KR100371109B1 - 액체및고체검출기 - Google Patents

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KR100371109B1
KR100371109B1 KR1019960707313A KR19960707313A KR100371109B1 KR 100371109 B1 KR100371109 B1 KR 100371109B1 KR 1019960707313 A KR1019960707313 A KR 1019960707313A KR 19960707313 A KR19960707313 A KR 19960707313A KR 100371109 B1 KR100371109 B1 KR 100371109B1
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Abstract

본 발명에 따르면, 감지 표면(14)상의 얼음, 물, 안개, 서리 또는 다른 고체 또는 액체의 존재를 검출하는 검출기(15)가 제공된다. 이 감지 표면(14)은 전자기방사선에 실질적으로 투명한 매체에 의해 제공되며, 액체 또는 고체가 이 표면상에 디포지트된다. 방출기는 이 표면상으로 방사선을 방출하며, 수신기는 이 표면으로부터 반사된 방사선에 응답한다. 식별 회로는 수신기로부터의 출력을 수신하며 표면상에 고체 또는 액체가 존재하는지의 여부를 표시하는 출력을 제공한다.

Description

액체 및 고체 검출기{ICE AND LIQUID DETECTOR}
본 발명은 냉장고 내의 서리 또는 얼음 형성을 검출하여 이 냉장고내의 서리 제거 사이클을 제어하기 위한 장치의 사용을 예로 하여 설명된다. 이것은 단지 실시예일 뿐이며, 본 발명은 다른 응용에서도 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명의 장치는 창문, 방풍창, 항공기 날개 상의 얼음 형성을 검출하고 이러한 얼음의 제거를 제어하는데 이용될 수도 있다.
무서리 또는 서리 방지 냉장고에서는 서리 제거 사이클이 냉장고의 서리를 제거하도록 주기적으로 개시되어 얼음의 형성을 제거하거나 최소화한다. 현재 냉장고 제조업자들은 특히 기온이 높거나 습도가 높은 기후에서 냉장고에 대한 테스트를 수행하고 이들 테스트의 결과로서 테스트 지역에서 경험되는 조건을 포함하여 모든 기후 조건에 대해 냉장고의 서리 제거 사이클 요건을 사전 세트한다. 이것은 기후 조건이 엄격하지 않은 지역에 대해서도 서리 제거가 필요 이상 자주 수행되어 에너지가 소모됨을 의미한다.
하루에 2 또는 3회, 한번에 25분동안 약 500W의 에너지가 공급되게 시간조정된 서리 제거 사이클이 이용된다. 따라서, 냉장고 내에 서리 또는 얼음이 형성되었는지에 관계없이 서리 제거가 수행된다. 서리 제거 사이클 시 냉장고 문의 개방으로 인한 영향을 최소화하기 위해 서리 제거 사이클은 가능한 한 신속히 완료되는 것이 바람직하다. 따라서, 서리를 제거하기 위해서 특히 큰 파워 용량의 가열 코일이 이용된다.
현재 본 기술분야에서 서리 또는 얼음의 존재를 검출하여, 서리 또는 얼음이 존재할 때만 서리 제거 사이클을 개시시키도록 하는 시도는 이루어지지 않고 있다. 오히려, 서리 제거를 수행하기 위한 가열이 매일 설정 시간 주기 및 설정 횟수 동안 수행된다.
본 발명은 상술한 단점을 적어도 최소화하는, 냉장고 내에서 서리 제거 사이클을 제어하는데 이용될 수 있는 검출기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 표면상의 물, 서리 또는 얼음 형성을 검출하는 검출기에 관한 것이다.
도 1 내지 3은 적외선 방출기 및 수신기가 서리가 형성될 수도 있는 표면과 연관될 수 있는 가능한 방법을 도시한 도면,
도 4는 고체의 존재와 액체의 존재를 식별할 수 있도록 표면이 최적화되는 방법의 이해를 돕기에 유용한 그래프,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 검출기의 회로도.
본 발명의 제 1 측면에 따르면, 얼음, 물, 서리 또는 다른 고체의 존재를 검출하고 고체의 존재와 액체의 존재를 식별하는 검출기가 제공되며, 이 검출기는 전자기 방사선이 실질적으로 투과되는 매체에 의해 제공되며 고체 또는 액체가 침착될 수 있는 감지 표면과, 이 감지 표면과 마주하는 매체의 일 측으로부터 이 매체로 방사선을 지향시키는 방사선 방출기와, 이 표면으로부터 반사된 방사선을 수신하는 방사선 수신기 및 이 수신기로부터의 출력에 응답하여 표면상의 액체 또는 고체의 존재를 식별하도록 동작하며 표면상의 액체 또는 고체의 존재 유무를 표시하는 출력을 제공하는 식별 회로를 포함한다.
전자기 방사선은 가시광, 적외선, 자외선 또는 어떤 다른 적절한 방사선일 수도 있다. 바람직하기로는 930nm 파장의 적외선이 이용된다. 적외선이 이용된 경우 방출기는 적외선 다이오드를 포함하며 수신기는 적외선 광 트랜지스터를 포함할 수도 있다. 바람직하기로는, 하니웰사에 의해 제조된 제품 코드 HQA-1397-2로 명명된 반사 스위치 또는 그와 등가의 장치 또는 대체장치가 이용된다.
감지 표면을 제공하는 매체는 언급된 바와 같이 이용된 방사선에 실질적으로 투명하다. 아크릴 또는 투명 플라스틱과 같은 유리 또는 플라스틱이 이용될 수도 있다. 바람직하게, 유리가 사용된다. 감지 표면은 부분 미러 표면 또는 투명 표면일 수도 있다. 대안적으로, 표면은 프로스트화(frosted), 패턴화(Patterned), 그루브(잔물결 또는 웨이브)화(grooved) 또는 샌드블래스팅(sandblast)되거나, 투명처리와 프로스트화, 패턴화, 그루브화 또는 샌드블래스팅 표면 마무리의 조합으로 형성될 수도 있다. 통상, 투명 표면은 표면으로 입사하는 방사선의 대부분을 통과시키고 겨우 몇 퍼센트만을 반사한다. 이러한 표면상에 서리 또는 얼음과 같은 고체가 존재하게 되면 반사되는 방사선의 양이 증가하게 되며, 액체가 존재하게 되면반사되는 방사선의 양이 감소하게 된다.
프로스트화, 패턴화 또는 샌드블래스팅 처리된 표면 등은 표면에 근접한 물체로부터의 반사 효과를 감소시켜 강한 주위의 광을 확산시키는 것을 돕는다. 표면상의 프로스팅, 패터닝 등의 정도는 감지 표면상으로 불연속 도트, 라인 또는 그루브나 혹은 크로스-해칭된(cross-hatched) 라인 또는 그루브를 샌드블래스팅함에 의해 제어될 수 있다.
적회선이 이용된 경우, 방출기는 매체의 가열을 최소로 하기 위해 펄스 공급하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 발진기는 방출기를 구동하는데 사용된다. 10 ㎳ 간격의 50㎲ 펄스를 발생하는 발진기가 사용될 수 있다.
매체는 방출기/수신기에 부착된다. 매체에 방출기/수신기를 접합하는 것이 바람직하다. 접합제는 방사선에 실질적으로 투명한 것이 바람직하다. 이러한 목적으로 투명 실리콘(silicone) 러버 재료가 사용되는 것이 바람직하다.
식별 회로는 적외선 수신기로부터의 출력을 수신하며, 바람직하기로는, 두개의 회로 경로를 갖는다. 일 경로는 감지 표면상의 액체의 존재를 표시하는 출력을 결정하며, 다른 경로는 감지 표면상의 얼음 또는 서리와 같은 고체의 존재를 표시하는 출력을 결정한다.
일 경로는 수신기로부터 수신된 출력을 증폭하기 위한 증폭기를 포함하는 것이 바람직하다. 이 증폭기의 이득은 약 10인 것이 바람직하며, 연산 증폭기인 것이 바람직하다. 제 1 경로는 증폭기로부터의 펄스 출력을 수신기로부터의 펄스 출력크기를 표시하는 DC 레벨로 변환하는 컨버터를 포함한다. 적분기나 피크 검출기가 이목적을 위해서 사용될 것이다. 일 경로는 DC 레벨을 기준 전위와 비교하는 비교기를 또한 포함한다. 이 비교기는 액체의 존재를 표시하는 출력을 제공한다.
다른 경로는 수신기로부터의 펄스 출력을 그의 크기를 표시하는 DC 레벨로 변환하는 컨버터를 포함하는 것이 바람직하다. 적분기 또는 피크 검출기가 사용될 수도 있다. 또한, 다른 경로는 감지 표면상의 서리 또는 얼음과 같은 고체의 존재를 표시하는 출력을 제공하는 비교기를 포함하는 것이 바람직하나. 이 출력은 본 발명의 검출기와 연관되는, 냉장고 내의 서리 제거 사이클을 개시하는 데 사용될 수 있다. 이 비교기는 일 경로 내의 비교기애 의해 액체의 존재가 표시될 때까지 고체의 존재를 표시하도록 래치되는 것이 바람직하다. 일 경로내의 비교기에 의해 액체의 존재가 검출되면, 이 비교기는 일 경로내의 비교기로부터의 출력에 의해 언래치(unlatch)되는 것이 바람직하다.
적외선, 가시 광선 및 자외선을 포함하는 전자기 방사선은 액체에 의해 흡수되며 고체에 의해 반사된다. 통상의 투명 유리판은 방사선의 대부분, 전형적으로, 약 90%를 통과시키고 소량의 방사선, 전형적으로 10%를 반사한다. 도 1은 투명 유리판(10), 방출기(11) 및 수신기(12)를 포함한다. 입사각은 전형적으로 약 10℃ 또는 30° 이지만, 이것이 중요한 것은 아니다. 유리판 외면상의 얼음 또는 서리와 같은 고체는 더욱 많은 양의 방사선을 반사하며 액체는 이러한 방사선의 반사를 감소시킨다.
유리상의 프로스트화, 패턴화 또는 그루브화된(움푹 들어간 곳(dimple)이나물결 모양(ripple)) 외면은 반사되는 방사선의 양을 10% 내지 50%까지 증가시켜 고체와 액체간의 식별을 향상시킨다. 이들 방식으로 유리의 표면을 처리하므로써 도 4에 도시된 바와 같은 응답 그래프는 약 50% 반사율의 "세척 및 건조" 유리 표면 응답을 갖도록 변경될 수 있으며 이것은 바람직하다.
도 2는 유리판(10)의 표면이 참조부호(13)로 도시된 바와 같이 프로스트화된 것을 제외하면 도 1과 매우 유사한 도면이다. 이 유리판은 평탄할 필요가 없으며, 도 3은 방사선이 제공되는 곡선의 반사 표면을 도시한다.
본 발명의 방출기/수신기는 두 개의 매체간에 삽입될 수 있으며, 이들 매체중 하나는 서리, 안개, 또는 얼음이 형성될 수도 있는 표면을 제공한다. 예를 들면, 이 매체는 박판화된 자동차 방풍창의 하나의 박판일 수도 있다. 또한, 이 매체는 더욱 식별을 최적화하도록 처리된다. 따라서, 예를 들면, 이 박판의 아주 작은 영역이 샌드블래스팅될 수도 있다. 이것은 박판화된 방풍창 또는 미러에 특히 유리하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 검출지의 회로도를 도시한다. 이 도면은 투명 실리콘(silicone) 러버 혼합물(16)과 같은 접합제에 의해 방사선 방출기/수신기(15)가 접합되는 유리판(14)을 도시한다. 이 방출기 및 수신기(15)는 하니웰사의 제품 코드 HQA-1397-2 적외선 방출기/수신기 또는 그와 등가인 장치를 포함할 수도있다.
방출기 다이오드는 저항(Rl) 및 트랜지스터(Ql)의 콜렉터-에미터 경로에 직렬 접속된다. 트랜지스터(Ql)에 발진기(OSC1)로 매 10㎳마다 50㎲의 펄스를 공급하므로써 유리판으로 향하는 적외선이 유리판의 외부면상에 형성된 얼음을 조금이라도 녹일만큼 충분한 가열을 일으킬 염려는 없다. 펄스 출력은 방출기/수신기(15)로 부터 획득되어 증폭기(17) 및 트랜지스터(Q2)에 인가된다. 이 트랜지스터(Q2)는 그의 에미터와 기준 전위(접지) 사이에 병렬 결합된 캐패시터(Cl) 및 저항(R2)를 가지며 피크 검출기 또는 적분기로서 기능한다. 트랜지스터(Q2)의 출력은 크기가 유리판(14)으로부터 반사된 방사량에 비례하는 DC 레벨이다. 이 신호는 비교기(18)의 포지티브(positive) 입력단에 인가된다. 비교기(18)는, 포지티브 입력의 크기가 네가티브(negative) 입력의 크기보다 클 때 비교기가 온으로 래치될 것을 보장하는 피드백 저항(R3)을 갖는다. 이것은 바로 서리 또는 얼음과 같은 고체가 유리판(14)상에 존재하는 경우이다.
증폭기(17)에 인가된 신호는 증폭되어 트랜지스터(Q3)에 결합되며, 트랜지스터(Q3)는 저항(R4) 및 캐패시터(C2)를 가지며, 피크 검출기 또는 적분기로서 기능한다. DC 레벨은 반사되어 방출기/수신기(15)내의 수신기에 의해 검출된 방사선을 표시하고, 트랜지스터(93)의 에미터에서 이용가능하며, 액체가 유리판 상에 존재할때 대표적으로 2V DC보다 작고 고체가 존재할 때 2V DC보다 크다. 이 DC 레벨은 비교기(l9)의 네가티브 입력단에 인가된다. 약 1.5 내지 2V DC의 DC 신호는 전위차계(Pl)를 통해 비교기(19)의 포지티브 입력단에 인가된다. 비교기(19)의 출력은 고체가 검출될 때 로우이며, 액체가 검출될 때 하이이다. 하이의 출력은 비교기(18)의 네가타브 입력단에 인가되어 비교기(18)를 언래치시키며 비교기(18)의 출력은 다시 로우가 된다.
따라서, 유리판상에 얼음 또는 서리가 존재하면, 비교기(18)의 출력단에 하이 신호가 생성되며, 이 신호는 냉장고 내에서 서리 제거 사이클을 개시하도록 사용될 수 있다. 비교기(19)의 출력은 서리 또는 얼음이 검출된 때 로우이며 액체가 검출된 때 하이가 된다. 원한다면, 이 출력은 서리 제거 사이클이 완료되었거나 수분이 검출되었음을 표시하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 검출기에 의하면, 필요시에만 서리 제거 사이클이 개시되고, 일단 개시된 서리 제기 사이클은 서리 제거가 성취될 때까지 계속된다. 따라서, 서리 제거에 소요되는 에너지를 줄일 수 있다.

Claims (9)

  1. 액체 또는 고체의 존재를 검출하고, 고체의 존재와 액체의 존재를 식별하는 검출기에 있어서,
    실질적으로 전자기 방사선이 투과되는 매체에 의해 제공되고, 고체 또는 액체가 침착될 수 있으며, 패턴화, 그루브화, 딤플화, 리플화, 샌드 블래스팅 또는 에칭된 감지 표면과;
    상기 감지 표면에 마주하는 매체의 일 측으로부터 상기 매체 상으로 방사선을 방출하는 방사선 방출기와;
    상기 표면으로부터 반사된 방사선을 수신하는 방사선 수신기와;
    상기 수신기로부터의 출력에 응답하여 표면상의 고체 또는 액체의 존재를 식별하도록 동작하며 고체 또는 액체가 상기 표면상에 존재하는지의 여부를 표시하는 출력을 제공하는 식별 회로를 포함하되,
    상기 방출기 및 수신기는 모두 매체에 접합되는 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자기 방사선은 적외선인 검출기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 매체는 유리인 검출기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유리 매체는 자동차의 두개의 박판 유리 방풍창 중 제 1 박판을 제공하며, 상기 방출기 및 수신기는 상기 두 박판 사이에 샌드위치되는 검출기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 식별 회로는 상기 감지 표면상의 액체의 존재를 표시하는 출력을 제공하는 제 1 회로 경로와, 상기 감지 표면상의 고체의 존재를 표시하는 출력을 제공하는 제 2 회로 경로를 갖는 검출기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 회로 경로는 상기 수신기로부터의 출력을 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기로부터의 출력을 상기 수신기 출력의 크기를 표시하는 DC 전압 레벨로 변환하는 컨버터를 포함하는 검출기.
  7. 제 6 항에 있어서 ,
    상기 제 1 회로 경로는 상기 DC 레벨을 기준 전위와 비교하는 비교기를 포함하며, 상기 비교기는 상기 감지 표면상의 액체의 존재를 표시하는 출력을 제공하는 검출기.
  8. 제 7항에 있어서 ,
    상기 제 2 회로 경로는 상기 수신기로부터의 출력을 DC 전압 레벨로 변환하는 제 2 컨버터와. 상기 제 2 컨버터로부터의 출력과 액체의 존재를 표시하는 출력을 수신하며 상기 감지 표면상의 고체를 표시하는 출력을 제공하는 비교기를 포함하는 검출기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 회로 경로내의 비교기로부터의 출력은 상기 감지 표면상의 고체의 존재를 표시하도록 온으로 래치되며 제 1 회로 경로내의 비교기로 부터의 액체 표시 출력에 의해 언래치되는 검출기.
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