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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE4139515 A1
Publication typeApplication
Application numberDE19914139515
Publication date4 Jun 1992
Filing date29 Nov 1991
Priority date30 Nov 1990
Publication number19914139515, 914139515, DE 4139515 A1, DE 4139515A1, DE-A1-4139515, DE19914139515, DE4139515 A1, DE4139515A1, DE914139515
InventorsSten Loefving
ApplicantSten Loefving
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Optical detection and classification of precipitation - using light beam with vertical dimension smaller than largest particle to be detected
DE 4139515 A1
Abstract
An optical method for detecting and classifying precipitation involves an arrangement contg. a radiation source and detection system. The radiation coincides with a detection region. The vertical extent of the light beam is less than the diagram of the largest particle to be detected or between 0.1 and 1 mm. The horizontal extent is greater than the vertical extent. Large rain drops can be distinguised from small ones since they cause shorter pulses. Snow can be distinguised from rain since snow drops cause oonger pulses than rain drops. USE - Optical detection and classification of precipitation.
Claims(2)  translated from German
1. Optisches Verfahren zum Detektieren und Klassifizieren von Niederschlägen, wobei eine Ausrüstung zur Anwendung kommt, die eine Bestrahlungsquelle und ein Detektierungssystem beinhaltet, wobei die Strahlen mit dem Detektierungsbereich innerhalb eines Gebietes zusammenfallen, dadurch gekennzeichnet, daß vertikale Ausstreckung des vom Lichtstrahl verbreiteten Lichtes kleiner ist als der Durchmesser der größten Partikel die detektiert werden sollen oder zwischen 0,1 und 1 mm beträgt, wobei große Regentropfen von kleineren dadurch unterschieden werden indem sie kürzere Pulse verursachen, und Schnee von Regen unterschieden wird, indem Schneeflocken längere Pulse als Regen tropfen verursachen und daß die horizontale Ausstreckung des Lichtstrahles größer als dessen vertikale Ausstreckung ist. 1. An optical method for detecting and classifying of rainfall, with a kit for application comes, which includes a radiation source and a detection system, the beams coincide with the detection range within a region characterized in that vertical Ausstreckung the spread of the light beam light is smaller than the diameter of the largest particles which are to be detected or between 0.1 and 1 mm, with large raindrops are distinguished from smaller characterized by causing shorter pulses, and snow is distinguished from rain, snow drop cause by longer pulses as rain and that the horizontal Ausstreckung of the light beam is greater than its vertical Ausstreckung.
2. Optisches Verfahren zum Detektieren und Klassifizieren von Niederschlägen, wobei eine Ausrüstung zur Anwendung kommt, die eine Bestrahlungsquelle und ein Detektierungssystem beinhaltet, wobei die Strahlen mit dem Detektierungsbereich innerhalb eines Volumens zusammenfallen, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Ausstreckung des vom Lichtstrahl rückwärts verbreiteten Lichtes kleiner ist als der Durchmesser der größten Partikel die detektiert werden sollen oder zwischen 0,1 und 1 mm beträgt, wobei große Regentropfen von kleineren dadurch unter schieden werden indem sie kürzere Pulse verursachen, und Schnee von Regen unterschieden wird, indem Schneeflocken längere Pulse als Regentropfen verursachen, und daß die horizontale Ausstreck ung des Lichtstrahles größer als dessen vertikale Ausstreckung ist. 2. An optical method for detecting and classifying of rainfall, with a kit for application comes, which includes a radiation source and a detection system, the beams coincide with the detection range within a volume, characterized in that the vertical Ausstreckung of the light beam backwards Spread Light is smaller than the diameter of the largest particles which are to be detected or between 0.1 and 1 mm, with large raindrops of smaller differences are characterized by causing shorter pulses, and snow is distinguished from rain, snow flakes by longer pulses than raindrops cause, and that the horizontal Ausstreck ung of the light beam is greater than its vertical Ausstreckung.
Description  translated from German

Es ist heutzutage üblich, daß Wetterdaten von automatischen sogenannten Wetterstationen für verschiedene Zentralen eingesam melt werden, um schnellen Zugang zu Wetterinformationen innerhalb eines relativ großen Gebietes zu erhalten. It is now common for weather data from automatic weather stations for so-called international headquarters are eingesam melt to get quick access to weather information within a relatively large area. Beispielsweise ist daß Straßenamt damit beschäftigt, ein Netz solcher Automat stationen aufzubauen, um Beschlußunterlagen für das Straßennetz zu haben, wenn Einsätze beschlossen werden sollen, wie z. B. Sandsträuen oder Schneepflügen. For example, that road is busy office, a network of such automatic stations set up in order to have decision documents for the road network when inserts are to be resolved, such. As Sandsträuen or snow plowing. Für die meisten Wettergrößen, wie Temperatur, Windstärke und Windrichtung, sind heute auto matische Geber zugängig. For most weather variables, such as temperature, wind speed and wind direction, now auto matic donors are accessible. Wenn es aber um Niederschläge und Nebel geht, ist es schwierig preiswerte Lösungen zu finden. But when it comes to rainfall and fog, it is difficult to find low-cost solutions.

Zweck der Erfindung und die wichtigsten Kennzeichen der Erfindung Purpose of the invention and the most important characteristics of the invention

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist ein unikes und billiges optisches Verfahren zum Detektieren und Klassifizieren von Niederschlägen der oben angegebenen Art vorzuschlagen. The purpose of the present invention is to propose a unikes and inexpensive optical method for detecting and classifying of precipitates of the type indicated above. Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß die vertikale Ausstreckung des vom Lichtstrahl verbreiteten Lichtes kleiner ist als der Durch messer der größten Partikel die detektiert werden sollen oder zwischen 0,1 und 1 mm beträgt, wobei große Regentropfen von kleineren dadurch unterschieden werden indem sie kürzere Pulse verursachen, und Schnee von Regen unterschieden wird, indem Schneeflocken längere Pulse als Regentropfen verursachen, und daß die horizontale Ausstreckung des Lichtstrahles größer ist als dessen vertikale Ausstreckung. This object is achieved in that the vertical Ausstreckung the spread of the light beam is smaller than the diameter of the largest particle is to be detected or between 0.1 and 1 mm, with large rain drops are distinguished from smaller characterized by shorter pulses cause of rain and snow is discriminated by snowflakes cause longer pulses as rain drops, and that the horizontal Ausstreckung of the light beam is greater than its vertical Ausstreckung.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels Description of an embodiment

Die vorliegende Erfindung nützt einen schmalen und ovalen Licht strahl aus, dessen vertikale Ausstreckung in der Größenordnung von 0,1 bis 1,0 mm ist, was mit Hilfe eines Halbleiterlasers realisiert werden kann. The present invention takes advantage of a narrow and oval light beam whose vertical Ausstreckung on the order of 0.1 to 1.0 mm, which can be realized with the aid of a semiconductor laser. Wenn Partikel in der Luft angestrahlt werden, wird ein Licht nach hinten abgestreut, das von einem Detektor aufgefangen wird, der mit der Bestrahlungsquelle zusam mengebaut ist und welches rückwärts verbreitete Licht detektiert wird. If particles are illuminated in the air, a light is dusted backwards, which is collected by a detector which is assembled properly together with the radiation source and which spread backward light is detected. Wenn die betreffende Partikeln Nebelpartikel sind, verur sacht dies ein Signal mit einer kontinuierlichen Komponente, was in einem DC-Signal vom Detektor resultiert. When the particles in question are mist particles, Doomed gently this is a signal having a continuous component, which results in a DC signal by the detector. Wenn dagegen be ispielsweise Hagelkörner in den Strahl hineinfallen, erzeugt dieses einen Puls. If, however, fall into be ispielsweise hailstones into the beam, this generates a pulse. Die Länge dieser Pulse hängt von der Fall geschwindigkeit der Partikel ab, sodaß ein schnell fallendes Partikel einen kürzeren Puls als ein langsam fallendes Partikel verursacht. The length of these pulses depends on the rate of fall of particles, so that a rapidly falling particles causes a shorter pulse than a slowly falling particles. Außerdem beeinflußt die Struktur des Partikels die Länge des Pulses, sodaß ein Wassertropfen einen kürzeren Puls als eine ebensoschnell fallende Schneeflocke verursacht. In addition, the structure of the particle affects the length of the pulse, so that a water drop causes a shorter pulse than an equally fast falling snowflake. Dies hat seinen Grund darin, daß die periferen Teile der Schneeflocken licht nach Rückwärts verbreiten, während nur die zentralen Teile des Regentropfens dicht nach hinten verbreiten (reflektieren). This has spread due to the fact that the periferen parts of snowflakes light after backwards, while only the central parts of the raindrop spread close to the back (reflect). Zur Sache gehört auch, daß kleine Regentropfen langsamer fallen als größe, was seinen Grund darin hat, daß das Verhältnis zwischen den antreibenden und bremsenden Kräften für große Regentropfen größer ist als für kleine. To the point also heard that small raindrops fall slower than size, which has its basis in the fact that the ratio between the driving and braking forces for large raindrops is greater than for small ones.

Das somit beschriebene Phenomen bietet eine Möglichkeit an, nur mit Hilfe von gemessener Pulszeit, die Niederschläge zu klassifi zieren. The phenomenon described thus offers a way to just using the measured pulse time, adorn the rainfall to classifi. Für einen Strahl mit einer Höhe von etwa 0,3 mm kann man folgende typische Resultate erwarten: For a beam with a height of about 0.3 mm can expect the following typical results:

Art des Niederschlages Type of precipitation Pulszeit Pulse time Regen (D=1 mm) Rain (D = 1 mm) 0.10 ms 12:10 ms
Nieselregen (D=0,1 mm) Drizzle (D = 0.1 mm) 0.15 ms @ 12:15 @ ms Schnee Snow 0.25 ms 00:25 ms

Der Lichtstrahl wird mit ovalen Querschnitt ausgebildet, dessen kürzere Achse vertikal verläuft. The light beam is formed with oval cross-section, the shorter axis extends vertically. Dadurch werden in gewisser Hin sicht die Fehler die durch Wind verursacht sind, vermieden. This will in certain Hin view the error caused by wind, avoided. Wenn die Partikeln durch Einfluß eines Windes schräg durch die zentralen Teile des ovalen Strahles fallen, entspricht die Pulslänge der vertikalen Geschwindigkeit, was ja das ist, was man zu messen wünscht. If the particles fall through the influence of a wind obliquely through the central parts of the oval beam corresponds to the pulse length of the vertical speed, that's what you want to measure.

Ein wichtiges Kennzeichen der vorliegende Erfindung ist somit, daß das nach hinten verbreitete Licht registriert wird, wenn ein Niederschlagspartikel einen Lichtstrahl passiert, dessen vertika le Ausstreckung kleiner oder vergleichbar mit dem Durchmesser der Partikeln ist, die registriert und klassifiziert werden sollen. An important feature of the present invention is thus that the spread back light is registered when a precipitate particle passes through a light beam whose verti le Ausstreckung is less than or comparable to the diameter of the particles to be registered and should be classified. Nichts hindert jedoch daran, daß man die Strahlung detektiert, die in anderen Richtungen als rückwärts verbreitet werden. Nothing prevents, however, the fact that one detects the radiation that are common in other directions than backward. Der Grund weshalb in der vorliegenden Erfindung die Zerstreung nach hinten ausgenützt wird ist, daß dadurch die Konstruktion sehr einfach und widerstandsfähig ist, und außerdem den geringsten denkbaren Einfluß auf die Luftströmungen um den Geber herum mitführt, wobei die Luftströmung beim Messen eine Fehlerquelle ausmacht. The reason why, in the present invention, the disperse is exploited to the rear, that thereby the design is very simple and robust, and also carries the least possible effect on the air flow around the transmitter around, the air flow constitutes a source of error in measurement.

Es existieren sogenannte "present weather instruments", die mit optischen Verfahren, zusammen mit einem kraftvollen Computer Niederschlag detektieren und klassifizieren. There are so-called "present weather instruments" that detect and classify precipitation with optical methods, along with a powerful computer. Diese Instrumente unterscheiden sich von der vorliegende Erfindung durch zwei wichtige Punkte. These instruments differ from the present invention by two important points. Erstens arbeiten sie mit einem Lichtstrahl, dessen Querschnittsfläche bedeutend größer ist als die Nie derschlagspartikel, was für die Funktion eine Bedingung ist. First, they work with a light beam whose cross-sectional area is much larger than the particle Never tate, which is a condition for the function. Diese Instrumente bearbeiten nämlich die Querschnittsfläche via die Amplitude der registrierten Signale. These instruments edit namely the cross-sectional area via the amplitude of the recorded signals. Zum zweiten wird das Licht detektiert, welches die Niederschlagspartikel nicht verb reite (Transmissionsprinzip) oder das Licht welches die Partikel in einem Winkel verbreiten, der annähernd in Richtung des Licht strahles liegen (Verbreitung in Richtung vorwärts). Second, the light is detected that does not ride verb (transmission principle) or the light which spread the precipitate particles, the particles at an angle, the lie approximately in the direction of the light beam (spreading in the forward direction).

Es ist möglich auf Basis der Pulszeit jedes Tropfens dessen Volumen zu berechnen, was auch eine Berechnung des Niederschlages in Millimetern ermöglicht. It is possible on the basis of pulse time of each drop to calculate its volume, which enables a calculation of the precipitate in millimeters.

Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Beispiel begrenzt sondern kann im Rahmen der Ansprüche variiert werden. The invention is not limited to the example described above but can be varied within the scope of the claims. Somit kann ein AM-modulierter Halbleiterlaser nebst Fokuzie rungsobjektiv neben einem Detektor mit dazugehörender Sammellinse gemäß beigefügter Abbildung montiert werden. Thus, an AM modulated semiconductor laser, together with Fokuzie be approximately objectively mounted next to a detector with associated collecting lens according to the attached figure. Wenn der Laser strahl die optische Achse der Detektorlinse in einem Winkel schneidet, der größer als halbe Öffnungswinkel des Detektie rungsbereiches ist, gemäß Abbildung, wird der Detektor verbrei tetes Licht von eventuellen Partikel innerhalb eines begrenzen Gebietes empfangen, daß von einem Schnitt zwischen dem Detektie rungsbereich und dem Laserstrahl definiert wird. When the laser beam, the optical axis of the detector lens at an angle cutting, which is greater than half the opening angle of the Detektie approximately range, as illustrated, the detector dis tetes light from any particles is received within a limited area that approximate range of an interface between the Detektie and the laser beam is defined. Nach der Syn kronmodulierung des Detektorsignales werden Pulse erhalten, wenn Partikeln durch daß eben definierte Gebiet passieren. After Syn kronmodulierung the detector signal pulses are obtained when particles pass through that area just defined. Die Elektronik enthält Kreise zur Bestimmung der Pulslängen. The electronics contain circuits to determine the pulse lengths.

Referenced by
Citing PatentFiling datePublication dateApplicantTitle
EP0698261A1 *6 May 199428 Feb 1996Dennis J. HegyiMulti-fonction light sensor for vehicle
EP0698261A4 *6 May 19943 Jul 1996Dennis J HegyiMulti-fonction light sensor for vehicle
US5703568 *8 Feb 199630 Dec 1997Hegyi; Dennis J.Multi function light sensor for vehicle
US6084519 *13 May 19974 Jul 2000Control Devices, Inc.Multi-function light sensor for vehicle
US6118383 *14 May 199712 Sep 2000Hegyi; Dennis J.Multi-function light sensor for vehicle
US63134542 Jul 19996 Nov 2001Donnelly CorporationRain sensor
US632017622 Jun 200020 Nov 2001Donnelly CorporationVehicle rain sensor using imaging sensor
US635339230 Oct 19985 Mar 2002Donnelly CorporationRain sensor with fog discrimination
US655943516 Nov 20016 May 2003Donnelly CorporationVehicle headlight control using imaging sensor identifying objects by geometric configuration
US676842229 Jan 200227 Jul 2004Donnelly CorporationPrecipitation sensor
US68064525 Nov 200119 Oct 2004Donnelly CorporationInterior rearview mirror system including a forward facing video device
US683126130 Apr 200314 Dec 2004Donnelly CorporationVehicle headlight control using imaging sensor
US765589419 Nov 20082 Feb 2010Donnelly CorporationVehicular image sensing system
US785956519 Aug 200328 Dec 2010Donnelly CorporationVision system for a vehicle including image processor
US797204510 Aug 20075 Jul 2011Donnelly CorporationAutomatic headlamp control system
US799446217 Dec 20099 Aug 2011Donnelly CorporationVehicular image sensing system
US801789813 Aug 200813 Sep 2011Magna Electronics Inc.Vehicular imaging system in an automatic headlamp control system
US80637595 Jun 200722 Nov 2011Donnelly CorporationVehicle vision system
US816251830 Jun 201124 Apr 2012Donnelly CorporationAdaptive forward lighting system for vehicle
US82034439 Nov 201119 Jun 2012Donnelly CorporationVehicle vision system
US82225885 Aug 201117 Jul 2012Donnelly CorporationVehicular image sensing system
US832455216 Jul 20124 Dec 2012Donnelly CorporationVehicular image sensing system
US843491920 Apr 20127 May 2013Donnelly CorporationAdaptive forward lighting system for vehicle
US84464703 Oct 200821 May 2013Magna Electronics, Inc.Combined RGB and IR imaging sensor
US845110711 Sep 200828 May 2013Magna Electronics, Inc.Imaging system for vehicle
US848191030 Nov 20129 Jul 2013Donnelly CorporationVehicular image sensing system
US849269825 Jan 201323 Jul 2013Donnelly CorporationDriver assistance system for a vehicle
US862976818 Jun 201214 Jan 2014Donnelly CorporationVehicle vision system
US890804017 May 20139 Dec 2014Magna Electronics Inc.Imaging system for vehicle
US901857725 Feb 201328 Apr 2015Magna Electronics Inc.Vehicular imaging system with camera misalignment correction and capturing image data at different resolution levels dependent on distance to object in field of view
US950995719 Apr 201329 Nov 2016Magna Electronics Inc.Vehicle imaging system
US979633224 May 201324 Oct 2017Magna Electronics Inc.Imaging system for vehicle
WO1997040407A1 *11 Feb 199730 Oct 1997Krupp Fördertechnik GmbhPhotogrammetric process for three-dimensional tracking of moving objects
WO2004021546A2 *8 Aug 200311 Mar 2004Conti Temic Microelectronic GmbhMeans of transport with a three-dimensional distance camera and method for the operation thereof
WO2004021546A3 *8 Aug 20033 Jun 2004Conti Temic MicroelectronicMeans of transport with a three-dimensional distance camera and method for the operation thereof
Classifications
International ClassificationG01V8/10, G01S7/48, G01S17/95, G01N21/53, B60S1/08
Cooperative ClassificationG01S17/95, G01V8/10, G01N21/53, G01S7/4802
European ClassificationG01N21/53, G01S7/48A, G01V8/10, G01S17/95
Legal Events
DateCodeEventDescription
10 Dec 19988139Disposal/non-payment of the annual fee