JPH10501620A - 氷及び液体の検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 感知面(１４)上の氷、水、ミスト(mist)、霜又は他の固体、もしくは、液体の存在を検出するための検出器(１５)が提供される。上記感知面(１４)は、電磁放射に対して実質的に透明な媒質により規定されており、固体又は液体がその表面上に堆積する。送信器が該表面に向けて放射線を放ち、受信器が、表面から反射された放射線に応答する。ディスクリミネータ回路が、上記受信器からの出力を受信し、そして、固体又は液体が上記表面上に存在するかどうかを表す出力をもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】 氷及び液体の検出器 この発明は、ある表面上の水、霜又は氷の堆積を検出するための検出器に関す る。 発明の背景 本発明は、冷蔵庫における除霜のサイクルを制御すべく、冷蔵庫内の霜又は氷 の形成物を検出するためのデバイスの使用に関した例により説明されるであろう 。これは例にすぎないこと、また、本発明のデバイスがまた、他のアプリケーシ ョンにおいても用いられ得ることが理解されるべきである。例えば、本発明のデ バイスは、窓、ウィンドスクリーン(windscreen)、航空機の翼上の氷の形成を検 出するのに、そして、除氷を制御するのに用いられても良い。 無霜の、つまり、霜のない冷蔵庫内においては、除霜サイクルが、氷の堆積を 除去するあるいは最小限に抑えるべく冷蔵庫を除霜するために定期的に始まる。 冷蔵庫の製造業者は、一般に、特に高温で湿度の高い環境においてテストを行な うことにより冷蔵庫についての除霜サイクルを決定し、それらテストの結果とし て、テストの場所において経験した条件を含む、且つ、それに至るまでのあらゆ る環境条件についての冷蔵庫の除霜サイクルの必要条件を前以て調節する。この ことは、環境条件がそれほど厳しくない場所については、除霜が、必要以上にし ばしば行なわれ、エネルギーが浪費されることを意味している。 時間設定された除霜のサイクルが採用されており、この場合には、約５００Ｗ の容量の発熱体が、一日につき約２,３回、一度に２５分間電圧をかけられる。 その結果、冷蔵庫内に霜又は氷の堆積があるかどうかにかかわらず、除霜が行な われる。冷蔵庫のドアの開きが除霜サイクルに及ぼす影響が最小限に抑えられる ように、除霜のサイクルは出来るだけ迅速に達成されるのが望ましい。その結果 、非常に大きな電力容量の加熱用コイルが、除霜を達成するために用いられる。 霜又は氷の存在を検出するための、そして、霜又は氷が存在する場合にのみ除 霜のサイクルを開始するための試みは為されていない。むしろ、除霜をもたらす ための加熱は、設定された時間周期、および、一日につき設定された回数に関し て行なわれる。 本発明は、少なくとも上述した不具合を最小限に抑制する、冷蔵庫内における 除霜のサイクルを制御するために使用され得る検出器を提供することを目的とす る。 発明の開示 １つの様相によれば、本発明は、氷、水、霜又は他の固体の存在を検出し、固 体および液体の存在を識別するための検出器を提供し、該検出器は:電磁放射に 対して実質的に透明な媒質によって規定され、固体又は液体が堆積し得る感知面 と、上記感知面の反対側の媒質の側から、該媒質に放射線を向けるための放射線 送信器と、上記感知面から反射される放射線を受信するための受信器と、液体又 は固体の存在を識別するために受信器からの出力に応答して作用することができ 、固体又は液体が上記感知面上に存在するかどうかを表す出力をもたらすディス クリミネータ(discriminator)回路とを有している。 上記電磁放射は、可視光線、赤外線、紫外線もしくはいかなる他の適切な放射 線であっても良い。好ましくは、９３０nmの波長の赤外線が用いられる。赤外線 が利用される場合には、上記送信器は赤外線ダイオードを有し、上記受信器は赤 外線フォトトランジスタ(Ｉ−Ｒ photo transistor)を有することができる。 好ましくは、ハニウェル(Ｈoneywell)により製造され、デバイスコードＨＯＡ− １３９７−２によって認知されるもののような反射スイッチ、又は、それに相当 するもの、あるいは、代用品が用いられる。 上記感知面を規定する媒質は、上述したように、用いられる放射線に対して実 質的に透明である。ガラス、あるいは、アクリリック(acrylic)又はパースペッ クス(perspex)のようなプラスチック材料が用いられても良い。好ましくは、ガ ラスが用いられる。上記感知面は部分的な鏡面、又は、クリアな表面であって良 い。その代わりとして、上記感知面は、ツヤの消された、模様付きの、溝付きの (窪み又は波紋状の)又はサンドブラスト(sandblasted)されたものであるか、ク リアであり且つツヤの消された、模様付きの、溝付きの若しくはサンドブラスト された表面仕上げの組合せであっても良い。標準的にクリアな表面は、それに突 き当たる放射線のほとんどを通過させ、入射した放射線のほんの僅かな比率分を 反射させることが可能である。表面上の霜又は氷のような固体の存在は、反射さ れる放射線の比率を下げる一方、液体の存在は、反射される放射線の比率を上げ る。 ツヤの消された、模様付きの、又は、サンドブラストされた表面、あるいは、 その同様のものは、表面に密接したものからの反射の影響を最小限に抑え、強い 周囲の光を拡散させるのを助ける。表面上のツヤ消し、模様付け、若しくは、そ の同様のものの度合は、離散した点、線又は溝、あるいは、クロスハッチング状 の線又は溝を、上記感知面上にサンドブラストすることにより制御され得る。 赤外線が用いられる場合、上記送信器は、媒質の加熱を最小限に抑えるように 律動的にパルスを発生するのが望ましい。好ましくは、上記送信器に電圧をかけ るために、発振器が用いられる。１０ms間隔で５０μsのパルスを引き起こす発 振器が用いられても良い。 上記媒質は、送信器／受信器に取り付けられる。該媒質に対して送信器／受信 器を接着することが好ましい。その接着剤は、好ましくは、放射線に対して実質 的に透明である。この目的のためには、クリアなシリコンゴム材料が用いられる ことが好ましい。 上記ディスクリミネータ回路は、上記赤外線受信器からの出力を受け、また、 好ましくは、２つの回路パスを有している。一方のパスは、上記感知面上の液体 の存在を表す出力を定め、他方のパスは、上記感知面上の氷や霜のような固体の 存在を表す出力を定める。 一方のパスは、好ましくは、上記受信器から受信した出力を増幅するための増 幅器を有している。約１０のゲインが好適である。オペレーショナル増幅器が好 ましい。一方のパスは、上記増幅器から律動的に出される出力を、上記受信器か ら律動的に出される出力の大きさを表す直流レベルに変換するためのコンバータ を有している。この目的のために、インテグレータ(integrator:積分器)又はピ ーク検出器が用いられ得る。一方のパスは、好ましくは、上記直流レベルを基準 電位と比較するためのコンパレータ(comparator:比較器)を有している。該コン パレータは、液体の存在を表す出力をもたらす。 他方のパスは、好ましくは、上記受信器から律動的に出される出力を、その大 きさが受信器から律動的に出された出力の大きさを表す直流レベルへ変換するコ ンバータを有している。インテグレータ又はピーク検出器が用いられても良い。 他方のパスは、好ましくは、感知面上の霜や氷のような固体の存在を表す出力を もたらす。この出力は、本発明の検出器が付属した冷蔵庫内における除霜のサイ クルを開始するのに利用され得る。このコンパレータは、好ましくは、液体の存 在が一方のパスにおけるコンパレータによって指示されるまで、固体の存在の指 示を与えるためにラッチ(latched)される。一方のパスにおけるコンパレータに よる指示が為されるとき、上記コンパレータは、一方のパスにおけるコンパレー タからの出力によってアンラッチ(unlatched)されるのが好ましい。 図面の開示 本発明の特に好ましい実施態様が、添付図面に基づいて説明される。 図１から図３は、赤外線のエミッタ／受信器が霜が堆積し得る表面と関連し得 る、可能な様式の図である。 図４は、固体及び液体の存在の識別を可能とするために上記表面が最良化され 得る方法の理解を助けるのに有用なグラフである。 図５は、本発明の好適な実施態様に従った検出器の回路ダイアグラムである。 添付図の詳細な説明 赤外線、可視光線および紫外線を含む電磁放射は、液体により吸収され、固体 により反射される。標準的にクリア(clear)なガラスシートは、典型的には約９ ０％という放射線のほとんどを通過させ、典型的には約１０％のわずかな量を反 射する。図１は、クリアなシート状のガラス１０、送信器１１及び受信器１２を 示している。入射角は、典型的には約１０°から３０°までであるが、これは重 要ではない。ガラスシートの外面上の氷又は霜のような固体が、より多くの量の 放射線を反射させることになる一方、液体の存在は、放射線の反射について減少 をもたらす。 ツヤの消された、模様付きの、あるいは、溝付きの(窪み又は波紋状の)ガラス の外表面は、固体と液体との識別を向上させるために、約１０％から５０％まで 、反射される放射線を増すことができる。これらの方法でガラスの表面を処理す ることにより、図４に示されるようなレスポンスグラフ(response graph)が、 約５０％の反射率において、「クリーン且つドライ」なガラス表面のレスポンス を有するように改められることが可能であり、このことは好ましい。 図２は、ガラスシート１０の表面が、符号１３で示されるように霜付きである ことを除いて、図１に非常によく似た態様を示している。上記ガラスシートは平 面である必要はなく、図３は、放射線が向かう曲面状の反射面を示している。 本発明の送信器／受信器は、媒質の１つが、霜、ミスト(mist)又は氷の形成し 易い表面を規定して、二つの媒質間に挾み込まれても良い。例えば、該一方の媒 質は、積層状の車両のウィンドスクリーン(windscreen)のラミネート(laminate: 薄板)であっても良い。その一方の媒質は、識別を最善化すべくなお処理される ことが可能である。従って、一方のラミネートの小さな領域が、例えば、サンド ブラスト(sandblasted)されても良い。これは、特に、薄板状のウィンドスクリ ーン又は鏡について好都合である。 図５は、本発明の実施態様に従った検出器の回路ダイアグラムを示している。 その挿入図は、放射線送信器／受信器１５が、クリアなシリコンゴム(clear si licon rubber)のコンパウンド(compound)１６のような接着剤により接着される シート状のガラス１４を示している。上記送信器／受信器１５は、ハニウェル・ デバイス(Ｈoneywell device)ＨＯＡ−１３９７−２赤外線エミッタ(emitter) および受信器又はそれに相当するものを有しても良い。 上記送信器のダイオードが、抵抗器Ｒ１、および、トランジスタＱ１のコレク タ・エミッタパス(collector emitter path)に直列して連結されている。発振 器ＯＳＣ１を用いて、トランジスタＱ１に５０μsパルス毎１０msでパルスを送 ることにより、ガラスに向かう赤外線が、ガラスの外表面上の氷のいかなる氷の 形成物をも溶解するに十分な加熱をもたらす危険はない。律動的な出力が、上記 送信器／受信器１５から得られ、そして、増幅器１７およびトランジスタＱ２に 与えられる。該トランジスタＱ２は、エミッタと基準電位(アース)との間に平行 に結合されたコンデンサＣ１および抵抗器Ｒ２を有し、ピーク検出器又はインテ グレータ(integrator:積分器)として作用している。トランジスタＱ２からの出 力は直流レベルであって、その大きさは、ガラス１４から反射された放射線の量 に比例する。この信号は、コンパレータ(comparator:比較器)１８の正の入力に 付与される。比較器１８は、該正の入力の大きさが、負の入力よりも大きい場合 に、その比較器がラッチ(latched)されることを実現するフィードバック抵抗器 Ｒ３を有している。このことは、霜あるいは氷のような固体がガラス１４上に存 在する場合である。 増幅器１７に付与される信号は増幅され、抵抗器Ｒ４およびコンデンサＣ２と ともに、ピーク検出器又はインテグレータとして作用してもいるトランジスタＱ ３へ供給される。直流レベルは、トランジスタＱ３のエミッタにおいて有用であ り、送信器／受信器１５内の受信器により検出される反射された放射線を表して いる。そして、液体がガラス上に存在している場合、典型的に２ＶＤＣよりも小 さく、固体が存在している場合にはこれよりも大きい。この直流レベルは、コン パレータ１９の負の入力へ付与される。約１．５から２ＶＤＣの直流信号が、電 位差計Ｐ１を経てコンパレータ１９の正の入力へ付与される。コンパレータ１９ の出力は、固体が検出される場合に低い。液体が検出される場合には、コンパレ ータ１９の出力は高い。この高い出力は、コンパレータ１８の負の入力へ供給さ れ、上記コンパレータ１８をアンラッチ(unlatched)させ、そして、コンパレー タ１８の出力は再び低くなる。 このようにして、ガラス上の氷又は霜の存在は、冷蔵庫内の除霜のサイクルを 開始するために用いられ得る、上記コンパレータ１８の出力における高い信号を もたらす。コンパレータ１９における出力は、霜又は氷が検出される場合に低く 、液体が検出される場合に高くなる。所望であれば、上記出力は、除霜のサイク ルが完了したこと、若しくは、水蒸気が検出されたことを指示するために用いら れ得る。 本発明の検出器を用いれば、必要な場合に限り、除霜のサイクルを開始するこ とができ、いったん除霜が開始されれば、除霜が達成されるまで、続けて加熱が 為されることになる。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９５年１０月１９日 【補正内容】 請求の範囲 １． 氷、水、霜あるいは他の固体の存在を検出し、固体および液体の存在を識 別するための検出器であって:電磁放射に対して実質的に透明な媒質によって与 えられ、固体又は液体が堆積し得る感知面と、上記感知面の反対側の媒質の側か ら、上記媒質に放射線を向けるための放射線送信器と、上記感知面から反射され る放射線を受信するための受信器と、液体又は固体の存在を識別するために受信 器からの出力に応答して作用することができ、固体又は液体が上記感知面上に存 在するかどうかを表す出力をもたらすディスクリミネータ(discriminator)回路 とを有しているとともに、上記感知面が、模様を付けられ、溝を付けられ、窪み を付けられ、波紋を付けられ、サンドブラスト(sandblasted)され、あるいは、 エッチングされており、上記受信器および送信器がともに上記媒質に接着されて いる検出器。 ２． 上記電磁放射が赤外線である請求の範囲第１項の検出器。 ３． 上記媒質がガラスである請求の範囲第１項の検出器。 ４． 上記ガラス媒質が、車両の二枚の薄板ガラスから成るウィンドスクリーン (glass windscreen)の第１のラミネート(laminate)を規定しており、上記受信 器が２つのラミネートの間に挾み込まれている請求の範囲第１項の検出器。 ５． 上記ディスクリミネータが、上記感知面上の液体の存在を表す出力をもた らすための第１の回路パスと、上記感知面上の固体の存在を表す出力をもたらす ための第２の回路パスとを有している請求の範囲第１項の検出器。 ６． 上記第１の回路パスが、受信器からの出力を増幅するための増幅器と、該 増幅器からの出力を、上記受信器の出力の大きさを表す直流電圧レベルへ変換す るためのコンバータ(converter)とを有している請求の範囲第５項の検出器。 ７． 上記第１のパスが、上記直流レベルを基準電位と比較するためのコンパレ ータ(comparator)を有し、そして、該コンパレータが上記感知面上の液体の存在 を表す出力をもたらす請求の範囲第６項の検出器。 ８．上記第２の回路パスが、上記受信器からの出力を直流電圧レベルに変換する ための第２のコンバータと、該第２のコンバータからの出力および液体の存在を 表す出力を受信し、そして、上記感知面上の固体を表す出力をもたらすコンパレ ータとを有している請求の範囲第７項の検出器。 ９． 上記第２の回路パスにおけるコンパレータからの出力が、上記感知面上の 固体の存在を指示するためにラッチ(latched)され、上記第１の回路パスにおけ るコンパレータからの液体を指示する出力によってアンラッチ(unlatched)され る請求の範囲第８項の検出器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 氷、水、霜あるいは他の固体の存在を検出し、固体および液体の存在を識 別するための検出器であって:電磁放射に対して実質的に透明な媒質により与え られ、固体又は液体が堆積し得る感知面と、上記感知面の反対側の媒質の側から 、上記媒質に放射線を向けるための放射線送信器と、上記感知面から反射される 放射線を受信するための受信器と、液体又は固体の存在を識別するために受信器 からの出力に応答して作用することができ、固体又は液体が上記感知面上に存在 するかどうかを表す出力をもたらすディスクリミネータ(discriminator)回路と を有している検出器。 ２． 上記電磁放射が赤外線である請求の範囲第１項の検出器。 ３． 上記媒質がガラスである請求の範囲第１項の検出器。 ４． 上記ガラス媒質により規定される感知面が、ツヤの消された、模様付きの 、溝付きの、窪み付きの、波紋付きの、あるいは、サンドブラスト(sandblasted )されたものである請求の範囲第３項の検出器。 ５． 上記送信器および受信器が、上記媒質に接着されている請求項第１項〜第 ４項のいずれか一の検出器。 ６． 上記ガラス媒質が、車両の二枚の薄板ガラスから成るウィンドスクリーン (windscreen)の第１のラミネート(laminate)を規定しており、上記受信器が２つ のラミネートの間に挾み込まれている請求の範囲第４項の検出器。 ７． 上記ディスクリミネータが、上記感知面上の液体の存在を表す出力をもた らすための第１の回路パスと、上記感知面上の固体の存在を表す出力をもたらす ための第２の回路パスとを有している請求の範囲第１項の検出器。 ８． 上記第１の回路パスが、受信器からの出力を増幅するための増幅器と、該 増幅器からの出力を、上記受信器の出力の大きさを表す直流電圧レベルへ変換す るためのコンバータ(converter)とを有している請求の範囲第７項の検出器。 ９． 上記第１のパスが、上記直流レベルを基準電位と比較するためのコンパレ ータ(conparator)を有し、該コンパレータが上記感知面上の液体の存在を表す出 力をもたらす請求の範囲第８項の検出器。 １０．上記第２の回路パスが、上記受信器からの出力を直流電圧レベルに変換す るための第２のコンバータと、該第２のコンバータからの出力および液体の存在 を表す出力を受信し、そして、上記感知面上の固体を表す出力をもたらすコンパ レータとを有している請求の範囲第９項の検出器。 １１．上記第２の回路パスにおけるコンパレータからの出力が、上記感知面上の 固体の存在を指示するためにラッチ(latched)され、上記第１の回路パスにおけ るコンパレータからの液体を指示する出力によってアンラッチ(unlatched)され る請求の範囲第１０項の検出器。