采用压电膜传感器 的洗衣机水位 控制装置 本发明有关一种采用压电膜传感器的洗衣机水位控制装置。尤其是，本发明有关一种采用压电膜传感器的能精确敏感洗衣桶水位且结构简单的洗衣机水位控制装置。
洗衣机通常采用在一洗衣桶中注水并通过一带叶片的中心柱的转动来制造水流的方式洗涤放置其中的衣服和其它洗物。该中心柱经受脉冲的和激励的运动来制造相应的水流，水流冲击洗物来将其充分洗净。
通常在洗衣机中提供一控制洗衣桶中水位的装置，除了控制从洗衣桶中排水之外，还用于确保洗衣桶中的注水达到为一预定洗涤模式所设置的合适水位或由使用者所设置的合适水位。在水位调节装置中包括一水位传感器。
参照图1，图中示出的是一已有技术地洗衣机水位调节装置的示意图。该水位调节装置包括一水位传感器10、一微控制器20、一供水阀驱动器30、一排水阀驱动器40、以及一洗衣机工作部50。
水位传感器10包括第一和第二反相器11和12、一线圈13、和一电阻R，上述第一和第二反相器11和12、线圈13、以及电阻R被配置在水位传感器10上且相互平行。水位传感器10进一步包括电容C1和C2，它们各自被连接到反相器11和12，线圈13和电阻R每个的输入和输出端，并且一第三反相器14被串联连接到该第一反相器11的一输出端。
线圈13具有电感，该电感可由对水位响应的压力变化来加以改变。采用这样一种线圈13的常规水位传感器10输出一响应水位变化的水位传感信号。
更详细地说，当将水提供给洗衣桶，其中的水位增加，这样便有压力施加到一膜盒上。膜盒的膜片则正比于所施加压力被压缩，且当该压力被释放时，膜盒的膜片又回复到起始状态。
线圈13连接至膜盒且对膜盒形状的变化(例如膜片相对于施加压力变化产生的运动)作出反应。这样，当膜盒形状变化时，施加至线圈13的一磁场变化，由此改变了线圈13的电感值。该电感值的改变反过来又改变了一LC振荡电路的谐振频率f，该谐振频率f由公式f=1/(2π√LC)来进行计算，其频率范围为19KHz～26KHz。该谐振频率f的一个信号被输入到洗衣机的微控制器20中。
当水被供给洗衣机的洗衣桶时，线圈13的电感随着水位的改变而变化。即：当水位增加以提高水压时，线圈13的电感亦增加，而当水位降低而使水压也降低时，线圈13的电感也相应减少。因此，水压的增加产生一较低的谐振频率f，相反水压的减小则产生一较高的谐振频率f。
如上所述，谐振频率f的信号被输入到微控制器20中。微控制器20对输入频率值进行计数，且将一当前计数的值与一先前计数的值作比较，由此来确定洗衣机的水位。
如果水位达到由使用者所设置的水位或为某一专门洗涤模式所预编程设定的水位，微控制器20则确定供水操作已完成并输出一相应信号给供水阀驱动器30。该供水阀驱动器30然后执行一操作来关闭一供水阀。
关于排水，当洗水桶中的水在洗涤过程中被排出时，微控制器20则采用上述计数、存储和比较输入频率值的方法确定何时将水完全排光，然后输出一相应信号给排水阀驱动器40。从而，排水阀驱动器40控制一排水阀进行关闭，由此来完成将水从洗衣机排出的操作。
参照图2，图中示出谐振频率f和已有技术的水位传感器10的水压之间的关系曲线。图中常规水位传感器的谐振频率f的范围为19KHz～26KHz。若洗衣桶中无水，传感器的输出频率为26KHz(水压，0mm H2O)，而当洗衣桶中注满水时，传感器10的输出频率为21KHz(水压，600mmH2O)。
然而，如图2中(a)部分所示的那样，水位传感器10的输出频率值在60mm H2O和100mm H2O之间是常值。因而，当水位传感器10确定水位在60mm H2O和100mm H2O的水压之间为相同时，用传感器10便不能获得对水位的精确检测。换言之，由于在(a)部分之上不可能检测出精确的水位，因而也就不可能在整个水位范围上获得精确的传感结果。
此外，也因为归根结底要依靠机械的关系来确定洗衣桶中的水位(即：线圈13对膜盒的膜片位置的变化作出反应)，如同所有的机械装置情形一样，反复的操作时间长了会磨损膜片，这样水位检测便逐渐变得更不精确。
本发明试图解决上述问题。本发明的一个目的是提供一种采用压电膜传感器的洗衣机水位控制装置，它能精确传感一洗衣桶的水位并具有简单的结构。
为实现这一目的，一采用压电膜传感器的洗衣机水位控制装置包括：
一装于洗衣桶一侧的压电膜传感器，该传感器正比于施加到该压电膜传感器表面的力来改变输出信号；
一放大器，用于放大压力膜传感器的输出信号；
一微控制器，它接收放大部分的输出信号作为输入，将其转换成水位数据，并根据该水位数据来控制水位；
一供水阀驱动器，它被连接至该控制部输出端，并控制供水阀的操作；以及
一排水阀驱动器，它被连接到该控制部输出端，并控制排水阀的操作。
通过以下的叙述并结合附图可进一步理解本发明其它的目的和优点，其中：
图1示出一已有技术的洗衣机水位控制装置；
图2为图1所示的一已有技术的水压传感器的水压同谐振频率间的关系曲线；
图3为根据本发明的一优选实施例的一采用压电膜传感器的洗衣机水位控制装置的示意图；
图4(a)和4(b)示出本发明所用的一压电膜传感器；
图5示出根据本发明的一装有一压电膜传感器的洗衣机；
图6为图4所示的水位控制装置的控制方法的流程图。
以下参照附图详细说明本发明的一优选实施例。
参照图3，图中示出一采用压电膜传感器的洗衣机水位控制装置，它包括：
一键盘输入单元31，用于从使用者接收一洗衣机的功能信号；
一压电膜传感器32，它装在一洗衣桶一侧，且正比于施加在该压电膜传感器32的表面上的力来改变输出信号；
一放大器33，用于放大该压电膜传感器32的输出信号；
一微控制器30，它接收放大器33的输出信号作为输入，将其转换成水位数据，并根据该水位数据来控制水位；
一供水阀34，用于开/关洗衣机的一供水管道；
一排水阀36，用于开/关一排水管道；
一供水阀驱动器35，它被连接至微控制器30的一输出端，且控制供水阀34的操作；
一排水阀驱动器37，它被连接至微控制器30的一输出端，且控制排水阀36的操作；
一洗衣机操作部38，用于在洗衣桶水位达到一预定水位之后根据从微控制器30发送来的控制信号来操作洗衣机。
图4(a)为一压电膜传感器32的一主视图；图4(b)为根据A-A＇线所作的压电膜传感器32的剖视图。以下参照图4来说明压电膜传感器32。
压电膜传感器32为一种根据洗衣桶水位来改变输出电压的压力传感器。
压电膜传感器32包括：一聚酯层1；一压电膜3；一保护镀层5；金属层2和4位于聚酯层1和压电膜3，以及压电膜3和保护镀层5之间；以及用于输出信号的导线6。压电膜传感器32利用一种压电效应：当一压力施加于压电膜传感器32时由极化作用产生一电压，这样压电膜传感器32能快速对作用在它之上的一刺激作出响应。
在本发明的优选实施例中，当压电膜传感器32被水压所弯曲时则产生电压。
压电膜传感器32的输出电压的变化正比于施加于该传感器32表面上的力。该力可用式子表达为F=P×A，式中P为压强，A为压电膜传感器32的表面积。该式F=P×A是同另一式子F=ph×A一样的。更详细地，h为高度(即：水位)，A为压电膜传感器32的表面积，而p为预定的常数。该式F=ρh×A等于另一式h=F/ρA。因而，水位数据h可用面积数据A和力数据F来获得。微控制器30接收一输出电压，该电压为有关施加至电膜传感器32的力经过放大器33后的数据，微控制器30通过上述公式h=F/ρA将它作为水位数据。
图5示出根据本发明的一安装有一压电膜传感器的洗衣机。压电膜传感器32安装在一传感器壳体7中，该壳体7定位在压电膜传感器32的下部。具有压电膜传感器32的传感器壳体被示出在图5的右侧。其中，在洗衣桶40的下方形成有一孔。洗衣桶40则连接至传感器壳体7。
在传感器壳体7的两端形成有螺钉孔，用螺钉将传感器壳体7连接至洗衣桶40。压电膜传感器32被插入传感器壳体7中。传感器壳体7的一上部是打开的而它的一下部为一基底，这样由水和洗物产生的力被传递至压电膜传感器32上。另外，传感器壳体7包括从基底内侧垂直伸出的下侧支撑杆8；以及从基底外侧伸展的上侧支撑杆9，支撑杆9的上端则面对下侧支撑杆8，两者间有一预定间距。压电膜传感器32则被插入进下侧支撑杆8和上侧支撑杆9之间。为将传感器壳体7连接至具有水密特性的洗衣桶40上，在传感器壳体7的两侧上构成有螺钉孔。密封件15被放置在传感器壳体7的周围和形成在洗衣桶40上的孔16之间。
参照图6，图中示出本发明的水位控制装置的控制方法的流程图。
首先，微控制器30确定在步骤S10水位是否根据一专门的洗涤模式来预置或由用户来设置。如果在步骤S10水位是被自动设置的，则在步骤S20微控制器30检测洗物的重量。下一步，在步骤30由微控制器来根据检测到的洗物重量设置洗衣桶40内部的水位。
以上，在步骤S10如果水位不是自动设置的，则在步骤S11由使用者通过一键盘输入单元31加以选择。在水位设置过程之后，微控制器30通过发送一相应信号到供水阀驱动器35来打开供水阀34，这样在步骤S40水被供应给洗衣桶40。之后，在步骤S50微控制器30采用压电膜传感器32来传感水位。
以下将更加详细地来说明传感水位的步骤S50。压电膜传感器32的一输出信号被放大器33所放大，且然后施加至微控制器30的一4模/数口(A/D口)，放大器33的输出为一模拟电压值。微控制器30的A/D口接收放大器33的输出信号并将其转换为数字信号。
微控制器30在步骤50通过把数字值放入式子h=F/ρA来确定水位，并在步骤60将一当前水位同一预定水位作比较。在步骤60如果当前水位低于预定水位，微控制器30则确定当前水位未被达到，由此传送一信号给供水阀驱动器35，这样供水阀34被打开而水被供应给洗衣桶40。
另一方面，在步骤60如果被检测到的水位超出预定水位时，微控制器30则确定现有水位已达到预定水位。从而，微控制器30传送一信号到供水阀驱动器35，这样在步骤S70供水阀34被关闭。接下来，在步骤S80微控制器30通过送出信号到洗衣机操作部38来操作洗衣机，由此来运作洗衣机洗涤洗物。
在衣物洗涤完成之后，微控制器30发出一信号给排水阀驱动器37，这样在步骤90排出阀36被打开以排泄洗衣桶40中的水。在排水过程开始之后，在步骤100微控制器30在一排水过程中检测水位。
在步骤S110微控制器30通过检测水位来确定排水过程是否被完成。若排水过程未被完成，微控制器30继续执行控制来将排水阀36保持在一打开状态。如果检测到在步骤S110已经完成排水过程，微控制器30送出一相应信号到排水阀驱动器37来关闭排水阀36。
如上所述，本发明的洗衣机水位控制装置采用一压电膜传感器，该传感器对力能给出高精度数据且具有高灵敏度，因而能精确地传感洗衣桶的水位。此外，由于压电膜传感器直接安装于洗衣桶上，因此水位控制装置具有简单的结构。
尽管本发明是根据目前被认为是最实际的以及优选实施例来加以说明的，但应理解的是：本发明并不局限于所披露的实施例，相反，本发明倾向于在所附权利说明的精神和范围之内覆盖各种修正例和等价配置形式。