专利名称：灰尘检测装置及装有该装置的电动吸尘器的制作方法
技术区域本发明涉及一种用于对穿过电动吸尘器中的空气通道的灰尘进行检测的灰尘检测装置和装有该装置的电动吸尘器。
背景技术：
在现有的灰尘检测装置中，有一种如下所述的用于电动吸尘器中的灰尘检测装置。
这种现有的灰尘检测装置的构成如图6及图7中所示。在图6及图7中，光发射单元230朝灰尘流过的空气通道内发出光线，光接收单元231接受从光发射单元230发出的光线，并输出与受光量相对应的信号。所述光发射单元230和光接收单元231对置着设在灰尘流经的空气通道的两侧(下面将光发射单元230和光接收单元231合起来称为灰尘传感器23)。从光接收单元231输出的信号Vs由第一放大单元232进行放大后，放大后的信号Va由第一脉冲变换单元235变换成脉冲Sa，再输入到灰尘判断单元238中。灰尘判断单元238对上述脉冲Sa的数量进行计数，同时对脉冲宽度进行测量。在脉冲宽度很宽亦即灰尘较大的场合下，即增加对脉冲Sa计数得到的值，进行补正。当灰尘判断单元238的计数值较大时，控制单元10则提高电动风机11的输入功率。这样一来，灰尘的颗粒越大，吸引灰尘的吸引力也就越强，从而就能以和灰尘相适应的最佳吸引力来进行吸尘(具体可参见日本专利公报特公平7-28847号公报)。
目前，随着生活环境的变化，人们对含有花粉等的室内灰尘的关心很高，希望能有一种可以检测出这些微小灰尘的电动吸尘器灰尘检测装置。
但是，在象现有的吸尘器中那样根据脉冲宽度来判断灰尘大小的场合下，如果灰尘相对于光接收单元231来说显得非常小的话，即使灰尘的大小有变化，脉冲宽度也几乎不发生变化。例如，当灰尘通过圆形的光接收单元231时，假设通过的灰尘为直径为X的球体、光接收单元的形状为直径Y的圆、通过速度为Z的话，则通过时间为(X+Y)/Z；这里，如果X＜＜Y的话，通过时间则为Y/Z，灰尘的大小对通过时间的变化几乎不产生任何影响，故判断灰尘的大小将变得非常困难。另外，在想直接通过经放大后的信号Va的变化来判断灰尘的大小的场合下，即使想同时分辨出沙粒和花粉，由于光接收单元231的受光量的变化与照到光接收单元231上的光中被遮挡住的面积成正比，而光接收单元231的尺寸一般比沙粒大，如(沙粒的直径)∶(花粉的直径)＝100∶1，受光量的变化的比率将成为1002∶12＝10000∶1。因此，要想正确检测出变化幅度如此之大的灰尘尺寸将是非常困难的。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的上述问题，其目的在于提供一种灰尘检测装置，其中包括灰尘检测单元、和用于将来自所述灰尘检测单元的信号进行放大的放大单元；所述放大单元具有与灰尘的大小相适应的多个放大倍数，能够按大小不同检测出含有细尘的灰尘。
本发明产生的技术效果如下。本发明中采用了具有与灰尘的大小相对应的多个放大倍数的多个放大单元，能够按灰尘大小不同检测出含有细尘的灰尘，再利用检测到的状态来控制电动风机的输入功率，使吸引力发生变化，因此在使用在比方说吸尘器中时，可以用与被清扫面中相适应的最佳吸引力进行吸尘。
本发明
具体实施例方式
概述如下。第1方案中的灰尘检测装置包括灰尘检测单元、和将来自所述灰尘检测单元的信号加以放大的放大单元，所述放大单元具有与灰尘的大小相适应的多个放大倍数。因此，可以向用户提供一种能够按大小不同检测出含有细尘的灰尘的电动吸尘器灰尘检测装置。
第2方案中的灰尘检测装置包括灰尘检测单元、和将来自所述灰尘检测单元的信号加以放大的放大单元，所述放大单元具有多个滤波器单元，对与灰尘的大小和通过速度相对应的频带的频率成分进行放大后再使其通过。因此，可以向用户提供一种能够清除掉灰尘通过时的信号以外的噪声、从而能够可靠地检测出灰尘的电动吸尘器灰尘检测装置。
本发明的第3方案为，上述第1或者第2方案中所述的灰尘检测单元包括向灰尘流经的空气通道内放出光线的光发射单元；和接受从所述光发射单元发出的光、并输出与受光量相对应的信号的光接收单元。这里示出了灰尘检测单元的详细构成。
本发明的第4方案为，在第2方案中的放大单元中的多个滤波器单元的各个截止频率中，至少有一个被设定成不同的频率。这样，放大单元可以分别以所检测的灰尘大小的信号为中心进行放大，从而可以更加可靠地按照灰尘的大小不同分别进行检测。
本发明的第5方案在第4方案的基础上又增加了多个放大单元，其中，滤波器单元的带通滤波器的截止频率最低或者滤波器单元中不具有带通滤波器的放大单元被用于检测比其它放大单元大的灰尘。这样，当有很大的灰尘进入时，由于光接收单元中的光变化时间长、或者通过速度慢，因此，输入的将是低频带的信号。通过使用与之相符的滤波器，就可以更加正确进行灰尘检测。
第6方案为，第2方案中包括多个放大单元，其中至少一个放大单元与其它放大单元并列设置，且共享相同的输入信号。这样，由于并排设置的放大单元中可以各自独立设定放大倍数和滤波器单元的截止频率，因此可以增加设定时的自由度。
第7方案为，第2方案中包括多个放大单元，其中至少一个放大单元用于将由其它放大单元的放大后的信号作进一步放大。这样，就无需将所有的放大单元相对于光接收单元连接成并联形式，可以提高相对于光接收单元的输出而言的放大单元输入阻抗，提高光接收单元的稳定性；另外，由于是对曾经经过放大的信号进行放大，故放大单元的放大倍数可以降低，与放大倍数有关的制造成本可以降低。
本发明的第8方案为一种电动吸尘器，其包括如上面的方案1～7中的任一个所述的灰尘检测装置、产生吸尘气流的电动风机、和控制所述电动风机的输入功率的控制单元。所述控制单元根据所述灰尘检测装置的输出信号来使所述电动风机的输入功率发生变化。这样，在装到(比方说)电动吸尘器中时，就可以根据被清扫面的状况用最佳的吸引力进行吸尘。
图1为本发明第1实施例中的电动吸尘器灰尘检测装置的方框图，图2为灰尘通过该实施例中的灰尘传感器时的状态的示意图，图3为灰尘通过该实施例中的灰尘传感器时的不同速度下的光接收单元受光量的变化示意图，图4为显示单元的正视图，图5为本发明第2实施例中的电动吸尘器灰尘检测装置的方框图，图6为现有电动吸尘器的方框图，图7为现有电动吸尘器中的灰尘传感器的截面图。
上述附图中，10为控制单元，11为电动风机，14为显示单元，23为灰尘传感器，141为沙粒强度显示部分，142为尘埃强度显示部分，230为光发射单元(灰尘检测单元)，231为光接收单元(灰尘检测单元)，232为第一放大单元，233为第二放大单元，235为第一脉冲变换单元，236为第二脉冲变换单元，238为灰尘判断单元，2320为第一放大器，2321为第一滤波器，2330为第二放大器，2331为第二滤波器。
具体实施例方式
(实施例1)下面通过附图对本发明中的实施例1进行描述。其中，与上面的现有单元中相同的构成部件被标上了相同的符号，并省略对其的详细描述。
图1为本发明实施例1的电动吸尘器中的灰尘检测装置方框图。在图1中，230和231为起灰尘检测部件作用的光发射单元和光接收单元，光发射单元230用于向灰尘流经的空气通道内发射出光线，光接收单元231用于接受从将光发射单元230输出的光，并且输出与受光量相对应的信号。光发射单元230和光接收单元231呈对置地设置在灰尘流经的空气通道中。从光接收单元231输出的信号Vs分别由第一放大单元232和第二放大单元233分别进行放大。第一放大单元232中包括第一放大器2320、和由运算放大器或数字信号处理器等高速运算处CPU等构成的第一滤波器2321，对Vs以特定的频带(以下称为“频带A”)为中心进行放大，其输出信号为Va；信号Va由第一脉冲变换单元235变换成脉冲信号，其输出信号Sa被输入到用于判断灰尘量及灰尘种类的灰尘判断单元238中。与此相同，第二放大单元233中也包括一个第二放大器2330、和由运算放大器及数字信号处理器等高速运算处理CPU等构成的第二滤波器2331，并将Vs以另一个特定的频带(以下称为“频带B”)为中心进行放大，其输出信号为Vb；信号Vb由第二脉冲变换单元236变换成脉冲信号，其输出信号Sb也被输入到灰尘判断单元238中。灰尘判断单元238根据Sa和Sb这2个输入信号来判断正在进行吸尘的场所中的灰尘尺寸和数量。另外，第一放大单元232的放大倍数被设定为能够检测出比直径200μm左右的沙粒大的灰尘，第二放大单元233的放大倍数则被设定为可以检测出从直径为20μm左右的花粉至第一放大单元所瞄准的200μm左右的灰尘。
下面对具有以上构成的电动吸尘器灰尘检测装置的操作情况进行说明。
在吸尘过程中，当灰尘流经空气通道内部时，从光发射单元230发出的光线被灰尘所阻挡，光接收单元231所接收到的光量将减少，输出电压Vs也将变小。这一信号Vs在通过第一滤波器2321时被第一放大器2320进行放大，成为信号Va。第一滤波器2321为由截止频率为fa1的高通滤波器及截止频率为fa2的低通滤波器构成的带通滤波器，以特定的频带A(fa1～fa2)为中心进行放大。这里的频率fa1及fa2为根据灰尘通过灰尘传感器23时的速度计算出的频率。
下面对频率fa1和fa2的计算方法进行具体描述。假定光发射单元230和光接收单元231分别呈直径为Y的圆形，要检测的灰尘呈直径为X的球体，当灰尘通过分别以对置的光发射单元230和光接收单元231为上底面和下底面的圆柱体(以下称为“区域R”)中时，光接收单元231的受光量将下降到最低。此时灰尘通过区域R的情况如图2中所示，光接收单元231的受光量变化如图3中所示。图2、3中示出了灰尘通过灰尘传感23时的5种状态(1)灰尘通过前，(2)灰尘与区域R的外壁面相交时(进入区域R中时)，(3)灰尘进入到区域R中时，(4)灰尘与区域R的外壁面相交时(从区域R中穿出时)，(5)灰尘通过后。这时的光接收单元231的受光量变化因灰尘的大小和通过灰尘传感器23时的速度不同而不同，灰尘越大，受光量的变化量也越大，其变化时间也将变长；通过速度越快，变化时间也就变得越短。第一放大单元232着眼于上述(2)中的受光量变化，通过第一滤波器2321过滤出这一受光量变化，再通过第一放大器2320进行放大。
设T为状态(2)的持续时间。当灰尘以速度Z进入到区域R的中心时，灰尘很小、X≤Y时，T＝X/Z；而灰尘很大、X≥Y时，则T＝Y/Z。
因此，如果光接收单元231的直径Y＝3mm，在希望第一放大单元232检测出比直径200μm左右的沙粒大的灰尘的场合下，由于要检测的灰尘大小X≥200μm，故200μm/Z≤T≤3mm/Z；通过速度Z的范围设定好之后，T以及与之相符合的频率fa1、fa2也能确定下来。第一放大单元232对其输入信号Vs用通过上述方法确定的频带fa1～fa2进行滤波、放大，其输出信号Va被输入到第一脉冲变换单元235中。这样一来，就可以清除掉噪声，只取出灰尘通过灰尘传感器23时的信号。
与第一放大单元232一样，第二放大单元233输出将Vs以特定的频带B(fb1～fb2)为中心进行放大后的信号Vb。考虑到fb1和fb2主要用于检测20μm左右的花粉，而且大于或等于200μm的灰尘由第一放大单元232进行检测，故要检测的灰尘大小X将是20μm≤X＜200μm，T将成为20μm/Z≤T≤200μm/Z。这样，通过速度Z的范围设定好之后，T及与之对应的频率fb1、fb2也就能决定。由于比起第一放大单元232来第二放大单元233中的频带B的带宽可以做得比较窄，故防噪声能力更强，且可以只对灰尘信号进行放大，放大倍数也就更高，从而可以对灰尘进行更正确的检测。
在实际的设计中，fa1、fa2、fb1和fb2还受到构成放大单元的电路元件、结构及灰尘通过区域R的位置等的影响，因此要考虑到运算放大器的特性、灰尘通过通道内时光发射单元230发出的光的漫反射、灰尘从区域R的中心以外的位置通过、以及即使灰尘从区域R的外面通过光接收单元231的受光量也要发生若干变化等等情况。另外，对于通过速度Z而言，由于即使在吸尘器用相同的风量进行吸尘的场合下灰尘通过传感器23的速度也因灰尘的大小不同而不同，灰尘越大其通过速度也就越慢，因此，用于设定检测较大灰尘的第一放大单元232中的滤波器的Z值需要通过(比方说)设定成低于第二放大单元233中的Z值等措施调整成与对要检测的灰尘进行计算时所使用的Z值。这样，通过将第一滤波器2321中的带通滤波器截止频率fa1设置成低于第二滤波器2331中的带通滤波器的截止频率fb1，成为与大灰尘相对应的频率，就可以更加正确地进行灰尘检测。
由这些放大单元放大后的信号Va、Vb分别被第一脉冲变换单元235和第二脉冲变换单元236变换成脉冲信号，这些脉冲信号Sa、Sb被输入到灰尘判断单元238中。然后，由灰尘判断单元238根据Sa、Sb这2个脉冲的数量来判断吸尘场所的灰尘大小和数量。另外，由于脉冲信号Sa是针对大灰尘的信号，与信号Sb不同，脉冲宽度因灰尘的大小不同而产生的变化量也很大，因此也对脉冲的宽度进行检测，来判断灰尘的大小。
控制单元10根据由上述灰尘判断单元238判断出的灰尘的大小和数量来使电动风机11的输入功率发生变化，以根据灰尘的种类设定出最佳的输入功率。例如，在检测出只有较小的细小灰尘的时候，由于不用提高吸引力也能将灰尘吸引起来，因此就不必将电动风机11的输入功率提高很多；相反，在检测出较大的灰尘的时候，则提高电动风机11的输入功率，以便将灰尘吸起。这样，就可以根据被清扫面的状况用最佳的吸引力进行吸尘。
另外，如图4中所示，显示单元14中包括用于针对不同大小的灰尘的沙粒强度显示部分141和尘埃强度显示部分142这二个强度指示器，分别通过显示出Sa和Sb的脉冲数量来显示出灰尘量变化情况，从而可以向用户报告被清扫面上的灰尘状况。
(实施例2)下面通过附图对本发明的实施例2进行描述。另外，对于与现有单元及上面的实施例1中相同的构成部件，这里只标上了相同的符号，省略对其的重复描述。
图5为本发明实施例2中的电动吸尘器灰尘检测装置的方框图。与实施例1中不同的是，第二放大单元233的设置有所不同，第一放大单元232的输出信号Va被输入到第二放大单元233中，从而在检测小灰尘的一侧进行二级放大。
采用这样的构成之后，由于相对于实施例1而言放大单元对于光接收单元231的输出信号的输入阻抗可以增加，故光接收单元的稳定性可以得到提高。此外，第二放大单元233检测更小的灰尘时的放大倍数可以提高，而且比起实施例1中由第一放大单元232独立进行放大的情况来放大倍数可以降低，因此可以降低与放大倍数有关的制造成本。但是反过来说，实施例1的构成中也具有这样的优点由于是将放大单元加以并列，滤波器单元的截止频率可以分别独立地进行设定，另外也不会受到其它放大单元产生的噪声的影响。
频带A及频带B的设定情况如下。设光接收单元231的直径Y＝3mm。在第一放大单元232的场合下，如果考虑检测出比直径为200μm左右的沙粒大的灰尘、且由第二放大单元233利用输出信号Va来瞄准直径20μm的灰尘的话，由于要检测的灰尘大小X≥20μm，20μm/Z≤T≤3mm/Z，因此通过速度Z的范围设定好之后，T及与之相符的频率fa1、fa2也将被决定。第一放大单元232在通过上述方法确定的频带fa1～fa2内对输入信号Vs进行滤波、放大，其输出信号Va将同时输入到第一脉冲变换单元235和第二放大单元233中。
对于第二放大单元233而言，考虑到主要是为了检测出20μm左右的花粉以及200μm以上的灰尘由第一放大单元232来检测，故要检测的灰尘的大小X为20μm≤X＜200μm，T则成为20μm/Z≤T≤200μm/Z。因此，通过速度Z的范围设定好之后，T及与之相符的频率fb1、fb2就能加以确定。由于第二放大单元233比起第一放大单元232来T的上限要小，因此，带通滤波器的频率fb1可以比第一放大单元232的fa1高，频带B的带域也可以变狭，因此抗噪声的能力可以增强，可以只对灰尘信号进行放大且放大倍数可以更高，从而可以更加正确地检测出灰尘。
另外，对于灰尘检测单元，上面虽然以光接收单元和光发射单元为例进行了描述，但是，只要是和光接收单元和光发射单元一样地能够进行灰尘检测的话，采用其他方式也是可以的。
综上所述，本发明中的电动吸尘器灰尘检测装置由于具有与灰尘的大小相适应的多个放大倍数，可以按大小对含有细小灰尘的灰尘进行检测，因此，在使用在电动吸尘器中的场合下，可以控制电动风机的输入功率使吸引力发生变化，实现与灰尘的大小相适应的控制，从而能以与被清扫面相适应的最佳吸引力进行吸尘。
权利要求
1.一种灰尘检测装置，其特征在于包括灰尘检测单元；和将来自所述灰尘检测单元的信号加以放大的放大单元，所述放大单元具有与灰尘的大小相适应的多个放大倍数。
2.一种灰尘检测装置，其特征在于包括灰尘检测单元；和将来自所述灰尘检测单元的信号加以放大的放大单元，所述放大单元具有多个滤波器单元，对与灰尘的大小和通过速度相对应的频带的频率成分进行放大后再使其通过。
3.如权利要求1或者2所述的灰尘检测装置，其特征在于所述灰尘检测单元包括向灰尘流经的空气通道内放出光线的光发射单元；和接受从所述光发射单元发出的光、并输出与受光量相对应的信号的光接收单元。
4.如权利要求2所述的灰尘检测装置，其特征在于对于放大单元中的滤波器单元的各个截止频率，至少有一个被设定成不同的频率。
5.如权利要求4所述的灰尘检测装置，其特征在于包括多个放大单元，其中，滤波器单元的带通滤波器的截止频率最低或者滤波器单元中不具有带通滤波器的放大单元被用于检测比其它放大单元大的灰尘。
6.如权利要求2所述的灰尘检测装置，其特征在于包括多个放大单元，其中至少一个放大单元与其它放大单元并列设置，且共享相同的输入信号。
7.如权利要求2所述的灰尘检测装置，其特征在于包括多个放大单元，至少一个放大单元用于将由其它放大单元的放大后的信号进行进一步放大。
8.一种电动吸尘器，其特征在于包括如权利要求1～7的任一项中所述的灰尘检测装置；产生吸尘气流的电动风机；和控制所述电动风机的输入功率的控制单元，所述控制单元根据所述灰尘检测装置的输出信号来使所述电动风机的输入功率发生变化。
全文摘要
本发明提供了一种可以按照灰尘的大小不同来检测出含有细小灰尘的灰尘检测装置，其中包括向灰尘流经的空气通道内发射出光线的光发射单元(灰尘检测单元230)；接受来自光发射单元(230)的光且输出与受光量相对应的信号的光接收单元(灰尘检测单元231)；和将来自光接收单元(231)的信号加以放大的放大单元(232、233)。所述放大单元(232、233)具有与灰尘的大小相对应的多个放大倍数，从而可以提供一种能够按照灰尘大小不同检测出含有细尘的灰尘的灰尘检测装置。
文档编号A47L5/12GK1891129SQ20061009461
公开日2007年1月10日 申请日期2006年6月21日 优先权日2005年6月28日
发明者伊藤昭人, 大岛裕夫, 上野圣一, 妹尾裕之 申请人:松下电器产业株式会社