DE60100980T3

DE60100980T3 - Teilchensensor

Info

Publication number: DE60100980T3
Application number: DE60100980T
Authority: DE
Inventors: Shoichi Oka; Masanori Hayashi; Shinji Kirihata; T. Nishikawa; Koji Sakamoto; Takeshi Wada
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: AU760689B2; US6611611B2; EP1194742B1; JP2003529064A; DE60100980D1; DE60100980T2; EP1194742B2; EP1194742A1; US20020135764A1; AU4457501A; JP4396079B2; WO2001073381A2; WO2001073381A3

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Teilchen- bzw. Partikelsensor zum Nachweisen bzw. Detektieren von Rauchpartikeln oder ähnlichem, und insbesondere auf solch einen Partikel- bzw. Teilchensensor, der die Möglichkeit für eine Ausgangsregulierung aufweist.
STAND DER TECHNIK
Partikelsensoren sind zur Überwachung der Anzahl von Teilchen oder Partikeln, wie zum Beispiel Rauchteilchen in der Umgebung, in weitem Umfang genutzt worden, um ein kritisches Niveau der Teilchendichte zu bestimmen. Der Partikel- bzw. Teilchensensor ist normalerweise so konstruiert, daß er einen Photodetektor umfaßt, der eine Ausgangsspannung zur Verfügung stellt, die proportional zu der Menge der Teilchen ist, die in der überwachten Luft enthalten sind. Ein Lichtemitter wird in Zusammenhang mit dem Photodetektor verwendet, um einen Lichtstrahl in eine Detektionskammer zu richten, um das aufgrund der Anwesenheit der Teilchen in der Kammer gebrochene bzw. gestreute Licht zur Verfügung zu stellen. Es ist dieses gestreute Licht, das von dem Photodetektor gesammelt wird und der daraufhin die Ausgangsspannung zur Verfügung stellt, die die Anzahl der in der Kammer vorhandenen Teilchen angibt. Es wird dann eine Verstärkung der Ausgangsspannung durchgeführt, um eine vorbestimmte oder regulierte Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und einer Partikeldichte zu erzielen. Um ferner ein Hintergrundrauschen zu vermeiden, d. h. eine Hintergrundspannung, die zum Beispiel von einem Streulicht hervorgerufen werden kann, das von dem Photosensor empfangen wird, wird eine geeignete Offset-Spannung, die die Hintergrundspannung reflektiert, mit der Ausgangsspannung kombiniert, um eine Sensorausgabe zur Verfügung zu stellen, die tatsächlich die Menge oder Dichte der Partikel angibt. Die Verstärkungssteuerung und die Offset-Spannung werden jeweils durch einen mechanischen, veränderbaren Widerstand realisiert. Obwohl die hohe Anzahl der Komponenten, die den Sensor bilden, einfach in einen integrierten Schaltkreis einer kompakten Struktur eingesetzt werden kann, müssen die mechanischen, veränderbaren Widerstände, die von Grund auf geräumig sind, extern von dem integrierten Schaltkreis angeordnet werden und verhindern dadurch, die gesamte Sensorstruktur kompakt zu halten. Da die mechanischen, veränderbaren Widerstände extern von dem integrierten Schaltkreis angeordnet sind, können sie auch Quellen für Rauschen des integrierten Schaltkreises sein, was die Zuverlässigkeit des Detektors mindert. Darüber hinaus sind die mechanischen, veränderbaren Widerstände nicht für eine Fernsteuerungsregelung des Widerstandes geeignet, weil die Fernsteuerungsregelung komplexe Mittel zum Verarbeiten des visuellen Bildes einer Einstellvorrichtung des mechanischen, veränderbaren Widerstandes erfordert, um einen Stromwiderstand abzuschätzen und ferner die Einstellvorrichtung bzw. die Einstellscheibe zu bedienen.
Die US-A-5 867 514 bezieht sich auf einen Steuerschaltkreis, der eine automatische Verstärkung und eine DC Offset-Einstellung für ein Signal umfaßt, das von einem Randmuster eines Lasers über eine Photodetektoranordnung empfangen wird. Die Offset-Spannung an den Verstärker wird über eine Rückkopplungsschleife zugeführt, die von einem Mikroprozessor gesteuert wird, und die variable Signalverstärkung wird durch ein Schalten in den Widerständen in einem digital schaltbaren Widerstandsnetzwerks bestimmt.
Die DE 37 08 758 A1 offenbart einen Teilchensensor entsprechend der Präambel von Anspruch 1, wobei das Verstärkerwiderstandsnetzwerk mehrere digital steuerbare Schalter aufweist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Probleme realisiert, um einen Teilchen- bzw. Partikelsensor zur Verfügung zu stellen, der kompakt ist, zuverlässig während des Betriebs und einfach bei der Einstellung. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die anhängenden Ansprüche 1 und 2 definiert. Der Partikelsensor gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Detektor, der eine Ausgangsspannung zur Verfügung stellt, die proportional zur Menge der Partikel ist, die in einem zu detektierenden Medium, wie zum Beispiel Luft, getragen werden bzw. enthalten sind, eine Verstärkungssteuerung, die die Ausgangsspannung einstellt, die von dem Detektor empfangen wird, um eine eingestellte Ausgangsspannung zur Verfügung zu stellen, und eine Einstellvorrichtung für die Offset-Spannung, die eine einstellbare Offset-Spannung zur Verfügung stellt, die eine Hintergrundspannung oder ein Rauschen angibt. Die Offset-Spannung wird mit der eingestellten bzw. justierten Ausgangsspannung kombiniert, um eine Sensorausgabe zur Verfügung zu stellen, die ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen der Teilchen- bzw. Partikeldichte und der Sensorausgabe wiedergibt. Die Verstärkungssteuerung umfaßt ein Verstärkungswiderstandsnetzwerk, welches einen variablen Widerstand zur Verfügung stellt, um die eingestellte bzw. justierte Ausgangsspannung zu variieren, und die Einstellvorrichtung für die Offset-Spannung bzw. das Offset-Spannungseinstellmittel umfaßt ein Offset-Widerstandsnetzwerk, welches einen variablen Widerstand zur Verfügung stellt, um die Offset-Spannung einzustellen. Sowohl das Verstärkungswiderstandsnetzwerk als auch das Offset-Widerstandsnetzwerk umfassen mehrere digital steuerbare Schalter und mehrere Widerstände, so daß der variable Widerstand bereitgestellt werden kann, der durch Leitung einer geeigneten Kombination der Schalter variiert. Auch ist in dem Sensor ein Speichermodul enthalten, welches Instruktionsdaten speichert, die angeben, welcher bzw. welche der Schalter leitend gemacht werden sollen, und eine Speicherschnittstelle, die die Instruktionsdaten von dem Speichermodul zu dem Verstärkungswiderstandsnetzwerk oder dem Offset-Widerstandsnetzwerk oder beiden überträgt. Mit dieser Anordnung können das Verstärkungswiderstandsnetzwerk und das Offset-Widerstandsnetzwerk zusammen mit der Verstärkungssteuervorrichtung und der Einstellvorrichtung für die Offset-Spannung in einer einzelnen kompakten integrierten Struktur zusammengesetzt werden. Daher kann der gesamte Sensor kompakt ausgeführt werden und mit einer reduzierten Anzahl von Teilen zusammengesetzt werden, um die Herstellungskosten zu senken. Auch mit dem Einsatz des Widerstandsnetzwerks in dem integrierten Schaltkreis können sie weniger anfällig für ein externes Rauschen gemacht werden, so daß der Sensor zuverlässiger wird. Weil ferner die Widerstandnetzwerke als digital einstellbares Widerstandnetzwerk realisiert sind, kann eine Einstellung des Widerstandes auf einfache Weise durch ein elektronisches Variieren der Instruktionsdaten eingestellt werden.
Das Speichermodul, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfaßt ein übliches Bauteil, welches aus einem nicht-flüchtigen Speicher besteht, wie zum Beispiel einem EEPROM zum Speichern der Instruktionsdaten, und einen intelligenten Baustein, der aus einem nicht-flüchtigen Speicher besteht, der die Instruktionsdaten speichert, und einem Mikrocomputer, der in der Lage ist, Instruktionsdaten zu schreiben bzw. zu speichern. Um den Partikelsensor mit beiden Arten der Speichermodule kompatibel zu machen, ist die Speicherschnittstelle so hergestellt, daß sie eine Speichersteuerung und eine Auswahlvorrichtung umfaßt. Die Speichersteuerung sendet ein erstes Taktsignal und ein Lesesignal zum Lesen der Instruktionsdaten direkt von dem nicht-flüchtigen Speicher gemäß dem ersten Taktsignal und zum Übertragen der Instruktionsdaten zu den Widerstandsnetzwerken. Die Auswahlvorrichtung bzw. der Selektor ist so konfiguriert, daß er Eingaben hat, die so ausgelegt sind, daß sie das erste Taktsignal von der Speichersteuervorrichtung und ein zweites Taktsignal empfangen, und so entweder das erste oder das zweite Taktsignal auswählt. Das zweite Taktsignal wird nicht von der Speichersteuervorrichtung zur Verfügung gestellt, d. h. von dem Mikrocomputer, und wird verwendet, um die Instruktionsdaten von dem nicht-flüchtigen Speicher unter der Steuerung des Mikrocomputers zu lesen und die Instruktionsdaten zu den Widerstandsnetzwerken zu übertragen. Daher kann der Sensor mit jeder der zwei Arten von Speichermodulen arbeiten, indem er einfach das Taktsignal an dem Selektor bzw. der Auswahlvorrichtung auswählt, was dementsprechend eine weiteren Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist.
In diesem Zusammenhang kann die Speicherschnittstelle ein Schieberegister umfassen, welches Instruktionsdaten von dem nicht-flüchtigen Speicher entweder über den Mikrocomputer oder direkt von dem nicht-flüchtigen Speicher empfängt und die Instruktionsdaten zu den Widerstandsnetzwerken überträgt. Das Verschiebe- bzw. Schieberegister ist mit dem Selektor bzw. dem Auswahlmittel verbunden, um das ausgewählte erste oder zweite Taktsignal zu empfangen, und ist so verbunden, daß es über einen Datenkanal Instruktionsdaten empfängt. Wenn das normale Speichermodul verwendet wird, ist der Datenkanal so verbunden, daß er die Instruktionsdaten direkt von dem Speicher empfängt. Für das intelligente Speichermodul ist der Datenkanal mit dem Mikrocomputer verbunden, so daß es die Instruktionsdaten über den Mikrocomputer empfangt. Die Instruktionsdaten werden gemäß dem ausgewählten ersten oder dem ausgewählten zweiten Taktsignal in das Schieberegister übertragen, wobei sie nachfolgend an die Widerstandsnetzwerke weitergegeben werden. Mit der Verwendung des Schieberegisters ist es möglich, die Validität der Instruktionsdaten zu Überprüfen, was eine erhöhte Zuverlässigkeit des Sensorausgangs zur Folge hat.
Wenn das intelligente Speichermodul verwendet wird, ist es bevorzugt, daß die Instruktionsdaten eine Datenstruktur aufweisen, die aus den folgenden vier separaten Daten besteht.

(1) Verstärkungswertdaten, die mehrere Bits aufweisen, die jeweils einen Leitungszustand des entsprechenden Schalters angeben, der bzw. die in dem Verstärkungswiderstandsnetzwerk enthalten sind;
(2) Umgekehrte Verstärkungswertdaten, die umgekehrte Bits der Verstärkungswertdaten umfassen;
(3) Offset-Wertdaten, die mehrere Bits aufweisen, die jeweils einen Leitungszustand des entsprechenden Schalters angeben, der oder die in dem Offset-Widerstandsnetzwerk enthalten sind; und
(4) Umgekehrte Offset-Wertdaten, die umgekehrte Bits der Offset-Wertdaten aufweisen.

In diesem Zusammenhang umfaßt die Speicherschnittstelle eine Datenvalidierungseinheit bzw. ein Datenprüfungsmittel, das die Instruktionsdaten von dem Schieberegister abruft, um die Bits der Verstärkungswertdaten mit den entsprechenden umgekehrten Bits zu vergleichen, und um die Bits der Offset-Wertdaten mit den entsprechenden umgekehrten Bits zu vergleichen, um die Verstärkungswertdaten und die Offset-Wertdaten zu verifizieren, und welches ein Fehlersignal liefert, wenn eine der Daten nicht verifiziert wird. In Reaktion auf das Fehlersignal sendet der Mikrocomputer die Instruktionsdaten von dem Speicher zurück zu dem Schieberegister. Selbst wenn die Instruktionsdaten aufgrund des Einflusses eines vorübergehenden Rauschens fehlerhaft werden, können daher die gültigen Instruktionsdaten die fehlerhaften Daten ersetzen, so daß eine zuverlässige Sensorausgabe zur Verfügung gestellt wird, was ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist.
Wenn das normale Speichermodul verwendet wird, arbeitet die Speichersteuerung so, daß sie die Instruktionsdaten periodisch von dem nicht-flüchtigen Speicher für eine Transfer zu den Widerstandsnetzwerken abruft, so daß sie weiterhin die gültigen Instruktionsdaten überträgt, so daß eine zuverlässige Sensorausgabe hergestellt wird, während zeitweise Fehler vermieden werden, die aufgrund vorübergehenden Rauschens auftreten könnten.
Darüber hinaus kann die Speicherschnittstelle eine Schreibschnittstelle umfassen, die ein Schreibsignal von einer externen Schreibvorrichtung annimmt und der Schreibvorrichtung ermöglicht, die Instruktionsdaten in das Speichermittel zu schreiben, um das Einstellen des Widerstands zu ermöglichen.
Diese und noch weitere Aufgaben und vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibungen der Ausführungsformen deutlicher, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines Teilchen- bzw. Partikelsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm einer Feueralarmvorrichtung, die diesen Partikelsensor umfaßt;
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Verbindung zwischen einem integrierten Schaltkreis, der einen wesentlichen Teil des Partikelsensor bildet, und einem intelligenten Speichermodul zeigt;
4 ist ein Diagramm, das ein erstes Taktsignal und Instruktionsdaten zeigt, die von dem intelligenten Speichermodul übertragen werden;
5 ist ein Blockdiagramm, das eine Verbindung zwischen dem integrierten Schaltkreis und einem normalen Speichermodul zeigt;
6 und 7 sind Schaltkreisdiagramme, die eine Verstärkungssteuerung und eine Einstellvorrichtung für die Offset-Spannung zeigen, die in dem Partikelsensor verwendet werden;
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Speichervorrichtung zeigt, die in dem Partikelsensor enthalten ist, und
9 ist ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb der Speicherschnittstelle in Verbindung mit einem Speichermodul der normalen Art zeigt.
AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Ein Teilchen- bzw. Partikelsensor gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Detail beschrieben. Der Partikelsensor ist so konstruiert, daß er die Dichte von Rauchpartikeln oder anderen winzigen Partikeln, wie zum Beispiel Staub, detektiert, und wird zum Bestimmen des Vorhandenseins von Feuer oder einer Staubverunreinigung verwendet. Wie in 1 gezeigt ist, umfaßt der Partikelsensor einen Photo-Sensor 1, wie zum Beispiel eine Photo-Diode, die so ausgebildet ist, daß sie gestreutes Licht empfängt, das aus der Anwesenheit der Partikel resultiert. Das bedeutet, daß der Photo-Sensor 1 in Verbindung mit einer konventionellen Rauchkammer (nicht gezeigt) verwendet wird, die die äußere Luft, die möglicherweise Rauchpartikel enthält, einschließt. Die Rauchkammer ist mit einem konventionellen Lichtemitter (auch nicht gezeigt) versehen, wie zum Beispiel einer Diode, die einen Lichtstrahl in die Kammer lenkt. Weil die Partikel in der Kammer vorhanden sind, wird eine entsprechende Menge des gestreuten Lichts von dem Photo-Sensor 1 empfangen, der einen Ausgangsstrom zu Verfügung stellt, der proportional zur Menge der Partikel in der Kammer ist. Der Ausgangsstrom wird dann an einem Strom-Spannungs-Konverter 11 in eine Spannung umgewandelt, und nachfolgend von einem Verstärker 12 verstärkt, so daß eine Ausgangsspannung zur Verfügung gestellt wird, die die Menge der nachgewiesenen Partikel angibt. In diesem Sinne arbeiten der Photo-Sensor 1, der Konverter 11 und der Verstärker 12 zusammen, so daß sie einen Detektor definieren, der die Ausgangsspannung als Partikeldichte angibt. Der Konverter 11 und der Verstärker 12 sind konventionelle Bauteile und sind in einem einzelnen integrierten Schaltkreismodul 10 zusammen mit einer Verstärkungssteuerung 20, einer Einstellvorrichtung 30 für die Offset-Spannung und einer Speicherschnittstelle 40 zusammengesetzt.
Die Verstärkungssteuerung 20 ist vorgesehen, um die Ausgangsspannung auf ein erhöhtes Niveau einzustellen, und sie besteht aus einem Betriebsverstärker 21 und einem Widerstandsnetzwerk 24, wie es in 6 gezeigt ist. Der Verstärker 21 hat einen umgekehrten bzw. invertierten Input (–), der so verbunden ist, daß er das Ausgangsspannungssignal V_in über das Widerstandsnetzwerk 24 empfängt, und hat einen nicht-invertierten Eingang (+), um eine einstellbare Offset-Spannung V_off von der Einstellvorrichtung 30 für die Offset-Spannung zu empfangen, so daß eine erhöhte Sensorausgabe V_out ausgegeben werden kann, die von einem Widerstand des Widerstandsnetzwerks 24 bestimmt wird. Bei dem Widerstandsnetzwerk 24 handelt es sich um eine Widerstandsleiter, die aus einer Vielzahl von Widerständen R, 2R, R1 und einer Vielzahl von Schaltern SW0 bis SW7 besteht. Jeder Schalter wird durch ein digitales Signal ”1” oder ”0” aktiviert, das in den Instruktionsdaten enthalten ist, die von einem externen Speicher 71, 81 an das Netzwerk übertragen werden. Daher kann jede Kombination von Schaltern durch ein digitales Signal leitend oder nicht-leitend gemacht werden, so daß der Gesamtwiderstand des Netzwerks variiert, wodurch der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 21 gesteuert wird, d. h. die Verstärkung der Verstärkungssteuerung 20.
Die Einstellvorrichtung 30 für die Offset-Spannung wird zur Verfügung gestellt, um die einstellbare Offset-Spannung V_off zur Angabe einer Hintergrundspannung zur Verfügung zu stellen, die ein Hintergrundrauschen wiedergibt, wie zum Beispiel ein solches, das von einem Streulicht resultiert, das nicht auf die Anwesenheit von Partikeln zurück zu führen ist. Die Offset-Spannung V_off wird der Verstärkungssteuerung 20 zugeführt, wo sie verarbeitet wird, um eine Sensorausgabe zur Verfügung zu stellen, die ein vorbestimmtes oder reguliertes Verhältnis zwischen der Sensorausgabe und der Dichte der Partikel wiedergibt, wodurch eine Standardmessung erzeugt wird, die dafür verwendet wird, auf der Grundlage des Niveaus der Rauchdichte zu bestimmen, ob ein Feuer vorliegt oder nicht. Ein Beispiel ist in 2 gezeigt, bei dem der Partikelsensor S der vorliegenden Erfindung mit einem Feuermelder bzw. einem Feuerdiskriminator 101, einem Mikroprozessor 102, einer Alarmausgabe 103 und einer Anzeigelampe 104 verbunden ist, um die Feueralarmvorrichtung zu bilden. Der Feuerdiskriminator 101 weist ein kritisches Niveau auf, mit dem die Sensorausgabe V_out von dem Sensor S verglichen wird, um die Anwesenheit eines Feuers abzuschätzen. Sobald festgestellt wird, daß ein Feuer vorliegt, aktiviert der Mikroprozessor 102 die Alarmausgabe 103, so daß ein Feueralarm an einer überwachenden Station erzeugt wird. Der Mikroprozessor 102 kontrolliert auch den Betrieb des Partikelsensors S, so daß regelmäßig die Rauchdichte geprüft wird und diese Daten zu der Station gesendet werden. Wie in 7 gezeigt ist, wird die Offset-Spannung von einem Betriebsverstärker 31 und einem Widerstandsnetzwerk 34 zur Verfügung gestellt. Der Verstärker 31 hat einen umgekehrten bzw. inversen Input bzw. Eingang (–), der so verbunden ist, daß er eine Referenzspannung V_ref über das Widerstandsnetzwerk 34 erhält, und hat einen nicht-invertierten Eingang (+) mit Erde GND, so daß eine einstellbare Offset-Spannung V_off zur Verfügung gestellt werden kann, die durch einen Widerstand des Widerstandsnetzwerks 34 bestimmt wird. Das Widerstandsnetzwerk 34 ist eine Widerstandsleiter, die aus einer Vielzahl von Widerständen R, 2R, R1 und einer Vielzahl von Schaltern SW0 bis SW7 besteht. Jeder Schalter wird durch ein digitales Signal ”1” oder ”0” aktiviert, die in Instruktionsdaten enthalten sind, die von dem externen Speichermodul 71, 81 zu dem Netzwerk übertragen werden. Daher kann jede beliebige Kombination von Schaltern durch das digitale Signal leitend oder nicht-leitend gemacht werden, so daß der Gesamtwiderstand des Netzwerks variiert, wodurch die Offset-Spannung eingestellt wird, so daß sie das Hintergrundrauschen wiedergibt, wodurch eine zuverlässige Sensorausgabe zur Verfügung gestellt wird, die tatsächlich die überwachte Partikeldichte angibt.
Bei der vorliegenden Erfindung werden zwei Arten von Speichermodulen verwendet, die selektiv mit der Speicherschnittstelle 40 des integrierten Schaltkreismoduls 10 verbunden werden. Bei einem Typ handelt es sich um ein intelligentes Speichermodul 70, das aus einem nicht-flüchtigen Speicher 71, wie zum Beispiel einem EEPROM, besteht, das die Instruktionsdaten für die Einstellung des Widerstands der Netzwerke 24 und 34 speichert, und einem Mikrocomputer 72, der in der Lage ist, die Instruktionsdaten zu lesen und zu schreiben, wie es in den 1 und 3 gezeigt ist. Bei der anderen Art handelt es sich um ein normales Speichermodul, das aus einem ähnlichen nicht-flüchtigen Speicher 81, besteht, wie in 5 gezeigt ist. Um die selektive Nutzung der Speichermodule zu ermöglichen, ist die Speicherschnittstelle 40 so konstruiert, daß sie einen Eingangsanschluß 41 für einen doppelten Zweck, einen Selektor bzw. ein Auswahlmittel 42 und eine Speichersteuerung 44, zusätzlich zu einem Schieberegister 50 umfaßt, wie es in 8 gezeigt ist. Der Eingangsanschluß 44 hat drei Steueranschlüsse EV1, EV2, EV3 zum Verbinden mit einem Speicher 81, einen gemeinsamen Datenanschluß DATA zum Verbinden entweder mit dem Speicher 81 oder dem Mikrocomputer 72 und einen Taktsignal-Eingangsanschluß SCLK zum Verbinden mit dem Mikrocomputer 72. Das bedeutet, daß die vier Anschlüsse EV1, EV2, EV3 und DATA für eine Verbindung mit dem normalen Speichermodul 81 verwendet werden, während die zwei Anschlüsse DATA und SCLK für eine Verbindung mit dem intelligenten Speichermodul 70 verwendet werden. Der Selektor 42 hat zwei Eingänge, von denen einer so verbunden ist, daß er ein erstes Taktsignal SCLK1 von der Speichersteuerung 44 empfängt, und wobei der andere so mit dem Anschluß SCLK verbunden ist, daß er ein zweites Taktsignal SCLK2 empfängt, das in dem Mikrocomputer 72 verwendet wird, um die Instruktionsdaten von dem zugehörigen Speicher 71 zu übertragen. Der Ausgang des Selektors 42 ist mit dem Schieberegister 50 verbunden, so daß das ausgewählte Taktsignal SCLK zur Verfügung gestellt werden kann, bei dem es sich um das erste oder das zweite Taktsignal SCLK1 oder SCLK2 handelt. Zu diesem Zweck umfaßt der Selektor 42 einen Steueranschluß 43, der durch eine Stift für einen flexiblen Leiterplattenverbinder (jumper pin) selektiv mit einer Spannungsquelle V_dd und mit Masse GND zum Schalten der Taktsignale verbunden ist. Der Anschluß DATA ist mit dem Schieberegister 50 über eine Datenkanal 45 verbunden.
Wenn das intelligente Speichermodul 70 mit dem integrierten Schaltkreismodul 10 verbunden ist, wie es in 3 gezeigt ist, ist die Speichersteuerung 44 deaktiviert, so daß es der Mikrocomputer 72 übernimmt, die Instruktionsdaten zu lesen und von dem Speicher 71 zu dem Schieberegister 50 zu übertragen. Die Speichersteuerung 44 ist mit dem Steuerungsstift des Selektors 42 verbunden, so daß sie deaktiviert wird, wenn der Selektor 42 so eingestellt ist, daß er das zweite Taktsignal SCLK2 empfängt. Die Instruktionsdaten, die in dem Speicher 71 des intelligenten Speichermoduls 70 gespeichert sind, weisen eine Datenstruktur auf, die, wie es in 4 gezeigt ist, aus vier separaten Daten besteht.

(1) Offset-Wertdaten, die acht Bits umfassen, wie zum Beispiel ”01100000”, von denen jedes den Leitungszustand jedes Schalters in dem Offset-Widerstandsnetzwerk angibt;
(2) Verstärkungswertdaten, die acht Bits umfassen, wie zum Beispiel ”01101110”, von denen jedes den Leitungszustand jedes Schalters in dem Verstärkungswiderstandsnetzwerk angibt;
(3) Umgekehrte Offset-Wertdaten, die acht Bits umfassen, wie zum Beispiel ”10011111”, umgekehrt zu den Offset-Wertdaten; und
(4) Umgekehrte Verstärkungswertdaten, die acht Bits umfassen, wie zum Beispiel ”10010001”, umgekehrt zu den Verstärkungswertdaten.

Diese Daten werden von dem Speicher 71 gelesen und Bit-weise in umgekehrter Reihenfolge von dem Mikrocomputer 72 mit dem Schieberegister 50 in Übereinstimmung mit dem zweiten Taktsignal SCLK2 übertragen. Nachdem das Taktsignal SCLK2 anhält, werden daher die Offset-Wertdaten bei D7-D0 gespeichert, die Verstärkungswertdaten bei D15-D8, die umgekehrten Offset-Wertdaten bei D23-D16 und die umgekehrten Verstärkungswertdaten bei D31-D42 des Schieberegister 50. D07-D0 sind mit dem Offset-Widerstandsnetzwerk 34 verbunden, so daß die Offset-Wertdaten übertragen werden, so daß die entsprechenden Schalter ein- oder ausgeschaltet werden, während D15-D8 mit dem Verstärkungswiderstandsnetzwerk 24 verbunden sind, so daß die Verstärkungswertdaten übertragen werden, so daß die entsprechenden Schalter ein- oder ausgeschaltet werden.
Bezugnehmend auf 8 umfaßt die Speicherschnittstelle 40 ferner eine Datenvalidierungseinheit 60 zum Validieren der Instruktionsdaten, die in das Schieberegister 50 genommen werden, so daß sie zu den entsprechenden Netzwerken 24 und 34 zur Verstärkungseinstellung sowie zur Offset-Spannungseinstellung übertragen werden. Zu diesem Zweck umfaßt die Validierungseinheit ein erstes Identitäts-Gate 61, das jedes Bit der Offset-Wertdaten mit den entsprechenden umgekehrten bzw. reversierten Bits vergleicht, und ein zweites Identitäts-Gate 62, welches jedes Bit der Verstärkungswerdaten mit den entsprechenden umgekehrten Bits vergleicht. Die Ausgänge des Gates 61 und 62 sind mit einem OR-Gate 63 verbunden, welches eine Ausgabe in einem hohen Niveau als Fehlersignal zur Verfügung stellt, wenn eine Diskrepanz in irgendeinem der Bit-Paare auftritt, was anzeigt, daß ein Satz Daten oder mehrere Daten zufällig und aus irgendeinem Grunde in fehlerhafte Daten modifiziert worden sind, möglicherweise aufgrund eines vorübergehenden Rauschens. Das Fehlersignal wird über eine entsprechenden Ausgabeanschluß ERR an den Mikrocomputer 72 gesendet, der die gültigen Instruktionsdaten von dem Speicher 71 zu dem Schieberegister 50 zurücksendet, damit diese die fehlerhaften Daten ersetzen, wodurch konsistente Einstellungswerte für eine zuverlässige Detektion der Partikeldichte gehalten werden. Es soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, daß der Mikrocomputer 72 in der Lage ist, die Instruktionsdaten des Speichers 71 zu schreiben bzw. zu speichern. Zusätzlich zu der Schreibfähigkeit ist der Mikrocomputer 72 in der Lage, die Art des Photo-Sensors zu erkennen und, aus verschiedenen Sätzen von Instruktionsdaten, die im Speicher gespeichert sind, einen geeigneten Satz von Instruktionsdaten, die zu der erkannten Art des Photo-Sensors gehören, auszuwählen.
Wenn auf der anderen Seite der Speicher 81 direkt mit dem integrierten Schaltkreismodul 10 verbunden ist, wie es in 5 gezeigt ist, wird der Schalter 42 so geschaltet, daß er das erste Taktsignal SCLK1 von der Speichersteuerung 44 empfängt. Zur gleichen Zeit wird die Speichersteuerung 44 aktiviert, so daß notwendige Steuersignale und das erste Taktsignal SCLK1 über Schreib-und-Lese Schnittstellen 46 zu dem Speicher 81 gesendet werden, wodurch die Instruktionsdaten gelesen und dieselben über den Datenkanal 45 in Übereinstimmung mit dem ersten Taktsignal SCLK1 zu dem Schieberegister 50 übertragen werden. Im Detail erzeugt die Speichersteuerung 44 periodisch, zum Beispiel jede Sekunde ein Zeitsignal TS. Wie in 9 gezeigt ist, gibt jedes Zeitsignal TS eine Zeitrahmen an, innerhalb dessen ein Lesesignal RS zu dem Speicher 81 zusammen mit dem ersten Taktsignal SCLK1 gesendet wird und innerhalb dessen die Lesedaten DATA zusammen mit dem ersten Taktsignal SCLK1 zu dem Schieberegister 50 übertragen werden. Das Lesesignal RS besteht aus einem Lesebefehl und einer Adressangabe, die die Adresse des Speichers 81 angibt, von der die Daten gelesen werden sollen. Der Speicher 81, bei dem es sich um eine EEPROM handelt, ist so konstruiert, daß er einen 16-Bit-Datenbereich aufweist, um die Instruktionsdaten auf einer 6-Bit-Adresse ”000000” speichert. Die oberen acht Bits des Datenbereichs dienen dem Speichern der Verstärkungswertdaten, während die unteren acht Bits dem Speichern der Offset-Wertdaten dienen. Daher werden in Reaktion auf den Lesebefehl ”011”, der von der Adressangabe ”000000” gefolgt wird, die 16-Bit-Instruktiondaten gelesen und zu D0-D15 des Schieberegisters 50 übertragen, von dem die Instruktionsdaten zu den entsprechenden Widerstandsnetzwerken 24 und 34 für eine Verstärkungseinstellung und die Einstellung der Offset-Spannung übertragen werden. Auf diese Weise werden die Instruktionsdaten in dem Schieberegister 50 jede Sekunde aktualisiert, auch wenn die Instruktionsdaten in dem Schieberegister aufgrund zeitweisen Rauschens in fehlerhafte Daten geändert werden, wobei das Schieberegister kontinuierlich mit den korrekten Daten von dem Speicher versorgt wird, so daß eine konstante Einstellung und daher zuverlässige Sensorausgaben sichergestellt werden. Das Schreiben bzw. Speichern der Instruktionsdaten kann mittels des Speichers 81, der mit der Speicherschnittstelle 40 verbunden ist, erfolgen. Zu diesem Zweck umfaßt der Eingangsanschluß 41 der Speicherschnittstelle 40 einen Schreibschutzanschluß WR, der intern mit der Lese-und-Schreib Schnittstelle 46 verbanden ist und der für eine Verbindung mit einer externen Schreibvorrichtung ausgelegt ist. Wenn sie verbunden ist, sendet die Schreibvorrichtung ein Schreibsignal an den Anschluß WR, so daß die R/W Schnittstellen 46 zum Schreiben des Speichers 81 bereit sind, und sendet nachfolgend die Instruktionsdaten mit einem zugehörigen Taktsignal und das Steuersignal zu den Anschlüssen EV1, EV2, EV3 und DATA, um das Schreiben der Instruktionsdaten auf dem Speicher 81 zu vollenden.

Claims

Partikelsensor, der das Vorhandensein bestimmter Partikel detektiert und ein Ausgangssignal liefert, das für die Menge der detektierten Teilchen kennzeichnend ist, wobei der Partikelsensor aufweist: einen Detektor (1, 11, 12), der eine Ausgangsspannung liefert, die proportional zur Menge der Partikel ist, die von einem zu detektierenden Medium, wie beispielsweise der Luft, getragen werden, wobei der Detektor einen Photosensor (1) zum Bereitstellen eines Ausgabestromes, der proportional ist zu der Menge von Teilchen, die durch das Medium getragen werden, einen Wandler (11) zum Umwandeln des Ausgabestromes in eine Spannung und einen Verstärker (12) zum Verstärken der Spannung in einer Ausgabespannung umfasst; einen Verstärkungscontroller (20), der die Ausgangsspannung einstellt, die von dem Detektor empfangen wird, um eine eingestellte Ausgangsspannung zu liefern, wobei der Verstärkungscontroller ein Verstärkungswiderstandsnetzwerk (24) beinhaltet, welches einen variablen Widerstand liefert, um die eingestellte Ausgangsspannung zu variieren; ein Offsetspannungseinstellmittel (30), das eine einstellbare Offsetspannung liefert, die für eine Hintergrundspannung kennzeichnend ist, die mit der eingestellten Ausgangsspannung kombiniert ist, um eine Sensorausgabe (Vout) zu liefern, die eine vorbestimmte (Regelungs-)Beziehung zwischen einer Partikeldichte und der Sensorausgabe erfüllt, wobei das Offsetspannungseinstellmittel ein Offsetwiderstandnetzwerk (34) aufweist, das einen variablen Widerstand liefert, um die Offsetspannung einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungswiderstandsnetzwerk (24) als auch das Offsetwiderstandsnetzwerk (34) eine Mehrzahl von digital steuerbaren Schaltern und eine Mehrzahl von Widerständen aufweist, um den variablen Widerstand zu liefern, der durch Leitung einer geeigneten Kombination der Schalter variiert wird, wobei der Partikelsensor des weiteren aufweist: ein Speichermittel (40) mit einem Eingabeterminal (41), welches ausgebildet ist, um selektiv eine Verbindung mit einem ersten nicht-volatilen Speicher (71) über einen Mikrocomputer (72) und direkt mit einem zweiten nicht-volatilen Speicher (81) herzustellen, wobei der erste als auch der zweite Speicher Instruktionsdaten speichern, die bestimmen, welcher oder welche Schalter leitend gemacht werden sollen, wobei der Mikrocomputer eine Funktion zum Schreiben von Instruktionsdaten in den entsprechenden Speicher aufweist, wobei die Speicherschnittstelle (40) Folgendes aufweist: einen Speichercontroller (44), der ausgebildet ist zum Senden eines ersten Taktsignals und eines Lesesignals, um von dem zweiten Speicher (81) Instruktionsdaten in Übereinstimmung mit dem ersten Taktsignal zu lesen und um die Instruktionsdaten an dem Verstärkungswiderstandsnetzwerk und/oder dem Offsetwiderstandsnetzwerkes zu übermitteln, ein Auswahlmittel (42), das angepaßt ist, das erste Taktsignal von dem Speichercontroller (44) und ein zweites Taktsignal von dem Mikrocomputer (72) zu empfangen und das erste Taktsignal oder das zweite Taktsignal auszuwählen, wobei das zweite Taktsignal dazu verwendet wird, die Instruktionsdaten aus dem ersten Speicher (71) durch den Mikrocomputer zu lesen und die Instruktionsdaten zu dem Verstärkungswiderstandsnetzwerk und/oder dem Offsetwiderstandsnetzwerk zu liefern.
Partikelsensor nach Anspruch 1, wobei das Auswahlmittel (42) mit dem Speichercontroller verbunden ist, um den Speichercontroller nur zu aktivieren, wenn das Auswahlmittel für eine Verbindung des zweiten Speichers (81) mit der Speicherschnittstelle (40) geschaltet ist