(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロー表面を備えた容器、および
前記容器のフロー表面から離れて位置し、尿(生理的溶液)の流れを検知する少なくとも１つのセンサーを有し、
前記容器の一部に凹部が形成され、前記凹部に前記センサーが前記フロー表面から離れて位置した衛生器具であって、
前記センサーが、インダクターおよびコンデンサーを有する共振回路と、
第１の電圧を供給するための入力回路と、を備え、
第１の電圧が尿フローに依存する第２の電圧に変更されることを特徴とする衛生器具。
【請求項２】
フロー表面を備えた容器、および
前記容器のフロー表面から離れて位置し、尿(生理的溶液)の流れを検知する少なくとも１つのセンサーを有し、
前記センサーが、前記容器の後側にフロー表面から離れて位置した衛生器具であって、
前記センサーが、インダクターおよびコンデンサーを有する共振回路と、
第１の電圧を供給するための入力回路と、を備え、
第１の電圧が尿フローに依存する第２の電圧に変更されることを特徴とする衛生器具。
【請求項３】
フロー表面を備えた容器、および
前記容器のフロー表面から離れて位置し、尿(生理的溶液)の流れを検知する少なくとも１つのセンサーを有し、
前記センサーが、前記容器の前記フロー表面から離れて前記容器と一体的に統合された衛生器具であって、
前記センサーが、インダクターおよびコンデンサーを有する共振回路と、
第１の電圧を供給するための入力回路と、を備え、
第１の電圧が尿フローに依存する第２の電圧に変更されることを特徴とする衛生器具。
【請求項４】
前記センサーは、前記凹部に留められた基板上に設けられた請求項１に記載の衛生器具。
【請求項５】
前記入力回路は、ブロック波形を備えた第１の電圧を提供するためのディジタル端子を有する電圧源を備えた請求項１に記載の衛生器具。
【請求項６】
前記入力回路は、容量性変圧器回路を備える請求項５に記載の衛生器具。
【請求項７】
前記センサーには、インピーダンス低減手段を備える出力回路がさらに設けられた請求項１から３のいずれか一項に記載の衛生器具。
【請求項８】
前記フロー表面の異なる部分に位置された複数のセンサー、および前記センサーを連続的に駆動するマイクロコントローラを備える請求項１から３のいずれか一項に記載の衛生器具。
【請求項９】
前記容器のクリーンな状態を示すインジケーターが更に設けられ、前記クリーンな状態が前記センサーの検知に基づいて定義される請求項１から３のいずれか一項に記載の衛生器具。
【請求項１０】
共振回路の共振周波数を調整するために、電界効果トランジスターとコンデンサーのような切り替え可能なコンデンサーを更に備える請求項１から３のいずれか一項に記載の衛生器具。
【請求項１１】
衛生器具の容器のフロー表面で尿フローを識別する方法であって、
前記容器が、フロー表面を備えた前記衛生器具において、
尿の流れは前記フロー表面から離れて配置された少なくとも１つのセンサーにより識別され、前記容器の一部に凹部が形成され、前記凹部に前記センサーが前記フロー表面から離れて位置し、前記センサーがインダクターおよびコンデンサーを有する共振回路を備え、
前記方法は、
第２の電圧に変換するために共振回路に第１の電圧を供給する、
第２の電圧を検知する、および
第２の電圧を尿フローを識別するために基準値と比較する、
ステップを有する、衛生器具の容器のフロー表面で尿フローを識別する方法。
【請求項１２】
衛生器具の容器のフロー表面で尿フローを識別する方法であって、
前記容器が、フロー表面を備えた前記衛生器具において、
尿の流れは前記フロー表面から離れて配置された少なくとも１つのセンサーにより識別され、前記センサーが、前記容器の後側に前記フロー表面から離れて位置し、前記センサーがインダクターおよびコンデンサーを有する共振回路を備え、
前記方法は、
第２の電圧に変換するために共振回路に第１の電圧を供給する、
第２の電圧を検知する、および
第２の電圧を尿フローを識別するために基準値と比較する、
ステップを有する、衛生器具の容器のフロー表面で尿フローを識別する方法。
【請求項１３】
衛生器具の容器のフロー表面で尿フローを識別する方法であって、
前記容器が、フロー表面を備えた前記衛生器具において、
尿の流れは前記フロー表面から離れて配置された少なくとも１つのセンサーにより識別され、前記センサーが、前記容器の前記フロー表面から離れて前記容器と一体的に統合され、前記センサーがインダクターおよびコンデンサーを有する共振回路を備え、
前記方法は、
第２の電圧に変換するために共振回路に第１の電圧を供給する、
第２の電圧を検知する、および
第２の電圧を尿フローを識別するために基準値と比較する、
ステップを有する、衛生器具の容器のフロー表面で尿フローを識別する方法。
【請求項１４】
前記第１の電圧は、クリーンなフロー表面の状態において、前記共振回路の共振周波数より低い励起周波数が提供される請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
複数のセンサーのそれぞれに共振回路が設けられており、前記センサーが前記フロー表面に対して異なる位置に配置されており、共振回路間のクロストークを防止するように、前記センサーが連続して読み取る、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
「フローなし」、「洗浄液フロー」または「尿フロー」のいずれかに決定した第２の電圧を分類するステップと、基準値としてメモリの中に分類された第２の電圧を格納するステップをさらに有する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
特にクリーンな表面のために、前記共振回路の共振周波数を励起周波数に合わせる、
第２の電圧へ変換するために第１の電圧を前記共振回路に供給する、
時間の関数として第２の電圧を検知する、
前記第２の電圧の時間微分係数をその基準値と比較する、および
前記容器のフロー表面に付着した汚れ層を推定する、
ステップを更に有する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
センサーが請求項１から３のいずれか一項に記載の衛生器具における尿フローを検知するための共振回路を備えて使用される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
尿フロー検知が衛生器具の使用の開始および終了の決定に使用される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
尿フロー検知が衛生器具の洗浄プロトコルのための入力として使用される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
流体フローに適した器具のフロー表面での厚みで汚れ層を検知する方法であって、当該方法は、
第２の電圧に変換するように共振回路に第１の電圧を供給し、前記共振回路が前記フロー表面から離れて位置しており、
時間の経過の間に前記共振回路の共振周波数で前記第２の電圧を検知する、および
第２の電圧の時間微分係数を汚れ層を識別するための基準値と比較する、
ステップを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロー表面が設けられた容器を備え、さらに容器のフロー表面から離れた位置の尿(生理的溶液)の流れ（フロー）を感じる少なくとも１つのセンサーを含む衛生器具に関する。また、本発明は、衛生器具の容器のフロー表面で尿フローを識別する方法に関する。さらに、本発明は、衛生器具における尿フローの決定のためのセンサーの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速道路サービスステーションのような多くの人々が訪れる場所のトイレ設備は、広告宣伝のための場所になっている。１つ以上のセンサーが設けられた衛生器具は、そのような広告宣伝をいつ開始すべきか、そして、それがいつ終了することができるかを、識別するために使用することができる。
【０００３】
そのような衛生器具の１つが、ＢＥ−１０１６４１６Ａ６の公報から知られる。この従来技術の公報には、容量性センサーと容量性センサーを読む取るための電子回路の使用が提案されている。また、読み取り回路は、ディスプレイが接続されたプロセッサーに信号を送信している。ディスプレイは、ゲームのために使用することができ、尿フロー、およびメッセージと広告宣伝を提供する情報のために使用することができる。
【０００４】
容量性センサーは容器の後部側に配置されている。容量性センサーの略反対の位置での容器における尿フローは、キャパシタンスにおける変化として検知できるかもしれない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
容量性センサーではその要求を満たさないことが分かった。典型的には、尿の構成部分が、少なくともいくつかのエリアにおいて、容器のフロー表面に付着する。これは、洗浄液の頻度および流れに依存しており、洗浄液としては典型的には水である。その結果、不使用期間における器具のキャパシタンス(地の容量)は増大する。これは、(これが生じる典型的には短い期間における)センサーの前の尿フローと地の容量との間の区別を複雑にしている。それに関連して、キャパシタンスは、いずれにしても、容器自体の典型的なコンポーネントを含んでいることを、理解しなければならない。容器は、典型的には陶器、誘電性材料の塊である。従って、尿フローは、地の容量に対して追加だけを構成している。
【０００６】
したがって、本発明は、改良されたセンサーを備えた衛生器具およびその使用を提供することを目的とし、改良された検知方法を提供することが更なる目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点によれば、衛生器具は、フロー表面を備える容器、更に、容器のフロー表面から離れた位置の尿(生理的溶液)の流れを検知する少なくとも１つのセンサーを備える構成を提供し、センサーが共振回路を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の観点によれば、衛生器具の容器のフロー表面で尿フローを識別する方法が、
第２の電圧に変換するために共振回路に第１の電圧を供給する、
第２の電圧を検知する、および
第２の電圧を尿フローの識別のために基準値と比較する、ステップを含んで提供される。
【０００９】
本発明の更なる観点によれば、特に発明の方法に従って、本発明の衛生器具における尿フローを検知するために共振回路を備えるセンサーの使用が提供される。
【００１０】
また、本発明の更なる観点によれば、流体フローに適している器具のフロー表面の厚みで汚れ層を検知する方法は、
第２の電圧に変換するように共振回路に第１の電圧を供給し、前記共振回路が前記フロー表面から離れた位置に配置されており、
時間の経過の間に共振回路の共振周波数で第２の電圧を検知し、および
第２の電圧の時間微分係数を汚れ層を識別するために基準値と比較する、ステップを含んで提供される。
【００１１】
本発明の更なる観点によれば、センサーは、流体フローに適している器具のフロー表面で厚みを有する汚れ層を検知するために提供され、センサーはフロー表面から離れた位置に設計されており、共振回路への第１の電圧の適用による第２の電圧が検知されるように、そのセンサーは共振回路と共振回路の調整用の切り替え可能なコンデンサーを備えた入力回路を含み、少なくとも、共振回路の共振周波数で実質的に検知される。
【００１２】
また、更なる観点によれば、流体フローに適している器具のフロー表面を洗浄する方法が、本発明に係る汚れ層を検知し、汚れ層の識別に帰着し、そして識別された汚れ層に基づいて洗浄プロトコルを定義する、ステップを含んで提供される。
【００１３】
本発明は、キャパシタンスの変化におけるセンサーの検知が著しく低下したという洞察に基づく。特に、共振のエリアにおける検知により、空気と、尿と水のような他の媒体との間の検知電圧における相対的な差は、かなりの程度まで変わらないままの状態である。その結果、本発明は、フロー表面の特定の位置で尿フローの識別を可能にするだけでなく、厚みで汚れ層の識別を可能にする。以下のこれらの主な適用においては、尿検知モードおよびフィルム検知モードと呼ばれるであろう。しかしながら、単一の適用においては、尿検知モードおよびフィルム検知モードの両方が可能であることを要求するものではない。
【００１４】
尿検知モードにおいて、根本的な考えは、キャパシタンスよりむしろクオリティファクターが決定されるべきであるということである。クオリティファクターは、共振周波数および帯域幅(即ち、３dBの帯域)の比率の測定としてラジオエレクトロニクスの分野においてよく知られている。発明者は、どのような進展した汚れ層も共振周波数には影響を及ぼすだろうが、クオリティファクターにおける減少には通常導かないであろうと、理解している。クオリティファクターは、キャパシタンスとインダクタンスにおける小さな変化に対して比較的影響を受けないが、損失が増大するにつれて減少し、それにより、衛生器具の容器のフロー表面の特別の位置での尿フローを識別するために使用することができる。
【００１５】
実際、薄い汚れ層、即ち汚れフィルムは、比較的厚い塩分のある流体層と見なされる尿フローより少ない損失を引き起こす傾向がある。汚れフィルム上に加えられたクリーンな水の層もまた、尿フローと識別することができる。
【００１６】
さらに、適切には、共振の領域に比較的近い励起周波数で第１の電圧が印加される。例えば、それは、尿、水あるいは別の洗浄液が流れていない状態で、最初に検知される共振周波数に対して０．５ＭＨｚ未満の差の領域内にある。より好ましくは、励起周波数は共振周波数より低いものである。
【００１７】
クオリティファクターは、概念的に重大なパラメーターであるが、有効な検知は第２の電圧に基づいて生じるものである。これは、信頼できる検知を得るために、容易に変換され増幅されることができる信号である。クオリティファクターを計算することは明らかに不要である。
【００１８】
最も好ましくは、尿検知モードにおいて、複数のセンサーが使用される。これは異なる検知を可能にする。この状況において、第１のセンサーの出力は、基準値として第２のセンサーのために使用してもよい。しかしながら、代替的に又は追加的に、メモリから得られた基準値を活用してもよい。そのような基準値は、過去の状況、例えば、直前の検知サイクルを表わすかもしれないし、測定された値、即ち、クリーンなフロー表面の状況における値を表わすかもしれない。複数の基準値との複数の比較がなされ得ることが理解できるであろう。第２の電圧とは異なる関連する値が、第２の時間の超過時間の微分係数、応答時間等を含めて、使用され得ることがさらに理解できるであろう。
【００１９】
複数のセンサーが使用される場合、センサーで連続して検知することは基本的に有益である。そのような連続検知は、近くにある共振回路との間のどのようなクロストークも防止することができる。或いは、センサーがオーバーラップするタイミングで検知することができる。同時の検知は、例えば、異なる共振回路が十分に異なる共振周波数を有しているという点で技術的に可能であるが、特に、第１の電圧の供給に関連して追加の複雑さを考慮すると、それほど魅力的でなく思える。
【００２０】
最も有望な適用は、ジョイスティック（操作装置）として作動するように複数のセンサーを提供することである。ここにおいて、センサーの出力は、ディスプレイあるいは任意の他の電子機器に接続されている。そこで、ユーザー、特に男性のユーザーは、方向性のある小便をすることによりジョイスティックを操作してもよい。これに関する１つの実施において、どのようなクロストークも、向きを検知するために、および／または意図した強度を検知するために、使用されてもよい。しかしながら、代替の実施が除外されるものではない。
【００２１】
尿フローの識別は、いくつかのやり方において活用することができる。最初に、従来技術において述べているように、容器を横切った尿フローの位置が識別される。これは、ディスプレイでユーザーに見せることができるし、あるいはディスプレイを起動するための信号として使用することができるし、または、マルチメディアの適用において活用することが出来るであろう。そこにおいて、ユーザーは、時間の経過の間に、１つ以上の位置に尿を集中させるように刺激させられる。マルチメディアの適用は、ゲーム、広告宣伝、メッセージ、並びにモニター情報を含んでいる。複数のセンサーを備える実施の形態の特定の実施例において、尿フローの位置は、ユーザーのサイズを見出すために使用され得るであろうし、その上に、描かれた情報がユーザーの前で正しい高さであるように、一連のディスプレイのいずれが運転されるかを特定するために使用され得るであろう。
【００２２】
二番目に、容器中の１つ以上のセンサーは、モニタリング情報を得るために使用してもよい。クオリティーパラメータはユーザーの数を数えるために使用することができる。更に、洗浄液の流れは、尿フローとは異なる共振周波数における他の変化を提供するので、尿フローは水流とは識別することができる。その上に、どれくらい使用されたかと比較して、容器がどれくらい洗浄されたかを識別することができる。
【００２３】
モニタリングは、効果的な使用に衛生器具の動作を同調させるように、かつ洗浄液、特に洗浄水の消費をさらに低減するように、発展させてもよい。一実施の形態においては、尿フローが止まり、ユーザーが容器の使用を終了したことを検知する。この結果は、洗い流すための開始時間を定義するために使用することができる。ユーザーの使用頻度の過去の情報に基づいて、アルゴリズムは洗い流しを最適化するように予想してもよい。例えば、直前の使用が長かったので、時間が経過したとき、洗い流す時間をより長く設定されてもよい。多くのユーザーが交互に衛生器具を利用すれば、洗い流す時間を短くしてもよい。あるいは、洗い流す時間をとにかく短くし、次のユーザーが到着する前に、所定時間が経過したとき、洗い流しを繰り返してもよい。更に、容器内の尿フローの位置についての情報を、多くのセンサーで得て、完全な表面全体ではなく、衛生器具の(主として)一定のエリアで容器を洗い流すように利用してもよい。それに加えて、衛生器具には複数のノズルのようなものを設けて、それらが互いに独立して開閉して洗い流すことができるものであってもよい。
【００２４】
フィルム検知モードにおいて、共振は、最大の信号およびそれとともにフィルムの最適の検知を得るために使用される。それに加えて、共振回路は、共振周波数での第２の電圧の検知を可能とするように、調整される。フロー表面は、汚れ層が実質的にない場合、この共振周波数は適切には器具の共振周波数である。しかしながら、それ自身の共振周波数を伴う別の基準状況が選択された場合を除外するものではない。いずれの汚れ層の進展による、および／または塩分を含む溶液の流れによる共振周波数の変化を考慮すると、汚れ層が確かに存在すれば、検知はずれるであろう。しかしながら、共振周波数への回路の調整が最適の結果をもたらす。これは特に、時間超過の変化が、厚みを決定することにとって、さらに特に、各尿フローの後の汚れフィルムの崩壊の時間にとってとても重要であることを考慮するものである。
【００２５】
第２の時間の微分係数および汚れ層を決定するための時間を超えるそのプロフィールを単に検討するのではなく、両方のモードにおける検知の組み合わせを活用することができる。フィルム検知モードは、主として容量性効果に基づき、そして尿検知モードは、主としてクオリティファクターに基づく。それ自身のキャパシタンスは尿フローを識別するための信頼できるパラメーターではないが、汚れの量を定義するには適切である。閾値を超えるキャパシタンスが検知され、このとき同時に尿フローが検知されない場合、汚れのかなりの量が、フロー表面に付着されているであろう。尿フローが検知されるが、しかし、キャパシタンスにおける対応する変化が検出されない場合、これはさらにはっきりと持っている。
【００２６】
最も適切に、共振周波数への調整は、切り替え可能なコンデンサーで実行される。そのような切り替え可能なコンデンサーは、電界効果トランジスターおよびコンデンサーで適切に実施される。トランジスターは、ここにおいてシステムコントローラーにより適切に制御され、システムコントローラーは、例えば、共振回路に対する電圧供給するための能力のあるマイクロコントローラである。これは、尿検知モードとフィルム検知モードとの間でなされるかもしれない切り替えという長所を有する。単一の切り替え可能なコンデンサーよりむしろ、コンデンサーネットワークが適用され得る。これは、センサーが様々な器具のために使用されるところが、特に有用である。
【００２７】
この方法において、「洗浄」の状態が決定されるかもしれない。結果としてもたらされる情報は、高度な洗浄方法の定義のために利用され得る。例えば、石鹸または他の洗浄する手段を備えた特定の洗浄動作がうまく衛生器具を洗浄したか否かをモニタリングことにより再検討することができる。更に、異なる使い方の間の中間時点で洗浄の状態をモニターして、更なる洗浄動作を行うために利用され得る。そこにおいて、洗浄液は、例えば、純粋な水というよりむしろ洗浄溶液である。そのような場合、特色を洗浄液に加えることができるかもしれない。それに加えて、衛生器具は洗浄液および／または濃縮洗浄液のために個別のコンテナを提供してもよい。更に一般的に、洗浄液の使用は、水の使用量を最小化するために、そして同時に衛生法基準およびユーザーの予想することに適合する衛生器具を提供するために、「洗浄」の状態を考慮して、使用を最適化することができる。
【００２８】
フィルム検知モードは、容器の中の尿フローからもたらされる汚れフィルムの検知のためにはただ単に有用なものではない。このフィルム検知モードは、他の器具のフロー表面で汚れフィルムの検知のために、代替的に適用しても良く、他の器具としては、パイプシステム、代替的な家庭器具、例えば、キッチン、シャワー、バス、外の水処理場までを含む。そのような状況において、尿検知モードを備えた組み合わせは、例えば、汚れ層の結果として、流体フローが妨害される位置を確認するための助けになる。
【００２９】
共振は、特に、交流の第１の電圧を加えることによって得られる。好ましい実施において、第１の電圧は対称的な矩形波で提供される。これは、電圧源、例えばマイクロコントローラ、デマルチプレクサー、のディジタル端子による第１の電圧の適用を許可する。
【００３０】
入力電圧は、最適出力を得るために、即ち、使用中のコンポーネントを考慮して、実現可能な出来るだけ大きな変換された第２の電圧を得るために、第１の電圧の最適化のために最適に前処理される。特に、回路は、２と８の間の第２の電圧と第１の電圧との間の変換率を有するように、例えば２．５と５との間の変換率を有するように実行される。第２の電圧に対して最大を定義するコンポーネントは、例えば整流器と演算増幅器である。容量性変圧器回路で入手可能なように、第１の電圧の前処理の適切な実行は容量性インピーダンス変換である。
【００３１】
更に、回路の微調整のために、入力回路における調整可能なコンデンサーを加えることは有利である。
【００３２】
最大のエネルギー伝達を得るために、共振回路の全抵抗と実質的に等しい変換された電源インピーダンスを得るために、入力回路は電圧源と直列の抵抗を適切に備えている。この全抵抗は、任意の抵抗器コンポーネントの抵抗および損失抵抗と等しい。この抵抗が共振回路の回路トポロジーに依存するものであり、そして代表値の計算方法については当業者にとって明らかであろう。当業者は、その上に、適切に変換された抵抗を得るために、どのような抵抗を設計に追加すべきかを知っているであろう。また、追加された抵抗が、電圧源の固有の抵抗に依存することは明らかである。典型的には、電圧源が小さな抵抗を持っており、その結果、変換された抵抗が、共振回路の前記全抵抗と実質的に等しくなる。これに関する背景は、電源のインピーダンスおよび負荷が複雑な相補的な場合、即ち、抵抗成分が大きさにおいて等しく、一方でリアクティブ成分は、反対だが、大きさにおいて等しい場合、最大のエネルギー伝達が生じるという洞察からくる。
【００３３】
好ましくは、出力回路が、プロセッサーへの第２の電圧の伝達のために存在している。この出力回路は、インピーダンス減少を適切に提供する。そのようなインピーダンス減少は、同調回路の追加的な負荷を最小化するように、演算増幅器の入口で、例えば、非常に大きな抵抗、例えば１ＭΩ以上と結合して、演算増幅器のバッファー段階で達成されている。適切には、演算増幅器の最終段階が大電流を運び、さらに前記プロセッサーへの接続においてどのような高周波成分も低減するように、抵抗が前記バッファー段階の出力と直列に提供されている。また、出力回路は、より好ましくはダイオードのような整流器を含む。
【００３４】
プロセッサーは、マイクロコントローラが適当である。好ましくは、センサー出力のマイクロコントローラは、入力回路に電圧を供給するマイクロコントローラと同じである。好ましくは、複数のセンサーが存在する場合、第２のセンサーの検知開始に先立って第１のセンサーの検知が終了するように、マイクロコントローラは複数のセンサーを駆動する。センサーのそのような連続運転は、共振回路のインダクター間のあらゆるクロストークを防止するために望まれる。
【００３５】
本発明の衛生器具は男性のユーザーに向けた小便所であってもよい。あるいは、衛生器具は、通常の便器、または例えばフランス、日本においてより一般的な形式の便器であってもよい。衛生器具には、典型的には、洗浄のための手段が備え付けられており、即ち、水のような洗浄液を用意する手段が備え付けられている。しかしながら、衛生器具は、代替的に、洗浄のないシステム、即ち、水なしのシステムに使用することができる。それで、センサーは、使用の数、および任意にその頻度をカウントする実施の形態において使用される。あらかじめ定められた使用の数の後、インジケーターは、メンテナンスが必要なことを示すことができる。
【００３６】
衛生器具は、容器の洗浄の状態を示す、および／または衛生器具が使える状態にあるか否かを示すインジケーターをさらに備え付けてもよい。インジケーターは、適切、ＬＥＤ、またはあらゆる形式のディスプレイのような光源を適切に備える。或いは、信号機を模倣するような異なる色の複数のＬＥＤを使用してもよい。
【００３７】
明瞭さの目的のために、本発明には、本発明の一態様に関連する従属クレームおよびこの上に記載した様々な実施の形態および配置が、代替の態様と結合して適用されてもよいことを付加する。また、例えば、衛生器具に関して説明したようにセンサー回路の実施は、さらにフィルム検知手段のためのセンサー回路には有益かもしれない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明のこれらのおよび他の態様は、図面を参照してさらに解明されるであろう。その図面は事実上図表である。
【００３９】
【図１】図１は、２つの小便所を備えた配置を示す正面図である。
【図２】図２は、図１の配置の図式的な断面図である。
【図３】図３は、一実施の形態におけるセンサーの回路図である。
【図４】図４は、テストにおいて使用されるようなセンサーの回路図である。
【図５】図５は、図４において示されたようなセンサー回路でのテストにおけるオシロスコープ上で測定された曲線を示すグラフである。
【図６】図６は、フィルム検知モードにおいてセンサーが動作するとき、連続的な尿フローの後の時間の関数としての出力電圧(即ち、第２の電圧)の変化を示すグラフである。
【図７】図７は、フィルム検知モードにおいてセンサーが動作するとき、連続的な尿フローの後の時間の関数としての出力電圧(即ち、第２の電圧)の変化を示すグラフである。
【図８】図８は、フィルム検知モードにおいてセンサーが動作するとき、尿の連続適用における時間の関数として、第２の、出力電圧およびその微分係数の変化を示すグラフである。
【図９】図９は、尿検知モードにおいてセンサーが動作するとき、生理的溶液の連続適用における時間の関数として、第２の、出力電圧およびその微分係数の変化を示すグラフである。
【図１０】図１０は、尿検知モードにおいてセンサーが動作するとき、尿の連続適用における時間の関数として、第２の、出力電圧およびその微分係数の変化を示すグラフである。
【図１１】図１１は、尿検知モードにおいてセンサーが動作するとき、水道水の連続適用における時間の関数として、出力電圧およびその微分係数の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図は一定の基準で描かれていない。異なる図における同じ参照数字は、等しいか対応する部品を示す。
【００４１】
図１は、容器１０を備える衛生器具１００を示す図式的な正面図である。衛生器具１００には、センサー２０およびディスプレイ１がさらに備え付けられている。図１は、実際に、分離壁によって分離された２つのディスプレイ１を備えた２つの容器１０を示す。単純化するために、全部そろった配置を衛生器具１００と呼ぶ。しかしながら、典型的には、衛生器具は１つの容器を備えていることを理解するであろう。
【００４２】
図２は、図１に示した衛生器具の図式的な断面図である。容器１０にはフロー表面１１および除去パイプ１６が設けられている。センサー２０は、フロー表面１１から離れて位置している。この実施の形態において、センサー２０は容器１０の後側に位置している。或いは、センサー２０は、容器１０の穴の中に配置してもよく、より正確には、後側から近づくことができるように、その本体の穴の中に位置してもよい。センサー２０は容器の本体と一体的に統合されてもよいが、これは近づくことが制限されるため、不利かもしれない。明確にするために、ここで使用される用語「後側」は、尿フローが生じない容器の側を示すとして機能的な感覚において使用される。正確な位置は、更なるデザインに対して開放されており、容器の形状に依存し、そして例えば、フロー表面の下、後ろ、または側面でもよい。図１は、１つの容器に４つのセンサーを示している。これは単なる例である。１つのセンサーは、本発明の基本の実施の形態においては十分である。尿フロー、および／または特定の位置での洗浄の状態を検知する実施の形態において、センサーの数は、例えば２〜１０個であり、３〜６個あれば、適切な検知の良い技術的解決であり、受け入れられる費用レベルと考えられる。配置は、設計に対して明らかに開放されている。例えば、従来の便器については、１つ以上のセンサーは、洗浄液が配置されるリングの後ろに位置することができるであろう。しかしながら、マルチメディアと広告宣伝に注目する実施の形態においては、代替的な位置が好まれるであろう。
【００４３】
容器１０に対するセンサー２０のアタッチメントは、当技術分野において知られているラベル、ねじ、または他の機械的な接続手段のように様々な方法で達成することができる。穴の中にセンサーを用いることは、いくつかの理由で本センサーには有利であると考えられる。第１に、一般的にインダクターとコンデンサーを備える共振回路は、典型的には、基板上に設けられている。基板の寸法は、容器の従来の製造技術で実現可能なサイズの穴の中に備え付けるのには十分である。第２に、穴の中にセンサーを用意することは、容器１０の構成本体の部分的に厚みの薄い部分と組み合わせて実行できる。厚みのそのような削減はよい検知に寄与する。第３に、穴は、センサーの正確な位置の標準化(即ち、規定)を可能にする。第４に、留める手段は、穴の中で容易に実行され得る。そのような留める手段は、厚みが変化する空気層がセンサーと容器との間に存在することを防止するために望ましい。そのような空気層が検知を簡単に妨害するかもしれない。第５に、穴は、衛生器具の設置中において、センサーのための適切な保護となると考える。穴は、一方または両側の狭い単なる隙間を伴う、実質的に閉じた穴かもしれない。或いは、穴は、開放した穴かもしれない、即ち、輪郭がはっきりした谷を形成するように、引っ込んだ後側の表面の一部でもよい。そのような実質的に閉じたおよび開放した穴の間のいずれの穴であっても実現可能である。留めることは、穴の配置と適切に組み合わせているが、留めることはさらにセンサーのための他の配置構成と組み合わせて実行してもよい。
【００４４】
図２に示すように、センサー２０は電子回路４に適切に接続されており、その電子回路４はディスプレイ１を駆動するプロセッサーユニット５にまた接続されている。入力回路および出力回路を備える電子回路４が、前記基板上に同様に実施されることは適切である。これは、プロセッサーユニット５への適切な信号送信に適している。プロセッサーユニット５へのそのような接続は無線接続でもよい。しかしながら、Ｉ２Ｃバスのようなバス上の従来のケーブル接続は、衛生器具のコンテキストにおいてより頑丈であると考える。ケーブル接続は、容器の本体と一体的に良く統合され、例えば、その中の専用溝内で統合され得る。或いは、ケーブル接続およびプロセッサーユニット５は、容器１０の外部で、例えば個別の箱の中に位置してもよい。
【００４５】
図３は、センサー回路２０の第１の実施の形態のための回路図を示す。センサー回路は、共振回路３１、入力回路３２および出力回路３３を備える。ここにおいて、入力回路は入力電圧に対する前処理を行う。適切には、この入力電圧は、コンポーネントの使用を最小化するために、マイクロコントローラから生じる。しかしながら、もし望むのであれば、個別のドライバおよび／またはデマルチプレクサーを使用してもよい。より好ましくは、入力電圧は、マイクロコントローラのディジタル端子から生じ、対称的な矩形波である。一例において、入力電圧は、２．５Ｖの振幅を有する５Ｖの供給電圧である。
【００４６】
いくつかの機能は、入力回路３２において実行される。まず、インピーダンス補正が適用されて、駆動源プラス入力回路の抵抗成分が、インピーダンス変換の後に、共振回路３１の抵抗成分と実質的に等しくなる。このインピーダンス補正は、ここにおいて、抵抗器Ｒ２で具体化される。共振回路３１の適切な実施の形態では、(損失)抵抗Ｒ１は、好ましくは５０ｋΩより大きくなるであろう。第２の機能は、容量性インピーダンス変換である。これは、コンデンサーＣ３およびＣ２で達成される。抵抗器Ｒ２のために、交差Ｃ１／Ｃ２＋Ｃ３のピーク電圧は、シヌソイド電圧波形の場合、５Ｖの入力電圧で、１．２５Ｖになるであろう。対称的な矩形波の第１の高調波(この基本周波数は同調回路によってフィルターされる)の振幅が、４／π倍より大きいので、１．６Ｖのピーク電圧は前記交差で達成される。このピーク電圧も第１の電圧として参照される。
【００４７】
第３の機能は、コンデンサーＣ３が調整可能なコンデンサーであるということである。その値は回路を測定するために調整することができる。
【００４８】
コンデンサーの正確な実行は、出力回路３３の境界条件および共振回路３１の定義に基づいて続けられる。特に、(ダイオードＤ１として実施された)整流器は、例えば０．６Ｖの最大電圧降下があり、演算増幅器Ｕ１は、例えば５Ｖの供給電圧で４〜５Ｖの範囲において、その入力で、最大コモンモード電圧を有している。その結果、これに関して、変換率は第２の電圧(即ち、ダイオードＤ１への電圧)と第１の電圧との間で決定され、それは２と５の間、例えば３でもよい。それで、Ｃ２＋Ｃ３＝２＊Ｃ１となる。
【００４９】
共振回路３１は、共振周波数が３〜１２ＭＨｚの範囲において適切に定義され、より好ましくは６と９ＭＨｚの間で定義される。そのような共振周波数は、第１の電圧が適用された励起周波数が、大きな変換をすることなくマイクロコントローラから得られるという点において、適切である。最も適切には、マイクロコントローラの基準周波数のうちの１つが使用される。さらに、ＭＨｚの範囲における共振周波数の使用は、安全であり健康的な観点から受け入れられる、比較的に低い電圧および電流で提供されるが、容器本体を通して到達するように、貫通電力の観点において適切なものである。
【００５０】
共振周波数は、尿検知モードにおける励起周波数より好ましくは高いものである。より詳しくは、共振周波数と励起周波数との間の差は、共振周波数で最大に達するように、励起周波数が増加する電圧に相当するというものである。共振周波数に比べて高々０．５ＭＨｚ、または高々５％の違いは、適切に思える。適切には、その違いは更に小さく、例えば０．１〜０．３ＭＨｚの間、そして更に適切には、共振周波数のまわりの外側−３ｄＢの範囲である。そこで、Ｒ１、Ｌ１およびＣ１の値は計算されるであろう。Ｌ１は、例えば５〜１０Ｈの間である。Ｃ１は、例えば３０〜８０ｐＦの間にある。そこで、損失抵抗Ｒ１は、好ましくは、５０ｋΩより大きい。これは、正確な実施にさらに依存するものである。
【００５１】
出力回路３３は、マイクロコントローラでもよいプロセッサーへの送信を準備するために、信号を最適化するためのいくつかのコンポーネントを含む。非常に大きな入力抵抗Ｒ３は、同調回路の無視できる僅かな負荷で増幅器Ｕ１のための高い入力インピーダンスを確保するために、例えば少なくとも１ＭΩ以上、例えば３ＭΩが準備される。この増幅器Ｕ１は、より詳しくは、後に続く接続のために、電圧を低いインピーダンスに対して抵抗Ｒ３によりバッファーするバッファー段階である。抵抗Ｒ４は、演算増幅器の最終段階が高い電流を提供すべきでないことを保証する。この抵抗Ｒ４は、接続における励起周波数のＲＦコンポーネントを更に減衰する。ダイオードＤ１は整流器として使用され、コンデンサーＣ２は第２の電圧を平滑する。
【００５２】
図４は、テスト目的のために使用された、対応する回路の回路図を示す。ここにおいて、出力回路３３は、ケーブルまたは印刷された接続によりプロセッサーに送信するために最適ではなく、オシロスコープに供給するために最適化されている。Ｒ３は、ここにおいて、慣例的に１０ＭΩである、１０Ｘ減衰器を備えたオシロスコープの入力インピーダンスである。入力回路３２は、シヌソイド電圧源作用の使用を考慮して、抵抗器Ｒ２〜Ｒ１に制限されていた。これは、７．８から８．６ＭＨｚで電圧を掃引して供給する、所謂関数発生器であった。更に、駆動信号は、この電圧掃引の繰り返される供給中において、オシロスコープのためのトリガー信号として提供された。
【００５３】
図５は、オシロスコープのスクリーンにおいていくつかのグラフの形で結果を示す。高値(７．８〜８．２ＭＨｚ)または低値(８．２〜８．６ＭＨｚ)のブロック状の線は、前述のトリガー信号を表わす。３本の曲線１、２、３が示されている。曲線１は、フロー表面に流体フローがない場合の結果を示している。曲線２は、流体フローが水道水である場合の結果を示している。曲線３は、生理的食塩水がフロー表面に流れている場合の結果を示している。生理的食塩水は、水１リットル当たり９ｇのＮａＣｌの溶液であり、尿を表わしている。フロー表面はポリカーボネート板であった。センサーはこのポリカーボネート板の後側に取り付けられた。
【００５４】
曲線１の共振周波数は８．１８ＭＨｚであった。エリアＢは、共振周波数での最大信号の−３ｄＢのポイント間の周波数における間隔である。Ｂは、ここにおいて、約２２０ｋＨｚであった。これは、約３７のクオリティファクターに相当する。８ＭＨｚの励起周波数での電圧は、２．３Ｖであった。これは、最大振幅の半分に相当する。
【００５５】
曲線２の共振周波数は、８．１４ＭＨｚであった。クオリティファクターは、３２．５である。８ＭＨｚの励起周波数での電圧振幅は、２．６Ｖである。
【００５６】
曲線３の共振周波数は、８．０８ＭＨｚであった。クオリティファクターは、３１である。８ＭＨｚの励起周波数の電圧振幅は、３．２Ｖである。
【００５７】
生理的食塩水ではなく尿での測定は、小便所の繰り返しの使用後の容器のフロー表面に残っているフィルムが、キャパシタンスの増加により、共振周波数のシフトを導くことを示した。しかしながら、そのＱファクターは、共振周波数におけるその変化に基づいて予想されるものより、それにもかかわらず高い。これは、尿フローおよび食塩水の流れからもたらされるフィルムの相対的な厚みのためである理解される。残余の尿の薄いフィルムは、食塩水の比較的厚い層より少ない損失をもたらす。
【００５８】
水道水と生理的食塩水との間を明確に区別することができることは、このテスト例から結論を下すことができる。さらに、測定電圧における相対的な差は、比較的一定(影響されない)のままであり、その結果、センサーの感度はキャパシタンスおよび／またはインダクタンスの値が変化した場合には著しく変わらないであろう。
【００５９】
図６〜８は、センサーのフィルム検知モードにおける動作を図示して説明するグラフである。ここにおいて、動作周波数は、クリーンで、適切に乾燥した表面を備えた容器の共振周波数と実質的に同一になるように調整されていた。どのような汚れフィルムおよび尿フローも第２の電圧に大きな影響を与える。その結果として、振幅が減少し、共振周波数が特に低い周波数にシフトする。検知された第２の電圧は、両方の結果として減少する。しかしながら、尿フローの場合には、第２の電圧が、クリーンな表面を伴う状況に対応するその初期値に戻るであろう。
【００６０】
図６および７は、尿フローの更なる実験のグラフである。図６は、容器のフロー表面上の繰り返された尿フローのための時間の間における第２の電圧(即ち、出力電圧)の変化を示す。曲線１は、クリーンなフロー表面で得られる。曲線２は、１０回の使用の後の結果を示す。曲線３、４および５は、１５回、２０回および２５回の使用の後の結果を示す。曲線は、検知されたキャパシティーがフィルム検知モードにおいてフィルム厚みと共に増加することを示している。これは、初期値を再び得る前に、更に長くの時間がかかる。
これは、フロー表面において厚みが増加している汚れの層の進捗によるものである。
【００６１】
図７は２つの曲線を示す。曲線１は、図６の曲線１に対応する。曲線１Ａは、２５回使用された容器のフロー表面に水道水を供給した後に測定された。従って、それは、洗浄後の状況を表している。検知されたキャパシティーが徐々に初期値に戻ることが明らかである。曲線は、多かれ少なかれ１０〜１５回の間の使用のものである。しかしながら、低下している初期値は、最初に測定されたような値に再び対応している。図６において、曲線２〜５には曲線１より低い最小値がある。また、曲線１Ａの形は、曲線２〜５の形とは異なる。この結果は、相違が容器のフロー表面での異なる状況間でなされることを示している。
【００６２】
図８は、フィルム検知モードにおける尿の実験の結果を示すグラフである。このグラフは、時間の関数として第２の電圧のための曲線、および時間の関数として第２の電圧の時間微分係数のための曲線を含んでいる。その結果は、尿フロー量が生じた４つの連続検知サイクルを示しており、その後、洗浄液、即ち水溶液、または単なる水道水の中間の流れなしで検知が行われた。第１の電圧が加えられた後の第２の電圧の戻りは、ますます遅くなり、微分係数の振幅は減少する。その初期値(しかし、また時間微分係数)に戻る間の出力電圧の立上がり時間は、尿残余フィルムの厚みのための大きさである。図９と比較すると、さらに、図８における電圧差がより大きいことが明らかである。これは、フロー表面がクリーンな状況における共振周波数で、フィルム検知モードにおいて、共振回路の動作によるものである。
【００６３】
図９〜１１は尿検知モードの様々な実験のグラフである。グラフはそれぞれ、時間の関数として第２の電圧を示す曲線、および時間の関数として第２の電圧の時間微分係数を示す曲線を含む。尿検知モードの示された実施においては、動作、即ち、励起周波数は、共振周波数よりも低い。これは、これに関して、第２の電圧がクリーンで乾燥したフロー表面の場合よりも尿が流れている場合の方が高いことがもたらしている。尿検知モードは、単一のセンサーのために動作するようにここに示されている。
【００６４】
図９は、尿検知モードにおける生理的溶液の実験を示す。溶液の各フローは、結果的にセンサー信号とその微分係数における特徴的な変化をもたらす。
【００６５】
図１０は、尿検知モードにおける尿の実験を示す。尿の各フローは、センサー信号とその微分係数の特徴的な変化をもたらす。
【００６６】
図１１は、尿検知モードにおける水道水の実験を示す。出力電圧とその微分係数が図９(生理的溶液)における場合より実質的に小さいことは明らかである。センサー信号(第２の電圧)が生理的溶液および尿の状況と高度に類似していることが、図９、１０および１１の比較において注目されることである。反対に、３つの信号とそれらの微分係数は、水道水では著しくより低くなっている。これは、マイクロコントローラにおけるソフトウェアが、綺麗な水と生理的塩含有の溶液との間を区別することを可能にしている。
【００６７】
排尿の開始は第２の電圧の時間微分係数によって、尿検知モードにおける検知に基づいて算出することができるかもしれないことは、明確に且つ完全に明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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