CN103459947B - 用于冰检测的系统、设备及方法 - Google Patents

Abstract

阐明了一种用于确定形成在蒸发器或蒸发器栅格上的冰的量何时达到预定尺寸的系统、设备和方法。定位成靠近该蒸发器的声发送器将从蒸发器或蒸发器栅格发出的声信号传送至声传感器，该声传感器产生指示声信号的电信号。联接至声传感器的接收器模块构造成接收电信号并且基于该电信号确定形成在蒸发器上的冰已经达到预定尺寸。

Description

用于冰检测的系统、设备及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年2月8日提交的美国实用申请NO.13/368,814和2011年2月9日提交的美国临时申请NO.61/441,157的优先权，其内容通过参引并入到本文中。

技术领域

本公开涉及用于检测物体或检测物体不存在的系统、设备及方法，该系统、设备及方法包括对冰形成设备或制冷柜或制冷系统中的冰进行检测。

背景技术

本部分提供与本公开相关但未必是现有技术的背景信息。

在一些冰形成设备中，冰从蒸发器栅格形成。冰在蒸发器栅格上成长直至其达到所需的尺寸或厚度。一旦冰达到所需的尺寸或厚度，从蒸发器栅格收获该冰，从而使冰块与蒸发器栅格分离。冰形成设备确定何时收获冰，即收获起始点。

一种技术是确定水的电导率。例如，可以距蒸发器的精确距离处安置电极或探针。随着冰形成，流动到蒸发器之上的水最终与探针接触。经由水在电极与机器的底座（地面）之间形成导电路径，从而指示冰已经达到的预定尺寸。然而，这些类型的传感器具有某些缺点。例如，随着水垢在探针上形成，并行的导电路径可能形成至地面。此外，极其纯净的水是不导电的，从而降低了传感器的有效性。

另一种技术可以使用电容传感器。例如，可以距蒸发器的精确距离处安置电极。随着冰形成，流动到蒸发器上的水最终与探针接触。当水与电极接触时，电容变化并且该变化可以用于确定收获起始点。在这种环境下使用的电容传感器也有某些缺点。例如，当冰形成设备中使用脏的水时，结垢可能干扰电容的读数。

第三种技术是批处理系统技术。例如，在批处理系统中，可以测量集水槽中的水位。集水槽被填充至预定的点，然后泵被启动且冰开始形成。随着冰形成，集水槽中的水位下降。当水位下降至足够的水平时开始收获。这种技术的缺点在于，冰厚度会由于诸如环境条件（温度、湿度）之类的因素、水（仅水冻结而不包括矿物质）中的总溶解固体的水平以及集水槽中水的损耗（例如漏水的排放阀）而变化。因此，批处理系统技术可能不能产生批次间尺寸统一的冰块。

发明内容

在本公开的一方面中，阐明了一种用于确定形成在蒸发器上的冰的量何时已经达到预定尺寸的系统。该系统包括定位成靠近蒸发器的声发送器以及联接至声发送器的声传感器。声发送器将从蒸发器发出的声信号传送至声传感器，并且声传感器产生指示声信号的电信号。该系统还包括接收器模块，该接收器模块联接至声传感器并且构造成接收电信号，并且基于该电信号确定形成在蒸发器上的冰已经达到预定尺寸。

在本公开的另一方面中，公开了一种冰形成设备。该设备包括蒸发器栅格、定位成靠近蒸发器栅格的声发送器以及联接至声发送器的声传感器。声发送器将从蒸发器栅格发出的声信号传送至声传感器，并且声传感器产生指示该声信号的电信号。该设备还包括接收器模块，该接收器模块联接至声传感器并且构造成接收电信号，并且基于该电信号确定形成在蒸发器栅格上的冰已经达到预定尺寸。

在本公开的另一方面中，公开了一种确定所形成的冰是否已经达到预定尺寸的方法。该方法包括如下步骤：接收指示声信号的电信号；将该电信号从时域变换至频域；对将经变换的电信号在一个或多个预定频率处的一个或多个幅值进行采样；以及基于经采样的一个或多个幅值启动收获操作和解冻循环中的一者。

通过下文所提供的详细描述，本公开的适用范围的另外领域将变得明显。应当理解的是，详细描述和具体示例仅意在说明的目的，而并非意在限制本公开的范围。

附图说明

本文中所描述的附图仅是为了所选实施方式的说明性目的而并非所有可能的实施方式，并且并不意在限制本公开的范围。

图1是示出根据本公开的各实施方式的具有声传感器系统的冰形成设备的示例性机器的图；

图2A和图2B是分别以组合视图和分解视图示出根据本公开的各实施方式的示例性声发送器的图；

图3是以组合视图示出根据本公开的各实施方式的示例性声发送器的图；

图4是示出根据本公开的各实施方式的示例性声传感器系统的图；以及

图5是示出根据本公开的各实施方式的用于确定形成的冰何时已经达到预定尺寸的示例性方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图更充分地描述示例性实施方式。

本公开描述了一种能够检测物体或材料（统称为一个“物体”或“多个物体”）的装置。可以通过设备和方法检测的物体、物品或材料的示例包括但不限于固态物体或材料，例如冰。物体或材料加工系统的示例包括但不限于冰形成机器和制冰系统的冰收集箱。其他示例应用可以包括制冷柜、制冷箱、冷冻器、展示柜以及其他装置或者制冷存储容器，其中，检测系统可以用于检测冰的积聚以及开始解冻程序。

图1示出示例性冰形成设备100。示例性冰形成设备100可以包括蒸发器110、发送声信号的声发送器120、接收器模块130以及将来自声发送器120的声信号传送至接收器模块130的柔性声传输管140。接收器模块130处理与声信号相对应的电信号，并且在电信号的基础上控制蒸发器110。

在示例性实施例中，蒸发器110可以包括蒸发器栅格160、蒸发器盘管（未示出）和冷却板（未示出）。蒸发器栅格160用于形成冰块。水从水储集器（未示出）被泵送至冷却板，冷却板的温度维持在凝固温度以下，例如，小于三十二（32）华氏度或零（0）摄氏度。蒸发器栅格160可以形成为要被从蒸发器栅格160收获的冰的形状，例如立方体或矩形柱体。当冰具有所需的深度或厚度时，该冰可以使用已知的技术进行收获。例如，蒸发器栅格160可以被加热为使得所形成的冰块破裂并与蒸发器栅格160分离。

图1中所示的冰形成设备100可以是立式冰形成设备100，其中，水从立式冰形成设备100的顶部流动到立式蒸发器栅格160之上。应该理解的是，本文公开的技术可以应用于任何其他类型的冰形成设备100或者结合蒸发器110的其他任何类型的装置，例如制冷装置和空调。

接收器模块130控制蒸发器110是形成冰还是收获冰。当所形成的冰达到足够的尺寸或厚度时，接收器模块130启动收获操作，例如指令蒸发器110加热蒸发器栅格160以收获该冰。接收器模块130可以构造成接收指示从声发送器120传送的声信号的电信号。如下面更详细地描述的，声传感器可以接收声信号并且产生与声信号相对应的电信号。声信号（和电信号）可以提供所形成的冰的尺寸的指示，例如所形成的冰的深度或厚度。

在一些实施方式中，接收器模块130处理从声传感器接收的电信号以对电信号在某些预定频率处的幅值进行采样。当电信号在预定频率处（或者预定频率的子集）的幅值超过对应的预定阈值时，接收器模块130确定所形成的冰已经达到足够的尺寸或厚度并且启动收获操作。换言之，当声信号在预定频率处（或者预定频率的子集）的幅值超过对应的预定阈值时，接收器130确定已经达到收获起始点并且启动收获。

声发送器120可以定位成靠近蒸发器栅格160。声发送器的膜片的焦点——将在下面更详细地讨论——可以定位成面向蒸发器栅格160。声发送器120可以获取并传送冰形成设备100或其他内部安装有冰形成设备100的装置或机器的频率或背景噪声。随着冰成长，冰可以形成并且朝向声发送器120成长。一旦冰物理地接触声发送器120，由冰形成设备100产生的噪声信号——例如来自冰形成设备100的机械振动的噪声——的幅值会有明显增大。当声发送器120与形成在蒸发器栅格160上的冰之间不存在物理接触时，从冰形成设备100发出的噪声经由空气转移并且噪声信号的幅值减小。由声发送器120获取的声信号可以经由柔性声传输管140传送至声传感器（未示出）。

在一些实施方式中，声发送器140可以用于测量冰的“桥厚度”。声发送器120的膜片可以相对地靠近蒸发器栅格160安置，例如八分之一（1/8）英寸，以便测量桥厚度。桥厚度指示所形成的冰的总深度或厚度。

在一些实施方式中，壁150可以使接收器模块130或其他电子设备与蒸发器110的隔开。如将更详细地讨论的，声传感器——例如传声器——可以位于壁150的蒸发器栅格160一侧处，或者位于接收器模块130处，使得声信号经由柔性声传输管140传送至声传感器。

在一些实施方式中，声发送器120可以靠近制冷柜、制冷箱、冷冻器、制冷展示柜和其他类型的制冷存储容器的蒸发器110安置。在这些实施例中，声发送器120可以定位成靠近蒸发器的冰所通常积聚的区域，例如蒸发器110的翅片，使得接收器模块130可以确定所积聚的冰是否已超过预定的水平。当接收器模块130确定所积聚的冰已超过预定的水平时，接收器模块130可以启动解冻操作，例如开始解冻循环。

图2A和图2B分别以组合视图和分解视图示出示例性声发送器120。在一些实施方式中，声发送器120可以包括声发送器框架210、声膜片220、柔性声传输管140、将柔性声传输管140联接至声膜片220的接口240、以及高度调节螺杆250。

在一些实施方式中，声发送器120包括声发送器框架210和声膜片220。声发送器框架210可以包括形成声学室260的大致圆形部。该大致圆形部接收声膜片220。应该理解的是，声学室260可以形成为任何适合的形状。

声膜片220可以是当由声波引起的压力施加在声膜片220上时振动的薄膜。声膜片220的振动引起声信号——例如声波——回荡遍及声学室260。声膜片220可以包括多个焦点230-A和230-B。该焦点230-A和230-B可以定位成面向并且大致平行于蒸发器栅格160（图1）。

在一些实施方式中，声发送器框架210可以包括接口240，该接口240构造成接收柔性声传输管140。柔性声传输管140可以强制地插入到接口240上或插入到接口240中，使得由声膜片220放大的声信号通过柔性声传输管140传送至声传感器。如下面将更详细地讨论的，声学信号可以由将指示声信号的电信号输出至接收器模块130的声传感器来接收。

在一些实施方式中，声发送器120可以包括高度调节螺栓250。该高度调节螺栓250可以从框架210垂直地突出。该高度调节螺栓250可以用来调节声发送器120与蒸发器栅格160之间的距离。如从图2B应当理解的，高度调节螺栓250可以插入到框架210中的开口内。该高度调节螺栓250可以被拧入以增加声发送器120与蒸发器栅格160之间的距离。应该理解的是，用于控制声发送器120与蒸发器栅格160之间距离的其他装置可以被设想出并且在本公开的范围内。

应该理解的是，图2A和图2B的声发送器120仅以示例提供而非意在限制。声发送器120的变型可以被设想出并且在本公开的范围内。

图3示出声发送器300的替代实施方式。出于说明的目的，图2A和图2B的声发送器120中出现的部件与图3的声发送器300中出现的部件设置有同样的附图标记。

在一些实施方式中，声发送器300可以包括联接至接口240的声传感器270。在这些实施方式中，声传感器270可以安装至接口240，使得从声膜片220发出的声信号直接地传送至声传感器270。该声传感器270接收声信号并且将指示接收到的声信号的电信号输出至接收器模块130。应该理解的是，声传感器270可以为任何适合的传声器。也应该理解的是，可以使用其他类型的声传感器，例如声换能器或压电换能器。

图4示出声发送器系统400的示例。在一些实施方式中，声发送器系统400可以包括声发送器120、柔性声传输管140、声传感器270、接收器模块130以及外壳410。如能够理解的是，关于图2A和图2B描述的示例性声发送器120通过声传输管连接至接收器模块130。

在说明性示例中，接收器模块130包括声传感器270、电路板组件420以及接收器夹430，所有这些装置容纳在外壳410中。接收器夹430为将柔性声传输管430紧固至声传感器270的任何适合的紧固件。应该理解的是，可以使用其他声传感器，例如声换能器或压电换能器。声信号从声发送器120输送至声传感器270，该声传感器270将所接收的声信号转换为能够由接收器模块130处理的电信号，例如数字信号。

如通过说明性示例应该理解的，声发送器120可以靠近蒸发器栅格160安置（图1）。应该理解的是，尽管声发送器120解释为靠近蒸发器栅格160，但本文公开的技术可适用于任何类型的蒸发器110。在一些实施方式中，声发送器120可以定位成使得声膜片220（图2A和图2B）的焦点230-A和230-B（图2A和图2B）面向蒸发器栅格160。声传感器270可以联接至声发送器120。在说明性示例中，柔性声传输管140置于声发送器120与声传感器270之间。声发送器120将从蒸发器栅格160发出的声信号传送至声传感器270。声传感器270可以产生指示声信号的电信号，该电信号被提供给接收器模块130。

接收器模块130可以电联接至声传感器270，使得接收器模块130构造成接收该电信号。接收器模块130可以进一步构造成基于该电信号来确定形成在蒸发器栅格160的冰已经达到预定尺寸。当形成在蒸发器栅格160上的冰从蒸发器栅格160延伸并且物理地连接至声膜片220时，由声发送器120传送的声信号的幅值会增加。因此，接收器模块130可以连续地监控该电信号的幅值以确定何时启动冰收获操作或解冻操作。

在一些实施方式中，接收器模块130可以构造成将该电信号变换至频域并且对经变换的电信号在一个或多个预定频率处的一个或多个幅值进行采样。在这些实施方式的一些实施方式中，接收器模块130可以对经采样的一个或多个幅值中的每个幅值与对应的预定幅值阈值进行比较，使得当经采样的一个或多个幅值超过其对应的预定幅值阈值时，接收器模块130确定该冰已经达到预定尺寸。在其他实施方式中，接收器模块130在经采样的幅值全部超过其对应的预定幅值阈值时才可以确定冰已经达到预定尺寸。

应该注意的是，对于每个冰形成设备100、制冷柜、空调等而言，在测试阶段确定可以对幅值进行采样所处于的频率。取决于一些因素——诸如冰形成设备100的空腔的尺寸、冰形成设备100的机器的空腔的尺寸——或者其他相关因素，诸如冰形成设备100的压缩机运行频率，确定适合用于采样的一个或多个频率。例如，在一些实施方式中，可以确定能够在60Hz、120Hz、180Hz、240Hz处对幅值进行采样。

在测试阶段，也确定了用于特定冰块尺寸的与预定频率的幅值相对应的阈值。例如，对于第一频率，可以确定第一幅值阈值，对于第二频率，可以确定第二幅值阈值，等等，对于第n频率，可以确定用于第n频率的第n幅值阈值。一旦频率和阈值被确定，接收器模块130可以构造成对处于该频率处的经变换的电信号进行采样并且基于电信号在该频率处的幅值来确定是否准备收获该冰。

图5示出可以由接收器模块130执行的示例性方法500。方法500可以当冰形成设备100在冷冻模式下运转或者当制冷柜或制冷系统在冷却循环下运转时开始执行。在510处，接收器模块130可以从声传感器270接收指示声信号的电信号。在512处，接收器模块130可以将电信号变换至频域。在一些实施方式中，对电信号执行快速傅里叶变换（FFT）以将该电信号从时域变换至频域。应当理解的是，可以通过接收器模块130实施任何适合的变换技术。例如，接收器模块130可以实施离散傅里叶变换、拉普拉斯变换或者Z变换以将电信号变换至频域。

在514处，接收器模块130可以对处于一个或多个预定频率处的经变换的电信号进行采样。在516处，接收器模块130可以对每个经采样的频率与相应频率阈值进行比较。如果在预定数量的频率处的幅值超过其相应的频率阈值，则接收器模块130能够确定所形成的冰为足够的尺寸和/或厚度。在此方案中，如在518处所示，接收器模块130可以启动收获事件或解冻循环。应当理解，在一些实施方式中，接收器模块130可能要求所有经采样的幅值均超过其相应的频率阈值，或者一个、两个、三个或更多个幅值超过其相应的频率阈值。如果接收器模块130确定不满足必要数量的幅值超过相应的幅值阈值，则该接收器模块130返回至510。

应该理解的是，上述提供的方法500仅以示例提供而非意在限制本公开的范围。方法500的变型都落在本公开的范围内。

前述描述本质上仅是说明性的而绝不意在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛的教示可以以各种各样的形式实施。因此，尽管本公开包括特定的示例，但本公开的真实范围不应局限于此，因为根据对附图、说明书以及权利要求的学习，其他改型将变得明显。出于清楚的目的，同样的附图标记在附图中用于表示相似的元件。如本文中所使用的，短语A、B和C中的至少一个应被解释为意指使用非排他性逻辑“或”的逻辑（A或B或C）。应该理解的是，方法中的一个或多个步骤可以在不变更本公开的原理的情况下以不同的顺序（或同时地）执行。

如本文中所使用的，术语“模块”可以指的是：专用集成电路的一部分或者包括专用集成电路（ASIC）；电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器（共享的、专用的或者分组的）；提供所描述功能的其他适合的硬件部件；或者上述部件的一些或全部的组合，例如系统级芯片。术语“模块”可以包括储存由处理器执行的代码的存储器（共享的、专用的或者分组的）。

术语“代码”——如上述所使用的——可以包括软件、固件和/或微码并且可以指的是程序集、例行程序、函数、类、和/或对象。术语“共享的”——如上述所使用的——意为来自多个模块的一些或全部代码可以使用单个（共享）处理器来执行。另外，来自多个模块的一些或全部代码可以由单个（共享）存储器储存。术语“分组的”——如上述所使用的——意为来自多个模块的一些或全部代码可以使用一组处理器来执行。另外，来自单个模块的一些或全部代码可以使用一组存储器储存。

本文描述的设备和方法可以通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实施。计算机程序包括存储于非暂时有形的计算机可读取介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可以包括储存数据。非暂时有形的计算机可读取介质的非限制性示例为非易失性存储器、磁性存储器以及光学存储器。

Claims (15)

1.一种用于冰检测的系统，包括：

声发送器，所述声发送器定位成靠近蒸发器的蒸发器栅格，所述声发送器包括使所述系统的背景噪声放大的声膜片；

声传感器，所述声传感器联接至所述声发送器，其中，所述声传感器接收从所述声发送器的所述声膜片发出的声信号并且产生指示所述声信号的电信号；以及

接收器模块，所述接收器模块联接至所述声传感器并且构造成接收所述电信号、将所述电信号变换至频域、对经变换的所述电信号在各自具有对应预定幅值阈值的多个预定频率处的多个幅值进行采样、对经采样的每个幅值与其对应的预定幅值阈值进行比较、并且当所述电信号的经采样的至少一个幅值超过其对应的预定幅值阈值时启动对形成在所述蒸发器栅格上的冰的收获操作。

2.根据权利要求1所述的用于冰检测的系统，其中，当经采样的幅值的子集超过其对应的预定幅值阈值时所述接收器模块启动所述收获操作。

3.根据权利要求1所述的用于冰检测的系统，其中，所述接收器模块进一步构造成当经采样的全部幅值均超过所述对应的预定幅值阈值时启动所述收获操作。

4.根据权利要求1所述的用于冰检测的系统，其中，所述声发送器的所述声膜片定位成使得所述声膜片的焦点面向所述蒸发器，由此当所述冰从所述蒸发器延伸并且物理地连接至所述声膜片时，由所述声发送器发送的所述声信号的幅值增加。

5.根据权利要求4所述的用于冰检测的系统，还包括柔性声传输管，所述柔性声传输管置于所述声发送器的所述声膜片与所述声传感器之间。

6.一种用于冰检测的设备，包括：

声发送器，所述声发送器定位成靠近蒸发器的蒸发器栅格，所述声发送器具有使从所述设备发出的背景噪声放大的声膜片；

声传感器，所述声传感器接收从所述声发送器的所述声膜片发出的声信号并且产生指示所述声信号的电信号；以及

接收器模块，所述接收器模块联接至所述声传感器并且构造成接收所述电信号、将所述电信号变换至频域、对经变换的所述电信号在各自具有对应预定幅值阈值的多个预定频率处的多个幅值进行采样、对经采样的每个幅值与其对应的预定幅值阈值进行比较、并且当所述电信号的经采样的至少一个幅值超过其对应的预定幅值阈值时启动对形成在所述蒸发器栅格上的冰的收获操作。

7.根据权利要求6所述的用于冰检测的设备，其中，当经采样的幅值的子集超过其对应的预定幅值阈值时所述接收器模块启动所述收获操作。

8.根据权利要求6所述的用于冰检测的设备，其中，所述接收器模块进一步构造成当经采样的全部幅值均超过其对应的预定幅值阈值时启动所述收获操作。

9.根据权利要求6所述的用于冰检测的设备，其中，所述声发送器的所述声膜片定位成使得所述声膜片的焦点面向所述蒸发器栅格，由此当所述冰从所述蒸发器栅格延伸并且物理地连接至所述声膜片时，由所述声发送器发送的所述声信号的幅值增加。

10.根据权利要求9所述的用于冰检测的设备，还包括柔性声传输管，所述柔性声传输管置于所述声发送器的所述声膜片与所述声传感器之间。

11.一种用于冰检测的方法，包括：

用声发送器的声膜片来放大系统的背景噪声，所述声发送器定位成靠近蒸发器的蒸发器栅格；

用联接至所述声发送器的声传感器来接收从所述声发送器的所述声膜片发出的声信号；

用所述声传感器来产生指示所述声信号的电信号；

用联接至所述声传感器的接收器模块来接收指示所述声信号的所述电信号；

用所述接收器模块将所述电信号从时域变换至频域；

用所述接收器模块对经变换的所述电信号在各自具有对应预定幅值阈值的多个预定频率处的多个幅值进行采样；

用所述接收器模块对经采样的每个幅值与其对应的预定幅值阈值进行比较；以及

当所述电信号的经采样的至少一个幅值超过其对应的预定幅值阈值时用所述接收器模块启动对形成在所述蒸发器栅格上的冰的收获操作。

12.根据权利要求11所述的用于冰检测的方法，其中，

当经采样的幅值的子集超过其对应的预定幅值阈值时启动所述收获操作。

13.根据权利要求11所述的用于冰检测的方法，其中，

当经采样的全部幅值均超过其对应的预定幅值阈值时启动所述收获操作。

14.根据权利要求11所述的用于冰检测的方法，其中，所述声发送器的所述声膜片定位成使得所述声膜片的焦点面向所述蒸发器，由此当所述冰从所述蒸发器延伸并且物理地连接至所述声膜片时，由所述声发送器发送的所述声信号的幅值增加。

15.根据权利要求14所述的用于冰检测的方法，其中，通过柔性声传输管将所述声信号从所述声发送器传送至所述声传感器，所述柔性声传输管置于所述声发送器的所述声膜片与所述声传感器之间。