ЕМКОСТЬ С ПОДСВЕТКОЙ

Предлагаемое техническое решение относится к емкостям, в частности, для жидкости, которые могут быть снабжены различными дополнительными эффектами, например, элементами подсветки. В то же время эти емкости представляют собой функциональную столовую посуду для питья, бутылки, сосуды для хранения мелких вещей или подобные сосуды. Они могут быть использованы как в местах общественных, таких как бары, рестораны, кафе, так и в домашних условиях. Предлагаемое решение позволяет использовать заложенные в продукт декоративные свойства подсветки всем пользователям, независимо от возраста, физических данных, типа кожи, загрязненности рук. На работоспособность и функционирование изделия с предлагаемым техническим решением не оказывают влияние внешние загрязнения и вода.
Емкости с подсветкой широко известны из уровня техники, см., например, RU 2284433C2, от 27.09.2006. Такие емкости состоят, как правило, из стеклянного корпуса, снабженного осветительным устройством и электрической цепи с источником питания для питания светодиодов. Недостатком указанного выше устройства являются: сложность конструкции, а также работа только в определенном месте, где расположены контакты от источника питания.
Также в настоящее время известны различные конструкции емкостей с разными дополнительными эффектами, в частности емкостей с подсветками, в которых использован принцип замыкания электрической цепи для включения подсветки при срабатывании элемента переключения типа кнопки DE 19842893A1, от 30.03.2000. Недостатком данного варианта является ограниченная функциональность, связанная с наличием визуального эффекта во время поднятия сосуда с жидкостью и низкая надежность, связанная с механическим включателем блока подсветки.
Наиболее близким техническим решением является предложенный ранее автором вариант включения встроенной электронной схемы емкости с подсветкой, где для замыкания электрической цепи использовались две (или более) несмежные проводящий прозрачные зоны на внешней и (или) внутренней стенках емкости, а ключом служила проводящая среда, в частности, рука человека ЕА 007145 В1, 25.08.2006. При этом при касании внешних стенок емкости с подсветкой (несмежных токопроводящих зон) электрическая цепь замыкается и происходит включение блока подсветки, а при прекращении физического прикосновения руки человека к внешним стенкам емкости электрическая цепь размыкается и происходит выключение блока подсветки. В качестве ключа, замыкающего электрическую цепь, и включающего электронный блок подсветки выступает любая проводящая среда с удельным сопротивлением ниже сопротивления руки человека (фиг.1). Например, таким ключом служит вода, имеющая в своем составе примеси солей и других химических элементов, и поэтому, являющаяся проводником, замыкающим контактные зоны. Для решения проблемы «несанкционированного» потребителем включения подсветки при попадании на внешние стенки воды, автором был предложен вариант с введением в конструкцию третьего контакта, блокирующего работу элементов питания, при попадании воды на внешние стенки стакана (мойка стакана), что позволяет экономить ресурс элементов питания. Предложенные варианты основывались на принципе конечного электрического сопротивления тела любого человека.
Однако описанные конструкции не позволяют решить проблему изготовления изделия с надежным алгоритмом включения блока подсветки при касании рукой стенок емкости, на которые нанесены проводящее покрытие. Проблема заключается в значительных отличиях электрического сопротивления у различных людей. Между пальцами руки потребителя, прикасающихся к емкости и замыкающих токопроводящие зоны, существует конечное электрическое сопротивление. Рука служит ключом включения электрической схемы (включения подсветки). Но электрическое сопротивление между пальцами рук у всех людей разное. При касании токопроводящих зон оно зависит от физического размера пальцев, силы прижатия руки к поверхности стакана, типа кожи (сухая-жирная). Высокое сопротивление руки при касании стакана у отдельных потребителей становится проблемой функционирования продукта с физическим противоречием: для надежного устойчивого срабатывания надо повышать чувствительность схемы, но заданное в электрической схеме входное высокое сопротивление приводит к ложным срабатываниям, например, мокрая или жирная кожа пальцев рук оставляет после касания отпечаток след воды или жира на стекле, способный после прекращения касания потребителем (по алгоритму схема должна отключиться - подсветка прекратить работу), оставить схему подсветки включенной. Таким образом, устойчивая работоспособность схемы ограничена с одной стороны высоким сопротивления рук отдельных пользователей и, с другой стороны, ложными «паразитными» включениями при задании высокой чувствительности.
Еще одна проблема заключается в ненадежном соединении контактов электрической схемы с токопроводящими зонами, нанесенными на поверхность емкости с внешней стороны. Сигнал, поступающий в электрическую схему от руки пользователя (см. фиг.1), проходит следующую цепь: рука 3 - проводящая зона на внешней стенке стакана 1 - контактный элемент 1 - печатная плата - контактный элемент 2 - проводящая зона 2, не смежная с проводящей зоной 1, на внешней стенке стакана - рука. При передаче сигнала образуется четыре контактные группы, имеющие переменное электрическое соединение. Проблема изменяемого в зависимости от пользователя электрического сопротивления 2-ух контактных пар «рука - проводящая зона на стакане» рассмотрена выше.
Рассмотрим проблему соединений «проводящая зона - контактный элемент». Так как нанесенное на поверхность стекла проводящее покрытие тонкое (30-50 мкм., чтобы обеспечить оптическую прозрачность), то для обеспечения надежного контакта необходимо осуществить приварку контакта к поверхности. Однако требование замены и утилизации элементов питания подразумевает разъемный характер блока электроники и стакана, и, соответственно, разъемный характер соединения «проводящая зона - контактный элемент». Эстетическая направленность дизайна продукта не позволяет использовать технологически оправданные в данном случае контакты из мягких материалов (например, резина) с добавлением графита или серебра, что позволило бы решить вопрос надежности контакта за счет большой площади контакта и надежности прилегания. Поэтому приходится использовать твердые металлические контакты, которые в силу неидеальности прилегания к стеклу обеспечивают точечный контакт. Проблема усугубляется окислением поверхности проводящей зоны, и возникающим конденсатом на внешней поверхности стакана при использовании стакана для охлажденных напитков известный эффект образования конденсата (запотевание) стакана, если в стакан, имеющий комнатную температуру (+18-+23 градуса по Цельсию) налить напиток, охлажденный до температуры +4-+6 градусов. При этом конденсат представляет собой дистиллированную воду, которая является хорошим изолятором.
Таким образом, отрицательным свойством в предложенном ранее способе включения электрической схемы является отсутствие надежности функционирования, связанной с:
1) Изменяемыми величинами электрических сопротивлений рук пользователей (электрический параметр ключа схемы)
2) Влияние, непредсказуемых заранее, органических следов от касаний рук к поверхности емкости, служить «паразитным» ключом электрической схемы
3) Ненадежности разъемного контактного соединения «проводящая зона - контактный элемент», вследствие перепада температур при эксплуатации стакана, естественному окислению проводящего металлического слоя на поверхности емкости, точечному соединению площадок в контактной системе «проводящая зона - контактный элемент» из-за неровности поверхностей в области контактной зоны.
Все эти проблемы могут возникнуть с двойной вероятностью, так как в емкости используется две контактные площадки, и, соответственно, риск проблем с повышенным сопротивлением в контактной цепи зависит от всех точек в электрической схеме, по которым проходит сигнал включения.
Решение вышеперечисленных проблем лежит в использовании другой электрической характеристики человеческого тела - любой человек является электрической емкостью. Принцип работы системы основан на том, что предмет, обладающий определенной емкостью, способен проводить переменный электрический ток. При этом используемый ток невелик, и не представляет какой либо угрозы для жизни человека.
Технический результат - надежность работы и увеличение срока работы устройства из-за отсутствия ложных срабатываний устройства.
Технический результат достигается тем, что емкость с подсветкой выполняют в виде объемной фигуры с, по меньшей мере, одной стороны внешней поверхности которой выполнен паз, в который установлено средство подсветки, включающее, по меньшей мере, корпус из диэлектрического материала, один источник оптического излучения, связанный с источником питания. При этом емкость дополнительно снабжена первым токопроводящим элементом, покрывающим внешнюю поверхность емкости и вторым токопроводящим элементом, находящимся внутри средства подсветки, соединенным электрически с оптическим элементом и источником питания. В результате чего первый и второй токопроводящие элементы связаны через диэлектрический корпус так, что образуют электрическую емкость, абсолютное электрическое значение которой может изменяться при контакте токопроводящего элемента на внешней поверхности емкости с токопроводящей средой, сформированной рукой человека.
Объемная фигура может представлять собой: куб, сферу или полусферу, цилиндр, параллелепипед, пирамиду или иную известную геометрическую фигуру.
Объемная фигура может представлять собой: стакан, чашку, тарелку, вазу или иное подходящее средство обихода.
Предпочтительно, чтобы первый токопроводящий элемент, покрывающий внешнюю поверхность, был выполнен из прозрачного материала.
Предпочтительно, чтобы второй токопроводящий элемент, по меньшей мере, один источник оптического излучения и, соответствующий ему, по меньшей мере, один источник питания представляли собой единую печатную плату, установленную в корпусе из диэлектрического материала, внешняя поверхность которой является вторым токопроводящим элементом. При этом печатная плата, установленная в корпусе из диэлектрического материала, предпочтительно должна закрывается декоративной лицевой панелью, являющейся продолжением внешней поверхности объемной фигуры емкости с подсветкой.
Преимущества и особенности заявляемого решения ниже будут рассмотрены и описаны со ссылками на позиции чертежей, на которых наглядно проиллюстрировано предлагаемое техническое решение и исполнение конструкции, которое не ограничивается данными решениями по представленным видам емкостей, способам расположения и форме токопроводящей зоны.
На фиг.1 схематично показана работа прототипа заявляемого технического решения, где:
1 - емкость для жидкости
2 - токопроводящий элемент, нанесенный на внешнюю поверхность емкости
3 - рука человека - токопроводящая среда, имеющая собственную электрическую емкость
На фиг.2 показаны основные элементы заявляемого технического решения, где:
1 - емкость с внутренней и внешней поверхностью
2 - прозрачный токопроводящий элемент, нанесенный на внешнюю поверхность емкости
3 - второй токопроводящий элемент, в данной конструкции, интегрированный на печатную плату
4 - печатная плата, с расположенными оптическими элементами подсветки, источником питания, связанным с ними электрически вторым токопроводящим элементом
5 - проводник на печатной плате, связывающий второй токопроводящий элемент с источником питания и оптическим(и) элементом(-ами) подсветки
6 - корпус блока подсветки, выполненный из диэлектрического материала
7 - лицевая панель, закрывающая блок подсветки с условно нанесенным изображением
На фиг.3 показано заявляемое техническое решение в сборе, без декоративной лицевой панели, которую присоединяют позже, где
1 - емкость с внутренней и внешней поверхностью
2 - прозрачный токопроводящий элемент, нанесенный на внешнюю поверхность емкости
3 - второй токопроводящий элемент, в данной конструкции, интегрированный на печатную плату
4 - лицевая панель, закрывающая блок подсветки с условно нанесенным изображением
5 - проводник на печатной плате, связывающий второй токопроводящий элемент с источником питания и оптическим(и) элементом(-ами) подсветки
6 - печатная плата, с расположенными оптическими элементами подсветки, источником питания, связанным с ними электрически вторым токопроводящим элементом
7 - диэлектрическая плоская пластина (часть корпуса блока подсветки), расположенная между двумя токопроводящими элементами
8 - условное обозначение образовавшейся при сборе конструкции электрической емкости, имеющей конечную электрическую величину, одна обкладка которой соединена с элементами электрической схемы, другая предназначена для контакта с токопроводящей средой образованной рукой пользователя.
На фиг.4 схематично показана работа заявляемого технического решения, где
1 - емкость с внутренней и внешней поверхностью
2 - прозрачный токопроводящий элемент, нанесенный на внешнюю поверхность емкости
3 - второй токопроводящий элемент, в данной конструкции, интегрированный на печатную плату
4 - лицевая панель, закрывающая блок подсветки с условно нанесенным изображением
5 - проводник на печатной плате, связывающий второй токопроводящий элемент с источником питания и оптическим(и) элементом(-ами) подсветки
6 - печатная плата, с расположенными оптическими элементами подсветки, источником питания, связанным с ними электрически вторым токопроводящим элементом
7 - диэлектрическая плоская пластина (часть корпуса блока подсветки), расположенная между двумя токопроводящими элементами
8 - условное обозначение образовавшейся при сборе конструкции электрической емкости, имеющей конечную электрическую величину, одна обкладка которой соединена с элементами электрической схемы, другая предназначена для контакта с токопроводящей средой образованной рукой пользователя.
9 - рука пользователя с условно показанным на ней символом электрической емкости.
Предлагается использовать схему включения, где не изменение электрического сопротивления ключа (вносимое человеком электрическое сопротивление) является действующим «ключевым» элементом, замыкающим цепь в электрической схеме, а электрическая емкость (фиг.1), вносимая человеком 3 в электрическую схему при касании токопроводящей зоны 2, нанесенной на внешнюю стенку емкости для жидкости 1 (например, стакана), является ключом в электрической цепи с подсветкой. Для этого (фиг.2) предлагается система с электрическим конденсатором на входе, емкость которого потребитель при касании рукой (вносимая электрическая емкость) будет изменять. Конденсатор состоит из двух токопроводящих элементов (обкладок) 2 и 3, и диэлектрической прокладки между ними 6. Одну обкладку конденсатора образует токопроводящая зона 2, нанесенная на внешнюю поверхность емкости 1 сплошным неразрывным слоем. Вторую обкладку 3 создают, например, проводящим медным слоем на поверхности печатной платы 4. Полимерная, непроводящая электрический ток, деталь 6 корпуса электронного блока является диэлектриком, разделяющим токопроводящие обкладки созданного конденсатора.
Металлизированная площадка 3, расположенная на печатной плате 4, соединена с электрической схемой посредством медных проводников. Токопроводящая зона 2 на внешней поверхности стакана и металлизированная площадка 3 на печатной плате 4, разделенные диэлектрической пластиной 6 образуют конденсатор, включенный в электрическую схему, электрическое значение емкости которого является определяющим для состояния системы подсветки «включено» или «выключено» (фиг.3).
При касании рукой токопроводящей зоны 2 на внешней стенке емкости 1 (например, стакана) возникает утечка переменного тока через тело человека на землю (фиг.4). Емкость конденсатора 8, образованного проводящей зоной и металлической пластиной в электронном блоке увеличивается. Электрическая схема регистрирует это изменение, и «дает» сигнал в блок управления о включении блока подсветки, расположенного на печатной плате 6.
При реализации данного технического решения отсутствует физический контакт элементов электронной схемы с токопроводящим поверхностным слоем на внешней стенке емкости. Решается проблема плохого физического контакта в системе «проводящая зона - контактный элемент», поскольку мы отказались от «контактного элемента» как токового. Кроме того, ввиду уменьшения количества токопроводящих зон на внешней стенке стакана до одной, уменьшается, по сравнению с рассмотренными в начале вариантами, количество контактных точек в цепи передачи сигнала блока подсветки.
Вне зависимости от характера касания рукой человека проводящей зоны на внешней стенке, электрической схемой будет «зарегистрирована» утечка тока (изменение емкости созданного конденсатора). При этом размер площади касания, сила давления рукой на поверхность емкости, характеристики кожи значения не имеют. Изменение значения электрической емкости во входной цепи электрической схемы приведет к включению блока подсветки. При прекращении утечки тока через тело человека (прекращение касания токопроводящей зоны пользователем) значение электрической емкости на входе схемы восстановится (конденсатор зарядится) - работа блока подсветки будет прекращена.
Решается также проблема правильного функционирования системы подсветки при попадания влаги и загрязнения (например, следов от пищи) на внешние стенки емкости (на токопроводящий элемент, нанесенный на внешней поверхности емкости). Так как токопроводящий элемент в данном техническом решении один, то проблема «паразитного» перемыкания (и несанкционированного пользователем включения блока подсветки) решена.