智能洗涤程序的工作原理：传感器如何自动判断衣物重量与脏污程度

智能洗涤程序的核心在于利用多种传感器协同工作，实时感知衣物的状态（主要是重量和脏污程度），并将这些信息输入给洗衣机的控制系统（微处理器）。控制系统根据预设的算法模型，自动调整洗涤参数（如水量、洗涤剂用量、洗涤时间、温度、转速、漂洗次数等），以达到最佳洗涤效果和资源效率。

以下是传感器如何判断衣物重量和脏污程度的工作原理详解：

电机扭矩/电流传感器 (核心方法)：

• 原理： 这是最常用和可靠的方法。洗衣机在启动洗涤程序前（或预判阶段），会进行一个短暂的“称重”过程。
• 过程：
  • 内筒以特定速度（通常是低速）开始旋转。
  • 电机需要克服衣物的重力、摩擦力以及衣物随筒壁上升后下落产生的惯性阻力来驱动内筒。
  • 衣物越多、越重，电机需要输出的扭矩就越大，相应地，电机工作时的电流也会增大。
• 测量： 安装在电机电路上的电流传感器或扭矩传感器会精确测量这个电流或扭矩值的变化。
• 计算： 控制系统根据预先通过大量实验标定好的“电流/扭矩 - 负载重量”对应关系曲线或算法模型，计算出衣物的近似重量。
• 优点： 直接、可靠、成本适中。

加速度传感器/振动传感器：

• 原理： 衣物在筒内分布不均匀（偏心）会导致内筒旋转时产生振动。
• 过程： 在“称重”旋转过程中，加速度传感器会监测内筒的振动幅度和频率。
• 关联： 通常，衣物重量越大，在相同转速下，其分布可能更均匀（相对而言），或者产生的振动模式不同。控制系统结合重量初步估算和振动模式，可以更准确地判断重量（尤其对判断是否超重或严重偏心很有用），有时也用于修正扭矩法得到的结果。
• 作用： 主要辅助判断衣物分布和是否存在超重/偏心，间接辅助重量估算。

压力传感器 (较少见，多用于高端或商用机型)：

• 原理： 在内筒的悬挂系统（如吊杆、减震器）上安装压力传感器。
• 测量： 直接测量衣物重量对悬挂系统造成的压力变化。
• 优点： 理论上更直接。
• 缺点： 成本较高，对传感器精度和安装要求高，且需要区分静态负载（衣物）和动态负载（旋转时的冲击力）。

光学传感器 (浑浊度传感器) (核心方法)：

• 原理： 这是判断脏污程度最主流的方法。利用光在水中的透射或散射特性。
• 组成： 通常包含一个发射器（如红外LED或可见光LED）和一个接收器（光电二极管/光电晶体管），分别安装在洗涤桶壁两侧或同侧（利用反射）。
• 过程：
  • 初始基准： 在注入清水后（或洗涤开始前注入少量水），传感器会先测量清水的透光率/散射强度，作为“干净”基准值。
  • 洗涤过程监测：
    • 随着洗涤进行，衣物上的污渍溶解到水中，水的浑浊度增加。
    • 发射器发出的光穿过洗涤水时，被水中的悬浮污渍颗粒散射或吸收。
    • 接收器检测到的光信号强度会减弱（透射率降低）或者散射模式发生变化（如果测量散射光）。
  • 变化速率与程度：
    • 脏污程度高： 污渍多，溶解快，洗涤水浑浊度上升速度快，且最终达到的浑浊度峰值高。
    • 脏污程度低： 污渍少，浑浊度上升慢，峰值低。
  • 漂洗监测： 在漂洗阶段，传感器持续监测浑浊度。当浑浊度下降到接近初始清水水平（或预设阈值）时，说明衣物已漂洗干净。
• 优点： 能直接反映洗涤水中污渍的含量。

电导率传感器 (部分机型配备)：

• 原理： 测量洗涤水的导电能力。
• 过程：
  • 汗渍、尿液、食物残渣等溶解在水中会增加水中的离子浓度，从而提高水的电导率。
  • 洗涤剂本身也含有离子，会显著影响电导率。
• 作用：
  • 主要用于辅助判断汗渍、盐分等溶解性污渍的含量。
  • 在漂洗阶段特别有用，结合浑浊度传感器，能更准确地判断洗涤剂残留是否洗净（电导率下降）。
  • 局限性： 对油脂、颜料等非离子型污渍不敏感，且受洗涤剂影响很大，单独使用效果有限。

温度传感器 (辅助)：

• 原理： 监测洗涤水温。
• 作用： 水温影响污渍溶解速度和洗涤剂活性。控制系统需要知道水温来“理解”浑浊度或电导率变化的快慢是否正常。例如，同样的浑浊度上升速度，在冷水里可能意味着污渍更难溶解（更顽固），而在热水里可能只是正常溶解。

水位传感器 (辅助)：

• 原理： 监测桶内水位高度（通常用压力传感器或气压传感器）。
• 作用： 确保水量与衣物重量匹配，因为水量也会影响浑浊度读数的绝对值（水多稀释了污渍浓度）。控制系统需要结合重量（决定初始水量）和实际水位来解读浑浊度数据。

预判阶段 (注水前)：

• 电机扭矩法测量衣物重量。
• 根据重量初步设定基础水位和洗涤时间。
• 可能进行短暂旋转判断分布（振动传感器）。

预洗/主洗初期 (注水后)：

• 光学传感器建立清水基准。
• 开始洗涤搅拌。
• 关键监测期： 控制系统密切关注浑浊度上升的速度和幅度。
  • 上升快且高 -> 重度脏污 -> 自动延长洗涤时间，可能增加洗涤剂投放量（如果洗衣机有自动投放功能），或提高水温（如果支持且安全），加强洗涤力度（转速/水流模式）。
  • 上升慢且低 -> 轻度脏污 -> 可能缩短洗涤时间，降低洗涤强度，减少洗涤剂用量。
• 电导率传感器可能辅助判断汗渍等溶解性污渍。
• 温度传感器确保水温在设定范围内。

主洗中后期：

• 继续监测浑浊度变化。当浑浊度达到峰值并趋于稳定或开始下降（说明污渍基本溶解并被洗涤剂包裹），控制系统判断主洗阶段可以结束。

漂洗阶段：

• 光学传感器 + 电导率传感器 协同工作，持续监测漂洗水的浑浊度和电导率。
• 当浑浊度和电导率下降到接近预设的“干净”阈值时，控制系统判断衣物已漂洗干净。
• 如果经过预设的标准漂洗次数后，数值仍未达标，智能程序会自动增加漂洗次数。

脱水阶段：

• 根据衣物重量和类型（如果用户有选择），自动调整脱水转速，在保证甩干效果和衣物安全（避免过度拉扯变形）之间取得平衡。振动传感器实时监测偏心情况，防止剧烈震动。

• 协同感知： 智能洗涤程序依赖于多种传感器（扭矩/电流、光学浑浊度、电导率、温度、水位、振动） 的协同工作，将物理量转化为电信号。
• 算法驱动： 核心是控制系统的算法。这些算法基于大量实验数据建立模型，将传感器读数映射到衣物的重量和脏污程度，并据此动态调整程序参数。
• 优势： 省水、省电、省时、省洗涤剂、保护衣物、提升洗净效果。
• 局限性：
  • 对污渍类型的精确识别（如油渍 vs 颜料渍）仍有挑战。
  • 光学传感器可能受泡沫、深色衣物（吸光）、洗涤剂颜色等影响。
  • 电导率传感器易受洗涤剂干扰。
  • 重量检测对非常轻的衣物或单件小物可能不够精确。
  • 算法模型依赖于预设数据，对极端情况或新型污渍可能处理不够完美。

尽管如此，现代智能洗衣机的传感器技术和控制算法已经非常成熟，能够对绝大多数日常衣物的重量和脏污程度做出相当准确的判断，并自动优化洗涤过程，为用户带来极大的便利。