專利名稱：用來探測(cè)窗面上有無外來物質(zhì)的超聲波探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來探測(cè)窗面或擋風(fēng)玻璃表面上有無外來物質(zhì)特別有潮濕物質(zhì)的超聲波探測(cè)器，擋風(fēng)玻璃由至少一片第一厚度的第一玻璃板構(gòu)成，探測(cè)器有一個(gè)傳感器與所述第一玻璃板的第一面配合工作，所述傳感器能發(fā)射出頻率為ft的超聲波信號(hào)，而且還能接收反射到第一玻璃板第二面上的超聲波信號(hào)，反射信號(hào)的變化表明所述面對(duì)著所述傳感器的第二面上有或沒有外來物質(zhì)。
這種超聲波探測(cè)器業(yè)已在申請(qǐng)旨在清除擋風(fēng)玻璃表面上象水之類的外來物質(zhì)的擋風(fēng)玻璃刮水器自動(dòng)控制的專利文件EP0512653中公開過。
此外，專利文件EP-A-0641696提出了一種裝有這種超聲波探測(cè)器的窗口，探測(cè)器用以檢測(cè)其中一個(gè)窗口有無外來物質(zhì)。該專利文件中規(guī)定，為使探測(cè)連接到傳感器的玻璃板上出現(xiàn)的外來物質(zhì)的靈敏度達(dá)到最佳狀態(tài)，必須使該玻璃板達(dá)到最大的振動(dòng)幅度。這種情況只有在有關(guān)玻璃板形成的諧振腔其中一個(gè)諧振模式的頻率基本上等于傳感器發(fā)射出的超聲波的頻率時(shí)才能達(dá)到。換句話說，傳感器頻率ft必須基本上等于玻璃極其中一個(gè)諧振模式的頻率fk，按公式fk＝K·V/2e，V為超聲波在玻璃板材料中傳播的速度，e為所述玻璃板的厚度，k為非零的整數(shù)，ft為傳感器不受任何應(yīng)力的作用即特別是不與玻璃板連接時(shí)的諧振頻率。
因此不言而喻，想用這種探測(cè)器來啟動(dòng)如專利文件EP-A-0512653所述的擋風(fēng)玻璃刮水器時(shí)不難選取能發(fā)射出頻率與擋風(fēng)玻璃與外界環(huán)境特別是雨水接觸的玻璃板相適應(yīng)的超聲波的傳感器。
專利文件EP-A-0 641 696中公開的解決方案是令人滿意的，但探測(cè)器的靈敏度還可進(jìn)一步提高，特別是在待探測(cè)的對(duì)象極小量的情況下。
因此，本發(fā)明的主要目的是改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的上述解決方案，提供一種用超聲波探測(cè)外來物質(zhì)、探測(cè)靈敏度更好的超聲波探測(cè)器。
因此，本發(fā)明涉及一種旨在探測(cè)窗面上有無外來物質(zhì)特別是潮濕物質(zhì)的超聲波探測(cè)器，窗面由至少一片第一厚度的第一玻璃板構(gòu)成，探測(cè)器有一個(gè)傳感器與所述第一玻璃板的第一面配合工作，所述傳感器能發(fā)射出頻率為ft的超聲波信號(hào)，而且還能接收反射在第一玻璃板的第二面上的超聲波信號(hào)，反射信號(hào)的變化表明所述面對(duì)著所述傳感器的所述第二面上有或沒有外來物質(zhì)，其特征在于，頻率ft按滿足下式的條件選取fk/100≤|ft-fk|＜fk/10其中fk＝K·V/2e為第一玻璃板形式的第K個(gè)諧振腔固有模式的頻率，K為非零的整數(shù)，V為超聲波在第一玻璃板材料中傳播的速度，e為第一玻璃板的厚度。
這樣，本發(fā)明能將超聲波傳感器的諧振頻率選取得使傳感器固定在作為所述傳感器發(fā)射出來的超聲波的諧振腔的玻璃板上時(shí)，其對(duì)所述玻璃板表面產(chǎn)生的輕微干擾達(dá)到最佳的靈敏度。
按照本發(fā)明的最佳實(shí)施例，傳感器頻ft是按滿足下式的條件選取的fk/100≤ft-fk≤fk/10其中ft大于fk。
閱讀下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所作的說明可以更清楚地了解本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。該實(shí)施例僅僅是為了說明而例舉的，而且并沒有限制本發(fā)明內(nèi)容的意思。附圖中

圖1示出了采用本發(fā)明的探測(cè)器的自動(dòng)控制擋風(fēng)玻璃清理系統(tǒng)一個(gè)實(shí)例一般的示意圖2是本發(fā)明的探測(cè)器裝在汽車擋風(fēng)玻璃上的一個(gè)實(shí)施例的示意剖視圖；圖3a和3b分別示出了超聲波信號(hào)反射到干燥和潮濕的擋風(fēng)玻璃之后的形狀；圖4是對(duì)擋風(fēng)玻璃表面出現(xiàn)的水滴進(jìn)行探測(cè)的靈敏度(以任意單位表示)與頻差ft-fk的關(guān)系曲線，精確測(cè)出了水與擋風(fēng)玻璃接觸的表面。
現(xiàn)在就本發(fā)明在清除出現(xiàn)在汽車擋風(fēng)玻璃表面諸如雨、雪、泥等之類的潮濕外來物質(zhì)的應(yīng)用范圍進(jìn)行說明。
參看圖1，圖中示出了擋風(fēng)玻璃刮水器的一般自動(dòng)控制清理系統(tǒng)1。系統(tǒng)1有兩個(gè)擋風(fēng)玻璃刮水器2與電動(dòng)機(jī)4機(jī)械耦合。擋風(fēng)玻璃刮水器2受驅(qū)動(dòng)時(shí)分別在擋風(fēng)玻璃8上抹出圓扇形的抹區(qū)。驅(qū)動(dòng)裝置10與電動(dòng)機(jī)4連接，使電動(dòng)機(jī)可以啟動(dòng)和/或停轉(zhuǎn)。
擋風(fēng)玻璃刮水器的自動(dòng)控制是借助于本發(fā)明面對(duì)其中一個(gè)抹區(qū)6配置的探測(cè)器12達(dá)到的。探測(cè)器與一個(gè)能根據(jù)探測(cè)器發(fā)出的探測(cè)信號(hào)給驅(qū)動(dòng)裝置10提供適當(dāng)控制信號(hào)的控制電路14配合工作。
現(xiàn)在參看圖2，圖中示出了裝有本發(fā)明探測(cè)器12的擋風(fēng)玻璃一個(gè)實(shí)施例的剖面，這種探測(cè)器提供表示擋風(fēng)玻璃8外表面上有外來物質(zhì)特別是雨點(diǎn)的探測(cè)信號(hào)。
擋風(fēng)玻璃8包括第一玻璃板16和第二玻璃板18用連接層20連接在一起。在所述實(shí)施例中，板16和18由玻璃制成，連接層20由諸如聚乙烯丁二烯(PVB)之類的聚合物制成。
探測(cè)器12通過分別開設(shè)在板18和連接層20中的凹口22安置在板16外表面26對(duì)面的表面24上。表面26是擋風(fēng)玻璃與待探測(cè)的外來物質(zhì)接觸的表面。
探測(cè)器12有一個(gè)壓電傳感器28以連續(xù)地發(fā)送和接收的工作方式使用。傳感器28呈例如圓盤形，配備有彼此絕緣的激勵(lì)電極30、32，分別經(jīng)導(dǎo)線34、36接控制電路14。
探測(cè)器12的工作原理如下。
控制電路14借助于短電壓脈沖激發(fā)壓電傳感器28，從而產(chǎn)生一連串超聲波，接著傳感器拾取板16內(nèi)外表面分別反射出的多重回波。板16捕獲到的超聲波，其幅值隨著時(shí)間的推移而減小，這一方面是由于每次反射能量朝板外的散失，另一方面是由于能量在板體中的散失引起的。
表面26上有雨點(diǎn)時(shí)，表面26反射過程中的能量損失增加，從而使反射的一連串超聲波減得更快。
圖3a和3b舉例說明了這種情況，分別示出了一連串反射的超聲波在板16的表面干燥(3a)和潮濕(圖3b)時(shí)衰減的情況。
從指示值可知，電激勵(lì)脈沖的幅值約為10伏，其持續(xù)時(shí)間約為125納秒。此外，用以確定表面26上有無水滴出現(xiàn)的一連串衰減了的超聲波瞬時(shí)出現(xiàn)的時(shí)間范圍估計(jì)約為數(shù)十微秒，一般在50微秒和80微秒之間。
控制電路14測(cè)定對(duì)應(yīng)于信號(hào)回波包括線SE表面的整數(shù)S，該包絡(luò)線由曲線C1和C2表示，曲線C1和C2包含在一般在激勵(lì)脈沖之后20微秒的T1時(shí)間打開、一般在稍后30毫秒，如上所述的T2時(shí)間關(guān)閉的瞬時(shí)窗口內(nèi)。
整數(shù)S在沒有雨點(diǎn)時(shí)有一個(gè)給定值，該給定值的表面26上有水時(shí)大幅度減小，減小量與傳感器28檢測(cè)出的水量有關(guān)。
為使探測(cè)器正常工作，如專利申請(qǐng)EP-A-0 641 696中已說明過的那樣，傳感器28的固有頻率ft必須選取接近板16形成的諧振腔的其中一個(gè)固有頻率的頻率。換句話說，ft必須基本上等于fk＝K·V/2e，ft為傳感器不受應(yīng)力的作用即不與板16連接時(shí)的諧振頻率，fk為板16形成諧振腔的第K個(gè)固有模式的頻率，V為傳感器在形成板20的材料中產(chǎn)生的超聲波的波速，e為所述板16的厚度，k為非零的整數(shù)。
本專利申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，ft基本上“等于”fk這個(gè)概念，實(shí)際上必須滿足下列不等式的條件fk/100≤|ft-fk|≤fk/10(1)其中ft可以大于或小于fk。
因此，(1)式表示在對(duì)應(yīng)于厚度為e的板的第k個(gè)固有振動(dòng)模式的諧振頻率兩側(cè)對(duì)稱配置的寬等于fk/10-fk/100的兩個(gè)頻率范圍。這兩個(gè)較佳的頻率范圍如圖4所示，圖中示出了對(duì)表面與擋風(fēng)板表面26接觸的水滴探測(cè)的靈敏度與頻差ft-fk的關(guān)系曲線，以任意單位表示。靈敏度是指精確測(cè)出的信號(hào)S＝∫EnV(t)dt對(duì)應(yīng)于所述一連串反射的超聲波在T1與T2之間(圖3a，3b)當(dāng)擋風(fēng)玻璃干燥或因表面與擋風(fēng)玻璃表面26接觸而潮濕時(shí)包絡(luò)表面的變化的變化。應(yīng)該指出的是，曲線C有兩個(gè)不同的區(qū)間R1和R2表示本發(fā)明的探測(cè)器按(1)式得出的良好靈敏度范圍。
此外還應(yīng)該指出的是，當(dāng)傳感器頻率ft按滿足下式的條件選取時(shí)，結(jié)果還更會(huì)令人滿意fk/100≤ft-fk≤fk/10(2)其中ft大于fk，這相當(dāng)于圖4左側(cè)的范圍。
舉例說，板18的厚度為2.59×10-3米、V值為5880米·秒-1且選取K值＝4時(shí)，得出fk值＝4,527MHz。因此，根據(jù)(1)式，頻率|ft-fk|可以在0.045與0.45MHz之間。應(yīng)該指出的是，k值選取整數(shù)3或4可以得出特別令人滿意的結(jié)果。
圖2中示出了傳感器28耦合到板16表面24上的較好方式。在此實(shí)例中，傳感器28借助于膠膜40固定住，使超聲波可以從傳感器28傳送到板16上。但在這方面應(yīng)該指出的是，膠膜的厚度比起傳感器發(fā)送的信號(hào)的波長(zhǎng)來應(yīng)非常地小，為的是防止過多的超聲波信號(hào)為膠膜所吸收。申請(qǐng)人肯定，一般采用厚度在10至30微米范圍的耦合膜會(huì)取得令人滿意的效果。
舉例說，耦合劑可包括膠或硅油。為使傳感器發(fā)送和接收到的超聲波信號(hào)發(fā)送和接收得均勻，效率高，一定要使傳送信號(hào)的接口不能有氣泡。
還應(yīng)該指出的是，萬一傳感器28固定在多層板上時(shí)，以上諸式中的厚度e對(duì)應(yīng)于多層板的等效厚度，fk則對(duì)應(yīng)于多層板的諧振頻率或這類頻率的倍數(shù)。換句話說，權(quán)利要求書中所述的第一板可以由等效厚度的若干裝配好的玻璃板組成。
權(quán)利要求
1.一種超聲波探測(cè)器，用來探測(cè)窗面上有無外來物質(zhì)，特別是潮濕物質(zhì)，所述窗面由至少具有第一厚度的第一板組成，所述探測(cè)器有一個(gè)與所述第一板的表面配合工作的傳感器能發(fā)射出頻率為ft的超聲波并能接收反射在第一板第二表面上的超聲波信號(hào)，所述反射信號(hào)的變化表示在所述面對(duì)著所述傳感器的第二表面上有或沒有外來物質(zhì)，其特征在于，頻率ft選取得使其滿足下式的條件fk/100≤|ft-fk|≤fk/10其中fk＝K·V/2e為第一玻璃板形成的諧振腔第K個(gè)固有模式的頻率，K為非零的整數(shù)，V為超聲波在構(gòu)成第一板的材料中傳播的速度，e為第一板的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的探測(cè)器，其特征在于，頻率ft選取得使其滿足下式的條件fk/100≤ft-fk≤fk/10其中ft大于fk。
3.如權(quán)利要求1或2所述的探測(cè)器，其特征在于，K的值等于3或4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲波探測(cè)器,用來探測(cè)窗面上有無外來物質(zhì),窗面由至少一個(gè)厚度為第一厚度的第一板組成,探測(cè)器有一個(gè)傳感器與所述第一板的表面配合工作,所述傳感器能發(fā)射出頻率為f
文檔編號(hào)G01N29/00GK1170137SQ97105418
公開日1998年1月14日 申請(qǐng)日期1997年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月30日
發(fā)明者E·索爾拉, R·瓊蒙諾 申請(qǐng)人:阿蘇拉布股份有限公司