DE10063050C2 - Vorrichtung zum selbsttätigen Erkennen des Füllstandes eines auf einer Stellfläche abstellbaren, offenen Behälters - Google Patents
Vorrichtung zum selbsttätigen Erkennen des Füllstandes eines auf einer Stellfläche abstellbaren, offenen BehältersInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum selbsttä
tigen Erkennen des Füllstandes eines auf einer Stellfläche
abstellbaren, offenen Behälters, entsprechend dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1. Insbesondere in Zahnarztpraxen be
steht der Wunsch, den Füllstand eines Mundspülbechers für ei
nen Patienten selbsttätig erkennen und den Becher bei Bedarf
automatisch füllen zu können.
Bisher bekannt gewordene Ausführungen sind mit verschiedenen
Nachteilen behaftet die es zu vermeiden gilt.
So ist eine mechanische Wiegeeinrichtung, mit der der Behäl
ter bei Ablage auf die Stellfläche gewogen wird, um dessen
Füllstand zu erfassen, aus hygienischer Sicht abzulehnen. Die
Mechanik birgt auch Probleme bezüglich Dichtigkeit gegen Ein
dringen von Feuchtigkeit in sich. Die notwendige Elektronik
ist vergleichsweise aufwendig und damit auch teuer. Außerdem
ist ein bestimmtes Mindestgewicht erforderlich, um den Füll
stand überhaupt erkennen zu können.
Vorrichtungen die mit einem Ultraschallsender und einem ent
sprechend ausgeführten Mikrofon arbeiten, sind relativ teuer
und außerdem anfällig gegen Verschmutzung und mechanische Be
schädigung.
In DE 31 26 906 C1 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der
am Einfüllarm für das Wasser und zwar in Höhe die unterhalb
der Füllstandshöhe eines gefüllten Bechers liegt, eine IR-
Sende- und Empfangseinrichtung angeordnet ist.
Die beiden opto-elektronischen Elemente dieser IR-Sende- und
Empfangseinrichtung liegen in horizontaler Ebene so, dass
sich der ausgesandte Lichtstrahl und der vom Becher reflek
tierte Lichtstrahl unter einem sehr spitzen Winkel schneiden.
Nachteilig ist hier, dass, um die Füllstandshöhe erfassen zu
können, der Behälter lichtdurchlässig ausgeführt sein muß.
Die vorgenannten bekannten Systeme sind außerdem mit dem
Nachteil behaftet, dass sie vorher auf Erkennung und Füllmen
ge abgeglichen werden müssen.
Aus der JP-2000-005196 A ist eine Vorrichtung bekannt, bei
der am Einfüllarm zwei opto-elektronische Einrichtungen vor
gesehen sind. Die eine ist, ähnlich wie bei der zuvor genann
ten Vorrichtung, in waagerechter Ebene angeordnet und dient
der Zustandserfassung, also zu erfassen, ob ein Behälter auf
der Ablage abgestellt ist. Die andere dient dazu, die Füllhö
he festzulegen. Letztere besteht aus einer für sichtbares
Licht ausgelegten Reflexlichtschranke mit einem oberhalb des
Bechers angeordneten Lichtquelle als Sender, und einer
beabstandet davon angeordneten Empfänger der die reflektier
ten Strahlen aufnimmt. Die Anordnung von Sender und Empfänger
ist so getroffen, dass der Brennpunkt der Strahlen in der E
bene liegt die der gewünschten Füllhöhe entspricht. Eine Re
flexion und damit ein Abschalten des einzufüllenden Wassers
erfolgt somit erst dann, wenn der Wasserpegel den Brennpunkt
erreicht. Abgesehen davon, dass bei dieser bekannten Vor
richtung zusätzliche Maßnahmen zur Bechererkennung vorgesehen
werden müssen, ist es weiterhin nachteilig, dass Fehlschal
tungen durch in den Brennpunkt gelangendes Spritzwasser beim
Einfüllen des Wassers nicht zu vermeiden sind.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Auf
gabe zugrunde, demgegenüber eine Verbesserung zu schaffen und
eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung anzugeben,
die kein Mindestgewicht für den Behälter erforderlich macht,
die bezüglich Ausführung und Material des eingesetzten Behäl
ters weitgehend unabhängig ist, die keinen Abgleich erfordert
und keine Probleme in Bezug auf Hygiene, eindringende Feuch
tigkeit und Anfälligkeit gegenüber Desinfektionsmittel in
sich birgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Die gemäß der Erfindung vorgestellte Vorrichtung ist kosten
günstig zu erstellen, kann sehr leicht montiert und so auch
leicht nachgerüstet werden. Das System arbeitet berührungs
los, ist deshalb hygienisch unbedenklich und einwandfrei zu
handhaben.
Die Erfindung wird anhand eines Blockschaltbildes näher er
läutert, wobei im folgenden von einer Anwendung in einer
Zahnarztpraxis ausgegangen wird, in der bekannterweise einem
Patienten ein Trinkbecher zur Mundspülung zur Verfügung ge
stellt wird. Der Becher ist während einer Patientenbehandlung
gegebenenfalls mehrfach nachzufüllen und für den nächsten Pa
tienten auszuwechseln und wieder neu zu füllen, wobei auch
gegebenenfalls ein Becher in anderer Größe und Beschaffenheit
zum Einsatz kommen kann.
Eine IR-Einrichtung mit einem IR-Sender 1 und einem IR-
Empfänger 2 ist auf einen auf einer Unterlage 3 abgestellten
Behälter 4 so ausgerichtet, dass die IR-Lichtstrahlen schräg
auf die Behälterwandungen treffen, im Behälter mehrfach re
flektiert und dann vom Sender 2 aufgenommen werden. Der Be
hälter 4, ein nach oben offener Becher, kann an sich eine be
liebige Größe haben und aus einem beliebigen Material beste
hen, z. B. aus Glas, Kunststoff, Metall oder Keramik. Der Be
hälter 4 wird bei Bedarf über eine Leitung 5 mit dazwischen
geschaltetem Magnetventil 6 mit Wasser gefüllt.
Zentraler Baustein der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine
lernfähige, mit einem Speicher kommunizierende Auswerteelekt
ronik. Die Auswerteelektronik 7 ist mit einem Steuerteil 8
zur Ansteuerung des Magnetventils 6 zum Zwecke der Befüllung
des Behälters 4 verbunden. Das Steuerteil 8 steuert das Mag
netventil 6 solange an, bis eine vorgegebene Füllmenge im Be
hälter 4 erreicht ist. Die Auswerteelektronik 7 ist ferner
mit einem Impulsgenerator 9 verbunden, der den IR-Sender 1
aktiviert. Der Impulsgenerator 9 ist so ausgelegt, dass vom
IR-Sender 1 Lichtimpulse abgestrahlt werden, die ein großes
Impuls-Pausenverhältnis, z. B. 1 : 1000, aufweisen.
Die pulsförmigen Signale verbessern deutlich die Fähigkeit,
zwischen Nutzsignalen und Störsignalen, die aus der Umgebung
einwirken, differenzieren zu können.
Der Speicher 10 enthält einerseits einen Speicherplatz 11 für
allgemeine Daten und andererseits Speicherplätze 12 und 13
für spezielle, auf einen leeren und einen vollen Behälter be
zogene Daten. Die allgemeinen Daten beziehen sich auf Daten
die die Füllmenge für den Behälter 4 sowie den Zeitablauf
eingehender Nutzsignale betreffen.
Zwischen Auswerteelektronik 7 und IR-Empfänger 2 ist ein Ver
stärker 14 geschaltet, der, wie nachfolgend noch näher erläu
tert, ein verstärktes Signal an die Auswerteelektronik 7 gibt
und von ihr den erforderlichen Verstärkungsfaktor erhält.
Nachfolgend wird die Funktionsweise näher erläutert.
Es wird zunächst davon ausgegangen, dass auf der Unterlage 3
kein Behälter abgestellt ist. Das vom IR-Sender abgegebene
Licht verliert sich im Raum, so dass zum IR-Empfänger 2 kein
oder nur sehr wenig IR-Licht gelangt.
Wird nun ein Behälter 4 auf die Unterlage 3 gestellt, so
trifft das IR-Licht auf die Behälterwandungen, wird dort
mehrfach reflektiert, wobei dann eine relativ große Menge an
IR-Licht vom IR-Empfänger 2 aufgenommen wird. Nachdem der IR-
Empfänger 2 nicht nur Nutzsignale, sondern auch aus der Umge
bung (z. B durch Tageslicht, Raumbeleuchtung, oder andere IR-
Einflüsse) Störsignale empfängt, sind Maßnahmen zur Selektion
getroffen. Der Verstärker 14 ist deshalb so beschaffen, dass
er die Signale differenziert und die Umweltsignale ausblen
det. Der Verstärker bildet die Differenz zwischen Nutzsignal
und Umweltsignal und verstärkt diese Signale bis auf die Grö
ße des Nutzsignals.
Die Auswerteelektronik 7 erkennt nun aufgrund der im Spei
cherplatz 11 abgelegten Daten über den Zeitablauf, ob ein
neuer Behälter (für einen neuen Patienten) abgestellt worden
ist und dieser neu gefüllt werden muß, oder ob es sich um den
alten Behälter handelt, der nachgefüllt werden muß. Das Er
kennen geschieht mittels der Auswerteelektronik 7 in Verbin
dung mit dem Speicher 10.
Ist ein leerer Behälter 4 auf der Unterlage 3 abgestellt,
wird die vom Empfänger 2 aufgenommene Lichtmenge von der E
lektronik 7 registriert. Die eingehende Lichtmenge wird im
Speicherplatz 12 abgelegt. Ist ein längerer Zeitraum (ohne
Unterbrechung der IR-Strahlen verstrichen, z. B. ≧ 2-5 min. so
wird dieser Status so definiert, dass es sich um einen neuen
Patienten und damit um einen neu abgestellten leeren Behälter
handeln muß. Die diesem Zeitraum entsprechende Lichtmenge
wird im Speicherplatz 12 als B_Leer abgespeichert.
Die im Speicherplatz 12 abgelegten Daten repräsentieren dabei
nicht nur den Status, dass ein neuer leerer Behälter vor
liegt, sondern auch, um welche Behältergröße es sich dabei
handelt.
Das Befüllen des leeren Behälters erfolgt mit einer vorgege
ben Menge Wasser (z. B. mit 100 ml) die aus Durchfluß und Zeit
errechnet wird. Entsprechende Daten sind im Speicherplatz 11
für allgemeine Daten abgelegt.
Zum Befüllen gibt die Auswerteelektronik 7 an das Steuerteil
8 ein Signal, dass eine bestimmte Füllmenge, z. B. die vorge
nannte Menge 100 ml, in den Behälter 4 einzugeben ist. Das
Magnetventil 6 wird zu diesem Zweck für eine bestimmte, der
Füllmenge entsprechende Zeit geöffnet.
Bei gefülltem Behälter 4 wird das IR-Licht bedämpft. Damit
ist eine Reduzierung der Lichtmenge verbunden, die im Spei
cherplatz 13 den Status für einen gefüllten Behälter als
B_Voll abgespeichert.
Wenn nun der Benutzer den Behälter kurzzeitig von der Ablage
abhebt, Wasser entnimmt dann wieder abstellt, erkennt die
Auswerteelektronik 7 anhand der Zeit, die dann deutlich unter
der vorgenannten Zeitspanne von 2-5 min liegt, dass kein
neuer Benutzer (Patient) vorhanden ist, dass vielmehr Wasser
nachgefüllt werden muß.
Die Auswerteelektronik 7 gibt also das Signal, Wasser nachzu
füllen. Dieses Signal liegt so lange an, bis über das IR-
Licht erkannt wird, dass der Behälter wieder voll ist. Er
kannt wird dieser Status durch die Information aus dem Spei
cherplatz 13 in dem, wie dargelegt, zuvor die Daten für den
vollen Behälter (B_Voll) abgelegt worden sind.
Damit die Elektronik nicht durch Licht aus der Umgebung ge
stört wird, ist das IR-Licht codiert. Dies wird im einfachs
ten Fall durch Verwendung von hochfrequenten, sehr kurzen
Lichtimpulsen realisiert. Durch die kurzen Impulse wird der
IR-Sender thermisch gering belastet und kann deshalb mit ver
gleichsweise hoher Leistung angesteuert werden, was ein star
kes Nutzsignal zur Folge hat. Die Elektronik kann dieses
Nutzsignal ausfiltern und so Fremdeinflüsse eliminieren.
Als Sende/Empfangseinrichtung kann mit Vorteil eine mit einem
IR-Phototransistor zusammenwirkende IR-Leuchtdiode eingesetzt
werden.
Die Sende/Empfangseinrichtung kann an dem Ende der Leitung 5
befestigt sein. In der Regel ist dort ein Wasserspeier oder
ein Wasserkran vorgesehen, der einen Wasserauslauf aufweist.
Weiterhin kann die Sende/Empfangseinrichtung in das Gehäuse
des Wasserspeiers oder des Wasserkrans integriert sein und
dabei insbesondere in unmittelbarer Nähe des Wasserauslaufs,
sodass eine problemlose Abstrahlung in den Behälter hinein
und ein problemloser Empfang aus dem Behälter heraus möglich
sind.
1
IR-Sender
2
IR-Empfänger
3
Unterlage
4
Behälter
5
Leitung
6
Magnetventil
7
Auswerteelektronik
8
Steuerteil
9
Impulsgenerator
10
Speicher
11
Speicherplatz
12
Speicherplatz
13
Speicherplatz
14
Verstärker
Claims (4)
1. Vorrichtung zum selbsttätigen Erkennen des Füllstandes ei
nes auf einer Stellfläche (3) abstellbaren, offenen Behälters
(4), insbesondere eines Mundspülbechers eines zahnärztlichen
Behandlungsgerätes, unter Verwendung einer IR-Sende- und Emp
fangseinrichtung(1, 2) dadurch gekenn
zeichnet, daß die IR-Sende- und Empfangseinrich
tung(1, 2) oberhalb der Oberkante des Behälters (4) und in
Bezug auf die Stellfläche (3) in definierter Position derart
angeordnet ist, dass bei auf der Stellfläche (3) abgestelltem
Behälter (4) das vom IR-Sender (1) abgehende Licht auf die
Innenwandungen des Behälters (4) fällt, von diesen reflek
tiert und zumindest teilweise vom IR-Empfänger (2) aufgenom
men werden, und dass eine selbstlernende, mit einem Daten
speicher (10) kommunizierende Auswerteelektronik (7) vorgese
hen ist, wobei im Datenspeicher (10) einerseits feste Daten
über Behälterfüllmenge und Zeitabläufe abgelegt und anderer
seits variable Daten, die einen leeren und vollen Behälter
status repräsentieren, ablegbar sind, wobei die Auswerte
elektronik (7) erkennt, ob ein leerer, teilweise leerer, oder
voller Behälter (4) vorhanden ist, und je nach erkanntem Sta
tus ein Steuersignal zur Öffnung der Zufuhrleitung (5) zur
Befüllung des Behälters gibt.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das IR-Licht codiert ist.
3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß vom IR-Sender (1) Licht
impulse mit einem großen Impuls-Pausenverhältnis abgestrahlt
werden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß als IR-
Sender (1) eine IR-Leuchtdiode und als IR-Empfänger ein IR-
Phototransistor eingesetzt sind.
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