(57)【要約】ガス検知デバイス（１０）（１００）及び方法が提供される。バッテリ駆動のワイヤレスガス検知デバイス（１０）（１００）は、低消費電力構成要素及び節電機能を有する。ガス検知デバイス（１０）（１００）は、標準のガスセンサ較正サイクルの終了前にバッテリ交換又は充電を必要としないように延長されたバッテリ寿命及びランタイムを有する。【選択図】  図２
2019512825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高消費電力アクティブモード、低消費電力パッシブモード、及び切モードを有するガス検知デバイス（１０）（１００）であって、前記ガス検知デバイスが、
ガス検知要素を備えたガスセンサモジュール（１２）であり、前記ガス検知要素が、前記アクティブモード及び前記パッシブモード中にガス雰囲気中の少なくとも１つのガスの存在及び濃度のうちの少なくとも一方を継続して監視し、対応するガス濃度情報を継続して生成する、ガスセンサモジュール（１２）と、
ワイヤレス通信器（１６）と、
前記ガスセンサモジュール（１２）及び前記ワイヤレス通信器（１６）に動作可能に接続されたプロセッサ（１４）であり、
前記アクティブモード中にアクティブに通信し、
前記低消費電力パッシブモードのときには非アクティブであり、
前記ガスセンサモジュールから前記ガス濃度情報を取得し、前記情報を前記ワイヤレス通信器（１６）に送信する
ように構成されている、プロセッサ（１４）と、
前記ガスセンサモジュール（１２）、前記プロセッサ（１４）、及び前記ワイヤレス通信器（１６）の各々に電気的に接続された電力供給源（１８）と、を備え、
前記ワイヤレス通信器（１６）が、前記プロセッサ（１４）から前記ガス濃度情報を受信し、前記情報を少なくとも１つの情報受信器にワイヤレス送信するように構成されている、ガス検知デバイス（１０）（１００）。
【請求項２】
前記ガス濃度情報がリアルタイムのガス濃度情報である、請求項１に記載のガス検知デバイス（１０）（１００）。
【請求項３】
前記ガス検知要素が非分散赤外線ガスセンサである、請求項１に記載のガス検知デバイス（１０）（１００）。
【請求項４】
前記ガス検知デバイスが、約１７ｍＷｈの最大平均消費電力を有する、請求項３に記載のガス検知デバイス（１０）（１００）。
【請求項５】
前記電力供給源が、少なくとも３４２ワット時の容量及び少なくとも２４か月のランタイムを有するバッテリである、請求項４に記載のガス検知デバイス（１０）（１００）。
【請求項６】
前記ガス検知要素が電気化学ガスセンサである、請求項１に記載のガス検知デバイス（１０）（１００）。
【請求項７】
前記ガス検知デバイスが、約１１ｍＷｈの最大平均消費電力を有する、請求項６に記載のガス検知デバイス（１０）（１００）。
【請求項８】
前記電力供給源が、少なくとも３４２ワット時の容量及び少なくとも３６か月のランタイムを有するバッテリである、請求項７に記載のガス検知デバイス（１０）（１００）。
【請求項９】
前記ワイヤレス通信器（１６）が、Ｗｉ−Ｆｉ／ワイヤレス、ＦＭ無線リンク、ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）プロトコル、マイクロソフト（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ）（商標）ＤｉｒｅｃｔＢａｎｄネットワーク、ワイブリー（Ｗｉｂｒｅｅ）（商標）、ワイヤレスＨＡＲＴ、超広帯域（ＵＷＢ）、ＩＳＡ−ＳＰ１００規格、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ）（登録商標）、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ベースのプロトコル、ＷＬＡＮプロトコルのＩＥＥＥ８０２．１１ファミリー、及びＲＦＩＤ信号プロトコルからなる群より選択される、少なくとも１つの外部デバイスとワイヤレス通信する無線周波数モジュールである、請求項１に記載のガス検知デバイス（１０）（１００）。
【請求項１０】
前記プロセッサ（１４）に電気的に接続されたディスプレイ（２０）をさらに備え、前記ディスプレイ（２０）が、前記ガス濃度情報を周期的に表示し、前記プロセッサがユーザ入力コマンドにより作動すると前記プロセッサ（１４）から通信された情報を表示する、請求項１に記載のガス検知デバイス（１００）。
【請求項１１】
ユーザ入力コマンドを入力するための少なくとも１つの統合ユーザ入力モジュールをさらに備える、請求項１に記載のガス検知デバイス（１０）（１００）。
【請求項１２】
前記プロセッサ（１４）が、複数の機能を実施するようにプログラムされているファームウェア（３６）を実行するように構成されており、前記機能が、
前記ガス検知要素によって生成されたガス濃度情報をチェックすること、
ガス濃度情報を前記ワイヤレス通信器に通信すること、
前記電力供給源の状態をチェックすること、
統合ユーザ入力モジュールを介して入力されたユーザ入力コマンドに応答すること、
前記ワイヤレス通信器を介して前記デバイスに通信される、情報に対する外部要求に応答すること、及び
前記機能のいずれかに関する情報のディスプレイへの表示を指示することを含む、請求項１に記載のガス検知デバイス（１０）（１００）。
【請求項１３】
前記プロセッサ（１４）が、１秒につき１回、前記機能の各々を実行する、請求項１２に記載のガス検知デバイス（１０）（１００）。
【請求項１４】
ガス雰囲気中の少なくとも１つのガスの存在及び濃度のうちの少なくとも一方を継続的に監視するための方法であって、前記方法が、
高消費電力アクティブモード、低消費電力パッシブモード、及び切モードで動作するために構成されたガス検知デバイス（１０）（１００）を用意するステップ（Ｓ１００）であり、前記デバイスが、
ガス検知要素を備えたガスセンサモジュール（１２）と、
前記ガスセンサモジュール（１２）に動作可能に接続されたプロセッサ（１４）と、
前記プロセッサ（１４）に動作可能に接続されたワイヤレス通信器（１６）と、
前記ガスセンサモジュール（１２）、前記プロセッサ（１４）、及び前記ワイヤレス通信器（１６）の各々に電気的に接続された電力供給源（１８）と、を備え、
前記プロセッサ（１４）が、
前記アクティブモード中にアクティブに通信し、
前記低消費電力パッシブモードのときには非アクティブである
ように構成されている、ステップ（Ｓ１００）と、
前記デバイスが前記アクティブモード又は前記パッシブモードにあるときには、ガス雰囲気中の少なくとも１つのガスの存在及び濃度のうちの少なくとも一方を、前記ガス検知要素を用いて継続的に監視するステップ（Ｓ１０２）と、
前記ガス検知要素によって生成されたガス濃度情報をアクティブにチェックするステップ（Ｓ１０４）と、
前記ガス濃度情報を前記プロセッサ（１４）から前記ワイヤレス通信器（１６）にアクティブに通信する（Ｓ１０６）ステップとを含む、方法。
【請求項１５】
前記ガス検知デバイス（１０）（１００）が、ガス濃度情報をリアルタイムで通信し、前記プロセッサ（１４）が、継続的に監視する前記ステップ、アクティブにチェックする前記ステップ、アクティブに通信する前記ステップのうちの少なくとも１つを、１秒につき１回実行する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ガス検知要素が非分散赤外線ガスセンサである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ガス検知デバイス（１０）（１００）が、約１７ｍＷｈの最大平均消費電力を消費する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ガス検知要素が電気化学ガスセンサである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記ガス検知デバイス（１０）（１００）が、約１１ｍＷｈの最大平均電力を消費する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ワイヤレス通信器（１６）が、最大で１秒につき１回、少なくとも１つの外部デバイスとワイヤレス通信する無線周波数モジュールである、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
外部警報生成装置にワイヤレス信号通信して警報を出すステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には、バッテリ駆動のワイヤレスガス検知デバイスに関し、より詳細には、バッテリ寿命及びランタイムを効果的に延長する低消費電力構成要素及び節電機能を有するバッテリ駆動のワイヤレスガス検知デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス検出器は、ガス雰囲気中の煙又は有害ガスの存在を検知するために使用される一般的に知られているデバイスである。そのようなガス検出器は、例えば、選択されたガスの濃度を監視するために、消防士又は他の捜査員によって、選択された場所へと持ち運ばれるポータブルデバイスであり得るか、又は、例えば、捜査員にとって有害となり得る極限状況において毒性ガス若しくは可燃性ガスを検出するために使用されるデバイスといった、固定デバイスであり得る。可搬式ガス検出器は一般的にワイヤレスデバイスである一方、固定式ガス検出器は有線又はワイヤレスのいずれかであり得る。
【０００３】
ワイヤレスが有効な検出器は、ガスセンサデータ及び警報をリアルタイムでブロードキャストし、以て状況認識を改善し事象応答時間を短縮する能力、ガス検出情報をネットワーク内で接続された複数のデバイスに容易に送信する能力、及び、必要に応じて、すべての必要なガス検出構成要素を小型の軽量ポータブルデバイスに組み込む能力など、有線検出器に勝る多くの利点を有する。デバイスをワイヤ接続する必要性を除去することは、複数の異なる検出デバイス（固定式及び／又は可搬式）を包含する高性能システムが必要とされることの多い産業用ガス検出用途に特に有利である。これに関連して、産業用ガス検出の必要性は、非常に幅広いエリアにわたって広がっていることが多く、様々な状況において複数の種類の危険を伴う。複数の危険或いは単一の危険をも検出するように構成された産業用システムは、多くの場合、毒性ガス用の電気化学センサ、硫化水素用の固体金属酸化物シリコンセンサ、可燃性ガス用の触媒ビーズ、及び可燃性炭化水素用の赤外線検出器など、様々な検出技術の組み合わせを伴い、適切なシステム性能は、すべてのそのようなデバイスからの情報をまとめて監視することを必要とする。そのようなデバイス同士のポイントツーポイントのワイヤ接続は実現困難であるが、そのような高性能システムは、ワイヤレス通信により効果的に実装することができる。
【０００４】
したがって、固定式であるか可搬式であるかにかかわらず、今日のガス検出デバイスは主にワイヤレスである。しかしながら、有線システムとは異なり、ワイヤレス検出器は必ずバッテリ駆動であり、そのことにより、デバイス重量の増大、減少するバッテリ寿命を監視する義務、及び、必要に応じてバッテリを交換又は充電する必要性という欠点が生じる。これは、ワイヤレスガス検出器の技術分野においては、デバイス内のガス検知要素が周期的に較正されなければならず、バッテリが全較正サイクルにわたって持続することが重要であることから、特に懸案事項である。これに関連して、ガスセンサは、典型的には１２か月の間隔で較正されるため、バッテリが少なくともこの間隔の間はデバイスを駆動して追加保守の必要性を回避することが重要である。
【０００５】
十分なバッテリ寿命を確実にする１つの簡単な手段は、大きなバッテリを使用することである。しかしながら、これは一般的には、個人によって携帯され個人防御デバイスとして使用されることが意図されることの多い可搬式デバイスにとっては実際的な解決策ではない。より大きなバッテリを使用することは、バッテリを防爆容器内に封入しなければならないような危険な場所でデバイスが使用されることが意図されるときにも実際的ではない。バッテリ寿命を延長するための別の手法は、危険な状況が発生した場合にのみ報告するようにガス濃度情報のワイヤレス送信を制限することによって、及び／又は、例えば１分以上の長い間隔でのみ「警報解除」信号を送信することによって、電力消費を最小限にするように検出器デバイスの機能性を制御することによるものである。しかしながら、この手法は、ガス検知要素が依然として正しく機能していることを決定するための信頼できる方法が存在しないこと、並びに危険なガスのリアルタイムの検出が多くの場合、命及び所有物を守ることにおいて重要な因子であることを理由に、受け入れ難いものである。
【０００６】
したがって、バッテリサイズ及び／又はデバイス重量を実質的に増大することなく、並びにリアルタイムのガス検出機能性を犠牲にすることなく、拡大されたバッテリ寿命を有する改善されたワイヤレスガス検出器が当該技術分野において必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の１つの態様によると、高消費電力アクティブモード、低消費電力パッシブモード、及び切モードを有するガス検知デバイスが提供される。ガス検知デバイスは、ガス検知要素を有するガスセンサモジュールを含む。ガス検知要素は、アクティブモード及びパッシブモード中にガス雰囲気中の少なくとも１つのガスの存在及び濃度のうちの少なくとも一方を継続的に監視し、対応するガス濃度情報を継続的に生成する。ガスセンサはまた、ワイヤレス通信器と、ガスセンサモジュール及びワイヤレス通信器に動作可能に接続されたプロセッサとを含む。プロセッサは、アクティブモード中はアクティブに通信し、低消費電力パッシブモードのときには非アクティブであり、ガスセンサモジュールからガス濃度情報を取得し、その情報をワイヤレス通信器に送信するように構成されている。ガス検知デバイスはまた、ガスセンサモジュール、プロセッサ、及びワイヤレス通信器の各々に電気的に接続された電力供給源を含む。ワイヤレス通信器は、プロセッサからガス濃度情報を受信し、その情報を少なくとも１つの情報受信器にワイヤレス送信するように構成されている。
【０００８】
この態様の１つの実施形態において、ガス濃度情報は、リアルタイムのガス濃度情報である。この態様の別の実施形態において、ガス検知要素は、非分散赤外線ガスセンサである。この態様のなおも別の実施形態において、ガス検知デバイスは、約１７ｍＷｈの最大平均消費電力を有する。この態様のさらに別の実施形態において、電力供給源は、少なくとも３４２ワット時の容量及び少なくとも２４か月のランタイムを有するバッテリである。
【０００９】
この態様の別の実施形態において、ガス検知要素は、電気化学ガスセンサである。この態様のなおも別の実施形態において、ガス検知デバイスは、約１１ｍＷｈの最大平均消費電力を有する。この態様のなおもさらに別の実施形態において、電力供給源は、少なくとも３４２ワット時の容量及び少なくとも３６か月のランタイムを有するバッテリである。
【００１０】
この態様の別の実施形態において、ワイヤレス通信器は、Ｗｉ−Ｆｉ／ワイヤレス、ＦＭ無線リンク、ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）プロトコル、マイクロソフト（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ）（商標）ＤｉｒｅｃｔＢａｎｄネットワーク、ワイブリー（Ｗｉｂｒｅｅ）（商標）、ワイヤレスＨＡＲＴ、超広帯域（ＵＷＢ）、ＩＳＡ−ＳＰ１００規格、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ）（登録商標）、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ベースのプロトコル、ＷＬＡＮプロトコルのＩＥＥＥ８０２．１１ファミリー、及びＲＦＩＤ信号プロトコルからなる群より選択される、少なくとも１つの外部デバイスとワイヤレス通信する無線周波数モジュールである。この態様のなおも別の実施形態において、ディスプレイは、プロセッサに電気的に接続されており、このディスプレイは、ガス濃度情報を周期的に表示し、プロセッサがユーザ入力コマンドにより作動されるとプロセッサから通信された情報を表示する。この態様の別の実施形態において、ガス検知デバイスは、ユーザ入力コマンドを入力するための少なくとも１つの統合ユーザ入力モジュールをさらに含む。
【００１１】
この態様のなおも別の実施形態において、プロセッサは、複数の機能を実施するようにプログラムされているファームウェアを実行するように構成されている。この機能は、ガス検知要素によって生成されたガス濃度情報をチェックすること、ガス濃度情報をワイヤレス通信器に通信すること、電力供給源の状態をチェックすること、統合ユーザ入力モジュールを介して入力されたユーザ入力コマンドに応答すること、ワイヤレス通信器を介してデバイスに通信される、情報に対する外部要求に応答すること、及び前記機能のいずれかに関する情報のディスプレイへの表示を指示することを含む。この態様の別の実施形態によると、プロセッサは、１秒につき１回、これら機能の各々を実行する。
【００１２】
別の態様によると、ガス雰囲気中の少なくとも１つのガスの存在及び濃度のうちの少なくとも一方を継続的に監視するための方法が提供される。本方法は、高消費電力アクティブモード、低消費電力パッシブモード、及び切モードにおける動作のために構成されたガス検知デバイスを用意するステップを含む。用意されたデバイスは、ガス検知要素を備えたガスセンサモジュールと、ガスセンサモジュールに動作可能に接続されたプロセッサと、プロセッサに動作可能に接続されたワイヤレス通信器と、ガスセンサモジュール、プロセッサ、及びワイヤレス通信器の各々に電気的に接続された電力供給源とを有する。プロセッサは、アクティブモード中はアクティブに通信し、低消費電力パッシブモードのときには非アクティブであるように構成されている。本方法は、デバイスがアクティブモード又はパッシブモードにあるときには、ガス雰囲気中の少なくとも１つのガスの存在及び濃度のうちの少なくとも一方を、ガス検知要素を用いて継続的に監視するステップと、ガス検知要素によって生成されたガス濃度情報をアクティブにチェックするステップと、ガス濃度情報をプロセッサからワイヤレス通信器にアクティブに通信するステップとをさらに含む。
【００１３】
この態様の実施形態において、ガス検知デバイスは、ガス濃度情報をリアルタイムで通信し、プロセッサは、継続的に監視すること、アクティブにチェックすること、アクティブに通信することのうちの少なくとも１つを、１秒につき１回実行する。
【００１４】
この態様の別の実施形態において、ガス検知要素は、非分散赤外線ガスセンサである。この態様のなおも別の実施形態において、ガス検知デバイスは、約１７ｍＷｈの最大平均消費電力を消費する。
【００１５】
この態様のさらに別の実施形態において、ガス検知要素は、電気化学ガスセンサである。この態様のなおも別の実施形態において、ガス検知デバイスは、約１１ｍＷｈの最大平均電力を消費する。
【００１６】
この態様の別の実施形態において、ワイヤレス通信器は、最大１秒につき１回、少なくとも１つの外部デバイスとワイヤレス通信する無線周波数モジュールである。この態様の別の実施形態において、本方法は、外部警報生成装置にワイヤレス信号通信して警報を出すステップをさらに含む。
【００１７】
本発明のより完全な理解、本発明の付随する利点及び特徴は、添付の図面と併せて検討されるときに以下の詳細説明を参照することにより、より容易に理解されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本開示のガス検知デバイスのハードウェア実施形態例を示す簡略ブロック図である。
【図２】ワイヤレスプロトコルを使用して動作するように構成されており、図１の簡略図と比較して追加の任意選択的な構成要素を含むガス検知デバイスのハードウェアブロック図である。
【図３】ワイヤレスプロトコルを使用してシステム電力動作の浪費を避けるプロセッサファームウェアのブロック図である。
【図４】監視プロセス例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示は、１つ又は複数の選択されたガスを検知し、統合された及び／又は外部の警報生成器に情報を通信するための作業信号を出すガス検知プラグインモジュールを使用する固定式又は可搬式ガス検知デバイスを提供する。センサモジュールは、使用する電力が低く、全体的な超低電力検出器設計を可能にする。本デバイスは、連続動作が可能であり、バッテリランタイムを実質的に延長するように、動作中に消費する電力は非常に低量である。本デバイスは、特に、小型の野外携帯用ガス検出器具の形態で有用である。
【００２０】
本開示の検出器は、多数の低電力ハードウェア回路並びに節電ファームウェア技術を含むことによってそのような超低電力性能を達成する。これに関連して、以下に説明されるような高効率のワイヤレス通信プロトコルが使用される。１つの種類では、例えば、ワイヤレス通信モジュールは、時刻同期、自己編成、及び自己回復型のメッシュアーキテクチャを利用するワイヤレスセンサネットワーキング技術を使用して動作し、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格無線を使用してリアルタイムデータを送信するために２．４ＧＨｚ  ＩＳＭ帯域を使用する。これらは、他の種類のように、非常に低い消費電力で動作することを理由に好まれる。しかしながら、ガス検知デバイスは、代替的に、消費電力を低減するためにデータ送信時間を最小限にすると共に、変調技術、データ符号化、及び／又は周波数を使用して無線信号をワイヤレス送信及び／又は受信することができる任意の他のワイヤレスプロトコルを使用して動作するように構成され得る。ワイヤレス通信の例としては、非排他的に、Ｗｉ−Ｆｉ／ワイヤレスイーサネット規格（８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ／ｓ）、周波数変調（ＦＭ）無線リンク、ＷＰＡＮ（ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク）プロトコル（例えば、８０２．１５．４）、マイクロソフト（商標）ＤｉｒｅｃｔＢａｎｄネットワーク、ワイブリー（商標）、ワイヤレスＨＡＲＴ、超広帯域（ＵＷＢ）、ＳＰ１００．１１ａなどＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＩＳＡ）によって管理されているＩＳＡ−ＳＰ１００規格、ジグビー（登録商標）ＩＥＥＥ８０２．１５．４ベースのプロトコル、ＷＬＡＮ（ワイヤレスローカルエリアネットワーク）プロトコルのＩＥＥＥ８０２．１１ファミリー、知られているＲＦＩＤ（無線周波数識別）信号プロトコル、又は当業者によって決定されるような任意の他の好適なワイヤレス通信プロトコルが挙げられる。例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ技術による送信が可能であるが、送信範囲は限られている。
【００２１】
同様の参照識別子は同様の要素を指す図面をこれより参照すると、図１には、本発明のガス検知デバイス１０のハードウェア構成要素例が示されている。ガス検知デバイス１０は、少なくとも１つのガスセンサモジュール１２、プロセッサ１４、ワイヤレス通信器１６、及び電力供給源１８を含む。
【００２２】
図２には本開示のガス検知デバイス１００のより詳細な実施形態が例証されており、ガス検知デバイス１００は、図１のガスデバイス１０に関して示される構成要素に加えて、既存デバイスと比較してガス検知デバイスの性能をさらに最適化する構成要素を含み、特に、ガス検知デバイス１００は、ワイヤレスプロトコルを使用して動作するように構成されている。
【００２３】
ガスセンサモジュール１２は、一般的に、ガス雰囲気中の少なくとも１つのガスの存在及び／又は濃度を継続して監視し、対応するガス濃度情報を継続して生成する少なくとも１つのガスセンサ要素、並びに前記ガス濃度情報をプロセッサに通信するための必要な回路を包含する任意のガスセンサモジュールであり得る。好適なガスセンサモジュールは、広く市販されており、非排他的に電気化学ガスセンサ及び非分散赤外線（ＮＤＩＲ）センサの両方を含む。電気化学センサは、硫化水素、二酸化硫黄、塩素、シアン化水素、塩化水素、一酸化窒素、二酸化窒素、エチレンオキシド、ホスフィン、一酸化炭素、オゾン、及びアンモニアを含むがこれらに限定されない幅広い毒性ガスを測定するために使用される。ＮＤＩＲセンサは、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ヘキサン、ペンタン、エチレン、プロピレン、及び水素を含むがこれらに限定されない可燃性炭化水素ガスを測定するために使用される。他のガスセンサタイプが本明細書において使用され得るが、必ずしも電気化学センサ又はＮＤＩＲセンサと同様の低消費電力機能性を有するとは限らない。例えば、金属酸化物半導体センサ又は触媒センサが、開示されたガス検知装置において効果的に使用され得るが、これらは概して高消費電力デバイスである。
【００２４】
プロセッサ１４は、ガスセンサデバイスの技術分野において知られるような、プロセッサをガスセンサモジュール１２の回路に接続する、１つ若しくは複数のプリント回路基板上に担持されているか、又はそこに埋め込まれている標準制御回路を介してガスセンサモジュールに動作可能に接続される。図２に概略的に例証されるように、プロセッサ１４をガスセンサモジュール１２に接続する制御回路には、通常動作及び故障状況の両方においてモジュールが利用可能なエネルギーを制限し、以て爆発を引き起こす危険なしにモジュールが爆発性雰囲気中で動作することを可能にする内在的な安全保護が設けられている。内在的な安全保護は、当該技術分野における任意の従来の手段によって提供され得る。１つの実施形態において、ツェナーバリアなどの内在的に安全なバリア２４は、電力供給源１８とガスセンサモジュール１２との間に、１つの実施形態においては好ましくは、図２に示されるように、プロセッサ１４とガスセンサモジュール１２との間に位置付けられる。任意の内在的に安全なバリアが使用され得、内在的に安全なバリアは、ツェナーバリアに限定されない。さらに、ガスセンサモジュール１２のための内在的に安全なバリアを使用するのではなく、センサセル自体が防爆ハウジング内に置かれ得るが、このことは、防爆ハウジングが危険な場所に設置されている間はセンサセルの変更を妨げることになり、また防爆ハウジングは、ガス検知要素の全体的な応答時間を遅くする焼結フレームアレスタを使用しており、それはリアルタイムのガス濃度読み取りが望まれるデバイスにおいては特に、理想的ではない。
【００２５】
プロセッサ１４は、マイクロプロセッサであり得る。プロセッサ１４は、コマンド及び命令を実行するように構成されており、本明細書に説明される機能を実装している。プロセッサ１４は、メモリ、及びメモリに格納されたファームウェアを含む。ファームウェアは、以下により詳細に論じられるように、どのようにガス検知デバイス１０及び１００を動作するか、及び動作中に節電機能を最適化するためにどのファームウェアがプログラムされるかについてプログラムされた命令を含む。プロセッサは、これらのファームウェア命令を取り出し、実行する。プロセッサメモリは、典型的には、一時情報記憶及び処理のためのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、並びにファームウェアの永続の側面、即ち、センサ要素の動作、センサ要素からガス濃度情報を取得し処理すること、ガスセンサ情報をワイヤレス通信器モジュール１６に送信すること、任意選択で、ガスセンサ情報を一体式ディスプレイ２０（図２に例証される）に表示すること、及びガス濃度情報を１つ又は複数の外部デバイス（図示せず）に送信するようにワイヤレス通信器に指示することなど、デバイスの基本動作命令を含む不揮発性メモリ（フラッシュ、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、プログラム可能なリードオンリメモリ（ＰＲＯＭ）など）からなる。
【００２６】
ガス検知デバイス１０及び１００を動作させるプロセッサ１４、例えば、限定することなく、マイクロコントローラ、汎用プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、特定用途向け命令セットプロセッサ（ＡＳＩＰ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブル論理デバイス、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、及びプログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）などは、（１）コード実行が必要とされないときはプロセッサを非アクティブモードにする能力（電力を節約するためにプロセッサ周辺装置を無効にすることができる）、（２）必要に応じてプロセッサをアクティブモードにするための内部タイマ及び割り込み、（３）フルクロック速度が必要とされないときは電力を節約するためにクロックモードを調整することができる、（４）１５０μＡ／ＭＨｚまでの有効電流、１０ｎＡまでの無効電流、並びに（５）命令の８０％がシングルサイクルであるなどの超低消費電力特徴を提供する。これにより、プロセッサ１４がコードをより高速に実行することを可能にし、アクティブ時間を制限する。本明細書において特に有用であるのは、１６又は３２ビットマイクロコントローラである。
【００２７】
好ましい実施形態において、プロセッサ１４は、内在的に安全な及び／又は防爆のハウジング内に含まれるため、プロセッサ１４は、可燃性雰囲気において、爆発する、又は引火源となる可能性はない。防爆ハウジングは、発火又は爆発を封じ込めるように設計及び構築されたハウジングである。そのようなハウジングは、通常、アルミニウム又はステンレス鋼製であり、万が一可燃性ガス又は蒸気がハウジングを貫通し、内部電子機器又は配線が発火を引き起こす場合には爆発を安全に封じ込めるだけの十分な質量及び力がある。この設計はまた、周囲雰囲気中の可燃性ガス又は蒸気の発火温度を超越し得るいかなる表面温度も防ぐべきであり、周囲雰囲気中の可燃性ガスが発火する可能性のある外側ハウジング表面上の帯電を回避すべきである。
【００２８】
ガスセンサモジュールのように、ワイヤレス通信器１６はまた、当該技術分野において知られるように、１つ若しくは複数のプリント回路基板上に担持されているか、又はそれに埋め込まれている標準制御回路を介してプロセッサ１４に動作可能に接続される。１つの実施形態において、ワイヤレス通信器１６は、一方向又は双方向ワイヤレス通信のためのワイヤレスプロトコルを使用して通信することができる無線周波数（ＲＦ）モジュールであることが好ましい。ワイヤレス通信器１６は、遠隔デバイス又は位置からＲＦ信号を送信及び／又は受信することができる。ワイヤレス通信器１６は、ワイヤレスプロトコルに従って動作し且つデータを送信することができるＲＦワイヤレストランシーバであることが最も好ましい。
【００２９】
ワイヤレス通信器１６は、取り外し可能な又は取り外しができないモジュールとして提供され、既存のトランスミッタを改造するためのアダプタとして構成され得る。ワイヤレス通信器１６は、例えば従来型の２線プロセス制御ループを介して、取り付けられた電源から直接受信された電力により直接駆動することができるか、又は、プロセス制御ループから受信され、後の使用のために格納された電力により駆動することができる。プロセッサ１４のように、ワイヤレス通信器１６は、内在的に安全なハウジング内に含まれることが好ましく、プロセッサ１４及びワイヤレス通信器１６は、同じ内在的に安全なハウジング内に含まれることが最も好ましい。代替的に、ワイヤレス通信器１６を内在的に安全なハウジング内に含むのではなく、ワイヤレス通信器１６には、電力供給源１８とワイヤレス通信器モジュール１６との間に、最も好ましくは、ガスセンサモジュール１２のために提供される保護のように、図２に示されるように、プロセッサ１４とワイヤレス通信器モジュール１６との間に、内在的に安全なバリア２４を置くことによって内在的な安全保護が設けられ得る。ワイヤレス通信器１６がアンテナを有するＲＦ無線モジュールであるとき、アンテナは、ネットワークデバイスへのＲＦ送信を可能にするために自由空気内でハウジングの外側になければならない。加えて、無線から出力されたＲＦは、無線自体を保護する代わりに、アイソレータを使用することによってなど、内在的に安全なバリアで保護され得るが、このことがＲＦ送信距離を減少させることになる。
【００３０】
本開示のガス検知デバイス１０及び１００の別の構成要素は、電力（電流）供給源１８である。電力供給源１８は、ガスセンサモジュール１２、プロセッサ１４、及びワイヤレス通信器１６の各々、並びにガス検知デバイスの他の電気的に接続された構成要素すべてに電気的に接続される。本明細書において特に意図されるような無配線固定式又は可搬式デバイスについては、電力供給源１８は、直流（ＤＣ）電力供給源である。ＤＣ電力供給源は、１つ若しくは複数のバッテリ、１つ若しくは複数のソーラパネル、又は別の好適な電源を備え得る。ＤＣ電力供給源１８は、充電式（充電式セルを含む）又は非充電式（非充電式の使い捨てセルを含む）のいずれかである交換可能なバッテリパックであることが好ましい。充電式であるか非充電式であるかにかかわらず、バッテリパックは、同じコネクタを使用し、物理的に同じサイズであることが好ましいため、それらバッテリパックを、センサアセンブリ内で交互に使用することができる。好ましいバッテリタイプは、充電式リチウムイオンバッテリ又は非充電式リチウムバッテリであるが、非排他的に、充電式又は非充電式のアルカリバッテリ、ニッケル−亜鉛バッテリ、ニッケル−金属水素バッテリ、及びニッケルカドミニウムバッテリなど、任意の従来型のバッテリタイプが使用され得る。バッテリは、制限なく任意の所望の容量を有し得るが、ガス検知デバイスがポータブルであることが意図される場合には特に、バッテリ重量、及び、ガス検知デバイスが防爆ハウジング内にガス検知デバイスを留めることが要求される危険雰囲気中で使用されることが意図される場合には特に、バッテリサイズが考慮されなければならない。
【００３１】
充電式バッテリパックが使用されるとき、このパックは、アセンブリから取り外されて充電ステーション内で若しくは別の外部電源を用いて充電され得るか、又はソーラパネル若しくは他の電気充電源を使用することなどによって設置したまま充電され得る。検知デバイスは、代替的に、バッテリではなく外部電源によって駆動され得、ここではバッテリは、任意選択で、外部電力異常の場合に電力バックアップとしての役割を果たし得る。この実施形態において、外部電源はまた、バッテリがデバイスを駆動する間にバッテリを充電し得る。
【００３２】
上記のように、図２は、本開示のガス検知デバイス１００のより詳細な実施形態を示し、ガス検知デバイス１００は、図１のガス検知デバイス１０の性能をさらに最適化する追加の構成要素を含み、特に、ガス検知デバイス１００は、ワイヤレスプロトコルを使用して動作するように構成されている。
【００３３】
図２に例証されるように、電力供給源１８は、電力調節回路２６及び１つ又は複数のＤＣ／ＤＣ電力変換器２８を介して検知デバイスに接続され得る。電力調節回路２６は、バッテリ又は他の外部電源からのおそらくは有害ないかなる出力過渡変動も取り除くことによって、例えば、過渡抑制ダイオード、限流ヒューズ、直列抵抗体、及びバイパスコンデンサを使用することによって、ガス検知デバイスの内部電子回路を保護する。ＤＣ／ＤＣ電力変換器２８は、バッテリ、ソーラパネル、又は他の外部供給源によって供給された電圧を、好ましくは約１．８Ｖ〜約５．０Ｖの範囲で、プロセッサ１４、センサモジュール１２、ワイヤレス通信器モジュール１６、及び任意の他の接続された電気駆動のモジュールが使用することができる低電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣ電力変換器は、従来当該技術分野において知られているものであり、市販されている。本明細書で有用である好適な変換器は、当業者によって容易に決定され得る。バッテリ寿命を最大限にするために無駄な電力を防ぐ高効率ＤＣ／ＤＣ電力変換器が好ましい。
【００３４】
ガス検知デバイス１００は、センサ要素によって読み出されているリアルタイムのガスレベルを表示するためのディスプレイ２０をさらに包含する。例えば、センサによって読み出されているガス濃度が特定の事前に決められた値、例えば５％濃度を超える場合、プロセッサ１４は、数字で表したガスレベル又は別の事前に選択されたアラート若しくは警報指示子を示すようにディスプレイ２０に命令する。ガス濃度レベルが事前に決められた値を下回る場合、プロセッサは、センサが依然としてアクティブであり正しく機能していることを示すためにピリオド（「．」）をフラッシュするようにディスプレイに命令する。好ましい実施形態において、ディスプレイ２０は、非常に低消費電力での機能が理由で好まれる発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイである。しかしながら、任意の種類の従来知られているディスプレイが使用され得る。例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、電力をさらに低減するために使用され得るが、これは、夜間には電力を消費するバックライトなしでは見ることができず、又は低温度においては電力を消費するヒータ要素の追加なしでは見ることができない。
【００３５】
ガス検知デバイス１００のいくつかの実施形態は、好ましくはセンサハウジングの内側に統合された又は埋め込まれた、磁気スイッチ２２などのユーザ入力モジュールをさらに包含する。磁気スイッチ２２は、デバイスの状態をクエリするための入力コマンドをユーザが入力すること、即ち、プロセッサ１４から特定の情報をリクエストし、プロセッサ１４からのユーザリクエストに応じた情報を、ディスプレイ２０を用いて見ることを可能にするユーザ入力インターフェースとして機能する。例えば、磁気スイッチ２２は、メニューを作動させ得、ここでユーザは、検知デバイスの様々な状態読み出しをチェックするか、又は様々なデバイス特徴を制御し得る。例えば、プロセッサ１４は、ユーザが、図２に例証されるようにプロセッサ１４と電力供給源１８との間で送信されるバッテリ通信Ｉ／Ｏ信号を介してバッテリ充電レベルをチェックすること、又はガス濃度の数値若しくは任意の他の事前にプログラムされた機能をチェックすることを可能にするようにプログラムされ得る。プロセッサ１４はまた、ユーザが、ＲＦチャネル、ガスの種類（取り外し可能なガスモジュールが切り替えられる場合）、警報レベル、及びセンサ範囲などの設定を変更すること及び／又は見ることを可能にするようにプログラムされ得る。プロセッサ１４はまた、ガス検知要素が較正されることを可能にするようにプログラムされ得、ディスプレイ２０への較正命令の表示を可能にする較正メニューを含み得る。好ましい実施形態において、磁気スイッチ２２は、希土類磁石によってセンサの外側から作動される埋め込み式磁気リードスイッチを備える。プロセッサ１４は、スイッチが作動されると検知して、適切な情報をディスプレイ２０に送信する。しかしながら、任意の接触又は非接触スイッチを含む、他の種類のスイッチが使用され得る。
【００３６】
図２に例証される最後の任意選択的な構成要素は、任意選択的なモデム３０及びコプロセッサ３２の、ワイヤレスＨＡＲＴなどのワイヤレス構成要素である。これらの任意選択的な構成要素は、ユーザが、ノートパソコン、タブレット、パーソナルコンピュータ、当業者によって決定可能なものとしてマスタプロトコルを実行することができる携帯用ワイヤレスコンフィグレータなどのデバイスを含む、好適なホストアプリケーションソフトウェアを搭載した任意の好適な外部デバイスであり得るマスタデバイスへの有線接続を使用してガス検知デバイス１００を構成することを可能にし、ガス検知デバイス１００は、アクセスポイント、及び／又はゲートウェイなどの中継を介してワイヤレスマスタデバイスに接続される場合とそうでない場合がある。モデム３０は、ケーブルをワイヤレスマスタデバイス（図示せず）に接続するための出力ポートを有し、マスタデバイスからの命令をアナログ電気信号の形態で受信する。モデム３０は、アナログ電気信号を、コプロセッサ３２が受信することができるデジタル情報へと変換する。コプロセッサ３２は、モデムから受信した通信を管理し、モデム３０からの情報に対するすべてのリクエストを処理のためにプロセッサ１４に転送する。モデム３０は逆にも機能して、コプロセッサ３２からのデジタル情報を、プロトコルに準拠しているアナログ信号へと変換し、このアナログ信号は次いで、外部マスタデバイスへと戻る有線接続を介して送信され得る。電力を節約するため、モデム３０は、出力ポートにおいてトラフィックが発生していないときは電源オフにされる。
【００３７】
使用時、ガス検知デバイスは、プロセッサ１４が統合されたデバイス構成要素とアクティブに通信する高消費電力アクティブモードと、プロセッサ１４が非アクティブなパッシブモードである低消費電力パッシブモードと、切モードとを有する。ガスセンサモジュール１２内のガス検知要素は、アクティブモード及びパッシブモードの両方の間にガス雰囲気中の少なくとも１つのガスの存在及び／又は濃度を継続的に監視し、対応するガス濃度情報を継続的に生成する。プロセッサ１４は、ガスセンサモジュール１２からガス濃度情報を取得し、その情報をワイヤレス通信器１６に送信する。ワイヤレス通信器１６は、プロセッサ１４からガス濃度情報を受信して、ガス濃度レベルが事前に決定されたしきい値レベルを超越する場合には、その情報を、外部警報生成装置を含み得る外部情報受信器に、又は、標準制御回路を介して接続された統合された警報生成装置３４に、ワイヤレス送信する。外部警報であるか統合された警報であるかにかかわらず、警報は、可聴警報、視覚警報、又は音声及び視覚両方の構成要素を有する警報であり得る。代替的に、又は加えて、警報条件のトリガは、当業者によって決定可能であるような携帯電話、Ｅメール、又は他の形態のワイヤレス送信アラートを介して、オペレータに警報条件を警告し得る。
【００３８】
プロセッサ１４及びワイヤレス通信器１６の両方は、主に超低電力モードにあり、アクティブに機能するときのみ電力消費が急上昇する。そのようなアクティブな機能は、ワイヤレス通信器１６が情報をアクティブに送信若しくは受信するとき、又はプロセッサ１４がファームウェア命令をアクティブに実行するときを含む。プロセッサ１４のアクティブな高電力機能としては、センサセルの状態をチェックすること（即ち、何らかの有害ガスが存在するかどうかを決定するためにガス検知要素によって生成されたガス濃度情報をチェックすること）、接続されたネットワーク内の他のデバイスへの外部送信のためにワイヤレス通信器１６にガス濃度情報アップデートを通信すること、ワイヤレス通信器１６を介して送信された情報に対する、又は出力ポートを介したマスタデバイスからの、いかなる外部リクエストにも応答すること、コプロセッサからのいかなるリクエストについてもチェックすること、ユーザが制御／状態メニューにアクセスすることを試みているかどうかを決定するために磁気スイッチ（又は他のユーザ入力モジュール）の状態をチェックし、ユーザ入力モジュールを介して入力されたユーザ入力コマンドに応答すること、電力供給源の状態（即ち、充電式バッテリの予測された残りのランタイム又は非充電式バッテリ若しくは外部供給源の電圧レベル）をチェックすること、並びに、プロセッサ１４機能のいずれかに関する情報を表示するようにディスプレイ２０に指示することを含む、ディスプレイ２０及び警報出力を更新することが挙げられる。
【００３９】
これらのタスクのすべてが完了した後、プロセッサは、電力を節約するためにパッシブな超低電力モードへと戻り、このモードの間プロセッサ１４はほとんど電力を使用しない。好ましい実施形態において、プロセッサ１４のこれらの機能の各々は、１秒につき１回だけ実行される。同様に、ワイヤレス通信器１６は、電力を節約するために１秒につき１回だけフル動作モードに入る。これにより、受信無線がワイヤレス通信器１６からの送信に備える又はそれを承認するのを待っている間は、ワイヤレス通信器１６が電力を消費することを防ぎ、ワイヤレス通信器１６が送信している時間量を制限する。しかしながら、プラグインガスセンサモジュール１２は、ワイヤレス通信モジュール１６、及びプロセッサ、例えばプロセッサ１４がパッシブな低電力モードにあるときにさえ、アクティブである。検知デバイスのＬＥＤディスプレイ２０は、電力を節約するために、通常、低電力消費パッシブモードにあり、それが依然としてアクティブであり正しく機能していることを示すために（上記のように）１０秒に１回「．」をフラッシュするにすぎない。ファームウェアは、プロセッサ１４に、濃度がセンサ１２の範囲の５％を上回るときにディスプレイ２０をオンにさせ、そうでない場合は磁気（又は他の）スイッチ２２を用いてユーザ入力によって作動されない限りはディスプレイ２０をパッシブモードのままにさせるようにプログラムされている。ファームウェアはまた、プロセッサ１４に、「−−−−」などのシンボル又は任意の他の所望の標識を示すようにディスプレイ２０に命令することなど、故障があるときにディスプレイ２０に信号を表示させるようにプログラムされていることが好ましい。
【００４０】
本開示のガス検知デバイス１０及び１００が低消費電力パッシブモードにある時間を最適化することによって、開示されたデバイスは、いかなる既存のガス検出センサよりもはるかに長いバッテリランタイムを提供する。構成されるように、電気化学バージョンのガス検知デバイス１０及び１００は、約１１ｍＷｈの最大平均消費電力を有し、例えば、３４２ワット時の容量を有するバッテリに接続されるときは、バッテリ変更又は充電を必要とする前に最大３６か月動作することができる。赤外線バージョンのガス検知デバイス１０及び１００は、約１７ｍＷｈの最大平均消費電力を有し、例えば、３４２ワット時の容量を有するバッテリに接続されるときは、バッテリ変更又は充電を必要とする前に最大２４か月動作することができる。
【００４１】
上に論じられるように、産業用ガス検出用途においては、単一の場所において複数種類の危険の存在を正しく分析するために、複数の異なるガス検知デバイス（固定式及び／又は可搬式）１０及び１００が必要とされることが多い。したがって、本開示のガス検知デバイス１０及び１００は、複数のピアデバイスを含むより複雑なアドホック又はメッシュネットワーク内の単一ノードにすぎない場合があり、ここではガス検知デバイス１０及び１００は、任意選択で、他のガス検知デバイス１０及び１００とワイヤレス相互通信し得る。これに関連して、そのようなネットワークは、本開示の複数のガス検知デバイス１０及び１００を含み得、その各々が、異なる種類の危険なガスを検出するように構成されていることが好ましく、及びそれらの各々が、それらのそれぞれのワイヤレス通信器１６を介して互いと通信する能力を有して構成されていることが好ましく、各ガス検知デバイス１０及び１００は、ワイヤレスプロトコルを利用していることが好ましい。ガス検知デバイス１０及び１００を互いと通信することができるように構成することができる手段は、当該技術分野において共通して知られており、ローカルエリアネットワーク（例えばリングトポロジ）、若しくは各デバイスがガス検知デバイス１０及び１００間でネットワーク時間を配分する通信プロトコルに従ってすべての他のデバイスにメッセージをマルチキャストする他の好適なネットワーク配置を使用する、又は、アドホックオンデマンド距離ベクトル（Ａｄ  Ｈｏｃ  Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ  Ｖｅｃｔｏｒ；ＡＯＤＶ）、Ｂｅｔｔｅｒ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  Ｔｏ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｄｈｏｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ（Ｂ．Ａ．Ｔ．Ｍ．Ａ．Ｎ．）、バベル（Ｂａｂｅｌ）、Ｄｙｎａｍｉｃ  ＮＩｘ−Ｖｅｃｔｏｒ  Ｒｏｕｔｉｎｇ（ＤＮＶＲ）、宛先順序距離ベクトルルーティング（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ−Ｓｅｑｕｅｎｃｅｄ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ−Ｖｅｃｔｏｒ  Ｒｏｕｔｉｎｇ；ＤＳＤＶ）、Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｒｏｕｔｉｎｇ（ＤＳＲ）、ハイブリッドワイヤレスメッシュプロトコル（ＨＷＭＰ）、Ｔｅｍｐｏｒａｌｌｙ−Ｏｒｄｅｒｅｄ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＴＯＲＡ）、及び電気電子学会（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ；ＩＥＥＥ）によって開発されている８０２．１１ｓ規格など、メッシュネットワークにわたってメッセージをルーティングするための他のスキームを使用する、固定周波数による通信を含む。そのようなネットワーク内の各ガス検知デバイス１０及び１００はまた、好ましくはすべてのネットワーク化されたガス検知デバイス１０及び１００からのデータをまとめてコンパイルすることができる外部マスタデバイスにワイヤレス接続され得る。代替的に、ネットワーク化されたガス検知デバイス１０及び１００自体のうち１つが、マスタノードプロトコルを有するマスタデバイスとして設定され得、すべての他のネットワーク化されたガス検知デバイス１０及び１００は、当業者によって容易に決定されるように、スレーブノードプロトコルを使用するスレーブデバイスとして構成されている。ネットワーク内���ガス検知デバイス１０及び１００はまた、送信距離全体を増加させるために他のガス検知デバイス１０及び１００からのトラフィックを繰り返す能力を有し得る。
【００４２】
図３のフロー図を参照すると、そのような最適化された電力節約機能性を達成するために、プロセッサ１４のファームウェア３６は、例証されるように電力需要の浪費を避けるためにメインプログラム機能４０を開始３８することを含むようにプログラムされている。図３に示されるように、ファームウェア３６は、割り込み４２及びメインプログラム機能４０を含む。例えば、メインプログラム機能４０のメインプロセスループは、検知デバイスからデータを獲得するのに重要なすべての機能を呼び出してその状態を監視し、ガス濃度情報を作成し、その濃度データを使用してＬＥＤディスプレイ２０に値を表示する。様々なシステムイベント及び周期的時限のタスクを取り扱うために追加の機能が呼び出される。ファームウェア３６に埋め込まれたソフトウェアプログラムは、プロセッサ１４に、時間管理の割り込み、送受信、スリープ機能、及び変更通知などのガス検知デバイス１０及び１００の節電機能性を実行させる。優先イベントが発生すると、又はタイマが終了すると、プロセッサ１４は、「目を覚まし」、命令されたように通常タスクを再開する。
【００４３】
実施形態は以下を含む。
【００４４】
１．ガス検知要素を備えたガスセンサモジュールと、
ガスセンサモジュールに動作可能に接続されたプロセッサと、
前記プロセッサに動作可能に接続されたワイヤレス通信器と、
ガスセンサモジュール、プロセッサ、及びワイヤレス通信器の各々に電気的に接続された電流供給源と、を備え、
ガス検知デバイスが、プロセッサが統合されたデバイス構成要素とアクティブに通信する高消費電力アクティブモードと、プロセッサが非アクティブである低消費電力パッシブモードと、切モードとを有し、
ガス検知要素が、アクティブモード及びパッシブモード中にガス雰囲気中の少なくとも１つのガスの存在及び／又は濃度を継続的に監視し、対応するガス濃度情報を継続的に生成し、プロセッサが、前記ガス濃度情報をガスセンサモジュールから取得し、前記情報をワイヤレス通信器に送信するように構成されており、ワイヤレス通信器が、前記ガス濃度情報をプロセッサから受信し、前記情報を１つ又は複数の情報受信器にワイヤレス送信するように構成されている、低消費電力ガス検知デバイス。
【００４５】
２．ガス濃度情報がリアルタイムのガス濃度情報である、実施形態１に記載のガス検知デバイス。
【００４６】
３．ガス検知要素が非分散赤外線ガスセンサである、実施形態１に記載のガス検知デバイス。
【００４７】
４．ガス検知デバイスが約１７ｍＷｈの最大平均消費電力を有する、実施形態３に記載のガス検知デバイス。
【００４８】
５．電流供給源が、少なくとも３４２ワット時の容量及び少なくとも２４か月のランタイムを有するバッテリである、実施形態４に記載のガス検知デバイス。
【００４９】
６．ガス検知要素が、電気化学ガスセンサである、実施形態１に記載のガス検知デバイス。
【００５０】
７．ガス検知デバイスが、約１１ｍＷｈの最大平均消費電力を有する、実施形態６に記載のガス検知デバイス。
【００５１】
８．電流供給源が、少なくとも３４２ワット時の容量及び少なくとも３６か月のランタイムを有するバッテリである、実施形態７に記載のガス検知デバイス。
【００５２】
９．ワイヤレス通信器が、Ｗｉ−Ｆｉ／ワイヤレス、ＦＭ無線リンク、ＷＰＡＮプロトコル、マイクロソフト（商標）ＤｉｒｅｃｔＢａｎｄネットワーク、ワイブリー（商標）、ワイヤレスＨＡＲＴ、ＵＷＢ、ＩＳＡ−ＳＰ１００規格、ジグビー（登録商標）ＩＥＥＥ８０２．１５．４ベースのプロトコル、ＷＬＡＮプロトコルのＩＥＥＥ８０２．１１ファミリー、及びＲＦＩＤ信号プロトコルからなる群より選択される、１つ又は複数の外部デバイスとワイヤレス通信する無線周波数モジュールである、実施形態１に記載のガス検知デバイス。
【００５３】
１０．前記プロセッサに電気的に接続されたディスプレイをさらに備え、このディスプレイが、ガス濃度情報を周期的に表示し、プロセッサがユーザ入力コマンドにより作動するとプロセッサから通信された情報を表示する、実施形態１に記載のガス検知デバイス。
【００５４】
１１．ユーザ入力コマンドを入力するための少なくとも１つの統合ユーザ入力モジュールをさらに備える、実施形態１に記載のガス検知デバイス。
【００５５】
１２．プロセッサが、複数の機能を実施するようにプログラムされているファームウェアを実行するマイクロプロセッサであり、この機能が、
ガス検知要素によって生成されたガス濃度情報をチェックするステップ、
ガス濃度情報をワイヤレス通信器に通信するステップ、
電流供給源の状態をチェックするステップ、
統合ユーザ入力モジュールを介して入力されたユーザ入力コマンドに応答するステップ、
ワイヤレス通信器を介してデバイスに通信される、情報に対する外部要求に応答するステップ、及び
前記機能のいずれかに関する情報のディスプレイへの表示を指示するステップを含む、実施形態１に記載のガス検知デバイス。
【００５６】
１３．前記マイクロプロセッサが、１秒につき１回、これらステップの各々を実行する、実施形態１２に記載のガス検知デバイス。
【００５７】
１４．低消費電力でガス雰囲気中の少なくとも１つのガスの存在及び／又は濃度を継続的に監視するための方法であって、
低消費電力ガス検知デバイスを用意するステップであり、デバイスが、ガス検知要素を備えたガスセンサモジュールと、ガスセンサモジュールに動作可能に接続されたプロセッサと、前記プロセッサに動作可能に接続されたワイヤレス通信器と、ガスセンサモジュール、プロセッサ、及びワイヤレス通信器の各々に電気的に接続された電流供給源とを備え、ガス検知デバイスが、プロセッサが統合されたデバイス構成要素とアクティブに通信する高消費電力アクティブモードと、プロセッサが非アクティブである低消費電力パッシブモードと、切モードとを有する、ステップと、
デバイスがアクティブモード又はパッシブモードのいずれかにあるときには、ガス雰囲気中の前記少なくとも１つのガスの存在及び／又は濃度を、前記ガス検知要素を用いて継続的に監視するステップと、
ガス検知要素によって生成されたガス濃度情報をアクティブにチェックするステップと、
前記ガス濃度情報をマイクロプロセッサからワイヤレス通信器にアクティブに通信するステップと、
任意選択で、外部警報生成装置にワイヤレス信号通信して警報を出すステップとを含む、方法。
【００５８】
１５．ガス検知デバイスが、ガス濃度情報をリアルタイムで通信し、前記マイクロプロセッサが、１秒につき１回、これらステップのうちの１つ又は複数を実行する、実施形態１４に記載の方法。
【００５９】
１６．ガス検知要素が非分散赤外線ガスセンサである、実施形態１４に記載の方法。
【００６０】
１７．ガス検知デバイスが約１７ｍＷｈの最大平均消費電力を消費する、実施形態１６に記載の方法。
【００６１】
１８．ガス検知要素が電気化学ガスセンサである、実施形態１４に記載の方法。
【００６２】
１９．ガス検知デバイスが約１１ｍＷｈの最大平均電力を消費する、実施形態１８に記載の方法。
【００６３】
２０．ワイヤレス通信器が、最大で１秒につき１回、１つ又は複数の外部デバイスとワイヤレス通信する無線周波数モジュールである、実施形態１４に記載の方法。
【００６４】
このように、本開示の１つの態様によると、高消費電力アクティブモード、低消費電力パッシブモード、及び切モードを有するガス検知デバイス１０又は１００が提供される。ガス検知デバイスは、ガス検知要素を有するガスセンサモジュール１２を含む。ガス検知要素は、アクティブモード及びパッシブモード中にガス雰囲気中の少なくとも１つのガスの存在及び濃度のうちの少なくとも一方を継続的に監視し、対応するガス濃度情報を継続的に生成する。ガスセンサはまた、ワイヤレス通信器１６と、ガスセンサモジュール１２及びワイヤレス通信器１６に動作可能に接続されたプロセッサ１４とを含む。プロセッサ１４は、アクティブモード中はアクティブに通信し、低消費電力パッシブモードのときには非アクティブであり、ガスセンサモジュールからガス濃度情報を取得し、その情報をワイヤレス通信器１６に送信するように構成されている。ガス検知デバイスはまた、ガスセンサモジュール１２、プロセッサ１４、及びワイヤレス通信器１６の各々に電気的に接続された電力供給源１８を含む。ワイヤレス通信器１６は、プロセッサ１４からガス濃度情報を受信し、その情報を少なくとも１つの情報受信器にワイヤレス送信するように構成されている。
【００６５】
この態様の１つの実施形態において、ガス濃度情報は、リアルタイムのガス濃度情報である。この態様の別の実施形態において、ガス検知要素は、非分散赤外線ガスセンサである。この態様のなおも別の実施形態において、ガス検知デバイスは、約１７ｍＷｈの最大平均消費電力を有する。この態様のさらに別の実施形態において、電力供給源は、少なくとも３４２ワット時の容量及び少なくとも２４か月のランタイムを有するバッテリである。
【００６６】
この態様の別の実施形態において、ガス検知要素は、電気化学ガスセンサである。この態様のなおも別の実施形態において、ガス検知デバイスは、約１１ｍＷｈの最大平均消費電力を有する。この態様のなおもさらに別の実施形態において、電力供給源は、少なくとも３４２ワット時の容量及び少なくとも３６か月のランタイムを有するバッテリである。
【００６７】
この態様の別の実施形態において、ワイヤレス通信器１６は、Ｗｉ−Ｆｉ／ワイヤレス、ＦＭ無線リンク、ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）プロトコル、マイクロソフト（商標）ＤｉｒｅｃｔＢａｎｄネットワーク、ワイブリー（商標）、ワイヤレスＨＡＲＴ、超広帯域（ＵＷＢ）、ＩＳＡ−ＳＰ１００規格、ジグビー（登録商標）、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ベースのプロトコル、ＷＬＡＮプロトコルのＩＥＥＥ８０２．１１ファミリー、及びＲＦＩＤ信号プロトコルからなる群より選択される、少なくとも１つの外部デバイスとワイヤレス通信する無線周波数モジュールである。この態様のなおも別の実施形態において、ディスプレイ２０は、プロセッサ１６に電気的に接続されており、このディスプレイ２０は、ガス濃度情報を周期的に表示し、プロセッサ１６がユーザ入力コマンドにより作動するとプロセッサ１６から通信された情報を表示する。この態様の別の実施形態において、ガス検知デバイスは、ユーザ入力コマンドを入力するための少なくとも１つの統合ユーザ入力モジュールをさらに含む。
【００６８】
この態様のなおも別の実施形態において、プロセッサ１４は、複数の機能を実施するようにプログラムされているファームウェア３６を実行するように構成されている。この機能は、ガス検知要素によって生成されたガス濃度情報をチェックすること、ガス濃度情報をワイヤレス通信器に通信すること、電力供給源の状態をチェックすること、統合ユーザ入力モジュールを介して入力されたユーザ入力コマンドに応答すること、ワイヤレス通信器を介してデバイスに通信される、情報に対する外部要求に応答すること、及び前記機能のいずれかに関する情報のディスプレイへの表示を指示することを含む。この態様の別の実施形態によると、プロセッサは、１秒につき１回、これら機能の各々を実行する。
【００６９】
別の態様によると、ガス雰囲気中の少なくとも１つのガスの存在及び濃度のうちの少なくとも一方を継続的に監視するための方法が提供される。本方法は、高消費電力アクティブモード、低消費電力パッシブモード、及び切モードでの動作のために構成されたガス検知デバイス１０又は１００を用意するステップを含む（ブロックＳ１００）。用意されたデバイスは、ガス検知要素を備えたガスセンサモジュール１２と、ガスセンサモジュールに動作可能に接続されたプロセッサ１４と、プロセッサに動作可能に接続されたワイヤレス通信器１６と、ガスセンサモジュール１２、プロセッサ１４、及びワイヤレス通信器１６の各々に電気的に接続された電力供給源１８とを有する。プロセッサ１４は、アクティブモード中はアクティブに通信し、低消費電力パッシブモードのときには非アクティブであるように構成されている。本方法は、デバイスがアクティブモード又はパッシブモードにあるときには、ガス雰囲気中の少なくとも１つのガスの存在及び濃度のうちの少なくとも一方を、ガス検知要素を用いて継続的に監視するステップ（ブロックＳ１０２）と、ガス検知要素によって生成されたガス濃度情報をアクティブにチェックするステップ（ブロックＳ１０４）と、ガス濃度情報をプロセッサ１４からワイヤレス通信器１６にアクティブに通信するステップ（ブロックＳ１０６）とをさらに含む。
【００７０】
この態様の実施形態において、ガス検知デバイス１０又は１００は、ガス濃度情報をリアルタイムで通信し、プロセッサ１４は、継続的に監視するステップ、アクティブにチェックするステップ、及びアクティブに通信するステップのうちの少なくとも１つを、１秒につき１回実行する。
【００７１】
この態様の別の実施形態において、ガス検知要素は、非分散赤外線ガスセンサである。この態様のなおも別の実施形態において、ガス検知デバイスは、約１７ｍＷｈの最大平均消費電力を消費する。
【００７２】
この態様のさらに別の実施形態において、ガス検知要素は、電気化学ガスセンサである。この態様のなおも別の実施形態において、ガス検知デバイスは、約１１ｍＷｈの最大平均電力を消費する。この態様の別の実施形態において、ワイヤレス通信器１６は、最大１秒につき１回、少なくとも１つの外部デバイスとワイヤレス通信する無線周波数モジュールである。この態様の別の実施形態において、本方法は、外部警報生成装置にワイヤレス信号通信して警報を出すステップをさらに含む。
【００７３】
本発明は本明細書内上記に詳細に示され、説明されたものに限定されないということを当業者は理解するものとする。加えて、上に逆の記載がない限り、添付の図面のすべてが一定の縮尺ではないということに留意されたい。様々な修正形態及び変形が、以下の特許請求の範囲によってのみ制限される本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、上記教示を踏まえて可能である。
【図１】
2019512825.tif 000003
【図２】
2019512825.tif 000004
【図３】
2019512825.tif 000005
【図４】
2019512825.tif 000006
【国際調査報告】
2019512825.tif 000007