CN101542243A - 包括具有可填充流体的容器的便携设备和保持器的组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种组件，该组件包括保持器(16)和具有可填充流体的容器(4)的便携设备(15)。保持器(16)适合于至少保持容器(4)并且包括用于用来自流体源(19)的流体填充容器(4)的系统(20)。保持器(16)还包括用于检测容器(4)内的流体水平的检测器(3)。本发明还提供一种组件，该组件包括可填充流体的容器(4)、用于至少局部地照射容器(4)的内部的光源和光学检测器。检测器布置于容器(4)以外并且适合于通过检测由于光源发射的光而在容器(4)内散射的光来检测容器(4)内的流体水平。

Description

包括具有可填充流体的容器的便携设备和保持器的组件

技术领域

本发明涉及包括流体容器的便携设备。

背景技术

某些便携设备如手持家用电器具有填充有流体如洗液、凝胶或者肥皂的容器，以便提供向设备的需要部分供应流体的可能性。当容器为空时，用户可以将它更换为填充的容器。为了降低必须更换容器的频率，可以增加容器容积。然而这可能使容器并且因此使包括容器的设备相对地臃肿，这不是优选的。

发明内容

希望改进具有填充有流体的容器的便携设备的用户友好性。

为此，提供一种根据权利要求1的组件，该组件允许将至少部分为空的容器(重新)填充至特定水平并且无需用户更换用过的容器。提供保持器而不是具有检测器的容器或者便携设备允许将容器和/或设备构造成相对地简易和重量轻，因为可以在容器和/或便携设备上省略流体水平检测器或者指示器。检测器可以例如通过电或者磁性的静态或者动态装置或者光学装置来操作。检测器可以优选地允许从容器以外检测流体水平。

根据权利要求2的组件可以提供用于容器的自动化填充站从而增加组件的用户友好性。

通过根据权利要求3的组件来提供一种优选组件，该组件允许检测流体水平而无需接触流体。

可以通过根据权利要求4的组件来提供用于对根据权利要求3的组件的检测器进行操作的恰当光强度水平。

根据权利要求5的组件的一个益处可以在于，布置检测器来检测散射光而不是检测由从流体(例如从空气中的弯液面(meniscus inair))离开的镜面反射或由全内反射所反射的光，增加了检测的可靠性，因为散射光的检测不那么依赖于测量设置中各种部件的对准。

具体而言，已经发现检测的或者一般可检测的散射光的量在检测器的视角内随着容器内存在的流体数量而变化，并且发现，可以在比从表面离开的光的反射角明显地更大的相对大立体角内可靠地检测这样的散射光。

通过根据权利要求6的组件，可以针对容器的设计而提供灵活性，容器的至少壁部可以在检测器的操作波长为半透明或者甚至透明。这一波长可以是不可见的。壁部可以具有从窗口变化成整个容器的任何尺寸，从而为检测器检测流体水平提供对容器内部的充分光学进入。

优选地，容器的至少壁部在可见波长为半透明或者优选为甚至透明的，例如使得用户可以看见容器内部并且观测其中的流体。

在权利要求8中呈现了一种优选实施方式，通过该实施方式可以改进对流体水平的存在与否进行检测的可靠性。

本文中的词语“光”和“光学”应当广义地理解为也包括比如在紫外线或者红外线波长的非可见电磁辐射。类似地，词语“流体”包括可通过泵送动作来更换的任何液体、凝胶和粘性流体，比如洗液、膏体和牙膏。词语“窗口”表明物体的如下区域：该区域对于在相关波长的光至少为半透明、优选为甚至透明。

在填充或者排空容器期间，容器中的流体水平以及因此在使用光学检测器的情况下的检测光强度相对渐进地改变。这可能使“完全”状况的准确检测变得复杂。为了增加信号的锐度并且因此增加流体水平检测的可靠性，该组件可以具有权利要求9的特征。

狭窄部分造成存储的内含物的相对小的改变以引起流体水平的明显改变从而有助于可靠检测。容器可以包括在狭窄部分以上用于呈现缓存体的更宽区域，以例如在检测器-操作器-填充系统组件的响应相对缓慢的情况下减少溢出的可能性。

特别地适合于在本组件中使用的可填充流体的容器包括具有柔性或者弹性壁的相对窄的部分，从而相对窄的部分的横截面可以通过流体压力来可逆地改变。

狭窄部分的形状和弹性或者柔性优选为，使得当流体水平在狭窄部分以下时该部分基本上具有一种几何形状(例如相互迫近或者接触的两个相对壁)，而当流体水平与狭窄部分接触或者在狭窄部分内时，流体与壁相抵的压力足以使狭窄部分变形成另一形状。这可以通过在压力之下将流体泵送到容器中而引起，或者例如在有些粘性的流体(如凝胶)情况下甚至已经通过流体的表面张力而引起。容器形状的此类几何结构改变可以可靠地由检测器检测。

为了改进水平检测的可再现性和可靠性，该组件可以具有权利要求11的特征。

利用根据权利要求12的组件，明显地减少流体在填充容器期间溢出的风险。

根据权利要求13的组件可以保证组件的部件相对于彼此可重现和可靠地来定位并且位置可以得到保持。

保持器优选地适合于接纳作为流体源的流体贮存器。因此，可以从可以在排空之后更换的贮存器来填充流体容器。由于贮存器可以包括用于数次填充容器的充足容量，所以可以明显地减少更换组件零件的频率，而同时可以保持容器和/或包括容器的便携设备的便利尺寸。甚至可以减少容器体积而无损于用户友好性。

在一个优选实施例中，容器是家用电器如剃须刀、牙刷或者熨斗的一部分。因此，该组件允许为该电器提供由如剃须洗液、牙膏或者熨烫流体的所需流体充分填充的贮存器。

在权利要求19中呈现本发明的另一方面，该方面允许以对检测设置的部件的对准相对不敏感的相对可靠的方式从容器以外检测容器中的流体水平。

应当注意日本专利公开JP 2003-315138描述了一种液体水平检测器，该检测器配备有装配于透光管的外部上的光投射和接收装置。进行调节以便使得在检测光在比管的内表面较深的位置处被全反射指定数量时由接收装置13接收的光的量最大。在JP 2003-315138中要求光源、容器壁和检测器稳定地相互附接。

本发明也包括如任一权利要求所述的特征或者主题内容的任何可能组合。

附图说明

下文将参照通过示例示出一个当前优选实施例的附图来说明本发明。

图1A和图1B分别示出了空容器和填充容器以及光学传感器，并且表明基于散射光的光学检测器的操作原理。

图2A分别示出了容器和单独传感器的示意正视图和横截面图。

图2B是沿着图2A中的线A-A的横截面图。

图3示出了容器和单独传感器的部分分解的透视图。

图4示出了在对应保持器中包括电动剃须刀的根据本发明的组件的部分分解的部分示意正视图。

具体实施方式

图1A和图1B示出了包括光源2和光学检测器3的传感器1以及可以填充有流体5的容器4。容器4包括前壁6和后壁7。前壁6具有在检测器3可检测的一个或者多个波长处为半透明或者优选为甚至透明的壁部6A。

光源2被布置成照射容器的内部而检测器3被布置成检测所得的散射光。

光源2和检测器3被定位成使得由光源2的发射强度最高的方向所确定的轴和由检测器3的主视角方向确定的轴包围锐角α。检测器3可以被布置成使得它的视角至少包括在静止时与流体水平平行的水平面。另外，光源2和检测器3也可以被定向成平行，这可以是优选的。

图1A示出了照射容器4的内部及其内含物(由于容器为空，所以无内含物)的光源2。光主要由容器后壁7散射而仅有小部分发射光被散射回到检测器3中。由检测器3检测的光的准确部分依赖于容器4或者其后壁7在所用一个或者多个波长处的散射特征，这些散射特征又依赖于容器4的材料性质和几何结构方面以及光源2：例如，大体上平滑的表面造成更为镜面式的反射，而大体上粗糙的表面造成漫反射，这是优选的。容器4的后壁7也可以适合于吸收光，这甚至更为优选的，因为这可以减少背景信号并且因此可以增加检测的可靠性。

图1B示出了当容器4填充有流体5时，流体5将在散射体(scattering volume)5A中散射进入的光。散射体5A的中心与容器4的后壁7相比更接近光源2，从而检测器3接收更高的光强度，并且因此可以生成与之对应的不同信号。

散射体5A的位置和范围以及因而在流体5以外可检测的散射光一般取决于流体5在特定波长处的反射、吸收和透射特征。散射体5A可以在整个流体内延伸。一般而言，流体表现出在大的立体角度内的可检测的反向散射强度，顺便提一下，该角度造成大多数流体体积和/或水平都可由肉眼看见。

因此，容器4的内含物的照射根据流体5和容器4的光学性质可以来自各种角度或者来自除了检测位置之外的位置；高度半透明或者透明流体5如水状液体或者清澈凝胶可以将光传送很远，从而造成实质上整个流体本体“点亮”，这可以在沿着流体本体的任何位置可很好地被检测。实质上，不透明流体如牙膏可以强烈地散射光并且最终吸收正向散射光，从而可检测的散射光主要是在外区域中反向散射的光。例如，黑色鞋油在可见波长处强烈地吸收、但是可以发荧光或者是强散射体并且因此在非可见波长如红外线或者紫外线是可清晰检测的。在主要为反向散射流体的情况下，优选的是，与照射的流体表面的法线成锐角的照射和检测或者沿着实质上平行方向的照射和检测。

虽然光源可以从各种位置照射流体以便从流体中生成散射光，但是优选的是，由光源的反射强度最高的方向确定的轴和由检测器的视角的主方向所确定的轴在至少容器内表面的法线周围优选地包围出锐角，该锐角优选地小于45°如小于10°或者甚至平行。这一布置允许紧凑构造、甚至允许光源和检测器组合或者集成于单个传感器中。它也允许将相对小的窗口用于检测。另外，在这样的设置中，组件适合于检测主要包括大体上反向散射光的散射光强度。这允许检测吸收性强或者基本上不透明流体如洗液、膏体或者牙膏的流体水平。此外，当壁基本上垂直于照射和检测方向时，减少了光在空气与壁的分界面处的反射损耗。因此，由于这些效应中的一个或者多个，可以生成相对清晰的信号，从而增加检测的可靠性。

因此，使用依赖于散射的检测方案，允许具有这样的检测器的组件可广泛地应用，并且造成组件的可靠性基本上独立于部件的对准变化和待检测的流体变化。

为了增加散射光检测的可靠性，检测器可以被屏蔽而避开直接光学接触如避开直接视线或者避开经由镜面反射。由于由流体散射或者发射的光可能例如由于流体的荧光或者磷光而具有与光源的波长不同的波长，所以可以通过对不同波长进行滤波来屏蔽检测器。

在图2A、图2B和图3中，将与容器4分离地形成的传感器1表示为由实质上平行放置的光源2和光学检测器3形成。

容器4包括相对刚性的外壁8以及柔性内壁6和9。容器4可借助在它的下端附近的流体入口10来填充流体。容器在它的顶部处或者附近包括出口11。

在容器内所需流体水平的位置处，容器壁6和8分别具有对于传感器(图3中未示出)的操作光透明的壁部6A、8A。容器壁可以为并且优选地在操作传感器波长处实质上为不透明，以便减少检测器3由于检测环境光而误读的机会。

容器4还在柔性后壁9上包括与壁部6A、8A相对的突出物12，该突出物使横截面容器变窄成收缩物(constriction)。突出物12在柔性后壁中提供柔性被减少的区域，而收缩物保持可逆变形。适当容器根据所用流体的化学组成是由相对软和薄的材料如塑料、硅树脂或者橡胶材料制成的、配合到外壁8中的囊状物(bladder)，该外壁8优选为硬和耐用的塑料材料制成的刚性或者半刚性壳体。

图4示出了形状为放置于保持器16(部分地示出)中的电池可操作电动剃须刀15的根据本发明的组件。

剃须刀15包括如图2中所示具有流体入口10的容器4和用于对电池充电的电连接器17。剃须刀15具有用于在剃须过程中从容器4泵送或者排出流体(优选为剃须或者剃须后洗液)并且在剃须头18分配流体的系统。

保持器16包括传感器1，其形式为包括光源2和检测器3的集成式单个设备。保持器16适合于接纳作为用于填充容器4的流体源的流体贮存器。在图4中将可移动罐19表示为就位备用的流体贮存器。保持器包括用于经由流体管道21和流体入口10用来自贮存器19的流体来填充容器4的泵送组件20。

保持器16还可以包括用于通过剃须刀15的连接器17对剃须刀15的电池充电的电功率供应和连接器(未示出)。

保持器和容器具有形式为夹具22的配对耦接装置。夹具22用铰链23可枢轴转动地装配到保持器16的壳体。夹具22通过用弹簧24以与保持器16的本体或者壳体相抵的方式被弹簧加载来获得夹持和保持动作。夹具22用以夹持和保持容器4，于是剃须刀15相对于容器处于适当的预定和基本上可重现的位置，以便传感器1的恰当操作和以便恰当地连接电连接器17以及流体管道22和入口10。

在正常操作中，容器4如图中的所示位置实质上竖立地定位于保持器中，并且经由流体入口10将它填充至传感器1的水平。当将更多流体引入容器4中时，流体可能从出口11溢出，这是所不希望的。

提供传感器1以便监视既定的最大流体水平。

当容器4中的流体水平或者实际上与之对应的信号在预定阈值以下时，应当操作泵送组件15以便填充容器4。类似地，在充分或者更高的填充水平，不应操作泵送组件20或者在泵送时暂停泵送组件20。支架12可以包括用于处理检测器的信号和用于操作泵送组件20的控制器或者处理器。

这里，词语“以下”用来表示信号相对于特定参考值的绝对幅度。

传感器1的位置与突出物12的位置重合以便允许提供用于终止填充过程的信号。当容器部分地或者全部地为空时，突出物12迫近前壁6以形成收缩物，从而几乎关闭容器。

在填充容器4的主存储体13之后，流体压力应当到达足以按动突出物12离开相对壁的值。壁6、9的分离产生相对厚的流体5层以便提供相对大的散射体从而产生检测器3的清晰信号。该变形就它提供横截面在某个流体压力以下和以上的明显差异这一点而言优选地实际上为突然性的。通过提供柔性与柔性壁的其余部分相比不同的突出物10，用于打开收缩物的必要流体压力可以基本上设置成预定值。

另外，收缩物本身的变形可以更改散射性质(比如从突出物的壁离开的光的主散射角)，并且因此以如下程度来更改到达检测器的散射光的强度，该程度使得即使对于高度透明并且因此散射欠佳的流体如清澈流体或者自来水而言容器的变形以及由此而来的容器内的流体水平仍然可以由光学检测器依赖于散射光来准确地确定。

如图3中所示，突出物12具有形式为突出物12中的凹陷的通道14，该通道在流体流离开容器时的既定方向上延伸。这允许与具有无通道或者凹陷14的突出物12的容器相比更好地排空容器4。通道14在容器定位于光学传感器1之前时与填充位置的流体水平垂直地来定向。光源2和检测器3沿着通道14来布置，因为已经发现这与检测器3和光源2横穿通道14的轴来布置时相比产生更高的检测可靠性。

可以根据传感器检测夹具22的位置和/或根据充电连接器17的电接触来确定容器4或者剃须刀15在支架中的正确定位。当检测到容器4或者剃须刀15的正确位置时，操作传感器1以便确定在检测器3的水平存在流体。

在操作传感器1之后或者在处理由传感器1生成的信号之前对剃须刀15相对于保持器16的正确位置的确定形成对泵送组件从流体贮存器19不经意地泵送流体进行防范的附加预防措施。这样的泵送可能在未恰当地连接流体管道21和入口10时导致泄漏或者在没有容器就位时、但是在检测器偶然地接收与“空”值对应的光强度时甚至导致常见溢出。

仅在特定时间处操作传感器和/或仅持续特定时间内操作传感器也节省能量。

光学传感器1优选地在近红外线频率、例如在约950nm的波长操作，该频率一般对于眼睛是安全的并且就该频率而言相对大功率光源如发光二极管(LED)或者甚至二极管激光器可易于以相对低成本获得。类似地，此光线可利用如下标准半导体检测器来很好地检测，这些检测器一般具有用于屏蔽环境光的红外线透射滤波器。这样的传感器1也可以是在单个器件1中包括光源2和检测器3的集成器件。选择容器4的材料及其表面纹理使得它们造成最少光散射以提供最小背景信号。

在一个优选情形中，传感器1被定位成接近(优选为间距小于0.5mm)容器壁8或者甚至与容器壁8有物理接触，从而保证很少或者没有环境光落在检测器3上并且保证从视野中排除大多数(优选为所有的)流体或者灰尘(在存在时)。因此优化被检测信号的可靠性。传感器1与容器4之间的空间可以具有实质上不透光的光学屏蔽(如黑色橡胶环)以进一步使检测器免受环境光的影响。传感器1的光敏表面可以具有对可能破坏信号的刮擦或者灰尘进行防范的保护窗。传感器1可以包括本身已知的相对低成本光学邻近检测器。

检测器3的信号优选地是利用本领域中公知的技术、例如通过适合于将该信号与存储器中存储的值做比较的控制器来容易地可与一个或者多个参考值做比较的电压，这些参考值对应于由填充至特定水平的容器4造成的检测的散射光强度。

检测器的信号可以具有任何形状或者符号和任何参考值。优选地，该信号是范围为数伏特、范围优选为0-10伏特或者更优选为0-5伏特的电信号，电压的符号(正或者负)相对地无关紧要。这样的电压可利用标准电子器件来检测和处理。

上述实施例仅用于示例目的，因为可以在权利要求书的范围内用多种方式修改本发明。

另外，包括容器的设备可以是一般具有用于流体的贮存器的诸如蒸汽熨斗、牙刷、擦鞋装置等与对应流体一起使用的任何设备。

另外，支架可以具有指示器如警告灯，该指示器用于指示容器和/或流体源如供应容器/重新填充盒为空。另一指示器可以用于指示故障，比如电器或者容器的位置不正确或者传感器(的)窗口变脏或者被遮蔽。

另外，组件可以适合于监视数个容器。为此，单个光源可以照射数个容器，其中用专用检测器监视各容器。容器可以包含于单个设备中以便例如用于混合目的。

类似地，组件可以适合于监视单个容器中的数个水平。

容器可以包括与特定填充水平对应的数个突出物或者收缩物。这样的容器可以包括水平之间灵活性增加的区域，从而可以在监视的水平之间形成与可以相同或者不同的特定体积对应的一连串凸出部分。

尽管已经在附图和前文描述中图示和描述了本发明，但是认为图示和描述为示例或者举例而不是限制。本发明不限于公开的实施例。本领域技术人员在实现要求保护的本发明时根据对附图、公开内容和所附权利要求的研读可以理解和实现对公开的实施例的变化。在此词语“包括”并不排除其它单元，而不定冠词“一个”或“一种”并不排除多个或多种。权利要求书中的任何标号不应理解为限制范围。

Claims (19)

1.一种组件，包括保持器(16)和具有可填充流体的容器(4)的便携设备(15)，所述保持器(16)适合于至少保持所述容器(4)并且包括用于用来自流体源(19)的流体填充所述容器(4)的系统(20)，所述保持器(16)还包括用于检测所述容器(4)内的流体水平的检测器(3)。

2.根据权利要求1所述的组件，其中所述保持器(16)包括用于用来自流体源的流体填充所述容器(4)的系统(15)和用于根据所述检测器(3)的信号来操作所述系统的控制器。

3.根据权利要求1或者2所述的组件，其中所述检测器(3)是光学检测器(3)。

4.根据权利要求3所述的组件，其中所述组件还包括用于至少局部地照射所述容器(4)的内部的光源(2)。

5.根据权利要求3或者4所述的组件，其中所述检测器(3)被布置用于检测所述容器(4)内散射的光及其中的任何内含物。

6.根据权利要求3或者4所述的组件，其中所述容器(4)的至少壁部(6A)在所述检测器(3)的操作波长处为半透明或者透明。

7.根据权利要求1所述的组件，其中所述容器(4)的至少壁部在可见波长处为半透明或者透明。

8.根据权利要求3-6中的任一权利要求所述的组件，其中所述检测器(3)被布置成使得它的视角至少包括水平面。

9.根据权利要求1所述的组件，其中所述容器(4)包括相对窄的部分，并且其中所述组件被布置成使得所述检测器可操作用于检测在所述相对窄的部分处或者其附近处于所述容器内的流体水平。

10.根据权利要求9所述的组件，其中所述相对窄的部分包括柔性或者弹性壁(9)，从而所述相对窄的部分的横截面可以通过流体压力来可逆地改变。

11.根据权利要求1所述的组件，其中所述保持器(16)和所述容器(4)或者所述便携设备具有用于相对于所述检测器(3)将所述容器(4)定位于预定位置的配对耦接装置。

12.根据权利要求1所述的组件，其中所述保持器(16)和所述容器(4)或者所述便携设备具有用于在所述保持器(16)与所述容器(4)之间建立实质上流体密封的连接的配对耦接装置。

13.根据权利要求11或者12所述的组件，其中所述耦接装置包括夹持装置(22，23，24)。

14.根据权利要求1所述的组件，其中所述保持器(16)适合于接纳作为所述流体源的流体贮存器(19)。

15.根据权利要求1所述的组件，其中所述便携设备是家用电器，比如剃须刀(15)、熨斗或者牙刷。

16.一种保持器，包括如任一前述权利要求所述的保持器(16)的特征并且因此被构造和显然地用于在根据权利要求1-14中的任一权利要求所述的组件中使用。

17.一种容器，包括如任一前述权利要求所述的容器(4)的特征并且因此被构造和显然地用于在根据权利要求1-14中的任一权利要求所述的组件中使用。

18.一种家用电器，包括如权利要求15所述的家用电器的特征并且因此被构造和显然地用于在根据权利要求1-14中的任一权利要求所述的组件中使用。

19.一种组件，包括：

可填充流体的容器(4)，

光源(2)，用于至少局部地照射所述容器(4)的内部，

以及光学检测器(3)，

所述检测器(3)被布置于所述容器(4)以外，

所述检测器(3)适合于通过检测由所述光源发射的光而在所述容器(4)内散射的光及其任何内含物来检测流体水平并且根据所述检测的光强度来生成信号。

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