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一种空气过滤器监测的方法
文章来源：http://www.iguolvqi.com/ 2018年12月17日 点击数：384
[0001] 技术领域
[0002] 本发明涉及一种包含空气过滤器的设备(例如，真空吸尘器或者空气清洁器)，以及一种空气过滤器监测的方法。
[0003] 背景技术
[0004] 真空吸尘器具有使用一段时间后过滤器将会阻塞的缺点。这种现象难以被使用者察觉到，因为过滤器的污染是缓慢过程。正常使用下，在真空吸尘器的性能受损前，会经过多于半年的时间。
[0005] 一些真空吸尘器配备用来测量过滤器上压力差的压力开关。这种原理的缺点是在变化的气流下，压力差不直接与过滤器污染相关。当改变速度调节器的设置来减弱气流时，压力差将会降低并且因此压力开关产生的信号可能从“污染”改变到“清洁”，然而过滤器污染还未改变。如果真空吸尘器使用在地毯上，与使用在坚硬的地板上相比，将会有巨大的气流不同。
[0006] JP2008301878提供了能够探测过滤器阻塞的真空吸尘器，来自灰尘收集腔的空气通过上述过滤器通向电风扇。通过电风扇操作吸住的灰尘储存在灰尘杯中，并且来自该灰尘杯的空气经过过滤器通向电风扇。灰尘杯中储存的灰尘数量被灰尘传感器探测，并且电风扇的空气流速被空气流速探测部分基于电风扇中的电流变化探测。当灰尘传感器的探测结果显示灰尘的数量不超过规定的量并且当空气流速探测部分的探测结果显示空气流速不超过规定的小空气流速时，过滤器阻塞判定部分判定过滤器被阻塞。
[0007] US4294595公开一种用于“清洁空气”类型的真空吸尘器的自动关闭装置，其中，真空风扇在污浊空气通道和真空过滤器的下游。压力差分或者空气气流响应开关连接在真空吸尘器的污浊空气通道的喷嘴入口和在这样的空气气流已经通过了过滤器袋后的清洁空气通道之间。压力差分开关响应于经过系统的空气气流变化是可操作的，并且导致真空吸尘器电动机功率中断，并且同时给操作者发出过滤器已满或者堵塞存在于沿着大体上污浊空气通道全部长度的某处的警告。
[0008] US5294872公开了一种真空吸尘器，其中，通过探测适于给吸尘器吸力的变速风扇电动机的旋转速度和其变化范围，来辨别过滤器的阻塞状态和清洁表面的状态，并且基于辨别结果修正风扇电动机的速度命令，并且可以通过最优的吸力执行舒适的清洁。
[0009] 现有技术过滤器监测系统不能有效地处理气流变化以及功率设定。这将会导致系统正确地用信号通知受污染的过滤器，并且在减弱功率后将会再一次地显示未受污染的过滤器，然而，这个过滤器仍然像它之前一样的受污染。另一方面，这些装置在高气流、例如当喷嘴不在地板上时，将会过早地显示受污染过滤器。
[0010] 发明内容
[0011] 本发明的一个目的尤其在于提供一种改善的空气过滤器监测。本发明由独立权利要求限定。在从属权利要求中限定有利的实施例。
[0012] 在一种监测设备内的空气过滤器的污染的方法中，在所述设备中，电动机所接合的风扇生成的空气气流经过空气过滤器，使用代表以下各项的数据确定污染：
[0013] 风扇上的压力差，
[0014] 空气过滤器上的压力差，以及
[0015] 到电动机的电动机电流。
[0016] 测量风扇上的压力差和电动机电流的结合已经展示用于传递可靠的气流预测，无论功率设定如何。
[0017] 气流预测以及过滤器上压降的组合可以被合并为与过滤器阻力并且因此与污染有关的参数。
[0018] 空气过滤器可以是电动机过滤器、排气过滤器或者在气流路径中的任意其它过滤器。
[0019] 本发明的这些以及其它方面参照以下描述的实施例将会是显而易见的并且得以阐述。
[0020] 附图说明
[0021] 图1示出根据本发明的设备的一个实施例；以及
[0022] 图2图示在图1的设备中的微处理器的操作的一个实施例。
[0023] 具体实施方式
[0024] 图1示出根据本发明的设备的一个实施例。空气气流A通过电动机过滤器Filt1、接受电功率信号Pwr的电动机M所接合的风扇F、以及排气过滤器Filt2。第一压力差传感器D1测量电动机过滤器Filt1上的压力差，并且第二压力差传感器D2测量风扇F上的压力差。微处理器MP接收来自压力差传感器D1和D2的信号，以及功率设定信号Pwrset、经过电动机M的电流，以便生成针对电动机M的功率控制信号Pwrctrl。
[0025] 本发明基于以下考虑。当过滤器受污染时，过滤器阻力增加。该过滤器阻力可以通过得知空气气流和电动机过滤器Filt1上的压力差而得知。仅测量过滤器Filt1上的压力差作为过滤器污染的指示是已知的解决方案。然而，由于装置的功率设定Pwrset可以被终端用户调节，气流将会变化和因此导致过滤器Filt1上的压力差变化。因此，在这些变化的环境下，必需知道空气气流和压力差两者从而建立过滤器的阻力。直接测量气流相对地昂贵和复杂。从电动机-风扇组合的进入-出去参数的结合中获得气流已经被研究。测量风扇F上的压力增加Δp以及电动机电流I的结合已经展示用于传递可靠的气流预报，而不论功率设定Pwrset如何。测量电动机电压较不令人感兴趣，因为电动机在恒定电压下，相对地温度敏感。测量电动机速度将是一个选择，但是比测量电动机电流更昂贵。
[0026] 在具有空气过滤器的设备中，以下的参数是可获得的。
[0027] U＝市电电压
[0028] I＝电动机电流
[0029] ＝由速度调节器所提供的电动机电压
[0030] ω＝电动机和风扇的旋转速度
[0031] T＝电动机和风扇的扭矩
[0032] Φ＝风扇产生的空气气流
[0033] Δp＝风扇建立的压力
[0034] 然而，在家用的真空吸尘器中测量空气气流相对复杂，本发明的部分是借助于计算从以上列表中的其他参数得到气流的近似值。优选的方法是根据Δp和I计算气流。另一方法是根据Δp和ω计算气流，或者(尽管更加复杂)用T代替I；在权利要求项的意义中ω或者T可以因此用作代表I的数据。包括过滤器压力差在内的测量值被馈送到微处理器中，后者将会借助确定的算法执行计算并且将会生成有关过滤器污染水平的参数。根据这个参数的值，可以用来向用户反馈关于过滤器状态的信息将会被生成。这个信息也可以用来控制在真空吸尘器中的功能，例如控制气流。
[0035] 如下是数学方法。如果真空吸尘器中的电动机过滤器随着时间受到污染，它的阻力将会上升。过滤器的阻力可以用普通的流体力学描述为：
[0036] R Filt = Δ p Filt / Φ Filt 2 - - - [ 1 ]
[0037] 其中：
[0038] RFilt＝过滤器阻力
[0039] ФFilt＝经过过滤器的空气气流
[0040] ΔрFilt＝过滤器上的压力差
[0041] 这意味着知道气流和压力差，可以计算阻力。压力差ΔpFilt可以通过压力传感器测量。
[0042] 气流ФFilt可以测量，但是相对地复杂。因此，构思是从已知或者简单可测量的系统参数中计算出气流。
[0043] 实验已经示出了电动机电流和电动机所建立的压力的结合可以传递足够准确地描述气流的数学模型。
[0044] 通常地，这个关系可以写成：
[0045] ΦFilt＝ФMotor＝f(IMotor,ΔрMotor)[2]
[0046] 其中：
[0047] IMotor＝电动机电流
[0048] ΔрMotor＝电动机所建立的压力
[0049] 函数f描述在(ΦFilt,IMotor,ΔрMotor)空间的表面。
[0050] 经由测量可以在这个表面上找到多个点。借助利用多元非线性回归处理所测量的数据的方法可以找到这个平面以三维多项式函数形式的近似。
[0051] 计算过程：
[0052] 测量的值
[0053] l 1 Δp 1 Φ 1 l 2 Δp 2 Φ 2 l 3 Δp 3 Φ 3 .. .. .. .. .. .. .. .. .. l q - 1 Δp q - 1 Φ q - 1 l q Δp q Φ q
[0054] 其中，
[0055] q＝测量的数量
[0056] 经由多元非线性回归，这些可以被转换成多项式的近似：
[0057] Φ a p p r o x i m a t e d = Σ m = 0 m = N Σ n = 0 n = N a n m ? I n ? Δp m , m + n ≤ N - - - [ 3 ]
[0058] 其中：
[0059] N＝多项式次数
[0060] amn＝多项式系数
[0061] 通常地，在更高次数，近似将会更加准确。在实践中，次数(N)以精度在要求之内的方式进行选择。近似的示例：
[0062] 测量已经显示二次的近似(其中N＝2)似乎足以在5％的精度内估计气流。
[0063] 在N＝2的情况下，多项式可以写作：
[0064] Φapproximated＝a00+a10?I+a20?I2+a11?I?Δp+a01?Δp+a02?Δp2[4]
[0065] 系数amn可以通过所描述的方法进行确定并且作为固定数输入到微处理器。通过同样地把公式作为算法输入到微处理器，气流可以利用作为输入的测量电流和建立的压力进行计算。
[0066] 为了能够把系数作为固定值输入到微处理器，必须确认对于各自的真空吸尘器的精度仍然满足要求。为了实现该目的，算法基于多个装置的测量进行计算并且这个“平均”的算法被与各自的测量进行比较。
[0067] 可以清楚的是系数取决于真空吸尘器的实际执行。电动机和风扇特性将会展示一些变化，但是在一个产品设计中期望该变化足够低以符合该精度规范。在实际中这将意味着所有不同的产品设计将具有相同的算法，而仅有该系数将会不同。在加载该算法后，这些系数可以加载进微处理器。经由公式[1]和该过滤器上压力差的测量，可以计算过滤器的阻力。一旦该阻力超过预定值，生成受污染的过滤器的信号。
[0068] 在测试环境中，通过使用下面的公式(其中Φ以[1/s]为单位，Δр以[hPa]为单位和I以[A]为单位)得到了良好的结果。
[0069] Φapproximated＝-15.612+13.434?I-0.29?Δp+0.039?I?Δp-0.877?I2-0.00013?Δp2[5]
[0070] 在实际环境中，通过测量实际的气流并且调整该系数直到近似的气流充分衡量该实际气流来找到适当的系数。这些系数接着可以编程到微处理器MP中。
[0071] 鉴于上述考虑，图2图示在图1设备中的微处理器MP的操作。在微处理器MP中，借助于使用系数C的算法Am，从电动机电流I以及由第二压力差传感器D2所确定的风扇上的压力差来计算气流ФFilt。从气流ФFilt以及由第一压力差传感器D1所确定的电动机过滤器Filt1上的压力差来计算过滤器阻力R。该过滤器阻力代表空气过滤器的污染：污染越严重，该过滤器阻力将会越高。
[0072] 如果希望具有关于该空气过滤器是否需要替换或清洁的二进制输出(例如，以打开警示灯)，则可以从该过滤器阻力Rfilt中减去预先设置的阻力PR：如果该差值为正，则过滤器过度受污染并且应该替换或清洁，而如果该结果为负，则过滤器还未过度受污染并且还未需要替换或清洁。
[0002] 本发明涉及一种包含空气过滤器的设备(例如，真空吸尘器或者空气清洁器)，以及一种空气过滤器监测的方法。
[0003] 背景技术
[0004] 真空吸尘器具有使用一段时间后过滤器将会阻塞的缺点。这种现象难以被使用者察觉到，因为过滤器的污染是缓慢过程。正常使用下，在真空吸尘器的性能受损前，会经过多于半年的时间。
[0005] 一些真空吸尘器配备用来测量过滤器上压力差的压力开关。这种原理的缺点是在变化的气流下，压力差不直接与过滤器污染相关。当改变速度调节器的设置来减弱气流时，压力差将会降低并且因此压力开关产生的信号可能从“污染”改变到“清洁”，然而过滤器污染还未改变。如果真空吸尘器使用在地毯上，与使用在坚硬的地板上相比，将会有巨大的气流不同。
[0006] JP2008301878提供了能够探测过滤器阻塞的真空吸尘器，来自灰尘收集腔的空气通过上述过滤器通向电风扇。通过电风扇操作吸住的灰尘储存在灰尘杯中，并且来自该灰尘杯的空气经过过滤器通向电风扇。灰尘杯中储存的灰尘数量被灰尘传感器探测，并且电风扇的空气流速被空气流速探测部分基于电风扇中的电流变化探测。当灰尘传感器的探测结果显示灰尘的数量不超过规定的量并且当空气流速探测部分的探测结果显示空气流速不超过规定的小空气流速时，过滤器阻塞判定部分判定过滤器被阻塞。
[0007] US4294595公开一种用于“清洁空气”类型的真空吸尘器的自动关闭装置，其中，真空风扇在污浊空气通道和真空过滤器的下游。压力差分或者空气气流响应开关连接在真空吸尘器的污浊空气通道的喷嘴入口和在这样的空气气流已经通过了过滤器袋后的清洁空气通道之间。压力差分开关响应于经过系统的空气气流变化是可操作的，并且导致真空吸尘器电动机功率中断，并且同时给操作者发出过滤器已满或者堵塞存在于沿着大体上污浊空气通道全部长度的某处的警告。
[0008] US5294872公开了一种真空吸尘器，其中，通过探测适于给吸尘器吸力的变速风扇电动机的旋转速度和其变化范围，来辨别过滤器的阻塞状态和清洁表面的状态，并且基于辨别结果修正风扇电动机的速度命令，并且可以通过最优的吸力执行舒适的清洁。
[0009] 现有技术过滤器监测系统不能有效地处理气流变化以及功率设定。这将会导致系统正确地用信号通知受污染的过滤器，并且在减弱功率后将会再一次地显示未受污染的过滤器，然而，这个过滤器仍然像它之前一样的受污染。另一方面，这些装置在高气流、例如当喷嘴不在地板上时，将会过早地显示受污染过滤器。
[0010] 发明内容
[0011] 本发明的一个目的尤其在于提供一种改善的空气过滤器监测。本发明由独立权利要求限定。在从属权利要求中限定有利的实施例。
[0012] 在一种监测设备内的空气过滤器的污染的方法中，在所述设备中，电动机所接合的风扇生成的空气气流经过空气过滤器，使用代表以下各项的数据确定污染：
[0013] 风扇上的压力差，
[0014] 空气过滤器上的压力差，以及
[0015] 到电动机的电动机电流。
[0016] 测量风扇上的压力差和电动机电流的结合已经展示用于传递可靠的气流预测，无论功率设定如何。
[0017] 气流预测以及过滤器上压降的组合可以被合并为与过滤器阻力并且因此与污染有关的参数。
[0018] 空气过滤器可以是电动机过滤器、排气过滤器或者在气流路径中的任意其它过滤器。
[0019] 本发明的这些以及其它方面参照以下描述的实施例将会是显而易见的并且得以阐述。
[0020] 附图说明
[0021] 图1示出根据本发明的设备的一个实施例；以及
[0022] 图2图示在图1的设备中的微处理器的操作的一个实施例。
[0023] 具体实施方式
[0024] 图1示出根据本发明的设备的一个实施例。空气气流A通过电动机过滤器Filt1、接受电功率信号Pwr的电动机M所接合的风扇F、以及排气过滤器Filt2。第一压力差传感器D1测量电动机过滤器Filt1上的压力差，并且第二压力差传感器D2测量风扇F上的压力差。微处理器MP接收来自压力差传感器D1和D2的信号，以及功率设定信号Pwrset、经过电动机M的电流，以便生成针对电动机M的功率控制信号Pwrctrl。
[0025] 本发明基于以下考虑。当过滤器受污染时，过滤器阻力增加。该过滤器阻力可以通过得知空气气流和电动机过滤器Filt1上的压力差而得知。仅测量过滤器Filt1上的压力差作为过滤器污染的指示是已知的解决方案。然而，由于装置的功率设定Pwrset可以被终端用户调节，气流将会变化和因此导致过滤器Filt1上的压力差变化。因此，在这些变化的环境下，必需知道空气气流和压力差两者从而建立过滤器的阻力。直接测量气流相对地昂贵和复杂。从电动机-风扇组合的进入-出去参数的结合中获得气流已经被研究。测量风扇F上的压力增加Δp以及电动机电流I的结合已经展示用于传递可靠的气流预报，而不论功率设定Pwrset如何。测量电动机电压较不令人感兴趣，因为电动机在恒定电压下，相对地温度敏感。测量电动机速度将是一个选择，但是比测量电动机电流更昂贵。
[0026] 在具有空气过滤器的设备中，以下的参数是可获得的。
[0027] U＝市电电压
[0028] I＝电动机电流
[0029] ＝由速度调节器所提供的电动机电压
[0030] ω＝电动机和风扇的旋转速度
[0031] T＝电动机和风扇的扭矩
[0032] Φ＝风扇产生的空气气流
[0033] Δp＝风扇建立的压力
[0034] 然而，在家用的真空吸尘器中测量空气气流相对复杂，本发明的部分是借助于计算从以上列表中的其他参数得到气流的近似值。优选的方法是根据Δp和I计算气流。另一方法是根据Δp和ω计算气流，或者(尽管更加复杂)用T代替I；在权利要求项的意义中ω或者T可以因此用作代表I的数据。包括过滤器压力差在内的测量值被馈送到微处理器中，后者将会借助确定的算法执行计算并且将会生成有关过滤器污染水平的参数。根据这个参数的值，可以用来向用户反馈关于过滤器状态的信息将会被生成。这个信息也可以用来控制在真空吸尘器中的功能，例如控制气流。
[0035] 如下是数学方法。如果真空吸尘器中的电动机过滤器随着时间受到污染，它的阻力将会上升。过滤器的阻力可以用普通的流体力学描述为：
[0036] R Filt = Δ p Filt / Φ Filt 2 - - - [ 1 ]
[0037] 其中：
[0038] RFilt＝过滤器阻力
[0039] ФFilt＝经过过滤器的空气气流
[0040] ΔрFilt＝过滤器上的压力差
[0041] 这意味着知道气流和压力差，可以计算阻力。压力差ΔpFilt可以通过压力传感器测量。
[0042] 气流ФFilt可以测量，但是相对地复杂。因此，构思是从已知或者简单可测量的系统参数中计算出气流。
[0043] 实验已经示出了电动机电流和电动机所建立的压力的结合可以传递足够准确地描述气流的数学模型。
[0044] 通常地，这个关系可以写成：
[0045] ΦFilt＝ФMotor＝f(IMotor,ΔрMotor)[2]
[0046] 其中：
[0047] IMotor＝电动机电流
[0048] ΔрMotor＝电动机所建立的压力
[0049] 函数f描述在(ΦFilt,IMotor,ΔрMotor)空间的表面。
[0050] 经由测量可以在这个表面上找到多个点。借助利用多元非线性回归处理所测量的数据的方法可以找到这个平面以三维多项式函数形式的近似。
[0051] 计算过程：
[0052] 测量的值
[0053] l 1 Δp 1 Φ 1 l 2 Δp 2 Φ 2 l 3 Δp 3 Φ 3 .. .. .. .. .. .. .. .. .. l q - 1 Δp q - 1 Φ q - 1 l q Δp q Φ q
[0054] 其中，
[0055] q＝测量的数量
[0056] 经由多元非线性回归，这些可以被转换成多项式的近似：
[0057] Φ a p p r o x i m a t e d = Σ m = 0 m = N Σ n = 0 n = N a n m ? I n ? Δp m , m + n ≤ N - - - [ 3 ]
[0058] 其中：
[0059] N＝多项式次数
[0060] amn＝多项式系数
[0061] 通常地，在更高次数，近似将会更加准确。在实践中，次数(N)以精度在要求之内的方式进行选择。近似的示例：
[0062] 测量已经显示二次的近似(其中N＝2)似乎足以在5％的精度内估计气流。
[0063] 在N＝2的情况下，多项式可以写作：
[0064] Φapproximated＝a00+a10?I+a20?I2+a11?I?Δp+a01?Δp+a02?Δp2[4]
[0065] 系数amn可以通过所描述的方法进行确定并且作为固定数输入到微处理器。通过同样地把公式作为算法输入到微处理器，气流可以利用作为输入的测量电流和建立的压力进行计算。
[0066] 为了能够把系数作为固定值输入到微处理器，必须确认对于各自的真空吸尘器的精度仍然满足要求。为了实现该目的，算法基于多个装置的测量进行计算并且这个“平均”的算法被与各自的测量进行比较。
[0067] 可以清楚的是系数取决于真空吸尘器的实际执行。电动机和风扇特性将会展示一些变化，但是在一个产品设计中期望该变化足够低以符合该精度规范。在实际中这将意味着所有不同的产品设计将具有相同的算法，而仅有该系数将会不同。在加载该算法后，这些系数可以加载进微处理器。经由公式[1]和该过滤器上压力差的测量，可以计算过滤器的阻力。一旦该阻力超过预定值，生成受污染的过滤器的信号。
[0068] 在测试环境中，通过使用下面的公式(其中Φ以[1/s]为单位，Δр以[hPa]为单位和I以[A]为单位)得到了良好的结果。
[0069] Φapproximated＝-15.612+13.434?I-0.29?Δp+0.039?I?Δp-0.877?I2-0.00013?Δp2[5]
[0070] 在实际环境中，通过测量实际的气流并且调整该系数直到近似的气流充分衡量该实际气流来找到适当的系数。这些系数接着可以编程到微处理器MP中。
[0071] 鉴于上述考虑，图2图示在图1设备中的微处理器MP的操作。在微处理器MP中，借助于使用系数C的算法Am，从电动机电流I以及由第二压力差传感器D2所确定的风扇上的压力差来计算气流ФFilt。从气流ФFilt以及由第一压力差传感器D1所确定的电动机过滤器Filt1上的压力差来计算过滤器阻力R。该过滤器阻力代表空气过滤器的污染：污染越严重，该过滤器阻力将会越高。
[0072] 如果希望具有关于该空气过滤器是否需要替换或清洁的二进制输出(例如，以打开警示灯)，则可以从该过滤器阻力Rfilt中减去预先设置的阻力PR：如果该差值为正，则过滤器过度受污染并且应该替换或清洁，而如果该结果为负，则过滤器还未过度受污染并且还未需要替换或清洁。
[0073] 应当注意的是上文提到的实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计很多替代的实施例。在权利要求中，任何放置括号之间的参考符号不应当解释为限制权利要求。词语“包括”并不排除与权利要求中所列出的元件或步骤不同的元件或步骤的存在。在元件之前的词语“一”或“一个”并不排除多个这样元件的存在。本发明可以借助于包括一些不同元件的硬件，和/或借助于适当编程的处理器来实施。
原文来源：http://www.iguolvqi.com/
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上一条：一种特殊的空气过滤器结构下一条：一种空气过滤器内壳
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