DE10063050C2 - Vorrichtung zum selbsttätigen Erkennen des Füllstandes eines auf einer Stellfläche abstellbaren, offenen Behälters - Google Patents

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.

Bezugszeichenliste

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.