自动液体分配器以及自动液体分配方法

专利名称：自动液体分配器以及自动液体分配方法
技术领域：
本发明涉及自动液体分配器。通常来说，液体分配器安装在冰箱或 净水器上以使得用户可容易地提取其中存储的液体。具体的，安装在冰 箱上的液体分配器设计成使用户可从外部提取液体而无需打开冰箱门。
背景技术：
图1是示出根据现有技术的液体分配器安装在冰箱上的状态的透视
图。冰箱100的门110的正面安装有液体分配器120。
液体分配器120具有容器容纳室130，在液体分配器120内安装有 用于喷出液体的液体注射键(未示出)。当用户将容器140插入冰箱100 的门110的正面上安装的液体分配器120的容器容纳室130内并按下液 体注射键时，只有在液体注射键被按下时液体才会被注入容器140。
如果在冰箱上安装了液体分配器，则不需要打开冰箱门，因此冰箱 内的冷气不会泄露到外部，从而可降低冰箱的功耗，并进一步延长或保 持冰箱内存储的食物的新鲜度。
目前已经试图开发自动分配的液体分配器，其主要目的在于为用户 提供方便。

发明内容
第一 目标是提供一种自动液体分配器和自动液体分配方法，该自动 液体分配器和自动液体分配方法能够向容器的上表面发射超声波并接收 从容器的上表面反射回的超声波以检测容器高度，从而不管容器的形状、 材料和表面状态如何并且不管容器的放置位置如何，均可自由地检测容 器高度。
第二目标是提供一种能够使用超声波以与使用光相比降低制造成本
的自动液体分配器和自动液体分配方法。
第三目标是提供一种适于在容器容纳室上安装能够将容器精确地设 置在喷嘴下方的容器设置器的自动液体分配器和自动液体分配方法，因 此从喷嘴注射出的液体可仅被输入放置在容器容纳室上的容器，从而防 止液体飞溅。
在本发明一方面，自动液体分配器包括容器高度测量器，该容器高 度测量器向容器的上表面生成超声波并接收从该容器的上表面反射回的 超声波以生成信号；测量容器内的液体的液位的液位检测器；将液体注 射到容器内的液体注射器；和使用容器高度测量器和液位检测器生成的 信号控制液体注射器的控制器。
在本发明另一方面，自动液体分配方法包括向容器的上表面发射超 声波并接收从容器的上表面反射回的超声波以测量容器高度，将液体注 射到容器内，接收从液体的上表面反射回的超声波以测量液位，并且如 果检测到的液位达到预定值则停止液体注射。
在本发明又一方面，自动液体分配器包括将液体注射到容器内的液 体注射器，检测容器高度的第一超声波传感器，检测容器内的液体的液 位的第二超声波传感器，和控制器，该控制器使用第一超声波传感器检 测到的信号确定容器高度，根据所确定的容器高度来确定可输入容器内 的液体的液位，并且使用第二超声波传感器检测到的信号确定被输入容 器中的液体的液位，从而控制液体注射器的工作。


图1是示出根据现有技术的液体分配器设置在冰箱内的状态的透视图。
图2是示出根据第一示例性实施方案的自动液体分配器的示意性框图。
图3A-3C是示出根据第一示例性实施方案的自动液体分配器的容器 接触单元的示意图。
图4A和4B是概念图，它们示出在根据第一示例性实施方案的装有
按钮式容器接触单元的自动液体分配器中测量容器高度的概念。
图5是示出在根据第一示例性实施方案的自动液体分配器中测量容 器高度的概念的概念图，在该自动液体分配器中设置有使用压力传感器 的容器接触单元。
图6是示出根据第一实施方案的用于驱动自动液体分配器的方法的 流程图。
图7A和7B是示出根据第一实施方案的自动液体分配方法的工作流 程图。
图8是根据第一实施方案测量出的由超声波接收传感器接收到的超 声波信号的曲线图。
图9是示出根据第二示例性实施方案的自动液体分配器的示意性框图。
图10A-10D是示出根据第二示例性实施方案的用于驱动自动液体分 配器的方法的示意性概念图。
图11是示出根据第二示例性实施方案的液体注射器和超声波传感器 的设置状态的示意图。
图12是示出根据第二示例性实施方案的用于测量容器内的液体的 液位的超声波接收传感器的示意性截面图。
图13是示出根据第二示例性实施方案的用于测量容器内的液体的 液位的超声波接收传感器的示意图。
图14是示出根据第二示例性实施方案的另一种用于驱动自动液体 分配器的方法的流程图。
图15是示出根据第三示例性实施方案的自动液体分配器的结构的 示意性截面图。
图16是根据第三示例性实施方案的自动液体分配器内的控制器的 功能框图。
图17A和17B是说明从容器的上表面反射的超声波和从容器内液体 的上表面反射的超声波的曲线图，其中根据第三示例性实施方案由第一 和第二超声波传感器检测超声波。
图18是示出根据第四示例性实施方案的具有容器设置器的自动液 体分配器的示意性结构图。
图19是示出根据第四示例性实施方案的容器和液位检测器的结构 的概念图。
图20是示出根据第四示例性实施方案的容器、液位检测器和容器设 置器的示意性透视图。
图21是示出根据第四示例性实施方案的传感器模块和容器设置器 之间的设置关系的截面图。
具体实施例方式
结合附图从下文的详细说明中可更清楚地理解本说明的特征和本质。
图2是示出根据第一示例性实施例的自动液体分配器的示意性框 图，其中自动液体分配器包括容器高度测量器200，该容器高度测量器 200向容器的上表面发射超声波并接收从容器的上表面反射回的超声波 以生成信号，输出与容器高度测量器200生成的信号有关的控制信号的 控制器210，响应于控制器210的控制信号而将液体注入容器的液体注射 器220，和响应于控制器210的控制信号而检测容器内的液体的液位的液 位检测器230。
液位检测器230测量容器内的内容物的高度。
这样描述的自动液体分配器内的自动液体分配方法是这样的方法， 当用户放入容器时，从容器高度测量器200向容器的上表面发射超声波， 并且容器高度测量器200接收从容器的上表面反射回的超声波并生成信 号。 ；
随后，将容器高度测量器200生成的信号输入控制器210，该控制 器210继而向液体注射器220和液位检测器230输出控制信号。
当输入控制器210的控制信号时，液体注射器220将液体注入容器， 且同时液位检测器230实时检测被注入容器的液体的液位。
此时，如果液位检测器230检测到的液体的液位高于相对于容器高
度的预定液位，则控制器210输出控制信号以最佳地结束液体注射器220
的液体注射。
液体注射的结束优选地通过比较预先存储的相对于容器高度的液位 值与检测到的容器高度和液位来执行。
其间，自动液体分配方法还优选地包括检测容器是否存在的容器检 测步骤，和确定用户希望的液位的步骤。
优选地是，通过计算至少重复两次容器高度测量和液位检测而获得 的平均值来执行容器高度的测量和液位检测。
更优选地是，使用至少两个以上的超声波接收器的信号来检测容器 高度，，每个超声波接收器设置在不同的高度处，并且使用超声波接收器 中的最接近液体注射器的超声波接收器的信号来检测液位高度。
因此，本发明的一个优点是由于向容器的上表面上发射超声波，并 接收从容器的上表面反射回的超声波以检测容器高度，所以不管容器的 形状、材料、表面状态和位置怎样，均可自由地检测容器高度。
另一个优点是使用超声波的自动液体分配器的制造成本低于使用光 的自动液体分配器的制造成本。同时，优选地是，自动液体分配器还包括用于检测容器的容器传感 器，和用于输入待注射的液体的液位的输入单元。
控制器优选地将预先存储的相对于容器高度的液体液位值与由容器 高度测量器和液体检测器检测到的相对于容器高度的液体液位值进行比 较，从而控制液体注射器的工作。
此外，优选地是，自动液体分配器还包括容纳容器的容器容纳室。 此时，容器容纳室优选地具有用于标明容器容纳点的标记。
此外，优选地是，容器高度测量器和液位检测器包括超声波发射传 感器和至少两个超声波接收传感器，并且该标记形成在超声波发射传感 器的垂直下方。
容器高度测量器和液位检测器可包括至少一个超声波发射传感器和 至少两个超声波接收传感器，并且该标记可形成在任何一个超声波接收 传感器的垂直下方。该标记可形成在液体注射器的垂直下方。
此外，优选地是，容器高度测量器和液位检测器包括至少一个超声 波发射传感器和至少两个超声波接收传感器，并且该标记的半径是包含 超声波发射传感器、液体注射器和超声波接收传感器中的任何一个的圆 圈的半径的80-150%。
此外，优选地是，容器高度接收器和/或液位测量器的测量带在2厘
米到l米的范围内，并且最优选地是，容器高度接收器和/或液位测量器
的测量带在2厘米到60厘米的范围内。
图3A到3C是示出根据第一示例性实施方案的用于驱动自动液体分 配器的自动液体分配方法的示意性概念图，其中首先设定待注入容器310 的液体340的液位(图3A)。设定的液位是与容器310的大小无关的液 体340的液位。此外，该液位可通过用户按下操作键来设定。
换句话说，如图4A和4B所示，即使第一容器311和第二容器312 的宽度和高度不同，仍将低于第一容器311和第二容器312的各个高度 (Ha， Hb)的预定高度视作待注射的液体的液位。例如，如果液体填充 到容器高度的80%，则容器高度的80%将被看作是设定的待注射液体的 液位。
如上文提到的，第一容器311和第二容器312彼此不同，其中第一 容器311的宽度为"W"，髙度为"Ha"，而第二容器312的宽度为"W1"， 高度为"Hb"。
现在，如果容器310被放置在液体注射器下方，则向容器的上表面 发射超声波并接收从容器的上表面反射回的超声波，容器高度测量器使 用由反射回的超声波生成的信号来测量容器高度(图3B)。
容器高度测量器包括至少一个超声波发射传感器410和至少两个超 声波接收传感器421， 422。
换句话说，超声波发射传感器410发射超声波，而发射的超声波从 容器310的上表面反射回并被超声波接收传感器421、 422接收，以能够 检测容器310的高度(h)。
优选地是，超声波接收传感器421、 422的增益值低于其他超声波接 收传感器的增益值，从而检测不到从容器的边缘即容器的上表面反射回
的超声波。
此外，优选地是，容器高度测量器和液位检测器分别包括一个超声 波发射传感器和三个超声波接收传感器。
测量了容器310的高度后，液体注射器400将液体注入容器310中， 直到液位高于设定的液位(图3C)。液位检测器实时检测被注入容器310 的液体的液位。此时，液位检测器优选地包括超声波接收传感器421、 422 之一。更准确地说，在两个超声波接收传感器421、 422中只有一个超声 波接收传感器检测容器310内的液体的液位。
换句话说，从超声波发射传感器410发出的超声波从容器内的液体 的上表面反射回并被一个超声波接收传感器421接收，由此可检测液位。
如果超声波接收传感器检测到的液位达到高于预定液位的液位，则停止 注射器400的注射。
其间，优选地是，使用两个超声波接收传感器421、 422中增益值最 低的超声波接收传感器421所接收的超声波来检测液位。
图5是示出根据第一示例性实施方案的超声波发射传感器410和一 个超声波接收传感器421如何设置的概念图，其中超声波发射传感器410 和多个超声波接收传感器421、 422、 423设置在液体注射器400周围。
此时，如图5所示，超声波发射传感器410和超声波接收传感器421 距液体注射器400的距离(dl,d2)优选地小于其它超声波接收传感器422、 423距液体注射器400的距离(d3,d4) (dl〈d3， dl〈d4， d2<d3， d2〈d4)。
优选地是，从邻近液体注射器400的超声波接收传感器421检测液 位。此外，最接近液体注射器400的超声波接收传感器421参与容器高 度的测量，并且其增益值设计成相对低于其它超声波接收容器422、 423 的增益值，从而可最低限度地检测到或根本不能检测到从液体的上表面 反射而接收的超声波信号。
优选地是，超声波发射传感器410的射束角在60-150度的范围内。 此时，在超声波接收传感器421、 422、 423的射束角大于150度时发生 干扰。优选地是，超声波发射传感器和超声波接收传感器均附有噪声吸 收材料。换句话说，如果使用多个超声波接收传感器，则从各个超声波接收 传感器接收到的超声波产生干扰，这使得难以精确地分析液体的高度或 液位，因此使用噪声吸收材料来包裹超声波发射和接收传感器的外壁的 全部或一部分，以使得超声波的干扰最小。
此外，超声波发射传感器优选地形成为最接近液体注射器。每个超 声波接收传感器优选地在与液体注射器不同的位置处形成。优选地是， 通过来自最接近液体注射器的超声波接收传感器的信号来检测液位。
图6是示出根据第一实施方案的用于驱动自动液体分配器的方法的 流程图，其中设定待注入容器的液体的液位(SIO)。
容器内的液体的液位是被注射到自动液体分配器内容纳的容器内的 液体的饱和量。
例如，如果液体被输入具有高度(a)的容器，则当容器的高度(a) 为100%时，在50-80%的范围内设定待注入容器的液体的液位。然后， 将容器插在自动液体分配器下方(S20)。从超声波发射传感器生成超声 波(S30)。
随后，从超声波发射传感器生成的超声波从容器的上表面反射回， 并且从容器的上表面反射回的超声波被多个超声波接收传感器接收以检 测容器高度(S40)。从自动液体分配器将液体注入容器(S50)。
检测被注入容器的液体的液位(S60)，其中容器内的液体的液位的 检测优选地由多个超声波接收传感器中的一个执行，并且从自动液体分 配器注射液体开始到液体注射结束为止，实时地连续执行该检测。
确定检测到的液位是否高于设定的液位(S70)。如果检测到的液位 高于设定的液位，则自动液体分配器结束液体注射。
图7A和7B是示出根据第一实施方案的自动液体分配方法的执行的 流程图，其中图7A和7B内的流程在图6的自动液体分配方法中的自动 液体分配之前(在S30的执行之前)且在容器被容纳在自动液体分配器 内之后执行。
换句话说，如图7A所示，在容器被容纳在自动液体分配器内(S20) 之后，确定驱动开关是否被启动(S21)。驱动开关设置在自动液体分配
器上，使得在用户将容器容纳在分配器内之后，可通过按下该开关来执 行自动液体分配。
如果驱动开关被启动，则执行从超声波发射传感器生成超声波的步 骤(S30)。
现在，参照图7b，在容器已被容纳在自动液体分配器内(S20)之 后，自动液体分配器确定是否已经检测到容器(S22)。优选地使用检测 传感器执行容器检测。如果检测到了容器，则超声波发射传感器生成超 声波(S30)。
图8是根据第一实施方案测量出的由超声波接收传感器接收到的超 声波信号的曲线图，其中从一个超声波发射传感器发出超声波，并且该 超声波发射传感器发射的超声波从容器的上表面(容器的上缘)和液体 的表面反射而被三个超声波接收传感器接收。图8示出测量出的由超声 波接收传感器接收到的超声波信号的曲线图。
如上文提到的， 一个超声波接收传感器的增益值被设定为低于其他 超声波接收传感器的各增益值，使得检测不到从容器的上表面反射回的 超声波。
结果，在从容器的上表面反射回的超声波中、由增益值被设定为较 低的超声波接收传感器接收的超声波几乎没有幅值，并且其峰值没有在 该曲线图上示出。
从另两个超声波接收传感器发出并从容器的上表面反射回的超声波 在曲线图上示出为峰值"A"和"B"。
再次参照图8，可见超声波接收传感器接收到的峰值"A1"、 "B1"和 "C1"，其中这些峰值是从被注入容器的液体反射回而被超声波接收传感 器接收到的超声波的峰值。此外，从该曲线图中可知容器高度和液位。
换句话说，因为距离等于速度乘以时间并且超声波的速度是已知的， 所以唯一要做的就是测量时间。因此，如果测量出到"D"和"F'的时间(由 与容器的高度相关的超声波峰值"A"和"B"示出)，则可计算出容器高度。 此外，如果测量出到"F"的时间(由与液位相关的超声波峰值"C1"示出)， 则可得到被注入容器的液体的液位。
图9是示出根据第二示例性实施方案的自动液体分配器的示意性框图。
参照图9，自动液体分配器包括容器高度测量器201，该容器高度测 量器201向容器的上表面发射超声波并接收从容器的上表面反射回的超
声波以多次测量容器高度，计算由容器高度测量器多次测量的容器高度
的平均值以确定容器高度的容器高度确定器240，将液体注入容器的液体 注射器220，存储相对于容器高度的液位作为预定数据的存储器250，检 测容器内的液体的液位的液位检测器230，和比较器260，该比较器接收 该容器高度确定器240确定的容器高度和液位检测器230检测到的液位， 并将液位与存储器250内存储的预定容器高度进行比较。
容器高度测量器201、容器高度确定器240、液体注射器220、存储 器250、液位检测器230和比较器260均由控制器210控制。
容器高度测量器201包括超声波发射传感器和多个超声波接收传感 器，其中超声波发射传感器向容器的上表面发射超声波，并且多个超声 波接收传感器中的一个首先接收到从容器的上表面反射回的超声波，其 中优选地多次测量容器高度。
液位检测器230优选地是容器高度测量器201的多个超声波接收传 感器中的最接近液体注射器220和超声波发射传感器的超声波接收传感 ^&。
如果液位检测器230是最接近液体注射器220和超声波发射传感器 的超声波接收传感器，则该超声波接收传感器多次测量容器内的液体的 液位。
优选地是，自动液体分配器还包括液位确定器(未示出)，该液位确 定器通过计算由该超声波接收传感器多次测量的液位的平均值来确定液 位。此时，比较器260接收该液位确定器确定的液位。
当用户将容器容纳在上述自动液体分配器内时，控制器210向容器 高度测量器201输出要求向容器的上表面发射超声波的控制信号。
随后，超声波高度测量器201中的超声波发射传感器向容器的上表 面发射超声波，并且多个超声波接收传感器接收从容器的上表面反射回
的超声波。此时，多个超声波接收传感器中的首先接收到反射回的超声 波的超声波接收传感器多次测量容器高度。术语"多次测量容器高度"是 指从液体被注入容器开始到液体注射结束为止实时地连续测量该高度。
此后，容器高度确定器240计算被容器高度测量器201多次测量的
容器高度的平均值，并确定容器高度。
如果容器高度确定器240确定了容器高度，则控制器210向液体注 射器220发送控制信号，液体注射器220开始向容器注入液体。
随后，如果液体注射器220开始向容器注入液体，则液位检测器230 检测容器内的液体的液位。
此时，存储器250存储了用户期望的相对于容器高度的液位作为预 定数据。例如，将容器高度的80%设定为液位，并且将设定的数据存储 在存储器内。
比较器260接收容器高度确定器240确定的容器高度和液体检测器 230检测的液位，并将存储器内预先存储的相对于容器高度的预定液位与 容器高度确定器240确定的容器高度和液体检测器230检测的液位进行 比较。
如果容器内的液位等于或大于相对于容器高度的预定液位，则控制 器210向液体注射器220发送控制信号以终止液体注射。
因此，上述自动液体分配器的一个优点是可向容器的上表面发射超 声波，并且可接收从容器的上表面反射回的超声波以检测容器的高度， 从而不管容器的形状、材料和表面状态以及容器的放置位置如何均可自 由地检测容器高度。
另一个优点是与使用光的自动液体分配器相比，该自动液体分配器 可使用超声波以降低制造成本。
图IOA到IOD是示出根据第二示例性实施方案的用于驱动自动液体 分配器的方法的示意性概念图。
首先，相对于容器310的高度(h)设定待注射到容器310内的液体 340的液位(hl)(图IOA)。设定的液位(hl)与容器310的大小成比例， 即容器的70%。此外，可由用户按下操作键来设定液位。
当容器310被容纳在液体注射器400下方时(在该液体注射器周围 设置有超声波发射传感器410和多个超声波接收传感器)，超声波发射传 感器410向容器310的上表面发射超声波(图10B)。
此后，超声波接收传感器421、 422、 423中的首先接收到从容器310 的上表面反射回的超声波的超声波接收传感器421多次测量容器高度， 并计算多次测量的容器高度的平均值以确定容器高度(图10C)。首先接 收到从容器310的上表面反射回的超声波的超声波接收传感器可根据容 器310的位置、宽度和高度而改变。
最后， 一旦容器高度被确定，则液体注射器400将液体注射到容器 310内直到预定液位(图IOD)。
当最接近液体注射器400的超声波接收传感器确定了液位并且液体 达到预定液位时，液体注射器400结束液体的注射，液位检测器实时地 检测容器310内的液体的液位。
图11是示出根据第二示例性实施方案的液体注射器和超声波传感器 的设置状态的示意图，其中超声波发射传感器410和多个超声波接收传 感器421、 422、 423、 424设置在液体注射器400周围。
超声波发射传感器410和多个超声波接收传感器421、 422、 423、 424可在液体注射器400周围自由地设置，其设置并不局限于图4所示的 设置。
如果在液体注射器400下方设置具有不同宽度的容器321、 322，并 且从超声波发射传感器410发射的超声波首先到达超声波接收传感器 423，则在具有窄宽度的容器321的情况下容器高度仅由超声波接收传感 器423测量。
此外，在具有宽宽度的容器322的情况下，如果超声波发射传感器 410生成的超声波首先并最主要到达超声波接收传感器422，则容器高度 仅由超声波接收传感器422测量。
此时，超声波发射传感器410的射束角优选地在30-150度的范围内。 如果射束角等于或大于150度，则发射出的超声波直接传播到超声波接 收传感器421、 422、 423、 424而发生干扰。因此，优选地是，超声波接
收和发射传感器的外壁涂覆有噪声吸收材料。
换句话说，使用多个超声波接收传感器会导致超声波中的干扰，这 使得难以精确地分析容器高度和液位，从而使用噪声吸收材料包裹超声 波发射传感器和超声波接收传感器的外壁的全部或一部分，以使超声波 的干扰最小。此外，优选地是，超声波接收传感器的测量带在2厘米到1 米的范围内。
图12是示出根据第二示例性实施方案的用于测量容器内的液体的 液位的超声波接收传感器的示意性截面图，其中使用最接近超声波发射
传感器410和液体注射器400的超声波接收传感器来测量液位。
参照图12，在超声波发射传感器410和多个超声波接收传感器421a、 422a、 423a设置在液体注射器400周围的情况下，因为超声波接收传感 器422a最接近超声波发射传感器410和液体注射器400，所以超声波接 收传感器422a测量液位。超声波发射传感器410距超声波接收传感器 422a的距离短于超声波发射传感器410距其它超声波接收传感器423a、 421a的距离，使得超声波接收传感器422a是最接近超声波发射传感器 410的超声波接收传感器。
图13是示出根据第二示例性实施方案的用于测量容器内的液体的 液位的超声波接收传感器的示意图，其中超声波发射传感器和多个超声 波接收传感器可被自由地设置。
在超声波发射传感器410和六个超声波接收传感器421b、 422b、 423b、 424b、 425b、 426b设置在液体注射器周围的情况下，考虑到超声 波发射传感器410距超声波接收传感器421b、 422b、 423b、 424b、 425b、 426b的距离，因为D11短于D12到D16，所以由超声波接收传感器421b 测量液位。此时，测量液位的超声波接收传感器必须距液体注射器最近。
图14是示出根据第二示例性实施方案的另一种用于驱动自动液体 分配器的方法的流程图。
首先，设定待注入到容器内的液体的液位(SIO)。此时，容器内的 液位是相对于插入自动液体分配器的容器高度的待注入该容器内的液体 的饱和高度(％)。例如，如果液体被注入具有高度(a)的容器，则当容
器的高度(a)为100。/。时，待注入容器的液体的液位被设定为30-80%。
将容器容纳在液体注射器下方(S20)。随后，从超声波发射传感器 发射超声波(S30)。超声波发射传感器生成的超声波从容器的上表面反 射回，并且从容器的上表面反射回的超声波被多个超声波接收传感器接 收，由超声波首先和最主要到达的超声波接收传感器测量容器的高度 (S40)。
此后，从液体注射器将液体注射到容器内(S50)。待注入容器的液 体的液位由多个液体接收传感器中的一个测量(S60)。此时，液体的液 位优选地由多个超声波接收传感器中的最接近超声波发射传感器和液体 注射器的超声波接收传感器测量。此外，从自动液体分配器注射液体开 始到液体注射结束为止实时地连续执行容器内的液体液位的检测。
然后，确定检测到的液位是否高于设定的液位(S70)。如果检测到 的液位达到设定的液位，则液体注射器结束液体注射。
图15是示出根据第三示例性实施方案的自动液体分配器的结构的 示意性截面图，其中自动液体分配器500包括液体注射器511，第一超声 波传感器520a，第二超声波传感器520b和控制器(未示出)。
首先，将液体注射器511安置在用于容纳容器的容器容纳室510上。 第一超声波传感器520a是用于检测被容纳在容器容纳室510内的容 器的高度的传感器，而第二超声波传感器520b是用于检测被注射到容器 内的液体的高度的传感器。
更准确地说，如图15所示，第一超声波传感器520a和第二超声波 传感器520b分别被容纳在容器容纳室510上且位于与液体注射器511相 同的高度处，其中第一和第二超声波传感器520a、 520b优选地围绕液体 注射器511而彼此相对。第二超声波传感器520b还优选地被安置成比第 一超声波传感器520a更接近液体注射器511。
换句话说，尽管第一和第二超声波传感器520a和520b设置在液体 注射器511周围，但是第二超声波传感器520b比第一超声波传感器520a 距液体注射器511更近，因为如果第一和第二超声波传感器520a、 520b 之间的距离过近，则超声波信号会被干扰或抵消以致于降低检测能力或
辨别能力。
更优选地是，第一和第二超声波传感器520a、 520b具有相互不同的 频带，以使各个超声波信号不会相互干扰。
其间，普通的容器可能在口部具有小的上部面积以使得从其上表面 发射较少的超声波，因此会降低分辨和辨别能力，所以优选地是，第一 超声波传感器520a的频率范围为30kHz到80kHz。当使用具有所述频率 范围的超声波传感器时，从容器的上表面反射回的超声波的灵敏度非常 好，使得可精确测量容器高度。
其间，如图所示，第一超声波传感器520a的检测角(e》和第二超 声波传感器520b的检测角(e2)优选地相互不同，以便防止发生超声波 干扰或重叠，并且第一超声波传感器520a的检测角(e,)优选地大于第 一超声波传感器520b的检测角(e2)。
第一超声波传感器520a的检测角(e。大于第二超声波传感器520b 的检测角(02)是因为即使用户将容器310容纳在容器容纳室510的任意 位置，仍可更精确地检测从容器的上表面反射回的超声波信号。
可选择地是，第二超声波传感器520b的检测角(e2)小于第一超声 波传感器520a的检测角(e》的理由是仅精确地检测从液体的表面反射 回的超声波信号。
第一超声波传感器520a的检测角(e》和第二超声波传感器520n 的检测角(62)优选地分别为60-120度和30-60度。
可供参考的是，典型的超声波传感器可分成两类，即能够同时发射 和接收超声波的主动型超声波传感器，和仅能够接收超声波的被动型超 声波传感器。第三示例性实施方案中的第一和第二超声波传感器520a、 520b均是主动型的。
最后，控制器(未示出)以这样的方式工作，即通过第一超声波传 感器检测到的信号确定容器高度，通过所确定的容器高度确定待输入容 器的液体的液位，通过第二超声波传感器检测到的信号确定待输入容器 内的液体的液位，并且如果已注入的液体的高度高于可输入液体高度， 则液体注射结束。
图16是示出根据第三示例性实施方案的自动液体分配器内的控制
器530的功能的框图，其中控制器530包括液体注射确定器531，时间确 定器532，容器高度确定器533，液体注射高度确定器534，液体高度确 定器535和液体注射控制单元536。
首先，如果容器被容纳在图15内的容器容纳室内，则容器检测传感 器570自动检测该容器并生成信号。如果容器检测传感器570生成的信 号被输入液体注射确定器531，则用于注射液体的信号被输出给液体注射 控制单元536。
此时，如果容器在容器容纳室内可用，则液体注射确定器531生成 用于注射液体的信号，相反，如果容器在容器容纳室内不可用，则液体 注射确定器531不会生成用于注射液体的信号。
此外，如果用户选择液体选择键540，则来自液体选择键540的选 择信号被输入液体注射确定器531，从该液体注射确定器输出用于液体注 射的信号。
如果液体注射控制单元536从液体注射确定器531接收到用于注射 液体的信号，则向容器高度确定器533发送控制信号以便检测容器高度。
如果容器高度确定器533从液体注射控制单元536接收到控制信号， 则容器高度确定器533驱动第一超声波传感器520a。
此时，第一超声波传感器520a向容器的上表面发射超声波，并检测 从容器的上表面反射回的超声波。此外，容器高度确定器533检测由时 间确定器532发射超声波的时刻到超声波从容器的上表面反射回的时刻 的间隔时间，并检测从容器的上表面反射回的超声波以确定容器高度， 并将与所确定的容器高度有关的信号输出给液体注射高度确定器534。
此时，液体注射高度确定器534响应于容器高度确定器533确定的 容器高度和用户通过液体注射高度控制键550预先确定的比例，确定待 注射到容器内的液体的高度，并将与可注射的液体高度有关的信号输出 给液体注射控制单元536。
由液体注射高度确定器534确定的可注射液体高度不能被设定为高 于容器高度，因此例如，液体注射高度确定器534确定由用户通过液体
注射高度控制键550预先确定的液体高度与容器高度的比例所决定的、 低于容器高度的可注射液体高度。
随后，当液体注射控制单元536接收到与可注射液体高度有关的信 号时，控制致动器560，并且液体注射器将液体注射到容器内。
同时，液体注射控制单元536向液体高度确定器535输出控制信号， 以确定注射到容器内的液体的高度。
如果液体高度确定器535从液体注射控制单元536接收到控制信号， 则液体高度确定器535驱动第二超声波传感器520b。第二超声波传感器 520b向注入的液体的上表面发送超声波，并检测从液体的上表面反射回 的超声波。
液体高度确定器535利用时间确定器532检测由时间确定器532发 射超声波的时刻到超声波从液体的上表面反射回的时刻的间隔时间，并 检测从液体的上表面反射的超声波，以确定所注入的液体的高度，并向 液体注射控制单元536输出与确定的液体高度有关的信号。
液体注射控制单元536然后将液体注射高度确定器534确定的可注 射液体高度与液体高度确定器535确定的实际注射液体的高度进行比较， 并且如果实际注射的液体高度不高于可注射液体高度，则连续执行液体 注射器的液体注射以使不会停止驱动致动器560。
如果实际注射的液体高度高于可注射液体高度，则停止致动器560 以结束液体注射器向容器的液体注射。
因此，优选地，根据第三示例性实施方案的自动液体分配器包括用 于将液体注入容器的液体注射器，用于检测容器的高度的第一超声波传 感器，用于检测被注射到容器内的液体的高度的第二超声波传感器，和 控制器，该控制器用于由该第一超声波传感器检测到的信号确定容器高 度，响应于被确定的容器高度确定可注射到容器内的液体的高度，响应 于第二超声波传感器检测到的信号确定被注射到容器内的液体的高度，
并控制液体注射器的工作。
图17A和17B是解释从容器的上表面反射回的超声波和从容器内的 液体的上表面反射回的超声波的曲线图，根据第三示例性实施方案从第
一和第二超声波传感器检测到这些超声波。
图17A的曲线图示出根据该示例性实施方案的自动液体分配器内， 检测到的由第一超声波传感器发射出并返回以测量容器高度的超声波。
首先，在图17A中，"①"定义了发射波而"②"定义了反射波。
换句话说，如果从第一超声波传感器发射超声波，则被首先发射的 超声波会影响该传感器从而检测到如图中所示的发射波①。
因此，检测到的发射波①与从容器的上表面反射回的超声波无关， 从而检测到的发射波①可被忽视而无需考虑。
但是，如图17A的曲线图所示，在发射波①之后被首先检测到的A 部分中检测到反射波，A部分是由来自容器的上表面的反射波而检测到 的部分。
由图可知，由于第一超声波传感器和容器的上表面之间的距离在理 论上最短，并且容器的上表面的面积小，所以检测到小的波。
因此，测量检测A部分所耗费的时间，即检测由使用第一超声波传 感器发射的超声波生成并首先返回的反射波(A部分)所花费的时间， 然后将该时间乘以声速340m/s并除以2。此简单运算可获得第一超声波 传感器和容器的上表面之间的距离。除以2是因为该耗费时间是超声波 来回往返的时间。
最后，确定与第一超声波传感器和容器的上表面之间的距离有关的 容器高度值。高度值可随着超声波传感器的检测角而不同，但是如果求 得第一超声波传感器的检测角的一半的余弦值，并且第一超声波传感器 和容器的上表面之间的距离被当作直角三角形的斜边，则可获得第一超 声波传感器和容器的上表面之间的大致垂直的距离。此外，如果从容器 容纳室的预定的垂直高度中减去第一超声波传感器和容器的上表面之间 的垂直距离，则可获得容器本身的高度。
图17B的曲线图示出根据该示例性实施方案的自动液体分配器内， 检测到的由第二超声波传感器发射出并返回以测量容器内液体高度的超 声波。
首先，在图17B中，"①"仍定义发射波而"②"仍是指反射波。
如图17B所示，如果在开始将液体注射到容器内之后从第二超声波 传感器发射超声波，则被首先发射的超声波会影响该传感器从而检测到 如图中所示的发射波①。
因此，检测到的发射波①与从液体的上表面反射回的超声波无关， 从而检测到的发射波①可被忽视而无需考虑。
但是，如图17B的曲线图所示，从发射波①之后首先检测到的B部 分中检测到反射波，B部分是由来自液体上表面的反射波而检测到的部 分。
因此，测量检测B部分所耗费的时间，即检测由使用第二超声波传 感器发射的超声波生成并首先返回的反射波(B部分)所花费的时间， 然后将该时间乘以声速340m/s并除以2。此简单运算可获得第二超声波 传感器和液体上表面之间的距离。除以2是因为该耗费时间是超声波来 回往返的时间。
最后，如果从容器容纳室的预定的垂直高度中减去第二超声波传感 器和液体上表面之间的距离，则可确定被注射到容器内的液体的高度。
例如，很明显，根据本发明的自动液体分配器的结构中所述的"容器 高度"和"注射到容器内的液体的高度"都是基于容器容纳室的底面的值。
图18是示出根据第四示例性实施方案的具有容器设置器的自动液 体分配器的示意性结构图，图19是示出根据第四示例性实施方案的容器 和液位检测器的结构的概念图，而图20是示出根据第四示例性实施方案 的容器、液位检测器和容器设置器的示意性透视图。
参照图18、 19和20，根据第四示例性实施方案的具有容器设置器 的自动液体分配器包括液体供给器610，容器容纳室611 ，容器设置器630， 容器和液位检测器650以及控制器670。
首先，要容纳容器(V)的容器容纳室611在其一侧从正面开口，并 在其中形成用于容纳容器(V)的平坦的水平面。容器容纳室611在其内 部上侧具有液体供给器610。
液体供给器610与连接到容纳液体的液体槽615的液体通道619连 通，并具有安装在容器容纳室611的上表面的至少一个喷嘴613。液体通道开通/关断单元617的主体是诸如螺线管的致动器，该致动
器安装在与液体槽615和液体供给器610连通的液体通路619上，并响 应于电信号来开通和关断液体通路619。
容器设置器630设置在容器容纳室611中以使用户可容易地将容器 放置在喷嘴613下方。因此，从喷嘴613喷出的液体可被注射到放置在 容器容纳室611内的容器中，从而防止液体溅入自动液体分配器以及弄 脏自动液体分配器。
如图18所示，容器设置器630形成在容器容纳室611的底面上。优 选地是，容器设置器630包括识别标记631。换句话说，识别标记631被 设计为使用户可凭肉眼容易地将容器(V)容纳在准确的位置。
优选地是，识别标记631由具有彩色或全息图表面的带子制成，或 者由可与容器容纳室611的底面区分开的彩色材料制成。更优选地是， 识别标记631对于容器和液位检测器650的超声波发射具有非常好的反 射能力。
因为识别标记631设置在可能会泄露液体的液体供给器610的容器 容纳室611内，因此形成为容器(V)放置在其上的圆形形状的识别标记 631优选地由防水材料制成以容易地除去液体。
优选地是，容器设置器630还具有用于该识别标记的至少一个光源 633，从而使用户可容易地将容器(V)容纳在容器容纳室611内。换句 话说，光源633可响应于来自控制器的控制信号而开通或关闭，以使得 用户可将容器精确地设置在容器设置器630内。
光源633优选地为LED (发光二极管)灯。但是，应理解，只要可 使用户容易地识别则可使用多种其他的光源，并且光源的安装位置也根 本不受限制，可自由选择。
尽管在附图中突出和夸大地示出识别标记631和光源633，并且距 容器容纳室611的底面具有一定高度，但是这仅是为了清楚地示出其结 构。实际上，优选地是，识别标记631非常薄，并且光源633可被埋在 容器容纳室611的底面内以允许光从中射出。
容器和液位检测器650包括传感器模块，其包括设置在PCB (印刷
电路板)内的超声波发射传感器，和至少一个接收传感器。
图19是示出设置在PCB内的容器和液位检测器650的传感器的示 例性概念图，其中第一到第三超声波接收传感器655、 657、 659和超声 波发射传感器653设置在PCB条带651内。
优选地是，PCB条带651上的半弧形喷嘴槽652设置在超声波发射 传感器653和第一超声波接收传感器655之间，以允许喷嘴613被相邻 地安置。第二和第三超声波接收传感器657、 659围绕超声波发射传感器 653并相对于超声波接收传感器655分离地设置。
结果是，图19内所示的容器和液位检测器650的传感器653、 655、 657、 659排成一列，但是这些传感器的设置可自由改变。
其间，在第四示例性实施方案中，从超声波发射传感器653发射超 声波以便测量容器(V)的高度，被发射的超声波从容器(V)反射回以 被第一到第三超声波接收传感器655、 657、 659接收，其中容器的高度 由三个超声波接收传感器655、 657、 659中的首先接收到超声波的传感
、、控制器670接收到从容器和液位检测器650传送的关于容器高度的 信号，并控制容器(V)的液体供给。
此外，当用户正常地将容器(V)容纳在容器容纳室611中并操作设 置在自动液体分配器上的自动液体供给功能键时，控制器670控制容器 和液位检测器650以开启液体通道开通/关断单元617来处理用户设定的 值。
容器和液位检测器650同时实时地向控制器650发送容器(V)内的 液体的液位。如果确定由容器和液位检测器650输出的信号确定的液位 值等于或大于用户的设定值，则控制器670控制液体通道开通/关断单元 617以关断液体通路619，并且如果取走了被停止供给液体的容器(V)， 则结束自动液体分配。
现在，参照图19、 20和21，根据第四示例性实施方案的识别标记 631的面积必须大于由超声波发射传感器653的最左缘(图19)和第一 超声波接收传感器655的最右缘(图19)形成的直径为"L"的圆的面积。
换句话说，如图20所示，与圆面积(S)相等的面积(Sl)被安置在识
别标记631内。优选地是，识别标记631的面积小于容器(V)的预定最 小底面面积。更优选地是，直径为"L"的圆的圆心与识别标记631的圆心 一致。
应理解，上述实施方案并不周限于前述说明的任何细节。因此，其 他实施方案也在所附权利要求的范围内，并且落在权利要求的界限或其 等同物内的所有改变都被包含在权利要求内。
从前文显而易见，上述技术的优点是超声波被发送到容器的上表面， 并且从容器的上表面反射回的超声波被接收以检测容器高度，从而不管 容器的形状、材料和表面状态如何并且不管容器的放置位置如何，均可 自由地检测容器高度。
另一个优点是与使用光的情况相比，使用超声波可降低自动液体分 配器的制造成本。
还另一个优点是使用在容器容纳室内能够将容器精确地设置在喷嘴 下方的容器设置器，从而从喷嘴喷出的液体可仅被输入到放置在容器容 纳室上的容器，由此可防止液体飞溅。
本申请基于并要求2006年11月7日提交的韩国申请 10-2006-0109384、 2007年1月19日提交的韩国申请10-2007-0006047、 2007年2月23日提交的韩国申请10-2007-0018716，以及2007年3月5 日提交的韩国申请10-2007-0021464的优先权，在此通过参引并入其公开 内容。
权利要求
1、一种自动液体分配器，该自动液体分配器包括容器高度测量器，该容器高度测量器向容器的上表面生成超声波并接收从该容器的上表面反射回的超声波以生成信号；测量容器内的内容物的液位以生成信号的液位检测器；将液体注射到容器内的液体注射器；以及使用容器高度测量器和液位检测器生成的信号来控制液体注射器的控制器。
2、 根据权利要求l的自动液体分配器，其中所述容器高度测量器和 液位检测器包括至少一个超声波发射传感器和至少两个超声波接收传感 器。
3、 根据权利要求1的自动液体分配器，其中各所述容器高度测量器 和液位检测器包括一个或两个超声波发射传感器和三个、四个或五个超 声波接收传感器。
4、 根据权利要求2的自动液体分配器，其中所述至少一个超声波发 射传感器和超声波接收传感器中的至少一个包含噪声吸收材料。
5、 根据权利要求2的自动液体分配器，其中所述超声波接收传感器 形成在与所述液体注射器相互不同的位置。
6、 根据权利要求2的自动液体分配器，其中所述至少一个超声波发 射传感器形成为最接近所述液体注射器。
7、 根据权利要求5的自动液体分配器，其中所述液位检测器使用从 所述超声波接收传感器中的最接近所述液体注射器的超声波接收传感器 接收到的信号，来检测所述容器内的内容物的液位。
8、 根据权利要求2的自动液体分配器，其中在所述超声波接收传感 器中， 一个超声波接收传感器的增益值被设定低于其他超声波接收传感 器的增益值。
9、 根据权利要求l的自动液体分配器，其中该自动液体分配器还包 括用于检测所述容器的容器检测器。
10、 根据权利要求2的自动液体分配器，其中所述超声波发射传感器的射束角在大约60-150度的范围内。
11、 根据权利要求1的自动液体分配器，其中所述容器高度测量器 和/或液位检测器的测量带在大约2厘米到1米的范围内。
12、 根据权利要求1的自动液体分配器，其中所述容器高度测量器 和/或液位检测器的测量带在大约2厘米到60厘米的范围内。
13、 根据权利要求1的自动液体分配器，其中该自动液体分配器还 包括用于输入待注射到所述容器内的液体的液位的输入单元。
14、 根据权利要求1的自动液体分配器，其中所述控制器将相对于 预先存储的容器高度的液位值与所述容器高度测量器和液位检测器检测 到的相对于容器高度的液位值进行比较，从而控制所述液体注射器的工 作。
15、 根据权利要求l的自动液体分配器，其中该自动液体分配器还 包括接纳所述容器的容器容纳室。
16、 根据权利要求15的自动液体分配器，其中所述容器容纳室包括 用于标明容器容纳位置的标记。
17、 根据权利要求16的自动液体分配器，其中所述容器高度测量器 和液位检测器包括一个超声波发射传感器和至少两个超声波接收传感 器，并且所述标记在形成所述超声波发射传感器的垂直下方或基本垂直 下方。
18、 根据权利要求16的自动液体分配器，其中所述容器高度测量器 和液位检测器包括至少一个超声波发射传感器和至少两个超声波接收传 感器，并且所述标记形成在任何一个所述超声波接收传感器的垂直下方 或基本垂直下方。
19、 根据权利要求16的自动液体分配器，其中所述标记形成在所述 液体注射器的垂直下方。
20、 根据权利要求16的自动液体分配器，其中所述容器高度测量器 和液位检测器包括至少一个超声波发射传感器和至少两个超声波接收传 感器，并且所述标记的半径为包含所述超声波发射传感器、液体注射器和超声波接收传感器中任何一个的圆的半径的80-150°/。。
21、 一种自动液体分配方法，该方法包括向容器的上表面发射超声波，并接收从该容器的上表面反射回的超声波以确定容器高度；将液体注射到容器内；接收从液体的上表面反射回的超声波以确定容器内的液位；以及 如果确定的液位达到预定值，则停止液体注射。
22、 根据权利要求21的自动液体分配方法，其中所述停止液体注射 的步骤是基于预先存储的相对于容器高度的液位值与所确定的相对于所 述确定的容器高度的液位值之间的比较而执行的。
23、 根据权利要求21的自动液体分配方法，其中该方法还包括 检测容器存在还是不存在。
24、 根据权利要求21的自动液体分配方法，其中所述容器高度和液 位是基于通过至少重复两次所述确定而获得的容器高度和液位的平均值 来确定的。
25、 根据权利要求21的自动液体分配方法，其中所述容器高度是基 于至少两个不同位置的超声波接收传感器的信号而确定的。
26、 根据权利要求25的自动液体分配方法，其中所述液位是基于多 个超声波接收传感器中的最接近液体注射器的超声波接收传感器的信号 而确定的。
27、 根据权利要求21的自动液体分配方法，其中该方法还包括 确定用户所期望的液位。
28、 一种自动液体分配器，该自动液体分配器包括 将液体注射到容器内的液体注射器； 检测容器的容器高度的第一超声波传感器； 检测容器内的液体的液位的第二超声波传感器；以及控制器，该控制器使用第一超声波传感器输出的信号确定容器高度， 基于所确定的容器高度来确定可输入到容器中的液体的液位，并且使用 第二超声波传感器输出的信号确定被输入到容器中的液体的液位，从而控制液体注射器的工作。
29、 根据权利要求28的自动液体分配器，其中该自动液体分配器还 包括用于容纳所述容器的容器容纳室。
30、 根据权利要求29的自动液体分配器，其中所述容器容纳室位于 所述液体注射器的垂直下方。
31、 根据权利要求28的自动液体分配器，其中所述第二超声波传感 器比所述第一超声波传感器更接近所述液体注射器。
32、 根据权利要求28的自动液体分配器，其中所述控制器包括 容器高度确定器，该容器高度确定器使用所述第一超声波传感器输出的信号确定容器高度；液体注射高度确定器，该液体注射高度确定器基于该容器高度确定 器确定的容器高度而确定可注射到容器内的液体的高度；液体高度确定器，该液体高度确定器基于所述第二超声波传感器输 出的信号而确定被注射到容器内的液体的高度；以及液体注射控制单元，如果所述液体高度确定器确定的液体高度高于 可注射到容器内的液体的高度，则该液体注射控制单元停止液体注射盔 的液体注射。
33、 根据权利要求28的自动液体分配器，其中所述第一超声波传感 器的检测角大于所述第二超声波传感器的检测角。
34、 根据权利要求28的自动液体分配器，其中所述第一超声波传感 器的检测角在60-120度的范围内，而所述第二超声波传感器的检测角在 30-60度的范围内。
全文摘要
本发明公开了一种自动液体分配器和自动液体分配方法，该自动液体分配器和自动液体分配方法能够向容器的上表面发射超声波并接收从容器的上表面反射回的超声波以检测容器高度，从而不管容器的形状、材料和表面状态如何并且不管容器的放置位置如何，均可自由地检测容器高度。
文档编号B67D99/00GK101177232SQ20071016803
公开日2008年5月14日 申请日期2007年11月2日 优先权日2006年11月7日
发明者尹周焕, 李永贤, 柳东柱, 金钟焕 申请人:Lg电子株式会社