MXPA97002864A - Aparato que indica la exposicion - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un aparato que indica la exposición para monitorear la presencia de una especie objetivo en el flujo del aire a lo largo de una de una trayectoria del flujo que se extiende de al menos un medio exterior a una mascara facial que comprende:un sensor reversible en comunicación fluida con la trayectoria del flujo;un alojamiento del procesador unido de forma que se puede soltar (desprendible) a la trayectoria del flujo en lugar de unión tal que el alojamiento del procesador se puede desprender sin permitir al aire embiente entrar a la trayectoria del flujo en el lugar de la unión;un dispositivo procesador que contiene en el alojamiento del procesador que genera una señal de concentración responsiva a al menos una propiedad del sensor reversible;y un indicador reposivo a la señal de concentración.

Description

APARATO QUE INDICA LA EXPOSICIÓN CAMPO OE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un indicador de exposición el cual señala la concentración de una especie objetivo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Existe una variedad de sistemas de respiradores para proteger a los usuarios de la exposición a los químicos peligrosos. Los ejemplos de estos sistemas incluyen respiradores accionados de aire o de presión negativa los cuales usan un cartucho que contiene un material absorbente para extraer sustancias dañinas del aire del ambiente, y de los respiradores de aire suministrados.

Un número de protocolos o procedimien os se an desarrollado para evaluar el aire que se entrega al usuario. Estos protocolos o procedimientos se pueden también utilizar para determinar si el material absorbente está cerca del agotamiento. Los protocolos o REF: 24450 proce imientos incluyen avisos sensitivos, control administrativo, indicadores pasivos, e indicadores activos.

El aviso sensitivo depende en la respuesta del usuario a las propiedades del aviso. Las propiedades del aviso incluyen olor, sabor, irritación del ojo, irritación del sistema respiratorio, etc. Sin embargo, estas propiedades no aplican a todas las especies objetivo de interés y la respuesta a una particular especie objetivo varia entre individuos. Por ejemplo, el me t i 1 r o mu r o , encontrado en forma común en la manufactura de productos de caucho, es sin olor y sin sabor. El control administrativo recae en el seguimiento de la exposición del respirador absorbente a los contaminantes, y estimando el tiempo de agotamiento para el material absorbente . Los indicadores pasivos incluyen en forma tipica tiras de papel revestidas quimicamente las cuales cambian de color cuando el material absorbente está cerca del agotamiento. Los indicadores pasivos requieren el monitoreo activo por el usuario.

Los indicadores activos incluyen un detector el cual monitorea el nivel de contaminantes y un indicador para proporcionar un aviso automático al usuario.

Un tipo de indicador activo es un monitor de la exposición, el cual es en forma relativa un dispositivo de alto costo que puede monitorear las concentraciones de uno o más gases, almacenar y exhibir los niveles de concentración máximos, funciona como un dosimetro a través del cálculo de los promedios cargados de tiempo, y detectan cuando los valores de umbral, tal como los limites de exposición a corto plazo y ios limites máximos, se han excedido. Sin embargo, el tamaño y el costo de estos dispositivos los hacen imprácticos para utilizarse como indicadores de fin de vida para un c a r * . • r-. j de respirador que purifica el aire.

Un segundo tipo le iniicador activo el cual fue descrito incl ye un sensor ya sea incrustado en el material sorbente o en la corriente de aire de la mascara facial conectado a un dispositi o de señalización visual o audible. El cartucho que contiene el material absorbente se reemplaza cuando el sensor detecta la presencia de una concentración predeterminada de la especie objetivo en el material absorbente o la mascara facial .

Algunos indicadoras de la exposición incluyen dispositivos de umbral que activan una alarma audible o visual cuando se alcanza un cierto nivel o niveles de umbral. En adición, algunos indicadores activos también proporcionan una función de prueba para indicar que el indicador activo está en un estado de alerta, es decir, las baterías del indicador están funcionando en forma apropiada.

Sin embargo, los indicadores activos que utilizan solamente uno o dos umbrales pan activar las alarmas tienen características constantes después de la activación de l i alarma. Estos indicadores no proporcionan indicación del porcentaje del cambio de l s especies objetivo arriba del limite de umbral, ni en cualquier sentido de cuanto tiempo e. usuario tiene para alcanzar un medio seguro reemplazar un cartucho del respirador. Tale* características constantes son desventajosas r, forma particular porque la saturación de un cartucho de respirador después de alcanzar el nivel de umbral puede cambiar rápidamente debido a una amplia variedad de factores, que incluyen la temperatura, la humedad, y la naturaleza de las especies objetivo. La carencia del conocimiento del cambio del porcentaje de la conce tración representan una preocupación de seguridad.

Como se muestra en algunos dispositivos, los sistemas separados para la indicación de que el indicador activo está en un estado de alerta o que el indicador activo está funcionando en forma correcta, tienen varias desventajas. En el uso práctico, el usuario puede olvidar, estar imposibilitado para llevar el tiempo, o no tener las manos disponibles para presionar botones o activar interruptores para verificar el funcionamiento apropiado del indicador y/o la batería. El uso de sistemas de indicador separados para alarmas de peligro y alerta pueden también conducir a un falso sentido de la seguridad, en que la alarma de peligro separada pudiera no funcionar y la alarma de alerta pudiera aún indicar que el indicador activo está listo para utilizarse.

Además, si estos sistemas usan sensores irreversibles, en los cuales la propiedad del dispositivo detector que indica la presencia de la especie objetivo se cambia en forma permanente a la exposición, una vez que el dispositivo detector se satura, se debe de reemplazar. En forma consecuente, los sensores irreversibles si se montan en el material absorbente o la mascara facial se deben proteger para prevenir la exposición a la especie objetivo en el aire del ambiente que no se toma en forma directa a través del material absorbente. Si el sensor se expone en forma inadvertida al medio ambiente tóxico, tal como por una interrupción momentánea en el sello facial del respirador o durante el reemplazo, el sensor se puede llegar a saturar y hacerse no utilizable.

Para algunas aplicaciones, es útil identificar las concentraciones que disminuyen de una especie objetivo, tal como el oxigeno. Los sensores irreversibles en forma tipica son incapaces de detectar las concentraciones que disminuyen de una especie objetivo Algunos indicadores descritos en forma tipica localizan el sensor en la trayectoria del flujo del aire de la mascara facial asi que no es posible separar el sensor o el dispositivo señalizador sin la interrupción del flujo de aire purificado a la mascara facial. En el evento de que el sensor y/o el dispositivo señalizador funcionen mal o lleguen a estar contaminados, el usuario necesitarla dejar el área que contiene la especie objetivo con el fin de verificar la operación del respirador ." BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige a un aparato que indica la exposición que utiliza un sensor reversible. El aparato que indica la exposición incluye un dispositivo procesador e indicador conectado al sensor que se puede extraer sin interrumpir el flujo del aire a lo largo de la trayectoria del flujo. El sensor puede ya sea estar unido al respirador o al dispositivo procesador.

Tomando muestras del aire después de que ha pasado a través del material absorbente, o en algún lugar intermedio en el absorbente, el sensor puede detectar el fin de vida del absorbente .

El aparato que indica la exposición monitorea el aire que fluye a lo largo de una trayectoria del flujo que se extiende del medio ambiente exterior a través de una mascara facial. Un cartucho de respirador que purifica el aire y un sensor reversible se localizan a lo largo de la trayectoria del flujo. Un dispositivo procesador para la generación de una señal de concent ación responsiva a al menos una propiedad del sensor reversible se une en forma que se puede soltar ( d e s p r e n d i b 1 e ) a la trayectoria del fluj modo que se puede extraer sin interrumpir **. rl jo del aire a lo largo de la trayect ria del flujo. El dispositivo procesador proporciona una indicación activa, tal como una respuesta táctil, visual o auditi a a la señal de la concentración .

En una modalidad, el dispositivo procesador se une de forma que se puede soltar ( d e s p r e nd i b 1 e ) directamente al cartucho que purifica el aire. El cartucho que purifica el aire incluye una estructura receptora para unir de forma que se pueda soltar ( d e s p r e n d i 1 e ) un alojamiento del procesador. El sensor se puede localizar ya sea en el dispositivo procesador o en el cartucho que purifica el aire. Si el sensor se localiza en el cartucho que purifica el aire, el sensor se puede acoplar al dispositivo procesador por un acoplador óptico, eléctrico, o electromagnético general que cubre el rango de frecuencia, por ejemplo, de DC a RF para microondas. Si el sensor se localiza en el dispositivo procesador, se proporciona una abertura en la estructura receptora para permitir acoplamiento fluidico entre el sensor y el cartucho que purifica el aire. La abertura tiene una cubierta la cual se cierra después l extraer el alojamiento del procesador del cartucho.

En una modalidad alterna, se proporcio a un alojamiento del flujo, que forma una part* de la trayectoria del flujo. El alojamiento de. flujo es en forma preferente interpuesta e n t r •' el cartucho que purifica el aire y la mascar i facial. El alojamiento del procesador que contiene el dispositivo procesador e indicador se puede unir al alojamiento del flujo. El sensor reversible se puede localizar ya sea en el alojamiento del procesador o el alojamiento del flujo. Si el sensor se localiza en el alojamiento del flujo, el sensor se puede acoplar al dispositivo procesador por un acoplador óptico, eléctrico, o electromagnético general que cubre el rango de frecuencia, por ejemplo, de DC a RF a microondas. En forma alterna, el alojamiento del flujo puede incluir una abertura para permitir el acoplamiento fluidico entre el sensor localizado en el alojamiento del procesador y el interior del alojamiento del flujo, pero el cual excluye el aire del ambiente.

En una modalidad de la presente invención, la estructura receptora sobre cualquiera del cartucho o el alojamiento del flujo incluye una pluralidad de paredes paralelas en forma general para la restricción del e mb r a g am i e n t o y d e s emb r a g ami e n t o del alojamiento del procesador a lo largo de un eje sencillo, de modo que se alcanza el acoplamiento exacto. En forma alterna, el alojamiento del procesador puede girar, deslizarse lateralmente, o inclinarse dentro del engranaje con la estructura receptora .

En otra modalidad en la cual el alojamiento del procesador es simétrico con la estructura receptora, varios indicadores se localizan en forma preferente simétricamente sobre el alojamiento del procesador, de modo que la orientación del alojamiento del procesador relativa a la mascara facial no es critica. El indicador puede contener una fuente de luz, un generador acústico, o un generador vibro - 1 áct i 1. Los indicadores múltiples accionados por una señal de concentración sencilla se pueden combinar en una variedad de configuraciones. La mascara facial del respirador puede incluir ya sea una mitad de mascara la cual se extiende sobre la boca y nariz del usuario, o en una mascara completa la cual también se extiende sobre los ojos del usuario. En forma alterna, la mascara facial puede ser un casco amplio o capuchón para usarse con un sistema respirador de aire suministrado o accionado de aire.

Aún en otra modalidad, el dispositivo procesador y el indicador se pueden unir directamente a la mascara facial. En esta modalidad, la trayectoria del flujo además se extiende de la mascara facial al medio exterior a través de un puerto de escape. El sensor reversible se puede localizar ya sea en el alojamiento del procesador o en donde sea dentro o sobre la mascara facial en comunicación fluida con la trayectoria del flujo, que se incluye próxima al puerto de escape .

El dispositivo procesador monitorea al menos una propiedad del sensor reversible, y además genera una repuesta a la señal de concentración. Al menos una propiedad del sensor puede incluir la temperatura, la masa, el tamaño o volumen, permitividad eléctrica compleja, tal como la impedancia AC y dieléctrica, constantes ópticas complejas, permeabilidad magnética, volumen o resistividad eléctrica superficial, corriente o potencial electroquímico, emisiones ópticas tales como la fluorescencia o la fosforescencia, potencial superficial eléctrico, y volumen de módulo de elasticidad. En la modalidad preferida, la al menos una propiedad del sensor reversible es una función de la concentración de una especie objetivo.

El dispositivo procesador puede operar el indicador a un promedio el cual varia como una función de la señal de concentración. El dispositivo procesador puede incluir un detector de umbral para la generación de una señal de umbral cuando se alcanza una concentración de umbral predeterminada. El indicador se puede activar en respuesta a la señal de umbral. El porcentaje de señalización del indicador puede variar según esto como una función de la señal de o centración. El dispositivo procesador opera un indicador sencillo a varias reía:: r,ßs para señalar la concentración de una •> apßcie objetivo, un indicador de la exp :s : ? in que funciona correctamente, y una fal la en el indicador de la exposición. En la mo alidad preferida, el indicador opera a un promedio de señalización en el rango de frecuencia de 0.001 a 30 Hz.

En una modalidad alterna, la presente invención puede incluir una pluralidad de sensores reversibles. Los sensores reversibles pueden ser redundantes para los propósitos de confiabilidad y seguridad, o cada uno dedicado a la detección de diferentes especies objetivo. Se pueden utilizar también los sensores múltiples que tienen diferentes rangos de sensitividad a una especie objetivo.

Un método de la presente invención proporcionan para el monitoreo de al menos una propiedad de un sensor reversible responsivo a la concentración de una especie objetivo, y la generación de una señal de concentración er. respuesta a la conce tración de una especie objetivo en una trayectoria del flujo. El dispositivo procesador se une de forma que se puede soltar ( de s p r e nd i b 1 e ) a la trayectori i del flujo de modo que se puede separar sin permitir la entrada del aire del ambiente a l i trayectoria del flujo en el lugar de la unión.

La presente invención también incluye método para intercambiar un indicador de 1 i exposición localizado a lo largo de u í trayectoria del flujo que se extiende de u medio ambiente exterior a la mascara facial. El dispositivo procesador se separa del alojamiento del flujo y se une un dispositivo procesador alterno .

En forma alterna, el dispositivo procesador se puede extraer de la trayectoria del flujo para medir la concentración de las especies objetivo en el aire del ambiente. Después de que se completa la medición, el dispositivo procesador es reunido al respirador, y el sensor reversible permite que se mida la concentración de la especie objetivo en la trayectoria del flujo.

El dispositivo procesador también se puede usar como un indicador de la exposición personal o ambiental separado de un respirador.

Las definiciones como se utilizan en esta solicitud: "Aire del ambiente" significa aire ambiental ; "Señal de concentración" significa una señal generada por el dispositivo procesador en respuesta a al menos una propiedad del sensor; "Relación que señala la exposición" significa una relación o patrón en el cual el indicador se activa en respuesta a la señal de concentración; "Medio ambiente exterior" significa aire del ambiente exterior al respirador; "Mascara facial" significa un componente común a la mayoría de los dispositivos respiradores, que incluye sin limite los respiradores de presión negativa, respiradores de aire accionados, respiradores de aire sumi istrado, o un aparato de respiración autónoma ; "Relación que señala falla" significa cualquier relación o patrón distinto de las otras relaciones que señalan en los cuales el indicador se activa para señalar una función defectuosa real o potencial en el indicador de la exposición; "Trayectoria del flujo" significa todos los canales dentro, o conectados a, el respirador a través del cual fluye el aire, que incluye el puerto(s) de escape; "Relación que señala listo o preparado" significa cualquier relación o patrón en el cual el indicador de señal se opera para señalar que el indicador de la exposición está operando dentro de los parámetros de diseño; "Indicador de señal sencillo" significa cualquier número de indicadores visuales, audibles, o táctiles que responden a una simple señal de la concentración, como una relación común de señalización; "Especies objetivo" significa un quimico de interés en forma gaseosa, vaporizada o en forma de partículas; y "Relación que señala el umbral" significa cualquier relación o patrón distinto de las otras relaciones en las cuales el indicador se opera para señalar que la señal de la concentración ha alcanzado un nivel predeterminado .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 ilustra un respirador ejemplar con un indicador de la exposición unido de forma que se puede soltar ( d e s p r e n d i b 1 e ) a un cartucho de respirador; La Figura 1A es una vista seccional de la Figura 1; La Figura 2 ilustra un respirador ejemplar con un indicador de la exposición unido de forma que se puede soltar ( e s p r e n d i b 1 e ) a un alojamiento del flujo interpuesto entre un cartucho de respirador y la mascara facial; La Figura 3 ilustra un respirador ejemplar con un indicador de la exposición unido de forma que se puede soltar ( de s p r e nd i b 1 e ) a la mascara facial; La Figura 4 ilustra una modalidad de un aparato que indica la exposición que se une a un cartucho de respirador; La Figura 5 ilustra una modalidad de un aparato que indica la ß x p ; 3 : : i ó n que se une al alojamiento del flujo; La Figura 6 ilustra ; :t a modalidad de un aparato que indica la exposición que se une a un alojamiento del flujo; La Figura 7 ilustra una modalidad de un aparato que indica la exposición que se une a un cartucho del respirador; La Figura 8 es una vista seccional del aparato que indica la exposición de las Figuras 4 y 5 ; La Figura 9 ilustra una configuración de indicador de la exposición personal o ambiental; La Figura 10 es una vista seccional del alojamiento del flujo de la Figura 6; La Figura 11 es un diagrama general de bloques de un dispositivo procesador de la presente invención; La Figura 12 es un diagrama de circuitos ejemplar para un dispositivo procesador de conformidad con la Figura 11; La Figura 13 es un diagrama general de bloques de un dispositivo procesador alterno de la presente invención, La Figura 14 es un diagrama de- circuitos para un dispositivo procesador ejemplar de conformidad con la Figura 13; y La Figura 15 es un diagrama de circuir -alterno para un dispositivo procesador conformidad con la Figura 13; Figura 16 es una gráfica que muestra tres protocolos o procedimientos de señal de alarma que utilizan el circuito de la Figura 12; La Figura 17 es una gráfica que muestra un protocolo o procedimiento de señal de alarma que utiliza el circuito de la Figura 14; La Figura 18 es una gráfica que muestra la detección de umbral de la histéresis de la batería baja que utiliza el circuito de la Figura 14; La Figura 19 es una gráfica que muestra la variación de la relación de frecuencia de alarma como una función de concentración de la especie objetivo para el dispositivo procesador de la Figura 15 que utilizan dos valores diferentes de R9; y La Figura 20 es una modalidad ejemplar de un respirador de aire suministrado o de aire accionado con un indicado de la exposición separable.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Las Figuras 1 y 1A ilustran un sistema respirador ejemplar 20 que contiene un par de cartuchos de respirador que purifican el aire 22, 24 dispuestos lateralmente de una mascara facial 26. Las superficies exteriores 28 de los cartuchos 22, 24 contienen una pluralidad de aberturas 30 las cuales permiten al aire del medio ambiente exterior 39 fluir a lo largo de la trayectoria del flujo 32 que se extiende a través de un material absorbente 34 en los cartuchos 24 y dentro de una cámara de la mascara facial 36. Se comprenderá que el cartucho 22 es en forma preferente el mismo que el cartucho 24. La trayectoria del flujo 32 también incluye una trayectoria de escape 33 que permite al aire exhalado por el usuario ser expulsado al medio ambiente exterior 39.

Los cartuchos del respirador que purifican el aire 22, 24 contienen un material absorbente 34 el cual absorbe las especies objetivo en el aire del ambiente para proporcionar aire respirable fresco al usuario. Un material absorbente 34 se puede seleccionar basado en las especies objetivo y en otros criterios de diseño, los cuales son conocidos en la técnica.

Un aparato que indica la exposición 40 se une de forma que se puede soltar (desprendible) al alojamiento del cartucho 22 de modo que el aire se puede monitorear como fluye a lo largo de la trayectoria del flujo 32 aguas abajo de al menos una parte del material absorbente 34. Los indicadores 42 se localizan en el aparato que indica la exposición 40 de modo que son visibles cuando se unen al sistema respirador 20 que es utilizado por un usuario. Se comprenderá que un indicador de la exposición se puede unir a cualquiera o ambos de los alojamientos de cartucho 22, 24. El sistema respirador 20 en forma preferente incluye un dispositivo que une 38 para la retención de la mascara facial 26 a la cara del usuario.

L-a Figura 2 es un sistema respirador alterno 20' en el cual un alojamiento del flujo 46 se interpone entre los cartuchos de respirador que purifica el aire 22' y una mascara facial 26' (ver la Figura 10) . El aparato que indica la exposición 40 se une de forma que se puede soltar (desprendible) al alojamiento del flujo 46, como se discutirá en mayor detalle más adelante.

La Figura 3 es una modalidad alterna en la cual un aparato que indica la exposición 52 se une de forma que se puede soltar (desprendible) a una mascara facial 26" sobre un sistema respirador 20". En esta modalidad, un sensor (no mostrado) está en comunicación fluida con una cámara de la mascara facial 36". En forma alterna, el sensor se puede localizar a lo largo de una trayectoria de escape 33' (ver la Figura 1A) , la cual forma parte de la trayectoria del flujo. Se comprenderá que se requiere una válvula de retención (no mostrada) para prevenir al aire a r. Diente de entrar a la mascara facial 26" a través de la trayectoria de escape 33' . Con el t . n "?e evaluar para el sensor el aire en la mas -ara facial 26", en vez que el aire del ambie e, el acoplamiento fluidico al sensor debe ser aguas arriba de la válvula de retención.

La Figura 20 ilustra una modalidad ejemplar de un sistema respirador de aire suministrado o de aire accionado 20'". Un abastecedor de aire 21 se utiliza para proporcionar aire al usuario a través de un tubo de abastecimiento de aire 23. Se comprenderá que el abastecedor de aire 21 puede ya sea ser una fuente de aire fresco o un sistema de bomba para lanzar aire del ambiente a través de un cartucho que purifica el aire. Un aparato que indica la exposición 40"' se puede acoplar en forma fluidica al tubo de a astecimiento de aire 23 o directamente al casco 25 para monitorear la presencia de las especies objetivo.

La Figura 8 ilustra una vista de l a sección transversal del aparato que indica la exposición 40. Un sensor 60 se proporciona e un alojamiento del procesador 62 en comunicación fluida con el acoplamiento fluidico 6 4 . El sensor 60 se conecta a dispositivo procesador 66 que incluye u circuito electrónico 67 y las baterías 68, l o cual se discutirá en mayor detalle mas adelante .

La Figura 4 ilustra una estructuri receptora 72 unida a los cartuchos respiradores 22, 24 para el embragamient. o de forma que s •» puede soltar (desprendible) con el aparato que indica la exposición 40. La estructura receptora 72 tiene una abertura 74 en comunicación fluida con el material absorbente en los cartuchos (ver la Figura 1A) . Un diafragma o estructura similar de cierre 76 se proporciona para cerrar de forma que se puede soltar (desprendible) la abertura 74 cuando no está embragada con el acoplamiento fluidico 64 en el alojamiento del procesador 62. El acoplamiento fluidico 64 puede ser cónico para ampliar las propiedades de sellado con la abertura 74.

La Figura 5 ilustra una modalidad alterna en la cual una estructura receptora 72 se forma en el alojamiento del flujo 46. El alojamiento del flujo 46 tiene un conector interno 90 y un conector externo (no mostrado) com lementarios a los conectores en la mascara facial 26' y un cartucho de respirador 22', 24 ' respectivamente, como se muestra en la Figura 2. Se comprenderá que s on posibles una amplia variedad de configuraciones de conectores interno y externo para el e mb r a g ami e n t o con la mascara facial y el cartucho de respirador, tal como los conectores ilustrados en la Figura 1A, y que la presente invención no se limita a la modalidad especifica descrita. El alojamiento del flujo 46 es en forma preferente interpuesto entre al menos uno de los cartuchos de respirador que purifican el aire 22' , 24' y la mascara facial 26' como se ilustra en la Figura 2.

La estructura receptora 72 tiene una pluralidad de paredes paralelas en forma general 82, 84, 86, 88 las cuales restringen el movimiento del alojamiento del procesador 62 relativo a la estructura receptora 72. Esta configuración asegura que el acoplamiento fluidico 64 es perpendicular a la abertura 74 cuando penetra el diafragma 76. Las baterías 68 se localizan en la superficie interior 70 del alojamiento del procesador 62 de modo que se retienen en el alojamiento del procesador 62 cuando éste se embraga con una estructura receptora 72 sobre el cartucho 24. Se comprenderá que una amplia variedad de estructuras receptoras son posibles y que la presente invención no se limita el alcance por las estructuras especificas descritas.

El acoplamiento 64 puede incluir un dispositivo que limita la difusión 61, tal como una membrana permeable al gas, gas capilar, o dispositivo obturador de mezcla de vidrio poroso el cual funciona como un elemento que limita la difusión para controlar el flujo de las especies objetivo al sensor 60, dando al sensor la respuesta menos dependiente sobre sus características internas propias. Se comprenderá que una variedad de barreras de difusión se pueden construir dependiendo en restricciones de diseño, tal como las especies objetivo, la construcción del sensor y otros factores, para lo cual un número de ejemplos se detallan más adelante.

La membrana porosa 61 de la presente invención incluye cualquier membrana porosa capaz de absorber un liquido. La membrana 61 tiene una porosidad tal que la simple inmersión en un liquido provoca al liquido en forma espontánea entrar a los poros por la acción capilar. La membrana 61, antes de la absorción en forma preferente tiene una porosidad de al menos alrededor de 50%, en forma más preferente al menos de alrededor de 75%. La membrana porosa 61 en forma preferente tiene un tamaño de poro de alrededor de 10 nm a 100 mm, en forma más preferente de 0.1 mm a 10 mm y un espesor de alrededor de 2.5 mm a 2500 mm, en forma más preferente de alrededor de 25 mm a 250 mm . La membrana 61 se prepara en forma general de p o 1 i t e t r a f 1 u o r o e t i 1 e o o polimeros t e rmó p 1 á s t i c o s tales como las p o 1 i o 1 e f i n a s , las poliamidas, las poliimidas, los poliésteres, y similares. Los ejemplos de membranas adecuadas incluyen, por ejemplo, aquéllos descritos en la Patente orteamericana No. 4,539,256 (Shipman) , la Patente Norteamericana No. 4,726,989 (Mrozinski) , y la Patente Norteamericana No. 3,953,566 (Gore) .

En una modalidad, ia oarrera de difusión 61 se formó sumergiendo el material de membrana porosa (preparada coro IÍ describe en la patente Norteamericana No. 4,726,989 (Mrozinski) para derretir -. nria do 47.3 partes por peso de resina de polipropileno, 52.6 partes por peso de aceite mi eral y 0.14 partes por peso de sorbitol de d i b e n c i 1 i d i n a , expulsando y enfriando la mezcla derretida y extrayéndola con 1 , 1 , 1 - t r i c 1 o r o e t a n o a 11 por ciento en peso de aceite) el aceite mineral blanco pesado (Aceite mineral, pesado, blanco, No. de catalogo 33,076-0 disponible de Aldrich Chemical Co. ) . El aceite mineral moja vigorosamente el material de membrana resultando en una película transparente de consistencia sólida sin volumen hueco observable. La membrana se extrajo entonces del liquido y se secó para extraer el exceso de liquido de la superficie. Muestras de 1 cm de diámetro de la barrera de difusión se montaron en frente de un sensor 60 (ver la Figura 8) .

En otra modalidad, un material de membrana de polipropileno microporoso (CELGARDTM 2400, disponible de Hoechst Celanese Corp.) que tiene un espesor de 0.0024 cm se saturó con aceite mineral blanco pesado (disponible de Aldric Chemical Co.) como se describió anteriormente. Aún en otra modalidad, una parte de la membrana microporosa preparada en la primera' modalidaí se saturó con diol de po 1 i p r op i 1 e n g 1 i c o 1 (62~ de peso molecular, disponible de Aldri or. Chemical Co.) .

En una serie de modalidades alternas, l s membranas microporosas (CELGARDTM 2400, 0.002r cm de espesor, disponible de Hoechst Celanece Co. ) se saturaron en soluciones de aceite mineral blanco pesado (disponible de Aldrich Chemical Co. ) en xileno (rango de ebullición 137-144°C, disponible de EM Science) en concentraciones de 5, 10, 15, 20, y 25 por ciento por volumen, respectivamente. Las membranas saturadas se secaron para extraer el exceso de liquido y el xileno se le permitió evaporarse sobre 24 horas.

Volviendo a las Figuras 4 y 5, el diafragma 76 permite al alojamiento del procesador 62 extraerse sin separar cualquiera de los componentes del sistema respirador 20 y sin permitir al aire ambiente entrar a la trayectoria del flujo en la abertura 74. Esta característica permite al usuario reemplazar las baterías 68, substituir un nuevo o diferente sensor 60, o ejecutar otro mantenimiento en el indicador de la exposición 40 sin dejar el área que contiene las especies objetivo. El indicador de la exposición 40 se puede también separar del sistema respirador 20 y utilizarse para verificar la concentración de las especies objetivo en el aire ambiente, se determina sin exponer al usuario a las especies objetivo. Después que se determina la concentración del aire ambiente, el indicador de la exposición 40 después de un breve retraso, el sensor reversible 60 se ajustará a la concentración más baja de la especie objetivo en la trayectoria del flujo 32 de modo que se proporciona una lectura exacta.

Los indicadores 42 incluyen un alojamiento transparente o s e m i - t r a n s p a r e n t e 44 que cubre un LED 80. Los indicadores 42 se arreglan en forma simétrica en el alojamiento del procesador 62 de modo que el emb r a gami e n t o del alojamiento del procesador 62 con los cartuchos de filtro 22, 24 no es de orientación especifica. Se comprenderá que un LED sencillo se puede utilizar con un alojamiento del procesador que puede ser únicamente orientado en una manera especifica relativa a la estructura receptora 72. En forma alternativa, el indicador 42 puede comp ender un generador acústico, o un generador vibro-táctil, tal como un motor con una leva excéntrica, o alguna combinación de dispositivos, por ejemplo, indicadores visuales y audibles como se muestra en la Figura 15. En una modalidad en la cual se proporciona más de un tipo de indicador, los indicadores varios son en forma preferente responsivos a una señal de concentración sencilla, como se discutirá más adelante .

La Figura 6 ilustra una modalidad alterna del indicador de la exposición 40' en el cual se encuentra el sensor reversible 60' en el alojamiento del flujo 46' (ver la Figura 10) . Se comprenderá que el sensor 60' se puede localizar en una variedad de lugares en el alojamiento del flujo 46', y que la presente invención no se limita a la modalidad ilustrada.

La Figura 7 ilustra una modalidad alterna del indicador de la exposición 40' en la cual el sensor reversible 60' se localiza en un cartucho de respirador 22, 24. El lugar del sensor 60' en los cartuchos 22, 24 puede cambiar sin apartarse del alcance de la presente invención. Se proporciona una canaleta alimentadora eléctrica u óptica 96 en la estructura receptora 72' para conectar el sensor reversible 60' con un dispositivo procesador (ver en forma general la Figura 10) contenida en el alojamiento del procesador 94. Las aberturas 98 se proporcionan en el alojamiento del procesador 94 para recibir la canaleta alimentadora 96. El alojamiento del procesador 94 que contiene un par de indicadores arreglados en forma simétrica 100 los cuales incluyen las cu iertas transparentes o s emi - t r a n s pa r e n t e s 101 que contienen los LEDs 80.

La Figura 9 es una modalidad alterna en la cual el dispositivo procesa or 66 de la Figura 8 se considera como un indicador de la exposición personal 50 para usarse en la ropa del usuario o como un indicador ambiental localizado en un área especifica. Un sujetador 99 se puede proporcionar n íorma opcional para unir el indicador de ia exposición 50 al cinturón del usuario o a . bolsillo, similar a un dispositivo de busca pe sonas. Un sensor (ver la Figura 8) se localiza en forma preferente detrás de una me brana permeable al gas 61. Se proporciona un LED 80 para la señalización de la concentración de las especies objetivo o información que opera el usuario. Una alarma audible 82 o alarma vibro-táctil 152 (ver la Figura 15) se puede también proporcionar. Se comprenderá que el indicador de la exposición 50 se puede construir en una variedad de configuraciones adecuadas para aplicaciones especificas. Por ejemplo, el indicador de la exposición 50 se puede configurar para adecuarse dentro del tablero de un vehículo o estar localizado en forma permanente en un lugar especifico, tal como montado sobre una pared similar a un detector de humo. La modalidad indicadora ambiental se puede conectar a una variedad de fuentes de energía, tal como a la corriente de la casa.

Sensores El sensor 60, 60' se seleccionó basado en al menos una propiedad la cual es responsiva a la concentración de una especie objetivo. Como tal, hay un número de propiedades de materiales utilizados como sensores que se pueden monitorear por el dispositivo procesador con el fin de generar una señal de la concentració . Las propiedades incluyen, po ejemplo: 1. Un cambio de temperatura, producido por el calor de la absorción o reacción, se puede sentir como un termopar, un termistor, o algún otro transductor calorimétrico tal como un dispositivo p i e z o e 1 é c t r i c o con una frecuencia de oscilación resonante que es sensitivo a la temperatura, o un dispositivo sensitivo a la posición que es sensitivo a la temperatura, como una tira bimetálica. 2. Un cambio de masas se puede detectar por un cambio en la frecuencia de resonancia de un sistema oscilatorio, tal como un cristal de cuarzo p i e z o e 1 é c t r i c o de onda de volumen revestido con una película de un medio sensitivo. Un acercamiento relacionado y más sensitivo es el uso del dispositivo de onda acústica de superficie (SAW) para detectar los cambios de masa en la película. Los dispositivos consisten de mi c r o e 1 e c t r o d o s interdigitados fabricados en una superficie de cuarzo para lanzar y detectar una onda acústica que se propaga de la superficie. 3. Un cambio en el tamaño o volumen resulta en un desplazamiento el cual se puede detectar por cualquier transductor de tipo sensitivo de posición. Eso también puede provocar un cambio en la resistividad de un medio sensitivo mu 11 i compone nt e , tal como un polímero cargado que conduce partículas o películas compuestas de superficie nanoestructurada, al como se enseña en la Patente Norteamericana No. 5,238,729. 4. Se puede detectar un cambio en la permitividad eléctrica compleja, tal como la dieléctrica o la impedancia de la AC. Por ejemplo, la impedancia de la AC se puede medir o se puede detectar la capacitancia electrostática colocando el medio sensitivo en la entrada de un transistor de efecto de campo ( FET ) .

. Se puede sondear un cambio en las constantes ópticas complejas lineales o no lineales de un medio sensitivo por alguna forma de radiación de luz. En cu lquier longitud de onda óptica deseada, el detector puede sentir los cambios en las ondas de rayos dirigiendo la reflexión, la absorción o la transmisión (que conducen a cambios de intensidad o color) , o por los cambios en la fase ( e 1 i p s orné t r i c a o la propagación de medidas de tiempo) . En forma alternativa un cambio en el Índice refractivo del medio sensitivo se puede sentir por una luz que sondea cuando es en la forma de onda electromagnética de superficie que se propaga, tal como se genera por varios métodos de reflexión interna basados en un prisma, esquemas de acoplamiento de fibra óptica o red. 6. Se puede predecir un cambio en la permeabilidad magnética de un medio sensitivo también por las especies objetivo y sentirse por un rango de métodos acoplados de frecuencia electromagnética . 7. Se puede medir un cambio en la resistividad o en la conductividad como un resultado de las especies objetivo inte rae t uando con un medio sensitivo. La resistencia eléctrica pudiera ser una resistividad de volumen o una resistividad de superficie. Los ejemplos de sensores que utilizan resistividad de superficie incluyen sensores basados en resistencias de superficies semiconductoras, resistencias de película delgada de metal o polímero, orgánicas e inorgánicas ("Quimioresistores") . 8. Si la propiedad sensitiva es electroquímica, las especies objetivo pueden provocar un cambio en el potencial electroquímico o emf, y se sienten potenci orné t ri camente (voltaje de circuito abierto) o las especies objetivo pueden hacer reacción electroquímicamente en la interconexión y se sienten ampe rimé t r i carne n t e (corriente de circuito cerrado) . 9. Las especies objetivo pueden provocar propiedades de emisión óptica (fluorescente o fosforescente) de un medio sensitivo para cambiar. Cuando se estimulan a cualquier longitud de onda arbitraria por una sonda de radio externa, la luz emitida se puede detectar en varias maneras. Ambas la intensidad o la fase de la luz emitida se puede medir relativa a la radiación excitante.

. Los estados de superficie electrónica de un substrato de medio sensitivo se puede llenar o vaciar por absorción de las especies objetivo y ser déte otadles por varios dispositivos electrónicos. Ellos pueden, es decir, diseñarse para medir l influencia de la absorción de especies objetivo sobre la propagación de plasmón de superficie entre los electrodos interdigitados, o el potencial de entrada de un transistor de efecto de campo químico ("un ChemFet") . 11. Un cambio en los módulos de volumen de elasticidad (o densidad) de un medio sensitivo se puede sentir más fácilmente por los cambios de intensidad o de fase en la propagación de ondas sonoras, tal como el dispositivo de onda acústica de superficie (SAW) el cual también es sensitivo a los cambios de masa.

En forma general, para cualquier medida de la propiedad de un medio sensitivo, el rango de sensitividad de un sensor particular depende en la señal al porcentaje de ruido y el rango de la dinámica (el porcentaje de la señal máxima medible antes de que el sensor se sature, al nivel del ruido) . Se comprenderá que la medición de la propiedad puede depender tanto en el dispositivo de procesamiento o el sensor específico seleccionado, y que tanto la selección del sensor y el diseño del dispositivo de procesamien o dependerán de las especies objetivo. Por lo tanto, e. alistamiento de las propiedades del medio sensitivo y las técnicas de medición s n ejemplares de una más amplia conexión d <» sensores y técnicas para las medidas de est disponibles para utilizar en conjunción con el indicador de la exposición de la presente invención. Esta lista no debe en ninguna manera limitar la presente invención a aquéllas listadas sino que al contrario proporcionar las características y las propiedades para muchos otros medios sensitivos y técnicas que se pueden utilizar en conjunción con la presente invención . El sensor preferido se basa en materiales compuestos nanoe s t ruc t u r ados descritos en la Patente Norteamericana No. 5,238,729 emitida a Debe, titulada SENSORES BASADOS EN PELÍCULAS COMPUESTAS NANOESTRUCTURADAS, y la Patente Norteamericana No. 5,338,430 emitida a Parsonage y colaboradores, el 16 de Agosto de 1994, titulada MEMBRANAS DE ELECTRODOS NANOE S TRUCC TURADOS . En particular, la última referencia describe los sensores electroquímicos en el régimen de corriente limitante y los sensores de resistencia de superficie. Estos sensores reversibles tienen una ventaja de que si ellos inadvertidamente se exponen al medio ambiente tóxico, tal como por una interrupción momentánea del sello facial de un respirador durante el remplazo, no llegan a saturarse e i utilizarse.

Como se describió co anterioridad, el sensor 60, las baterías 68, el dispositivo procesador 66 y los indicadores 42 (o 100 en las Figuras 6 y 7) proporcionan un indicador de la exposición activo que tiene un sistema de señalización de alarma de conformidad con la presente invención. El indicador de la exposición utiliza una señal de alarma de frecuencia variable para proporcionar al usuario con una información ampliada acerca del estado del medio ambiente y del detector. Por ejemplo, durante un estado no dañino, el indicador de la exposición en forma periódica proporciona una indicación positiva al usuario que las baterías están cargadas y que el indicador de la exposición está encendido y listo para funcionar sin requerir acción por el usuario. El indicador proporciona esta indicación positiva usando el mismo sistema de señalización de alarma como se utiliza en la indicación de un estado peligroso. Así, al usuario se le confirma en forma continua y en forma automática que el indicador de la exposición está en el estado de alerta y está funcionando apropiadamente. Además, el indicador de la exposición proporciona una indicación de señalización sensitiva, ya sea visual, audible, vibratoria, u otra estimulación sensitiva, al usuario el cual varía de conformidad a la concentración de un gas o especie objetivo en el medio ambiente. Esto proporciona al usuario con una medida s emi c u a n t i a t i va del nivel de peligro así como un sentido cualitativo del cambio de la relación de concentración.

En una modalidad, un protocolo o procedimiento de alarma destellante o relampagueante de LED de dos estados se utiliza como un LED de color sencillo. El protocolo o procedimiento indica las dos condiciones sin que el usuario tenga que interrogar al dispositivo, por ejemplo, tal como presionando un botón de interruptor. Los estados de dos señales incluyen: Listo o preparado, estado de "OK". El LED destella en forma continua pero muy lentamente a una frecuencia de relámpago de línea básica, por ejemplo, una vez cada 30 segundos, para informar al usuario que la batería y todos los circuitos del indicador de la exposición están funcionando dentro de los parámetros diseñados establecidos para el indicador de la exposición.

El estado de alarma. El LED destella en forma rápida, por ejemplo, 4 veces por segundo, cuando la conce tració de las especies objetivo excede una concentración de umbral seleccionable y entonces varía como una función de la concentración de las especies objetivo.

La Figura 11 es un diagrama de bloque general de un dispositivo procesador 66 para llevar a cabo el protocolo o procedimiento de señalización de alarma de dos estados descritos anteriormente. El dispositivo procesador 66 incluye 4 fases de circuitos: entrada a la red 110; amplificador diferencial 112; transformador de fases sencillas 114; y el accionador de alarmas 116. La entrada a la red 110 se conecta al sensor 60, 60' . Será de manifiesto de la descripció de aquí que un sistema de circuitos especí ico para cada fase dependerá en los sistemas específicos utilizados. Por ejemplo, la entrada a la red será diferente para otros tipos de sensores, las fases del amplificador y del transformador se pueden combinar o expandir para incluir otras fases condicionantes de la señal como necesaria, y la fase del accionador de la señal dependerá en el dispositivo que señala en el indicador o dispositivos utilizados. Por lo tanto, las configuraciones de circuitos descritas en conjunción con el diagrama de bloques general de la Figura 11 para llevar a cabo los protocolos o procedimientos de señal de alarma, y otro realces por lo tanto, son solo ejemplos de configuraciones de circuitos y no son para tomarse c o limitación de la invención reivindicada a cualquier configuración de circuit s especifica. Por ejemplo, el sistema de ircuitos se puede utilizar para propor i n r dispositivos de umbral múltiples que inli oan una serie de niveles de concentraci ón o tal sistema de circuitos se puede proporcionar para una señal de alarma variable en fo ma continua como una función de la concentra i n de las especies objetivo.

La Figura 12 es un diagrama de circuito de una modalidad del dispositivo procesador 66 mostrado en forma general en la Figura 11. Las funciones generales ejecutadas por los bloques como se muestra en la Figura 11 estarán de manifiesto rápidamente para la descripción de la Figura 12. En forma general, la entrada de la red 110 proporciona para la derivación o la conexión apropiada del sensor 60, 60' utilizado con el indicador de la exposición para proporcionar una salida para el amplificador diferencial 112 que varía como una variación de la concentración de las especies objetivo en un medio ambiente. El amplificador diferencial 112 y el transformador de fase sencilla proporciona para el acondicionamiento de señal y amplificación para proporcionar una salida al impulsor de la señal de alarma 116 para accionar el LED de conformidad con los protocolos o procedimientos de señal de alarma descritos adicionalmente a continuación. Tales protocolos procedimientos pueden incluir el uso de una frecuencia de relámpago de línea básica, u í vuelta en el nivel de umbral, y un porcentaje variable del incremento de la frecuencia r. respuesta a la salida del sensor.

En detalles adicionales con respecto a la Figura 12, de los valores componentes son como se establecen en la Tabla 1 a continuación para la curva C de la Figura 16: Tabla 1 La entrada de la red 110 se conecta a un sensor elec roquímico 60 que opera en un modo amp e r i mé t r i c o de dos electrodos. Los valores de resistor de R11A, R11B, R12A, R12B, R13A, R13B, R14, y R15, de la entrada de la red 110 se proporciona la derivación del electrodo contador del sensor electroquímico 60 con respecto a su electrodo que trabaja. La cantidad de derivación es ajustable por las magnitudes relativas de los resistores Rll ( A , B ) , R12 (A,B) , y R13 (A,B) . La entrada de redes para otras configuraciones electroquímicos, (potencio métricas, de tres electrodos, etc.) , u otros medios sensitivos, (por ejemplo ópticos o termales) , se pueden acomodar en forma similar.

La fase del amplificador diferencial 112 incluye los amplificadores ope r a c i o na 1 e s 118, 120 y 122 conectados en una configuración de dos fases utilizando los resistores Rl, R2, R3, R4, R5, R6, y R7. Las entradas no que no se transforman de los amplificadores ope r a c i o n a 1 e s 118 y 120 se proporcionan con la salida de la entrada de la red 110. La ganancia del amplificador diferencial se controla fácilmente por el valor del resistor R2.

El transformador de fase sencilla 114 incluye el amplificador operacional 124 para la recepción de la salida de la fase diferencial 112. La ganancia del transformador de fase sencilla se controla fácilmente por la relación de red del resistor de R9/R8, mientras la señal equivalente del amplificador que transforma 124 se determina por el voltaje Vs el cual se determina por el porcentaje de resistores R16/R17. El valor de Vs establece un valor de umbral para el dispositivo procesador 66 como se describe adicio alme te a continuació . Como se indico anteriormente la fase amplificadora diferencial y la fase transformadora se pueden combinar o expandir pa a incluir otros dispositivos que condicionan la señal. Los amplificadores ope r a c i o n a 1 e s 118-124 pueden ser cualquier amplificador ope racional apropiado, tal como los amplificadores LM324A disponibles de National Semiconductor Corp.

El accionador de la señal de alarma 116 incluye un circuito d e s t e 11 a n t e / o s c i 1 a d o r de LED 126 disponible como un circuito LM3909 de National Semiconductor Corp. El circuito de s t e 11 an t e / o s ci 1 ado r de LED 126 recibe la salida del transformador de fase sencilla después de la salida del voltaje Vo del amplificador transformador 124, actúa encima por la red de resistor de R18, R19, R20, R 21. La frecuencia de destello del LED se determina por el capacitor Cl, Vo, y el voltaje Vb, el cual se determina por la relación de R20/R21. El indicador de LED 80 se impulsa entonces por pulsos del circuito d e s t e 11 a n t e / o s c i 1 a d o r del LED 126 a través del transistor 128. El impulsor de la señal de alarma puede ser cualquier dispositivo impulsor apropiado para impulsar el indicador o indicadores utilizados.

Tres ejemplos diferentes subconjuntos de protocolos o procedimientos como se representan por las curvas A, B, y C, como se muestran en las Figura 16, el protocolo o procedimiento destellante de dos fases se puede escoger con respecto al circuito de la Figura 12 seleccionando cuales ondiciones quiere indicadas el usuario. El primer subconjunto del protocolo o procedimient j e señal se muestra por la curva A de la Pi jura 16. La curva A muestra una frecue oi i destellante del indicador de LED que en forma continua se incrementa de una conc r i n de cero cuando la señal del milivolt se incrementa, que corresponde a un n remento de la concentración de las especies objetivo, en este caso H2S. No se utilizan frecuencia de línea básica o concentración de umbral. Un usuario puede tener una indicación de la concentración actual de la especie objetivo tóxica notando la relación de la frecuencia destellante, o pudiera contar los destellos en un periodo de tiempo dado para tener una estimación más cuantitativa de la co centración. Los valores del componente se establecen en la Tabla 1, excepto R16, R17, R20 y R21 para la Curva A de la Figura 16, los cuales no son críticos para este ejemplo.

En el segundo subconjunto del protocolo o procedimiento de señalización como se muestra por la Curva B de la Figura 16, la frecuencia de destello de la alarma del LED permanece en cero con el LED apagado, hasta que se excede u valor de umbral de encendido de la señal de milivolt correspondiente al nivel de concentración de umbral de la especie objetivo, después de la cual la frecuencia de destell o varia en forma monotónica de la salida del sensor. No se escoge la frecuencia de línea básica para indicar un estado de listo i preparado. El valor del voltaje de umbral e encendido se varia por la variación de los valores de los resistores R16 Y R17. Cuando e. resistor R16 fue de 91,600 ohms y el resistor R17 fue de 12,800 ohms, y los otros componentes se dan como en la Tabla 1, la frecuencia de destello de alarma del LED se dan como se muestra en la Curva B.

En el tercer subconjunto del protocolo o procedimiento la frecuencia de destello de la alarma de LED se muestra por la Curva C de la Figura 16. Este protocolo o procedimiento incluye ambos un umbral de encendido y una frecuencia de línea básica. La alarma de LED destella a un porcentaje constante, s e 1 e c c i o n a b 1 e que verifica que el sistema está trabajando, para todos los valores de salida del sensor abajo del encendido de umbral. El umbral de encendido es también s e 1 e c c i o n a b 1 e y después de que el umbral se alcanza, la alarma de LED destella a una relación proporcional a la salida del sensor. Otra vez, el valor de voltaje de umbral de encendido se varia por la variación de valores de los resistores R16 Y R17, pero en este protocolo o procedimie to, el valor de la frecuencia de línea básica se varia también por la variación de los valores de los resistores R20 y R21. Cuando el resistor R16 es de 87,300 ohms, el resistor R17 es de 16,700 ohms, el resistor R20 es de 3,510 ohms, y el resistor R21 es de 46,500 ohms, la frecuencia de destello de la alarma de LED se da aproximadamente por los valores mostrados en la Curva C los cuales muestran una frecuencia de línea básica constante hasta que se excede un voltaje de umbral (aproximadamente 2.3m V) , seguido por un incremento de destello monotónico con el incremento de la salida del sensor. La relación del incremento de la frecuencia con la salida del sensor, es decir, las pendientes de las curvas, se pueden controlar por la variación de los valores del resistor R2 y el porcentaje de los resistores R9/R8.

En forma general, los protocolos o procedimientos como son descritos con anterioridad son controlables por la simple variación de ciertos valores del resistor de circuito de la Figura 12. Por ejemplo, el voltaje Vs que se aplica a la entrada que no se invierte del amplificador operacional 124 se determina por la relación de R16/R17. El valor de Vs determina el valor de umbral. El voltaje Vb, que se determina por la relación de R20/R21, determina la frecuencia de línea básica y el porcentaje del incremento de frecuencia con la salida del sensor es controlable por el valor de R2 y la relación de R9 /R8.

En forma general describiendo el circuito anterior de la Figura 12, el sensor 60 tiene una propiedad electroquímica, que es responsiva a la concentración de una especie objetivo. El dispositivo procesador 66 genera una señal de concentración como una función de que la propiedad y el indicador es impulsado por el dispositivo procesador 66 a una relación que señala la exposición, es decir, la frecuencia de destello, que varia como una función de la señal de concentración.

Este mismo circuito proporciona por la generación de una señal de umbral en respuesta a la -señal de concentración cuando se alcanza una concentración de umbral predeterminada; el umbral determinado por el voltaje Vs. El indicador de LED se activa entonces a una relación que señala la exposición de umbral que corresponde a la concentración de umbral predeterminada. Así mismo cuando la frecuencia de línea básica se establece vía Vb, el indicador de LED se impulsa a una relación de señalización de listo o preparado indicativa de un dispositivo que oper dentro de los parámetros diseñados predefinidos.

En otra modalidad, se usa un protocolo o procedimiento de alarma destellante de tres estados con un LED de color sencillo. El protocolo o procedimiento indica las tres condiciones sin que el usuario tenga que interrogar el dispositivo por ejemplo, tal como presionando un botón de interruptor. Los tres estados de señal incluyen: Listo o preparado, estado de " O K " . El LED destella en ma oontinua pero muy lentamente, por ejem l , una vez cada 30 segundos, para informar al usuario que la batería y todos l s circuitos del indicador de la exposición están funcionando dentro de los parámetros diseñados establecidos para el indicador de la exposición.

Estado de alarma. El LED destella rápidamente, por ejemplo, 4 veces por segundo, cuando la co centración de las especies objetivo exceden una concentración de umbral s e 1 e c c i o n a b 1 e y pueden variar entonces como una función de la conce tració de las especies objetivo.

Estado de falla. El LED destella a una relación intermedia, por ejemplo una vez cada 4 segundos, indicando que la batería necesita ser remplazada u ocurrió alguna otra falla en el indicador de la exposición .

La Figura 13 es un diagrama de bloques general del dispositivo procesador 66 para llevar cabo el protocolo o procedimiento de señalización de alarma de tres estados descrito anteriormente. El dispositivo procesador 6 r~ incluye 4 fases de circuitos: entrada derivada de la red 132; el amplificador diferencial 134; el detector de umbral 136; y el impulsor de alarma 138. Estará de manifiesto est a descripción que el sistema de circuitos específicos para cada fase dependerá en los sistemas específicos o elementos utilizados solo como son descritos con respecto a la Figura 11.

En forma general, el circuito derivado de salida 132 proporciona para la derivación o conexión apropiada del sensor 60, 60' utilizado con el indicador de la exposición para proporcionar una salida del amplificador diferencial 134 que varia como una función de la concentración de las especies objetivo en el medio ambiente. Por ejemplo, el circuito puede proporcionar una derivación potencial, por ejemplo, 0.25 volts, transversalmente a los electrodos contadores y que trabajan de un elemento sensor y convierten la corriente del sensor en un voltaje para la comparación con un voltaje de referencia como se muestra en la Figura 14.

El amplificador diferencial 134 amplifica la diferencia entre las proporciones de entrada y salida del circuito 132 y la porción de voltaje de referencia 132 para proporcionar una señal amplificada que varia como una función de la concentración de las especies objetivo al detector de umbral 136. Por ejemplo, el amplificador diferencial puede amplificar la diferencia entre la salida. del sensor y el voltaje de referencia por un factor de R8/R7 y presentarlo como un detector de umbral 136, superimpuesto sobre un seleccionable equivalente determinado por el voltaje de referencia del circuito derivado de salida 132 como se muestra en la Figura 14.

El detector de umbral 136 detecta tanto el Vo de salida del amplificador diferencial 134 y el voltaje de la batería V+ para detectar si la salida Vo ha excedido un nivel de umbral predeterminado o si el voltaje de la batería a caído abajo de cierto nivel de voltaje. El detector de umbral 136 puede incluir un detector de voltaje 146, la Figura 14, que tiene detectores de voltajes programables los cuales son programados en forma individual por resistores externos para establecer los niveles de umbral de voltaje para ambos sobre y bajo la detección de voltaje y la histéresis como se describe adicionalmente a conti uación. El detector de umbral 136, proporciona una salida al impulsor de c r o n óme t r o / a 1 a r ma 138 tal como el indicador de LED se impulsa a una relación que señala listo o preparado para indicar al usuario que el indicador está funcionando dentro de los parámetros diseñados definidos. Cuando la salida Vo excede el nivel de umbral o el voltaje de la batería cae abajo de un nivel de voltaje establecido, el detector de umbral 136 provoca al impulsor de c r o n óme t r o / a 1 a r ma 138 a cambiar su frecuencia de destello de alarma, por ejemplo, de una vez cada 30 segundos para el estado de listo o preparado a 4 veces por segundo cuando el nivel de umbral se excede, o de una vez cada 30 segundos a una vez cada 4 segundos si el voltaje de la batería cae abajo del nivel de voltaje establecido. El impulsor de c r o nóme t r o / a 1 a rma 138 proporciona los medios para seleccionar varias frecuencias de evento de ala ma y manejar varios sensores visual (LEDs), audibles, vibro- táct i les , u otras alarmas sensitivas en respuesta a la salida del detector de umbral 136. El impulsor de c ronóm.e t ro / a 1 a rma 138 puede incluir, por ejemplo, un cronometro de uso general 148, como se muestra en la Figura 14, conectado para usarse en un modo mu 11 i vi brado r estable como parte del impulsor de cronóme t ro /al arma 138 para proporcionar tales habilidades de manejo.

Las Figuras 14 y 15 son diagramas de circuitos ejemplares del dispositivo procesador 66 mostrado en forma general en la Figura 13.

Varios valores para los componentes del circuito se muestran en la Tabla 2 a continuación : Tabla 2 En general los circui os .san las versiones CMOS de tres circuitos int grados estándar para la operación de corrien extremadamente baja. Los circuitos integrados están disponibles en empaques para la fabri ión de tarjetas de circuitos impresos o en forma de circuito integrado para la conexión con cables en un circuito híbrido de cerámica. El suministro de corriente requerida cuando el LED no está destellando es de solo 94 mamps, y un tiempo pesado promedio de 100.8 mamps cuando la señal de alarma esta destellando una vez cada 30 segundos. El circuito se puede empacar como un Paquete en Línea Dual de 8 pernos (DIP) con dimensiones máximas en conjunto de alrededor de 1 x 2 x 0.3 cm. Se espera que la protección de frecuencia radio sea necesaria para el uso industrial y será una parte necesaria del diseño del alojamiento del indicador de la exposición. El circuito de la Figura 13, empacado como un DIP sin el sensor, las baterías y los LEDs, requerirán una intercone ión adicional a este ultimo, tal como una estructura de metal con batería y enchufe de sensor, o una tira conectora flexible soldable. El circuito común o tierra deberá hacer contacto con la protección RF de alojamiento exterior en un solo punto.

El espacio disponible limitado y las consideraciones de peso inhiben el uso de las baterías de tamaño AA o mayores con e. indicador de la exposición, montado en el respirador, y el mayor tiempo de vida demanda la mayor capacidad de cantidad feacible de energía. Un voltaje de batería en exceso de 2 volts se requiere para la operación de la mayoría de los dispositivos de circuitos integrados. Un voltaje de batería sencillo sobre 3 volts se desea para evitar tener que usar baterías múltiples. Debido a que el circuito requiere solo 94 mA para operar fuera un evento de alarma, se pueden utilizar baterías de tipo de consumo de corriente baja "memoria de respaldo". L batería 68, se muestra en la Figura 13 se selecciona en forma especifica que sea una celda de 3.6 volts de cloruro de tionilo de litio debido a las características de descarga constante excepcional de las baterías (de modo que no es necesario el sistema de circuitos que condiciona el poder adicional) , capacidad de alta energía y voltaje de celda ligeramente más alto que otras celdas de Li. Las baterías especificas seleccionadas para utilizarse incluyen la batería modelo TL-5101 Tadiranó y la TI-5902 Tadiranó, aunque varios fabricantes proporcionan otro tipo de baterías similares. La TL-5101 es menos deseable debido a su cambio de voltaje cuando se aplica primero el poder al circuito. La TL-5101 también es menos deseable y las celdas TL-5902 se prefieren desde que la TL-5101 pudieran no ser capaz de suministrar alarmas las cuales probablemente requieran corrientes de pulso más largas de forma significativa. Los datos de desempeño muestran que V+ permanece entre 3.47 y 3.625 volts para - 25 ° C<T<70 ° C . Las baterías están disponibles en varias formas terminales, esto es espada, conductor de derivación y alambre galvanoplastificado, y cumplen con el estándar UL 1642. En un tamaño de 1/2 AA, esta batería tiene la capacidad de 1200 mA-Hr; adecuada para ~1 año de operación continua bajo un consumo de corriente de 100 mA . En la modalidad que utiliza el indicador de la exposición con un respirador, la batería 68 se conecta al circuito solo cuando el aparato que indica la exposición 40, 40', 52 se interconecta en forma correcta con el respirador, dando una larga vida de almacenamiento (10 años) para la batería 68 y el sistema de circuitos indicador de la exposición.

Las cuatro fases básicas del sistema de circuito del dispositivo procesador mostrado en las Figuras 14 y 15, se identifican como el circuito de entrada de derivación 132, el amplificador diferencial 134, el detector de umbral 136, y el impulsor de cronómetro/ alarma, en forma directa corresponden a las fases como se muestran en la Figura 13. Los componentes y sus valores en cualquiera de las fases no son independientes de los valores componentes o del desempeño de las otras fases, pero por simplicidad, la operación del circuito se describirá en los términos de estas divisiones. Sin embargo, tal división y especificidad de los componentes y valores no deben tomarse como limitantes de la presente invención como se describe en las reivindicaciones anexas.

La función de cada fase deberá de escribirse ahora en detalles adicionales con referencia a las Figuras 14 y 15. El circuito de en t r ada /de r i vaci ón 132, se conecta al sensor 60, en forma prefere te un sensor electroquímico. Aunque la siguiente descripción describe este circuito con referencia a un sensor electroquímico para propósitos de simplicidad, como se discutió en forma previa, cualquier tipo de medio sensores se puede utilizar con un cambio correspondiente al sistema de circuitos del dispositivo de procesamiento 66. El circuito de entrada de derivación 132 mantiene una derivación potencial transversal a los electrodos contadores que trabajan del sensor electroquímico, esto proporciona una señal de referencia para cancelar el voltaje de derivación sobre la entrada a esas señales al amplificador diferencial 134, esto proporciona los medios para variar la señal de línea básica del amplificador diferencial 134, y eso convierte la corriente del sensor a una señal de milivolt aplicada a una salida del amplificador operacional 144 del amplificador diferencial 134.

Los resistores Rl y 34 actúan como un divisor de voltaje para proporcionar un voltaje volt derivación Vbias le. electrodo contador del sensor relativo al el ctrodo que trabaja, Vbias=(V+)[R4/(Rl+R4)]. La oorriente electroquímica a través de R4 desarrolla la señal de voltaje de entrada V2 a la entrada no transformadora del amplificador operacional 144. Los resistores R2 y R3 proporcionan un voltaje de referencia VI para la entrada del transformador del amplificador operacional 144, tal que variando R3 permite al nivel equivalente de la salida del amplificador Vo, seleccionarse para la sensitividad del sensor particular y el nivel de corriente de línea básica. Estos criterios establecen las relaciones de R4/R1 y R3 /R2.

Para ambas la linealidad de la ganancia del amplificador 144 y su optimización, la corriente a través de R3 que viene del nodo transformador a través de R5 deberá ser insignificante a la que viene de R2. La corriente del nodo transformador se determina por el voltaje de salida del amplificador como Vo/R6, y puede ser sobre 50 nA en el umbral de alarma. Esta corriente de eferencia a través de R2 deberá ser así al menos en la orden de micro amp e r i o s .

La combinación paralela de R2+R3 y R1+R4 determinan el consumo de corriente total por el circuito de entrada/derivación, y es parí mantenerla tan pequeña como práctica con la restricciones anteriores. Ya que la impedanci i de entrada no transformadora, (R7+R8 ) , es mucho más grande que la impedancia de entrada transformadora, (R5) , la corriente a través de R5 del nodo transformador será mucho más larga que la corriente a través de R7 para la entrada no transformadora. De aquí R 1 + R 4 puede ser mucho más larga que R2 + R3, y la última determina en forma primaria el consumo de corriente total. El límite superior de R4 se determina por el valor más grande, para la mayor conversión de corriente a voltaje, lo cual no limita la corriente del sensor y le permite permanecer en un modo amp e r i mé t r i c o . R4 que está en apro imadame te 200 K Ohms se determinó como un límite superior satisfactorio para el sensor electroquímico preferido. Para los valores de R1-R4 mostrados en la Figura 14, el sensor de derivación es 0.25 V, la corriente de referencia es de 13.8 mA y la corriente de derivación es de 1.7 mA . Estos valores cumplen con los criterios anteriores sin un consumo de corriente excesivo y proporcionan una ganancia uniforme más alta del amplificador 144.

Los efectos primarios de los cambios en el suministro de voltaje V+ de la batería debido a la temperatura y al tiempo está en el circuito de e n t r a da / de r i v a c i ó n 132. Las otras 3 fases, basadas en los circuitos integrados comerciales, son insensitivos a pequeñas variaciones en V+. Los primeros efectos en el circuito de entrada/derivación 132 es que el voltaje de derivación Vbias cambia. En forma funcional, Vbias = [R4 / ( R1 + R4 ) ]v+ . Entre los límites superior e inferior de 3.4<V+<3.6 volts, los cambios de voltaje de derivación de 0.252 a 0.238 volts. Debido a la extrema igualdad de la superficie de la curva de descarga de la batería de cloruro de tionilo de litio, V+ deberá permanecer arriba de 3.55 volts por apro imadamente 7500 horas (310 días) durante el cual el cambio en Vbias deberá ser menor que 5 mV .

La segunda consecuencia de un cambio en V+ es que el valor equivalente de la salida del amplificador diferencial 134 también cambia, provocando que la cantidad de corriente del sensor requerida para alcanzar el impulso activador del detector de umbral 136 para cambiar. Es deseable tener la cantidad de estos cambios tan cerca de cero como sea posible así la concentración de especies objetivo ppm en el umbral es constante. La señal del sensor en milivolts el umbral Vsth se da por, th 5 4 3 + V (mV) = R—6 \.3-[R—- R - ]V+ -V 1,0 s R RI + R4 R2 +R3 ' donde Vio es el voltaje equivalente de entrada del amplificador operacional 144 y el valor 1.3 es el voltaje de refere cia interno del circuito integrado del detector de umbral ICL7665S 146 disponible de Harris Semiconductor. la variabilidad de circuito integrado a circuito integrado de este voltaje de referencia es de solo 1.300 ± 0.025 volts para la versión ICL7665SA. Para reducir los efectos de los cambios en V+, el valor en los corchetes se debe reducir relativo a la ganancia del amplificador, R5/R6=R7/R8. Además, tanto el sensor y el R4 pueden tener variaciones con la temperatura que puede afectar el circuito. Estas variaciones se pueden compensar usando un termistor en serie con cualquiera de R3 o R4 si es necesario. El amplificador diferencial 134 de la figura 14 incluye un TLC251BC, de muy bajo poder, el amplificador operacional LinCMOSTM de puerto de silicio programa ble 144 diseñado en forma especifica para operar de las baterías de bajo voltaje. En el circuito de la figura 14 con los valores de componente en la tabla 2, el amplificador operacional 144 lanza solo 6.85 mA de corriente suministrada a 3.6 volts. Esto tiene una protección de descarga electrostática interna y está disponible en diferentes grados de porcentaje para tener voltajes equivalentes de entrada máximos de 10 mV abajo a 2 mV a 25°C. Está disponible en forma de circuito integrado para montaje de superficie de Texas Instruments o su equi alente de Harris Semiconductor .

Con un amplificador de fase sencilla que se usa, la ganancia del amplificador deberá ser suficientemente grande para artivar el detector de umbral 136 en su niv l e entrada fijo de 1.30 volts cuando la se*, al del sensor de R4 excede el umbral establecido por R3. El voltaje de salida Vo del amplifica or operacional se da por: Vo - i *± * R * 5V~ -R±5V. R7 + RS R 2 R 1 donde V2 es la entrada en la entrada no transformadora, y VI la entrada en la terminal tra sformadora. La combinación paralela de R5 y R6 deberá ser igual a R7 y R8 para minimizar errores equivalentes debido a las corrientes de entrada. La ganancia se determina así por la relación de R6/R5 o R8/R7. Para proporcionar varias décimas de un cambio de volt en Vo de una entrada de 1.5 mV debido a la corriente del sensor a través de R4, una ganancia de >150 se desea. El valor de R6 se debe mantener ta largo como práctico para minimizar la corriente a través de R5 y mantener la corriente de referencia tan baja como sea posible, por las razones discutidas anterio mente con respecto al circuito de entrada/deri ación. El resistor R6 = 20MW es un valor real con los valores de R y R7 para seguir por una ganancia ideal de 200. La ganancia del amplificador diferencial 1 ? 4 que proporciona la señal del sensor amplificada al detector de umbral 136 es lineal en forma substancial.

El detector de umbral 136 incluye un detector de voltaje sobre/bajo de micropoder CMOS ICL7665S 146, disponible de Harris Semiconductor, para proporcionar una transición extremadamente clara de a 1 a r ma - a p a g a do a alarma-encendido cuando el nivel de la concentración especies obje ivo de umbral, tal como por ejemplo H2S, detectada por el sensor electroquímico 60 se excede. Esto también proporciona varios medios de interrupción de otros componentes de circuito para ya sea tierra o V+ para la operación de alarmas múltiples y cambiar la frecuencia de destello del LED. Además, esto proporciona para la detección de una condición de bajo voltaje de batería y requiere solamente 2.5 mA de corriente suministrada en el circuito de la Figura 14.

Cuando VO del amplificador diferencial 134 excede el voltaje de referencia interno de 1.30 volts el detector de voltaje 146, la terminal HYST 1 conecta el R9 a V+. Esto pone el R9 en paralelo con el R14, el resistor de tiempo del impulsor de cronómetro/alarma 138. Ya que R9 es mucho más pequeño que R14, la resistencia paralela es R9 y la frecuencia de destello se interrumpe abruptamente de 1.90/ (ClxR14) a 1.48 / ( C 1 xR 9 ) , donde Cl es la capacitancia en faradios y R en ohms. Con los valores del componente en la tabla 2, los cambios de frecuencia de destello de un destello alrededor de cada 34 segundos en el estado de "OK" listo o preparado, aun destello cada 0.245 segundos en el estado de alarma. La Figura 17 muestra lo abrupto de la transición, la mayor porción de lo cual ocurre sobre un rango de entrada de 0.01 mV, que corresponde a el rango de 0.03 ppm en la concentración de H2S para una sensitividad de sensor nominal de 15 nA/lOppm y R4=200KW. El periodo de destello cambia de 0.9 seg. a 0.245 segundos sobre un cambio adicional de 0.07 mV . El cambio de frecuencia abrupto de alarma de LED como se muestra en la Figura 17 ocurre cuando la señal del sensor atraviesa un valor de umbral de 1.43 mV .

Una segunda función del detector del umbral 136 es para sentir una condición de batería baja. El nivel V+ de voltaje bajo se determina cuando [RIO/ (R10 + R11) ]V + =1.3 volts se aplica a la terminal Conjunto-2 del detector de voltaje 146. Con 1.3 volts aplicados, la terminal Fuera-2 se conecta a tierra. Conectando la terminal de control de un cronómetro ICM7555 148 a tierra. El ICM7555 está disponible de Intersil. Esto provoca la frecuencia de alarma incre e tarse de una vez cada 30 segundos a una vez cada 1.50 segundos de los valores componentes como se muestran en la tabla 2, señalando un aviso de batería baja o estado de falla. Debido a que el voltaje de la batería podría en realidad fluctuar alrededor del valor que sobrepasa cuando lo cruza, la histéresis se necesita para prevenir el estado de falla de apariencia errática. Esto se proporciona por la terminal de Histéresis-2 del detector de voltaje 146 el cual, en forma original al potencial V+ se desconecta cuando el voltaje en la terminal Conjunto-2 es de 1.3 volts y pone el R12 en series con el RIO y el Rll con lo cual disminuye el voltaje aplicado a la terminal Conjunto-2 del detector de voltaje 146. Esto significa que una vez activado, la indicación de batería baja o estado de falla no se apagará hasta que V + exceda el valor requerido para hacer [ R 10 / ( R 10 + R 11 + R 12 ) ] V + = 1.3 volts. Este efecto, por ejemplo, se muestra en la Figura 18, que muestra como el circuito de la Figura 14 responde cua do V+ es disminuida primero, entonces incrementada a través de los puntos establecidos. Para los valores de R 10 -R12 en la tabla 2, el valor bajo de V+ es de 3.0 volts y el valor alto de V+ es de 3.5 volts cuando la alarma no está destellando. Durante un pulso de onda cuadrada del indicador 42 LED, el voltaje de la batería cae en forma de onda cuadrada por una cantidad que depende en la resistencia interna de la batería y la corriente tomada por el LED. Para la batería TL-5902 de Tadiranó y los niveles de corriente del LED especificados por R15 y R16 en la Figura 14, una caída de 0.04 volt ocurre en V + durante un evento de alarma de 15 mseg que consiste de dos LEDs y un zumbador piezoeléctrico (Figura El impulsor de cronómetro/alarma 138 de la Figura 14 incluye un I C M " ó ó o , o equivalente, el cronómetro ,de uso general 148. El ICM7555 es un CMOS, versión de bajo- poder del circuito integrado del cronómetro NE555 utilizado ampliamente. El cronómetro 148 aquí se utiliza en un modo mu 11 i v i b r a d o r estable para impulsar el LED o las alarmas audibles piezoeléctricas. A pesar que el bajo poder, eso toma 68.0 mA. Durante un evento de alarma, la corriente requerida por el impulsor de c r o n ó me t r o / a 1 a r ma se eleva sobre 13.6 mA en un pulso de onda cuadrada a través del LED. Una versión de poder más bajo de este circuito mejorará el tiempo de vida de la batería en forma significativa.

Las frecuencias de alarma f se determina simplemente por el valo de R14 y Cl, ( f ~ 1 / C 1 ( R 14 ) ) , y el voltaje aplicado a la terminal de control del cronómetro 148. En los estados de "OK" listo o preparado y alarma, la longitud del evento de alarma o el ancho del pulso del destello, t, se da por C1 (R13) /1.4. Si el destello del LED es muy corto, el ojo n puede percibir toda la intensidad. Y si es demasiado largo, la corriente suministrada ea desperdiciada sin necesidad. Los destellos abajo de alrededor de 6 a 7 milisegundos e longitud parecen confusos. Una longitud e pulso de alrededor de 15 milisegundos parece adecuada para una percepción completa. Est también aplica para una alarma audibl •> p i e z o e 1 é c t r i c a que opera a frecuencias de 5 khz. Un pulso de 6 milisegundos contiene solamente alrededor de 20 ciclos y sonidos más débiles que por decir un pulso de 15 milisegundos a un cuando la amplitud es constante. Por estas razones, se escogió R13 en la tabla 2 para dar un pulso de alarma amplio de 15 milisegundos. En forma clara, R9, R14 y R13 se pueden variar para acomodar los valores de C diferentes. En la modalidad preferida, el indicador opera en una relación que señala en el rango de frecuencia de 0.001 a 30 Hz. En la Figura 14, la corriente de pulso del LED se limita por los resistores R15 o R16. Los LEDs mostrados producen 2.5 milicandela dentro de un ángulo de visibilidad de 90°C en una corriente de 10 mA. Bajo condiciones de iluminación normales, la salida en 5-6 mA parece muy adecuada. En ciertas modalidades los LEDs se pueden orientar para optimizar la luz que entra al ojo del portador del respirador. Los valores de R15 y R16 en la Tabla 2 se escogieron para dar un valor de 6.8 mA para los LEDs específicos utilizados. La corriente de salida máxima del ICM7555 es de alrededor de 100 mA y se anticipa en forma satisfactoria para las modalidades de alarma.

Para el estado de falla, lo ancho del pulso se determina también por el voltaje de control aplicado al cronómetro 148 y el valor actual del V+. Cuando V+ disminuye el ancho del pulso se acorta, pero es e forma general más largo que el ancho del pulso de alarma. La Figura 15 muestra un circuito de dispositivo procesador alterno que es similar al de la Figura 14 excepto que se agrega un transistor de efecto de campo de unión. 150 en series con el resistor R9 y dos posiciones alternas para la conexión de un zumbador piezo o alarma audible 152 como se muestra. La Figura 19, por ejemplo, muestra la frecuencia de destello de una alarma de LED como una función de la salida del sensor (mV) para el circuito de la Figura 15 y los valores componentes en la Tabla 2. Los valores de concentración de las especies objetivo equivalentes asumen una sensitividad de sensor de 0.3 mV por ppm para el sulfuro de hidrógeno y un ajuste equivalente para hacer producir el umbral en alrededor 10 ppm (alcanzado por el ajuste de R3) . Como se muestra por la Figura 19, la frecuencia de destello permanece baja alrededor de un destello cada 30 segundos, indicando un estado de listo o preparado, hasta que se alcanza el umbral, y entonces la frecuencia de destello se incrementa en forma regular cuando el voltaje del sensor equivalente se incrementa, demostrando una señal que proporciona información ampliada al usuario. La relación del incremento de frecuencia con el incremento de la co centración o la salida del sensor, es decir, la pendiente de las curvas en la Figura 19, es controlable a través de la variación de R9. Como se muestra en la Figura 19, la relación del incremento de la frecuencia es relativamente más rápido para R9 = 10K cuando se compara a R9 = 71.5 K.

Las dos posiciones de conexión alterna diferente para la alarma audible 152 resultan en la señalización de alarma audible diferente. Para la alarma audible 152 conectada entre la terminal de salida del cronómetro 148 y la terminal HYST 2 del detector de voltaje 146, la alarma audible o zumbador chirrea con el destello del LED u otra alarma visual utilizada solamente si el umbral de alarma se cruza. Con la alarma audible 152 conectada a la terminal de salida del cronómetro 1 8 y V+, la alarma audible chirrea cada vez que el LED u otro indicador visual destella. Por lo tanto el detector de umbral 136 y el impulsor de cronómetro/alarma 138 pueden trabajar juntos para provocar la alarma audible 152 chirrear en fase con el LED solo cuando se excede el umbral de la concentración de las especies objetivo pero permanece silenciosa en otras ocasiones el LED está destellando o en forma alterna la alarma audible 152 puede sonar cada vez que el LED destella. Estará de manifiesto rápidamente de la discusión previa que cualquier indicador sensitivo o alarma se puede utilizar en conjunción con el protocolo o procedimiento que señala alarma del indicador de la exposición, incluyendo un indicador orotáctil.

Para los indicadores de la exposición "tamaño de bolsillo o m a r, i .. " que utilizan los protocolos o procedimien os de señalización descritos anteriormente ron m yor espacio para baterías más grandes y LEDs de color múltiple y otras alarmas audibles, se pueden hacer cambios mínimos a la fase del impulsor de alarma para ampliar adicionalmente la información proporciona a al usuario, por ejemplo, la adición de un transistor en la salida del cronómetro 148 para una alarma sonora .

Para aplicaciones don e no es necesario tener el circuito valorado continuamente por el usuario de su correcto f-uncionamiento por medio de un destello "OK" de listo o preparado, en vez de eso se desea un interruptor activado por el usuario, la adición de un interruptor de botón de presionar en lugar del R14 es todo lo que se necesita. En este e ento, desde que el cronómetro 148 lanza una cantidad significante de la corriente de 94 mA en conjunto, es posible con está pequeña variación tener el cronómetro a encenderse solo cuando se necesita para un destello de alarma teniendo los polos del interruptor conectados de más al cronómetro 148, así se extiende la vida de la batería.

EJEMPLOS Ejemplo 1. Una maqueta de un siste a respirador se construyó incorporando n dispositivo de alarma desprendible como se ilustra en la Figura 6. Un alojamiento del ¡1 - flujo se maquino de plástico para ajustarlo entre el cartucho absorbente y la mascara facial de un respirador de serie 6000 manufacturado por la Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN . El espesor fue de alrededor de 0.4 pulgadas (1.016 cm) . Se pegaron medios de sujeción tipo bayoneta sobre ambas caras del alojamiento del flujo para ajustar los medios de sujeción existentes sobre el cartucho y la mascara facial. Un receptáculo similar a una caja para recibir el dispositivo se unió al alojamiento del flujo. Se insertaron dos pernos a 1 i me n t a d o r e s metálicos capaces de conducir una señal eléctrica de un sensor en el alojamiento del flujo al dispositivo de alarma. Un aparato que indica la exposición se construyó de plástico para ajustarlo dentro de un receptáculo similar a una caja y las conexiones se proporcionaro para recibir los dos pernos a 1 i me n t a do r e s metálicos y conducir la señal del sensor aun circuito en el indicador de la exposición para la activación de la señal de alarma. Un LED se monto sobre cada extremo del indicador de la exposición de modo que uno fue siempre en una línea directa de la vista y rápidamente observable para el portador del respirador, lo cual sirvió como el indicador de alerta.

Ejemplo 2. Una maqueta de un sistema respirador se construyó como en el Ejemplo 1 excepto que no hubo alojamiento del flujo y el indicador de la exposición se unió en forma desmontable a un cartucho absorbente reemplazable de serie 6000 (Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN . ) por medio de un adaptador similar al que se ilustra en la Figura 7.

Ejemplo 3. Una maqueta de un sistema respirador se construyó incorporando un indicador de la exposición como se ilustra en la Figura 5. Un alojamiento del flujo se maquinó de plástico para ajustarse entre el cartucho' absorbente y la mascara facial de un respirador de serie 6000 (Minnesota Mining and Manufacturing Co., St. Paul, MN . ) . El espesor fue de alrededor de 0.4 pulgadas (1.016 cm) . Se pegaron medios de sujeción del tipo bayoneta sobre ambas caras del alojamiento del flujo para ajustar los medios de sujeción existentes sobre el cartucho y la mascara facial. Se unió al alojamiento del flujo un receptáculo similar a una caja para recibir el dispositivo de alarma. Un indicador de la exposición se construyó de plástico para ajustarlo dentro del receptáculo similar a una caja, y un tubo de acoplamiento fluídico en forma de cono sobre el indicador de la exposición insertado dentro de una abertura en el receptáculo similar a una caja para conducir los gases del alojamiento del flujo a un sensor localizado en el indicador de la exposición. Se monto un LED sobre el indicador de la exposición en línea directa de la vista y rápidamente observable para el portador del respirador, que sirvió como el indicador de alerta.

Ejemplo 4. Una maqueta de un sistema de protección de respirador se construyó como en el Ejemplo 3 excepto que no hubo alojamiento del flujo y el indicador de la exposición se unió a un cartucho absorbente reemplazable de Series 6000 (Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul MN . ) por medio de un adaptador similar al que se ilustró en la Figura 4.

Ejemplo 5. Un sensor electroquímico que se monto en un indicador de la exposición conectado al exterior de un cartucho respirador por medio de un adaptador similar al de la Figura 4, se utilizó para monitorear sulfuro de hidrógeno en el aire. El sensor comprende un electrolito de polímero sólido con electrodos de superficie nanoestructurada y se preparó como se describe en la patente Norteamericana No. 5,338,430 titulada "Membranas de Electrodos Nanoestructurados" .

Un tubo de plástico cónico que tiene una entrada de apertura de 1.5 mm se insertó dentro de un hueco de 6.5 mm en un extremo de un cartucho respirador serie 6000 (Minnesota Mining and Manufactupr.? .T mpany, St. Paul, MN. ) . El tubo exterior hiz un ajuste hermético con el hueco en la pare 1 ¡el cartucho. El tubo se extendió 1.8 cm dent ro iel interior de un cartucho vacío. El t r o exterior hacia el cuerpo del cartucho se abrió dentro de un tubo de pared plana con un iámetro interior de 1.1 cm. De diámetro interior, 1.5 cm. de diámetro exterior y 1.7 cm. de longitud. El sensor fue sujetado al extremo exterior del tubo de pared plana usando rondanas de caucho para ayudar a sellar y sostener el sensor en su lugar. El diámetro del tubo cónico fue lo suficientemente largo que no actúo como una barrera que limita la difusión. Esta función se proporcionó por una película de propileno porosa de 4 mil de espesor (Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul M.N. ) , llena con un aceite mineral pesado el caal fue puesto inmediatamente en frente del electrodo que trabaja del sensor. una relación de flujo de 10 litros por minuto de 10% de humedad relativa, 22°C de aire se mantuvo a través del cartucho, sin filtración detectable o flujo del volumen de aire dentro del dispositivo de alarma. Sobre la introducción del sulfuro J hidrógeno en una concentración de 10 ppm a la corriente de flujo, se midió una señal de 3 ro 7 transversalmente a un resistor de 100,000 ohn conectado a los electrodos. La respuesta irreversible sobre la extracción del sulfuro de hidrógeno .

Ejemplo 6. Para este ejemplo se utilizó . * misma disposición como se describió en e. Ejemplo 5 excepto que el cartucho se lleno c -. esferas de vidrio de 2 mm de diámetro para simular el flujo a través de una co figuración de cama empacada. Con una relación de flujo de 10 litros por minuto de 10% de humedad relativa, 22°C de aire que contiene 10 ppm de sulfuro de hidrógeno, una señal de 3 mV se detectó transversalmente al resistor del sensor de 100,000 oh la respuesta fue reversible sobre la extracción del sulfuro de hidrógeno.

La presente invención se ha descrito ahora con referencia a varias modalidades de esta Estará de manifiesto para aquellos diestros en la técnica que se pueden hacer muchos cambios en las modalidades descritas sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, el indicador de la exposición de la presente invención se puede también utilizar para monitorear la presencia del oxígeno adecuado en un respirador, en el aire ambiental, o para una variedad de aplicaciones medicas. El indicador se p ede también utilizar para monitorear el aire ambiental en los vehículos, cuartos, o en otros lugares. Así el alcance de la presente invención no se deberá limitar a las estructuras aquí descritas, si no solo por las estructuras descritas por el lenguaje de las reivindicaciones y los equivalentes de estas estructuras.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato que indica la exposición para monitorear la presencia de una especie objetivo en el flujo del aire a lo largo de una trayectoria del flujo que se extiende de al menos un medio exterior a una mascara facial que comp re de : un sensor reversible en comunicación fluida con la trayectoria del flujo; un alojamiento del p ocesador unido de forma que se puede soltar (desprendible) a la trayectoria del flujo en lugar de unión tal que el alojamiento del procesador se puede desprender sin permitir al aire ambiente entrar a la trayectoria del flujo en el lugar de la unión; un dispositivo procesador que contiene en el alojamiento del procesador que genera una señal de concentración responsiva a al menos una propiedad del sensor reversible; y un indicador responsivo a la señal de concentración .

2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el alojamiento del procesador se une de forma que se puede soltar ( esprendible) a un cartucho que purifica el aire localizado a lo largo de la trayectoria del flujo.

3. El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracteriza o porque el sensor reversible se localiza en el cartucho que purifica el aire.

4. El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el sensor reversible se localiza en el alojamiento del procesador, el sensor reversible además incluye un acoplamiento íluidico en comunicación fluida con el cartucho que parifica el aire.

5. El aparato de conformidad con la reivindicación 4, ca r ac t e r i z. a d o porque el cartucho que purifica el aire además incluye una abertura para la recepción del acoplamiento fluídico, la abertura que tiene una cubierta la cual se cierra después de remoción del acoplamiento fluídico.

6. El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el acoplamiento fluídico comprende un dispositivo que limita la difusión.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracteriza o porque además comprende un alojamiento del flujo que forma una porción de la trayectoria del flujo.

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el alojamiento del flujo se interpone entre el cartucho que purifica el aire y la mascara facial .

9. El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el alojamiento del procesador se une en forma qi se puede soltar (desprendible) al alojamiento del flujo.

10. El aparato de conformidad con l a reivindicación 7, caracterizado porque el sensor reversible se localiza dentro de. alojamiento del flujo.

11. El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el sensor reversible se localiza dentro del alojamiento del procesador, el sensor reversible además incluye un acoplamiento fluídico en comunicación fluida con la trayectoria del flujo.

12. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo procesador se acopla al sensor reversible por un acoplador eléctrico u óptico desprendible .

13. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la trayectoria del flujo además se extiende de la mascara facial al medio ambiente exterior a través de un puerto de escape, el sensor reversible que se localiza próximo al puerto de escape.

14. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el indicador comprende una pluralidad de dispositivos que señalan respondiendo a la señal de concentración.

15. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el indicador comprende una fuente de luz, un generador acústico, o un generador vibro-táctil .

16. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sensor reversible tiene al menos una propiedad responsiva a la concentración de una especie objetivo, la al menos una propiedad seleccionada de un grupo que consiste de la temperatura, la masa, la deformación mecánica, la pe rmi t i vidad eléctrica compleja, la gravimé t r i ca , la absorción óptica y la reflectividad, la permeabilidad magnética, la resistividad, la electroquímica, la emisión óptica, los estados de superficie electrónica, y los módulos de volumen de elasticidad.

17. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una propiedad es responsiva a una concentración de una especie objetivo seleccionada de un grupo que consiste de sulfuro de hidróxido, monóxido de carbono, y otros gases tóxicos, oxígeno, y gases explosivos .

18. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , carac erizado porque el dispositivo de procesamiento incluye medios de detección de umbral para la generación de una señal de umbral en respuesta a la señal de concentración cuando se alcanza una concentració de umbral predeterminada, el indicador que se activa en respuesta a la señal de umbral en una relación que señala el umbral co respondiente a la concentración de umbral predeterminada, el porcentaje que señala después de la variación como una función continua de la señal de concentración.

19. Un alojamiento del flujo que contiene un sensor para usar con un aparato que indica la exposición que comprende: un alojamiento que forma una porción de una trayectoria del flujo entre un medio ambiente exterior y una mascara facial; los medios que reciben en el alojamiento del flujo para un emb r a g ami e n t o relajado con el aparato que indica la exposición; y los medios de transmisión para la conexión del sensor con el aparato que indica la exposición, los medios receptores que permiten al aparato que indica la exposición ser extraído del alojamiento sin que permitan al aire ambiente entrar a la trayectoria del flujo en los medios de recepción.

20. Un método para el monitoreo de la presencia de especies objetivo en el aire que fluye de un medio ambien e exterior a una mascara facial a lo largo de una trayectoria del flujo, que comprende los pasos de: la proporción de un sensor reversible en comunicación fluida con ia trayectoria del flujo y un alojamiento del procesador que contiene un dispositivo cesador unido de forma que se puede soltar idesprendible) a la trayectoria del flujo ,n lugar de unión de modo que el alojamiento del procesador se puede desprender sin permitir ai aire ambiente entrar en la trayectoria del flujo en el lugar de la u ión; el monitoreo de al menos una propiedad del sensor reversible; la generación de una señal de concentración en respuesta al menos de una propiedad del sensor reversible; y la activación de un indicador en respuesta a la señal de la concentración. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un aparato que indica la exposición para el monitoreo del flujo del aire a lo largo de una trayectoria de flujo que se extiende del medio ambiente exterior, a través de un cartucho de respirador que purifica el aire y dentro de una mascara facial. Un sensor reversible se une en forma desprendible a la trayectoria de flujo así que se puede extraer sin la interrupción del flujo del aire a lo largo de la trayectoria de flujo. Un dispositivo de procesamiento genera una señal de concentració responsiva de al menos una propiedad del sensor reversible. El dispositivo procesador proporciona una indicación activa, tal como una respuesta visual o táctil a la señal de concentración. Un alojamiento de flujo puede formar una parte de la trayectoria de flujo. El alojamiento de flujo se interpone en forma preferente entre el ca tucho que purifica el aire y la mascara facial. Un alojamiento del procesador que contiene el dispositivo de procesamiento y el indicador se une al alojamiento de flujo o al cartucho de respirador que purifica el aire. El sensor reversible se localiza en el alojamiento del procesador, el cartucho el respirador que purifica el aire o el alojamiento de flujo. El sensor se acopla al dispositivo de procesamiento por un acoplador electromagnético general óptico o eléctrico que cubre el rango de frecuencia, por ejemplo, de DC a RF a microonda .