CN101375138B - 具有粉状材料填充水平检测装置的饮料分配装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粉状材料(3)的填充水平检测装置。该填充水平检测装置具有存储单元(15)和传感器(2)。存储单元(15)包括具有卸料孔(5)的容器(1)，且该卸料孔(5)用于排出计量的粉状材料(3)。传感器(2)具有用于发射光束(7)的光源(6)、以及用于检测光强的检测单元(8)。在容器(1)的壁(9)上至少有一个区域对于由光源(6)发射的光至少是部分透明的。此外，传感器(2)以某种方式被置于容器(1)外，从而使光源(6)将光束(7)导向到在容器(1)的壁(9)上的所述区域中，以及使检测单元(8)拦截由粉状材料(3)反射、并经由在容器(1)的壁(9)上的所述区域透过的光。

Description

具有粉状材料填充水平检测装置的饮料分配装置

技术领域

本发明涉及一种用于分配基于粉状材料(3)的饮料的饮料分配装置，该装置包括：

-用于分配液体的液体分配装置；

-用于分配粉状材料的存储单元，该存储单元(15)包括具有卸料孔的容器，该卸料孔用于排出计量的粉状材料(3)；

-混合空间，用于混合由所述液体分配装置分配的所述液体、以及由所述存储单元分配的所述粉状材料；以及

-用于检测所述存储单元填充水平的填充水平检测装置，该填充水平检测装置包括传感器，该传感器包括用于发射光束的光源、以及用于检测光强的检测单元；其中，在所述容器的壁上至少有一个区域对于由所述光源发射的光至少是部分透明的。

粉状材料的例子包括咖啡、牛奶/乳酪和糖。通过使用这类填充水平检测装置，可确定在存储单元的容器内是否仍存在足量的粉状材料，而不会由这类检测降低粉状材料的质量。这样做具有说服力，因为通过使用传感器，有可能无需与粉状材料直接接触、即可确定在容器内是否存在足量的粉状材料。

背景技术

美国专利US-A-4,665,808公开了一种具有蓄水区的咖啡渗滤壶，其提供了 一种装置能够感应壶内咖啡粉的填充水平。

美国专利US-A-5,616,929公开了一种具有墨水余量检测装置的墨水瓶。

德国专利公开DE-A-3240047公开了一种用于洗碗机的水平检测装置。基于光的反射和透射，该水平检测装置采用光检测。

在美国专利说明书6,234,603中公开了一种系统，该系统可用于检测在墨水容器(墨盒)中是否存在墨水、并可在存在墨水时确定在所述墨盒中的墨水水平。为达到这一目的，该系统包括具有源的传感器、检测器、以及至少一个反射元件。源和检测器可与壁的一部分整合在一起，或相互松散叠放。该系统的一个缺点是，通过相对于彼此定位源和检测器，可同时测量到一些可能的墨水水平。

发明内容

本发明旨在提供一种可更精确工作的填充水平检测装置。为此，本发明的饮料分配装置的填充水平检测装置的特点在于，传感器被置于容器外，从而使光源将光束导向到在容器的壁上的区域中，以及使检测单元拦截由粉状材料反射、并经由在容器的壁上的区域透过的光；饮料分配装置的壁具有可关闭的孔；以及填充水平检测装置的传感器经由固定结构被安装在可关闭的孔上。

在另一实施例中，传感器的光源和检测单元处于一个水平面上。光源和检测单元的这类相互定位或多或少垂直于粉状材料的降落方向。使用相同光束照射意谓着与在相互垂直定位时的情形相比，有更低可能水平的粉状材料被照射到。由此，在各种情形下，当确定粉状材料是否在一水平之上或之下时，在测量中通过使用检测单元而存在更少的传播。结果，传感器可更精确地工作。

优选地，填充水平检测装置还包括指示元件，用于指示在存储单元的容器内粉状材料何时不足；且当检测光强低于预定极限值时，检测单元可发送信号。这样，有可能无需查看存储单元，就已指示出在存储单元的容器内粉状材料不足。信号可以是被发送到检测元件的‘空’信号。然而，填充水平检测装置也有可能还包括处理器，且信号也有可能是当检测光强低于预定极限值时、被发送到处理器的阈信号。处理器可在收到阈信号后、计算粉状材料份的预定数量，且可在已达到粉状材料份的预定数量后、向指示元件发送‘空’信号。

在填充水平检测装置的一实施例中，发射光束是平行或发散的。在填充水平检测装置的另一实施例中，发射光束以某种方式会聚，从而使光束焦点位于存储单元之外。由于在这些实施例中光束所具有的上述特征，光被投射在具有粉状材料的相对大的表面区域上，由此使填充水平检测装置甚至可在壁被沾污的情况下起作用。在光束与壁之间的角度优选在40至90度之间。由于具有这样的角度，降低了由沾污壁造成不精确信号的可能性。

在填充水平检测装置的所有实施例中，光源可用于发射具有预定脉冲频率的脉冲光束。这类情形下的检测单元可检测来自脉冲光束的光的光强。在这类实施例中，可根据在“噪音”中可识别出来自填充水平检测装置光源的光这一事实，减少环境光对填充水平检测装置功能的不利影响。

在所有实施例中，光源可用于发射含有在红外线波长范围内主波长的光束。通过使用具有在这一波长范围内(该波长范围从约750nm直至50μm)主波长的光，有可能使用标准的聚碳酸酯容器。此外，人类未发现这类波长的扰动，这是因为所述波长在人类看得见的波长范围之外。

下文将结合附图和例子对本发明作更详细的说明。这些附图并未旨在限制本发明的范围，而是要举例说明本发明。

附图说明

图1a-1c为本发明粉状材料填充水平检测装置的一实施例的示意图；

图2为用于本发明粉状材料填充水平检测装置的传感器的一实施例的示意图；

图3为在本发明一实施例中具有粉状材料填充水平检测装置的饮料分配装置示意图；以及

图4为本发明粉状材料填充水平检测装置的一实施例的示意图，该装置可被安装在图3所示类型的饮料分配装置中。

具体实施方式

图1a-1c为粉状材料填充水平检测装置的一实施例的示意图。填充水平检测装置包括存储单元15和传感器2。存储单元15还包括容器1，该容器在图1a-1c中分别被填以粉状材料3达全满、一半以及不够满的程度。容器1具有用于供应粉状材料3的给料孔4、以及用于按计量数量排出粉状材料3的卸料孔5。换言之，存储单元的容器1可经由给料孔4被填以粉状材料3，且容器1可经由卸料孔5被排空。然而，也有可能例如经由卸料孔5填充存储单元。在这类实施例中，不存在单独的给料孔4。

传感器2包括用于发射具有光线7的光束的光源6、以及用于检测光强的检测单元8。传感器2被以某种方式放置在容器1外，从而由检测单元8至少可部分检测到粉状材料3反射光束7的光的光强，且被发射的光束7穿过存储单元15的容器1的壁9。光源6被以某种方式安置，从而可使光束7被导向到壁9的一区域上，该区域对于由光源6发射的光至少是部分透明的。为此，检测单元8以某种方式被安置，从而使 其可拦截来自光束7的光；光束7被粉状材料3反射，并透过壁9上至少部分透明的区域。在图1a-1c中，整个壁9对于由光源6发射的光至少部分透明。然而，也有可能只有壁9上的有限部分(即所述区域)对于该光是至少部分透明的。

在图1a中，由光源6发射的光束7的大部分经由存储单元15的容器1的壁9投射在所述存储单元内的粉状材料3上。光束7的小部分将被壁9反射、或被壁9吸收。从壁9反射的光线在图1a-1c中由虚箭头10指示。图1a-1c所示的光束7优选以角度θ入射在存储单元15的容器1的壁9上，从而使得检测单元8实际上检测不到反射光线。然而，正如本领域技术人员所知，必须在此确保该角度不能大于所谓的界限角，这是因为当该角度大于所述界限角时、光束7将被全部反射。由实验已清楚看出，在光束与存储单元15的容器1的壁9之间的角度θ优选在40至90度之间。

光束7的大部分将被粉状材料3沿许多方向反射，其中相对大的部分向检测单元8的方向通过壁9。向检测单元8的方向从粉状材料3反射的光束在图1a-1b中由虚箭头11指示。然后，由检测单元8检测从粉状材料3反射的光线11的光强。

在图1b中，容器1中只有一半高度被填以粉状材料3。经过壁9进入容器1的光束7的一部分将通过在容器1另一侧上相对的壁12再次离开容器1。结果，在这种情形下由检测单元8检测到的光强将低于在图1a所示情形下检测到的光强。

在图1c中，容器1几乎是空的，换言之，几乎不存在粉状材料3。经过壁9进入容器1的几乎全部光束7经由相对的壁12离开容器1。只有小部分将被相对的壁12反射(未显示)或被所述壁吸收。由检测单元8检测到的光强将因此是最小的。

通过与检测光强的预定极限值作比较，可确定在容器1内是否存在足量的粉状材料3。这一极限值可例如对应在图1b所示情形中测量到的光强。如果检测光强高于极限值，则在容器1中存在足量的粉状材料3。另一方面，如果检测光强低于极限值，则粉状材料3不足，需要补充在存储装置内容器1的容量。

如果在存储装置的容器1内粉状材料3不足，即当检测光强低于预定极限值时，检测单元8可发送‘空’信号。这类‘空’信号可被发送到诸如指示灯之类的指示元件13。经由这类指示元件13、并通过使用本领域技术人员所知的适当紧固件，有可能无需打开内部放置有填充水平检测装置的饮料分配装置、就可指示在存储单元15的容器1中粉状材料3不足。

由于光束7被粉状材料3沿各个方向反射，可通过照射在装有粉状材料3的容器上相对大的表面区域，提高传感器2的可靠性。这可通过以某种方式布置光源6、从而使光束7平行或发散或会聚发射而达到，且在最后提到的情形下、光束7的焦点位于存储单元15之外。

粉状材料3有可能沾污容器1。如果容器内部被沾污，例如被来自粉状材料3的极细粉末沾污，于是即使照射相对大的表面区域，光束7的 相对大部分将仍被粉末薄层通过不希望的反射或吸收挡住。在这种情形下，由检测单元8检测到的光强也将低于当在入射光束7的位置存在充足的粉状材料3时检测到的光强。如图1a-1c所示，使用光束7沿一角度照射容器1甚至可以加剧这类沾污层对检测可靠性的负面影响。在最坏的情形下，检测单元将在这种情形下发送信号，表明在容器1中存在足量的粉状材料3，而事实并非如此。

为尽可能减少沾污层对检测可靠性的负面影响，有可能对填充水平检测装置的各个元件的相互位置及/或定向进行最优化。可在这一最优化中起作用的参数包括：角度θ；检测单元8相对于壁9的位置(例如，所述检测单元是否位于壁的向下倾斜部分上、或壁的“垂直”部分上)；要被照射的表面的大小；光源6距壁9的距离；最低检测水平；以及与反射光强度有关的极限值等。

此外，卸料孔5与(如果存在)给料孔4的位置安排方式可使粉状材料3在容器1一侧的高度极不同于其在容器1另一侧的高度。由实验已可清楚看出，在高度变化方面存在某种可预测性。为适应粉状材料3在容器1中与位置有关的数量下降，可使用确定的固定模式。然后将检测单元8置于某位置，从而当仍可取出有限预定已知份数的粉状材料3时、通过例如卸料孔5发送这类信号。该信号可以是‘空’信号，它可被再次发送到诸如指示灯之类的指示元件13。然而，该信号也可以是发送到处理器16的阈信号，该处理器16用于例如以电子计算器的形式计算粉状材料3区。然后，处理器16计算在收到阈信号后取出的粉状材料3的份 数。当处理器16达到有限预定已知份数时，处理器16将发送‘空’信号。这一‘空’信号可再次被发送到诸如指示灯之类的指示元件13。

光源6可以是单一光源，例如发光二极管(LED)。然而，也可能使用一个以上的光源；在这种情形下，有可能将每个光源用于发射不同波长的光。由光源发射的光的波长可在红外线波长的范围内。该范围在此指包括从750nm至50μm的波长范围；其中，在这一应用中，在800nm至1000nm之间的波长尤为合适。目前，普通光源6还包括用于发射波长为880nm或940nm的光的光源。通过使用这类波长的光，有可能照射使用聚碳酸酯制成的容器1；聚碳酸酯是制造某些容器常用的材料，这些容器例如可用于储存咖啡机内的咖啡。此外，具有在该波长范围内波长的光未发现具有扰动性，这是因为它们处在人类看得见的波长范围之外。然而，在本发明的一些实施例中也有可能使用光源6，它可发射波长在人类看得见波长范围内的光，即450-700nm。

检测单元8可以是单一部件，例如光电晶体管或光电二极管。在这种情形下，极限值可由相关光电晶体管或光电二极管的平衡点确定。然而，也有可能使用更复杂的检测单元8、或多个检测单元8。在这些情形下，存储单元还可包括处理器，该处理器可根据单个或多个检测单元确定在存储单元的容器1内是否存在足量的粉状材料3。在这种情形下，极限值可被储存在与处理器相连的存储器内，正如本领域技术人员所熟知的那样。

环境光对传感器2功能的不利影响会导致检测错误；为避免这一影响，光可由光源6以具有任意但已知频率的脉冲形式发射。于是，该频率 不同于环境中任何脉动光源的频率。这样，从电源提供的普通光源可以以频率为100Hz或120Hz的脉冲形式发光；且所述频率取决于电源频率，即在欧洲常见的电源频率为50Hz的情形下为100Hz，在美国正常的电源频率为60Hz的情形下为120Hz。在这种情形下，可按某种方式布置传感器2，从而使‘空’信号只基于某种光，该光是由检测单元8在对应于光源6的脉冲频率下检测到的。

为清楚起见，在传感器2中的光源6和检测单元8被相叠放置，如图1a-1c所示。必须理解的是，也有可能以另外的方式相对于彼此放置这些元件，例如在水平面上位于彼此的旁边，如图2所示。术语“水平”在此是指与重力作用在粉状材料3上的方向成直角的方向，即所谓的垂直方向。在许多情形下，粉状材料3将沿垂直方向经由卸料孔5从容器1中被取出。

通过使用图2所示的传感器类型，可照射到更低可能水平的粉状材料3；其结果是，在各种情形下，当使用检测单元8检测水平时，传播将更少。结果，传感器2可更精确地工作。

图3为饮料分配装置20的示意图，该装置安装有填充水平检测装置的一实施例。饮料分配装置20适用于分配某种饮料，该饮料基于由液体与粉状材料构成的混合物。饮料分配装置20包括粉状材料的存储单元15、以及液体分配装置22。存储装置15连同传感器2一同被围在填充水平检测装置21内，在此只用虚线示意性地示出。传感器2和存储单元15可采用在图1a-1c所示的填充水平检测装置21中的形式。

为能够分配要求的饮料，液体分配装置22的卸料单元和存储单元15的卸料单元均与混合空间23通信。存储单元15的卸料单元可对应在图1a-1c和图4的填充水平检测装置实施例中所示的卸料单元5。在混合空间23中，可通过混合液体和粉状材料获得要求的饮料，其后进行分配。

图4为粉状材料填充水平检测装置一实施例的示意图，该装置可被安装在图3所示类型的饮料分配装置中。填充水平检测装置又包括具有容器1的存储单元15、以及传感器2。存储单元15的容器1要被填充。传感器2经由固定结构30被固定在饮料分配装置的壁上的可关闭的开口处，该开口例如可以是门31。然而，也有可能将传感器2经由固定结构30固定在饮料分配装置的另一壁上。在图4中，当门31被打开时，在线A-A’左侧的部分将被摆动离开该线右侧的部分(即容器1)。

固定结构30以某种方式被安装，从而当门31被关闭时，传感器2相对于存储单元15的容器1的壁9处于适当的距离和精确的位置。有必要打开门，以便经由给料孔4将存储单元15的容器1填以粉状材料3，或对饮料分配装置内的各种部件进行维护；当门被打开时，传感器2连同门31一起被摆动离开。所示传感器2的安装和定位可确保传感器2被置于精确的位置，而所述传感器在维护或填充工作期间并不妨碍正常工作。因此，不必将传感器2移走和放回到精确的位置。后一动作尤其要求更高的精密度。此外，这类动作可能会被忘记。所示固定方法也减少了使传感器2损坏或沾污的可能性。

必须理解的是，在本说明中所用的术语“高于”和“低于”极限值对应于一检测光强；该检测光强在极限值情形下、与在检测单元8上的入射光强相比，分别高于和低于在检测单元8上的入射光强。如果不按光强表述极限值，则有可能在数值高于极限值的情形下、由检测单元8发送‘空’信号。如果检测值已超过极限值，则发送‘空’信号。

上述说明只描述了本发明的几个可能的实施例。容易看出，可设想本发明的许多其他可能的实施例，且所有这些实施例均在本发明的由下列权利要求确定的范围内。

Claims (10)

1.一种用于分配基于粉状材料(3)的饮料的饮料分配装置(20)，该装置包括：

-用于分配液体的液体分配装置(22)；

-用于分配粉状材料的存储单元(15)，该存储单元(15)包括具有卸料孔(5)的容器(1)，该卸料孔(5)用于排出计量的粉状材料(3)；

-混合空间(23)，用于混合由所述液体分配装置(22)分配的所述液体、以及由所述存储单元(15)分配的所述粉状材料(3)；以及

-用于检测所述存储单元(15)填充水平的填充水平检测装置(21)，该填充水平检测装置(21)包括传感器(2)，该传感器(2)包括用于发射光束(7)的光源(6)、以及用于检测光强的检测单元(8)；

其特征在于：在所述容器(1)的壁(9)上至少有一个区域对于由所述光源(6)发射的光至少是部分透明的；所述传感器(2)被置于所述容器(1)外，从而使所述光源(6)将所述发射光束(7)导向到在所述容器(1)的所述壁(9)上的所述区域中，以及使所述检测单元(8)拦截由所述粉状材料(3)反射、并经由在所述容器(1)的所述壁(9)上的所述区域透过的光；所述饮料分配装置(20)的壁具有可关闭的孔(31)；以及所述填充水平检测装置(21)的所述传感器(2)经由固定结构(30)被安装在所述可关闭的孔(31)上。

2.根据权利要求1所述的饮料分配装置(20)，其特征在于：所述传感器(2)的所述光源(6)和所述检测单元(8)处于一个水平面上。

3.根据权利要求1或2所述的饮料分配装置，其特征在于：所述填充水平检测装置还包括指示元件(13)，用于指示在所述存储单元(15)的所述容器(1)内粉状材料何时不足；且当所述检测光强已超过预定极限值时、所述检测单元(8)用于发送信号。

4.根据权利要求3所述的饮料分配装置，其特征在于：所述发送信号是发送到所述指示元件(13)的‘空’信号。 

5.根据权利要求3所述的饮料分配装置，其特征在于：所述填充水平检测装置还包括处理器(16)，其中所述发送信号是发送到所述处理器(16)的阈信号；所述处理器(16)用于在收到所述阈信号后、计算粉状材料(3)的预定份数，以及在已达到粉状材料(3)的所述预定份数后、向所述指示元件(13)发送‘空’信号。

6.根据权利要求1所述的饮料分配装置，其特征在于：所述发射光束(7)是平行或发散的。

7.根据权利要求1所述的饮料分配装置，其特征在于：所述发射光束(7)会聚，从而使所述发射光束(7)的焦点位于所述存储单元(15)之外。

8.根据权利要求6或7所述的饮料分配装置，其特征在于：在所述发射光束(7)与所述壁(9)之间的界限角在40至90度之间。

9.根据权利要求1所述的饮料分配装置，其特征在于：所述光源(6)用于发射具有预定脉冲频率的脉冲光束；以及所述检测单元(8)用于检测所述脉冲光束的光强。

10.根据权利要求1所述的饮料分配装置，其特征在于：所述光源(6)用于发射含有在红外线波长范围内主波长的发射光束(7)。 

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