TWI588783B - 用於偵測於一離子室中煙霧之方法及設備 - Google Patents

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Description

用於偵測於一離子室中煙霧之方法及設備
本發明係關於煙霧偵測裝置，且更特定而言係關於將三角積分類比數位轉換器用於判定煙霧何時存在於離子室中之煙霧偵測裝置。
本申請案主張Benjamin T.Cooke、Joseph Julicher及Keith Edwin Curtis之2011年12月14日申請之題為「Method and Apparatus for Detecting Smoke」之共同擁有之美國臨時專利申請案第61/570,436號的優先權，且為Joseph Julicher、Keith Curtis及Paul N.Katz之2012年10月2日申請之題為「Differential Current Measurements to Determine Ion Current in the Presence of Leakage Current」之美國專利申請案第13/633,686號的部分接續申請案，該兩案出於所有目的特此以引用之方式併入本文中。
煙霧偵測器一般使用含有一放射性離子源之離子化室，該放射性離子源耦接至一高輸入阻抗運算放大器。圖1展示用於煙霧偵測器中之典型離子化室，該典型離子化室用以產生在存在煙霧粒子時減小之極小電流(nA)。運算放大器用以將此電流轉換為電壓，該電壓接著被量測以判定煙霧之存在。高溫在煙霧偵測器中之運算放大器之輸入上引起增大之漏電流。此情形影響了離子化室煙霧偵測功能之總體效能。因此，漏電流之該等增大可引起多種問題，諸如，不準確性等，該多種問題在設計煙霧偵測器時可需要 另外的補償電路且因此可增大裝置之成本。
另外，離子室之阻抗極高，且任何漏電流(例如，印刷電路板漏電流)皆會遮蔽離子室電流。煙霧偵測離子室因此需要複雜的製造程序，在該製造程序中感測積體電路運算放大器之接腳經彎曲且直接在空中熔接至離子室。如以上所提及，需要特殊之低洩漏電路以偵測由離子室中之煙霧之存在所引起的通過離子室之小電流改變。
因此，存在對於既不需要敏感且昂貴之組件亦不需要複雜製造程序的用以偵測煙霧偵測器之離子室中之煙霧之方式的需要。
根據一實施例，一種用於偵測煙霧之方法可包含以下步驟：藉由一三角積分類比數位轉換器來判定一導電屏柵上之一電壓，其中該導電屏柵可位於一第一離子室與一第二離子室之間，其中該第一離子室可任由煙霧進入且該第二離子室可封閉而不使煙霧進入；及當該導電屏柵上之該電壓改變一特定量時偵測到煙霧之存在。
根據本方法之另一實施例，其可包含以下步驟：在一第一極性下將一第一電壓電位施加至該第一離子室及該第二離子室；判定由處於該第一極性之該第一電壓電位所引起的該導電屏柵上之一第一電壓；在一第二極性下將一第二電壓電位施加至該第一離子室及該第二離子室；判定由處於該第二極性之該第二電壓電位所引起的該導電屏柵上之一第二電壓；判定該第一電壓與該第二電壓之間的一電壓 差；及當該電壓差改變一特定量時偵測到煙霧之存在。根據本方法之另一實施例，該導電屏柵上之該電壓在一特定時間內改變該特定量。
根據本方法之另一實施例，該判定該導電屏柵上之該電壓的步驟可包含以下步驟：藉由一電壓比較器比較該導電屏柵上之該電壓與來自一電壓參考之一參考電壓；當該導電屏柵上之該電壓可小於該參考電壓時對耦合於該導電屏柵與該電壓參考之間的一電容充電；當該導電屏柵上之該電壓可大於該參考電壓時使耦合於該導電屏柵與該電壓參考之間的該電容放電；在一取樣時間期間計數該電容可經充電之次數；及比較在該取樣時間期間該電容可經充電之該次數以判定後續取樣時間中之任何一或多者的一計數數目是否已改變了一特定數目之計數。
根據本方法之另一實施例，該判定該導電屏柵上之該電壓的步驟可包含以下步驟：藉由一電壓比較器比較該導電屏柵上之該電壓與來自一電壓參考之一參考電壓；當該導電屏柵上之該電壓可小於該參考電壓時對一耦合於該導電屏柵與該電壓參考之間的電容充電；當該導電屏柵上之該電壓可大於該參考電壓時使耦合於該導電屏柵與該電壓參考之間的該電容放電；在一取樣時間期間計數該電容可被放電之次數；及比較在該取樣時間期間該電容可被放電之該次數以判定後續取樣時間中之任何一或多者的一計數數目是否已改變了一特定數目之計數。
根據本方法之另一實施例，其可包含藉由來自一溫度感 測器之溫度資訊來補償溫度改變的步驟。根據本方法之另一實施例，其可包含藉由來自一相對濕度感測器之相對濕度資訊來補償相對濕度改變的步驟。根據本方法之另一實施例，其可包含藉由來自一電壓感測器之電壓資訊來補償電壓改變的步驟。
根據本方法之另一實施例，其可包含以下步驟：當該電容器可正在被充電時在一第一計數器中計數來自一時脈產生器之時脈脈衝；在取樣時間期間在一第二計數器中計數來自該時脈產生器之時脈脈衝；及比較來自該第一計數器的在該第一計數器中計數之時脈脈衝之數目的一第一計數值與來自該第二計數器的在該第二計數器中計數之時脈脈衝之數目的一第二計數值；其中若該第一計數值可比該第二計數值小一特定量，則產生一煙霧警報。
根據本方法之另一實施例，其可包含以下步驟：自該第二計數值減去該第一計數值以產生一差值；及將該第一計數值除以該第二計數值以產生一比例計數值。
根據另一實施例，一種用於偵測煙霧之設備可包含：一離子化室，其具有一輻射源且包含第一室及第二室，在該第一室及該第二室之間具有一導電屏柵，其中該第一室可任由煙霧進入，且該第二室可封閉而不使煙霧進入；一電壓比較器，其具有耦接至該導電屏柵之一第一輸入及耦接至一電壓參考之一第二輸入；一電容器，其耦接於該電壓比較器之該第一輸入及該第二輸入之間；一正反器，其具有耦接至該電壓比較器之一輸出之一D輸入及耦接至一時 脈產生器之一時脈輸入，其中每當可自該時脈產生器接收到一時脈信號時，該D輸入處之一邏輯值可被傳送至該正反器之一Q輸出；一回饋電阻器，其耦接於該正反器之該Q輸出與該電壓比較器之該第一輸入之間以用於對該電容器充電及使該電容器放電；其中當該電壓比較器之該第一輸入上的一電壓可大於一來自該電壓參考之電壓時，該電壓比較器之該輸出可處於一邏輯低且該電容器可被放電，且當該電壓比較器之該第一輸入上的該電壓可小於來自該電壓參考之該電壓時，該電壓比較器之該輸出可處於一邏輯高且該電容器可被充電；一第一計數器，其用於在一特定時間週期期間當該正反器之該Q輸出可處於一邏輯高時計數來自該時脈產生器之時脈脈衝之一第一數目；及一第二計數器，其用於在一特定時間週期期間計數來自該時脈產生器之時脈脈衝之一第二數目；其中當在該特定時間週期內該第一數目改變一特定量時，可在該第一室內偵測到煙霧之一存在。
根據另一實施例，可提供用於交替地將該離子化室耦接至第一極性或第二極性下之電壓電位的電路，其中該第二極性可與該第一極性相反。根據另一實施例，該等用於交替地耦接之電路包含電壓多工器。根據另一實施例，該離子化室可耦接至一具有一數位處理器與記憶體之微控制器，且該微控制器執行所有用於偵測煙霧之存在的以上所提及功能。根據另一實施例，一警報電路可耦接至該數位處理器。
根據另一實施例，一溫度感測器可耦接至該數位處理器及一溫度補償查找表，該溫度補償查找表儲存於耦接至該數位處理器之該記憶體中且用以補償該離子化室之該電容之由溫度所誘發的改變。根據另一實施例，一濕度感測器可耦接至該數位處理器及一濕度補償查找表，該濕度補償查找表儲存於耦接至該數位處理器之該記憶體中且用以補償該離子化室之該電容之由濕度所誘發的改變。根據另一實施例，一電壓感測器可耦接至該數位處理器及一電壓補償查找表，該電壓補償查找表儲存於耦接至該數位處理器之該記憶體中且用以補償該離子化室之該電容之由電壓所誘發的改變。
根據另一實施例，一可聽警告可由該離子化室中之煙霧之存在而致動。根據另一實施例，一視覺警告可由該離子化室中之煙霧之存在而致動。根據另一實施例，可提供一具有一低功率睡眠模式之微控制器，其中在由該第一計數器及該第二計數器進行計數期間該微控制器之該數位處理器與記憶體進入該低功率睡眠模式中。根據另一實施例，該第二計數器可為一用於該微控制器之該數位處理器與記憶體的睡眠喚醒計時器。
儘管本發明易受各種修改及替代形式影響，但其特定實例實施例已在圖式中展示且在本文中詳細描述。然而應理解，本文中對特定實例實施例之描述並不意欲將本發明限於本文中所揭示之特定形式，相反，本發明欲涵蓋如由附 加申請專利範圍界定之所有修改及等效物。
可藉由參考結合隨附圖式進行之以下描述來獲得對本發明之更完整理解。
離子室中之放射性源使得室中之氣體(例如，空氣)分子中的一些分子離子化。結果為由於高於正常水準的電極化(離子化)氣體分子數目而導致氣體之高於正常水準的電容率。因此，當跨越離子室電極中之兩者設置一電壓時(參見圖1)，一小電流將流經此離子化氣體。當煙霧進入離子室時，煙霧與經離子化氣體分子起反應，藉此改變經離子化氣體分子之電容率ε，且減小了經離子化氣體分子之數目。此導致通過離子室之較低漏電流。離子室電流洩漏將隨著溫度、相對濕度及電壓變化而變化。但此等變化極緩慢地改變。然而，煙霧引起離子室漏電流之突然改變(減小了離子電流)。因此，根據各種實施例，可使用三角積分轉換器來偵測此漏電流之改變。
藉由使用積分三角類比數位轉換器(ADC)，對通過離子室之漏電流之類比數位轉換的準確度可增大至足以解析由於煙霧之存在而產生之漏電流改變的程度。藉由使用根據各種實施例之差動技術，可自「煙霧」信號減去寄生洩漏且該「煙霧」信號振幅增大2倍。可藉由使用差動技術及一高解析度之積分三角ADC而自存在於離子室上之信號減去寄生漏電流。此情形使得有可能在除使用離子室以外無額外外部組件的情況下量測煙霧之存在。消除外部電路及特殊製造程序可為煙霧偵測器供應商節省大量金錢。
溫度及電池電壓變化可引起氣體(空氣)之電容率的明顯差異連同第一離子室之漏電流的對應變化。藉由提供一被密封而不使煙霧進入之第二離子室，可使用第一離子室及第二離子室中之每一者的經量測之漏電流值的比較來補償此等變化且提供一偵測煙霧粒子之敏感方式。舉例而言，自第二離子室漏電流值減去第一離子室漏電流值且接著將第一離子室漏電流值除以第二離子室漏電流值移除了溫度及電池電壓影響，進而剩下主要受第一離子室中之煙霧之存在影響的合成值。
可將溫度感測器、相對濕度(RH)感測器及/或電池電壓感測器併入至煙霧偵測系統中以用於判定對用於煙霧偵測之離子室之漏電流量測所需進行的補償。相比於用於煙霧偵測之離子室之空氣中的污染物(碳粒子，等)之量的突然改變，歸因於溫度、RH及/或電壓改變之電容率變化大體上在一較長時間週期上發生。用以忽略歸因於溫度、RH及/或電壓改變之電容率變化的另一較不敏感之方式將為使用包絡偵測或平均程序以忽略離子室漏電流歸因於電壓及/或溫度改變的緩慢漂移，但辨識出空氣之電容率歸因於碳粒子在離子室中突然顯現的更突然(迅速)改變。可將混合信號(類比及數位功能)微控制器用於使用三角積分ADC之漏電流量測，從而進行用以判定煙霧是否存在於離子室中且補償及/或平均歸因於溫度、RH及/或電池電壓改變之電容率改變所必要的計算。
現參看圖式，示意性地說明特定實例實施例之細節。圖 式中的相似元件將由相似數字表示，且類似元件將由具有一不同小寫字母字尾的相似數字來表示。
參看圖1，其描繪具有輻射源且用作煙霧偵測感測器之離子室的示意圖。離子室102可特徵化為其間存在有一些離子化氣體分子的兩個電極，例如，電極104及106。該等氣體分子係藉由輻射源離子化，且當在兩個電極104及106之間施加一電壓時電流將流過特徵化為一極高電阻Rchamber的離子化氣體，且電阻器108與電極104及106串聯連接。此電流產生跨越電阻器108之電壓。藉由量測跨越電阻器108之電壓，可判定氣體之電容率ε。離子室中之煙霧將引起電容率ε之突然改變，從而導致電流及跨越電阻器108之電壓的突然改變。此電壓係藉由一極高阻抗之運算放大器(未圖示)進行量測，該極高阻抗之運算放大器需要複雜的電路及製造程序。
參看圖1A，其描繪具有輻射源之離子室的示意圖，且該示意圖展示在不同極性電壓源連接至該離子室的情況下流過該離子室之電流。離子室102可特徵化為在其間具有一些離子化氣體(例如，空氣)分子的三個電極(例如，電極104、106及210)。氣體分子由輻射源108離子化。當在第一極性下(電極106為正且電極104為負)於兩個電極104及106之間施加電壓電位112時，正偏壓之離子化電子電流116 Ichamber將流過經離子化氣體。當在第二極性下(電極104為正且電極106為負)於兩個電極104及106之間施加電壓電位112時，實質上將無負偏壓之離子化電子電流116a 流過經離子化氣體，因為現在電極104將排斥經離子化氣體電子。然而，漏電流114 Ileakage(例如，印刷電路板污染物、油脂、灰塵，等)將無關於電壓電位112之連接極性而流動。
因此，當跨越室102的電極104及106在第一極性下連接電壓電位112時，通過電流計110之總電流為經離子化電子電流116 Ichamber加上漏電流114 Ileakage。且當跨越室102的電極104及106在第二極性下連接電壓電位112時，通過電流計110之總電流實質上為無經離子化電子電流116a加上漏電流114 Ileakage，此導致實質上僅有漏電流114 Ileakage。因此，藉由自總電流減去漏電流114 Ileakage，可判定實際的經離子化電子電流116 Ichamber。此允許對經離子化電子電流116 Ichamber之任何改變的更敏感量測而不會使此等改變被不當漏電流114 Ileakage遮蔽。考量且在本發明之範疇內，可由離子源108離子化之任何流體(例如，氣體或液體)將如上文所描述起作用。
參看圖2，其描繪具有輻射源之典型雙室煙霧偵測感測器的示意性正視圖。離子室102包含兩個室102a及102b。頂部室102a可任由煙霧進入其中，且底部室102b封閉而不使煙霧進入。導電屏柵210位於兩個室102a及102b之間。鄰近於離子室102或在離子室102中之輻射源210使得室102a及102b中之氣體中的一些離子化。氣體之此離子化使得離子化電流116 Ichamber在離子室102之兩個電極104及106之間增大。
當煙霧存在於頂部室102a中時，煙霧與經離子化氣體組合，從而中和離子化電流116 Ichamber之電流路徑中的經離子化氣體中之一些。因此，當煙霧存在時，頂部室102a之電容率小於下部室102b中之電容率。但因為兩個室102a及102b之經離子化氣體經串聯定位，同時電流在電極104及106之間流動，所以離子化電流116 Ichamber將減小。因為導電屏柵210在電學上為浮動的，所以頂部室102a可由第一電阻Ra表示，且底部室102b可由第二電阻Rb表示。當在兩個室102a及102b中之每一者中存在實質上相同數目之經離子化氣體分子時，第一電阻Ra將實質上為與第二電阻Rb相同的值，且跨越每一離子室之電壓降將實質上相同。當煙霧被引入至第一室102中時，第一電阻Ra將大於第二電阻Rb。因為通過兩個室102a及102b的漏電流114 Ileakage必須總是相同的，所以將存在電極106與導電屏柵210之間的第一電壓及導電屏柵210與電極104之間的第二電壓，該第一電壓及該第二電壓將隨著室102a及102b中每一者的電容率變化而改變，亦即，具有較低電容率之離子室將具有跨越其各別電極及導電屏柵210的高電壓。偵測第一電壓與第二電壓之間的改變之敏感性可由於漏電流114 Ileakage而減小，因為所要之電流改變為離子化電子電流116 Ichamber之改變。比較(b)當僅漏電流114 Ileakage存在時在端子[b]處之電壓的組態與(a)當經離子化電子電流116 Ichamber及漏電流114 Ileakage兩者皆存在時在端子[b]處之電壓的組態。舉例而言： Vb=(Rb/(Ra+Rb))*(Ichamber+Ileakage)
Vb=(Rb/(Ra+Rb))*(Ichamber)+(Rb/(Ra+Rb))*(Ileakage)
Vb'=(Rb'/(Ra'+Rb'))*(Ileakage)
Vbchamber=Vb-Vb'=(Rb/(Ra+Rb))*(Ichamber)
參看圖3，其描繪根據本發明之一特定實例實施例的使用差動三角積分類比數位轉換器(ADC)之煙霧偵測器的示意性方塊圖。大體上由數字300表示之煙霧偵測器可包含一煙霧偵測感測器離子化室102、一數位處理器與記憶體314、一警報驅動器316、一可聽/視覺警告318、一時脈產生器326、一第一計數器332、一第二計數器328、一電壓比較器336、一D正反器334、一回饋電阻器338、一內部電容器340及一電壓參考342。除離子化室102及可聽/視覺警告318以外，以上所提及之所有元件皆可被提供於積體電路微控制器330中。當數位處理器314判定存在煙霧時，警報驅動器316將致動可聽/視覺警告318。
離子室102電極106及104可耦接至電源供應器VDD及電源公共接地端(例如，VSS)或將使得漏電流在兩個電極106及104之間流動(參見圖2)的任何其他電壓源。當每一室102a及102b之電容率相同時，在導電屏柵210端子[b]處之電壓將大致為VDD/2。當上部室102a之電容率由於煙霧存在於其中而減小時，在導電屏柵210端子[b]處之電壓將小於VDD/2。
比較器336具有高阻抗差動輸入及提供邏輯低「0」及邏輯高「1」位準之低阻抗輸出。比較器336之正輸入耦接至 電壓參考342，其提供為約VDD/2之參考電壓。其他參考電壓可由電壓參考342提供且出於所有目的而在本文中考量。電容器340耦接於比較器336之負輸入與正輸入之間，且將充電至參考電壓(約為VDD/2)與在導電屏柵210端子[b]處之電壓之間的電壓差。當比較器336之負輸入處的電壓大於(或等於)比較器336之正輸入處的電壓時，其輸出將為邏輯「0」，例如，實質上為VSS。當比較器336之負輸入處的電壓小於比較器336之正輸入處的電壓時，其輸出將為邏輯「1」，例如，實質上為VDD。
比較器336之輸出耦接至正反器334之D輸入，且每當在正反器334之時脈輸入處接收到來自時脈326之時脈信號時，D輸入處的邏輯位準便將傳送至正反器334之Q輸出(例如，實質上為VDD或VSS)。回饋電阻器338耦接於正反器334之Q輸出與比較器336之負輸入之間，比較器336之負輸入亦耦接至電容器340之頂部。當正反器334之Q輸出處於邏輯「1」時，電容器340將充電至一較高電壓，且當正反器334之Q輸出處於邏輯「0」時，電容器340將放電至一較低電壓。當比較器之負輸入及正輸入在實質上相同之電壓下時，將達到靜態平衡。對於未偵測到煙霧、其中電壓參考342為實質上VDD/2的靜態平衡而言，正反器334之邏輯1/0輸出將處於實質上50%之作用時間循環。若電壓參考342輸出小於VDD/2，則靜態作用時間循環將小於50%，且若電壓參考342輸出大於VDD/2，則靜態作用時間循環將大於50%。在離子室102中之靜態條件期間(例如，在上部室 102a中不存在煙霧)，導電屏柵210端子[b]將處於實質上VDD/2。上部室102a中之煙霧將使得在導電屏柵210端子[b]處之電壓小於VDD/2，且相比於處於邏輯「0」而言比較器336之輸出更經常地處於邏輯「1」(VDD)，直至比較器之負輸入及正輸入再次處於實質上相同電壓為止。比較器336、正反器334、回饋電阻器338及電容器340形成一積分三角調變器。
第一計數器332及第二計數器328之時脈輸入耦接至時脈產生器326且每當接收到時脈信號時便遞增，例外處在於第一計數器332將僅在被啟用時遞增。第一計數器332之啟用輸入耦接至正反器334之Q輸出，且其計數因此受到控制而僅在Q輸出處於一個或另一個邏輯位準(例如，處於邏輯「1」)時才進行。第一計數器332及第二計數器328之最大計數值可與必要值一樣大，例如，16個位元。第一計數器332及第二計數器328亦可串接，例如，複數個第一計數器332及第二計數器328。計數值越大，則解析度越大，但類比數位轉換所需要之時間亦增大。藉由應用適當時脈速度及回饋電阻器338及電容器340之適當值，可獲得極高解析度，從而將允許數位處理器容易地辨別在煙霧偵測離子化室102中存在煙霧偵測事件的情況。
因為第一計數器332將僅在正反器334之Q輸出處於邏輯值中之一者(例如，對於以下解釋而言為邏輯「1」)時計數，所以對於參考電壓處於約VDD/2且在上部室102a中無煙霧之情形而言，計數值將約為連續計數之第二計數器 328之計數值的一半。當在上部室102a中存在煙霧且在導電屏柵210端子[b]處之電壓小於VDD/2時，相比於處於邏輯「1」而言正反器334之Q輸出將更經常地處於邏輯「0」。因此，第一計數器332之計數值將小於第二計數器328之計數值的一半，例如，零值「0」比「1」多。
數位處理器314分別讀取第一計數器332及第二計數器328之第一計數值及第二計數值，接著重設其以便再次開始計數。根據經讀取之第一計數值及第二計數值，數位處理器314可判定發生了煙霧事件的情況。該數位處理器亦可對此等計數值進行抽選，進行平均等。舉例而言，自第二計數值減去第一計數值以產生頂部室102a及底部室102b之一差值。接著將頂部室102a之值除以底部室102b之值以產生一輸出值。藉由使兩個室值彼此相除，歸因於電池電壓或溫度改變之任何偏移得以移除且剩餘值為兩個室102a及102b之相對洩漏的比例值。
煙霧偵測器300可進一步包含一溫度感測器320、一相對濕度感測器322及/或一耦接至電源供應器(例如，電池(未圖示))之電壓感測器324。其中數位處理器314可(例如)使用含有用於煙霧感測器離子室102之校準及補償資料的查找表來補償可在不同溫度、濕度及/或電壓條件下改變的漏電流量測。另外，數位處理器314可執行平滑化、時間平均、雜訊抑制、過取樣、抽選及/或數位信號處理以增強漏電流改變偵測敏感性及/或減少雜訊拾取。
參看圖4，其描繪根據本發明之另一特定實例實施例的 使用差動三角積分類比數位轉換器(ADC)且具有共模漏電流去除之煙霧偵測器的示意性方塊圖。大體上由數字400表示之煙霧偵測器以與上文所描述之煙霧偵測器300實質上相同的方式來量測在導電屏柵210端子[b]處的電壓。對於煙霧偵測器400之操作的另一改進為移除了共模漏電流114，該共模漏電流114會減小離子化室102之煙霧偵測敏感性。煙霧偵測器400進一步包含多工器450及452，多工器450及452使得離子化室102(參見圖1A)上之電壓極性顛倒。當在導電屏柵210端子[b]處之第一電壓經量測而處於室第一極性下及當在導電屏柵210端子[b]處之第二電壓經量測而處於室第二極性下時，數位處理器314控制多工器450及452，其中室第二極性與室第一極性相反。此等電壓量測係儲存於數位處理器314之記憶體中以供進一步處理以便增強電壓改變敏感性且藉此增大煙霧偵測器400之偵測敏感性。
又，為了實現更可靠煙霧偵測之另一增強為要求漏電流之改變在小於或等於特定時間週期的時間中發生，以便去除由於溫度、相對濕度及/或電源電壓(例如，電池，未圖示)之變化所引起的緩慢漏電流改變。
經考量且在本發明之範疇內的係：在第一計數器332及第二計數器328正計數時，數位處理器與記憶體314可進入低功率睡眠模式中，且僅喚醒以讀取來自第一計數器332及第二計數器328之計數值且進行適當計算來判定在第一室102a中是否存在煙霧。上文中所描述之所有其他功能及 電路保持在作用中模式中但皆消耗極低功率。又，第二計數器328可為微控制器中的固有低功率待用睡眠模式功能的喚醒計時器。此睡眠模式進一步增大煙霧偵測器300之電池壽命。
儘管已藉由參考本發明之實例實施例而描繪、描述且界定了本發明之實施例，但該等參考不暗示對本發明之限制，且不應推導出該限制。所揭示之標的物能夠在形式及功能上具有相當多的修改、變更及等效物，該等修改、變更及等效物為一般熟習相關技術並受益於本發明之人士易想到的。所描繪且描述之本發明之實施例僅係實例，且並非為詳盡無遺的本發明範疇。
102‧‧‧離子室/煙霧偵測感測器離子化室/煙霧偵測 離子化室
102a‧‧‧室/頂部室/第一室
102b‧‧‧室/底部室/下部室
104‧‧‧電極
106‧‧‧電極
108‧‧‧電阻器
110‧‧‧電流計
112‧‧‧電壓電位
114‧‧‧漏電流
116‧‧‧正偏壓之離子化電子電流/離子化電流
116a‧‧‧無負偏壓之離子化電子電流
210‧‧‧電極/導電屏柵/輻射源
300‧‧‧煙霧偵測器
314‧‧‧數位處理器/數位處理器與記憶體
316‧‧‧警報驅動器
318‧‧‧可聽/視覺警告
320‧‧‧溫度感測器
322‧‧‧相對濕度感測器
324‧‧‧電壓感測器
326‧‧‧時脈產生器/時脈
328‧‧‧第二計數器
330‧‧‧積體電路微控制器
332‧‧‧第一計數器
334‧‧‧D正反器/正反器
336‧‧‧電壓比較器/比較器
338‧‧‧回饋電阻器
340‧‧‧內部電容器/電容器
342‧‧‧電壓參考
400‧‧‧煙霧偵測器
450‧‧‧多工器
452‧‧‧多工器
圖1說明具有輻射源且用作煙霧偵測感測器之離子室的示意圖；圖1A說明具有輻射源之離子室的示意圖，且該離子室展示了在不同極性電壓源連接至該離子室的情況下流過該離子室之電流；圖2說明具有輻射源之典型雙室煙霧偵測感測器的示意性正視圖；圖3說明根據本發明之一特定實例實施例的使用差動三角積分類比數位轉換器(ADC)之煙霧偵測器的示意性方塊圖；圖4說明根據本發明之另一特定實例實施例的使用差動三角積分類比數位轉換器(ADC)且具有共模漏電流去除之 煙霧偵測器的示意性方塊圖；
102‧‧‧離子室/煙霧偵測感測器離子化室/煙霧偵測離子化室
102a‧‧‧室/頂部室/第一室
102b‧‧‧室/底部室/下部室
104‧‧‧電極
106‧‧‧電極
108‧‧‧電阻器
114‧‧‧漏電流
116‧‧‧正偏壓之離子化電子電流/離子化電流
210‧‧‧電極/導電屏柵/輻射源

Claims (19)

  1. 一種用於偵測煙霧之方法，其包含以下步驟：藉由一三角積分類比數位轉換器來判定一導電屏柵上之一電壓，其中該導電屏柵位於一第一離子室與一第二離子室之間，其中該第一離子室可任由煙霧進入且該第二離子室封閉而不使煙霧進入；及藉由以下步驟偵測到煙霧之一存在：在一第一極性下將一第一電壓電位施加至該第一離子室及該第二離子室；判定由處於該第一極性之該第一電壓電位所引起的該導電屏柵上之一第一電壓；在一第二極性下將一第二電壓電位施加至該第一離子室及該第二離子室；判定由處於該第二極性之該第二電壓電位所引起的該導電屏柵上之一第二電壓；判定該第一電壓與該第二電壓之間的一電壓差；及當該電壓差改變一特定量時偵測煙霧之該存在。
  2. 如請求項1之方法，其中若該導電屏柵上之該電壓差在一特定時間內改變該特定量，則偵測到煙霧之該存在。
  3. 如請求項1之方法，其中施加該第一電壓及該第二電壓電位之步驟係使用第一及第二多工器而執行。
  4. 如請求項1之方法，其中判定該第一電壓及該第二電壓的步驟係各自由以下步驟所執行：藉由一電壓比較器比較該導電屏柵上之該電壓與來自 一電壓參考之一參考電壓；當該導電屏柵上之該電壓小於該參考電壓時對耦合於該導電屏柵與該電壓參考之間的一電容充電；當該導電屏柵上之該電壓大於該參考電壓時使耦合於該導電屏柵與該電壓參考之間的該電容放電；產生關於該電容之充電及放電之一脈衝寬度調變信號；及較佳地藉由多個經時脈計時(clocked)之計時器判定該脈衝寬度調變信號之一作用時間循環。
  5. 如請求項4之方法，其中該類比數位轉換器係一微控制器之一部分且由該微控制器之一數位處理器所控制，其中當該等經時脈計時之計時器計數時，該數位處理器進入一低功率睡眠模式中。
  6. 如請求項5之方法，其進一步包含喚醒該數位處理器以讀取該等經時脈計時之計時器之多個計數值。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包含藉由來自一溫度感測器之溫度資訊來補償溫度改變的步驟。
  8. 如請求項1之方法，其進一步包含藉由來自一相對濕度感測器之相對濕度資訊來補償相對濕度改變的步驟。
  9. 如請求項1之方法，其進一步包含藉由來自一電壓感測器之電壓資訊來補償電壓改變的步驟。
  10. 一種用於偵測煙霧之設備，其包含：一離子化室，其具有一輻射源且包含第一室及第二室，在該第一室及該第二室之間具有一導電屏柵，其中 該第一室可任由煙霧進入，且該第二室封閉而不使煙霧進入；一類比數位轉換器，其耦接至該導電屏柵；用於交替地將該離子化室耦接至第一極性或第二極性下之多個電壓電位的多個電路，其較佳為電壓多工器，其中該第二極性與該第一極性相反；其中該設備經組態以控制用於交替地將該離子化室耦接至多個電壓電位的該等電路以施加具有該第一極性之一電壓電位至該離子化室及藉由該類比數位轉換器量測一第一電壓且之後施加具有該第二極性之一電壓電位至該離子化室及藉由該類比數位轉換器量測一第二電壓，其中該裝置進一步經組態以判定該第一電壓與該第二電壓之間的一電壓差及當該電壓差改變一特定量時偵測煙霧之存在。
  11. 如請求項10之用於偵測煙霧之設備，其中該類比數位轉換器包含：一電壓比較器，其具有耦接至該導電屏柵之一第一輸入及耦接至一電壓參考之一第二輸入；一電容器，其耦接於該電壓比較器之該第一輸入及該第二輸入之間；一正反器，其具有耦接至該電壓比較器之一輸出之一D輸入及耦接至一時脈產生器之一時脈輸入，其中每當自該時脈產生器接收到一時脈信號時，該D輸入處之一邏輯值被傳送至該正反器之一Q輸出； 一回饋電阻器，其耦接於該正反器之該Q輸出與該電壓比較器之該第一輸入之間以用於對該電容器充電及使該電容器放電；其中當該電壓比較器之該第一輸入上的一電壓大於一來自該電壓參考之電壓時，該電壓比較器之該輸出處於一邏輯低且該電容器被放電，且當該電壓比較器之該第一輸入上的該電壓小於來自該電壓參考之該電壓時，該電壓比較器之該輸出處於一邏輯高且該電容器被充電；一第一計數器，其用於在一特定時間週期期間當該正反器之該Q輸出處於一邏輯高時計數來自該時脈產生器之時脈脈衝之一第一數目；及一第二計數器，其用於在一特定時間週期期間計數來自該時脈產生器之時脈脈衝之一第二數目。
  12. 如請求項11之用於偵測煙霧之設備，其中該類比數位轉換器及用於交替地將該離子化室耦接至該等電壓電位的該等電路係包含一數位處理器之一微控制器之部分，且其中該第二計數器由該微控制器之一喚醒計時器形成。
  13. 如請求項12之用於偵測煙霧之設備，其進一步包含耦接至該數位處理器之一警報電路，其經組態以產生由該離子化室中之煙霧之該存在致動之一可聽警告。
  14. 如請求項12之用於偵測煙霧之設備，其進一步包含一耦接至該數位處理器及一溫度補償查找表之溫度感測器，該溫度補償查找表儲存於耦接至該數位處理器之一記憶體中且用以補償該離子化室之一電容之由溫度所誘發的 改變。
  15. 如請求項12之用於偵測煙霧之設備，其進一步包含一耦接至該數位處理器及一濕度補償查找表之濕度感測器，該濕度補償查找表儲存於耦接至該數位處理器之該記憶體中且用以補償該離子化室之該電容之由濕度所誘發的改變。
  16. 如請求項12之用於偵測煙霧之設備，其進一步包含一耦接至該數位處理器及一電壓補償查找表之電壓感測器，該電壓補償查找表儲存於耦接至該數位處理器之該記憶體中且用以補償該離子化室之該電容之由電壓所誘發的改變。
  17. 如請求項10之用於偵測煙霧之設備，其進一步包含耦接至一數位處理器之一警報電路，其經組態以產生一視覺警告，該視覺警告係由該離子化室中之煙霧之該存在致動。
  18. 如請求項12之用於偵測煙霧之設備，其進一步包含一微控制器，該微控制器包含具有一低功率睡眠模式之一數位處理器及一記憶體、用於交替地將該離子化室耦接至該等電壓電位之該等電路、及該類比數位轉換器，其中在由該第一計數器及該第二計數器進行計數期間該微控制器之該數位處理器與記憶體進入該低功率睡眠模式中。
  19. 如請求項12之用於偵測煙霧之設備，其中該第二計數器為一用於該微控制器之該數位處理器與記憶體的睡眠喚醒計時器。
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