制冰装置用冰厚度检测电路及检测方法与流程

本发明属于制冰装置技术，具体地说，是涉及制冰装置用冰厚度检测电路及检测方法。

背景技术：

在制冷型饮水机或其他具有制冰装置的类似设备上，由于制冷的需要，通常需要保持一定厚度的冰来确保制冷效果最佳，因此，需要检测制冷管（相当于蒸发器）附近结冰的厚度。

传统技术手段不是直接检测冰的厚度，而是采用温度检测的方法，当温度达到一定值时，认为并厚度满足要求，停止制冷。这种方法控制容易出现两个问题：

一是由于传感器的偏差和水本身的各种原因，会出现不能结冰的情况；

二是由于传感器的偏差和水本身的各种原因，会出现整个冷水室全部结冰的情况；

而这两种情况都会严重影响用户使用冰水。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种制冰装置用冰厚度检测电路及检测方法，采用电阻测量手段实现冰厚度的直接检测，提高对冰厚度检测的准确性和可靠性。

为实现上述发明目的，本发明提供的制冰装置用冰厚度检测电路采用下述技术方案予以实现：

一种制冰装置用冰厚度检测电路，所述检测电路包括：

至少两个探针，每个所述探针均连接有引线，且每个所述探针被配置为按照已知的、与冰层厚度相对应的位置固定；

交流脉冲信号输出电路，与所述探针中作为信号输入探针的探针通过引线连接，将所述交流脉冲信号传输至所述作为信号输入探针的探针；

反馈信号接收电路，与所述探针中作为信号输出探针的探针通过引线连接，接收所述交流脉冲信号经所述作为信号输入探针的探针和所述作为信号输出探针的探针之后输出的反馈信号；

冰厚度判定电路，用于至少根据所述交流脉冲信号输出电路输出的所述交流脉冲信号的幅度、所述反馈信号接收电路接收的所述反馈信号的幅度及探针与冰层厚度的对应关系判定冰厚度。

如上所述的检测电路，所述检测电路还包括：

温度检测电路，用来检测所述制冰装置的温度，并将所述温度传输至所述冰厚度判定电路；

所述冰厚度判定电路根据所述温度、所述交流脉冲信号输出电路输出的所述交流脉冲信号的幅度、所述反馈信号接收电路接收的所述反馈信号的幅度及所述探针与冰层厚度的对应关系判定冰厚度。

如上所述的检测电路，所述检测电路还包括：

通讯电路，与所述冰厚度判定电路连接，用于对外输出所述冰厚度判定电路的判定结果。

如上所述的检测电路，所述交流交流脉冲信号输出电路包括：

正输出端子，输出一定频率的正脉冲信号；

负输出端子，输出所述一定频率的负脉冲信号；

隔直电容，一端与所述正输出端子连接；

分压电阻，一端与所述负输出端子连接，另一端与所述隔直电容的另一端连接；

所述探针中作为信号输入探针的探针通过引线连接在所述隔直电容与所述分压电阻之间。

如上所述的检测电路，所述冰厚度判定电路包括：

信号幅度处理单元，用于比较所述交流脉冲信号的幅度与所述反馈信号的幅度，确定出所述反馈信号相对于所述交流脉冲信号的幅度变化；

电阻确定单元，用于至少根据所述反馈信号相对于所述交流脉冲信号的幅度变化确定出所述作为信号输入探针的探针和所述作为信号输出探针的探针之间的电阻；

冰厚度确定单元，用于根据所述电阻确定单元所确定的电阻判断所述作为信号输入探针的探针和所述作为信号输出探针的探针之间的介质是否为冰，并根据作为信号输入探针的探针和所述作为信号输出探针的探针与冰层厚度的对应关系确定冰厚度。

为实现前述发明目的，本发明提供的制冰装置用冰厚度检测方法采用下述技术方案予以实现：

一种制冰装置用冰厚度检测方法，所述方法包括：

向作为信号输入探针的探针传输交流交流脉冲信号；

获取作为信号输出探针的探针输出的、所述交流脉冲信号经所述作为信号输入探针的探针和所述作为信号输出探针的探针之后的反馈信号；

至少根据所述交流脉冲信号的幅度、所述反馈信号的幅度及探针与冰层厚度的对应关系判定冰厚度；

所述探针至少为两个，且所有探针被配置为按照已知的、与冰层厚度相对应的位置而固定。

如上所述的检测方法，所述方法还包括：

检测制冰装置的温度；

根据所述温度、所述交流脉冲信号的幅度、所述反馈信号的幅度及所述探针与冰层厚度的对应关系判定冰厚度。

如上所述的检测方法，根据所述交流脉冲信号的幅度、所述反馈信号的幅度及探针与冰层厚度的对应关系判定冰厚度，具体包括：

比较所述交流脉冲信号的幅度与所述反馈信号的幅度，确定出所述反馈信号相对于所述交流脉冲信号的幅度变化；

根据所述反馈信号相对于所述交流脉冲信号的幅度变化确定出所述作为信号输入探针的探针和所述作为信号输出探针的探针之间的电阻；

根据所述电阻判断所述作为信号输入探针的探针和所述作为信号输出探针的探针之间的介质是否为冰，并根据作为信号输入探针的探针和所述作为信号输出探针的探针与冰层厚度的对应关系确定冰厚度。

如上所述的检测方法，根据所述电阻判断所述作为信号输入探针的探针和所述作为信号输出探针的探针之间的介质是否为冰，并根据作为信号输入探针的探针和所述作为信号输出探针的探针与冰层厚度的对应关系确定冰厚度，具体包括：

一个所述作为信号输入探针的探针和一个所述作为信号输出探针的探针构成一组探针组，包括有多组所述探针组，多组所述探针组按照与所述制冷装置中的制冷管的距离由近及远的顺序固定，且与所述制冷管的距离和所述冰层厚度相对应；

按照与所述制冷管的距离由近及远的顺序，根据所述电阻依次判断所述探针组中作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针之间的介质是否为冰，找到距离所述制冷管最远的一个介质为冰的探针组；

根据所述距离所述制冷管最远的一个介质为冰的探针组中的探针与冰层厚度的对应关系确定冰厚度。

如上所述的检测方法，按照与所述制冷管的距离由近及远的顺序，根据所述电阻依次判断所述探针组中作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针之间的介质是否为冰，找到距离所述制冷管最远的一个介质为冰的探针组；根据所述距离所述制冷管最远的一个介质为冰的探针组中的探针与冰层厚度的对应关系确定冰厚度；具体包括：

按照与所述制冷管的距离由近及远的顺序，根据所述电阻依次判断所述探针组中作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针之间的介质是否为冰；

找到第一个介质不是冰的探针组；

判断所述第一个介质不是冰的探针组后面的所有探针组中两个探针之间的介质是否均不是冰；

若所述第一个介质不是冰的探针组后面的所有探针组中两个探针之间的介质均不是冰，将所述第一个介质不是冰的探针组前面相邻的探针组确定为距离所述制冷管最远的一个介质为冰的探针组，根据所述距离所述制冷管最远的一个介质为冰的探针组中的探针与冰层厚度的对应关系确定冰厚度；

若所述第一个介质不是冰的探针组后面的所有探针组中两个探针之间的介质有冰，找到下一个介质不是冰的探针组，继续判断，直至确定出距离所述制冷管最远的一个介质为冰的探针组，并根据所述距离所述制冷管最远的一个介质为冰的探针组中的探针与冰层厚度的对应关系确定冰厚度。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提供的冰厚度检测电路及检测方法中，通过设置与冰层厚度相对应的探针，通过向探针施加交流脉冲信号而获得的反馈信号判断出探针所处位置的介质是否为冰，实现对冰厚度的直接检测，检测手段简单易行，检测结果的可靠性和准确性较高。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是基于本发明制冰装置用冰厚度检测电路第一个实施例的原理框图；

图2是基于本发明制冰装置用冰厚度检测电路第二个实施例的原理框图；

图3是基于本发明制冰装置用冰厚度检测电路第三个实施例的电路原理图；

图4是基于本发明制冰装置用冰厚度检测方法第一个实施例的流程图；

图5是基于本发明制冰装置用冰厚度检测方法第二个实施例的流程图；

图6是基于本发明制冰装置用冰厚度检测方法第三个实施例的探针布置结构图；

图7是基于本发明制冰装置用冰厚度检测方法第四个实施例的探针布置结构图；

图8是基于本发明制冰装置用冰厚度检测方法第五个实施例的探针布置结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

首先，简要说明本发明实现制冰装置冰厚度检测的基本原理：

经研究和试验发现，冰和水的电阻（导电率）差别较大。对于一定厚度的水，或者水与冰的混合物，电阻为几千欧姆到100多千欧姆；而对于相同厚度的冰，电阻会增大到几兆欧姆。基于该原理，可以考虑通过测量电阻的方式确定某个位置是否为冰。电阻的测量可以通过输入信号与输出信号间的衰减幅度来表征。而通过预知该某个位置所对应的冰层厚度，则可以实现对冰厚度的检测。

请参见图1，该图所示为基于本发明制冰装置用冰厚度检测电路第一个实施例的原理框图。

如图1所示，该实施例的检测电路包括有交流脉冲信号输出电路11、探针12、反馈信号接收电路13级冰厚度判定电路14。其中，探针12包括有至少两个，能够对应着至少1个冰厚度，且探针12包括有作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针。每个探针12均连接有引线，且每个探针12被配置为按照已知的、与冰层厚度相对应的位置固定。交流脉冲信号输出电路11与探针12中作为信号输入探针的探针通过该探针的引线连接，将交流脉冲信号传输至该作为信号输入探针的探针。反馈信号接收电路13，与探针12中作为信号输出探针的探针通过该引线连接，接收交流脉冲信号输出电路11输出的交流脉冲信号经作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针之后输出的反馈信号。冰厚度判定电路14，用于根据交流脉冲信号输出电路11输出的交流脉冲信号的幅度、反馈信号接收电路13接收的反馈信号的幅度及探针12与冰层厚度的对应关系判定冰厚度。

如前基本原理所描述，将探针12中的多个探针预先按照已知的、与冰层厚度相对应的位置固定。一般来说，是固定在制冷装置中的制冷管附近，与制冷管间隔一定距离。举例来说，如果有两个探针，将两个探针按照与制冷管平行的方式设置在制冷管的同一侧，且两个探针间隔一定距离设置，一个距离制冷管近，另一个制冷管远。那么，最远的探针与制冷管之间的距离就是利用该两个探针能够确定的冰厚度。而且，由于交流脉冲信号施加到作为信号输入探针的一个探针上，那么，从另一个作为信号输出探针的探针上输出的反馈信号将是与输入的交流脉冲信号及两个探针之间的介质相关的一个信号，具体来说是与两个探针之间的介质的电阻相关的一个信号。而由于电阻的大小反应了介质的不同，则冰厚度判定电路14根据交流脉冲信号输出电路11输出的交流脉冲信号的幅度和反馈信号接收电路13接收的反馈信号的幅度即可判断出两个探针之间的介质是否为冰。再结合探针与冰层厚度的对应关系，即可判定出冰厚度。而且，采用该实施例的检测电路由于是通过检测冰的参数实现对冰厚度的直接检测，检测结果的可靠性和准确性较高，且检测电路结构简单，容易实现。

请参见图2，该图所示为基于本发明制冰装置用冰厚度检测电路第二个实施例的原理框图。

如图2所示，该实施例的检测电路包括有交流脉冲信号输出电路21、探针22、反馈信号接收电路23、冰厚度判定电路24、温度检测电路25及通讯电路26。交流脉冲信号输出电路21、探针22及反馈信号接收电路23之间的连接关系及功能与图1实施例类似，可参考图1实施例的描述。而温度检测电路25用来检测制冰装置的温度，并将温度传输至冰厚度判定电路24；通讯电路26与冰厚度判定电路24连接，用于对外输出冰厚度判定电路24的判定结果，例如，向上位机或监控终端传输判定结果。设置温度检测电路25主要是针对温度变化大的制冷装置，通过温度对检测结果进行补偿校正，减少因温度变化影响介质电阻变化的误差。对于通讯电路26，可以根据需要选择现有技术中常用的通讯电路结构，例如，采用UART等。

而且，对于冰厚度判定电路24包括依次连接的信号幅度处理单元241、电阻确定单元242级冰厚度确定单元243。其中，信号幅度处理单元241用于比较交流脉冲信号输出电路21输出的交流脉冲信号的幅度与反馈信号接收电路23输出的反馈信号的幅度，确定出反馈信号相对于交流脉冲信号的幅度变化。电阻确定242单元用于根据温度检测电路25输出的温度及信号幅度处理单元241输出的反馈信号相对于交流脉冲信号的幅度变化确定出作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针之间的电阻。而冰厚度确定单元243用于根据电阻确定单元242所确定的电阻判断作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针之间的介质是否为冰，并根据作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针与冰层厚度的对应关系确定冰厚度。

应该理解的是，如果对于不具有温度检测电路25的冰厚度检测电路而言，电阻确定单元242仅需要根据反馈信号相对于交流脉冲信号的幅度变化确定出作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针之间的电阻。

请参见图3，该图所示是基于本发明制冰装置用冰厚度检测电路第三个实施例的电路原理图。

如图3所示意，IC1作为检测电路核心的集成芯片，实现原始信号输出、反馈信号采集、反馈信号处理、冰厚度判定以及判定结果的输出等。

CN1为通讯电路和供电电路接口。通讯电路有两个，一个是与作为IC1的UART口的P01端子和P02端子形成的UART通讯接口，另一个是与IC1的一个IO口P16端子连接的三极管N1所形成的脉冲宽度通讯接口。可以根据实际需要选用其中的一个通讯方式

CN2为探针用的接插件接口，探针的引线连接到该接口CN2上，进而通过CN2与IC1连接。

NTC1为温度传感器接口，检测制冰装置温度的温度传感器通过该接口及相应的温度采集电路与IC1的温度采集端子AIN16连接。

IC1的P10口作为交流脉冲信号输出电路的正输出端子，输出一定频率的正脉冲信号，而P11口作为交流脉冲信号输出电路的负输出端子，输出同频率的负脉冲信号。隔直电容C3和分压电阻R6构成交流脉冲信号的调理电路，C3一端与正输出端子P10连接，另一端与分压电阻R6的一端连接，分压电阻R6的另一端与负输出端子P11连接。在隔直电容C3和分压电阻R6之间将输出交流脉冲信号，在探针中作为信号输入探针的探针通过引线连接在CN2接口上，进而连接在隔直电容C3和分压电阻R6之间，以获得交流脉冲信号输入。通过采用交流脉冲信号作为探针的输入信号，可以避免所检测的制冷装置中的水被极化而影响检测准确性的问题。

IC1的P20端子用来检测经隔直电容C3和分压电阻R6调理后的交流脉冲信号，也即输入到探针上的实际输入信号。IC1的P21端子、P22端子及P23端子为ADC输入端子，用来与探针中作为信号输出探针的探针相连接，接收探针的反馈信号。

采用上述检测电路，结合一定的处理方法，可以实现对制冰装置冰厚度的检测。

请参见图4，该图所示为基于本发明制冰装置用冰厚度检测方法第一个实施例的流程图。

如图4所示意，该实施例的冰厚度检测方法包括如下步骤：

步骤41：向作为信号输入探针的探针传输交流脉冲信号。

步骤42：获取作为信号输出探针的探针输出的、交流脉冲信号经作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针之后的反馈信号。

步骤43：至少根据交流脉冲信号的幅度、反馈信号的幅度及探针与冰层厚度的对应关系判定冰厚度。

其中，探针至少为两个，且所有探针被配置为按照已知的、与冰层厚度相对应的位置而固定。具体来说，是固定在制冰装置的制冷管周围。

如前所描述，采用该实施例的上述步骤，将探针中的多个探针预先按照已知的、与冰层厚度相对应的位置固定。将交流脉冲信号施加到作为信号输入探针的一个探针上，那么，从另一个作为信号输出探针的探针上输出的反馈信号将是与输入的交流脉冲信号及两个探针之间的介质相关的一个信号，具体来说是与两个探针之间的介质的电阻相关的一个信号。而由于电阻的大小反应了介质的不同，则根据交流脉冲信号的幅度和反馈信号的幅度即可判断出两个探针之间的介质是否为冰。再结合探针与冰层厚度的对应关系，即可判定出冰厚度。而且，采用该实施例的检测方法由于是通过检测冰的参数实现对冰厚度的直接检测，检测结果的可靠性和准确性较高，且检测方法简单，容易实现。

作为另外一种实施方式，如果制冰装置温度变化大，为减少温度变化对检测结果准确性的影响，优选还检测制冰装置的温度，并根据所检测的温度、交流脉冲信号的幅度、反馈信号的幅度及探针与冰层厚度的对应关系判定冰厚度。

作为另外一种实施方式，冰厚度检测方法还包括将冰厚度的检测判定结果还对外输出。

请参见图5，该图所示为基于本发明制冰装置用冰厚度检测方法第二个实施例的流程图，具体来说，是根据交流脉冲信号的幅度、反馈信号的幅度及探针与冰层厚度的对应关系判定冰厚度的具体实现流程。

如图5所示意，参考图4实施例的上述描述，在获取到反馈信号后，根据交流脉冲信号的幅度、反馈信号的幅度及探针与冰层厚度的对应关系判定冰厚度的具体实现，包括下述步骤：

步骤51：比较交流脉冲信号的幅度与反馈信号的幅度，确定出反馈信号相对于交流脉冲信号的幅度变化。

步骤52：根据所反馈信号相对于交流脉冲信号的幅度变化确定出作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针之间的电阻。

在实际应用中，可通过实验预先确定幅度变化与电阻值的对应关系，并将对应关系形成表的形式。然后，在使用时，通过查表的方法就可以知道当前幅度变化所对应的检测介质的当前电阻。

步骤53：根据电阻判断作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针之间的介质是否为冰，并根据作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针与冰层厚度的对应关系确定冰厚度。

在实际应用中，冰的电阻是已知的，探针与冰层厚度的对应关系也是已知的。那么，在步骤52获得电阻之后，就可以判断出当前所检测的探针位置所对应的介质是否为冰。在判定为冰时，根据探针与冰层厚度的对应关系即可确定出当前冰厚度。

下面采用三个实例进一步阐述冰厚度的检测方法。

请参见图6，该图所示为基于本发明制冰装置用冰厚度检测方法第三个实施例的探针布置结构图。

如图6所示，在制冷管61一侧并排设置有第一探针62和第二探针63，这两个探针各自连接有引线64。应用这两个探针，加上相应的检测电路，可以判断出冰层厚度是否达到指定厚度。具体来说，在与指定厚度相对应的位置固定这两个探针，譬如，在距离制冷管61距离为指定厚度距离处固定这两个探针。检测时，采用前述的电路结构及方法，如果判定第一探针62与第二探针63之间为冰，则判定冰厚度到达指定厚度。

请参见图7，该图所示为基于本发明制冰装置用冰厚度检测方法第四个实施例的探针布置结构图。

如图7所示，在制冷管71一侧并排设置有第一探针72第二探针73和第三探针74，这三个探针各自连接有引线75。应用这三个探针，加上相应的检测电路，可以判断出冰层厚度是否达到指定厚度，并且，可以排除气泡的干扰。具体来说，在与指定厚度相对应的位置固定这三个探针，譬如，在距离制冷管71距离为指定厚度距离处分别固定这三个探针。检测时，采用前述的电路结构及方法，如果判定第一探针72与第二探针73之间为冰，或者判定第二探针73与第三探针74之间为冰，则判定冰厚度到达指定厚度。通过采用三个探针构成两个探针组，即使有一个探针组判断为水，只要另一个探针判定为冰，则认为为水泡，其实冰厚度已经达到指定厚度。

请参见图8，该图所示为基于本发明制冰装置用冰厚度检测方法第五个实施例的探针布置结构图。

如图8所示，在制冷管81的一侧并排设置有6个探针，分别为第一探针82、第二探针83、第三探针84、第四探针85、第五探针86及第六探针87。这六个探针按照距离制冷管81由近及远的顺序依次排列，并各自连接有引线88。而且，这六个探针中，每相邻的两个探针构成一个探针组。具体而言，第一探针82和第二探针83构成一个探针组，第一探针82作为信号输入探针，第二探针83作为信号输出探针；第三探针84和第四探针85构成一个探针组，第三探针84作为信号输入探针，第四探针85作为信号输出探针；第五探针86和第六探针87构成一个探针组，第五探针86作为信号输入探针，第六探针87作为信号输出探针。这六个探针依次根据冰厚度所对应的位置而固定。其中，第六探针87与制冷管81的距离是能够检测出的冰厚度的最大值。加上相应的检测电路，通过检测每组探针中的两个探针之间的介质是否为冰，则可以再结合探针的位置即可判定出冰厚度。

在该实施例中，按照与制冷管的距离由近及远的顺序依次作判断，具体采用下述方法实现冰厚度的检测：

首先给第一探针82输入交流脉冲信号，获得第二探针83输出的反馈信号；根据交流脉冲信号的幅度和反馈信号的幅度确定出第一探针82和第二探针83之间的电阻，根据电阻判断第一探针82与第二探针83之间的介质是否为冰。若为冰，按照同样的处理过程，再对第三探针84和第四探针85之间的介质作判断。如果最后判定第五探针86和第六探针87之间的介质也为冰，则判定冰厚度达到了最大厚度。

而在判断的过程中，如果根据第一个探针组的两个探针之间介质的电阻判定介质不是冰，那么，表明冰厚度小于所能检测的最小厚度。而如果是在中间的探针组的两个探针之间的介质为水，那么，在该两个探针之前探针组中的两个探针之间的介质必为冰（由于按照由近及远的顺序进行判断），且其为距离制冷管最远的一个介质为冰的探针组。那么，就根据距离制冷管最远的一个介质为冰的探针组中的探针与冰层厚度的对应关系确定冰厚度。

作为优选的实施方式，首先按照与制冷管的距离由近及远的顺序，根据电阻依次判断探针组中作为信号输入探针的探针和作为信号输出探针的探针之间的介质是否为冰。

找到第一个介质不是冰的探针组。

判断第一个介质不是冰的探针组后面的所有探针组中两个探针之间的介质是否均不是冰。

若第一个介质不是冰的探针组后面的所有探针组中两个探针之间的介质均不是冰，则将第一个介质不是冰的探针组前面相邻的探针组确定为距离制冷管最远的一个介质为冰的探针组，并根据距离制冷管最远的一个介质为冰的探针组中的探针与冰层厚度的对应关系确定冰厚度。

若第一个介质不是冰的探针组后面的所有探针组中两个探针之间的介质还有冰，表明该不是冰的介质可能是冰中的水泡，则找到下一个介质不是冰的探针组，继续判断，直至确定出距离制冷管最远的一个介质为冰的探针组，并根据距离制冷管最远的一个介质为冰的探针组中的探针与冰层厚度的对应关系确定冰厚度。

也即，在实际应用中，由于结冰过程会伴随着水泡的产生。如果水泡正好处在两个探针之间，会影响判断准确性。为解决该问题，尽可能减少对冰厚度判断的影响，在判断到第一个不是冰时并不是停止检测，而是继续作判断处理，以确定出冰的真实厚度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。