CN109237101A - 水龙头及致动水龙头的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种水龙头及致动水龙头的方法。该水龙头，包括：流道；通道，引导水流过该流道；以及电动可操作阀，布置在该通道内。具有第一检测域的第一电容式传感器在第一检测域中检测到用户的手时生成第一输出信号；具有第二检测域的第二电容式传感器在该第二检测域中检测到用户的手时生成第二输出信号。控制器耦合到该第一电容式传感器和该第二电容式传感器以及该电动可操作阀。控制器被编程为响应于在该第一检测区域中检测到用户的手前后的预定时间段上在该第一检测域中而不是在该第二检测域中检测到用户的手而致动该电动可操作阀。根据本申请得水龙头能够感测水龙头用户的接近度，然后基于来自电容式传感器的输出信号来控制水龙头。

Description

水龙头及致动水龙头的方法

相关申请的交叉引用

本申请是2014年12月18日提交的美国专利申请序列号14/575,925的部分继续申请，该申请的披露内容明确地通过引用并入本文。

技术领域

本披露总体上涉及用于激活水龙头的电容式传感器的改进。本申请涉及一种包括用于免手持流体流动控制的电容式传感器的水龙头。更具体地，本发明涉及将电容式传感器放置在水龙头流道和/或水龙头手柄中或附近的电容式传感器，以感测水龙头用户的接近度，然后基于来自电容式传感器的输出信号来控制水龙头。

背景技术

电子水龙头通常用于控制流体流动。电子水龙头可以包括接近度传感器，比如主动式红外(“IR”)接近度检测器或电容式接近度传感器。这种接近度传感器用于检测位于水龙头附近的用户的手，并且响应于检测到用户的手而将水打开和关闭。其他电子水龙头可以使用触摸传感器来控制水龙头。这种触摸传感器包括位于水龙头的流道上或手柄上以便控制水龙头的电容式触摸传感器或其他类型的触摸传感器。水龙头上的电容式传感器还可以用于检测水龙头部件的接触和邻近水龙头的用户手的接近度。

发明内容

在本披露的一个所展示实施例中，一种水龙头，包括：流道；通道，引导水流过该流道；电动可操作阀，布置在该通道内并且具有打开位置和关闭位置，在该打开位置中，水自由地流过该通道并且在关闭位置中，该通道被阻塞；第一电容式传感器，具有第一检测域，该第一电容式传感器在该第一检测域中检测到用户的手时生成第一输出信号；第二电容式传感器，具有第二检测域，该第二电容式传感器在该第二检测域中检测到用户的手时生成第二输出信号；以及控制器，耦合到该第一电容式传感器和该第二电容式传感器以及该电动可操作阀，该控制器被编程为响应于在该第一检测域中而不是在该第二检测域中检测到该用户的手而致动该电动可操作阀。

在本披露的另一个所展示实施例中，一种致动水龙头的方法，该包括：监测具有第一检测域的第一电容式传感器，该第一电容式传感器在该第一检测域中检测到用户的手时生成第一输出信号；监测具有第二检测域的第二电容式传感器，该第二电容式传感器在该第二检测域中检测到用户的手时生成第二输出信号；以及在接收到该第一输出信号而不是该第二输出信号时，将该水龙头内的电动可操作阀在打开位置与关闭位置之间进行切换，在该打开位置中水自由地流过该水龙头，在该关闭位置中，该水龙头被阻塞并且水流过该水龙头被禁止。

在考虑了以下对如目前所理解的用于执行本发明的最佳模式进行举例说明的展示性实施例的具体实施方式之后，本发明的多个附加特征和优点对本领域的技术人员来说将变得清楚。

附图说明

附图的详细描述具体针对所附附图，在附图中：

图1是电子水龙头的所展示实施例的框图；

图2是示出本披露的包括第一电容式传感器和第二电容式传感器的实施例的框图，该第一电容式传感器和第二电容式传感器各自具有被定位成限定重叠的中央检测区域或检测区的单独检测域，其中，控制器处理来自第一电容式传感器和第二电容式传感器的输出信号以检测用户何时位于检测区内；

图3是展示了图2的位于水龙头的流道上以限定流道附近的检测区的第一电容式传感器和第二电容式传感器的框图；

图4展示了当用户的手相对于第一电容式传感器和第二电容式传感器移动时来自图2和图3的第一电容式传感器和第二电容式传感器的示例性输出信号；

图5是展示了本披露的包括三个电容式传感器的另一个实施例的框图，这三个电容式传感器各自具有被定位成限定多个重叠检测区的单独的检测域；

图6是展示了本披露的包括各自具有单独的检测域的第一电容式传感器和第二电容式传感器的另一实施例的框图，其中，控制器处理来自第一电容式传感器和第二电容式传感器的输出信号，使得第二电容式传感器用作对第一电容式传感器的禁止；

图7展示了当用户的手相对于第一电容式传感器和第二电容式传感器移动时来自图6的第一电容式传感器和第二电容式传感器的示例性输出信号；并且

图8是展示了图6的实施例的操作的流程图。

具体实施方式

出于促进对本披露内容原理的理解的目的，现在将参照附图中展示的实施例，这些将在下文中进行描述。以下披露的实施例并非旨在穷举或将本发明限制于以下详细说明中披露的精确形式。相反，选择这些实施例并且对其加以描述来使其传授内容可以为本领域的其他技术人员所用。因此，并不旨在对要求保护的发明的范围进行限制。本发明包括对本发明所属领域的技术人员通常会想到的所展示的装置和所描述的方法的任何改变和进一步的修改、以及对本发明的原理的进一步应用。

图1是示出本披露的电子水龙头10的一个说明性实施例的框图。水龙头10说明性地包括用于输送诸如水等流体的流道12以及用于以手动模式控制通过流体流过流道12的至少一个手动阀手柄14。热水源16和冷水源18分别通过流体供应管线17和19联接到手动阀体组件20。阀手柄14可操作地联接到手动阀体组件20以控制水流从中流过。

在一个所展示实施例中，为热水源16和冷水源18提供单独的手动阀手柄14。在其他实施例中，比如厨房水龙头的实施例，单个手动阀手柄14用于热水输送和冷水输送两者。在这种厨房水龙头的实施例中，手动阀手柄14和流道12通常通过单孔安装联接到盆。阀体组件20的输出联接至致动器驱动阀22，该致动器驱动阀通过从控制器24接收的输入信号进行电子控制。在说明性实施例中，致动器驱动阀22是电动可操作阀，诸如电磁阀。致动器驱动阀22的输出通过供应管线23向流道12供应流体。

在替代性实施例中，热水源16和冷水源18直接联接至致动器驱动阀22以提供完全自动的水龙头而无需任何手动控制。在又一实施例中，控制器24控制电子比例阀(未示出)从热水源16和冷水源18向流道12供应流体。

因为致动器驱动阀22由控制器24进行电子控制，所以使用来自诸如电容式传感器26、28和/或30等传感器的输出来控制水的流动。如图1所示，当致动器驱动阀22打开时，水龙头10可以以常规方式操作，即，通过(多个)手柄14和阀体组件20的手动阀构件的操作以手动控制模式操作。相反，当手动控制的阀体组件20被设定为选择水温和流量时，致动器驱动阀22可以是触摸控制的，或者当物体(比如用户的手)处于检测区内时通过接近度传感器激活该致动器驱动阀来切换水流打开和关闭。

在一个所展示实施例中，流道12具有连接到控制器24的至少一个电容式传感器26。另外，(多个)手动阀手柄14还可以具有安装在其上的电耦合到控制器24的(多个)电容式传感器28。附加的电容式传感器30可以位于水龙头10的流道12附近，比如在相邻的水槽盆中。

来自电容式传感器26、28和/或30的输出信号用于控制致动器驱动阀22，该控制致动器驱动阀由此控制水从热水源16和冷水源18到流道12的流动。如美国专利号8,613,419、7,690,395和7,150,293、以及7,997,301中进一步描述的，通过用电容式传感器26、28来感测电容变化，控制器24可作出用于控制水龙头10的不同操作模式的逻辑决定，诸如在手动操作模式与免手持操作模式之间改变，这些美国专利的披露内容全部通过引用明确地并入本文。在美国专利号7,232,111中更详细地描述了接近度检测器的另一个所展示配置和响应于接近度检测器而对水龙头进行的逻辑控制，该美国专利通过引用以其全文结合在此。

来自热水源16和冷水源18的流体量是基于一个或多个用户输入而确定的，诸如期望流体温度、期望流体流速、期望流体体积、基于各种任务的输入、各种认可的演示和/或其组合。如以上所讨论的，水龙头10还可以包括与热水源16和冷水源18两者流体连通的电子控制比例阀或混合阀。示例性的电子控制混合阀在美国专利号7,458,520和PCT国际公开号WO 2007/082301中进行了描述，这些专利的披露内容明确地通过引用并入本文。

本披露总体上涉及包括免手持流动控制的水龙头，更具体地，涉及包括用于在检测区中检测用户的手以便控制水流的至少两个电容式传感器的水龙头。已知的是，在水龙头部件上提供电容式传感器，这些电容式传感器在水龙头附近产生检测区。当在检测区中检测到用户的手时，电容式传感器向控制器发信号以打开到水龙头的水的流动。例如，参见Masco的美国专利号8,127,782、美国专利申请公开号2010/0170570、或美国专利申请公开号2010/0108165。

图2展示了本披露的包括免手持电容式感测系统的电子水龙头系统10的实施例。系统10包括控制器24以及位于水龙头上或附近并耦合到控制器24的第一电容式传感器32和第二电容式传感器34。第一电容式传感器32具有围绕传感器32的大致球形检测域36，并且第二电容式传感器34具有围绕传感器34的大致球形检测域38。电容式传感器32和34分别在整个球形检测区域36和38中的任何地方检测物体，比如用户的手。如图2中所示，检测域36在大致长椭球体或“橄榄球”形区域或检测区40中与检测域38重叠。控制器24处理来自第一电容式传感器32和第二电容式传感器34的输出信号，以检测用户的手何时位于检测区40内。当在重叠检测区40中检测到用户的手时，控制器24打开阀22以向水龙头的出口提供流体流动。

图3展示了图2的实施例，在所述实施例中，电容式传感器32和34都联接到水龙头的流道12。说明性地，该流道包括向上延伸部42，该向上延伸部可枢转地安装到套筒44上以使得流道12能够绕向上延伸部42的轴线旋转。流道12进一步包括弯曲部46和出口48，使得该流道12通常具有倒J形。

说明性地，第一电容式传感器32在出口48附近联接到流道12。第二电容式传感器34联接到套筒部44或流道12的向上延伸部42的下段。如以上所讨论的，电容式传感器32的检测域36和电容式传感器34的检测域38重叠以限定检测区40。第一传感器32和第二传感器34位于流道12上，从而使得检测区40位于用于期望位置以便检测用户的手。例如，检测区40可以位于流道12的出口48附近。在一个实施例中，检测区40在流道12的弯曲部46下方、在向上延伸部42与出口48之间。因此，用户可以通过将用户的手放在检测区40中来打开和关闭水龙头。

图4展示了当用户的手在第一电容式传感器32与第二电容式传感器34之间来回移动时，来自图2和图3中所示的实施例的第一电容式传感器32和第二电容式传感器34的输出信号。说明性地，信号50是来自第一电容式传感器32的输出，并且信号52是来自第二电容式传感器34的输出信号。通常，来自安装在流道12的套筒44上的电容式传感器34的输出信号52具有与位于流道12的出口48附近的电容式传感器32的输出信号50相比更大的幅值。输出信号50的峰值54表明用户的手何时正在接近第一电容式传感器32，并且谷值56表明用户的手何时移动远离电容式传感器32。输出信号52中的峰值58示出用户的手何时靠近套筒44上的第二电容式传感器34。谷值60表明用户的手何时已经移动远离第二电容式传感器34。

控制器24监测输出信号50和52以判定用户的手何时处于检测区40中。例如，当输出信号50和52的幅值都在限定检测区40的边界的预选范围内时，控制器24确定用户的手处于检测区40中并且打开阀22以开始流体流过流道12。

控制器24通过分别查看来自电容式传感器32和34的输出信号50和52的信号强度来判定用户的手何时处于检测区40中。输出信号越强，用户的手越靠近该传感器32或34。例如，在图4中的时间3处，来自第二电容式传感器34的输出信号52较强而来自第一电容式传感器32的输出信号50较弱。这表明用户的手位于更靠近第二电容式传感器34。在图4中的时间8处，来自第二电容式传感器34的输出信号52较弱并且来自第一电容式传感器32的输出信号50较强。这表明用户的手位于更靠近第一电容式传感器32。在图4中的时间6处，输出信号50、52均较强。这表明用户的手位于检测区40的中间。

图5中展示了本披露的另一个实施例。在本实施例中，提供了第一电容式传感器70、第二电容式传感器72和第三电容式传感器74。电容式传感器70、72和74各自具有单独的检测域76、78和80。在所展示的实施例中，第一电容式传感器70安装在水龙头的流道12上。第二电容式传感器72和第三电容式传感器74安装在手柄14、水槽盆或邻近流道12的其他位置上。

在图5中的实施例中，检测域76和78在检测区82内重叠。检测域78和80在检测区84内重叠。检测域76和80在检测区86内重叠。另外，所有三个检测域76、78和80在中心检测区88内重叠。通过监测来自电容式传感器70、72和74的输出，控制器24判定用户的手是否处于检测区82、84、86或88之一中。控制器24根据用户的手所在的检测区82、84、86或88而不同地控制水龙头。例如，控制器24可以基于用户的手位于哪个检测区82、84、86或88来增大或减小流体流动、升高或降低温度、打开或关闭流体流动、或以其他方式控制水龙头或其他部件。

图6中展示了本披露的另一个实施例。在本实施例中，与图2的实施例类似，系统10说明性地包括控制器24以及位于水龙头10(图1)上或附近并耦合到控制器24的第一电容式传感器32和第二电容式传感器34。第一电容式传感器32具有围绕传感器32的大致球形检测域36，并且第二电容式传感器34具有围绕传感器34的大致球形检测区域38。电容式传感器32和34分别检测球形检测区域36和38中任何地方的物体，例如用户的手。检测域36在大致长椭球体或“橄榄球”形区域或检测区40中与检测域38重叠。

第一电容式传感器32和相关或相关联的检测区域36(不包括重叠检测区40)限定了激活域。相反，第二电容式传感器34和相关联的检测域38(包括重叠检测域40)限定禁止域。更具体地，在禁止域(即，检测域38和/或40)内检测到物体或用户的手将禁止阀22(图1)的操作(例如，激活或去激活)。然而，没有在禁止域(即，检测域38和/或40)内检测到物体或用户的手而在激活域(即，检测域36)中检测到物体或用户的手，将对阀22进行操作，例如通过在打开位置与关闭位置之间切换阀22。也就是说，如果未在禁止域(即，检测域38和/或40)内检测到物体或用户的手在激活域(即，检测域36)中检测到物体或用户的手，则阀22可以从打开位置切换到关闭位置或者进行相反的操作。重叠检测域40可以被认为是激活域36的一部分而不是禁止域38的一部分也在本披露的范围之内。

图8通过方法100展示了图6的控制器24关于电容式传感器32和34的功能。在框102处，水龙头10(图1)被激活以使得控制器24可以基于由电容式传感器32和34传输的信号来切换阀22的状态。在框104处，控制器24监测电容式传感器32以判定电容式传感器32是否已经将第一输出信号传输到控制器24。当在指定的时间段上在检测域36内检测到物体(例如，用户的手)时，电容式传感器32将第一输出信号传输到控制器24。在示例性实施例中，当在60毫秒到270毫秒之间的时间段上在检测域36内检测到物体(其说明性地称为“滑过”)时，电容式传感器32传输第一输出信号。然而，可以设想可以使用其他时间段。如本文进一步讨论的，如果在框104中控制器24接收到来自电容式传感器32的第一输出信号，则控制器24移动到框106，并且基于在检测域38和/或40中是否检测到物体或用户的手来判定电容式传感器34是否接收到第二输出信号。如果在框104中控制器24未接收到来自电容式传感器32的第一输出信号，则控制器24继续监测电容式传感器32的状态。

在框106处，控制器24监测电容式传感器34以判定来自电容式传感器34的第二输出信号是否已经传输到控制器24。在框104处，控制器24在接收到来自电容式传感器32的第一输出信号前后的预定时间段(例如，在之前和/或之后)上监测电容式传感器34。在示例性实施例中，控制器24在不超过120毫秒上监测电容式传感器36以判定在检测域38和/或40内是否存在物体(例如，用户的手)。然而，可以设想可以使用其他时间范围。如果控制器24在预定时间段内检测到来自电容式传感器34的第二输出信号，则控制器24移动至框108并忽略之前在框104处从电容式传感器32接收的信号。如以上所讨论的，忽略电容式传感器32可以将阀22保持(即，防止切换)在其当前状态(例如，去激活阀22，并且从而禁止液体离开流道12或允许液体继续从流道12(图1)离开)。然后控制器24返回到在框104处监测电容式传感器32的状态。另一方面，如果在框106中控制器24未在预定时间段内检测到来自电容式传感器34的第二输出信号，则控制器24继续到框110并正常操作阀22，比如通过在打开位置与关闭位置之间切换阀22，其中，在打开位置中液体从流道12分配，并且在关闭位置中液体的分配停止。

图7展示了当用户的手在第一电容式传感器32与第二电容式传感器34之间来回移动时来自图6中所示的实施例的第一电容式传感器32和第二电容式传感器34的输出信号。说明性地，信号52是来自第一电容式传感器32的输出，并且信号50是来自第二电容式传感器34的输出信号。通常，来自安装在流道12的套筒44上的电容式传感器32的输出信号52具有与位于流道12的出口48附近的电容式传感器34的输出信号50相比更大的幅值。输出信号50的峰值54表明用户的手何时正在接近第一电容式传感器34，并且谷值56表明用户的手何时移动远离电容式传感器34。输出信号52中的峰值58示出用户的手何时靠近套筒44上的第二电容式传感器32。谷值60表明用户的手何时已经移动远离第二电容式传感器34。

控制器24通过监测输出信号50和52以判定用户的手分别何时处于检测区36和/或检测区38、40中，从而来控制流道12的行为。也就是说，控制器24监测输出信号52和输出信号50的信号强度之间的空间关系。当控制器24接收到关于电容式传感器32的输出信号52的峰值(例如，峰值58)时，控制器24在峰值前后的预定时间间隔上进行监测，以判定是否应当由于存在关于电容式传感器34的输出信号50的峰值(例如，峰值54)而禁止液体流过流道12。当输出信号52的峰值在大于在以上所讨论的框106中设定的预定时间间隔的时间间隔上与输出信号50的峰值间隔开时，控制器24可以确定用户的手处于检测区36中并且打开阀22以开始流体流过流道12。具有此配置的示例性时间段被显示为区域I和V。

当输出信号52的峰值在小于或等于在以上所讨论的框106中设定的预定时间间隔的时间间隔处与输出信号50的幅值对齐或间隔开时，控制器24可以说明性地确定用户的手处于检测区38和/或40中，并且如果阀22已经处于关闭位置(和/或如果打开则关闭阀22)，则将阀22保持在关闭位置以禁止流体流过流道12。具有这种配置的示例性时间段被示出为区域II-IV和VI。关于区域II和VI，说明性地将阀22从之前讨论的区域I和V的打开位置切换到关闭位置。

在替代实施例中，电容式传感器32和34可以在打开位置与关闭位置之间切换阀22。更具体地，如之前所讨论的，由传感器32和34发射的电容信号取决于在未在禁止域(即，检测域38和/或40)内检测到物体或用户的手发生的情况下在激活域(即检测域36)中是否检测到物体或用户的手而直接在打开位置与关闭位置之间切换阀22。

如区域VII所示的示例性时间段可以由控制器24忽略，因为不存在来自输出信号52的峰值，根据该输出信号进行测量以判定阀22是否应当打开。

尽管已经将本披露描述为具有示例性设计和实施例，但是本发明可以在本披露的精神和范围内进一步修改。因此，本申请旨在覆盖本披露的使用了其一般原理的任何变体、用途或适配方案。进一步地，本申请旨在覆盖本披露与本披露所属领域中的已知或惯用实践的偏离。虽然已经参考某些所示实施例详细地说明了本发明，但在如以下权利要求中说明和限定的本发明的精神和范围内，存在变型和修改。

Claims (11)

1.一种水龙头，包括：

流道；

通道，引导水流过所述流道；

电动可操作阀，布置在所述通道内并且具有打开位置和关闭位置，在所述打开位置中，水自由地流过所述通道，并且在所述关闭位置中，所述通道被阻塞；

第一电容式传感器，具有第一检测域，在所述第一检测域中检测到用户的手时所述第一电容式传感器生成第一输出信号；

第二电容式传感器，具有第二检测域，在所述第二检测域中检测到用户的手时所述第二电容式传感器生成第二输出信号；以及

控制器，耦合到所述第一电容式传感器和所述第二电容式传感器以及所述电动可操作阀，所述控制器被编程为响应于在所述第一检测域中检测到所述用户的手而在所述第二检测域中没有检测到所述用户的手而致动所述电动可操作阀。

2.如权利要求1所述的水龙头，其中，所述流道包括向上延伸部，所述向上延伸部可枢转地安装到套筒上以使得所述流道能够绕所述向上延伸部的轴线旋转，所述流道进一步包括弯曲部和出口，所述第一电容式传感器在所述出口附近联接到所述流道并且所述第二电容式传感器联接到所述套筒，以在所述流道的所述出口附近限定所述第一检测域。

3.如权利要求2所述的水龙头，其中，所述第一检测域在所述流道的弯曲部的下方在所述向上延伸部与所述出口之间。

4.如权利要求1所述的水龙头，其中，当在所述第一检测域和所述第二检测域内检测到所述用户的手时，所述控制器禁止电动可操作阀移动到所述打开位置。

5.如权利要求1所述的水龙头，其中，当在所述第一检测域中检测到所述用户的手前后的预定时间内在所述第二检测域内检测到所述用户的手时，所述控制器禁止电动可操作阀移动到所述打开位置。

6.如权利要求1所述的水龙头，进一步包括：

手动阀，与所述电动可操作阀串行地布置在所述通道内；以及

控制所述手动阀的手动手柄。

7.如权利要求6所述的水龙头，其中，所述第一电容式传感器联接到所述流道，所述第二电容式传感器联接到所述手动手柄。

8.如权利要求1所述的水龙头，其中，所述第二检测域以减小所述第一检测域的大小的方式与所述第一检测域重叠。

9.一种致动水龙头的方法，包括：

监测具有第一检测域的第一电容式传感器，所述第一电容式传感器在所述第一检测域中检测到用户的手时生成第一输出信号；

监测具有第二检测域的第二电容式传感器，所述第二电容式传感器在所述第二检测域中检测到用户的手时生成第二输出信号；以及

在接收到所述第一输出信号而不是所述第二输出信号时，将所述水龙头内的电动可操作阀在打开位置与关闭位置之间进行切换，在所述打开位置中水自由地流过所述水龙头，在所述关闭位置中，所述水龙头被阻塞并且水流过所述水龙头被禁止。

10.如权利要求9所述的方法，其中，当从所述第一电容式传感器生成所述第一输出信号时，执行监测所述第二电容式传感器。

11.如权利要求9所述的方法，进一步包括：

当从所述第二电容式传感器生成所述第二输出信号时，禁止来自所述第一电容信号的所述第一输出信号；以及

返回所述监测所述第一电容式传感器。