(57)【要約】イオンチャンバは、外部条件、例えば、清浄な空気または煙によって影響を受けるにつれて、その特性を表す電流を提供する。直流（ＤＣ）電圧が、第１の極性でイオンチャンバに印加され、イオンチャンバを通る結果として生じる電流および寄生漏れ電流が、第１の極性で測定され、次いで、ＤＣ電圧が、第１の極性と反対の第２の極性でイオンチャンバに印加され、イオンチャンバを通る結果として生じる電流および寄生漏れ電流が、第２の極性で測定される。実質的に、電流は、第２の極性でイオンチャンバを通って流動しないため、同相寄生漏れ電流寄与は、第２の極性で測定された電流を第１の極性で測定された電流から減算することによって、総電流測定値から除去され、イオンチャンバを通る電流のみをもたらし得る。
2014534422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンチャンバ内のイオン電流を判定するための方法であって、
イオンチャンバの第１および第２の電極を第１の極性で電圧に結合するステップと、
前記第１の極性で前記電圧によって生じた前記イオンチャンバの前記第１および第２の電極の間の第１の電流を判定するステップと、
前記イオンチャンバの前記第１および第２の電極を第２の極性で前記電圧に結合するステップと、
前記第２の極性で前記電圧によって生じた前記イオンチャンバの前記第１および第２の電極の間の第２の電流を判定するステップと、
前記第１および第２の電流の間の差異を判定するステップであって、前記差異は、前記イオンチャンバを通るイオン電流である、ステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記第２の極性は、前記第１の極性と反対である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電圧は、直流（ＤＣ）電圧である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記イオンチャンバは、その中のガス分子をイオン化するための放射源を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記イオンチャンバは、煙粒子を検出するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２の電流の間の差異を判定するステップは、
前記第１および第２の電流測定値をメモリ内に記憶するステップと、
一方の電流測定値を前記他方の電流測定値から減算するステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記電圧は、複数の電圧パルスである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
イオンチャンバ内のイオン電流を判定するための方法であって、
キャパシタを開始電圧に設定するステップと、
イオンチャンバの第１の電極を供給電圧に結合するステップと、
前記イオンチャンバの第２の電極を前記キャパシタに結合するステップと、
第１の時間周期の間、前記キャパシタを充電するステップと、
前記キャパシタにかかる第１の充電電圧をその第１のデジタル表現に変換するステップと、
前記第１のデジタル表現をメモリ内に記憶するステップと、
前記キャパシタを前記開始電圧に設定するステップと、
前記イオンチャンバの前記第２の電極を前記供給電圧に結合するステップと、
前記イオンチャンバの前記第１の電極を前記キャパシタに結合するステップと、
第２の時間周期の間、前記キャパシタを充電するステップと、
前記キャパシタにかかる第２の充電電圧をその第２のデジタル表現に変換するステップと、
前記第２のデジタル表現を前記メモリ内に記憶するステップと、
前記第１および第２のデジタル表現の間の差異を判定するステップであって、前記差異は、前記イオンチャンバ内のイオン電流のデジタル表現である、ステップと
を含む、方法。
【請求項９】
前記開始電圧は、実質的に、ゼロ（０）ボルトである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記開始電圧は、実質的に、前記供給電圧である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記差異が、アラーム条件範囲内にあるかどうかを判定するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記差異が、前記アラーム条件範囲内にあるとき、アラームを作動させるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電圧は、複数の出力電圧パルスを備える、パルス発生器である、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記イオンチャンバの周囲の保護リングを前記キャパシタにかかる電圧に充電するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
イオンチャンバ内のイオン電流を判定するための方法であって、
キャパシタを開始電圧に設定するステップと、
イオンチャンバの第１の電極をパルス源に結合するステップと、
前記イオンチャンバの第２の電極を前記キャパシタに結合するステップと、
第１の時間周期の間、前記パルス源からの複数のパルスによって、前記キャパシタを充電するステップと、
前記キャパシタを第２の電圧に充電するために要求される第１の数の前記複数のパルスをカウントするステップと、
前記第１の数をメモリ内に記憶するステップと、
前記キャパシタを前記供給電圧に設定するステップと、
前記イオンチャンバの前記第２の電極を前記パルス源に結合するステップと、
前記イオンチャンバの前記第１の電極を前記キャパシタに結合するステップと、
第２の時間周期の間、前記パルス源からの複数のパルスによって、前記キャパシタを充電するステップと、
前記キャパシタを前記第２の電圧に充電するために要求される、第２の数の前記複数のパルスをカウントするステップと、
前記第２の数をメモリ内に記憶するステップと、
前記第１および第２の数の間の差異を判定するステップであって、前記差異は、前記イオンチャンバ内のイオン電流のデジタル表現である、ステップと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記開始電圧は、実質的に、ゼロ（０）ボルトである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記開始電圧は、実質的に、前記供給電圧である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記差異が、アラーム条件範囲内にあるかどうかを判定するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記差異が、前記アラーム条件範囲内にあるとき、アラームを作動させるステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記イオンチャンバの周囲の保護リングを前記キャパシタにかかる電圧に充電するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
イオンチャンバ内のイオン電流を判定するための方法であって、
キャパシタを第１の電圧に設定するステップと、
イオンチャンバの第１の電極を時間周期および実質的ゼロボルトから実質的電圧までの電圧振幅を有する、複数の電圧遷移に結合するステップと、
前記イオンチャンバの第２の電極を前記キャパシタに結合するステップと、
前記定義された時間周期を有する前記複数の電圧遷移によって、前記キャパシタを充電および放電するステップと、
前記キャパシタを第２の電圧に充電するために要求される前記複数の電圧遷移の遷移の数をカウントするステップと
を含む、方法。
【請求項２２】
前記遷移の数が、アラーム条件範囲を表すかどうかを判定するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記キャパシタにかかる充電電圧を測定するステップと、
実質的ゼロボルトおよび実質的電圧にあるときの前記複数の電圧遷移の間の時間周期を調節するステップと
をさらに含み、
前記キャパシタにかかる充電電圧が、前記電圧の半分未満であるとき、前記ゼロボルト振幅であるときの前記複数の電圧遷移の時間周期は、前記電圧振幅であるときの前記複数の電圧遷移の時間周期を上回り、
前記キャパシタにかかる充電電圧が、実質的に、前記電圧の半分であるとき、前記複数の電圧遷移の前記ゼロボルトおよび電圧振幅の時間周期は、実質的に同一であり、
前記キャパシタにかかる充電電圧が、前記電圧の半分を上回るとき、前記ゼロボルト振幅であるときの前記複数の電圧遷移の時間周期は、前記電圧振幅であるときの前記複数の電圧遷移の時間周期未満である、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記イオンチャンバの周囲の保護リングを、実質的に、前記キャパシタにかかる充電電圧に充電するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
イオンチャンバ内のイオン電流を判定するための方法であって、
キャパシタを開始電圧に設定するステップと、
第１の極性でイオンチャンバおよびキャパシタを直列に供給電圧に結合するステップと、
第１の時間周期の間、前記キャパシタを充電するステップと、
第２の極性で前記イオンチャンバおよび前記キャパシタを直列に前記供給電圧に結合するステップと、
第２の時間周期の間、前記キャパシタを放電するステップと、
検出時間周期後、前記キャパシタにかかる充電電圧を測定するステップと
を含む、方法。
【請求項２６】
前記開始電圧は、実質的に、ゼロ（０）ボルトである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記開始電圧は、実質的に、前記供給電圧である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記測定された充電電圧が、アラーム条件範囲内にあるかどうかを判定するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記測定された充電電圧が、アラーム条件範囲内にあるとき、アラームを作動させるステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記供給電圧は、複数の電圧パルスを備える出力を有する、パルス発生器である、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記イオンチャンバの周囲の保護リングを、実質的に、前記キャパシタにかかる充電電圧に充電するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
煙を検出するための装置であって、
放射源を有し、第１および第２の電極を備える、イオンチャンバであって、煙侵入に対して開放される、イオンチャンバと、
マイクロコントローラと
を備え、前記マイクロコントローラは、
前記イオンチャンバの前記第１の電極に結合される、第１のスイッチと、
前記イオンチャンバの前記第２の電極に結合される、第２のスイッチと、
前記第１および第２のスイッチの第１の位置に結合される出力を有する、デジタルドライバと、
前記第１および第２のスイッチの第２の位置に結合される、キャパシタと、
前記キャパシタと電源コモンとの間に結合される、第３のスイッチであって、前記キャパシタを放電するために適合される、第３のスイッチと、
前記デジタルドライバの入力に結合される、タイマであって、ある時間周期を有するパルを発生させる、タイマと、
アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）と、
前記キャパシタと前記ＡＤＣとの間に結合される、第４のスイッチと、
デジタルプロセッサおよびメモリであって、前記デジタルプロセッサは、前記第１、第２、第３および第４のスイッチに結合され、それらを制御する、デジタルプロセッサおよびメモリと
を備え、
前記ＡＤＣおよびタイマは、前記デジタルプロセッサに結合され、
前記第１のスイッチが、前記第１の位置にあるとき、前記イオンチャンバの前記第１の電極は、前記デジタルドライバに結合され、
前記第１のスイッチが、前記第２の位置にあるとき、前記イオンチャンバの前記第１の電極は、前記キャパシタに結合され、
前記第２のスイッチが、前記第１の位置にあるとき、前記イオンチャンバの前記第２の電極は、前記デジタルドライバに結合され、
前記第２のスイッチが、前記第２の位置にあるとき、前記イオンチャンバの前記第２の電極は、前記キャパシタに結合され、
前記第３のスイッチが、閉鎖されるとき、前記キャパシタは、実質的に、ゼロ（０）ボルトであり、
前記第４のスイッチが、閉鎖されるとき、前記キャパシタは、前記ＡＤＣに結合される、装置。
【請求項３３】
前記イオンチャンバは、
第３の電極によって分離される、２つのチャンバであって、一方は、煙侵入に対して開放され、他方は、煙侵入に対して閉鎖される、２つのチャンバと、
前記第３の電極に結合される、第５のスイッチと
を備え、
前記第１および第５のスイッチは、３つの位置を有し、第３の位置は、開放され、
前記デジタルドライバは、前記第５のスイッチの第１の位置に結合され、
前記キャパシタは、前記第５のスイッチの第２の位置に結合される、
請求項３２に記載の煙を検出するための装置。
【請求項３４】
前記マイクロコントローラはさらに、アラームドライバを備える、請求項３２に記載の煙を検出するための装置。
【請求項３５】
前記アラームドライバに結合される、可聴／可視アラームをさらに備える、請求項３４に記載の煙を検出するための装置。
【請求項３６】
前記イオンチャンバの周囲に保護リングをさらに備え、前記保護リングは、前記キャパシタにかかる充電電圧と実質的に同一である、保護リング電圧に充電される、請求項３２に記載の煙を検出するための装置。
【請求項３７】
前記キャパシタに結合される、第２のキャパシタをさらに備える、請求項３２に記載の煙を検出するための装置。
【請求項３８】
煙を検出するための装置であって、
放射源を有し、第１および第２の電極を備える、イオンチャンバであって、煙侵入に対して開放される、イオンチャンバと、
集積回路と
を備え、前記集積回路は、
前記イオンチャンバの前記第１の電極に結合される、第１のスイッチと、
前記イオンチャンバの前記第２の電極に結合される、第２のスイッチと、
前記第１および第２のスイッチの第１の位置に結合される出力を有する、デジタルドライバと、
前記第１および第２のスイッチの第２の位置に結合される、第１の入力と、電圧基準に結合される、第２の入力とを有する、電圧コンパレータと、
前記電圧コンパレータの前記第１および第２の入力の間に結合される、キャパシタと、
前記電圧コンパレータの出力に結合される、Ｄ−入力と、クロック発生器に結合される、クロック入力とを有する、フリップフロップであって、クロック信号が、前記クロック発生器から受信されるたびに、前記Ｄ−入力における論理値は、前記フリップフロップのＱ−出力に転送される、フリップフロップと、
前記キャパシタを充電および放電するために、前記フリップフロップのＱ−出力と前記電圧コンパレータの第１の入力との間に結合される、フィードバックレジスタと、
前記電圧コンパレータの第１の入力と電源コモンとの間に結合される、電流測定レジスタであって、
前記電圧コンパレータの第１の入力にかかる電圧が、前記電圧基準からの電圧を上回るとき、前記電圧コンパレータの出力は、論理低にあり、前記キャパシタは、放電され、前記電圧コンパレータの第１の入力にかかる電圧が、前記電圧基準からの電圧未満であるとき、前記電圧コンパレータの出力は、論理高にあり、前記キャパシタは、充電される、電流測定レジスタと、
ある時間周期の間、前記フリップフロップのＱ−出力が、論理高にあるとき、前記クロック発生器からの第１の数のクロックパルスをカウントするための第１のカウンタと、
ある時間周期の間、前記クロック発生器からの第２の数のクロックパルスをカウントするための第２のカウンタと
を備え、
前記第１のスイッチが、前記第１の位置にあるとき、前記イオンチャンバの前記第１の電極は、前記デジタルドライバに結合され、
前記第１のスイッチが、前記第２の位置にあるとき、前記イオンチャンバの前記第１の電極は、前記電圧コンパレータの第１の入力に結合され、
前記第２のスイッチが、前記第１の位置にあるとき、前記イオンチャンバの前記第２の電極は、前記デジタルドライバに結合され、
前記第２のスイッチが、前記第２の位置にあるとき、前記イオンチャンバの前記第２の電極は、前記電圧コンパレータの第１の入力に結合される、装置。
【請求項３９】
前記集積回路は、デジタルプロセッサおよびメモリを有する、マイクロコントローラである、請求項３８に記載の煙を検出するための装置。
【請求項４０】
前記マイクロコントローラのデジタルプロセッサおよびメモリは、前記第１および第２のカウンタによってカウントしている間、低電力スリープモードに入る、請求項３９に記載の煙を検出するための装置。
【請求項４１】
前記集積回路はさらに、アラームドライバを備える、請求項３８に記載の煙を検出するための装置。
【請求項４２】
前記アラームドライバに結合される、可聴／可視アラームをさらに備える、請求項４１に記載の煙を検出するための装置。
【請求項４３】
前記イオンチャンバの周囲に保護リングをさらに備え、前記保護リングは、前記キャパシタにかかる充電電圧と実質的に同一である、保護リング電圧に充電される、請求項３８に記載の煙を検出するための装置。
【請求項４４】
前記キャパシタに結合される、第２のキャパシタをさらに備える、請求項３８に記載の煙を検出するための装置。
【請求項４５】
煙を検出するための装置であって、
放射源を有し、第１および第２の電極を備える、イオンチャンバであって、煙侵入に対して開放される、イオンチャンバと、
マイクロコントローラと
を備え、前記マイクロコントローラは、
前記イオンチャンバの前記第１の電極に結合される、第１のスイッチと、
前記イオンチャンバの前記第２の電極に結合される、第２のスイッチと、
前記第１および第２のスイッチの第１の位置に結合される出力を有する、デジタルドライバと、
前記第１および第２のスイッチの第２の位置に結合される、キャパシタと、
前記キャパシタと電源コモンとの間に結合される、第３のスイッチであって、前記キャパシタを放電するために適合される、第３のスイッチと、
前記キャパシタに結合される、第１の入力と、電圧基準に結合される、第２の入力とを有する、電圧コンパレータと、
前記デジタルドライバの入力に結合される、パルス発生器と、
前記パルス発生器に結合される、パルスカウンタであって、前記パルス発生器からのパルスの数をカウントする、パルスカウンタと、
デジタルプロセッサおよびメモリであって、前記デジタルプロセッサは、前記第１、第２、および第３のスイッチ、前記パルス発生器、および前記カウンタパルスに結合され、それらを制御する、デジタルプロセッサおよびメモリと
を備え、
前記第１のスイッチが、前記第１の位置にあるとき、前記イオンチャンバの前記第１の電極は、前記デジタルドライバに結合され、
前記第１のスイッチが、前記第２の位置にあるとき、前記イオンチャンバの前記第１の電極は、前記キャパシタに結合され、
前記第２のスイッチが、前記第１の位置にあるとき、前記イオンチャンバの前記第２の電極は、前記デジタルドライバに結合され、
前記第２のスイッチが、前記第２の位置にあるとき、前記イオンチャンバの前記第２の電極は、前記キャパシタに結合され、
前記第３のスイッチが、閉鎖されるとき、前記キャパシタは、実質的に、ゼロ（０）ボルトである、装置。
【請求項４６】
前記マイクロコントローラのデジタルプロセッサおよびメモリは、前記パルスカウンタによるパルスカウントの間、低電力スリープモードに入る、請求項４５に記載の煙を検出するための装置。
【請求項４７】
前記マイクロコントローラはさらに、アラームドライバを備える、請求項４５に記載の煙を検出するための装置。
【請求項４８】
前記アラームドライバに結合される、可聴／可視アラームをさらに備える、請求項４７に記載の煙を検出するための装置。
【請求項４９】
前記イオンチャンバの周囲に保護リングをさらに備え、前記保護リングは、前記キャパシタにかかる充電電圧と実質的に同一である、保護リング電圧に充電される、請求項４５に記載の煙を検出するための装置。
【請求項５０】
前記キャパシタに結合される、第２のキャパシタをさらに備える、請求項４５に記載の煙を検出するための装置。
【請求項５１】
煙を検出するための装置であって、
放射源を有し、第１および第２の電極を備える、イオンチャンバであって、煙侵入に対して開放される、イオンチャンバと、
前記イオンチャンバの前記第１の電極に結合される、パルス発生器であって、そのパルス発生器出力は、実質的ゼロボルトから実質的電圧までの電圧遷移を備える、パルス発生器と、
前記イオンチャンバの前記第２の電極に結合される、キャパシタと、
予充電電圧基準と、
前記予充電電圧基準と前記キャパシタとの間に結合される、予充電スイッチであって、最初は、前記キャパシタを第１の電圧に充電するために、前記予充電電圧基準を前記キャパシタに結合する、予充電スイッチと、
前記キャパシタに結合される、電圧判定回路と、
前記パルス発生器に結合され、いくつかのそこからのパルスの数をカウントする、パルスカウンタであって、前記パルスカウンタは、前記キャパシタを第２の電圧に充電するために要求される、前記パルス発生器からのパルスの数をカウントする、パルスカウンタと
を備える、装置。
【請求項５２】
前記パルス発生器は、プログラム可能時間周期を有する、パルス幅変調（ＰＷＭ）発生器である、請求項５１に記載の煙を検出するための装置。
【請求項５３】
前記第１の電圧は、前記電圧の約半分である、請求項５１に記載の煙を検出するための装置。
【請求項５４】
前記電圧判定回路は、電圧コンパレータを備える、請求項５１に記載の煙を検出するための装置。
【請求項５５】
前記電圧判定回路は、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を備える、請求項５１に記載の煙を検出するための装置。
【請求項５６】
前記パルス発生器、前記キャパシタ、前記予充電電圧基準、前記予充電スイッチ、前記電圧判定回路、および前記パルスカウンタは、マイクロコントローラ内に提供される、請求項５１に記載の煙を検出するための装置。
【請求項５７】
前記マイクロコントローラはさらに、アラームドライバを備える、請求項５６に記載の煙を検出するための装置。
【請求項５８】
前記アラームドライバに結合される、可聴／可視アラームをさらに備える、請求項５７に記載の煙を検出するための装置。
【請求項５９】
前記イオンチャンバの周囲に保護リングをさらに備え、前記保護リングは、前記キャパシタにかかる充電電圧と実質的に同一である、保護リング電圧に充電される、請求項５１に記載の煙を検出するための装置。
【請求項６０】
前記キャパシタに結合される、第２のキャパシタをさらに備える、請求項５１に記載の煙を検出するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、イオンチャンバインターフェース、特に、漏れ電流の存在下、イオン電流を判定する際に同相電流漏出を拒絶する電流入力インターフェースを有する、マイクロコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
煙検出器は、概して、高入力インピーダンス演算増幅器に結合される放射性イオン源を含有する、イオンチャンバを使用する。煙検出器において使用される、典型的イオンチャンバは、煙粒子の存在下では低減される、微小電流（ｎＡ）を提供する。演算増幅器は、本電流を電圧に変換するために使用され、これは、次いで、煙の存在を判定するために測定される。上昇温度は、煙検出器内の演算増幅器の入力にかかる漏れ電流の増加を生じさせる。これは、イオンチャンバ煙検出機能の全体的性能に影響を及ぼす。したがって、そのような漏れ電流の増加は、誤差等の種々の問題を呈する可能性があり、これは、煙検出器を設計するときに、さらなる補償回路を要求し得、したがって、デバイスのコストを増加させ得る。
【０００３】
さらに、イオンチャンバのインピーダンスは、非常に高く、いかなる漏れ電流、例えば、印刷回路基板の漏れ電流も、イオンチャンバ電流を分からなくしてしまう。煙検出イオンチャンバは、したがって、感知集積回路演算増幅器のピンが、屈曲され、直接、イオンチャンバに対して空中に溶接される、複雑な製造プロセスを要求する。前述のように、特殊な低漏出回路が、その中の煙の存在によって生じる、イオンチャンバを通した小電流変化を検出するために要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、高感度かつ高価な構成要素や、複雑な製造プロセスを要求しない、煙検出器のイオンチャンバ内で煙を検出するための方法の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ある実施形態によると、イオンチャンバ内のイオン電流を判定するための方法は、イオンチャンバの第１および第２の電極を第１の極性で電圧に結合するステップと、第１の極性で電圧によって生じたイオンチャンバの第１および第２の電極の間の第１の電流を判定するステップと、イオンチャンバの第１および第２の電極を第２の極性で電圧に結合するステップと、第２の極性で電圧によって生じたイオンチャンバの第１および第２の電極の間の第２の電流を判定するステップと、第１および第２の電流の間の差異を判定するステップであって、差異は、イオンチャンバを通るイオン電流であり得る、ステップとを含んでもよい。
【０００６】
本方法のさらなる実施形態によると、第２の極性は、第１の極性と反対であってもよい。本方法のさらなる実施形態によると、電圧は、直流（ＤＣ）電圧であってもよい。本方法のさらなる実施形態によると、イオンチャンバは、その中のガス分子をイオン化するための放射源を備えてもよい。本方法のさらなる実施形態によると、イオンチャンバは、煙粒子を検出するために使用されてもよい。
【０００７】
本方法のさらなる実施形態によると、第１および第２の電流の間の差異を判定するステップは、第１および第２の電流測定値をメモリ内に記憶するステップと、一方の電流測定値を他方の電流測定値から減算するステップとを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、電圧は、複数の電圧パルスであってもよい。
【０００８】
別の実施形態によると、イオンチャンバ内のイオン電流を判定するための方法は、キャパシタを開始電圧に設定するステップと、イオンチャンバの第１の電極を供給電圧に結合するステップと、イオンチャンバの第２の電極をキャパシタに結合するステップと、第１の時間周期の間、キャパシタを充電するステップと、キャパシタにかかる第１の充電電圧をその第１のデジタル表現に変換するステップと、第１のデジタル表現をメモリ内に記憶するステップと、キャパシタを開始電圧に設定するステップと、イオンチャンバの第２の電極を供給電圧に結合するステップと、イオンチャンバの第１の電極をキャパシタに結合するステップと、第２の時間周期の間、キャパシタを充電するステップと、キャパシタにかかる第２の充電電圧をその第２のデジタル表現に変換するステップと、第２のデジタル表現をメモリ内に記憶するステップと、第１および第２のデジタル表現の間の差異を判定するステップであって、差異は、イオンチャンバ内のイオン電流のデジタル表現であり得る、ステップとを含んでもよい。
【０００９】
本方法のさらなる実施形態によると、開始電圧は、実質的に、ゼロ（０）ボルトであってもよい。本方法のさらなる実施形態によると、開始電圧は、実質的に、供給電圧であってもよい。本方法のさらなる実施形態によると、差異が、アラーム条件範囲内にあり得るかどうかを判定するステップを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、差異が、アラーム条件範囲内にあり得るとき、アラームを作動させるステップを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、電圧は、複数の出力電圧パルスを備える、パルス発生器であってもよい。本方法のさらなる実施形態によると、イオンチャンバの周囲の保護リングをキャパシタにかかる電圧に充電するステップを含んでもよい。
【００１０】
さらに別の実施形態によると、イオンチャンバ内のイオン電流を判定するための方法は、キャパシタを開始電圧に設定するステップと、イオンチャンバの第１の電極をパルス源に結合するステップと、イオンチャンバの第２の電極をキャパシタに結合するステップと、第１の時間周期の間、パルス源からの複数のパルスによって、キャパシタを充電するステップと、キャパシタを第２の電圧に充電するために要求される第１の数の複数のパルスをカウントするステップと、第１の数をメモリ内に記憶するステップと、キャパシタを供給電圧に設定するステップと、イオンチャンバの第２の電極をパルス源に結合するステップと、イオンチャンバの第１の電極をキャパシタに結合するステップと、第２の時間周期の間、パルス源からの複数のパルスによって、キャパシタを充電するステップと、キャパシタを第２の電圧に充電するために要求される、第２の数の複数のパルスをカウントするステップと、第２の数をメモリ内に記憶するステップと、第１および第２の数の間の差異を判定するステップであって、差異は、イオンチャンバ内のイオン電流のデジタル表現であり得る、ステップとを含んでもよい。
【００１１】
本方法のさらなる実施形態によると、開始電圧は、実質的に、ゼロ（０）ボルトであってもよい。本方法のさらなる実施形態によると、開始電圧は、実質的に、供給電圧であってもよい。本方法のさらなる実施形態によると、差異が、アラーム条件範囲内であり得るかどうかを判定するステップを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、差異が、アラーム条件範囲内であり得るとき、アラームを作動させるステップを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、イオンチャンバの周囲の保護リングをキャパシタにかかる電圧に充電するステップを含んでもよい。
【００１２】
さらに別の実施形態によると、イオンチャンバ内のイオン電流を判定するための方法は、キャパシタを第１の電圧に設定するステップと、イオンチャンバの第１の電極をある時間周期および実質的ゼロボルトから実質的電圧までのある電圧振幅を有する、複数の電圧遷移に結合するステップと、イオンチャンバの第２の電極をキャパシタに結合するステップと、定義された時間周期を有する複数の電圧遷移によって、キャパシタを充電および放電するステップと、キャパシタを第２の電圧に充電するために要求される複数の電圧遷移の遷移の数をカウントするステップとを含んでもよい。
【００１３】
本方法のさらなる実施形態によると、遷移の数が、アラーム条件範囲を表すかどうかを判定するステップを含んでもよい。
【００１４】
本方法のさらなる実施形態によると、キャパシタにかかる充電電圧を測定するステップと、実質的ゼロボルトおよび実質的電圧にあるときの複数の電圧遷移の間の時間周期を調節するステップとを含んでもよく、キャパシタにかかる充電電圧が、電圧の半分未満であり得るとき、ゼロボルト振幅であるときの複数の電圧遷移の時間周期は、電圧振幅であるときの複数の電圧遷移の時間周期を上回り得、キャパシタにかかる充電電圧が、実質的に、電圧の半分であり得るとき、複数の電圧遷移のゼロボルトおよび電圧振幅の時間周期は、実質的に同一であり得、キャパシタにかかる充電電圧が、電圧の半分を上回り得るとき、ゼロボルト振幅であるときの複数の電圧遷移の時間周期は、電圧振幅であるときの複数の電圧遷移の時間周期未満であり得る。
【００１５】
本方法のさらなる実施形態によると、イオンチャンバの周囲の保護リングを、実質的に、キャパシタにかかる充電電圧に充電するステップを含んでもよい。
【００１６】
別の実施形態によると、イオンチャンバ内のイオン電流を判定するための方法は、キャパシタを開始電圧に設定するステップと、第１の極性でイオンチャンバおよびキャパシタを直列に供給電圧に結合するステップと、第１の時間周期の間、キャパシタを充電するステップと、第２の極性でイオンチャンバおよびキャパシタを直列に供給電圧に結合するステップと、第２の時間周期の間、キャパシタを放電するステップと、検出時間周期後、キャパシタにかかる充電電圧を測定するステップとを含んでもよい。
【００１７】
本方法のさらなる実施形態によると、開始電圧は、実質的に、ゼロ（０）ボルトであってもよい。本方法のさらなる実施形態によると、開始電圧は、実質的に、供給電圧であってもよい。本方法のさらなる実施形態によると、測定された充電電圧が、アラーム条件範囲内であり得るかどうかを判定するステップを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、測定された充電電圧が、アラーム条件範囲内にあり得るとき、アラームを作動させるステップを含んでもよい。本方法のさらなる実施形態によると、供給電圧は、複数の電圧パルスを備える出力を有する、パルス発生器であってもよい。本方法のさらなる実施形態によると、イオンチャンバの周囲の保護リングを、実質的に、キャパシタにかかる充電電圧に充電するステップを含んでもよい。
【００１８】
別の実施形態によると、煙を検出するための装置は、放射源を有し、第１および第２の電極を備える、イオンチャンバであって、煙侵入に対して開放され得る、イオンチャンバと、マイクロコントローラであって、イオンチャンバの第１の電極に結合される、第１のスイッチと、イオンチャンバの第２の電極に結合される、第２のスイッチと、第１および第２のスイッチの第１の位置に結合される出力を有する、デジタルドライバと、第１および第２のスイッチの第２の位置に結合される、キャパシタと、キャパシタと電源コモンとの間に結合される、第３のスイッチであって、キャパシタを放電するために適合される、第３のスイッチと、デジタルドライバの入力に結合される、タイマであって、ある時間周期を有するパルを発生させる、タイマと、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）と、キャパシタとＡＤＣとの間に結合される、第４のスイッチと、デジタルプロセッサおよびメモリであって、デジタルプロセッサは、第１、第２、第３、および第４のスイッチに結合され、それらを制御する、デジタルプロセッサおよびメモリとを備え、ＡＤＣおよびタイマは、デジタルプロセッサに結合されてもよく、第１のスイッチが、第１の位置にあり得るとき、イオンチャンバの第１の電極は、デジタルドライバに結合されてもよく、第１のスイッチが、第２の位置にあり得るとき、イオンチャンバの第１の電極は、キャパシタに結合されてもよく、第２のスイッチが、第１の位置にあり得るとき、イオンチャンバの第２の電極は、デジタルドライバに結合されてもよく、第２のスイッチが、第２の位置にあり得るとき、イオンチャンバの第２の電極は、キャパシタに結合されてもよく、第３のスイッチが、閉鎖され得るとき、キャパシタは、実質的に、ゼロ（０）ボルトであってもよく、第４のスイッチが、閉鎖され得るとき、キャパシタは、ＡＤＣに結合されてもよい、マイクロコントローラとを備えてもよい。
【００１９】
さらなる実施形態によると、イオンチャンバは、第３の電極によって分離される、２つのチャンバであって、２つのチャンバの一方は、煙侵入に対して開放されてもよく、他方は、煙侵入に対して閉鎖されてもよい、チャンバと、第３の電極に結合される、第５のスイッチとを備えてもよく、第１および第５のスイッチは、３つの位置を有し、第３の位置は、開放されてもよく、デジタルドライバは、第５のスイッチの第１の位置に結合されてもよく、キャパシタは、第５のスイッチの第２の位置に結合されてもよい。
【００２０】
さらなる実施形態によると、マイクロコントローラは、アラームドライバを備えてもよい。さらなる実施形態によると、可聴／可視アラームが、アラームドライバに結合されてもよい。さらなる実施形態によると、保護リングが、イオンチャンバの周囲にあってもよく、保護リングは、キャパシタにかかる充電電圧と実質的に同一である、保護リング電圧に充電されてもよい。さらなる実施形態によると、第２のキャパシタは、キャパシタに結合されてもよい。
【００２１】
別の実施形態によると、煙を検出するための装置は、放射源を有し、第１および第２の電極を備える、イオンチャンバであって、煙侵入に対して開放され得る、イオンチャンバと、集積回路であって、イオンチャンバの第１の電極に結合される、第１のスイッチと、イオンチャンバの第２の電極に結合される、第２のスイッチと、第１および第２のスイッチの第１の位置に結合される出力を有する、デジタルドライバと、第１および第２のスイッチの第２の位置に結合される、第１の入力と、電圧基準に結合される、第２の入力とを有する、電圧コンパレータと、電圧コンパレータの第１および第２の入力の間に結合される、キャパシタと、電圧コンパレータの出力に結合される、Ｄ−入力と、クロック発生器に結合される、クロック入力とを有する、フリップフロップであって、クロック信号が、クロック発生器から受信され得るたび、Ｄ−入力における論理値が、フリップフロップのＱ−出力に転送され得る、フリップフロップと、キャパシタを充電および放電するために、フリップフロップのＱ−出力と電圧コンパレータの第１の入力との間に結合される、フィードバックレジスタと、電圧コンパレータの第１の入力と電源コモンとの間に結合される、電流測定レジスタと、電圧コンパレータの第１の入力にかかる電圧が、電圧基準からの電圧を上回り得るとき、電圧コンパレータの出力は、論理低であり得、キャパシタは、放電され得、電圧コンパレータの第１の入力にかかる電圧が、電圧基準からの電圧未満であり得るとき、電圧コンパレータの出力は、論理高であり得、キャパシタは、充電され得、フリップフロップのＱ−出力が、ある時間周期の間、論理高であり得るとき、クロック発生器からの第１の数のクロックパルスをカウントするための第１のカウンタと、ある時間周期の間、クロック発生器からの第２の数のクロックパルスを判定するための第２のカウンタとを備え、第１のスイッチが、第１の位置にあり得るとき、イオンチャンバの第１の電極は、デジタルドライバに結合されてもよく、第１のスイッチが、第２の位置にあり得るとき、イオンチャンバの第１の電極は、電圧コンパレータの第１の入力に結合されてもよく、第２のスイッチが、第１の位置にあり得るとき、イオンチャンバの第２の電極は、デジタルドライバに結合されてもよく、第２のスイッチが、第２の位置にあり得るとき、イオンチャンバの第２の電極は、電圧コンパレータの第１の入力に結合されてもよい、集積回路とを備えてもよい。
【００２２】
さらなる実施形態によると、集積回路は、デジタルプロセッサおよびメモリを有する、マイクロコントローラであってもよい。さらなる実施形態によると、マイクロコントローラのデジタルプロセッサおよびメモリは、第１および第２のカウンタによってカウントしている間、低電力スリープモードに入ってもよい。さらなる実施形態によると、集積回路は、アラームドライバを備えてもよい。さらなる実施形態によると、可聴／可視アラームが、アラームドライバに結合されてもよい。さらなる実施形態によると、保護リングが、イオンチャンバの周囲にあってもよく、保護リングは、キャパシタにかかる充電電圧と実質的に同一である、保護リング電圧に充電されてもよい。さらなる実施形態によると、第２のキャパシタが、キャパシタに結合されてもよい。
【００２３】
別の実施形態によると、煙を検出するための装置は、放射源を有し、第１および第２の電極を備える、イオンチャンバであって、煙侵入に対して開放され得る、イオンチャンバと、マイクロコントローラであって、イオンチャンバの第１の電極に結合される、第１のスイッチと、イオンチャンバの第２の電極に結合される、第２のスイッチと、第１および第２のスイッチの第１の位置に結合される出力を有する、デジタルドライバと、第１および第２のスイッチの第２の位置に結合される、キャパシタと、キャパシタと電源コモンとの間に結合される、第３のスイッチであって、キャパシタを放電するために適合される、第３のスイッチと、キャパシタに結合される、第１の入力と、電圧基準に結合される、第２の入力とを有する、電圧コンパレータと、デジタルドライバの入力に結合される、パルス発生器と、パルス発生器に結合される、パルスカウンタであって、パルス発生器からのパルスの数をカウントする、パルスカウンタと、デジタルプロセッサおよびメモリであって、デジタルプロセッサは、第１、第２、および第３のスイッチ、パルス発生器、およびカウンタパルスに結合され、それらを制御し得る、デジタルプロセッサおよびメモリとを備えてもよく、第１のスイッチが、第１の位置にあり得るとき、イオンチャンバの第１の電極は、デジタルドライバに結合されてもよく、第１のスイッチが、第２の位置にあり得るとき、イオンチャンバの第１の電極は、キャパシタに結合されてもよく、第２のスイッチが、第１の位置にあり得るとき、イオンチャンバの第２の電極は、デジタルドライバに結合されてもよく、第２のスイッチが、第２の位置にあり得るとき、イオンチャンバの第２の電極は、キャパシタに結合されてもよく、第３のスイッチが、閉鎖され得るとき、キャパシタは、実質的に、ゼロ（０）ボルトであってもよい、マイクロコントローラとを備えてもよい。
【００２４】
さらなる実施形態によると、マイクロコントローラのデジタルプロセッサおよびメモリは、パルスカウンタによるパルスカウントの間、低電力スリープモードに入ってもよい。さらなる実施形態によると、マイクロコントローラはさらに、アラームドライバを備えてもよい。さらなる実施形態によると、可聴／可視アラームが、アラームドライバに結合されてもよい。さらなる実施形態によると、保護リングは、イオンチャンバの周囲に位置してもよく、保護リングは、キャパシタにかかる充電電圧と実質的に同一である、保護リング電圧に充電されてもよい。さらなる実施形態によると、第２のキャパシタは、キャパシタに結合されてもよい。
【００２５】
別の実施形態によると、煙を検出するための装置は、放射源を有し、第１および第２の電極を備える、イオンチャンバであって、煙侵入に対して開放され得る、イオンチャンバと、イオンチャンバの第１の電極に結合されるパルス発生器であって、その出力は、実質的ゼロボルトから実質的電圧までの電圧遷移を備え得る、パルス発生器と、イオンチャンバの第２の電極に結合される、キャパシタと、予充電電圧基準と、予充電電圧基準とキャパシタとの間に結合される、予充電スイッチであって、最初は、キャパシタを第１の電圧に充電するために、予充電電圧基準をキャパシタに結合する、予充電スイッチと、キャパシタに結合される、電圧判定回路と、パルス発生器に結合され、そこからのパルスの数をカウントする、パルスカウンタであって、キャパシタを第２の電圧に充電するために要求される、パルス発生器からのパルスの数をカウントする、パルスカウンタとを備えてもよい。
【００２６】
さらなる実施形態によると、パルス発生器は、プログラム可能時間周期を有する、パルス幅変調（ＰＷＭ）発生器であってもよい。さらなる実施形態によると、第１の電圧は、該電圧の約半分であってもよい。さらなる実施形態によると、電圧判定回路は、電圧コンパレータを備えてもよい。さらなる実施形態によると、電圧判定回路は、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を備えてもよい。
【００２７】
さらなる実施形態によると、パルス発生器、キャパシタ、予充電電圧基準、予充電スイッチ、電圧判定回路、およびパルスカウンタは、マイクロコントローラ内に提供されてもよい。さらなる実施形態によると、マイクロコントローラはさらに、アラームドライバを備えてもよい。さらなる実施形態によると、可聴／可視アラームが、アラームドライバに結合されてもよい。さらなる実施形態によると、保護リングは、イオンチャンバの周囲にあってもよく、保護リングは、キャパシタにかかる充電電圧と実質的に同一である、保護リング電圧に充電されてもよい。さらなる実施形態によると、第２のキャパシタは、キャパシタに結合されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本開示のより完全な理解は、付随の図面と関連して検討される以下の説明を参照することによって得られ得る。
【図１】図１は、放射源を有し、そこへの異なる極性電圧接続のために、それを通る電流を示す、イオンチャンバの概略図を図示する。
【図２】図２は、一定電流源から充電されている、キャパシタの時間−電圧グラフを図示する。
【図３】図３は、本開示の教示による、マイクロコントローラの入力および出力インターフェースに結合される、電流源の概略ブロック図を図示する。
【図４】図４は、本開示の教示による、図３に示される周辺機器機能の動作のための概略タイミング図を図示する。
【図５】図５は、本開示の具体的例示的実施形態による、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図を図示する。
【図６】図６は、本開示の別の具体的例示的実施形態による、２チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図を図示する。
【図７】図７は、本開示のさらに別の具体的例示的実施形態による、差動デルタシグマアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を使用する、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図を図示する。
【図８】図８は、本開示のさらに別の具体的例示的実施形態による、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図を図示する。
【図９】図９は、本開示のさらに別の具体的例示的実施形態による、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図を図示する。
【図１０】図１０は、本開示の別の具体的例示的実施形態による、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図を図示する。
【図１１】図１１は、本開示のさらに別の具体的例示的実施形態による、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図を図示する。
【図１２】図１２は、具体的例示的実施形態および本開示の教示による、本明細書に開示および説明される実施形態と組み合わせて使用され得る、単一チャンバイオン煙検出器のフロントエンド部分の概略ブロック図を図示する。
【図１３】図１３は、本開示のさらに別の具体的例示的実施形態による、外部充電キャパシタを使用する、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図を図示する。
【図１４】図１４は、接地された伝導面に近接近して、容量プレートを囲繞する静電場線と、容量プレートと接地された伝導面との間に保護リングを伴う、容量プレートを囲繞する静電場線との略図を図示する。
【図１５】図１５、１６、１７、および１８は、本開示の教示および実施形態による、動作の概略プロセス流れ図を図示する。
【図１６】図１５、１６、１７、および１８は、本開示の教示および実施形態による、動作の概略プロセス流れ図を図示する。
【図１７】図１５、１６、１７、および１８は、本開示の教示および実施形態による、動作の概略プロセス流れ図を図示する。
【図１８】図１５、１６、１７、および１８は、本開示の教示および実施形態による、動作の概略プロセス流れ図を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本開示は、種々の修正および代替形態を被り得るが、その具体的例示的実施形態が、図面に図示され、本明細書に詳細に説明されている。しかしながら、具体的例示的実施形態の本明細書における説明は、本開示を本明細書に開示される特定の形態に限定することを意図するものではなく、対照的に、本開示は、添付の請求項によって定義される、あらゆる修正および均等物を網羅することを理解されたい。
【００３０】
本明細書で論じられる本開示の実施形態によると、特に、小電流が、電流出力を有するセンサ、例えば、煙検出イオンチャンバ以外の外部構成要素を伴わずに、直接、マイクロコントローラによって、直接測定されることを可能にするであろう。イオンチャンバは、イオンチャンバ内のガスのイオン化に応じて、それを通る電流漏出または変動高抵抗を有する、キャパシタとして、モデル化され得る。ガスのイオン化は、煙検出イオンチャンバ内のイオン源によって生じられる。望ましくない漏れ電流もまた、煙検出イオンチャンバが結合される、印刷回路基板（ＰＣＢ）上に存在する。
【００３１】
煙の検出のための使用されるイオンチャンバは、イオンチャンバ内に、チャンバ内のガス（例えば、空気）分子の一部をイオン化させる、放射源を備える。これは、通常より多い数の電気的に極性化（イオン化）されたガス分子のため、通常より高い誘電率のガスをもたらす。したがって、電圧が、イオンチャンバ電極の２つに横断してかけられると（図１参照）、小電流が、本イオン化されたガスを通して流動するであろう。煙が、イオンチャンバに流入すると、煙は、イオン化されたガス分子と反応し、それによって、その誘電率εを変化させ、イオン化されたガス分子の数を減少させる。これは、イオンチャンバを通して、より少ない漏れ電流をもたらす。イオンチャンバ電流漏出は、温度、相対湿度、および電圧変動に伴って変動するであろう。しかし、これらの変動は、変化が非常にゆっくりである。しかしながら、煙は、イオンチャンバ漏れ電流に突然の変化を生じさせる（イオン電流を低減させる）。
【００３２】
イオンチャンバを横断して、電圧電位を第１の極性で印加し、イオンチャンバを通る総電流およびＰＣＢ漏れ電流を測定し、次いで、イオンチャンバを横断して、電圧電位を第２（反対）の極性で印加し、ＰＣＢ漏れ電流のみを測定することによって、同相双極ＰＣＢ漏れ電流が、単極イオン電流から単離され、それによって、イオンチャンバ内の煙検出の感度を増加させることができる。加えて、コストがかかる物理的漏出補償技法は、必要とされなくなる。
【００３３】
アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）と併用される、サンプリングキャパシタは、ある制約を有する。しかしながら、これらの制約は、既知である。外部解決策は、機器印刷回路基板（ＰＣＢ）の寄生効果および他の環境条件に対処するための付加的増幅ステップを要求する。必要回路部分をマイクロコントローラおよびＡＤＣ内に移動させることによって、これらの寄生効果は、容易に既知となり、制御され、回路解決策は、よりコンパクトかつセンサ入力に高感度となる。
【００３４】
そのような電流／電圧インターフェースは、有利には、イオンチャンバ煙検出器と併用されることができ、イオンチャンバ煙センサとインターフェースをとるためのコストを有意に削減するであろう。種々の実施形態によると、イオンチャンバ等の外部デバイスからの電流は、ＡＤＣの入力に接続される。ＡＤＣの内部サンプリングキャパシタは、電流充電を受容し、ある時間周期にわたって、電圧を生成する。時間周期が経過後、Ｓ／Ｈキャパシタにかかる電圧は、ＡＤＣによって、アナログからデジタルかへの変換を始動することによって、測定されてもよい。代替として、ある電圧（電圧ターゲット）が、Ｓ／Ｈキャパシタ上で到達されると、Ｓ／Ｈキャパシタをある電圧に充電するために要求される時間が、判定されてもよい。いずれかの方法によって、イオンチャンバ煙センサを通るイオン電流が、判定されてもよく、イオン電流の変化は、イオンチャンバ内の煙を示す。
【００３５】
本電流は、第１の極性電圧が、イオンチャンバ電極に印加されると、イオンチャンバを通るガスイオン化電流および印刷回路基板漏れ電流を表す。第２の極性電圧（第１の極性電圧と反対）が、イオンチャンバ電極に印加されると、充電電流は、印刷回路基板漏れ電流のみとなるであろう。第２の極性電圧を使用して判定される電流を第１の極性電圧を使用して判定される電流から減算することによって、ガスイオン化電流が、判定されてもよい。
【００３６】
充電時間測定ユニット（ＣＴＭＵ）の一部は、Ｓ／Ｈキャパシタ上の充電電圧値を判定する際に使用されてもよい。ＣＴＭＵは、ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ．ｃｏｍから利用可能なＭｉｃｒｏｃｈｉｐのアプリケーションノートＡＮ１２５０、ＡＮ１３７５等ならびに米国特許第７，４６０，４４１Ｂ２号および第７，７６４，２１３Ｂ２号により完全に説明されており、全て、あらゆる目的のために、参照することによって本明細書に組み込まれる。ＣＴＭＵ充電電圧測定精度は、既知の時間周期にわたって、電流源から既知の値のキャパシタを充電し、次いで、充電されたキャパシタ上で生じる電圧をサンプリングすることによって達成される。本サンプリングされた電圧は、次いで、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）によって、デジタル値に変換され、随意に、ルックアップテーブル、またはサンプリングされた電圧のデジタル値を基準値に対する比較のための値に変換するための他の手段が、使用されてもよい。サンプリングされた電圧値は、アラーム条件、例えば、煙検出におけるように、基準値と有意に異なる場合、アラームが、発報されてもよい。サンプリングされた電圧値が、所望の値内である場合、アラーム条件は、存在しない。
【００３７】
本明細書に説明される種々の実施形態は、電流出力を有するセンサを使用して、用途のためのコスト効果的解決策を生成する能力を提供する。したがって、高価な演算増幅器および関連付けられた回路の必要性は、除去される。種々の実施形態による、インターフェースは、有利には、煙検出器イオンチャンバと組み合わせて使用され、高速で発生する煙炎を検出し得る。
【００３８】
次に、図面を参照すると、具体的例示的実施形態の詳細が、図式的に図示される。図面中の同一要素は、同一番号で表され、類似要素は、異なる小文字添え字を伴う、同一番号によって表されるであろう。
【００３９】
図１を参照すると、描写されるのは、放射源を有し、そこへの異なる極性電圧接続のために、それを通して流動する電流を示す、イオンチャンバの概略図である。イオンチャンバ１０２は、２つの電極、例えば、電極１０４および１０６が、その間にいくつかのイオン化されたガス（例えば、空気）分子を有するものとして特徴付けられ得る。ガス分子は、放射源１０８によって、イオン化される。電圧電位１１２が、第１の極性（電極１０６に対して正および電極１０４に対して負）で２つの電極１０４と１０６との間に印加されると、正にバイアスされたイオン化電子電流１１６が、イオン化されたガスを通して流動するであろう。電圧電位１１２が、第２の極性（電極１０４に対して正および電極１０６に対して負）で２つの電極１０４と１０６との間に印加されると、現時点では、電極１０４は、イオン化されたガス電子を反発するであろうため、実質的に、負にバイアスされたイオン化電子電流１１６ａは、イオン化されたガスを通して流動しないであろう。しかしながら、漏れ電流１１４、例えば、印刷回路基板汚染物質、潤滑油、埃等は、電圧電位１１２の接続された極性に関係なく、流動するであろう。
【００４０】
したがって、電圧電位１１２が、チャンバ１０２の電極１０４および１０６を横断して、第１の極性で接続されると、電流計１１０を通る総電流は、イオン化された電子電流１１６に漏れ電流１１４を加えたものとなる。また、電圧電位１１２が、チャンバ１０２の電極１０４および１０６を横断して、第２の極性で接続されると、電流計１１０を通る総電流は、実質的に、イオン化された電子電流１１６ａに漏れ電流１１４を加えたものではなく、実質的に、漏れ電流１１４のみをもたらす。したがって、漏れ電流１１４を総電流から減算することによって、実際のイオン化された電子電流１１６が、判定され得る。これは、イオン化された電子電流１１６におけるいかなる変化も、より高い感度で測定を可能にし、これらの変化は、望ましくない漏れ電流１１４によって分からなくなることはない。イオン源１０８によってイオン化され得る、任意の流体、例えば、ガスまたは液体は、本明細書に前述されるように機能するであろうことが想定され、これは、本開示の範囲内である。
【００４１】
図２を参照すると、描写されるのは、一定電流源から充電されているキャパシタの時間−電圧グラフである。キャパシタ２２０が、一定電流源２２２を通して充電されると、キャパシタ２２０を横断する電圧Ｖは、式（１）：Ｉ＝Ｃ＊ｄＶ／ｄＴに従って、時間に伴って、線形に増加し、式中、Ｃは、キャパシタ２２０のキャパシタンス値であって、Ｉは、一定電流源２２２からの電流であって、Ｖは、時間Ｔにおける、キャパシタ２２０にかかる電圧である。電流Ｉ、時間Ｔ、および電圧Ｖのうちの任意の２つの値が、既知であるとき、他の未知の値は、２つの既知の値から計算されてもよい。例えば、キャパシタ２２０のキャパシタンスおよび時間Ｔ＝Ｔ２−Ｔ１が、既知であって、キャパシタ２２０にかかる電圧Ｖが、測定される場合、電流充電が、判定され得る。これは、充電電圧（例えば、キャパシタ２２０にかかる電圧）を測定されたプロセス変数、例えば、イオン化された電子電流１１６に漏れ電流１１４を加えたものおよび実質的漏れ電流１１４（電流１１６ａ＋電流１１４）への変換を可能にする。単純電圧対プロセス変数値のルックアップテーブルもまた提供され、デジタルプロセッサ３２６（図３）のメモリ内に記憶されてもよい。
【００４２】
図３を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、マイクロコントローラの入力および出力インターフェースに結合される、電流源の概略ブロック図である。マイクロコントローラ３２４は、関連付けられたサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）キャパシタ２２０を有する、内部アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）３２８を備える。さらに、サンプルホールドスイッチ３３６および放電スイッチ３３２が、提供される。放電スイッチ３３２は、Ｓ／Ｈキャパシタ２２０を実質的にゼロ（０）ボルトに放電させる。ＡＤＣスイッチ３３４は、アナログ／デジタル変換サイクルの間、ＡＤＣ３２８をＳ／Ｈキャパシタ２２０に結合するように提供される。
【００４３】
タイマ３３０は、サンプルホールドスイッチ３３６を精密に制御するために使用されてもよい。マイクロコントローラ３２４内のデジタルプロセッサおよびメモリ３２６は、放電スイッチ３３２およびＡＤＣスイッチ３３４を制御し（または、ＡＤＣ３２８周辺機器が、スイッチ３３４を制御してもよい）、タイマ３３０を始動させるために使用されてもよく、または独立制御ユニット（図示せず）が、マイクロコントローラ３２４内のデジタルプロセッサ３２６から別個に提供され、独立して、Ｓ／Ｈキャパシタ２２０の充電およびサンプリングの動作を制御してもよい。他の実施形態によると、本制御ユニット（図示せず）は、例えば、限定ではないが、マイクロコントローラ３２４内のプログラム可能状態機械または任意の他の好適な順次制御ユニットであってもよい。
【００４４】
電流源２２２は、電流出力を有する、センサ、例えば、イオン煙チャンバ１０２（図１参照）であってもよい。出力ドライバ３２７は、電流源２２２を駆動させ、周期的に、電力の節約のために、動作電圧１１２（図１）を電流源２２２に供給し、例えば、バッテリ寿命を増加させるために使用されてもよい。イオン煙チャンバ１０２はまた、変数レジスタが、その中への煙の導入に伴って変化（増加）する超高抵抗を有するものとして特徴付けられ得る。Ｓ／Ｈキャパシタ２２０にかかる結果として生じる充電電圧は、イオン煙チャンバ１０２の等価抵抗およびＳ／Ｈキャパシタ２２０キャパシタンスのＲＣ時間定数の結果である。好ましくは、出力ドライバ３２７は、Ｓ／Ｈキャパシタ２２０をＡＤＣ３２８による最良電圧分解能を可能にするであろう電圧に充電する時間周期にわたって、供給動作電圧１１２を印加し得る。さらに、時間周期は、例えば、静止サンプリング条件の間、供給電圧の半分等、Ｓ／Ｈキャパシタ２２０にかかる充電電圧を最適化するための動作条件を変動させるために変更されてもよい。それによって、静止電圧サンプリング条件からの充電電圧の上昇または減少における測定可能変化の範囲分解能を最大限にする。
【００４５】
図４を参照すると、描写されるのは、本開示の教示による、図３に示される周辺機器機能の動作のための概略タイミング図である。スイッチ３３２は、閉鎖し、Ｓ／Ｈキャパシタ２２０にかかるいかなる電力も実質的にゼロボルトに除去する。次いで、タイマ３３０は、既知の固定時間周期Ｔ＝Ｔ２−Ｔ１の間、サンプルホールドスイッチ３３６を閉鎖する。次いで、時間Ｔ後、サンプルホールドスイッチ３３６は、開放する。これは、出力ドライバ３２７によって駆動された電流源２２２によって判定された率でサンプルホールドキャパシタ２２０を充電させる。時間周期Ｔが経過した後、ＡＤＣスイッチ３３４は、閉鎖し、ＡＤＣ３２８は、Ｓ／Ｈキャパシタ２２０にかかる充電電圧をそのデジタル表現に変換する。デジタルプロセッサ３２６は、その後、さらなる処理、例えば、煙検出およびそのアラーム通知のために、本デジタル表現を読み取ってもよい。スイッチ３３６は、タイマ３３０の出力によって、ドライバ３２７を駆動させることによって排除されてもよく、ドライバ３２７の出力は、双方向性電流ダイオード３２９と直列であって、論理低出力条件にあるとき、ドライバ３２７へのＳ／Ｈキャパシタの逆放電を防止してもよい。ドライバ３２７の出力はまた、Ｓ／Ｈキャパシタ２２０へのパルスが終了すると、高インピーダンス状態に置かれてもよい。
【００４６】
図５を参照すると、描写されるのは、本開示の具体的例示的実施形態による、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図である。マイクロコントローラ５２４は、関連付けられたサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）キャパシタ２２０を有する、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）３２８と、タイマ３３０と、デジタルプロセッサおよびメモリ３２６と、放電スイッチ３３２と、ＡＤＣサンプルスイッチ３３４と、デジタル出力ドライバ５３６と、外部ＧＰＩＯ接続５３８に結合される汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）スイッチ５４０および５４２を備える。放電スイッチ３３２は、Ｓ／Ｈキャパシタ２２０を実質的にゼロ（０）ボルトに放電させる。ＡＤＣサンプルスイッチ３３４は、アナログ／デジタル変換サイクルの間、ＡＤＣ３２８をＳ／Ｈキャパシタ２２０に結合する。マイクロコントローラ５２４はさらに、可聴／可視アラート５５０、例えば、警笛、サイレン等に結合される、アラームドライバ５４８を備えてもよい。煙検出イオンチャンバ１０２は、ＧＰＩＯ接続５３８に結合される。外部キャパシタ２２０ａは、イオンチャンバ１０２が充電する総キャパシタンスを増加させるために、入力−出力（Ｉ／Ｏ）接続５４４に追加されてもよい。本外部キャパシタ２２０ａおよびＩ／Ｏ接続５４４は、本明細書に開示される実施形態のいずれかに追加されてもよい。
【００４７】
タイマ３３０は、イオンチャンバ１０２への電圧パルスを制御するために使用されてもよい。デジタルプロセッサ３２６は、放電スイッチ３３２、ＡＤＣサンプルスイッチ３３４を制御し、タイマ３３０を始動させるために使用されてもよく、代替として、ＡＤＣ３２８の周辺機器が、ＡＤＣサンプルスイッチ３３４を制御し、また、タイマ３３０を始動させてもよく、または代替として、独立制御ユニット（図示せず）が、デジタルプロセッサ３２６から別個に提供され、独立して、これらの構成要素の動作を制御してもよい。他の実施形態によると、本制御ユニット（図示せず）は、例えば、限定ではないが、プログラム可能状態機械またはマイクロコントローラ５２４内の任意の他の好適な順次制御ユニットであってもよい。出力ドライバ５３６は、タイマ３３０によって判定される持続時間のパルス幅を有する電圧（１１２）を印加し、静止動作条件の間、出力ドライバ５３６から供給される電圧の約半分までキャパシタ２２０を充電し得る、パルス持続時間を有してもよい。周期的に、パルスを発生させることは、電力、例えば、バッテリ電力を節約するであろう。周期的パルスの間、マイクロコントローラ５２４は、低電力スリープモードに入ってもよい。
【００４８】
ＧＰＩＯスイッチ５４０および５４２は、電極１０４および１０６が、代替として、ドライバ５３６およびキャパシタ２２０の出力に接続されることを可能にする。ＧＰＩＯスイッチ５４０が、位置ａにあるとき、電極１０４は、ＧＰＩＯ接続５３８ａを通して、ドライバ５３６の出力に結合される。ＧＰＩＯスイッチ５４２が、位置ｂにあるとき、電極１０６は、ＧＰＩＯ接続５３８ｂを通して、キャパシタ２２０に結合される。本構成では、正にバイアスされたイオン化電子電流１１６が、電極１０４と１０６との間を流動するであろう。ＧＰＩＯスイッチ５４０が、位置ｂにあるとき、電極１０４は、ＧＰＩＯ接続５３８ａを通して、キャパシタ２２０に結合される。ＧＰＩＯスイッチ５４２が、位置ａにあるとき、電極１０６は、ＧＰＩＯ接続５３８ｂを通して、ドライバ５３６の出力に結合される。本構成では、負にバイアスされたイオン化電子電流１１６ａは、電極１０４と１０６との間を流動せず、接続５３８間の電流のみ、漏れ電流１１４に起因するであろう。
【００４９】
ドライバ５３６からの電圧パルスが、終了された後、ＡＤＣスイッチ３３４は、閉鎖し、ＡＤＣ３２８は、キャパシタ２２０にかかる充電電圧をそのデジタル表現に変換する。本デジタル表現は、さらなる処理のために、デジタルプロセッサ３２６のメモリ内に記憶されてもよい。代替として、正にバイアスされたイオン化電子電流１１６が流動しており、したがって、負にバイアスされたイオン化電子電流１１６ａが流動していないときのキャパシタ２２０からの充電電圧の変換および記憶は、より小さい充電電圧（漏れ電流１１４のみによって生成される）をより大きい充電電圧（正にバイアスされたイオン化電子電流１１６および漏れ電流１１４によって生成される）から減算することによって、煙検出器チャンバ１０２を通るイオン化された電子電流のみ判定することを可能にするであろう。
【００５０】
測定された充電電圧に、煙の存在条件を表す、変化が存在すると、デジタルプロセッサ３２６は、可聴／可視アラート５５０をオンに、煙の存在を示す、アラームドライバ５４８をイネーブルにすることができる。本変化は、ある時間周期内で測定されてもよい。高速充電電圧変化率もまた、煙の存在を示すために使用されてもよく、低速充電電圧変化は、空気中および／または印刷回路基板上の環境条件の変化、例えば、温度、相対湿度、汚染物質等によって生じ得る。
【００５１】
図６を参照すると、描写されるのは、本開示の別の具体的例示的実施形態による、２チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図である。２チャンバイオン煙検出器は、図５に示され、本明細書に前述される煙検出器と実質的に同一の方法で作用し、清浄な空気基準チャンバ１０２ｂ、第３のＧＰＩＯ接続５３８ｃ、および関連付けられたＧＰＩＯスイッチ５４４の追加を伴う。充電電圧サンプルが、本明細書に前述されるように、代替として、煙チャンバ１０２ａおよび清浄な空気チャンバ１０２ｂに対して採取され得、次いで、清浄な空気および煙チャンバ電圧サンプルは、任意の同相漏れ電流を除去するように処理され、次いで、比較される。差異が、十分に大きい場合、煙検出が、判定され、可聴／可視アラート５５０が、作動されてもよい。
【００５２】
図７を参照すると、描写されるのは、本開示のさらに別の具体的例示的実施形態による、差動デルタシグマアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を使用する、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図である。本例示的実施形態による、煙検出器は、煙検出センサイオンチャンバ１０２と、デジタルプロセッサおよびメモリ３２６と、アラームドライバ５４８と、可聴／可視アラート５５０と、クロック発生器７２６と、第１のカウンタ７３２と、第２のカウンタ７２８と、電圧コンパレータ７３６と、Ｄフリップフロップ７３４と、フィードバックレジスタ７３８と、内部キャパシタ７４０と、電圧基準７４２と、電流測定レジスタ７４４とを備えてもよい。前述の要素は全て、イオンチャンバ１０２および可聴／可視アラート５５０以外、集積回路マイクロコントローラ７２４内に提供されてもよい。デジタルプロセッサ３２６が、煙が存在すると判定すると、アラームドライバ５４８は、可聴／可視アラート５５０、例えば、警笛、サイレン等を作動させてもよい。
【００５３】
イオンチャンバ１０２電極１０４および１０６は、それぞれ、ＧＰＩＯ接続５３８ａおよび５３８ｂに結合される。ＧＰＩＯ接続５３８ａおよび５３８ｂは、それぞれ、ＧＰＩＯスイッチ５４０および５４２に結合される。ＧＰＩＯスイッチ５４０および５４２は、電極１０４および１０６が、代替として、ドライバ５３６およびキャパシタ２２０の出力に接続されることを可能にする。ＧＰＩＯスイッチ５４０が、位置ａにあるとき、電極１０４は、ＧＰＩＯ接続５３８ａを通して、ドライバ５３６の出力に結合される。ＧＰＩＯスイッチ５４２が、位置ｂにあるとき、電極１０６は、ＧＰＩＯ接続５３８ｂを通して、キャパシタ２２０に結合される。本構成では、正にバイアスされたイオン化電子電流１１６が、電極１０４と１０６との間を流動するであろう。ＧＰＩＯスイッチ５４０が、位置ｂにあるとき、電極１０４は、ＧＰＩＯ接続５３８ａを通して、キャパシタ２２０に結合される。ＧＰＩＯスイッチ５４２が、位置ａにあるとき、電極１０６は、ＧＰＩＯ接続５３８ｂを通して、ドライバ５３６の出力に結合される。本構成では、負にバイアスされたイオン化電子電流１１６ａは、電極１０４と１０６との間を流動せず、接続５３８間の電流のみ、漏れ電流１１４に起因するであろう。
【００５４】
コンパレータ７３６は、高インピーダンス差動入力および低インピーダンス出力を有し、論理低「０」および論理高「１」レベルを提供する。コンパレータ７３６の正の入力は、約ＶＤＤ／２の基準電圧を提供し得る、電圧基準７４２に結合されてもよい。他の基準電圧も、電圧基準７４２によって提供されてもよく、あらゆる目的のために、本明細書で想定される。キャパシタ７４０は、コンパレータ７３６の負の入力と正の入力との間に結合される。電流測定レジスタ７４４は、コンパレータ７３６の正の入力に、イオンチャンバ１０２からの電流に比例する電圧を提供する。コンパレータ７３６の正の入力における電圧は、ＧＰＩＯスイッチ５４０が、位置ａにあるときと、ＧＰＩＯスイッチ５４２が、位置ｂにあるときのイオンチャンバ１０２のイオン化電流１１６および漏れ電流１１４によって判定される、第１の電圧にあるであろう。その後、ＧＰＩＯスイッチ５４０が、位置ｂにあるときと、ＧＰＩＯスイッチ５４２が、位置ａにあるときの漏れ電流１１４のみによって判定される第２の電圧となるであろう。
【００５５】
コンパレータ７３６の負の入力における電圧が、コンパレータ３３６の正の入力における電圧を上回る（または、それに等しい）とき、その出力は、論理「０」、例えば、実質的に、ＶＳＳとなるであろう。コンパレータ３３６の負の入力における電圧が、コンパレータ７３６の正の入力における電圧未満であるとき、その出力は、論理「１」、例えば、実質的に、ＶＤＤとなるであろう。
【００５６】
コンパレータ７３６の出力は、フリップフロップ７３４のＤ−入力に結合され、クロック７２６からのクロック信号が、フリップフロップ７３４のクロック入力で受信されるたびに、Ｄ−入力における論理レベルが、フリップフロップ７３４のＱ−出力に、例えば、実質的に、ＶＤＤまたはＶＳＳを転送するであろう。フィードバックレジスタ７３８は、フリップフロップ７３４のＱ−出力と、同様に、キャパシタ７４０の上部に結合される、コンパレータ７３６の負の入力との間に結合される。フリップフロップ７３４のＱ−出力が、論理「１」であるとき、キャパシタ７４０は、より高い電圧に充電し、フリップフロップ７３４のＱ−出力が、論理「０」であるとき、キャパシタ７４０は、より低い電圧に放電するであろう。静止平衡は、コンパレータの負のおよび正の入力が、実質的に同一の電圧であるときに到達されるであろう。煙が検出されない間の静止平衡、ＶＤＤ／２を産生するように選択されたレジスタ７４４の抵抗、および実質的にＶＤＤ／２における電圧基準７４２に対して、フリップフロップ７３４の論理１／０出力は、実質的に、５０％デューティサイクルとなるであろう。電圧基準７４２出力が、ＶＤＤ／２未満である場合、静止デューティサイクルは、５０％未満となり、電圧基準７４２出力が、ＶＤＤ／２を上回る場合、静止デューティサイクルは、５０％を上回るであろう。コンパレータ７３６、フリップフロップ７３４、フィードバックレジスタ７３８、およびキャパシタ７４０は、シグマデルタ変調器を形成する。
【００５７】
第１および第２のカウンタ７３２および７２８のクロック入力は、クロック発生器７２６に結合され、イネーブルにされるときのみインクリメントするであろう、第１のカウンタ７３２を除き、クロック信号が受信されるたびにインクリメントする。第１のカウンタ７３２のイネーブル入力は、フリップフロップ７３４のＱ−出力に結合され、そのカウントは、それによって、Ｑ−出力が、１または他の論理レベル、例えば、論理「１」にあるときのみ、カウントするように制御される。第１および第２のカウンタ７３２および７２８の最大カウント値は、必要な大きさ、例えば、１６ビットであってもよい。第１および第２のカウンタ７３２および７２８はまた、連結されてもよく、例えば、複数の第１および第２のカウンタ７３２および７２８であってもよい。カウント値が大きいほど、分解能が高くなるが、また、アナログ／デジタル変換のために要求される時間も増加する。適切なクロック速度ならびにフィードバックレジスタ７３８、電流測定レジスタ７４４、およびキャパシタ７４０のための適切な値を適用することによって、超高分解能が、取得され得、デジタルプロセッサが、煙検出イオンチャンバ１０２内に煙検出事象が生じるときを容易に判別することを可能にするであろう。
【００５８】
デジタルプロセッサ３２６は、それぞれ、第１および第２のカウンタ７３２および７２８の第１および第２のカウント値を読み取り、次いで、それらをリセットし、再び、カウントを始める。読み取られた第１および第２のカウント値から、デジタルプロセッサ３２６は、煙事象が発生したときを判定することができる。デジタルプロセッサ３２６はまた、これらのカウント値のデシメーション、平均化等を行なってもよい。デジタルプロセッサ３２６はまた、漏れ電流１１４を総電流（イオンチャンバ電流１１６に漏れ電流１１４を加えたもの）から減算し、同相漏れ電流１１４を所望のイオンチャンバ電流１１６から除去してもよい。
【００５９】
加えて、デジタルプロセッサ３２６は、平滑化、時間平均化、雑音抑制、オーバーサンプリング、デシメーション、および／またはデジタル信号処理を行い、漏れ電流変化検出感度を向上させ、および／または雑音傍受を低減させてもよい。また、より信頼性のある煙検出に対するさらなる向上は、漏れ電流の変化が、温度、相対湿度、および／または供給電圧（例えば、バッテリ（図示せず））の変動による、低速測定電流変化を拒否するように、ある時間周期以下で生じることを要求することである。
【００６０】
デジタルプロセッサおよびメモリ３２６は、第１および第２のカウンタ７３２および７２８が、カウントしている間、低電力スリープモードに入り、カウント値をそこから読み取るためにのみウェークアップし、イオンチャンバ１０２内に煙が存在するかどうか判定する際、適切な計算を行なってもよいことが想定され、これは、本開示の範囲内である。本明細書に前述される全ての他の機能および回路は、アクティブモードのままであるが、全て、超低電力である。また、第２のカウンタ７２８は、マイクロコントローラ内の低電力スタンバイスリープモード機能に固有のウェークアップタイマであってもよい。本スリープモードはさらに、煙検出器のバッテリ寿命を増加させ得る。デジタルプロセッサ３２６は、シグマデルタ変調器が、レジスタ７４４を横断する電圧を変換させているとき、ドライバ５３６を論理高「１」に、およびシグマデルタ変調器が、電力を節約するために、スタンバイモードにあるとき、論理低「０」に駆動させてもよい。煙検出器イオンチャンバ１０２のサンプルは、電力消費のさらなる低減のために、周期的に採取されてもよい。
【００６１】
図８を参照すると、描写されるのは、本開示のさらに別の具体的例示的実施形態による、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図である。マイクロコントローラ８２４は、パルス発生器８５０と、パルスカウンタ８５２と、キャパシタ２２０と、電圧コンパレータ８６０と、電圧基準８５６と、デジタルプロセッサおよびメモリ３２６と、放電スイッチ８５８と、外部ＧＰＩＯ接続５３８に結合される、汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）マルチプレクサ（スイッチ）８４０および８４２とを備える。放電スイッチ８５８は、キャパシタ２２０を実質的に、ゼロ（０）ボルトに放電する。マイクロコントローラ８２４はさらに、可聴／可視アラート５５０、例えば、警笛、サイレン等に結合される、アラームドライバ５４８を備えてもよい。煙検出イオンチャンバ１０２は、ＧＰＩＯ接続５３８に結合される。電圧基準８５６は、プログラム可能であってもよく、例えば、デジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）は、デジタルプロセッサ３２６によって制御される。
【００６２】
随意に、ＶＤＤの代わりに、マルチプレクサ８４０に結合される出力を有する、デジタルドライバ５３６は、キャパシタ２２０が、ＶＤＤに充電するためにより長くかかるように、一定の正電圧、例えば、ＶＤＤの代わりに、パルス発生器８５０からイオンチャンバ１０２に、短持続時間パルスを供給してもよい。これは、マイクロコントローラ８２４のタイミングにおいて、より柔軟性を可能にし得る。
【００６３】
デジタルプロセッサ３２６は、放電スイッチ８５８を制御し、パルスカウンタ８５２をリセットするために使用されてもよく、代替として、周辺機器は、スイッチ８５８を制御し、パルスカウンタ８５２をリセットしてもよく、または代替として、独立制御ユニット（図示せず）が、デジタルプロセッサ３２６から別個に提供され、独立して、これらの構成要素の動作を制御してもよい。他の実施形態によると、本制御ユニット（図示せず）は、例えば、マイクロコントローラ８２４内のプログラム可能状態機械または任意の他の好適な順次制御ユニットであってもよい。出力ドライバ５３６は、パルス発生器８５０によって判定される持続時間のパルス幅を有する、電圧パルス（１１２）を印加してもよい。
【００６４】
イオンチャンバ１０２への電圧（パルス）は、キャパシタ２２０を充電するであろう。キャパシタ２２０にかかる充電が、電圧基準８５６からの基準電圧、例えば、ＶＤＤ／２より大きいとき、コンパレータ８６０の出力は、論理「０」となり、パルス発生器８５０をディスエーブルにするであろう（論理「１」は、パルス発生器８５０をイネーブルにする）。パルスカウンタ８５２は、キャパシタをある電圧、例えば、ＶＤＤ／２に充電するために必要なパルス発生器８５０からのパルスの数をカウントする。イオンチャンバ１０２は、可変電流源として作用し、より短い時間（より少ない数のパルス）が、キャパシタをＶＤＤ／２に充電するために要求されるとき、イオンチャンバ１０２を通る電流は、より高く（電流１１６＋電流１１４）、より長い時間（より多い数のパルス）が、キャパシタをＶＤＤ／２に充電するために要求されるとき、イオンチャンバ１０２を通る電流は、より低くなる（電流１１４のみ）。イオンチャンバ１０２は、煙の存在下、煙がその中に存在しないときよりそれを通る電流が少ない（イオン化されたガス分子が少ない）。
【００６５】
したがって、キャパシタ２２０がある電圧、例えば、ＶＤＤ／２に充電されるために要求されるパルスの数を比較することによって、イオンチャンバ１０２内に煙が存在するかどうか判定することができる。デジタルプロセッサ３２６は、カウント値をパルスカウンタ８５２から読み取り、それをそのメモリ内に記憶し、次いで、スイッチ８５８を閉鎖し、キャパシタ２２０を放電させる。サイクルは、ＧＰＩＯマルチプレクサ（スイッチ）８４０および８４２が、以下により完全に説明されるように、デジタルプロセッサ３２６によって変更されると、繰り返し反復される。周期的に、複数のパルスを発生させることは、電力、例えば、バッテリ電力を節約するであろう。周期的複数のパルス間において、マイクロコントローラ８２４は、低電力スリープモードに入ってもよい。
【００６６】
ＧＰＩＯマルチプレクサ（スイッチ）８４０および８４２は、電極１０４および１０６が、代替として、ＶＤＤ、または代替として、ドライバ５３６の出力およびキャパシタ２２０に接続されることを可能にする。ＧＰＩＯマルチプレクサ４４０が、位置０にあるとき、電極１０４は、ＧＰＩＯ接続５３８ａを通して、ＶＤＤ、または、代替として、ドライバ５３６の出力に結合される。ＧＰＩＯマルチプレクサ８４２が、位置１にあるとき、電極１０６は、ＧＰＩＯ接続５３８ｂを通して、キャパシタ２２０に結合される。本構成では、正にバイアスされたイオン化電子電流１１６は、電極１０４と１０６との間を流動するであろう。ＧＰＩＯマルチプレクサ８４０が、位置１にあるとき、電極１０４は、ＧＰＩＯ接続５３８ａを通して、キャパシタ２２０に結合される。ＧＰＩＯマルチプレクサ８４２が、位置０にあるとき、電極１０６は、ＧＰＩＯ接続５３８ｂを通して、ＶＤＤ、または代替として、ドライバ５３６の出力に結合される。本構成では、負にバイアスされたイオン化電子電流１１６ａは、電極１０４と１０６との間を流動せず、ＧＰＩＯ接続５３８間の電流のみ、漏れ電流１１４に起因するであろう。デジタルプロセッサ３２６は、パルスカウンタ８５２を読み取り、リセットしてもよく、バッテリ電力節約のために、パルス発生器８５０を開始および停止し、マルチプレクサ（スイッチ）８５８、８４０、および８４２を制御してもよい。
【００６７】
カウントされるパルスの数は、正にバイアスされたイオン化電子電流１１６および漏れ電流１１４が流動しているとき、負にバイアスされたイオン化電子電流１１６ａが流動せず、漏れ電流１１４のみ、キャパシタ２０を充電するときより少ないであろう。イオンチャンバ１０２を通る電流が少ないとき、キャパシタ２２０をＶＤＤ／２に充電するためにより多くのパルスがかかる。これは、より少ない数のパルス（正にバイアスされたイオン化電子電流１１６および漏れ電流１１４を表す）をより多い数のパルス（漏れ電流１１４のみを表す）から減算することによって、煙検出器チャンバ１０２を通るイオン化された電子電流１１６の判定を可能にする。得られた差異パルスカウントは、イオン化された電子電流１１６を表す。
【００６８】
得られた差異パルスカウントに、煙存在条件を表すために十分な変化が存在するとき、デジタルプロセッサ３２６は、アラームドライバ５４８をイネーブルにし、可聴／可視アラート５５０をオンにし、煙の存在を示してもよい。本カウント変化は、ある時間周期内で測定されてもよい。カウントの高速変化はまた、煙の存在を示すために使用されてもよい一方、カウントの低速変化は、空気中および／または印刷回路基板上の環境条件、例えば、温度、相対湿度、汚染物質等の変化を示すだけであってもよい。
【００６９】
図９を参照すると、描写されるのは、本開示のさらに別の具体的例示的実施形態による、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図である。図９に示される実施形態は、図８に示され、本明細書に前述される実施形態と実質的に同一の方法で作用し、アナログ／デジタルコンバータ３２８およびサンプルスイッチ３３４は、コンパレータ８６０および電圧基準８５６で代用される。また、パルスカウンタ８５２ａは、あるパルスカウンタが最初から組み込まれており、パルス発生器８５０からパルスを受信するたびに、ゼロまでカウントダウンするであろう。パルスカウンタ８５２ａが、ゼロカウントに到達すると、パルス発生器８５０を停止させるであろう。ＡＤＣ３２８によって、キャパシタ２２０にかかる電圧の最良分解能のための適切なカウント値を選択することによって、キャパシタ２２０にかかる電圧の超高感度分解能が、カウンタ数に変換されてもよい。イオンチャンバ電流１１６および漏れ電流１１４のために判定されるカウント数は、それによって、逆極性漏れ電流１１４のみのために判定されるカウント数と比較されてもよい。
【００７０】
図１０を参照すると、描写されるのは、本開示の別の具体的例示的実施形態による、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図である。マイクロコントローラ１０２４は、パルス幅変調（ＰＷＭ）発生器１０５０と、パルスカウンタ８５２と、キャパシタ２２０と、電圧コンパレータ８６０と、第１の電圧基準８５６と、第２の電圧基準８５７と、デジタルプロセッサおよびメモリ３２６と、予充電スイッチ８５９と、デジタル出力ドライバ５３６とを備える。予充電スイッチ８５９は、第２の電圧基準８５７から、キャパシタ２２０を公称上正の第２の基準電圧、例えば、ＶＤＤ／２に充電する。マイクロコントローラ１０２４はさらに、可聴／可視アラート５５０、例えば、警笛、サイレン等に結合される、アラームドライバ５４８を備えてもよい。煙検出イオンチャンバ１０２は、ＧＰＩＯ接続５３８に結合される。第１および第２の電圧基準８５６および８５７は、それぞれ、プログラム可能であってもよく、例えば、デジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）は、デジタルプロセッサ３２６によって、制御される、または出力電圧値に固定されてもよい。第１の電圧基準８５６からの第１の基準電圧出力は、第２の電圧基準８５７からの第２の基準電圧出力を上回る。
【００７１】
ＰＷＭ発生器１０５０は、例えば、限定ではないが、実質的に、５０％デューティサイクルパルスで、または以下により完全に説明される、デューティサイクルの任意の％組み合わせで、ドライバ５３６を通して、イオンチャンバ１０２に提供してもよい。デジタルプロセッサ３２６は、予充電スイッチ８５９を制御し、ＰＷＭ発生器１０５０を始動させるために使用されてもよく、代替として、周辺機器が、予充電スイッチ８５９を制御し、また、ＰＷＭ発生器１０５０を始動させてもよく、または代替として、独立制御ユニット（図示せず）が、デジタルプロセッサ３２６から別個に提供され、独立して、これらの構成要素の動作を制御してもよい。他の実施形態によると、本制御ユニット（図示せず）は、例えば、マイクロコントローラ８２４内のプログラム可能状態機械または任意の他の好適な順次制御ユニットであってもよい。出力ドライバ５３６は、選択可能（プログラム可能）デューティサイクルにおいて、高および低論理レベル、例えば、ＶＤＤおよびＶＳＳ電圧電位をイオンチャンバ１０２の電極１０４に印加する。他の電極１０６は、予充電スイッチ８５９を通して、例えば、限定ではないが、ＶＤＤ／２において、第２の基準電圧に予充電されたキャパシタ２２０に結合される。
【００７２】
イオンチャンバ１０２の電極１０４への電圧パルスが、論理高（ＶＤＤ）にあるとき、電極１０４は、第２の基準電圧、例えば、限定ではないが、ＶＤＤ／２において、キャパシタ２２０に結合される電極１０６に対して、正の電位となるであろう。イオン化電流１１６および漏れ電流１１４の組み合わせは、それによって、キャパシタ２２０をより多い正の電圧に充電するであろう。イオンチャンバ１０２の電極１０４への電圧パルスが、論理低（ＶＳＳ）にあるとき、電極１０４は、第２の基準電圧、例えば、限定ではないが、ＶＤＤ／２において、キャパシタ２２０に結合される電極１０６に対して、負の電位となるであろう。したがって、漏れ電流１１４のみ、キャパシタ２２０をより少ない正の電圧に放電するであろう。ドライバ５３６からの電圧パルスは、例えば、限定ではないが、約５０％デューティサイクルを有し得るため、パルスの論理高部分は、パルスの論理低部分がキャパシタ２２０を放電するより正にキャパシタ２２０を充電し続けるであろう。最終的に、キャパシタにかかる充電電圧２２０は、イオンチャンバ１０２を通る論理高電流（電流１１６＋電流１１４）が、反対方向に流動する（図１参照）、イオンチャンバ１０２を通る論理低電流（電流１１４のみ）を上回るため、ＶＤＤに近似する正の電位に到達するであろう。イオンチャンバ１０２内に煙が存在しないと、イオン化電流１１６は、その最大値となり、キャパシタ２２０は、イオン化電流１１６が、それによって、低減されるであろう（より少ないイオン化されたガス分子）ため、イオンチャンバ１０２内に煙が存在するときより少ないカウントにおいて、ＶＤＤに近似する正の電位に充電するであろう。ある時間周期またはキャパシタ２２０をＶＤＤに近似する正の電位に充電するために要求される時間（タイマ（図示せず））内において、キャパシタ２２０をＶＤＤに近似する正の電位に充電するために要求されるパルスの数を判定することによって、イオンチャンバ１０２内の煙の検出は、確実に達成され得る。煙の存在の超高感度検出は、キャパシタ２２０をＶＤＤに近似する正の電圧電位に充電する際の要因からの同相漏れ電流１１４の除去によって達成される
【００７３】
デジタルプロセッサ３２６は、カウント値をパルスカウンタ８５２から読み取り、それをそのメモリ内に記憶し、次いで、スイッチ８５９を閉鎖し、キャパシタ２２０を予充電する。サイクルは、繰り返し反復される。周期的に、複数のパルスを発生させることは、電力、例えば、バッテリ電力を節約するであろう。周期的複数のパルスの間、マイクロコントローラ１０２４は、低電力スリープモードに入ってもよい。
【００７４】
図１１を参照すると、描写されるのは、本開示のさらに別の具体的例示的実施形態による、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図である。図１１に示される実施形態は、図１０に示され、本明細書に前述される実施形態と実質的に同一の方法で作用し、アナログ／デジタルコンバータ３２８およびサンプルスイッチ３３４が、コンパレータ８６０および電圧基準８５６と代用される。また、パルスカウンタ８５２ａは、あるパルスカウントが最初から組み込まれており、ＰＷＭ発生器１０５０から論理高パルスが受信されるたびに、ゼロまでカウントダウンするであろう。パルスカウンタ８５２ａが、ゼロカウントに到達すると、ＰＷＭ発生器１０５０を停止させるであろう。ＡＤＣ３２８によって、キャパシタ２２０にかかるＶＤＤに近似する正の電位の最良分解のための適切なカウント値と、随意に、ＤＡＣ８５７からの予充電電圧を選択することによって、カウント数におけるいかなる変化の超高感度分解能も、イオンチャンバ内の煙を示すであろう。煙の存在の超高感度検出は、それによって、キャパシタ２２０をＶＤＤに近似する正の電位の充電する際の要因からの同相漏れ電流１１４の除去によって達成される。
【００７５】
ＰＷＭ発生器１０５０からのパルス列のデューティサイクルは、キャパシタにかかる充電電圧２２０に比例して変化し得ることが想定され、これは、本開示の範囲内である。例えば、キャパシタにかかる充電電圧が、ＶＤＤ（ＶＤＤ／２）の５０％であるとき、パルス列のデューティサイクルは、５０％で最適化され得る。キャパシタにかかる充電電圧２２０が、ＶＤＤ（ＶＤＤ／２）の５０％を上回るとき、パルス列の正の部分もまた、したがって、５０％を上回り得、ゼロ（Ｖｓｓ）部分は、キャパシタにかかる充電電圧２２０とＶＤＤとの間の電圧差異が、キャパシタにかかる充電電圧２２０とＶｓｓとの間の電圧差異より少なく、したがって、ＶＤＤにおけるより長いパルス周期が、比例して、より小さい電圧差において、キャパシタを充電するであろうため、５０％未満となり得る。このように、予充電電圧は、任意の電圧値（より高い分解能精度のために）およびキャパシタにかかる充電電圧２２０が、ＶＤＤに増加するにつれて比例して調節される、パルスストリームデューティサイクルに選択されることができる。キャパシタ２２０にかかる充電電圧の時間変化率（サンプル時間周期あたりのパルス）は、チャンバ内の煙検出を判定する際に使用されてもよい。
【００７６】
外部充電キャパシタ２２０ａが、ＧＰＩＯ接続５３８ｂに追加され、キャパシタンス２２０のキャパシタンス値を増加させてもよい。これは、キャパシタ２２０をＶＤＤに近似する正の電圧に充電するために要求される時間を増加させ、それによって、煙がイオンチャンバ１０２に流入したかどうかを判定する際に使用され得る、パルスカウントの数を増加させるであろう。
【００７７】
図１２を参照すると、描写されるのは、本開示の具体的例示的実施形態および教示による、本開示および本明細書に説明される実施形態と組み合わせて使用され得る、単一チャンバイオン煙検出器のフロントエンド部分の概略ブロック図である。図１２（ａ）を参照すると、イオンチャンバ１０２は、キャパシタ２２０と直列に結合され、正の電圧、例えば、ＶＤＤは、電極１０４に結合され、共通の、例えば、ＶＳＳは、イオンチャンバ１０２の電極１０６に結合されないキャパシタ２２０の側に結合される。本構成では、両イオン化電子電流１１６および漏れ電流１１４が、イオンチャンバ１０２の電極１０６に結合される、「＋」によって表される、キャパシタ２２０の側において、キャパシタ２２０を正の電圧に充電する。
【００７８】
図１２（ｂ）を参照すると、イオンチャンバ１０２は、キャパシタ２２０と直列に結合され、共通の、例えば、ＶＳＳは、電極１０４に結合され、正の電圧、例えば、ＶＤＤは、イオンチャンバ１０２の電極１０６に結合されないキャパシタ２２０の側に結合される。本構成では、漏れ電流１１４のみ、キャパシタ２２０をより少ない正の電圧に放電する。実際、直列に結合されたイオンチャンバ１０２およびキャパシタ２２０に結合される電圧の極性は、図１２（ａ）および１２（ｂ）に示される構成間で逆にされる。したがって、キャパシタ２２０およびイオンチャンバ１０２が、図１２（ａ）に示されるように構成されるとき、キャパシタ２２０は、キャパシタ２２０が、より低い漏れ電流１１４で放電される、図１２（ｂ）に示されるように構成されるときより高い電流（イオン電流１１６＋漏れ電流１１４）で充電される。キャパシタ２２０にかかる結果として生じる充電は、漏れ電流１１４が、ある時間周期にわたって、キャパシタ２２０を交互に充電および放電させることによって、効果的に排除されているため、実質的に、イオン電流１１６のみから生じる。
【００７９】
正の電圧は、持続的電圧、例えば、ＶＤＤであってもよく、あるいは固定または可変持続時間、例えば、パルス幅を有する、パルスであってもよい。正の電圧のために、短持続時間を有するパルスの使用は、例えば、スイッチ３３２によって放電される必要がある前に、キャパシタ２２０を充電するために、より長い時間を要求するであろう。可変持続時間パルス、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）はさらに、キャパシタ２２０の充電／放電率を線形にするために使用されてもよい。充電電圧が、１／２ＶＤＤ未満であるとき、より長いパルス持続時間が、キャパシタ２２０を放電するために使用されてもよく、より短いパルス持続時間が、電圧変化のある時間率に対して、キャパシタを充電するために使用されてもよい。充電電圧が、約１／２ＶＤＤであるとき、実質的に、等しいパルス持続時間が、ほぼ同一の電圧変化の充電および放電時間率を産生するであろう。充電電圧が、１／２ＶＤＤを上回るとき、より短いパルス持続時間が、キャパシタ２２０を放電させるために使用されてもよく、より長いパルス持続時間が、キャパシタ２２０を充電するために使用されてもよい。
【００８０】
図１２（ｃ）に示される回路は、直列に結合されたイオンチャンバ１０２およびキャパシタ２２０を横断する前述の電圧極性反転を実装する、回路実施形態である。本回路は、本開示の教示による、図５−１１に示される実施形態のいずれかと併用されてもよい。加えて、イオン電流１１６および漏れ電流１１４の充電率で採取された第１の充電電圧サンプル、および漏れ電流１１４のみの充電率で採取された第２の充電電圧サンプルから生じる、充電電圧のメモリ記憶は、必要とされず、したがって、デジタル論理オーバーヘッドの有意な節約となる。図１２（ｃ）に示される回路は、デジタル出力ドライバ５３６から１つおきのパルスにおいて、漏れ電流１１４の同相除去を行なう。
【００８１】
マルチプレクサ１２７０および１２７２は、直列に結合されたイオンチャンバ１０２およびキャパシタ２２０に印加される電圧極性を制御する。フリップフロップ１２７８のＱ出力が、論理「０」であるとき、イオンチャンバ１０２およびキャパシタ２２０は、図１２（ａ）に示されるように、第１の電圧極性に結合される。フリップフロップ１２７８のＱ出力が、論理「１」にあるとき、イオンチャンバ１０２およびキャパシタ２２０は、図１２（ｂ）に示されるように、第２の電圧極性に結合される。フリップフロップ１２７８のＱ出力は、ドライバ５３６からのパルスの各負に移行する遷移において変化する。したがって、図１２（ａ）に示される構成は、キャパシタ２２０をイオン化電流１１６および漏れ電流１１４で充電する、１パルスを受信し、図１２（ｂ）に示される構成は、キャパシタ２２０を漏れ電流１１４で放電する、１パルスを受信する。
【００８２】
キャパシタ２２０の本充電／放電は、キャパシタ２２０が、ある正の電圧に到達するまで、複数のパルスの間、継続し、そのサンプルが、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１２２８によって採取されてもよく、次いで、キャパシタ２２０は、その後、例えば、スイッチ３３２によって、放電されてもよい。電圧サンプルは、周期的に、採取されてもよく（例えば、図５、６、９、および１１を参照）、パルスのパルス幅（ＰＷＭ）は、適宜、調節されてもよい。一定電圧ＶＤＤは、ドライバ５３６からダイオード３２９を通るパルスで代用されてもよい。ダイオード３２９は、パルスが、論理低「０」、例えば、同相電圧であるとき、キャパシタ２２０の逆放電を防止するために使用されてもよい。保護リング８４４およびアナログドライバ８４２が、図１２（ｃ）に示される回路実施形態に追加されてもよいことが想定され、これは、本開示の範囲内である。
【００８３】
図１３を参照すると、描写されるのは、本開示のさらに別の具体的例示的実施形態による、外部充電キャパシタを使用する、単一チャンバイオン煙検出器の概略ブロック図である。図１３に示される回路は、イオンチャンバ１０２と組み合わせて、外部キャパシタ２２０ｂに結合される、非常に単純であって、大部分がデジタルである、マイクロコントローラ１３２４である。電極１０６と直列に結合された電極１０４およびキャパシタ２２０ｂ上の電圧極性は、デジタル出力ドライバ５３６および１３５４によって確立され、ドライバ５３６からの論理レベル出力は、ドライバ１３５４からの論理レベル出力と反対である。したがって、ドライバ５３６からＧＰＩＯ接続５３８ａに論理高が存在するとき、電極１０４は、正の電圧、例えば、ＶＤＤであって、ＧＰＩＯ接続５３８ｂに結合されるキャパシタ２２０ｂの端部は、実質的に、ゼロ（０）ボルト、例えば、ＶＳＳである（図１２（ａ）参照）。インバータ１３５６は、デジタル出力ドライバ１３５４をデジタル出力ドライバ５３６と反対の論理レベルに駆動させる。
【００８４】
パルス発生器１０５０、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）発生器は、定義されたパルス幅を有するパルスをＧＰＩＯ接続５３８ａおよび５３８ｂに提供する。ＰＷＭ発生器１０５０の使用は、キャパシタ２２０ｂにかかる充電電圧の値に従って、高および低パルス幅（デューティサイクル）を変動させることを可能にする。前述でより完全に説明されたように、ＰＷＭ発生器１０５０からのパルス列のデューティサイクルは、キャパシタ２２０ｂにかかる充電電圧の変化に比例して変化し得る。
【００８５】
デジタル出力ドライバ１３５２は、サンプルスイッチ３３４が閉鎖されると、ＡＤＣ３２８が、キャパシタ２２０ｂにかかる充電電圧をサンプリングすることができるように、キャパシタ２２０ｂを放電させ、次いで、高インピーダンス出力状態、例えば、トライステートに入るために使用されてもよい。ＡＤＣ３２８およびスイッチ３３４は、周期的に、キャパシタ２２０ｂにかかる変化する充電電圧をサンプリングし、これらの電圧サンプルをそのデジタル表現に変換してもよい。デジタルプロセッサ３２６は、これらのデジタル表現を読み取り、本明細書により完全に説明されるように、煙がイオンチャンバ１０２に流入したかどうかを判定する際に、それらを使用してもよい。デジタルプロセッサ３２６はまた、ＰＷＭ発生器を制御し、サンプリングされた充電電圧値に基づいて、パルス幅デューティサイクルを変動させてもよい。
【００８６】
図１４を参照すると、描写されるのは、接地された伝導面に近接近して、容量プレートを囲繞する静電場線（図１４（ａ））と、容量プレートと接地された伝導面との間に保護リングを伴う、容量プレートを囲繞する静電場線（図１４（ｂ））の略図である。異なる電圧電位における、電極１０６と囲繞導体との間の静電場の略図は、図１４（ａ）に示される。電極１０６と囲繞金属および／または導体、例えば、接地面８４６との間の強静電場線に留意されたい。本寄生キャパシタンスは、チャンバ１０２内への煙流入の間に生じる、電極１０６のキャパシタンス値の変化の検出分解能を制限する。寄生キャパシタンスは、同様に、電極１０６とマイクロコントローラ１０２４または１１２４との間の接続に影響を及ぼす。また、イオンチャンバ煙検出器内で採用され得る、雑音遮蔽の量を制限する。
【００８７】
保護リング８４４は、イオンチャンバ１０２の電極１０６の周囲に導入されてもよい。電極１０６にかかる電圧と実質的に同一である、保護リング８４４にかかる電圧を維持することによって、寄生キャパシタンスは、有意に低減され得る。それによって、その中への煙流入の間に生じる、イオンチャンバ１０２の漏出キャパシタンス値の変化の検出分解能を増加させる。加えて、保護リング８４４は、電極１０６およびイオンチャンバ１０２の雑音遮蔽を向上させ得る。
【００８８】
図１４（ｂ）は、電極１０６、保護リング８４４、および接地面８４６（存在する場合）間の静電場の略図を示し、電極１０６および保護リング８４４は、実質的に同一の電圧電位である。電極１０６と接地面８４６との間のはるかに弱い静電場線（より長い線）に留意されたい。両方とも、実質的に同一の電圧電位であるため、実質的に、寄生キャパシタンスは、電極１０６と保護リング８４４との間に存在しない。図１０および１１に戻って参照すると、アナログドライバ８４２は、同様に、ＧＰＩＯ接続５３８ｂおよびキャパシタ２２０に結合される、アナログバス８４６に結合されてもよい。保護リング８４４は、同様に、アナログドライバ８４２に結合され得る、ＧＰＩＯ接続８４０に結合されてもよい。アナログドライバ８４２は、保護リング８４４を、電極１０６にかかる電圧と実質的に同一の電圧であり得る、キャパシタ２２０にかかる充電電圧に駆動させ、それによって、電極１０６と囲繞接地金属との間の静電場を低減させてもよい。
【００８９】
図１５を参照すると、描写されるのは、本開示の教示および実施形態による、概略動作プロセス流れ図である。ステップ１５０６では、煙検出器イオンチャンバ１０２の第１および第２の電極は、第１の極性で電圧に結合される。ステップ１５０８では、第１の極性電圧のイオンチャンバ１０２への印加から生じる第１の電流が、判定される。ステップ１５１０では、第１の電流は、その第１のデジタル表現に変換される。ステップ１５１２では、第１のデジタル表現は、さらなる処理のために、メモリ内に記憶される。ステップ１５１８では、煙検出器イオンチャンバ１０２の第１および第２の電極は、第２の極性で電圧に結合される。ステップ１５２０では、第２の極性電圧の印加から生じる第２の電流が、判定される。ステップ１５２２では、第２の電流は、その第２のデジタル表現に変換される。ステップ１５２４では、第２のデジタル表現は、さらなる処理のために、メモリ内に記憶される。
【００９０】
ステップ１５２６では、第１および第２のデジタル表現の間の差異の絶対値、すなわち、正の値が、メモリ内に記憶される。本差異値は、同相漏れ電流１１４がそこから除去された、イオンチャンバ１０２を通るイオン電流１１６を表す。ステップ１５２８では、煙検出アラーム条件が存在するかどうかが、差異値から判定される。本判定は、差異値を基準値と比較する、以前の差異値をプリセット差異値と比較する、および／または複数の差異値の変化率によって、行なわれてもよい。アラーム条件が存在するとき、アラームは、ステップ１５３０において発生されてもよい。
【００９１】
図１６を参照すると、描写されるのは、本開示の教示および実施形態による、概略動作プロセス流れ図である。ステップ１６０２では、キャパシタ２２０は、開始電圧、例えば、ゼロ（０）ボルト、例えば、ＶＳＳに設定され、または供給電圧、例えば、ＶＤＤに結合される。ステップ１６０４では、煙検出イオンチャンバ１０２の第１の電極１０４は、供給電圧１１２に接続される。ステップ１６０６では、煙検出イオンチャンバ１０２の第２の電極１０６は、キャパシタ２２０に接続される。ステップ１６０８では、キャパシタ２２０は、第１の時間周期の間、イオンチャンバ１０２を通るイオン電流１１６および漏れ電流１１４によって充電される。ステップ１６１０では、キャパシタ２２０にかかる結果として生じる充電電圧は、その第１のデジタル表現に変換される。ステップ１６１２では、第１のデジタル表現は、さらなる処理のために、メモリ内に記憶される。
【００９２】
ステップ１６１４では、キャパシタ２２０は、開始電圧に設定される。ステップ１６１６では、煙検出イオンチャンバ１０２の第２の電極１０６は、供給電圧１１２に接続される。ステップ１６１８では、煙検出イオンチャンバ１０２の第１の電極１０４は、キャパシタ２２０に接続される。ステップ１６２０では、キャパシタ２２０は、第２の時間周期の間、漏れ電流１１４のみによって充電される。ステップ１６２２では、キャパシタ２２０にかかる結果として生じる充電電圧は、その第２のデジタル表現に変換される。ステップ１６２４では、第２のデジタル表現は、さらなる処理のために、メモリ内に記憶される。
【００９３】
ステップ１６２６では、第１および第２のデジタル表現の間の差異の絶対値、すなわち、正の値が、メモリ内に記憶される。本差異値は、同相漏れ電流１１４がそこから除去された、イオンチャンバ１０２を通るイオン電流１１６を表す。ステップ１６２８では、煙検出アラーム条件が存在するかどうかが、差異値から判定される。本判定は、差異値を基準値と比較する、以前の差異値をプリセット差異値と比較する、および／または複数の差異値の変化率によって、行なわれてもよい。アラーム条件が存在するとき、アラームが、ステップ１６３０において発生されてもよい。
【００９４】
図１７を参照すると、描写されるのは、本開示の教示および実施形態による、概略動作プロセス流れ図である。ステップ１７０２では、キャパシタ２２０は、第１の電圧に設定される。ステップ１７０４では、煙検出イオンチャンバ１０２の第１の電極１０４は、パルス発生器１０５０からの定義された時間周期を有する複数の電圧遷移に接続される。ステップ１７０６では、煙検出イオンチャンバ１０２の第２の電極１０６は、キャパシタ２２０に接続される。ステップ１７０８では、第１の時間周期の間の実質的ゼロボルトから、第２の時間周期の間の供給電圧までの複数の電圧遷移は、煙検出イオンチャンバ１０２の第１の電極１０４に印加される。その場合、電圧遷移が、供給電圧にあるとき、キャパシタ２２０は、イオンチャンバ１０２を通るイオン電流１１６に漏れ電流１１４を加えたもので充電され、電圧遷移が実質的にゼロボルトであるとき、キャパシタ２２０は、漏れ電流１１４で放電される。ステップ１７１０は、キャパシタを第２の電圧に充電するために要求されるいくつかの電圧遷移を判定する。ステップ１７２８では、煙検出アラーム条件が存在するかどうかが、電圧遷移の数から判定される。その場合、アラーム条件が存在するとき、アラームが、ステップ１７３０において発生されてもよい。電圧遷移の数は、アラーム条件および／またはある時間周期内のその電圧遷移の数を判定する際に使用されてもよい。
【００９５】
第１および第２の時間周期は、実質的に、等しくてもよく、またはキャパシタ２２０にかかる充電電圧の値に従って調節されてもよく、充電電圧が、供給電圧の半分未満であるとき、第１の時間周期は、第２の時間周期を上回ってもよく、充電電圧が、供給電圧の半分を上回るとき、第１の時間周期は、第２の時間周期未満であってもよく。本特徴は、そこにかかる充電電圧が、供給電圧の半分未満からそれを上回るにつれて、キャパシタ２２０をより線形に充電および放電するために使用されてもよい。キャパシタにかかる充電電圧２２０が、供給電圧の約半分であるとき、第１および第２の時間周期は、実質的に同一であってもよい。パルス幅変調（ＰＷＭ）発生器１０５０は、これらの可変デューティサイクルパルスを発生させ、キャパシタ２２０を充電および放電するために使用されてもよい。
【００９６】
図１８を参照すると、描写されるのは、本開示の教示および実施形態による、概略動作プロセス流れ図である。ステップ１８０２では、キャパシタ２２０は、開始電圧、例えば、ゼロ（０）ボルト、例えば、ＶＳＳに設定される、または供給電圧、例えば、ＶＤＤに結合される。ステップ１８０４では、煙検出イオンチャンバ１０２およびキャパシタ２２０は、第１の極性で供給電圧に直列に結合される。ステップ１８０６では、キャパシタ２２０は、第１の時間周期の間、イオンチャンバ１０２を通るイオン化電流および漏れ電流によって充電される。
【００９７】
ステップ１８０８では、煙検出イオンチャンバ１０２およびキャパシタ２２０は、第２の極性で供給電圧に直列に結合され、第２の極性は、第１の極性と反対であってもよい。ステップ１８１０では、キャパシタ２２０は、第２の時間周期の間、漏れ電流によって放電される。ステップ１８１２では、キャパシタ２２０にかかる充電電圧が、検出時間周期後、測定される。
【００９８】
ステップ１８１４では、煙検出アラーム条件が存在するかどうかが、測定された充電電圧から判定される。本判定は、測定された電圧を基準値と比較する、以前に測定された電圧をプリセット測定電圧と比較する、および／または経時的に測定された電圧の複数の差異の変化率によって、行なわれてもよい。アラーム条件が存在するとき、アラームは、ステップ１８１６において、発生されてもよい。
【００９９】
キャパシタ２２０は、実質的に、ゼロ（０）ボルトに放電される代わりに、最初に、ある電圧に完全に充電され、次いで、イオンチャンバは、イオン電子電流１１６および漏れ電流１１４が、キャパシタ２２０を放電させ、漏れ電流１１４のみ、キャパシタ２２０を充電するであろうように、キャパシタ２２０に結合されてもよいことが想定され、これは、本開示の範囲内である。イオン電子電流１１６および漏れ電流１１４の組み合わせは、漏れ電流１１４単独のみを上回るため、キャパシタは、最終的に、約ゼロ（０）ボルトに放電するであろう。
【０１００】
本開示の実施形態が、描写され、説明され、本開示の例示的実施形態を参照することによって定義されるが、そのような参照は、本開示の限定を含意するものではなく、そのような限定が、推測されるべきではない。開示される主題は、当業者および本開示の利益を有するものに想起されるであろうように、形態および機能における多数の修正、改変、ならびに均等物が可能である。本開示の描写および説明される実施形態は、実施例にすぎず、本開示の範囲の包括ではない。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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