un sistema capacitivo de cuadrante, en el que
dichos condensadores pueden proporcionarse en la ventana como un
sistema de sensores en una o más de las Figs.
1(a)-1(f) y 4-12, por
ejemplo.
La Figura 3 es un dibujo aumentado de otro
sistema capacitivo de cuadrante de ejemplo, en el que dichos
condensadores pueden proporcionarse en la ventana como un sistema
de sensores en una o más de las Figs.
1(a)-1(f) y 4-12, por
ejemplo.
La Figura 4 es un diagrama de circuito de
ejemplo que incluye un sistema de circuitos de ejemplo usado para
un pulso de reloj de escritura en la electrónica de lectura de
salida, para su uso en una o más de las Figs.
1(a)-1(f) y 5-12, por
ejemplo.
La Figura 5 es un diagrama de circuito de
ejemplo que incluye un sistema de circuitos de ejemplo usado para
un pulso de reloj de borrado en la electrónica de lectura de salida,
para su uso en una o más de las Figs.
1(a)-1(f) y 6-12, por
ejemplo.
La Figura 6 es una diagrama de temporizador a
título de ejemplo derivado del sistema de circuitos de lectura de
salida de las Figs. 4-5.
La Figura 7 es un diagrama de flujo o diagrama
de estados a título de ejemplo que muestra cómo pueden usarse datos
de autocorrección y correlación cruzada para controlar los
limpiaparabrisas, que pueden usarse junto con una o más de las
Figs. 1-6 y 8-12.
La Figura 8 es un diagrama de flujo a título de
ejemplo que muestra cómo pueden usarse datos de autocorrección y
correlación cruzada para controlar los limpiaparabrisas, que pueden
usarse junto con una o más de las Figs. 1-7 y
9-12.
La Figura 9 es una vista estilizada a título de
ejemplo de cómo puede viajar una gota de lluvia a través de un
parabrisa.
La Figura 10 es un gráfico que traza unos
valores máximos obtenidos experimentalmente de ejemplo de
autocorrelaciones no normalizadas para diferentes
perturbaciones.
La Figura 11A es un instantánea de
autocorrelación obtenida experimentalmente de ejemplo indicativa de
lluvia fuerte.
La Figura 11B es un instantánea de
autocorrelación obtenida experimentalmente de ejemplo indicativa de
una ligera bruma.
La Figura 11C es un instantánea de
autocorrelación obtenida experimentalmente de ejemplo indicativa de
interferencias de radio CB.
La Figura 11D es un instantánea de
autocorrelación obtenida experimentalmente de ejemplo indicativa de
un cuerpo puesto a tierra con un voltaje.
La Figura 12A es una matriz de correlación a
título de ejemplo indicativa de lluvia ligera.
La Figura 12B es una matriz de correlación a
título de ejemplo indicativa de lluvia fuerte.
La Figura 13 es un ejemplo de autocorrelación de
acuerdo con una forma de realización de ejemplo de esta
invención.
La Figura 14 es una tabla que muestra datos de
correlación cruzada de ejemplo de los condensadores C1, C2.
\newpage
La Figura 15 es un gráfico de correlación
cruzada, en el que se trazan valores de correlación cruzada versus
periodos de tiempo (los periodos de tiempo están en microsegundos en
el dominio temporal), usando determinadas señales de la Fig.
14.
La Figura 16 es un gráfico de correlación
cruzada, en el que se trazan valores de correlación cruzada versus
periodos de tiempo (los periodos de tiempo están en microsegundos en
el dominio temporal), usando determinadas señales de la Fig.
14.
La Figura 17 es un gráfico de correlación
cruzada, en el que se trazan valores de correlación cruzada versus
periodos de tiempo (los periodos de tiempo están en microsegundos en
el dominio temporal), usando determinadas señales de la Fig.
14.
La Figura 18 es un gráfico de correlación
cruzada, en el que se trazan valores de correlación cruzada versus
periodos de tiempo (los periodos de tiempo están en microsegundos en
el dominio temporal), usando determinadas señales de la Fig.
14.
La Figura 19 es un gráfico de correlación
cruzada, en el que se trazan valores de correlación cruzada versus
periodos de tiempo (los periodos de tiempo están en microsegundos en
el dominio temporal), usando determinadas señales de la Fig.
14.
La Figura 20 es un gráfico de correlación
cruzada, en el que se trazan valores de correlación cruzada versus
periodos de tiempo (los periodos de tiempo están en microsegundos en
el dominio temporal), usando determinadas señales de la Fig.
14.
La Figura 21 es un gráfico de correlación
cruzada, en el que se trazan valores de correlación cruzada versus
periodos de tiempo (los periodos de tiempo están en microsegundos en
el dominio temporal), usando determinadas señales de la Fig.
14.
La Figura 22 es un gráfico de correlación
cruzada, en el que se trazan valores de correlación cruzada versus
periodos de tiempo (los periodos de tiempo están en microsegundos en
el dominio temporal), usando determinadas señales de la Fig.
14.
La Figura 23 es un gráfico de correlación
cruzada, en el que se trazan valores de correlación cruzada versus
periodos de tiempo (los periodos de tiempo están en microsegundos en
el dominio temporal), usando determinadas señales de la Fig.
14.
La Figura 24 es un gráfico de correlación
cruzada, en el que se trazan valores de correlación cruzada versus
periodos de tiempo (los periodos de tiempo están en microsegundos en
el dominio temporal), usando determinadas señales de la Fig.
14.
La Figura 25 es un diagrama de bloques que
ilustra el sistema de circuitos y/o procesamiento de señales cuando
hay un condensador sensor (p. ej. C1) presente, incluyendo
modulación sigma-delta.
La Figura 26 es un diagrama de bloques que
ilustra el sistema de circuitos y/o procesamiento de señales cuando
hay una pluralidad de condensadores (p. ej. C1-C4)
presentes, incluyendo modulación sigma-delta.
La Figura 27 es un diagrama de bloques que
ilustra la modulación sigma-delta; llevándose a cabo
este procesamiento mediante un sistema de circuitos, en firmware
y/o software.
Las Figuras 28(a) Y (28b) son unos
diagramas esquemáticos que ilustran las ventajas de usar electrodos
flotantes para los condensadores sensores (p. ej.
C1-C4).
\vskip1.000000\baselineskip
Haciendo referencia a continuación más
concretamente a los dibujos adjuntos en los que números de
referencia similares indican partes similares en todas las
vistas.
Se proporciona un sistema de detección de lluvia
e incluye una detección basada en la capacitancia que traduce una
señal de entrada física (p. ej., la presencia de una gota de agua en
un parabrisas, o similar) en una señal de voltaje eléctrico digital
que se recibe y se interpreta en un(os) programa(s) de
software o en un(os) circuito(s) que decide(n)
si los limpiaparabrisas deberían o no activarse, y, si es el caso,
opcionalmente su velocidad adecuada. De esta manera, se usa el
acoplamiento capacitivo para detectar agua y/u otro material en la
superficie exterior de una ventana como el parabrisas, el techo
solar y/o la luneta trasera de vehículo. Podrá apreciarse que
pueden llevarse a cabo métodos computacionales mediante hardware o
una combinación de hardware y software en diferentes formas de
realización de ejemplo de esta invención. No puede ser necesaria
ninguna capacitancia o ningún condensador de referencia, (es decir,
no es necesario un condensador de compensación).
El sistema puede tomar ventaja de una ecuación
de permitividad, que proporciona una cantidad física que describe
cómo afecta un campo eléctrico y es afectado por un medio. Una
ecuación de permitividad básica de ejemplo
es:
es:
donde D es el flujo eléctrico,
\varepsilon_{0} es la constante dieléctrica de un vacío, E es un
campo eléctrico (p. ej. el voltaje establecido entre placas o
electrodos dividido por la distancia, o V/m), y P es la
polarización. La polarización P puede describirse matemáticamente
con mayor detalle
como:
donde \varepsilon_{r} es la
permitividad relativa (p. ej., la constante dieléctrica de agua,
hielo, suciedad o cualquier otra cosa que pudiera encontrarse en
una superficie exterior de una ventana como un parabrisas). En
general, un valor alto de \varepsilon_{i} se corresponderá con
una alta polarizabilidad. La permitividad de vidrio es
aproximadamente 8, y la permitividad de agua es aproximadamente 85.
Por sustitución y factorización, entonces, la ecuación de
permitividad puede rescribirse
como:
De esta manera, podrá apreciarse que D es
la respuesta a la excitación E.
La capacitancia C se da por
C=Q/V, donde Q es la carga y V es el
potencial, en voltios. Además, C=\Phi/V, donde
\Phi es el flujo eléctrico asociado a la carga Q. Por la Ley de
Gauss:
donde dA es el área de un cuadrado
diferencial en la superficie cerrada S. Por sustitución, entonces,
se ve claramente que la capacitancia está relacionada con la
diferencia de
potencial:
Estas ecuaciones forman la base de un
ejemplo.técnica para medir la interacción de agua sobre vidrio
usando un sensor con un sistema capacitivo para explorar sobre la
ventana (p. ej., el vidrio). En concreto, pueden usarse los datos
de un sensor que incluya, por lo menos, uno o dos o más
condensador(es) (p. ej. C1, C2, C3, etc.) para detectar si
hay o no humedad (p. ej., lluvia o similares) en una superficie
exterior de una ventana como el parabrisas o la luneta trasera de
vehículo. Las ecuaciones anteriormente indicadas ilustran que la
presencia de agua en la superficie de la ventana puede afectar a la
capacitancia de un condensador sensor adecuadamente colocado.
La Fig. 1(a) es un diagrama de bloques de
componentes de ejemplo de un sensor de humedad (p. ej., lluvia). La
fuente de alimentación 10 está conectada a la electrónica de lectura
de salida 12 que puede incluir uno o más de entre hardware,
firmware y/o software. Tal y como se describirá como mayor detalle
más adelante, el sensor incluye uno o más condensadores para
construir un sensor capacitivo 5 en determinadas formas de
realización de ejemplo. Se usan condensadores que tienen cada uno un
par de electrodos aproximadamente coplanarios dispuestos en un
patrón fractal en el sensor de acuerdo con la invención. El patrón
fractal puede dividirse en un sistema capacitivo. Mientras que la
ventana puede ser plana o curva, los electrodos de condensador de
un condensador sensor dado (C1, C2, C3 y/o C4) son considerablemente
coplanarios entre sí y están soportados por la ventana plana o
curva, a pesar de que puede haber una pequeña curvatura del vidrio.
Los datos de y/o relacionados con el (los)
condensador(es)
sensor(es) del sensor capacitivo 5 se reciben y se leen mediante una electrónica de lectura de salida 12 que puede estar compuesta por uno o más de entre hardware, firmware y/o software. La electrónica de lectura de salida 12 captura el ruido eléctrico y convierte el mismo a señal(es) digital(es). Esta(s) señal(es) digital(es) se pasa a un modulo de cálculo 14 (que puede estar compuesto por uno o más de entre hardware, firmware y/o software) que determina qué acción deberían llevar a cabo los limpiaparabrisas. Por ejemplo, los limpiaparabrisas pueden iniciar una acción de limpiaparabrisas única, acciones de limpiaparabrisas a baja velocidad, acciones de limpiaparabrisas a alta velocidad, etc., en base a los datos analizados de y/o relacionados con el sensor capacitivo. También se puede hacer que se desactiven los limpiaparabrisas, se reduzca/aumente la velocidad de los mismos, etc., en base a los datos analizados de y/o relacionados con el sensor capacitivo. Un motor de sistema de control de limpiaparabrisas 16 recibe instrucciones desde el módulo de cálculo 14 y ordena a los limpiaparabrisas 18. para que lleven a cabo la acción adecuada.
sensor(es) del sensor capacitivo 5 se reciben y se leen mediante una electrónica de lectura de salida 12 que puede estar compuesta por uno o más de entre hardware, firmware y/o software. La electrónica de lectura de salida 12 captura el ruido eléctrico y convierte el mismo a señal(es) digital(es). Esta(s) señal(es) digital(es) se pasa a un modulo de cálculo 14 (que puede estar compuesto por uno o más de entre hardware, firmware y/o software) que determina qué acción deberían llevar a cabo los limpiaparabrisas. Por ejemplo, los limpiaparabrisas pueden iniciar una acción de limpiaparabrisas única, acciones de limpiaparabrisas a baja velocidad, acciones de limpiaparabrisas a alta velocidad, etc., en base a los datos analizados de y/o relacionados con el sensor capacitivo. También se puede hacer que se desactiven los limpiaparabrisas, se reduzca/aumente la velocidad de los mismos, etc., en base a los datos analizados de y/o relacionados con el sensor capacitivo. Un motor de sistema de control de limpiaparabrisas 16 recibe instrucciones desde el módulo de cálculo 14 y ordena a los limpiaparabrisas 18. para que lleven a cabo la acción adecuada.
El sensor capacitivo 5 se conecta a un Bus de
Interconexión Local (bus LIN) de un vehículo. Un bus LIN (no
mostrado) por lo general es un bus serie al que se conectan
dispositivos esclavo en un coche. Un bus LIN por lo general ejecuta
un apretón de manos con los dispositivos esclavos para asegurar que
están, por ejemplo, conectados y en estado funcional. Además, un
bus LIN puede proporcionar otra información a los dispositivos
esclavos como, por ejemplo, la hora actual.
El sensor capacitivo 5 incluye una pluralidad de
condensadores en forma de cualquier sistema adecuado.
La Fig. 1(b) es una vista en sección
transversal de una ventana de vehículo que incluye un sensor de
humedad. Un parabrisas del vehículo incluye un sustrato de vidrio
interior 1 y un sustrato de vidrio exterior 2 que están laminados a
la vez por medio de una intercapa 3 que incluye un polímero de un
material como butiral de polivinilo (PVB) o similar. Puede
proporcionarse un recubrimiento 4 de baja e (baja emisividad)
opcional en la superficie interior del sustrato exterior de vidrio
2 (o incluso en la superficie del sustrato 1). Un recubrimiento de
baja E 4 por lo general incluye por lo menos una capa reflectante de
IR fina de un material como plata, oro o similares intercalado
entre por lo menos unas capas dieléctricas primera y segunda de un
material como nitruro de silicio, óxido de estaño, óxido de zinc, o
similares. Recubrimientos de baja E 4 de ejemplo, para fines de
ejemplo y sin limitaciones, se describen en las patentes US n^{os}
6.686.050, 6.723.211, 6.782.718, 6.749.941, 6.730.352, 6.802.943,
4.782.216, 3.682.528, y 6.936.347.
La Fig. 1(b) ilustra un condensador de
ejemplo del sensor capacitivo. Mientras que el sensor capacitivo de
la Fig.
1(a) por lo general incluye una pluralidad de condensadores en un sistema, sólo se muestra un condensador del sensor en la Fig. 1(b) por motivos de simplicidad. Los otros condensadores son similares en sección transversal al que se muestra en la Fig. 1(b) en determinadas formas de realización de ejemplo de esta invención. El condensador de ejemplo (C1, C2, C3 o C4) del sensor capacitivo mostrado en la Fig. 1(b) incluye un par de electrodos de condensador coplanarios o considerablemente coplanarios separados 7 y 8. Los electrodos 7 y 8 están hechos de un material conductor que puede imprimirse o de otro modo formarse en la ventana. Por ejemplo, los electrodos del condensador 7 y 8 del condensador sensor pueden estar hechos de o incluir plata, ITO (óxido de indio-estaño), u otro material conductor adecuado. El condensador mostrado en la Fig. 1(b) se ve afectado por una gota de agua en la superficie exterior de la ventana porque el campo eléctrico Es del condensador se extiende hasta o más allá de la superficie exterior de la ventana como se muestra en la Fig. 1(b) y de esa manera puede interactuar con la gota de lluvia u otro material en la superficie exterior de la ventana. Las señales recibidas desde y/o relacionadas al(a los) condensador(es) sensor(es) y el análisis de las mismas se describen en la presente.
1(a) por lo general incluye una pluralidad de condensadores en un sistema, sólo se muestra un condensador del sensor en la Fig. 1(b) por motivos de simplicidad. Los otros condensadores son similares en sección transversal al que se muestra en la Fig. 1(b) en determinadas formas de realización de ejemplo de esta invención. El condensador de ejemplo (C1, C2, C3 o C4) del sensor capacitivo mostrado en la Fig. 1(b) incluye un par de electrodos de condensador coplanarios o considerablemente coplanarios separados 7 y 8. Los electrodos 7 y 8 están hechos de un material conductor que puede imprimirse o de otro modo formarse en la ventana. Por ejemplo, los electrodos del condensador 7 y 8 del condensador sensor pueden estar hechos de o incluir plata, ITO (óxido de indio-estaño), u otro material conductor adecuado. El condensador mostrado en la Fig. 1(b) se ve afectado por una gota de agua en la superficie exterior de la ventana porque el campo eléctrico Es del condensador se extiende hasta o más allá de la superficie exterior de la ventana como se muestra en la Fig. 1(b) y de esa manera puede interactuar con la gota de lluvia u otro material en la superficie exterior de la ventana. Las señales recibidas desde y/o relacionadas al(a los) condensador(es) sensor(es) y el análisis de las mismas se describen en la presente.
En la Fig. 1(b), se proporciona una capa
aislante opaca (p. ej., frita negra o esmalte, o similares) 9 en la
ventana sobre los electrodos 7 y 8 con el fin de esconder los
electrodos 7, 8 de la vista del (de los) pasajero(s) que
está(n) sentado(s) dentro del vehículo. De esta manera, podrá
apreciarse que la capa opaca 9 se proporciona únicamente en una
pequeña parte de la ventana, incluyendo en el área en la que el
sistema capacitivo del sistema de condensadores del sensor de
lluvia está situado. El sistema capacitivo del sensor de lluvia y
de esta manera la capa opaca 9 pueden situarse en el parabrisas de
un vehículo en un área próxima al soporte de montaje del espejo
retrovisor. La capa opaca 9 (p. ej., frita negra o esmalte) puede
hacer contacto con el patrón fractal de los electrodos del
condensador 7, 8 directamente porque la capa 9 no es conductora.
Sin embargo, incluso si una capa de frita negra 9 fuera conductora
(lo que es posible), su constante dieléctrica es parecida a la del
agua de manera que no interferirá de manera adversa con la captura
de datos de y/o relacionados con los condensadores
C1-C4 y el análisis asociado:
La Fig. 2A es una vista superior o en planta que
ilustra un sistema de sensores capacitivos de ejemplo que incluye
cuatro condensadores C1, C2, C3 y C4. Cada uno de estos
condensadores C1, C2, C3 y C4 incluye unos electrodos de
condensador coplanarios separados primero y segundo 7 y 8 como se
muestra en la Fig. 1(b) (o en cualquiera de las Fig.
1(c)-1(f)). Los electrodos de
condensador 7 y 8 de cada condensador C1-C4 pueden
estar hechos de frita de plata conductora o similar como se muestra
en la Fig. 2A. Además, puede haber un espacio 22 de aproximadamente
0,2 a 1,5 mm, más preferentemente de aproximadamente 0,3 a 1,0 mm
(p. ej., 0,6 mm), entre los electrodos de condensador coplanarios 7
y 8 de cada condensador (C1, C2, C3 y/o C4) como se muestra en la
Fig. 2A. En la Fig. 2A, los condensadores C1-C4
están cubiertos de una capa de frita negra aislante 9 que es la
misma que la capa 9 opaca anteriormente indicada con respecto la
Fig. 1(b). En la Fig. 2A, se proporciona un sistema de
placas de contacto en el centro del sistema de sensores, e incluye
cuatro placas de contacto eléctricamente conectadas a los
respectivos electrodos 7 de los condensadores C1-C4,
y cuatro placas de contacto eléctricamente conectadas a los
respectivos electrodos 8 de los condensadores C1-C4.
Una placa de contacto de ejemplo está indicada por el número de
referencia 28 en la Fig. 2A. Las cuatro placas de contacto de color
blanco 28 de la Fig. 2A están eléctricamente conectadas a los
respectivos electrodos de condensador 7 de los condensadores
C1-C4, mientras que las placas de contacto de color
gris oscuro 28 de la Fig. 2A están eléctricamente conectadas a los
respectivos electrodos de condensador 8 de los condensadores
C1-C4. Todos los condensadores sensores
C1-C4 son sensibles a la humedad como lluvia propia
la superficie externa de la ventana.
En la forma de realización de la invención de la
Fig. 2A, cada uno de los condensadores C1-C4 del
sensor capacitivo está formado usando una geometría fractal. En
concreto, cada uno de los electrodos coplanarios 7 y 8 de cada
condensador C1-C4 está formado con una geometría
fractal. Los patrones de diseño fractal permiten obtener una gran
capacitancia en un área muy pequeña, y son por tanto deseables sobre
otras geometrías en aplicaciones de sensores de lluvia.
En la forma de realización de la Fig. 2A, puede
verse que los electrodos coplanarios 7 y 8 de cada condensador
(donde los electrodos 7 y 8 son mostrados pero no marcados en la
Fig. 2A debido al color oscuro de la frita 9, pero están separados
mediante unos espacios 22) presentan unas geometrías fractales y
están dispuestos sustancialmente en paralelo entre sí en toda la
longitud sinuosa de cada condensador. En otras palabras, cada
electrodo 7, 8 de un condensador dado (p. ej., C1, C2, C3 o C4)
tiene una forma sinuosa en la geometría fractal, pero se mantiene
sustancialmente en paralelo al otro electrodo (el otro de 7, 8) del
condensador en toda la longitud sinuosa del condensador. La
longitud global de cada condensador (p. ej., C1), a lo largo de la
longitud sinuosa del fractal, es de aproximadamente 25 a 200 mm en
determinadas formas de realización de ejemplo de esta invención, más
preferentemente de aproximadamente 30 a 90 mm, con un ejemplo que es
de aproximadamente 50 mm.
El patrón fractal de la Fig. 2A es un patrón
fractal de Hilbert. Los electrodos 7, 8 de los condensadores
C1-C4 en la forma de realización de la Fig. 2A
forman un patrón fractal de Hilbert. En concreto, los condensadores
mostrados en la Fig. 2A tienen una forma fractal de Hilbert de
tercer orden. Los fractales de Hilbert son fractales continuos que
llenan el espacio, con dimensiones fractales de dos. Esto significa
que fractales de orden superior tendrán una forma más cuadrada. Un
fractal de Hilbert puede formarse usando el siguiente sistema L:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde "Ángulo 90" establece
las siguientes rotaciones a 90 grados, X e Y son funciones
definidas, "F" significa "dibujar hacia delante",
"+" significa "girar en el sentido contrario al de las agujas
del reloj", y "-" significa "girar en el sentido de las
aguja del reloj". En determinadas formas de realización de
ejemplo de esta invención, como se muestra en las Figs. 2A, 2B y 3,
todos los condensadores sensores del sistema de sensores pueden
tener una forma idéntica o prácticamente
idéntica.
Cada uno de los condensadores
C1-C4 en el sistema de sensores puede ser
eléctricamente flotante (esto puede denominarse una tierra virtual
en determinados casos de ejemplo) con el fin de no tener una tierra
común fija como cero voltios fijos, y/o estar espacialmente
separado o similar lo que puede resultar útil con respecto a las
funciones de correlación. Además, la falta de una tierra común
significa que el sistema capacitivo no estará sujeto a efectos
adversos de interferencias como, por ejemplo, interferencias EMI
reduciendo de esa manera el potencial para falsas acciones del
limpiaparabrisas, falsas detecciones, y similares.
El diseño fractal para los condensadores
C1-C4 puede usarse en cualquiera de las Figs.
1(a)-1(f).
La Fig. 1(c) es una vista en sección
transversal de otro ejemplo, que puede uswar el sistema de la Fig.
1(a) y una o más de las Figs. 2-12. En la
Fig. 1(c), la ventana de vehículo (p. ej., luneta trasera)
está hecha de únicamente una lámina de vidrio 10, y los electrodos
7, 8 del condensador están dispuestos sobre, directamente o
indirectamente, la superficie principal interior de la lámina de
vidrio 10. El condensador (p. ej., C1) mostrado en la Fig.
1(c) está diseñado de tal manera que se ve afectado por una
gota de lluvia (u otro material) en la superficie exterior de la
ventana porque el campo eléctrico Es del condensador se extiende
hasta o más allá de la superficie exterior de la ventana como se
muestra en la Fig. 1(c) y de esa manera puede interactuar
con la gota de lluvia u otro material en la superficie exterior de
la ventana. Cada uno de los condensadores C1-C4
está formado de manera similar. Hay que notar que el uso de la
palabra "sobre" en la presente cubre tanto directamente sobre
e indirectamente sobre, y no está limitada al contacto físico a
menos que se indique expresamente. Una capa opaca 9, similar a la
mostrada en la forma de realización de la Fig. 1(b), también
puede proporcionarse en la forma de realización de la Fig.
1(c) si se desea.
La Fig. 1(d) es una vista en sección
transversal de otro ejemplo, que puede usar el sistema de la Fig.
1(a) y una o más de las Figs. 2-12. En la
Fig. 1(d), la ventana de vehículo (p. ej., parabrisas
laminado) incluye unas láminas de vidrio 1 y 2 laminadas a la vez
por medio de una intercapa 3 con base de polímero, y opcionalmente
incluye un recubrimiento de baja E 4 en cualquiera de los sustratos
1 ó 2. La Fig. 1(d) difiere de la Fig. 1(b) en que
los electrodos 7, 8 del condensador se disponen en la superficie
principal de sustrato de vidrio 1 que está más lejos del interior
del vehículo. Los electrodos del condensador 7, 8 pueden hacer
contacto con la intercapa de polímero 3 en esta forma de
realización, en determinados casos de ejemplo. El condensador (p.
ej., C1, C2, C3 o C4) mostrado en la Fig. 1(d) está diseñado
de tal manera que se ve afectado por una gota de lluvia (u otro
material) en la superficie exterior de la ventana porque el campo
eléctrico Es del condensador se extiende hasta o más allá de la
superficie exterior de la ventana como se muestra en la Fig.
1(d) y de esa manera puede interactuar con la gota de lluvia
u otro material en la superficie exterior de la ventana. Cada uno
de los condensadores C1-C4 del sistema de sensores
está formado de una manera similar a la mostrada para el
condensador de la Fig. 1(d). La capa opaca 9 también puede
disponerse en la Fig. 1(d) si se desea, sobre una parte de
la ventana de manera que los electrodos del condensador queden
escondidos a la vista de los pasajeros del vehículo. En la fig.
1(d), los electrodos 7 y 8 pueden estar formados de una
frita de plata conductora o ITO impreso o estampado directamente
sobre y en contacto con la superficie del sustrato 1. Sin embargo,
esta invención no se limita a ello, y los electrodos 7 y 8 de uno o
más de los condensadores del sensor pueden en su lugar estar
formados y estampados a partir de una capa reflectante de IR
conductora metálica (p. ej., una capa con base de plata) de un
recubrimiento de baja E 4 que está soportada por la ventana.
La Fig. 1(e) es una vista en sección
transversal de otro ejemplo, que puede usar el sistema de la Fig.
1(a) y una o más de las Figs. 2-12. En la
Fig. 1(e), la ventana de vehículo (p. ej., parabrisas
laminado) incluye unas láminas de vidrio 1 y 2 laminadas a la vez
por medio de una intercapa 3 con base de polímero, y opcionalmente
incluye un recubrimiento de baja E 4 en cualquiera de los sustratos
1 ó 2. La Fig. 1(e) difiere de la Fig. 1(b) en que
los electrodos 7, 8 del condensador (p. ej., C1, C2, C3 o C4) se
disponen en la superficie principal del sustrato de vidrio exterior
2 que está más cerca del interior del vehículo. Los electrodos de
condensador 7, 8 pueden hacer contacto con la intercapa de polímero
3. El condensador (p. ej., C1, C2, C3 o C4) mostrado en la Fig.
1(e) está diseñado de tal manera que se ve afectado por una
gota de lluvia (u otro material) en la superficie exterior de la
ventana porque el campo eléctrico Es del condensador se extiende
hasta o más allá de la superficie exterior de la ventana como se
muestra en la Fig. 1(e)
y de esa manera puede interactuar con la gota de lluvia u otro material en la superficie exterior de la ventana. Cada uno de los condensadores C1-C4 del sistema de sensores está formado de una manera similar a la mostrada para el condensador de la Fig. 1(e). La capa opaca 9 también puede disponerse en la Fig. 1(e) si se desea, sobre una parte de la ventana de manera que los electrodos de condensador queden escondidos a la vista de un(os) pasajero(s) de vehículo.
y de esa manera puede interactuar con la gota de lluvia u otro material en la superficie exterior de la ventana. Cada uno de los condensadores C1-C4 del sistema de sensores está formado de una manera similar a la mostrada para el condensador de la Fig. 1(e). La capa opaca 9 también puede disponerse en la Fig. 1(e) si se desea, sobre una parte de la ventana de manera que los electrodos de condensador queden escondidos a la vista de un(os) pasajero(s) de vehículo.
La Fig. 1(f) es una vista en sección
transversal de otro ejemplo, que puede usar el sistema de la Fig.
1(a) y una o más de las Figs. 2-12. En la
Fig. 1(f), la ventana de vehículo (p. ej., parabrisas
laminado) incluye unas láminas de vidrio 1 y 2 laminadas a la vez
por medio de una intercapa 3 con base de polímero, y opcionalmente
incluye un recubrimiento de baja E 4 en cualquiera de los sustratos
1 ó 2. La Fig. 1(f) difiere de la Fig. 1(b) en que
los electrodos 7, 8 del condensador (p. ej., C1, C2, C3 o C4) se
disponen en la superficie principal del sustrato de vidrio interior
1 que está más cerca del interior del vehículo, a través del
elemento de soporte 12. El elemento de soporte 12, situado entre el
sustrato de vidrio 1 y los electrodos 7, 8, puede estar hecho de
vidrio, silicio o similares. El condensador (p. ej., C1, C2, C3 o
C4) mostrado en la Fig. 1(e) está diseñado de tal manera que
se ve afectado por una gota de lluvia (u otro material) en la
superficie exterior de la ventana porque el campo eléctrico Es del
condensador se extiende hasta o más allá de la superficie exterior
de la ventana como se muestra en la Fig. 1(f) y de esa manera
puede interactuar con la gota de lluvia u otro material en la
superficie exterior de la ventana. Cada uno de los condensadores
C1-C4 del sistema de sensores está formado de una
manera similar a la mostrada para el condensador de la Fig.
1(f). La capa opaca 9 también puede disponerse en la Fig.
1(f) si se desea, sobre una parte de la ventana de manera que
los electrodos 7, 8 del condensador queden escondidos a la vista de
un(os) pasajero(s) de vehículo.
La Fig. 2B es una vista en planta de un patrón
de ejemplo para un sistema capacitivo de cuadrante de los
condensadores con forma fractal C1-C4 para el
sensor capacitivo de acuerdo con esta invención. Los cuatro
condensadores mostrados en la Fig. 2B son similares a los de la
Fig. 2A, excepto por las formas concretas de los mismos. Los
condensadores de la Fig. 2B pueden usarse en cualquiera de las Figs.
1(a)-(f). Las líneas a puntos superpuestas muestran las
divisiones en cuatro condensadores distintos C1-C4.
La anchura de la línea exterior puede ser de aproximadamente 2 mm,
y la anchura de la línea interior puede ser de aproximadamente 1
mm.
La Fig. 3 es un dibujo aumentado de otro sistema
capacitivo de cuadrante de ejemplo de condensadores con forma
fractal C1-C4 para el sensor capacitivo de acuerdo
con esta invención. Los cuatro condensadores mostrados en la Fig. 3
son similares a los de las Figs. 2A y 2B, excepto por las formas
concretas de los mismos. Los condensadores fractales de la Fig. 3
pueden usarse en cualquiera de las Figs. 1(a)-(f). Las líneas
superpuestas muestran una división de ejemplo entre los
condensadores C1-C4 en la Fig. 3. Podrá apreciarse
que algunas formas de realización de ejemplo pueden tener sistemas
capacitivos con solamente dos condensadores. Sin embargo, es
preferente tener por lo menos cuatro condensadores para capturar y
obtener matices en perturbaciones.
El uso de la geometría fractal para los
condensadores sensores C1-C4 es ventajoso en reducir
falsas lecturas debido a interferencias EMI. En concreto, los
fractales a altas iteraciones ayudan a reducir las incidencias por
interferencias EMI, debido a que la jaula de Faraday o
cuasi-jaula de Faraday del fractal a altas
iteraciones reduce el acoplamiento EMI reduciendo de esa manera los
efectos adversos de las interferencias EMI. Los fractales a altas
iteraciones forman cuasi-jaulas de Faraday.
La electrónica de lectura de salida examina la
interacción de lluvia y/u otras perturbaciones en la ventana. Este
proceso puede llevarse a cabo mediante cargar secuencialmente los
condensadores, leer sus datos, cuantificar estos datos y/o eliminar
las cargas.
La Fig. 4 es un diagrama de circuito de un
circuito de detección o lectura de salida. El circuito de detección
de la Fig. 4 puede estar hecho de una unidad electrónica 12 y el
sistema de sensores capacitivos 5 de la Fig. 1. Cualquiera de los
condensadores de las Figs. 1(b)-1(f),
2A, 2B y/o 3 puede usarse como los condensadores
C1-C4 del circuito de la Fig. 4. El sistema de
circuito de la Fig. 4 se usa para un pulso de reloj de escritura en
la electrónica de lectura de salida. Los transistores Q1, Q2 y Q7
son MOSFETs de canal p, siendo principalmente los transistores Q1 y
Q2 responsables de una fase de escritura. Los transistores Q5 y Q6
son MOSFETs de canal n.
Todavía en relación a la Fig. 4, durante una
fase de escritura se introduce un pulso de escritura Clk_{Wr} en
la puerta del transistor Q7, que funciona como una resistencia o un
interruptor, cargando uno o más de los condensadores
C1-C4 de la capacitancia de sensor C_{s}. La Fig.
6 incluye ciertas señales usadas en el circuito de la Fig. 4 en el
ciclo de escritura. En el ciclo de escritura, el transistor Q1 se
encuentra en un modo saturado, ya que su puerta y su drenador están
conectados, de manera que Q1 está activado. Q4, Q5 y Q6 están
desactivados, y Q2 está activado durante el modo de escritura. Los
transistores Q3 y Q4 son opcionales. Cuando Q7 se activa por el
pulso de escritura, tenemos un ciclo de escritura, y Vcc aparece en
Cs a través de A y carga uno o más de los condensadores
C1-C4 de la capacitancia de sensor Cs. V_{cc}
puede ser un voltaje constante, como 5V. Uno o más de los
condensadores C1-C4 puede cargarse al mismo tiempo
durante un ciclo de escritura. Sin embargo, el circuito carga y lee
los condensadores C1, C2, C3 y C4, uno a uno (p. ej., véase Fig.
6). De esta manera, durante un ciclo de escritura, únicamente se
carga uno de los condensadores C1, C2, C3 o C4.
El proceso anterior descrito para el lado
izquierdo del circuito sensor de Fig. 4 está básicamente duplicado
en el lado opuesto o lado derecho del circuito de Fig. 4. Como la
corriente fluye a través del ramal del lado izquierdo, la corriente
también fluye en B a través del ramal del lado derecho, y se imitan
los cambios a C_{s}, o se imitan sustancialmente en la
capacitancia de replicación interna C_{int}. Cuando Q7 se activa,
la corriente también fluye a través de Q2 (que se encuentra
activado) y carga C_{int} usando Vcc. De esta manera, se imita la
carga de uno de los condensadores C1-C4 mediante la
carga del condensador C_{int}. En otras palabras, C_{int} se
carga al mismo nivel, o sustancialmente al mismo nivel, que el
condensador (p. ej. C1) que está siendo cargado al otro lado del
circuito de la Fig. 4. El voltaje de salida del circuito de Fig. 4,
Vout (o Vo), se basa en C_{int} y se toma en un electrodo o
próximo al mismo del condensador C_{int} como se muestra en la
Fig. 4. Una formula de ejemplo que refleja Vout (o Vo) se muestra en
la parte inferior de la Fig. 4. Por consiguiente, podrá apreciarse
que la salida Vout (o Vo) del circuito de Fig. 4-5
se refiere a y está basada en los condensadores
C1-C4 del sensor Cs. Más concretamente, la salida
Vout del circuito de Fig. 4-5 se refiere a y es
indicativa del estado de los condensadores C1-C4 y
los efectos en dichos condensadores de humedad en la superficie
exterior de la ventana, a pesar de que Vout no se toma directamente
de los condensadores C1-C4. En concreto, Vout (o Vo)
se captura durante un ciclo de escritura, debido al pulso de
escritura mostrado en la Fig. 4 (véase también la Fig. 6). En la
fórmula de la parte inferior de la Fig. 4 para Vout, W1 es para Q1,
W2 es para Q2, L1 es para Q1, L2 es para Q2, donde W es la anchura
de canal de transistores, y L es la longitud de canal de
transistores; y V_{T} es un voltaje umbral de cada MOSFET. Hay
que notar que alternativamente la salida Vout del circuito puede
tomarse directamente (en vez de indirectamente a través de
C_{int}) desde los condensadores sensores
C1-C4.
Los transistores Q3, Q4 son opcionales. Estos
transistores pueden encontrarse a voltajes bajos (p. ej.,
desactivados) durante la fase de escritura, y activados durante la
fase de borrado.
La señal de salida Vout (o Vo) del circuito
sensor de Fig. 4 (y Fig. 5) está modulada mediante la modulación
sigma-delta. Los moduladores
sigma-delta, que pueden usarse en un convertidor
digital a analógico (DAC) sigma-delta, pueden
proporcionar un nivel de formación o filtrado de ruido de
cuantificación que puede haber presente. Moduladores
sigma-delta de ejemplo que pueden usarse se
describen en las patentes US n^{os} 6.975.257, 6.972.704,
6.967.608 y 6.980.144. En la conversion
sigma-delta., se pueden llevar a efecto el
sobremuestreo, la conformación de ruido y/o el filtrado por
decimación. Ventajas de ejemplo de la modulación
sigma-delta incluyen uno o más de: i) los
requisitos de filtro de antisolapamiento analógico son menos
complejos y por tanto puede ser más barato que ciertos sistemas de
ejemplo basados en nyquist; ii) puede usarse un sistema de circuito
de muestreo y retención debido a la elevada frecuencia de muestreo
de entrada y a la conversión A/D de baja precisión; iii) ya que
puede haber fase(s) de filtrado digital detrás de la
conversión A/D, puede controlarse el ruido inyectado durante el
proceso de conversión como la oscilación de fuente de alimentación,
el ruido de referencia de tensión y el ruido en el propio
convertidor A/D; iv) ya que el convertidor
sigma-delta puede ser esencialmente lineal puede
que no sufra de nolinealidades diferenciales apreciables y/o
el(los) nivel(es) de ruido de fondo pueden ser
independientes del nivel de señal de entrada. Pueden obtenerse
relaciones S/N mejoradas.
La Fig. 25 que es una versión simplificada de un
sistema modulador sigma-delta, para modular y/o
convertir la señal de salida Vout (o Vo) del circuito de Fig. 4 (y
Fig. 5). En la Fig. 25, se usa un pulso de escritura (véase el
pulso en la parte inferior de la Fig. 25) para cargar el condensador
sensor (C1, C2, C3 o C4) como se ha explicado anteriormente con
respecto a la Fig. 5. Se usa la excitación de onda cuadrada (p. ej.,
para ciclos de escritura y/o borrado) en el condensador sensor para
cargar y descargar el mismo Este proceso se duplica o imita, para
C_{int}, como se explica en la presente. La señal de salida Vout
(o Vo) del circuito de Fig. 4 está modulada en
sigma-delta mediante un modulador
sigma-delta 60. El modulador 60 puede tomar la
forma de un circuito hardware, firmware, y/o software. Los pulsos de
reloj 62 de un reloj se introducen al modulador 60, que activan el
latch de un cuantificador del modulador 60. Una vez que las señales
de salida Vout (o Vo) se han modulado por el modulador
sigma-delta 60, las señales moduladas 64 se envían a
un filtro digital opcional 66 (p. ej., un filtro pasa bajo o
similar). El filtro digital 66 procesa la salida digital 64 de
modulador sigma-delta, que es un tren de 0s y 1s. A
continuación los datos se escalan de manera adecuada usando
un(os) coeficiente(s) de calibración. Los datos
filtrados 68 se leen a continuación a través de una interfaz serie
69 o similar y envían a un ordenador que lleva a cabo los cálculos
de correlación para segmentos de paquetes de datos. De esta manera,
a continuación se aplica sobre los datos de la interfaz 69 una
correlación (p. ej., una autocorrelación o una correlación cruzada)
como se explica en la presente. La Fig. 26 es similar a la Fig. 25,
excepto en que la Fig. 26 ilustra un sistema de condensadores
sensores C1-C4 que se multiplexan a través de un
multiplexor.
La Fig. 27 es un diagrama de bloques que ilustra
un ejemplo de una modulación sigma-delta que puede
llevarse a cabo en el modulador 60 de las Figs.
25-26- Nuevamente, esta modulación puede llevarse a
cabo mediante un circuito, firmware y/o software. La señal de
salida analógica Vout (o Vo) del circuito de Fig. 4 (y Fig. 5) se
recibe por un sumador 70 del modulador sigma-delta
60. El sumador 70 recibe la señal analógica Vout (o Vo) así como
una señal de retroalimentación de un bucle de retroalimentación 71
del modulador 60. La salida del sumador 70 se recibe por el
integrador 72 eligió salida se recibe por un cuantificador 74 como
un cuantificador de un bit. La salida digital 64 se filtra 66 a
continuación como se ha explicado anteriormente, etcétera. La
modulación sigma-delta es ventajosa en que
proporciona un sobremuestreo y permite tratar ruidos como las EMI y
reducir sus efectos adversos. En concreto, el ruido se distribuye
por el modulador sigma-delta en la banda de
frecuencia de manera que pueda mejorarse la relación señal/ruido
(S/N).
Haciendo referencia nuevamente a la Fig. 4, cada
condensador (C1, C2, C3, C4) se descarga antes de cargar el
siguiente. El proceso de descargar cada condensador se describe en
conexión con el pulso de borrado, con respecto a las Figs.
5-6.
La Fig. 5 es un diagrama de circuito del
circuito sensor de Fig. 4, con respecto a un ciclo de borrado.
Durante un ciclo de borrado, se descarga un condensador (C1, C2, C3
o C4) anteriormente cargado antes del siguiente ciclo de escritura.
La Fig. 6 incluye una señales de ejemplo usadas durante
el(los) ciclo(s) de borrado. No se lleva a cabo
ninguna lectura durante la fase de borrado. Durante un ciclo o una
fase de borrado, se desactiva Q7 (el pulso de escritura Clkw_{r}
no está presente), y se activan los transistores Q5 y Q6 mediante un
pulso de borrado Clk_{Er} (véase también la Fig. 6). De esta
manera, el condensador (C1, C2, C3 y/o C4) se descarga a tierra (p.
ej., V=0) o a una tierra virtual (VG), como hace C_{int}.
Nuevamente, C_{int} imita la capacitancia del sensor Cs. Una vez
que las capacitancias Cs y C_{int} se han conectado a tierra y
descargado, finalizan el pulso y ciclo de borrado. Entonces, puede
prepararse, cargarse y leerse el próximo condensador (C1, C2, C3 o
C4) en la secuencia.
De esta manera, con relación a las Figs.
4-6, podrá apreciarse que un sensor de lluvia
comprende: un circuito sensor que comprende por lo menos unos
condensadores sensores primero y segundo (p. ej., C1 y C2) que son
sensibles a la humedad en una superficie externa de una ventana, y
por lo menos un condensador imitador (C_{int}) que imita por lo
menos la carga y/o la descarga de por lo menos uno de los
condensadores sensores primero y segundo; en el que un pulso de
escritura (Clk_{wr}) hace que se cargue por lo menos el primer
condensador sensor (p. e., C1), y un pulso de borrado (Clk_{Er})
hace que se descargue sustancialmente cada uno de los condensador
sensor primero (p. ej., C1) y condensador imitador (C_{int}); en
el que la presencia de lluvia en la superficie externa de la
ventana en un campo sensor del primer condensador sensor (p. ej.,
C1) hace que un voltaje (véase Vo o Vout) en un electrodo de salida
del condensador imitador (C_{int}) fluctúe de manera proporcional
a la fluctuación del voltaje en un electrodo de salida (8) del
primer condensador sensor (p. ej., C1), incluso si no hay lluvia
presente en un campo del condensador imitador (C_{int}); y en el
que la lluvia se detecta en base a una señal de salida (véase Vo o
Vout) del electrodo de salida del condensador imitador (C_{int}),
en el que la señal de salida se lee por lo menos entre una
finalización del pulso de escritura (Clk_{wr}) y un comienzo del
pulso de borrado (Clk_{Er}) (véase el área de "lectura" en la
Fig. 6).
Todavía con relación a la Fig. 5, durante el
ciclo de borrado, el pulso de borrado Clk_{Er} hace que el
condensador (C1, C2, C3 y/o C4) y por tanto también el condensador
imitador C_{int} se descarguen a tierra (p. ej., un potencial
fijo como V=0) (véase el símbolo de tierra convencional en la Fig.
5). Sin embargo, se ha descubierto que una tierra fija puede llevar
a ciertos problemas. De esta manera, durante el ciclo de borrado el
pulso de borrado Clk_{Er} hace que el condensador (C1, C2, C3 y/o
C4) y por tanto también el condensador imitador C_{int} se
descarguen a una tierra virtual VG que es flotante (véase VG y el
símbolo de tierra en la Fig. 5). Dicho de otra manera, un electrodo
de cada uno de los condensadores C1-C4 es flotante.
Puede estar a un potencial/voltaje flotante o de referencia. Se ha
descubierto que una tierra flotante o virtual puede ser altamente
ventajosa (p. ej., una tierra flotante y/o un(os)
electrodo(s) de condensador puede(n) llevar a una
reducción considerable en los problemas de interferencias EMI). Por
ejemplo, dicha tierra flotante o virtual puede ayudar a reducir las
posibilidades de que el sistema sensor sea distorsionado por
interferencias EMI. A este respecto, se hace referencia a las Figs.
28(a) y 28(b) (junto con la Fig. 5).
En las Figs. 28(a)-(b), los números de
referencia 7 y 8 hacen referencia a los electrodos de un condensador
(p. ej., C1, C2, C3 o C4). En estas figuras, "q" hace
referencia a la carga y \Phi hace referencia al potencial
(\Phi1 es diferente de \Phi2). En la Fig. 28(a) el
condensador (p. ej., C1) está puesto a tierra a un potencial fijo
como 0 voltios (la carga en el electrodo puesto a tierra está fijada
a +q). A este respecto, cuando la carga en el electrodo 7 puesto a
tierra está fijada a +q, cuando se trae un cuerpo externo E_{B}
(p. ej., el dedo de una persona con una constante dieléctrica más
alta) a una zona sensora o de detección del condensador (p. ej.,
tocando la superficie frontal del parabrisas encima del condensador)
este cuerpo externo induce un cambio en la carga de -\Deltaq y el
otro electrodo 8 que no es fijo cambia de una carga de -q a una
carga de -q+\Deltaq en un intento de equilibrar la carga. De esta
manera, si se pusiera a tierra el condensador a un potencial fijo
como 0 voltios, y se leyera un voltaje de salida del condensador, se
leerían cambios de carga causados por un \Deltaq que no es
necesario, y esto puede llevar a falsas lecturas. Comparando las
Figs. 28(a) y 28(b), la Fig. 28(b) ilustra una
ventaja de hacer que un electrodo 7 del condensador sensor (p. ej.,
C1-C4) sea flotante (p. ej., a una tierra flotante o
virtual). En la Fig. 28(b), la carga q en el electrodo 7 no
es fija. P. ej., la carga del electrodo 7 cambia de +q' a +q''
cuando el cuerpo externo hace contacto con el parabrisas en una
zona sensora o de detección, indicando de esa manera la naturaleza
flotante del electrodo. En la Fig. 28(b), cuando el cuerpo
externo (p. ej., el dedo de una persona) se aplica al parabrisas
encima de la zona sensora o de detección del condensador las cargas
libres en ambos electrodos 7 y 8 del condensador cambian. De esta
manera, el efecto adverso de \Deltaq se elimina o reduce usando la
tierra flotante o virtual VG (el electrodo 7 es flotante). En
concreto, cuando el electrodo 7 es flotante como en la Fig.
28(b), el cuerpo externo (E_{B}) no afecta de manera
adversa a la suma de la carga debido a que sumar las cargas (+q'' y
-q'') de los electrodos 7 y 8 cuando el cuerpo externo está presente
da un resultado de cero o prácticamente cero. Las falsas lecturas
debidas a interferencias EMI también pueden reducirse usando esta
característica flotante. De esta manera, la naturaleza flotante
puede permitir que los valores absolutos de las cargas q en los
electrodos del condensador 7 y 8 sean iguales o sustancialmente
iguales incluso cuando está presente el cuerpo externo ya que el
electrodo 7 es flotante y no está fijado a tierra. Esta es una razón
de ejemplo de por qué puede ser ventajoso hacer que los electrodos
7 de los condensadores C1-C4 sean flotantes, o estén
puestos a una tierra virtual VG como se muestra en la Fig. 5. De
esta manera, haciendo referencia a las Figs. 5 y 28, los
condensadores sensores C1-C4 son flotantes y sus dos
electrodos están aislados de la tierra. Por consiguiente, el sensor
de lluvia comprende por lo menos un condensador sensor (C1, C3, C3
y/o C4) que sea sensible a la humedad en una superficie externa de
una ventana, incluyendo el condensador sensor un primer electrodo
de condensador (8) que recibe una señal de carga y un segundo
electrodo de condensador (7) separado del primer electrodo de
condensador (8); y en el que el segundo electrodo de condenador (7)
es flotante de manera que el condensador sensor está aislado de la
tierra.
La Fig. 6 es un diagrama de temporizador de
ejemplo de las señales aplicadas a o a ser capturadas del circuito
de Fig. 4-5 durante los modos/ciclos de escritura y
borrado. Como se ha notado anteriormente, los condensadores
(C1-C4) se cargan, se leen, se cuantifican y se
borran secuencialmente. La Fig. 6 muestra un pulso de reloj de
escritura (Clk_{wr}) y de borrado (Clk_{Er}) para cada
condensador C1-C4, en secuencia. Entonces, los
voltajes son cuantificados y puestos en la salida. Los voltajes de
salida variables Vol-Vo4 se corresponden con los
condensadores C1-C4 respectivamente, y por tanto
C_{int}. Hay que notar que las señales de salida
Vo1-Vo4 en la Fig. 6 son tomadas en V_{out} (o Vo)
en las Figs. 4-5. Además, en la Fig. 6, las señales
de salida Vo son leídas o analizadas (p. ej., para una
autocorrelación y/o una correlación cruzada) en el pico de las
zonas de lectura (véase "Leer" en la Fig. 6) de las señales de
salida donde las señales de salida están sustancialmente
estabilizadas y/o el condensador saturado. En concreto, la señal de
salida V_{out} (o Vo) en la Fig. 6 para un condensador concreto,
se lee en la "zona de lectura" tras la finalización del pulso
de escritura (Clk_{wr}) para ese condensador, y antes y/o hasta
el comienzo del pulso de borrado (Clk_{Er}) para ese
condensador.
condensador.
Todavía en referencia a la Fig. 6, por ejemplo,
una gota de agua en la superficie exterior de un parabrisas
afectará a la magnitud de la(s) señal(es) de salida
V_{out} (o Vo). Por ejemplo, una gota de agua encima de la zona
de un condensador dado (p. ej., C1) hará que el nivel de
la(s) señal(es) de salida V_{out} (o Vo) para dicho
condensador en la zona de "lectura" de la señal sea superior
comparado con una situación en la que dicha gota no esté presente.
La magnitud o el nivel exacto dependen del tamaño de la gota de
agua. Con cantidades de agua incrementales, la magnitud de la señal
en la zona de "lectura" se vuelve superior debido a que la
constante dieléctrica del agua es superior a la del vidrio y/o a la
del aire y esto hace que aumente la capacitancia. De manera
similar, si no hay ninguna gota de agua presente en el parabrisas
encima de la zona de un condensador dado (p. ej., C1) entonces esto
hará que el nivel de la(s) señal(es) de salida
V_{out} (o Vo) para el condensador en la zona de "lectura"
de la señal de salida sea inferior comparado con una situación en
la que haya una gota presente.
Las señales del (de los) condensador(es)
pueden convertirse de analógico a digital a través de un esquema de
modulación sigma-delta o similar, que puede
implementarse a nivel de software o de cualquier otra manera
adecuada como a través de hardware. El principio que hay detrás de
una arquitectura sigma-delta es hacer evaluaciones
bastas de la señal, medir el error, integrarlo, y compensar a
continuación ese error. Los datos pueden ser sobremuestreados a una
frecuencia dada de por lo menos 32 kHz, p. ej., más preferentemente
de 64 kHz, aunque podrá apreciarse que también pueden usarse otras
frecuencias de muestreo. La cuantificación en curso puede
recuperarse mediante el esquema de modulación
sigma-delta para producir una salida binaria simple
de 0 ó 1, correspondiente a activado y desactivado,
respectivamente, De esta manera, el esquema de modulación
sigma-delta puede usarse para reducir ruido (p.
ej., a la cola de una señal) y producir un tren de salida digital
(p. ej., 1s y 0s).
Antes de analizar la operación detallada de y
matemáticas de ejemplo que hay detrás de un algoritmo de un sensor
de ejemplo, se proporcionará un resumen de los estados que pueden
tomar el sensor y/o los limpiaparabrisas en conexión con la Fig. 7,
que se trata de un diagrama de estados de ejemplo que muestra como
pueden usarse datos de autocorrelación y de correlación cruzada
para controlar limpiaparabrisas de vehículo. El sistema comienza en
un Estado de Inicio/Inicialización S702. En este estado, se vacían
todas las memorias intermedias. En base a las entradas de los
condensadores C_{1}, C_{2},..., C_{n}, se lleva a cabo una
conversión analógico-a-digital de
las señales de las respectivas entradas a través de la modulación
sigma-delta. Se leen los datos para la pluralidad
de canales a lo largo de un periodo de tiempo T. El Estado Selector
del Modo de Operación S704 funciona como un interruptor que
selecciona entre el modo manual y automático de limpiaparabrisas.
Si el Estado Selector del Modo de Operación S704 indica que se
selecciona el modo manual, entonces en el Estado de Modo Manual
S706 puede deshabilitarse un modo automático y puede habilitarse un
modo manual preexistente. A continuación, el sistema vuelve al
Estado de Inicio/Inicialización S702. Sin embargo, si el Estado
Selector del Modo de Operación S704 indica que se selecciona el
modo automático, entonces se selecciona el modo automático de
limpiaparabrisas en el Estado de Modo Automático S708.
En el Estado de Motor Autocorrelador S710, se
llevan a cabo por lo menos tres cálculos. En primer lugar, se
calcula una autocorrelación normalizada para cada entrada de señal
del sistema capacitivo. En segundo lugar, se calcula el gradiente
de la autocorrelación. En tercer lugar, puede calcularse la
diferencia entre la entrada de señal y una señal no perturbada de
referencia (\Delta_{1}). Esta información es pasada al Estado
¿Está Lloviendo? S712, en el que se verifican por lo menos tres
condiciones para determinar si es probable que esté lloviendo, haya
humedad en el parabrisas, etc. Indicaciones probables de lluvia son
que el gradiente de la autocorrelación sea mayor que 1, que todos
los valores de autocorrelación sean positivos, y/o que
\Delta_{1} sea mayor que un valor umbral predefinido t1. Si no
se cumplen estas condiciones, el sistema se mueve al Estado Detener
Limpiaparabrisas/Parar Motor S714, en el que los limpiaparabrisas se
desactivan (si están en movimiento) o no se accionan, y el motor se
para (si está en marcha), y el sistema se devuelve al Estado de
Inicio/Inicialización S702.
Por otro lado, si se cumplen todas las
condiciones (p. ej., es probable que haya una interacción de agua,
humedad o alguna otra perturbación en el vidrio, etc.), el sistema
se mueve al Estado de Velocidad Más Baja S716, en el que el motor
de limpiaparabrisas se activa a la velocidad más baja disponible. En
el Estado de Motor de Correlación-Cruzada S718, se
calcula la correlación cruzada entre las señales de entrada de los
condensadores. Se determina la forma de la curva de correlación
cruzada, y se verifica la simetría de los dos lados de la curva de
correlación cruzada. Tal y como se describirá más adelante, estas
verificaciones ayudan, por ejemplo, a determinar el tipo de
perturbación (p. ej., lluvia ligera, lluvia fuerte, niebla, nieve,
etc.) que está golpeando la ventana (p. ej., el parabrisas). En el
Estado de Evaluación del Nivel de Lluvia S720, se determina el
"nivel de lluvia" (p. ej., fuerte, ligera, etc.). En base a
esta determinación, se activa el motor de limpiaparabrisas a la
velocidad adecuada en el Estado Selector de Velocidad S722. Por
último, el sistema se devuelve al Estado de Inicio/Inicialización
S702 para determinar si hay o no algún cambio en las condiciones
externas al coche.
Los pasos llevados a cabo por el sensor de
lluvia se describirán con mayor detalle en conexión con la Fig. 8,
que es un diagrama de flujo a título de ejemplo que muestra cómo
pueden usarse los datos de autocorrelación y de correlación cruzada
para controlar los limpiaparabrisas. En la Fig. 8, en la etapa S800
se vacían las memorias intermedias, y se aplica la modulación
sigma-delta sobre los datos que se obtienen a la
salida del circuito de Fig. 4-5 (p. ej., de
C_{int}, de los condensadores C1-C4), y se leen en
S802.
El algoritmo para determinar si poner o no en
marcha los limpiaparabrisas, y si es el caso, la velocidad a la que
poner en marcha los limpiaparabrisas, comienza autocorrelando los
datos modulados mediante la modulación sigma-delta
en la etapa S804. La autocorrelación puede usarse para analizar
funciones de series de valores, como señales de dominio temporal.
Una autocorrelación es la correlación cruzada de una señal consigo
misma. La autocorrelación se usa para encontrar patrones
repetitivos o prácticamente repetitivos en una señal como, por
ejemplo, determinar la presencia de una señal periódica escondida
bajo ruido, identificar la frecuencia fundamental de una señal que
propiamente no contiene esa componente frecuencial pero implica
dentro de la misma muchas frecuencias armónicas, etc. La
correlación cruzada es una medida de la similitud de dos señales, y
se usa para encontrar características en una señal desconocida
comparando la misma a una conocida; en otras palabras, puede usarse
para llevar a cabo la identificación mediante la huella digital de
una señal. La correlación cruzada es una función del tiempo
relativo entre las señales. Se aplica la correlación cruzada sobre
las señales digitales de dos condensadores cualquiera (p. ej., C1 y
C2), en proximidad espacial cercana, y el sistema busca cualquier
grado de correlación en periodos de tiempo diferentes a un periodo
de tiempo de cero. Esta correlación
espacio-temporal permite al sistema extraer patrones
de cómo la lluvia que cae se proyecta a sí misma eléctricamente
sobre el sistema de sensores. Como ejemplo, el sistema puede tomar
el caso de gotas de lluvia que se mueven sobre un condensador C1 en
un instante t0 y la misma gota que "tocan" otro condensador C4
(espacialmente separado por una distancia L de C1). Si la gota se
mueve a una velocidad media de Vi, el tiempo (t0+T), donde T=L/Vi,
la función de correlación cruzada tendrá otro extremo o doblez. La
magnitud normalizada de este valor extremo puede permitir al
sistema determinar el grado de lluvia que cae sobre el sensor.
Cada condensador C1-C4 tiene una
función de autocorrelación asociada con la Vout digitalizada que
resulta de la adquisición de datos del mismo (o la correspondiente
adquisición de datos de C_{int}). La función de autocorrelación
depende de la diferencia temporal, en vez del propio tiempo.
Calcular autocorrelaciones es beneficioso porque permite, por
ejemplo, deducir la frecuencia fundamental independientemente de la
fase. Las autocorrelaciones son ventajosas sobre otros métodos,
como las transformadas de Fourier (que también pueden usarse) que
proporcionan información únicamente sobre los armónicos subyacentes.
De esta manera, el uso de la autocorrelación de los datos
adquiridos de los condensadores C1-C4 (que como se
ha explicado anteriormente, incluye los correspondientes datos
adquiridos del C_{int} intimador) puede usarse para detectar y
distinguir gotas de agua, suciedad, polvo, gotitas de agua; un
aguacero, etc.
Hay que notar que en la presente se considera
que los datos de C_{int} son de los condensadores
C1-C4 debido a que la capacitancia C_{int} imita
o sustancialmente imita a las capacitancias C1-C4
como se ha explicado anteriormente. De esta manera, cuando hablamos
sobre recibir datos de los condensadores (p. ej.,
C1-C4), esto cubre e incluye recibir datos de la
capacitancia C_{int}. En otras palabras, se considera que la
salida del circuito de Fig. 4-5 es de los
condensadores C1-C4, incluso si no se toma
directamente de los mismos.
La lluvia, como una función del tiempo, puede
representarse mediante la siguiente fórmula:
Esencialmente, b toma un valor binario que
indica si está lloviendo (1) o no (0). Podrá apreciarse que b es
por lo menos de dos bits, y que para la modulación
sigma-delta pueden usarse 24 bits. También podrá
apreciarse que podría introducirse una escala, potencialmente para
capturar más datos relacionados con los voltajes en los
condensadores C1-C4 (o C_{int}).
Al final de un ciclo de muestreo L, por
ejemplo, la salida del circuito de Fig. 4-5, p. ej.,
del sistema de cuatro condensadores C1-C4 (o a
través de C_{int}), va desde 0000 hasta 1111, usando datos
digitales binarios. Un único bit a uno puede iniciar una acción del
limpiaparabrisas única. En el caso en el que todos los bits estén a
cero (0000) o todos los bits estén a uno (1111), entonces no puede
iniciarse ninguna acción del limpiaparabrisas, debido a que
probablemente no hay nada sobre el parabrisas, el coche está
completamente sumergido, etc., ya que todos los condensadores en el
array estarían leyendo lo mismo lo que no es consistente con la
caída de lluvia sobre una ventana. De esta manera, los eventos más
probables en los que serán necesarios los limpiaparabrisas son los
que se encuentren en el intervalo de 0001 a 1110 (es decir, cuando
la salida de todos los condensadores en el sistema no es la misma).
Cuando los datos se encuentran en este intervalo, o incluso si no
se encuentran en este intervalo, pueden ejecutarse funciones de
correlación (funciones de autocorrelación y/o de correlación
cruzada) usando la siguiente integral. Podrá apreciarse que la
integral que se indica a continuación puede rescribirse de otras
maneras como, por ejemplo, un sumatorio. Las correlaciones entre
dos gotas a lo largo de un periodo de tiempo largo pueden calcularse
de acuerdo con la siguiente fórmula:
donde R_{b} es la
correlación de un evento binario, dada como una función de las
resistencias r_{i} en los instantes de tiempo
t_{i}; y L es un periodo de muestreo largo durante
el cual se capturan los datos. El periodo de muestreo L
puede ser aproximadamente de entre 10 y 100 ms, y más
preferentemente aproximadamente de 20-30 ms, que
corresponde aproximadamente a la frecuencia a la que puede discernir
un ojo humano estándar. R_{b} también es igual a una
función de la correlación de los cambios en las resistencias en los
condensadores \Delta\bar{r} y el cambio en el tiempo. Cuando
\Delta\bar{r} = 0, se determina el valor de autocorrelación ya
que se están analizando los datos del mismo condensador, y cuando
\Delta\bar{r} \neq 0, se calculan correlaciones cruzadas ya
que la correlación se lleva a cabo sobre datos de diferentes
condensadores.
Estas funciones están sujetas a varias
restricciones y suposiciones subyacentes de ejemplo. En primer
lugar,
Esta restricción básicamente significa que una
gota de agua o similar se está moviendo a una escala temporal dada.
En segundo lugar,
Esta restricción imita o sustancialmente imita
lo que ocurre cuando unas gotas de agua o similares se mueven de un
condensador a otro. De esta manera, las funciones de correlación
podrían interpretarse como pasos discretos p en espacio y T en
tiempo. Esta característica puede representarse matemáticamente como
la siguiente ecuación:
Básicamente, la parte izquierda de la ecuación
establece una red teórica en espacio y tiempo a través de la cual
se mueve una gota de agua o similar. Por ejemplo, la Fig. 9 es una
vista estilizada de ejemplo de cómo una gota de lluvia podría
viajar a través de un parabrisas. La Fig. 9 muestra una gota de agua
moviéndose a través de un parabrisas en el plano
X-Z durante un periodo de tiempo inicial (t=0) y
cierto tiempo de cantidad más tarde (t=T). La suposición de que la
distribución de las gotas es uniforme en el espacio y tiempo permite
la creación de un campo binario producido por la lluvia que es en
un sentido amplio estacionario. El sistema también asume que la
correlación temporal entre los pixeles preferentes en la misma
vecindad es elevada en la dirección de la lluvia. Por último, el
grado de autocorrelación y de correlación cruzada en el tiempo
cuantifica la caída de la lluvia y otras perturbaciones.
Podrá apreciarse que puede ahorrarse tiempo de
cálculo debido a la naturaleza de las matrices de correlación y a
la naturaleza de la lluvia caída. Por ejemplo, las matrices de
correlación pueden ser simétricas. Además, como otro ejemplo,
debido a que la lluvia tiende a caer hacia a bajo desde el cielo y
moverse hacia arriba a lo largo de un parabrisas, puede ser
suficiente comparar únicamente condensadores que se disponen
verticalmente uno respecto al otro en correlación cruzada, al
tiempo que se ignoran los condensadores horizontalmente
adyacentes.
Hay que notar que mientras se usan datos
binarios, también pueden utilizarse datos de la escala de grises
con respecto a las salidas del circuito de las Figs.
4-5, o de otro(s) circuito(s)
similar(es) o adecuado(s).
Una vez que se ha ejecutado la autocorrelación
en la etapa S804 (p. ej., usando la(s) ecuación(es)
anteriormente analizada(s), o alguna(s)
otra(s) ecuación(es) de correlación
adecuada(s)), pueden llevarse a cabo una o más
comprobaciones para mejorar la precisión del sistema. Ejemplos de
tales comprobaciones (p. ej., si los datos autocorrelados Rxx
tienen valores negativos, si un gradiente es mayor que uno, y/o si
la forma de una curva Rxx es diferente o considerablemente
diferente a la de los datos de una autocorrelación no perturbada
normalizada almacenados en memoria) se muestran en la parte
inferior del cuadro para la etapa S804 en la Fig. 8. Pueden
llevarse a cabo una, dos o las tres comprobaciones.
Por ejemplo, una comprobación de los datos de
autocorrelación en la etapa S806 puede ser determinar si los datos
autocorrelados de uno o más de los condensador(es) (C1, C2,
C3 y/o C4; o a través del C_{int} imitador) comprenden valores
negativos. Por ejemplo, cuando los datos autocorrelados tienen
valor(es) negativo(s), entonces el sistema o método
puede indicar que no está lloviendo, puede detener los
limpiaparabrisas, y/o puede no accionar los limpiaparabrisas (véase
la etapa S806). Esta comprobación es para determinar, por ejemplo,
si una perturbación detectada es la lluvia. A este respecto, la
Fig. 10 es un ejemplo de un trazado gráfico de valores máximos de
autocorrelaciones normalizadas para diferentes perturbaciones
obtenidos experimentalmente. La Fig. 10 ilustra que las señales de
agua son mayores que las señales no perturbadas y que son positivas,
y que interferencias externas como ondas electromagnéticas de
radios CB y de la mano humana que está tocando una ventana tienden
a estar por debajo de los niveles de no perturbación y que pueden
ser negativos. De esta manera, para eliminar o reducir falsas
detecciones debidas a perturbaciones externas como, por ejemplo, la
mano humana que está tocando la ventana, interferencias de señales
de radio, etc., cualquier señal con valores negativos de
autocorrelación se considera como un evento de "no lluvia".
Podrían considerarse los valores negativos de autocorrelación, o
podrían tomarse otras medidas para eliminar o reducir detecciones
falsas debidas a interferencias externas por, por ejemplo,
comparación de gradientes (p. ej., cualquier curva inferior o menor
que la curva/el trazado de no perturbación de la Fig. 10 puede
considerarse como un evento de "no lluvia"), condensadores de
apantallado, etc.
Una segunda comprobación de ejemplo de los datos
de autocorrelación es comprobar si un gradiente de una curva de
autocorrelación asociada con los datos autocorrelados es mayor que
uno; y si no entonces el sistema o método puede indicar que no está
lloviendo, detener los limpiaparabrisas y/o no accionar los
limpiaparabrisas del vehículo (véase la etapa S806). En esta
comprobación, se comprueba el gradiente de la autocorrelación
normalizada de la perturbación. El gradiente de la autocorrelación
normalizada de una señal no perturbada es cercano a 1. Medir el
gradiente es beneficioso debido a que no se ve afectado por los
cambios de temperatura. De esta manera, el sensor de lluvia puede
ser prácticamente inmune a falsas lecturas debidas a cambios de
temperatura en determinadas formas de realización de ejemplo de
esta invención. Los gradientes inferiores a 1 (o algún otro valor
predeterminado) pueden considerarse como eventos de no lluvia.
Un tercer ejemplo de comprobación de datos de
autocorrelación es determinar si hay una coincidencia o una
coincidencia sustancial entre una curva de autocorrelación asociada
con los datos autocorrelados y una o más curva(s) de
autocorrelación predeterminada(s) almacenadas en una base de
datos y/o en memoria. Cuando la forma de la curva de
autocorrelación asociada con los datos autocorrelados del circuito
de Fig. 4-5 es diferente o sustancialmente
diferente con respecto a la curva de autocorrelación referente a los
datos de una autocorrelación no perturbada normalizada, esto puede
considerarse como un evento de no lluvia y puede indicarse que no
está lloviendo, pueden detenerse los limpiaparabrisas, y/o puede no
accionarse los limpiaparabrisas (véase la etapa S808). Sin embargo,
cuando hay una coincidencia o una coincidencia sustancial entre la
curva de autocorrelación asociada con los datos autocorrelados del
circuito de Fig. 4-5 y una curva de autocorrelación
predeterminada asociada con humedad como lluvia, entonces puede
indicarse que está lloviendo, pueden accionarse los limpiaparabrisas
o seguir moviendo los mismos.
A este respecto, la forma de la curva de
autocorrelación puede usarse para reducir falsas acciones del
limpiaparabrisas y/o falsas detecciones. Concretamente, la
autocorrelación normalizada de una señal no perturbada se usa como
referencia. Entonces, la autocorrelación normalizada de cada señal
capturada del circuito de Fig. 4-5 se compara a la
referencia para identificar la huella digital más cercana en
determinados casos de ejemplo. Generalmente, cuanta más agua hay
presente en la zona de detección, mayor es la diferencia entre la
señal de referencia y la señal observada. De esta manera, pueden
compararse instantáneas de correlación con instantáneas de
referencia de eventos bien conocidos como la presencia de lluvia,
suciedad, ninguna perturbación, hielo, etcétera. En general, los
instantáneas de correlación pueden estar normalizados, aunque la
invención no se limita a ello. Los instantáneas de correlación
preferentemente trazan valores r versus cantidades de tiempo a lo
largo de un intervalo de tiempo discreto.
Cuando hay una coincidencia o una coincidencia
sustancial entre la curva de autocorrelación asociada con los datos
autocorrelados del circuito de Fig. 4-5 y una curva
de autocorrelación predeterminada asociada con una sustancia no
húmeda como la suciedad, entonces esto puede considerarse como un
evento de no lluvia y puede indicarse que no está lloviendo, pueden
detenerse los limpiaparabrisas y/o pueden no accionarse los mismos
(véase la etapa S808).
De esta manera, podrá apreciarse que la forma de
la curva de autocorrelación que resulta de la salida de datos del
circuito de Fig. 4-5 (desde los condensadores
C1-C4, o a través de C_{int}) puede usarse para
reducir falsas acciones del limpiaparabrisas como una tercera
condición. Por ejemplo, una curva de autocorrelación normalizada de
una señal no perturbada puede usarse como referencia. Entonces, la
autocorrelación normalizada de cada señal capturada del circuito de
Fig. 4-5 se compara a la referencia para identificar
la huella digital más cercana. Generalmente, cuanta más agua hay
presente en la zona de detección, mayor es la diferencia entre la
señal de referencia y la señal observada/detectada. De esta manera,
pueden compararse instantáneas de correlación con instantáneas de
referencia de eventos bien conocidos. En general, las instantáneas
de correlación pueden estar normalizadas. Los instantáneas de
correlación preferentemente trazan valores r versus cantidades de
tiempo a lo largo de un intervalo de tiempo
discreto.
discreto.
Un potencial problema con los sensores de lluvia
capacitivos es que los cambios rápidos de temperatura (p. ej.,
debido a la frita negra de absorción de radiación usada para
cosméticamente esconder el patrón de sensor) cambian la
"constante" dieléctrica (permitividad) del vidrio. Entonces
esto se registra como un cambio de capacitancia y puede
interpretarse erróneamente como una señal de lluvia. Sin embargo,
una función de autocorrelación normalizada se mantiene inalterable,
o sustancialmente inalterable, para diferentes temperaturas a pesar
de que puede haber diferencias para las funciones de
autocorrelación no normalizadas para las diferentes temperaturas.
De esta manera, el sistema sensor no se ve afectado o no se ve
sustancialmente afectado por los cambios de temperatura.
Además, la acumulación extremadamente lenta de
agua como la bruma ultrafina puede acumularse lentamente hasta un
nivel que active unos sensores basados en convertidores de
frecuencia de Nyquist. En el tiempo de observación que concierne al
ojo humano (p. ej., 30-60 Hz), la función de
autocorrelación es capaz de distinguir entre la acumulación
ultralenta de rocío o condensación y la bruma y lluvia normales.
La Figs. 11A-11D proporcionan
instantáneas de correlación obtenidas experimentalmente de muestra.
Estas instantáneas de correlación, o huellas digitales de un
evento, pueden almacenarse como huellas digitales o curvas de
correlación de referencia. Las instantáneas de correlación
observada/detectada (p. ej., curvas de autocorrelación) pueden
compararse a estas huellas digitales de referencia para determinar
el tipo de evento que se está produciendo. Por ejemplo, la Fig. 11A
es una instantánea de autocorrelación obtenida experimentalmente
indicativa de lluvia fuerte. La Fig.11B es una instantánea de
autocorrelación obtenida experimentalmente indicativa de bruma
ligera. La Fig.11C es una instantánea de autocorrelación obtenida
experimentalmente indicativa de interferencias de radio CB. La
Fig.11D es una instantánea de autocorrelación obtenida
experimentalmente indicativa de un cuerpo con un voltaje puesto a
tierra. Podrá apreciarse que estas huellas digitales se proporcionan
como ejemplos y reflejan datos obtenidos experimentalmente. Los
eventos reales pueden diferir en diversas características. De esta
manera, cuando se determina que hay una coincidencia o una
coincidencia sustancial entre la curva de autocorrelación asociada
con los datos autocorrelados del circuito de Fig.
4-5 y una curva de autocorrelación de no humedad
predeterminada como la de la Fig. 11C o Fig. 11D, entonces esto
puede considerarse como un evento de no lluvia y puede indicarse
que no está lloviendo, pueden detenerse los limpiaparabrisas y/o
pueden no accionarse los mismos (véase la etapa S808). Sin embargo,
cuando se determina que hay una coincidencia o una coincidencia
sustancial entre la curva de autocorrelación asociada con los datos
autocorrelados del circuito de Fig. 4-5 y una curva
de autocorrelación relacionada con humedad predeterminada como la de
la Fig. 11A o Fig. 11B, entonces esto puede considerarse como un
evento de lluvia y puede indicarse que está lloviendo, pueden
accionarse los limpiaparabrisas y/o pueden seguir moviéndose los
mismos. Además de las curvas de autocorrelación predeterminadas de
las Figs. 11A-11D, pueden almacenarse y/o compararse
otras huellas digitales de referencia con instantáneas de
correlación observadas en otras formas de realización de ejemplo de
esta invención.
Volviendo a la Fig. 8, en la etapa S806, se
determina si se cumple cada una de las tres condiciones mostradas
en la parte inferior del cuadro de S804. Concretamente, se determina
en S806 si se cumple cada una de las siguientes: a) los datos
autocorrelados no tienen datos negativos; b) un gradiente de una
curva de autocorrelación asociada con dichos datos autocorrelados
es mayor que un valor predeterminado como uno; c) la forma de la
curva de autocorrelación asociada con los datos autocorrelados del
circuito de Fig. 4-5 es diferente a una curva de
autocorrelación predeterminada asociada con datos de autocorrelación
no perturbados. Si no se cumplen todas las condiciones, esto es una
indicación de un evento de no lluvia y el proceso se mueve a la
etapa S808 en la que se detiene(n) el(los)
limpiaparabrisas de vehículo (si se está(n) moviendo) o se mantienen
desactivados, y se inicia nuevamente la inicialización de S800. Sin
embargo, si se cumplen todos estos requisitos en S806, entonces el
proceso se mueve a S810 y se activan los limpiaparabrisas de
vehículo (p. ej., los limpiaparabrisas de parabrisas) a su
velocidad más baja.
La Fig. 13 ilustra un ejemplo de
autocorrelación. En la Fig. 13, los valores del (o correspondientes
al) condensador sensor C1 son, en unos tiempos secuenciales -t2,
-t1, t0, t1, t2 y t3 son 0, 0, 1, 1, 0 y 0 respectivamente. La
autocorrelación para el instante 0 (aco) se determina multiplicando
los valores correspondientes a C1 de una manera no desfasada, y
añadiendo o sumando a continuación los resultados. Puede verse en la
Fig. 13 que aco es igual a 2 en este caso. De esta manera, en el
gráfico de autocorrelación en la parte inferior de la Fig. 13, se
produce una entrada en el gráfico en el instante 0 para un valor de
autocorrelación de 2. Hay que notar que el gráfico de
autocorrelación en la parte inferior de la Fig. 13 es similar,
aunque más simple que el gráfico de autocorrelación de la Fig. 10 y
los valores de autocorrelación pueden obtenerse para la Fig. 10 de
una manera similar. A continuación, todavía con relación a la Fig.
13, se lleva a cabo una autocorrelación usando los valores de
capacitancia correspondientes a C1 para el siguiente punto en el
tiempo para obtener el valor de autocorrelación ac1. Este siguiente
valor de autocorrelación (ac1) se obtiene desplazando la secuencia
de valores de la fila inferior para C1 con respecto a la fila
superior como se muestra en la Fig. 13, y multiplicando a
continuación los valores en las filas que forman una misma línea y
sumando los resultados. La Fig. 13 ilustra que acl es igual a 1
para el tiempo 1. De esta manera, este valor de autocorrelación de 1
para el tiempo t1 puede introducirse en el gráfico en la parte
inferior de la Fig. 13 y se dibuja una línea entre los dos puntos
de datos introducidos para fines de ejemplo y entendimiento. El,
para el siguiente valor (o periodo) de tiempo, se vuelve a correr
la fila inferior a otro segmento más arriba con respecto a la fila
superior y se repite el proceso, y así sucesivamente. Puede verse
que los trazados de autocorrelación en la Fig. 10 pueden obtenerse
de manera similar. En la Fig. 13, podrá apreciarse que puede
llevarse a cabo una correlación cruzada sustituyendo los valores
correspondientes a C1 en la fila inferior con valores de o
correspondientes a otro condensador como C2 (o C3 o C4).
Examinar una autocorrelación y/o correlación
cruzada también puede ayudar a distinguir entre, por ejemplo, una
ligera lluvia o lluvia fuerte. Por ejemplo, si solamente la
autocorrelación en el tiempo es alta (y la correlación cruzada es
baja), entonces probablemente únicamente hay una lluvia ligera. La
Fig. 12A es una matriz de correlación de ejemplo que muestra lluvia
ligera. A notar en la Fig. 12A es que las correlaciones entre C1 y
C1, C2, y C2, C3 y C3, y C4 y C4 (estas son autocorrelaciones) a lo
largo de un periodo de tiempo dado son altas, mientras que el resto
de correlaciones (las correlaciones cruzadas) son bajas. En base a
hipótesis y datos experimentales confirmados, una matriz de este
tipo indicaría una lluvia ligera.
Por otro lado, si tanto la autocorrelación como
la correlación cruzada en el tiempo entre las señales de los
condensadores son altas, probablemente haya lluvia fuerte. La Fig.
12B es una matriz de correlación de ejemplo que muestra lluvia
fuerte. En la Fig. 12B, no solamente son las autocorrelaciones de
los condensadores individuales altas (es decir, las
autocorrelaciones son las correlaciones entre C1 y C1, C2 y C2, C3 y
C3, y C4 y C4), las autocorrelaciones entre los diferentes
condensadores también son generalmente altas (las correlaciones en
la Fig. 12B que van en diagonal desde la parte superior izquierda
hasta la parte inferior derecha son las autocorrelaciones, y el
resto son las correlaciones cruzadas). En base a hipótesis y a datos
experimentales confirmados, una matriz de este tipo indicaría una
lluvia fuerte. El grado de correlación cruzada puede cuantificarse
para determinar la velocidad relativa de la lluvia. Estos datos
pueden, a su vez, usarse para activar diversas velocidades de
limpiaparabrisas, según resulte apropiado para la velocidad de la
lluvia. Por ejemplo, cuantas más correlaciones cruzadas altas hay,
mayor la velocidad de limpiaparabrisas a usar.
Más sistemáticamente, en la etapa S812, se
calculan unas correlaciones cruzadas (correlaciones entre datos
correspondientes a diferentes condensadores), y se usan los dos
lados de la curva de correlación cruzada para determinar un nivel
de simetría L. Si el nivel de simetría es inferior a un umbral
predefinido t_{min}, la etapa S814 dirige el sistema hacia la
etapa S816 en la que los limpiaparabrisas se activan a la velocidad
más baja, y el sistema es devuelto a la etapa de inicialización
S800. Si el nivel de simetría es mayor que t_{min} pero menor que
un valor arbitrario t, la etapa S818 dirige el sistema a la etapa
S820 en la que los limpiaparabrisas se activan a una velocidad
superior o media, y el sistema es devuelto a la etapa de
inicialización S800. Podrá apreciarse que puede especificarse una
pluralidad de valores arbitrarios t_{i}, y un nivel de simetría
que se encuentre entre t_{i} y t_{i+1} activará una velocidad de
limpiaparabrisas correspondiente adecuada y a continuación devolver
el sistema a la etapa de inicialización S800. Finalmente, en la
etapa S822, si el nivel de simetría está por encima de un nivel
predefinido t_{max}, la etapa S822 dirige el sistema hacia la
etapa S824 en la que los limpiaparabrisas son activados a una
velocidad más alta, y el sistema es devuelto a la etapa de
inicialización S800. De esta manera, las correlaciones de las
salidas de datos del circuito de Fig. 4-5 pueden
usarse para ajustar la velocidad de limpiaparabrisas. Cuantas más
autocorrelaciones altas haya, mayor la velocidad de
limpiaparabrisas a usar debido a la probabilidad de una lluvia más
fuerte.
Las Figs. 12-24 ilustran unos
ejemplos de correlaciones cruzadas llevadas a cabo Fig. 14 muestra
los datos de las correlaciones cruzadas, mientras que las Figs.
15-24 ilustran los gráficos de correlación cruzada
de determinados de los datos de la Fig. 14 en los que se detecta
lluvia. En las Figs. 15-24, cada periodo en el eje
horizontal es un microsegundo (1 \mus) para fines de ejemplo, y el
muestreo se llevó a cabo cada microsegundo. Como se ha explicado
anteriormente con respecto a la Fig. 13, en las Figs.
15-24 en el tiempo = 0 (periodo 0), no hay un
desplazamiento en el tiempo de los valores de los diferentes
condensadores que están siendo correlacionados. La Fig. 14 ilustra
que cuando hay lluvia presente (véanse las señales
S1-S5 y W1-W5), las señales delta
correspondientes a la autocorrelación eran altas. Las Figs.
15-24 son trazados de correlaciones cruzadas
correspondientes a estas señales. Ayuda buscar simetrías entre los
trazados de la parte izquierda y de la parte derecha de cada una de
las Figs. 15-24 (un lado de cero es comparado con
otro lado de cero). Por lo general, si hay una simetría entorno al
eje del periodo cero, no hay mucha correlación cruzada lo que
indica que la lluvia detectada no es muy fuerte. Sin embargo, si hay
una asimetría alrededor del eje de periodo cero, entonces esto
significa más correlación cruzada e indica que la lluvia es fuerte
o más fuerte. Por ejemplo, nótense la asimetría en las Fig. 18, 19 y
23 alrededor del eje de periodo cero debida a los picos o valles en
uno o ambos lados. Más correlación cruzada indica que las gotas de
lluvia se están moviendo desde una zona de detección de un
condensador a una zona de detección de otro condensador. A este
respecto, cada interacción de una gota de lluvia y la superficie de
un parabrisas tiene su propia firma de correlación en el dominio
temporal. Una alta correlación cruzada indica que la misma gota está
siendo detectada por diferentes condensadores, en diferentes puntos
en el tiempo (p. ej., véase también la Fig. 9). Hay que notar que
la "t" minúscula en la Fig. 9 representa lo mismo que el eje de
periodos en las Figs. 15-24.
De esta manera, podrá apreciarse que un sensor
de humedad (p. ej., un sensor de lluvia) puede detectar lluvia en
la ventana de vehículo sin la necesidad de un condensador de
referencia. Puede usarse la correlación
espacio-temporal. Todos los condensadores, o una
pluralidad de condensadores, en el sistema sensor pueden tener una
forma idéntica o sustancialmente idéntica en determinadas formas de
realización de ejemplo. Para fines de ejemplo, en un punto dado en
el tiempo (p. ej., t1), el sistema puede comparar valores
correspondientes a C1 con valores correspondientes a C2, y/o
valores correspondientes a otro condensador. Para este tiempo t1 el
sistema también puede comparar valores correspondientes a C1
consigo mismo (autocorrelación), y también puede comparar la
autocorrelación para C1 con la autocorrelación para C2 y/o para
otro(s) condensador(es) sensor(es).
Claims (10)
1. Un sensor de lluvia para su instalación con
una ventana de vehículo que comprende:
- un circuito sensor que comprende por lo menos un primer condensador sensor (C1, C2, C3, C4) adaptado para soportarse por una ventana de vehículo, siendo el primer condensador sensor sensible a la humedad en una superficie externa a dicha ventana en condiciones de instalación;
- teniendo el primer condensador sensor unos electrodos de condensador separados primero y segundo (7, 8) que son sustancialmente coplanarios; y
en el que por lo menos parte del primer
condensador sensor tiene una geometría fractal, caracterizado
porque la geometría fractal se selecciona de entre el grupo que
consiste en un fractal de Hilbert y un fractal de Cantor.
2. El sensor de lluvia de la reivindicación 1,
en el que la geometría fractal es tal que el primer condensador
sensor (C1, C2, C3, C4) funciona como su propia pantalla de Faraday
o cuasi-pantalla de Faraday para reducir los
efectos adversos de las interferencias EMI.
3. El sensor de lluvia de la reivindicación 1,
en el que el primer condensador sensor (C1, C2, C3, C4) comprende
una geometría fractal de manera que el flujo lateral causado por la
geometría fractal permite al condensador ser sensible a la humedad
en la superficie externa de la ventana que no se encuentra situada
directamente sobre el primer condensador sensor.
4. El sensor de lluvia de la reivindicación 1,
en el que la ventana es una de entre el parabrisas de vehículo, la
luneta trasera de vehículo, y/o el techo solar de vehículo.
5. El sensor de lluvia de la reivindicación 1,
en el que el sensor de lluvia comprende por lo menos unos
condensadores sensores primero y segundo (C1, C2, C3, C4) de
aproximadamente el mismo tamaño que son sensibles a la humedad en
la superficie externa de la ventana, y en el que cada uno de los
condensadores sensores primero y segundo comprende una geometría
fractal.
6. El sensor de lluvia de la reivindicación 1,
en el que el sensor de lluvia incluye una pluralidad de
condensadores sensores (C1, C2, C3, C4) que tienen una geometría
fractal, en el que la pluralidad de condensadores sensores se
disponen en un sistema alrededor de una placa de contacto (28)
situada centralmente.
7. El sensor de lluvia de la reivindicación 1,
en el que la longitud global del primer condensador sensor (C1, C2,
C3, C4) es de aproximadamente 25 a 200 mm, más preferentemente de
aproximadamente 30 a 90 mm.
8. El sensor de lluvia de la reivindicación 1,
que comprende adicionalmente unos medios para autocorrelar datos
correspondientes al y/o del condensador sensor para obtener datos
autocorrelados, y unos medios para determinar en base a por lo
menos dichos datos autocorrelados si hay humedad en la superficie
externa de la ventana.
9. El sensor de lluvia de la reivindicación 1,
en el que el por lo menos un condensador sensor (C1, C2, C3, C4) es
parte de un circuito sensor, comprendiendo el circuito sensor
adicionalmente por lo menos un condensador imitador (C_{int}) que
imita por lo menos cargar y/o descargar el primer condensador
sensor, en el que un pulso de escritura hace que se cargue por lo
menos el primer condensador sensor y un pulso de borrado hace que
cada primer condensador sensor y condensador imitador se descarguen
sustancialmente;
en el que presencia de lluvia sobre la
superficie externa de la ventana en un campo sensor del primer
condensador sensor (C1, C2, C3, C4) hace que un voltaje en un
electrodo de salida del condensador imitador fluctúe de una manera
proporcional a la fluctuación del voltaje en un electrodo de salida
del primer condensador sensor, incluso a pesar de que no haya
lluvia presente en un campo del condensador imitador; y
en el que se detecta lluvia en base a una señal
de salida del electrodo de salida del condensador imitador, en el
que la señal de salida se lee por lo menos entre una finalización
del pulso de escritura y un comienzo del pulso de borrado.
10. El sensor de lluvia de la reivindicación 1,
que comprende adicionalmente por lo menos un motor de correlación
que (a) autocorrela información del y/o correspondiente al
condensador sensor para determinar si hay o no lluvia en la
superficie exterior de la ventana, y/o (b) lleva a cabo
correlaciones cruzadas de información del y/o correspondiente al
condensador sensor para determinar a qué velocidad operar por lo
menos un limpiaparabrisas de un vehículo y/o una cantidad de lluvia
en la superficie externa de la ventana.
Applications Claiming Priority (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US75747906P | 2006-01-10 | 2006-01-10 | |
| US757479P | 2006-01-10 | ||
| US340847 | 2006-01-27 | ||
| US11/340,847 US7551094B2 (en) | 2006-01-10 | 2006-01-27 | Rain sensor with fractal capacitor(s) |
| US340859 | 2006-01-27 | ||
| US11/340,859 US7561055B2 (en) | 2006-01-10 | 2006-01-27 | Rain sensor with capacitive-inclusive circuit |
| US340864 | 2006-01-27 | ||
| US340869 | 2006-01-27 | ||
| US11/340,869 US7516002B2 (en) | 2006-01-10 | 2006-01-27 | Rain sensor for detecting rain or other material on window of a vehicle or on other surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2347005T3 true ES2347005T3 (es) | 2010-10-22 |
Family
ID=42931756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES06845182T Active ES2347005T3 (es) | 2006-01-10 | 2006-12-11 | Sensor de lluvia con condensdo(res) fractal(es). |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2347005T3 (es) |
-
2006
- 2006-12-11 ES ES06845182T patent/ES2347005T3/es active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2393848T3 (es) | Sensor de lluvia con condensadores(es) fractal(es) | |
| ES2376380T3 (es) | Sensor de lluvia con sensores/condensadores basados en fractales reconfigurables de manera selectiva. | |
| US7504957B2 (en) | Light sensor embedded on printed circuit board | |
| US20080222827A1 (en) | Rain sensor embedded on printed circuit board | |
| CA2631710C (en) | Rain sensor for detecting rain or other material on window of a vehicle or on other surface | |
| ES2347005T3 (es) | Sensor de lluvia con condensdo(res) fractal(es). | |
| ES2374110T3 (es) | Sensor de lluvia con un circuito inclusivo capacitivo. |