CN101287653A - 用于检测流体的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

设置于诸如隐形眼镜包装件的容器内的诸如盐水溶液的流体可通过在容器处引导超声波能量并接收超声波能量的返回反射来进行检测。超声波能量和返回反射可通过基本将超声波能量和返回反射与气流隔离的护罩进行传播。

Description

用于检测流体的系统和方法
技术领域
[0001]本发明涉及用于确定诸如盐水溶液的流体是否存在于容器中的系统和方法，上述容器为诸如用于贮存隐形眼镜的包装件。
背景技术
[0002]隐形眼镜通常以塑料包装件形式的容器提供给顾客。典型的包装件包括一个或多个杯状物，每一杯状物适于容纳隐形眼镜。每一杯状物通常填满盐水溶液，其浸没隐形眼镜，并将隐形眼镜保持于含水条件下。上述杯状物可由隐形眼镜和盐水溶液放入杯状物内之后施加到包装件的一片铝箔或其它合适的材料覆盖。包装件过程通常利用受可编程逻辑控制器或其它合适的控制装置中央控制的自动设备执行。
[0003]包装件的杯状物可利用泵送计量剂量盐水溶液的泵来进行填满。中央控制装置可编程以检测每一泵是否将剂量的盐水溶液泵送到相关的杯状物。控制器可通过监控当杯状物定位以接收来自泵的盐水溶液时泵是否启动来执行该功能。第二检测可在覆盖和密封杯状物之前执行，以验证盐水溶液已经被泵送到杯状物。
[0004]第二检测可利用朝向杯状物发射红外光的光电近发传感器来执行。如果在杯状物内存在的盐水溶液高于一定水平，则将反射红外光。近发传感器依次可检测预定强度的反射光，当由近发传感器测量时，其可体现为在杯状物内存在的盐水溶液高于一定水平的指示，例如高于一半满度的标记。
[0005]传感器的操作依赖于传感器和杯状物的对准。具体的，由传感器发射的红外光束需要在盐水溶液弯月面的顶点处精确聚焦，以便由近发传感器提供盐水溶液是否存在于杯状物内的正确指示。在生产环境下难于获得并保持近发传感器起到最佳作用所需的对准程度。
[0006]近发传感器的操作还可依赖于盐水溶液弯月面的取向。例如，气泡通常在填满杯状物的过程中形成于弯月面内并且可改变弯月面的取向，这样近发传感器的光束不再聚焦于弯月面的顶点处。在上述情况下传感器会发出错误的示度。具体的，传感器会错误地指示包装件不包含盐水溶液，导致上述包装件和相关的隐形眼镜被不适当地丢弃。
发明内容
[0007]设置于诸如隐形眼镜包装件的容器内的诸如盐水溶液的流体可通过在容器处引导超声波能量并接收超声波能量的返回反射来进行检测。超声波能量和返回反射可通过基本将超声波能量和返回反射与气流隔离的护罩进行传播。
[0008]系统的优选实施例包括具有一表面的容器以及超声波传感器，该表面形成容纳盐水溶液的杯状物，以及超声波传感器将声能引导到该表面处，并检测声能的返回反射。
[0009]优选的方法包括在容器的表面处引导声能，检测声能的返回反射，以及基于在表面处引导声能和检测声能反射之间的耗费时间来确定声能源点和声能反射点之间的距离，上述表面形成容纳盐水溶液的杯状物。
[0010]系统的另一优选实施例包括容器，该容器具有限定杯状物的表面；以及设置于杯状物内的流体；超声波传感器，其在表面处引导超声波能量，检测超声波能量和流体之间的接触产生的返回反射，以及基于在容器表面处引导声能和检测返回反射之间的耗费时间产生输出；以及耦联到超声波传感器的护罩。
[0011]其它优选的操作过程包括将隐形眼镜放置于容器的杯状物内，将包装件传输到泵附近的第一位置，利用泵将盐水溶液引导到杯状物内，在包装件处于第一位置时确定泵是否启动，将包装件传输到超声波传感器附近的第二位置，并且将超声波能量引导到杯状物处，并且在容器处于第二位置时利用超声波传感器测量超声波能量的反射。
附图说明
[0012]当结合伴随的附图进行阅读时，可以更好地理解前述概要以及下述详细说明。为了示出本发明的目的，附图示出当前优选的实施例。但是本发明并不限于在附图中所示的具体手段。在附图中：
[0013]图1A是用于检测包装件内流体的系统优选实施例的透视图；
[0014]图2是图1中所示系统的侧视图；
[0015]图3是图1和图2中所示系统的顶视图；
[0016]图4是图1-3中所示系统的侧视图，从图2所示的透视图旋转大约九十度；
[0017]图5是图1-4中所示系统的超声波传感器的透视图，以及适于超声波传感器的护罩；
[0018]图6是图5中所示护罩的顶部透视图；
[0019]图7是图5和图6中所示护罩的纵向横断面视图；
[0020]图5是填满盐水溶液并适合与图1-4中所示系统一起使用的包装件的横断面视图；
[0021]图9是以用于包装件隐形眼镜的系统一部分安装的图1-4中所示系统的侧视图；以及
[0022]图10是示出图9中所示系统各种组件的方块图。
具体实施方式
[0023]附图示出用于检测容器或包装件12内流体的系统10的优选实施例。包装件12在将隐形眼镜14运输到最终使用者的过程中可用于贮存隐形眼镜14。如图8中所示，包装件12限定半球形的碗状物或杯状物16。杯状物16容纳隐形眼镜14。杯状物16填满盐水溶液18，其浸没隐形眼镜14，并将隐形眼镜14保持于含水条件下。在隐形眼镜14和盐水溶液18引导杯状物16内之后，上述杯状物16可由一片铝箔20覆盖和密封。公开于此的包装件12的具体细节仅仅是为了示例性的目的。系统10可包括不同于包装件12构造的包装件。
[0024]如图1中所示，在将隐形眼镜14放入杯状物16内之后，可在泵站26处用盐水溶液18填满包装件12。当隐形眼镜14和盐水溶液18引导杯状物16内之后，包装件12可支撑在托盘21上。在图1，2和9中示出托盘21。托盘21可容纳十个包装件12，以两排设置，每排五个。托盘21可通过传送带22传输到泵站26或从泵站26输送。
[0025]如图9所示，泵站26包括若干泵28，以便将剂量的盐水溶液18引导到包装件12的每一杯状物16内。额定剂量的盐水溶液18将杯状物16填满到杯状物16上端的大约1.0mm(0.039inch)内。
[0026]如图10所示，泵28、传送带22以及与隐形眼镜14的包装件相关的其它设备可通讯地耦联到中央控制器，诸如可编程的逻辑控制器(PLC)30。PLC 30可调整适于隐形眼镜14的全部包装件过程。PLC 30可执行初步检查，检查盐水溶液18是否通过泵28被引导到托盘21上的每一包装件12。具体的，PLC 30可编程以检查当托盘21定位于泵站26之下时每一泵28是否启动。PLC 30可编程，如果PLC 30确定一个或多个泵28未启动，那么PLC 30将特定托盘21上的所有包装件12归为不合格品。标记为不合格品的包装件12最终被作为废料丢弃。
[0027]如图1-5所示，系统10包括若干超声波传感器23以及支架结构24。传感器23可验证每一包装件12内的盐水溶液18水平是否在预定水平之上。从而传感器23可起到第二检查的作用，以检查盐水溶液18是否已经添加到特定托盘21上的每一包装件12。如果需要，PLC 30可编程，以防止在由PLC 30执行的初始填充检查过程中标记为不合格品的包装件12上进行该检查。
[0028]如图1-3所示，传感器23安装到支架结构24的板状构件27上。当安装到板状构件27上时，传感器23形成阵列29。如图2和图3所示，传感器23可利用例如具有螺纹的螺母31安装，上述螺纹与相关传感器23的外壳108上形成的互补螺纹啮合。
[0029]例如，系统10可包括十个传感器23，其以两排设置，每排设置五个，这样可同时测量十个包装件12内的盐水溶液18的相应水平。在阵列29中使用十个传感器23仅仅是用于示例性的目的。本发明的原理可应用到单一传感器和具有多于或少于十个传感器的传感器阵列。
[0030]在泵站26处将杯状物16填满后，传送带22将托盘21移动到传感器23阵列29之下的位置(见图1至图9)。传感器23设置在板状构件27上，这样当托盘21位于阵列29之下时，每一传感器23可与相关包装件12对准。在代表性的例子中，同一行中相邻传感器23之间的中心到中心的间距大约为30.00mm(1.181inch)，以及两排之间的中心到中心之间的间距大约为50.00mm(1.969inch)，以便基本与托盘21上的包装件12的间距相匹配。
[0031]支架结构24支撑托盘21上的托架构件27和传感器23阵列29。如下所述，托架构件27的位置可关于托盘21进行调节，这样传感器23可关于相应包装件12进行最佳定位。
[0032]如图1-4所示，支架结构24优选包括两个托架组件50以及两个底部构件52。每一托架组件50可包括基本L-形的下部托架54，其靠诸如紧固件56的合适装置固定到相关的底部构件52。紧固件56可由每一下部托架54中形成的狭槽58容纳。如图3所示，狭槽58在基本垂直于板状构件27长度方向的第一方向上延伸。该特征允许在第一方向上关于托盘21(以及包装件12)调节传感器23的位置。
[0033]支架结构24还包括两个基本L-形的上部托架60。每一上部托架60通过合适的装置固定到相应的下部托架54，上述合适的装置诸如为紧固件56，其类似于或基本等同于用于将下部托架54固定到底部构件52的紧固件56。每一下部托架54具有在其中紧接其上端部形成的狭槽62，以容纳这些紧固件56(见图1，4和9)。每一狭槽62在基本与垂直方向一致的第二方向上延伸(从图4的透视图看出)。该特征允许在第二(垂直)方向上关于托盘21(以及包装件12)调节上部托架60(以及板状构件27和传感器23)的位置。
[0034]每一上部托架60通过合适的装置固定到板状构件27的相应端部，上述合适的装置诸如为紧固件56，其类似于或基本等同于用于将下部托架54固定到底部构件52的紧固件56。如图1和图3所示，板状构件27具有在其中形成以容纳相关紧固件56的狭槽66。每一狭槽66在基本与板状构件27长度方向一致的第三方向上延伸。该特征允许在第三方向上关于托盘21调节传感器23的位置。
[0035]如图10所示，每一传感器23可包括振动元件100以及处理器102，诸如通讯地耦联到振动元件100的微处理器。振动元件100和处理器102可安装在传感器23的外壳108内。例如，外壳108可以是圆筒类型的外壳。通过与每一传感器23相连的电缆109和连接器111可将电能和信号传输到传感器23以及自传感器23传输。(为了清楚起见，与一些传感器23相连的电缆109和连接器111在图2和图3中未示出)。
[0036]传感器23发射和接收声能。具体的，传感器23的振动元件100可产生预定频率，例如500kHz的声能的脉冲或脉冲群。振动元件100例如可以是压电晶体，其响应于施加到其的电流在预定频率下振动。当穿透传感器23工作距离内的物体时，声能产生返回反射或脉冲回波。在达到振动元件100时，返回反射导致振动元件100振动并产生电输出。
[0037]处理器102可编程以推测物体存在于传感器23的工作距离内。具体的，处理器102可编程有记录钟，其记录声能脉冲发射和由振动元件100接收返回反射之间的耗费时间(指示为振动元件100的电输出)。
[0038]处理器102可编程，以便基于特定声速和声能发射和接收返回反射之间的耗费时间计算传感器23和目标物体之间的距离。处理器102还可编程，只有当确定目标物体，也就是杯状物16内盐水溶液18的弯月面19在传感器23的工作距离内才产生输出。
[0039]对传感器23描述的具体细节仅仅是为了示例性的目的。在替换实施例中可使用其它类型的超声波传感器，包括其中产生声能和接收返回反射由单独元件执行的超声波传感器。如在说明书和权利要求书中使用的术语超声波传感器意旨包括其中产生声能和接收返回反射由一个元件、由设置于同一外壳内的单独元件、以及由不设置于同一外壳内的单独元件执行的装置。
[0040]在图1中，传感器23设置在板状构件27上，这样每一传感器23基本与包装件12相应之一的杯状物16对准，并且由传感器23产生的声能脉冲朝向杯状物16导引。如果存在盐水溶液18，声能脉冲碰撞到杯状物16盐水溶液18的弯月面19上，由此产生返回反射。
[0041]如上所指出的，每一传感器23的处理器102可确定传感器23和相关杯状物16内的盐水溶液18弯月面19之间的距离是否在传感器23的工作距离内。如果传感器23和弯月面19之间的距离在传感器23的工作距离内，处理器102可产生输出，其通过与传感器23相连的电缆109和连接器111传送到PLC 30。PLC 30可将该输出认定为杯状物16内存在高于预定水平的盐水溶液18的指示。
[0042]传感器23产生盐水溶液18是否存在于杯状物内的精确和可靠指示的能力依赖于传感器23和目标，也就是盐水溶液18的弯月面19之间的距离。因此通过将传感器23定位在距离托盘21特定垂直距离处可使得传感器23检测杯状物16内的盐水溶液18的能力最优化。该距离由图2中的附图标记“D1”标示。
[0043]可通过如上所述的方式改变支架结构24上板状构件27的垂直位置来调节距离D1。例如，可调节板状构件27的垂直位置，这样距离D1大约为51.00mm(2.008inch)。申请人已经发现将传感器23和托盘21间隔该距离导致每一传感器23产生精确的、可重复的指示，指示相应杯状物16内的盐水溶液18的水平大约高于一半满度水平或者不高于一半满度水平。
[0044]距离D1的最佳值依赖于应用，并且可随诸如用作传感器23的特定传感器、杯状物16的尺寸和间距以及周围环境条件的因素而变化。D1的特定值仅仅用于示例性的目的。
[0045]每一传感器23在目标距离处，也就是在距传感器23底部大约51.00mm(2.008inch)的点处优选具有大约10mm(0.39inch)的光束宽度。最佳的光束宽度可随应用、诸如目标距离、传感器23之间间距的因素而变化。
[0046]适用于本发明的超声波传感器例如可从美国俄亥俄州代顿的Hyde Park Electronics LLC以SUPERPROX Model SM300系列的超声波传感器获得。适用作电缆109和连接器111的电缆和连接器例如也可从Hyde Park Electronics LLC以AC134直角、四个导体的连接器/电缆组件获得。
[0047]每一传感器23优选装配有管状护罩76。(为了清楚起见，在图2中只示出护罩76之一)。护罩76固定到传感器23的面对托盘21的端部。护罩76例如可通过形成在护罩76和传感器23上的互补螺纹附连到传感器23。
[0048]每一护罩76允许由相关传感器23产生的声能脉冲和返回反射在传感器23和托盘21上的相关包装件21之间传播。护罩76还基本将脉冲和返回反射与可存在于传感器23和包装件12之间的气流隔离或屏蔽。如图5-7所示，每一护罩76限定轴向延伸的通道77。通道77与传感器66的振动元件100相连通，这样声能脉冲和返回反射可通过通道77在振动元件100和相关的包装件12之间传播。通道77具有的直径优选大约等于传感器23的下端部的直径。
[0049]护罩76可潜在地改善传感器23的功能。具体的，申请人已经发现传感器23的功能可受到传感器23和相应包装件12之间的气流的负面影响。可负面影响传感器23功能的气流例如可通过可罩盖系统10的外壳内产生的层状气流产生，或通过可由诸如真空发生器的第二设备产生的排出洁净空气来产生。传感器23的功能还可受到其中安装系统10的设备的空气控制或加热系统的负面影响，或受到系统10附近的人体或物体移动的负面影响。据信这种气流可改变从每一传感器23传出并传到每一传感器23的声能和返回反射的传播，从而抑制传感器23精确确定传感器23和相应包装件21内的盐水溶液18之间距离的能力。
[0050]申请人还发现传感器23降低对传感器23和包装件12之间的气流灵敏度可能需要将传感器23非常接近包装件12放置，从而传感器23的功能受到负面影响。将传感器23足够靠近包装件12放置以便基本降低对气流的负面影响可使得距离D1小于传感器23最佳检测包装件12内盐水溶液18的存在所需的距离。
[0051]护罩76可基本将由传感器23产生的声能脉冲和返回回波与传感器23和包装件12之间的气流隔离。由此护罩76的使用可允许将传感器23放置在距离托盘21的足够距离D1处，以利于最佳检测杯状物16内的盐水溶液18，而不会引导由于传感器23和包装件12之间的气流导致的传感误差。
[0052]例如，每一护罩76可具有一定尺寸，这样其在传感器23端部之下延伸大约33.50mm(1.319inch)。该尺寸由图2中的附图标记“D3”标示。当距离D1大约为51.00mm时，以该方式定制护罩76的尺寸导致在护罩76的底部和托盘21的顶部之间存在大约24.50mm(0.9646inch)的间隙。在护罩76的底部和托盘21的顶部之间的间隙在图2中的附图标记“D2”标示。
[0053]缝隙D2的最佳值依赖于应用，传感器23和托盘21之间的气流量值和方向、以及周围环境的因素而变化。D2的特定值仅仅用于示例性的目的。
[0054]申请人还已经发现在气泡存在于弯月面19中时，传感器23可提供杯状物19内盐水溶液18水平的精确和可靠指示。当用盐水溶液18填满杯状物16时，气泡通常形成于弯月面19内。在气泡存在于弯月面19中时，据信传感器23检测盐水溶液18的能力代表关于其它类型传感器的实质优势，其它类型的传感器诸如压电传感器，其由于气泡存在会导致传感误差。在气泡存在下会产生传感误差，因为光电传感器可将一个或多个气泡的顶部认定为液位。申请人还发现传感器23与光电传感器相比不易受由传感器和目标之间的错位导致的传感误差。
[0055]上述说明仅仅是为了解释说明的目的而提供的，并且不解释为对本发明的限制。虽然已经参照优选实施例或优选方法对本发明进行了描述，但是应该理解在此使用的词语是说明和解释的词语，而不是限制的词语。此外，虽然已经参照具体结构、方法和实施例对本发明进行了描述，但是本发明并不意旨限定到在此具体公开的内容，原因在于本发明涵盖落入所附权利要求范围内的所有结构、方法和用途。相关领域的那些技术人员在领略了该说明书教导的益处之后可对在此描述的发明进行各种变型，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围和精神下可进行各种变化。例如，系统10可用于检测隐形眼镜之外的包装件内的盐水溶液之外的流体。此外，护罩76的替换实施例可具有管状之外的形状。

Claims (34)

1.一种系统，包括：
具有一表面的容器，该表面形成容纳盐水溶液的杯状物；
超声波传感器，其在该表面处引导声能，并检测声能的返回反射。
2.如权利要求1所述的系统，进一步包括支架结构，其基本相对于上述表面定位超声波传感器。
3.权利要求1所述的系统，进一步包括固定到超声波传感器的护罩。
4.如权利要求3所述的系统，其中护罩基本是管状的。
5.如权利要求1所述的系统，其中超声波传感器与容器相距预定的距离。
6.如权利要求2所述的系统，其中支架结构包括具有安装于其上的超声波传感器的板状构件，固定到板状构件的上部托架，底部构件，以及安装到底部构件并耦联到上部托架的下部托架。
7.如权利要求6所述的系统，其中下部托架通过紧固件耦联到上部托架，该紧固件延伸通过形成于上部托架和下部托架之一内的狭缝。
8.如权利要求1所述的系统，其中超声波传感器产生声能脉冲。
9.如权利要求8所述的系统，其中声能脉冲具有大约500kHz的频率。
10.如权利要求1所述的系统，进一步包括通讯地耦联到超声波传感器的处理器。
11.如权利要求1所述的系统，其中超声波传感器包括产生声能的振动元件，以及通讯地耦联到振动元件的处理器。
12.如权利要求11所述的系统，其中振动元件是压电晶体。
13.如权利要求11所述的系统，其中振动元件振动并产生响应于返回反射的电输出。
14.如权利要求6所述的系统，其中该系统包括安装到板状构件上的十个超声波传感器。
15.如权利要求14所述的系统，进一步包括保持十个容器的托盘，同时超声波传感器在容器处引导声能，其中超声波传感器安装到板状构件，这样每个超声波传感器基本与容器的相应之一对准。
16.如权利要求3所述的系统，其中护罩限定内部通道，并且声能和返回反射通过内部通道传播。
17.如权利要求16所述的系统，其中护罩固定到超声波传感器的下端部，并且内部通道具有的直径大约等于超声波传感器下端部的直径。
18.如权利要求3所述的系统，其中护罩通过护罩和超声波传感器上的互补螺纹固定到超声波传感器。
19.如权利要求10所述的系统，其中超声波传感器通讯地耦联到控制器，并且只有当容器内存在的盐水溶液超过预定水平时，超声波传感器才提供到控制器的输出。
20.一种方法，包括：
在容器的表面处引导声能，该表面形成容纳盐水溶液的杯状物；
检测声能的返回反射；以及
基于在表面处引导声能和检测声能反射之间的耗费时间来确定声能源点和声能反射点之间的距离。
21.如权利要求20所述的方法，其中在容器的表面处引导声能包括将声能引导通过将声能与气流隔离的护罩。
22.如权利要求20所述的方法，进一步包括利用超声波传感器产生声能。
23.如权利要求22所述的方法，进一步包括利用超声波传感器接收返回反射，并且利用超声波传感器确定声能源点和声脉冲反射点之间的距离。
24.如权利要求20所述的方法，进一步包括将容器与产生声能的超声波传感器对准。
25.如权利要求20所述的方法，其中在容器表面处引导声能包括在表面处引导声能脉冲。
26.如权利要求25所述的方法，其中声能脉冲具有大约500kHz的频率。
27.如权利要求20所述的方法，进一步包括将超声波传感器与保持容器的托盘间隔开，这样只有当超声波传感器和盐水溶液水平之间的距离小于预定值时，超声波传感器才产生输出。
28.一种系统，包括：
容器，该容器具有限定杯状物的表面，以及设置于杯状物内的流体；
超声波传感器，其在表面处引导超声波能量，检测超声波能量和流体之间的接触产生的返回反射，以及基于在容器表面处引导声能和检测返回反射之间的耗费时间产生输出；以及
耦联到超声波传感器的护罩。
29.如权利要求28所述的系统，其中护罩基本为管状。
30.如权利要求28所述的系统，其中超声波传感器在容器表面处引导声能脉冲。
31.如权利要求28所述的系统，进一步包括包括支架结构，以便靠近容器定位超声波传感器。
32.如权利要求31所述的系统，其中支架结构包括具有安装于其上的超声波传感器的板状构件，固定到板状构件的上部托架，底部构件，以及安装到底部构件并耦联到上部托架的下部托架，这样可调节超声波传感器和容器之间的距离。
33.操作过程，包括：
将隐形眼镜放置于容器的杯状物内；
将包装件传输到泵附近的第一位置；
利用泵将盐水溶液引导到杯状物内；
在包装件处于第一位置时确定泵是否启动；
将包装件传输到超声波传感器附近的第二位置；以及
将超声波能量引导到杯状物处，并且在容器处于第二位置时利用超声波传感器测量超声波能量的反射。
34.如权利要求33所述的操作过程，进一步包括密封杯状物。
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