CN1140211C - 利用遥感头发含水量使头发干燥的方法和头发干燥器 - Google Patents
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Abstract
遥感头发湿度(10)的头发干燥器是利用一个探测器(14)将由一个红外光源(12)发射并由头发反射的光谱中两条吸收带内的辐射能量加以比较。一条吸收带由头发中的水分形成，此吸收带中的辐射能量在头发干燥时发生显著变化。另一条吸收带由头发中的角朊形成，此带中的能量在头发干燥时发生的变化小得多。两条带的强度比指示头中的湿度，从而被用来控制头发干燥器的温度和/或空气流。
Description
发明领域
本发明涉及利用遥感头发中含水量提供热空气使头发干燥的方法。
本发明也涉及一种头发干燥器，它包括用于提供使湿头发干燥的热空气流的装置和遥感头发含水量的装置。
背景技术
这种方法和头发干燥器从德国专利DE 34 33 246中得知。头发干燥时，总存在一种头发被从干燥器来的热空气干燥过头，从而易干损伤头发的危险。当头发已经干燥时，温度很快上升，这对头发有害，并使头皮疼痛。为了使结果满意和舒适，了解头发中还有多少水分存留这点很重要。当水分降到一定限度以下时，可以采取步骤。在现有的头发干燥器中，水分是利用一个布置在头发干燥帽内循环空气流中的水分传感器测得的。此时，头发水分的测量远离头发，且局限于热空气循环的头发干燥帽内。不仅如此，这种已知的水分测量方法仍不能用于手持头发干燥器上，因为在这种干燥器中，没有热空气在一个封闭空间内循环。
此外，还有像从国际申请WO 97/09898中知道的头发干燥器。它在附件上装了在进行干燥时和头发接触的电极。根据头发在电极间的电阻和电容原理，利用电极便能测得头发的湿度。可是在此种型式的干燥器中，无法离开一段距离来测量头发的湿度，故其使用范围有限。
从欧洲专利申请EP 0 679 350中知道有一种头发干燥器，它用一个装在头发干燥器壳体上的红外传感器，以不接触方式，离开头发一段距离测量被干燥头发的温度，此时，测定头发温度的基础是从头发发出的红外辐射。但是头发的温度仅能间接地指示头发的含水量，所以可靠性较差。
发明内容
因此产生了对利用遥感头发含水量的头发干燥器和使湿头发干燥方法的需要。根据本发明在序言部分所述的利用遥感头发的含水量来提供热空气干燥头发的方法，其特征在于测量在至少一条由头发反射的辐射吸收带中的辐射能量，该至少一条吸收带是由头发中水分形成的，而在该至少一条吸收带中的辐射能量的变化被用来度量含水量，并按照此变化控制热空气流。根据本发明在序言部分所述的一种头发干燥器，它包含提供使湿头发干燥的热空气流的加热件与一马达驱动风扇和遥感头发含水量的一光源与一辐射传感器，其特征在于此头发干燥器包括：用于测量在至少一条由头发反射的辐射吸收带中的辐射能量的在辐射传感器前面的滤波器，该至少一条吸收带是由头发中的水分形成的；用于确定至少一条吸收带中辐射能量变化的跟该辐射传感器相联的信号处理电路，以及一个用于响应来自信号处理电路的信号按照此变化控制热空气流的控制单元。
测量头发中含水量便是测定干燥过程中专属于水的一条吸收带中的辐射量。上述由头发反射的吸收带里的辐射量随着头发变干而变化。通过测定一个给定时间间隔里的辐射，就可能预计头发何时干燥。
更精确的测量结果得自本法的一个变型，其特征在于将至少两条由头发反射的辐射吸收带中的辐射能量互相比较；其中一条吸收带由头发中的水分形成，另一条吸收带由和头发中一个和水分无关的特性形成。用至少两条吸收带里的辐射能量之间的比例度量含水量，而热空气流便按此比例进行控制。这种变型的头发干燥器的特征在于此头发干燥器包括：用于测量由头发反射的至少两条辐射吸收带中的辐射能量的装置(一条辐射带由头发中水分形成，另一条辐射带由头发中一个和水分无关的特性形成)，用于测量至少两条吸收带里辐射能量之间比例的装置以及按照此比例控制热空气流的装置。
现在，头发中的含水量通过比较水的吸收带和固定的参考带获得。固定的参考带最好是角朊吸收带。角朊是构成头发中主要成分的不溶于水的物质。头发干燥时，头发的反射由于含水量减少而变化，而头发中角朊的反射则因角朊含量不变而维持不变。由水造成的反射绝对值本身并不总能可靠地度量头发中的含水量，这是因为绝对值也取决于头发和作为测量辐射量的工具-即传感器之间的距离，并且也取决于将辐射发射给头发的辐射源的强度和光谱。角朊反射的绝对值以相同方式取决于该距离和辐射源。由于角朊的量在干燥过程中不变化，因而在水吸收带里的辐射量和角朊吸收带里的辐射量之间的比例能很好地度量头发中的含水量。利用测得的含水量，便能控制空气流的温度和/或强度，从而得到最佳的结果。
在反射辐射光谱里，水和角朊各有自己的特性吸收带。吸收带不应互相重叠，且最好位于可用一种通常型式的传感器测量的谱区内。约为1420nm的水吸收带和约为2058nm的角朊吸收带刚好符合前一要求，而且位于近红外区内，可以用硫化铅(PbS)光敏传感器探测到。
头发最好用一红外光源照射，该光源具有安装在头发干燥器上的光学聚焦装置。可是，其他现成的或有意为此目的而装在被干燥头发附近的光源亦可使用，只要它们能将能量发射到相应的吸收带中即可。一种合适的光源是具有连续光谱的红外卤灯，或具有窄光谱且在被测量的吸收带中具有高光谱放射的一个光源系统。
调制光源强度(例如用光源光路中的旋转过滤圆盘遮住光线)有可能在探测一侧将由于背景辐射造成的不希望有的反射和由于光源造成的反射明显地区别开。
为了能够测量至少两条不同吸收带中的辐射能量，需要进行光谱选择。为此，反射的辐射可以利用一透镜系统聚焦到一衍射光栅上。光栅衍射由波长决定的辐射光谱。在光栅后面是传感器，它们安装在经过选择相对于吸收带的合适位置上。
附图说明
以下将参考附图描述和解释本发明的这些方面和其他方面。
图1表示不同湿度的头发在近红外光谱中的光谱反射。
图2表示本发明能感知湿度的头发干燥器。
图3是本发明的头发干燥器的电路图。
图4表示遥感头发湿度的测量系统。
优选实施例说明
图中有相似功能或目的的部件或元件采用同样的参考符号。
利用红外辐射区中某个波长水吸收的效果大于其他波长这一特点，就有可能指出头上头发的湿度。除了其他因素外，吸收和头发上的水层厚度有关。水层愈厚，吸收的红外辐射愈多。在用红外光照射湿头发时，从被干燥头发反射的光谱中的吸收程度变化，可以用传感器测量。头发的干燥过程便可在此测量的基础上加以控制。
可是又有问题了。反射光能的绝对值不仅取决于头发中的含水量，还取决于传感器和头发间距离以及来自光源的光量。这个问题也可用测量某种物质反射的方法解决。这种物质为头发所特有，且其成分和数量在头发干燥时应不变化。来自该物质的反射起参考作用。头发的主要成分是称为角朊的蛋白质，它不溶于水。在干燥过程中，由角朊吸收的红外辐射变化不大。比较水吸收带和角朊吸收带的强度，便能得到一个度量头发水分的特性值。由水反射的光谱，其近红外区内的吸收带大约为935nm，1420nm和1930nm，而由角朊反射的光谱，其吸收带则大约为1495nm、1690nm，1733nm和2058nm。
图1表示来自深金黄色头发的反射r和波长ω(400～2400nm)的函数关系。曲线a属于湿发，中间的曲线b，c，d和e属于湿度递减的头发，而曲线f属于干发。在1420nm处有一明显的由于水的作用而产生的倾角。随着头发变干，倾角变小。在1930nm处可见第二倾角，这也是由于水作用的结果。在2058nm处又可见一倾角，这是被角朊吸收的结果。用第一个传感器测量在由水产生的倾角(例如1420nm)附近的辐射能量，再用第二个传感器测量在由角朊产生的倾角(例如2058nm)附近的辐射能量，然后将两个结果相除，便得到度量头发含水量的比值。其他类型的头发(例如黑发或灰发)的曲线形状虽然不同，但它们在反射光谱中的倾角位置是一样的。
必须从反射光谱中选择需要的吸收带。这一点可以利用衍射光栅做到。例如采用光栅常数为4μm的衍射光栅，将反射的红外光聚焦于其上，光栅的后面是传感器，它被安装在和被测量光谱带相应的位置上。头发用一具有聚焦装置的红外光源照射(例如用一个灯丝温度为2269K的50W钨卤灯)，但是其他任何光源均可用于此目的，只要它能放射出吸收带的光谱便可。
为了有可能区别不希望有的背景辐射和希望有的用红外光源照射头发造成的辐射，最好对光源强度进行调制，例如用一旋转过滤圆盘遮住光线。实践中，600Hz的遮光频率效果令人满意。此时，反射辐射包含一个由背景辐射结果造成的固定部分和一个由遮住光源结果造成的调制部分。在接收传感器的信号中，可以用一个带通滤波器将调制信号部分从固定部分中分离出来，然后加以处理。如果不用遮光，也可以用开和关光源本身，只要光源的性质允许这样做或可能这样做。
用以测量反射辐射的传感器在近红外区内应是敏感的，而且应发出充足的信号。采用硫化铅的光敏探测器适用于此目的。
图2所示头发干燥器的特征在于利用本文上述的原理测量湿度。头发干燥器有一带把手4的壳体2，操纵开关6位于把手上。壳体内有加热元件，一个风扇和带电源的电子控制装置(图中均未表示出)。被风扇曳入并被加热元件加热的空气从出口孔8离开壳体加热被干燥的头发。在壳体2的一个适当选定的位置上有一红外光源12和一个探测器14。光源12将红外光射到头发10上。由头发10反射的光被探测器14接收。探测器中包含了用于测量水和角朊吸收带中辐射能量的传感器。探测器最后提供一个信号RS，它指示水和角朊光谱带中测得的能量之比值。
图3表示头发干燥器的电路图。加热元件16将被风扇18(由电动机20驱动)吹过加热元件16的空气加热。加热元件16的功率和/或电动机20的速度由一控制单元22根据从探测器14来的信号RS加以控制，这样就有可能当头发的湿度降低-即信号RS达到一个给定值时，加热元件的功率减小，以免头发过于或被烧枯。此外，控制单元22也和光源12接通，以便控制和必要时使遮光器或其他的调制装置同步工作。
图4以简单方式(不按比例)介绍光源12和探测器14的工作。光源12包含一只红外灯24，其辐射能被透镜28聚焦而形成一股光束26。利用一遮光器30使光束26定期地被遮断。头发10将光束26反射过来。一部分反射光束被探测器14接收。探测器14包含一块透镜32，它将接收到的光束聚焦到一衍射光栅34上，衍射光栅将被测量的吸收带从光谱中分离出来。传感器36和38安置在衍射光栅34后面，其中一个传感器提供信号Ra，它度量在1420nm附近的吸收带中的辐射能量，传感器38提供信号Rb，它度量在2058nm附近吸收带中的辐射能量。同样可以使用更多的传感器来分析接收到的光束中更多的特性倾角。信号Ra和Rb分别在信号处理电路40和42中径放大，过滤和解调后进入一个信号除法器44，它将信号Ra和Rb互除，从而提供信号RS，它度量在被测量吸收带中光谱能的比值Ra/Rb。在电子学领域内，放大、过滤和解调是常用技术。两个信号的相除例如可用对数/反对数放大器实现。某些功能亦可在用模拟-数字转换器将模拟信号数字化后在数字领域内完成。
当取消传感器38、信号处理电路40和信号除法器44以后，便得到一个以在1420nm附近吸收带中测得的能量绝对值为基础的系统。
Claims (12)
1.利用遥感头发的含水量来提供热空气干燥头发的方法，其特征在于测量在至少一条由头发反射的辐射吸收带中的辐射能量，该至少一条吸收带是由头发中水分形成的，而在该至少一条吸收带中的辐射能量的变化被用来度量含水量，并按照此变化控制热空气流。
2.按权利要求1的方法，其特征在于将由头发反射的至少两条吸收带里的辐射能量互相比较，一条吸收带由头发的水分形成，另一条吸收带由头发中和水分无关的特性形成，至少两条吸收带里的辐射能量之比被用来度量含水量，并按照此比例控制热空气流。
3.按权利要求2的方法，其特征在于另一条吸收带由头发中的角朊形成。
4.按权利要求2或3的方法，其特征在于一条吸收带位于约1420nm附近，另一条吸收带位于2058nm附近。
5.按权利要求2的方法，其特征在于用一强度可调制的红外光源照射头发。
6.按权利要求2的方法，其特征在于利用一透镜将由头发反射的辐射聚焦到一光栅上，并用安装在远离透镜的光栅一侧的传感器测量该辐射能量。
7.一种头发干燥器，它包含提供使湿头发干燥的热空气流的加热件(16)与一马达驱动风扇(18、20)和遥感头发含水量的一光源(12)与一辐射传感器(36)，其特征在于此头发干燥器包括：用于测量在至少一条由头发反射的辐射吸收带中的辐射能量的在辐射传感器(36)前面的滤波器(34)，该至少一条吸收带是由头发中的水分形成的；用于确定至少一条吸收带中辐射能量变化的跟该辐射传感器(36)相联的信号处理电路(40)，以及一个用于响应来自信号处理电路(40)的信号按照此变化控制热空气流的控制单元(22)。
8.按权利要求7的头发干燥器，其特征在于此头发干燥器包括：用于测量在至少两条由头发反射的辐射吸收带中辐射能量的至少一个附加的辐射传感器(38)和至少一个跟该附加的辐射传感器(38)相联的附加的信号处理电路(42)，其中一条吸收带由头发中的水分形成，另一条吸收带由头发中和水分无关的特性形成；用于确定在至少两个吸收带中辐射能量之比的一个被联接来接收来自该信号处理单元(40，42)的信号的信号除法器(44)，以及用于应答来自该信号除法器(44)的信号按此比例控制热空气流的控制单元(22)。
9.按权利要求8的头发干燥器，其特征在于该一条吸收带是由头发的角朊形成的。
10.按权利要求8或9的头发干燥器，其特征在于一条吸收带位于1420nm附近，另一条吸收带位于约2058nm附近。
11.按权利要求8的头发干燥器，其特征在于此头发干燥器包括一个用于照射头发的红外光源(24)以及用于调制光源(24)强度的装置(30)。
12.按权利要求8的头发干燥器，其特征在于此头发干燥器还包括：一个光栅(34)，一个用于将从头发反射的辐射聚焦到光栅(34)上的透镜(32)以及安装在远离透镜(32)的光栅(34)一侧的用于测量辐射能量的传感器(36、38)。
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