(57)【要約】システム１０はデータ出力を有する粒子カウンタ５０と、粒子カウンタ５０のデータ出力を監視ステーション１３に接続するために適合されたイーサネット（登録商標）・ケーブル３１と、イーサネット（登録商標）・ケーブル３１を介して粒子カウンタ５０に電力を供給するために構築されたパワー・オーバ・イーサネット（登録商標）（ＰＯＥ）型の電源１１とを含む。装置は、ＰＯＥ電源１１だけによって電力を供給される空気移動デバイス２５を有する粒子カウンタ５０を含む。装置は、空気ムーバ２５と、電力管理サブシステム２２、２３、２４と、イーサネット（登録商標）・データ出力とを有する粒子カウンタ５０であって、電力管理サブシステム２２、２３、２４が空気ムーバ２５の電力消費を監視し、その電力消費を所定の量を下回るように維持するためのものである粒子カウンタ５０と、イーサネット（登録商標）媒体を介して粒子カウンタ５０に電力を供給するための電源２１を含んでもよい。方法は、ＰＯＥ電源を介してイーサネット（登録商標）媒体上で粒子カウンタ５０に電力を供給することと、微細な粒子を検出することと、検出に基づいてデジタル・データを作成することと、イーサネット（登録商標）媒体上でデータを送信することとを含む。
2008541625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ出力を有する粒子カウンタと、
前記粒子カウンタの前記データ出力を監視ステーションに接続するために適合されたイーサネット（登録商標）・ケーブルと、
前記粒子カウンタに前記イーサネット（登録商標）・ケーブルを介して電力を供給するために構築されたパワー・オーバ・イーサネット（登録商標）（ＰＯＥ）型電源とを備えるシステム。
【請求項２】
前記ＰＯＥ型電源が前記監視ステーションによって電力を供給されるために適合されており、前記粒子カウンタが、前記粒子カウンタの電気的要件を供給する目的で、前記ＰＯＥ型電源から得られた電力を適合するために構築された電力コンバータを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
停電の間、前記監視ステーションに対して電力を維持するために構築された無停電電源装置（ＵＰＳ）をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ＰＯＥ型電源が、２つのイーサネット（登録商標）・データ・トランスフォーマの中央タップのうちの１つと電気的に通信するように構築されたエンドポイント型の給電側機器（ＰＳＥ）と、前記イーサネット（登録商標）・ケーブルの指定されたコンダクタとを備え、前記ＰＯＥ型電源がミッドスパン挿入型ＰＳＥを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記粒子カウンタの電力使用を監視するために構築された電力ディテクタであって、前記電力使用に関する情報を前記ＰＳＥに通信するように構築された電力ディテクタをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記電力コンバータが前記粒子カウンタの電力消費に関する情報を取得するために構築されており、前記粒子カウンタの電力消費を、前記ＰＯＥ型電源によって供給される電力量を下回るように維持するために適合された電力リミッタを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記電力リミッタが、ピーク電力リミッタと、パルス変調（ＰＷＭ）型電力レギュレータと、電流の制限された電圧振幅変調型電力レギュレータとを備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
パワー・オーバ・イーサネット（登録商標）電源だけによって電力を供給されるために適合された空気移動デバイスを含む粒子カウンタを備えた装置であって、前記空気移動デバイスが、約１ＣＦＭおよび約５０ＬＰＭを動かすことができるブロワを備える装置。
【請求項９】
前記空気移動デバイスが放射遠心ブロワと再生式遠心型ブロワと速度可変ブロワとを備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記粒子カウンタが粒子関連の測定データを出力し、前記装置が、複数の粒子数のうちの１つと、対応する所定の範囲外にあるサイズ設定された粒子数のプロフィールとを前記データが含むということが判定される場合に警報を作り出すために構築された警報回路をさらに備え、前記粒子カウンタが、監視制御およびデータ取得システムへデータを転送するために適したデータ取得プロトコルを実装するように適合されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
粒子検出ゾーンとノズルとを有し、前記ノズルが、前記空気移動デバイスが１ＣＦＭの総フローを達成する場合に、前記粒子検出ゾーン内の個々の粒子の存在を別々に検出するために適したフロー速度で、粒子を前記粒子検出ゾーンに引き込むために適合されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記空気移動デバイスに供給されるピーク電力を制限するように構築された電力制限回路を有する電力管理サブシステムであって、前記電力制限回路が、前記ピーク電力の測定に基づいて前記空気移動デバイスに供給される電力量を変更するように適合されたモジュレータを含み、前記モジュレータがパルス幅変調回路を含む電力管理サブシステムをさらに備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
イーサネット（登録商標）型入力／出力部を経由して前記粒子カウンタと通信するためのコンピュータであって、前記粒子カウンタの電力消費を制御するために適合されているコンピュータをさらに備え、電力消費が、低電力の空気移動デバイスのオン／オフ動作のうちの１つと、前記粒子カウンタのスタンバイ・モードとを含むことによって制御される、請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記粒子カウンタが、ウェブ・ブラウザを支援するインターネット・プロトコルを使用する前記コンピュータ、記憶されたデータをネットワーク上でアクセス可能なファイルに転送するために適したファイル転送プロトコルを使用する前記コンピュータ、および／または電子メールを介してデータを転送するために適したメール転送プロトコルを使用する前記コンピュータと通信するように適合されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
空気ムーバ、電力管理サブシステムおよびイーサネット（登録商標）・データ出力を有する粒子カウンタであって、前記電力管理サブシステムが前記空気ムーバの電力消費を監視するために構築されており、前記電力消費を所定の量よりも下に維持する粒子カウンタと、
パワー・オーバ・イーサネット（登録商標）（ＰＯＥ）型電源を使用するイーサネット（登録商標）媒体を介して前記粒子カウンタに電力を供給するために構築された外部電源とを備えるシステム。
【請求項１６】
前記空気ムーバが速度可変ブロワ、放射遠心ブロワ、再生式遠心ブロワ、回転式ベーン・ポンプ、膜ポンプ、ピストン・ポンプ、ルート回転ローブ・ポンプおよび外部のハウス・バキューム・システムのうちの１つを備え、電力の所定の量が前記ＰＯＥ電源の電力定格に基づいている、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
イーサネット（登録商標）・データ出力を有する粒子カウンタを提供する工程と、
パワー・オーバ・イーサネット（登録商標）（ＰＯＥ）型電源を使用して、イーサネット（登録商標）媒体を介して前記粒子カウンタに電力を供給するための外部電源を提供する工程とを含む方法。
【請求項１８】
前記粒子カウンタにサンプルの空気を引き込むための空気移動デバイスを提供する工程あって、前記空気移動デバイスが前記ＰＯＥ型電源だけによって電力を供給されるように適合されている工程と、
前記空気移動デバイスの電力消費を所定の量よりも下に維持するために構築された電力レギュレータを提供する工程と、
前記空気移動デバイスの動作を遠隔で制御するために構築された制御回路を提供する工程とをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの外部コマンドを受信するために構築されたインターフェース回路を前記粒子カウンタに提供する工程と、前記外部コマンドに基づいて、電力消費を変更する、および／または空気移動デバイスをオン／オフにする工程とをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
データ転送のために適合されたデータ取得プロトコルを使用して、イーサネット（登録商標）媒体を介してネットワーク化されたコンピュータと通信するために適合された通信回路を、監視制御およびデータ取得システムに提供する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記粒子カウンタが、ウェブ・ブラウザとともに使用するために適合されたインターネット・プロトコルを介して、ネットワーク化されたコンピュータと通信するために適合されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記粒子カウンタが、記憶されたデータをネットワーク・ファイルに転送するために適合されたファイル転送プロトコル（ＦＴＰ）を介して、ネットワーク化されたコンピュータと通信するために適合されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記粒子カウンタが、電子メール・メッセージの中でデータを転送するために適合されたメール転送プロトコルを介して、ネットワーク化されたコンピュータと通信するために適合されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
データ・キャリアを含むイーサネット（登録商標）・ケーブルを介して電力を転送するために適合された電源を有するパワー・オーバ・イーサネット（登録商標）（ＰＯＥ）電源と、
ワイヤレス・データ送信を受信し、前記イーサネット（登録商標）・ケーブルを介して、前記送信から前記データを転送するために適合されたワイヤレス・アクセス・ポイントと、
前記ワイヤレス・アクセス・ポイントと通信するように構築されたワイヤレス・コンポーネントと、
粒子の数を数え、粒子計数データを出力する粒子カウンタとを備えるシステム。
【請求項２５】
前記粒子カウンタが、前記粒子計数データを前記アクセス・ポイントに送信するために適合された前記ワイヤレス・コンポーネントを含み、前記粒子カウンタが前記アクセス・ポイントから粒子データを受信する、請求項２４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒子検出機器および方法に関し、より詳細には、ＡＣライン入力等の配線制約から独立した、ネットワーク動作に適合された粒子検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子センサは、流体および噴霧粒子の計数およびサイズ設定動作を含む様々なアプリケーションで使用されている。そのようなシステムは典型的に、流体または噴霧フローのサンプル・スペースを照らすために、赤外線またはＨｅＮｅレーザ等の光源を利用する。レーザ光線はフロー・サンプルの中の粒子によって散乱され、フォト・ディテクタ型センサは、例えば粒子の総数および／またはサイズを判定するために、散乱された光を受信し、分析するために使用される。吸光型センサもまた、散乱光ではなく影を検出するために使用されてよい。そのようなセンサは集光光学系（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃｓ）、フォト・ディテクタ、検出された散乱光または影を電気信号に変換するための回路、所与の粒子によって生じた電気信号を特定の対象となる粒子サイズで識別するための回路、および所定の期間、検出信号による粒子サイズ閾値の交差の数を数えるための回路を含んでもよい。フロー速度を制御することによって、粒子検出イベントは、例えば単位当たりの総数の量に関して表現されることが可能である。
【０００３】
空気および流体中の微小な粒子を検出する粒子カウンタは、環境およびプロセス流体の相対的な清浄度を監視するために使用されてもよく、ここでは製造される製品の汚染が、製品をその意図されている目的に対して不適切なものにしてしまう可能性がある。例えば製薬メーカは、高い清浄度に加えて無菌の環境を必要とする。無菌環境の目標は、包装または製造される製品が接触する可能性のある任意の生存可能な有機体を除去することである。薬品が処方され、包装される環境は、政府機関によって確立された清浄度基準の遵守を保証するために監視される。
【０００４】
半導体メーカもまた、汚染源を除去し、それによって生産量を高める目的で、プロセス流体、空気および環境の清浄性を監視する。また、例えば自動車製品、携帯用機器、マイクロマシン型構造物および光学組立部品メーカ等のその他の産業も、製品の性能および品質レベルに影響を及ぼす可能性のある汚染を検出し、制御するために自らの環境を監視する。
【０００５】
光散乱の原理で動作する粒子カウンタは典型的に、センサを通る空気を移動させるための装置を含んでもよい。一般に、特定のフロー速度を得るために様々な種類の空気ムーバが利用可能であるが、そのような空気ムーバの効率および所要電力は大きく異なる。
【特許文献１】米国特許第５，５１５，１６４号
【特許文献２】米国特許第６，６０６，５８２号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／０２３６９６７号
【特許文献４】米国特許第６，４４８，８９９号
【特許文献５】米国特許第６，３４６，９８３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
典型的に粒子カウンタは、粒子計数情報を環境中の別の行為と関連付けること、または例えば特定の製造プロセスと関連付けることを含む目的のために、データをコンピュータに転送するように適合されている。１つの典型的なデータ転送アプリケーションは、粒子カウンタとホスト・コンピュータとの間のＲＳ−２３２またはＲＳ−４８５接続を含む。そうしたポートを用いて、粒子カウンタは記憶、分析および粒子の検出レポートのためにデータをコンピュータに転送することができる。粒子カウンタがネットワーク・ポートを有する場合、データはまた、そのような粒子カウンタからコンピュータへ、コンピュータ・ネットワークを介して転送されてもよい。そのような粒子カウンタは、ＡＣライン電圧等の電気供給源に接続されていなければならない。一部の従来の粒子カウンタの欠点は、典型的には標準的なＡＣアウトレットを通じて、それらがＡＣライン電圧を使用することに関するものであるが、一部の従来の粒子カウンタはバッテリ電力の使用も考慮している。そのようなバッテリ・システムもまた、バッテリを再充電するために、結局は外部の電源に接続されなければならないという欠点を有する。
【０００７】
ＡＣライン電圧等の外部の電力を粒子カウンタに提供することによって、粒子カウンタの表面も含めて、クリーンルーム内のすべての表面が殺菌剤を使用する清掃プロセスによって殺菌されなければならないという無菌のクリーンルーム内での特定の問題が生じる。携帯用機器に適した種類のＡＣ電源コードは、洗浄剤の流入に対して密封されることが不可能なソケットに差し込まれる。そのような洗浄剤が、コードとソケットとの間の隙間に確実に入り込むとは思われない。一部の殺菌剤は電気的接点に対して腐食性を持ち、信頼面または安全面での懸念を引き起こす場合がある。
【０００８】
ＡＣ電源は停電を起こしやすい。製造工場で電源が落ちる場合、粒子の監視および計数は継続することが望ましい。例えば、停電の間に粒子カウンタによって収集されたデータは、常在の環境にさらされた所与の製品が、停電の間に何らかの汚染を受けたのかどうかを判定するために使用されてもよい。停電状況に対する１つの解決法であるＡＣ無停電電源装置（ＵＰＳ）は、設置するために費用がかかり、別個の測定システムを維持する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、上述のものを含む先行技術のいくつかの問題点および短所を克服する粒子計数測定のための改良された電源を提供することである。
【００１０】
本発明のその他の目的は、データ転送に組み込まれた電源管理を有する粒子計数システムを提供することである。
【００１１】
本発明のその他の目的は、無菌クリーンルームでの設置のために適合された粒子計数システムを提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、システムに電力を供給するために従来使用されていたＡＣ電源を除去した設置のために適合された粒子計数システムを提供することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、配線またはケーブル接続の制約によって制限されることなく、ネットワーク内で通信を行う粒子計数システムを提供することである。
【００１４】
本発明のその他の目的は、パワー・オーバ・イーサネット（登録商標）（ｐｏｗｅｒ  ｏｖｅｒ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））（ＰＯＥ）（「Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）」「イーサネット（登録商標）」は登録商標、以下同）とワイヤレス技術との選択された組合せを使用して実装されるように適合可能な粒子計数システムを提供することである。
【００１５】
これらの目的およびその他の目的がどのようにして達成されるかは、以下の説明および図面より明らかとなる。
【００１６】
本発明の態様に従うと、システムはデータ出力を有する粒子カウンタと、粒子カウンタのデータ出力を監視ステーションに接続するために適合されたイーサネット（登録商標）・ケーブルと、イーサネット（登録商標）・ケーブルを介して粒子カウンタに電力を供給するために構築されたパワー・オーバ・イーサネット（登録商標）（ＰＯＥ）型の電源とを含む。
【００１７】
本発明の別の態様に従うと、装置は、パワー・オーバ・イーサネット（登録商標）の供給だけによって電力を供給されるために適合された空気移動デバイスを有する粒子カウンタを含む。
【００１８】
本発明の別の態様に従うと、システムは、空気ムーバと、電力管理サブシステムと、イーサネット（登録商標）・データ出力とを有する粒子カウンタであって、電力管理サブシステムが空気ムーバの電力消費を監視し、その電力消費を所定の量を下回るように維持するために構築された粒子カウンタと、パワー・オーバ・イーサネット（登録商標）（ＰＯＥ）型の電源を使用して、イーサネット（登録商標）媒体を介して粒子カウンタに電力を供給するために構築された外部電源とを含む。
【００１９】
本発明の別の態様に従うと、方法は、イーサネット（登録商標）・データ出力を有する粒子カウンタを提供することと、パワー・オーバ・イーサネット（登録商標）（ＰＯＥ）型の電源を使用して、イーサネット（登録商標）媒体を介して粒子カウンタに電力を供給するために構築された外部電源を提供することとを含む。
【００２０】
本発明の別の態様に従うと、方法は、パワー・オーバ・イーサネット（登録商標）（ＰＯＥ）型の電源を通じて、イーサネット（登録商標）媒体を経由して遠隔の粒子カウンタに電力を供給することと、粒子カウンタを用いて微小な粒子を検出し、その検出に基づいてデジタル・データを作成することと、そのデータをイーサネット（登録商標）媒体を介して送信することとを含む。
【００２１】
本発明の別の態様に従うと、システムは、データ・キャリアを含むイーサネット（登録商標）・ケーブルを介して電力を転送するように適合された電源と、ワイヤレス・データ送信を受信し、イーサネット（登録商標）・ケーブルを介してその送信からのデータを転送するように適合されたワイヤレス・アクセス・ポイントと、ワイヤレス・アクセス・ポイントと通信するために構築されたワイヤレス・コンポーネントと、粒子の数を数え、粒子の計数データを出力する粒子カウンタとを含む。
【００２２】
本発明の実施の結果、改良された粒子計数システムは、配線制約から独立してネットワーク内で実装されてもよい。
【００２３】
上述の要約は本発明を限定するわけではなく、代わりに本発明は添付の特許請求の範囲によって定義される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
イーサネット（登録商標）は、電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）によって示される規格の採用によって開発され、ＩＥＥＥ８０２．３と指定されている。そのような技術は、コンピュータおよび測定器を含むネットワーク・デバイス間の通信のための仕様を含む。イーサネット（登録商標）のための伝送ラインもまたＩＥＥＥによって特定されており、電話のために使用されるもの等の従来のシールドのない銅線を使用する結果、同軸ケーブル接続よりも費用の安いツイスト・ペア・ケーブル接続を含む。
【００２５】
図１は、例示的なイーサネット（登録商標）を利用した粒子計数システム１０を概略的に示す。イーサネット（登録商標）・サブシステム１１は粒子カウンタ５０を、ホスト・コンピュータ１３を含んでもよいイーサネット（登録商標）型ネットワーク１２に接続する。ホスト・コンピュータ１３は代替として、イーサネット（登録商標）・ネットワーク１２に間接的に接続されているネットワークに配置されてもよい。コンピュータ１３は好ましくは、コンピュータ１３への中断されることのない電力を維持するために、無停電電源装置（ＵＰＳ）１４に接続される。イーサネット（登録商標）・サブシステム１１は、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆの中で特定されるイーサネット（登録商標）のための規格であり、今後の使用のための提案される追加事項を有するパワー・オーバ・イーサネット（登録商標）（ＰＯＥ）のために適合されている。
【００２６】
イーサネット（登録商標）・サブシステム１１は、イーサネット（登録商標）・ケーブル接続３１を介してイーサネット（登録商標）・ネットワーク１２に接続されるために、１つまたは複数のコネクタおよび／またはファントム電力除去回路を含む。例えば、伝送ライン３１は１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１０ＢＡＳＥ−Ｆ、１００ＢＡＳＥ−Ｔ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等として、ＩＥＥＥ８０２．３によって特定されてもよい。イーサネット（登録商標）・サブシステム１１は、粒子カウンタ５０とコンピュータ１３との間のデータの受信および／または送信のために適合されており、また粒子カウンタ５０に電力を供給するためのイーサネット（登録商標）・ケーブル３１からのＤＣ電力の受信のために適合されている。ＤＣ電力を供給する電源はコンピュータ１３、ネットワーク１２またはサブシステム１１の中にあってもよく、以下で実施例によって説明される。ＵＰＳは、この場合では粒子計数ネットワーク１０のホスト・コンピュータ１３のためのバックアップ電力として使用される標準的な市販品（ＯＴＳ）コンピュータＵＰＳであってもよいので、ＰＯＥはＵＰＳシステム１４を実装するために容易に適合されてもよい。
【００２７】
粒子カウンタ５０は、粒子サンプリング室（不図示）のレーザ照射を作るためのレーザおよびレーザ・ドライバ回路２３と、レーザ光がサンプル室に流れ込む粒子に当たることによって生じる光散乱または吸光を検出するため、およびサンプル室を通るサンプルの空気フローを制御するためのディテクタならびにフロー制御回路２２と、ブロワ等の空気ムーバ２５と、空気ムーバ２５によって引き込まれる電流を測定するための電流ディテクタ２４とを有する。レーザは、例えば５０ミリワットの出力を備えたレーザ・ダイオードが好ましいが、１、２もしくは３ワットか、またはその他の出力を有するレーザ・ダイオードを使用することも可能である。ＨｅＮｅレーザ等の従来のガス・チューブ型レーザが使用されてもよいが、そのようなものは電力消費量が高いために、さらなる設計上の問題を示す場合がある。ディテクタおよびフロー制御回路２２は好ましくは、検出されたデータを正確に処理し、フローおよび電流の変化を検知し、空気ムーバ２５の動作を制御するためのマイクロプロセッサを有する。
【００２８】
イーサネット（登録商標）・サブシステム１１は、イーサネット（登録商標）・ケーブル３１および／またはデータおよび制御ライン３２から、データ送信およびＤＣ電力を分離するために動作する。イーサネット（登録商標）・サブシステム１１を実装するための例示的な構成は、図２Ａ〜２Ｃに概略的に示されている。分離されたＤＣ電力はＤＣ／ＤＣコンバータ２１に供給され、ＤＣ／ＤＣコンバー２１は公称値４８のＶＤＣを、粒子の検出／フロー制御／システム制御回路２２、レーザ・ダイオードおよびドライブ回路２３、空気ムーバ２５、および粒子カウンタ５０の任意のその他の回路を含む粒子カウンタ５０の回路によって必要とされる電圧に変換する。例えばＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、空気ムーバ２５へ４８ボルト、レーザ・ダイオード回路２３へ１２ボルト、ディテクタのコントローラ／コントローラ回路２２へ５ボルトおよびその他の電圧を、ＤＣ電力ライン３３を介して提供してもよい。これらのライン３３は概略的にひとまとめにして示されているが、それらは粒子カウンタ５０の個々のコンポーネントによって引き込まれる電流を有する別個のフィードバック・ループを含んでもよい別個のラインである。例えば、電流フィードバック信号ライン３４は、空気ムーバの電流および検知されたマス・フローに基づいて空気のフローを調整するために、電流が空気ムーバ２５によって引き込まれることを表す信号をコントローラ２２に転送する。そうした使用法の例は以下で説明される。電流フィードバック信号ライン３４はまた、総電力消費量を特定の限度内で維持することに基づいて粒子カウンタの動作を調整する様々な制御回路に供給されてもよい。例えば、ブロワのモータの電流が所定の期間、所定の閾値を超える場合、補助回路に電力を供給するためにバッテリのスイッチが入れられてもよい。
【００２９】
マス・フロー検知要素５１は、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ／Ｍｉｃｒｏｓｗｉｔｃｈから取得されてもよい。好ましくは、マス・フロー検知要素５１は２００ｃｃ／ｍｉｎ．の公称フローを有し、１ＣＦＭからの過剰フローは、センサの方へフローを放出するシャントに向けられる。そうした構成は、総フローのサンプルだけを受信する検知要素５１を含むバイパスを利用してもよい。バイパス・チャネルおよび検知要素５１に向けられるフローの量は、例えばセンサ５１のフロー・チャネルの断面積とメイン・フロー・チャネルの断面積との間の比率をその最も大きな制限の点で計算することによって、簡単に判定されてもよいバイパス比率によって判定される。この比率を変更すること、および／またはフローに影響を及ぼす特定の構造を調整することは、センサの出力の予測性および安定性を変更するために行われてもよい。粒子カウンタ５０を通る空気フローを検知するための代替のシステムは、例えば１インチの水の圧力損失が１ＣＦＭのフロー速度に比例する開口部の中での空気圧の変化を測定する差圧型の検知要素を利用してもよい。粒子カウンタ５０の測定部分を通る空気フローを判定するために、その他の構造もまた使用されてよい。
【００３０】
ディテクタ／フロー・コントローラ／マイクロプロセッサ回路２２は、検知キャビティに流れ込む空気の中に混入した粒子によるレーザ光の散乱からの照射の相対強度の測定値を提供する、レーザ・ビーム軸に沿って配置されたフォト・ディテクタおよびプリアンプを含む粒子センサ部分（不図示）を含む。適切な検知チャンバの例は、参照により本明細書に組み込まれるＲＥ３７，３５３の中で説明されている。本発明者は、電力消費の低い１ＣＦＭのブロワを維持することは可能であると判断しており、それによってブロワが、１５ワットのＰＯＥクラスで１ＣＦＭのフロー速度を維持することを可能にする。そうしたブロワの１つは、摩擦が低く、遠心力を使用する形態のブラシレスＤＣブロワである。ブロワ２５は、再生式遠心ブロワ、回転式ベーン・ポンプ、膜ポンプ、ピストン・ポンプ、ルート回転ローブ・ポンプ、スピード可変型、クロス・フロー型、渦動型、ＡＣ電力ベーン型の他にも、軸流ファン、常在ポンプを持たない「ハウス・バキューム」等の真空接続、モータを有するその他の空気移動デバイス、および粒子計数の技術分野で知られているものを含む、その他の空気ムーバを含む遠心力を利用する型を含むことができる。例えば、粒子計数システム５０は、粒子センサの中に空気を引き入れるための空気移動デバイスを含んでもよい。そのような空気移動デバイスはＰＳＥを経由して直接電力供給されるモータを含んでもよく、空気移動デバイスと粒子計数システム５０の残りのコンポーネントとの総電力要件がＰＳＥによって供給されることが可能な最大電力（例えば１２．９５ワット）を下回るように適合された圧力損失の低いノズルを有する粒子センサとともに使用されてもよい。圧力損失の低い空気フロー・システムは、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，５１５，１６４号の中で説明されている。代替として、圧力損失の高いノズルが使用されてもよい。乱流の除去、空気力学的な焦点調整、フロー効率の改善等のために適合されたその他の構造が、さらに電力消費を減少させるために使用されてもよい。
【００３１】
粒子カウンタは、必ずしも粒子計数システムの一部であるとは限らない別のデバイスおよびコンピュータによって共有されるネットワークに接続されてもよい。そのようなシステムでは、粒子カウンタおよびその他のネットワーク化されたデバイスは、ネットワークでのそれら自体の固有のアドレスを各々有してもよい。例えばコンピュータは、データ転送を達成するために、アドレス指定されたイーサネット（登録商標）・ポートを介して、ネットワーク化された粒子カウンタと通信してもよい。各イーサネット（登録商標）・ネットワーク・インターフェース・カード（ＮＩＣ）は、世界的に固有の媒体アクセス制御（ＭＡＣ）または物理的アドレスを付与される。イーサネット（登録商標）ＬＡＮにデバイスを接続するためにＮＩＣが使用される場合、ＬＡＮの中のすべてのマシン（すなわち粒子カウンタ）はそれら自体の固有のアドレスを有する。イーサネット（登録商標）・データ転送を有する粒子計数システムを設置する中で、イーサネット（登録商標）・ケーブルは直接か、または個別のイーサネット（登録商標）通信ボックスを経由して、粒子カウンタに供給してもよい。いずれの場合でも、イーサネット（登録商標）・サブシステム３１は標準的なイーサネット（登録商標）・フレーム形式でデータグラムを準備し、送信する。
【００３２】
粒子カウンタ５０は、イーサネット（登録商標）・ポート１１を介してホスト・コンピュータ１３と通信し、所定のサイズの閾値を上回る粒子の総数に関する情報を提供する。例えばブロワ２５を遠隔からオン／オフにすること、スタンバイ状態を起動すること等の粒子カウンタ５０の機能を制御するために、情報のフローは単向通信か、または二重通信であってもよい。様々な異なる粒子カウンタおよびプロトコルとともに使用するために適合可能な例示的なシステムは、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，６０６，５８２号の中で開示されている。監視制御およびデータ取得システム（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）のために適合されるプロトコルを含む任意の適切なイーサネット（登録商標）・プロトコルがホスト・コンピュータ１３へのデータ転送のために使用されてもよい。そのようなネットワーク化されたホスト・コンピュータ１３との通信は、ウェブ・ブラウザを使用した粒子計数データの閲覧および／または粒子カウンタ５０の制御のために適したインターネット・プロトコルを使用してもよい。通信は、記憶されたデータをネットワーク上のファイルに転送するために適したファイル転送プロトコル（ｆｔｐ）を含んでもよい。通信は、電子メールを介してデータを送信するために適したメール転送プロトコルを含んでもよい。
【００３３】
ＰＯＥを使用するシステムは、給電側機器（ＰＳＥ）と少なくとも１つの受電側デバイス（ＰＤ）とを含む。図２Ａ〜２Ｃは、ツイスト・ペア・ワイヤを介して電力をＰＤに供給するためにＰＳＥを使用するための（ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格の中で示されているような）３つの例示的なＰＯＥ構成を示す。図２Ａは、ＰＳＥがスイッチまたはハブ内に含まれており、電力がデータを運搬する同じワイヤのペアを介して供給され、電圧が信号ワイヤ上でＰＤに転送される、例示的なＰＯＥファントム型構成を示す。そのような構成では、データの伝送のためにＡＣ接続が使用される。図２Ｂは、ワイヤの予備のペアとコネクタ端末とが、４８ボルトのＰＳＥ電圧のプラスおよびマイナス端末をＰＤに接続するために使用され、ＰＳＥがスイッチまたはハブ内に含まれる例示的なＰＯＥ構成を示す。図２Ｃは、電力挿入デバイスが従来のネットワーク・スイッチまたはハブとパワード・エンド・ステーション（Ｐｏｗｅｒｅｄ  Ｅｎｄ  Ｓｔａｔｉｏｎ）との間に配置される構成を示す。この場合、データは電力挿入デバイスを通過し、ＰＳＥはペアのうちの未使用ペアを通じてＰＤに接続する。
【００３４】
イーサネット（登録商標）・インターフェース１１は、例えばＲＪ−４５等のコネクタ（不図示）を介してイーサネット（登録商標）・ネットワーク１２に接続されるために適合されてもよい。図２Ａに示されているようなファントム電力アプリケーションでは、信号ラインは公称４８ＶＤＣを得るために、絶縁変圧器を通過し、またブリッジ整流器も通過する。図２Ｃに示されているミッドスパン電力挿入アプリケーション等のその他の構成のために、イーサネット（登録商標）・ケーブル接続３１の追加のコンダクタは、ネットワークへの任意の電力フィードバックを回避する順バイアス・ダイオードを通過してもよい。
【００３５】
従来のＰＯＥシステムでは、ＰＳＥは、ネットワークに接続されたＰＤのために定義されたインピーダンスが存在するかどうかを検出する。インピーダンス検出工程は、ＰＳＥによるＰＤの一連の測定を開始する。この一連の測定の間、ＰＤの電力要件はＰＳＥに通信される。ＰＳＥはＰＤ負荷の抵抗および静電容量を検査し、負荷のインピーダンスが対応する特定の限度内にある場合、ＰＤの分類に従って電力を適用する。その後ＰＳＥは負荷を監視し、電流または電圧が許容可能なエンベロープを超える場合、電力を切断する。ＰＳＥは混合信号制御セクションと、典型的には電源スイッチ、保護デバイスおよび電流検知デバイスを有する電力セクションとを含んでもよい。電源スイッチはＭＯＳＦＥＴ、バイポーラ・トランジスタ、中継器等によって実装されることが可能である。保護デバイスはヒューズ、電子機械回路ブレーカまたは正の温度係数（ＰＴＣ）デバイスであることが可能である。そのようなＰＳＥは、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国公報第２００４０２３６９６７号の中で説明されている。４、７および１５ワットの３つのＩＥＥＥ電力クラスがＰＤのために定義されており、この次には３０ワットのクラスが定義される。様々な損失のために、所与のクラスのために実際に使用できる電力量は、そのクラスについての電力評価よりも少ない。例えば、１５ワットのＰＯＥクラスのＰＳＥは、１２．９５ワットだけをＰＤに供給する。
【００３６】
何らかのＩＥＥＥ８０２．０３準拠のケーブル接続で利用可能なワイヤの未使用のツイスト・ペア上で、ＰＳＥから粒子カウンタ５０に電力が供給されてもよく、またはデータ伝送のために使用される同じツイスト・ペア上で、電力を供給するためにファントム回路が使用されてもよい。提案される３０ワットのＰＯＥはおそらく、ＰＤに供給される総電力を最大化するために、ファントム電力に加えて未使用のツイスト・ペアを利用することになる。３０ワットのＰＯＥクラスのために、５０ＬＰＭの噴霧粒子カウンタが達成されてもよい。
【００３７】
本発明者は、ＰＯＥの従来の使用はセキュリティ・カードの読み取り機およびカメラ、ならびにＩＰ電話コンソール等の小型の低電力の遠隔ＩＰ機器に限定されており、そのような使用は、例えばブロワ・モータを有することによって、様々なフロー構造を有する粒子カウンタに電力供給をするために適さないということを判断している。ＰＯＥを実装する複数の従来の方法は、ブロワ・モータを使用するような動作とは相容れない。例えば、従来のＰＯＥは、障害条件がブロワ・モータの性能とは無関係な場合であっても、過電流が生じるときにＰＳＥがオフ・モードで電力をラッチする場合等の任意の複数の状況下で、ＰＤを電力から切断する。そのような場合、粒子カウンタに再び電力を供給するようにＰＳＥを再設定する必要性が生じると思われる。ある期間の電力の損失は、粒子を混入すること、汚染を許可すること、フローのスムーズさを中断させること等によって、検知チャンバを通るフローの動力に大きく影響を与えうる。さらに、そのような電力の再供給は、高い起動電流を生じさせること等によって、粒子カウンタの空気ムーバの動作に影響を及ぼすことがある。従来の粒子カウンタは、ＰＯＥシステムの中での使用を可能にするような方法で、ブロワの電力を適切に調整することはない。さらに従来の粒子計数システムは典型的にブロワと、低い電力消費での動作、または制御ウィンドウ内での動作のために適合されていない検知チャンバとを使用する。必要とされるのは、ＰＯＥシステムでの使用のために適合された粒子カウンタである。
【００３８】
過電流または負荷回路のエンベロープ外のインピーダンスはＰＤに対する電力の切断につながることがあるので、従来のＰＯＥはＰＳＥでの電流およびインピーダンスの検出を実行する。そうしたものは、中断のない連続使用を提供しない場合がある。パワー・アップの前に、従来のＰＳＥはＰＤから負荷抵抗を検出してもよく、ＰＤを抵抗サインを有する「有効デバイス」にし、ＰＤがパワー・アップされることを可能にする。その後、ＰＳＥはＰＤが引き込むことを許される最大供給電流を判定するために、分類電流を使用してもよい。そのような分類電流は、最初にＰＤに低い電圧を異なる分類抵抗を介して供給することによって検知される。分類の後、ＰＳＥは電圧を４２ボルトよりも大きいか、またはそれに等しい公称レベルにまで引き上げ、次いで調整されたＰＳＥ出力を作成するために、段階的に突入電流を許可する。負荷電流が過電流保護閾値を超えるようにする出力負荷の障害は、通常はＰＳＥが負荷をオフに切り換えるようにし、従来のＰＳＥデバイスは再設定機能を必要とするラッチ条件を作り出してもよい。そうしたことは、ラッチング型デバイスが、連続サイクルの中でソフト・スタートによってデバイスを再びパワー・アップすることを試みることによって変更される場合であっても、粒子カウンタが正しく動作することを妨げる。さらに従来のＰＳＥは、大きな電流、または大きな電流の変化とともに使用するために適合されていない。さらに、従来の粒子カウンタは、最適に低いレベルで電力消費を維持するために適合されていない。その上さらに、１ＣＦＭのフロー速度でのサンプリングを維持しながら粒子カウンタを操作することを試みる中で、内部再生式ブロワ（ポンプ）は、１２．９５ワットの上限を満たすために実質的に適合可能ではない。内部ポンプを備えた従来の粒子カウンタもまた、１５ワットＰＯＥクラスのために利用可能な電力を超える連続動作のための電力要件を有する。さらに、そのような従来の粒子カウンタは、これもまた１５ワットＰＯＥのために利用可能な電力を超える開始サージ電流を有する。
【００３９】
それとは対照的に、本発明によるシステムは粒子カウンタ内に電力消費の自己調整を付加することによって標準的なＰＯＥの保護を補足するように行為し、この自己調整は、ＰＳＥが粒子カウンタに対して電力を無効にすることを回避するように行為する。本発明の粒子計数システムはまた、低い電力消費が維持されるように空気ムーバの性能を最適化する。例えば、１ＣＦＭのフロー速度を達成しながらの低電力の動作のために放射遠心ブロワが適合可能である。別の態様で、本発明の粒子カウンタはブロワ・モータの変化の影響と、イーサネット（登録商標）・ケーブル上で供給されるＤＣ電圧の変動による影響等を含むＰＳＥ性能の変化の影響とを減少させることによって、粒子カウンタのための動的な電力消費プロフィールを最適化する。ＰＯＥシステムは、従来のイーサネット（登録商標）・データ通信のために使用されるものと同じイーサネット（登録商標）・ケーブル接続システム上で、電力の伝送を可能にする。
【００４０】
図３Ａおよび３Ｂは、ブロワ２５の動作を制御するためにパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用するポンプ制御回路８０の概略図を示す。ポンプ制御回路８０は、マス・フロー・センサ回路５１、４つの個々のアンプを有するアンプ回路５２、パルス幅変調（ＰＷＭ）回路５３、ドライバ・トランジスタ５４、電流検知レジスタ５５、およびその他の関連したコンポーネントを含む。この例の中で、ＰＷＭ回路５３は、Ｌｉｎｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙから入手可能な工業部品番号ＬＴ３５２４の安定化ＰＷＭであってもよい。アンプ回路５２は、これもまたＬｉｎｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙから入手可能な工業部品番号ＬＴ１０１４を有してもよい。ドライバ・トランジスタは、工業部品番号ＴＩＰ−３３ＡのＮＰＮデバイスであってよく、レジスタ５５は、許容差５％、好ましくは許容差１％の０．１２オームの抵抗を有してもよい。レジスタ８１は１Ｍｅｇオームであり、レジスタ８２は５．６Ｋオームのカーボン合成物であり、レジスタ８３は１０Ｋであり、レジスタ８５は１Ｋであり、レジスタ８９、９４、９５、９６、９７、９８は各々１００Ｋであり、レジスタ９０は１００オームであり、レジスタ９２、９３は各々２４．３Ｋであり、レジスタ９９は１．８２Ｋである。レジスタ８４は好ましくは１０Ｋであり、レジスタ８６は特定のアプリケーションによって４７０オームか、または１．５Ｋのいずれかである。可変レジスタ７１、７２は５００オームであり、可変レジスタ７３は１０Ｋである。キャパシタ６１は０．００１マイクロファラッドであり、キャパシタ６２、６９は０．０１マイクロファラッドであり、キャパシタ６３、６４は１０マイクロファラッドの電解であり、キャパシタ６５は４．７マイクロファラッドの電解であり、キャパシタ６８は０．１マイクロファラッドである。
【００４１】
ポンプ制御回路８０は、増幅された電圧をマス・フロー・センサ回路５１からフロー出力端末「Ｂ」へアンプ５２を介して提供する。Ｂの電圧はその後、レジスタ８３、８４によって設定される、電圧デバイダを介するＰＷＭ回路５３の反転入力端子へのフローの関数として示される。ＰＷＭ回路５３に対する非反転入力端子は、ポテンショメータ７３を介して参照電圧「Ａ」に接続される。したがってエラー電圧は、ＰＷＭ回路５３の反転入力端子と、非反転入力端子の参照との間で示される。キャパシタ６２とレジスタ８２とは、ＰＷＭ回路５３のオシレータ・セクションのタイミング・パラメータを設定するために使用され、キャパシタ６１とレジスタ８１とはデューティ・サイクルを設定するために使用される。電流検知レジスタ５５は、ＰＷＭ回路５３の電流検知端末に接続されている。
【００４２】
ＰＷＭ回路５３はトランジスタ５４のオン／オフの切換えを制御し、それによってポンプ／ブロワ・モータを動かす。ブロワ・モータの速度は異なっており、それがフロー・センサ５１によって検知されるフローを変えるので、閉ループのフロー制御が達成される。電流検知レジスタ５６はブロワ電流を検知し、この電流はＰＷＭ回路５３への入力であり、所定の電流限度を超えることなくブロワ・モータをオン／オフに切り換える。電流検知が閉ループのフロー制御のために望ましくない場合、短絡端子（不図示）が電流検知レジスタ５５の間に配置されてもよい。外部のデジタル信号を使用することによってトランジスタ５４をシャットダウンするために、入力がＰＷＭ回路５３に提供される。
【００４３】
閉ループＰＷＭ制御は、その後ブロワ・モータの速度等によって変更されるフロー・センサ５１によって検出されるフローに基づいて、ブロワ・モータの速度を調整することを含む。スタートアップおよび検知されたフローの変更に応じて、ブロワ・モータを慎重に減衰させることによって、目標のフロー速度でのスムーズなブロワの動作が得られる。さらにフロー速度は、例えばフィルタ、ホース、プローブ、または総フロー経路の差圧を変えるその他の構造等による、フロー・センサ５１に入力される空気に対する制限によって影響を受ける。閉ループ動作は、電源レベルが所定の上限を超える時点まで、変化に応じてトランジスタ５４の動作のオン／オフを別々に変えることによって、そのようなフロー経路の中の任意の変化に自動的に適合する。多くの型のブロワ・モータは、ベアリング等のコンポーネントに対する任意の許容可能な損耗の後の障害で、比較的短い時間を経てもよいということに留意されたい。そのような場合、欠陥のあるブロワ・モータはＰＷＭができるだけ電力を高めるようにし、その後、フロー・センサ５１によって測定される継続する欠陥フローは、ＰＷＭ回路５３が所定の時間の後でブロワ・モータの動作を停止するように行為する。そのような制御は、制御回路２２のマイクロプロセッサ・アルゴリズムの中で実施されるか、またはホスト・コンピュータ１３によって実行されるシステム監視プログラムによって実施されるのが好ましい。過電流の条件が存在する場合にＰＷＭ回路５３のさらなる動作を無効にするために、ＰＷＭ回路５３に対する外部のシャットダウン入力が使用されてよく、またはクローバー、ＳＣＲ、ラッチおよびその他のものが使用されてもよい。ブロワ・モータがいつ修理されなければならないのかを示すために、表示灯（図示しない）が点けられてもよい。
【００４４】
図４は簡略化された図で、電流の制限された電圧振幅変調型の制御回路を使用するポンプ制御回路１１０を示す。フロー・センサ５１は、粒子カウンタ１５０のサンプル・チャンバを通過する総フローの一部であるマス・フローを検出する。フロー・センサ５１は、多段式アンプ１１１と、デジタル利得制御１１３を有する段階１１２とに供給される信号を作成する。フロー出力信号は、アンプ・バッファリング段階１１５と外部フロー出力１１４とに供給される。アンプ１１５は正常化されたフロー信号をコントローラ１１６の電圧フィードバック・ピンに供給し、それによってエラー入力を作り出す。電流が制限されている間、コントローラ１１６はトランジスタ・アンプ１１７と電流監視レジスタ１１８とを介してブロワ・モータ２５に供給される可変電圧出力を作成する。電圧駆動ブロワ・モータ２５が変化すると、フロー・センサ５１によって検知されるフローを変えるブロワ・モータ速度が変化し、それによって閉ループのフロー制御を形成する。例えばレジスタ１１８は、ブロワ・モータの電流を検知し、コントローラ１１６の電流を制限するピンに電流測定値を戻し、それによってピーク電流の限度を提供する０．００５オーム、１ワットのレジスタであってもよい。コントローラ１１６は、Ｌｉｎｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙから入手可能な工業部品番号ＬＴ１５０５を有してもよい。
【００４５】
図５は簡略化された図で、バッテリ充電回路１２０を示す。コントローラ１２６は、高速充電バッテリ１５１のために適合されてもよい。コントローラ１２６はまた、Ｌｉｎｅａｒ  ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙからのＬＴ１５０５であってもよい。バッテリ１５１はリチウム・イオン、ニッケル金属水素化物またはニッケル・カドミウム型の複数セルのバッテリ組立物であるのが望ましい。スイッチ出力、およびコントローラ１２６の個別のゲート制御出力は、電流のバッテリ１５１への充電を切り換えるためにトランジスタ・スイッチ１２１の動作を制御し、ここではショットキ・パワー・レクティファイヤ１２２、インダクタ１２３およびキャパシタ１２４が、所望の充電条件を維持するために使用される。クランピング・ダイオード１２２は工業製品番号ＭＢＲＳ１４０Ｔ３を有し、Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒから入手可能であり、インダクタ１２３は好ましい実施形態では１０マイクロヘンリーの公称値を有するが、この公称値は１０から３０マイクロヘンリーの範囲で選択されてもよく、このインダクタはＳｕｍｉｄａおよびその他の会社から取得されてもよい。ＰＯＥからの電力は、システム電力ライン２０を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２１に供給される。切換えトランジスタ１２１はＤＣ／ＤＣコンバータ２１から、および／またはモータ２５のコミュテータ１３１からバッテリ電圧供給ライン１２７を介してシステム電力を受信し、バッテリ１５１への電流の充電として、そのような電力を転送する。トランジスタ１２１はＦａｉｒｃｈｉｌｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、Ｓｉｌｉｃｏｎｉｘおよびその他の会社から入手可能な、工業部品番号ＳＩ４４１２ＤＹを備えたものであってもよい。トランジスタ１２１は、ダイオード／キャパシタ・ネットワーク１２５を介して、コントローラ１２６によってバイアスをかけられて、起動されるのが好ましい。０．０２５オームと１ワットの評点値を有する検知レジスタ１２８は、バッテリ１５１に供給される充電電流を備えた列の中に配置される。レジスタ１２８の間の電圧は、例えば２００オーム、１％のレジスタを使用すること等、正確なレジスタを使用することによって充電電流をさらに詳細に示すレジスタ・デバイダ１３２、１３３を介して、コントローラ１２６に供給される。コントローラ１２６は、供給電圧が失われている間の、およびその他の理由のためのバッテリ・ドレインを回避する内部切断を有する。コントローラ１２６および／またはバッテリ１２９は、バッテリの電力をオンまたはオフに切り換えることを可能にするための切断を有してもよい。バッテリ電圧は、バッテリ端末１２９を介して入手可能である。
【００４６】
ここで、ＰＯＥを使用して粒子カウンタを操作するための様々な設計要件を示すために、例示的な粒子カウンタおよびセンサ組立物からの電力消費の測定値が示される。例示的な測定は、電流の制限された実験室の電源を介して電力を供給しながら、特定の動作条件を達成することによって実行されたものである。測定は、放射遠心ブロワと圧力損失の低いノズルと排出フィルタとを有するセンサ組立物を使用して実行されたものである。測定値は、ゼロ・カウント・フィルタがあっても、なくても、１ＣＦＭおよび５０ＬＰＭのフロー速度で採られたものである。本発明の粒子カウンタのために、任意の適切なフロー速度か、または異なるフロー速度の任意の組合せまたは連続が使用されてもよい。ＣＦＭ１のフロー速度の粒子カウンタは、１５ワットのＰＯＥクラスのための１２．９５ワットの限界内で維持されたものであり、５０ＬＰＭのフロー速度は１２．９５ワット限界を超えているが、提案される３０ワットのＰＯＥクラスで簡単に維持される。表Ｉは、放射遠心ブロワについての性能データを示す。
【表１】
2008541625.tif 000003
【００４７】
粒子カウンタ１５０のうちの残りの電力を消費するものは、０．７５ワットの５０ｍＷレーザ・ダイオードとドライブ回路、２．０ワットのディテクタ／フロー・コントローラ／マイクロコントローラ／ＤＣ／ＤＣコンバータを組み合わせた組立物、および１．０ワットのイーサネット（登録商標）・サブシステムを含む。そのような数字が概算のものである場合、空気ムーバ以外の装置についての総電力消費はおよそ３．７５ワットである。したがって、ＰＯＥとともに動作する１ＣＦＭの粒子カウンタについての総電力消費は１２．１４ワットであり、１５ワットのＰＯＥクラスについての１２．９５ワットの上限内に十分に入っている。
【００４８】
図６は、再充電可能バッテリ１５１を有する粒子カウンタ１５０の実施形態を示す。電圧レギュレータ１５２は通常の動作モードで、粒子カウンタ５０について上で説明したような方法で、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介してイーサネット（登録商標）から電力を受信する。電圧レギュレータ１５２はまた再充電可能バッテリ１５１に接続されており、再充電可能バッテリ１５１は、ＰＯＥ電源を補足するために電力増大を提供するため、およびブロワ・モータ回路の中で時折出力スパイクが起こる場合に定電圧を維持するため等のその他の理由のために、ユーザがイーサネット（登録商標）への接続から粒子カウンタ１５０を取り外し、例えば粒子カウンタ１５０を、環境内の様々な場所をサンプルするために携帯用ユニットとして運搬したいと望むときに、イーサネット（登録商標）を介してＰＳＥから供給される電力が切断される場合、または同様の問題の場合に粒子カウンタ１５０を操作するために供給される電力の第２ソースとして行為する。例示的な構成の中で、バッテリ１５１は、ブロワ・モータ２５の回転から充電電流を受信するチャージャ１５３によって充電される。そのような充電行為は、ブロワ・モータ２５の回転に、ごくわずかな機械抵抗を付加する。バックｅｍｆを回避するために、保護ダイオードが使用される。
【００４９】
通常の動作の間に、バッテリ１５１は使用されず、コミュテータ組立物と転送ライン１５６とを介して充電電流を取得し、充電接続部１５７を介してバッテリ１５１に与えられる充電を調整する充電回路１５３の連続動作の結果として全充電を保持する。モータ２５によって引き込まれる電流は、適合可能なフロー制御のため、および過剰な電流を引き込むことを回避するようにバッテリの充電を調整するために、電流検知ライン２８を介して電流メータ２４によって監視される。粒子カウンタ１５０がバッテリ１５１だけによって電力を供給される携帯用ユニットとして使用される場合、再充電が必要とされる前に、予想されるサービス量をユーザに通知するために充電インジケータが使用されるのが好ましい。携帯用粒子計数の使用の後等に、バッテリ１５１への迅速な充電を提供するために、外部バッテリ・チャージャ・アダプタ（不図示）が使用されてもよく、またはバッテリ１５１は外部バッテリ・チャージャに迅速に接続されるために適合された取り外し可能モジュールとして提供されてもよい。
【００５０】
別の例示的な実施形態で、粒子カウンタ１５０はＰＯＥ「ソケット」１１に差し込まれ、このソケット１１は空気のサンプリングも行いながらバッテリ１５１に充電し、それによってデータが固定された位置で収集され、ホスト・コンピュータ１３に送信される。その後、粒子カウンタ１５０はＰＯＥソケットから差込を抜かれて、バッテリ電力の下でデータを収集するために別の場所に持っていかれ、例えば不揮発性ＲＡＭ、フラッシュ・メモリまたはその他の適切な低電力のメモリ・デバイス等の内部メモリ１６１の中に、粒子計数データを記憶する。遠隔でのデータの集積が完了され、粒子カウンタ１５０が再びＰＯＥイーサネット（登録商標）接続ソケット１１に差し込まれる場合、記憶されたデータはその後ホスト・コンピュータ１３に転送されてもよい。
【００５１】
別の例示的な実施形態で、バッテリ１５１は、例えばモータ２５が動作中ではない期間等、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から直接供給される電圧によって継続的に充電される。そのような場合、バッテリ１５１の充電は、モータ２５が動作中の期間に粒子カウンタ１５０の全体の電力供給能力を高めるために使用されてもよく、それによって、例えば１５ワットのＰＯＥを使用した利用可能な総電力は、ＰＯＥに加えて、バッテリ１５１によって与えられるさらなる電力能力から得られる正味１２．９５ワットである。その結果、粒子カウンタ１５０の総電力消費は、ＰＳＥが過電流のシャットダウンに進むことなく、ある期間の間１２．９５ワットの限界を超えてもよい。１つの実施例で、粒子カウンタ１５０は、ＰＯＥによって与えられるものを超える電力量を供給することができるバッテリ・パック１５１を含んでもよい。そのようなバッテリ・パック１５１は、実質的に高いフロー速度または非効率的なポンプを有する粒子カウンタ１５０を収容しており、高いフロー速度または非効率的なポンプによって、粒子カウンタ１５０はＰＯＥから入手可能な継続的な電力レベルを超える。そのような場合、粒子カウンタ１５０は、動的電力使用アルゴリズムによってか、または所定の時間について判定されるある期間の間動作するために、記憶されたバッテリ電力を断続的にオンにして、それを使用するようにプログラムされている。結果として、粒子カウンタ１５０は動作時間の間データを収集し、その後割り当てられた時間が経過して、バッテリ１５１が再充電の期間を必要とするときにスタンバイ・モードに戻る。
【００５２】
ＰＳＥの設計によってＰＯＥネットワークが透過的なものになるので、ＰＳＥおよびＰＤを追加することがネットワークのデータ通信能力を低下させたり、またはネットワークの範囲を縮小したりすることはない。図７には、本発明の例示的な実施形態による動作を示す機能図が示されている。ＰＯＥネットワーク接続２１１は着信データを電力から分離し、発信データを電力と統合する。ＰＯＥから入手可能な電力は、ＰＳＥによって送信され、受け入れられる電力分類情報２１２によって決まる。そのような電力分類情報２１２はＰＳＥが切断を引き起こすことを回避するということを保証することによって、継続的な粒子計数動作が達成される。そのような保証は、既存のＰＤ電力分類による粒子カウンタを含むＰＤに入手可能な電力を切り換えることによって、および様々な制御技術により入手可能な電力を切り換えることによって与えられてもよい。例えば切り換え動作２１３は、電力消費をわずかに高めたり、下げたりするためにデューティ・サイクルを変更すること等によって、ＰＷＭを動的に変更することを含んでもよい。切り換え２１３はまた、受信される電力分類情報、および様々なその他の制御によって制御されてもよい。さらに、電力消費は、適切な時定数の選択、およびブロワまたは空気ムーバのその他の主要なコンポーネントに供給される電力についてのフィルタリングによって達成されてもよい電流サージ制限２１４によって弱められる。例えば、電流サージ制限２１４は侵入電流を制限するために、ブロワ・モータのソフト・スタートと統合されてもよい。公称ＰＯＥ電圧は４８ボルトでもよく、この４８ボルトはブロワ・モータに電力を供給するために適した電圧であるが、そのような電圧は粒子カウンタの回路を操作するために、＋５または＋１２ボルト等の、より低い電圧に変換される必要がある。したがって、電圧変換動作２１５が与えられる。粒子計数動作２１６は、送信されるイーサネット（登録商標）・データに転送されるデータを作成し、ネットワーク接続２１１から制御データを取得する。粒子計数動作２１６は、イーサネット（登録商標）・ネットワーク接続からの電力の分離の後で実行される動作に加えて、電力消費の自己調整を含んでもよい。
【００５３】
粒子カウンタ５０、１５０がＰＯＥソケットに差し込まれると、ＰＳＥは、粒子カウンタ５０、１５０が接続されている場合、検出回路を検知し、イーサネット（登録商標）・ケーブル３１のコンダクタを介して、電力を粒子カウンタ５０、１５０に供給する。ＰＳＥは粒子カウンタが切断されると、イーサネット（登録商標）・ツイスト・ペア上の電力を分離してよい。そのような切断は、ＰＳＥが継続的または周期的に負荷検証信号を送信し、所定の基準に合ったＰＤが存在しないという判定の結果として、検出されてもよい。この検出は、接続されているＰＤについてのインピーダンスまたはデバイス型の判定を含むこともできる。そのような検出は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，４４８，８９９号で開示されている。しかしながら、従来のＰＯＥは、継続的電力供給を保証するために、特定の限度内にその電力消費を維持するＰＯＥ動力式デバイスを教示していない。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、粒子カウンタ５０、１５０がＰＳＥによって供給される電力の限度を超えないということを保証するピーク電力リミッタ回路を含んでもよい。これは、上述のインピーダンス測定、および／または電流を測定し、ＰＤの電力レベルを分類するために２０ＶＤＣの適用信号を使用する標準的なＰＯＥ電力分類を含む、ＰＳＥによって実行される電力調整プロセスに対する追加であり、また上述の粒子カウンタ５０、１５０のその他の電流制限保護に対する追加である。さらにＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、粒子カウンタ５０、１５０が実際には通常の動作レベル外にある場合でも、通常の電力レベルまたは通常の電力分類情報を示す、ＰＳＥに対する偽の信号を示してもよい。そのような場合ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、一時的に過剰な電力を低下させる、もしくは除去するか、またはバッテリ電力でＰＯＥ電力能力を補足する電流制限または絶縁回路を有する。そのようなプロセスは、例えばＰＳＥの再設定を回避するために実施されてもよい。
【００５４】
従来のＰＯＥシステムでは、ＰＤが除去されているのかどうかということと、ＤＣおよびＡＣ切断とを判定するために、ＩＥＥＥ規格の中で２つの検出方式が指定されているということに留意されたい。ＤＣ切断プロセスは、電流が所定のレベルよりも落ちているかどうかを判定する。電流が所定のレベルよりも落ちている場合、ＰＤへの電力は除去される。ＡＣ切断プロセスは、低周波数のＡＣ電流を適用し、その後電圧を測定する。負荷の下では、そのような電圧は低く、負荷が切断されている場合、ＡＣ電圧は比較的大きい。電力がＰＤに適用される場合、負荷はそれが電流、電圧等の許容可能なエンベロープ内にあることを確実にするために、継続的または周期的に監視される。電流が所定のレベルよりも落ちていない場合、電力は切断される。
【００５５】
粒子カウンタ５０、１５０は、粒子計数動作、空気ムーバの性能、過剰な電力使用等のために様々な警報メッセージおよび／または信号を実装してもよい。例えば、データが複数の粒子数のうちの１つと、対応する所定の範囲外にあるサイズ設定された粒子数のプロフィールとを含むということが判定される場合、警報を作り出すために警報回路が構築されてもよい。
【００５６】
本発明による粒子計数システムは、コンポーネント間のワイヤレス通信とともに使用するために、物理的に分離および／または適合されているコンポーネントを有してもよい。例えば、粒子カウンタ間の電力およびデータの伝送のため、ならびに（例えば遠隔の粒子カウンタからの）粒子計数データおよび（例えば遠隔の粒子カウンタに対する）コマンド・メッセージをワイヤレス通信によって通信するワイヤレス・アクセス・ポイントに電力を供給するために、ＰＯＥが使用されてもよい。そのような場合、粒子計数システムのコンポーネントは、イーサネット（登録商標）・ネットワークから物理的に切断されてもよい。システムは、各コンポーネントに対してイーサネット（登録商標）・ケーブル接続を実行することが実際的ではない薬品の製造エリア等の施設内の様々な場所に、複数のワイヤレス・コンポーネントを有してもよい。
【００５７】
図８は、本発明の例示的実施形態による、選択されたシステム・コンポーネント間でワイヤレス通信を実施するＰＯＥ粒子計数システム１３０の極めて概略化された図である。図８に示されているように、ワイヤレス粒子計数システムは、イーサネット（登録商標）・ケーブル１４５を含むＰＯＥを介して、ＰＳＥ１４４によって電力を供給される粒子カウンタ１４０を組み込む。粒子カウンタ１４０は、イーサネット（登録商標）・ケーブル１４５を介してホスト・コンピュータに供給される粒子計数データを作り出す。アクセス・ポイント１４８は、ワイヤレス通信を介して遠隔の粒子カウンタ１４１、１４２から粒子計数データを受信して、受信されたデータを粒子カウンタ１４０に与え、粒子カウンタ１４０はその後、粒子計数データを直接または間接的に、粒子カウンタ１４１、１４２からホスト・コンピュータに送信する。そのような遠隔の粒子計数データの間接的通信は、データを集積に再フォーマットすることか、またはその他のデータ処理によって再フォーマットすることを含んでもよい。粒子カウンタ１４１はバッテリ１３６によって電力を供給され、例えば施設内の様々な場所に運搬される携帯用粒子カウンタであってもよい。粒子カウンタ１４２は、例えば洗浄液等を通さない配線によるダクト接続等、ＡＣライン電圧１３７によって電力を供給される。独立したアクセス・ポイント１４９は、イーサネット（登録商標）・ケーブル１４７を含むＰＯＥを介して、ＰＳＥによって電力を供給される。アクセス・ポイント１４９はデータを受信し、そうしたデータをイーサネット（登録商標）・ケーブル１４７を介してホスト・コンピュータに転送する。アクセス・ポイント１４９によって送信されるデータは、ワイヤレス通信を介して粒子カウンタ１４１、１４２から受信されてもよい。動作上のコマンドは、例えばスタンバイ・モードのオン／オフを生じさせるために、粒子カウンタ１４０から粒子カウンタ１４１、１４２のいずれかに、アクセス・ポイント１４８を介して送信されてもよい。そうした動作上のコマンドはまた、ホスト・コンピュータからアクセス・ポイント１４９を介して粒子カウンタ１４１、１４２のいずれかに送信されてもよい。マス・フロー・センサ１４３は、通常は粒子検知チャンバのためのバイパスに隣接しているか、またはその中にある特定の場所で空気フローを測定するために、配置されてもよい。フロー・センサ１４３は典型的に非常に低い電力要件を有し、例えば隣接する機器またはマシン等の任意の都合のよいソースから取得されるＤＣ電圧によって、電力を供給される。フロー・センサ１４３は、アクセス・ポイント１４８、１４９のいずれかへのフロー・データのワイヤレス送信のために適合されている。マス・フロー・センサ１４３のために示されたものと同様の方法で、その他の種類のセンサが使用されてもよい。例えば、ワイヤレスまたはワイヤード構成のいずれかの中で、ＰＯＥ、バッテリ電力、ＡＣ電力、スレーブ電力等を使用して様々な環境センサが実装されてもよい。そのような環境センサは温度、湿度、差圧を検出するため、および／または測定に関連したプロセスおよび／またはイベントの検出のために使用されてもよい。粒子計数情報のワイヤレス通信のための方法は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，３４６，９８３号の中で開示されている。ＰＯＥを粒子計数システムに組み込むことによって、ワイヤレス通信を実装するもの等の多くの機器構成が可能である。
【００５８】
本発明の原理は特定の実施形態に関連して示され、説明されてきたが、そのような実施形態は例であって、制限ではないということを理解されたい。したがって、上述の教示、ならびに関連技術の技能および知識に相応した変更形態および修正形態は、本発明の範囲内にある。本明細書で説明される実施形態は、本発明を実行することでわかる最良の方式を示し、他の当業者が、そのような実施形態またはその他の実施形態で、本発明の特定の応用または使用によって必要とされる様々な変更を用いて、本発明を利用できるようにすることが意図されている。添付の特許請求の範囲は、先行技術によって許される範囲まで本発明の代替実施形態を含むように解釈されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の例示的実施形態による、パワー・オーバ・イーサネット（登録商標）（ＰＯＥ）を実装する粒子計数システムの極めて概略化された図である。
【図２】図２Ａ乃至Ｃは、従来のＰＯＥの基本的な構成であり、イーサネット（登録商標）・ツイスト・ペア配線を介して遠隔の受電側デバイス（ＰＤ）に電気を提供するための給電側機器（ＰＳＥ）を実装する異なる方法を示す図である。
【図３Ａ】空気サンプリング部のブロワ部分の動作を制御するためにパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用するＰＯＥ粒子計数システムの例示的な実施形態のポンプ制御回路の概略図である。
【図３Ｂ】空気サンプリング部のブロワ部分の動作を制御するためにパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用するＰＯＥ粒子計数システムの例示的な実施形態のポンプ制御回路を表す図である。
【図４】電流制限された電圧振幅変調型の制御回路を使用するＰＯＥ粒子計数システムの例示的な実施形態のポンプ制御回路を示す簡略化された図である。
【図５】ＰＯＥ粒子計数システムの例示的実施形態のバッテリ充電回路を示す簡略化された図である。
【図６】再充電可能バッテリを有するＰＯＥ粒子カウンタの例示的実施形態を概略的に示す図である。
【図７】本発明の例示的実施形態によるＰＯＥ粒子計数システムの動作を示す機能図である。
【図８】本発明の例示的実施形態による、選択されたシステム・コンポーネント間のワイヤレス通信を実施するＰＯＥ粒子計数システムの極めて概略化された図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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