马桶的非接触式启动.pdf

本发明涉及一种马桶传感器及致动器组合件，其具有：(a)红外传感器，其经配置以检测在距马桶远距离处的物体的存在；(b)超声波传感器，其经配置以检测在距所述马桶近距离处的所述物体的存在，其中所述超声波传感器保持休眠模式直到由来自所述红外传感器的信号唤醒，所述信号为所述红外传感器已在所述远距离处检测到所述物体的所述存在；及(c)致动器机构，其响应于来自所述超声波传感器的信号而冲洗所述马桶，所述信号为所述超声波传感器已在所述近距离处检测到所述物体的所述存在。

1.  一种传感器及致动器组合件，其包括：
红外传感器，其经配置以检测用户的存在；
超声波传感器，其经配置以检测所述用户的所述存在；及
致动器机构，其响应于来自所述超声波传感器的信号而启动，所述信号为所述超声波传感器已检测到所述用户的所述存在。

2.  根据权利要求1所述的传感器及致动器组合件，其中所述超声波传感器保持休眠模式直到在所述红外传感器已首先检测到所述用户的所述存在之后由来自所述红外传感器的信号唤醒。

3.  根据权利要求1所述的传感器及致动器组合件，其中所述红外传感器检测在远距离处的所述用户的所述存在且所述超声波传感器检测在近距离处的所述用户的所述存在。

4.  根据权利要求1所述的传感器及致动器组合件，其中所述近距离小于8英寸。

5.  根据权利要求4所述的传感器及致动器组合件，其中所述近距离小于3英寸。

6.  根据权利要求1所述的传感器及致动器组合件，其中所述致动器机构导致马桶冲洗。

7.  根据权利要求1所述的传感器及致动器组合件，其中所述致动器机构导致水龙头开启。

8.  根据权利要求1所述的传感器及致动器组合件，其中所述致动器机构导致器具开启。

9.  根据权利要求6所述的传感器及致动器组合件，其中所述致动器机构包括：
螺线管；
在所述螺线管中的柱塞杆，所述柱塞杆由通过所述螺线管的电流移动；及
气动管或连接电缆，其中所述柱塞杆的移动导致空气在所述气动管中移动或其中所述柱塞杆的移动使所述连接电缆移动，且其中在所述气动管中的空气的移动或所述连接电缆的移动导致所述马桶冲洗。

10.  根据权利要求9所述的传感器及致动器组合件，其进一步包括：
外壳，其中所述红外传感器、所述超声波传感器及所述螺线管安置于所述外壳内。

11.  根据权利要求10所述的传感器及致动器组合件，其中所述外壳通过马桶水箱壁。

12.  根据权利要求10所述的传感器及致动器组合件，其中所述组合件进一步包括：
蓄电池电源，其向所述红外传感器及所述超声波传感器供应电力。

13.  根据权利要求12所述的传感器及致动器组合件，其进一步包括：
蓄电池罐，其中所述蓄电池罐连接到所述外壳且所述蓄电池罐安置在马桶水箱内。

14.  根据权利要求1所述的传感器及致动器组合件，其中所述组合件进一步包括：
微控制器，其中所述微控制器接收来自所述红外传感器的信号，所述信号为已检测到所述用户，且随后发送信号到所述超声波传感器以将所述超声波传感器从休眠模式中唤醒。

15.  一种传感器及致动器组合件，其包括：
超声波传感器，其经配置以检测用户的存在；及
冲洗致动器机构，其响应于当所述超声波传感器检测到所述用户的所述存在时来自所述超声波传感器的信号而冲洗马桶。

16.  一种致动装置的方法，其包括：
使用红外传感器检测用户的存在；
借助于超声波传感器检测所述用户的所述存在；及
响应于所述超声波传感器检测到所述用户的所述存在而启动致动器机构。

17.  根据权利16所述的方法，其中所述超声波传感器保持休眠模式直到在所述红外传感器已首先检测到所述用户的所述存在之后由来自所述红外传感器的信号唤醒。

18.  根据权利要求16所述的方法，其中启动所述致动器机构导致马桶冲洗。

19.  根据权利要求16所述的方法，其中所述红外传感器检测在远距离处的所述用户的所述存在且所述超声波传感器检测在近距离处的所述用户的所述存在。

马桶的非接触式启动
相关申请案的交叉参考
本发明主张2012年12月17日申请的第61/738,210号美国临时专利申请案“抽水马桶的非接触式启动(Touchless Activation of A Flush Toilet)”的优先权，所述临时专利申请案的全部揭示内容以引用的方式全部并入本文中。
技术领域
本发明涉及导致马桶冲洗而用户无须接触所述马桶或接触安装在所述马桶上的物体的系统。
背景技术
目前存在的许多传感器系统用于当用户离开马桶或小便器时，导致马桶或便池冲洗。此外，目前存在的传感器系统导致当用户的手朝向水龙头移动时，导致水龙头开启。然而，这些传感器的最大问题在于其使用红外感应。
红外感应存在许多缺陷。举例来说，红外感应受环境光照水平、反射光的物体的颜色或表面纹理及甚至室温的影响。事实上，用户在不经意间投射在传感器上的阴影可导致其在错误的时间发挥作用或不发挥任何作用。
任何这些上述因素可影响致动器触发的定时及致动器是否触发。任何已使用过公共卫生间的人可证明马桶的自动冲洗或台子上的水龙头的自动开启可为不可预测的。往往是马桶冲洗过快或不冲洗，且用户之后在水龙头下方挥动沾满肥皂水的手试图将其开启。
所需要的为可靠的且不受环境光照的变化、反射表面的颜色或纹理或不经意间投射在传感器上的阴影的影响的启动传感器系统。所期望的是此系统具有成本效益，使得当需要“非接触式”冲洗时，所述系统可并入住宅马桶的设计中。如将解释，本发明提供此解决方案。
发明内容
本发明提供一种使用超声波传感器以触发马桶的冲洗(或一些其它装置或设备的启动)的系统。使用超声波传感器(以更好地检测靠近传感器的用户的手的存在)的优点包含超声波不受环境光照水平的影响的事实。此外，超声波不受其反射离开的用户的衣服颜色的影响；其也不受所述用户的衣服的表面纹理的影响。超声波传感器对于温度变化温度也更不敏感。超声波传感器的另一优点大体上为其不需要光学镜片。
本发明的超声波传感器更好地配置以检测物体。超声波检测的一个优点(如与红外检测相比较)为超声波检测可提供距离检测。因此，超声波检测可用于确定物体的距离而红外感应用于检测物体的存在。本发明的系统可因此经校准使得在感应区(例如，浴帘或柜)中的静止(即：非移动)物体不触发冲洗启动。在一任选的优选实施例中，所述超声波传感器经配置以检测在近距离处的物体(而所述红外传感器将检测在远距离处的物体)。因此，马桶仅在用户的手相当接近地定位在马桶的一侧上的传感器开关时冲洗。所述检测方法的感应范围及灵敏度越精确，启动信号就将越准确。因此，马桶仅在所需要时将冲洗。此外，使用超声波传感器的另一优点为其允许“测量范围”(即：确定物体到所述传感器的距离)。超声波传感器可因此可靠地确定物体到所述马桶的距离是远或近，其为有用的，如果所述传感器取决于用户的位置或移动在不同的时间触发不同的行动。此外，所述超声波传感器(如与红外检测相比较)将有利地更少受颜色或纹理变化的影响。此也提高系统的可靠性。
遗憾的是使用超声波传感器的唯一的缺点(如与红外传感器相比较)为相对更高的电力消耗。明确地说，如果超声波传感器是蓄电池供电，那么其需要用户过于频繁的更换蓄电池。使用蓄电池供电的替代为将所述传感器系统连接到洗手间的AC插座。遗憾的是许多用户将不选择需要插入其私人住宅的墙壁电源的马桶。
因此，本发明也提供一种用于所述超声波传感器的节能的新颖系统。简言之，此系统包括使用与超声波传感器组合的红外传感器，其中所述超声波传感器主要保持(节电)“休眠模式”且仅当所述红外传感器检测一定距离外的用户时(举例来说，当用户进入洗手间时)由所述红外传感器唤醒。在优选实施例中，所述红外传感器为“被动红外传感器”，此被动红外传感器提供热梯度(例如，人或手)的低电力检测的优点，但不提供接近或距离的信息。因此，本发明将红外感应与所述超声波传感系统耦合在一起。由于所述红外传感器相比于所述超声波传感器使用少得多的电力，由此产生的系统需要相比于使用“总是开启”的超声波传感器少得多的电力。此两者延长系统蓄电池的寿命，且提高系统的性能(即：借此在适当的时间准确地触发冲洗)。此外，由于所述红外传感器将检测由人的身体所散发的热量，因此所述红外传感器理想地适合检测人的身体或人的手。因 此，所述红外传感器可首先检测用户的存在(通过观看热梯度)，借助于经唤醒的超声波传感器随后近距离检测人的身体或人的手。
在优选实施例中，本发明提供传感器及致动器组合件，其包括：(a)红外传感器，其经配置以检测物体的存在；(b)超声波传感器，其经配置以检测所述物体的存在，其中所述超声波传感器保持休眠模式直到在所述红外传感器已首先检测所述物体的存在之后由来自所述红外传感器的信号唤醒；及(c)致动器机构，其响应于来自所述超声波传感器的信号而激活，所述信号为所述超声波传感器已检测所述物体的存在。优选地，所述红外传感器经配置以检测在远距离处的物体的存在且所述超声波传感器经配置以检测在近距离处的物体的存在。
附图说明
图1为具有安装在其上的本发明的冲洗传感器及致动器组合件的马桶的剖切立体图。
图2为所述传感器及致动器组合件的特写正面透视图。
图3为所述传感器及致动器组合件的特写背面透视图。
具体实施方式
图1说明在马桶上的本发明的放置。如将解释，本发明理想地提供用于检测接近传感器以导致马桶冲洗的用户的手的存在的系统。然而，应理解，不应将本发明限于用于冲洗马桶的系统。举例来说，本发明也可用于冲洗小便器，或用于开启在水槽柜处的水龙头。事实上，本发明甚至可用于启动(或开启)任何装置或设备，包含但不限于洗手间及厨房装置以及设备。本发明的优点是其为用户提供“非接触式”操作。换言之，用户无需接触马桶或安装在马桶上的任何装置以导致马桶冲洗。此当然改善卫生状况，且希望在公共卫生间及在私人住宅两者中应用本发明。(注：图1为剖切立体图也展示所述马桶的内部组件，以说明冲洗操作)。
图2及3展示组合件10的特写正面透视图。组合件10通过在马桶水箱中的孔接纳。组合件10包括具有外部分12及内部分14的外壳，外部分12安置在马桶水箱壁的一侧的突出，内部分14安置在马桶水箱内。螺丝帽15(定位在所述水箱内)可旋转以将组合件10紧固在所述马桶水箱中的孔内。因此，水箱壁夹在螺丝帽15与在外部分12上的大半径轮缘13之间。中部分16经定尺寸紧贴地装配在通过所述水箱壁的孔中。因此，部分16的半径仅稍小于所述孔自身的半径。
传感器及致动器组合件10包括红外传感器20及超声波传感器22。应理解，本文所描述的“超声波传感器”优选地包括超声换能器，其为激发及谐振的膜。此膜接收声音能量且因此产生基于声压的振幅的电位。推盘21为将整个系统开启及关闭的手动开启/关闭开关。此外，也提供手动冲洗启动按钮23(例如，在停电事件中)。
红外传感器20经配置以检测物体的存在，且用于“唤醒”超声波传感器22。在正常操作期间，超声波传感器22处于“休眠模式”使得系统电力消耗显著降低。当用户进入房间，或移动接近马桶时，红外传感器20将检测到所述用户的存在。在此时，红外传感器20将接着开启超声波传感器22，借此将其从其休眠中唤醒。最后，当用户的手在接近超声波传感器22自身定位时，将发送信号到致动器机构，所述致动器机构将触发马桶冲洗。以这种方法，用户的手仅需在距离组合件10的外部分12几英寸处定位以导致所述马桶冲洗。在这些近距离(相对于标准红外传感器)处使用超声波传感器的优点，如果物体过于接近所述红外传感器，那么用户的手可遮住所述传感器，从而导致其无法检测反射光的增加。
在一任选实施例中，致动器30将导致螺线管(未展示)移动内部柱塞以移动空气通过气动电缆(或仅推或拉物理电缆)，本文指定所述气动电缆为元件32。元件32的移动(或通过元件32的移动)可用于导致冲洗阀34冲洗马桶。应理解，元件32及34的结构不限于任何特定实施例或装置。合适的启动机构的一实例(即：包括元件32及34的系统)出现在2013年7月17日申请的题为“具有可移动浮力的浮子的马桶排放阀组合件(Toilet Discharge Valve Assembly Having Moveable Buoyant Float Therein)”的第13/943,991号美国专利申请案，所述专利申请案的全部揭示内容以引用的方式全部并入本文中。所述专利申请案中所揭示的系统使用开关(标记为元件#42)以选择地开启或关闭空气通道以允许浮力的浮子(覆盖排放阀)升起且借此冲洗马桶。任何其它装置(包含但不限于杠杆臂)可为致动器30的一部分。
再次，应理解，上文冲洗阀34实例为非限制的。可使用根据本发明的任何合适的替代启动机构。此外，致动器机构30可为开启电力开关的电动致动器、开启水龙头的水力致动器，或更普遍来说，致动器机构30可为启动任何设备或装置的任何启动机构。可使用不同的致动器机构使得本发明可经定制以用于许多不同的产品。
在优选实施例中，红外传感器20检测在远距离处的物体的存在且超声波传感器22检测在近距离处的物体的存在。所述远距离可达到十英寸或十英寸以上，但也可为如0到24英寸的更近距离，或甚至仅为0到15英寸。应理解，本发明不限于任何特定“远距离”。在各种优选实施例中，所述近距离优选地小于8英寸。最优选地，所述近距离 小于3英寸。此配置的优点为当用户的手在距离组合件10几英寸内时，使用可靠的超声波传感器以检测用户的手。优点为超声检测相比于简单的红外检测更为可靠(如上文所解释)。然而，通过依赖于所述红外传感器而首先检测用户进入房间，且接着开启超声波传感器22，组合件10保存所要的电力以操作超声波传感器22。此外，致动器机构30仅在红外传感器20及超声波传感器22两者都已检测物体之后启动。此进一步提高所述系统的可靠性。
在优选方面，致动器机构30包括：螺线管；在所述螺线管中的柱塞杆，所述柱塞杆由通过所述螺线管的电流移动；及气动管或连接电缆32。所述柱塞杆的移动导致空气在所述气动管中移动或其中所述柱塞杆的移动使所述连接电缆移动，且其中在气动管中的空气的移动或所述连接电缆的移动导致冲洗阀34导致马桶冲洗。组合件10优选地包括外壳40，其中红外传感器20、超声波传感器22及所述螺线管(未展示)安置在所述外壳内(或上)。
在优选实施例中，组合件10进一步包括向红外传感器20及超声波传感器22两者供应电力的蓄电池电源罐50。任选地，蓄电池罐50可连接到外壳40使得蓄电池罐也安置在马桶水箱内。然而，应理解，所述蓄电池也可如所述红外及超声波传感器一样安置在相同的物理外壳内。
在优选实施例中，组合件10进一步包括安置在外壳40中的微控制器(未展示)。所述微控制器接收来自红外传感器20的信号，所述信号为已检测物体，且随后发送信号到超声波传感器22以将所述超声波传感器从其休眠模式中唤醒。
在一些任选的优选实施例中，本发明只提供经配置以检测物体的存在的超声波传感器22；及冲洗致动器机构30，其响应于当所述超声波传感器检测所述物体的存在时来自所述超声波传感器的信号而冲洗马桶。(在这些实施例中，忽略所述红外传感器，且所述超声波传感器保持开启。如果蓄电池组上的电力消耗足够低或电力供应足够高使得超声波传感器22可随时保持开启，那么这些实施例可为适当的)。
本发明也提供一种致动装置的方法，其通过：
(a)使用安装在所述装置上的红外传感器20检测物体的存在；(b)在红外传感器20已检测所述物体的存在之后将超声波传感器22从休眠模式中唤醒，其中超声波传感器22也安装在所述装置上；(c)借助于超声波传感器22检测所述物体的存在；及(d)响应于检测所述物体的存在的所述超声波传感器启动致动器机构30。