CN112294116A - 用于产生尤其如牛奶、咖啡等食用液体的液体泡沫的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于产生液体的泡沫的装置，包括：液体源；空气或其它气体源；混合装置，其与液体源和空气源流体连通，适于混合液体与空气以产生液体的泡沫；导管，其与混合装置流体连通，泡沫在流动方向上沿导管流动。用于产生泡沫的装置包括与导管相关联的泡沫传感器，其包括适于产生沿着入射到流动方向的辐照方向照射导管的辐射的辐射源。泡沫传感器还包括：第一光电二极管，其从相对于导管与辐射源相反的一侧放置在辐照方向上，第一光电二极管根据穿过沿导管流动的泡沫的辐射部分产生第一电信号；第二光电二极管，其沿基本垂直于辐照方向的扩散方向放置，并根据由泡沫基本上沿着扩散方向扩散的辐射部分产生第二电信号。

Description

用于产生尤其如牛奶、咖啡等食用液体的液体泡沫的装置

技术领域

本发明涉及用于产生液体，尤其是诸如牛奶、咖啡等类似的食用液体的泡沫的装置，并且涉及这种装置可以配备的泡沫传感器。

背景技术

迄今为止，由于从散装和胶囊形式的咖啡豆或咖啡粉开始的咖啡机的广泛使用，咖啡行业在公共场所(如酒吧和餐馆)和家庭环境领域都在不断扩张。

在咖啡领域，牛奶是一种战略饮品，因为它被用于制备许多以咖啡为基础的饮品，如卡布奇诺或咖啡玛奇朵。

牛奶经常被用作“泡沫”，也就是“起泡”。例如，卡布奇诺是一种热饮品，由一定剂量的浓缩咖啡添加一定剂量的起泡热牛奶组成。

在这种情况下，泡沫可以定义为二相胶体系统。其中，空气泡分散在由牛奶组成的液相中。

存在于饮品上部的泡沫层的特性对饮品的整体质量和消费者对其的欣赏有很大的贡献。事实上，饮品本身的许多特性取决于泡沫的质量，例如美观、体积、黏稠度和口感。释放咖啡的香气的方法也取决于泡沫的质量。

牛奶泡沫的最重要的特性之一是物理稳定性。事实上，对于像卡布奇诺这样的饮品来说，泡沫稳定性对于消费时间的持续来说是必需的，消费时间通常持续10/15分钟。在文献中，Kamath等人(2008a)和Borcherding等人(2008a)描述了脱脂牛奶的泡沫的外观根据发泡后的保持时间的变化。因此，气泡的分布、气泡的尺寸以及它们经历的形状变化取决于泡沫中气泡的稳定性。

泡沫中气泡的稳定性由三个过程限定：(i)气泡的聚结；(ii)气泡的不均衡；和(iii)液体自泡沫的排出。Prins(1986)和Walstra(2003)详细讨论了上述过程，并总结如下。

气泡的聚结减少了泡沫中气泡的数量，并增加了泡沫中气泡的尺寸。气泡聚结背后的驱动力是液滴间的液膜的稳定性。特别地，牛奶中脂肪的存在在决定液膜的稳定性方面起着重要的作用，这是由于源自一滴乳液的表面活性剂物质扩散到液膜的表面，稳定了空气泡。气泡的尺寸在气泡随后的聚结中起着重要作用。

特别地，尺寸在2至4微米之间的气泡特别容易发生聚结现象。

随着气体从较小的气泡(在较高的压力下)向较大的气泡流动，气泡的不均衡导致气泡的聚结。结果，较小的气泡变得越来越小，而大气泡变得越来越大。因此，能够检查泡沫中存在的空气泡的直径的均匀性很有必要。

关于液体从泡沫中的排出，它可以被描述为气泡的向上运动，即“掠过”，这是空气泡和连续相之间的密度差的结果；同时，气泡之间的连续相经历向下运动。为了防止泡沫排出液体引起的不稳定，有必要防止空气泡向上运动。增加周围液体的粘度并不会阻止排出液体，但会显著降低排出速率。因此，重要的是要知道所用成分的粘度，以便相应地调整用于制备泡沫的配方。

尤其是在公共场所，牛奶的“起泡”操作通常是直接由调酒师使用蒸汽棒手工完成的。蒸汽棒允许将气泡形式的空气加入牛奶中。然而，这种操作需要一些注意，因为牛奶中存在的乳清蛋白是表面活性剂但也是不耐热的化合物。表面活性剂的活性通过降低流体的表面张力从而降低其表面硬度，有利于在引入空气时使牛奶起泡。另一方面，不耐热性决定了极限温度的存在，在牛奶的情况下，极限温度约为70℃，超过该温度，乳清蛋白不可逆地变质并失去其表面活性。通过将牛奶再次冷却到该温度以下，乳清蛋白不再恢复其表面活性剂的特性。

上述极限温度的存在是该领域最专业的操作人员所熟知的。反之亦然。当缺乏经验的操作者在获取牛奶发泡时遇到困难时，通常坚持使用蒸汽棒来试图获得期望的发泡。这样，牛奶被加热到超过极限温度，并经常被煮沸。温度的升高和大部分蛋白质物质的分解，一方面引起表面张力的增加，另一方面引起牛奶的沸腾，这导致形成由非常大的气泡组成的泡沫，这些气泡往往在很短的时间内消失。

目前也有自动或半自动的装置来制造牛奶泡沫，这些装置通常利用混合装置来使牛奶与空气混合来制造这种泡沫。所述混合装置可以例如包括：

-上述用于手动牛奶起泡类型的蒸汽棒，

-设计用于吸入牛奶和空气以及混合牛奶和空气以获得泡沫的泵；

-搅拌器构件，可能是加热的，其混合容器中的牛奶以获得泡沫。

无论是手动操作还是使用自动装置，对用于获取泡沫的过程的控制都非常复杂，这正是由于泡沫本身固有的不稳定性。泡沫的形成和持久性取决于与用以获取泡沫的过程(如上所述)以及牛奶的性质、质量、成分和储存条件相关的许多因素。

好的牛奶泡沫必须具有比如使得肉眼几乎看不见的空气泡尺寸，也就是说，大约直径在几微米，它必须是丝般的，具有良好的稠度，持久性和流动性。

目前，有一些参数可用于评估牛奶泡沫的质量，其中可提及以下参数：“起泡性”、“泡沫稳定性”、“空气泡尺寸”、“溢出(overrun)”。

目前，有实验室仪器能够分析在特殊的透明圆筒中产生的泡沫，以获得关于其性质的信息。所述实验室仪器通常利用电导率测量或高质量视频图像采集。

然而，迄今为止，还没有使得能够获得一致的和可重复的、具有所需质量特征的泡沫的用于产生牛奶泡沫的装置或方法。

例如，牛奶的发泡效果也在很大程度上取决于所加工的牛奶的不同类型(例如，全脂、脱脂、部分脱脂、长保质期牛奶)。此外，豆奶越来越受欢迎，其难以起泡，并且它需要与使动物来源的牛奶起泡的操作不同的特定操作。

此外，众所周知，表面泡沫层的存在目前深受青睐，并且需求越来越大，甚至是在不加牛奶的浓缩咖啡或者淡咖啡中需求也很大。即便是获取咖啡泡沫也有类似于上面具体参考牛奶泡沫所述的缺点。

发明内容

本发明的主要任务是实现一种用于产生液体的泡沫的装置，特别是产生诸如牛奶、咖啡等类似的食用液体的泡沫，该装置克服了现有技术的缺点和限制，允许测量泡沫的质量特性。

在该任务的范围内，本发明的一个目的是实现一种用于产生泡沫的装置，该装置允许调节用于产生泡沫本身的过程，以保证其以期望的质量特性产生。

本发明的另一个目的在于实现一种用于产生泡沫的装置，该装置允许获得关于形成泡沫的气泡的存在、分布和类型的信息，以保证用于获得泡沫本身的模式的稳定性和可重复性。

事实上，如引言部分中所述，由于对饮品质量的感知受到饮品本身上部存在的泡沫的质量的极大影响，因此，了解泡沫的特性以及在必要时可能地改变泡沫的特性对于以可重复和恒定的方式制造高质量的饮品是非常重要的。

本发明的另一个目的在于实现一种用于产生泡沫的装置，如果与现有技术相比，该装置易于制造并且在经济上具有竞争力

前述任务、以及前述的和其它将在下文中变得更明显的目的，通过如权利要求1所述的用于产生液体的泡沫的装置，特别是产生诸如牛奶、咖啡等类似的食用液体的泡沫的装置，以及如权利要求12所述的用于这种装置的泡沫传感器来实现。

在从属权利要求中设想了其它特征。

附图说明

根据对用于产生液体泡沫的装置的优选但非排他性的实施例的描述，进一步的特征和优点将变得更加清楚，所述液体泡沫尤其是诸如牛奶、咖啡等类似的食用液体的泡沫，所述实施例借助于附图仅以非限制性的方式示出。在附图中：

图1是根据本发明的用于产生泡沫的装置的实施例的示意图；

图2是根据本发明的图1中的用于产生泡沫的装置的变型的示意图；

图3示意性地示出了根据本发明的存在于用于产生泡沫的装置中的泡沫传感器的工作原理；

图4是根据本发明的存在于用于产生泡沫的装置中的泡沫传感器的示意图；

图5是根据本发明的存在于用于产生泡沫的装置中的泡沫传感器的变型的示意图。

具体实施方式

参考前述附图，用于产生液体(特别是诸如牛奶、咖啡等类似的食用液体)的泡沫的装置整体用附图标记1表示，包括：

-液体源13，例如优选牛奶或基于牛奶的液体，或咖啡；

-空气源11或其它气体源，

-混合装置3，其与液体源13和空气源11流体连通，适于将来自液体源13的液体与来自空气源11的空气混合，以产生所述液体的泡沫；

-导管7，其在混合装置3自身的下游与混合装置3流体连通，根据流动方向S，泡沫沿着导管7流出混合装置3。

借助混合装置3而发生的空气和液体的混合允许将空气以气泡的形式引入液体中，以便获得泡沫。

有利地，如也在下文更好的解释的，空气源11可以由环境自身构成，即由环境空气构成，该环境空气例如通过入口到达混合装置3。

泡沫根据图3和图4中由S表示的流动方向沿着导管7流动。

根据本发明，用于产生液体的泡沫的装置1包括与导管7相关联的泡沫传感器100。所述泡沫传感器100包括适用于产生辐射103的辐射源101，所述辐射103沿着入射到所述流动方向S的辐照方向R照射(strike)导管7。

根据本发明，泡沫传感器100包括：

-第一光电二极管105，其从相对于导管7与辐射源101相反的一侧布置在所述辐照方向R上。所述第一光电二极管105根据穿过沿着所述导管7流动的泡沫的辐射部分107产生第一电信号106，或者，替代该第一光电二极管105，

-第二光电二极管109，其沿着基本上垂直于辐照方向R的扩散方向D布置，所述第二光电二极管109根据辐射部分111产生第二电信号110，该辐射部分111由泡沫基本上沿着所述扩散方向D扩散。

优选地，泡沫传感器100包括第一光电二极管105和第二光电二极管109两者。

表述“流动方向S”是指泡沫在导管7(特别是导管7的被辐射源101发射的辐射103照射的部分)内流动的方向。在导管7(在导管7的被辐射103照射的部分中)呈直线趋势的情况下，所述流动方向S与导管7的中心轴线重合或平行。在导管7(准确地说是其被辐射103照射的部分)具有根据曲线的曲线趋势的情况下，表述“流动方向S”是指在导管7的被辐射103照射的区域附近与曲线相切的方向。

术语“入射(incident)”是指流动方向S和辐射方向R具有公共点，也就是说，它们相交从而限定大于0°的角度。

优选地，流动方向S和辐照方向R之间的入射角基本上等于90°。

有利的是，导管7(至少在被辐射源101发出的辐射103照射的部分)对所述辐射103是透明的。

由辐射源101发射的辐射103可以是红外、可见或紫外光谱的辐射。

辐射源101可以包括如图4示意性示出的光电二极管102，或激光源。

有利地，辐射源101可以包括准直光学器件112。

有利的是，沿着导管7流动的泡沫可以到达导管7的开口端，并被收集在容器本体9中。容器本体9可以例如由咖啡或卡布奇诺杯构成，可能已经装有咖啡，或者由收集牛奶泡沫以添加到咖啡或卡布奇诺中的壶构成。

有利地，用于产生泡沫的装置1包括连接到泡沫传感器100的处理和控制单元15，以便接收和处理由第一光电二极管105产生的第一电信号106和/或由第二光电二极管109产生的第二电信号110。所述处理和控制单元15被配置成基于所述第一电信号106和/或所述第二电信号110来调节混合装置3的致动。

因此，处理和控制单元15可以被配置为干预混合装置3的操作，以便根据泡沫传感器100检测到的泡沫的特性来增加或减少将空气加入到食用液体中的操作。

例如，如果泡沫传感器100检测到缺少空气泡，即泡沫中的液相过量，则控制单元15可以干预混合装置3的操作，以增加其活性。

有利地，混合装置3包括适于从液体源13吸取液体和从空气源11吸取空气的泵30。

泵30可以是齿轮泵。

可替换地，泵30可以是双螺旋泵，例如类似于专利EP3305145中描述的泵。

因此，泵30执行抽吸液体和空气的功能以及混合液体和空气以产生泡沫的功能。

众所周知，随着时间的推移，泵的性能趋于下降，特别是吸取(priming)性能趋于下降，因此空气被吸入泵内，从而影响泡沫的形成。泡沫传感器100的存在(通过检测泡沫中气相的减少)可以通过借助处理和控制单元15增加泵30的转数来干预，从而补偿泵本身的正常磨损并保持产生的泡沫的特性恒定。

有利地，用于产生泡沫的装置1包括由泵30吸入的空气的过滤器。

如已知的，随着时间的推移，这种吸取空气过滤器易于堵塞，从而影响泡沫的形成。同样在这种情况下，泡沫传感器100的存在，通过检测泡沫的气相的减少，允许补偿空气的流入的减少，例如通过增加泵30的转数以便吸取更多的空气。

此外，在液体源13耗尽的情况下，泡沫传感器100将检测所产生的泡沫的过度充气，其可以通过处理和控制单元15产生用于补充液体源13的警告信号。

在附图中未示出的用于产生泡沫的装置1的实施例中，混合装置3包括能够搅拌液体以引入环境空气并因此形成泡沫的搅拌器构件。

所述搅拌器构件可以插入适于还容纳液体的容器本体内部。

替代地，搅拌器构件可以包括布置在导管内部的振动元件。液体在所述导管中流动，当振动时，液体变成泡沫。

有利地，装置1包括与空气源11相关联并连接到处理和控制单元15的比例阀17。处理和控制单元15被配置成操作所述比例阀17，以便基于第一电信号106和/或第二电信号110来调节来自空气源11的空气的流量。

例如，如果泡沫传感器100检测到泡沫中缺少空气泡，处理和控制单元15可以干预比例阀17的打开，以便允许到混合装置3的更大的空气流量，从而更有效地形成泡沫。

相反，如果泡沫传感器100检测到存在太多的空气泡和过大的尺寸，处理和控制单元15可以干预比例阀17的打开，以便减少到混合装置3的空气的流量。

有利的是，泡沫流动通过的导管7在混合装置3的下游和泡沫传感器100的上游处包括部分8。部分8被构造成产生泡沫的分布压降，并因此适于在泡沫通过泡沫传感器100之前稳定泡沫结构。

有利地，用于生产泡沫的装置1还包括泡沫和/或食用液体的加热装置21，其也连接到处理和控制单元15。所述处理和控制单元15因此被配置成通过所述加热装置21调节泡沫和/或液体的温度。

如图1所示，加热装置21可以与液体源13相关联，因此适于加热液体，并因此加热由混合装置形成的泡沫。

如引言中所解释的，液体(特别是在牛奶的情况下)的温度是使泡沫具有预期质量特性的非常重要的因素。

处理和控制单元15因此允许基于由泡沫传感器100检测到的电信号106和/或110来调节加热装置21的激活，并因此加热液体。

例如，加热装置21可以包括与构成液体源13的容器相关联的加热板210。替代地，加热装置21可以包括与液体源13相关联的电阻。

如图2中所示，加热装置21可以替代地大致放置在将泡沫输送到容器9的点处。所述加热装置21可以放置在泡沫传感器100的上游或下游，并且基本上适于加热已经形成的泡沫。

所述加热装置21可以包括蒸汽加热器211，例如专利EP3248519中描述的类型。

有利地，装置1包括温度传感器23和/或压力传感器25，其测量数据可以与泡沫传感器100获得的测量数据相结合，以进一步更精确地测量泡沫的质量。

有利地，温度传感器23和/或压力传感器25被连接到处理和控制单元15。

温度传感器23适于检测泡沫的温度，优选检测导管7处、甚至更优选在将泡沫输送到容器9的点附近的泡沫的温度。

泡沫温度是可以用于调节加热装置21的激活以便在预期工作温度下获得泡沫的参数。

有利地，处理和控制单元15还可以考虑由温度传感器23检测的泡沫温度，其可能与由泡沫传感器100进行的测量相关联，以便调节混合装置3的致动。

温度传感器23优选为热电堆型传感器。

温度传感器23提供关于泡沫温度的信息，这有助于控制泡沫中的气泡的体积。事实上，高温会增加内部空气压力，使泡沫气泡不稳定。

此外，牛奶泡沫和/或牛奶本身的温度是制备饮品的配方的参数，因此，温度的检测不仅对泡沫的产生有用，而且对最终产品的最佳制备也有用。

有利地，压力传感器25允许知道导管7中或泡沫装置1的其他导管内的压力，以便能够定义用于检测泡沫的质量的算法，该算法更精确并且不依赖于具有泡沫的饮品的流动速率。

有利的是，如图4和图5所示，泡沫传感器100包括：外壳113，其被导管7穿过并容纳内部辐射源101，第一光电二极管105，第二光电二极管109；以及处理和控制器15。

在图4中，第二光电二极管109以虚线示出，意味着它被放置在与第一光电二极管105相比的不同高度处。

优选地，如图4所示，泡沫传感器100包括温度传感器23和/或压力传感器25。有利地，事实上，温度传感器23和/或压力传感器25可以被容纳在泡沫传感器100的外壳113中。

在图5中，外壳113在形状上基本是环形的。

有利的是，除了两个光电二极管105和109之外，辐射源101也电连接到处理和控制单元15。

有利地，处理和控制单元15被配置成以大于8kHz的频率对由第一光电二极管105和/或第二光电二极管109产生的电信号进行采样。这样，所采样的信号保留了大量信息。优选地，采样频率在30KHz和70KHz之间，甚至更优选地，它是大约50KHz。这也使所检测到的数据文件的大小保持可接受。

所述采样频率特别适于获取由泡沫沿着具有小于10毫米、优选在3毫米和7毫米之间的直径的导管7通过而产生的信号。

在导管7的直径小于5毫米的情况下，较高的采样频率是优选的。此外，导管中泡沫的平均流速越低，信号的采样频率越低。

有利地，液体源13可以包括适于容纳液体的容器130。所述容器130的内部容积有利地通过导管131与混合装置3流体连通。有利的是，单向阀132与所述导管131相关联。

有利地，空气源11可以包括由比例阀17构成的入口，其通过导管115与混合装置3流体连通。有利的是，单向阀112与所述导管115相关联。

有利的是，来自液体源13的导管131和来自空气源11的导管115通过T型连接件18相互连通，其实现液体和空气的第一次混合。

具体参照图2所示的实施例，第二T型连接件19也可以设置在蒸汽加热器211和导管7之间。

本发明还涉及一种与导管7相关联的泡沫传感器100，其中，通过将液体与空气或其它气体混合而获得的液体的泡沫根据流动方向S流动。

根据本发明，泡沫传感器100包括：

-辐射源101，其适于产生辐射103，所述辐射103沿着入射到流动方向的辐射方向R照射所述导管7；

-第一光电二极管105，其从相对于导管7与辐射源101相反的一侧布置在辐照方向R上，第一光电二极管105根据穿过沿着导管7流动的泡沫的辐射部分107产生第一电信号106，或者替换地，

-第二光电二极管109，其沿着基本上垂直于辐照方向R的扩散方向D布置，第二光电二极管109根据由泡沫基本上沿着扩散方向D扩散的辐射部分111产生第二电信号110，

有利的是，泡沫传感器100包括第一光电二极管105和第二光电二极管109两者。

泡沫传感器100还可以具有已经参照用于产生泡沫的设备1描述的所有技术特征中的一个或更多个。

有利的是，泡沫传感器100与如上所述的用于产生泡沫的装置1的导管7相关联。

泡沫传感器100在任何情况下都可以与用于产生泡沫的任何装置相关联，只要在该装置中存在泡沫可以流动的区域，比如例如导管7。

下面简要描述用于产生泡沫的装置的操作，特别是关于泡沫传感器的存在的情况。

第一光电二极管105(沿着辐照方向R与辐射源101对准，但是在导管7的相反侧)检测由泡沫中存在的气泡的通过所引起的阴影，并因此产生“光生”电流，泡沫中存在的气泡在数量和尺寸上越小，所述光生电流越大。

气泡的通过实际上涉及穿过沿着导管7流动的液体的辐射的衰减，并因此涉及由第一光电二极管105产生的电流信号的变化。

相对于辐照方向R成90°布置的第二光电二极管109接收来自存在于泡沫中的气泡的扩散辐射(沿扩散方向D)，而不接收来自源101的任何直接辐射。

因为第二光电二极管109被定位成仅捕获扩散的辐射，所以可以使用非常灵敏的光电二极管，例如通过使用与光电二极管本身相关联的非常高增益的放大器，以便能够检测甚至单个小气泡的通过。

具有两个正交布置的光电二极管105和109以及捕获辐射103的彼此正交的部分107和111的事实允许在致使由两个光电二极管105和109产生的电信号饱和之前实现具有非常宽的测量范围的泡沫传感器100。

有利的是，在辐射源包括激光源的情况下，并且因此在辐射103由激光束构成的情况下，第一光电二极管105也可以由于所称的“自混合干涉法”的影响而对激光束功率的调制敏感。通过对第一光电二极管105的所称“自混合”信号的分析，可以检测甚至非常小的气泡的存在(在其它情况下这些气泡不会产生阴影)，使得它们能够以其它方式被第一光电二极管105本身检测到。

从泡沫传感器100的实验测试中已经注意到，由光电二极管105和109产生的电压信号的变化的幅度取决于在所述光电二极管本身处通过的气泡的数量和尺寸，并且因此基本上取决于泡沫的质量。

例如，从计算由第一光电二极管105和/或第二光电二极管109产生的电压信号的均方根值开始，可以估计气泡的尺寸和它们的近似数量。

有利地，可以执行更复杂的信号处理，例如能够基于气泡的体积考虑阴影的幅度(与第一光电二极管105有关)或扩散程度(与第二光电二极管109有关)的非线性函数。

例如，还可以对光电二极管105和/或109产生的信号的频谱进行处理，以获得指示泡沫的质量的参数。

泡沫传感器100不仅能够检测气泡的通过，还能够检测泡沫中可能存在的各种种类颗粒的通过，比如例如污染物或微塑料颗粒。

此外，泡沫传感器100还能够区分用于产生泡沫的牛奶的新鲜度。事实上，泡沫传感器100能够检测不再新鲜或过期的牛奶中出现的胶束的聚集，所述聚集导致由第一光电二极管105和/或第二光电二极管109产生的信号的异常。

事实上，在气泡通过期间，辐射折射率根据液-气界面和气-液界面的随后穿越而变化，这导致光电二极管105和/或109产生不同于颗粒通过时所产生的电信号的电信号，因为由于液-固界面和固-液界面的穿越导致折射率的不同变化，并且因为固体颗粒可能是不透明的，并因此进一步衰减辐射并呈现不同的扩散。

泡沫传感器100还能够区分除牛奶之外的液体的通过，比如例如，可以在用于生产泡沫的装置1的清洁循环中使用的清洁液体。

因此，可以通过分析光电二极管105和/或109产生的信号来区分这两种现象。

有利地，由第一光电二极管105产生的信号106可以被适当地处理，例如通过自相关，以估计在光电二极管自身前面通过的气泡的尺寸。

事实上，气泡充当用于照射它的辐射103的某种透镜，在光电二极管105上留下某种印记。

特别地，在较大气泡的情况下，辐射103被气泡自身的边缘偏转(其因此遮蔽光电二极管105)，但是穿过气泡的中心，从而到达光电二极管105。

利用能够区分和识别光和阴影的交替的特定模式的算法，可以由此间接地测量经过光电二极管105前面的气泡的尺寸。

有利的是，泡沫传感器100可以包括一个或更多个额外的光电二极管，这些光电二极管沿着平行于导管7中泡沫的流动方向S的方向被放置在第一光电二极管105的侧部，所述光电二极管被布置成在任何情况下检测由辐射源101发出的辐射103。

这样，由于沿该方向放置的光电二极管之间的距离是已知的，由所述光电二极管检测的信号随时间的互相关允许精确地识别随时间的相同事件，比如例如气泡的通过，并因此获得导管7内部泡沫的流动速度。

沿着平行于流动方向S的方向位于第一光电二极管105和第二光电二极管109侧部的其他光电二极管的存在有利地允许进行更精确和更稳健的测量。

本发明还涉及一种用于通过如上所述的泡沫传感器100估计通过将液体与空气或其他气体混合而获得的泡沫的质量的方法，以及一种用于估计通过在如上所述的用于产生液体的泡沫的装置中将液体与空气或其他气体混合而获得的泡沫的质量的方法。

根据本发明，所述方法至少包括检测由第一光电二极管105产生的第一电信号106和/或由第二光电二极管109产生的第二电信号110的步骤，以及处理所述第一电信号106和/或所述第二电信号110以获得在给定时间段内存在于泡沫体积中，特别是在流动通过导管7的泡沫体积中的气泡的数量和尺寸的测量值的步骤。

有利地，上述方法还可以包括计算气泡的分布的概率密度函数(PDF)的步骤，所述概率密度函数是气泡自身的尺寸的函数，例如是其直径的函数。通过这种方式，可以获得泡沫的稳定性程度的指示。事实上，较小的气泡倾向于与较大的气泡聚结，从而有利于气泡中捕获的气体的分散。相反，小气泡的均匀存在赋予泡沫更大的稳定性，并因此允许泡沫在杯中持续一段时间。

有利地，泡沫传感器100因此允许监测起泡饮品的稳定性，这是由于可以监测气泡的分布的PDF。

如上所述，本发明还涉及一种用于监测用于产生液体的泡沫的装置的清洁循环的方法，包括以下步骤：

-使清洗液体在装置(1)自身中循环；

-检测由第一光电二极管105产生的第一电信号106和/或由第二光电二极管109产生的第二电信号110；

-处理所述第一电信号106和/或所述第二电信号110，以获得指示牛奶或清洗液体、或牛奶和所述清洗液体的混合物的通过的信号；

-基于指示牛奶或清洗液体、或牛奶和所述清洗液体的混合物的通过的信号，中断或继续清洗液体的循环阶段。

有利的是，事实上，当信号指示只有清洗液体通过时，清洗周期可以被中断，这意味着可能存在于装置1中的牛奶残余物已经被清除。

在实践中，已经发现，根据本发明的用于产生泡沫的装置以及相关的泡沫传感器实现了预期的任务和目的，因为它们允许以简单、稳健和经济的方式检测泡沫的质量特性。

根据本发明的用于产生泡沫的装置的另一优点在于，相关的泡沫传感器能够在泡沫输送的时刻，即当泡沫被添加到咖啡中以形成成品时，直接监测泡沫的特性。

根据本发明的用于产生泡沫的装置的又一优点在于，由于泡沫传感器的存在，能够执行装置自身的自动在线校准，而无需借助外部设备。

根据本发明的用于产生泡沫的装置的又一优点在于以下事实，可以调节和改变所产生的泡沫的特性，以便即使当外部条件变化时(例如，温度变化、原材料的特性的变化、装置部件的磨损)，也保持所述特性恒定。

可以调节和改变的泡沫的特性包括，例如：空气泡的数量和尺寸、泡沫的温度、泡沫的硬度、泡沫的质地、流动性和乳脂率方面、泡沫的稳定性、均匀性、亮度、口中融化的感觉。

根据本发明的用于产生泡沫的装置的另一优点在于，能够改变和调节也在单次输送期间产生的泡沫的特性。

事实上，例如，并非所有被添加到咖啡中以形成卡布奇诺的牛奶都必须是泡沫的形式，事实上优选的是，部分牛奶以普遍的液相添加到咖啡中，而部分牛奶以泡沫的形式添加到咖啡中。

本发明的再一优点在于，泡沫传感器不需要与液体直接接触，因为它穿过至少部分透明的导管就足够了。

根据本发明的泡沫传感器的再一优点在于，它不具有易于随着时间推移降低传感器的性能的运动部件。

再一优点在于以下事实，泡沫传感器绝对便宜，并因此可在任何类型的应用和环境中大规模使用，因为它基本上由低成本和大规模消费的二极管或光电二极管组成。

再一优点在于以下事实，泡沫传感器具有良好的灵敏度和非常高的响应速度。

根据本发明的泡沫传感器的再一优点在于以下事实，它还检测饮品中污染物颗粒的存在。

根据本发明，泡沫传感器的再一优点在于检测输送物质在杯子中的体积，因为它能够检测输送的液相和泡沫相的速度和流动速率。

用于液体的泡沫产生的装置和由此构思的泡沫传感器可以进行多种修改和变化，所有这些都在本发明概念的范围内。

此外，所有细节可以由其他技术等效元件代替。

在实践中，可以根据需要使用任何材料，只要它们与特定用途、尺寸和可能的形状相适应。

Claims (17)

1.一种用于产生液体的泡沫的装置(1)，所述液体尤其是诸如牛奶、咖啡或类似物的食用液体，所述装置包括：

-液体源(13)，

-空气源(11)或其它气体源，

-混合装置(3)，所述混合装置与所述液体源(13)和所述空气源(11)流体连通，适于将来自所述液体源(13)的所述液体与来自所述空气源(11)的所述空气混合，以产生所述液体的泡沫，

-导管(7)，所述导管在所述混合装置(3)的下游与所述混合装置(3)流体连通，所述泡沫在流动方向(S)上沿着所述导管(7)流动，其特征在于，所述装置包括与所述导管(7)相关联的泡沫传感器(100)，所述泡沫传感器(100)包括适于产生沿着入射到所述流动方向(S)的辐照方向(R)照射所述导管(7)的辐射(103)的辐射源(101)，所述泡沫传感器(100)还包括：

-第一光电二极管105，所述第一光电二极管从相对于所述导管(7)与所述辐射源(101)相反的一侧布置在所述辐照方向(R)上，所述第一光电二极管(105)根据穿过沿着所述导管(7)流动的所述泡沫的辐射部分(107)产生第一电信号(106)，或者，

-第二光电二极管(109)，所述第二光电二极管沿着基本上垂直于所述辐照方向(R)的扩散方向(D)布置，所述第二光电二极管(109)根据由所述泡沫基本上沿着所述扩散方向(D)扩散的辐射部分(111)产生第二电信号(110)。

2.根据权利要求1所述的用于产生泡沫的装置(1)，其特征在于，所述泡沫传感器(100)包括所述第一光电二极管(105)和所述第二光电二极管(109)两者。

3.根据权利要求1或2所述的用于产生泡沫的装置(1)，其特征在于，所述装置包括连接到所述泡沫传感器(100)的处理和控制单元(15)，以便接收和处理由所述第一光电二极管(105)产生的所述第一电信号(106)和/或由所述第二光电二极管(109)产生的所述第二电信号(110)，所述处理和控制单元(15)被配置成基于所述第一电信号(106)和/或所述第二电信号(110)来调节所述混合装置(3)的致动。

4.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的用于产生泡沫的装置(1)，其特征在于，所述混合装置(3)包括适于从所述液体源(13)抽吸所述液体及适于从所述空气源(11)抽吸所述空气的泵(30)。

5.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的用于产生泡沫的装置(1)，其特征在于，所述装置包括与所述空气源(11)相关联并连接到所述处理和控制单元(15)的比例阀(17)，所述处理和控制单元(15)被配置为操作所述比例阀(17)，以便基于所述第一电信号(106)和/或所述第二电信号(110)来调节来自所述空气源(11)的空气的流量。

6.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的用于产生泡沫的装置(1)，其特征在于，所述泡沫传感器(100)包括外壳(113)，所述外壳被所述导管(7)穿过并容纳所述内部辐射源(101)、所述第一光电二极管(105)、所述第二光电二极管(109)以及所述处理和控制单元(15)。

7.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的用于产生泡沫的装置(1)，其特征在于，所述辐射源(101)包括激光源，所述辐射(103)包括激光束，所述第一光电二极管(105)检测由反向注入干涉效应引起的所述激光束的功率的调制。

8.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的用于产生泡沫的装置(1)，其特征在于，所述导管(7)在所述混合装置(3)的下游和所述泡沫传感器(100)的上游包括被构造成产生所述泡沫的分布压降的部分(8)。

9.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的用于产生泡沫的装置(1)，其特征在于，所述装置包括所述泡沫和/或所述液体的加热装置(21)，所述加热装置(21)连接到所述处理和控制单元(15)，所述处理和控制单元(15)被配置成通过所述加热装置(21)调节所述泡沫和/或所述液体的温度。

10.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的用于产生泡沫的装置(1)，其特征在于，所述装置包括连接到所述处理和控制单元(15)的温度传感器(23)。

11.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的用于产生泡沫的装置(1)，其特征在于，所述处理和控制单元(15)被配置成以大于8KHz、优选地在30KHz和70KHz之间、更优选地在大约50KHz的频率，对由所述第一光电二极管(105)和/或由所述第二光电二极管(109)产生的电信号进行采样。

12.一种用于监测根据前述权利要求中的一项或更多项所述的用于生产液体的泡沫的装置(1)的清洁循环的方法，包括以下步骤：

-使清洗液体在所述装置(1)中循环；

-检测所述第一电信号(106)和/或所述第二电信号(110)；

-处理所述第一电信号(106)和/或所述第二电信号(110)，以获得指示牛奶或所述清洗液体的通过、或者牛奶和所述清洗液体的混合物通过的信号；

-基于这种指示牛奶或清洗液体的通过、或者牛奶和所述清洗液的混合物的通过的信号，中断或继续所述的使清洗液体在所述装置(1)中循环的阶段。

13.一种泡沫传感器(100)，所述泡沫传感器适于与导管(7)相关联，通过将液体与空气或其他气体混合得到的泡沫在所述导管(7)中沿着流动方向(S)流动，其特征在于，其包括辐射源(101)，所述辐射源适于产生沿着入射到所述流动方向(S)的辐照方向(R)照射所述导管(7)的辐射(103)，所述泡沫传感器(100)还包括：

-第一光电二极管(105)，所述第一光电二极管从相对于所述导管(7)与所述辐射源(101)相反的一侧布置在所述辐照方向(R)上，所述第一光电二极管(105)根据穿过沿着所述导管(7)流动的所述泡沫的辐射部分(107)产生第一电信号(106)，或者，

-第二光电二极管(109)，所述第二光电二极管沿着基本上垂直于所述辐照方向(R)的扩散方向(D)布置，所述第二光电二极管(109)根据由所述泡沫基本上沿着所述扩散方向(D)扩散的辐射部分(111)产生第二电信号(110)。

14.根据权利要求13所述的泡沫传感器(100)，其特征在于，所述泡沫传感器(100)包括所述第一光电二极管(105)和所述第二光电二极管(109)两者。

15.根据权利要求13或14所述的泡沫传感器(100)，其特征在于，所述泡沫传感器与根据权利要求1至11中的一项或更多项所述的用于产生液体的泡沫的装置(1)的导管(7)相关联。

16.一种用于通过根据权利要求13所述的泡沫传感器(13)估计通过将液体与空气或其他气体混合而获得的泡沫的质量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-检测所述第一电信号(106)和/或所述第二电信号(110)；

-处理所述第一电信号(106)和/或所述第二电信号(110)，以获得通过所述第一光电二极管(105)的前面和/或所述第二光电二极管(109)的前面的所述泡沫的气泡的数量和尺寸的测量数据。

17.一种用于通过根据权利要求13所述的泡沫传感器(13)估计通过将液体与空气或其他气体混合而获得的泡沫的质量的方法，其特征在于，所述方法包括计算作为所述气泡的尺寸的函数的气泡分布的概率密度函数的步骤。

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