CN108478044B - 一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，涉及厨房用具，包括杯本体、第一光发射模块、第二光接收模块、主控制器、进水控制阀；所述主控制器的第一输出端与所述第一光发射模块连接；所述第二光接收模块与所述主控制器的第二输入端连接；所述主控制器的第三输出端连接所述进水控制阀的控制端；所述杯本体包括用于承装溶液的第一容纳腔；所述第一光发射模块和所述第二光接收模块分别设置于所述第一容纳腔之内的第一光通道外的第一端面和第二端面。本发明避免称量法溶液配比的精度要求，提高配置出的溶液浓度的精确度，有效实现目标浓度溶液的配置。
Description
技术领域
本发明涉及水杯领域，特别涉及一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯。
背景技术
在日常生活中，人类时常会饮用糖水、配置生理盐水，亦或者是配置海水浓度的盐水以便海洋生鲜吐沙。
在现有技术中，通常是通过称量法进行调配糖水、盐水，而实际上，一般家有的溶液量并不会大，一方面，需要对称量法的称重精度提出要求，配置出的溶液浓度也不易精确，另一方面，若通过增加溶剂及溶质以便降低称量法精度则容易造成水资源以及溶质的浪费。
此外，采用称量法还存在如下问题：1)、需要对溶质容积进行人工换算求解浓度；2)、由于蒸发作用或不定量加料作用后，溶液浓度将不能再次获得。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷中的一部分，本发明所要解决的技术问题是提供一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，旨在通过测定溶液的折射率，并通过折射率求解溶液的浓度，以便获得较为精确溶液浓度，以便配置目标溶度的厨房用溶液。
为实现上述目的，本发明提供一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，所述智能水杯包括杯本体、第一光发射模块、第二光接收模块、主控制器、进水控制阀；所述主控制器的第一输出端与所述第一光发射模块连接；所述第二光接收模块与所述主控制器的第二输入端连接；所述主控制器的第三输出端连接所述进水控制阀的控制端；所述杯本体包括用于承装溶液的第一容纳腔；所述第一光发射模块和所述第二光接收模块分别设置于所述第一容纳腔之内的第一光通道外的第一端面和第二端面；
所述主控制器包括第一光线发射控制模块、折射光线接收模块、折射率求解模块、溶液浓度求解模块以及进水控制模块；
所述第一光线发射控制模块，用于控制所述第一光发射模块发射第一光线；所述第一光线与所述第一端面的法线夹角为第一入射角θi；所述第一光线与所述第二端面的法线相平行；所述第一光线与所述第一端面的交点到所述第二端面的距离为第一距离L；
所述折射光线接收模块，用于响应于所述第一光发射模块发射所述第一光线，采集所述第一光线经所述第一容纳腔折射后在所述第二光接收模块上的偏移距离D；
所述折射率求解模块，用于根据所述偏移距离D、所述第一距离以及第一入射角θi，求解所述溶液的折射率n；所述折射率n满足：
所述溶液浓度求解模块，用于根据所述溶液的所述折射率、所述溶液的溶质信息、所述溶液的溶剂，获取所述溶液的浓度c；所述溶液浓度c满足：c＝αn2+βn-γ，所述溶质信息包含折射率-浓度关系信息，所述α、所述β、所述γ为折射率-浓度关系曲线的多项次系数；
所述进水控制模块，用于根据所述溶液的浓度c与溶液目标浓度值cgoal大小关系，向所述进水控制阀发送控制指令；所述控制指令包括：响应于所述溶液的浓度c小于所述溶液目标浓度值cgoal，向所述进水控制阀发送开启控制指令；响应于所述溶液的浓度c大于或等于所述溶液目标浓度值cgoal，向所述进水控制阀发送关闭控制指令或向用户输出第一提醒。
在该技术方案中，通过第一光发射模块、第二光接收模块、第一端面、第二端面的位置设计，以便求得折射率，并通过折射率进一步求得溶液浓度，以便用户能够获得较为精确的溶液浓度，以便控制进水控制阀进水，实现配置目标浓度的厨房用溶液。该技术方案避免称量法溶液配比的精度要求，提高配置出的溶液浓度的精确度；同时也不需要像称重法需要人工换算求解浓度，而对于蒸发作用或不定量加料作用后，溶液浓度也能够被再次获得，便于整体溶液配备。
通过发明人对蔗糖糖水浓度与折射率关系进行实验，发现不与水发生化学反应的单一可溶物品与水混合，折射率与二者的配比有关，即溶质比例越高，溶液的折射率也越高，并满足曲线关系；此外，发明人还对盐水浓度与折射率关系进行了实验，也满足上述规律。基于上述机理，在本技术方案中，在知道溶液的溶质的情况下，通过测量溶液浓度能够获知溶液的浓度。
可选的，所述第一提醒包括但不限于报警提醒、输出浓度显示。
值得一提的是，在本实施例中，所述浓度为质量百分比浓度。
可选的，所述进水控制阀为电磁阀。
在一具体实施方式中，所述第一端面为平面型；所述第二端面为平面型。
在该技术方案中，通过平面型设计，提高折射率求解精度，并降低设备安装精准性，降低装配成本。
在一具体实施方式中，所述第一端面和所述第二端面位于所述杯本体的中部。
在该技术方案中，将第一端面和第二端面设置在杯本体中部，避免溶质未融化完全时底部折射率较高以及顶部折射率较低，使用杯本体的中部测量折射率使得结果精准。
在一具体实施方式中，所述第一光发射模块和所述第二光接收模块设置于所述杯本体的内壁内。
在该技术方案中，将第一光发射模块和第二光接收模块设置于杯本体内，降低杯本体壁的影响，提高折射率测量精度。
在一具体实施方式中，所述杯本体材质为透光材质，所述第一光发射模块和所述第二光接收模块设置于所述杯本体的外壁之外。
在该技术方案中，将第一光发送模块和第二光接收模块设置在杯本体外，有效提高装配兼容性，降低结构成本。
在一具体实施方式中，所述杯本体上开设有用于安装所述第一光发射模块的第一凹槽以及用于安装所述第二光接收模块第二凹槽；所述第一光发射模块的设置于所述第一凹槽内，所述第一发射模块的外壁与所述杯本体的外壁相匹配；所述第二光接收模块的设置于所述第二凹槽内，所述第二发射模块的外壁与所述杯本体的外壁相匹配。
在该技术方案，通过设定第一凹槽、第二凹槽便于模块化安装。
在一具体实施方式中，所述主控制器还包括本征偏移距离获取模块，用于在所述第一容纳腔为放空状态下，采集所述第一光线经所述第一容纳腔折射后在所述第二光接收模块上的本征偏移距离D0；
所述折射光线接收模块，还用于根据所述本征偏移距离D0，对第一容纳腔装载溶液时采集的偏移距离D进行校正；所述偏移距离D满足：D＝Dreal-D0，所述Dreal为实际测量值。
在该技术方案中，通过对本征偏移距离进行求解，消除或降低杯本体材质对光路折射的影响，提高折射率测量精度。
可选的，所述第二光接收模块为面状；
在一具体实施方式中，所述第二光接收模块包括光敏电阻阵列。
在该技术方案中，通过光敏电阻阵列对第一光线出射位置进行测量。
根据光敏电阻阵列电阻值变小的阵列单元，获知所述第二光接收模块接收到光线的位置。
在一具体实施方式中，所述主控制器还包括：溶质输入采集模块，用于采集用户输入的溶质信息。
在一具体实施方式中，所述主控制器还包括存储模块，用于存储所述至少一个供用户选择的溶质信息，所述溶质信息包括溶质名称、与所述溶质名称相对应的折射率-浓度关系曲线的多项次系数。
在该技术方案中，通过预设多种溶质的折射率-浓度关系曲线，有效为用户提供选择，提高系统兼容性。
本发明的有益效果是：本发明通过第一光发射模块、第二光接收模块、第一端面、第二端面的位置设计，以便求得折射率，并通过折射率进一步求得溶液浓度，以便用户能够获得较为精确的溶液浓度，以便控制进水控制阀进水，实现配置目标浓度的厨房用溶液。该技术方案避免称量法溶液配比的精度要求，提高配置出的溶液浓度的精确度；同时也不需要像称重法需要人工换算求解浓度，而对于蒸发作用或不定量加料作用后，溶液浓度也能够被再次获得，便于整体溶液配备。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式提供的一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯的结构示意图；
图2是本发明一具体实施方式提供的一种基于厨房用智能水杯的盐水、糖水浓度测定方法的流程示意图；
图3是本发明一具体实施方式中的第一光线的折射的光路示意图；
图4是本发明一具体实施方式中的一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯的杯本体结构示意图；
图5是本发明一具体实施方式中的一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯的第一光发射模块与第二光接收模块的整体结构示意图；
图6是本发明一具体实施方式中的糖水浓度与折射率关系曲线图；
图7是本发明一具体实施方式中的盐水浓度与折射率关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1-7所示，在本发明第一实施例中，提供一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，其特征在于，所述智能水杯包括杯本体101、第一光发射模块108、第二光接收模块109、主控制器、进水控制阀300；所述主控制器的第一输出端与所述第一光发射模块108连接；所述第二光接收模块109与所述主控制器的第二输入端连接；所述主控制器的第三输出端连接所述进水控制阀300的控制端；所述杯本体101包括用于承装溶液的第一容纳腔102；所述第一光发射模块108和所述第二光接收模块109分别设置于所述第一容纳腔102之内的第一光通道107外的第一端面103和第二端面104；
所述主控制器包括第一光线发射控制模块、折射光线接收模块、折射率求解模块、溶液浓度求解模块以及进水控制模块；
所述第一光线发射控制模块，用于控制所述第一光发射模块108发射第一光线；所述第一光线与所述第一端面103的法线夹角为第一入射角θi；所述第一光线与所述第二端面104的法线相平行；所述第一光线与所述第一端面103的交点到所述第二端面104的距离为第一距离L；
所述折射光线接收模块，用于响应于所述第一光发射模块108发射所述第一光线，采集所述第一光线经所述第一容纳腔102折射后在所述第二光接收模块109上的偏移距离D；
所述折射率求解模块，用于根据所述偏移距离D、所述第一距离以及第一入射角θi，求解所述溶液的折射率n；所述折射率n满足：其中，θi≠0；
所述溶液浓度求解模块，用于根据所述溶液的所述折射率、所述溶液的溶质信息、所述溶液的溶剂，获取所述溶液的浓度c；所述溶液浓度c满足：c＝αn2+βn-γ，所述溶质信息包含折射率-浓度关系信息，所述α、所述β、所述γ为折射率-浓度关系曲线的多项次系数；
所述进水控制模块，用于根据所述溶液的浓度c与溶液目标浓度值cgoal大小关系，向所述进水控制阀300发送控制指令；所述控制指令包括：响应于所述溶液的浓度c小于所述溶液目标浓度值cgoal，向所述进水控制阀300发送开启控制指令；响应于所述溶液的浓度c大于或等于所述溶液目标浓度值cgoal，向所述进水控制阀300发送关闭控制指令或向用户输出第一提醒。
可选的，所述第一提醒包括但不限于报警提醒、输出浓度显示。
值得一提的是，在本实施例中，所述浓度为质量百分比浓度。
可选的，所述进水控制阀300为电磁阀。
如图3所示，由第一光线折射现象的几何关系可知：
θr＝θi-Δθ (1)
由三角几何关系可知：
由折射率公式以及式(1)-(2)可知：
可选的，所述溶质为糖水；糖水的浓度c满足：c＝-12.276n2+39.646n-31.04。
申请人通过对蔗糖与水配比实验，获得表1数据。
表1、18℃下糖水折射率与浓度关系实验数据
| 折射率 | 1.334 | 1.3477 | 1.3573 | 1.3691 | 1.3872 | 1.4025 | 1.4186 | 1.4407 |
| 浓度 | 0％ | 9.10％ | 16.70％ | 23.10％ | 33.30％ | 41.10％ | 50％ | 60％ |
通过曲线拟合，获得蔗糖糖水的浓度c满足：c＝-12.276n2+39.646n-31.04。
可选的，所述溶质为盐水；所述溶液浓度c满足：c＝-31.77n2+91.519n-65.55。
申请人通过对食盐与水配比实验，获得表2数据。
表2、18℃下盐水折射率与浓度关系实验数据
| 折射率 | 1.334 | 1.3419 | 1.3479 | 1.3624 | 1.3701 | 1.3813 |
| 浓度 | 0％ | 5％ | 9.10％ | 16.70％ | 20％ | 25％ |
通过曲线拟合，获得盐水的浓度c满足：c＝-31.77n2+91.519n-65.55。
可选的，所述溶质信息包括所述溶质的种类；
在实际场景应用中，用户需要配置盐水，向系统输入配置盐水，用户在加水加食盐后，智能水杯检测配置的盐水的浓度，并以显示的形式输出；根据实际测量盐水的浓度，用户根据需要进行加水或者加盐。可选的，所述食盐包括海盐、加碘盐。
在另一场景中，用户需要配置糖水，向系统输入配置糖水，用户加水加糖后，智能水杯检测配置糖水的浓度，并实时显示；根据需求进行加水加糖。值得一提的是，糖本身也包括多种，系统可以对其进行细化，例如，葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、蜂蜜等。
可选的，所述智能水杯还包括显示模块，所述显示模块与主控制连接；可选的，所述显示模块为LCD模块；可选的，所述显示模块为数码管。
在本实施例中，所述溶剂为水；可选的，所述溶质为食盐；可选的，所述溶质为糖；值得一提的是，在本实施例中，不建议对多种物质进行混合，这样变量过多，折光率与浓度则存在多组解，即混合盐水即加食盐或者海盐，混合糖水则添加蔗糖或者葡萄糖，混合蜂蜜水则添加蜂蜜。
在本实施例中，所述溶质为单种可食用品。
本实施例通过第一光发射模块108、第二光接收模块109、第一端面103、第二端面104的位置设计，以便求得折射率，并通过折射率进一步求得溶液浓度，以便用户能够获得较为精确的溶液浓度，以便控制进水控制阀300进水，实现配置目标浓度的厨房用溶液。该技术方案避免称量法溶液配比的精度要求，提高配置出的溶液浓度的精确度；同时也不需要像称重法需要人工换算求解浓度，而对于蒸发作用或不定量加料作用后，溶液浓度也能够被再次获得，便于整体溶液配备。
通过发明人对蔗糖糖水浓度与折射率关系进行实验，发现不与水发生化学反应的单一可溶物品与水混合，折射率与二者的配比有关，即溶质比例越高，溶液的折射率也越高，并满足曲线关系；此外，发明人还对盐水浓度与折射率关系进行了实验，也满足上述规律。基于上述机理，在本技术方案中，在知道溶液的溶质的情况下，通过测量溶液浓度能够获知溶液的浓度。
在本实施例中，所述第一端面103为平面型；所述第二端面104为平面型。通过平面型设计，提高折射率求解精度，并降低设备安装精准性，降低装配成本。
在本实施例中，所述第一端面103和所述第二端面104位于所述杯本体101的中部。通过将第一端面103和第二端面104设置在杯本体101中部，避免溶质未融化完全时底部折射率较高以及顶部折射率较低，使用杯本体101的中部测量折射率使得结果精准。
可选的，所述第一光发射模块108和所述第二光接收模块109设置于所述杯本体101的内壁内。将第一光发射模块108和第二光接收模块109设置于杯本体101内，降低杯本体101壁的影响，提高折射率测量精度。
在本实施例中，所述杯本体101材质为透光材质，所述第一光发射模块108和所述第二光接收模块109设置于所述杯本体101的外壁之外。通过将第一光发送模块和第二光接收模块109设置在杯本体101外，有效提高装配兼容性，降低结构成本。
在本实施例中，所述杯本体101上开设有用于安装所述第一光发射模块108的第一凹槽105以及用于安装所述第二光接收模块109第二凹槽106；所述第一光发射模块108的设置于所述第一凹槽105内，所述第一发射模块的外壁与所述杯本体101的外壁相匹配；所述第二光接收模块109的设置于所述第二凹槽106内，所述第二发射模块的外壁与所述杯本体101的外壁相匹配。通过设定第一凹槽105、第二凹槽106便于模块化安装。
在本实施例中，所述主控制器还包括本征偏移距离获取模块，用于在所述第一容纳腔102为放空状态下，采集所述第一光线经所述第一容纳腔102折射后在所述第二光接收模块109上的本征偏移距离D0；
所述折射光线接收模块，还用于根据所述本征偏移距离D0，对第一容纳腔102装载溶液时采集的偏移距离D进行校正；所述偏移距离D满足：D＝Dreal-D0，所述Dreal为实际测量值。
在该技术方案中，通过对本征偏移距离进行求解，消除或降低杯本体101材质对光路折射的影响，提高折射率测量精度。
可选的，所述第二光接收模块109为面状；
优选的，所述第二光接收模块109包括光敏电阻阵列。
在该技术方案中，通过光敏电阻阵列对第一光线出射位置进行测量。
根据光敏电阻阵列电阻值变小的阵列单元，获知所述第二光接收模块109接收到光线的位置。
在本实施例中，所述主控制器还包括：溶质输入采集模块，用于采集用户输入的溶质信息。
在本实施例中，所述主控制器还包括存储模块，用于存储所述至少一个供用户选择的溶质信息，所述溶质信息包括溶质名称、与所述溶质名称相对应的折射率-浓度关系曲线的多项次系数。
在该技术方案中，通过预设多种溶质的折射率-浓度关系曲线，有效为用户提供选择，提高系统兼容性。
此外，在本实施例中，第一光发射模块108和第二光接收模块109可以以整体一个第三折射率测量模块与杯本体101进行组装；可选的，所述第三折射率检测模块200，包括第一光发射部202和第二光接收部201，并分别用于安装第一光发射模块108和第二光接收模块109；所述主控制器设置于所述第三折射率检测模块200内。同时，主控制器与第一光发射模块108、第二光接收模块109、水控制阀进行电连接，其中，主控制器与水控制阀之间的电连接的线路可以存放在储线通道301内。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，其特征在于，所述智能水杯包括杯本体、第一光发射模块、第二光接收模块、主控制器、进水控制阀；所述主控制器的第一输出端与所述第一光发射模块连接；所述第二光接收模块与所述主控制器的第二输入端连接；所述主控制器的第三输出端连接所述进水控制阀的控制端；所述杯本体包括用于承装溶液的第一容纳腔；所述第一光发射模块和所述第二光接收模块分别设置于所述第一容纳腔之内的第一光通道外的第一端面和第二端面；
所述主控制器包括第一光线发射控制模块、折射光线接收模块、折射率求解模块、溶液浓度求解模块以及进水控制模块；
所述第一光线发射控制模块，用于控制所述第一光发射模块发射第一光线；所述第一光线与所述第一端面的法线夹角为第一入射角θi；所述第一光线与所述第二端面的法线相平行；所述第一光线与所述第一端面的交点到所述第二端面的距离为第一距离L；
所述折射光线接收模块，用于响应于所述第一光发射模块发射所述第一光线，采集所述第一光线经所述第一容纳腔折射后在所述第二光接收模块上的偏移距离D；
所述折射率求解模块，用于根据所述偏移距离D、所述第一距离以及第一入射角θi，求解所述溶液的折射率n；所述折射率n满足：
所述溶液浓度求解模块，用于根据所述溶液的所述折射率、所述溶液的溶质信息、所述溶液的溶剂，获取所述溶液的浓度c；所述溶液浓度c满足：c＝αn2+βn-γ，所述溶质信息包含折射率-浓度关系信息，所述α、所述β、所述γ为折射率-浓度关系曲线的多项次系数；
所述进水控制模块，用于根据所述溶液的浓度c与溶液目标浓度值cgoal大小关系，向所述进水控制阀发送控制指令；所述控制指令包括：响应于所述溶液的浓度c小于所述溶液目标浓度值cgoal，向所述进水控制阀发送开启控制指令；响应于所述溶液的浓度c大于或等于所述溶液目标浓度值cgoal，向所述进水控制阀发送关闭控制指令或向用户输出第一提醒。
2.如权利要求1所述的一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，其特征在于，所述第一端面为平面型；所述第二端面为平面型。
3.如权利要求1所述的一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，其特征在于，所述第一端面和所述第二端面位于所述杯本体的中部。
4.如权利要求1所述的一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，其特征在于，所述第一光发射模块和所述第二光接收模块设置于所述杯本体的内壁内。
5.如权利要求1所述的一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，其特征在于，所述杯本体材质为透光材质，所述第一光发射模块和所述第二光接收模块设置于所述杯本体的外壁之外。
6.如权利要求5所述的一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，其特征在于，所述杯本体上开设有用于安装所述第一光发射模块的第一凹槽以及用于安装所述第二光接收模块第二凹槽；所述第一光发射模块的设置于所述第一凹槽内，所述第一光发射模块的外壁与所述杯本体的外壁相匹配；所述第二光接收模块的设置于所述第二凹槽内，所述第二光发射模块的外壁与所述杯本体的外壁相匹配。
7.如权利要求1所述的一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，其特征在于，所述主控制器还包括本征偏移距离获取模块，用于在所述第一容纳腔为放空状态下，采集所述第一光线经所述第一容纳腔折射后在所述第二光接收模块上的本征偏移距离D0；
所述折射光线接收模块，还用于根据所述本征偏移距离D0，对第一容纳腔装载溶液时采集的偏移距离D进行校正；所述偏移距离D满足：D＝Dreal-D0，所述Dreal为实际测量值。
8.如权利要求1所述的一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，其特征在于，所述第二光接收模块包括光敏电阻阵列。
9.如权利要求1所述的一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，其特征在于，所述主控制器还包括：溶质输入采集模块，用于采集用户输入的溶质信息。
10.如权利要求9所述的一种厨房用盐水、糖水浓度调控智能水杯，其特征在于，所述主控制器还包括存储模块，用于存储所述至少一个供用户选择的溶质信息，所述溶质信息包括溶质名称、与所述溶质名称相对应的折射率-浓度关系曲线的多项次系数。
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