KR20190022866A

KR20190022866A - 저전력 광이온화 검출기(pid)

Info

Publication number: KR20190022866A
Application number: KR1020197003211A
Authority: KR
Inventors: 피터 히시; 웨이 예; 단 장; 유후이 수; 쿠이 루
Original assignee: 허니웰 인터내셔날 인코포레이티드
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2019-03-06
Also published as: CN115201317A; CN109564191B; WO2018031002A1; US20190170691A1; CN109564191A; KR102160086B1; US11193909B2

Abstract

광이온화 검출기가 개시된다. 광이온화 검출기는 신호를 출력하는 검출기 전극, 자외선 램프, 자외선 램프에 통신가능하게 결합되고 제어 입력에 응답하여 자외선 램프를 턴 온 및 턴 오프시키도록 구성된 램프 드라이버, 및 검출기 전극의 출력 신호 및 램프 드라이버의 제어 입력에 통신가능하게 결합되고, 검출기 전극의 출력 신호에 기초하여 가스 검출의 표시를 출력하고, 10% 미만의 온 듀티 사이클로 램프 드라이버를 턴 온 및 턴 오프시키는 컨트롤러를 포함한다.

Description

저전력 광이온화 검출기(PID)

관련 출원의 상호 참조: 없음.

연방 지원 연구 또는 개발에 관한 진술: 해당 없음.

마이크로피시 부록의 참조: 해당 없음.

배경기술

광이온화 검출기(photoionization detector, PID)는 검출기 전극의 부근에서 가스를 이온화하는 광자를 방출하기 위해 램프를 이용한다. 인가된 전압 바이어스에 의해 전극의 플레이트들 사이에 전기장이 확립된다. 전기장은 이온화된 입자가 하나 또는 다른 플레이트로 이동하도록 유도하여서, 전극들 사이에 전류를 확립한다. 전류는 가스의 존재의 표시를 추출하도록 처리될 수 있다. 예를 들어, PID는 인간에게 위협을 야기할 수 있는 휘발성 유기 화합물(VOC)의 존재 및/또는 농도를 검출하는 데 사용될 수 있다.

실시예에서, 광이온화 검출기가 개시된다. 광이온화 검출기는 신호를 출력하는 검출기 전극, 자외선 램프, 자외선 램프에 통신가능하게 결합되고 제어 입력에 응답하여 자외선 램프를 턴 온 및 턴 오프시키도록 구성된 램프 드라이버, 및 검출기 전극의 출력 신호 및 램프 드라이버의 제어 입력에 통신가능하게 결합되고, 검출기 전극의 출력 신호에 기초하여 가스 검출의 표시를 출력하고, 10% 미만의 온 듀티 사이클(on duty cycle)로 램프 드라이버를 턴 온 및 턴 오프시키는 컨트롤러를 포함한다.

다른 실시예에서, 광이온화 검출기로 가스의 존재를 검출하는 방법이 개시된다. 방법은 컨트롤러에 의해 자외선 램프를 주기적으로 턴 온 및 턴 오프시키는 단계 - 온 듀티 사이클은 10% 미만임 -, 자외선 램프가 턴 오프된 동안, 검출기 전극의 출력을 샘플링하는 단계, 컨트롤러에 의해 검출기 전극의 출력의 샘플링을 분석하는 단계, 및 검출기 전극의 출력의 샘플링의 분석에 기초하여 컨트롤러에 의해 가스 검출 표시를 출력하는 단계를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 광이온화 검출기가 개시된다. 광이온화 검출기는 신호를 출력하는 검출기 전극, 자외선 램프, 자외선 램프에 통신가능하게 결합되고 제어 입력에 응답하여 자외선 램프를 턴 온 및 턴 오프시키도록 구성된 램프 드라이버, 검출기 전극에 의해 출력된 신호를 수신하고 필터링된 검출기 전극 신호를 출력하는 필터 - 필터는 50 밀리초(mS) 미만의 시간 상수를 가짐 -, 및 필터에 의해 출력된 필터링된 검출기 신호 및 램프 드라이버의 제어 입력에 통신가능하게 결합되고, 필터에 의해 출력된 필터링된 검출기 전극 신호에 기초하여 가스 검출의 표시를 출력하고, 램프 드라이버를 턴 온 및 턴 오프시키는 컨트롤러를 포함한다.

이들 및 다른 특징들이 첨부 도면 및 청구항들과 관련하여 취해진 하기의 상세한 설명으로부터 보다 명확히 이해될 것이다.

본 개시의 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부 도면들 및 상세한 설명과 관련하여 취해진 다음의 간단한 설명을 참조하며, 여기서 동일한 도면 부호는 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 광이온화 검출기의 일부분의 예시이다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 파형들의 예시이다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.

처음에 하나 이상의 실시예의 예시적인 구현예들이 아래에 예시되지만, 개시된 시스템들 및 방법들은, 현재 공지되어 있든지 또는 아직 존재하지 않든지 간에, 임의의 수의 기법들을 이용하여 구현될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 본 개시는 아래에 예시된 예시적인 구현예들, 도면들, 및 기법들로 결코 제한되어서는 안되며, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 그들의 등가물의 전체 범위에 따라 수정될 수 있다.

본 개시는 저전력 광이온화 검출기(PID)를 교시한다. 본 명세서에서 교시된 PID는 배터리에 요구되는 더 적은 전력 수요로 인한 연장된 배터리 수명, PID 램프의 연장된 수명, PID 램프 및/또는 PID 램프 윈도우 상에의 중합체의 퇴적으로 인한 PID 램프의 감소된 열화, 및 상당히 더 빠른 필터의 사용으로 인한 더 빠른 응답 시간을 포함한 다수의 이점을 실현한다. 램프 드라이버가 컨트롤러에 의해 턴 온 및 턴 오프되어, PID 램프를 턴 온 및 턴 오프시킨다. PID 램프는 비교적 짧은 듀티 시간, 예를 들어 시간의 10% 미만 동안 턴 온된다. 이는 배터리에 대한 전력 부하를 감소시킨다. 게다가, 이는 PID 램프의 수명을 연장시키고, PID 램프 및/또는 PID 램프 윈도우 상에의 중합체 퇴적의 속도를 감소시킨다. PID 센서 및/또는 PID 전극의 출력을 수신하는 신호 컨디셔닝 회로가 컨트롤러에 의해 턴 오프 및 턴 온되어, 신호 샘플링, 컨디셔닝, 및 가스의 존재 또는 부존재의 표시를 결정하기 위한 컨트롤러로의 신호의 출력을 인에이블한다. 컨트롤러는 PID 램프 드라이버(및 이에 따라 PID 램프)가 턴 오프된 후에만 신호 컨디셔닝 회로를 턴 온시킨다. PID 램프 드라이버 및/또는 PID 램프는, 턴 온될 때, PID에 전기 노이즈를 생성하기 때문에, PID 램프 드라이버 및 PID 램프가 턴 오프될 때의 샘플링 및 신호 컨디셔닝은 신호 컨디셔닝 회로에 유입되는 노이즈를 감소시킨다. 전기 노이즈가 더 적게 존재하기 때문에, 신호 컨디셔닝 회로의 필터링 시간 상수가 상당히 감소될 수 있어서, PID의 응답 시간을 증가시킬 수 있다.

이제 도 1을 참조하면, 시스템(100)이 설명된다. 실시예에서, 시스템(100)은 컨트롤러(102), 램프 드라이버(104), 자외선(UV) 램프(106), 전극(108), 필터(112), 및 아날로그-디지털 변환기(116)를 포함한다. 컨트롤러(102)는 마이크로컨트롤러, ASIC(application specific integrated circuit), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 또는 어떤 다른 로직 프로세서일 수 있다. 램프 드라이버(104)는 UV 광을 방출하기 위해 UV 램프(106)에 전력을 제공하고/하거나 그것을 자극하도록 구성된다. 실시예에서, UV 램프(106)는 전극(108)의 부근에서 방사하기 전에 UV 램프(106)에 의해 방출되는 UV 광이 통과하는 윈도우(도시되지 않음)와 연관될 수 있다. 전극(108)은 안정된 직류(DC) 바이어스 전압이 제공되는 적어도 2개의 평행한 전극의 플레이트를 포함할 수 있다.

UV 램프(106)가 턴 온될 때, UV 램프(106)에 의해 방출되는 UV 광은, 존재한다면, 전극(108)의 부근에서 가스를 이온화시키고, 전극(108)의 플레이트들 사이의 전기장은 이온화된 가스 분자의 존재에 비례하는 전류 흐름을 유도한다. UV 램프(106)가 턴 오프될 때, 이온화의 프로세스는 멈추지만, 이미 이온화된 가스 분자는 즉시 탈이온화되지 않으며, 이에 따라, 가스가 존재한다면(예를 들어, 휘발성 유기 화합물[VOC]이 존재한다면), UV 램프(106)가 턴 오프된 후 얼마간의 시간 동안 전극(108)의 플레이트들 사이에 전류 흐름이 계속될 수 있다는 점에 유의한다. UV 램프(106)가 턴 온될 때, UV 램프(106) 및/또는 램프 드라이버(104)에 의해 PID에 전기 노이즈가 유도된다. UV 램프(106) 및 램프 드라이버(104)가 컨트롤러(102)에 의해 턴 오프될 때, 이러한 전기 노이즈의 소스는 제거된다.

컨트롤러(102)는 제1 제어 신호(103)를 통해 램프 드라이버(104)를 턴 온 및 턴 오프시킨다. 실시예에서, 컨트롤러(102)는 램프 드라이버(104)를 주기적으로 그리고 10% 미만의 온 듀티 사이클로 턴 온 및 턴 오프시킨다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 듀티 사이클은 무언가가 턴 온되는 것 대비 턴 오프되는 것의 시간량의 표현이며, 종종 백분율로 표현된다. 예로서, 주기가 1초(S)이면, 10% 온 듀티 사이클은 매 1S 주기에서 램프 드라이버(104)를 약 100 밀리초(mS) 동안 턴 온시키고 약 900 mS 동안 턴 오프시킬 것이다. 다른 예에서, 주기가 1초이면, 1% 온 듀티 사이클은 매 1S 주기에서 램프 드라이버(104)를 약 10 mS 동안 턴 온시키고 약 990 mS 동안 턴 오프시킬 것이다. 다른 예로서, 주기가 100 mS이면, 10% 온 듀티 사이클은 매 100 mS 주기에서 램프 드라이버(104)를 약 10 mS 동안 턴 온시키고 약 90 mS 동안 턴 오프시킬 것이다. 다른 예에서, 주기가 100 mS이면, 1% 온 듀티 사이클은 매 100 mS 주기에서 램프 드라이버(104)를 약 1 mS 동안 턴 온시키고 약 99 mS 동안 턴 오프시킬 것이다.

필터(112) 및 아날로그-디지털 변환기(116)는 신호 컨디셔닝 회로로 간주될 수 있다. 실시예에서, 신호 컨디셔닝의 기능들 중 일부 또는 전부는 컨트롤러(102)에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(102)는 아날로그-디지털 변환기(116)로부터의 입력들의 디지털 필터링을 수행할 수 있다. 필터(112) 및 아날로그-디지털 변환기(116)는 컨트롤러(102)에 의해 턴 온 및 턴 오프될 수 있다. 필터(112) 및/또는 아날로그-디지털 변환기(116)는, 예를 들어 제2 제어 신호(111)에 의해, 컨트롤러(102)에 의해 1% 미만의 온 듀티 사이클로 턴 온 및 턴 오프될 수 있다. 실시예에서, 컨트롤러(102)는 램프 드라이버(104) 및 UV 램프(106)가 턴 오프된 후에 필터(112) 및/또는 아날로그-디지털 변환기(116)를 턴 온시킨다. 실시예에서, 필터(112)는 연속적으로 턴 온 상태로 유지되고 아날로그-디지털 변환기(116)는 램프 드라이버(104) 및 UV 램프(106)가 턴 오프된 후에 턴 온된다.

실시예에서, 아날로그-디지털 변환기(116)는 램프 드라이버(104) 및 UV 램프(106)가 턴 오프되고 나서 미리 정의된 시간 지연 후에 컨트롤러(102)에 의해 턴 온된다. 실시예에서, 미리 정의된 시간 지연은 필터(112)의 시간 상수에 관련되는데, 예를 들어 미리 정의된 시간 지연은 필터(112)의 1 시간 상수, 필터(112)의 2 시간 상수, 또는 어떤 다른 지속시간이다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 필터의 시간 상수는 필터가 입력 값에 응답하여 그의 최종 출력 값의 임계 부분에 도달하는 시간이다. 실시예에서, 필터(112)의 시간 상수는 50 mS 미만일 수 있다. 실시예에서, 필터(112)의 시간 상수는 5 mS 미만일 수 있다. 실시예에서, 필터(112)의 시간 상수는 1 mS 미만일 수 있다. 램프 드라이버(104) 및 UV 램프(106)가 턴 오프된 후에 아날로그-디지털 변환기(116)를 턴 온시킴으로써, 램프 드라이버(104) 및 UV 램프(106)에 의해 생성되는 노이즈는 실질적으로 신호 컨디셔닝 회로 밖에 유지될 수 있고 필터(112)의 시간 상수는 감소될 수 있으며, 그에 의해 신호 컨디셔닝 회로에서 보다 신속한 응답을 생성할 수 있다. 전극(108)은 필터(112)에 입력되는 검출기 전극 신호(110)를 출력한다. 필터(112)는 아날로그-디지털 변환기(116)에 입력되는 필터링된 검출기 전극 신호(114)를 출력한다. 아날로그-디지털 변환기(116)는 컨트롤러(102)에 디지털 신호(118)를 출력한다.

종래 기술의 PID는 UV 램프를 연속적으로 온 상태로 둘 수 있다. UV 램프(106)를 감소된 분수의 시간 동안 - 예를 들어 1/10 시간량 동안 - 턴 온시킴으로써, 시스템(100)에 전력을 제공하는 배터리(132)에 대한 전력 부하가 감소될 수 있고 배터리 수명 사이클(또는 재충전 사이클)이 연장될 수 있다. 게다가, UV 램프(106)를 감소된 분수의 시간 동안 턴 온시킴으로써, UV 램프(106)가 에너지를 소진하기 전에 그의 수명이 연장될 수 있다. 또한, VOC의 존재하에 UV 램프(106)가 턴 온되는 동안, 일부 중합체가 이온화 동안 형성될 수 있고, 이들 중합체는 UV 램프(106) 상에 및/또는 UV 램프의 윈도우 상에 퇴적 및 축적될 수 있다. UV 램프(106) 및/또는 UV 램프의 윈도우 상에의 중합체의 퇴적은 UV 램프(106)의 성능을 열화시킬 수 있다.

가스의 존재가 컨트롤러(102)에 의해 검출될 때, 그것은 가스 검출 경보 또는 신호(120)를 출력할 수 있다. 이러한 신호(120)는 시스템(100)의 출력 디바이스(122)에 의해, 예를 들어 시스템(100)과 연관된 인간에게 표시가 제시되게 할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 작업자를 VOC 위험에 노출시킬 수 있는 환경에서 작업자에 의해 휴대되는 개인 휴대용 광이온화 검출기일 수 있다. 출력 디바이스(122)는 청각 경보 디바이스(124) 및/또는 시각 경보 디바이스(126)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 시스템(100)은 신호(120)를 수신하고 제어 신호를 출력 디바이스(122)에 제공하는 마이크로프로세서(128)를 추가로 포함한다. 마이크로프로세서(128)는 또한 기록들, 예를 들어 시간에 의해 인덱싱된 가스 검출의 레벨들을 기록하는 주기적인 로그 항목들을 메모리(130)에 기입할 수 있다. 그러한 로그 항목들은, 예를 들어, 작업 환경의 안전을 감사하는 데 유용하고/하거나 필요할 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 시스템(100)의 추가 세부 사항이 설명된다. 실시예에서, 필터(112)는 검출기 전극 신호(110)의 진폭을 증폭시키는 증폭기(160)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 필터(112)는 제1 저항(162), 제2 저항(164) 및 커패시터(166)를 추가로 포함한다. 필터(112)가 도 2에 예시된 것과는 다른 방법으로 구현될 수 있다는 것이 이해된다.

이제 도 3을 참조하면, 파형도(180)가 설명된다. 제1 파형(182)은 램프 드라이버(104)를 인에이블하거나 턴 온시키고 이에 따라 UV 램프(106)를 턴 온시키기 위해 컨트롤러(102)에 의해 출력된 제1 제어 신호(103)를 표현한다. 제1 파형(182)은 라벨(186)에서 하이이고 램프 드라이버(104)를 인에이블하거나 턴 온시킨다. 제2 파형(184)은 필터(112) 및/또는 아날로그-디지털 변환기(116)를 인에이블하거나 턴 온시키기 위해 컨트롤러(102)에 의해 출력된 제2 제어 신호(111)를 표현한다. 제2 파형(184)은 라벨(192)에서 하이이고 필터(112)를 인에이블하거나 턴 온시킨다. 실시예에서, 필터(112)는 턴 온 상태로 유지되고 제2 제어 신호(111)는 아날로그-디지털 변환기(116)만을 턴 온 및 턴 오프시킨다. 파형도(180)는 파형들(182, 184)의 주기의 전체 지속시간을 표현하지는 않는다는 것이 이해된다. 예를 들어, 제1 제어 신호(103)가 1% 온 듀티 사이클을 갖는다면, 도 3에 도시된 완전한 파형 주기의 부분은 주기의 약 1/33만을 포함할 수 있다. 파형도(180)는 제1 제어 신호(103)의 온 간격의 지속시간과 제2 제어 신호(111)의 온 간격의 지속시간 간의 관계를 예시한다. 파형도(180)는 제1 제어 신호(103)의 온 간격 및 제2 제어 신호(111)의 온 간격의 타이밍 시퀀스를 추가로 예시한다.

제1 제어 신호(103)의 온 간격 - 및 이에 따라 UV 램프(106)의 온 간격 - 은 제2 제어 신호(111)의 온 간격 - 및 이에 따라 적어도 아날로그-디지털 변환기(116)의 온 간격 - 보다 상당히 더 길다. 실시예에서, 제1 제어 신호(103)의 온 간격은 제2 제어 신호(111)의 온 간격보다 적어도 5배 더 길 수 있다. 실시예에서, 제1 제어 신호(103)의 온 간격은 제2 제어 신호(111)의 온 간격보다 적어도 50배 더 길 수 있다. 실시예에서, 제1 제어 신호(103)의 온 간격은 제2 제어 신호(111)의 온 간격보다 적어도 500배 더 길 수 있다. 실시예에서, 제1 제어 신호(103)는 약 10 mS(밀리초) 동안 온일 수 있는 반면 제2 제어 신호(111)는 약 10 μS(마이크로초) 동안 온일 수 있다.

제2 제어 신호(111)는 제1 제어 신호(103)가 턴 오프된 후에 턴 온된다. 실시예에서, 제1 제어 신호(103)가 턴 오프되는 것과 제2 제어 신호(111)가 턴 온되는 것 사이에 시간 간격이 있다. 예를 들어, 제1 제어 신호(103)는 시간(188)에서 턴 오프될 수 있고 제2 제어 신호(111)는 시간(190)에서 턴 온될 수 있다. 시간(188)과 시간(190) 간의 차이는 필터(112)의 상수에 관련된 미리 정의된 시간 간격, 예를 들어 필터(112)의 약 1 시간 상수, 필터(112)의 약 2 시간 상수, 필터(112)의 약 3 시간 상수, 또는 어떤 다른 수일 수 있다.

제1 제어 신호(103)를 턴 오프시킨 후에 어떤 미리 정의된 기간만큼 제2 제어 신호(111)를 턴 온시키는 것을 지연시키는 것은, 턴 온되어 있는 UV 램프(106)와 연관된 노이즈의 일부를 검출기 전극 신호(110)의 출력의 샘플링 및/또는 캡처로부터 배제하는 결과를 가져올 수 있고, 필터(112)가 그렇지 않은 경우보다 더 빠르게 검출기 전극 신호(110)의 출력의 정상 상태 또는 안정된 값에 도달하는 결과를 가져올 수 있다. 시간 경과에 따라 이온화된 가스가 탈이온화되기 때문에, (시간(188)과 시간(190) 사이의) 미리 정의된 기간을 과도하게 연장하는 것은 바람직하지 않다는 점에 유의한다. 따라서, 미리 정의된 기간은 제1 제어 신호(103)의 턴 오프 및 이에 따라 UV 램프(106)의 턴 오프 및 그것이 생성하는 전기 노이즈의 제거 후에 필터(112)가 안정될 수 있게 하기에 충분히 길고 이와 동시에 UV 램프(106)가 턴 온된 동안 이온화된 가스의 과도한 탈이온화를 회피하기에 충분히 짧아야 한다. 본 개시와 조합하여, 당업자는 시간(188)과 시간(190) 사이의 오프셋에 대한 적합한 시간 간격을 쉽게 결정할 것이다. 예로서, 필터(112)의 시간 상수의 약 3배의 시간 간격이 일부 실시예들에서 적합할 수 있다. 다른 예로서, 필터(112)의 시간 상수의 약 1.5배의 시간 간격이 다른 실시예들에서 적합할 수 있다. 실시예에서, 약 20 μS 초과 내지 약 150 μS 미만의 시간 간격이 적합할 수 있다. 실시예에서, 약 20 μS 초과 내지 약 50 μS 미만의 시간 간격이 적합할 수 있다. 실시예에서, 약 50 μS 초과 내지 약 150 μS 미만의 시간 간격이 적합할 수 있다. 실시예에서, 약 50 μS 초과 내지 약 100 μS 미만의 시간 간격이 적합할 수 있다. 실시예에서, 약 35 μS 초과 내지 약 70 μS 미만의 시간 간격이 적합할 수 있다.

이제 도 4를 참조하면, 방법(200)이 설명된다. 방법(200)은 시스템(100)을 사용하는 방법을 설명할 수 있다. 실시예에서, 인간은 위험한 가스의 존재를 경고하기 위해, 예를 들어 VOC의 존재를 경고하기 위해 작업 환경 안으로 그 또는 그녀가 시스템(100)을 휴대할 수 있다. 제한 없이, VOC는 다양한 용매, 연료, 탈지제, 플라스틱, 열 전달 유체, 윤활유, 및 다른 것들을 포함할 수 있다. VOC는 흡입되고/되거나 미리 정의된 노출 임계치를 초과하는 농도로 흡입되면 인간에게 유해할 수 있다. VOC는 예를 들어 미리 정의된 임계치를 초과하는 농도로 존재할 때 폭발 또는 화재의 위험을 나타낼 수 있다. 시스템(100)은 산업 위생 및 안전, 환경 오염 및 복원, 위험한 물질 취급, 암모니아 검출, 및 정제 환경을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 복수의 시스템(100)이 조합되어 사용될 수 있으며, 각각은 그것의 UV 램프(106)의 주 파장에 기초하여 상이한 종류의 가스 또는 VOC에 맞추어 조정된다.

블록 202에서, 자외선 램프가 컨트롤러에 의해 주기적으로 턴 온 및 턴 오프되며, 여기서 온 듀티 사이클은 10% 미만이다. 예를 들어, UV 램프(106)는 컨트롤러(102)에 의해 주기적으로 턴 온 및 턴 오프된다. 바꾸어 말하면, UV 램프(106)는 램프 드라이버(104)에 의해 주기적으로 턴 온 및 턴 오프되고, 램프 드라이버(104)는 컨트롤러(102)에 의해 주기적으로 턴 온 및 턴 오프된다. 블록 204에서, 자외선 램프가 턴 오프된 동안, 검출기 전극의 출력이 샘플링된다. 도 3과 관련하여 위에서 더 설명된 바와 같이, 검출기의 출력(예를 들어, 검출기 전극 신호(110))은 UV 램프(106)가 턴 오프된 후 미리 정의된 기간 후에 샘플링될 수 있다. 검출기의 출력의 샘플링은 비교적 짧은 기간에 걸쳐, 예를 들어 약 10 μS 또는 약 100 μS 동안 수행될 수 있다. 샘플링은 1% 미만의 온 듀티 사이클로 수행될 수 있다. 실시예에서, 샘플링은 0.01% 미만의 온 듀티 사이클로 수행될 수 있다.

블록 206에서, 컨트롤러는 검출기 전극의 출력의 샘플링을 분석한다. 예를 들어, 컨트롤러(102)는 신호 컨디셔닝 회로(즉, 필터(112) 및 아날로그-디지털 변환기(116))를 통해 적어도 간접적으로 검출기 전극 신호(110)를 분석한다. 블록 208에서, 컨트롤러는 검출기 전극의 출력의 샘플링의 분석에 기초하여 가스 검출 표시를 출력한다. 방법(200)이 계속적으로 블록 204, 블록 206, 블록 208의 처리를 반복하는 것을 포함한다는 것이 이해된다.

블록 210에서, 선택적으로(예를 들어, 미리 정의된 임계치를 초과하는 가스의 농도가 검출되는 적절한 상황하에서), 컨트롤러에 의해 출력된 가스 검출 표시에 기초하여 검출된 가스의 존재의 경보를 제시한다. 경보는 출력 디바이스(122)에 의해, 예를 들어 청각 경보 디바이스(124) 및/또는 시각 경보 디바이스(126)에 의해 제공될 수 있다. 실시예에서, 방법(200)은 주기적으로 검출된 가스의 레벨들을 메모리(130)에 기록하는 것, 예를 들어 로그들을 메모리(130)에 저장하는 것을 추가로 포함할 수 있다.

실시예에서, 시스템(100)은 컨트롤러(102), 램프 드라이버(104), UV 램프(106), 검출기 전극(108), 필터(112), 아날로그-디지털 변환기(116), 출력 디바이스(122), 마이크로프로세서(128), 및/또는 메모리(130)를 회로 보드 및/또는 패키지에 기계적으로 고정시킴으로써 제조될 수 있다. 적합한 전기 라인들 및 연결들이 컴포넌트들 사이에 제공될 수 있다. UV 램프(106)는 검출기 전극(108)에 근접하도록 그리고 검출기 전극(108)을 향해 UV 광을 방사하도록 회로 보드 상에 그리고/또는 패키지 내에 배치될 수 있다. 시스템(100)이 사용 중일 때 환경 가스들을 검출기 전극(108) 및 UV 램프(106)를 향해 지향시키기 위해 팬 및 공기 채널이 패키지 내에 배치될 수 있다. 배터리(132)는 제조와는 상이한 시간에, 예를 들어 인간에 의한 최초 사용시에 시스템(100) 내에 조립될 수 있다.

실시예에서, 광이온화 검출기가 개시된다. 광이온화 검출기는 신호를 출력하는 검출기 전극, 자외선 램프, 자외선 램프에 통신가능하게 결합되고 제어 입력에 응답하여 자외선 램프를 턴 온 및 턴 오프시키도록 구성된 램프 드라이버, 및 검출기 전극의 출력 신호 및 램프 드라이버의 제어 입력에 통신가능하게 결합되고, 검출기 전극의 출력 신호에 기초하여 가스 검출의 표시를 출력하고, 10% 미만의 온 듀티 사이클로 램프 드라이버를 턴 온 및 턴 오프시키는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 실시예에서, 컨트롤러는 2% 미만의 온 듀티 사이클로 램프 드라이버를 턴 온 및 턴 오프시킨다. 실시예에서, 광이온화 검출기는 5 밀리초(mS) 미만의 시간 상수를 갖는 필터를 추가로 포함하며, 여기서 필터는 검출기 전극에 의해 출력된 신호를 수신하고 필터링된 검출기 전극 신호를 출력하며, 컨트롤러는 필터를 통해 검출기 전극의 출력 신호에 통신가능하게 결합되고, 필터에 의해 출력된 필터링된 검출기 전극 신호에 기초하여 가스 검출의 표시를 출력한다. 실시예에서, 광이온화 검출기는 디지털 필터링된 검출기 전극 신호를 출력하는 아날로그-디지털 변환기를 추가로 포함하며, 여기서 컨트롤러는 아날로그-디지털 변환기를 통해 필터링된 검출기 전극 신호에 통신가능하게 결합되고, 아날로그-디지털 변환기에 의해 출력된 디지털 필터링된 검출기 전극 신호에 기초하여 가스 검출의 표시를 출력하며, 컨트롤러는 1% 미만의 온 듀티 사이클을 달성하도록 아날로그-디지털 변환기를 턴 온 및 턴 오프시키고, 컨트롤러는 램프 드라이버가 턴 오프될 때 아날로그-디지털 변환기를 턴 온시키고 램프 드라이버가 다음에 턴 온되기 전에 아날로그-디지털 변환기를 턴 오프시킨다. 실시예에서, 컨트롤러는 15 마이크로초(μS) 미만 동안 아날로그-디지털 변환기를 턴 온시킨다. 실시예에서, 필터는 전자 증폭기를 포함한다.

실시예에서, 광이온화 검출기(PID)로 가스의 존재를 검출하는 방법은 컨트롤러에 의해 자외선 램프를 주기적으로 턴 온 및 턴 오프시키는 단계 - 온 듀티 사이클은 10% 미만임 -; 자외선 램프가 턴 오프된 동안, 검출기 전극의 출력을 샘플링하는 단계; 컨트롤러에 의해 검출기 전극의 출력의 샘플링을 분석하는 단계; 및 검출기 전극의 출력의 샘플링의 분석에 기초하여 컨트롤러에 의해 가스 검출 표시를 출력하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 방법은 50 밀리초(mS) 미만의 시간 상수를 갖는 필터에 의해 검출기 전극의 출력을 필터링하는 단계를 추가로 포함하며, 여기서 검출기 전극의 필터링된 출력은 샘플링되고 분석을 위해 컨트롤러에 제공된다. 실시예에서, 샘플링은 1% 미만인 듀티 사이클로 컨트롤러에 의해 인에이블된다. 실시예에서, 샘플링은 아날로그-디지털 변환을 포함한다. 실시예에서, 자외선 램프의 온 듀티 사이클은 2% 미만이다.

실시예에서, 광이온화 검출기는 신호를 출력하는 검출기 전극, 자외선 램프, 자외선 램프에 통신가능하게 결합되고 제어 입력에 응답하여 자외선 램프를 턴 온 및 턴 오프시키도록 구성된 램프 드라이버, 검출기 전극에 의해 출력된 신호를 수신하고 필터링된 검출기 전극 신호를 출력하는 필터 - 필터는 50 밀리초(mS) 미만의 시간 상수를 가짐 -, 및 필터에 의해 출력된 필터링된 검출기 신호 및 램프 드라이버의 제어 입력에 통신가능하게 결합되고, 필터에 의해 출력된 필터링된 검출기 전극 신호에 기초하여 가스 검출의 표시를 출력하고, 램프 드라이버를 턴 온 및 턴 오프시키는 컨트롤러를 포함한다. 실시예에서, 필터는 5 mS 미만의 시간 상수를 갖는다. 실시예에서, 컨트롤러는 10% 미만의 온 듀티 사이클을 달성하도록 램프 드라이버를 턴 온 및 턴 오프시킨다. 실시예에서, 광이온화 검출기는 필터 및 컨트롤러에 결합되고, 필터로부터의 필터링된 검출기 전극 신호를 디지털 필터링된 검출기 전극 신호로 변환하고, 디지털 필터링된 검출기 전극 신호를 컨트롤러에 출력하는 아날로그-디지털 변환기를 추가로 포함하며, 여기서 컨트롤러는 아날로그-디지털 변환기에 의해 출력된 디지털 필터링된 검출기 전극 신호에 기초하여 가스 검출의 표시를 출력하고, 컨트롤러는 1% 미만의 온 듀티 사이클을 달성하도록 아날로그-디지털 변환기를 턴 온 및 턴 오프시키고, 컨트롤러는 램프 드라이버가 턴 오프될 때 아날로그-디지털 변환기를 턴 온시키고 램프 드라이버가 다음에 턴 온되기 전에 아날로그-디지털 변환기를 턴 오프시킨다.

본 개시에서는 여러 실시예들이 제공되었지만, 개시된 시스템들 및 방법들은 본 개시의 사상 또는 범위로부터 벗어남이 없이 많은 다른 특정 형태로 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 예들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 의도가 본 명세서에 주어진 세부 사항으로 제한되어서는 안된다. 예를 들어, 다양한 요소들 또는 컴포넌트들이 다른 시스템에서 조합되거나 통합될 수 있거나, 소정 특징들이 생략되거나 구현되지 않을 수 있다.

또한, 다양한 실시예들에서 별개인 것으로 또는 개별적인 것으로 설명되고 예시된 기법들, 시스템들, 서브시스템들, 및 방법들은 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이 다른 시스템들, 모듈들, 기법들, 또는 방법들과 조합되거나 통합될 수 있다. 서로 직접적으로 결합되거나 통신하는 것으로 도시되거나 논의된 다른 항목들이, 전기적으로든지, 기계적으로든지, 또는 다른 방법으로든지, 어떤 인터페이스, 디바이스, 또는 중간 컴포넌트를 통해 간접적으로 결합되거나 통신할 수 있다. 변경, 치환, 및 수정의 다른 예들이 당업자에 의해 확인가능하며 본 명세서에 개시된 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다.

Claims

광이온화 검출기(photoionization detector)(100)로서,
신호를 출력하는 검출기 전극(108);
자외선 램프(106);
상기 자외선 램프(106)에 통신가능하게 결합되고, 제어 입력에 응답하여 상기 자외선 램프(106)를 턴 온 및 턴 오프시키도록 구성된 램프 드라이버(104); 및
상기 검출기 전극(108)의 상기 출력 신호 및 상기 램프 드라이버(104)의 상기 제어 입력에 통신가능하게 결합되고, 상기 검출기 전극(108)의 상기 출력 신호에 기초하여 가스 검출의 표시를 출력하고, 10% 미만의 온 듀티 사이클(on duty cycle)로 상기 램프 드라이버(104)를 턴 온 및 턴 오프시키는 컨트롤러(102)
를 포함하는, 광이온화 검출기(100).
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러(102)는 2% 미만의 온 듀티 사이클로 상기 램프 드라이버(104)를 턴 온 및 턴 오프시키는, 광이온화 검출기(100).
제1항에 있어서, 5 밀리초(mS) 미만의 시간 상수를 갖는 필터(112)를 추가로 포함하며, 상기 필터(112)는 상기 검출기 전극(108)에 의해 출력된 상기 신호를 수신하고 필터링된 검출기 전극 신호를 출력하며, 상기 컨트롤러(102)는 상기 필터(112)를 통해 상기 검출기 전극(108)의 상기 출력 신호에 통신가능하게 결합되고, 상기 필터(112)에 의해 출력된 상기 필터링된 검출기 전극 신호에 기초하여 상기 가스 검출의 표시를 출력하는, 광이온화 검출기(100).
제3항에 있어서, 디지털 필터링된 검출기 전극 신호를 출력하는 아날로그-디지털 변환기(116)를 추가로 포함하며, 상기 컨트롤러(102)는 상기 아날로그-디지털 변환기(116)를 통해 상기 필터링된 검출기 전극 신호에 통신가능하게 결합되고, 상기 아날로그-디지털 변환기(116)에 의해 출력된 상기 디지털 필터링된 검출기 전극 신호에 기초하여 상기 가스 검출의 표시를 출력하며, 상기 컨트롤러(102)는 1% 미만의 온 듀티 사이클을 달성하도록 상기 아날로그-디지털 변환기(116)를 턴 온 및 턴 오프시키고, 상기 컨트롤러(102)는 상기 램프 드라이버(104)가 턴 오프될 때 상기 아날로그-디지털 변환기(116)를 턴 온시키고, 상기 램프 드라이버(104)가 다음에 턴 온되기 전에 상기 아날로그-디지털 변환기(116)를 턴 오프시키는, 광이온화 검출기(100).
제4항에 있어서, 상기 컨트롤러(102)는 15 마이크로초(μS) 미만 동안 상기 아날로그-디지털 변환기(116)를 턴 온시키는, 광이온화 검출기(100).
제5항에 있어서, 상기 컨트롤러(102)는 상기 램프 드라이버(104)가 턴 오프되고 나서 미리 정의된 기간 후에 상기 아날로그-디지털 변환기(116)를 턴 온시키고, 상기 미리 정의된 기간은 상기 필터(112)의 상기 시간 상수와 적어도 동일한, 광이온화 검출기(100).
제1항에 있어서, 상기 램프 드라이버(104) 및 상기 컨트롤러(102)에 전력을 제공하는 배터리(132)를 추가로 포함하는, 광이온화 검출기(100).
제1항에 있어서, 상기 광이온화 검출기(100)는 휘발성 유기 화합물(VOC)의 존재를 검출하도록 동작가능한, 광이온화 검출기(100).
광이온화 검출기(PID)(100)로 가스의 존재를 검출하는 방법으로서,
컨트롤러(102)에 의해 자외선 램프(106)를 주기적으로 턴 온 및 턴 오프시키는 단계 - 온 듀티 사이클은 10% 미만임 -;
상기 자외선 램프(106)가 턴 오프된 동안, 검출기 전극(108)의 출력을 샘플링하는 단계;
상기 컨트롤러(102)에 의해 상기 검출기 전극(108)의 상기 출력의 상기 샘플링을 분석하는 단계; 및
상기 컨트롤러(102)에 의해 상기 검출기 전극(108)의 상기 출력의 상기 샘플링의 상기 분석에 기초하여 가스 검출 표시를 출력하는 단계
를 포함하는, 방법.
제9항에 있어서, 50 밀리초(mS) 미만의 시간 상수를 갖는 필터(112)에 의해 상기 검출기 전극(108)의 상기 출력을 필터링하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 검출기 전극(108)의 상기 필터링된 출력은 샘플링되고 분석을 위해 상기 컨트롤러(102)에 제공되며, 상기 샘플링은 15 마이크로초(μS) 미만 동안 상기 컨트롤러(102)에 의해 인에이블되는, 방법.
제9항에 있어서, 상기 컨트롤러(102)에 의해 출력된 상기 가스 검출 표시에 기초하여 개인 휴대용 광이온화 검출기에 의해 검출된 가스의 존재의 경보를 제시하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 개인 휴대용 광이온화 검출기는 상기 자외선 램프(106), 상기 검출기 전극(108), 및 상기 컨트롤러(102)를 포함하는, 방법.
광이온화 검출기(100)로서,
신호를 출력하는 검출기 전극(108);
자외선 램프(106);
상기 자외선 램프(106)에 통신가능하게 결합되고, 제어 입력에 응답하여 상기 자외선 램프(106)를 턴 온 및 턴 오프시키도록 구성된 램프 드라이버(104);
상기 검출기 전극(108)에 의해 출력된 상기 신호를 수신하고, 필터링된 검출기 전극 신호를 출력하는 필터(112) - 상기 필터(112)는 50 밀리초(mS) 미만의 시간 상수를 가짐 -; 및
상기 필터(112)에 의해 출력된 상기 필터링된 검출기 신호 및 상기 램프 드라이버(104)의 상기 제어 입력에 통신가능하게 결합되고, 상기 필터(112)에 의해 출력된 상기 필터링된 검출기 전극 신호에 기초하여 가스 검출의 표시를 출력하고, 상기 램프 드라이버(104)를 턴 온 및 턴 오프시키는 컨트롤러(102)
를 포함하는, 광이온화 검출기(100).
제12항에 있어서, 상기 필터(112)는 5 mS 미만의 시간 상수를 갖는, 광이온화 검출기(100).
제12항에 있어서, 상기 컨트롤러(102)는 10% 미만의 온 듀티 사이클을 달성하도록 상기 램프 드라이버(104)를 턴 온 및 턴 오프시키는, 광이온화 검출기(100).
제14항에 있어서, 상기 필터(112) 및 상기 컨트롤러(102)에 결합되고, 상기 필터(112)로부터의 상기 필터링된 검출기 전극 신호를 디지털 필터링된 검출기 전극 신호로 변환하고, 상기 디지털 필터링된 검출기 전극 신호를 상기 컨트롤러(102)에 출력하는 아날로그-디지털 변환기(116)를 추가로 포함하며, 상기 컨트롤러(102)는 상기 아날로그-디지털 변환기(116)에 의해 출력된 상기 디지털 필터링된 검출기 전극 신호에 기초하여 상기 가스 검출의 표시를 출력하고, 상기 컨트롤러(102)는 1% 미만의 온 듀티 사이클을 달성하도록 상기 아날로그-디지털 변환기(116)를 턴 온 및 턴 오프시키고, 상기 컨트롤러(102)는 상기 램프 드라이버(104)가 턴 오프될 때 상기 아날로그-디지털 변환기(116)를 턴 온시키고, 상기 램프 드라이버(104)가 다음에 턴 온되기 전에 상기 아날로그-디지털 변환기(116)를 턴 오프시키는, 광이온화 검출기(100).