KR20100033526A

KR20100033526A - 세척액의 탁도를 검출하기 위한 센서 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100033526A
Application number: KR1020107002379A
Authority: KR
Inventors: 마이클 파우스; 레인하트 헤링; 번트 크랜즐레
Original assignee: 베에스하 보쉬 운트 지멘스 하우스게랫테 게엠베하
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2010-03-30
Also published as: DE102007031480A1; US8441646B2; WO2009007268A1; EP2165183A1; CN101688833B; CN101688833A; RU2010102005A; US20100195091A1; DE102007031480B4; RU2468357C2

Abstract

본 발명은 광학 송신기 및 광학 수신기를 이용하여 세척액의 탁도를 검출하기 위한 센서 장치 및 방법에 관한 것이며, 여기서 테스트될 세척액은 상기 송신기와 상기 수신기 사이를 흐른다. 센서 장치는 전자 평가 장치를 포함하며, 상기 전자 평가 장치는 (a) 기준 측정을 수행하여 기준 측정값(CG)을 결정하도록 광학 송신기 및 수신기를 사용하고, (b) 측정될 세척액에 대한 탁도 측정을 수행하여 시험 측정값(MG)을 결정하도록 광학 송신기 및 수신기를 사용하고, (c) 상기 기준 측정값(CG)를 상기 시험 측정값(MG)에 관련 짓고, (d) 이로부터 세척액의 결정된 탁도에 대한 특성값(turb)을 결정하고, 상기 특성값을 측정 신호로서 방출한다. 본 발명에 따르면, 기준 측정값 결정 및 시험 측정값 결정은 탁도의 구배를 결정하는 것을 포함한다.

Description

세척액의 탁도를 검출하기 위한 센서 장치 및 방법{Sensor device and method for detecting the turbidity of wash liquor}

본 발명은 광학 송신기(transmitter) 및 광학 수신기(receiver)를 이용하여 세척액의 탁도를 검출하기 위한 센서 장치에 관한 것으로, 여기서, 테스트될 세척액은 상기 송신기와 상기 수신기 사이를 흐른다. 센서 장치는 전자 측정 장치를 포함하며, 상기 전자 측정 장치는, 기준 측정(reference measurement )을 수행하여 기준 측정값(reference measured value)을 결정하도록 상기 광학 송신기 및 수신기를 사용하고, 측정될 세척액에 대한 탁도 측정을 수행하여 시험 측정값(test measured value)을 결정하도록 상기 광학 송신기 및 수신기를 사용하고, 상기 기준 측정값을 시험 측정값에 관련짓고, 이로부터 세척액의 결정된 탁도에 대한 특성값(characteristic value)을 결정하고, 측정 신호(measurement signal )로서 상기 특성값을 방출하도록 설계된다.

또한, 본 발명은 세척액(특히 가정용 식기세척기의 세척액)의 탁도를 검출하기 위한 방법에 관한 것으로, 이때, 테스트될 상기 세척액은 송신기와 수신기 사이에서 흐르고, 기준 측정값을 결정하기 위해 기준 측정이 수행되고, 측정될 세척액에 대한 탁도 측정은 시험 측정값을 결정하기 위해 수행되며, 기준 측정값을 시험 측정값에 관련짓고, 이로부터 세척액의 결정된 탁도에 대한 특성값이 결정되고 상기 특성값이 측정 신호로서 방출된다.

이와 같은 센서 장치(줄여서 "탁도 센서"라고도 불림)를 사용하는 것은 세척 기계, 식기세척기 등이 작동할 때 이점이 있다. 세척 또는 헹굼 액의 탁도를 결정함으로써, 세척 또는 헹굼 사이클이 반복될 때, 이 액체가 충분히 깨끗한지, 따라서 헹굼 사이클을 끝낼 수 있는지 여부의 시점을 결정하는 것이 가능하다. 결과적으로, 세척 또는 헹굼 사이클의 횟수나 개별적인 서브프로그램 단계의 지속시간을, 더 심하게 오염된 또는 덜 심하게 오염된 세탁물 또는 세척될 물건이 존재하는 실제 조건에 대해 조절하는 것이 가능하며, 세척액의 오염 레벨에 관계없이, 헹굼 사이클이나 서브-프로그램 단계를 허용되는 최상위 오염 레벨로 설정하지 않는 것이 가능하다. 따라서 탁도 센서는 요구되는 세척 또는 헹굼 액 양에 있어서의 상당한 감소에 기여한다. 동시에, 세척제의 추가는 탁도 센서에 의해 측정된 오염의 실제 정도에 일치될 수 있다. 이는 또한 세척 물질(cleaning substances)을 줄이는 것이 가능함을 의미한다.

탁도 센서는 기본적으로 알려져 있다.

광학 송신기 및 광학 수신기를 사용하여 세척액의 탁도를 검출하기 위한 일반적인 센서 장치(여기서 테스트될 상기 세척액은 상기 송신기와 수신기 사이에 흐른다)는 DE 44 03 418 A1로부터 알려져 있다. 측정 공간에서의 광학 조건은, 실제 탁도 측정 전에 기준 측정이 수행됨으로써 그 안에서 먼저 결정된다. 이는 탁도 센서의 오염 정도 및/또는 기준 용액(reference liquid) 오염의 가능한 정도가 결정된다는 것을 의미한다. 이러한 측정 값은 측정 공간 내의 오염상태를 정의하고 기본값(base value)으로서 정의된다. 그 후에 발생한 실제 측정값(시험을 위한 오염된 액체의 측정에 기초함)은 기준값과 관련된다. 결과적인 차이는 상대적 오염도 또는 탁도와 같은 측정된 신호로서 추가적으로 프로세스된다.

상기 기준 및/또는 시험 측정을 수행하기 위해, 센서 내에 서서히 증가하는 광도(brightness)를 발생시키기 위하여, 서서히 증가하는 전압이 디지털-대-아날로그 컨버터에 의해 광학 센서에 인가된다. 충분히 밝은 신호가 검출될 때, 수신기는 평가 장치에 전기 신호를 방출하고, 그 후 상기 평가 장치는 송신기에 대한 전압 생성을 끝내고 측정 신호를 발생시킨다. 탁한 용액을 관통하기에 충분히 밝은 신호를 수신기가 검출하는 순간, 추가적인 전압 레벨은 수신기의 출력에서 전기 신호를 발생시킴으로써 광학 송신기에 대해 끝이 난다. 평가 장치내의 계수기의 도달 계수는 "동결(frozen)"되고, 측정된 탁도의 기준(gauge)으로서 이용된다.

DE 101 11 006 A1는, 세척액에 대한 탁도 측정의 경우에, 측정 지점에서의 다양한 조건에 대해 탁도 센서를 조절하고 수정하기 위한 방법을 개시하는데, 여기서는 세척 프로그램이 실행중인 때 교정(calibration) 또는 기준 값이 결정되어 센서를 조절하고 탁도 센서를 수정할 수 있다. 이러한 경우 다수 번의 교정 측정이 하나의 세척 프로그램 내에서 수행되는데, 상기 다수 번의 교정 측정은 각각의 경우에서 탁도 센서의 측정 지점에 깨끗한 물이 있을 확률이 높은 시점에서 이뤄진다. 가장 최적의 기준 값은 탁도 값 수정에 이용되고, 상기 최적의 기준 값은 다수 번의 세척 프로그램 사이클에서 결정된 다수의 기준 값들의 평균을 구함으로써 얻어진다.

DE 103 56 279 A1는, 액체(가령, 식기세척기의 세척액)의 탁도 레벨을 검출하기 위한 센서 스위치를 나타낸다. 그러나 이 경우, 전자 평가 장치의 구성에 의해 고정된 탁도의 특정 레벨을 검출하는 것만이 가능하다. 탁도의 절대 레벨을 결정하는 것은 가능하지 않다.

DE 101 19 932 A1는 제 1 및 제 2 측정 섹션을 포함하는 전송 센서를 나타낸다. 송신기는 두 개의 측정 섹션 모두로 전자기 복사를 방출한다. 제 1 측정 섹션은 제 1 수신기와 연계되고, 제 2 측정 섹션은 제 2 수신기와 연계된다. 측정값 교정이 수행되며, 이때, 제 1 측정 섹션에 의해 전송된 복사의 세기와 상관되는 제 1 교정값 및 제 2 측정 섹션에 의해 전송된 복사의 세기와 상관되는 제 2 교정값이 결정된다.. 표준화된 측정값은 유체의 탁도와 상관되는 탁도값을 결정할 때 이용된다. 이러한 목적을 위해, 제 1 측정 섹션에 의해 전송된 복사의 세기와 상관되는 제 1 측정값 및 제 2 측정 구역에 의해 전송된 복사의 세기와 상관되는 제 2 측정값이 우선 결정된다. 그 후, 제 1 표준화된 측정값은 제 1 측정값과 제 1 교정값의 비율에 의해 생성되고, 제 2 표준화된 측정값은 제 2 측정값과 제 2 교정값의 비율에 의해 생성된다. 탁도값은 이들 표준화된 측정값을 이용하여 결정된다. 측정값 교정 동안의 유체의 상태가 기준 상태로서 정의되고, 따라서 결정된 탁도값은 상기 기준 상태로부터 편차를 나타낸다. 이러한 절차의 목적은 송신기 및/또는 수신기 상에 증착된 오염물의 영향을 제거하기 위한 것이다. 송신기 및/또는 수신기 내의 노화 현상 또한 상쇄된다. 생산 중에 발생할 수 있는 낡은 송신기 및 수신기 내의 전력 불안정 또한 상쇄된다.

도 1은, 센서 장치((1), 예를 들어, 가정용 식기세척기에 사용되는 센서 장치)의 전기적 등가 회로의 개념도를 나타낸다. 센서 장치(1)은 "아쿠아 센서(aqua sensor)"라고도 불리는 탁도 센서(2)를 포함한다. 상기 탁도 센서(2)는 공급 전압 Vcc에 연결된 광학 송신기(3) 및 광 트랜지스터의 형태로서 상기 광학 송신기(3)에 연결된 수신기(4)를 포함한다. 알려진 바와 같이, 송신기(3)에 의해 방출된 광도(luminous intensity)는 송신기를 흐르는 전류에 따라 달라진다. 이러한 목적을 위해, 송신기(3)에 연결된 회로(5)가 제공되며, 상기 회로(5)는 제어 및 평가 장치(11)의 출력(12)을 통해 제어될 수 있다. 송신기(3)는 펄스-폭 변조에 의해 제어되며, 이러한 제어에 따라서, 회로(5) 내의 트랜지스터(7)가 상기 송신기(3)를 레지스터(6)를 통해 기준 전위로 연결한다. 주어진 펄스 점유율(pulse-duty factor)에 따라서, 평균 전류는, 송신기(3), 레지스터(6) 및 전도성 트랜지스터(7)를 통과해 기준 전위의 방향으로 생성된다. 광 트랜지스터로서 설계된 수신기(4)는, 자신의 이미터에 의해, 안티-앨리어싱 필터(anti-aliasing filter)로서 구성된 회로 블록(10)을 거쳐 제어 및 평가 장치(11)의 입력(13)으로 연결된다. 송신기(3)가 펄스-폭 변조된 신호에 의해 제어되기 때문에, 펄스 전류가, 회로 블록(10)의 입력에 인가된다. 펄스 광전류는 회로 블록(10)에 의해 직류전압(U_a)으로 변환된다. 도2는 회로 블록(10)의 가능한 일 실시예를 나타낸다. 레지스터(14)는 입력에 인가된 전류를 전압(U_e)으로 변환한다. 전하-결합 어큐뮬레이터(charge-coupled accumulators, 15 및 17) 및 레지스터(16)는 입력 신호의 저대역 통과 필터로서 이용된다. 추가적인 평가를 위해 제어 및 평가 장치의 입력(13)을 거쳐 이에 제공될 수 있는 출력 전압(U_a)은 전하-결합 축전지(17)에서 탭(tap)될 수 있다.

전통적으로, 센서 장치를 교정하는데 필요한 이유로, 센서 장치(1)의 수신기(4) 및 송신기(3)는 서로 다른 제작 공차를 가진다. 이러한 목적을 위하여, 센서 장치는 우선, 정의된 조건에서 작동되어 기준 측정값을 결정할 수 있다. 이는 전통적으로, 깨끗한 세척액과 함께 또는 세척액 없이 일어난다.

도 1과 관련하여 기재된 센서 장치(1)가 서로 다른 펄스 점유율을 가지고 작동되는 경우, 펄스 점유율에 따라 달라지는 출력 전압(U_a)이 생성되고, 이는 추가적인 프로세싱을 위해 제어 및 평가 장치(11)로 전달된다. 도 3은 펄스/휴지 비(pulse/pause ratio) PWM(펄스 점유율)과 상기 도면에서 이미 A/D 변환된 전압 U_AD (=U_a) 사이의 관계를 나타낸다. 도 3은 8-비트 폭을 가진 아날로그-대-디지털 변환기가 사용되는 가정에 근거를 두고 있다. 펄스 점유율은 마찬가지로 디지털 형태로 표시된다.

센서 장치를 교정하기 위해, 펄스 점유율 0에서 시작하는 센서는 증가하는 펄스 점유율과 함께 작동되고, 동시에, 출력 전압(U_a)은 제어 및 평가 장치(11)에 의해 모니터 된다. 탁도 측정에 매치(match)되는 전압(U_a)이 미리 정해진 교정 창(cf. 도 3의 도면 부호(100)) 내에 있자마자, 교정 절차는 끝나고, 결정된 전압 U_AD (=U_a)의 경우, 존재하는 펄스 점유율은 추가적인 측정 절차를 위해 저장된다. 이 절차는, 센서 장치의 교정 동안 측정 곡선 MK1이 펄스 점유율의 함수로서 전압 또는 탁도의 특징을 묘사하는 도 3에 명료하게 나와있다. 도 3에서 용이하게 볼 수 있는 바와 같이, 측정 곡선 MK1은 선형 영역 및 포화 영역을 가진다. 측정 곡선 MK1은 자신의 포화 영역에서 교정 창(100)을 가로지른다. 용이하게 볼 수 있는 바와 같이, 교정은 160 디지트와 190 디지트(cf. 도면부호 103 과 104)사이의 전압에서 끝날 수 있다. 전압(103,104)과 관련된 펄스 점유율(101,102)은 그에 상응하게 도면에 도시되어 있다.

따라서 전압 차(105) 내에서 전압(U_a)이 고정되는 곳에 따라, 서로 다른 펄스 점유율이 도출될 수 있기 때문에, 교정은 특정한 부정확성을 갖는다.

추가적인 측정 곡선 MK2, MK3, MK4, MK5, MK6, MK7 및 MK8이 도 3에 도시되어 있으며, 이들 곡선은 그들의 선형 영역에서 증가하는 탁도를 보여준다. 여기서 측정된 세척액의 탁도는 구배(gradient)가 감소함에 따라 증가한다.

따라서, 깨끗한 세척액 또는 세척액이 없는 경우에 기준값을 기술된 방식으로 결정하는 것, 센서 장치가, 오염된 세척액을 이용한 추가적인 측정에 대해서는 비교적 낮은 펄스 점유율을 가지고 작동되는 결과를 초래한다.

그러므로, 본 발명의 목적은 액체의 탁도 레벨에 대한 더욱 더 개선된 결정을 산출하는, 세척액의 탁도를 검출하기 위한 센서 장치 및 방법을 개시하는 것이다.

이러한 목적은, 청구항 1의 특징을 갖는 센서 장치 및 청구항 14의 특징을 갖는 세척액의 탁도를 검출하는 방법에 의해 달성된다. 효과적인 실시예는 종속항으로부터 유래한다.

아래 언급된 '세척액'이라는 용어는, 한정의 의미로 이해되어서는 안되며, 대신에 어떠한 타입의 액체로 이해될 수 있다.

세척액의 탁도를 검출하기 위한 본 발명의 센서 장치는 광학 송신기 및 광학 수신기를 가지며, 여기서 테스트될 세척액은 상기 송신기와 수신기 사이를 흐른다. 센서 장치는, (a) 광학 송신기 및 수신기를 사용하여 기준 측정을 수행해 기준값을 결정하고 (b) 광학 송신기와 수신기를 사용하여 측정될 세척액에 대한 탁도 측정을 수행해 시험 측정값을 결정하고 (c) 상기 기준 측정값을 상기 시험 측정값에 관련짓고, (d) 이로부터 세척액의 결정된 탁도에 대한 특성값을 결정하고 측정 신호로서 상기 특성값을 방출하도록 설계된, 전자 제어 및 평가 장치 또한 포함한다. 상기 센서 장치는, 기준 측정값의 결정 및 시험 측정값의 결정이 탁도의 구배에 대한 결정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 측정되기 위한 세척액의 탁도와 상기 탁도의 구배 사이에 선형 관계가 있다는 인식에 근거를 두고 있다. 본 발명은, 우선, 기준 측정값으로서, 깨끗한, 오염되지 않은 세척액 탁도의 구배를 결정함으로써 이러한 지식을 이용한다. 그 후 상기 탁도의 범위(extent)는, 측정되어야 할 "오염된" 세척액 탁도의 구배를 추가로 결정함으로써, 추론될 수 있다. 상기 프로세스에서 본 발명은, 측정되어야 할 세척액 탁도의 절대값을 쉽고 정확하게 결정하는 것을 가능하게 한다.

본 발명 센서 장치의 한 실시예에 따르면, 송신기로부터 방출된 조도(illumination) 레벨은 PWM(펄스-폭 변조) 신호를 이용하여 제어 및 평가 장치에 의해 조절될 수 있고, 여기에서 상기 수신된 조도 레벨의 함수로서, 수신기는 탁도를 특징짓는 특성값을 결정하기 위하여 평가 장치에 전압값을 제공할 수 있다. 구배를 결정하기 위하여, 제어 및 평가 장치는 또한, 서로 다른 펄스 점유율을 사용하여 다수의 PWM신호를 조절하고, 각각의 경우에 서로 다른 펄스 점유율의 결과를 초래하는 전압 값을 검출하고, 검출된 다수의 값 쌍들(pairs of values)으로부터 탁도의 구배를 결정하도록 설계된다.

이러한 목적을 위하여, 제어 및 평가 장치는, 펄스-폭 변조 또는 펄스 점유율에 의해 송신기를 통과하여 흐르는 전류의 레벨을 지정하는 마이크로컴퓨터를 가진다. 또한 제어 및 평가 장치는 A/D 컨버터를 가지며, 상기 A/D 컨버터를 이용하여 수신기에 의해 생성된 전압이 디지털화되며 상기 제어 및 평가 장치에 의해 추가로 처리될 수 있다. 이러한 절차는, 센서 장치의 송신기가 제어되는 펄스 점유율과 수신기에 의해 방출된 전압 사이가 또한 선형 관계라는 인식에 기반을 두고 있다.

추가적인 실시예에 따르면, 제어 및 평가 장치는 각각의 서로 다른 펄스 점유율에 대해 다수 번의 측정을 수행하도록 설계되고 상기 각각의 측정에서 하나의 전압값이 각각 결정되며, 모든 측정 전압값들의 평균을 구한 후에 탁도를 특징 짓는 특성값이 결정되고, 추가적인 프로세싱에 대해 고려된다. 이로써 구배를 결정할 때의 정확도가 추가적으로 증가될 수 있다. 예로써, 단일 측정의 경우라면 변경된 결과에 이르게 했을, 측정 순간에 측정 섹션에 위치한 입자는 보상될 수 있다.

추가적인 실시예에 따르면, 제어 및 평가 장치가, 탁도를 특징 짓는 특성값이 여전히 센서 장치의 선형 작업 범위 내에 있는지 아닌지에 대한 시험을 수행할 수 있다. 평가 장치는 미리 정해진 조건이 만족되는 경우 구배 결정을 수행하도록 설계된다. 이는 펄스 점유율이, 상기 조건이 만족될 때까지 구배 결정의 테두리(framework) 내에서 변화된다는 것을 의미한다. 상기 미리 정해진 조건은 미리 정의 가능한 전압값인 것이 바람직하다. 상기 전압값은, 센서 장치의 작업 범위의 포화 영역의 외부에 놓이도록, 그러나 가능한 한 선형 작업 범위를 이용하도록, 선택되는 것이 바람직하다.

추가적인 실시예에 따르면, 제어 및 평가 장치를 이용하여 구배를 결정하기 위하여, 펄스 점유율의 단계 크기는 선형 영역 내에서 증분되고, 상기 증분은 요구되는 측정 정확도의 함수로서 조절될 수 있다. 더 적은 증분이 선택될수록, 탁도의 구배를 결정하는데 더 많은 시간이 요구된다. 반대로 말하면, 구배 결정을 위한 시간은 더 큰 증분에 의해 감소될 수 있다. 실제에서, 4%의 증분이 합리적임이 증명되었다. 즉, 0% 내지 100%의 전체 펄스 점유율을 아우르기 위해서는 총 25번의 서로 다른 측정이 수행된다.

구배를 결정하기 위하여 총 측정값이 측정된 총 펄스 점유율과 비교된다. 탁도를 특징짓는 특성값은 아래의 식에 따라 계산된다:

turb는 탁도(turbidity),

MG는 측정 구배(measured gradient),

CG는 교정 구배(calibration gradient).

기준 측정값은 깨끗한 세척액 없이 또는 깨끗한 세척액을 이용하여 결정되고, 추가적인 실시예에 따르면, 시험 측정값은 기준 측정을 따르는 헹굼 사이클에서 결정된다.

광학 송신기 및 광학 수신기는 적외선을 기반으로 작동하는 것이 바람직하다.

본 발명의 센서 장치는, 원칙적으로, 요구되는 어떠한 액체의 탁도를 검출하는데 사용될 수 있다. 식기세척기 또는 세척 기계에서의 사용이 특히 제공되는데, 상기 기계는 특히 가정용으로 설계된 것이다.

세척액(특히 가정용 식기세척기의 세척액, 테스트될 세척액은 송신기와 수신기 사이를 흐름)의 탁도를 검출하기 위한 발명의 방법을 사용하여, (a) 기준 측정을 수행하여 기준 측정값을 결정하는 단계, (b) 측정되어야 하는 세척액의 탁도 측정을 수행하여 시험 측정값을 결정하는 단계, (c) 상기 기준 측정값을 시험 측정값에 관련짓는 단계, 그리고 (d) 이로부터 세척액의 상기 결정된 탁도에 대한 특성값이 결정되고, 상기 특성값이 측정 신호로서 방출되는 단계가 제공된다. 본 발명에 따르면 탁도의 구배는 기준 측정값 및 시험 측정값으로서 결정된다.

본 발명의 센서 장치와 관련하여 위에 기술된 바와 같이, 동일한 이점이 본 발명의 방법과 관련된다.

본 발명 방법의 한 실시예에 따르면, 송신기에서 방출된 조도 레벨은 PWM 신호를 이용하여 제어 및 평가 장치에 의해 조절되고, 상기 수신된 조도 레벨의 함수로서, 수신기는 탁도를 특징 짓는 특성값을 결정하기 위하여 제어 및 평가 장치가 전압값을 제공한다. 평가 장치는 구배를 결정하기 위하여 서로 다른 펄스 점유율을 이용하여 다수의 PWM 신호를 조절한다. 평가 장치는 각각의 경우에 서로 다른 펄스 점유율의 결과를 가져오는 전압값을 검출하고, 검출된 다수의 값 쌍들로부터 탁도의 기울기를 결정한다.

추가적인 실시예에서, 평가 장치는 서로 다른 펄스 점유율 각각에 대한 다수 번의 측정을 수행하고, 상기 각각의 측정에서 하나의 전압값이 각각 결정되며, 측정된 모든 전압값의 평균을 구한 후에 탁도를 특징짓는 특성값이 결정되고, 추가적인 처리에 대해 고려된다.

평가 장치는 측정값이 여전히 센서 장치의 선형 작업 범위 내에 있는지 여부를 시험하는 것이 바람직하다. 구배 결정은 측정값이 미리 정해진 조건을 만족하는 경우 수행된다. 추가적인 실시예에 따르면, 미리 정해진 조건은 미리 정의 가능한 전압값이다. 상기 전압값은, 측정값이 센서 장치의 선형 작업 범위 내에서 서로 다른 펄스 점유율만을 이용하여 결정되도록 선택된다.

추가적인 실시예에 따르면, 평가 장치를 이용하여 구배를 결정하기 위하여, 펄스 점유율의 단계 크기가 선형 영역 내에서 증분되고, 상기 증분은 요구되는 측정 정확도의 함수로서 조절된다.

구배를 결정하기 위하여, 총 측정값은 측정된 총 펄스 점유율과 비교된다. 탁도를 특징짓는 특성값은 아래의 식에 따라 계산된다.

추가적인 실시예는, 기준 측정값이 세척액 없이 또는 깨끗한 세척액을 이용하여 결정되는 것을 보여준다. 시험 측정값은 기준 측정을 따르는 헹굼 사이클에서 결정된다.

본 발명은 이하에서 도면을 참조하여 더 자세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있는 센서 장치의 전기적 등가 회로를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 회로에서 사용되는 안티-앨리어싱 필터의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 3은 여러 다른 탁도의 경,우 센서 장치의 제어 및 평가 장치의 입력에서의 A/D 변환 전압과 디지트(digits)로 표현되는 펄스 폭 사이의 관계를 도시하는 그래프를 나타낸다.
도 4는 제어 및 평가 장치의 입력에서의 A/D 변환 전압과 펄스 점유율 사이의 관계를 도시하는 그래프를 나타낸다.
도 5는 도 4의 그래프를 도시하며, 이를 이용하여, 특정 탁도의 구배 결정이 보여질 수 있다.
도 6은 탁도의 구배와 측정되어야 하는 세척액의 탁도 사이의 관계가 보여질 수 있는 그래프를 나타낸다.

도 1은 이미 기술된 본 발명의 센서 장치(1)의 기본 회로도를 나타낸다. 탁도 센서(2)는 송신기(3)와 수신기(4) 사이에 형성된 측정 섹션을 포함한다. 탁도 센서(2)는 분기된 구조(forked design)를 가져서, 모니터될 세척액이 센서 사이의 영역에서 흐를 수 있는 것이 바람직하다. 송신기(3, 가령, 적외선 LED)는 빛을 방출하고, 세척액 또는 오염물에 의해 산란되거나 반사되지 않은 빛의 일부가 수신기(3, 가령, 광 트랜지스터)에 의해 수신된다.

송신기(3)는 회로(5)를 이용하여 제어 및 평가 회로(11)에 의해 제어되고, 펄스-폭 변조(PWM) 신호를 이용하여 조도 레벨을 제어한다. 수신기(4)는 수신된 조도 레벨에 따라 달라지는 광전류를 운반한다. 펄스 광전류를 직류 전압 신호로 변환하는데 사용되는 안티-앨리어싱 필터(10)는 전압(U_a)을 생성하고, 그 후, 상기 전압(U_a)이 제어 및 평가 회로(11)에 의해 평가된다. 제어 및 평가 회로(11)는 전압(U_a)을 평가하고, 그 후 탁도 결정을 한다. 이러한 정보를 이용하여, 세척 프로그램을 실제의 조건에 각각 적응시키는 것이 가능하다.

탁도 센서 사용의 이점은 세척 프로그램을 세척액의 실제 조건에 맞게 개별적으로 조절할 수 있다는 것이다. 센서 장치로부터의 정보를 기반으로, 세척액을 교체할 필요가 있는지 여부에 대한 결정이 이루어질 수 있다. 이로써 헹굼 사이클에서의 물의 양이 상당히 감소될 수 있다. 물은 실제적으로 필요한 경우에만 교체된다.

도 3은, 서로 다른 탁도의 함수로서, 펄스/휴지 비 PWM (펄스 점유율)과 전압 U_AD (=U_a) 사이의 관계를 도시하는 곡선 집단을 나타낸다. 측정 곡선 MK1 내지 MK8 각각은 선형 영역 및 포화 영역을 가진다. 선형 영역의 구배는 측정된 세척액의 탁도가 증가할수록 더 작아진다. 측정 곡선 MK1은 깨끗한 세척액인 경우의 특징을 도시한다. 도 3은 도입부에서 이미 기술된 교정 창(100)을 나타내며, 교정 창은 측정 곡선 MK1의 포화 영역에 놓여있다. 이미 기술된 바와 같이, 이는 첫째로 전통적으로 기준 측정값 측정 절차에서 높은 측정 불확실성을 초래한다. 상기 도면은 약 30 디지트(cf. 도면부호 105)의 측정 불확실성이 도시된 예를 나타낸다. 둘째로, 추가적인 탁도 측정은 낮은 펄스 점유율( 60에서 90 디지트 사이, cf. 도면 부호 101,102)을 이용하여 수행되고, 그로써 낮은 측정 동력만이 사용된다. 그러나, 측정 곡선 MK8(심각한 탁도)을 이용하여, 센서 장치의 측정 정확도 및 분해능이 최적으로 높은 펄스 점유율을 이용하여 더 나아진다는 것이 쉽게 보여질 수 있다. 90 디지트의 펄스 점유율을 이용하여 20 디지트의 분해능이 생성되는 반면에, 예를 들어, 230 디지트의 펄스 점유율을 이용하면 분해능은 이미 60 디지트가 된다.

펄스 점유율과 측정값(U_AD) 사이의 선형 관계에 기인하여, 측정 동력의 증가와 같은 이점이 충분히 이용될 수 있도록 탁도 구배를 기반으로 하여 탁도의 평가가 이루어질 수 있다.

도 6은 탁도의 구배와 탁도 사이의 관계를 나타낸다. 이러한 관계는 선형(즉, 탁도가 증가함에 따라 탁도 구배가 선형적으로 감소)이다. 곡선이 수평 축과 교차하는 지점은 100% 탁도 지점이다. 이러한 교차점은 모든 탁도 센서에 대하여 동일하다. 0% 탁도에서의 구배(교정 구배 CG)는, 예를 들어 반도체 구성요소에 있어서의 제작공차 때문에, 서로 다른 탁도 센서에 대해서 달라질 수 있다. 따라서 곡선이 Y 축과 교차하는 지점은 탁도 센서의 품질에 의해 결정된다. 그러나, 각각의 축의 교차점을 함께 연결한 그래프는 언제나 선형이다.

따라서, 측정될 세척액 탁도의 절대 레벨을 결정하는 절차는, 우선 세척액의 0% 탁도에서 교정 구배 CG를 결정하고, 그 후에 다가오는 헹굼 사이클에서 측정 구배 MG를 결정하는 것으로 구성된다. 세척액의 탁도 turb의 레벨은 다음 식에 따라 두 가지 값으로부터 결정될 수 있다.

(방정식 1)

펄스 점유율 및 평가 장치(11)에 공급되는 전압 U_a = U_AD 간의 구배는 탁도에 비례한다. 도 4는 교정 구배 CG 및 측정 구배 MG를 결정하는데 사용되는 측정 곡선을 나타낸다. 측정 곡선 MK1은 0% 탁도에서의 특징을, 측정 곡선 MK2는 탁한 세척액인 경우의 특징을 나타낸다. 각각의 경우에 구배는 측정 곡선의 선형 영역 내에서만 결정된다. 한계값은 상기 도면에 도시되어 있고, 이는 송신기(3, cf. 도 1)의 공급 전압 Vcc 의 80% 지점에 놓인다. 펄스 점유율이 증분만큼씩 증가하는 측정 프로세스 동안 전압 값 U_a 이 한계값을 초과하는 경우, 0에서부터 시작한 펄스 점유율의 증가가 끝나고, 이전의 측정값을 사용하여 구배를 결정한다. 도 4에서 분명히 볼 수 있는 바와 같이, 탁도가 증가함에 따라, 즉 낮은 구배에서 펄스 점유율을 100%까지 완전히 이용하는 것이 가능하다.

구배를 결정하는 절차는 도 5를 참조하여 기술될 것이다. 이와 같은 바람직한 실시예에서, 펄스 점유율 증가에 대한 증분은 예로써 4%에서 고정된다. 총 6개의 펄스 점유율 T1 에서 T6가 X 축을 따라 도시되어 있고, 각각의 경우에 각 점유율에서 전압이 다중으로 측정된다. 펄스 점유율 T1 에서 T6 각각에서의 다중 측정은 평균내어지고, 평균을 구한 결과(U_E1, U_E2, U_E3, U_E4)는 구배 CG 또는 MG를 결정하는데 이용된다. 구배 CG 및 MG를 결정하기 위하여, 총 측정값 U_E1, U_E2 등은 총 펄스 점유율 T1, T2 등과 비교된다. 일단 구배 CG 및 MG가 결정되면, 탁도의 절대 레벨은 방정식 1에 의해 결정될 수 있다.

본 발명의 센서 장치는 매우 정확한 탁도의 절대 레벨을 결정할 수 있는 이점이 있다. 결과적으로, 특히 세척 프로그램(가령, 식기 세척기에서의 세척 프로그램)의 적절한 조절이 가능하고, 그로써 식기 세척기는 특히 자원을 절약하도록 작동될 수 있다.

도면 부호
1 센서 장치
2 탁도 센서
3 송신기
4 수신기
5 회로
6 레지스터
7 트랜지스터
8 레지스터
9 레지스터
10 안티-앨리어싱 필터
11 제어 및 평가 장치
12 출력
13 입력
14 레지스터
15 전하-결합 어큐물레이터
16 레지스터
17 전하-결합 어큐물레이터
100 교정 창
101 PWM 값 1
102 PWM 값 1
103 전압
104 전압
105 전압 차
106 제한 전압
CG 교정 구배
MG 측정 구배
MK1 측정 곡선(깨끗한 액체)
MK2 측정 곡선(탁한 액체)
MK3 측정 곡선(탁한 액체)
MK4 측정 곡선(탁한 액체)
MK5 측정 곡선(탁한 액체)
MK6 측정 곡선(탁한 액체)
MK7 측정 곡선(탁한 액체)
MK8 측정 곡선(탁한 액체)
PWM 펄스 점유율
U 전압
U_E1 전압
U_E2 전압
U_E3 전압
U_E4 전압
4 펄스 점유율
T2 펄스 점유율
T3 펄스 점유율
T4 펄스 점유율
T5 펄스 점유율
T6 펄스 점유율

Claims

광학 송신기(3) 및 광학 수신기(4)와, 전자 제어 및 평가 장치(11)를 포함하며, 세척액, 특히 가정용 식기세척기의 세척액의 탁도를 검출하기 위한 센서 장치(1)로서, 이때 테스트될 세척액은 상기 송신기(3)와 상기 수신기(4) 사이를 흐르며, 상기 전자 제어 및 평가 장치(11)는
(a) 기준 측정을 수행하여 기준 측정값(CG)을 결정하도록 상기 광학 송신기 및 수신기를 사용하고,
(b) 측정될 세척액에 대한 탁도 측정을 수행하여 시험 측정값(MG)를 결정하도록 상기 광학 송신기 및 수신기를 사용하고,
(c) 상기 기준 측정값(CG)을 시험 측정값(MG)에 관련짓고,
(d) 이로부터 세척액의 결정된 탁도에 대한 특성값(turb)을 결정하고, 측정 신호로서 상기 특성값을 방출
하도록 설계되고,
상기 기준 측정값의 결정과 상기 시험 측정값의 결정은 탁도의 구배(gradient)의 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
상기 송신기(3)로부터 방출된 상기 제어 및 평가 장치(11)의 조도 레벨은 펄스-폭 변조 신호를 이용하여 조절되고, 상기 수신된 조도 레벨의 함수로서, 상기 수신기(4)는 탁도를 특징짓는 특성값(turb)를 결정하기 위하여 제어 및 평가 장치(11)에 전압값을 공급하고, 구배를 결정하기 위하여 제어 및 평가 장치(11)는, 서로 다른 펄스 점유율을 이용하여 다수의 펄스-폭 변조 신호를 조절하고, 각각의 경우에 서로 다른 펄스 점유율의 결과를 초래하는 전압값을 검출하고, 검출된 다수의 값 쌍들로부터 탁도의 구배를 결정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 및 평가 장치(11)는 서로 다른 펄스 점유율 각각에 대하여 하나의 전압값이 각각 결정되는 다수 번의 측정을 수행하도록 설계되고, 측정된 모든 전압값의 평균을 구한 후에 탁도를 특징 짓는 특성값(turb)이 결정되고, 추가적인 프로세싱에 대해 고려되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제어 및 평가 장치(11)는 탁도를 특징 짓는 특성값(turb)이 여전히 상기 센서 장치(1)의 선형 작업 범위 내에 있는지 여부의 시험을 수행하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 및 평가 장치(11)는, 미리 정해진 조건이 만족되는 경우, 구배 결정을 수행하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 5 항에 있어서,
미리 정해진 조건은 미리 정의 가능한 전압값인 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 및 평가 장치(11)를 사용하여 구배를 결정하기 위하여, 상기 펄스 점유율의 단계 크기가 선형 영역에서 증분되고, 증가량은 요구되는 측정 정확도의 함수로서 조절되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 2 항 내지 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구배를 결정하기 위하여, 총 측정값은 상기 측정된 총 펄스 점유율과 비교되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 특성값은,

의 식에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기준 측정값(CG)는 세척액 없이 또는 깨끗한 세척액을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시험 측정값(MG)는 상기 기준 측정을 뒤따르는 헹굼 사이클에서 결정되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 송신기(3) 및 광학 수신기(4)는 적외선에 기반을 두고 작동하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따르는 센서 장치의 식기 세척기 또는 세척 기계에서의 용도로서, 특히 가정용으로 설계되는 것을 특징으로 하는 센서 장치의 용도.
세척액, 특히 가정용 식기 세척기의 세척액의 탁도를 검출하기 위한 방법에 있어서, 이 때, 테스트될 세척액은 송신기(3)와 수신기(4) 사이를 흐르며,
(a) 기준 측정을 수행하여 기준 측정값(CG)를 결정하고,
(b) 측정될 세척액에 대한 탁도 측정을 수행하여 시험 측정값(MG)을 결정하고,
(c) 상기 기준 측정값(CG)을 상기 시험 측정값(MG)과 관련짓고,
(d) 이로부터 상기 세척액의 결정된 탁도에 대한 특성값(turb)이 결정되고, 상기 특성값이 측정 신호로서 방출되고,
탁도의 구배가 기준 측정값 및 시험 측정값으로서 결정되는 것을 특징으로 하는 세척액의 탁도를 검출하기 위한 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 송신기(3)에 의해 방출된 조도 레벨은 펄스-폭 변조 신호를 사용하여 제어 및 평가 장치(11)에 의해 조절되고, 상기 수신된 조도 레벨의 함수로서, 상기 수신기(4)는 탁도를 특징 짓는 특성값(turb)를 결정하기 위해 상기 제어 및 평가 장치(11)에 전압값을 공급하고, 구배를 결정하기 위해 상기 제어 및 평가 장치는 서로 다른 펄스 점유율을 이용하여 다수의 펄스-폭 변조 신호를 조절하고, 각각의 경우에 상기 서로 다른 펄스 점유율의 결과를 초래하는 상기 전압값을 검출하고, 검출된 다수의 값 쌍들로부터 탁도의 구배를 결정하는 것을 특징으로 하는 세척액의 탁도를 검출하기 위한 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 제어 및 평가 장치(11)가 상기 서로 다른 펄스 점유율 각각에 대하여 하나의 전압값이 각각 결정되는 다수 번의 측정을 수행하고, 측정된 모든 전압값들의 평균이 구해진 후, 탁도를 특징 짓는 상기 특성값(turb)이 결정되고, 추가적인 프로세싱에 대하여 고려되는 것을 특징으로 하는 세척액의 탁도를 검출하기 위한 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 제어 및 평가 장치(11)는 상기 측정값이 여전히 센서 장치(1)의 선형 작업 범위 내에 있는지 여부를 시험하는 것을 특징으로 하는 세척액의 탁도를 검출하기 위한 방법.
제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정값이 미리 정해진 조건을 만족하는 경우 상기 구배 결정이 수행되는 것을 특징으로 하는 세척액의 탁도를 검출하기 위한 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 미리 정해진 조건은 미리 정의 가능한 전압값인 것을 특징으로 하는 세척액의 탁도를 검출하기 위한 방법.
제 15항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 및 평가 장치(11)를 사용하여 구배를 결정하기 위하여, 상기 펄스 점유율의 단계 크기가 선형 영역에서 증분되고, 상기 증분은 요구되는 측정 정확도의 함수로서 조절되는 것을 특징으로 하는 세척액의 탁도를 검출하기 위한 방법.
제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구배를 결정하기 위하여, 상기 총 측정값이 측정된 총 펄스 점유율과 비교되는 것을 특징으로 하는 세척액의 탁도를 검출하기 위한 방법.
제 15 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 특성값은,

의 식에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 세척액의 탁도를 검출하기 위한 방법.
제 14항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기준 측정값은 세척액 없이 또는 깨끗한 세척액을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 세척액의 탁도를 검출하기 위한 방법.
제 14항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시험 측정값은 상기 기준 측정을 뒤따르는 헹굼 사이클에서 결정되는 것을 특징으로 하는 세척액의 탁도를 검출하기 위한 방법.