(57)【要約】本発明は、汚染モニタリング設備の分野に関し、特に、多数の場所からサンプリングされた空気内の粒子を検出する吸引粒子検出器システムに関する。本発明は、吸引粒子検出器システムにおける流れを決定するための方法及び装置を提供する。上記システムは、粒子検出器を有する流体経路における複数の搬送路と、少なくとも一つの搬送路における流量を検出する手段と、第１及び第２の信号トランシーバー（４４ａ〜４４ｄ、４２）間で伝送される信号を検出することを備え、上記第１トランシーバー（４２）は、搬送路の少なくとも２つにて信号を送受信するように適合される。好ましい実施形態では、本発明は、吸引煙検出器システム内での流れ検出の超音波手段の使用に関する。
2008519964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体輸送用の複数の搬送路における流れ決定方法であって、
第１及び第２の信号トランシーバー間で伝送される信号を検出することを備えた少なくとも一つの搬送路における流量を検出することを備え、ここで、第１トランシーバーは、少なくとも２つの搬送路における信号を送受信するように適合される、流れ決定方法。
【請求項２】
粒子検出器を有する流体輸送における複数の搬送路を備えた吸引粒子検出器システムにおける流れ決定方法であって、
第１及び第２の信号トランシーバー間で伝送される信号を検出することを備えた少なくとも一つの搬送路における流量を検出することを備え、ここで、第１トランシーバーは、少なくとも２つの搬送路における信号を送受信するように適合される、流れ検出方法。
【請求項３】
複数の搬送路をスキャンするように、複数の搬送路の一若しくは複数において検出工程を選択的に実行することをさらに備えた、請求項１又は２記載の流れ検出方法。
【請求項４】
検出工程を選択的に実行する工程は、複数の搬送路のそれぞれに検出工程を順次適用する、請求項１、２、又は３に記載の流れ検出方法。
【請求項５】
検出工程は、上記第１及び上記第２のトランシーバー間を伝送される信号の飛行時間を決定することをさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載の流れ検出方法。
【請求項６】
信号の飛行時間を決定する工程は、第１及び第２の受信信号の特徴的な波形特性に対応する最高の位置決め間の転換点を決定することを備え、ここで受信信号の一つは、信号における規定点にて導入された波形変更を備える、請求項５記載の流れ検出方法。
【請求項７】
信号における規定点は、信号の初期又は早期部分を備える、請求項６記載の流れ検出方法。
【請求項８】
決定された流れは、吸引粒子検出器システムの少なくともある部分を通る空気の体積流量を備える、請求項１から７のいずれかに記載の流れ検出方法。
【請求項９】
信号は、超音波信号である、請求項１から８のいずれかに記載の流れ検出方法。
【請求項１０】
流体輸送用の複数の搬送路における流れ決定用装置であって、
第１及び第２の信号トランシーバー間で伝送される信号を検出するための少なくとも第１及び第２の信号トランシーバーを備えた少なくとも一つの搬送路における流量を検出する検出配列を備え、ここで、少なくとも第１トランシーバーは、少なくとも２つの搬送路における信号を送受信するように適合される、流れ決定用装置。
【請求項１１】
粒子検出器を有する流体輸送における複数の搬送路を備えた吸引粒子検出器システムにおける流れ決定用装置であって、
第１及び第２の信号トランシーバー間で伝送される信号を検出するための少なくとも第１及び第２の信号トランシーバーを備えた少なくとも一つの搬送路における流量を検出する検出配列を備え、ここで、少なくとも第１トランシーバーは、少なくとも２つの搬送路における信号を送受信するように適合される、流れ決定用装置。
【請求項１２】
少なくとも第２トランシーバーは、搬送路の少なくとも２つにおいて信号を送受信するように適合される、請求項１０又は１１に記載の流れ決定用装置。
【請求項１３】
搬送路の少なくとも２つにおいて信号を送受信するように適合されたトランシーバーは、多面の反射器を備える、請求項１０、１１、又は１２に記載の流れ検出用装置。
【請求項１４】
反射器のそれぞれの面は、複数の搬送路の２つ以上に位置決めされた対応のトランシーバーに向かって向けられている、請求項１３記載の流れ検出用装置。
【請求項１５】
トランシーバーは、超音波変換器を備える、請求項１０から１４のいずれかに記載の流れ検出用装置。
【請求項１６】
当該装置は、吸引粒子検出器システムの流体入口マニホールドに最も近く位置決めされる、請求項１０から１５のいずれかに記載の流れ検出用装置。
【請求項１７】
上記検出配列の上流に位置決めされた流れディスラプター手段をさらに備える、請求項１０から１６のいずれかに記載の流れ検出用装置。
【請求項１８】
請求項１０から１７のいずれかに記載の流れ検出用装置において、複数の搬送路は、下記の一又は複数を備えた配列において配置される、
中央点に集まる２つ以上の流体搬送路を備えた放射状構造、ここで、第１トランシーバーは、搬送路の少なくとも２つにおける信号を送受信するように適合され位置決めされ、
互いに隣接し実質的に平行に配置される２つ以上の流体搬送路を備える平行構造、ここで、一若しくは複数のトランシーバーは、第１トランシーバーの変換面が少なくとも２つの搬送路と連通するように流体搬送路間に配置される、
流れ検出用装置。
【請求項１９】
上記平行構造は、
流体搬送路の平面２次元配列と、
流体搬送路の３次元配列と、の一つをさらに備える、請求項１８記載の流れ検出用装置。
【請求項２０】
粒子検知器；
流体搬送路のサンプリング網；
吸引器；
流体入口；
流体出口；
請求項１０から１９のいずれかに記載の装置を備えた流れ検出配列、
の一若しくは複数を組み合わせて備えた部品のキット。
【請求項２１】
複数の流体搬送路における流れを決定するように適合された装置であって、該装置は、規定の命令セットに従い動作するように適合された処理手段を備え、上記命令セットに関連して、上記装置は、請求項１から９のいずれかに記載の方法を実行するように適合される。
【請求項２２】
コンピュータが読み取り可能なプログラムコードを有しコンピュータが使用可能な媒体と、データ処理システム内で複数の流体搬送路における流れを決定するため上記媒体に組み入れられたコンピュータが読み取り可能なシステムコードとを備えるコンピュータプログラム製品であって、
上記コンピュータプログラム製品は、請求項１から９のいずれかに記載の方法を実行するための上記コンピュータ使用可能な媒体内のコンピュータが読み取り可能なコードを備える。
【請求項２３】
ここに記載されるような方法又はプロトコル。
【請求項２４】
ここに記載されるような装置、デバイス、システム、又はキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2004年11月12日に出願され、「流れを決定する方法及び装置」と名称付けられた、オーストラリアの仮特許出願番号2004906487への優先権を主張し、また、その明細書は、その全体において及び全ての目的のために、参考としてここに組み入れられる。
【０００２】
本発明は、汚染モニタリング設備の分野に関し、特に、吸引粒子検出器システムに関する。より詳しくは、本発明は、多くの場所からサンプリングされた空気内の粒子を検出する粒子検出器システムの改良に関する。それは、吸引煙検出器システム内の流れ感知の超音波手段の使用に関して以下に発明を記述するのに便利であろう。しかしながら、本発明は、その使用のみに制限されていないことは認識されるべきである。例えば、一つの形式における本発明は、流体の流れを決定する方法及び装置に関する。本発明の内容において、「流体」の用語は、液体又は気体のような振る舞い又は物理的性質を示すいずれの物質にも適用される。
【背景技術】
【０００３】
この明細書を通して、単数にて記載する「発明者」の用語は、本願発明の一（単数）又は全て（複数）の発明者を言う。発明者は次の関連技術を確認している。粒子検知器は、ある場所が火気を含むか否かを判断する手段として、気流内の煙粒子を検出するのに有用である。Vision Fire and Security Pty 株式会社により販売されたVESDA(TM) LaserPlus(TM) 煙検出器のような感度のよい煙検出器は、気流内の粒子数を検出する。燃焼のような典型的な熱的事象は、相当な量の浮遊粒子を生成する。したがって、これらの粒子の検出は、熱的出来事が特定の場所にて起こったか否かを判断するのに有用である。粒子検出器システムの一つのタイプは、管状のサンプリング網を使用し、各管は、その長さに沿って空気をサンプリングするための多数の開口を有している。一般的には、サンプリング網は、搬送路網を備えることができる。ここで、搬送路は、空気の分配及び流れ用のパイプ、チューブ、ダクト、及び同種のものを備える。言及された例の煙検出器システムでは、サンプリングパイプ網は、粒子検知器に接続され、また、吸引器はパイプを通して空気を吸引し、粒子検出チャンバーへ引き込む。パイプ網を用いることで、空気は領域を超えて多数の異なるポイントからサンプリング可能である。吸引粒子検出器システムの効率及び有効性を維持し改善するために、パイプ網を通る流れを決定することが望ましい。背景技術として、流体搬送パイプを通して、通常、液体状態における流体の流れを決定するのに適した流量計は、以下の参考文献に開示されている。
【０００４】
「超音波流体流量計」と名称された、WO 88/08516（Mlcronics株式会社）は、飛行時間型測定の原理上で作動し、パイプ内の流体の流れの軸に角度に超音波パルスを向けるように配向された第１固定変換器を有する第１装着ブロックを備えた非侵入超音波流量計を開示する。第１装着ブロック内の第２変換器は、流れの軸に垂直な方向に超音波パルスを向けるように角度付けられている。第３変換器は、第２ブロック内で第１ブロックから離れて固定され、第１変換器により伝送されたパルスの直接又は反射された音波の経路を遮るように配向される。第１から第３変換器へのパルスの飛行時間の経験的な計算は、それらの変換器からの直接の出力信号を用いて実行され、それは流体の流量の決定を考慮に入れる。しかしながら、この経験的に決定された流量は正確ではなく、第２変換器の出力信号から相関係数を導き出すことにより、伝送された超音波パルスの伝搬速度における変化に関し修正される。
【０００５】
「超音波による流量測定方法及び配置」と名称付けられた、米国特許番号5,052,230(Lang等)は、測定チューブ内の液体の流量を決定する方法及び装置を開示し、上記測定チューブにおいて間隔をあけて２つの変換器を備えた配置内で、受信される前にある距離を進行し伝送される超音波信号の伝送波形と受信波形との間で自然に発生するであろう全位相シフトのデジタル的な測定を備える。Lang等によれば、流速は、超音波周波数の既知の値、及び２つの変換器間の距離を使用して、最初に流れの方向にそして流れと反対に進行する超音波信号に関して得られる全位相シフト間の相違を計算することにより最初に決定される。その後、液体の流量は、決定した流速に、測定チューブの既知の流れ断面積を掛けることにより決定される。Lang等は、伝送され受信された超音波信号間の全角度位相シフトは、２台の変換器といずれかの残留位相角度との間の超音波信号の全体の波長数から構成されることを認識している。したがって、Lang等の方法及び装置は、測定チューブに配置された全波長数を決定するために第一の配置が用いられ、伝送及び受信信号間の残留の又は正確な位相角度を決定するために第二の配置が使用されるという２つの部分の解決策を提供する。Lang等が、その２部分解決策の各部分での測定間隔を決定するために、デジタルパルス計数技術を用い、そして開示された解決策の各部分でのパルス計数精度への改良を開示することは、注目される。全体の波長決定において、受信信号の全波整流は、非整流信号よりも速くパルス計数を停止するための閾値を受信信号に超えさせるために行なわれる。残りの位相角度の決定において、第一に、計数周波数信号のスタート位相は、量子化誤差を克服するために各計数動作の始めにて変更され、第二に、非常に小さな残りの角度が検出される場合、伝送又は受信信号のどちらかのデジタル相当物が反転されて位相角度に１８０度が加えられる。よって、測定パルスの期間は、より大きな解明に相応してより長くなる。位相反転ステップは、インバーターにより生じる遅延を補償するため、受信又は伝送信号の非反転信号に導入される対応した遅延を必要とする。全体の波長決定は、受信超音波信号の到達のオンセットの正確な決定により制限される。
【０００６】
「クランプ・オンの超音波の容積式流量計」と名称付けられた米国特許番号5,533,408(Oldenzlel等)は、測定される流体を搬送するパイプの外側表面に少なくとも一対の超音波変換器を備え、流体内に異質の粒子が存在するか否かによって飛行時間測定原理又は相関性技術が選択される二重モードのクランプ・オンの超音波容積式流量計を開示する。Oldenzlel等は、変換器のうちの一つの統合信号から導き出したしきい信号に基づいて、旅行時間測定から相関測定へ転換するため、ユーザが流体内の異質粒子量をプリセット又は選択できる改良を開示する。
【０００７】
「渦流センサー」と名称付けられた米国特許番号6,351,999（Maul等）は、周波数が流速に比例するカルマン渦を発生するチューブ直径に沿って固定して配置されるブラッフボディーにより乱流が流体に導入される流体の流速及び/又は流量を測定するセンサーを開示する。Maul等により開示されたセンサーは、レーザー差動干渉計を備える光学センサーシステムである。
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ  ８８／０８５１６号
【特許文献２】米国特許５，０５２，２３０号
【特許文献３】米国特許５，５３３，４０８号
【特許文献４】米国特許６，３５１，９９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
より一般的な応用例の方法及び装置は、「信号の飛行時間を測定する方法及び装置」と名称付けられた、米国特許番号5,983,730（Freund等）に開示されている。Freund等は、音響の流れ、レベル、速度、及び音響インピーダンス測定におけるような信号の一周期未満の正確さが要求される特殊な応用例において、信号の飛行時間を正確に測定するという課題に向けられている。従って、Freund等は、伝送信号の飛行時間を決定するのに使用可能な臨界点を有する識別された受信信号を提供するため、受信信号で一組の動作を実行することにより到達するように、伝送信号を受信するステップ、及び信号のオンセットを検出するステップを備えた方法及び装置を開示する。Freund等の集中的な信号処理動作は、受信信号に集中する。Freund等は、それが伝送されるように信号に関するいずれの処理動作も、それが受信される前の伝送信号波形のいずれの処理をも開示していない。
【００１０】
米国特許番号5,178,018（Gill）は、例えばガスメーターでのように、ガスの流体流れを決定可能にするように、２台の変換器間を通過する信号に関する時間を測定する測定システムを開示する。位相変化を有する信号は、一つの変換器から伝送され他の変換器にて受信されるマーカーとして作用する。受信では、位相変化マーカーは、検出され、信号の旅行時間及び流体の流量を計算するため受信信号において対応する振幅情報に関連して使用される。Gillのシステムは、流れシステム内のバックグラウンド及び他のノイズを打ち消すように十分な信号出力を提供するため、高価で強力な駆動回路構成と共に非常に高帯域幅の変換器を必要とする。また、変換器の温度変化が変換器の位相及び周波数レスポンスを変更することは注目される。
【００１１】
上述した各開示では、対策は、所定の単一のパイプ又は流れの搬送路における流れ測定のために配置された少なくとも２台の変換器又はトランシーバーに対して行なわれている。
【００１２】
本明細書における、文献、装置、動作、又は知識のいかなる説明も本発明の背景について説明するために含まれる。それは、いずれの物質も、ここの開示の優先日又はそれよりも前にて、オーストラリア又はその他の場所の関連技術における従来技術の基礎又は共通の一般知識の一部を形成するという承諾として受け取られるべきではない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、従来の配置の少なくとも一つの不具合を緩和する方法及び装置を提供することを目的とする。
一つの態様において、本発明は、流体輸送用の複数の搬送路における流れを決定する方法を提供する。上記方法は、
第１及び第２の信号トランシーバー間で伝送される信号を感知することを備えた少なくとも一つの搬送路における流量を検出することを備え、ここで、第１トランシーバーは、少なくとも２つの上記搬送路にて信号を送受信（transceive）するように適応されている。
【００１４】
別の態様では、本発明は、吸引粒子検出器システムにおいて流れを決定する方法を提供し、上記システムは、粒子検出器を有する流体輸送における複数の搬送路を備える。上記方法は、
第１及び第２の信号トランシーバー間で伝送される信号を感知することを備えた少なくとも一つの搬送路における流量を検出することを備え、ここで、第１トランシーバーは、少なくとも２つの上記搬送路にて信号を送受信するように適応されている。
【００１５】
さらに別の態様では、本発明は、流体輸送用の複数の搬送路において流れを決定するための装置を提供し、上記装置は、
第１及び第２の信号トランシーバー間で伝送される信号を感知するための少なくとも第１及び第２の信号トランシーバーを備えた搬送路の少なくとも一つにおける流量を決定する検出配列を備え、ここで、少なくとも第１トランシーバーは、上記搬送路の少なくとも２つにて信号を送受信するように適応されている。
【００１６】
さらに別の態様において、本発明は、吸引粒子検出器システムにおいて流れを決定する装置を提供し、上記システムは、粒子検出器を有する流体輸送における複数の搬送路を備え、上記装置は、第１及び第２の信号トランシーバー間で伝送される信号を感知するための少なくとも第１及び第２の信号トランシーバーを備えた搬送路の少なくとも一つにおける流量を決定する感知配列を備え、ここで、少なくとも第１トランシーバーは、少なくとも２つの上記搬送路にて信号を送受信するように適応されている。
【００１７】
他の態様、及び好ましい特徴は、明細書に示され、及び/又は、本発明の説明の一部を構成する添付の請求範囲に規定されている。
本質的には、本発明は、単一のパイプシステムに関し、最低限として、流れ測定を達成するために２台の変換器を有することを必要とするという認識から発生する。従って、多数のパイプシステムは、また、気流の各ブランチに露出した２台の変換器を必要とし、しかしながら、それらは別個の変換器である必要はない。
【００１８】
さらに、本発明の適用可能性の範囲は、以下に示される詳細な説明から明白になるであろう。しかしながら、本発明の思想及び範囲内の様々な変更及び修正が、この詳細な説明から当業者に明白になることから、本発明の好ましい実施態様を示す間、詳細な説明及び特定の例が例示としてのみ与えられることは理解されるに違いない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のさらなる開示、改良、利点、特徴、及び態様は、添付図面に関連して得られる好ましい実施態様の以下の説明への言及により、当業者によって一層よく理解可能であり、それらの図面は、例示のみとして与えられ、本発明の範囲を制限するものではない。
【００２０】
一つの態様において、本発明は、吸引粒子検出器システムにおける流れを決定する方法を提供し、上記システムは、粒子検出器を有する流体輸送における複数の搬送路を備える。上記方法は、
第１及び第２の信号トランシーバー間で伝送される信号を感知することを備えた少なくとも一つの搬送路における流量を検出することを備え、ここで、第１トランシーバーは、少なくとも２つの上記搬送路にて信号を送受信するように適応されている。
【００２１】
一つの特別の実施形態では、本発明の方法は、検出工程を実行又は複数の搬送路に選択的に適用することにより搬送路をスキャンする工程をさらに備えることができる。一つの形式では、選択的なスキャンは、複数の搬送路のそれぞれに検出工程を連続して適用することを含むことができる。
【００２２】
好ましい実施形態では、流量を検出する工程は、第１及び第２の信号トランシーバー間で伝送された信号の飛行時間を決定することをさらに備える。ここで記述される、トランシーバー間で伝送された信号の飛行時間を検出するのに特に適した方法は、本出願人の同時係属中の、「改善された感知装置及び方法」と名称付けられ、2004年5月14日に出願された国際特許出願番号PCT/AU2004/000639に記述されており、その開示内容は、参考として本書に編入される。
【００２３】
別の態様において、本発明は、吸引粒子検出器システムにおける流れを決定するための流れ決定装置を提供し、上記システムは、粒子検出器を有する流体輸送における複数の搬送路を備える。上記装置は、
第１及び第２の信号トランシーバー間で伝送される信号を感知することにより搬送路の少なくとも一つにおける流量を検出するための感知配列を備え、ここで、第１トランシーバーは、少なくとも２つの上記搬送路にて信号を送受信するように適応されている。
【００２４】
ここでの記載において、トランシーバーは、そこからの信号を伝送する、及び/又は信号を受信する装置であるように採用され、かつこの機能を達成するため信号反射器を備えることができ、又は、さらに次の例として、トランシーバーは、信号変換器であってもよい。
【００２５】
その他の実施形態では、第２のトランシーバーは、また、少なくとも２つの搬送路において信号を送受信するように適応可能であり、また、これは、多面の反射器の形態におけるものであることができる。ここで、反射器のそれぞれの面は、複数の搬送路の２つ以上に位置する対応するトランシーバーに向けられている。
【００２６】
好ましい実施形態では、第１のトランシーバーは、多面の反射器を備えることにより少なくとも２つの搬送路において信号を送受信するように適応され、ここで、反射器の面の一つは、第１の搬送路に位置する第２のトランシーバーに向けられ、反射器の一つ以上のさらなる面は、一以上の搬送路に位置するそれぞれのトランシーバーに向けられている。
【００２７】
さらに他の態様では、本発明は、吸引粒子検出器システムにおける流れを決定するのに適応される装置を提供する。上記システムは、規定の命令セットに関連して作動する処理手段を備え、上記装置は、上記命令セットに関連して、ここに開示する方法を実行するように適応される。
【００２８】
本発明の実施形態では、データ処理システム内の吸引粒子検出器システムにおける流れを決定するための媒体に組み入れられた、コンピュータが読み取り可能なプログラムコード、及びコンピュータが読み取り可能なシステムコードを有するコンピュータが使用可能な上記媒体を備えたコンピュータプログラムを提供する。上記コンピュータプログラムは、ここに記載するような方法のステップを実行するため、コンピュータが使用可能な上記媒体内に、コンピュータが読み取り可能なコードを備える。
【００２９】
添付図面の図１を参照して、粒子検出器システム１０は、排気導管２６に取り付けられた粒子検知器(不図示)を備える。検出器システム１０は、検知器チャンバー(不図示)、吸引器１６、フィルター(不図示)、流体取入口マニホールド２０、及び図３に示され、図２に示すような共通の排気マニホールド１２１を備えることができる排気口１２０を備える多数の構成部品を有している。
【００３０】
排気口１２０は、粒子検知器に直接に又は間接的に接続可能である。明瞭化のため、システム１０内の正確な流体流れ経路は、図１に示されていない。
【００３１】
又、流れセンサー配置２４は、粒子検出器システム１０と関連し、それは図２に、より明確に示されている。図１及び図２では、流れセンサー配置２４では、取入口マニホールド２０及び吸引器１６が流体連通状態にある。
【００３２】
取入口マニホールド２０は、パイプ（不図示）網に接続されている。パイプ網及び取入口マニホールド２０は、ともに、監視領域における多数の範囲から粒子検知器まで流れセンサー配置２４を介して流体流れを設けた個々の流体搬送路を備える。パイプ網の各パイプは、通常穴を備えた多数のサンプリング場所を有することができる。サンプリング場所は、建物（不図示）のような保護された領域の様々な場所に、空気をサンプリングすることを可能にする。吸引器１６は、パイプ網を通してサンプリング場所へ空気を引き込み、及び流れセンサー配置２４を含むハウジング内へ取入口マニホールド２０を通り空気を引き込む。そして空気サンプルは、流れセンサー配置２４を通る。流れディスラプター（不図示）は、パイプ網を通る安定した気流の層流特性を除去する流れセンサー配置２４の上流に位置することができる。更に、検出器システム１０における吸引器１６は、パイプに沿って取入口マニホールド２０、流れセンサー配置２４を通して、サンプリングされた空気を、粒子が検出される検知器チャンバー内へ引き込む。粒子のレベルが予め決められたレベルを超えるならば、検出器システム１０は、アラームを鳴らす、火災抑制システム又は他の動作部を作動させるような、多くの処置を講ずることができる。検出器システム１０は、防火壁（不図示）のような外部の装置と一般的に連通している。このシステムは、建物のような多くの環境にて使用可能であり、典型的なシステムは、Vision Fire and Security Pty 株式会社により販売されるようなVESDA（TM）Laser Plus (TM) 煙検出器システムであろう。
【００３３】
図２に示される各流れを感知する対のトランシーバーは、第１の共有超音波変換器４２、及び多くの第２の超音波変換器４４ａ〜４４ｄの一つを備える配置であることができる。一つの形態では、トランシーバー・ペアの配置は、オフセット配置であることができる。一つの実施形態において、図２に示される流れセンサー配置２４の各変換器は、Measurement Specialties 社により販売されるような、US80KS-01のような、受信器及び伝送器が結合した形態であることができる。結合した受信器及び伝送器のそれぞれは、コントローラに接続された圧電変換器である。変換器の制御及び動作は、本願出願人の同時係属中の国際出願番号ＰＣＴ／ＡＵ２００４／０００６３９に記述されている。
【００３４】
変換器のレシーバー回路類との接続において、マイクロプロセッサーは、各方向に伝達するため信号に関する得られた時間を測定する。
【００３５】
この方法によって計算された流れは、流路内に直接に存在せず、例えば各変換器の前に、及び流路の外側のデッドスペースに存在する空気により信号の旅行時間を説明できないが、これは、必要ならば、当業者によって認識されるであろうように一定の乗算係数により修正可能である。そのような修正にもかかわらず、以下の計算は、本発明の実施形態に従って流れ決定を実行する際に適用する。
【００３６】
第１方向ｔ１における伝達時間及び第２方向ｔ２における伝達時間に関し、変換器を通過する気流の速度は、以下のように計算可能である：
【００３７】
【数１】
2008519964.tif 000003
【００３８】
ここで、ｓは空気の速度であり、ｄは変換器間の距離である。流路の断面積Ａを与える計算に基づき流れを決定することは単純なことである。即ち、流れｆは、
【００３９】
【数２】
2008519964.tif 000004
【００４０】
多くの手段により２つの上述の方向の各々において伝達時間を決定することは可能である。そのような手段の例は、伝送変換器への励磁電圧の印加により引き起こされ、受信変換器にて受信超音波信号の到達により停止される高速電子デジタルカウンタの使用である。
【００４１】
さらなる実施形態では、デジタル信号プロセッサーは、ＡＤ変換器を用いて受信信号をサンプリングし、次に、受信信号における特有の特徴、即ちピーク若しくは複数のピークの組み合わせ、あるいはゼロ交差若しくは複数のゼロ交差の組み合わせのような波形特徴又は特性を検出することにより、信号の正確な到着時を計算するために使用可能である。
【００４２】
好ましくは、信号の飛行時間を決定するステップは、第１及び第２の受信信号の最高の位置決めした対応する特有の波形特徴間の転換点を決定することを備え、ここで、受信信号の一つは、信号の所定点にて導入される波形修正を備える。
【００４３】
好ましくは、本発明の実施形態は、ある方法において、伝送された波形に所定の加工又は変更を導入する。上記方法は、上記導入された加工の有り又は無しの受信波形間で記号付きの区別を可能とし、それは、受信信号の到達時刻を決定するために安定した基準点を提供する。好ましくは、波形特徴への導入された加工は、伝送された信号のサイクルにて提供される位相反転の結果とすることができる。
【００４４】
導入された波形変更は、通常の非変更信号からそれを区別するため、参照信号の期間において特定点にて導入される。好ましくは、選択された信号期間内の特定点は、受信器にて信号到達の決定を容易に可能とする一つの点である。伝送された信号がパルス波形を備えるならば、その継続時間は、当業者によって理解されるであろうように、（a）第１の移行又はサイクルの間で、パルス振幅がその最終振幅の特定の一部（レベル）に到達する時刻と、（ｂ）最後の移行にて、パルス振幅が同じレベルに落ちる時刻との間隔により与えられる。この点において、信号の飛行時間又は到達時間を決定することに関して、本願出願人の同時係属中の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＡＵ２００４／０００６３９に記載されている。
【００４５】
流れセンサー配置２４は、空気サンプリングパイプ網が良好な順にあることを決定するために有用である。第１の場合、高い流れレベルは、パイプ部分が粒子検出器システム１０から取り除かれた状態になるか、壊れた状態であることを示し、一方、第２の場合、低い流れレベルは、パイプの遮断状態のいくつかの形態を示す。これらのいずれかの場合、粒子検出器システム１０の性能は、劣化するようになるであろう。よって、修正措置が実行されるように、それらの状態は、検出され報告されるべきである。
【００４６】
パイプ網を通る流速を決定することは、しばしば困難であり、多くの既知のタイプの流れセンサーは、気流内へ突出するセンサの幾つかの部分を必要とする。煙検出システムにてサンプリングされた空気は、しばしば例えば粒子及び繊維の形態にて汚染物質を含んでいる。これらの汚染物質は、関連する技術メカニズムの流れを感知する手段におけるエラーをもたらすことがある。例えば、一定温度プローブのような抵抗型のデバイスでは、プローブにおける汚染物質の蓄積は、その熱伝達特性を変化させる。羽根を移動するタイプのような他の流れセンサーは、また、検知器のパイプ又はハウジングを通って流れる気流へ突出し、また、汚染の問題がある。煙検出システムは、校正することなく長年、現場に配置されるように要求されることがある。したがって、信頼できる流れ感知は重要である。さらに、煙検出器は、通常、温度、湿度及び汚染度の変域のような状況変化において作動することが要求される。これらの状況は、流れ測定器の性能に影響することがあり、粒子検出器システム１０の総合的性能に影響する。
【００４７】
他の関連する技術メカニズムにおいて、オリフィスのような制限部が流れ経路内に挿入されることがある。マノメータが、上記制限部を横切る圧力低下を測定するために用いられてもよく、それは、流れのレベルを示す。このアプローチは、それが気流を妨害するという不都合を有し、よって、過剰な空気移送時間遅延、又は煙検出システム全体のサンプリング領域を減少することを引き起こし、吸引器の効率を減少させる。そのようなシステムは、また、制限部が、ダスト、繊維、及び他の物質を蓄積し、その結果、その正確な値からズレて流れが読み取られることを引き起こすように、汚染問題にさらされることがある。
【００４８】
さらに、最も関連する技術メカニズムは、空気の質量流量を測定し、それは、温度と高度による密度変更に非常に感知である。従って、かかるメカニズムは、余分な費用及び校正時間を必要とするそれらの個々の特性に従い、温度及び圧力用の補償手段を必要とする。本発明は、容積測定流れを測定し、それは、吸引煙検出システムに関する実施形態の状況において温度に対して実質的に一定であり、パイプ部遮断状態又は切断されたパイプ部のよりよい測定となる。
【００４９】
粒子検出システム内の超音波流れ感知配置を用いて、ここに記載された実施形態に従って、上述の欠陥の少なくとも一つ若しくは複数が克服されるであろう。
【００５０】
吸引煙検出システムの一つの大きな問題は、例えばサンプリング穴にて気流をブロックしてしまうことである。一つ若しくは複数のサンプリング穴が塞がったか否かを検出するのは非常に困難である。これは、伝統的には、必要の有無にかかわらず、視覚的にサンプリング穴をチェックする、又は定期的な清掃により処理していた。超音波流れセンサ配置２４を用いることで、検出器内への気流のより小さな変化を検出することが可能である。一つ若しくは複数のサンプリング穴が塞がったとき、検出器内への気流は低下し、超音波流れセンサ配置２４は、これを検出する。一旦、空気の流れが所定値以下に低下すれば、検出器は異常を示し、使用者にパイプ網及び閉塞したサンプリング穴をチェックさせる。
【００５１】
図３、図４、及び図８を参照して、好ましい実施形態が記載されている。流れ搬送路及び反射器の形状が開発、研究され、流れの２、３又は４チャンネル間で変換器の共有によってモニターすることを可能にしている。本発明を組み込むシステムは、開発されており、また、研究はその音波及び流れ特性で、特に：
・単一のパイプバージョンの形状と比較して、２本のパイプ及び４本のパイプ形状に関するＴｘ及びＲｘの変換器間の音波の連結、
・かかる連結での羽根（若しくは図３に符号８０にて示されるバタフライバルブ）の影響、
・空気流量の範囲にわたる流路全域の空気圧低下、
で行われた。
【００５２】
好ましい実施形態で到達した考察のいくつかは、以下のものを含む：
・流れチャンネルのイン−ライン配置で、形成及び組み立てを単純化する、
・流路（図３の符号９０にて示す）又は搬送路に本質的に等しい流れ長さ、
・最小の再加工で、１〜４本のチャンネルに関する再使用可能な概念、
・低圧力低下を維持する試み、
・羽根８０を使用してチャンネル・スキャンニング・メカニズムの使用を可能にすること。
【００５３】
上述の考察の周辺に基づいた装置は、ステレオ・リソグラフィを用いて構成された。この設計の特徴は、計量チャンバー又は流れ決定配置２４を変更することなく、その形状が１、２、３、又は４チャンネルに対応するように適合可能である、交換可能な面を持つ反射器４２である。
【００５４】
反射器は、１、２、及び４チャンネルに関して構成され、図４のａ）、ｂ）、及びｃ）にそれぞれ示される。単一のチャンネル形状は、単一の搬送システム上で用いられる形状の代表として考えられ、信号レベル測定用の基準として用いられた。１チャンネル反射器でのレベルは、ＯｄＢとして得られた。
【００５５】
図３の平面図及び図１にて閉じられた形態にて示され記述された、実験の計測チャンバーの形態における流れ検出配置２４は、放射状に配向された流れチャンネルとともに、中央面を有する反射器に集中する上部側及び下部側を備える。そのチャンバーは、以下のものを設ける：
・空気圧低下を測定するための圧力タップ、
・ファンの台、
・羽根による信号減衰の研究を可能にする羽根８０（バラフライバルブ）に関する設備、
・ＰＣＢ装着穴、
・小面のある反射器の容易な転換を可能にする反射器装着配置。
【００５６】
信号レベルは、１、２、及び４チャンネル構成のために測定された。
伝達励磁は、５００Ｈｚの反復速度、２０Ｖ、ｐ−ｐの振幅にて、７９．９ＫＨｚで、５０％のデューティーサイクルの５つのパルスを備えるパルストレインである。
測定値は、気流無しで、バルブ８０を有する及び無しの状態で、上流及び下流方向の両方で得られた。
【００５７】
好ましい実施形態の態様は、伝搬時間測定が受信波形の初期の部分を用いるということである。つまり、通常、パルスの到達時刻を決定するために、３番目若しくは４番目のピークが使用される。
【００５８】
このことは、温度に敏感な、エコー及び高次伝播モードの到達により引き起こされる位相及び振幅のエラーを回避する利点を有する。
１チャンネルの形状を参照した結果は、以下の表１及び図８に示される図表に要約されている。表が示すものは、３つの実験の結果である。第１（約１５０のインデックス・ポイントのまわり）は、あなたが１本のパイプ当たり特定の変換器対を有しており、つまり共有が無いときの、信号レベルである。第２の実験（約２５０のインデックス・マークのまわりに２つの正方形と２つのひし形として示される）は、２つの流れチャンネル及び一つの共有の変換器を有する場合の（よって、我々は４つの代わりに３つの変換器を使用する）信号レベルを示す。第３の実験（約３４０のインデックス・マークのまわりで４つの正方形及び４つのひし形として示す）は、４チャンネル全域の信号レベルを示す。
【００５９】
【表１】
2008519964.tif 000005
【００６０】
上述した好ましい実施形態において、信号レベル及び分布に関し、二重チャンネルレベルは、基準を約４ｄＢ下回り、したがって使用可能である。４重チャンネルの信号レベルは、内部トランシーバー対で５〜６ｄＢ下回るように示され、外部トランシーバー対で１０ｄＢ下回るように示される。これは、反射器形状の改良にさらに余地があることを示唆し、また、全ての４チャンネルにわたり、一般的に基準の７から８ｄＢ下回り、均一な信号レベルを得ることが可能である。使用可能な信号レベルの限界は、Ｓ／Ｎ比の考察により決定され、平均化の範囲及び信号処理能力が利用可能であるということが予想される。信号レベル測定における羽根８０の効果に関し、羽根８０（開位置）による減衰は、１〜２ｄＢであることが観測される。このことは、チャンネル間をスキャンするために羽根８０を有効に用いることが可能であることを示すであろう。
【００６１】
好ましくは、気流ディスラプターは、気流内に流体（空気）の流れのより均一な決定を提供することにおいて、流れセンサー配置２４を補助するため、流れセンサー配置２４の上流に位置する。別の形態では、流れセンサー配置２４は、検出器チャンバー／粒子検出器を通り空気がサンプリングされる前、又はその後に、位置することもできる。流れセンサー配置２４は、サンプリングされる空気の流れ経路に沿って、多くの異なる場所に位置することができる。しかしながら、ネットワークに引き込まれる空気の全流量を正確に測定することにおいて最良の結果は、好ましい場所は、流体取入口マニホールド２０の位置又はその近辺である。流れの分裂に関し、流れが層流でないなら、超音波流れ検出器がパイプに沿った流量を平均化するように見えるように、流れを分裂することは、流量のよりよい推定を提供するということがわかっている。層流は、流れプロファイルが変化可能なので、一般的に常に測定することは困難である。
【００６２】
流れチャンネル又は流体搬送路は、多くの配列及び形状の形態を取ることができる。図２、図５及び図６〜７に示すように、好ましい実施形態において、粒子検出器システムの複数の搬送路は、以下の一つ若しくは複数を備えた配列にて配置することができる：
中央点に集まる２つ以上の搬送路を備えた放射状の構造、ここで、第１トランシーバーは、少なくとも２つの搬送路にて信号を送受信するように位置決めされかつ適合される；
実質的に平行にかつ互いに隣接して配置された２つ以上の搬送路を備えた平行構造、ここで、一若しくは複数の第１トランシーバーは、第１トランシーバーの変換面が少なくとも２つの流体搬送路に連通するように流体搬送路間に配置される。
さらに、上記平行構造は、図５に示す流体搬送路の平面２次元配列、及び図６及び図７に示す流体搬送路の３次元配列、の一つを備えることができる。
【００６３】
図５に示される典型的な代わりの配置において、幾つかの図面を通して対応する部分又は指示部分は、同様の参照符号を付している。搬送路の他の配列の別の例は、図６及び図７に示される。ここで、３次元に層をなしたパイプ構造は、長方形を形成するパイプを備え、この配列における各変換器は、共有されている。この配置は、４台のみの変換器が必要であるという長所を有する。再度、同様の参照符号は、複数の図面において対応する部分を示している。
【００６４】
本発明の実施形態に従って、添付図面を参照して記載されるような粒子検出器システム１０で用いられたときに、ここに示されるような流れセンサー配置２４は、以下のことにより特徴付けられる流量測定性能を提供することができる：
検出システム１０、即ち流体取入口マニホールド２０の空気サンプル入口を通してサンプル空気の絶対体積流量を測定する流れ測定機能を提供し；
毎分０〜１００リットルの範囲での入口流量に関して、検知器１０は好ましくは単調な流れ測定特性を有し；
通常の環境領域上で作動する間、サンプリングパイプ網を用いる吸引煙検出器の分野の当業者によく知られているように、検出器システム１０は、１８０秒の期間にわたり測定が平均化されると仮定して、いずれかの単一のサンプル穴が閉塞されたときに得られた流れ変化の２分の１の最大気流速度測定誤差を達成することができ、そして；
動作状態の間、検出器システム１０は、その流量測定機能を実行可能である。
【００６５】
本発明は、以下のような多くの利点に帰着することがわかっている：
・マルチパイプ吸引システムにおけるパイプ間で変換器を共有することにより、吸引粒子検出器システムに関し、かなりの構成部分のコストを減じることが可能である。例えば２本のパイプ・システムでは、これは、４つの代わりに３つの検出器を使用可能であり、４本のパイプ・システムでは、８つの代わりに４又は５の検出器を使用可能である。
・超音波流れ検知は、体積空気流れ（分又は等価値当たりのリットル）を報告し、圧力又は密度に実質的に依存しない；
・空中に浮遊する汚染物が変換器上に堆積しないように、変換器は気流経路の外部に置かれる；
・システムは可動部を有しておらず、よって、機械的な装着を必要としない；
・超音波流れ検出は、本質的に非常に安定しており、流れ変化のより敏感な検出を可能にする；  そして、
・気流測定は、伝送変換器と受信変換器との間の超音波信号の飛行時間の決定精度を高い信頼レベルで得ることができ、ここで、受信変換器での信号の到達時間は、ここに記述される実施形態に従い決定される。
【００６６】
また、本発明の配置は、市場で配給されるエレメントのキットの一部を形成することができるということを構想させ、そのようなキットは、以下の一つ若しくは複数の組み合わせを備えることができる：
粒子検知器；
流体搬送路のサンプリング網；
吸引器；
流体入口；
流体出口；
ここに記載されるような流れ検出配置。
【００６７】
本発明は、特定の実施形態に関して記載されているが、それがさらに変更できることは理解されるだろう。この出願は、いずれの変更もカバーするように意図されており、本発明の使用又は適応は、一般的に、本発明の原理に従い、本発明が関連する技術内での既知又は慣習の実施内で生じるような、及び上述した本質的な特徴に適用可能なような、この開示内容から発展した内容を含む。
【００６８】
本発明は、本発明の本質的な特徴の精神から逸脱せずに、種々の形態にて具現化することができるので、上述の実施形態は、別段の定めがない限り本発明を限定するものではないと理解されるべきであり、むしろ、上述の開示にて規定するように、本発明の精神及び範囲内で広く解釈されるべきである。種々の変更及び等価の配置は、本発明の精神及び範囲、及びここでの開示内容に含まれるように意図される。したがって、特定の実施形態は、本発明の原理が実施可能な多くの方法の例示であると理解されねばならない。上述の開示内容、ミーンズプラスファンクション条項は、規定された機能、及び構造的な等価物のみならず等価の構造を実行するように構造をカバーするように意図される。例えば、釘とねじは、釘が木製部分をともに固定するために円筒状の表面を使用するということにおいては、構造的な等価物ではないことがあるが、一方、木製部分を固定する環境では、ねじが木製部分をともに固定するために螺旋状の表面を使用し、釘とねじは同等な構造である。
【００６９】
「備える（comprises）／備えること（comprising）」は、本明細書中で用いられたとき、述べた特徴、完全体、ステップ、又はコンポーネントの存在を明示するために用いられるが、一若しくは複数の他の特徴、完全体、ステップ、それのコンポーネント又はグループの存在又は追加を妨げない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による流れ決定装置を組み込む、吸引粒子検出器システムの一部を示している。
【図２】図２は、図１に示す装置のより詳細な平面図であり、多数の流れ搬送路又はチャンネル間で共有されるトランシーバーを用いて、本発明の実施形態による多数のパイプ配列用の流れ決定装置が示されている。
【図３】図３は、図２に示す装置の別の平面図であり、本発明の好ましい実施形態による、共有されたトランシーバーが多数の面を有する反射器である。
【図４】図４は、図３に示す装置に使用される反射器の３つの構成を示し、ａは単一のチャンネル流れ決定、ｂは二重のチャンネル流れ決定、ｃは４つのチャンネル流れ決定を示す。
【図５】図５は、隣接するパイプ又は流れ搬送路間で共有されたトランシーバーを使用する多数パイプ配列用の流れ決定装置の別の実施形態を示す。
【図６ａ】図６ａは、多数パイプ配列用の流れ決定装置の別の実施形態における側面図である。
【図６ｂ】図６ｂは、図６ａに示す流れ決定装置の一部分の図である。
【図７】図７は、図６に示す流れ決定装置の斜視図である。
【図８】図８は、本発明の好ましい実施形態による単一のチャンネル幾何学を参照して測定された相対的な信号レベルの図表である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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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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2008519964.tif 000016
2008519964.tif 000017
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