CN105264312B - 单红外发射器容器检测器 - Google Patents

单红外发射器容器检测器 Download PDF

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Abstract

提供了包括用于分配水和冰中至少之一的分配器的制冷电器的单红外发射器分配器监测器。容器检测器包括红外发射器、第一红外检测器和第二红外检测器。红外发射器发射具有发散角的辐射，以使得第一红外检测器和第二红外检测器两者接收由红外发射器发射的辐射。第一红外检测器被布置成比第二红外检测器更靠前。在其他示例中，将检测信号之间的流逝时间与最小流逝时间进行比较，仅当流逝时间大于最小流逝时间时才发送分配信号。通过这种配置，减少了布线到控制装置中的输入/输出线的数目，并且能够在两个检测器信号同时下降到零的情况下检测到出故障的发射器。

Description

单红外发射器容器检测器
技术领域
本公开总体上涉及具有单红外发射器的容器检测器，并且更具体地，涉及具有用于分配水和冰中至少之一的分配器的制冷电器的单红外发射器容器检测器。
背景技术
包括具有凹部的柜和用于分配水和冰中至少之一的分配器的制冷电器在本领域中是已知的。还已知的是横跨凹部的开口将单红外(IR)发光二极管(LED)发射器与单IR检测器对准且配对，以用于检测诸如饮水杯这样的容器的存在。
美国专利No.7,677,053公开了一种具有横跨凹部的开口彼此对准且配对的单IRLED发射器和检测器的检测系统。美国专利No.7,673,661 公开了一种采用横跨凹部的开口对准且配对的多个IR发射器和检测器的阵列的检测系统。美国专利No.7,028,725公开了一种具有对准且配对的 IR LED发射器和检测器的检测系统，其中发射器/检测器对被布置成使得来自发射器的辐射在凹部的开口中的一点相交。
如IR检测系统所常见的，检测元件可能随着时间的推移而出现故障。因此，使用IR发射器/检测器对进行检测的大多数检测系统采用多个发射器/检测器对，以在检测元件之一出故障的情况下保持控制装置不会意外地分配液体或冰。然而，这需要至控制装置中的若干个输入/输出线。此外，具有增加的数量的检测元件的设计需要更大的功率。这对于使用多个发射器的设计尤其如此，这是因为检测电路系统中的大多数功率被用于给发光元件供电。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种制冷电器，该制冷电器具有形成外壳的柜，用于向外壳的外部分配水和冰中至少之一的分配器以及容器检测器。容器检测器包括红外发射器、第一红外检测器和第二红外检测器。红外发射器发射具有发散角的辐射，并且第一红外检测器和第二红外检测器两者接收由红外发射器发射的辐射。第一红外检测器被布置成比第二红外检测器更靠近柜的前表面。
根据本发明的另一方面，提供了一种制冷电器，该制冷电器具有形成外壳的柜，用于向外壳的外部分配水和冰中至少之一的分配器，容器检测器以及控制单元。容器检测器包括红外发射器、第一红外检测器和第二红外检测器。红外发射器发射具有发散角的辐射，并且第一红外检测器和第二红外检测器两者接收由红外发射器发射的辐射。控制单元存储最小流逝时间，检测由第一红外检测器检测的第一辐射水平的第一减小以及检测由第二红外检测器检测的第二辐射水平的第二减小，确定第一减小与第二减小之间的流逝时间，以及基于流逝时间大于最小流逝时间而向分配器发送分配信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种控制制冷电器中的分配器的方法，该制冷电器包括用于选择性地分配水和冰中至少之一的分配器。该方法包括下述步骤：从红外发射器发射具有发散角的辐射，利用布置在辐射的可检测区域内的第一红外检测器检测来自红外发射器的第一辐射水平，利用布置在辐射的可检测区域内的第二红外检测器检测来自红外发射器的第二辐射水平，确定由第一检测器检测的辐射水平的第一减小，确定由第二检测器检测的辐射水平的第二减小，确定第一减小与第二减小之间的流逝时间，比较流逝时间与最小流逝时间，以及仅当流逝时间大于最小流逝时间时，从分配器分配冰和水中至少之一。
附图说明
图1是具有用于分配水和/或冰的凹部的制冷电器的正视图；
图2是凹部的俯视图；
图3是在容器被部分地插入到凹部中的情况下的凹部的俯视图；
图4是在容器被完全插入到凹部中的情况下的凹部的俯视图；
图5(a)是IR LED输出信号的波形图；
图5(b)是IR检测器信号的波形图；
图5(c)是在环境光干扰的情况下的IR检测器信号的波形图；
图5(d)是在环境光干扰以及容器被插在发射器与检测器之间的情况下的IR检测器信号的波形图；
图5(e)是在环境光干扰以及备选的容器被插在发射器与检测器之间的情况下的IR检测器信号的波形图；
图6示出了IR发射器电路的示意图；
图7示出了第一IR检测器电路的示意图；
图8示出了第二IR检测器电路的示意图；
图9示出了用于控制制冷电器中的分配器的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图描述本发明，其中相同的附图标记始终表示相同的元素。应当认识到，各个图不一定针对每个图按比例绘制，给定图的内部也不一定按比例绘制，并且特别地，为了有利于理解附图，任意绘制部件的大小。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以彻底理解本发明。然而，显而易见地，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。另外，本发明的其他实施方式是可能的，并且本发明能够以除了上述方式以外的其他方式来被实施以及实现。用于描述本发明的术语和措辞是用来促进对本发明的理解的，而不应被视为限制。
参照图1，以家用冰箱10形式的制冷电器包括并排的冷冻柜和食物保鲜柜。或者，冰箱可以是其中冷冻柜在食物保鲜柜上方的顶部安装式冰箱或者其中冷冻柜在食物保鲜柜下方的底部安装式冰箱。门11提供了用于进入食物保鲜柜的装置，以及门12提供了用于进入冰箱10的冷冻柜的装置。位于门12的表面或外部的大致中央处的是一般由20表示的凹部。可以看到，凹部20位于门12中。凹部具有直立壁14和底面15。直立壁 14和底面15彼此基本上垂直。用于分配水和冰中至少之一的分配器16 位于凹部20的上部。IR LED 21位于直立壁14的左部并且暴露于凹部 20的开口。第一IR检测器22位于直立壁14的右部并且暴露于凹部20 的开口。第二IR检测器23也位于直立壁14的右部并且相较于第一IR 检测器22被设置在凹部20的更靠后的位置。第二IR检测器23还暴露于凹部20的开口。在一个实施方式中，IR LED 21、第一IR检测器22以及第二IR检测器23位于距底面15基本上相同的距离处。第一IR检测器22和第二IR检测器23被定位成接收从IR LED 21发射的辐射。IR LED 21、第一IR检测器22以及第二IR检测器23的其他位置是可能的。例如，IR LED 21可以位于直立壁14的右下部，而第一IR检测器22和第二IR检测器23位于直立壁14的直立部的左上部。
现在参照图2，包括控制单元50以用于经由连接51控制IR LED 21，以及用于经由连接52处理来自第一IR检测器22的信号和经由连接53 处理来自第二IR检测器23的信号。IR LED 21朝向第一IR检测器22 和第二IR检测器23的方向横跨凹部20的开口而发射辐射40。IR LED 21 针对所发射的辐射具有发散角，这导致辐射40的锥形区域。第一IR检测器22和第二IR检测器23两者被布置在辐射40的锥形区域内以检测辐射 40。
现在参照图3，用于容置所分配的水和/或冰的容器60被部分地插入到凹部20中。在该示例中，容器60是用防止IR辐射穿过容器的材料制成的。由于容器60仅被部分地插入，因此辐射41仍然能够到达第二IR 检测器23，而辐射42被阻断而不能到达第一IR检测器22。现在参照图 4，容器60现在被完全插入到凹部20中。由于容器60被完全插入到凹部 20中，因此所有辐射43被阻断而不能到达第一IR检测器22和第二IR 检测器23两者。
如上所述，控制单元50向IR LED 21发送控制信号并且对来自第一 IR检测器22和第二IR检测器23的检测信号进行处理。控制单元50包括被编程以执行信号控制和处理功能的微处理器。此外，控制单元50可以执行其示例将在下文更详细描述的额外操作，包括向用于分配水和/或冰的分配器发送分配信号、发送指示出故障的检测元件的告警信号以及调整参考水平。
现在参照图5(a)至图5(e)，示出了说明在各种条件下的IR LED 发射器21波形与IR检测波形之间的关系的波形图。图5(a)表示IR LED 发射器21的输出波形，其由控制单元50调制以产生具有给定周期的方波。图5(b)表示在其中传输和检测不受任何形式的环境光干扰或者由于容器插入造成的中断的时期内的IR检测波形。
图5(c)至图5(e)表示在IR传输受到环境光干扰的时间段内的 IR检测波形。自然光和人工环境光会对IR传输系统产生干扰。当IR LED 关闭时，通过IR检测器来检测环境光干扰，环境光干扰导致检测波形的最小幅度在IR LED关闭期间增大。因此，与图5(b)比较，图5(c) 是由于环境光干扰而具有较低的绝对幅度(Vout-LED开-Vout-LED关)的IR 检测波形。由于在家里很可能发生来自环境光的干扰，因此可以设置参考水平70，以使得分配器16独立于环境照明条件而操作。如果控制单元50 被设置为仅当波形的绝对幅度下降至参考水平70以下时触发分配器16，那么环境照明条件将不会导致分配器意外地分配液体或冰。
图5(d)表示在由完全阻断辐射的材料制成的容器60被插在IR LED 与IR检测器之间从而阻断辐射使其不能到达IR检测器的时间段内的IR 检测波形。容器60的插入导致波形的绝对幅度下降至参考水平70以下。根据环境照明条件，即使来自IR LED的IR辐射被容器60完全阻断，但是仍然可以由IR检测器检测到环境光干扰。然而，并非所有的容器都是由完全阻断IR辐射使其不能到达IR检测器的材料制成的。一些容器仅衰减IR辐射，从而即使当容器被完全插入凹部20中时，IR检测器也将检测到从IR LED发射器发射的衰减的辐射水平。影响IR辐射衰减量的因素包括容器厚度、颜色和材料。图5(e)表示在备选的容器被完全插入凹部20中的时间段内的波形，其中该备选容器是由仅衰减辐射而不是完全阻断辐射的材料制成的。如从图5(e)中可以看出的那样，能够设置参考水平70来补偿这些条件。此外，能够针对每个IR检测器单独设置不同的参考水平。
明显地，通过该容器检测器，减少了布线到控制装置中的输入/输出线的数目，从而降低了制造成本和控制软件的运行时间，并且对于其他软件控制的操作提供了增加的计算时间。此外，如果两个检测器信号同时下降到零，那么有可能检测到出故障的发射器。类似地，通过确定任何两个信号检测信号到达控制单元的输入端的顺序错误，能够检测出故障的检测元件。在预期的时间段内未接收到任何信号或者检测信号到达顺序错误可以用来检测检测器之一的故障。相较于其中检测电路系统中的大部分功率被用来给多个发射器设计中的发光元件供电的多个发射器设计而言，本发明还使用较少的功率。
现在参照图6，图6示出了IR发射器电路的示意图。第一电阻器101 连接在电压源与IR LED 21之间。第一电阻器101是具有68欧姆的示例电阻的限流电阻器。IR LED 21连接至晶体管102的集电极端子。控制单元50通过连接51连接至晶体管102的基极端子。
现在参照图7，图7示出了第一IR检测电路的示意图。具有2K欧姆的示例电阻的第二电阻器103连接在第一放大器109的输出端与信号处理单元之间。第一放大器109是具有第三电阻器104和第四电阻器105的 JFET输入运算放大器，该第三电阻器具有9.1K欧姆的示例电阻且连接在放大器109的输出端与反相输入端之间，该第四电阻器具有1K欧姆的示例电阻且连接在第一放大器109的反相输入端与地面之间。第一IR检测器22是具有第一电容器107的光电晶体管，该第一电容器具有0.01微法的示例电容且连接在集电极与发射极之间。电容值可以变化从而在不影响检测元件的响应时间的情况下提供合适的降噪。具有1K欧姆的示例电阻的第五电阻器106连接在第一放大器109的非反相输入端与第一IR检测器22的发射极之间。具有1K欧姆的示例电阻的第六电阻器108连接在第一IR检测器22的发射极与地面之间。
现在参照图8，图8示出了第二IR检测电路的示意图。具有2K欧姆的示例电阻的第七电阻器110连接在第二放大器116的输出端与信号处理单元之间。第二放大器116是J具有第八电阻器111和第九电阻器112 的FET输入运算放大器，该第八电阻器具有9.1K欧姆的示例电阻且连接在第二放大器116的输出端与反相输入端之间，该第九电阻器具有1K 欧姆的示例电阻且连接在第二放大器116的反相输入端与地面之间。第二 IR检测器23是具有第二电容器114的光电晶体管，该第二电容器具有0.01 微法的示例电容且连接在集电极与发射极之间。具有1K欧姆的示例电阻的第十电阻器113连接在第二放大器116的非反相输入端与第二IR检测器23的发射极之间。具有1K欧姆的示例电阻的第十一电阻器115连接在第二IR检测器23的发射极与地面之间。
如上所述，所述设计利用运算放大器来放大去往感测装置的输入信号。通过利用被设计为使得幅度缓慢变化的算法来分析运算放大器输出，有可能由于元件老化、透镜降级、环境照明变化等而进行调整以改变来自检测器电路的输入信号。这种机制使得所述设计能够设置更高或更低的参考水平并且随后改变控制单元通知分配操作的触发水平。通过在没有感测到对象期间测量从感测元件到运算放大器的信号，来实现这种触发水平适配。当一段时间内没有看到分配操作时，可以在某个固定时间段、例如在分配操作之后的某个固定时间进行触发水平调整，以使环境光改变，或者某些决策标准的组合。最大触发水平调整可以被设置为先前触发水平的百分数。使用过滤算法以缓慢增大或减小触发水平会抑制触发水平的快速突然变化，该变化会引起当容器被插入时从单元中分配冰或水的问题。
现在参照图9，图9示出了用于监测具有分配器的凹部的方法的流程图。IR LED 21发射具有发散角的辐射(S10)。第一IR检测器22被布置在辐射的可检测区域内并且检测辐射水平(S12)。第二IR检测器23也被布置在辐射的可检测区域内并且检测辐射水平(S14)。确定由第一检测器检测的辐射水平的第一减小(S16)，以及确定由第二检测器检测的辐射水平的第二减小(S18)。接下来，采取步骤来检查出故障的检测元件。确定辐射水平的第一减小是否先于辐射水平的第二减小发生(S20)。进一步地，确定辐射水平的第一减小与第二减小之间的流逝时间(S22)。根据确定第一减小先于第二减小发生并且减小之间的流逝时间是可接受的，从分配器分配液体和冰中至少之一(S26)。然而，如果确定第二减小先于第一减小发生，或者流逝时间是不可接受的，那么采取额外的步骤以确定检测元件故障(S24)。例如，如果第二减小先于第一减小发生，那么系统可以警告可能有发射器故障。或者，如果辐射水平的第一减小与第二减小之间的流逝时间过短，那么系统可以警告可能有检测器故障。最小流逝时间例如可以通过由控制单元产生的波形的关闭周期来确定。
明显地，本公开是以示例的方式并且可以在不脱离包含在本公开中的教导的合理范围的情况下、通过添加、修改或删除细节来做出各种变化。因此，除了随附权利要求必须如此限制的程度以外，本发明不限于本公开的特定细节。

Claims (16)

1.一种制冷电器，包括：
形成外壳的柜；
用于向所述外壳的外部分配液体和冰中至少之一的分配器；以及
容器检测器，所述容器检测器包括红外发射器、第一红外检测器和第二红外检测器；
其中，所述红外发射器发射具有发散角的辐射，以形成锥形辐射区域；
其中，所述红外发射器朝向所述第一红外检测器和所述第二红外检测器两者，并且所述第一红外检测器和所述第二红外检测器两者被布置在所述锥形辐射区域内并且接收由所述红外发射器发射的辐射；
其中，所述第一红外检测器被布置成比所述第二红外检测器更靠近所述柜的前表面；以及
其中，所述分配器、所述红外发射器、所述第一红外检测器和所述第二红外检测器被布置成使得当定位用于容纳来自所述分配器的所述液体和所述冰中至少之一的容器时，所述容器阻断所述辐射使其不能到达所述第一红外检测器和所述第二红外检测器两者。
2.根据权利要求1所述的制冷电器，还包括：
控制单元；
其中，所述控制单元控制从所述红外发射器发射的辐射的水平，以及
其中，所述控制单元接收来自所述第一红外检测器的第一检测信号和来自所述第二红外检测器的第二检测信号。
3.根据权利要求2所述的制冷电器，其中，所述控制单元确定基于所述第一检测信号的第一辐射水平和基于所述第二检测信号的第二辐射水平中至少之一是否小于基于环境光干扰所确定的参考水平。
4.根据权利要求2所述的制冷电器，其中，从所述红外发射器发射的辐射由所述控制单元进行调制以产生方波。
5.根据权利要求2所述的制冷电器，其中，所述控制单元被配置为在没有检测到容器的期间，通过放大器电路测量第一辐射水平和第二辐射水平中至少之一。
6.根据权利要求5所述的制冷电器，其中，所述控制单元被配置为基于所述第一辐射水平和所述第二辐射水平中至少之一随时间的变化来调整基于环境光干扰所确定的参考水平。
7.根据权利要求1所述的制冷电器，其中，所述第二红外检测器暴露于形成在所述外壳的外部中的凹部的开口，并且所述第二红外检测器被布置在所述凹部中的比所述第一红外检测器更靠后的位置。
8.一种制冷电器，包括：
形成外壳的柜；
用于向所述外壳的外部分配液体和冰中至少之一的分配器；
容器检测器，所述容器检测器包括红外发射器、第一红外检测器和第二红外检测器；以及
控制单元；
其中，所述红外发射器发射具有发散角的辐射，以形成锥形辐射区域；
其中，所述红外发射器朝向所述第一红外检测器和所述第二红外检测器两者，并且所述第一红外检测器和所述第二红外检测器两者被布置在所述锥形辐射区域内并且接收由所述红外发射器发射的辐射；
其中，所述分配器、所述红外发射器、所述第一红外检测器和所述第二红外检测器被布置成使得当定位用于容纳来自所述分配器的所述液体和所述冰中至少之一的容器时，所述容器阻断所述辐射使其不能到达所述第一红外检测器和所述第二红外检测器两者；以及
其中，所述控制单元
存储最小流逝时间；
检测由所述第一红外检测器检测的第一辐射水平的第一减小以及由所述第二红外检测器检测的第二辐射水平的第二减小，
确定所述第一减小与所述第二减小之间的流逝时间，以及
基于所述流逝时间大于所述最小流逝时间而向所述分配器发送分配信号。
9.根据权利要求8所述的制冷电器，其中，所述控制单元还确定所述第一减小是否先于所述第二减小被检测到，以及基于所述第一减小先于所述第二减小被检测到而向所述分配器发送分配信号。
10.一种控制制冷电器中的分配器的方法，其中，所述分配器选择性地分配液体和冰中至少之一，所述方法包括下述步骤：
从红外发射器发射具有发散角的辐射，所述发散角形成了锥形辐射区域；
利用布置在所述辐射的可检测区域内的第一红外检测器来检测来自所述红外发射器的第一辐射水平；
利用布置在所述辐射的可检测区域内的第二红外检测器来检测来自所述红外发射器的第二辐射水平；
确定由所述第一红外检测器检测的辐射水平的第一减小；
确定由所述第二红外检测器检测的辐射水平的第二减小；
确定所述第一减小与所述第二减小之间的流逝时间；
比较所述流逝时间与最小流逝时间；以及
仅当所述流逝时间大于所述最小流逝时间时，从所述分配器分配冰和液体中至少之一，
其中，所述红外发射器朝向所述第一红外检测器和所述第二红外检测器两者，并且所述第一红外检测器和所述第二红外检测器两者被布置在所述锥形辐射区域内并且接收由所述红外发射器发射的辐射；以及
其中，所述分配器、所述红外发射器、所述第一红外检测器和所述第二红外检测器被布置成使得当定位用于容纳来自所述分配器的所述液体和所述冰中至少之一的容器时，所述容器阻断所述辐射使其不能到达所述第一红外检测器和所述第二红外检测器两者。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
确定所述第一减小是否先于所述第二减小发生；以及
基于所述第一减小先于所述第二减小发生而从所述分配器分配冰和液体中至少之一。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括：确定所述第一辐射水平和所述第二辐射水平中至少之一是否下降至基于环境光干扰所确定的参考水平以下。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括：调制从所述红外发射器发射的辐射以产生方波。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括：在没有检测到容器的期间、通过放大器电路来测量第一辐射水平和第二辐射水平中至少之一。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：基于所述第一辐射水平和所述第二辐射水平中至少之一随时间的变化来调整基于环境光干扰所确定的参考水平。
16.一种制冷电器，包括：
形成外壳的柜；
用于向所述外壳的外部分配液体和冰中至少之一的分配器；以及
容器检测器，所述容器检测器包括单红外发射器、第一红外检测器和第二红外检测器；
其中，所述单红外发射器发射具有发散角的辐射，以形成锥形辐射区域；
其中，所述单红外发射器朝向所述第一红外检测器和所述第二红外检测器两者，并且所述第一红外检测器和所述第二红外检测器两者被布置在所述锥形辐射区域内并且接收由所述单红外发射器发射的辐射；
其中，所述第一红外检测器被布置成比所述第二红外检测器更靠近所述柜的前表面；以及
其中，所述分配器、所述单红外发射器、所述第一红外检测器和所述第二红外检测器被布置成使得当定位用于容纳来自所述分配器的所述液体和所述冰中至少之一的容器时，所述容器阻断所述辐射使其不能到达所述第一红外检测器和所述第二红外检测器两者。
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