CN1106177C - 通过测量头发的阻抗来测定头发湿度的护发用具和将电阻的阻值转换为测量信号的电路 - Google Patents

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Abstract

一种护发用具通过检测测量电极(14A/14B)之间的头发的阻抗(Rx)来测定头发的湿度。头发的阻抗(Rx)被包括在包含由电压源(28)供电的第一电阻(20)和第二电阻(24)的T形网络中。流经第二电阻的信号电流(Is)被测出来并由转换器(30)转换成测量信号(MS)。使用T形网络的结果，对于给定的信号电流(Is)的变化幅度，需要比较大的头发阻抗(Rx)变化。这就允许在较宽的阻抗范围内进行测量并保持精度。

Description

通过测量头发的阻抗来测定头发湿度的护发用具和将电阻的阻值 转换为测量信号的电路
本发明涉及护发用具，包括：头发造型装置；加热头发造型装置的电加热元件；在使用护发用具过程中伸入并与待修饰的头发接触的电极；以及与电极电导通、用于测量电极之间的阻值并将该阻值转换为测量信号的测量电路。
本发明还涉及测量阻抗的测量电路。
这样的护发用具可从美国专利US4877042中得知。护发用具被理解为意味着一种电加热设备，该设备可以包括或不包括用于头发卷曲、成型或造型的吹风机。这种用具包括一个发刷，一个不带吹风机的卷发器和梳子，以及一个带有吹风机的头发烘干器和热风刷。修饰头发常常是通过首先湿润头发，然后利用护发用具的造型装置，结合或不结合梳子或卷发器，将其造型为所希望的型式来实现的。头发是通过加热元件的热来烘干的，为此必须小心，使头发不能变得太干燥，因为干燥的头发更容易受到损伤。出于上述目的，这里所知的护发用具包括与头发接触的电极和测量头发阻抗的测量电路。头发的阻抗依赖于头发的湿度。干燥头发的阻抗较大而湿润头发的阻抗较小。阻抗的变化相当大，因此很难确定何时阻抗超过了某个已知的临界值以允许发信号表明头发的湿度已经到达了希望的值。
本发明的一个目的，是提供一种精确地测量头发湿度的护发用具。为此，在开始段落中定义的这种护发用具，其特征在于测量电路包括：连接在第一接线柱和上述电极的第一电极之间的电压源；连接在第一接线柱和上述电极的第二电极之间的第一电阻；连接在第二电极和第二接线柱之间的第二电阻；以及将流经第二接线柱到第一电极的电流通路的信号电流转换为测量信号的转换器。
第一电阻，第二电阻和电极之间的头发的阻抗，形成了一个由电压源供电的T形网络。流经第二电阻的信号电流流入转换器，转换器将其转换成适当的测量信号。由于部分流经第一电阻的电流被电极之间头发的阻抗分流，流过第二电阻的信号电流是流经第一电阻的电流的一部分。这种结构的优点在于减少了信号电流的动态范围。较大的头发阻抗变化产生较小的信号电流变化。结果，在很大的阻抗范围内能够获得相同精度的测量。为预先消除头发中的电解作用及电极的腐蚀，优选使用交流电压和交流电流。T形网络降低了测量电路的阻抗级别，使得测量电路免受假信号尤其是作为与主电器部分容性耦合的结果的影响。
从上述美国专利中可知，转换器提供的测量信号可被用于通过声音信号警告使用者头发变得太干燥了。然而，使用者很可能没有反应或反应太迟。为缓解这个问题，该护发用具的一个实施方案的特征在于，该护发用具还包括比较测量信号和参考信号的装置以及响应这种比较关闭加热元件的装置。一旦达到所希望的湿度，加热立即停止以免过热。在护发用具带有吹风机的情况下，还可能将吹风机关掉。然而，为更好地使头发定型，最好用冷风吹一会儿。为了通知使用者已经使用了足够冷风，该护发用具的另外一个实施方案的特征在于该护发用具包括一个定时器，用于在加热元件被关闭后向信号设备提供一个激励信号。如果需要的话，这个激励信号还可以关掉吹风机。
电压源和转换器可以是任何希望的类型。护发用具的一个实施方案的特征在于转换器包括：一个积分器，带有反向输入端与第二接线柱耦合的微分放大器以及连接在该微分放大器输出端和反向输入端之间的电容；一个比较器，其输出端与第一接线柱相连，同向输入端通过第三个电阻与积分器的微分放大器的输出端相耦合，并通过第四个电阻与比较器的输出端耦合，其反向输入端用来接收参考电压。
积分器和比较器与T形网络一起，形成了一个电阻  频率转换器，比较器的输出端还用作T形网络的交流电压源。积分器的微分放大器的反向输入端通过第二电阻接收信号电流。在头发湿润的情况下，电极之间的阻抗比较低，信号电流也比较小。这就需要较长的时间，使得积分器的输出信号达到参考电压且比较器的输出电压发生转换。转换过后，信号电流的方向被反转，并且积分器的输出电压在相反方向上增长，直到再次达到参考电压为止。第三和第四电阻使比较器产生滞后效应，结果为使比较器转换，积分器的电压必需呈现为两个不同的电平。由于在头发湿润的情况下到达积分器的信号电流比较小，比较器输出的转换频率比较低。在头发干燥的情况下，头发的阻抗比较高，信号电流比较大。转换频率比较高。
为能够给某一给定的头发湿度发出信号并关闭加热元件，频率测量是必要的，输出信号的频率与参考频率相比较。为此，护发用具的一个实施方案的特征在于，比较装置包括：带有输出端和与比较器输出端耦合的触发输入端的第一单稳多谐振荡器；带有输出端和与第一单稳多谐振荡器输出端耦合的触发输入端的第二单稳多谐振荡器；关闭加热元件的装置包括：其主电流通路与加热元件串联且其控制输入端与第二单稳多谐振荡器的输出端耦合的电开关。
在高频情况下，第一单稳多谐振荡器被频繁触发，使得输出维持在一个给定的直流电压。第二单稳多谐振荡器则没有被触发。从某个给定的低频开始，输出瞬时呈现另一个值，第二单稳多谐振荡器被触发。第二单稳多谐振荡器的输出信号指明了频率是否高于或低于某个给定的值，该信号控制开、关加热元件的电开关。
测量头发阻抗的电路还可用于测量其它阻值，例如温度自动调节装置的NTC和PTC电阻的阻值，光开关中的光敏电阻的阻值，即用于需要检测阻抗变化的场合。
参照附图，本发明的这些和其它方面将得到描述和阐明，其中
图1表示根据本发明的带有头发湿度测量的护发用具；
图2表示测量头发湿度的测量电极；
图3表示与头发接触的测量电极；
图4表示根据本发明的护发用具中的头发阻抗测量设备的基本电路图；
图5表示根据本发明的护发用具的一个实施方案的部分电路图；
图6表示根据本发明的护发用具的一个实施方案中出现的信号的波形图；
图7表示根据本发明的护发用具的一个实施方案的部分电路图。
在这些图图中，相似的部件有着相同的参考标志。
图1表示一个护发用具，尤其是头发烘干器。该头发烘干器外壳2的手柄4上带有一个控制开关6。外壳容纳(未表示出)了一个加热元件，一个吹风机和带有相关电源的驱动、测量和控制电子器件。吹风机吸进来的空气，如果可行的话被加热元件加热，通过出口8从外壳排出，在出口8上可以装上扩散器10使空气散开。扩散器10有扩散器触头12，在使用头发烘干器的过程中进入并与要烘干的头发接触。如图2所示，一个或多个扩散器触头12带有电极14A/14B，通过隐蔽在扩散器触头12和扩散器10中的连接导线16A/16B与外壳8上相应的连接导线相连。电极14A/14B可由任何合适的材料制成，例如铜片。在使用过程中，电极14A/14B与头发18接触，如图3所示。不用或除了扩散器触头12外，电极可以安置在出口8上的适当位置，以便用于没有扩散器的头发烘干器。
护发用具可以是一个热气刷而不是图1所示的头发烘干器，其中热空气从刷子中排出来。在这种情况下，电极被安置在刷体上适当的点处。此外在护发用具不带吹风机的情况，如电加热卷发器或发梳，电极被安置在要修饰的头发进入并与该用具接触的地方。
头发的湿度通过测量与电极14A/14B接触的头发的阻抗确定。湿头发的阻抗较低，干燥头发的阻抗较高。图4表示阻抗测量设备的基本电路图。电极14A和14B之间待测的头发阻抗Rx被包括在T形网络中，该网络还包括连接在第一接线柱22和电极14A之间的第一电阻20，以及连接在电极14A和第二接线柱26之间的第二电阻24。电压源28与第一接线柱22和电极14B相连，转换器30与第二接线柱26和电极14B相连。电压源28向T形网络提供电流，其中部分电流即待测的信号电流Is流经从第二接线柱26通过转换器30延伸至电极14B的电流通路。为预防头发的电解作用及电极14A/14B的腐蚀，电压源28最好为带有交流分量的电源，这个分量用于测量头发的阻抗。为此，可安置一个与电极14A/14B中的一个串联的耦合电容，以截断直流分量。转换器30将信号电流Is转换为头发的阻抗Rx的测量值的测量信号MS。
转换器30的运行可在测量与第二电阻24串联的阻抗上的电压和将该电压与参考电压相比较的基础上进行，参考电压是通过实验确定的，并且对应于一定程度的头发湿度。最好采用建立在电流Is基础上的测量，因为第二接线柱26处的阻抗级别较低。T形网络结构减少了电压源28和第二接线柱26之间的阻抗级别，结果，假信号尤其是主电源线电压和第二接线柱26之间的容性耦合引起的假信号的作用很小。适当地选择第一电阻20的阻值R1和第二电阻24的阻值R2，减少了信号电流Is的动态范围。这意味着比较大的阻值Rx的变化产生信号电流Is中较小的变化。对给定的信号电流Is的变化，阻值Rx应该比测量阻抗Rx被直接安置在电压源28和第二接线柱26之间的情况要作更大程度的变化。通过将测量阻抗Rx包括在T形网络中，可以不失精度地测量较大的阻抗范围，除此以外，对假信号的敏感性也降低了。
图5表示转换器30的一个更详细的电路图。给定的电阻和电容的值以及电子设备的类型数字仅通过图示和实例的方法给出。该转换器是一个包含积分器32的电阻-频率转换器，积分器32由TLC252型微分放大器34形成，其反向输入端36与T形网络的第二接线柱26耦合，10nF的电容38接在微分放大器34的输出端40和反向输入端36之间。转换器30还包括同为TLC252类型的比较器42，具有与T形网络的第一接线柱22相连的输出端44，以及通过33kΩ的电阻48耦合到微分放大器34的输出端40、并通过47kΩ的电阻50耦合到比较器42的输出端44的同向输入端46，输出端44提供测量信号MS。微分放大器34和比较器42的其它输入端连到参考电压端56上，例如连到微分放大器34和比较器42的一半电源电压处。
电极14A通过1μF的耦合电容52和10kΩ的电阻54连到T形网络的电阻20和24上，这两个电阻的阻值均为470kΩ。电极14B连到参考电压端56上。一个470pF的干扰抑制电容58跨接在电极14A和14B之间。
积分器32和比较器42与T形网络一起，形成一个电阻-频率转换器，比较器42的输出端44还形成T形网络的交流电源。流经电阻24的信号电流Is流入微分放大器34的反向输入端36。在头发湿润的情况下，电极14A/14B之间的阻抗比较低，信号电流Is也比较小。这就需要较长的时间，积分器32的输出信号才会达到参考电压端56处的参考电压且比较器42的输出端44的测量信号MS发生转换。转换后信号电流Is的方向反转，积分器32的输出电压在相反方向上增长，直到再次达到参考电压为止。电阻48和电阻50在比较器42中产生滞后效应，结果积分器32的输出电压必须呈现两个不同的电平，以使比较器42转换。由于在头发湿润的情况下流过积分器的信号电流比较小，比较器的转换频率比较低，测量信号将具有图6中MSW处所示的波形。在头发干燥的情况下，头发的阻抗比较高，信号电流Is也比较大，测量信号MS的频率也比较高，如图6中MSD处所示。
将测量信号MS的可变频率与代表在护发用具的加热元件应该被关闭以防止过度烘干和损伤头发时的头发湿度的参考频率相比较。图7表示适用于上述目的的电路。给定的电阻和电容的值以及电子设备的类型数字，仍然仅通过图示和实例的方法给出。测量信号MS被加在HEF4538类型的第一单稳多谐振荡器60的负触发输入端-T上，该振荡器的正触发输入端和重新设置输入端R与正的电源电压相连。单稳多谐振荡器60的时间常数由一个跨接在单稳多谐振荡器60的CX端和RC端680nF的电容62以及RC端与正电源电压之间的100kΩ可变电阻64和39kΩ的固定电阻66决定。在负触发输入端-T瞬时为负信号的情况下，输出端QN将从比较正的值转换为比较负的值，这个状态将维持由电容62和电阻64、66决定的一段时间。此后，输出端QN将自动恢复比较正的值。单稳多谐振荡器60的输出端QN连到同为HEF4538类型的第二单稳多谐振荡器68的负触发输入端-T，振荡器68的正触发输入端+T及其重新设置输入端R与正电源电压相连。单稳多谐振荡器68的时间常数由一个跨接在单稳多谐振荡器68的CX端和RC端680nF的电容70以及RC端与正电源电压之间的820kΩ的电阻72决定。第二单稳多谐振荡器68的输出端Q通过电阻74驱动开关三极管76的基极，该三极管通过一个可选的LED78向继电器80供电。继电器80使开关82动作，该继电器将加热元件84连到可由手柄上的开关6开启的主电源线电压上。
在测量信号MS为高频的情况下，即干燥的头发情况，第一单稳多谐振荡器60被频繁触发，使得输出端QN一直维持较低电平。而第二单稳多谐振荡器68则没有被触发。然而，在由电容62和电阻64、66决定的某个给定的测量信号的频率之下，第一单稳多谐振荡器60的输出端QN将瞬时升高然后再次降低，使得第二单稳多谐振荡器68被触发。第二单稳多谐振荡器68输出端Q的信号指明了频率是否高于或低于某个给定的值，并且该信号控制开、关加热元件的电子开关。只要第二单稳多谐振荡器68被触发，即低于头发仍然太潮湿时的某个给定频率，该第二单稳多谐振荡器的输出端Q为高电平，继电器由三极管76供电，加热元件84通过开关82供电。当达到某个给定的频率，即当达到一定的湿度时，停止对第二单稳多谐振荡器68的触发，加热元件84被关闭。
如果护发用具包含吹风机，吹风机马达86可直接通过接头88连到主电源线电压上。在开关6接通主电源线电压后启动吹风机。与继电器80串联的LED78指示加热元件处于工作状态。在加热元件被关闭后，吹风机继续转动。冷风流可以促使头发更好地定型。
第二单稳多谐振荡器68的输出端Q还连到同为HEF4538类型的第三单稳多谐振荡器90的负触发输入端-T上，其正触发输入端+T和重新设置输入端R连到正的电源电压上。第三单稳多谐振荡器90的时间常数由一个跨接在CX端和RC端的33μF的电容92以及RC端与正电源电压之间的470kΩ的可变电阻94和10kΩ的电阻96决定。第三单稳多谐振荡器90的输出端Q按顺序连到同为HEF4538类型的第四单稳多谐振荡器98的负触发输入端-T，振荡器98的正触发输入端+T则连到正电源电压上。重新设置端R连到第二单稳多谐振荡器68的输出端QN上。第四单稳多谐振荡器98的时间常数由一个跨接在CX端和RC端的10μF的电容100以及RC端与正电源电压之间的470kΩ的可变电阻102和10kΩ的电阻104决定。第四单稳多谐振荡器98的输出端Q通过电阻106驱动给蜂鸣器110供电的开关三极管108的基极。蜂鸣器110属于那种一接收到直流电压就发出噪声的类型。
当加热元件被关闭后，用作定时器的第三单稳多谐振荡器90被触发。在由第三单稳多谐振荡器90的时间常数确定的一定结束时间后，第四单稳多谐振荡器98被触发，蜂鸣器110将在由第四单稳多谐振荡器98的时间常数确定的时间段内发出声音信号。蜂鸣器110给使用者一个信号，即结束时间已到没有必要再用冷风来冷却。如果需要的话，还可以另外提供一个电路，在到达结束时间后关闭吹风机马达86。为此，第三单稳多谐振荡器90的输出端QN通过电阻112驱动向继电器116供电的开关三极管114的基极，继电器116的开关触点118取代了固定接头88的位置。
图5的转换器30和图7的电路是由变压器118和整流器120供电的，整流器在主电源线电压和电极14A/14B之间提供必要的电气隔离。
明显地，将测量信号MS的频率与参考频率比较还可用此前描述过的另外一种方法实现。例如，有可能使用将可变频率转换成变化的直流电压的FM鉴别器和将该直流电压与参考电压相比较的比较器。另一种可能是微处理器，在一个给定的时间窗口内计算测量信号MS的下降沿的数目。
图4所示的测量电路和图5、图7所示的实施方案很适合用于护发用具上。头发的阻抗变化相当大，T形网络提供了很高的测量精度和改进了的抗假信号的能力。然而，用于测量头发阻抗的电路也可以用作其它目的。这方面的例子有各种其它阻值的测量，例如温度自动调节器中的NTC和PTC电阻，光开关中的光敏电阻，即用于需要检测阻抗变化的场合。

Claims (10)

1、一种护发用具，包括：
头发造型装置(10、12)；加热头发造型装置(10、12)的电加热元件(84)；在使用护发用具过程中伸入待修饰的头发并与之接触的电极(14A、14B)；以及与电极(14A、14B)电导通的用于测量电极(14A、14B)之间的阻值(Rx)并将该阻值转换为测量信号(MS)的测量电路，其特征在于测量电路包括：连接在第一接线柱(22)和上述电极(14A、14B)的第一电极(14B)之间的电压源(28)；连接在第一接线柱(22)和上述电极(14A、14B)的第二电极(14A)之间的第一电阻(20)；连接在第二电极(14A)和第二接线柱(26)之间的第二电阻(24)；以及通过从第二接线柱(26)到第一电极(14B)的电流通路将信号电流(Is)转换为测量信号(MS)的转换器(30)。
2、如权利要求1所述的护发用具，其特征在于，该护发用具还包括比较测量信号(MS)和参考信号的装置(60、68)，以及响应这种比较关闭加热元件(84)的装置(76、80、82)。
3、如权利要求1所述的护发用具，其特征在于，该护发用具包括一个定时器(90)，用于在加热元件(84)被关闭后向信号设备(98、110)提供激励信号(Q)。
4、如权利要求3所述的护发用具，其特征在于，该护发用具还包括一个吹风机(86)和响应来自定时器(90)的激励信号(QN)关闭吹风机(86)的装置(114、116、118)。
5、如权利要求1所述的护发用具，其特征在于，电压源(28)是交流电压源(42、44)，信号电流也是交流电流。
6、如权利要求1、2、3、4或5中声明的护发用具，其特征在于，转换器(30)包括：一个积分器(32)，带有反向输入端(36)与第二接线柱(26)耦合的微分放大器(34)以及连接在该微分放大器(34)的输出端(40)和反向输入端(36)之间的电容(38)；一个比较器(42)，其输出端(44)与第一接线柱(22)相连，同向输入端(46)通过第三个电阻(48)与积分器(32)的微分放大器(34)的输出端(40)相耦合并通过第四个电阻(50)与比较器(42)的输出端(44)耦合，其反向输入端用来接收参考电压(56)。
7、如权利要求6所述的护发用具，其特征在于，比较装置包括：带有输出端(QN)和与比较器(42)输出端(44)耦合的触发输入端(-T)的第一单稳多谐振荡器(60)；带有输出端(Q)和与第一单稳多谐振荡器(60)输出端(QN)耦合的触发输入端(-T)的第二单稳多谐振荡器(68)；关闭加热元件(84)的装置包括：主电流通路(82)与加热元件(84)串联以及控制输入端(74、76)与第二单稳多谐振荡器(68)的输出端(Q)相耦合的的电开关(76、80、82)。
8、一种用于将阻值(Rx)转换成测量信号(MS)的电路，包括：连接在第一接线柱(22)和连接测量阻抗的第一连接端(14B)之间的电压源(28)；连接在第一接线柱(22)和连接测量阻抗的第二连接端(14A)之间的第一电阻(20)；连接在第二连接端(14A)和第二接线柱(26)之间的第二电阻(24)；以及通过从第二接线柱(26)到第一连接端(14B)的电流通路将信号电流(Is)转换为测量信号(MS)的转换器(30)。
9、如权利要求8所述的电路，其特征在于，转换器(30)包括：一个积分器(32)，带有反向输入端(36)与第二接线柱(26)耦合的微分放大器(34)以及连接在该微分放大器输出端(40)和反向输入端(36)之间的电容(38)；一个比较器(42)，其输出端(44)与第一接线柱(22)相连，同向输入端(46)通过第三个电阻(48)与积分器(32)的微分放大器(34)的输出端(40)相耦合并通过第四个电阻(50)与比较器(42)的输出端(44)耦合，其反向输入端用来接收参考电压(56)。
10、如权利要求9所述的电路，其特征在于，该电路还包含比较测量信号(MS)和参考信号的装置，包括：带有输出端(QN)和与比较器(42)输出端(44)耦合的触发输入端(-T)的第一单稳多谐振荡器(60)；带有输出端(Q)和与第一单稳多谐振荡器(60)输出端(QN)耦合的触发输入端(-T)的第二单稳多谐振荡器(68)。
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