专利名称：用于炊事器具的光学安全装置的制作方法
技术领域：
本发明用于家用电器，特别是如电炉或面包烘烤器这样的炊事器具。
本发明涉及一个能检测烟雾的安全装置，它能在不同工作条件下完成家用电器所需的安全功能。
因此，本发明将设计一种烟雾检测装置，更一般地说，它是检测具有一定遮光性物体(物体，使用者的手)的装置，并控制如面包烘烤器这样的家用电器的一些功能，例如停止-弹出或切断加热元件的电源。
现在已经有了用于微波炉的烟雾检测装置。资料US-A-5493119介绍了一种用于微波炉的烟雾或蒸汽检测装置。检测器包括一个光电二极管，以及两个光敏传感器，它可以接收穿过检测器，更确切地说是穿过光敏传感器所在的分析腔体的烟雾传输，反射和扩散的光学信号，分析腔体对于周围的光线或其它光源是不透光的。这个文件还描述了一个电子分析装置，以便检测在一个光敏传感器上信号的增强，和另一个光敏传感器上的信号减弱。这种检测器的问题是，在有环境光或杂光时，不能正确或有效地工作。其安装位置必须精确，以便躲过所有的杂光。由于烟雾必须导入一个检测室，这要求特别的安装工序，使得制造成本增加。
通过资料FR-A2609342我们还知道这样一种装置，它有一个烟雾要进入的腔体，一个光电二极管和一个光电三极管。这个资料还介绍了处理光电三极管输出信号的装置，最终是检测光电二极管发出信号的衰减。这种装置的缺点是需要有一个装有光学系统的分析腔体，以便排除环境光线和杂光对光电二极管和光学传感器的影响。另一个缺点是烟雾必须被引入分析腔体。
本发明的第一个目的是解决以前技术所存在的问题，设计一种用于炊事器具的有效，反应快的烟雾检测装置。
本发明第二个目的是在有物体接近烧制空间，妨碍空气自由流出这个空间时切断炊事器具的加热元件的电源，(妨碍空气自由流动)可能导致电器工作过热的严重后果，甚至引起火灾。
本发明的另一个目的是当使用者在器具使用过程中进行危险的操作时保护使用者。实际上，当使用者在操作器具或者试图放入手或金属物品时冒两种危险，烫伤的危险，或更严重地，触电的危险。安全装置是在使用者的手或其它任何物体接触有电的元件之前就切断了加热元件的电源，因此能避免所有的危险。另外，在切断电源的同时，支持面包片的架子从烤制位置弹开，并可以伴随着警告铃，这个警告铃可以提醒使用者抽回手。
因此，本发明的目的是设计这样一个光学系统，它可以在有环境光线的情况下正确工作，消除信号中环境光线的分量，还能控制并管理器具的工作。
本发明的另一个目的是设计一种便宜，方便使用，并能完成上述功能的装置。
本发明的另一个目的设计一种光学安全装置，用于检测烟雾，而不利用遮蔽环境光线的分析腔体。
本发明的目的是由这样一个安全光学装置实现的，它至少有一个光源，至少一个光学传感器，以及分析光学传感器测得信号的电子系统，用以检测由于信号所通过的光路阻塞而引起的信号减弱，其特征为光学传感器和光源安装在炊事器具上，不必对装置和/或光路进行遮光处理，以挡住炊事器具周围的光线。
本发明的目的也靠检测具有一定不透光性物体的过程来实现，它包括检测由于信号所通过的光路阻塞而引起的光学信号减弱，以及控制检测后电器的工作，其特征为(这个过程)包括-利用至少穿过炊事器具周围空间一部分的光线，-使用产生脉冲光线的光源，-使用具有滤波器的光学传感器，以便将光学传感器接收的信号过滤并分离出有用信号。
通过下面的描述将更好地理解本发明的其它优点和特点，作为例子的有关附图为-
图1为具有本发明装置的面包烘烤器。-图2为本发明装置光学系统的一个例子的示意图。-图3为本发明装置电子电路的示意图。-图4为本发明装置一个变例的电子电路的示意图。-图5为本发明装置另一个变例的电子电路的示意图。-图6，7，8，9和10是本发明装置光学系统的不同变例。-图11是本发明装置一个变例的剖视图。
图1显示一个炊事器具，例如面包烘烤器1，它有一个壳体3和一个烤制室2，面包片将放入烤制室中。
壳体3上有从面包烘烤器1两端突出的凸台3a，以便在一个凸台中安装光源10，在另一个凸台中安装光学传感器11，以便在烤制室2的上方构成从光源10到光学传感器11的光路17。光源10和光学传感器11也可以安装在其它地方，这并不超出本发明的范围。同样，也可以这样安装光源10和光学传感器11，使其定义的光路17穿过烤制室2。这样安装在面包烘烤器1上的光源和光学传感器10，11不必对装置设置遮闭炊事器具周围光线的装置。本发明装置的光学系统安装在环境光线，杂光或有妨碍的光线不可避免的地方。作为优点，光路通过面包烘烤器尺寸最大的方向。在一个变例中，也可以在壳体3上设置多对光源-光学传感器。光源-光学传感器对的设置方向最好垂直于面包烘烤器尺寸最大的方向。
光源10和光学传感器11的设置最好能够使光路穿过炊事器具，特别是面包烘烤器1附近的区域。通过这个附近区域，可以达到烤制室2的内部空间，或者达到烤制室2附近，最好是其上方的空间。烤或烧产生的烟雾将穿过这个空间。本发明的安全装置中还有一个光学系统，它安装在热空气柱18的附近，热空气柱位于炊事器具的附近，如图6所示的那样。将这个系统设在烤制室上方的从烤制室中出来的热空气流中，这使得这个装置不仅能够测到器具中冒出来的烟，还可以测到任何物体，使得使用者的手不可能在不停止电器工作的情况下进入器具的内部。
作为一个优点，光学系统有具有光圈16的聚焦系统14或准直系统15，光圈位于光学传感器11的前方。光学传感器与电子系统20相连，以便分析光学传感器11测得的信号，确定穿过光路17的信号减弱的程度。
图6为本发明装置中光学系统的一个例子。图7和图8中介绍了光学系统的两个变例。而图7示意性地显示了一个光束17a，它沿着光路17，穿过光圈16达到光学传感器11。光束17a在通过聚焦系统14过程中聚焦。
在图8的例子中，光束17a通过准直系统15成为平行光束。也可以考虑利用反射镜19或其它反射零件得到反射信号。这样构成的光路17可以使光源10和光学传感器11处于，例如面包烘烤器1的同一侧。聚焦系统14或准直系统15，以及光圈16也可以这样(位于同一侧)。图9显示了这样的例子。在本发明的另一个例子中，光源10和光学传感器11相邻排列，以便使光路17的入射角基本为零。
图10显示了光学系统的另一个实例，它利用一组反射镜形成多重反射，以构成复杂的光路17，根据使用情况覆盖更多的监视区域。还可以使用更简单或更复杂的反射镜系统19a。图19中的反射系统19a是由炊事器具，特别是面包烘烤器1，内部空间的三块涂有反射材料的表面构成。
图2为本发明安全装置光学系统的另一个实例。图中示意性地显示了光源10和光学传感器11，以及位于光路17上的偏振器12和分析器13。偏振器12和分析器13过滤光源发射的光学信号，它使发射的光线起偏振，并使光学传感器11接收到与通过偏振器12的光线具有相同偏振性的信号。这样系统可以减少杂光的影响。我们也可以使用其它已知的信号过滤系统，如彩色滤光器，这并不超出本发明的范围。
图11显示了本发明装置的另一个实例，它的光学传感器11装在一个通道3b的底部。通道上有一个与光路17对中的开口3c。开口3c最好与光圈16结合，以便减少杂光到达光学传感器11。相应地，开口3c的尺寸即所构成光圈16的形状。通道3b的内壁最好是吸光的。杂光的入射角比光路17的高，所以将被吸收，达不到光学传感器11，或者不能进入通道3b构成的井中。
电子系统20中最好包括自动标定系统，以便在每次机器使用时确定信号的门槛强度。这个门槛强度用于以优化的灵敏度检测位于光源10和光学传感器11之间的烟雾，或者检测位于光路17上的障碍物，而不受光学系统老化或损伤的影响。
图3显示一个可以完成本发明装置功能，特别是自动标定功能的电子系统20。自动标定功能是由闭锁式信号采集器24实现的，它通过开关L1和调节器11a与光学传感器11连接，(开关L1和调节器11a)提供的信号由下游的电子回路处理。闭锁式信号采集器24还通过由电阻R1，R2构成的差动电桥与地线相连。电子系统20中还有一个比较器22，其负输入端连接在位于电阻R1，R2之间的连接点E上。比较器22的正输入端通过一个开关L2连接在光学传感器11的输出端上。当开关L2关闭，相当于在比较器22的正输入端加了一个信号，即光学信号由转换器11a接收并转换成的电信号加在比较器22的正输入端上。闭锁式信号采集器24输出端的差动电桥上确定了一个低于信号采集电压，并与其成比例的电压。这个信号采集电压对应于烟雾检测阈值。
每次炊事器具或面包烘烤器1投入使用时，开关L1将在一段时间内保持接通状态，这段时间对应于采样阶段，以便在比较器22的负输入端上建立门槛电压。开关L1的打开和开关L2的关闭由未在图中显示的控制单元和程序单元控制。控制和程序单元控制使比较器22的输出端在采样阶段不起作用。
在连接点E处所建立的门槛电压直接取决于光学传感器11所接收的光学信号的强度。因此，在连接点E的电压值是炊事器具在每次使用开始时的状态。当闭锁式信号采集器24可以在足够长时间间隔中在连接点E处保持电压，开关L1将打开，这段时间间隔将能够满足烧制的需要。
在炊事器具或面包烘烤器1工作时，开关L2处于关闭状态，在比较器22的正输入端施加对应于光学传感器11接收的光学信号的电信号。光学信号的变化将影响比较器22正输入端上的电信号。这样，比较器22输出端S的电信号直接反应了在热空气柱18中是否有物体或物质，热空气柱18为检测区，物体或物质可以来自内部(烟雾)或外部(各种可能的物体，操作者的手)。
在正常工作状态，当作用在比较器22正输出端的电压高于连接点E处的门槛电压时，输出端S处于高电平状态。相反，当烟雾或物体至少遮住光学信号通道的一部分，作用在比较器22正输入端的电压降低，使得输出端S的电压转换成低电平状态。
输出端S向低电平的转换立即导致切断炊事器具的电源。根据需要，比较器22的正输入端和负输入端可以对调，这将改变输出端S切换的方向。在对应开关L1关闭的采样阶段，输出端S被抑制。
闭锁式信号采集器24作用在连接点E的门槛电压随时间变化，更确切地说，它受光学系统上的灰尘或损伤的影响和/或受所用光学系统或电子系统20老化的影响。具有这种安全装置的器具每次使用或接通电源时，本发明装置进行一次光学自动标定。
考虑到安全装置并不是仅仅作为两状态的光栏杆，这种自动标定功能是必须的。检测必须既适用于完全不透光的物体(如使用者的手)，也适用于透光率不同而遮蔽一部分光线的物体或物质(如烟雾)。对于后者，必须使对应这些物质存在的信号减弱阈值可以随装置的老化和/或损伤重新建立。以便使它的水平保持正确，使检测准确。
图4示意性地显示了本发明装置电子系统20的一个变例。这个变例改善了图3中的电子系统20。这个改善使其具有一个附加的功能控制连接点E处的门槛电压。第二个比较器26的负输入端与位于第二差动电桥的电阻R3，R4中间的附加连接点F连接，这个电桥连接在一个直流电源25上。第二比较器26的正输入端连接在闭锁式信号采集器24的输出端上。
第二比较器26在逻辑与门ET上施加一个控制信号U，逻辑与门同时接收比较器22的输出信号。这样逻辑与门ET向器具的的控制系统输出一个有效信号V。
实际上，第二比较器26输出的控制信号U与比较器22的输出信号S同时作用在逻辑与门ET上。当输出信号S和控制信号U同时处于高电平状态时，有效信号V处于高电平状态。这个状态对应于光学传感器11处于正常状态。
输出信号U处于低电平状态是由于一个很大的物体(挡住光路)或光学传感器11工作不正常。在这种情况下，第二比较器26的正输入端收到一个低于最低阈值的弱电平信号。对闭锁式信号采集器24输出的信号设置对应于连接点F处电压的最小阈值是为了在损伤或老化的情况非常严重时产生的光学信号和电信号非常弱时切断电源，与正常工作及保证器具安全的功能无关。电源25的电压和电阻R3，R4的电阻值的选择必须考虑到闭锁式信号采集器24提供的电压会有一些流失，这种流失是由于漏电引起的。这个系统也可以检测光源的失效。
这样，自动标定装置与一个控制信号门槛强度的电子系统连接，信号的门槛强度是炊事器具或面包烘烤器1每次接通电源时光学传感器11接收到的(信号强度)。另外，自动标定系统可以考虑电子和光学器件性能随时间的变化。电阻R1，R2，R3和R4的电阻值的选取要考虑系统所希望的灵敏度，以及所需要的最小检测阈值，以便使本发明的烟雾检测装置具有优化的性能。检测阈值必须适应于光路17的长度或光源10的功率，以及光学传感器11的灵敏度。
图5为本发明装置中电子系统的一个补充变例，在这个变例中，电子系统中有一个微控制器21，用于分析光学传感器11接收的信号，向比较器22提供(信号)，以及向逻辑或门OU提供信号R。逻辑或门也与比较器22的输出端S连接。比较器22的负输入端可以读转换器11a的输出信号，其正输入端与低于光学传感器11正常电压的固定门槛电压G连接。微控制器21通过它自己的计算检测烟雾，而比较器22用于检测器具因故障引起的光束中断。在这种情况下，必须立即切断电。这是靠比较器22的输出端S转换到高电平来实现的。这样，逻辑或门OU在微控制器21检测到烟雾或比较器22检测到光束意外中断时，发出停止命令信号T。这里必须用比较器22，这是因为它在非正常情况下的反应比必须进行计算的微控制器21快，在本发明装置的这个变例中，可以使用工作速度比较慢的微控制器21。
本发明的装置可以用于检测烟雾的安全装置，也可以用于检测对炊事器具特别是面包烘烤器1的危险操作。
在本发明的方法中最好使光速穿过炊事器具周围空间的至少一部分。这是因为光源-光学传感器不需要挡住环境光线，也不需要将烟雾引出。
本发明的方法包括使用脉冲光学信号，同时也可以使用光学，电子或数字滤波，以便过滤并识别光学传感器11接收的光学信号。
使用这种方法使得在炊事器具上使用本方法具有很大的灵活性。
实际上，本发明装置的功能使得可以取消仅仅用于检测烟雾的遮光室和分析腔体。这对检测物体接近工作室是必要的。物体接近工作室对炊事器具和/或对使用者将产生危险。这样，尽管光路17穿过具有环境杂光的空间或环境情况下，检测工作也可以有效地进行。
作为一个优点，光源发出的光学信号是一个脉冲光学信号。比较器22最好有一个触发输入21a。触发输入21a用于区分由于物体意外进入光路17导致的信号减弱，还是由于信号脉冲本身产生的信号减弱。实际上，例如方波状的脉冲信号具有周期的信号减弱，与意外物导致的信号减弱不同。比较器22的触发输入21a最好由微控制器21控制。微控制器21同时控制光源10。这样可以保证触发输入21a与光源10的频率同步。
方波形脉冲信号可以有不同的周期比。其它形状的脉冲信号也不超出本发明的范围。
用于本发明安全装置的光学信号的频率最好尽量远离50赫兹，以便能够有效地滤波。作为一个例子，频率最好大于或等于1500赫兹。由光学传感器11提供的电信号为与光学信号具有相同频率的方波。显然，光学传感器11与发光的光源10是兼容的。光源发出的光最好是可见光或红外光，最好在600纳米的波长范围附近。
脉冲信号可以使其与由照明或日光产生的杂波或混杂信号区分开来。除了折线混杂信号之外还有面包烘烤器的加热元件发出的可见光或红外光，这些光为连续光，电子系统20必须消除这些混杂信号。利用脉冲信号将能够达到这个目的。用本发明装置检测烟雾或物体是靠电脉冲信号方波幅值下降来实现的。
作为一个优点，电子系统20可以有一个由微控制器实现的数字滤波器。
作为一个优点，图1中具有本发明的光学装置的面包烘烤器具有功率较大的加热元件，但不会引起明火。这种面包烘烤器能适应各种不同的面包。
本发明的检测系统具有不容忽视的优点既使光源10和光学传感器11距离较远也能有很好的效果，这个距离可以达到甚至超过几十厘米。作为一个例子，光路可以达到30厘米。
与所预想的相反，由于传输距离导致的光学传感器11接收的信号减弱并不减弱装置的可靠性。
作为本发明装置的一个变例，处理光学传感器11接收到的信号的处理系统具有同步解码的能力，以便提取混杂在噪声中的有用信号。
具有本发明安全装置的面包烘烤器的另一个优点是它可以通过发出的烟雾检测出对于特定种类的面包由于设置错误而导致的烤制过度情况，因而在面包片被烤得太焦之前就切断面包烘烤器加热元件的电源。由于在完全烤焦或着火之前，烤制过度就会产生烟雾，因此，(切断电源之后的)面包片将还能食用。
图1中面包烘烤器的另一个优点为用挡住光学系统发出的光束的方法可以随时停止烤制，并将面包片弹出。
本发明的安全装置的优点还有它如前面解释的那样，具有防止触电或烫伤的安全装置。
本发明的安全装置在加热元件被切断电源和/或面包片弹出后仍然可以长时间作用，只要器具的温度大于确定值。在这种情况下，为了开始一个新的烤制过程，必须设置暂停或初始化装置。
本发明的装置还可以作为可移动装置，可以在标准的面包烘烤器上安装或拆下。烟雾检测系统可以装在壳体3的卡紧结构上，可以有一个警铃装置。
本发明的安全装置还可以用在电炉上，以便检测烧焦的烟雾，或者用于通风罩，以便根据检测到的烟雾量，确定通风功率。
权利要求
1.安全光学装置，它至少有一个光源(10)，至少一个光学传感器(11)，以及分析光学传感器测得信号的电子系统(20)，用以检测由于信号所通过的光路(17)阻塞而引起的信号减弱，其特征为光学传感器(11)和光源(10)安装在炊事器具上，不必对装置和/或光路(17)进行遮光处理，以挡住炊事器具周围的光线。
2.由权利要求1所描述的装置，其特征为光学传感器(11)装在通道(3b)的底部，通道有与光路(17)同心的开口(3c)。
3.由权利要求2所描述的装置，其特征为通道(3b)开口(3c)的前面有一个光圈(16)。
4.由权利要求1到3中任意一项所描述的装置，其特征为光学传感器(11)和光源(10)的设置使光路(17)穿过炊事器具的附近区域。
5.由权利要求1到4中任意一项所描述的装置，其特征为电子系统可以进行自动标定，以便在每次器具使用时确定光学传感器(11)所接收信号的强度阈值。
6.由权利要求5所描述的装置，其特征为电子系统(20)中有控制信号强度阈值的装置。
7.由权利要求1到6中任意一项所描述的装置，其特征为它有光学信号的聚焦装置(14)和准直装置(15)。
8.具有权利要求1到7中任意一项所描述装置的面包烘烤器(1)。
9.检测具有一定不透光性物体的过程，它包括检测由于信号所通过的光路(17)阻塞而引起的光学信号减弱，以及控制检测后电器的工作，其特征为(这个过程)包括-利用至少穿过炊事器具周围空间一部分的光线，-使用产生脉冲光线的光源(10)，-使用具有滤波器的光学传感器(11)，以便将光学传感器(11)接收的信号过滤并分离出有用信号。
10.由权利要求9所描述的过程，其特征为它使用频率大于或等于1500赫兹的光学信号。
11.能够实现权利要求9或10所描述过程的面包烘烤器(1)。
全文摘要
本发明涉及一种安全光学装置,它至少有一个光源(10),至少一个光学传感器(11),以及分析光学传感器测得信号的电子系统(20),用以检测由于信号所通过的光路(17)阻塞而引起的信号减弱。根据本发明,光学传感器(11)和光源(10)安装在炊事器具上,不必对装置和/或光路(17)进行遮光处理,以挡住炊事器具周围的光线。
文档编号A47J36/00GK1188629SQ9711935
公开日1998年7月29日 申请日期1997年10月8日 优先权日1997年10月8日
发明者雷米·莱克 申请人:Seb公司