多功能传感器的制作方法
本发明涉及车辆控制装置技术领域，特别涉及一种多功能传感器。
背景技术：
随着车辆的不断智能化，车辆的雨量控制、空调系统控制、前照灯控制都向着自动化智能化发展。不同的控制功能需要对应设置不同的感应模块，现有多是在车辆上分别安装雨量传感器、阳光传感器和光线传感器。传感器的增加，一方面给安装调试带来不便；另一方面，各个传感器尺寸较大，必然需要占用一定的安装空间，对车辆设计带来困扰。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有车辆传感器尺寸较大，无法集成的不足，本发明提供一种多功能传感器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多功能传感器，包括电路板和感应器本体，所述感应器本体包括传感组件，所述传感组件包括雨量传感组件和阳光传感组件，电路板上具有与所述雨量传感组件和阳光传感组件分别相对应的雨量光线感应元件和阳光光线感应元件；所述雨量传感组件包括雨量光学透镜组，所述雨量光学透镜组包括接收透镜和若干环绕接收透镜设置的发射透镜，所述发射透镜对光线形成全反射和折射后将光线射入接收透镜；所述阳光传感组件包括阳光光学透镜，所述阳光光学透镜位于雨量传感组件的发射透镜的包围内。本发明的设计使发射透镜的对光线形成全反射和折射，从而能够使得更多的光线在挡风玻璃内表面形成全反射，然后被中心接收管接收，而接收透镜的设计即为将更多的全反射光线会聚到中心接收管，从而增加对雨滴灵敏的区域面积。
所有发射透镜环绕所述接收透镜呈圆周阵列均匀分布，发射透镜位于圆周阵列中心位置，所述阳光光学透镜位于圆周的一条半径上。
多功能传感器还包括用于感应车辆前方光和上方光的光线传感组件，光线传感组件的部分或全部位于雨量传感组件的出射透镜的包围内。
光线传感组件包括前方光组件和上方光组件，前方光组件包括前方光透镜，所述前方光透镜的上表面为平面，下表面为异形面，所述异形面由异性面的弧面和异性面的斜面组成，异形面的弧面与异形面的斜面相接，且异形面的弧面大于异形面的斜面；上方光组件包括上方光透镜，上方光透镜的上表面为平面，下表面为若干个条状结构并排组成的波浪形自由曲面，所述前方光透镜与上方光透镜相互靠近设置，并通过挡块相互屏蔽光线。本发明通过若干个条状结构并排组成的波浪形自由曲面的透镜结构，能够接收到更广范围的上方光，具体接收的光线范围为，以汽车的挡风玻璃为水平基准面，汽车向前行驶的方向为前后方向，能够接收水平方向接收角度a范围为-47°～+47°，a所在的平面和水平基准面相垂直且和前后方向垂直，垂直方向接收角度b范围为23°～93°，b所在的平面和水平基准面相垂直且和前后方向相平行。这样就能够在汽车进入光线变化的环境前，提前接收到光线的变化，如果是较暗的环境，就能够提前开启大灯，让驾驶者看清前方路况，避免交通事故发生。这种设计使得旋转曲面起到光线汇聚的作用，改变旋转曲面的旋转基线可以使得接收管收到特定角度的光线，具体接收的光线范围为，以汽车的挡风玻璃为水平基准面，汽车向前行驶的方向为前后方向，能够接收水平方向接收角度c范围为-10°～+10°，c所在的平面和水平基准面相垂直且和前后方向垂直，垂直方向接收角度d范围为15°～15°，d所在的平面和水平基准面相垂直且和前后方向相平行。
本发明所述的上表面是指光线入射面，下表面是指光线出射面。
所述异形面的斜面靠近上方光透镜，所述上方光透镜的条状结构的两端沿前方光透镜与上方光透镜的连线方向延伸。前方光透镜是采集车辆前方光线的，上方光透镜是采集车辆环境光的，前方光透镜与上方光透镜相互靠近设置后，异形面的平面靠近上方光透镜，异形面的斜面角度正好合适，使车辆前方光线射入。
异形面的弧面与异形面的斜面相接处形成连接线，所述连接线为一条弧线。
为了尽量使车辆前方其他区域光线被异形面的弧面折射出去，所述弧线的弧度＜180°。
作为优选，所述上方光透镜的下表面的条状结构的截面为6个类似半圆的自由曲线。
所述阳光光线感应元件包括前方光接收管和上方光接收管，前方光接收管和上方光接收管均为光敏二极管，光敏二极管将光信号转换为电信号。
多功能传感器还包括用于感应车辆内部温湿度的温湿度传感组件，所述温湿度传感组件位于雨量传感组件的出射透镜的环绕之外。
所述雨量光线感应元件包括雨量光线接收管，所述雨量光线发射管发射雨量光线至所述发射透镜，雨量光线经过发射透镜折射后在挡风玻璃内表面发生全反射；所述发射透镜的出射光线经挡风玻璃全反射后射入接收透镜，由接收透镜将光线汇聚到雨量光线接收管，发射透镜圆周阵列和接收透镜的设计将更多的全反射和折射光线汇聚到光线接收管，从而增加对雨滴灵敏的区域面积，大幅提升雨滴感应面积，提高雨量传感器的准确性。
进一步，发生全反射和折射的具体结构为：所述发射透镜的上表面为平面，下表面具有凹槽，凹槽包括左侧壁、右侧壁、内侧壁和外侧壁，左侧壁和右侧壁相对设置，内侧壁和外侧壁相对设置，内侧壁朝向外侧壁的一面向外侧壁外凸有圆弧凸部，外侧壁朝向内侧壁的一面呈内凹的圆弧面，所述圆弧凸部的圆弧面上对雨量光线为折射，所述内凹的圆弧面上对雨量光线为全反射，所述接收透镜上表面为平面，下表面具有内凹部。
为了更多汇聚到光线接收管，接收透镜全反射的面积大于折射面积，所述圆弧凸部的圆弧所在的圆为圆a，内凹的圆弧面的圆弧所在的圆为圆b，圆a和圆b的圆心在同一直线上，且圆b相对于圆a更靠近接收透镜。
所述阳光光线感应元件包括阳光光线接收管，一个阳光光学透镜具有至少一组光学表面，每组光学表面包括入射面、全反射面和出射面，一组光学表面对应设置一个阳光光线接收管；外界光线从入射面射入所述光学透镜后射向全反射面，并在全反射面发生全反射，全反射后的外界光线在光学透镜内射向出射面，并从出射面出射至该组光学表面所对应的阳光光线接收管。
一个光学透镜具有两组光学表面，一个光学透镜对应设有两个阳光光线接收管，每个阳光光线接收管对应所述光学透镜的一组光学表面，两组光学表面对称设置，两个阳光光线接收管对称设置，两个阳光光线接收管之间的间距d≤8mm。利用光学透镜侧壁发生全反射，使得左侧阳光射入右侧透镜，照射到右侧的光学表面；右侧阳光射入左侧透镜，照射到左侧的光学表面，进而被相应位置的光敏二极管接收，提升阳光的收集角度。采用本发明的设计之后，在保证较大的光线收集角度的同时，两个阳光光线接收管之间的间距d可以缩小，两个阳光光线接收管之间的间距d≤8mm，大大降低了产品的尺寸。设置两组光学表面和两个阳光光线接收管后成为双驱传感器，可同时感应主驾驶与副驾驶位置的阳光强度，以调节空调启闭与风量，满足主驾驶和副驾驶位置同时达到较为理想的舒适状态。
多功能传感器还包括后盖和保护罩，所述后盖为纯黑色，所述保护罩为透明材质。
所述感应器本体与保护罩之间具有硅胶层，所述硅胶层覆盖在所述感应器本体上。
所述感应器本体还包括外壳，所述传感组件安装在外壳与后盖之间，所述外壳为纯黑色。
本发明的有益效果是，本发明的多功能传感器，通过传感组件的位置布置以及光学设置，使得雨量传感器、阳光传感器、光线传感器和温湿度传感器都能集成于一个传感器内，灵敏度极高，提高车内温度持久的舒适度，结构尺寸较小，便于安装调试。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的多功能传感器的爆炸图。
图2是本发明的多功能传感器的感应器本体的结构示意图。
图3是本发明的雨量传感组件上表面的立体的结构示意图。
图4是本发明的雨量传感组件下表面的立体的结构示意图。
图5是本发明的雨量传感组件光学原理图。
图6是本发明的阳光光学透镜的结构示意图。
图7是本发明的阳光光学透镜的主视图。
图8是本发明的阳光光学透镜的光学原理图。
图9是本发明的阳光传感组件不同感应角度光敏感度分布(副驾驶方向)。
图10是本发明的阳光传感组件和太阳的位置关系图。
图11是本发明的光线传感组件中的前方光组件和上方光组件的结构示意图。
图12是本发明的光线传感组件中的前方光组件和上方光组件的结构示意图。
图13是本发明的光线传感组件中的上方光组件的工作原理图。
图14是本发明的光线传感组件中的前方光组件的工作原理图。
图中：100、雨量传感组件，1-1、雨量光线，101、接收透镜，1011、内凹部，102、发射透镜，1021、凹槽，103、雨量光线接收管，104、雨量光线发射管，200、阳光传感组件，201、阳光光学透镜，2011、入射面，2012、全反射面，2013、出射面，20211、内侧壁，202111、圆弧凸部，20212、外侧壁，202121、内凹的圆弧面，203、阳光光线接收管，204、左侧阳光光线，205、下凸部，300、光线传感组件，301、前方光透镜，302、异形面，3021、异形面的弧面，3022、异形面的斜面，3023、连接线，303、上方光透镜，3031、波浪形自由曲面，304、挡块，305、上方光接收管，306、前方光接收管，5、挡风玻璃，6、凝胶，8、前方光线，9、环境光线，10、电路板，11、感应器本体，12、后盖,13、保护罩，14、硅胶层，15、外壳。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1和2所示，一种多功能传感器，包括电路板和感应器本体，感应器本体包括传感组件，传感组件包括雨量传感组件100和阳光传感组件200，电路板上具有与所述雨量传感组件100和阳光传感组件200分别相对应的雨量光线感应元件和阳光光线感应元件。雨量传感组件100包括雨量光学透镜组，雨量光学透镜组包括接收透镜101和若干环绕接收透镜101设置的发射透镜102，发射透镜102对光线1-1形成全反射和折射后将雨量光线1-1射入接收透镜101；
阳光传感组件200包括阳光光学透镜201，阳光光学透镜201位于雨量传感组件100的发射透镜102的包围内。
发射透镜102环绕所述接收透镜101呈圆周阵列均匀分布，发射透镜102位于圆周阵列中心位置，阳光光学透镜201位于圆周的一条半径上。
多功能传感器还包括用于感应车辆前方光和上方光的光线传感组件300，光线传感组件300的部分或全部位于雨量传感组件100的出射透镜102的包围内。
多功能传感器还包括用于感应车辆内部温湿度的温湿度传感组件，温湿度传感组件位于雨量传感组件100的出射透镜102的环绕之外。
如图3-5所示，雨量传感具体实施方式为：
雨量光线感应元件包括雨量光线接收管103，雨量光学透镜组包括接收透镜101和若干环绕接收透镜101设置的发射透镜102，发射透镜102对雨量光线1-1形成全反射和折射后将雨量光线1-1射入接收透镜101，雨量光线发射管104发射雨量光线1-1至发射透镜102，雨量光线1-1经过发射透镜102折射后在挡风玻璃内表面发生全反射；发射透镜102的出射光线经挡风玻璃全反射后射入接收透镜101，由接收透镜101将光线汇聚到雨量光线接收管103，每颗发射透镜102对应设置一颗雨量光线发射管104，所有发射透镜102环绕汇聚透镜呈圆周阵列均匀分布，接收透镜101位于圆周阵列中心位置，雨量光线接收管103位于圆周阵列的中心轴线上。本实施例中，雨量光学透镜组包括六颗发射透镜102。雨量光线发射管104为led发光二极管。
发射透镜102的上表面为平面，下表面具有凹槽1021，凹槽1021包括左侧壁、右侧壁、内侧壁20211和外侧壁20212，左侧壁和右侧壁相对设置，内侧壁20211和外侧壁20212相对设置，内侧壁20211朝向外侧壁20212的一面向外侧壁20212外凸有圆弧凸部202111，外侧壁20212朝向内侧壁20211的一面呈内凹的圆弧面202121，圆弧凸部202111的圆弧面上对雨量光线1-1为折射，内凹的圆弧面202121上对雨量光线1-1为全反射，接收透镜101的上表面为平面，下表面具有内凹部1011。
圆弧凸部202111的圆弧所在的圆为圆a，内凹的圆弧面202121的圆弧所在的圆为圆b，圆a和圆b的圆心在同一直线上，且圆b相对于圆a更靠近接收透镜101。
为了将本发明的多功能传感器固定在挡风玻璃5表面，为了将雨量传感器固定在挡风玻璃5表面，光学透镜组上表面与挡风玻璃5之间具有凝胶6，雨量光线1-1经过雨量光学透镜组和凝胶6后在挡风玻璃5内表面发生全反射。雨量传感器光学模块由只能透过红外线的材料制作。
其中，六颗雨量光线发射管104发光，分别通过六颗发射透镜102形成折射与全反射后到达挡风玻璃5内表面再形成全反射，再经由中心的接收透镜101汇聚到中心光线接收管103。六颗发射透镜102结构相同，围成圆周阵列。每颗发射透镜102结构的设计使更多的雨量光线1-1在挡风玻璃5内表面形成全反射被雨量光线接收管103接收，而发射透镜102圆周阵列和接收透镜101的设计即为将更多的全反射雨量光线1-1汇聚到雨量光线接收管103，从而增加对雨滴灵敏的区域面积，大幅提升雨滴感应面积，提高雨量传感器的准确性。
如图6-9所示，阳光感应具体实施方式为：
阳光光线感应元件包括阳光光线接收管202，一个阳光光学透镜201具有至少一组光学表面，每组光学表面包括入射面2011、全反射面2012和出射面2013，一组光学表面对应设置一个阳光光线接收管202；外界光线从入射面2011射入所述光学透镜201后射向全反射面2012，并在全反射面2012发生全反射，全反射后的外界光线在阳光光学透镜201内射向出射面2013，并从出射面2013出射至该组光学表面所对应的阳光光线接收管202。一个光学透镜201具有两组光学表面，一个光学透镜201对应设有两个阳光光线接收管202，为了同时感应车辆主副驾驶座位的阳光强度，设置两组光学表面，一组光学表面感应主驾驶座位的阳光强度，另一组光学表面感应副驾驶座位的阳光强度。每个阳光光线接收管202对应阳光光学透镜201的一组光学表面，两组光学表面对称设置，两个阳光光线接收管202对称设置，在保证较大的光线收集角度的同时，两个阳光光线接收管202之间的间距d可以缩小，两个阳光光线接收管202之间的间距d≤8mm，大大降低了产品的尺寸。
为了便于控制，两组光学表面对称设置，两个阳光光线接收管202对称(即左右对称设计)设置。左侧入射面和右侧入射面组成同一平面，左侧全反射面位于左侧入射面下方，且和左侧入射面的外边缘垂直，右侧全反射面位于右侧入射面下方，且和右侧入射面的外边缘垂直，左侧出射面位于左侧入射面下方且从左向右逐渐略微向上倾斜，右侧出射面位于右侧入射面下方且从右向左逐渐略微向上倾斜,如果是平面(不倾斜的话)，在未倾斜的平面上也会形成全反射，从而阳光光线不能被接收管接收到，倾斜角度范围0-30°。左侧出射面和右侧出射面的下方分别设置有阳光光线接收管202。左侧出射面和右侧出射面之间的下凸部205，用于装配。
阳光光学透镜201为pc材质。阳光光线接收管202为光敏二极管。光敏二极管将光信号转换为电信号。当然，阳光光线接收管202还可以其他光电转换器件。
如图8中，所示主要利用阳光光学透镜201侧壁的全反射原理(光通过光密介质到光疏介质，光线大于临界角时发生全反射)，使得左侧阳光光线204射入右侧透镜，照射到右侧的光学表面；右侧光线射入左侧透镜，照射到左侧的光学表面，进而提升光线的收集角度。如图8所示，左侧阳光光线204射入右侧透镜，在右侧透镜侧壁(右侧全反射面)处发生全反射，再经过右侧出射面折射出来，进而被相应位置的光敏二极管接收。
本发明采用一个阳光光学透镜201对应两个阳光光线接收管202，成为双驱传感器，可同时感应主驾驶与副驾驶位置的阳光强度，以调节空调启闭与风量，满足主驾驶和副驾驶位置同时达到较为理想的舒适状态。
如图9所示，在图9中标出的0°，45°，90°为图10中的
如图11-14所示，光线感应具体实施方式为：
光线传感组件包括前方光组件和上方光组件，前方光组件包括前方光透镜301，前方光透镜301的上表面为平面，下表面为异形面302，异形面302由异性面的弧面3021和异性面的斜面3022组成，异形面的弧面3021与异形面的斜面3022相接，且异形面的弧面3021大于异形面的斜面3022；上方光组件包括上方光透镜303，上方光透镜303的上表面为平面，下表面为若干个条状结构并排组成的波浪形自由曲面3031，前方光透镜301与上方光透镜303相互靠近设置，并通过挡块304相互屏蔽光线。
异形面的斜面3022靠近上方光透镜303，上方光透镜303的条状结构的两端沿前方光透镜301与上方光透镜303的连线方向延伸。
异形面的弧面3021与异形面的斜面3022相接处形成连接线3023，连接线3023为一条弧线。弧线的弧度＜180°。上方光透镜303的下表面的条状结构的截面为六个类似半圆的自由曲线。
如图11所示，上方光透镜303下表面为若干个条状结构并排组成的波浪形自由曲面3031，可探测到更多的外界光线，使得进入上方光接收管305的光线有较大的入射角和范围，使得上方光接收管305采集到实际的环境光线9，避免因非局部光线而引起误判。图13选取了上方光透镜303、凝胶6以及车辆的挡风玻璃5的水平方向截面，为了清楚地显示工作原理，图中省略了其他部件。上方光透镜303上表面为平面(光线入射面)，下表面为波浪形自由曲面3031，类似凸透镜的设计可以增大水平方向的光线角度。通过上方光透镜303，当传感器贴至挡风玻璃5内侧时，光敏二极管可以接收到车辆上方范围较广的光线。改变波浪形自由曲面3031上的类似小半圆的弧度及数目可以改变水平方向的接收角度。
图14选取了前方光透镜301、凝胶6以及车辆的挡风玻璃5的竖直方向截面，为了清楚地显示工作原理，图中省略了其他部件。如图2所示，挡风玻璃5与水平方向夹角为30°。凝胶6用于使传感器与挡风玻璃5贴合。前方光接收管306可以接收到车正前方的较小范围的光线而避免其它方向光线的干扰。凝胶6的折射率与前方光透镜301、挡风玻璃5相同。前方光线8经过挡风玻璃5、凝胶6、前方光透镜301沿直线传播，接触到空气时才发生折射，最终被光敏二极管接收。由于前方光透镜301的光学设计，异形面的弧面3021能够将不是正前方的光折射出去，异形面的斜面3022正好使正前方的光射入。这种设计使得仅将车辆前方的光线射入前方光接收管306中，避免了其他区域光线的干扰。
异形面的斜面3022靠近上方光透镜303，上方光透镜303的条状结构的两端向沿前方光透镜301与上方光透镜303的连线方向延伸。前方光透镜301是采集车辆前方光线8的，上方光透镜303是采集车辆环境光线9的，前方光透镜301与上方光透镜303相互靠近设置后，异形面的斜面3022靠近上方光透镜303，异形面的斜面3022角度正好合适，使车辆前方光线8射入。异形面的弧面3021与异形面的斜面3022相接处形成连接线3023，连接线3023为一条弧线。为了尽量使车辆前方其他区域光线被异形面的弧面3021折射出去，弧线的弧度＜180°。
作为优选，图11中，上方光透镜303的下表面的条状结构的截面为六个类似半圆的自由曲线组成。
本发明的光线传感器，通过上方光透镜303收集外界光线至上方光接收管305，判断车辆行驶环境光线9，同时通过前方光透镜301收集前方光线8至前方光接收管306，以判断是否启闭车灯；同时结合环境光线9和前方光线8，判断更加准确。上方光透镜303下表面为若干个条状结构并排组成的波浪形自由曲面3031，可探测到更多的外界光线，使得进入上方光接收管305的光线有较大的入射角和范围，使得上方光接收管305采集到实际的环境光线9，避免因非局部光线而引起误判。前方光透镜301中，异形面的弧面3021能够将不是正前方的光折射出去，异形面的斜面3022正好使正前方的光射入。这种设计使得仅将车辆的前方光线8射入前方光接收管306中，避免了其他区域光线的干扰。
本发明的多功能传感器安装在车辆挡风玻璃内表面，雨量传感、阳光感应和光线感应中所采用的光线发射管均为led发光二极管，光线接收管均为光敏二极管，光敏二极管将光信号转换为电信号。当然，光线接收管还可以其他光电转换器件。
本发明的多功能传感器还包括后盖12和保护罩13。后盖12用于封装传感器，保护传感器相关部件，其颜色为纯黑色，起到屏蔽外界干扰光线的作用。保护罩13保护整个传感器，其为透明材质，确保外界光线能进入相应的传感器接收位置。感应器本体11与保护罩13之间具有硅胶层14，硅胶层14覆盖在感应器本体11上，起到保护元器件的作用。感应器本体11还包括外壳15，传感组件安装在外壳15与后盖之间，外壳15为纯黑色，起到屏蔽外界干扰光线的作用。
后盖12上还安装有弹簧片，弹簧片用于将本发明的多功能传感器装配在汽车相应位置。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
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