CN101408037B - 电导传感器及安装电导传感器的小便器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种安装电导传感器的小便器，包括安装在小便器存水弯处检测尿液的电导传感器、控制单元(MCU)、提供电源的电池以及控制出水的电磁阀。其中该电导传感器检测电导率来判断是否有尿液。当电导传感器检测到有尿液后，由控制单元打开电磁阀，其中电导传感器包括伸入到存水弯内与尿液接触的电极。该电导传感器还包括利用交变电源的原理来防止电极极化的电路。这样设置，可以使得传感器检测更可靠，寿命更长。

Description

电导传感器及安装电导传感器的小便器

【技术领域】

本发明涉及一种卫浴领域内的电导传感器及安装电导传感器的小便器。

【背景技术】

现有技术中，为了使如厕后的洗净便器本体的工作自动化，传统的技术是在便器上设置红外传感器等的人体检测用传感器。然后，该传统红外传感器需要外露的感应窗口，不仅影响美观与维修，而且更存在如下缺陷：

一方面，该传统的红外感应器大部分采用主动式红外感应方式，即红外发射器发射一定波长的红外线，经人体反射后，通过红外接收器接收后，判断该反射信号强度，来实现自动感应判断。然而，一些对红外线反射率低的物质(如黑色衣服、头发等)，就很难实现自动感应判断。红外发射器的红外光经过该些物质反射后，只有极少数的红外光线被红外接收器接收。由于反射信号的强度不够，而导致感应器无法判断是否有目标物存在，因而导致感应失灵。

另一方面，当该传统的红外感应器检测到使用者超过一定时间后，又再次检测到使用者离开的话，就会流出一定量的洗净水，来清洗便器。然而，这种根据检测人体的有无来自动进行洗净的系统，无论使用者是否有如厕或者也不管小便量的多少，都会冲出一定量的水，因此会造成很大的浪费。

现有技术中出现了通过电导传感器检测出小便器的存水弯内水的电导率的变化。由于尿液与自来水之间的电导率不同。当有尿液时，电导传感器的电极与尿液接触，检测到的电导率会发生变化，因此来判断有尿液进入，从而控制小便器冲水。该电导传感器解决了传统红外传感器需要感应窗口的不足，也克服了传统红外传感器对反射率的物质感应失灵的缺陷。

由于为小便器等卫浴设备的提供电能电源一般是直流电，即用干电池供电，因此电导传感器的电极容易发生极化现象。所谓极化是指：电极上有(净)电流流过时，电极电势偏离其平衡值，此现象称作极化。电流通过电极时，电极电势偏离平衡电极电势的现象称为电极的极化。因此，电极极化容易导致电极之间所检测出来的电导率不准确，从而无法正确反映真实情况，最终导致电导性能下降或感应失灵等的问题发生。

更进一步的，当使用者因前列腺炎或其他特殊情况，长时间站在小便器前，安装该电导传感器的小便器会在使用者还没离开的情况下，就进行冲水。一方面，这样的情况会引起使用者的不适，另一方面也会误认为该小便器感应失灵。更进一步，该电导传感器的冲水时间需要手工设定，无法根据尿液量来决定冲水量。

如何开发出一种更为可靠的电导传感器或应用该电导传感器的便器感应装置，成为了业界所普遍关注的重点。

另外，电导传感器已经普遍应用于卫浴领域内，除了上面描述的作为便器的感应装置外，还可以应用在其他方面，如浴缸的水位探测装置等。而电传感器作为浴缸水位探测装置等应用时，同样会存在电极发生极化，电导性能下降或失灵的问题。因此，更为可靠的电导传感器，也成为了业界所普遍关注的重点。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种可靠的电导传感器及安装电导传感器的小便器。

本发明的目的，通过以下技术方案实现：一种电导传感器，安装在卫浴设备中，包括伸入到卫浴设备中可检测溶液电导率的电极。其中所述电极包括正、负两电极。该电导传感器还包括可防止电极极化的电路。

进一步地，所述防止电极极化的电路包括用以切换电极极性的两组双掷开关，从而使得供给电极的电源实现交变电源。

本发明的目的，还可通过以下技术方案实现：一种安装电导传感器的小便器，包括安装在小便器存水弯处检测尿液的电导传感器、控制单元(MCU)、提供电源的电池以及控制出水的电磁阀。其中该电导传感器检测电导率来判断是否有尿液。当电导传感器检测到有尿液后，由控制单元打开电磁阀，其中电导传感器包括伸入到存水弯内与尿液接触的电极。该电导传感器还包括可防止电极极化的电路。

进一步地，所述电极包括正、负两电极。

进一步地，所述防止电极极化的电路包括用以切换电极极性可实现交变电源的两组双掷开关。

进一步地，设定电导率预设值，当电导率高于该电导率预设值时，判断为有尿液。

进一步地，根据电导率计算出尿液浓度，折算成冲水量。

进一步地，尿液浓度与电导率的函数关系为A＝aL²+bL，其中A为尿液浓度，L为电导率，a、b为系数。

进一步地，电导传感器检测到尿液电导率平衡后，通知控制单元打开电磁阀。

进一步地，设有一电导率定值，连续三点采样到的尿液电导率变化值小于该电导率定值，则判定为平衡。

进一步地，电导传感器在无尿状态下的检测频率比在有尿状态下的检测频率低，以节约电能。

进一步地，电导传感器具有自学习功能。

与现有技术相比，本发明电导传感器与安装电导传感器的小便器，具有防电极极化功能，使得检测效果更可靠、寿命更长。

【附图说明】

图1是电导传感器及安装电导传感器的小便器的框架示意图。

图2是电导传感器的框架示意图。

图3是电导传感器交变电源电路图。

图4是电导传感器工作状态示意图。

【实施方式】

下面参照附图具体介绍本发明的各种实施例，图中相同的结构或功能用相同的数字标出。应该指出的是，附图的目的只是便于对本发明具体实施例的说明，不是一种多余的叙述或是对本发明范围的限制，此外，附图没有必要按比例画出。

如图1所示，本发明电导传感器10包括控制单元(MCU)1以及检测尿液的电导传感器2，而本发明具有该电导传感器的小便器100除包括电导传感器10外，还进一步包括供电电池3以及电磁阀4。

本发明电导传感器10通过电池4供电，由控制单元1控制电磁阀驱动电路驱动电磁阀5打开和关闭，从而控制便器出水。具体来讲，所述电导传感器2的电极检测尿液，通过电导检测电路将检测结果通知控制单元1。控制单元1判断有尿后，则进一步的通过电磁阀控制电路控制电磁阀4的开关，从而控制小便器100或者是其他便器的出水。

所述本发明小便器100的电源电路还包括电池电源检测电路。当电池电压低于一定值时，认为电池寿命即将到来，通知更换电池。通知的方式可以是定时短促蜂鸣或长时间蜂鸣的方式等。

如图2所示，所述电导传感器2的检测电极为正、负两个，且伸入到检测液面以下。通过利用纯净自来水与尿液电导率不同来感应尿液浓度，系统可判断是否冲水。

进一步的，该电导传感器2可以根据利用尿液的电导率与其浓度的关系，通过检测尿液的电导率转换成尿液浓度，并折算出冲水量。这样设置，可以智能的根据尿液量来决定冲水量。具体来讲，尿液浓度越大，电导率越高，其基本原理公式近似为A＝aL²+bL，其中A为尿液浓度，L为电导率，a、b为系数。冲水结束后，电导传感器2可进一步检测浓度，监测冲水效果。因此，本发明的电导传感器2可以区分出尿液在水中的比例，从而根据尿液浓度的大小来确定冲水量的多少，并在冲水后检测混合液的浓度，实现冲水量的闭环控制。具体尿液浓度大小与冲水量多少的关系，可根据实际试验以及具体便器结构而定。这样设置，可以使得感应更加智能，也利于节水。

所述电导传感器2还具有电极防极化电路(即实现交变电源电路)。具体来讲，由于为小便器等卫浴设备提供电能的电源一般是直流电，即用干电池供电，因此，电导传感器2的电极容易发生极化现象。所谓极化现象是指：电极上有(净)电流流过时，电极电势偏离其平衡值。电流通过电极时，电极电势偏离平衡电极电势的现象称为电极的极化。因此，电极极化容易导致电极之间所检测出来的电导率不准确，从而无法正确反映真实情况，最终导致电导性能下降或感应失灵等的问题发生。如图2所示，本发明电导传感器2的电极防极化电路的基本电气原理特性：采用交变电源的方式来防止电极极化。继续参照图3所示，S为用以切换电极极性的双掷开关、R为电阻、MCU为控制单元、A点为电压采样点。利用两组双掷开关S来切换电极极性，从而实现防电极极化的功能，其中切换开关选用模拟开关。

继续参照图3所示，控制单元1采样两电极A点电压值(实际上为两电极之间的电压值)，通过模数转换运算所测液体的电导率，从而得出尿液浓度。这里需要说明的是，图3视出的只是本发明一种优选的实施方式，采样电极的电压可以采取多种方式。A点电压采样值与电导率的关系，需要根据具体的电路设计而定，计算公式并非唯一。简单来讲，即A点电压采样值越低，则电导率越高；反之，A点电压采样值越高，则电导率越低。

电导传感器2安装在小便器本体下方的虹吸弯管(未图示)处，且电导传感器2安装位置有利于尿液快速感应，同时电导传感器2的安装位置使电极表面不易沉积污物为宜。电极在安装后应在封液面内有足够的浸入深度，在本发明一优选的实施方式中为6mm，一般来讲以大于5mm为宜。为了更好的检测效果，两电极应保持同一水平高度。

图4为根据图3中采样A点的A点电压采样值，在实际使用过程中的工作状态示意图。从该监测的示意图中我们可以看出：

当无尿液时，A点电压采样值基本维持在标准值，即纯净自来水的A点电压采样值。

当有尿液进入时，电导传感器2检测到且A点电压采样值迅速下降，也即电导率变高。本发明设定一预设值，当A点电压采样值低于预设值时，MCU判断为有尿。

当A点电压采样值基本维持不变、达到平衡时，MCU判断为小便已经完成。其中，利用A点电压采样值三点平衡法来确定小便是否已经完成，即测出来的连续三点的A点电压采样值维持不变或基本维持不变，则认为达到平衡。图中A点为平衡值，在A点之前的两点所测出的A点电压采样值与A点之间的变化值小于一定值。在本发明一优选的实施方式中，该三点之间的变化值不大于5，则判断为三点平衡。诚然，也可以根据电极的位置或检测的环境不同进行调整，在本发明另一实施方式中，该三点之间的变化值不大于10，则判断为三点平衡。

当判断A点电压采样值平衡后，通过MCU控制开电磁阀进行冲水。其中，可以根据需要，进行延时冲水。在本发明一优选的实施方式中，当判断为平衡后，延时6～10秒进行冲水，可认为6～10秒后使用者已经离开小便器。

根据上面的描述，冲水的量根据尿液浓度而定。诚然，在本发明另一优选的实施方式中，本发明也可以不采用根据尿液浓度来决定冲水量，而是用一定量的水进行冲水。

冲水完毕后，电导传感器2检测到A点电压采样值回到正常。

上述描述以A点电压采样值来衡量与判断，也可以直接以电导率来进行衡量与判断。如在判定是否有尿时，设定电导率预设值，当电导率高于该电导率预设值时，判断为有尿液。如需进一步判定是否平衡时，设有一电导率定值，连续N(N大于等于2)点采样到的尿液电导率变化值小于该定值，则判定为平衡。实际上，A点电压采样值就是反应电导率的。A点电压值实际上就是反应的是两电极间的电压。当然，由于A点电压采样值会根据具体的电路不同而产生不同的值，本发明图3视出的实施方式为本发明一优选的实施方式。因此，任何利用与电导率相关联的数值进行衡量和判断，都应该被认为是以电导率为衡量与判断，属于本发明所保护的范围。

为了更好地实现低能耗的目的，电导传感器在无尿液与有尿液状态下，检测的时间周期是不同的，在无尿液状态下检测的时间周期要大于有有尿液状态下的检测周期。在本发明一优选的实施方式中，无尿液状态下为5秒检测一次；有尿液状态下为1秒检测一次。在本发明另一优选的实施方式中，无尿液状态下为6秒检测一次；有尿液状态下为2秒检测一次。

本发明电导传感器2还具有自学习功能。每次上电及清洁后进行自学习，以获取当前环境下纯净自来水的导电率。这样设置，可以防止出厂时设置单一的纯净水自来水的标准值，而导致各地区或不同时期纯净自来水导电率不同等情况带来的麻烦。

本发明电导传感器2具有两电极，当然也可以采取三电极等形式。具体来讲，采用三电极的电导传感器通过检测电极之间的尿液浓度分布差异，来决定冲水时机的方法。当电极之间的电压平衡时，即由一开始无尿状态的平衡，到有尿液后的不平衡，再到尿液分布均匀后的平衡时，该电导传感器识别为使用者已经停止小便，进而控制冲水。

本发明小便器100设置一组电导传感器。为了检测更加可靠，在不同位置设置多组电导传感器。

诚然，本发明电导传感器2还可以结合其他传感器检测人体运动来综合判断是否冲水，如微波传感器或压力传感器等。这样设置，可使得感应效果更加理想、可靠。

虽然上面已经揭示了本发明的具体实施方式，但是它们不是本发明范围的局限，熟知本技术领域的人员对以上所述具体实施的修改和变化也包含在本发明的范围之内。

Claims (7)

1.一种安装电导传感器的小便器，包括安装在小便器存水弯处检测尿液的电导传感器、控制单元、提供电源的电池以及控制出水的电磁阀，其中该电导传感器检测电导率来判断是否有尿液；其中电导传感器包括伸入到存水弯内与尿液接触的电极，其中所述电极包括正、负两电极；该电导传感器还包括可防止电极极化的电路；设定电导率预设值，当电导率高于该电导率预设值时，判断为有尿液；电导传感器检测到尿液电导率平衡后，通知控制单元打开电磁阀。

2.如权利要求1所述的安装电导传感器的小便器，其特征在于：所述防止电极极化的电路包括用以切换电极极性可实现交变电源的两组双掷开关。

3.如权利要求1所述的安装电导传感器的小便器，其特征在于：根据电导率计算出尿液浓度，折算成冲水量。

4.如权利要求3所述的安装电导传感器的小便器，其特征在于：尿液浓度与电导率的函数关系为A＝aL²+bL，其中A为尿液浓度，L为电导率，a、b为系数。

5.如权利要求1所述的安装电导传感器的小便器，其特征在于：设有一电导率定值，连续三点采样到的尿液电导率变化值小于该电导率定值，则判定为平衡。

6.如权利要求1所述的安装电导传感器的小便器，其特征在于：电导传感器在无尿状态下的检测频率比在有尿状态下的检测频率低。

7.如权利要求1所述的安装电导传感器的小便器，其特征在于：电导传感器具有自学习功能。

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