DE102014016915A1

DE102014016915A1 - DEVICE FOR MEASURING THE FLIGHT BARRIER OF A URINSTRAHLES

Info

Publication number: DE102014016915A1
Application number: DE102014016915.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Paul Sponagl
Current assignee: SPONAGL, PAUL, DE
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2016-05-19

Abstract

Vorrichtung zur Messung der Flugbahn eines Urinstrahles innerhalb einer Toilette oder eines Urinals. Bisher bekannte Vorrichtungen beschreiben die Nutzung von Sensoren innerhalb einer Aufprall-Matte. Auch optische Lichtgitter wurden zur Erfassung von Messwerten benannt. Die Messergebnisse sind bei den Aufprall-Verfahren ungenau und auf bestenfalls 2 Dimensionen beschränkt. Bei der Benutzung der Aufprall-Verfahren wird sowohl die die Umgebung als auch die Messung durch die Strahlstreuung verunreinigt. Im Fall des optischen Lichtgitters sind die Messergebnisse einfach manipulierbar. Dieses ist zudem aufwändig in der Montage und unwirtschaftlich durch hohe Komplexität und hohen Ruhestromverbrauch. Die neue Vorrichtung soll eine bessere Messgenauigkeit bieten, Wasser und Urin unterscheidbar machen, 3 Dimensionen auswertbar machen und wirtschaftlich nutzbar sein durch einen prinzipbedingten geringen Stromverbrauch und eine einfache Montage. Die Messanordnung wird dargestellt durch abwechselnd rechtwinklig zueinander stehende Messgatter aus dünnem, leitfähigem Material. Die Gatter sind untereinander elektrisch isoliert und bilden in der Aufsicht ein Gitter von Kreuzungspunkten. Jedes Messgatter ist eine Anordnung von parallelen, leitfähigen Strecken, ebenfalls untereinander elektrisch isoliert. Ein Urinstrahl, welcher durch diese Anordnung fliegt, bildet auf seinem Weg einen quantifizierbaren, elektrischen Widerstand, wenn dieser mindestens 2 Drähte berührt. Durch sequentielle Abtastung der Kreuzungspunkte, d. h. Anlegen einer Spannung an einer Strecke und Messung der Spannung auf einer nahe gelegenen Kreuzungsbahn kann diese Berührung erfasst und ausgewertet werden. Die genannte Vorrichtung ermöglicht eine hohe Messgenauigkeit in drei Dimensionen und ist durch die physisch vorhandenen Gatter und die elektrische Widerstandsmessung schwieriger manipulierbar. Sie ist wirtschaftlich produzierbar und lange wartungsfrei nutzbar durch fehlenden Ruhestrom und einfaches Aufbauprinzip. Sie kann analog eines Urinsiebes in Urinalen eingesetzt werden.Device for measuring the trajectory of a urine stream within a toilet or urinal. Previously known devices describe the use of sensors within an impact mat. Also optical light grids were named for the acquisition of measured values. The measurement results are imprecise in the impact methods and limited to at best 2 dimensions. When using the impact method, both the environment and the measurement are contaminated by the beam scattering. In the case of the optical light grid, the measurement results are easy to manipulate. This is also complicated to install and uneconomical due to high complexity and high quiescent current consumption. The new device should provide better measurement accuracy, make water and urine distinguishable, make 3 dimensions evaluable and be economically usable by a principle-based low power consumption and easy installation. The measuring arrangement is represented by measuring gates of thin, conductive material arranged alternately at right angles to one another. The gates are electrically isolated from each other and form in the supervision of a grid of crossing points. Each measurement gate is an array of parallel, conductive paths, also electrically isolated from each other. A urine jet flying through this arrangement will form a quantifiable electrical resistance on its way if it touches at least 2 wires. By sequentially scanning the crossing points, i. H. Applying a voltage to a track and measuring the voltage on a nearby intersection track, this touch can be detected and evaluated. Said device enables high accuracy of measurement in three dimensions and is more difficult to manipulate by the physically existing gates and the electrical resistance measurement. It is economically producible and can be used for a long time without maintenance due to a lack of quiescent current and a simple design principle. It can be used analogously to a Urinesiebes in Urinalen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche die Flugbahn eines Urinstrahles innerhalb eines Urinals oder einer Toilette erfasst, um die Messergebnisse zur Steuerung einer audiovisuellen Rückmeldung an die urinierende Person zu verwenden. Dies kann eine einfache Anzeige von Lichtern sein oder ein netzwerkfähiges Computerprogramm. Eine genaue und störungsfreie Erfassung der Flugbahn eines Urinstrahles ist eine Grundlage für ein derartiges Unterhaltungsgerät innerhalb von sanitären Einrichtungen.The invention relates to a device which detects the trajectory of a stream of urine within a urinal or a toilet in order to use the measurement results for controlling audiovisual feedback to the urinating person. This can be a simple display of lights or a network-enabled computer program. An accurate and trouble-free detection of the trajectory of a urine stream is a basis for such entertainment device within sanitary facilities.

Es ist bekannt, eine Messung der Flugbahn eines Urinstrahles mittels eines optischen Mess-Gitters vorzunehmen ( US 2005-0288105 A1 ). Offenbar ist ebenfalls eine elektrische Widerstandsmessung eines aufprallenden Urinstrahles innerhalb eines Urinals oder einer Toilette um die Position des Auftreffpunktes zu ermitteln ( DE 699 19 550 T2 ). Weiterhin sind Aufprall-Messungs-Verfahren mittels Drucksensoren oder Temperatursensoren ( DE 20 2006 004 259 U1 oder US 4,773,863 ) in diesem Zusammenhang bekannt.It is known to measure the trajectory of a urine stream by means of an optical measuring grating ( US 2005-0288105 A1 ). Apparently also an electrical resistance measurement of an impinging stream of urine within a urinal or a toilet to determine the position of the impact point ( DE 699 19 550 T2 ). Furthermore, impact measurement methods by means of pressure sensors or temperature sensors ( DE 20 2006 004 259 U1 or US 4,773,863 ) in this context.

Die Probleme beim Stand der Technik sind:The problems with the prior art are:

Die Messung mittels optischem Messgitter kann nicht die Art der Flüssigkeiten unterscheiden, die die Messeinrichtung passieren. So kann z. B. auch ein Wasserstrahl als Messobjekt benutzt werden. Ebenfalls kann ein Festkörper z. B. eine Toilettenbürste benutzt werden um eine Erfassung auszulösen. Die Optik eines Lichtsenders und eines Lichtsensors kann durch herumspritzendes Urin und anhaftende Tropfen gestört werden. Ein optisches Messgitter hat einen nutzungsunabhängigen Stromverbrauch, da das Gitter für eine Messung durch Energieeinsatz erzeugt werden muss. Derartiger Stromverbrauch ist jedoch zu vermeiden, da es einerseits nicht praktikabel ist, eine Stromzuführung in ein Urinal oder eine Toilette zu legen und andererseits bei der Nutzung von Batterien oder Akkus ein häufiger Tausch oder eine Aufladung nicht angenehm für den Betreiber erscheint. Die Installation eines optischen Messgitters bestehend aus Emittern und Sensoren innerhalb eines Urinals erfordert aufwändige Montage und Justierungsarbeiten. Auch muss eine Diebstahlssicherung einer solchen Vorrichtung im Umfeld einer Toilettenanlage erfolgen, da diese eine hohe technologische Werthaltigkeit hat.The measurement by means of optical measuring grids can not distinguish the type of liquids that pass through the measuring device. So z. B. also a water jet can be used as a measuring object. Likewise, a solid z. B. a toilet brush can be used to trigger a detection. The optics of a light transmitter and a light sensor can be disturbed by spraying urine and adhering drops. An optical measuring grid has a usage-independent power consumption, since the grid must be generated for a measurement by energy input. Such power consumption is to be avoided, however, since it is not practical to put a power supply in a urinal or a toilet on the one hand and on the other hand when using batteries or rechargeable batteries a frequent replacement or charging does not seem pleasant for the operator. The installation of an optical measuring grid consisting of emitters and sensors inside a urinal requires complex assembly and adjustment work. Also, a theft protection of such a device must be done in the environment of a toilet facility, as this has a high technological value.

Die Widerstandsmessung bei einer Aufprall-Messung hat, wie die vorgenannte Methode, das Problem von möglichen anhaftenden Tropfen und sich daraus ergebenden, länger andauernden Überbrückungen. Zudem kann herabfließendes Urin in einer vertikalen Anordnung der Apparatur die Messung beeinflussen und stört eine Positionsbestimmung in der vertikalen Achse. Je horizontaler die Lage der Aufprall-Matte wird, umso größer wird die Beeinflussung der Messung durch die Aufweitung der Benetzungsfläche beim Aufprall.Resistance measurement in an impact measurement, like the aforementioned method, has the problem of possible adhering drops and consequent longer lasting spans. In addition, downflowing urine in a vertical arrangement of the apparatus can affect the measurement and interfere with position determination in the vertical axis. The more horizontal the position of the impact mat becomes, the greater the influence on the measurement due to the widening of the wetting surface upon impact.

Allen Aufprall-Messungs-Verfahren ist zudem gemein, dass diese ein Urinal oder eine Toilette und die Umgebung durch abprallendes, und damit herumspritzendes Urin verschmutzen und Messungenauigkeiten durch stehendes und herabfließendes Urin verursachen. Ebenso können Aufprall-Messungen prinzipbedingt bestenfalls 2 Dimensionen erfassen.In addition, all impact measurement methods have in common that they pollute a urinal or toilet and the environment by rebounding urine spewing around it, causing inaccuracies in standing and flowing urine. Likewise, impact measurements can theoretically capture 2 dimensions at best.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Flugbahn eines Urinstrahles möglichst störungsfrei und genau zu messen, wobei im mindesten eine Unterscheidung zwischen Wasser und Urin möglich sein soll, der Energieverbrauch im Ruhezustand minimal sein soll, und die Herstellung der Vorrichtung prinzipbedingt einfach sein soll.The indicated in claim 1 invention addresses the problem of measuring the trajectory of a stream of urine as trouble-free and accurate, in the least a distinction between water and urine should be possible, the energy consumption at rest should be minimal, and the manufacture of the device inherently simple should be.

Diese Probleme werden durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Der zu vermessende Urinstrahl fliegt in einer Ausprägung durch eine parallele Anordnung von dünnen Edelstahldrähten, welche wiederum abwechselnd auf mehreren Ebenen in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind, im folgenden Wechselgatter genannt. Es wird somit kein Aufprall des kompletten Urinstrahls zur Messung benötigt, da das Urin, durch die Fähigkeit Strom zu leiten, eine fliegende Strombrücke darstellt. Eine Messpunkterfassung erfolgt, wie in Anspruch 5 dargestellt, durch das sequentielle Anlegen einer Spannung an einer Bahn und die Messung der Spannung an einer darüber oder darunter liegenden Kreuzungsbahn. Die Verringerung der Kontaktfläche stellt eine Verbesserung der Messgenauigkeit in Bezug auf die Aufprall-Messungs Verfahren dar, da der Strahl nahezu ungehindert das Gitter passieren kann. Diese Durchlässigkeit bedingt, dass eine dritte Dimension durch die Nutzung mehrerer Ebenen erfasst werden kann. Ebenfalls wird durch die verringerte Kontaktfläche ein herumspritzen von Urin vermieden.These problems are solved by the features listed in claim 1. The urine jet to be measured flies in one expression by a parallel arrangement of thin stainless steel wires, which in turn are arranged alternately on several levels at a right angle to each other, referred to below as the exchange gate. Thus, no impact of the complete urine stream is needed for the measurement because the urine, through its ability to conduct current, represents a flying current bridge. A measuring point detection is carried out as described in claim 5, by the sequential application of a voltage to a web and the measurement of the voltage at an overlying or underlying crossing track. The reduction of the contact area represents an improvement in the measurement accuracy with respect to the impact measurement method, since the beam can pass through the grating almost unhindered. This permeability means that a third dimension can be captured by using multiple layers. Also, the reduced contact area prevents urine from splashing around.

Die Messung der Leitfähigkeit von Urin mittels Anspruch 1 hat gegenüber dem optischen Messgitter den Vorteil, dass eine Manipulation der Messung durch einen Wasserstrahl oder einen Festkörper praktisch verhindert wird. So kann z. B. das Wasser der Spülung oder das Wasser aus einem vorhandenen Waschbecken durch die Messgatter fliegen bzw. geschüttet werden, ohne dass eine Messung ausgelöst wird, während das Urin durch einen anderen elektrischen Widerstandswert (Wasser im Bereich von Megaohm, Urin im Bereich von einigen 100 KiloOhm) erfasst wird wie in Anspruch 2 angegeben ist. Die Manipulation der Messung durch einen Festkörper ist nur schwer möglich, da dieser einerseits leitfähig sein müsste und andererseits eine freie Bewegung innerhalb des Wechselgatters nicht möglich ist. Da das Wechselgatter materiell existiert, wird keine Energie zur Aufrechterhaltung desselben benötigt. Wenn keine Messung stattfindet, fließt auch kein Strom. Das Wechselgatter kann somit durch herkömmliche Batterien über Jahre hinweg ohne Austausch betrieben werden. Ebenfalls sind die Komponenten, die zur Messwert-Erfassung benötigt werden, prinzipbedingt deutlich preiswerter, sodass ein Diebstahl nicht mehr sinnvoll erscheint und eine wirtschaftliche Nutzung möglich ist.The measurement of the conductivity of urine by claim 1 has the advantage over the optical measuring grid that a manipulation of the measurement by a water jet or a solid body is practically prevented. So z. For example, the water of the mud or the water from an existing washbasin can be poured through the measurement gates without triggering a measurement, while the urine is affected by another electrical resistance (water in the range of megohms, urine in the range of several hundred KiloOhm) is detected as specified in claim 2. The manipulation of the measurement a solid body is difficult to achieve because this one hand would have to be conductive and on the other hand, a free movement within the exchange gate is not possible. Since the exchange gate exists materially, no energy is needed to maintain it. If no measurement takes place, no current flows. The exchange gate can thus be operated by conventional batteries for years without replacement. Likewise, the components required to acquire the measured values are inherently much cheaper, so that theft no longer makes sense and economic use is possible.

In einer weiteren Ausprägung nach Anspruch 3 wird die Struktur des Wechselgatters durch ein nicht leitendes Material gestellt, welches mit leitfähigem Material beschichtet wird, um die Geometrie der Sensorik nach Anspruch 1 zu erhalten. Diese Ausprägung hat nach Anspruch 4 den Vorteil, dass die Struktur mechanisch durch Beschneiden an die geometrischen Abmessungen des Urinals oder der Toilette angepasst werden kann.In a further embodiment according to claim 3, the structure of the interchangeable gate is provided by a non-conductive material which is coated with conductive material in order to obtain the geometry of the sensor system according to claim 1. This expression has the advantage according to claim 4 that the structure can be mechanically adjusted by trimming to the geometric dimensions of the urinal or the toilet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die Nutzung von Schieberegistern nach Anspruch 6 und 7 um die sequentielle Abtastung zu ermöglichen, da beispielsweise ein Wechselgatter mit 60 Strecken, gekreuzt von 40 Strecken in 2 Ebenen 60 Spannungsemitter und 40 Messkanäle benötigt. Herkömmliche Mikrocontroller können nicht so viele Ein- und Ausgaben bereitstellen. Auch würde die Zuleitung zum Mikrocontroller ein Problem darstellen. Schieberegister können sowohl parallele Daten (Spannungen) serialisieren als auch serielle Daten (Spannungen) parallel zur Verfügung stellen. Die Schieberegister können nah an den Mess-Strecken positioniert werden und reduzieren die Anzahl der Zuleitung zur Weiterverarbeitung der Messdaten deutlich.A further advantageous embodiment of the invention is the use of shift registers according to claim 6 and 7 to allow the sequential scanning, since, for example, a change gate with 60 routes, crossed by 40 routes in 2 levels requires 60 voltage emitter and 40 measurement channels. Traditional microcontrollers can not provide so many inputs and outputs. Also, the supply to the microcontroller would be a problem. Shift registers can both serialize parallel data (voltages) and provide serial data (voltages) in parallel. The shift registers can be positioned close to the measuring paths and significantly reduce the number of supply lines for further processing of the measured data.

Die Weiterverarbeitung der Messdaten könnte mittels analoger Elektronik erfolgen. Es erweist sich jedoch als Vorteil, wenn diese, wie in Anspruch 8 angegeben, mittels eines Mikroprozessors oder Mikrocontrollers erfolgt. Dieser kann, eine geeignete Programmierung voraus-gesetzt, die Daten aller Kreuzungspunkte sammeln und somit eine einfache Abfolge von getroffenen Punkten in Koordinatenangaben an ein geeignetes Computerprogramm beispielsweise über eine drahtlose Verbindung weiterleiten.The further processing of the measured data could be done by means of analog electronics. However, it proves to be an advantage if this, as stated in claim 8, by means of a microprocessor or microcontroller. This can, assuming appropriate programming, collect the data of all crossing points and thus forward a simple sequence of points met in coordinates to a suitable computer program, for example via a wireless connection.

Zeichnungendrawings

Spezifische Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben, worinSpecific embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which:

die die Mess-Sensorik der Erfindung in einer Ausführungsform zeigt;the the measuring sensor system of the invention in one embodiment shows;

die die prinzipielle Schaltung zur Unterscheidung von Wasser und Urin zeigt;the shows the basic circuit for the distinction of water and urine;

die die prinzipielle Schaltung zur informationstechnischen Verarbeitung der Messdaten mittels Schieberegister und Mikrocontroller veranschaulicht.the illustrates the basic circuit for information processing of the measured data by means of shift register and microcontroller.

In der wird der prinzipielle Vorgang der Messwerterfassung in einer Ausführung gezeigt. An Draht 1 wird eine elektrische Spannung Vc angelegt. Wenn nun ein Urinstrahl 3 sowohl Draht 1 als auch Draht 2 gleichzeitig passiert, wird eine fliegende Strombrücke zwischen Draht 2 und Draht 1 hergestellt. Der Urinstrahl stellt einen elektrischen Widerstand 4 (Ru) dar, welcher an Draht 2 detektiert werden kann.In the the basic process of measured value acquisition is shown in one embodiment. On wire 1 An electrical voltage Vc is applied. If now a urine stream 3 both wire 1 as well as wire 2 happens at the same time, becomes a flying current bridge between wire 2 and wire 1 produced. The urine jet provides an electrical resistance 4 (Ru) which is wire 2 can be detected.

In der kann mittels des durchschnittlichen Widerstandes des Urins (Bereich einige 100 KOhm) Ru 4 und eines Spannungsteilerwiderstandes 5 Rs eine Schaltschwellenspannung Vs für eine Detektor-chaltung 7 überschritten werden. Dabei ist Rs so gewählt, dass beispielsweise ein Wasserstrahl (Bereich MOhm) durch den höheren Widerstand eine geringere Spannung Vs erzeugt und die Schaltschwelle dadurch nicht erreicht wird.In the can by means of average urine resistance (range some 100 KOhm) Ru 4 and a voltage divider resistor 5 Rs is a switching threshold voltage Vs for a detector circuit 7 be crossed, be exceeded, be passed. In this case, Rs is chosen such that, for example, a water jet (range MOhm) generates a lower voltage Vs due to the higher resistance and the switching threshold is thereby not achieved.

zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Messvorganges mittels Schieberegistern. Ein SIPO 2 kann über eine Datenleitung 8 und einem Taktsignal 5 sequentiell ein Messgatter mit einer Spannung versorgen. Dazu wird als sequentielle Signalfolge eine 1 (entspricht der Versorgungsspannung), gefolgt von weiteren Nullen (entspricht keiner Spannung) in das SIPO über den Mikrocontroller 3 geschoben. Die Spannungsmessung erfolgt über das PISO dergestalt, dass ein Taktsignal 6 die anliegenden Spannungen aus 4 über die Datenleitung 7 ausliest. Der Mikrocontroller kann somit über zwei Datenleitungen eine weitaus größere Anzahl an Messleitungen beschreiben und auslesen. shows the basic structure of a measurement process using shift registers. A SIPO 2 can via a data line 8th and a clock signal 5 sequentially supply a measuring gate with a voltage. For this purpose, a sequential signal sequence is a 1 (corresponds to the supply voltage), followed by further zeroes (corresponding to no voltage) in the SIPO via the microcontroller 3 pushed. The voltage measurement takes place via the PISO such that a clock signal 6 the applied voltages 4 over the data line 7 reads. The microcontroller can thus describe and read a much larger number of test leads via two data lines.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2005-0288105 A1 [0002]
DE 69919550 T2 [0002]
DE 202006004259 U1 [0002]
US 4773863 [0002]

Claims

Device for measuring the trajectory of a urine jet, characterized in that the measuring sensor includes a non-contact, preferably parallel arrangement of conductive paths (in at least a stretch), which in turn on several levels (in the least 2 levels) without contact and alternately at an angle (Preferably right angle) are arranged to each other.

Apparatus according to claim 1, characterized by the use of a voltage divider to a distinction between water and urine by detecting a voltage threshold (preferably the exceeding of a logic state within a logic gate) to allow.

Apparatus according to claim 1, characterized by a non-conductive carrier grid, which is coated or coated with conductive material.

Apparatus according to claim 3, characterized by the ability to adapt to a urinal by the support grid can be curtailed without affecting the function.

Device according to one of the preceding claims, characterized by the sequential scanning of each crossing point of the measuring gate levels by applying a voltage on a route and measuring the voltage on a crossing line.

Apparatus according to claim 5, characterized by the use of one or more shift registers to apply a voltage to one or more routes.

Apparatus according to claim 5, characterized by the use of one or more shift registers to read a voltage at one or more routes.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the measured values are detected by means of a microcontroller or microprocessor and forwarded wirelessly.