一种吸油烟机、介质高度检测方法及其控制方法

技术领域

本发明涉及油烟净化装置，尤其是一种吸油烟机，以及该吸油烟机的介质高度检测方法和控制方法。

背景技术

吸油烟机已成为现代家庭中不可或缺的厨房家电设备之一。吸油烟机是利用流体动力学原理进行工作，通过安装在吸油烟机内部的风机系统吸排油烟，并使用滤网过滤部分油脂颗粒。

如申请号为201821585923.8的中国实用新型专利公开了一种顶吸式吸油烟机，包括机体、集烟罩，集烟罩内限定出集烟腔，集烟腔的顶部设有进口，集烟腔通过进口与油烟流道连通，集烟腔的底壁上设有敞开口，敞开口位于集烟罩的底壁的中部且与进口相对，吸油烟机还包括冷凝板，冷凝板被构成为平滑的板体结构，冷凝板设在集烟罩的底壁下方且冷凝板的水平投影与敞开口的水平投影具有重合的区域，冷凝板与集烟罩的底壁之间具有预定距离，吸油烟机还包括集油杯，集油杯用于收集冷凝油。

家用吸油烟机的用途是吸排室内烹饪产生的油烟，吸排过程中吸油烟机通过惯性碰撞等物理学原理拦截油烟，将收集下来的油污导入到油杯中。煎炒炸烹饪时所产生的油污量有限，一般油杯容积可够正常使用吸油烟机一两个月不需要倾倒油杯。但当用户进行炖煮烹饪时，锅内汤煮沸产生的大量蒸汽进入到吸油烟机中，在吸油烟机内冷凝后被导入油杯，会出现油杯几天就装满冷凝水的情况。

一方面，水的存在使得油杯的倾倒频次增加，而对于隐藏式油杯用户容易忘记，因而需要增加相应提醒，最好能尽可能减少倾倒次数；另一方面因为水结冰时候体积会膨胀，而一般厨房通风条件好，且少布置空调，天冷时烹饪结束后的油和水流入油杯后遇到低温可能导致油液溢出，进而损坏机器或造成污染。

因此，还有待进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种吸油烟机，能够方便地检测油杯内的含水量，以便后续的除水，减少用户倾倒油液的频次。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种上述吸油烟机的介质高度检测方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种上述吸油烟机的控制方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种吸油烟机，包括集油组件，所述集油组件包括油杯；其特征在于：所述集油组件还包括：

伸缩杆，能沿着油杯的高度方向进行伸缩运动；以及

声波收发模块，用于向油杯内发出声波和接收油杯内的介质返回的声波，设置在伸缩杆上；所述介质至少包括空气、油、水和冰中的一种；

所述吸油烟机还包括处理器，用于根据声波收发模块接收到的声波数量和伸缩杆的位移量计算油杯内分层的不同介质的高度。

利用水、冰油密度不同重力分层且声阻抗随着不同，进而可以识别分层及不同层高度，一次性检测油和水的高度或体积，以便判断是否需要除水，在除水后也能减少用户倾倒油液的频次，减少溢出风险；而且声波收发模块无需深入介质内部，对发射端和接收端无污染，相对于普通直接收发测量光强度变化的传感器更稳定，也不容易损坏，且可以同时兼顾结冰层检测，解决了其他测量方法无法穿透或测量冰的问题。

优选的，为便于驱动伸缩杆伸缩进而带动声波收发模块，所述集油组件还包括用于驱动伸缩杆伸缩的驱动机构，所述驱动机构与处理器电连接。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的第一个技术方案为：一种如上所述的吸油烟机的介质高度检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)执行液位分析；

2)伸缩杆移动一个单位量，所述声波收发模块的发射模块按一定频率发射声波，然后采集声波收发模块的接收模块接收到的数据；

3)去除声波收发模块的接收模块接收到的数据中的噪声；

4)计算当前位置的有效回波数k；

5)将k和第一介质回波阈值k1、第二介质回波阈值k2和第三介质回波阈值k3进行比较，其中，第一介质回波阈值k1为空气层和油层交界处的回波数，第二介质回波阈值k2为油层和水层交界处的回波数，第三介质阈值k3为水层和冰层交界处的回波数，并且k1＜k2＜k3：

5.1)首先，比较k和k1，如果k＜k1，则判断当前位置对应为空气层，进入步骤6)；如果k≥k1，则进入步骤5.2)；

5.2)然后，比较k和k2，如果k＜k2，则判断当前位置对应为油层，进入步骤6)；如果k≥k2，则进入步骤5.3)；

5.3)最后，比较k和k3，如果k＜k3，则判断当前位置对应为水层，则控制伸缩杆停止伸出，改为缩回，然后进入步骤7)；如果k≥k3，则判断当前位置对应为冰层，进入步骤6)；

6)将伸缩杆当前的伸缩位移值L与L1、L2比较后进入步骤7)，其中，L1为伸缩杆伸出的下限阈值，L2为伸缩杆伸出的上限阈值：

6.1)如果L＜L1，则伸缩杆停止缩回，改为伸出；

6.2)如果L1≤L≤L2，则伸缩杆按当前运动方式继续移动；

6.3)如果L＞L2，则伸缩杆停止伸出，改为缩回；

7)判断伸缩杆是否回到初始位，如果是，进入步骤8)，如果否，则回到步骤2)；

8)根据伸缩杆的位移值和声波收发模块移动到各分界点时的位置计算各层高度，返回数值H

优选的，在步骤5)中，各介质回波阈值满足如下关系：k1,k2,k3∈[1，1000]。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的第二个技术方案为：一种如上所述的吸油烟机的介质高度检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)执行液位分析；

2)伸缩杆移动一个单位量，所述声波收发模块的发射模块按一定频率发射声波，然后采集声波收发模块的接收模块接收到的数据；

3)判断是否向下第一次突变并且为增大，如果是，判断为从空气层进入油层，进入步骤7)，如果否，则进入步骤4)；

4)判断是否向下第二次突变并且为增大，如果是，判断为从油层进入水层或冰层，进入步骤5)，如果否，则判断当前为空气层，进入步骤7)；

5)判断是否向下突变并且为减小，如果是，判断由冰层进入水层，此前所处位置为冰层，进入步骤7)，如果否，则读取当前回波强度I；

6)判断I＞Ia是否成立，其中Ia为预设的冰和水分界处的回波强度阈值，如果是，判断当前为冰层，如果否，则判断当前为水层，进入步骤7.3)；

7)将伸缩杆当前的伸缩位移值L与L1、L2比较后进入步骤8)，其中，L1为伸缩杆伸出的下限阈值，L2为伸缩杆伸出的上限阈值：

7.1)如果L＜L1，则伸缩杆停止缩回，改为伸出；

7.2)如果L1≤L≤L2，则伸缩杆按当前运动方式继续移动；

7.3)如果L＞L2，则伸缩杆停止伸出，改为缩回；

8)判断伸缩杆是否回到初始位，如果是，进入步骤8)，如果否，则回到步骤2)；

9)根据伸缩杆的位移值和声波收发模块移动到各分界点时的位置计算各层高度，返回数值H

本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种吸油烟机的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)吸油烟机启动；

2)确定声波收发模块和处理器的工作模式和检测频次，然后进入步骤3)；

3)采用如上所述的检测方法检测集油组件的油杯内的介质高度，将检测到的高度与预设值进行比较，其中H

3.1)如果H

3.2)如果H

4)根据H

7)计算剩余的水结冰膨胀后冰的体积V

8)计算膨胀后的新总体积预测V

9)获取当前环境温度T1；

10)判断T1＞Ta是否成立，如果是，进入步骤15)，如果否，则表进入步骤11)，其中Ta为预设的结冰温度阈值；

11)根据H

12)计算剩余的水结冰膨胀后冰的体积V

13)计算膨胀后的新总体积预测V

14)反查表或计算在水结冰膨胀后，总液位升高后的总体高度H

15)判断H

16)进入除水模式；

17)持续监测H

18)再得到当前的H

为便于除水，所述集油组件还包括设置在油杯底部的振动或加热模块，在步骤11)中，通过加热或振动模块对油杯除水。

为使得声波收发模块的检测和控制适配吸油烟机的工作状态，所述吸油烟机包括风机，在步骤2)中，通过如下方式确定：

2.1)判断风机是否启动，如果是，则采用正常功耗模式，正常频次检测，进入步骤3)；如果否，则进入步骤2.2)；

2.2)计算距最近关机时间的时间间隔tg，并且判断tg＞tg

优选的，在步骤10)中，Ta∈[0，4℃]。

优选的，所述油杯内部高度为H

与现有技术相比，本发明的优点在于：利用水、冰油密度不同重力分层且声阻抗随着不同，进而可以识别分层及不同层高度，一次性检测油和水的高度或体积，以便判断是否需要除水，在除水后也能减少用户倾倒油液的频次，减少溢出风险；而且声波收发模块无需深入介质内部，对发射端和接收端无污染，相对于普通直接收发测量光强度变化的传感器更稳定，也不容易损坏，且可以同时兼顾结冰层检测，解决了其他测量方法无法穿透或测量冰的问题。

附图说明

图1为本发明实施例的吸油烟机的示意图；

图2为本发明实施例的吸油烟机的集油组件的局部示意图；

图3为吸油烟机的集油组件的油杯中水油混合状态示意图；

图4为油杯位置为空气的接收波形图；

图5为油杯位置为水的接收波形图；

图6为油杯位置为油的接收波形图；

图7为油杯位置为冰的接收波形图；

图8为图3对应的接收到的有效回波数和高度的关系图；

图9为本发明实施例的吸油烟机的控制装置的原理框图；

图10为本发明第一个实施例的吸油烟机的液位检测流程图；

图11为本发明第一个实施例的吸油烟机的控制流程图；

图12为本发明第二个实施例的吸油烟机的液位检测流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制，比如“上”、“下”并不一定被限定为与重力方向相反或一致的方向。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

实施例一

参见图1，一种吸油烟机，包括集油组件100，在本实施例中，吸油烟机为顶吸式吸油烟机，集油组件100处于外露的状态。可替代的，集油组件100也可以采用如其他现有技术中所公开的，为隐藏式设计的组件。吸油烟机也可以为其他任意现有的形态，如侧吸式、低吸式等。集油组件100包括1。

参见图2和图3，油杯1中由于油、水、冰因为密度不同，因此水层6一般在下部，而油层7在上部，部分水结冰时形成的冰层8会在油层7和水层6之间，形成自然重力分层，空气层9则在油层7之上。油杯1至少存在上述四种介质中的一种。上述四种介质的声阻抗有明显差异，且与油杯1材质有明显差异。声阻抗是指超声波通过介质遇到的阻力，一般它随介质和声波频率等不同而异，但在平面上的纵波的声阻抗与频率无关，而是等于组织的密度乘以声波在组织中的传播速度。Z＝ρ×C，其中Z为声阻抗，ρ为物质密度，单位g/cm3，C为声速，单位cm/s。

相关介质的声阻抗单位×105cm/s·g/cm

油杯1壁面材质声阻抗：钢的声阻抗为4.76，铝的声阻抗为1.7，玻璃的声阻抗为1.81，常用塑料的声阻抗为0.92，均大于介质。

而介质和壁面材料声阻抗差别越大则衰减越大，回波越小，因而可以根据垂直入射声波，计算去除低限制后的有效回波来判断当前高度的介质成分及变化位置，进而探测各类介质的分界面，因此有效回波如果采用计数法按少到多可以排序：空气＜油＜水＜冰，如图4～图7所示。

因此，集油组件100还包括伸缩杆3和(超)声波收发模块4，其中伸缩杆3置于油杯1的外侧，如安装状态下油杯1的后侧或左右两侧，沿着油杯1的高度方向(上下方向)伸缩。声波收发模块4设置在伸缩杆3上，其随着伸缩杆3的伸缩而运动，能够贴着油杯1的壁面向油杯1内发射声波和接收返回的声波。优选的，声波收发模块4设置在伸缩杆3的底部，以便于检测，可避免再换算声波收发模块4的位置和伸缩杆3位移值之间的关系。图8示出了伸缩杆3底部(声波收发模块4)对应高度介质和有效回波数的关系示意图。因为是位置范围内完整测量，因此可以忽略温度对介质声速度的小影响。

由此可控制伸缩杆3的运动，进而换算得到油杯1内各介质的深度和不同层液面高度，进而判断水含量或液位是否已经快满，结合环境温度判断预测体积变化，进而通过加热去除底部水，减少用户倾倒油液的频次，预估计算可能的结冰体积膨胀减少溢出风险，提高智能化程度和用户体验。而且声波收发模块4无需深入介质内部，对传感器发射和接收端无污染，相对于普通直接收发测量光强度变化的传感器更稳定，也不容易损坏，且可以同时兼顾结冰层检测。

参见图9，吸油烟机还包括控制装置，该控制装置包括处理器81、开关模块82、风机驱动模块83、灯模块84、环境温度检测模块85和存储模块86。集油组件100还包括加热或振动模块5(图2中未示出)，其设置在油杯1的底部外侧，用于振动油杯1或对油杯1进行加热。

上述的开关模块82、风机驱动模块83、灯模块84、环境温度检测模块85、存储模块86、声波收发模块4和加热或振动模块5，均与处理器81电连接，从而均可与处理器81实现双向通讯。为便于自动控制伸缩杆3的伸缩，可设置电动的驱动机构87来驱动伸缩杆3，并且该驱动机构87也与处理器81电连接，由此实现自动控制。驱动机构87可以为直线驱动模组。

采用上述结构的吸油烟机，其通过声波收发模块4检测到的有效回波数进行液位检测，具体的，参见图10，包括如下步骤：

1)执行液位分析；

2)伸缩杆3移动一个单位量(该值可根据需要确定，越小在各层分界点处的精度越高)，声波收发模块4的发射模块按一定频率发射声波，然后采集声波收发模块4的接收模块接收到的数据；

3)去除接收模块接收到的数据中的噪声，如可读取过滤用限制值，采用限制滤波除去低幅回波；

4)计算去除噪声后的数据对应的当前位置的回波数，即有效回波数k；

5)将k和第一介质回波阈值k1、第二介质回波阈值k2和第三介质回波阈值k3进行比较，其中，第一介质回波阈值k1为空气层9和油层7交界处的回波数，第二介质回波阈值k2为油层7和水层6交界处的回波数，第三介质阈值k3为水层6和冰层8交界处的回波数，上述各阈值均可预先通过多次实验而确定：

5.1)首先，比较k和k1，如果k＜k1，则判断当前位置对应为空气层9，进入步骤6)；如果k≥k1，则进入步骤5.2)；

5.2)然后，比较k和k2，如果k＜k2，则判断当前位置对应为油层7，进入步骤6)；如果k≥k2，则进入步骤5.3)；

5.3)最后，比较k和k3，如果k＜k3，则判断当前位置对应为水层6，则控制伸缩杆3停止伸出，改为缩回，然后进入步骤7)；如果k≥k3，则判断当前位置对应为冰层8，进入步骤6)；

在本实施例中，优选的，上述的各有效回波数阈值k1,k2,k3∈[1，1000]，且k1＜k2＜k3；

6)将伸缩杆3当前的伸缩位移值L与L1、L2比较，其中，L1为伸缩杆3伸出的下限阈值(伸出最短)，根据声波收发模块4和油杯1顶部距离确定，当伸缩杆3伸出距离为L1时，优选的声波收发模块4和油杯1顶部距离为(0,0.3]HT，L2为伸缩杆3伸出的上限阈值(最长)，根据声波收发模块4和油杯1底部距离确定，当伸缩杆3伸出距离为L2时，优选的声波收发模块4和油杯1底部距离为(0,0.3]HT：

6.1)如果L＜L1，则伸缩杆3停止缩回，改为伸出；

6.2)如果L1≤L≤L2，则伸缩杆3按当前运动方式继续移动；

6.3)如果L＞L2，则伸缩杆3停止伸出，改为缩回；

7)判断伸缩杆3是否回到初始位，该初始位可以是伸出的极限位置，也可以是缩回的极限位置，如果是，进入步骤8)，如果否，则回到步骤2)；

8)根据伸缩杆3的位移值和声波收发模块4(伸缩杆3的底部)移动到各分界点时的位置计算各层高度，返回数值H

由上述含水量的结果，结合环境温度判断和冰水密度变化，预测体积变化，进而判断是否需要通过加热去除底部的水，参见图11，具体步骤如下：

1)吸油烟机启动；

2)确定声波收发模块4和处理器81的工作模式和检测频次，然后进入步骤3)；具体的：

2.1)判断风机是否启动，如果是，则采用正常功耗模式，正常频次检测，进入步骤3)；如果否，则进入步骤2.2)；

2.2)计算距最近关机时间的时间间隔tg，并且判断tg＞tg

采用上述步骤，是因为，关机后一般吸油烟机内部如叶轮、蜗壳的油和水还会往油杯1流动一段时间，超过一段时间后，也基本不往下流了，因此在刚刚关机时候按正常工作的检测，避免因为此时流下来的混合物积累万一来不及检测溢出或结冰；

此外，由于声波收发模块4、处理器81等工作也是有功耗的，在正常工作模式，可以预设检测能力更频繁的模式，也就是正常频次检测；而关机比较长时间后，可以通过切换到低功耗模式，降低声波收发模块4、处理器81的工作频次，进而降低功耗，有助于节能环保，降低功率；

3)采用如上所述的方法检测集油组件100的油杯1内的介质高度，将检测到的高度与预设值进行比较，此处将H

3.1)如果H

3.2)如果H

4)根据H

7)根据水的密度为1、冰的密度为0.9，计算剩余的水结冰膨胀后冰的体积V

8)计算膨胀后的新总体积预测V

9)通过环境温度检测模块85获取当前温度T1；

10)判断T1＞Ta是否成立，如果是，进入步骤15)，如果否，则表示有结冰风险，进入步骤11)；Ta为预设的结冰温度阈值，优选的，Ta∈[0，4℃]；

11)根据H

12)根据水的密度为1、冰的密度为0.9，计算剩余的水结冰膨胀后冰的体积V

13)计算膨胀后的新总体积预测V

14)反查表(预先存储在存储模块86中，根据水结冰时质量不变，密度改变后体积改变预测)或计算在水结冰膨胀后，总液位升高后的总体高度H

15)判断H

16)进入除水模式，启动加热或振动模块5进行加热或振动除水；

17)持续监测H

18)再得到当前的H

实施例二

在本实施例中，与上述实施例一的不同之处在于，介质高度检测方法不同，可以利用空气层9到油层7时回波突然增强，而从油7进入水层6或冰层8时突然增强，及从冰层8进入水层6时的减弱来判断不同位置，由此不用计算回波数量阈值。

具体的，参见图12，包括如下步骤：

1)执行液位分析；

2)伸缩杆3移动一个单位量(该值可根据需要确定，越小在各层分界点处的精度越高)，声波收发模块4的发射模块按一定频率发射声波，然后采集声波收发模块4的接收模块接收到的数据；

3)判断是否向下第一次突变并且为增大，如果是，判断为从空气层9进入油层8，进入步骤7)，如果否，则进入步骤4)；

4)判断是否向下第二次突变并且为增大，如果是，判断为从油层7进入水层6或冰层8，进入步骤5)，如果否，则判断当前为空气层9，进入步骤7)；

5)判断是否向下突变并且为减小，如果是，判断由冰层8进入水层6，此前所处位置为冰层8，进入步骤7)，如果否，则读取当前回波强度I，此处当前是指伸缩杆3移动在中后段时间窗口时的回波强度；

6)判断I＞Ia是否成立，其中Ia为预设的冰和水分界处的回波强度阈值，如果是，判断当前为冰层8，如果否，则判断当前为水层6，进入步骤7.3)；

7)将伸缩杆3当前的伸缩位移值L与L1、L2比较，其中，L1为伸缩杆3伸出的下限阈值(伸出最短)，根据声波收发模块4和油杯1顶部距离确定，当伸缩杆3伸出距离为L1时，声波收发模块4和油杯1顶部距离为(0，0.3]HT，L2为伸缩杆3伸出的上限阈值(最长)，根据声波收发模块4和油杯1底部距离确定，当伸缩杆3伸出距离为L2时，声波收发模块4和油杯1底部距离为(0，0.3]HT：

7.1)如果L＜L1，则伸缩杆3停止缩回，改为伸出；

7.2)如果L1≤L≤L2，则伸缩杆3按当前运动方式继续移动；

7.3)如果L＞L2，则伸缩杆3停止伸出，改为缩回；

8)判断伸缩杆3是否回到初始位，该初始位可以是伸出的极限位置，也可以是缩回的极限位置，如果是，进入步骤8)，如果否，则回到步骤2)；

9)根根据伸缩杆3的位移值和声波收发模块4(伸缩杆3的底部)移动到各分界点时的位置计算各层高度，返回数值H

计算得到上述各层高度后，后续的控制方法同实施例一。

在上述实施例中，伸缩杆3为杆件，而本领域技术人员可知的，伸缩杆3也可指代其他现有技术中的任意直线驱动模组的输出端。