ДАТЧИК МУТНОСТИ Российский патент 2013 года по МПК D06F39/00 A47L15/42 B08B13/00 B08B3/04 G01N21/53 G01N21/01 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем относится к датчику мутности и способу измерения мутности жидкости. Более точно изобретение относится к датчику мутности для использования в машине для стирки или мойки предметов, например, посудомоечной или стиральной машине.

Уровень техники

В настоящее время устройства или машины для мойки посуды или одежды в жидкой среде могут быть оборудованы датчиками для измерения мутности. Также возможен холодильник с системой раздачи напитков, оборудованный датчиком для измерения мутности. Используемый здесь термин мутность, в общем, относится к концентрации частиц, рассеивающих свет или поглощающих свет, и находящихся во взвешенном состоянии в жидкой среде. Если мутность жидкости увеличивается, тогда для заданной длины волны коэффициент пропускания в общем уменьшается в зависимости от, например:

- длины волны,

- распределения взвешенных частиц по диаметру,

- коэффициента преломления взвешенных частиц,

- свойств поверхности взвешенных частиц.

Оседающие частицы и растворенное вещество также могут ослаблять прохождение света в среде, но они в общем не рассматриваются как вносящие вклад в мутность. Информация о мутности может быть использована, среди прочего, для адаптации различных параметров моющего цикла устройства к степени загрязнения предметов, подвергающихся процессу мойки. Это может способствовать более экономичному использованию ресурсов, таких как энергия, вода и моющее средство.

Датчики мутности могут быть оптическими датчиками, расположенными в гидравлическом канале устройства, и могут измерять оптический коэффициент пропускания жидкой среды при определенной длине волны. Хотя в целом существует стабильное соотношение между коэффициентом пропускания и мутностью для частиц определенного типа, качество измерений мутности может быть ограничивающим фактором для точности. Датчик мутности может содержать источник света, такой как светоизлучающий диод (LED), или подобное полупроводниковое устройство освещения, и светочувствительный элемент, такой как фототранзистор. Часть света, излучаемого источником света, может быть затем принята светочувствительным элементом, после прохождения через жидкую среду. За счет сравнения интенсивности I_O излучения (излученная энергия на единицу пространственного угла) для излученного света и интенсивности I излучения принятого света, можно вывести коэффициент пропускания жидкой среды,

Мутность жидкости может быть затем найдена через эмпирическую кривую коэффициента пропускания в зависимости от мутности.

В общем, точность имеющихся датчиков мутности является удовлетворительной только в узком диапазоне. Этот недостаток отчасти проявляется из-за ограниченного полезного диапазона светочувствительных элементов, используемых в датчиках. Действительно, корреляция между выходом элемента и интенсивностью излучения принятого света может ухудшаться, когда превышается уровень насыщения. И наоборот, для интенсивности ниже пороговой чувствительности светочувствительного элемента на сигнал могут накладываться помехи, и таким образом, будет невозможно, или, по меньшей мере, трудно его определить. Таким образом, понятно, что имеющиеся датчики мутности имеют некоторые ограничения.

Раскрытие изобретения

Учитывая вышесказанное, было бы желательно создать улучшенный датчик и/или способ измерения мутности жидкости. В частности, было бы желательно создать датчик мутности, имеющий более широкий рабочий диапазон, чем у существующих датчиков. Датчик предпочтительно должен иметь простую и/или прочную механическую конструкцию, и более того, предпочтительно, он должен быть освобожден от движущихся частей. Кроме того, предпочтительно, чтобы датчик был долговечным и/или потребляющим мало энергии.

Для решения одной или более из этих проблем, как определено прилагаемой формулой изобретения, предложен датчик, машина, способ, а также компьютерный программный продукт для измерения мутности жидкости.

В соответствии с первым аспектом изобретения, обеспечивается датчик мутности для измерения мутности жидкости. Датчик содержит источник света, излучающий свет, при этом свет имеет переменную интенсивность излучения, и светочувствительный элемент для приема света, излученного из источника света. Источник света и светочувствительный элемент позиционируются один относительно другого таким образом, что когда источник света работает, излученный из него свет распространяется через жидкость на его пути к светочувствительному элементу. Кроме того, светочувствительный элемент конфигурируется таким образом, чтобы измерять интенсивность излучения света, принятого на светочувствительном элементе. Контроллер имеет коммуникационное соединение с источником света и светочувствительным элементом. Кроме того, контроллер конфигурируется таким образом, чтобы регулировать за счет выбора одного уровня интенсивности из множества заданных уровней интенсивности, интенсивность излучения света, излученного источником света, в зависимости от измеренной интенсивности излучения света, принятого на светочувствительном элементе.

Изобретатели поняли, что фактор, который может ограничивать точность имеющихся ранее в распоряжении датчиков мутности, является характеристикой типичных кривых коэффициента пропускания-мутности. Фиг.1 показывает три примера графиков коэффициента Т пропускания (в процентах) как функции мутности Turb (в произвольных единицах) в диапазоне, представляющем интерес. Имеющиеся в распоряжении датчики мутности могут использовать подобную кривую для получения мутности жидкой среды, как только коэффициент пропускания был определен. Такой процесс, в общем, тем более чувствителен к ошибке, связанной с коэффициентом пропускания, считываемого как кривая, являющаяся пологой, как выражается следующим простым соотношением между ошибкой по мутности и ошибкой по коэффициенту пропускания:

В двух ситуациях, показанных кривыми А и В на фиг.1, измерения с высокой точностью возможны для низких значений мутности, в то время как обе кривые становятся пологими для более высоких значений мутности. Согласно кривой С, коэффициент пропускания уменьшается более быстро в направлении к верхнему концу интересующего нас интервала. В этом случае, однако, низкие значения мутности являются чувствительными для разрешения, и при очень небольших изменениях коэффициента пропускания мутность изменяется между 0 и 2 единицами.

Однако изобретатели выяснили, что такие датчики мутности могут быть улучшены за счет того, что интенсивность I₀ излучения света, излучаемого источником света, является выборочной, в зависимости от данной мутности. Это может увеличить разрешающую способность датчика, т.к. чувствительность к ошибке в интенсивности I излучения принятого света уменьшается. В самом деле, объединяя уравнения (1) и (2), и применяя цепное правило, получаем:

Таким образом, увеличивая интенсивность I₀ излучения света, излучаемого источником света, можно сделать измерения мутности более точными. И еще, чтобы достигнуть расширения рабочего диапазона датчика мутности, может быть предпочтительным активное управление интенсивностью излучения испускаемого света. Использование высокой интенсивности излучения испускаемого света на всем протяжении времени может, с другой стороны, вызвать насыщение светочувствительного элемента при низкой мутности.

Поэтому настоящее изобретение также основывается на дополнительном понимании изобретателями того, что является предпочтительным условием настраивать или регулировать интенсивность излучения света, испускаемого источником света, ступенчато, то есть выбирая один уровень интенсивности из множества заданных уровней интенсивности. Это выполняется, по меньшей мере, частично, поскольку интенсивность излучения света, испускаемого источником света, может быть известна заранее с высокой точностью. Затем, для заданной интенсивности излучения, испускаемого источником света, может быть получен коэффициент пропускания с помощью умножения на постоянный множитель, т.е. инверсное значение интенсивности излучения испускаемого света. И наоборот, датчик, имеющий постоянно регулируемый источник света, будет требовать дополнительное воспринимающее средство контроля для определения действительной интенсивности излучения испускаемого света.

Контроллер может быть дополнительно сконфигурирован, чтобы выбирать более низкий уровень интенсивности, чем данный уровень интенсивности, если измеренная интенсивность излучения света, принятого на светочувствительном элементе, превышает верхнее пороговое значение. Контроллер может быть дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы выбирать более высокий уровень интенсивности, чем данный уровень интенсивности, если измеренная интенсивности излучения света, принятого на светочувствительном элементе, является более низкой, чем нижнее пороговое значение. Таким образом, светочувствительный элемент может быть связанным с двумя пороговыми значениями, которые обеспечивают условия для переключения источника света на другой уровень интенсивности. Если интенсивность принятого света находится выше верхнего порогового значения, то в этом случае, если это возможно, может быть выбрана более низкая интенсивность излучения света. Если интенсивность принятого света находится ниже нижнего порогового значения, то в этом случае, если это возможно, может быть выбран более высокий уровень интенсивности излучения. Если принятая интенсивность света попадает между двумя пороговыми значениями, или если никакие дополнительные уровни интенсивности не являются доступными, то никаких действий не предпринимается.

Верхнее и нижнее пороговые значения могут быть определены в соответствии с пороговой чувствительностью и уровнем насыщения светочувствительного элемента. Альтернативно, или дополнительно, пороговые значения могут быть установлены на основе значения производной интенсивности излучения по отношению к мутности. В частном варианте осуществления изобретения нижнее пороговое значение I_L может быть определено, частично, с помощью условия на производной функции интенсивности излучения по отношению к мутности. Такое условие может быть сформулировано как нижняя граница на производной, например:

где С является постоянной. Поскольку производная в уравнении (4) в точности соответствует знаменателю правой стороны уравнения (3), то условие того, что принятая интенсивность, падающая ниже нижнего порогового значения, эквивалентна чувствительности к ошибкам, поднимается выше заданного уровня.

В одном варианте осуществления изобретения светочувствительный элемент является одним элементом из группы, содержащей фототранзистор, фотодиод и фоторезистор. И фототранзисторы и фотодиоды способны выделять регулируемое напряжение, реагирующее на интенсивность излучения света, падающего на светочувствительную поверхность. Сопротивление фоторезистора изменяется в зависимости от интенсивность света, падающего на светочувствительную поверхность фоторезистора. Следовательно, эти компоненты являются подходящими для измерения интенсивности излучения света.

В одном варианте осуществления изобретения датчик содержит запоминающее устройство для вывода сигнала, показывающего мутность жидкости в зависимости от коэффициента пропускания, согласно уравнению (1). Запоминающее устройство может представлять информацию в виде таблицы, содержащей пары значений коэффициента пропускания и мутности. Альтернативно, запоминающее устройство может выводить сигнал, показывающий мутность жидкости в зависимости от сочетания интенсивностей принятого и излученного света, т.е. I и I₀. В любом случае датчик может содержать средства для интерполяции между сохраненными значениями.

В одном варианте осуществления изобретения источник света датчика мутности является полупроводниковым устройством освещения. Например, полупроводниковое устройство освещения может быть светоизлучающим диодом (LED). Светоизлучающие диоды обычно имеют долгий срок службы и низкое потребление энергии, и поэтому могут быть надлежащим образом использованы как источник света датчика мутности.

Источник света может генерировать свет на участке видимого спектра (приблизительно 380-750 нм), подходящим образом в тонах зеленого цвета или вокруг него, или в инфракрасном диапазоне, или около инфракрасного диапазона, предпочтительно, вокруг длины волны 940 нм. В дополнительном варианте осуществления изобретения источник света датчика мутности адаптирован таким образом, чтобы излучать свет в интервале длины волны, который является, по меньшей мере, одним из интервалов видимого спектра, инфракрасного спектра, или находится около инфракрасного спектра.

В некоторых вариантах осуществления изобретения обеспечивается одно или более средств для благоприятствующего излучения и/или приема вдоль оптического пути между источником света и светочувствительным элементом. Если предпочтительные направления источника света и светочувствительных элементов выровнены по одной линии и перпендикулярны к поверхностям раздела с жидкостью, то оптический путь может рассматриваться как прямая линия. Такие средства для благоприятствующего прохождения вдоль оптической оси могут включать в себя фокусирующие линзы или сборки линз, и/или коллиматоры, и могут быть обеспечены или на светоизлучающей стороне, или на светоприемной стороне, или на обеих сторонах. В одном варианте осуществления изобретения линзы обеспечиваются после источника света, где может быть фокусная точка света, излученного источником света. В одном варианте осуществления изобретения коллиматор может быть обеспечен перед светочувствительным элементом, где он может предотвратить проникновение света к светочувствительному элементу из других направлений, не являющихся прямым оптическим путем от источника света.

В соответствии со вторым аспектом изобретения, обеспечивается машина для стирки или мойки предметов, таких как посуда или текстильные изделия, содержащая датчик мутности, согласно первому аспекту, описанному выше. Машина может быть посудомоечной машиной или, альтернативно, стиральной машиной.

В соответствии с третьим аспектом изобретения, обеспечивается способ измерения мутности жидкости. Способ содержит излучаемый источником свет, имеющий интенсивность излучения, которая является регулируемой, на источнике света. Способ также содержит прием света, распространяющегося от источника света, в таком месте расположения, что свет распространяется через жидкость, а также измерение интенсивности излучения света. Кроме того, способ содержит регулирование с помощью выбора одного уровня интенсивности из множества заданных уровней интенсивности, при этом интенсивность излучения света, излучаемого источником света, находится в зависимости от измеренной интенсивности излучения света, принятого светочувствительным элементом. Преимущество способа по сравнению со способами, имевшимися в распоряжении ранее, заключается в том, что мутность может быть измерена в широком диапазоне значений, как объяснялось выше в связи с первым аспектом изобретения.

В соответствии с вариантом осуществления третьего аспекта изобретения, обеспечивается способ, который дополнительно содержит выбор более низкого уровня интенсивности, чем данный уровень, если интенсивность излучения принимаемого света превышает верхнее пороговое значение.

В соответствии с вариантом осуществления третьего аспекта изобретения обеспечивается способ, который дополнительно содержит выбор более высокого уровня интенсивности, чем данный уровень, если интенсивность излучения принимаемого света находится ниже, чем нижнее пороговое значение.

Следовательно, за счет установки верхнего и нижнего пороговых значений может быть определен рабочий интервал светового датчика.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения обеспечивается способ, который дополнительно содержит шаги, во-первых, деления значения интенсивности излучения принимаемого света на значение интенсивности излучения излучаемого света, таким образом получая значение коэффициента пропускания, и во-вторых, извлечение значения мутности, соответствующего вышеуказанному значению коэффициента пропускания, из запоминающего устройства.

В одном варианте осуществления изобретения обеспечивается способ, содержащий описанные выше шаги, в котором определяется нижнее пороговое значение, частично с помощью условия на производную коэффициента пропускания по отношению к мутности. Это может гарантировать, что чувствительность к ошибкам поддерживается на приемлемой величине.

И последнее, в соответствии с четвертым аспектом изобретения, обеспечивается компьютерный программный продукт, содержащий программные инструкции, который при выполнении на устройстве, имеющем вычислительные возможности, осуществляет способ, согласно третьему аспекту изобретения.

В одном варианте осуществления изобретения компьютерный программный продукт содержит компьютерные программные кодовые средства, содержащие:

- кодовые средства для излучения света, при этом свет имеет интенсивность излучения, которая является регулируемой, в источнике света;

- кодовые средства для приема света из источника света в таком положении, в котором свет распространяется через жидкость;

- кодовые средства для измерения интенсивности излучения принятого света; и

- кодовые средства для регулирования за счет выбора одного уровня интенсивности из множества заданных уровней интенсивности, при этом интенсивность излучения света, излученного источником света, находится в зависимости от измеренной интенсивности излучения света, принятого на светочувствительном элементе.

Компьютерный программный продукт может дополнительно содержать кодовые средства для выбора более низкого уровня интенсивности, чем данный уровень, если интенсивность излучения принятого света превышает верхнее пороговое значение, и/или кодовые средства для выбора более высокого уровня интенсивности, чем данный уровень, если интенсивность излучения принятого света находится ниже нижнего порогового значения.

Компьютерный программный продукт может дополнительно содержать кодовые средства для деления значения интенсивности излучения принимаемого света на значение интенсивности излучения испускаемого света, таким образом получая значение коэффициента пропускания; и кодовые средства для извлечения значения мутности, соответствующего вышеуказанному значению коэффициента пропускания, из запоминающего устройства. Значение нижнего порогового значения может быть, например, частично определено с помощью условия на производную коэффициента пропускания по отношению к мутности.

В целом, второй, третий и четвертый аспекты могут проявлять те же самые преимущества и признаки, как и первый аспект.

Эти и другие аспекты изобретения будут понятны из разъяснений со ссылками на варианты осуществления изобретения, описанные в дальнейшем.

В целом, все термины, используемые здесь, должны быть интерпретированы согласно их обычному значению в области техники, к которой относится изобретение, до тех пор, пока здесь это недвусмысленно не определено иначе. Все ссылки на «элемент, устройство, компонент, средства, шаг и т.д.» должны быть интерпретированы открыто, по отношению, по меньшей мере, к одному отдельному примеру элемента, устройства, компонента, средства, шага и т.д., до тех пор, пока это недвусмысленно не определено иначе.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - графическое представление зависимости коэффициента пропускания света от мутности в трех показательных случаях;

фиг.2 - блок-схема оптического датчика для измерения мутности жидкости, в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

фиг.3 - графическое представление зависимости принятой интенсивности света от мутности для четырех различных излученных интенсивностей;

фиг.4 - машина для стирки текстильных изделий, содержащая оптический датчик, показанный на фиг.2;

фиг.5 - машина для мойки посуды, содержащая оптический датчик, показанный на фиг.2;

фиг.6 - диаграмма последовательности операций способа измерения мутности жидкости, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показаны определенные варианты осуществления изобретения. Однако изобретение может быть осуществлено в различных формах и не должно ограничиваться вариантами, изложенными здесь; в большей степени эти варианты осуществления изобретения являются примером, для того чтобы раскрытие изобретения было исчерпывающим и полным, и полностью передавало объем изобретения для специалистов в данной области техники. Кроме того, одинаковые цифровые позиции относятся к аналогичным элементам во всем описании.

В соответствии с показательным вариантом осуществления изобретения, фиг.2 показывает датчик 200 для измерения мутности жидкости 240. Датчик 200, согласно показательному варианту осуществления изобретения, который здесь представлен в виде блок-схемы, содержит светоизлучающую часть 210, светоприемную часть 220 и часть 230 для обработки и управления. Светоизлучающая часть 210 и светоприемная часть 220 расположены таким образом, что свет, излучаемый светоизлучающей частью, по меньшей мере, его большая часть, может распространяться через жидкость 240, чтобы достигать светоприемной части. Часть 230 для обработки и управления конфигурирована таким образом, чтобы управлять интенсивностью излучения света, генерируемого светоизлучающей частью 210, в зависимости от интенсивности излучения света, измеренного или обнаруженного светоприемной частью 220, и в дальнейшем вывести значение мутности на основе интенсивностей излученного и принятого света.

Следует принимать во внимание, что датчик 200 дополнительно включает в себя секцию подачи электропитания, и, необязательно, включает в себя часы и подобные дополнительные компоненты. Однако эти и другие компоненты намеренно не показаны на чертежах, поскольку они не являются необходимыми для объяснения принципа изобретения и их добавление рассматривается как часть, принадлежащая к общему знанию специалиста в данной области техники.

В раскрытом варианте осуществления изобретения светоизлучающая часть 210 содержит источник 211 света и фокусирующую линзу 212. Как уже утверждалось ранее, к источнику 211 света могут быть определенные требования, касающиеся размера, надежности и потребления энергии, и предпочтительно, он реализован в виде полупроводникового источника света, такого как светоизлучающий диод (LED). В раскрытом варианте осуществления изобретения интенсивность излучения света, генерируемого источником 211 света, выбирается с помощью переключателя 213, который управляется с помощью части 230 для обработки и управления. В этом примере интенсивность излучения может быть выбрана путем перевода переключателя 213 на один из четырех заданных, фиксированных уровней напряжения. Переключатель 213 также может быть установлен на нулевой уровень напряжения, который эквивалентен выключению источника 211 света.

Если датчик 200 мутности является встроенным, например, в стиральную машину, то положение нулевого напряжения может быть основным режимом по продолжительности. Несомненно, измерение мутности может быть выполнено за период порядка одной секунды, и обычно, достаточное количество информации для управления моечным циклом может быть получено из менее чем десяти измерений за период моечного цикла. Соответственно, источник 211 света может быть объектом незначительной усталости и износа за время службы стиральной машины, и не будет заметно ухудшаться в отношении интенсивности излучения. Поэтому некоторые из специалистов в данной области техники могут заключить, что нет большой необходимости в контроле действительной интенсивности, излучаемой источником 211 света, когда датчик 200 используется в стиральной машине или подобном устройстве. В тех случаях, когда источник 211 света является активным на протяжении большей части времени (это может быть, например, в случае использования в некоторых профессиональных устройствах), процедура калибровки может быть выполнена через постоянные интервалы времени. Состояние чистоты моющей жидкости в начале моечного цикла может быть использовано как образец, например, представляющий минимальный уровень мутности.

В раскрытом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.2, фокусирующая линза 212 используется как относительно простое средство для собирания лучей света, излучаемых источником 211 света, в параллельный луч. Несколько альтернативных средств для фокусирования также могут быть предусмотрены, например таких, как коллиматор или блок из нескольких линз. Свет, излученный источником 211 света, с интенсивностью I₀ излучения может распространяться вдоль оптического пути 241, часть которого пересекается жидкостью 240, и в конечном счете принимается светоприемной частью 220. Вдоль оптического пути 241 может происходить оптическое затухание (которое может быть, например, результатом рассеивания, вызванного жидкостью или поглощающим веществом, которое растворено или находится во взвешенном состоянии), наряду с рассеиванием в различных направлениях. Вследствие затухания или рассеивания, луч света может выходить из жидкости с более низкой интенсивностью I, на основании которой может быть рассчитан эффективный коэффициент пропускания согласно уравнению (1).

Снова обратимся к показательному варианту осуществления изобретения, раскрытому с помощью фиг.2. Светоприемная часть 220 содержит светочувствительный элемент 221, который может быть, соответственно, фототранзистором, адаптированным для приема света в диапазоне длины волны, который совместим с источником 211 света. Чтобы не допустить возбуждение светочувствительного элемента 221 вторично рассеянным светом, предпочтительно, можно использовать коллиматор 222, расположенный перед светочувствительным элементом, при этом коллиматор отсекает свет, который по существу не попадает на оптическую ось 241. Сигнал, кодирующий интенсивность I излучения принятого света, может затем передаваться к части 230 обработки и управления. Контроллер 231 конфигурируется таким образом, чтобы проверять, находится ли интенсивность принятого света между верхним и нижним пороговыми значениями. Когда пороговые значения выбраны соответствующим образом, то они показывают, с одной стороны, оптимальный рабочий диапазон аппаратной части светочувствительного элемента 221, а с другой стороны, диапазон, в котором точность прибора в целом, как можно ожидать, в достаточной степени учитывает действительное соотношение коэффициент пропускания - мутность, как обсуждалось ранее. Если интенсивность света, излучаемого источником 211 света, является неподходящей, то контроллер 231 конфигурируется таким образом, чтобы выполнять регулировку через переключатель 213. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.2, переключатель 213 находится в положении 3 V, таким образом интенсивность излучаемого света может регулироваться как вверх, так и вниз. Если переключатель 213 в любом из положений 1 V или 4 V, то в этом случае можно выбрать, соответственно, более высокий и более низкий уровень интенсивности.

Фиг.3 графически показывает интенсивность принимаемого света в зависимости мутности для каждого из четырех различных уровней интенсивности излучаемого света. Чтобы проиллюстрировать это, предполагается, что интенсивность излучения света, испускаемого источником света на втором уровне, в 5 раз больше интенсивности излучения света, испускаемого на первом уровне; интенсивность излучения, связанная с третьим уровнем, в 25 раз выше интенсивности, связанной с первым уровнем; и интенсивность излучения, связанная с четвертым уровнем, в 125 раз выше интенсивности, связанной с первым уровнем. Интенсивность I (в произвольных единицах) принятого света представлена вертикальной осью, а мутность Turb представлена по горизонтальной оси (следует заметить, что фиг.1, в отличие от этой фигуры, является графиком коэффициент пропускания - мутность). Интенсивность I₀ излученного света может принимать четыре различных значения, и соответствующие измеренные значения представлены четырьмя кривыми А1, А2, A3 и А4. Предполагается, что интенсивность принятого света между 1 и 5 единицами находятся внутри предпочтительного диапазона светочувствительного элемента 221 датчика мутности; следовательно, 1 и 5 могут быть приняты как, соответствующие, нижнее и верхнее пороговые значения. Соответственно, измерения мутности с величиной мутности ниже приблизительно 2,7 единиц мутности выполняются с источником 211 света, излучающим свет на первом уровне интенсивности (кривая А1), измерения мутности между приблизительно 2,7 и 5,4 единиц мутности выполняются на втором уровне интенсивности (кривая А2) и т.д. Как можно видеть на фиг.6, существует возможность использовать первый, второй третий и четвертый уровни интенсивности для осуществления измерений в диапазоне от 5,4 до 8,1 единиц мутности. Однако при использовании четвертого уровня (кривая А4 находится вне графика) будет происходить насыщение светочувствительного элемента 221, в то время как при использовании первого или второго уровня будет слишком высокая чувствительность датчика к ошибке 200 и/или неприемлемо слабое возбуждение (сигнал с шумами) светочувствительного элемента 221.

Снова обратимся к фиг.2, на которой запоминающее устройство 232 в раскрытом варианте осуществления изобретения конфигурировано таким образом, чтобы принимать два сигнала, показывающие интенсивность излучения излученного и принятого света, и на их основании возвращать сигнал, показывающий мутность жидкости, на выходной сетевой интерфейс 234. Альтернативно, измерительное средство 200 может включать в себя вычислительные средства (не показаны) для вычисления коэффициента пропускания; затем запоминающее устройство 232 конфигурируется таким образом, чтобы возвращать значение мутности только на основании значения коэффициента пропускания. Выходной сетевой интерфейс 234 может быть подсоединен к пользовательскому дисплею или к средствам регулирования, образующим часть машины для стирки или мойки предметов. Он также может быть подсоединен к проводным или беспроводным средствам связи (не показаны) для передачи значения мутности к приемнику (не показан).

Датчик 200 может использоваться как встроенная часть машины для мойки посуды, текстильных изделий или других предметов. Чтобы проиллюстрировать это, фиг.4 показывает схематический вид показательной машины 400 для стирки текстильных изделий, имеющей барабан 410, который может вращаться вокруг горизонтальной оси и является проницаемым для моющей жидкости. Барабан 410 подвешивается в резервуаре 412, имеющем спускающийся вниз первый трубопровод 414, присоединенный к водостоку 416 через первый клапан 418. Во время работы машины 400 резервуар 412 обычно содержит определенное количество моющей жидкости, а первый клапан 418 находится в закрытом положении. Моющая жидкость подается через впускное отверстие 426 при открывании второго клапана 428. Насос 420 адаптирован таким образом, чтобы осуществлять рециркуляцию жидкости, выходящей из резервуара 412 через второй трубопровод 424, которому предшествует фильтр 422 для удаления загрязняющих частиц, размер которых превосходит определенный размер. Средства для воздействия на ход выполнения моечного цикла, в особенности клапанов 418, 428 и насоса 420, управляются с помощью модуля 426 управления.

В этом примере датчик 200, описанный выше, обеспечивается около второго трубопровода 424, при этом он обеспечивает сигнал, показывающий мутность, для модуля 426 управления. Модуль 426 управления может затем адаптировать моечный цикл согласно фактическому загрязнению текстильных изделий, содержащихся в барабане 410. Если более точно, то светоизлучающая часть 210 датчика 200 обеспечивается на одной стороне второго трубопровода 424, а светопринимающая часть 220 обеспечивается на противоположной его стороне. Секция 230 обработки и управления осуществляет управление светоизлучающей частью 210 и принимает сигнал измерения от светопринимающей части 220. После определения мутности жидкости на основе излученной и принятой интенсивностей секция 230 обработки и управления обеспечивает сигнал, показывающий мутность, для модуля 426 управления. Предпочтительно, стенки второго трубопровода 424 являются прозрачными для длины волны света, излучаемого датчиком 200, по меньшей мере, в сегменте вокруг датчика 200. Альтернативно, могут быть обеспечены отверстия во втором трубопроводе 424 таким образом, чтобы светоизлучающая часть 210 и светопринимающая часть 220 датчика 200 непосредственно контактировали с моечной жидкостью.

Чтобы дополнительно проиллюстрировать использование датчика мутности согласно различным вариантам осуществления изобретения, фиг.5 показывает схематичный вид показательной посудомоечной машины 500, имеющей отделение 510 для посуды, в котором располагаются распыляющие коромысла 512, 514. Моющая жидкость, такая как вода, может подаваться через впускное отверстие 516, на котором обеспечивается клапан 518, и может быть выпущена через выпускное отверстие 522 с помощью дренажного насоса 520. Также в посудомоечной машине 500 обеспечивается система 528 для удаления извести. Во время работы машины циркуляционный насос 524 создает давление моющей жидкости и она подается к распыляющим коромыслам 512, 514 через нагреватель 526. После того, как моющая жидкость падает через отделение 510 для посуды, она достигает отстойника 530 через фильтр 532. В этом варианте осуществления изобретения датчик 200 мутности, согласно изобретению, располагается в отстойнике 530. Светоизлучающая часть (не показана) и светопринимающая часть (не показана) обеспечиваются на таких местах расположения относительно друг друга, что любой свет, излученный датчиком 200, проходит через моющую жидкость. За счет такой конструкции, особенно за счет расположения впускных и выпускных отверстий, отстойник 530 во время работы посудомоечной машины 500 обычно заполнен жидкостью до определенного уровня. При расположении как светоизлучающей части, так и светопринимающей части датчика мутности 200 ниже этого уровня, между ними может быть достигнут соответствующий оптический путь.

Размещение датчика мутности 200 ниже по ходу движения жидкости относительно фильтра 532 может быть преимуществом, поскольку в таком случае грубые частицы удаляются, и не могут оказывать воздействие на измерение. Размещение датчика 200 мутности в области отстойника 530, в котором скорость потока во время работы посудомоечной машины 500 относительно высокая, может быть дополнительным преимуществом, поскольку это уменьшает скорость осаждения загрязнений на светоизлучающей и светопринимающей поверхностях (не показаны) датчика мутности. Это также гарантирует, что структура, и, следовательно, мутность моющей жидкости, которая находится в контакте с датчиком 200 (на котором основываются измерения) приблизительно идентичны структуре моющей жидкости, которая находится в контакте с посудой.

Альтернативно, датчик 200 мутности может быть размещен около участка гидравлического канала между отстойником 530 и любым из распыляющих коромысел 512, 514. Аналогично примеру стиральной машины 400, светоизлучающая и светопринимающая части датчика 200 мутности могут быть расположены на любой стороне наполненного жидкостью трубопровода.

Способ 600 для измерения мутности жидкости иллюстрируется диаграммой последовательности процесса на фиг.6. В раскрытом варианте осуществления изобретения способ содержит начальный шаг 610 излучения света, имеющего интенсивность I₀, которая является переменной. Величина уровня интенсивности, который используется первоначально, не является существенной. Во время второго шага 612, свет, излученный источником света, принимается после его распространения через жидкость, и измеряется его интенсивность излучения. При определении величины интенсивности I принятого света по отношению к верхнему I_U и нижнему I_L пороговым значениям, может быть установлено, был ли адекватно выбран уровень интенсивности по отношению к мутности жидкости. Если окажется, что уровень интенсивности слишком высокий, то выбирается более низкий уровень интенсивности, чем данный уровень интенсивности (шаг 614А), а если он слишком низкий, то выбирается более высокий уровень интенсивности, чем данный уровень интенсивности (шаг 614В). Впоследствии, во время шага 616, интенсивность I принятого света может быть разделена на интенсивность I₀ излученного света, чтобы извлечь коэффициент пропускания, согласно приведенному выше уравнению (1). Во время окончательного шага 618 измеренная мутность, соответствующая рассчитанной мутности, может быть выведена из запоминающего устройства. В альтернативном варианте осуществления изобретения используется запоминающее устройство, содержащее тройку значений: интенсивность излученного света, интенсивность принятого света, и мутность, так что шаги 616 и 618 могут быть объединены в один шаг.

Способ 600 может быть выполнен с помощью программных инструкций, включенных в компьютерный программный продукт, который, как использовано здесь, может быть считываемым компьютером носителем с программными инструкциями. В качестве примера, считываемый компьютером носитель может содержать компьютерный носитель данных и канал передачи информации. Как хорошо известно специалистам в данной области техники, компьютерный носитель данных включает в себя как энергозависимые, так и энергонезависимые, удаляемые и неудаляемые носители данных, применяемые в любом способе или технологии для хранения информации, такой как компьютерные считываемые инструкции, структуры данных, программные модули или другие данные. Компьютерные носители данных включают в себя, но не ограничиваясь этим, оперативное запоминающее устройство (RAM, ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ROM, ПЗУ), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM, ЭСППЗУ), флэш-память или другие технологии использования памяти, постоянное запоминающее устройство на компакт-диске (CDROM), цифровой многофункциональный диск (DVD), или другие оптические дисковые запоминающие устройства, магнитные кассеты, магнитную ленту, магнитное дисковое запоминающее устройство, или другие магнитные запоминающие устройства, или любую другую среду, которая может быть использована для хранения желаемой информации, и которая может быть доступна компьютеру. Кроме того, специалистам в данной области техники известно, что канал передачи информации объединяет компьютерные считываемые инструкции, структуры данных, программные модули или другие данные в модулированный сигнал данных, такой как электромагнитный сигнал передачи модулированной информации, или другой транспортный механизм, и включает в себя любые каналы доставки информации.

В то время как изобретение было подробно проиллюстрировано и описано с использованием чертежей и приведенного выше описания, такие иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные и показательные, а не как ограничивающие; изобретение не ограничивается раскрытым вариантом осуществления изобретения. Понятно, что некоторые компоненты, включенные в раскрытые варианты осуществления изобретения, являются необязательными. Например, фокусирующие и коллимирующие средства могут иногда быть избыточными; этот случай может быть, по меньшей мере, в вариантах осуществления изобретения, имеющих естественно коллимированные источники света, такие как определенные типы лазеров.

Другие модификации раскрытых вариантов осуществления изобретения могут быть понятны специалистами в данной области техники и выполнены ими при осуществлении на практике заявленного изобретения после изучения чертежей, описания изобретения и прилагаемой формулы изобретения. Простой факт, что определенные признаки перечислены в отличающихся друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не обозначает, что комбинация этих признаков не может быть выгодно использована. Любые цифровые обозначения в пунктах формулы изобретения не следует истолковывать как ограничивающие объем изобретения.

Изобретение относится к датчику мутности для использования, например, в стиральной машине (400) или посудомоечной машине, к способу измерения мутности жидкости с помощью указанного датчика, к машине для мойки предметов, которая содержит указанный датчик, и к компьютерному носителю данных. Датчик мутности содержит источник (210) света для излучения света. Излучаемый свет имеет переменную интенсивность излучения. Датчик дополнительно содержит светочувствительный элемент (220) для приема света, испускаемого из источника (210) света. Источник (211) света и светочувствительный элемент (220) позиционируются относительно друг друга таким образом, что когда источник (210) света работает, свет, излучаемый источником (210) света, может распространяться через моющую жидкость, содержащуюся в стиральной машине (400), по пути к светочувствительному элементу (220). Светочувствительный элемент (220) выполнен с возможностью измерения интенсивности света, принятого светочувствительным элементом (221). Кроме того, датчик содержит контроллер (230), связанный с возможностью взаимодействия с источником (210) света и светочувствительным элементом (220). Контроллер (230) выполнен с возможностью регулировки интенсивности света, излучаемого источником (210) света, в зависимости от измеренной интенсивности света, принятого светочувствительным элементом (220). Компьютерный носитель данных содержит программные инструкции, которые при выполнении на устройстве, имеющем вычислительные возможности, осуществляет указанный выше способ измерения мутности жидкости. Технический результат - повышение точности измерений и расширение рабочего диапазона датчика. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Датчик (200) мутности для измерения мутности жидкости, содержащий:
источник (211) света для излучения света, причем свет имеет переменную интенсивность излучения; и
светочувствительный элемент (221) для приема света, испускаемого из источника (211) света, при этом источник (211) света и светочувствительный элемент (221) расположены относительно друг друга таким образом, что когда источник (211) света включен свет, испускаемый источником (211) света, распространяется через жидкость (240) по пути к светочувствительному элементу (221), причем светочувствительный элемент (221) выполнен с возможностью измерения интенсивности света, принимаемого на светочувствительном элементе (221); и
контроллер (231), соединенный с источником (211) света и светочувствительным элементом (221) с возможностью взаимодействия, при этом контроллер (231) выполнен также с возможностью осуществлять регулирование путем выбора одного уровня интенсивности света, испускаемого источником (211) света, из множества заданных уровней интенсивности в зависимости от измеренной интенсивности света, принимаемого светочувствительным элементом (221).

2. Датчик (200) мутности по п.1, в котором контроллер (231) дополнительно выполнен с возможностью:
выбирать более низкий уровень интенсивности излучения, чем текущий уровень интенсивности, если измеренная интенсивность света, принятого светочувствительным элементом (221), превышает верхнее пороговое значение; и
выбирать более высокий уровень интенсивности излучения, чем текущий уровень интенсивности, если измеренная интенсивность света, принятого светочувствительным элементом (221), ниже нижнего порогового значения.

3. Датчик (200) мутности по п.2, дополнительно содержащий запоминающее устройство (232) для вывода сигнала, показывающего мутность жидкости, в зависимости от коэффициента пропускания света, при этом запоминающее устройство (232) выполнено с возможностью сохранения в памяти пар значений коэффициента пропускания света и мутности, причем коэффициент пропускания света представляет собой интенсивность света, принимаемого светочувствительным элементом, деленную на интенсивность света, испускаемого источником света.

4. Датчик (200) мутности по п.3, в котором указанное нижнее пороговое значение определено, частично, условием, касающимся производной интенсивности света по отношению к мутности.

5. Датчик (200) мутности по п.1, в котором светочувствительный элемент (221) является одним из группы элементов, содержащей: фототранзистор, фотодиод и фоторезистор.

6. Датчик (200) мутности по п.1, в котором источник (211) света является полупроводниковым устройством освещения.

7. Датчик (200) мутности по любому из пп.1-6, дополнительно содержащий коллимирующие средства (222), расположенные на светочувствительном элементе (221), для исключения света, не проходящего непосредственно от источника (211) света.

8. Датчик (200) мутности по любому из пп.1-6, дополнительно содержащий фокусирующие средства (212), расположенные на источнике (211) света, для фокусировки света, испускаемого источником (211) света.

9. Датчик (200) мутности по любому из пп.1-6, в котором источник (211) света адаптирован с возможностью излучения света в видимой области спектра, и/или инфракрасной области спектра, и/или ближней инфракрасной области спектра.

10. Машина для мойки предметов, таких как текстильные изделия или посуда, характеризующаяся тем, что содержит датчик (200) мутности по любому из пп.1-9.

11. Способ (600) измерения мутности жидкости, характеризующийся тем, что с помощью источника света обеспечивают испускание света (610), причем испускаемый свет имеет переменную интенсивность,
принимают свет (612) от источника света на светочувствительном элементе в месте, к которому свет распространяется через жидкость, измеряют (612) интенсивность принятого света, и
регулируют (614-618) интенсивность света, испускаемого источником света, посредством выбора одного уровня интенсивности света из множества заданных уровней интенсивности в зависимости от измеренной интенсивности света, принятой светочувствительным элементом.

12. Способ по п.11, в котором;
выбирают (614А) более низкий уровень интенсивности, чем текущий уровень, если интенсивность принятого света превышает верхнее пороговое значение, и
выбирают (614 В) более высокий уровень интенсивности, чем текущий уровень, если интенсивность принятого света ниже нижнего порогового значения.

13. Способ по п.12, в котором:
делят (616) значение интенсивности принятого света на значение интенсивности испускаемого света, таким образом получая значение коэффициента пропускания света; и
выводят (618) значение мутности, соответствующее указанному значению коэффициента пропускания света, из запоминающего устройства.

14. Способ по п.13, в котором указанное нижнее пороговое значение определяют, частично, по условию, касающемуся производной коэффициента пропускания света по отношению к мутности.

15. Компьютерный носитель данных, содержащий программные инструкции, которые при выполнении на устройстве, имеющем вычислительные возможности, осуществляет способ по любому из пп.11-14.