레인 센서

자동차 윈드실드에 부착된 레인 센서

레인 센서(rain sensor), 우적 센서, 우량 센서, 빗물 센서 또는 레인 스위치(rain switch)는 강우에 의해 작동되는 스위칭 장치이다. 레인 센서에는 두 가지 주요 응용 분야가 있다. 첫째는 자동 관개 시스템에 연결된 물보전 장치로, 강우 시 시스템이 정지하도록 한다. 둘째는 자동차 내부를 비로부터 보호하고 자동 윈드스크린 와이퍼 모드를 지원하는 데 사용되는 장치이다.

작동 원리

레인 센서는 전반사 원리로 작동한다. 윈드실드의 투명한 부분에 45도 각도로 조사된 적외선은 반사되어 차량 내부의 센서에 감지된다. 비가 올 때, 젖은 유리는 빛을 산란시키고 센서로 반사되는 빛의 양이 줄어든다.

전문 위성 통신 안테나의 추가 응용 분야는 안테나 급전부의 개구부에 레인 블로어를 작동시켜, 가압된 건조한 공기를 도파관 내부에 유지하는 마일라 커버에서 물방울을 제거하는 것이다.

관개 센서

관개 시스템용 레인 센서는 무선 및 유선 버전으로 모두 제공되며, 대부분 비가 올 때 팽창하고 마르면서 다시 수축하는 흡습성 디스크를 사용한다. 흡습성 디스크 스택에 의해 전기 스위치가 눌리거나 해제되며, 건조 속도는 일반적으로 스택에 도달하는 환기량을 제어하여 조절된다. 그러나 빗물 측정에 팁핑 버킷 또는 전도성 프로브를 사용하는 일부 전기식 센서도 시판되고 있다. 무선 및 유선 버전 모두 유사한 메커니즘을 사용하여 관개 컨트롤러에 의한 급수를 일시적으로 중단시킨다. 특히 이들은 관개 컨트롤러의 센서 단자에 연결되거나 솔레노이드 밸브 공통 회로와 직렬로 설치되어 비가 감지되면 어떠한 밸브도 열리지 않도록 한다.

일부 관개 레인 센서에는 동결 센서도 포함되어 있어, 특히 겨울철에도 관개 시스템이 사용되는 경우 시스템이 동결 온도에서 작동하는 것을 방지한다.

플로리다주, 뉴저지주, 미네소타주, 코네티컷주 및 텍사스주의 대부분 지역에서 새로운 잔디 스프링클러 시스템에는 어떤 종류의 센서가 필요하다.

자동차 센서

1955년 쉐보레 벨 에어 컨버터블에 설치된 제너럴 모터스 자동 레인 센서.

1958년 제너럴 모터스의 캐딜락 사업부는 비가 올 경우 컨버터블 지붕을 닫고 열린 창문을 올리기 위해 다양한 전기 모터를 작동시키는 수분 감지 스위치를 특별히 제작된 캐딜락 엘도라도 비아리츠 모델에 실험했다. 이러한 첫 번째 장치는 1950-51년경 제작된 르 사브르라는 콘셉트 차량에서 동일한 목적으로 사용된 것으로 보인다.

제너럴 모터스의 컨버터블 지붕용 자동 레인 센서는 1950년대 쉐보레 벨 에어와 같은 차량에 딜러 설치 옵션으로 제공되었다.

1996년형 모델부터 캐딜락은 다시 자동 레인 센서가 장착된 차량을 선보였다. 이번에는 윈드실드 와이퍼를 자동으로 작동시키고 필요에 따라 속도를 조절하는 기능이었다.

2017년 12월, 테슬라 (기업)는 OTA 업데이트 (2017.52.3)를 통해 AP2.x 차량이 전용 센서 없이 온보드 카메라를 활용하여 수동으로 비를 감지할 수 있도록 지원하기 시작했다.

이 기능이 있는 대부분의 차량은 제어 컬럼에 자동 위치가 있다.

레인 센서의 물리학

광학 레인 센서의 작동을 보여주는 다이어그램

가장 흔한 현대 레인 센서는 전반사 원리에 기반을 둔다. 항상 적외선 빛이 차량 내부에서 윈드실드 안으로 45도 각도로 조사된다. 유리가 건조하면 전반사를 위한 임계각은 약 42°이다. 이 값은 전반사 공식을 통해 얻어진다.

$\sin(\theta _{\text{c}})={\frac {n_{1}}{n_{2}}}$

여기서 $n_{1}=1$은 적외선에 대한 공기의 굴절률의 근사값이고 $n_{2}=1.5$는 적외선에 대한 유리의 굴절률의 근사값이다. 빛의 입사각이 45°이므로 모든 빛이 반사되고, 감지기는 최대 강도를 수신한다.

유리가 젖으면 물의 굴절률이 공기보다 높기 때문에 임계각이 약 60°로 변한다($n_{1}=1.3$). 이 경우 입사각이 45°이므로 전반사가 이루어지지 않는다. 빛의 일부가 유리를 통과하고, 반사 측정 강도가 낮아진다. 시스템은 물을 감지하고 와이퍼가 켜진다.

같이 보기

• 센서 목록
• 우량계