用于檢測離子室中的煙霧的方法及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種煙霧檢測傳感器離子室(102a、102b)具有電容，且電容電介質(zhì)(所述室中的經(jīng)電離空氣)的電容率的改變可用以檢測煙霧在所述煙霧檢測傳感器離子室中的存在。來自典型火情的煙霧主要由擴散于周圍空氣中且隨著火的熱而上升的未燃的碳構(gòu)成。碳粒子的電容率為清潔空氣的電容率的約10倍到15倍。所述碳粒子添加到所述離子室中的空氣中會改變空氣的電容率，所述改變足夠大到通過測量所述離子室的電容的改變來進行測量。明確地說，通過將電離室耦合到電容性分壓器(電路)來測量所述電容。
【專利說明】用于檢測離子室中的煙霧的方法及設(shè)備
[0001] 相關(guān)專利申請案
[0002] 本申請案主張本杰明T.庫克（Benjamin T. Cooke)、約瑟夫朱立策（Joseph Julicher)及基斯埃德溫柯蒂斯（Keith Edwin Curtis)的2011年12月14日申請的題 為"用于檢測煙霧的方法及設(shè)備（Method and Apparatus for Detecting Smoke)"的共 同擁有的第61/570, 485號美國臨時專利申請案的優(yōu)先權(quán)；且為約瑟夫朱立策（Joseph Julicher)、基斯柯蒂斯（Keith Curtis)及保羅 Ν·凱茨（Paul Ν· Katz)的 2012 年 10 月 2 日申請的題為"用以在存在漏電流的情況下確定離子電流的差動電流測量（Differential Current Measurements to Determine Ion Current in the Presence of Leakage Current) "的第13/633, 686號美國專利申請案的部分接續(xù)申請案；所述兩案出于所有目的 特此以引用的方式并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明涉及煙霧檢測裝置，且更明確地說涉及使用當(dāng)煙霧被引入于離子室中時會 影響離子室的電容值的電容率的改變的煙霧檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0004] 煙霧檢測器一般使用含有放射性離子源的電離室，所述放射性離子源耦合到高輸 入阻抗運算放大器。圖1展示用于煙霧檢測器中的典型電離室，所述典型電離室用以產(chǎn)生 在存在煙霧粒子時減小的極小電流（nA)。運算放大器用以將此電流轉(zhuǎn)換為電壓，所述電壓 接著經(jīng)測量以確定煙霧的存在。高溫在煙霧檢測器中的運算放大器的輸入上引起增大的漏 電流。此情形影響了電離室煙霧檢測功能的總體性能。因此，漏電流的所述增大可引起多 種問題，例如，不準(zhǔn)確性等，所述多種問題在設(shè)計煙霧檢測器時可需要另外補償電路且因此 可增大裝置的成本。
[0005] 另外，離子室的阻抗極高，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。煙霧檢測離子室因此需要復(fù)雜的制造過程，在所述制造過程中感測集成電路運 算放大器的插腳彎曲且直接在空中熔接到離子室。如以上所提及，需要特殊的低泄漏電路 以檢測由離子室中的煙霧的存在所引起的通過離子室的小電流改變。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，存在對于既不需要敏感且昂貴的組件也不需要復(fù)雜制造過程的用以檢測煙 霧檢測器的離子室中的煙霧的方式的需要。
[0007] 根據(jù)一實施例，一種用于檢測煙霧的方法可包括以下步驟：將電離室耦合到電容 性分壓器（CVD)電路；使用所述CVD電路確定所述電離室的電容的改變；及通過檢測所述 電容的預(yù)定改變而檢測煙霧的存在。
[0008] 根據(jù)本方法的另一實施例，所述確定電離室的電容的改變的步驟可進一步包括以 下步驟：在電離室可處于第一極性下時確定電離室的電容的第一改變；在電離室可處于第 二極性下時確定電離室的電容的第二改變；確定第一改變與第二改變之間的差；及將所述 差用于確定電離室的電容的改變。根據(jù)本方法的另一實施例，電容的預(yù)定改變可為電容在 特定時間內(nèi)的改變。
[0009] 根據(jù)本方法的另一實施例，所述確定電離室的電容的改變的步驟可包括以下步 驟：將第一電容器的電容充電到第一電壓；將電離室的電容充電到第二電壓；將第一電容 器耦合到電離室的電容，其中得到第一電容器及電離室的電容上的第三電壓；將所述第三 電壓轉(zhuǎn)換為第三電壓的數(shù)字表示；比較經(jīng)轉(zhuǎn)換的第三電壓的數(shù)字表示與第三電壓的先前所 存儲的數(shù)字表示；當(dāng)經(jīng)轉(zhuǎn)換的第三電壓的數(shù)字表示已從先前所存儲的數(shù)字表示改變了至少 預(yù)定改變時檢測到煙霧的存在；及存儲第三電壓的數(shù)字表示。
[0010] 根據(jù)本方法的另一實施例，所述確定電離室的電容的改變的步驟可包括以下步 驟：將第一電容器的電容充電到第一電壓；將任由煙霧進入的第一電離室的電容充電到第 二電壓；將第一電容器耦合到第一電離室的電容，其中得到第一電容器及第一電離室的電 容上的第三電壓；將所述第三電壓轉(zhuǎn)換為第三電壓的數(shù)字表示；存儲第三電壓的數(shù)字表 示；將第一電容器的電容充電到第四電壓；將經(jīng)封閉而不使煙霧進入的第二電離室的電容 充電到第五電壓；將第一電容器耦合到第二電離室的電容，其中得到第一電容器及第二電 離室的電容上的第六電壓；將第六電壓轉(zhuǎn)換為第六電壓的數(shù)字表示；存儲所述第六電壓的 數(shù)字表示；從第六電壓的數(shù)字表示減去第三電壓的數(shù)字表示且將第三電壓的數(shù)字表示除以 第六電壓的數(shù)字表示以產(chǎn)生所得表示；比較所述所得表示與先前所存儲的所得表示；當(dāng)所 得表示已從先前所存儲的所得表示改變了至少預(yù)定改變時檢測到煙霧的存在；及存儲所述 所得表不；根據(jù)本方法的另一實施例，其中：在第一測量中，電離室的外殼可稱合到CVD電 路；及在第二測量中，電離室的收集板可耦合到CVD電路。
[0011] 根據(jù)本方法的另一實施例，另外步驟可包括如下步驟：從第二測量的測量值減去 第一測量的測量值，接著將第一測量的測量值除以第二測量值；及比較后續(xù)時間周期的計 數(shù)數(shù)目以確定后續(xù)時間周期中的任何一或多者的計數(shù)數(shù)目是否已改變了特定數(shù)目的計數(shù)。 根據(jù)本方法的另一實施例，另一步驟可包括通過來自溫度傳感器的溫度信息來補償溫度改 變的步驟。根據(jù)本方法的另一實施例，另一步驟可包括通過來自相對濕度傳感器的相對濕 度信息來補償相對濕度改變的步驟。
[0012] 根據(jù)本方法的另一實施例，另一步驟可包括通過來自電壓傳感器的電壓信息來補 償電壓改變的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第一電壓可約為電源供應(yīng)電壓且第二電壓 可約為公共接地電壓（power supply common)。根據(jù)本方法的另一實施例，第一電壓可約為 公共接地電壓且第二電壓可約為電源供應(yīng)電壓。根據(jù)本方法的另一實施例，第四電壓可約 為電源供應(yīng)電壓且第五電壓可約為公共接地電壓。根據(jù)本方法的另一實施例，第四電壓可 約為公共接地電壓且第五電壓可約為電源供應(yīng)電壓。
[0013] 根據(jù)另一實施例，一種用于檢測煙霧的設(shè)備可包括：耦合到電容性分壓器（CVD) 電路的電離室，電容性分壓器（CVD)電路用于確定電離室的電容；其中電離室的電容的預(yù) 定改變指示電離室中煙霧的存在。
[0014] 根據(jù)另一實施例，可提供電路，所述電路用于交替地在第一極性下耦合到電離室 以用于確定電離室的第一電容且在第二極性下耦合到電離室以用于確定電離室的第二電 容，借此第一電容與第二電容之間的差可用于確定電離室中煙霧的存在。根據(jù)另一實施例， CVD電路可為微控制器中的外圍裝置。根據(jù)另一實施例，數(shù)字處理器與存儲器可耦合到CVD 電路及警報電路。
[0015] 根據(jù)另一實施例，溫度傳感器可耦合到數(shù)字處理器及溫度補償查找表，所述溫度 補償查找表存儲于耦合到數(shù)字處理器的存儲器中且用以補償電離室的電容的由溫度所誘 發(fā)的改變。根據(jù)另一實施例，濕度傳感器可耦合到數(shù)字處理器及濕度補償查找表，所述濕度 補償查找表存儲于耦合到數(shù)字處理器的存儲器中且用以補償電離室的電容的由濕度所誘 發(fā)的改變。根據(jù)另一實施例，電壓傳感器可耦合到數(shù)字處理器及電壓補償查找表，所述電壓 補償查找表存儲于耦合到數(shù)字處理器的存儲器中且用以補償電離室的電容的由電壓所誘 發(fā)的改變。根據(jù)另一實施例，音響警告可由電離室中煙霧的存在致動。根據(jù)另一實施例，視 覺警告可由電離室中煙霧的存在致動。
[0016] 根據(jù)又一實施例，一種用于檢測煙霧的設(shè)備可包括：耦合到電容性分壓器（CVD) 電路的第一電離室，所述電容性分壓器（CVD)電路用于確定第一電離室的電容，其中第一 電離室可任由煙霧進入；耦合到CVD電路的第二電離室，所述CVD電路用于確定第二電離室 的電容，其中第二電離室可經(jīng)封閉而不使煙霧進入；其中第一電離室及第二電離室的電容 的預(yù)定差指示第一電離室中煙霧的存在。根據(jù)另一實施例，煙霧檢測計時器可用于確定預(yù) 定差是否發(fā)生于特定時間周期內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 可通過參考結(jié)合隨附圖式進行的以下描述來獲得對本發(fā)明的更完整理解。
[0018] 圖1說明具有輻射源且用作煙霧檢測傳感器的離子室的示意圖；
[0019] 圖1A說明具有輻射源的離子室的示意圖，且所述離子室展示了在不同極性電壓 源連接到所述離子室的情況下流過離子室的電流；
[0020] 圖2說明用作煙霧檢測傳感器的典型離子室的示意性正視圖；
[0021] 圖3說明根據(jù)本發(fā)明的特定實例實施例的煙霧檢測器的示意性框圖；
[0022] 圖4說明圖3中所展示的電容性分壓器功能的示意性框圖；以及
[0023] 圖5說明根據(jù)本發(fā)明的另一特定實例實施例的在圖3中所展示的電容性分壓器功 能的一部分的示意性框圖，其展示用于去除共模漏電流的切換構(gòu)件。
[0024] 盡管本發(fā)明易做出各種修改及替代形式，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(yīng)理解，本文中對特定實例實施例的描述并不希望將本發(fā)明限于 本文中所揭示的特定形式，相反，本發(fā)明將涵蓋如由所附權(quán)利要求書界定的所有修改及等 效物。

【具體實施方式】
[0025] 離子室中的放射性源引起室中的氣體（例如，空氣）中的一些發(fā)生電離。結(jié)果為歸 因于高于正常電極化（電離）氣體分子數(shù)目的電極化（電離）氣體分子數(shù)目而導(dǎo)致氣體的 高于正常電容率的電容率。當(dāng)煙霧進入離子室時，煙霧與經(jīng)電離氣體分子反應(yīng)，借此改變其 電容率ε。離子室可特征化為具有由離子室的經(jīng)充電板102及104(圖1)之間的離子流所 確定的量的漏電流的漏電電容器。由板102及104形成的電容器的電容C根據(jù)如下公式為 導(dǎo)電板102及104的面積Α、板102與104之間的距離d及板102與104之間的電介質(zhì)（空 氣）的電容率ε的函數(shù)：C= εΑ/d。因此，離子室中的氣體的電容率的改變也改變了離子 室的電容值。因此，通過使用電容測量功能（例如，微控制器中的電容性分壓器（CVD))，可 檢測由此漏電電容器的氣體電介質(zhì)的電容率改變所引起的電容值改變以確定離子室中煙 霧的存在。
[0026] 微控制器現(xiàn)包含增強所述電容值改變的檢測及評估的外圍裝置。一種此類應(yīng)用 利用電容性分壓器（CVD)方法來確定電容值及/或評估所述電容值是否已改變。CVD方法 更完整地描沭于在WWW, microchip, com處可獲得的應(yīng)用筆記AN1208中；且CVD方法的更 詳細解釋呈現(xiàn)于迪特爾彼得（Dieter Peter)的題為"使用模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC)的內(nèi) 部電容器及電壓參考的電容性觸摸感測（Capacitive Touch Sensing using an Internal Capacitor of an Analog-T〇-Digital Converter (ADC) and a Voltage Reference)，'的共 同擁有的第US2010/0181180號美國專利申請公開案中；其中所述兩文獻出于所有目的特 此以引用的方式并入本文中。還經(jīng)考量且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，具有必要分辨率的任何類型 的電容測量電路可用于確定離子室的電容值及/或電容值的改變，且電子裝置領(lǐng)域中且受 益于本發(fā)明的技術(shù)人員可實施此電容測量電路。
[0027] 溫度及電池電壓變化可引起氣體（空氣）的電容率的明顯差異連同第一離子室的 電容測量的對應(yīng)變化。通過提供經(jīng)密封而不使煙霧進入的第二離子室，可使用第一離子室 及第二離子室中的每一者的經(jīng)測量電容值的比較來補償這些變化且提供檢測煙霧粒子的 敏感方式。舉例來說，從第二離子室電容值減去第一離子室電容值且接著將第一離子室電 容值除以第二離子室電容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煙 霧的存在影響的合成值。
[0028] 可將溫度傳感器、相對濕度（RH)傳感器及/或電池電壓傳感器并入到煙霧檢測系 統(tǒng)中用于確定針對用于煙霧檢測的離子室的電容測量所必要的補償。相比于離子室電容器 的板之間的空氣中的污染物（碳粒子，等等）的量的突然改變，歸因于溫度、RH及/或電壓 改變的電容率變化大體在較長時間周期內(nèi)發(fā)生。用以忽略歸因于溫度、RH及/或電壓改變 的電容率變化的另一較不敏感的方式將為使用包絡(luò)檢測或平均過程，以忽略離子室電容歸 因于電壓及/或溫度改變的緩慢漂移，但辨識出空氣的電容率歸因于碳粒子在離子室中突 然顯現(xiàn)的更突然（迅速）改變?？墒褂糜糜跍y量電容的改變的各種技術(shù)且其出于所有目的 而在本文中考量。一電容器測量電路領(lǐng)域中且受益于本發(fā)明的技術(shù)人員可容易地將那些電 容器測量電路應(yīng)用于煙霧檢測設(shè)備中?；旌闲盘枺M及數(shù)字功能）微控制器可用于電容 測量（例如，CVD，使用微控制器中的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC))，進行用以確定煙霧是否存 在于離子室中且補償及/或平均歸因于溫度、RH及/或電池電壓改變的電容率改變所必要 的計算。
[0029] 現(xiàn)參看圖式，示意性地說明特定實例實施例的細節(jié)。圖式中的相同元件將由相同 數(shù)字表示，且類似元件將由具有不同小寫字母后綴的相似數(shù)字來表示。
[0030] 參看圖1，其描繪具有輻射源且用作煙霧檢測傳感器的離子室的示意圖。離子室 102可特征化為具有在電容器板104與106之間的一些經(jīng)電離氣體分子的電容器。所述氣 體分子通過輻射源電離，且當(dāng)在兩個電容器板104與106之間施加電壓時，電流將流過經(jīng)電 離氣體及與電容器板104及106串聯(lián)連接的電阻器108。此電流產(chǎn)生跨越電阻器108的電 壓。通過測量跨越電阻器108的電壓，可確定氣體的電容率ε。離子室中的煙霧將引起電 容率ε的突然改變，從而導(dǎo)致電流及跨越電阻器108的電壓的突然改變。此電壓通過極高 阻抗的運算放大器（未圖示）進行測量，所述極高阻抗的運算放大器需要復(fù)雜電路及制造 過程。根據(jù)本發(fā)明的教示，優(yōu)選方式為在煙霧進入離子室中之前及在煙霧進入離子室中之 后測量離子室的電容值。當(dāng)經(jīng)電離氣體電容率ε改變時，離子室的電容值也改變。通過使 用具有足夠高的電容值測量分辨率的電容性測量模塊，由于煙霧進入到離子室中所引起的 電容的改變可被檢測到且用以產(chǎn)生煙霧檢測警報。
[0031] 參看圖1Α，其描繪具有輻射源的離子室的示意圖，且所述離子室展示了在不同極 性電壓源連接到所述離子室的情況下流過離子室的電流。離子室102可特征化為在其間具 有一些經(jīng)電離氣體（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電離。當(dāng)在第一極性下（電極106為正且電極104為負）于兩個電極104 與106之間施加電壓電勢112時，正偏壓的電離電子電流116I ehanto將流過經(jīng)電離氣體。當(dāng) 在第二極性下（電極104為正且電極106為負）于兩個電極104與106之間施加電壓電勢 112時，實質(zhì)上將無負偏壓的電離電子電流116a流過經(jīng)電離氣體，這是因為現(xiàn)在電極104將 排斥經(jīng)電離氣體電子。然而，漏電流114I leakage(例如，印刷電路板污染物、油脂、灰塵，等） 將無關(guān)于電壓電勢112的連接極性而流動。
[0032] 因此，當(dāng)跨越室102電極104及106在第一極性下連接電壓電勢112時，通過電流 計110的總電流為經(jīng)電離電子電流116I ehMbe，加上漏電流114Ileakage。且當(dāng)跨越室102電極 104及106在第二極性下連接電壓電勢112時，通過電流計110的總電流實質(zhì)上為無經(jīng)電離 電子電流116a加上漏電流114I leakage，此導(dǎo)致實質(zhì)上僅有漏電流114Ileakage。因此，通過從總 電流減去漏電流114I leakage，可確定實際的經(jīng)電離電子電流116Iehambe,。此允許對經(jīng)電離電子 電流116I ehambCT的任何改變的更敏感測量而不會使這些改變被不當(dāng)漏電流114Ileakage遮蔽。 考量且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可由離子源108電離的任何流體（例如，氣體或液體）將如上文 所描述起作用。
[0033] 參看圖2,其描繪具有輻射源的典型雙室煙霧檢測傳感器的示意性正視圖。離子 室102包括兩個室102a及102b。頂部室102a任由煙霧進入其中，且底部室102b封閉而不 使煙霧進入。導(dǎo)電屏柵210位于兩個室102a與102b之間。鄰近于離子室102或在離子室 102中的輻射源108使得室102a及102b中的氣體中的一些氣體電離。室102a及102b內(nèi) 的氣體的此電離使得通過兩個室l〇2a及102b的電離電流116I ehMbe，在離子室102的電極 104與106之間增大。
[0034] 當(dāng)煙霧存在于頂部室102a中時，煙霧與經(jīng)電離氣體組合，從而中和電離電流 的電流路徑中的經(jīng)電離氣體中的一些。因此，頂部室102a的電容率小于下部室 102b中的電容率。電離電流116Iehambe，連續(xù)流過室102a及102b且因此當(dāng)煙霧存在于室102a 中時將較低。當(dāng)跨越室l〇2a及102b的電壓反向時，實質(zhì)上將無反向電離電流116a流動， 且在電極104與106之間流動的僅有電流將為漏電流114。漏電流114的存在減小了測量 電離電流116的改變方面的敏感性。通過從室102a中的煙霧確定移除此共模漏電流114， 得到更敏感的煙霧檢測器。
[0035] 參看圖3,其描繪根據(jù)本發(fā)明的特定實例實施例的煙霧檢測器的示意性框圖。大體 上由數(shù)字300表示的煙霧檢測器可包括具有電容性分壓器（CVD)及輸入多路復(fù)用功能的模 擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC) 208、煙霧檢測傳感器離子室102a、數(shù)字處理器與存儲器314、警報驅(qū) 動器316及音響/視覺警告318。ADC208、數(shù)字處理器與存儲器314及警報驅(qū)動器316可設(shè) 在集成電路微控制器330中。煙霧檢測傳感器離子腔室102a耦合到ADC208，在所述ADC208 中測量煙霧檢測傳感器離子室l〇2a的電容值的表示且接著每一代表性電容值由數(shù)字處理 器與存儲器314讀取且在數(shù)字處理器與存儲器314中進行處理。當(dāng)在特定時間內(nèi)存在電容 值表示的改變時，數(shù)字處理器314將啟用警報驅(qū)動器316,所述警報驅(qū)動器316接通音響/ 視覺警告318以指示在煙霧檢測器300的位置存在煙霧。
[0036] 煙霧檢測器300可進一步包括第二離子室102b，所述第二離子室102b經(jīng)封閉而不 使可含有煙霧的外部空氣進入。第一離子室l〇2a及第二離子室102b可用于進行第一離子 室102a及第二離子室102b中的每一者的經(jīng)測量電容值的比較，且補償這些變化，借此提供 檢測煙霧粒子的更敏感方式，如上文中更完整地描述。
[0037] 煙霧檢測器300可進一步包括溫度傳感器320、相對濕度傳感器322及/或耦合到 電源供應(yīng)器（例如，電池（未圖示））的電壓傳感器324。其中數(shù)字處理器314可（例如） 使用含有用于煙霧傳感器離子室102的校準(zhǔn)及補償數(shù)據(jù)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電容測量。另外，數(shù)字處理器314可執(zhí)行平滑、時間平均、噪聲 抑制、過取樣及/或數(shù)字信號處理以增強電容改變檢測敏感性及/或減少噪聲拾取。
[0038] 參看圖4,其描繪圖3中所展示的電容性分壓器功能的示意性框圖。所述電容性分 壓器（CVD)功能不使用外部組件。根據(jù)本發(fā)明的教示，其僅需要設(shè)在微控制器中的模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC)。具有ADC能力的微控制器330在使用確定離子室102的電容值的電容 性分壓器（CVD)方法時適用。在CVD方法中，兩個電容器被充電/放電到相反電壓值。接 著，兩個經(jīng)相反充電的電容器被耦合在一起且在經(jīng)連接的兩個電容器上測量所得電壓。所 得電壓由ADC442轉(zhuǎn)換為其數(shù)字表示且由數(shù)字處理器314讀取。此數(shù)字表示可由數(shù)字處理 器314轉(zhuǎn)換為電容值或數(shù)字表示本身可被使用，這是因為數(shù)字表示與電容值成正比。所得 電壓的此數(shù)字表示的足量改變可用以指示離子室102中的煙霧。為了實現(xiàn)更可靠的煙霧檢 測的另一增強為要求數(shù)字表示的所述足量改變在小于或等于特定時間周期內(nèi)發(fā)生，以便去 除歸因于溫度、相對濕度及/或供應(yīng)電壓（例如，電池，未圖示）的改變的離子室102的緩 慢電容改變。
[0039] 多路復(fù)用器開關(guān)G可用以選擇離子室102a或102b中的任一者，且可受數(shù)字處理 器314控制。圖4中所展示的開關(guān)可為（例如但不限于）場效應(yīng)晶體管（FET)開關(guān)。節(jié)點 436為耦合到內(nèi)部單線（導(dǎo)體）模擬總線444的模擬節(jié)點。
[0040] 第一 CVD電容器為離子室102的電容，且第二CVD電容器可為取樣與保持電容器 444。優(yōu)選地，這兩個電容器具有相當(dāng)接近的電容值，例如，1 : 1到約3 : 1。如果并非如 此，那么可將額外電容添加到第一 CVD電容器。在CVD方法中，此情形的原因為來自電容器 的電荷的部分被轉(zhuǎn)移到不具有電荷或具有相反電荷的另一電容器。舉例來說，當(dāng)兩個CVD 電容器的值相等時，一個CVD電容器上的電荷的一半將被轉(zhuǎn)移到另一電容器。二比一的電 容比將導(dǎo)致電荷的1/3被轉(zhuǎn)移到較?。?/2C)電容器或從較小（1/2C)電容器獲取電荷的 1/3 (視所述電容器中的哪一者最初經(jīng)充電而定）。
[0041] 當(dāng)取樣與保持電容器440實質(zhì)上小于離子室102的電容時，可從外部將額外電容 438a添加到節(jié)點436，及/或可獨立于節(jié)點436添加內(nèi)部電容438b，以使得電容器440、438a 及/或438b的經(jīng)組合電容具有相對于離子室102的電容值的足量電容以符合以上準(zhǔn)則。此 情形導(dǎo)致使用CVD方法確定電容值方面的最佳分辨率。電容器440也為用以在電荷于兩個 CVD電容器之間進行轉(zhuǎn)移之后取樣且保持所得的模擬電壓的取樣與保持電容器。一旦電荷 轉(zhuǎn)移完成，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC) 442便將所得電荷電壓轉(zhuǎn)換為由數(shù)字處理器314讀取的 數(shù)字值以用于離子室102的電容值或所述電容值的改變的進一步處理及確定。
[0042] 在后文中所呈現(xiàn)的實例中，可結(jié)合取樣與保持電容器440選擇離子室102 (第一 CVD電容器）、電容器438a (外部連接的電容器）及/或電容器438b (內(nèi)部連接的電容器） 的電容值，以導(dǎo)致為Vdd電壓的1/3或2/3的組合電荷電壓（分別視第一 CVD電容器（離 子室102)放電到Vss抑或充電到Vdd，及電容器438及440的組合充電到Vdd抑或放電到 Vss而定）。在此實例中，離子室102的電容約為電容器438及440的并聯(lián)連接組合的電容 的兩倍。在將兩個相反極性的經(jīng)充電CVD電容器耦合在一起之后的所得靜態(tài)電壓將在離子 室電容最初放電到Vss時為約l/3*Vdd，且在離子室電容最初充電到Vdd時為約2/3*Vdd。
[0043] 根據(jù)各種實施例，在一個測量中，離子室102a(圖2)的外殼106可被充電/放電且 接著與電容器440并聯(lián)耦合且所得電壓由ADC442轉(zhuǎn)換。在另一測量中，離子室102a的內(nèi) 部收集板104可與電容器440并聯(lián)連接。而且，從離子室102b所得電壓值減去離子室102a 所得電壓值且將離子室l〇2a所得電壓值除以離子室102b所得電壓值移除了溫度及電池電 壓影響，從而剩下主要受離子室102a中煙霧的存在影響的所得電壓值。
[0044] 參看圖5,其描繪根據(jù)本發(fā)明的另一特定實例實施例的圖3中所展示的電容性分 壓器功能的一部分的示意性框圖，其展示用于去除共模漏電流的切換構(gòu)件。開關(guān)550及552 以及554及556分別改變室102a及102b的極性連接。對室102a及102b中的每一者進行 兩個CVD測量操作，在第一極性下進行一個CVD測量操作及在與第一極性相反的第二極性 下進行第二CVD測量操作。這些CVD測量操作的結(jié)果存儲于數(shù)字處理器314的存儲器中以 用于進一步計算處理（例如，從每一室l〇2a及102b的較高CVD測量操作電容值減去較低 CVD測量操作電容值，借此消除由漏電流114引起的影響，結(jié)果為僅存在室電離電流116的 表示）。因為每一室l〇2a及102b是獨立地進行測量，所以兩個室的電離電流116的任何差 將指示煙霧對室l〇2a中的氣體的電離的影響。相對于表示煙霧電離室102b的CVD測量操 作電容值確定表示經(jīng)封閉電離室的電離電流116的CVD操作電容值借此允許獲得基本值， 所述基本值可用以跟蹤室l〇2a的基本電容參考值或使室102a的基本電容參考值"浮動"， 使得可更容易地將基本值的小改變辨識為指示檢測到室l〇2a中的煙霧。
[0045] 盡管已通過參考本發(fā)明的實例實施例而描繪、描述且界定了本發(fā)明的實施例，但 所述參考不暗示對本發(fā)明的限制，且不應(yīng)推導(dǎo)出所述限制。所揭示的標(biāo)的物能夠在形式及 功能上具有相當(dāng)多的修改、變更及等效物，所述修改、變更及等效物為所屬領(lǐng)域中且受益于 本發(fā)明的技術(shù)人員易想到的。所描繪且描述的本發(fā)明的實施例僅為實例，且并非為詳盡無 遺的本發(fā)明范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于檢測煙霧的方法，其包括以下步驟： 將電離室耦合到電容性分壓器CVD電路； 使用所述CVD電路確定所述電離室的電容的改變；以及 通過檢測所述電容的預(yù)定改變而檢測煙霧的存在。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定所述電離室的所述電容的所述改變的步 驟進一步包括以下步驟： 在所述電離室處于第一極性下時確定所述電離室的所述電容的第一改變； 在所述電離室處于第二極性下時確定所述電離室的所述電容的第二改變； 確定所述第一改變與所述第二改變之間的差；以及 將所述差用于確定所述電離室的所述電容的所述改變。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電容的所述預(yù)定改變?yōu)樗鲭娙菰谔囟〞r間 內(nèi)的改變。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定所述電離室的所述電容的所述改變的步 驟包括以下步驟： 將第一電容器的電容充電到第一電壓； 將所述電離室的所述電容充電到第二電壓； 將所述第一電容器耦合到所述電離室的所述電容，其中得到所述第一電容器及所述電 離室的所述電容上的第三電壓； 將所述第三電壓轉(zhuǎn)換為所述第三電壓的數(shù)字表示； 比較所述經(jīng)轉(zhuǎn)換的第三電壓的所述數(shù)字表示與所述第三電壓的先前所存儲的數(shù)字表 示； 當(dāng)所述經(jīng)轉(zhuǎn)換的第三電壓的所述數(shù)字表示已從所述先前所存儲的數(shù)字表示改變了至 少所述預(yù)定改變時檢測到煙霧的所述存在；以及 存儲所述第三電壓的所述數(shù)字表示。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定所述電離室的所述電容的所述改變的步 驟包括以下步驟： 將第一電容器的所述電容充電到第一電壓； 將任由煙霧進入的第一電離室的電容充電到第二電壓； 將所述第一電容器耦合到所述第一電離室的所述電容，其中得到所述第一電容器及所 述第一電離室的所述電容上的第三電壓； 將所述第三電壓轉(zhuǎn)換為所述第三電壓的數(shù)字表示； 存儲所述第三電壓的所述數(shù)字表示； 將所述第一電容器的所述電容充電到第四電壓； 將經(jīng)封閉而不使煙霧進入的第二電離室的電容充電到第五電壓； 將所述第一電容器耦合到所述第二電離室的所述電容，其中得到所述第一電容器及所 述第二電離室的所述電容上的第六電壓； 將所述第六電壓轉(zhuǎn)換為所述第六電壓的數(shù)字表示； 存儲所述第六電壓的所述數(shù)字表示； 從所述第六電壓的所述數(shù)字表示減去所述第三電壓的所述數(shù)字表示且將所述第三電 壓的所述數(shù)字表示除以所述第六電壓的所述數(shù)字表示以產(chǎn)生所得表示； 比較所述所得表示與先前所存儲的所得表示； 當(dāng)所述所得表示已從所述先前所存儲的所得表示改變了至少所述預(yù)定改變時檢測到 煙霧的所述存在；以及 存儲所述所得表示。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中： 在第一測量中，所述電離室的外殼耦合到所述CVD電路；以及 在第二測量中，所述電離室的收集板耦合到所述CVD電路。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其進一步包括如下步驟：從所述第二測量的測量值減 去所述第一測量的測量值，接著將所述第一測量的所述測量值除以所述第二測量值； 以及比較后續(xù)時間周期的計數(shù)數(shù)目以確定所述后續(xù)時間周期中的任何一或多者的所 述計數(shù)數(shù)目是否已改變了特定數(shù)目個計數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括通過來自溫度傳感器的溫度信息來補償 溫度改變的步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括通過來自相對濕度傳感器的相對濕度信 息來補償相對濕度改變的步驟。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括通過來自電壓傳感器的電壓信息來補 償電壓改變的步驟。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一電壓約為電源供應(yīng)電壓且所述第二電 壓約為公共接地電壓。
12. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一電壓約為公共接地電壓且所述第二電 壓約為電源供應(yīng)電壓。
13. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第四電壓約為電源供應(yīng)電壓且所述第五電 壓約為公共接地電壓。
14. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第四電壓約為公共接地電壓且所述第五電 壓約為電源供應(yīng)電壓。
15. -種用于檢測煙霧的設(shè)備，其包括： 耦合到電容性分壓器CVD電路的電離室，所述CVD電路用于確定所述電離室的電容； 其中所述電離室的所述電容的預(yù)定改變指示所述電離室中煙霧的存在。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于檢測煙霧的設(shè)備，其進一步包括電路，所述電路用于 交替地在第一極性下耦合到所述電離室以用于確定所述電離室的第一電容且在第二極性 下耦合到所述電離室以用于確定所述電離室的第二電容，借此所述第一電容與所述第二電 容之間的差用于確定所述電離室中煙霧的所述存在。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于檢測煙霧的設(shè)備，其中所述CVD電路為微控制器中的 外圍裝置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于檢測煙霧的設(shè)備，其進一步包括耦合到所述CVD電路 及警報電路的數(shù)字處理器與存儲器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于檢測煙霧的設(shè)備，其進一步包括耦合到所述數(shù)字處理 器及溫度補償查找表的溫度傳感器，所述溫度補償查找表存儲于耦合到所述數(shù)字處理器的 所述存儲器中且用以補償所述電離室的所述電容的由溫度所誘發(fā)的改變。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于檢測煙霧的設(shè)備，其進一步包括耦合到所述數(shù)字處理 器及濕度補償查找表的濕度傳感器，所述濕度補償查找表存儲于耦合到所述數(shù)字處理器的 所述存儲器中且用以補償所述電離室的所述電容的由濕度所誘發(fā)的改變。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于檢測煙霧的設(shè)備，其進一步包括耦合到所述數(shù)字處理 器及電壓補償查找表的電壓傳感器，所述電壓補償查找表存儲于耦合到所述數(shù)字處理器的 所述存儲器中且用以補償所述電離室的所述電容的由電壓所誘發(fā)的改變。
22. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于檢測煙霧的設(shè)備，其進一步包括音響警告，所述音響 警告是由所述電離室中煙霧的所述存在致動。
23. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于檢測煙霧的設(shè)備，其進一步包括視覺警告，所述視覺 警告是由所述電離室中煙霧的所述存在致動。
24. -種用于檢測煙霧的設(shè)備，其包括： 耦合到電容性分壓器CVD電路的第一電離室，所述CVD電路用于確定所述第一電離室 的電容，其中所述第一電離室任由煙霧進入； 耦合到所述CVD電路的第二電離室，所述CVD電路用于確定所述第二電離室的電容，其 中所述第二電離室經(jīng)封閉而不使煙霧進入； 其中所述第一電離室及所述第二電離室的所述電容的預(yù)定差指示所述第一電離室中 煙霧的存在。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的用于檢測煙霧的設(shè)備，其進一步包括煙霧檢測計時器，所 述煙霧檢測計時器用于確定所述預(yù)定差是否在特定時間周期內(nèi)發(fā)生。
【文檔編號】G01R27/26GK104067324SQ201280067706
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月14日
【發(fā)明者】本杰明·T·庫克, 約瑟夫·朱利謝, 基思·埃德溫·柯蒂斯 申請人:密克羅奇普技術(shù)公司