專利名稱：用于飲料機的光學(xué)液位探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于容器內(nèi)液體的光學(xué)液位探測領(lǐng)域，尤其是液體食物或飲料制備機的容器。為了說明本發(fā)明，“飲料”的含義包括任何液體食物，例如茶，咖啡，熱或冷巧克力， 牛奶，湯，嬰兒食物，等等。
背景技術(shù)：
一些飲料或食物加工機使用多個容納待提取或待溶解成分的膠囊；而對于另一些 機器，成分儲存在機器中并自動配量，或者在制備飲料的時候加入所述成分。大多數(shù)咖啡機具有填充裝置，該填充裝置包括用于將液體(通常是水)的泵，該泵 將液體從冷的或確實通過加熱裝置例如加熱電阻、加熱塊(thermoblock)等加熱過的水源 處泵出。大多數(shù)飲料機具有容器，該容器用于容納和供應(yīng)待制備的飲料的組成物，通常是 液體組成物(例如水)。不過，在這種容器中也可能盛裝其它組成物，尤其是液體濃縮物或 固體材料，例如咖啡豆或經(jīng)研磨的咖啡等。這些機器中的一些包括用于探測容器中的內(nèi)容物的液位的液位探測器，并且在內(nèi) 容物不足以執(zhí)行操作和/或向使用者發(fā)出這種低液位的信號時防止任何使用該內(nèi)容物的 操作。例如，DE 102 01 768公開了一種飲料機，具有容納液體的容器和探測充填的最低 液位的探測器。容器設(shè)有在填充的最低液位處具有成角度地突出的兩部分區(qū)域或角部的 壁。液位探測器包括布置在該兩部分區(qū)域的各側(cè)的光發(fā)射器和光探測器。發(fā)射器發(fā)射的光 經(jīng)由該成角度區(qū)域的第一部分延伸入容器內(nèi)腔，并且當(dāng)光束通過空氣而不是該液體時(即 在液體到達(dá)容器中的最低液位后)，該發(fā)射光通過該成角度的區(qū)域的第二部分出射至探測 器上。JP 2000-329609公開了一種類似的光學(xué)液位探測器，該探測器用于感測自動售貨機 中的果汁液位。在上述兩個公開中，發(fā)射器和探測器定位成鄰近將要探測其中的填充液位 的容器的成角度區(qū)域或角部的各側(cè)。關(guān)于這些實施例的一個問題在于發(fā)射器和探測器定位 于容器的不同表面上，這使得光發(fā)射器和探測器以及它們與控制單元的連接、特別是與印 刷線路板的連接變得復(fù)雜，所述印刷線路板的形狀通常與發(fā)射器探測器所在的成角度的區(qū) 域或角部的形狀不符。US 7,017,408公開了另一方案，其中飲料制備裝置設(shè)有具有蓋件的外殼，該蓋件 可逆向液體容器的開口移動。該蓋件上包括光發(fā)射器和光探測器，該發(fā)射器向液體表面發(fā) 出傾斜的光束，當(dāng)液體到達(dá)確定液位時所述光束反射到探測器上。關(guān)于此方案的問題在 于發(fā)射器和探測器安裝在飲料制備裝置的可移動部件上，使得發(fā)射器、探測器和飲料制備 裝置的固定控制單元之間的連接很復(fù)雜。此外，這種利用液面上的反射進行操作的發(fā)射 器-探測器布置難以定位在除液面上方以外的其它位置，這也增加了發(fā)射器-探測器與控 制單元之間的連接的復(fù)雜程度。
GB 1 553 642公開了一個液面探測器的實施例，該液面探測器具有安裝在具有三角形折射器的底座中的光發(fā)射器和光探測器。該折射器還包括兩個會聚的平面，所述平面 與發(fā)射器和探測器相對并裝配入用于容納液體的容器的內(nèi)腔。當(dāng)液面在折射器以下時，折 射器內(nèi)部的發(fā)射器發(fā)出的光被對面的成角的平面實質(zhì)上反射到探測器中。相反，當(dāng)液面在 折射器以上時，也就是會聚平面沉浸在液體中時，發(fā)射器發(fā)出的光實質(zhì)上折射穿過會聚平 面進入液體中，而不會被反射至探測器。關(guān)于該實施例的問題在于三角形折射器伸入容器 中的液體并直接暴露于所述液體，因此需要時不時的清潔，包括去除水垢。此外，這種伸入 容器內(nèi)腔即造成容器內(nèi)腔非凸的三角形折射器使這種內(nèi)腔的清潔變得復(fù)雜。FR 2 672 390 公開了一種類似的液位探測器，其中三角形折射器位于家用設(shè)備(例如空調(diào)機)的容器的
至由 皿卞。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的較優(yōu)的目的在于提供一種能夠減少現(xiàn)有技術(shù)中的至少一部分缺陷 的光學(xué)液位探測器。該目的和其它目的通過提供一種液位探測器實現(xiàn)，該液位探測器包括光發(fā)射器， 所述光發(fā)射器發(fā)出通過容納有待監(jiān)測液位或上表面的液體(通常是水)的容器內(nèi)腔的光 束。液位探測器還具有光探測器和光束偏轉(zhuǎn)裝置，所述光束偏轉(zhuǎn)裝置用于使發(fā)射的光束偏 轉(zhuǎn)至光探測器上或離開光探測器。為了在避免突出的或插入的棱柱形元件伸入內(nèi)腔的同時 能夠保持光發(fā)射器和光探測器彼此比較接近，光束偏轉(zhuǎn)裝置是基于根據(jù)內(nèi)腔中的液體表 面的位置而改變光路的光折射原理；和使所發(fā)射的光束基本上向光探測器反射的反射或鏡 像原理。因此，本發(fā)明涉及一種用于關(guān)于基準(zhǔn)面探測液體的上表面的液位探測裝置。該裝置包括容器，所述容器具有底壁和從底壁延伸的一個或多個側(cè)壁，所述底壁 和側(cè)壁用于限定該內(nèi)腔；用于向該內(nèi)腔發(fā)射光束的光發(fā)射器；用于反射光束的至少一個反 射面；和用于在反射后探測所發(fā)射的光束的光探測器。發(fā)射器和探測器布置成使得當(dāng)所述 液體的表面位于基準(zhǔn)面時，由探測器探測的偏轉(zhuǎn)光束探測狀態(tài)發(fā)生改變。例如，只要液體表面高于最低基準(zhǔn)面(例如能從容器供給液體的最低液位)，或低 于最高基準(zhǔn)面(例如容器能充填的最高液位)，所發(fā)射的光束被偏轉(zhuǎn)離開探測器。當(dāng)液體表 面通過(或經(jīng)過)這樣的基準(zhǔn)面時，光束被偏轉(zhuǎn)至探測器上，并改變探測狀態(tài)。也可以設(shè)想 倒置(或相反)的結(jié)構(gòu)，即在液面通過基準(zhǔn)面之前能探測到光束和在通過之后探測不到光 束ο根據(jù)本發(fā)明，發(fā)射器、探測器和反射面相對于內(nèi)腔定位和定向成使得光束在穿過 內(nèi)腔中的液體后可被探測器探測到；和可在液體表面折射至探測器上或離開探測器，從而 使由探測器探測的探測狀態(tài)與這種折射相關(guān)。換言之，探測狀態(tài)的改變?nèi)Q于液體的液位(或表面位置)和光束在液體表面上 的相應(yīng)折射，所述折射影響著光路是到達(dá)探測器上還是離開探測器。在本文中，光束的偏轉(zhuǎn)是指光束在兩種不同介質(zhì)之間的界面上改變方向，例如空 氣_液體界面(即液體表面)，容器-液體界面或空氣_容器界面。反射光束是指被偏轉(zhuǎn)和 在界面上偏轉(zhuǎn)時保持在同樣的介質(zhì)中的光束。折射光束是指被偏轉(zhuǎn)和在界面上偏轉(zhuǎn)時改變介質(zhì)的光束。發(fā)射器、探測器和反射面可以布置成使光束可在液體表面折射經(jīng)過所述反射面中 的至少一個至探測器上，在折射前該光束可選地可反射至另一反射面上。發(fā)射器、探測器和 反射面也可以布置成使光束可在反射面中的至少一個上反射，然后可折射至探測器上或離 開探測器而沒有另外的反射。在一個實施例中，發(fā)射器、探測器和反射面相對于內(nèi)腔定位和定向成使得由發(fā)射 器發(fā)出的和由探測器探測到的光束穿過內(nèi)腔以在被反射面反射之前和/或之后在液面處 發(fā)生折射。容器可以是可拆卸的，液位探測裝置可以布置成使得在液體表面已經(jīng)通 過基準(zhǔn)面 和探測狀態(tài)相應(yīng)地發(fā)生改變之后，光束的探測狀態(tài)在移除容器時保持在該探測狀態(tài)。例如， 液位探測裝置構(gòu)造成在液體表面已經(jīng)通過基準(zhǔn)面之后光束返回至探測器，該裝置包括另一 反射面，所述另一反射面用于在移除容器時將光束反射至探測器；或者在所述液體表面已 經(jīng)通過基準(zhǔn)面之后光束不返回至探測器，在移除容器時光束不返回至探測器。液位探測裝置通常包括印刷電路板(PCB)，尤其是承載著控制單元的印刷電路板。 發(fā)射器通常具有一個光發(fā)生元件，例如光源(比如LED或IR 二極管)，所述光發(fā)生元件可以 剛性地安裝在PCB上，探測器具有光傳感器(例如光敏元件)，所述光傳感器也可以剛性地 安裝在PCB上。發(fā)射器和探測器可以利用適合與反射面和容納在內(nèi)腔中的液體相互作用的任意 波長進行操作，尤其是在紅外光譜范圍內(nèi)的波長。通常，容器對于發(fā)射的光束至少在光束從發(fā)射器到探測器必經(jīng)的區(qū)域中是透明 的。反射面可以是容器的經(jīng)拋光的反射表面，例如用玻璃或合適的塑料(例如PC，SAN或 PMMA)制成，或者反射面可以由光反射材料層或膜(例如金屬膜或金屬層)形成。后面所說 的附加的層或膜在容器的反射區(qū)域由適當(dāng)拋光的材料制成的情況下不是必要的。典型地，發(fā)射器包括用于將光束傳輸入容器的輸出端，和/或探測器包括從容器 接收光束的輸入端。在一個優(yōu)選實施例中，發(fā)射器具有輸出端，探測器具有輸入端，所述輸 出端和輸入端在容器的單個側(cè)壁或底壁或頂壁上或附近對齊，和/或在延伸至容器內(nèi)腔以 外的區(qū)段上對齊。通常，發(fā)射器包括具有輸出端的光導(dǎo)，所述光導(dǎo)用于引導(dǎo)和傳輸光束至容器，和/ 或探測器包括具有輸入端的光導(dǎo)，所述光導(dǎo)用于從容器接收和引導(dǎo)光束。光導(dǎo)可以由PMMA、 PC或者SAN制成。為了使去水垢之類的內(nèi)腔清潔簡單化，容器內(nèi)腔可以是凸的。避免內(nèi)腔中的額外 的邊緣也可以減少水垢沿這些邊緣的局部堆積。因此，本發(fā)明的液位探測裝置允許使用簡化的構(gòu)造，且發(fā)射器和探測器的連接線 路直接設(shè)置在鄰近容器的PCB上而不必在容器周圍和/或遠(yuǎn)離容器的位置為發(fā)射器和/或 探測器提供復(fù)雜的連接布置，并且不會造成非凸內(nèi)腔，所述非凸內(nèi)腔例如由使用以上列出 的現(xiàn)有技術(shù)中的伸入內(nèi)腔的附加部件(例如折射棱鏡)造成。反射面通常與容器相關(guān)聯(lián)，反射面可選地與容器形成一體和/或形成容器的表 面，典型地是容器的外表面或內(nèi)表面。這種反射面中的至少一個可定位于容器的底壁、側(cè)壁 和/或頂壁之內(nèi)或之上。在另一實施例中，反射面也可以位于容器的壁(例如側(cè)壁或底壁)內(nèi)。反射面可以位于容器內(nèi)腔的外部，可選地，反射面可形成底壁或側(cè)壁的外表面。這 種構(gòu)造有利于避免反射面暴露于容納在內(nèi)腔中的液體，由此減少了磨損和清潔的需要，尤 其當(dāng)液體不是水而是果汁或其它濃縮物時。在一個次優(yōu)選的實施例中，這種反射面中的至少一個限定容器的內(nèi)腔。液位探測裝置可包括多個反射面，例如兩個或三個反射面，所述反射面布置成使 得發(fā)射的光束在被探測器探測到之前已被反射數(shù)次。在一個實施例中，發(fā)射器和探測器沿容器側(cè)壁定位，所述反射面中的至少一個定 位在容器的底壁或頂壁上。在這種情況下，光束可以從側(cè)壁被引導(dǎo)至容器的底壁或頂壁，然 后從底壁或頂壁反射回側(cè)壁。例如，發(fā)射器、探測器和這種反射面可以鄰近于內(nèi)腔的頂角或 底角而定位，所述頂角或底角由側(cè)壁分別與頂壁或底壁形成。這減少了光束通過容器的光 路長度，并減少了定位公差和不期望的光束偏離問題。發(fā)射器、探測器和至少一個反射面可以定位于至少一個容器側(cè)壁上，尤其是兩個 相對或相鄰的側(cè)壁上，內(nèi)腔在反射面和探測器與發(fā)射器之間延伸。發(fā)射器可定位和定向成使所發(fā)射光束以非垂直角度進入內(nèi)腔。光束的傾斜對于光 束的折射和推導(dǎo)得到液面位置可能是需要的。當(dāng)然，傾斜可以由光束在反射面上的適當(dāng)反 射產(chǎn)生。如上文所述，這種用于關(guān)于基準(zhǔn)面探測容納在內(nèi)腔中的液體表面的液位探測裝 置，可典型地用于在液體食物或飲料機中以探測機器的供應(yīng)容器中的成分(例如水或飲料 或食物濃縮物)的液位過低。例如，該機器是咖啡機，特別是用于通過使水從水容器流通至咖啡煮泡室而制備 咖啡的咖啡機。煮泡室可以布置成接納預(yù)分配咖啡的膠囊或莢狀包裝(pod)，如本領(lǐng)域已知 的那樣。


以下將參考示意性的附圖對本發(fā)明進行說明，其中圖Ia和Ib示出根據(jù)本發(fā)明的液面(或液位)探測裝置的一部分；圖2a至2c示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的液位探測裝置的具有子變型 (sub-variation)的變型；圖3a至3b和圖4a至4b分別在一方面和另一方面示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的液 位探測裝置的兩種另外的變型；圖5a和5b示出根據(jù)本發(fā)明的另一液位探測裝置的一部分，和圖6a和6b示出具有專用座的圖4a和4b所示裝置，所述專用座用于根據(jù)本發(fā)明 的容器。
具體實施例方式圖Ia和Ib示出液位探測裝置1的透視圖的一部分，該液位探測裝置1用于關(guān)于基準(zhǔn)面11探測容納在內(nèi)腔10中的液體2’的液面或上表面2。裝置1具有容器20，容器20具有底壁21和從底壁21延伸的一個或多個側(cè)壁22，用于限定內(nèi)腔10。側(cè)壁22具有用于支承容器20的底腳22a。用于發(fā)射朝向和進入內(nèi)腔10的光束的光發(fā)射器30具有光源31，通常是IR型或 LED ；光導(dǎo)32，用于將光源31發(fā)射的光引導(dǎo)入光導(dǎo)32的一端；和位于光導(dǎo)32的另一端、鄰 近容器20的側(cè)壁22的輸出端/輸出設(shè)備33。發(fā)射器30定位和定向成鄰近容器20的壁 22，使得光束40以非垂直的角度進入內(nèi)腔10。容器20由對光束40透明的材料制成，使得輸出端33可以將光束40通過側(cè)壁22 傳輸至內(nèi)腔10中。底壁21與兩個連續(xù)反射面25，26相關(guān)聯(lián)，所述反射面用于根據(jù)液體2’的表面2 的位置反射光束40。如圖所示，反射面25，26與容器20的底壁21成為一體，并形成底壁的 外表面。因此，反射面25，26并非暴露于液體2’，從而需要更少的清潔并受到更少的磨損。用于探測在反射面25，26上反射后從容器20射出的光束40的光探測器35具有 位于光導(dǎo)37的一端的光傳感器36 ；和位于光導(dǎo)另一端、鄰近容器20的側(cè)壁22的光束輸入 端38，該光束輸入端正好在光束輸出端33下方。
如圖Ib所示，由探測器35探測到的光束40在到達(dá)探測器35之前被表面25，26 反射了兩次。發(fā)射器30和探測器35布置成，當(dāng)液體2’的表面2位于基準(zhǔn)面11時，由探測器35 探測的光束40的探測狀態(tài)發(fā)生改變。如圖Ia中可見，當(dāng)液體2’的液位2高于基準(zhǔn)面11 時，光束40不經(jīng)由表面25，26反射至探測器35，從而在該液面2的光束探測狀態(tài)為空。相 反，當(dāng)液體2’位于低于基準(zhǔn)面11的液位2時，如圖Ib所示，光束40經(jīng)由表面25，26反射 至探測器35，從而在該液位2的光束探測狀態(tài)為非空或為正。如圖Ib所示，發(fā)射器30，探測器35和反射面25，26相對于內(nèi)腔10定位和定向成 使得由發(fā)射器30發(fā)出并由探測器35探測的光束40傳播通過內(nèi)腔10，在液體2’的界面2 處折射，特別是在被反射面25，26反射之前發(fā)生折射。發(fā)射器30、探測器35和反射面25，26鄰近內(nèi)腔10的底角而定位，所述底角形成 在側(cè)壁22與底壁21的連接處。光源31和光傳感器(或光敏元件)36剛性地安裝在PCB 50上并連接至它的控制單元(未示出)。如圖所示，PCB 50，光發(fā)射器30和光探測器35沿 著單個垂直向上的側(cè)壁22定位，使得這些部件的組裝在空間上盡可能的簡單。剛性的光導(dǎo) 32，37可以容易地根據(jù)PCB 50的專用位置和光束40在容器20上的進入點和出射點而縮短 或延長。通過這樣的簡單設(shè)置，發(fā)射器30和探測器35可以在液位探測裝置和該裝置所要 結(jié)合的機器內(nèi)的組裝之前直接安裝在PCB 50上，這顯著簡化了制造步驟。發(fā)射器30、探測器35和反射面25，26鄰近內(nèi)腔10的底角而定位，所述底角形成在 側(cè)壁22與底壁21的連接處。通過提供這樣的反射布置，內(nèi)腔10可以保持凸出以避免任何 接近困難，特別是清潔內(nèi)腔10或從內(nèi)腔10去除水垢時。這種液位探測裝置1可以實施在液體食物或飲料機中，特別是咖啡機，比如使熱 水從膠囊或莢狀包裝(pod)穿過而提取預(yù)分配的飲料成分(例如經(jīng)研磨的咖啡)的機器。 因此，容器20可能通常設(shè)計成為這種液體食物或飲料機容納供應(yīng)水。為了提醒使用者容器20應(yīng)該重新填充和/或防止排出液體2’ (例如水)，當(dāng)容器 20變空或容納的液體2’不夠時，探測裝置1構(gòu)造成用于探測液體2’的表面2經(jīng)過基準(zhǔn)面 11的過程。
為此，由發(fā)射器30發(fā)出的進入內(nèi)腔10的光束40由于液體2’的界面處的折射而 偏轉(zhuǎn)。只要表面2高于基準(zhǔn)面11，如圖Ia所示，光束40的總偏轉(zhuǎn)角41——該總偏轉(zhuǎn)角41 由壁22與液體2’的界面所造成的光束的折射43產(chǎn)生——不足以將光束引導(dǎo)至反射面25， 26。在這種情況下，光束40不會被引導(dǎo)至探測器35，因而也不能被探測到。當(dāng)液面2降低至基準(zhǔn)面11，甚至如圖Ib所示的更低位置，光束40的總偏轉(zhuǎn)角42 大于角度41，該總偏轉(zhuǎn)角42由側(cè)壁22與空氣之間的界面處的第一次折射44，和空氣與液 體2’之間的界面2處的第二次折射45產(chǎn)生。隨后在液體2’與底壁21之間的界面處發(fā)生 的第三次折射46。通過這些順次的折射44，45，46，光束40被充分偏轉(zhuǎn)以到達(dá)反射面25，然 后在被探測器35的輸入端38接收之前到達(dá)反射面26。一旦光束40被光導(dǎo)37引導(dǎo)至光傳感器36并由此被感測時，傳感器36向PCB 50 上的控制單元發(fā)出相應(yīng)的信號，然后該信號啟動適當(dāng)?shù)牟僮鞑襟E，例如通知用戶水位低和/ 或防止需要一定量的液體2’的任何操作步驟的啟動，所述一定量的液體已不足以從容器 20中獲得。其中光線能夠返回到探測器35的液位2的液位范圍取決于探測器35的光輸入端 38的直徑和特定的偏轉(zhuǎn)光路。折射和/或反射位置與光輸入端38的距離越大，通常探測的 高度范圍就越小。圖2a至5b示意性地示出圖Ia和Ib所示的本發(fā)明的特定實施例的幾種變型，其 中相同的附圖標(biāo)記指示相同或相似的元件。為簡要起見，不再論述關(guān)于液體2’或空氣與容器20的容器20的壁21，21’，22， 22”之間的界面處的光束40的折射。在圖2a_2c中，裝置1具有并排地鄰近于第一側(cè)壁22的發(fā)射器30和探測器35，以 及反射面27，所述反射面形成了面對第一側(cè)壁22和通過內(nèi)腔10與該第一側(cè)壁分隔開的第 二側(cè)壁22’的外表面。在圖2a中，表面2低于最低基準(zhǔn)面(未示出)，從而由發(fā)射器30水平發(fā)射的光束 40被傾斜的反射面27向下反射至空氣與液體2’的界面2，并經(jīng)歷折射45，該折射將光束 40引導(dǎo)至探測器35。圖2b示出了相同的裝置1，該裝置具有高于最低基準(zhǔn)面(未示出)的液體2’的表 面2。在這種情況下，表面2處沒有折射發(fā)生，光束40從反射面27處被引導(dǎo)至底壁21，而 并非引導(dǎo)至探測器35。圖2c示出了圖2b所示實施例的一個變型，該變型中發(fā)射器30和探測器35被倒 置(或互換位置)并相應(yīng)地重新定向。在這種情況下，液體2’的表面2高于最低基準(zhǔn)面， 光束40從發(fā)射器30被引導(dǎo)至側(cè)壁22’的非反射部分而不是反射面27。對本領(lǐng)域技術(shù)人員 顯而易見的是，發(fā)射器和探測器倒置與否對液位探測并不是決定性的。尤其是，光束先被反 射再被折射還是與之相反也無關(guān)緊要。不過，在圖2b中，未探測到的光束40止于底壁21， 而圖2c中未探測到的光束40止于側(cè)壁22’。優(yōu)選這種方式還是那種方式，這取決于結(jié)合有 這種裝置1的機器的一般構(gòu)造，例如為了避免不期望的光泄露至裝置以外。圖3a中，通過使光束40偏轉(zhuǎn)經(jīng)過以下過程而探測液體2’的較低液位2 在側(cè)壁22’的外表面27上的第一次反射；和類似于前述實施例中的折射45 ；以及經(jīng)由底壁21的內(nèi) 反射面28的第二次反射。
在圖3b中，液體2’的液位2高于最低基準(zhǔn)面(未示出)，在反射面27處的第一次 反射后，光束40沒有經(jīng)由界面2折射，而是停留在相同介質(zhì)中，直到到達(dá)底壁21的離開第 二反射面28的位置處。因此光束40沒有返回到光探測器35。此外，如圖3a和3b所示，發(fā)射器和探測器組合在單個部件39中。反射和折射相 結(jié)合造成的特定構(gòu)造允許將這兩個零件在實體上組合在一起，因為光束40進入容器20的 進入點能夠定位成非常接近于出射點。這使得裝置1的制造步驟簡單化。圖4a和4b示出偏轉(zhuǎn)光路的另一個變型，發(fā)射和探測裝置39對應(yīng)于圖3a和3b所 示的裝置，但定位于容器20的底部21的下面，并向上定向。
圖4a和4b所示實施例具有單個反射面27并形成側(cè)壁22’的傾斜外表面。發(fā)射和探測裝置39和反射面27鄰近并圍繞內(nèi)腔10的底角而定位，所述底角形成 在側(cè)壁22’與底壁21的連接處。發(fā)射和探測裝置39可以剛性地安裝在PCB(未示出)上 并連接至它的控制單元。該PCB可在裝置39的附近延伸至底壁21以下以便優(yōu)化系統(tǒng)的制 造和組裝，并防止連接線路繞容器20延伸和系統(tǒng)內(nèi)必須分別安裝的電子元件增加。在圖4a中，液面2位于最低基準(zhǔn)面(未顯示)的下方。在這種情況下，由裝置39 在光發(fā)送輸出端發(fā)出的光束40進入內(nèi)腔10，在內(nèi)腔10中的液面或界面2處經(jīng)歷折射45， 隨后在反射面27上被偏轉(zhuǎn)，經(jīng)由形成了上文提及的內(nèi)腔10的底角的側(cè)壁22’的底部和底 壁21的周緣部分回到裝置39。在圖4b中，液體2’的表面2位于最低基準(zhǔn)面(未示出)的上方。在這種情況下， 由裝置39發(fā)出的光束40沒有經(jīng)過界面2折射至反射面27。因此，光束40沒有反射回到裝 置39。圖5a和5b示出了本發(fā)明的另一個實施例，用于探測充填的最高液位(未示出)。 通常該裝置可以用于在滴液式咖啡滲濾機(drip coffeepercolator machine)或所謂美式 咖啡機中測量杯子的充填液位。容器20具有固定在側(cè)壁22”上的頂壁21’，和經(jīng)由鉸接件21”’與頂壁21’相連接 的可動蓋件21”。側(cè)壁22”具有外部傾斜反射面29，該外部傾斜反射面是在頂壁21’附近所施加的 鏡面膜29的形式。裝置39鄰近頂壁21’定位成接近于由側(cè)壁22”和頂壁21’形成的上部角。如圖5a和5b所示，光束40的偏轉(zhuǎn)光路與將裝置旋轉(zhuǎn)180°后關(guān)于圖4a和4b所 示的偏轉(zhuǎn)光路類似。在圖5a中，表面2已經(jīng)到達(dá)內(nèi)腔10中的充填最高基準(zhǔn)面(未示出)，由裝置39發(fā) 出的光束40因此經(jīng)過折射界面2和反射鏡面29返回到裝置39，從而裝置39感測到返回的 光束40，指示已經(jīng)達(dá)到了充填的基準(zhǔn)面。在圖5b中，表面2低于基準(zhǔn)面(未示出)，光束40沒有折射到反射鏡29上。在這 種情況下，裝置39不會感測到任何返回的光束，指示內(nèi)腔未充滿。當(dāng)內(nèi)腔10是滿的即液體2’的表面2已經(jīng)到達(dá)基準(zhǔn)面時，與裝置39相連接的控制 單元(未示出)可以結(jié)束容器20的填充步驟，所述容器可以是用于滴液式咖啡設(shè)備的咖啡 杯。雖然如圖Ia至5b所示的這些實施例布置成一旦液面已經(jīng)到達(dá)基準(zhǔn)面，光束40就返回到光探測器35，39，但是對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，有可能使發(fā)射器、探測 器和反射面中的一個或兩個移位，使得在液面到達(dá)基準(zhǔn)面以前光束返回光探測器，然后，在 到達(dá)基準(zhǔn)面時，光束被偏轉(zhuǎn)離開光探測器。這后一種構(gòu)造尤其適合在液面到達(dá)基準(zhǔn)面時需 要移除容器的情況，例如需要排空或重新填充容器(依具體情況而定)。在這種情況下，由 于光束不再返回光探測器，所以容器的移除不會改變光束的探測狀態(tài)。提供了相同效果的液位探測系統(tǒng)的另一可選構(gòu)造能夠布置成僅在液面到 達(dá)基準(zhǔn) 面的情況下才使光束返回到探測器，如圖Ia至5b所示。不過，第二次反射和/或折射構(gòu)造 設(shè)置在容器外部，從而一旦容器被移除以便充填或清空便使光束返回至探測器。通常，液位 探測裝置被安裝在外殼中，容器可拆卸地安裝在該外殼上。該外殼包括反射面，該反射面設(shè) 置成如果和當(dāng)容器被移除則使光束返回至探測器。圖6a和6b中示意性地示出一個相應(yīng)的實施例，圖6a和6b示出了具有容器基座 50的圖4a和4b所示的液位探測器，該基座在其底部51中結(jié)合有發(fā)射和探測裝置39?；?座50還具有可選的直立壁52和定位成基本上面對裝置39 (例如基本上在裝置39的上方) 的反射面53。在圖6a中，液體2’的液位2已經(jīng)到達(dá)基準(zhǔn)面位置，由此光束40返回至裝置 39而改變了探測狀態(tài)，如有關(guān)圖4a和4b的說明所述。當(dāng)容器20從基座50中移除(通常 是為了重新填充物質(zhì))時，由裝置30發(fā)射的光束40被基座50的表面53反射回到裝置39， 從而自液體2’到達(dá)最低基準(zhǔn)面之時開始，在容器20被移除以重新填充之時和直到具有液 位2高于最低基準(zhǔn)面的液體2’的容器20被更換至基座50之中或之上，光束40的探測狀 態(tài)不發(fā)生改變。因此，當(dāng)這種重新充填后的容器被放回基座50中的適當(dāng)位置時，光束40的 探測狀態(tài)發(fā)生改變，例如，如圖4b所示。這種具有設(shè)有反射面的基座的構(gòu)造，可以與圖Ia至5b所示實施例中的任意一者 相結(jié)合。因此，特別地，這種在到達(dá)基準(zhǔn)面后移除容器時光束的探測狀態(tài)不發(fā)生改變的實 施例可能適于探測液體食物或飲料機(尤其是咖啡機)中容納水或其它成分的容器中的最 低液位。在這種情況下，液位探測器可以用來通過適當(dāng)?shù)慕换ソ缑嫦蚴褂谜咧甘驹谌萜鞅?部分或完全重新填滿之前不能操作機器。布置成探測容器中最高基準(zhǔn)面的到達(dá)和在容器被移除以將其清空之時保持這種 探測狀態(tài)的實施例可以與滴液式咖啡滲濾機或所謂美式咖啡機中的杯子結(jié)合使用。在這種 情況下，液位探測器可以用于通過適當(dāng)交互界面向使用者指示在全空或部分變空的容器放 在適當(dāng)位置之前不能操作機器。
權(quán)利要求
一種液位探測裝置(1)，該液位探測裝置用于關(guān)于基準(zhǔn)面(11)探測液體(2’)的上表面(2)，所述裝置包括容器(20)，所述容器具有底壁(21)和從所述底壁延伸的一個或多個側(cè)壁(22，22’，22”)，所述底壁和側(cè)壁限定用于容納所述液體的內(nèi)腔(10)；用于向所述內(nèi)腔發(fā)射光束(40)的光發(fā)射器(30，39)；用于反射所述光束的至少一個反射面(25，26，27，28，29)；和光探測器(35，39)，所述光探測器用于在反射后探測所發(fā)射的光束，所述發(fā)射器和探測器布置成，當(dāng)所述液體的所述表面通過所述基準(zhǔn)面時，由探測器探測的所述光束的探測狀態(tài)發(fā)生改變，其特征在于，所述發(fā)射器、探測器和反射面相對于所述內(nèi)腔定位和定向成使得所述發(fā)射的光束a)在傳播通過所述內(nèi)腔中的所述液體后可由探測器探測；和b)在所述液體的所述表面處可朝向或離開探測器地折射，從而所述探測狀態(tài)與該折射(45)相關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射器(30，39)、探測器(35，39)和 反射面布置成使得所述光束(40)可在所述液體表面(2)折射經(jīng)過所述反射面(25，26，27，28，29)中的至少一個至所述 探測器上，所述光束在折射前可選地可反射至另一反射面(27)上；或可在所述反射面中的至少一個(27)上反射，然后可折射(45)至所述探測器上或離開 所述探測器而沒有另外的反射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述容器(20)是可拆卸的，所述裝置 (1)布置成使得在所述液體(2’)的所述表面(2)通過所述基準(zhǔn)面(11)之后所述光束(40) 的探測狀態(tài)在移除所述容器(20)時保持不變，所述裝置(1)可選地構(gòu)造成使得在所述液體的所述表面通過所述基準(zhǔn)面后所述光束返回所述探測器(35，39)，所述裝 置包括另一反射面(53)，所述另一反射面用于在移除所述容器時將所述光束反射至所述探 測器上；或在所述液體的所述表面通過所述基準(zhǔn)面后所述光束不再返回所述探測器，在移除所述 容器時所述光束不能由所述探測器探測到。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置，其特征在于，還包括印刷電路板(PCB) (50)，所述發(fā)射器(30，39)具有剛性地安裝在所述印刷電路板上的光發(fā)生部件(31，39)，所 述探測器(35，39)具有剛性地安裝在所述印刷電路板上的光傳感器(36，39)，例如光敏元 件。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射器(30，39)包括 用于將光束(40)傳輸入所述容器(20)的光輸出端(33)，和/或所述探測器(35)包括用于 從所述容器接收光束的光輸入端(38)，可選地，所述發(fā)射器和探測器分別具有這樣的光輸 出端和光輸入端，使得所述光輸出端和光輸入端在所述容器的單個側(cè)壁(22)或底壁(21) 或頂壁(21’ )上或附近對齊，和/或在延伸至所述容器的所述內(nèi)腔(10)以外的區(qū)段上對 齊。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置，其特征在于，所述反射面(25，26，27，`28，29)是所述容器(20)的一部分、與所述容器成為一體或與所述容器相關(guān)聯(lián)，或者形成所 述容器的表面，所述反射面(25，26，27，28，29)中的至少一個可選地定位于所述容器的所 述底壁(21)、所述側(cè)壁(22’，22”)或頂壁之內(nèi)或之上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述反射面(25，26，27，29)中的至少一 個定位于所述容器(20)的所述內(nèi)腔(10)的外部，和可選地形成所述底壁(21)或所述側(cè)壁 (22’，22”)或頂壁的外表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述反射面中的至少一個(28)限定 所述容器(20)的所述內(nèi)腔(10)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置，其特征在于，包括多個反射面(25，26， 27，28)，所述多個反射面布置成使得發(fā)射的光束(40)在由所述探測器(35，39)探測到之前 被數(shù)次反射。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射器(30，39)和所 述探測器(35，39)沿著容器側(cè)壁(22)定位，所述反射面中的至少一個(25，26，28)定位于 所述底壁(21)上或者固定的或可動的頂壁例如蓋件上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射器(30，39)、所述探測器(35， 39)和至少一個所述反射面(25，26，27，29)鄰近于所述內(nèi)腔(10)的底角或頂角定位，所述 底角或頂角由側(cè)壁(22，22’，22”)和所述底壁(21)或頂壁(21’ )形成。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射器(30，39)、所 述探測器(35，39)和至少一個所述反射面(27)定位于至少一個容器側(cè)壁(22，22’ )上， 特別是定位于兩個相對或相鄰的側(cè)壁上，所述內(nèi)腔(10)在所述反射面(27)和所述探測器 (35，39)與發(fā)射器(30，39)之間延伸。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)射器(30，39)定位 和定向成發(fā)射光束(40)，所述光束以非垂直的角度進入所述內(nèi)腔(10)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置，其特征在于，所述容器(20)的所述內(nèi) 腔(10)是凸的。
15.一種液體食物或飲料機，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液位探測裝置(1)，用于關(guān)于基準(zhǔn)面(11)探測液體(2’)的上表面(2)，該裝置包括容器(20)，所述容器具有底壁(21)和一個或多個從底壁延伸的側(cè)壁(22，22’，22”)，所述底壁和側(cè)壁限定用于容納液體的內(nèi)腔(10)；用于向所述內(nèi)腔發(fā)射光束(40)的光發(fā)射器(30，39)；用于反射所述光束的至少一個反射面(25，26，27，28，29)；和用于在反射后探測所發(fā)射光束的光探測器(35，39)。發(fā)射器和探測器布置成使得當(dāng)液體表面經(jīng)過所述基準(zhǔn)面時，由探測器探測的光束探測狀態(tài)發(fā)生改變。發(fā)射器、探測器和反射面相對于內(nèi)腔定位和定向成使得發(fā)射光束在穿過內(nèi)腔中的液體后可被探測器探測到；和在液體表面處可朝向或離開探測器地折射，從而探測狀態(tài)與這種折射(45)相關(guān)。
文檔編號G01F23/292GK101832806SQ20101013572
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者M·朗, P·莫利, R·莫瑟爾 申請人:雀巢產(chǎn)品技術(shù)援助有限公司