用于使用基线特征来传感液位的方法和装置.pdf

一种使用探针的液位传感装置使用例如电路电阻或电压之类的基线探针电路特征，在探针不与储罐中的液体相接触时测量该特征。可以使用基线特征来确定储罐中的液位，例如确定液位处于探针之下、之处还是之上。在一个实施例中，可以将该基线特征与充注储罐时测量的电路特征作比较。基线特征和其它电路特征之间的差值可以用来确定探针是否与液体相接触。

权利要求书
1.  一种用于确定储罐中液位的方法，该方法包括：
提供储罐，在该储罐中液位是可变的；
当与所述储罐相关联的探针不与所述储罐中的液体相接触时，测量包括所述探针的探针电路的基线特征；
在测量了所述基线特征之后，测量所述探针电路的第一特征；以及
基于所述基线特征来确定相应于大约测量所述第一特征的时刻所述储罐中的所述液位。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括：将所述第一特征与所述基线特征作比较。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括：确定所述液位处于所述探针之处、之上还是之下。

4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括：确定所述基线特征和所述第一特征之间的差值。

5.  如权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述基线特征和所述第一特征之间的所述差值超过阈值时，确定所述液位处于所述探针之处或之上。

6.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在测量了所述第一特征之后，测量所述探针电路的第二特征；
将所述第一特征的值指定为所述基线特征；以及
基于所述基线特征来确定相应于大约测量所述第二特征的时刻的液位。

7.  如权利要求6所述的方法，其特征在于，当在大约测量所述第一特征的时刻确定所述液位处于所述探针之下时，将所述第一特征的所述值指定为所述基线特征。

8.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
从所述探针不与所述液体相接触的低液位开始充注所述储罐；以及
其中，测量所述第一特征的所述步骤包括在充注所述储罐的过程中测量所述第一特征，以及，在充注所述储罐的过程中实施所述确定步骤。

9.  如权利要求8所述的方法，其特征在于，假如所述确定步骤确定所述液位处于所述探针之下，则所述方法还包括：
在测量了所述第一特征之后并在充注所述储罐的过程中，测量所述探针电路的第二特征；以及
基于所述基线特征来确定相应于大约测量所述第二特征的时刻的液位。

10.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基线特征表示所述探针电路中的电阻、电压或电容。

11.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探针包括导电部分，并且所述探针电路包括所述储罐的至少一部分。

12.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，
将液体从所述储罐分配至腔，从而使所述液体与饮料介质相接触并形成饮料。

13.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述液体是水，而所述饮料是咖啡、茶或其它包括可溶于液体的物质的饮料。

14.  一种液位确定系统，该系统包括：
探针电路，该探针电路包括构造和设置成与储罐中的液体相接触的导电探针，在该储罐中液位是可变的；以及
控制器，该控制器适于当所述导电探针不与所述储罐中的所述液体相接触时测量所述探针电路的基线特征，在测量了所述基线特征之后测量所述探针电路的第一特征，并且基于所述基线特征来确定相应于大约测量所述第一特征的时刻所述储罐中的所述液位。

15.  如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述控制器适于将所述第一特征与所述基线特征作比较以确定所述液位。

16.  如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述控制器适于确定所述液位处于所述导电探针之处、之上还是之下。

17.  如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述控制器适于确定所述基线特征和所述第一特征之间的差值，并基于所述差值来确定所述液位。

18.  如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述控制器适于当所述基线特征和所述第一特征之间的所述差值超过阈值时确定所述液位处于所述导电探针之处或之上。

19.  如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述控制器适于在测量了所述第一特征之后测量所述探针电路的第二特征，适于将所述第一特征的值指定为所述基线特征，并且适于基于所述基线特征来确定相应于大约测量所述第二特征的时刻的液位。

20.  如权利要求19所述的系统，其特征在于，当在大约测量所述第一特征的时刻确定所述液位处于所述探针之下时，将所述第一特征的的所述值指定为所述基线特征。

21.  如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述控制器适于控制储罐充注系统以从所述导电探针不与所述液体相接触的低液位开始充注所述储罐，并且在充注所述储罐的过程中确定所述液位。

22.  如权利要求21所述的系统，其特征在于，假如所述控制器确定在大约测量所述第一特征的时刻所述液位处于所述导电探针之下，则所述控制器适于在测量了所述第一特征之后并在充注所述储罐的过程中测量所述探针电路的第二特征，并且适于基于所述基线特征来确定相应于大约测量所述第二特征的时刻的液位。

23.  如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述基线特征表示随所述探针电路中的电阻、电压或电容的变化而变化的值。

24.  如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述探针电路包括所述储罐的至少一部分。

25.  如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述控制器适于在充注所述储罐的过程中反复测量所述基线特征。

26.  如权利要求14所述的系统，其特征在于，还包括：
饮料形成系统，该饮料形成系统适于使用从所述储罐供给至腔的液体来形成饮料。

27.  如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述液体是水，而所述饮料是咖啡、茶或其它包括可溶于液体的物质的饮料。

28.  如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述饮料形成系统包括冲泡腔，该冲泡腔适于容纳包括饮料介质的一次性筒，并且所述饮料是通过使所述饮料介质与所述液体相接触来形成的。

29.  如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述饮料形成系统包括加热器，该加热器加热与所述饮料介质相接触的所述液体。

30.  如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述饮料形成系统包括储水罐和计量罐，来自所述储罐的水在所述计量罐中被加热，并且水从所述计量罐供给至所述腔。

31.  一种用于确定储罐中液位的方法，该方法包括：
提供储罐，在该储罐中液位是可变的；
当与所述储罐相关联的导电探针不与所述储罐中的液体相接触时，测量包括所述导电探针的探针电路的基线特征；
在测量了所述基线特征之后，测量所述探针电路的第一特征；以及
基于所述基线特征来确定相应于大约测量所述第一特征的时刻所述储罐中的所述液位。

说明书用于使用基线特征来传感液位的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于液位传感的方法和装置。
背景技术
在诸如用于在咖啡冲泡机中储藏、加热和/或计量水的储罐之类的储罐中的液位传感由于某些原因可能是很重要的，诸如用于告知使用者储罐需要再充注、用于确定储罐中存在的量、和/或防止机器在储罐中不存在足够水时工作。这些应用中的液位传感可用不同方式来完成。在一种方法中，可使用导电探针来检测储罐中水的存在，这是通过确定包括探针的电路电阻是否下降至绝对阈值之下、例如低于表示电路中存在相对低电阻的水时的3000欧姆来检测的。
发明内容
发明人已经意识到，使用一些现有技术的探针检测装置在一些条件下不能根据需要来工作。例如，在诸如反渗透去离子(RODI)过滤的水之类的高度过滤水的一些应用场合，由于过滤水的相对较高的电阻，检测水位会较难。例如，一些检测装置测量导电探针和储罐壁之间的通常开路的电阻，当空气存在于探针和储罐之间时，该电路通常具有相对较高的电阻。当使用高度导电的水时，当水存在于探针和储罐之间的电路中时，电路的电阻显著下降。然而，对于一些类型的高度过滤水，水的电阻可能相对较高，从而阻碍一些系统检测探针和储罐之间水的存在。
一些系统遇到的另一问题是可能会存在于探针、储罐壁和/或传感电路的其它部分上的水垢或其它沉积物。当例如为了冲泡而在储罐中加热水时，这些沉积物在系统中会是相当普遍的。水垢和其它沉积物可引起探针电路电阻随时间而变化，例如随着100次或多次储罐充注/加热/分配循环的过程而变化，以及引起探针电路电阻随着单次充注操作的过程而变化。例如，当储罐是新的或几乎没有沉积物时，在没有水存在于探针处时，探针电路的电阻会是相对较高的。随着许多次储罐充注/加热/分配循环的过程，储罐中集聚的水垢会引起探针电路的电阻从储罐是新的时下降。同样，当储罐是新的时，当储罐壁是热的且再次充注储罐时，探针电路的电阻通常不会显著改变。然而，当水垢存在于储罐壁和/或探针上时，在紧接着排空储罐之后，水垢可能会含有一定量的水。假如储罐壁是热的，则例如当储罐正被充注时，由水垢保持的水会趋于蒸发，从而引起探针电路的电阻增大。结果，随着系统的使用寿命，液位传感装置的性能将会以相对不可预知的方式改变，并引起某些系统无法可靠地检测到储罐中的水位。
在本发明的一个方面，一种用于确定储罐中液位的方法包括：提供储罐，在该储罐中液位是可变的；当与储罐相关联的探针不与储罐中的液体相接触时，测量包括探针的探针电路的基线特征。该基线特征可以是电压、电阻或包括探针的电路的其它特征。当已知探针不与储罐中的液体相接触时，诸如在储罐排空到探针液位之下后不久，可以测量基线特征。在测量了基线特征之后，例如当储罐正被充注时，可以测量探针电路的第一特征。可以基于基线特征来确定相应于大约测量第一特征的时刻储罐中的液位。例如，可将第一特征与基线特征作比较，基于该比较结果，可以确定液位处于探针之下、之处还是之上。在一个实施例中，可以确定第一特征和基线特征之间的差值，假如该差值超过阈值，则可以确定液体处于探针液位之处或之上。
通过使用测量出的基线特征，液位确定方法可以能够更可靠地检测探针处液体的存在，甚至当使用高度过滤的水和/或水垢或其它沉积物存在于储罐、探针或探针电路的其它部分上时也是如此。测量基线特征(例如，在储罐充注操作过程中)可以使系统能在已知的条件下(当探针不与液体相接触时)检测探针电路的电阻或其它特征，并且使用该特征来与后测量出的特征作比较。因此，假如存在会改变探针电路的电阻或其它特征的水垢或其它沉积物，则测量基线特征可以在检测液位时有效地考虑到由水垢或其它沉积物引起的电路的变化。同样，因为可以精确地测量基线特征，所以可以检测到在使用高度过滤水或其它高电阻液体时会发生的电阻相对较小的变化。
在本发明的另一方面，一种液位确定系统可以包括探针电路，该探针电路包括构造和设置成与储罐中的液体相接触的导电探针，在该储罐中液位是可变的。控制器适于当导电探针不与储罐中的液体相接触时测量探针电路的基线特征，在测量了基线特征之后测量探针电路的第一特征，并且确定相应于大约测量第一特征的时刻储罐中的液位。
在一个实施例中，控制器可以在储罐充注操作过程中反复测量基线特征，从而可以在充注过程中更新基线特征。例如，可以将基线特征与第一特征作比较，假如确定了液体不处于探针之处或之上，则可将第一特征的值指定为后续确定液位时所用的基线特征。或者，可以单独地重新测量和重新设定基线特征。可以在整个充注操作中重复该过程，直到确定液体处于探针之处或之上为止，此时可以停止充注操作。
从下面的描述和权利要求书中，本发明的这些和其它方面将是显而易见的。
附图说明
下面参照示例性实施例来描述本发明的诸方面，其中相同的元件引用相同的附图标记，在附图中：
图1示出了结合入饮料形成系统中的根据本发明的液位传感系统的示意图；以及
图2示出了根据本发明的用于确定储罐中的液位的方法的诸步骤。
具体实施方式
可以使用用于探针传感器的任何合适装置和/或任何相关联的饮料形成系统来实施本发明的诸方面。为了示例在这里描述了若干不同的实施例。然而，这些示例性实施例不是用来狭义地解释本发明的范围。例如，下面描述了一些实施例，在这些实施例中，使用单个探针传感器来确定储罐中的液位。然而，也可在多个液位处使用两个或多个探针，从而系统能够确定储罐中的两个或多个液位。此外，这里描述了本发明的各个方面，这些各个方面可以任何合适的彼此之间的组合或单独地使用。
在本发明的一个方面，液位传感装置实际上测量液位传感探针电路的基线特征，并使用测量出的基线特征来确定液位。这与具有在探针电路的电阻下降至预定的绝对阈值之下时检测液位的探针装置的系统不同。如上所述，当检测具有高电阻的液体时和/或当储罐、探针电路的探针或其它部分上存在水垢或其它沉积物时，这些系统可能是不精确的。在一个实施例中，液位传感装置可以在储罐的单次充注操作过程中两次或多次更新探针电路的基线特征，从而获得更精确的基线，以与后面的测量值作比较并确定液位。
在本发明的一个方面，基线特征可以是电探针电路的电阻或电压，但是也可使用其它特征，诸如电容、表示电路电容的值(诸如电路充电时间)、阻抗、光透射率或其它特性(例如，假设液位传感装置使用光学检测器来检测液位)、压力等。因此，本发明的诸方面可与任何合适的测量/检测技术一起使用，而不仅仅是基于电阻/电压的方法。
图1示出了结合了根据本发明诸方面的液位传感装置的饮料形成系统1的示意框图。如上所述，本发明的诸方面可以与任何类型的系统一起使用，而不仅仅是饮料形成系统。在此示例性的实施例中，饮料形成系统1包括储罐2，该储罐2适于储藏在形成饮料过程中使用的一定量的水或其它液体。水可以由泵3从储罐2供给至计量罐4。计量罐4中的水可以由诸如电阻加热元件之类的加热器5来加热。已被加热的水可以通过气泵9从计量罐排放出去，该气泵9给计量罐4加压并迫使水从储罐4进入导管6以流动至冲泡腔7。冲泡腔7可以任何合适的方式工作以从由导管6供给的水中形成饮料，诸如使水与饮料介质(例如，炒咖啡和咖啡粉)相接触以形成饮料(例如，咖啡饮料)。咖啡冲泡腔7可以设置成使用一次性饮料滤筒，诸如包括饮料介质和过滤元件的密封容器，从而加热的水可以喷射入容器以浸泡饮料介质，并且已过滤的饮料可以从滤筒中移出。熟悉本领域的技术人员会意识到，也可形成其它饮料，诸如茶或者其它包括水溶性物质的冲泡或非冲泡饮料。
水泵3、加热器5、气泵9和系统1的其它部分的工作可以由控制器8来控制。控制器8可以包括一个或多个通用计算装置、存储器、合适的软件或其它工作指令、用户输入/输出装置、通信总线或其它连接、传感器、开关、继电器、双向三极管开关、和/或其它实施输入/输出或其它功能所必需的部件。控制器8可以通过探针10来检测储罐4中的水位，该探针10可以包括导电元件，该导电元件与储罐电绝缘且定位成当液体存在于特定水位之处或之上时与储罐中的液体相接触。例如，当液体通过气泵9从储罐4中排放出来时，液位将处于低液位L处，该低液位L几乎等于储罐4中导管6底部处的液位。(可以由控制器8通过压力传感器11检测储罐4中的压降来检测液体从储罐4中的排放完成。也就是说，当水从储罐4中被迫进入导管6中时，该压力与当液体完全排出且空气从储罐4被迫进入导管6中时储罐4中的压力相比可能相对较高。压力传感器11可以设置在任何合适的位置，诸如在供水管线中、在储罐4中等，该压力传感器11可以检测表示液体排放完成的该压降。)此后，控制器8可以控制水泵3开始充注储罐4以使系统1准备好形成另一饮料。
在储罐4的充注过程中，控制器8可以监测包括探针10的电路的特征，以检测表示储罐4中的液位已到达探针10、即液位处于高液位H之处或之上的特征变化。例如，控制器8可以监测探针电路的电阻和/或电压变化，该电阻和/或电压变化表示液体已经与探针10相接触。(在一些实施例中，水通常是低电阻的，因此在探针10和储罐壁之间的通常“开”路将具有高的电阻，直到水闭合了探针10和储罐4之间的电路为止，从而降低了电路的电阻。即使当在系统中使用RODI水时，根据本发明的诸方面也可检测电阻/电压/电容中的可检测到的变化。)
在一个实施例中，控制器8可以将恒定的直流信号施加至探针电路，并监测电路的电压变化，例如每8.3毫秒左右。当在储罐排放工作结束时检测到低压时的时刻可以施加直流信号，直到储罐的充注操作停止为止。此后，直流信号会切断，并且在储罐的下一次排放结束时重启。应该理解，也可根据需要将其它信号施加至探针电路，诸如交流信号，该交流信号可在一些应用场合帮助减少探针上的水垢和/或其它沉积物，尤其是假如探针保持长期加电的话。此外，控制器8可以具有用于探针电路的“盲”时间段，从而控制器8在当启动储罐充注操作时开始的时间段中不使用来自探针电路的输出。因此，可以忽略储罐中的液体在初始充注过程中可能会弄湿探针的任何飞溅(可能会引起错误的液位指示)。同样，可以使用从探针电路提供的信号的任何合适过滤，例如需要基线特征和测量出的特征之间的差值保持在阈值之上(或之下)持续特定的时间段、诸如1/3秒以便检测液位的过滤器。这种类型的过滤可以有助于避免检测“假阳性”。
根据本发明的一方面，当探针处于已知的条件中时，例如，当探针是“干”的或已知不与储罐4中的液体相接触时，控制器8可以测量探针电路的电阻或一些其它特征。在一个实施例中，当压力传感器11检测到液体从储罐中排放结束时，控制器8可以知道探针10不与储罐4中的液体相接触。此时或者此后，控制器8可以测量探针电路的特征，并且使用测量出的特征作为探针电路的基线特征。该基线可以用于下一次充注操作和/或用于若干后续的充注循环。或者，对于每次充注操作可以更新基线。当储罐正被充注时，可以将基线特征与其它特征测量值作比较，基于该比较，控制器8可以确定液体是否位于探针液位之处或之上，例如处于高液位H之处或之上。例如，可以将在充注操作开始的紧接之前由控制器8测量出的基线电阻与当水泵3实施储罐的充注时探针电路的后续电阻测量值作比较。
在一个实施例中，可以确定基线特征和测量出的特征之间的差值，基于该差值，控制器可以确定液体是否位于探针液位之处或之上。例如，控制器可以检测用于探针电路的特定基线电压，然后再检测用于探针电路的另一电压。可以将基线电压和后测量出的电压之间的差值与阈值作比较，假如该差值超过阈值，则控制器可以确定液位处于探针处。否则，控制器可以再次后测量电路的电压，将该电压与基线作比较，确定液位等等，直到确定液位已处于探针处为止。通过使用基线和后测量出的特征之间的差值，可以检测到特征中相对较小的变化，诸如由于RODI水接触探针而引起的探针电路电阻中的小变化。在一个实施例中，当基线电压和测量出的电压之间的差值是约362毫伏或更多时，控制器8可以检测到在探针10处存在水。
在一个实施例中，在用于储罐的充注操作过程中，可以将基线特征更新或刷新两次或多次。例如，假如控制器测量基线特征，然后测量探针电路特征，并确定液位处于探针之下，则控制器可以将后测量出的特征的值指定为基线特征。控制器可以适当地重复该过程，直到确定液位处于探针处为止。在一个实施例中，只有高于(或低于)基线特征的值才用来刷新或更新基线特征。当储罐、探针或探针电路的其它部分有水垢或其它影响电路电阻或其它特征的沉积物时，这种类型的方法会是有用的。如上所述，一些这种沉积物可以引起探针电路的电阻从一个充注循环变化至下一个充注循环和/或在单个充注操作过程中变化。通过在充注操作过程中更新或刷新基线特征，控制器可以考虑到由于水垢、沉积物或其它因素所引起的探针电路中的变化(尤其是那些在充注操作过程中会影响探针电路特征的因素)，并且能够精确地检测到探针处液体的存在。这种方法可以增大信噪比，从而提高传感操作的精度。可在检测中提供附加精度的另一特征可以是，在相对较短的时间跨度中测量用于检测液位变化的电路特征，例如从而有助于避免在较长时间跨度中会发生的变化。
在另一实施例中，系统可以能够确定在系统中使用的水或其它液体的类型，并且因此调整系统操作。例如，系统可以能够确定系统中正在使用的是RODI水还是标准的自来水，并且在确定基线特征和测量出的特征之间的差值时使用合适的阈值。因此，阈值可以是变量，可根据所使用的水或其它液体的类型来调整该变量。
图2示出了用于确定储罐或其它容器中的液位的方法中诸步骤的流程图。在步骤S10中，可以测量用于探针电路的基线特征。在使用导电探针的装置中，可以测量电阻、电压、电容或包括导电探针的电路的其它特征。在其它装置中，可以测量用来检测液位的其它合适特征，诸如光阻抗或光信号幅度、压力、温度等。当探针处于已知的状态中时，诸如当已知一定量的液体已从储罐中排放出来之后紧接着或立即探针不与液体相接触时，可以测量基线特征。
在步骤S20中，可以在已测量了基线特征之后测量探针电路的第一特征。例如，在储罐的充注操作开始之后，可以在测量了基线特征之后立即测量第一特征。在另一实施例中，例如当基线特征用于多个储罐充注操作时，可以在测量了基线特征之后多次充注/排放循环后测量第一特征。可以与基线特征相同的方式测量第一特征。例如，假如探针电路使用光学检测器来检测在光发射器和检测器之间是否存在液体，则可以在测量基线特征时控制发射器以相同的强度、频率、持续时间等来发光。
在步骤S30中，可以基于基线特征来确定液位。例如，可以基于基线特征来确定液体处于探针之下、之处或之上。在一个实施例中，可以将第一特征与基线特征作比较，基于该比较，可以作出液位确定。在这种情况下，液位的确定将与测量第一特征的时刻之时或左右相对应。可以确定基线特征和第一特征之间的差值，并基于该差值来确定液位。例如，假如基线特征是电阻，假设基线特征和第一特征之间的电阻差值超过阈值，则可以确定液体处于探针之处或之上。通过将阈值设定为合适的值，可以作出精确的液位确定，甚至当传感装置与诸如RODI水之类的相对较高电阻的液体一起使用时也是如此。
在一个实施例中，假如第一特征和基线特征的比较没有确定液体处于探针之处或之上，则可以将第一特征的值赋予基线特征。因此，在每次测量探针电路特征时，系统可以更新基线特征，在一些情况下，系统可以在储罐或其它容器的充注操作过程中作多次更新。如上所述，在一些应用场合，例如在由于水垢或其它影响探针电路的沉积物的干燥而引起充注操作过程中探针电路电阻变化的情况下，更新基线特征会是有用的。此后，可以在测量了第一特征之后测量第二特征，并将第二特征与基线特征作比较，以在与测量第二特征的时刻之时或左右相对应的时刻作出液位确定。
尽管已经连同本发明的特定实施例来描述了本发明，但是显然的是，对于熟悉本领域的技术人员来说，许多替换、修改和变型将是显而易见的。因此，这里所述的本发明实施例将是示例性的而不是限制性的。可在不脱离本发明的精神实质和范围的前提下作出各种改变。