ES2577021T3 - Procedimiento y aparato de detección de humo en una cámara de ionización - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de detección de humo, que comprende las etapas de: acoplar una cámara (102) de ionización con un módulo (208) de detección capacitiva (CSM); determinar un cambio en una capacitancia de la cámara (102) de ionización utilizando el CSM (208): determinando un primer cambio en la capacitancia de la cámara (102) de ionización cuando la cámara (102) de ionización se encuentra en una primera polaridad; determinando un segundo cambio en la capacitancia de la cámara (102) de ionización cuando la cámara (102) de ionización se encuentra en una segunda polaridad; determinando una diferencia entre el primer cambio y el segundo cambio; y utilizar la diferencia para determinar el cambio en la capacitancia de la cámara (102) de ionización; y detectar la presencia de humo detectando un cambio predeterminado en la capacitancia.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento y aparato de deteccion de humo en una camara de ionizacion
La presente divulgacion versa acerca de dispositivos de deteccion de humo y, mas en particular, acerca de un dispositivo de deteccion de humo que utiliza un cambio en permitividad que afecta a un valor de capacitancia de una camara de ionizacion cuando se introduce humo en la misma.
La solicitud de patente francesa FR 2 473 201 da a conocer un detector de humo en el que hay conectada una camara de ionizacion a un modulo de deteccion capacitiva (CSM). La patente estadounidense US 3.295.121 da a conocer un sistema electrico de alarma, preferentemente para alarmas de incendio. La patente estadounidense US 7.307.485 da a conocer un sensor de capacitancia que utiliza osciladores de relajacion.
En general, un detector de humo utiliza una camara de ionizacion que contiene una fuente de iones radiactivos que esta acoplada a un amplificador operacional de impedancia elevada de entrada. La Figura 1 muestra una camara tfpica de ionizacion utilizada en un detector de humo para producir una corriente muy pequena (nA) que se reduce en presencia de partfculas de humo. Los amplificadores operacionales son utilizados para convertir esta corriente en una tension que es medida entonces para determinar la presente de humo. Las temperaturas elevadas provocan mayores corrientes de fuga en las entradas del amplificador operacional en el detector de humo. Esto afecta al rendimiento general de la funcion de deteccion de humo de la camara de ionizacion. Por lo tanto, tales aumentos en las corrientes de fuga pueden plantear diversos problemas, tales como inexactitud, etc. que pueden requerir circuitos de compensacion adicionales cuando se disena un detector de humo y, por lo tanto, puede aumentar el coste del dispositivo.
Ademas, la impedancia de la camara de ionizacion es sumamente elevada, y cualquier corriente de fuga, por ejemplo, una corriente de fuga de placa de circuito impreso enmascara la corriente de la camara de ionizacion. Por lo tanto, las camaras de ionizacion de deteccion de humo requieren un procedimiento complejo de fabricacion en el que se doblan y se sueldan directamente patillas del amplificador operacional del circuito integrado de deteccion, suspendido en el aire, a la camara de ionizacion. Segun se ha mencionado anteriormente, se requieren circuitos especiales de fuga reducida para detectar el pequeno cambio de corriente a traves de la camara de ionizacion causado por la presencia de humo en la misma.
Por lo tanto, existe la necesidad de una manera de detectar humo en una camara de ionizacion de un detector de humo que no requiera componentes sensibles ni caros ni procedimientos complejos de fabricacion. Se pueden conseguir estos y otros objetos por medio de un procedimiento y de un aparato segun se define en las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones dependientes se caracterizan mejoras adicionales.
Segun la reivindicacion 1, el procedimiento de deteccion de humo comprende las etapas de: acoplar una camara de ionizacion a un modulo de deteccion capacitiva (CSM); determinar un cambio en una capacitancia de la camara de ionizacion utilizando el CSM; y detectar la presencia de humo detectando un cambio predeterminado en la capacitancia.
En particular, la etapa de determinar el cambio en la capacitancia de la camara de ionizacion comprende, ademas, las etapas de: determinar un primer cambio en la capacitancia de la camara de ionizacion cuando la camara de ionizacion puede encontrarse en una primera polaridad; determinar un segundo cambio en la capacitancia de la camara de ionizacion cuando la camara de ionizacion puede encontrarse en una segunda polaridad; determinar una diferencia entre el primer cambio y el segundo cambio; y utilizar la diferencia para determinar el cambio en la capacitancia de la camara de ionizacion. Segun una realizacion adicional del procedimiento, el cambio predeterminado en la capacitancia puede ser un cambio en la capacitancia dentro de cierto tiempo.
Segun una realizacion adicional del procedimiento, la etapa de determinar el cambio en la capacitancia de la camara de ionizacion puede comprender las etapas de: cargar la capacitancia de la camara de ionizacion con una primera fuente de corriente constante hasta que una carga en la capacitancia pueda estar a una primera tension, luego descargar la capacitancia de la camara de ionizacion con una segunda fuente de corriente constante hasta que la carga en la capacitancia de la camara de ionizacion pueda estar a una segunda tension, y luego repetir la carga de la capacitancia; contar el numero de veces que la carga en la capacitancia de la camara de ionizacion pueda estar a la primera o a la segunda tension dentro de cierto periodo de tiempo; y comparar los numeros de conteo de periodos de tiempo subsiguientes para determinar si el numero de conteo de cualquiera o mas de los periodos de tiempo subsiguientes ha cambiado un cierto numero de conteos.
Segun una realizacion adicional del procedimiento, la etapa de determinar el cambio en la capacitancia de la camara de ionizacion puede comprender las etapas de: cargar la capacitancia de una primera camara de ionizacion abierta a la entrada de humo con una primera fuente de corriente constante hasta que una carga en la capacitancia de la primera camara de ionizacion pueda estar a una primera tension, luego descargar la capacitancia de la primera camara de ionizacion con una segunda fuente de corriente constante hasta que la carga en la capacitancia de la primera camara de ionizacion pueda estar a una segunda tension, y luego repetir la carga de la capacitancia de la primera camara de ionizacion; contar el numero de veces que la carga en la capacitancia de la primera camara de
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ionizacion pueda estar a la primera o a la segunda tension dentro de cierto periodo de tiempo; cargar la capacitancia de una segunda camara de ionizacion cerrada a la entrada de humo con la primera fuente de corriente constante hasta que una carga en la capacitancia de la segunda camara de ionizacion pueda estar a una primera tension, luego descargar la capacitancia de la segunda camara de ionizacion con la segunda fuente de corriente constante hasta que la carga en la capacitancia de la segunda camara de ionizacion pueda estar a la segunda tension, y luego repetir la carga de la capacitancia de la segunda camara de ionizacion; contar el numero de veces que la carga en la capacitancia de la segunda camara de ionizacion pueda estar a la primera o a la segunda tension dentro de cierto periodo de tiempo; y restar un numero de conteo de la primera camara de ionizacion de un numero de conteo de la segunda camara de ionizacion y dividirlo por el numero de conteo de la segunda camara de ionizacion.
Segun una realizacion adicional del procedimiento, en una primera medicion, un alojamiento de la camara de ionizacion puede estar acoplado al CSM; y en una segunda medicion, una placa colectora de la camara de ionizacion puede estar acoplada al CSM.
Segun una realizacion adicional del procedimiento, etapas adicionales pueden comprender las etapas de restar un valor de medicion de la primera medicion de un valor de medicion de la segunda medicion, dividiendo entonces por el segundo valor de medicion; y comparar los numeros de conteo de periodos de tiempo subsiguientes para determinar si el numero de conteo de uno cualquiera o mas de los periodos de tiempo subsiguientes ha cambiado un cierto numero de conteos. Segun una realizacion adicional del procedimiento, etapas adicionales pueden comprender la etapa de compensar un cambio de temperatura con informacion de temperatura procedente de un sensor de temperatura. Segun una realizacion adicional del procedimiento, etapas adicionales pueden comprender la etapa de compensar un cambio de humedad relativa con informacion de humedad relativa procedente de un sensor de humedad relativa. Segun una realizacion adicional del procedimiento, una etapa adicional puede comprender la etapa de compensar un cambio de tension con informacion de tension procedente de un sensor de tension.
Segun la reivindicacion 8, el aparato de deteccion de humo comprende:
una camara de ionizacion acoplada a un modulo de deteccion capacitiva (CSM) para determinar una capacitancia de la camara de ionizacion; indicando un cambio predeterminado en la capacitancia de la camara de ionizacion la presencia de humo en la camara de ionizacion, por lo que se proporcionan circuitos para acoplarse de forma alterna con la camara de ionizacion a una primera polaridad para determinar una primera capacitancia de la camara de ionizacion y acoplarse a la camara de ionizacion a una segunda polaridad para determinar una segunda capacitancia de la camara de ionizacion, por lo que se puede utilizar una diferencia entre las capacitancias primera y segunda para determinar la presencia de humo en la camara de ionizacion.
Segun una realizacion adicional, el CSM puede ser un dispositivo periferico en un microcontrolador. Segun una realizacion adicional, se pueden acoplar un procesador digital y una memoria al CSM y un circuito de alarma. Segun una realizacion adicional, se puede acoplar un sensor de temperatura al procesador digital y una tabla de consulta de compensacion de temperatura almacenada en la memoria acoplada al procesador digital y utilizada para compensar cambios inducidos por la temperatura de la capacitancia de la camara de ionizacion. Segun una realizacion adicional, se puede acoplar un sensor de humedad al procesador digital y una tabla de consulta de compensacion de humedad almacenada en la memoria acoplada al procesador digital y utilizada para compensar cambios inducidos por la humedad de la capacitancia de la camara de ionizacion.
Segun una realizacion adicional, se puede acoplar un sensor de tension al procesador digital y una tabla de consulta de compensacion de tension almacenada en la memoria acoplada al procesador digital y utilizada para compensar cambios inducidos por la tension de la capacitancia de la camara de ionizacion. Segun una realizacion adicional, la presencia de humo en la camara de ionizacion puede accionar una alerta audible. Segun una realizacion adicional, la presencia de humo en la camara de ionizacion puede accionar una alerta visual.
Segun otra realizacion mas, un aparato de deteccion de humo puede comprender: una primera camara de ionizacion acoplada a un modulo de deteccion capacitiva (CSM) para determinar una capacitancia de la primera camara de ionizacion, pudiendo estar abierta la primera camara de ionizacion a la entrada de humo; una segunda camara de ionizacion acoplada al CSM para determinar una capacitancia de la segunda camara de ionizacion, pudiendo estar cerrada la segunda camara de ionizacion a la entrada de humo; indicando una diferencia predeterminada en las capacitancias de las camaras primera y segunda de ionizacion la presencia de humo en la primera camara de ionizacion.
Se puede lograr una comprension mas completa de la presente divulgacion haciendo referencia a la siguiente descripcion tomada junto con los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1 ilustra un diagrama esquematico de una camara de ionizacion que tiene una fuente de radiacion y utiliza como un sensor de deteccion de humo;
la Figura 1A ilustra diagramas esquematicos de una camara de ionizacion que tiene una fuente de radiacion y que muestra flujos de corriente a traves de la misma para conexiones a la misma de la fuente de tension de diferente polaridad;
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la Figura 2 ilustra una vista esquematica en alzado de una camara tfpica de ionizacion utilizada como un sensor de deteccion de humo;
la Figura 3 ilustra un diagrama esquematico de bloques de un detector de humo, segun una realizacion ejemplar espedfica de la presente divulgacion;
la Figura 4 ilustra un diagrama esquematico de bloques del modulo de deteccion capacitiva mostrado en la Figura 3; y
la Figura 5 ilustra un diagrama esquematico de bloques de una porcion del modulo de deteccion capacitiva mostrado en la Figura 3 que muestra medios de conmutacion utilizados para rechazar corriente de fuga del modo comun, segun la presente invencion.
Aunque la presente divulgacion es susceptible a diversas modificaciones y formas alternativas, en los dibujos se han mostrado realizaciones ejemplares espedficas de la misma y se describen en la presente memoria con detalle. Sin embargo, se debena comprender que no se concibe que la descripcion en la presente memoria de realizaciones ejemplares espedficas limite la divulgacion de las formas particulares divulgadas en la presente memoria, sino al contrario, la presente divulgacion ha de abarcar todas las modificaciones y los equivalentes segun se define en las reivindicaciones adjuntas.
Una fuente radiactiva en una camara de ionizacion provoca que se ionice parte del gas (por ejemplo, aire) en la camara. Los resultados son una permitividad superior a la normal del gas debido al numero mayor del normal de moleculas de gas polarizadas (ionizadas) electricamente. Cuando entra humo en la camara de ionizacion, el humo reacciona con las moleculas ionizadas de gas, cambiando, de ese modo, la permitividad, £, de las mismas. La camara de ionizacion puede caracterizarse como un condensador con fugas, estando la cantidad de corriente de fuga determinada por el flujo ionico entre placas cargadas 102 y 104 (Figura 1) de la camara de ionizacion. Una capacitancia, C, de un condensador formado por las placas 102 y 104 es una funcion del area, A, de las placas conductivas 102 y 104; la distancia, d, entre las placas 102 y 104; y la permitividad, £, del (aire) dielectrico entre las mismas segun la formula: C = £A/d. Por lo tanto, un cambio en la permitividad del gas en la camara de ionizacion tambien cambia el valor de capacitancia del mismo. Por lo tanto, utilizando una funcion de medicion de la capacitancia, por ejemplo, un modulo de deteccion capacitiva (CSM) en un microcontrolador, se puede detectar el cambio de valor de capacitancia causado por el cambio de permitividad del dielectrico gaseoso de este condensador con fugas para determinar la presencia de humo en el mismo.
Se describe mas plenamente una deteccion capacitiva que utiliza el presente procedimiento y un modulo de deteccion capacitiva (CSM), segun las ensenanzas de la presente divulgacion, en las notas de la solicitud AN1101, AN1171, AN1268, AN1312, AN1334 y TB3064, disponibles en
www.microchip.com, y en la solicitud de patente U.S. de propiedad comun n°: US 2011/0007028 A1, titulada “Capacitive Touch System With Noise Immunity” de Keith E. Curtis, et al.
www.microchip.com, y en la solicitud de patente U.S. de propiedad comun n°: US 2011/0007028 A1, titulada “Capacitive Touch System With Noise Immunity” de Keith E. Curtis, et al.
Las variaciones de temperatura y de tension de batena pueden suponer diferencias significativas en la permitividad del gas (aire) con variaciones correspondientes en las mediciones de capacitancia de una primera camara de ionizacion. Al proporcionar una segunda camara de ionizacion que esta sellada contra la entrada de humo, se puede utilizar una comparacion de los valores medidos de capacitancia de cada una de las camaras primera y segunda de ionizacion para compensar estas variaciones y proporcionar una forma sensible de detectar partfculas de humo. Por ejemplo, restando el valor de capacitancia de la primera camara de ionizacion del valor de capacitancia de la segunda camara de ionizacion y luego dividiendo por el valor de capacitancia de la segunda camara de ionizacion, elimina los efectos de temperatura y de tension de la batena, dejando un valor resultante que es afectado principalmente por la presencia de humo en la primera camara de ionizacion.
Se pueden incorporar sensores de temperatura, de humedad relativa (RH) y de tension de batena en un sistema de deteccion de humo para determinar la compensacion necesaria para las mediciones de capacitancia de la camara de ionizacion utilizada para la deteccion de humo. En general, las variaciones de permitividad debidas a cambios de temperatura, de RH y/o de tension son en un periodo mas prolongado de tiempo que un cambio repentino en la cantidad de sustancias contaminantes (partfculas de carbon, etc.) en el aire entre las placas del condensador de la camara de ionizacion. Otra forma menos sensible de ignorar las variaciones de permitividad debida a cambios de temperatura, de RH y/o de tension sena utilizar un procedimiento de promediacion o de deteccion envolvente para ignorar la deriva lenta de la capacitancia de la camara de ionizacion debida a cambios de tension y/o de temperatura pero reconocer un cambio mas brusco (rapido) de la permitividad del aire debido a partfculas de carbon que aparecen repentinamente en la camara de ionizacion. En la presente memoria se pueden utilizar y se contemplan diversas tecnicas para medir cambios en la capacitancia para todos los fines. Las personas que tienen un nivel normal de dominio de circuitos medidores de la capacitancia y el beneficio de la presente divulgacion podnan aplicar facilmente esos circuitos medidores de la capacitancia en un aparato de deteccion de humo. Se puede utilizar un microcontrolador de senales mixtas (funciones analogica y digital) para mediciones de capacitancia, por ejemplo, un CSM, que realiza los calculos necesarios para determinar si hay presente humo en la camara de ionizacion, y compensar y/o promediar los cambios de permitividad debidos a cambios de temperatura, de RH y/o de tension de batena.
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Con referencia ahora al dibujo, se ilustran de forma esquematica los detalles de realizaciones ejemplares espedficas. Se representaran elementos similares en los dibujos mediante numeros similares, y se representaran elementos similares mediante numeros similares con un sufijo distinto en minusculas.
Con referencia a la Figura 1, se muestra un diagrama esquematico de una camara de ionizacion que tiene una fuente de radiacion y es utilizada como un sensor de deteccion de humo. La camara 102 de ionizacion puede caracterizarse como un condensador con algunas moleculas ionizadas de gas entre las placas 104 y l06 del condensador. Las moleculas de gas se ionizan por medio de la fuente de radiacion y cuando se aplica una tension entre las dos placas 104 y 106 del condensador una corriente fluira a traves del gas ionizado y una resistencia electrica 108 conectada en serie con las placas 104 y 106 del condensador. Esta corriente produce una tension a traves de la resistencia electrica 108. Al medir la tension a traves de la resistencia electrica 108, se puede determinar la permitividad, £, del gas. El humo en la camara de ionizacion provocara un cambio brusco en la permitividad, £, provocando un cambio brusco en el flujo de corriente y en la tension a traves de la resistencia electrica 108. Esta tension es medida por medio de un amplificador operacional (no mostrado) de impedancia elevada de entrada que requiere procedimientos de fabricacion y circuitena complejos. Una forma mejor, segun las ensenanzas de la presente memoria, es medir los valores de capacitancia de la camara de ionizacion antes y despues de la entrada del humo en la misma. Segun cambia la permitividad, £, del gas ionizado tambien lo hace el valor de capacitancia de la camara de ionizacion. Al utilizar un modulo de medicion capacitiva que tiene una resolucion de medicion suficientemente elevada del valor de capacitancia, se puede detectar el cambio en capacitancia causado por la entrada de humo en la camara de ionizacion y puede ser utilizado para generar una alarma de deteccion de humo.
Con referencia a la Figura 1A, se muestran diagramas esquematicos de una camara de ionizacion que tiene una fuente de radiacion y muestra flujos de corriente a traves de la misma para conexiones a la misma de la fuente de tension de diferente polaridad. La camara 102 de ionizacion puede caracterizarse como tres electrodos, por ejemplo, electrodos 104, 106 y 210, que tienen algunas moleculas ionizadas de gas (por ejemplo, aire) entre los mismos. Las moleculas de gas son ionizadas por medio de una fuente 108 de radiacion. Cuando se aplica un potencial 112 de tension entre los dos electrodos 104 y 106 a una primera polaridad (positivo al electrodo 106 y negativo al electrodo 104), fluira una corriente electronica 116 de ionizacion polarizada de forma positiva, Icamara, a traves del gas ionizado. Cuando se aplica el potencial 112 de tension entre los dos electrodos 104 y 106 a una segunda polaridad (positivo al electrodo 104 y negativo al electrodo 106), no fluira sustancialmente ninguna corriente electronica 116a de ionizacion polarizada negativamente a traves del gas ionizado, dado que ahora el electrodo 14 repelera los electrones del gas ionizado. Sin embargo, la corriente 114 de fuga, Ifuga, por ejemplo, sustancias contaminantes, grasa, polvo, etc. en la placa de circuito impreso, fluira independientemente de la polaridad conectada del potencial 112 de tension.
Por lo tanto, cuando el potencial 112 de tension esta conectado a la primera polaridad a traves de los electrodos 104 y 106 de la camara 102, el flujo de corriente total a traves del ampenmetro 110 es la corriente electronica ionizada 116, Icamara, mas la corriente 114 de fuga, Ifuga. Y cuando el potencial 112 de tension esta conectado a la segunda polaridad a traves de los electrodos 104 y 106 de la camara 102, el flujo de corriente total a traves del ampenmetro 110 es sustancialmente ninguna corriente electronica ionizada 116a mas la corriente 114 de fuga, Ifuga, lo que tiene como resultado de forma sustancial unicamente la corriente 114 de fuga, Ifuga. Por lo tanto, al restar la corriente 114 de fuga, Ifuga, del flujo de corriente total, se puede determinar la corriente electronica ionizada real 116, Icamara. Esto permite mediciones mas sensibles de cualquier cambio en la corriente electronica ionizada 116, Icamara, sin que sean enmascarados estos cambios por la corriente no deseada 114 de fuga, Ifuga. Se contempla dentro del alcance de la presente divulgacion, y se encuentra dentro del mismo, que cualquier fluido, por ejemplo, gas o lfquido, que pueda ser ionizado por la fuente 108 de ionizacion funcionara como se ha descrito anteriormente en la presente memoria.
Con referencia a la Figura 2, se muestra una vista esquematica en alzado de un sensor tfpico de deteccion de humo de dos camaras que tiene una fuente de radiacion. La camara 102 de ionizacion consiste en dos camaras 102a y 102b. La camara superior 102a esta abierta a la admision de humo en la misma, y la camara inferior 102b esta cerrada a la admision de humo. Se ubica una pantalla conductiva 210 entre las dos camaras 102a y 102b. La fuente 108 de radiacion proxima a la camara 102 de ionizacion, o en la misma, provoca que se ionice parte del gas en las camaras 102a y 102b. Esta ionizacion del gas en el interior de las camaras 102a y 102b provoca que se aumente una corriente 116 de ionizacion, Icamara, a traves de ambas camaras 102a y 102b entre los electrodos 104 y 106 de la camara 102 de ionizacion.
Cuando hay humo presente en la camara superior 102a, se combina con el gas ionizado, neutralizando parte del gas ionizado del trayecto de la corriente 116 de ionizacion, Icamara. Como resultado, la permitividad de la camara superior 102a es menor de lo que es en la camara inferior 102b. La corriente 116 de ionizacion, Icamara, fluye en serie a traves de las camaras 102a y 102b y, por lo tanto, sera menor cuando hay humo en la camara 102a. Cuando se invierte la tension a traves de las camaras 102a y 102b, no fluira sustancialmente corriente inversa 116a de ionizacion y el unico flujo de corriente entre los electrodos 104 y 106 sera la corriente 114 de fuga. La presencia de la corriente 114 de fuga reduce la sensibilidad para medir cambios en la corriente 116 de ionizacion. Eliminar esta corriente 114 de fuga de modo comun de la determinacion de humo en la camara 102a da como resultado un detector de humo mas sensible.
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Con referencia a la Figura 3, se muestra un diagrama esquematico de bloques de un detector de humo, segun una realizacion ejemplar espedfica de la presente divulgacion. Un detector de humo, representado en general por medio del numero 300, comprende un modulo 208 de deteccion capacitiva, una camara 102a de ionizacion de deteccion de humo, un procesador digital y memoria 314, un accionador 316 de alarma y una alerta audible/visual 318. Se pueden proporcionar el modulo 208 de deteccion capacitiva, el procesador digital y la memoria 314 y el accionador 316 de alarma en un microcontrolador 330 de circuito integrado. La camara 102a de ionizacion de deteccion de humo esta acoplada al modulo 208 de deteccion capacitiva en el que se miden las representaciones de los valores de capacitancia de la misma, y luego se lee cada valor representativo de capacitancia por medio del procesador digital y la memoria 314, y es procesado por los mismos. Cuando hay un cambio en las representaciones de valores de capacitancia dentro de cierto tiempo, el procesador digital 314 habilitara el accionador 316 de alarma que activa la alerta audible/visual 318 para indicar la presencia de humo en la ubicacion del detector 300 de humo.
El detector 300 de humo puede comprender, ademas, una segunda camara 102b de ionizacion que esta cerrada al aire exterior que puede contener humo. Se pueden utilizar las camaras primera y segunda 102a y 102b de ionizacion para realizar una comparacion de los valores medidos de capacitancia de cada una de las camaras primera y segunda 102a y 102b de ionizacion, y compensar estas variaciones, proporcionando, de ese modo, una forma mas sensible de deteccion de partfculas de humo, como se ha descrito de forma mas completa anteriormente en la presente memoria.
El detector 300 de humo puede comprender, ademas, un sensor 320 de temperatura, un sensor 322 de humedad relativa y/o un sensor 324 de tension acoplados a una fuente de alimentacion, por ejemplo, una batena (no mostrada), pudiendo compensar el procesador digital 314 mediciones de capacitancia que pueden cambiar en distintas condiciones de temperatura, de humedad y/o de tension, por ejemplo, utilizando tablas de consulta que contienen datos de calibracion y de compensacion para la camara 102 de ionizacion de deteccion de humo. Ademas, el procesador digital 314 puede llevar a cabo un aplanamiento, una promediacion de tiempos, una eliminacion del ruido, un sobremuestreo y/o un procesamiento digital de senales para aumentar la sensibilidad de deteccion de cambios de capacitancia y/o reducir la captacion de ruido.
Con referencia a la Figura 4, se muestra un diagrama esquematico de bloques del modulo de deteccion capacitiva mostrado en la Figura 3. El modulo 208 de deteccion capacitiva (CSM) mide la capacitancia en funcion de metodologfa de oscilador de relajacion. El CSM 208 produce una senal de tension oscilante para la medicion por medio de un circuito de determinacion de la frecuencia, a una frecuencia que depende de la capacitancia de la camara 102 de ionizacion. La frecuencia a la que genera el CSM 208 la senal de tension oscilante cambiara cuando se introduce humo en la camara 102a de ionizacion. Este cambio en frecuencia indica que hay presente humo en la camara 102a de ionizacion. Ademas, una mejora adicional para una deteccion mas fiable de humo es requerir que el cambio en frecuencia se produzca dentro de un cierto periodo de tiempo, o un periodo igual al mismo, de forma que se rechace un cambio lento de frecuencia debido a cambios en la temperatura, en la humedad relativa y/o en la tension de alimentacion (por ejemplo, la batena, no mostrada).
El modulo 208 de deteccion capacitiva (CSM) puede comprender un conmutador 440 de seleccion de camara de ionizacion, un conmutador 442 de seleccion de la fuente de corriente, un condensador interno o externo 444, una primera fuente 446 de corriente constante, una segunda fuente 448 de corriente constante, un primer comparador 450 de tensiones, un segundo comparador 452 de tensiones, un circuito biestable RS 454, uno o mas contadores 456 de forma de onda, uno o mas circuitos 458 de retencion, y un temporizador 460 de periodos. El conmutador 440 de seleccion puede controlarse por medio del procesador digital 314 para seleccionar entre camaras 102a y 102b de ionizacion. Se puede anadir el condensador 444 en paralelo con la capacitancia de la camara 102 de ionizacion para reducir la frecuencia de oscilacion. El conmutador 442 de seleccion de la fuente de corriente acopla bien la primera fuente 446 de corriente constante o bien la segunda fuente 448 de corriente constante a la capacitancia de la camara 102 de ionizacion (y del condensador 444 si se utiliza). Los comparadores 450 y 452 monitorizan la tension de carga/descarga en la capacitancia de la camara 102 de ionizacion (y del condensador 444, si se utiliza).
Se genera una forma de onda de tension triangular oscilante por medio de la primera fuente 446 de corriente constante que carga la capacitancia de la camara 102 de ionizacion (y del condensador 444, si se utiliza) y la segunda fuente 448 de corriente constante que descarga la capacitancia de la camara 102 de ionizacion (y del condensador 444, si se utiliza). El circuito biestable RS 454 controla el conmutador 442 de seleccion de la fuente de corriente como sigue: cuando la tension en la capacitancia de la camara 102 de ionizacion (y del condensador 444, si se utiliza) (carga) alcanza la tension VH, la salida del primer comparador 450 de tensiones pasa a un 1 logico y “fija” la salida Q del circuito biestable RS 454 a un 1 logico, haciendo, de ese modo, que el conmutador 442 de seleccion de la fuente de corriente seleccione la segunda fuente 448 de corriente estable, por lo que la capacitancia de la camara 102 de ionizacion (y del condensador 444, si se utiliza) comienza a descargarse a traves de la segunda fuente 448 de corriente constante. Cuando la tension en la capacitancia de la camara 102 de ionizacion (y del condensador 444, si se utiliza) (descarga) alcanza la tension VL, la salida del segundo comparador 452 de tensiones pasa a un 1 logico y “reinicializa” la salida Q del circuito biestable RS 454 a un 0 logico, haciendo, de ese modo, que el conmutador 442 de seleccion de la fuente de corriente seleccione la primera fuente 446 de corriente constante, por lo que comienza a cargar la capacitancia de la camara 102 de ionizacion (y del condensador 444, si se utiliza) a
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traves de la primera fuente 446 de corriente constante. Los conmutadores 440 y 442 pueden ser conmutadores de transistores de efecto de campo (FET) de estado solido.
Esta oscilacion de conmutacion entre las dos fuentes 450 y 452 de corriente constante de carga y de descarga, respectivamente, tienen una frecuencia de oscilacion que depende del valor de capacitancia de la camara 102 de ionizacion (y del condensador 444, si se utiliza). Si aumenta el valor de la capacitancia de la camara 102 de ionizacion entonces disminuye la frecuencia de oscilacion y si se reduce el valor de la capacitancia entonces aumenta la frecuencia de oscilacion. Al medir con precision esta frecuencia de oscilacion, se puede determinar la deteccion de un cambio de capacitancia (por ejemplo, humo).
Se puede utilizar un contador 456 de forma de onda para contar el numero de ciclos de la forma de onda de oscilacion (por ejemplo, niveles logicos de paso a positivo de la salida Q del circuito biestable RS 454) dentro de cierto periodo de tiempo. Si se conocen el periodo de tiempo de conteo y el numero de ciclos en el periodo de tiempo, e puede determinar la frecuencia de la forma de onda. Sin embargo, dado que solo interesa un cambio en el valor de la capacitancia, solo es necesario comparar el numero de ciclos en distintos periodos de tiempo para determinar si hay humo en la camara 102a de ionizacion. Los contadores 456a y 456b de forma de onda pueden estar concatenados y/o un contador (temporizador) de alta resolucion puede ser, por ejemplo pero sin limitacion, de 24 o 32 bits. Un temporizador 460 de periodos de alta resolucion proporciona periodos de tiempo precisos para determinar el numero de ciclos de la forma de onda de oscilacion en cada uno de los periodos de tiempo. El o los circuitos 458 de retencion capturan el numero de ciclos contados en el o los contadores 456 de forma de onda para cada periodo de tiempo y, entonces, el procesador digital puede leer el conteo de ciclos por periodo de tiempo de la forma de onda de oscilacion del o de los circuitos 458 de retencion.
Segun diversas realizaciones, en una medicion el alojamiento 106 de la camara 102a de ionizacion (Figura 2) puede estar acoplado en paralelo con el condensador interno 444 y se puede medir la frecuencia resultante respectiva. En otra medicion la placa colectora interna 104 de la camara 102a de ionizacion puede estar conectada en paralelo con el condensador interno 444. La resta del valor de capacitancia de la camara 102a de ionizacion del valor de capacitancia de la camara 102b de ionizacion y dividirlo por el valor de capacitancia de la camara 102b de ionizacion, elimina los efectos de temperatura y de tension de la batena, dejando un valor de capacitancia que se ve afectado principalmente por la presencia de humo en la camara 102a de ionizacion.
Con referencia a la Figura 5, se muestra un diagrama esquematico de bloques de una porcion del modulo de deteccion capacitiva mostrado en la Figura 3 que muestra medios de conmutacion utilizados para rechazar corriente de fuga de modo comun, segun la presente invencion.
Los conmutadores 550 y 552 y 554 y 556 cambian las conexiones de polaridad de las camaras 102a y 102b, respectivamente. Se realizan dos conteos de muestreo de cada una de las camaras 102a y 102b: un conteo de muestra a una primera polaridad y un segundo conteo de muestra a una segunda polaridad opuesta a la primera polaridad. Estos valores de conteo de muestras son almacenados en la memoria del procesador digital 314 para un procesamiento adicional de calculo, por ejemplo, la resta del valor inferior del conteo de muestra del valor superior del conteo de muestra de cada camara 102a y 102b, cancelando, de ese modo, lo que causa la corriente 114 de fuga, con un resultado de unicamente una representacion de la corriente 116 de ionizacion de la camara. Dado que se mide independientemente cada camara 102a y 102b, cualquier diferencia en las corrientes 116 de ionizacion de las dos camaras indicara la influencia del humo en la ionizacion del gas en la camara 102a. La determinacion de un valor de conteo que represente la corriente 116 de ionizacion de la cerrada al valor de conteo que representa la camara 102b de ionizacion de humo permite, de ese modo, que se pueda utilizar un valor base para hacer un seguimiento o “flotar” un valor base de referencia de conteo para la camara 102a, de forma que se pueda reconocer mas facilmente que un cambio pequeno del mismo indica la deteccion de humo en la misma.
Aunque se han mostrado, descrito y definido realizaciones de la presente divulgacion por referencia a realizaciones ejemplares de la divulgacion, tales referencias no implican una limitacion de la divulgacion, y no se infiere tal limitacion. La materia objeto divulgada es susceptible de considerables modificaciones, alteraciones y equivalencias en forma y en funcion, como se les ocurrira a las personas con un nivel normal de dominio de la tecnica pertinente y que tengan el beneficio de la presente divulgacion. Las realizaciones mostradas y descritas de la presente divulgacion son unicamente ejemplos.
Claims (15)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Un procedimiento de deteccion de humo, que comprende las etapas de:acoplar una camara (102) de ionizacion con un modulo (208) de deteccion capacitiva (CSM); determinar un cambio en una capacitancia de la camara (102) de ionizacion utilizando el CSM (208):determinando un primer cambio en la capacitancia de la camara (102) de ionizacion cuando la camara (102) de ionizacion se encuentra en una primera polaridad;determinando un segundo cambio en la capacitancia de la camara (102) de ionizacion cuando la camara(102) de ionizacion se encuentra en una segunda polaridad;determinando una diferencia entre el primer cambio y el segundo cambio; yutilizar la diferencia para determinar el cambio en la capacitancia de la camara (102) de ionizacion;ydetectar la presencia de humo detectando un cambio predeterminado en la capacitancia.
- 2. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que el cambio predeterminado en la capacitancia es un cambio en la capacitancia dentro de cierto tiempo.
- 3. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que la etapa de determinar el primer o el segundo cambio en la capacitancia de la camara (102) de ionizacion comprende las etapas de:cargar la capacitancia de la camara (102) de ionizacion con una primera fuente (446) de corriente constante hasta que una carga en la capacitancia se encuentra a una primera tension, luego descargar la capacitancia de la camara (102) de ionizacion con una segunda fuente (448) de corriente constante hasta que la carga en la capacitancia de la camara (102) de ionizacion se encuentra a una segunda tension, y luego repetir la carga y la descarga de la capacitancia;contar el numero de veces que la carga en la capacitancia de la camara (102) de ionizacion se encuentra a la primera o a la segunda tension dentro de cierto periodo de tiempo; ycomparar los numeros de conteo de periodos de tiempo subsiguientes para determinar si el numero de conteo de uno cualquiera o mas de los periodos de tiempo subsiguientes han cambiado un cierto numero de conteos.
- 4. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que la camara (102) de ionizacion comprende una primera camara (102a) de ionizacion abierta a la admision de humo y una segunda camara (102b) de ionizacion cerrada a la admision de humo, y en el que la etapa de determinar el cambio en la capacitancia de la camara de ionizacion comprende las etapas de:cargar la capacitancia de la primera camara (102a) de ionizacion abierta a la entrada de humo con una primera fuente (446) de corriente constante hasta que una carga en la capacitancia de la primera camara (102a) de ionizacion se encuentra a una primera tension, luego descargar la capacitancia de la primera camara (102a) de ionizacion con una segunda fuente (448) de corriente constante hasta que la carga en la capacitancia de la primera camara (102a) de ionizacion se encuentra a una segunda tension, y luego repetir la carga y la descarga de la capacitancia de la primera camara (102a) de ionizacion;contar el numero de veces que la carga en la capacitancia de la primera camara (102a) de ionizacion se encuentra a la primera o a la segunda tension dentro de cierto periodo de tiempo;cargar la capacitancia de una segunda camara (102b) de ionizacion cerrada a la entrada de humo con la primera fuente (446) de corriente constante hasta que una carga en la capacitancia de la segunda camara (102b) de ionizacion se encuentra a una primera tension, luego descargar la capacitancia de la segunda camara (102b) de ionizacion con la segunda fuente (448) de corriente constante hasta que la segunda camara (102b) de ionizacion se encuentra a una segunda tension, y luego repetir la carga y la descarga de la capacitancia de la segunda camara (102b) de ionizacion;contar el numero de veces que la carga en la capacitancia de la segunda camara (102b) de ionizacion se encuentra a la primera o a la segunda tension dentro de cierto periodo de tiempo; yrestar un numero de conteo de la primera camara (102a) de ionizacion de un numero de conteo de la segunda camara (102b) de ionizacion y dividir por el numero de conteo de la segunda camara (102b) de ionizacion.
- 5. El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que:en una primera medicion, un alojamiento (104, 106) de la camara (102) de ionizacion esta acoplado con el CSM (208); yen una segunda medicion, una placa colectora (210) de la camara (102) de ionizacion esta acoplada con el CSM (208).51015202530354045
- 6. El procedimiento segun la reivindicacion 6, que comprende, ademas, las etapas de restar un valor medido de la primera medicion de un valor medido de la segunda medicion, dividiendo luego por el segundo valor medido;y comparar los numeros de conteo de periodos de tiempo subsiguientes para determinar si el numero de conteo de uno cualquiera o mas de los periodos de tiempo subsiguientes ha cambiado un cierto numero de conteos.
- 7. El procedimiento segun la reivindicacion 1, que comprende, ademas, la etapa de compensar un cambio de temperatura con informacion de temperatura procedente de un sensor de temperatura,y/ocompensar un cambio de humedad relativa con informacion de humedad relativa procedente de un sensor dehumedad relativa,y/ocompensar un cambio de tension con informacion de tension procedente de un sensor de tension.
- 8. Un aparato de deteccion de humo, que comprende:una camara (102) de ionizacion acoplada a un modulo (208) de deteccion capacitiva (CSM) para determinar una capacitancia de la camara (102) de ionizacion;en el que un cambio predeterminado en la capacitancia de la camara (102) de ionizacion indica la presencia de humo en la camara (102) de ionizacion; ycircuitos (550, 552, 554, 556) para acoplarse, de forma alterna, a la camara (102) de ionizacion a una primera polaridad para determinar una primera capacitancia de la camara (102) de ionizacion y acoplarse a la camara (102) de ionizacion a una segunda polaridad para determinar una segunda capacitancia de la camara (102) de ionizacion, mediante lo cual se utiliza una diferencia entre las capacitancias primera y segunda para determinar la presencia de humo en la camara (102) de ionizacion.
- 9. El aparato de deteccion de humo segun la reivindicacion 11, en el que el CSM (208) es un dispositivo periferico en un microcontrolador.
- 10. El aparato de deteccion de humo segun la reivindicacion 11, en el que el microcontrolador comprende un procesador digital y memoria (314) acoplados al CSM (208) y, preferentemente, un circuito (316) de alarma.
- 11. El aparato de deteccion de humo segun una de las reivindicaciones precedentes 8-10, que comprende, ademas, un sensor (320) de temperatura acoplado al procesador digital (314) y una tabla de consulta de compensacion de la temperatura almacenada en la memoria acoplada al procesador digital (314) y utilizada para compensar cambios inducidos por la temperatura de la capacitancia de la camara (102) de ionizacion, y/o un sensor (322) de humedad acoplado al procesador digital (314) y una tabla de consulta de compensacion de la humedad almacenada en la memoria acoplada al procesador digital (314) y utilizada para compensar cambios inducidos por la humedad de la capacitancia de la camara (102) de ionizacion, y/oun sensor (324) de tension acoplado al procesador digital (314) y una tabla de consulta de compensacion de la tension almacenada en la memoria acoplada al procesador digital (314) y utilizada para compensar cambios inducidos por la tension de la capacitancia de la camara (102) de ionizacion.
- 12. El aparato de deteccion de humo segun la reivindicacion 11, que comprende, ademas, una alerta audible (318) accionada por la presencia de humo en la camara (102) de ionizacion.
- 13. El aparato de deteccion de humo segun la reivindicacion 11, que comprende, ademas, una alerta visual (318) accionada por la presencia de humo en la camara (102) de ionizacion.
- 14. El aparato segun una de las reivindicaciones precedentes 8-13, en el que la camara de ionizacion comprende:una primera camara (102a) de ionizacion abierta a la entrada de humo; yuna segunda camara (102b) de ionizacion acoplada al CSM (208) cerrada a la entrada de humo;en el que una diferencia predeterminada en las capacitancias de las camaras primera y segunda (102a, b)de ionizacion indica la presencia de humo en la primera camara (102a) de ionizacion.
- 15. El aparato de deteccion de humo segun la reivindicacion 14 en combinacion con al menos la reivindicacion 10, en el que el procesador digital (314) esta configurado para determinar si la diferencia predeterminada se produce dentro de cierto periodo de tiempo.
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