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DE4133359A1 - Contactless measurement of water layer thickness on road surface - directing beam of light with limited spatial angle towards road surface and detecting back-scattered light in two near infrared wavelengths - Google Patents

Contactless measurement of water layer thickness on road surface - directing beam of light with limited spatial angle towards road surface and detecting back-scattered light in two near infrared wavelengths

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DE4133359A1
DE4133359A1 DE4133359A DE4133359A DE4133359A1 DE 4133359 A1 DE4133359 A1 DE 4133359A1 DE 4133359 A DE4133359 A DE 4133359A DE 4133359 A DE4133359 A DE 4133359A DE 4133359 A1 DE4133359 A1 DE 4133359A1
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measuring
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Fabian Dipl Ing Holzwarth
Ulrich Dipl Ing Eichhorn
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Dr Ing HCF Porsche AG
Mercedes Benz Group AG
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

The method of contactless measurement of the thickness of a layer (2) of water on a road surface (3) involves directing a beam of light (1) with a limited spatial angle towards the road surface and detecting the light reflected via the water layer, if present, in two wavelengths in the near infrared region. The thickness of the water layer is derived from the amplitudes (PHI lambda 1, PHI lambda 2) of the selectively detected back-scattered light flows, pref. using the equation X = lnPHI lambda 2/PHI lambda 1 / 2beta lambda 1 - beta lambda 2. The derived thickness (X) is displayed. USE/ADVANTAGE - For road safety measure. Enables contactless, predictive detection of water layers on road. Can be built into motor vehicle. Short response times over relatively large measuring distances. High immunity to stray light.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method and an apparatus according to the Preamble of claim 1.

Aus Gründen der Verkehrs- und Fahrsicherheit ist es wünschenswert, einen Zustand einer mit einem Fahrzeug befahrenen Fahrbahn vom fahrenden Fahrzeug aus zu ermitteln und einem Fahrzeugführer anzuzeigen. Hierbei kommt der Bestimmung der Dicke einer Wasserschicht auf der Fahrbahn besondere Bedeutung zu, da hiervon der Reibwert zwischen abrollendem Rad und der Fahrbahn in entscheidendem Maße abhängt.For reasons of traffic and driving safety, it is desirable to have one State of a lane driven by a vehicle from the moving vehicle determined and reported to a driver. Here comes the Determination of the thickness of a layer of water on the road is of particular importance to, since the coefficient of friction between the rolling wheel and the road in crucially depends.

Aus der DE 38 41 333 A1 geht ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Zustandes einer Fahrbahn hervor, bei dem die Lauffläche eines auf der Fahrbahn laufenden Fahrzeugrads mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt wird. Intensitäten eines von der Lauffläche gerichtet reflektierten Strahlungsanteils und eines diffus reflektierten Strahlungsanteils werden erfaßt und ein Zustand der Fahrbahn durch aufwerten der Intensitäten der reflektierten Strahlungsanteile ermittelt. Aufgrund der indirekten Erfassung der Nässe über dem Reifen ist jedoch eine Bestimmung der Dicke der Wasserschicht auf der Fahrbahn nicht möglich.DE 38 41 333 A1 describes a method and an apparatus for Monitoring a condition of a road surface in which the tread a vehicle wheel running on the road with electromagnetic Radiation is applied. Intensities directed from the tread reflected radiation component and a diffusely reflected Radiation components are recorded and a condition of the road is upgraded the intensities of the reflected radiation components determined. Due to the indirect detection of the wetness over the tire is however a determination of the Thickness of the water layer on the road is not possible.

Ebenso ist aus der DE 30 23 444 C2 eine Einrichtung zur Ermittlung des witterungsbedingten Straßenzustands bekannt, bei welcher das unterschiedliche Reflektionsverhalten einer nassen bzw. trockenen Fahrbahn mit optoelektronischen Mitteln abgetastet wird. Da jedoch die erfaßten Reflektionswerte jeweils lediglich nur mit Schwellwerten verglichen werden und aus den binären Ergebnissen dieser Vergleiche der Straßenzustand beurteilt wird, ist ebenfalls lediglich eine qualitative Aussage hinsichtlich naß oder trocken möglich.DE 30 23 444 C2 also describes a device for determining the weather-related road condition known, in which the different Reflection behavior of a wet or dry road with optoelectronic means is scanned. However, since the captured Reflection values are only compared with threshold values and from the binary results of these comparisons the road condition is also only a qualitative statement regarding possible wet or dry.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Dicke einer Wasserschicht auf einer Fahrbahn zu schaffen, das die Dicke der Wasserschicht berührungslos und vorausschauend zu erfassen vermag und zum Einbau in ein Fahrzeug geeignet ist.The object of the invention is a method and a device for detection the thickness of a layer of water on a lane to create that the thickness the water layer is able to record contactlessly and with foresight and to Installation in a vehicle is suitable.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere die Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.The object is achieved by the characterizing features of claim 1. Further features which advantageously design the invention are shown in contain the subclaims.

Die Vorteile der Erfindung sind in erster Linie darin zu sehen, daß die Dicke einer Wasserschicht auf einer von einem Fahrzeug befahrenen Fahrbahn berührungslos und vorausschauend quantitativ erfaßt werden kann. Die Vorrichtung ist ferner zum Einbau in ein Fahrzeug geeignet.The advantages of the invention can be seen primarily in the fact that the thickness a layer of water on a roadway used by a vehicle contactless and predictive can be quantitatively recorded. The The device is also suitable for installation in a vehicle.

Vorteilhaft sind ferner die kurzen Reaktionszeiten der Vorrichtung und eine relativ große Meßdistanz, die insbesondere den Einbau der Vorrichtung in Kraftfahrzeuge zur vorausschauenden Überwachung der Fahrbahn während der Fahrt sinnvoll erscheinen läßt. Weitere Vorteile sind die hohe Sicherheit gegen Störlichteinflüsse, so daß auch Messungen bei Sonnenlicht möglich sind.The short response times of the device and a are also advantageous relatively large measuring distance, in particular the installation of the device in Motor vehicles for predictive monitoring of the road during the Ride makes sense. High security is another advantage against the effects of stray light, so that measurements in sunlight are also possible.

Die Erfindung bedient sich des physikalischen Effekts, nach dem Wasser bestimmte Längenwellenbereiche unterschiedlich stark absorbiert. Befindet sich eine Wasserschicht auf einer Fahrbahn, so werden die spektralen Streueigenschaften, d. h. die Farbe der Fahrbahnoberfläche, verändert. Teile der auf die Fahrbahn auftreffenden Strahlung werden während des Durchgangs durch die Wasserschicht je nach Wellenlänge mehr oder weniger stark absorbiert. Beleuchtet man die Straße mit einer breitbandigen Lichtquelle, deren Spektrum bekannt ist, so kann durch Analyse des zurückgestreuten Lichtes auf die Existenz einer Wasserschicht auf der Fahrbahn und deren Schichtdicke geschlossen werden.The invention makes use of the physical effect after water certain wavelength ranges are absorbed to different extents. Located If there is a layer of water on a lane, the spectral Spreading properties, d. H. the color of the road surface changed. Parts of the radiation hitting the road during the passage through the water layer depending on the wavelength more or less strong absorbed. If you illuminate the street with a broadband light source, whose spectrum is known, can be backscattered by analyzing the Light on the existence of a layer of water on the road and its Layer thickness can be closed.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to the drawings Embodiments explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 ein Diagramm, das das spektrale Absorptionsverhalten von Wasser im nahen Infrarotbereich des Lichts darstellt, Fig. 1 is a diagram illustrating the spectral absorption characteristics of water in the near infrared region of light,

Fig. 2 ein Prinzipbild der Vorrichtung, Fig. 2 is a schematic diagram of the device,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Vorrichtung und Fig. 3 is a block diagram of the device and

Fig 4 ein Sensorkopf der Vorrichtung in einer Explosionsdarstellung.Fig. 4 shows a sensor head of the device in an exploded view.

In Fig. 1 ist anhand eines Diagramms das spektrale Absorptionsverhalten von Wasser im nahen Infrarotbereich des Lichts gezeigt. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, ist der transmitierte Lichtanteil stark abhängig von der Wellenlänge des die Wasserschicht durchsetzenden Lichts. Dabei tritt insbesondere im Bereich zwischen 1400 nm und 1500 nm jeweils ein charakteristisches Minimum auf.The spectral absorption behavior of water in the near infrared region of light is shown in FIG. 1 using a diagram. As can be seen from the diagram, the transmitted light component is strongly dependent on the wavelength of the light passing through the water layer. A characteristic minimum occurs in each case in the range between 1400 nm and 1500 nm.

Gemäß dem Verfahren wird die Fahrbahn mittels einer Beleuchtungsquelle mittels eines im Raumwinkel begrenzten Lichtstrahls bestrahlt und das zurückgestreute Licht selektiv auf zwei im nahen Infrarotbereich liegende unterschiedliche Wellenlängen (Meßwellenlänge lambda1, Vergleichswellenlänge lambda2) hin abgetastet.According to the method, the roadway is illuminated by means of an illumination source irradiated by means of a light beam limited in solid angle and that backscattered light selectively onto two in the near infrared range different wavelengths (measuring wavelength lambda1, comparison wavelength lambda2) sampled.

Hierzu werden zwei Wellenlängenbereiche herangezogen, die unterschiedlich stark absorbiert werden. Hierdurch können unterschiedliche "Fahrbahnhelligkeiten", d. h. unterschiedlich stark reflektierende Fahrbahnen berücksichtigt werden.For this, two wavelength ranges are used, which are different be strongly absorbed. This can be different "Roadway brightness", i.e. H. differently reflective lanes be taken into account.

Gemäß dem Verfahren wird der Meßbereich für die Dicke der Wasserschicht auf einen empfindlicheren Meßbereich I für Schichtdicken des Wassers im Bereich zwischen 0 und 1 mm und einem unempfindlicheren Meßbereich II, beispielsweise für Schichtdicken für 0 und 10 mm aufgeteilt. Hierbei werden für den empfindlicheren Meßbereich I als Meßwellenlänge lambda1I=1450 nm und als Vergleichswellenlänge der schwächer absorbierte Bereich um lambda2II=1190 nm verwendet. Der unempfindlichere Meßbereich II sieht dagegen lambda1II=1190 nm als Meßwellenlänge und lambda2II=1080 nm als Vergleichswellenlänge vor.According to the method, the measuring range for the thickness of the water layer is divided into a more sensitive measuring range I for layer thicknesses of the water in the range between 0 and 1 mm and a less sensitive measuring range II, for example for layer thicknesses for 0 and 10 mm. Here, for the more sensitive measuring range I, the measuring wavelength lambda1 I = 1450 nm and as the comparison wavelength the weakly absorbed range around lambda2 II = 1190 nm are used. By contrast, the less sensitive measuring range II provides lambda1 II = 1190 nm as the measuring wavelength and lambda2 II = 1080 nm as the comparison wavelength.

Die Meßwellenlänge (lambda1) wird hierbei jeweils in einem Wellenlängenbereich des Lichts gelegt wird, in dem der spektrale durch die Wasserschicht transmittierte Lichtanteil geringer ist als derjenige Lichtanteil bei einer Vergleichswellenlänge (lambda2). The measuring wavelength (lambda1) is in each case in one Wavelength range of light is set in which the spectral through the Water layer transmitted light content is less than that Light component at a comparison wavelength (lambda2).  

Die Meßwellenlängen und die Vergleichswellenlängen der beiden Meßbereiche werden bevorzugt derart gepaart, daß beim Meßbereich mit geringerer Empfindlichkeit die Differenz zwischen den transmittierten Lichtanteilen kleiner ist als beim Meßbereich mit größerer Empfindlichkeit.The measuring wavelengths and the comparison wavelengths of the two measuring ranges are preferably paired such that the measuring range with less Sensitivity the difference between the transmitted light components is smaller than the measuring range with greater sensitivity.

Aus den jeweils zurückgestreuten Lichtströmen läßt sich mit einer einfachen Berechnung die vorhandene Schichtdicke ermitteln. Erfolgt die Ausstrahlung des Lichts und die Detektion des zurückgestreuten Lichts in einen flachen Winkel zur Fahrbahnoberfläche, so ist vorausschauendes Messen möglich.From the respective backscattered light streams can be done with a simple Calculate the existing layer thickness. The broadcast takes place of light and the detection of the backscattered light in a flat Angle to the road surface, so predictive measurement is possible.

Das Absorptionsgesetz nach Gleichung GL.1The absorption law according to equation GL.1

PHIlambda = PHI₀ * ealpha(lambda)*x (Gl. 1)PHI lambda = PHI₀ * e alpha (lambda) * x (Eq. 1)

besagt, daß Strahlung PHI0 nach dem Durchgang durch ein absorbierendes Medium der Dicke x nur noch die Strahlstärke PHIlambda besitzt. alpha ist hierbei der lichtwellenabhängige Absorptionskoeffizient.states that radiation PHI 0 after passing through an absorbing medium of thickness x only has the radiation intensity PHI lambda . alpha is the absorption coefficient dependent on the light wave.

Dies führt bei Berücksichtigung zweier unterschiedlich stark vom Wasser absorbierter Wellenlängenbereiche, des doppelten Strahlungsdurchganges durch die Wasserschicht (vor und nach der Streuung) und unter der Annahme einer "grauen" Straße, d. h., daß alle Wellenlängen von ihr zum gleichen Bruchteil absorbiert werden, zur Gleichung GL. 2:This takes into account two different levels of water absorbed wavelength ranges, the double radiation passage through the water layer (before and after scattering) and assuming a "gray" street, i.e. that is, all wavelengths from it at the same fraction are absorbed, to the equation GL. 2:

Diese Gleichung liefert einen Wert für die Dicke x der Wasserschicht, der sowohl von der Menge des eingestrahlten Lichts als auch von der "Helligkeit" der Straße unabhängig ist. betalambda1 und betalambda2 sind hierbei lediglich von lambda abhängige Faktoren. Mit dieser Gleichung wird im Meßgerät aus jeweils zwei benachbarten Wellenlängenbereichen ein Meßwert für die Dicke x der Wasserschicht gebildet.This equation provides a value for the thickness x of the water layer, which is independent of both the amount of incident light and the "brightness" of the street. beta lambda1 and beta lambda2 are only factors dependent on lambda. With this equation, a measurement value for the thickness x of the water layer is formed in the measuring device from two adjacent wavelength ranges.

In Fig. 2 ist die prinzipielle Anordnung der Vorrichtung gezeigt. Mittels einer handelsüblichen Lichtquelle 1, die wenigstens Licht im nahen Infrarot-Bereich abstrahlt wird eine Fahrbahn 2 mit einer diese bedeckenden Wasserschicht 3 in einem Abstrahlwinkel von etwa 10° bestrahlt. Als Lichtquelle 1 kann hierbei eine handelsübliche Halogenlampe verwendet werden.In FIG. 2, the basic arrangement of the apparatus is shown. By means of a commercially available light source 1 , which emits at least light in the near infrared range, a roadway 2 is irradiated with a water layer 3 covering it at an angle of radiation of approximately 10 °. A commercially available halogen lamp can be used as the light source 1 .

Mittels selektiver Lichtempfänger 4, 5 und 6 werden Anteile des zurückgestreuten Lichts erfaßt, in einer Auswerteeinheit 7 verarbeitet und die ermittelte Dicke x der Wasserschicht auf einer Anzeigeeinheit 8 angezeigt.By means of selective light receivers 4 , 5 and 6 , portions of the backscattered light are detected, processed in an evaluation unit 7 and the determined thickness x of the water layer is displayed on a display unit 8 .

In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild der Vorrichtung gezeigt. Das von der Lichtquelle 1 ausgestrahlte Licht wird mittels eines mechanischen Choppers (Modulator 9) in seiner Intensität moduliert. Die Modulationsfrequenz wird hierbei vorzugsweise in einen Bereich von ca. 5 kHz gelegt. Das modulierte Licht wird in Richtung Fahrbahn abgestrahlt und der zurückgestreute Lichtanteil mittels der selektiven Lichtempfänger 4, 5 und 6 erfaßt. Der erste selektive Lichtempfänger 4 erfaßt hierbei den Strahlungsanteil um lambda1I = 1450 nm, der zweite selektive Lichtempfänger 5 den Lichtanteil mit einer Wellenlänge von lambda2I = lambda1II = 1190 nm und der dritte selektive Empfänger 6 den Lichtanteil mit einer Wellenlänge von lambda2II = 1080 nm.In Fig. 3 is a block diagram of the device is shown. The intensity of the light emitted by the light source 1 is modulated by means of a mechanical chopper (modulator 9 ). The modulation frequency is preferably set in a range of approximately 5 kHz. The modulated light is emitted in the direction of the road and the backscattered light component is detected by means of the selective light receivers 4 , 5 and 6 . The first selective light receiver 4 detects the radiation component around lambda1 I = 1450 nm, the second selective light receiver 5 the light component with a wavelength of lambda2 I = lambda1 II = 1190 nm and the third selective receiver 6 the light component with a wavelength of lambda2 II = 1080 nm.

Die Signale der selektiven Lichtempfänger 4, 5, 6 werden mittels ersten, zweiten und dritten Vorverstärkern 10, 11, 12 vorverstärkt. Lichtquelle 1, Modulator 9, Lichtempfänger 4, 5, 6 und die Vorverstärker 10, 11 und 12 sind hierbei vorzugsweise zu einem Sensorkopf 13 zusammengefaßt und können im Fahrzeug im Bereich eines Anbringungsorts für Nebelscheinwerfer angeordnet werden.The signals from the selective light receivers 4 , 5 , 6 are preamplified by means of first, second and third preamplifiers 10 , 11 , 12 . Light source 1 , modulator 9 , light receiver 4 , 5 , 6 and preamplifiers 10 , 11 and 12 are preferably combined to form a sensor head 13 and can be arranged in the vehicle in the area of a mounting location for fog lights.

In der Auswerteeinheit 7 werden die von den Vorverstärkern 10, 11, 12 kommenden Signale mittels sogenannter Lock-in-Verstärker 14, 15, 16 phasenrichtig zur Modulation des austretenden Lichstrahls, d. h. in ihren Gleichanteilen weiter verstärkt. Zur Steuerung der Lock-in-Verstärker 14 bis 16 in der Signalauswertung wird diesen eine Phasenreferenz im Rhythmus der modulierten Beleuchtung zugeführt. Diese Phasenreferenz wird durch eine später noch gezeigte Photodiode im Beleuchtungsstrahlengang erzeugt.In the evaluation unit 7 , the signals coming from the preamplifiers 10 , 11 , 12 are amplified in phase by means of so-called lock-in amplifiers 14 , 15 , 16 for modulating the emerging light beam, ie in their equal components. In order to control the lock-in amplifiers 14 to 16 in the signal evaluation, a phase reference is fed to the rhythm of the modulated lighting. This phase reference is generated by a photodiode shown later in the illuminating beam path.

Die Lock-in-Verstärker 14, 16 gewährleisten hierbei, daß lediglich die Gleichanteile der Signale an eine nachfolgende Rechenschaltung (Logarithmierer 17, 18) gelangen, welche von dem modulierten Lichtstrahl herrühren. Beeinflussungen durch Fremdlicht werden somit ausgeschlossen. Die Beschaltung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, daß hierbei bereits ein Band von 150 Hertz um die Modulationsfrequez verstärkt wird. Ein Tiefpaßfilter mit einer Eckfrequenz von 150 Hertz schließt sich in vorteilhafter Weise an (nicht gezeigt).The lock-in amplifiers 14 , 16 ensure here that only the direct components of the signals reach a subsequent arithmetic circuit (logarithmizer 17 , 18 ) which result from the modulated light beam. Influences by extraneous light are thus excluded. The circuitry is preferably designed such that a band of 150 Hertz is already amplified by the modulation frequency. A low-pass filter with a corner frequency of 150 Hertz is advantageously connected (not shown).

Die Rechenschaltung beziehungsweise die Logarithmierer 17, 18 bestimmen hierbei gemäß Gleichung Gl. 2 den Wert x für die Dicke der Wasserschicht und führen diesen Wert den Anzeigeeinheiten 19, 20 zu, wobei die erste Anzeigeeinheit 1g den Meßbereich für die Wasserschichtdicke von 0 bis 1 mm anzeigt und die Anzeigeeinheit 20 den Meßbereich zwischen 0 und 10 mm.The arithmetic circuit or the logarithmizers 17 , 18 determine according to equation Eq. 2 the value x for the thickness of the water layer and supply this value to the display units 19 , 20 , the first display unit 1g displaying the measuring range for the water layer thickness from 0 to 1 mm and the display unit 20 displaying the measuring range between 0 and 10 mm.

Die Rechenschaltung kann hierbei als Analog- oder Digitalschaltung ausgeführt sein. Im Falle einer Analogschaltung kann den Logarithmierern jeweils ein kalibrierbarer Verstärker zum Abgleich der Vorrichtung nachgeschaltet sein.The arithmetic circuit can be designed as an analog or digital circuit be. In the case of an analog circuit, the logarithmers can each one calibratable amplifier for adjusting the device.

Der Auswerteeinheit 7 ist ferner noch eine Fehlererkennungsschaltung 21 zugeordnet, welche Fehler in den beiden Bereichen wiederum selektiv auf Anzeigeeinheiten 22 und 23 anzeigt. Die Fehlererkennungsschaltung 21 prüft die Ausgangssignale beider Meßbereiche I, II auf Plausibilität wenigstens hinsichtlich der Signalamplitude.The evaluation unit 7 is also assigned an error detection circuit 21 , which in turn selectively displays errors in the two areas on display units 22 and 23 . The error detection circuit 21 checks the output signals of both measuring ranges I, II for plausibility, at least with regard to the signal amplitude.

Fig. 4 schließlich zeigt den Sensorkopf 13 in einer Explosionsdarstellung. Der Lichtstrahl der Lampe 1 mit einem parabolischen Reflektor wird mittels dem Modulator 9 moduliert, wobei dieser aus einer ersten feststehenden Sektorscheibe 24 und einer zweiten rotierenden Sektorscheibe 25, einem Modulatorgehäuse 26 für dieselben und für die Aufnahme des Antriebsmotors (Elektromotors) 27 für die rotierende Sektorscheibe 25 besteht. Fig. 4 shows the sensor head 13 in an exploded view. The light beam from the lamp 1 with a parabolic reflector is modulated by means of the modulator 9 , which comprises a first fixed sector disk 24 and a second rotating sector disk 25 , a modulator housing 26 for the same and for receiving the drive motor (electric motor) 27 for the rotating sector disk 25 exists.

Antriebsdrehzahl und Sektorscheiben werden derart ausgeführt, daß die Modulationsfrequenz bei ca. 5 kHz liegt. Lampe 1 und Modulator 9 können hierbei zu einer schwenkbaren Einheit kombiniert sein. Das Modulatorgehäuse 26 nimmt ferner noch die Diode 28 zur Erzeugung des Phasenreferenzsignals für die Lock-in-Verstärker 14 bis 16 auf. Drive speed and sector disks are designed so that the modulation frequency is about 5 kHz. Lamp 1 and modulator 9 can be combined to form a pivotable unit. The modulator housing 26 also receives the diode 28 for generating the phase reference signal for the lock-in amplifiers 14 to 16 .

Die die selektiven Lichtempfänger 4, 5 und 6 aufnehmende Empfängereinheit 29 umfaßt jeweils in dreifacher Ausführung eine Germanium- Photodiode 30, ein optisches Filter 31 und asphärischer Linse 32 zur Abbildung des beleuchteten Bereiches der Straße auf die Fotodiode 30.The receiver unit 29 receiving the selective light receivers 4 , 5 and 6 each comprises, in triplicate, a germanium photodiode 30 , an optical filter 31 and an aspherical lens 32 for imaging the illuminated area of the road onto the photodiode 30 .

Die Bauteile sind in einem Sensorkopfgehäuse 33 zusammengefaßt, wobei das Lichtaustrittsfenster 34 und das Lichteintrittsfenster 35 durch erste und zweite glasklare Scheiben 36 und 37 abgedeckt sind. Die Einheit aus Lichtquelle 1 und Modulator 9 sowie die Empfängereinheit 2g sind vorteilhaft unabhängig voneinander verschwenkbar. Ebenso können die selektiven Empfänger 4 bis 6 einzeln justiert werden.The components are combined in a sensor head housing 33 , the light exit window 34 and the light entry window 35 being covered by first and second crystal-clear panes 36 and 37 . The unit consisting of light source 1 and modulator 9 and the receiver unit 2g can advantageously be pivoted independently of one another. Likewise, the selective receivers 4 to 6 can be adjusted individually.

Claims (24)

1. Verfahren zur Messung der Dicke (x) einer auf einer Fahrbahn (2) vorhandenen Wasserschicht (3), dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Lichtquelle (1) ein im Raumwinkel begrenzter Lichtstrahl auf die Fahrbahn (2) ausgesendet und das von der Fahrbahn (2) zurückgestreute, bei einer vorhandenen Wasserschicht (3) diese durchdringende Licht selektiv auf wenigstens zwei im nahen Infrarotbereich liegende Wellenlängen (Meßwellenlänge lambda1, Vergleichswellenlänge lambda2) abgetastet und aus den Amplituden der selektiv abgetasteten zurückgestreuten Lichtströme (PHIlambda1, PHIlambda2) vorzugsweise nach der Gleichung: die Dicke (x) der Wasserschicht (2) erfaßt und mittels einer Anzeigeeinheit (8) angezeigt wird.1. A method for measuring the thickness (x) of a water layer ( 3 ) present on a roadway ( 2 ), characterized in that a light beam ( 1 ) limited in solid angle is emitted onto the roadway ( 2 ) by means of a light source ( 1 ) and that from the roadway ( 2 ) backscattered, with an existing water layer ( 3 ) this penetrating light selectively scanned for at least two wavelengths in the near infrared range (measuring wavelength lambda1, comparison wavelength lambda2) and preferably from the amplitudes of the selectively scanned backscattered light fluxes (PHI lambda1 , PHI lambda2 ) the equation: the thickness (x) of the water layer ( 2 ) is detected and displayed by means of a display unit ( 8 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des austretenden Lichtstrahls in flachem Winkel gegen die Fahrbahn (2) geneigt ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the axis of the emerging light beam is inclined at a flat angle against the road ( 2 ). 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel in einem Bereich von zehn Grad liegt.3. The method according to claim 2, characterized in that the angle in one Range of ten degrees. 4. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Lichtquelle (1) austretende Licht in seiner Amplitude moduliert wird.4. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light emerging from the light source ( 1 ) is modulated in its amplitude. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation des Lichts mit einer Frequenz in einem Bereich von fünf Kilohertz erfolgt. 5. The method according to claim 4, characterized in that the modulation of the Light occurs with a frequency in a range of five kilohertz.   6. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbereich für die Dicke (x) der Wasserschicht (3) ein einen ersten Meßbereich (I) größerer Empfindlichkeit (0 mm < x < 1 mm) und einen zweiten Meßbereich (II) geringerer Empfindlichkeit (0 mm < x < 10 mm) aufgeteilt wird und die Messung in den beiden Meßbereichen mit unterschiedlichen Paaren für die Wellenlängen (Meßbereich (I): Meßwellenlänge lambda1I, Vergleichswellenlänge lambda2I; Meßbereich (II): Meßwellenlänge lambda1II, Vergleichswellenlänge lambda2II) erfolgt.6. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measuring range for the thickness (x) of the water layer ( 3 ) has a first measuring range (I) greater sensitivity (0 mm <x <1 mm) and a second measuring range ( II) lower sensitivity (0 mm <x <10 mm) and the measurement in the two measuring ranges with different pairs for the wavelengths (measuring range (I): measuring wavelength lambda1 I , comparison wavelength lambda2 I ; measuring range (II): measuring wavelength lambda1 II , Comparison wavelength lambda2 II ). 7. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwellenlänge (lambda1) jeweils in einem Wellenlängenbereich des Lichts gelegt wird, in dem der spektrale durch die Wasserschicht transmittierte Lichtanteil geringer ist als derjenige Lichtanteil bei einer Vergleichswellenlänge (lambda2).7. The method according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the measuring wavelength (lambda1) each in one Wavelength range of light is set in which the spectral through the Water layer transmitted light content is less than that Light component at a comparison wavelength (lambda2). 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwellenlängen und die Vergleichswellenlängen der beiden Meßbereiche derart gepaart werden, daß beim Meßbereich mit geringerer Empfindlichkeit die Differenz zwischen den transmittierten Lichtanteilen kleiner ist als beim Meßbereich mit größerer Empfindlichkeit.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the Measuring wavelengths and the comparison wavelengths of the two measuring ranges in such a way be paired that the measuring range with lower sensitivity Difference between the transmitted light components is smaller than in the Measuring range with greater sensitivity. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwellenlänge (lambda1I) des ersten Meßbereichs (I) im Bereich von 1450 nm und die Vergleichswellenlänge (lambda2I) des ersten Meßbereichs (I) im Bereich von 1190 nm liegt.9. The method according to claim 8, characterized in that the measuring wavelength (lambda1 I ) of the first measuring range (I) is in the range of 1450 nm and the comparison wavelength (lambda2 I ) of the first measuring range (I) is in the range of 1190 nm. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwellenlänge (lambda1II) des zweiten Meßbereichs (II) im Bereich von 1190 nm und die Vergleichswellenlänge (lambda2II) des zweiten Meßbereichs (II) im Bereich von 1080 nm liegt.10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that the measuring wavelength (lambda1 II ) of the second measuring range (II) in the range of 1190 nm and the comparison wavelength (lambda2 II ) of the second measuring range (II) is in the range of 1080 nm. 11. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der selektiv abgetasteten zurückgestreuten Lichtströme (PHIlambda1, PHIlambda2) phasenrichtig zur Modulation des austretenden Lichtstrahls durchgeführt wird. 11. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the evaluation of the selectively sampled backscattered light fluxes (PHI lambda1 , PHI lambda2 ) is carried out in phase for modulating the emerging light beam. 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens Licht im nahen Infrarotbereich aussendende Lichtquelle (1) einen in flachem Winkel gegen die Fahrbahn (2) gerichteten Lichtstrahl aussendet und wenigstens ein erster selektiver Lichtempfänger (4) den zurückgestreuten Lichtanteil mit der Meßwellenlänge (lambda1; lambda1I) und ein zweiter selektiver Lichtempfänger (5) den zurückgestreuten Lichtanteil mit der Vergleichswellenlänge (lambda2; lambda2I) eines ersten Meßbereichs (I) erfaßt.12. An apparatus for performing the method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the at least light emitting light in the near infrared range ( 1 ) emits a light beam directed at a flat angle against the road ( 2 ) and at least a first selective light receiver ( 4th ) the backscattered light component with the measuring wavelength (lambda1; lambda1 I ) and a second selective light receiver ( 5 ) detects the backscattered light component with the comparison wavelength (lambda2; lambda2 I ) of a first measuring range (I). 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite selektive Lichtempfänger (5) den zurückgestreuten Lichtanteil mit der Meßwellenlänge (lambda1II) und ein dritter selektiver Lichtempfänger (6) den zurückgestreuten Lichtanteil mit der Vergleichswellenlänge (lambda2II) des zweiten Meßbereichs (II) erfaßt.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the second selective light receiver ( 5 ) the backscattered light component with the measuring wavelength (lambda1 II ) and a third selective light receiver ( 6 ) the backscattered light component with the comparison wavelength (lambda2 II ) of the second measuring range ( II) recorded. 14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die von den selektiven Lichtempfängern (4 bis 6) erzeugten Ausgangssignale über Vorverstärker auf Lock-In-Verstärker (14 bis 16) aufgeschaltet sind, welche den Gleichanteil der eingehenden Signale phasenrichtig zur Modulation des austretenden Lichtstrahls verstärken.14. The apparatus according to claim 12 or 13, characterized in that the output signals generated by the selective light receivers ( 4 to 6 ) are connected via preamplifiers to lock-in amplifiers ( 14 to 16 ), which are the correct phase component of the incoming signals for modulation of the emerging light beam. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lock-In-Verstärker (14 bis 16) über das Ausgangssignal (Phasenreferenz) einer im Strahlengang des ausgesendeten, modulierten Lichts angeordneten Photodiode (28) synchronisiert sind.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the lock-in amplifier ( 14 to 16 ) are synchronized via the output signal (phase reference) of a photodiode ( 28 ) arranged in the beam path of the emitted, modulated light. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Gleichung (Gl. 2) nachbildende Rechenschaltung die Wasserhöhe (x) aus den Ausgangssignalen der Lock-In-Verstärker (14 bis 16) bestimmt.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that a calculation circuit emulating the equation (Eq. 2) determines the water level (x) from the output signals of the lock-in amplifier ( 14 to 16 ). 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung als Analogschaltung ausgeführt ist.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the Arithmetic circuit is designed as an analog circuit. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogschaltung aus einem Logarithmierer (17, 18) mit nachgeschaltetem, kalibrierbarem Verstärker aufgebaut ist. 18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the analog circuit is constructed from a logarithmizer ( 17 , 18 ) with a downstream, calibratable amplifier. 19. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fehlererkennungsschaltung (21) die Ausgangssignale beider Meßbereiche (I, II) auf Plausibilität wenigstens hinsichtlich der Signalamplitude prüft und gegebenenfalls Anzeigeeinheiten (22, 23) für Fehler ansteuert.19. The device according to at least one of the preceding claims 12 to 18, characterized in that an error detection circuit ( 21 ) checks the output signals of both measuring ranges (I, II) for plausibility at least with respect to the signal amplitude and optionally controls display units ( 22 , 23 ) for errors. 20. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittels eines Elektromotors (27) angetriebener Modulator (9) den Lichtstrahl moduliert.20. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a modulator ( 9 ) driven by means of an electric motor ( 27 ) modulates the light beam. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß Modulator (9) und Lichtquelle (1) in einem gemeinsamen Modulatorgehäuse (26) angeordnet sind.21. The apparatus according to claim 20, characterized in that the modulator ( 9 ) and light source ( 1 ) are arranged in a common modulator housing ( 26 ). 22. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die selektiven Lichtempfänger (4 bis 6) als Germanium- Photodioden (30) ausgeführt sind und die Abbildung des zurückgestreuten Lichts auf die Photodioden (30) über asphärische Linsen (32) und optische Filter 31 erfolgt und Photodioden (30), Linsen (32) und Filter (31) in einer Empfängereinheit (29) angeordnet sind.22. The device according to at least one of claims 12 to 21, characterized in that the selective light receivers ( 4 to 6 ) are designed as germanium photodiodes ( 30 ) and the imaging of the backscattered light onto the photodiodes ( 30 ) via aspherical lenses ( 32 ) and optical filter 31 and photodiodes ( 30 ), lenses ( 32 ) and filters ( 31 ) are arranged in a receiver unit ( 29 ). 23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß Modulatorgehäuse (26) und Empfängereinheit (29) justierbar in einem Sensorkopfgehäuse (30) angeordnet sind.23. The device according to claim 21 or 22, characterized in that the modulator housing ( 26 ) and receiver unit ( 29 ) are arranged adjustable in a sensor head housing ( 30 ). 24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtaustritt aus und der Lichteintritt in das Sensorkopfgehäuse (33) über mit glasklaren Scheiben (36, 37) versehene Fenster (34, 35) erfolgt.24. The device according to claim 23, characterized in that the light exit and the light entry into the sensor head housing ( 33 ) via glass-clear panes ( 36 , 37 ) provided windows ( 34 , 35 ).
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