專利名稱：逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)的制作方法
本申請(qǐng)對(duì)1997年11月12日提交的、名為“逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)”的臨時(shí)申請(qǐng)No．60／065，349中所揭示的所有主題均要求該申請(qǐng)的申請(qǐng)日優(yōu)先權(quán)。
本申請(qǐng)有關(guān)于1997年11月12日提交的名為“高頻測(cè)量電路”的待審申請(qǐng)08／968，081、1997年11月12日提交的名為“樣品回收系統(tǒng)”的待審申請(qǐng)08／968，545以及1997年11月12日提交的名為“化學(xué)傳感器的熱激勵(lì)校準(zhǔn)系統(tǒng)”的待審申請(qǐng)08／967，870，所有這些申請(qǐng)與本申請(qǐng)一起經(jīng)普通轉(zhuǎn)讓。
背景技術(shù)：
A．發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總的涉及用于監(jiān)控環(huán)境污染物的系統(tǒng)，更具體地說是涉及用于測(cè)量工藝設(shè)備的逃逸散發(fā)物的系統(tǒng)。
B．相關(guān)技術(shù)的描述處理揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的設(shè)備通常會(huì)遇到那些化合物從點(diǎn)狀源(如煙囪)和非點(diǎn)狀源(如閥、泵、安裝在管道內(nèi)的各配件、以及含油VOC的容器)散入大氣的不希望有的問題。非點(diǎn)狀源的散發(fā)通常被叫作“逃逸”散發(fā)，經(jīng)常是由于VOC從各接點(diǎn)和各密封件處泄漏而造成的。各控制閥的逃逸泄漏可能是由于閥桿與閥體之間的密封件的泄漏而造成的。在閥桿頻繁移動(dòng)并且較大溫度波動(dòng)的苛刻條件下，閥通常會(huì)遇到閥桿密封件加速損壞的情況，從而造成比普通情況更大的逃逸泄漏。
雖然閥桿密封件的各種材料和設(shè)計(jì)已經(jīng)可以減少逃逸散發(fā)并延長閥密封件的使用壽命，但作為識(shí)別和減少逃逸散發(fā)并符合新的、更嚴(yán)格的、關(guān)于散發(fā)之規(guī)定的一種措施，對(duì)逃逸散發(fā)的監(jiān)測(cè)已經(jīng)變得越來越重要。環(huán)境保護(hù)署(EPA)已經(jīng)頒布了關(guān)于從控制閥泄漏的某些有害空氣污染的最大允許泄漏量的規(guī)定，并要求對(duì)控制閥的有害空氣散發(fā)進(jìn)行周期性的測(cè)試。
目前用來監(jiān)測(cè)逃逸散發(fā)的方法包括利用一便攜式有機(jī)物蒸汽分析儀進(jìn)行人工檢測(cè)。這種人工方法執(zhí)行起來耗時(shí)并且昂貴，而且由于不能有效地收集來自被監(jiān)測(cè)設(shè)備的逃逸散發(fā)物質(zhì)，因而不能獲得精確的結(jié)果。如果測(cè)量是在一暴露于風(fēng)中的閥上進(jìn)行，來自閥的散發(fā)物質(zhì)便可能在蒸汽分析儀正確測(cè)量到散發(fā)物的濃度之前就散逸出去了。如果沒有將分析儀繞著閥小心地移動(dòng)以俘獲所有來自閥的散發(fā)物，就不能獲得精確的測(cè)量結(jié)果。人工測(cè)量方法還需要工廠人員花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，影響其它工作。
與現(xiàn)有的人工方法相比，對(duì)逃逸散發(fā)進(jìn)行自動(dòng)的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)可獲得很大的好處。EPA規(guī)定要以一定的時(shí)間間隔周期性地測(cè)試逃逸散發(fā)物質(zhì)。測(cè)試的時(shí)間間隔可以是每月一次、每季一次、每半年一次或每年一次；如果設(shè)備操作者可以證明只有低于一定百分比的控制閥有多余的泄漏，那么就可以減少測(cè)試的頻率。因此，如能實(shí)現(xiàn)較低百分比的泄漏閥，就可以減少每年進(jìn)行測(cè)試的數(shù)量。在一個(gè)大型的設(shè)備中，測(cè)試點(diǎn)的總數(shù)可能達(dá)到50，000至200，000個(gè)，這樣的話就能節(jié)省很大的生產(chǎn)成本。通過將自動(dòng)的逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)安裝到經(jīng)受著最苛刻工作條件(因而最可能產(chǎn)生泄漏)的閥上，就能可靠地使整個(gè)設(shè)備符合EPA的規(guī)定。與沒有自動(dòng)傳感系統(tǒng)的人工測(cè)試相比，可以延長對(duì)所有各閥進(jìn)行測(cè)試的時(shí)間間隔，從而大大減少測(cè)試所耗費(fèi)的時(shí)間和成本。
及早對(duì)泄漏閥的逃逸散發(fā)物質(zhì)的檢測(cè)還能及時(shí)地作出維修，從而減少散發(fā)出來的有害物質(zhì)的數(shù)量，并減少物料損耗。對(duì)逃逸散發(fā)物質(zhì)的精確檢測(cè)可提供一早期的警報(bào)系統(tǒng)，它可以向設(shè)備操作者警告一個(gè)潛在的閥密封件失效狀況，并且能在發(fā)生過多泄漏之前采取預(yù)防性的措施。
然而，在一工業(yè)環(huán)境中采用一自動(dòng)的逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)一個(gè)能有效的收集從設(shè)備的一個(gè)構(gòu)件中發(fā)出的逃逸散發(fā)物質(zhì)并且將該散發(fā)物傳送至氣敏傳感器的樣品回收系統(tǒng)。這種樣品回收系統(tǒng)必須能傳送一以已知流動(dòng)速率的樣品流，以允許氣敏傳感器對(duì)逃逸散發(fā)物質(zhì)的濃度進(jìn)行精確和一致的測(cè)量。
而且，在工業(yè)環(huán)境中采用氣敏傳感器要求將傳感器設(shè)計(jì)成在較寬的溫度范圍(從-40℃到+85℃)內(nèi)并在有較高相對(duì)濕度(高達(dá)86％)的情況下能夠令人滿意地工作。這些傳感器必須能夠區(qū)分所關(guān)心的散發(fā)物和其它環(huán)境污染物，同時(shí)有足夠的檢測(cè)低濃度逃逸散發(fā)物的靈敏度。而且，還必須能對(duì)氣敏傳感器進(jìn)行定期校準(zhǔn)。逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)的輸出信號(hào)必須適合于輸入到工藝設(shè)備中常用的設(shè)備監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。這可以簡單而便宜地將傳感系統(tǒng)一體化于現(xiàn)有的設(shè)備工藝控制系統(tǒng)中。
逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)必須能低成本地制造，并采用在普通設(shè)備很容易獲得的能源，以將安裝成本降至最低。該系統(tǒng)必須適用于承受著爆炸危險(xiǎn)的有害區(qū)域，需要本質(zhì)上安全的、防爆炸的電氣設(shè)備。還必須能在苛刻的環(huán)境下工作，包括接有軟管的、高濕度、高溫和低溫、振動(dòng)等情況。該系統(tǒng)還必須簡單而且可靠，以將維護(hù)成本降至最低。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種可解決上述問題的裝置和方法。
發(fā)明概要按照本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于收集與一散發(fā)源的散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)包括一適于從散發(fā)源接收散發(fā)物的收集器；一與收集器的出口流體相通的、用于產(chǎn)生一個(gè)表示散發(fā)物物理特性的信號(hào)的傳感器；以及一用于接收信號(hào)并產(chǎn)生與散發(fā)源的散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)的傳感器接口電路。在一具體的實(shí)施例中，收集器包括一收集管，在另一實(shí)施例中，收集器包括一閥帽封殼。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，該系統(tǒng)包括一與收集器流體相通的引射器。該引射器將散發(fā)物從收集器中吸出而將傳感器暴露于這些散發(fā)物。該引射器可以連接于一加壓流體源而使加壓流體流過該引射器，從而產(chǎn)生壓降而將散發(fā)物從收集器吸入引射器。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，該系統(tǒng)包括一與至少一個(gè)傳感器流體相通的、用于儲(chǔ)存一校準(zhǔn)劑并將至少一個(gè)傳感器暴露于該校準(zhǔn)劑的傳感器校準(zhǔn)器。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，該系統(tǒng)使得由傳感器接口電路產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是通過測(cè)量由傳感器產(chǎn)生的所述信號(hào)的頻率來得到的。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，該系統(tǒng)包括一適于從傳感器接口電路接收數(shù)據(jù)的微控制器以及一連接該微控制器的、用于儲(chǔ)存來自傳感器接口電路的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，其中該數(shù)據(jù)是從至少一個(gè)傳感器對(duì)校準(zhǔn)劑的響應(yīng)而得到的。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于降低一散發(fā)源的散發(fā)物的系統(tǒng)包括一適于從散發(fā)源接收散發(fā)物的收集器；一與收集器的出口流體相通的、用于產(chǎn)生一個(gè)表示散發(fā)物物理特性的信號(hào)的傳感器；一用于接收信號(hào)并產(chǎn)生與散發(fā)源的散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)的傳感器接口電路；以及一接收數(shù)據(jù)的、用于產(chǎn)生降低散發(fā)源的散發(fā)物的控制信號(hào)的微控制器。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于收集與散發(fā)源的散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)的方法包括收集至少一部分散發(fā)物；將至少一個(gè)傳感器暴露于散發(fā)物以產(chǎn)生一表示散發(fā)物物理特性的信號(hào)；以及對(duì)由該至少一個(gè)傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行處理以產(chǎn)生與散發(fā)源的散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于減少一散發(fā)源的散發(fā)物的方法包括將一收集器相鄰于散發(fā)源而設(shè)置以接收散發(fā)物；提供至少一個(gè)與收集器流體相通的傳感器；將至少一個(gè)傳感器暴露于散發(fā)物以產(chǎn)生一表示散發(fā)物物理特性的信號(hào)；以及對(duì)由該至少一個(gè)傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行處理以產(chǎn)生控制設(shè)備條件的控制信號(hào)，從而減少散發(fā)源的散發(fā)物。
附圖簡述通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，可以更清楚地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中

圖1是本發(fā)明一示例性實(shí)施例的方框圖，示出一逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)的諸主要部件。
圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的樣品回收系統(tǒng)的示圖。
圖3A是本發(fā)明一實(shí)施例的收集管的立體圖。
圖3B是表示本發(fā)明另一實(shí)施例的閥帽封殼細(xì)節(jié)的剖視圖。
圖4是表示圖2樣品回收系統(tǒng)的引射器細(xì)節(jié)的剖視圖。
圖5是表示圖1逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)中的傳感器配置的剖視圖。
圖6是用于本發(fā)明逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)中的一石英晶體微量天平(QCM)振蕩器的示意圖。
圖7是表示圖5的QCM氣敏傳感器的安裝細(xì)節(jié)的示圖。
圖8是用于圖1逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)中的一遠(yuǎn)程校準(zhǔn)系統(tǒng)的部分剖開的示意圖。
圖9是表示用于圖1逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)中的一控制與通信系統(tǒng)的主要部件的方框圖。
圖10是與圖6的QCM氣敏傳感器一起使用的一QCM氣敏傳感器接口電路的方框圖。
圖11是圖10的QCM氣敏傳感器接口電路所產(chǎn)生的典型波形的示圖。
圖12A-12D表示與圖6的QCM氣敏傳感器一起使用的一QCM氣敏傳感器接口電路的電路圖。
圖13A是圖12A的嵌入控制器用來執(zhí)行一高頻測(cè)量電路的一軟件程序的流程圖。
圖13B是圖12A的嵌入控制器用來執(zhí)行一高頻測(cè)量電路的一中斷服務(wù)程序的流程圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述A．逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)首先請(qǐng)參見圖1，它是本發(fā)明一實(shí)施例的流程框圖，其中示出了結(jié)合在一逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10中的一個(gè)樣品回收系統(tǒng)100的各主要構(gòu)件。其中有一個(gè)散發(fā)源12，從中可將一樣品流14吸入樣品回收系統(tǒng)100。樣品流14可包括從散發(fā)源12發(fā)出的任何一種散發(fā)物(也叫作分析物)。樣品回收系統(tǒng)100包括閥帽封殼170、傳感器室114和引射器140。一氣敏傳感器陣列200和熱動(dòng)力傳感器陣列280位于傳感器室114中。樣品流14從閥帽封殼170被吸入傳感器室114，從而使氣敏傳感器陣列200和熱動(dòng)力傳感器陣列280暴露于樣品流14。隨后，樣品流14進(jìn)入引射器140。
一壓縮氣體源30向引射器140提供壓縮空氣32，在引射器140內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)壓降，從而將樣品流14通過傳感器室114吸入引射器140。壓縮空氣32和樣品流14在引射器140內(nèi)混合，形成一混合物36排入大氣。該樣品回收系統(tǒng)100結(jié)合有一個(gè)遠(yuǎn)程校準(zhǔn)系統(tǒng)300，該校準(zhǔn)系統(tǒng)是布置成可以將少量的被測(cè)分析物注入樣品流，以便自動(dòng)地校準(zhǔn)氣敏傳感器。
此外，還設(shè)置了控制和通信系統(tǒng)400，以處理傳感器輸出數(shù)據(jù)，并且對(duì)逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10進(jìn)行控制和通信。控制和通信系統(tǒng)400包括傳感器接口電路402、微控制器404、存儲(chǔ)器406、通信接口電路800和功率轉(zhuǎn)換電路900。
氣敏傳感器陣列200和熱動(dòng)力傳感器陣列280連接于傳感器接口電路402，該接口電路可以處理來自傳感器陣列的信號(hào)，并把處理過的信號(hào)提供給微控制器404。微控制器404將來自于傳感器的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器406中，并可利用這些來自于逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10的傳感器數(shù)據(jù)來啟動(dòng)控制動(dòng)作，以減少或消除散發(fā)。例如，微控制器404可以關(guān)閉位于散發(fā)源12上游的一個(gè)閥，使流體停止通過散發(fā)源12，藉以停止由于流體泄漏而造成的散發(fā)?；蛘?，微控制器404可以改變散發(fā)源12本身的工作條件，以減少或消除逃逸散發(fā)。微控制器404可以利用通信接口電路800向上游的閥、散發(fā)源12、或者是可以用來減少或消除散發(fā)的其它任何工廠設(shè)備提供這些控制信號(hào)。
微控制器404還可以用通信接口電路800向一流程控制系統(tǒng)40提供傳感器數(shù)據(jù)。逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10可以進(jìn)行逃逸散發(fā)物的測(cè)量，并且立即將合成的傳感器數(shù)據(jù)傳送給一獨(dú)立的流程控制系統(tǒng)40。或者，逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10可以將每次測(cè)量的傳感器數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來，以便在以后由流程控制系統(tǒng)40來檢索。
通信接口電路800還可以接收來自流程控制系統(tǒng)40的數(shù)據(jù)和控制指令。流程控制系統(tǒng)40可以用來自逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10的傳感器數(shù)據(jù)來啟動(dòng)控制動(dòng)作，以減少或消除散發(fā)。例如，流程控制系統(tǒng)40可以如上所述的那樣關(guān)閉上游的閥或改變散發(fā)源12的工作條件，以減少或消除散發(fā)。
功率轉(zhuǎn)換電路900接收電能，這些電能可通過與流程控制系統(tǒng)40通訊連接進(jìn)行傳送，并以合適的電壓向通信和控制系統(tǒng)400提供電能。
逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10可以用來檢測(cè)來自于散發(fā)源12的各種流體的出現(xiàn)，并測(cè)量其濃度。該系統(tǒng)還可以檢測(cè)來自散發(fā)源的有害、有毒或污染物質(zhì)，或者檢測(cè)其損失受到關(guān)注的無害物質(zhì)的泄漏。該逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)可以用來檢測(cè)來自任何散發(fā)源的散發(fā)物質(zhì)，特別是來自于可能散發(fā)有害物質(zhì)的工業(yè)處理設(shè)備。例如控制閥、截止閥、或安裝在攜帶有害氣體的管線上的泵；攪拌機(jī)、螺旋輸送機(jī)、或安裝在含有有害流體的過程容器上的其它設(shè)備；以及熱交換器、反應(yīng)器和其它含有有害流體的過程容器。當(dāng)逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10檢測(cè)到散發(fā)物質(zhì)時(shí)，逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10可以利用該數(shù)據(jù)控制流程，以減少或消除散發(fā)?；蛘撸梢詫⒃摂?shù)據(jù)傳遞給一個(gè)遠(yuǎn)程的設(shè)備流程控制系統(tǒng)40，該系統(tǒng)可以響應(yīng)這個(gè)信號(hào)來控制流程，以減少或消除散發(fā)。B．樣品回收系統(tǒng)現(xiàn)請(qǐng)參見圖2，它是用于圖1所示逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)的樣品回收系統(tǒng)100的示意圖。該樣品回收系統(tǒng)100包括一閥帽封殼170、回收總管106、傳感器室114和引射器140。閥帽封殼170是由一可圍繞預(yù)期會(huì)發(fā)出散發(fā)物質(zhì)的散發(fā)源12的表面積的罩殼構(gòu)成的。總管106的一端連接于閥帽封殼170，而另一端連接于傳感器室114，并且可以允許一樣品流從散發(fā)源流入傳感器室114。總管106最好是用316不銹鋼管制成，或者是其它合適的耐腐蝕材料制成。
傳感器室114包含氣敏傳感器陣列200，并且還能包含一熱動(dòng)力傳感器陣列(未圖示)。傳感器室114的出口116是引射器140的入口。在傳感器室114的入口處設(shè)置了一個(gè)限流孔118，以提供氣動(dòng)限流作用。限流孔118在傳感器室內(nèi)造成壓降，有助于引射器140的工作。限流孔118可以用藍(lán)寶石、不銹鋼或?qū)τ趤碜员槐O(jiān)測(cè)設(shè)備的散發(fā)物質(zhì)呈惰性的其它適當(dāng)?shù)牟牧现瞥伞?br> 一個(gè)細(xì)粒過濾器120沿回收總管106定位，以收集夾帶在樣品流中的任何細(xì)粒。在傳感器室114的入口和引射器140的出口處分別設(shè)置了火焰通道限制器124和126。在不同的位置上布置了微型閥130、132和134，以使樣品回收系統(tǒng)的各個(gè)部分相互隔絕。微型閥130可以用來使閥帽封殼170和傳感器室114相互隔絕。微型閥132可以將周圍空氣吸入傳感器室114，通過關(guān)閉微型閥130并打開微型閥132和134，就可以對(duì)氣敏傳感器進(jìn)行基線校準(zhǔn)。
一個(gè)遠(yuǎn)程校準(zhǔn)器可連接于該樣品回收系統(tǒng)，以便對(duì)氣敏傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)而無需將它們?nèi)〕鰝鞲衅魇?14。含有校準(zhǔn)物的遠(yuǎn)程校準(zhǔn)器的分析儀304通過第一微型閥306連接至一計(jì)量腔308。計(jì)量腔308通過第二微型閥310連接至傳感器室114。
傳感器室114最好是用鑄鋁制成。該腔室的內(nèi)部可以是粗加工的、或者是涂覆的或機(jī)加工的以獲得一光整的表面而減少表面從樣品流吸取氣體。傳感器室114也可以用不會(huì)受被監(jiān)測(cè)散發(fā)物質(zhì)影響的其它耐腐蝕材料制成。傳感器室114最好是構(gòu)造成一個(gè)模塊單元，以便于就地更換。
圖3A示出了安裝于一散發(fā)源12上的收集器170的一個(gè)實(shí)施例，該散發(fā)源12在圖中示為一控制閥，該收集器170包括一收集管160。收集管160便于在各種不同類型的閥驅(qū)動(dòng)器上的安裝，它包括一單體式的管子。S31600不銹鋼是收集管60的合適材料的一個(gè)例子。收集管160可以配置成收集從位于閥罩與閥桿之間的閥桿密封圈16泄漏的氣體。在圖3A所示的實(shí)施例中，收集管160沿圓周方向圍繞閥桿密封圈16。收集管160的第一端163被塞住或鍛造成封閉狀，另一端形成一個(gè)與吸入管道106對(duì)接的出口104。
收集管160在其面對(duì)散發(fā)源12的一側(cè)形成至少一個(gè)收集孔164。在一具體的實(shí)施例中，收集管160形成七個(gè)收集孔164，這些收集孔164的直徑通常隨其到收集管160的第一端162距離的增大而增大。例如，最靠近于第一端162的收集孔164的直徑為0．156英寸，而隨后的收集孔164的直徑分別為0．156、0．0313、0．0313、0．0469、0．0469和0．0625英寸。漸減的流體阻力有利于圍繞閥密封圈16的圓周進(jìn)行相等的收集，將從散發(fā)源12排出的逃逸散發(fā)物送入回收管道106，進(jìn)而送入傳感腔。
圖3B示出了本發(fā)明的收集器170的另一個(gè)實(shí)施例，該收集器170包括一閥帽封殼170。閥帽封殼170表示為安裝在一散發(fā)源12(在圖中為一控制閥)上。閥帽封殼170包括一連接于回收總管106的出口104，并且還包括一開口108，以使閥帽封殼170圍繞一閥桿20或散發(fā)源的其它阻擋部分20進(jìn)行安裝。圖3B所示的閥帽封殼170是設(shè)計(jì)成可以收集從閥體18與閥桿20之間的閥桿密封件16泄漏出來的氣體。開口108是設(shè)計(jì)成使閥桿與閥帽封殼壁之間只有一個(gè)很小的間隙，以限制外來細(xì)粒不能進(jìn)入閥帽封殼170。在閥帽封殼170內(nèi)有一個(gè)擋板110，以阻止閥帽封殼170內(nèi)的外來細(xì)粒進(jìn)入回收總管106。
閥帽封殼170安裝在散發(fā)源上，在閥帽封殼170與散發(fā)源12之間保持有一個(gè)間隙112。這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低阻抗的氣動(dòng)限制，從而允許空氣流過間隙112和閥帽封殼170，進(jìn)入回收總管106。這空氣流可將散發(fā)源發(fā)出的任何逃逸散發(fā)物質(zhì)帶入回收總管106，向前再進(jìn)入傳感器室。這種連續(xù)的空氣流還可以防止散發(fā)源12的散發(fā)物積聚在閥帽封殼中。由于逃逸散發(fā)物質(zhì)積聚之后的集成效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤的高傳感器讀數(shù)。
閥帽封殼170可以由兩個(gè)或更多個(gè)構(gòu)件組成，以便于在閥帽封殼170必須圍繞阻擋零件時(shí)的安裝。因此，如圖3所示，可以將由垂直方向分成兩半構(gòu)成的閥帽封殼170圍繞閥桿20安裝而無需拆除安裝在閥桿頂部的閥致動(dòng)器(未圖示)。該閥帽封殼170最好是用316不銹鋼或其它合適的耐腐蝕材料制成。
圖4是示出圖2的樣品回收系統(tǒng)100的引射器140之細(xì)節(jié)的剖視圖。引射器140可以與傳感器室114形成一體，或者構(gòu)成為一單獨(dú)的裝置。一壓縮空氣源30可向一微型調(diào)節(jié)器144提供壓縮空氣，該調(diào)節(jié)器向引射器140提供調(diào)制壓縮空氣34。壓縮空氣可以提供使來自閥帽封殼170的樣品流14經(jīng)傳感器室114吸入引射器140的動(dòng)力。壓縮空氣源30可以是通常在設(shè)備內(nèi)用來調(diào)節(jié)氣動(dòng)控制閥或操作氣動(dòng)設(shè)備的空氣供給設(shè)備，但也可以采用其它的加壓氣體或液體源。微型調(diào)節(jié)器144是通常工業(yè)用的小壓力調(diào)節(jié)器。微型調(diào)節(jié)器144可降低并調(diào)節(jié)壓縮氣體的壓力，以控制樣品流14，并使壓縮空氣32的損耗為最小。
第一級(jí)腔室146接收來自于微型調(diào)節(jié)器144的調(diào)制壓縮空氣34，并將該空氣排入第一級(jí)噴管148。第一級(jí)噴管148是管狀的，帶有一可將空氣排入第二級(jí)噴管152之喉部的噴孔154。第二級(jí)腔室150連通于總管106和第二級(jí)噴管152的喉部。第二級(jí)噴管152也是管狀的，其橫截面積大于第一級(jí)噴管148，其噴孔156向大氣排氣。
工作時(shí)，調(diào)制壓縮空氣34進(jìn)入第一級(jí)腔室146，并流入第一級(jí)噴管148。隨著調(diào)制壓縮空氣34進(jìn)入第一級(jí)噴管148的出口限流區(qū)域，其速度增大。高速的壓縮空氣流排入第二級(jí)噴管152，夾帶走第二級(jí)腔室150的空氣，并在第二級(jí)腔室150中產(chǎn)生壓降。這種壓降可引發(fā)一從閥帽封殼170、經(jīng)回收總管106進(jìn)入第二級(jí)腔室150的樣品流14。樣品流14可攜帶來自于散發(fā)源12的任何逃逸散發(fā)物通過樣品回收系統(tǒng)，使氣敏傳感器陣列200和熱動(dòng)力傳感器陣列280暴露于散發(fā)物。調(diào)制壓縮空氣34和樣品流14在第二級(jí)噴管152中混合，混合物36被排向大氣。
引射器140可以用不銹鋼或其它耐腐蝕材料制成。第一級(jí)噴孔154和第二級(jí)噴孔156最好是用藍(lán)寶石制成。
引射器140是設(shè)計(jì)成可產(chǎn)生一通過樣品回收系統(tǒng)100的、已知質(zhì)量流的樣品流14。樣品流14的流速取決于第一級(jí)噴孔154、第二級(jí)噴孔156、傳感器室入口孔118的直徑和調(diào)制壓縮空氣34的壓力。樣品回收系統(tǒng)100在樣品流速為大約0．425立方英尺／小時(shí)的情況下能理想地工作。當(dāng)?shù)谝患?jí)噴孔的直徑為0．011英寸，第二級(jí)噴孔的直徑為0．024英寸，傳感器室入口孔的直徑為0．013英寸，調(diào)制壓縮空氣的壓力為大約3．0磅／平方英寸時(shí)可獲得這流速。然而，引射器140可能需要不同的尺寸和工作條件，以有效地收集來自各種散發(fā)源的散發(fā)物。
通過控制進(jìn)入引射器140的調(diào)制壓縮空氣34的壓力，就能控制第二級(jí)腔室150內(nèi)的壓降，因而可以控制樣品流14通過回收總管106和傳感器室114的速度。此外，只要給定引射器140、回收總管106和傳感器室114的幾何形狀以及第一級(jí)腔室146入口處的壓縮空氣壓力，就可以計(jì)算樣品流14的質(zhì)量流。
樣品回收系統(tǒng)100的這種設(shè)計(jì)可以無需用一質(zhì)量流傳感器來測(cè)量經(jīng)過回收總管106的樣品流。所述的系統(tǒng)還可以無需在散發(fā)源附近設(shè)置泵或風(fēng)扇來收集樣品流，因而是一種簡單并且低成本的設(shè)計(jì)。最后，該樣品回收系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成符合EPA采樣規(guī)定。C．傳感器陣列1．總覽圖5是表示傳感器在圖1逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10的傳感器室114中的配置的剖視圖。所示的傳感器室114具有一來自回收管道106的入口和通往引射器140(未圖示)的出口。在傳感器室114的入口處設(shè)置有一進(jìn)入孔118。傳感器室114中設(shè)置有一氣敏傳感器陣列200和一熱動(dòng)力傳感器陣列。
氣敏傳感器陣列200包括可響應(yīng)于受監(jiān)控的具體逃逸散發(fā)物的一或多個(gè)傳感器。在圖4所示的實(shí)施例中，氣敏傳感器陣列200包括一或多個(gè)石英晶體微量天平(QCM)氣敏傳感器210。氣敏傳感器陣列200結(jié)合于一個(gè)裝配在傳感器室114內(nèi)并能很容易地進(jìn)行現(xiàn)場拆換的組件中。
2．石英晶體微量天平氣敏傳感器圖6示出了一石英晶體微量天平(QCM)電路，它包括一可包含在氣敏傳感器陣列200之內(nèi)的QCM氣敏傳感器210和振蕩器電路240。QCM氣敏傳感器210包括一石英晶體基底212、聚合物涂層214和216以及位于基底與涂層之間的電極218和220。振蕩器電路240包括串聯(lián)的一“與非”門222和224以及“與”門226?！芭c非”門222的輸出口與電路電源電壓+V之間連接有電阻228，“與非”門224的輸出口與電路電源電壓+V之間連接有電阻230?！芭c非”門222并聯(lián)有電阻232，它將一第一輸入口連接到輸出口。一選擇信號(hào)234連接于“與非”門222的第二輸入口，相同的選擇信號(hào)還被連接于“與”門226的輸入口。一起動(dòng)信號(hào)236連接于“與非”門224的輸入口。
當(dāng)選擇信號(hào)234和起動(dòng)信號(hào)236均較高時(shí)，“與非”門222和224起到高增益反相放大器的作用，使振蕩器輸出244在高、低壓之間振蕩。來自振蕩器輸出244的振蕩電壓通過“與”門226傳遞并作用于晶體基底212上，因壓電效應(yīng)而在晶體上施加一個(gè)應(yīng)力，造成QCM氣敏傳感器210物理共振。共振晶體與振蕩電路相互作用，使振蕩電路在QCM氣敏傳感器210的共振頻率下振蕩。這樣，振蕩器輸出244的頻率將隨QCM氣敏傳感器210的共振頻率而變化。
當(dāng)QCM傳感器210未被選用時(shí)，“與”門226在振蕩器電路240與傳感器之間提供絕緣。“與非”門224的輸出口連接到“與”門226的第一輸入口，其第二輸入口連接于選擇信號(hào)234。當(dāng)選擇QCM氣敏傳感器210用于測(cè)量時(shí)，選擇信號(hào)234較高，“與”門226的輸出跟隨其第一輸入口處的任何狀態(tài)變化。這樣，“與非”門224的振蕩輸出將被傳遞到石英晶體基底212的端子220，QCM氣敏傳感器210將被連接入振蕩器電路240。當(dāng)QCM氣敏傳感器210未被選擇用于測(cè)量時(shí)，選擇信號(hào)234較低，無論“與”門226第一輸入口處的信號(hào)如何，“與”門226的輸出都將較低。這將導(dǎo)致QCM氣敏傳感器210與振蕩器電路240相絕緣。
QCM氣敏傳感器210的共振頻率是石英晶體基底212的尺寸、形狀和切口的一個(gè)函數(shù)。石英晶體的自然共振頻率是晶體的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的一個(gè)函數(shù)。精確地選擇石英晶體基底212的尺寸、切口類型和厚度，以實(shí)現(xiàn)一具體的共振頻率。一種標(biāo)稱共振頻率為9兆赫的AT-切口晶體適用于氣敏傳感器場合。從加利福尼亞州的Standard Crystal公司可以獲得合適的石英晶體基底。也可以用其它類型的壓電聲波器件來代替QCM氣敏傳感器，包括表面聲波(SAW)器件、聲板模式(APM)器件或曲板波(FPW)器件。然而，這些備選器件可能會(huì)有超過100兆赫的工作頻率，其工作模式需要使用能夠測(cè)量此類較高頻率的電路。電極218和220可以由覆金鉻(gold-on-chromium)構(gòu)成，但也可以采用其它合適的耐蝕導(dǎo)體。
QCM氣敏傳感器210的共振頻率是器件總質(zhì)量的一個(gè)函數(shù)。聚合物涂層214和216的質(zhì)量可影響器件的總質(zhì)量，因而影響QCM氣敏傳感器210的共振頻率。當(dāng)氣體分子吸附入或附著在聚合物涂層214和216上時(shí)，聚合物涂層的質(zhì)量略微增大，QCM氣敏傳感器210的共振頻率變化。QCM氣敏傳感器210的共振頻率也是涂層粘電特性、溫度效應(yīng)所造成的機(jī)械應(yīng)力以及QCM安裝配置的一個(gè)函數(shù)。然而，這些效應(yīng)可以忽略，或者可以進(jìn)行補(bǔ)償，使本發(fā)明的QCM氣敏傳感器210主要地是用作一質(zhì)量傳感器。因此，通過選用與所關(guān)心的一種或一類具體氣體有化學(xué)親和性的聚合物涂層，可以構(gòu)成一非常靈敏的氣體檢測(cè)器。
當(dāng)所關(guān)心的氣體與QCM氣敏傳感器210接觸時(shí)，氣體分子通過各種不同的吸附作用過程吸附或附著于聚合物涂層214和216上。氣體分子的吸附作用增大了QCM氣敏傳感器210的質(zhì)量，因而改變了其共振頻率，造成振蕩器230工作頻率發(fā)生相應(yīng)變化。所吸附和附著的氣體分子的量以及所造成的振蕩器230工作頻率的變化是QCM氣敏傳感器210周圍環(huán)境中受測(cè)量的氣體濃度的一個(gè)函數(shù)。在一定的界限內(nèi)，頻率隨氣體濃度的變化而作線性變化。石英晶體基底212的共振頻率還會(huì)因晶體老化和溫度效應(yīng)而發(fā)生某些變化。
因此，所關(guān)心的氣體的濃度變化可以通過測(cè)量振蕩器輸出244的頻率變化來進(jìn)行測(cè)量。氣敏傳感器可以通過將QCM氣敏傳感器210暴露于已知濃度的氣體下并記錄下所造成的振蕩器輸出244的頻率來進(jìn)行校準(zhǔn)。而后，該氣敏傳感器便可用于測(cè)量某一氣體的絕對(duì)濃度了。圖1的氣敏傳感器可以設(shè)計(jì)用來檢測(cè)濃度非常低的氣體。然而，為了測(cè)量較低的氣體濃度，需要一個(gè)測(cè)量振蕩器輸出244的較小頻率變化的裝置。下面將描述在通信與控制系統(tǒng)400中的一QCM氣敏傳感器接口電路，用以進(jìn)行此類的測(cè)量。
QCM氣敏傳感器210對(duì)振動(dòng)和氣體樣品流14的流動(dòng)特性敏感。這種振動(dòng)可以由泵、發(fā)動(dòng)機(jī)或其它設(shè)備的運(yùn)行所造成，該設(shè)備連接于上面安裝有逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10的閥。圖7中所示的QCM氣敏傳感器210的安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用來將傳感器與這些振動(dòng)隔絕。
一底座250支承兩個(gè)剛性支承件252和254，每個(gè)支承件具有一裂口(256和258)。QCM氣敏傳感器210形成一扁圓盤狀，并設(shè)置在剛性支承件252與254之間而使傳感器圓盤的周邊突伸通過支承件中的裂口256和258。QCM氣敏傳感器210的電極218在傳感器圓盤的中心具有一圓形部分，并具有一細(xì)長部分向外朝支承件252延伸并通過裂口256，這樣電極218便與支承件252形成電接觸。支承件252電氣連接于電氣端子262，從而在電極218與電氣端子262之間實(shí)現(xiàn)一電氣通路。傳感器圓盤的另一側(cè)上設(shè)置有電極220(未示出)，其形狀類似于電極218。然而，電極220的細(xì)長部分朝支承件254延伸并通過裂口258，從而實(shí)現(xiàn)從電極220、支承件254和電氣端子260的電氣通路。電氣端子260和262將QCM氣敏傳感器210連接入圖6所示的振蕩器電路240。
各QCM氣敏傳感器最好安裝在一可拆卸的組件中，以便于傳感器陣列的更換和維修。這些QCM氣敏傳感器致密地裝填，以減少傳感器室內(nèi)逃逸散發(fā)物的濃度梯度的影響。可以使用多個(gè)QCM氣敏傳感器210，每個(gè)傳感器具有不同的聚合物涂層，以區(qū)分多種不同的逃逸散發(fā)物。
3．熱動(dòng)力傳感器熱動(dòng)力傳感器陣列包括一或多個(gè)可響應(yīng)傳感器室114中的熱力學(xué)條件的傳感器。在圖5所示的實(shí)施例中，熱動(dòng)力傳感器陣列包括一溫度傳感器282、一相對(duì)濕度傳感器284和一差壓傳感器286。
QCM氣敏傳感器對(duì)溫度變化敏感。對(duì)傳感器室114中溫度的測(cè)量可用來補(bǔ)償受溫度變化影響的氣敏傳感器測(cè)量。溫度傳感器282設(shè)置在傳感器室114內(nèi)，并可以任選地設(shè)置在與氣敏傳感器陣列200相同的可拆組件中?？梢允褂靡粺o任何聚合物涂層的QCM傳感器作為溫度傳感器282。無涂層QCM傳感器的構(gòu)造類似于上述的QCM傳感器210，它具有一石英晶體基底并連接于一振蕩器電路，但沒有任何涂層。QCM溫度傳感器282經(jīng)密封，以防止從樣品流14或外界空氣中吸收流體。傳感器的石英晶體基底的任何溫度變化將導(dǎo)致無涂層QCM溫度傳感器282的共振頻率發(fā)生相應(yīng)變化。與QCM氣敏傳感器210一樣，石英晶體基底的共振頻率還將因器件的老化而發(fā)生一些變化。除了使用QCM器件，還可以使用電阻溫度檢測(cè)器或其它普通類型的溫度傳感器。
相對(duì)濕度會(huì)影響氣敏傳感器陣列200進(jìn)行的測(cè)量，這是因?yàn)闃悠妨?4內(nèi)的水分子會(huì)與受測(cè)量的、由QCM氣敏傳感器210的聚合物表面所吸收的逃逸散發(fā)物的分子相競爭。相對(duì)濕度傳感器284設(shè)置在傳感器室114中。也可以使用一類似于QCM氣敏傳感器210的QCM傳感器作為相對(duì)濕度傳感器284。當(dāng)用作相對(duì)濕度傳感器284時(shí)，涂覆于QCM傳感器的石英晶體基底的聚合物涂層是選用親水的。QCM相對(duì)濕度傳感器284的共振頻率隨附著在傳感器表面的聚合物涂層上的水的量而變化。
差壓傳感286測(cè)量樣品流14通過傳感器室114的流動(dòng)。測(cè)壓點(diǎn)288a和288b分別測(cè)量回收管道106和傳感器室114中的壓力，從而在通入傳感器室114的入口處測(cè)量孔118上的壓降。氣體朝傳感器室114中的流動(dòng)可以用眾所周知的技術(shù)通過差壓測(cè)量來進(jìn)行計(jì)算。
D．遠(yuǎn)程校準(zhǔn)系統(tǒng)QCM氣敏傳感器通常會(huì)因老化、溫度、濕度、污染以及聚合物涂層氧化的影響而質(zhì)量變差。對(duì)氣敏傳感器進(jìn)行定期的校準(zhǔn)可以使逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)能彌補(bǔ)這些影響。為實(shí)現(xiàn)氣敏傳感器有效而一致的校準(zhǔn)，逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)包括一遠(yuǎn)程校準(zhǔn)器。圖8是用于圖1逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)中的一遠(yuǎn)程校準(zhǔn)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
選擇與逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)一起使用的校準(zhǔn)技術(shù)是使氣敏傳感器陣列200暴露于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于測(cè)量的同類型散發(fā)物。通過將傳感器暴露于已知量的散發(fā)物，可使對(duì)傳感器所得數(shù)據(jù)的分析化為一個(gè)回歸問題。將氣敏傳感器陣列200暴露于含有三種濃度遞增的所關(guān)心散發(fā)物的工藝設(shè)備氣氛。這三個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)選擇成圍繞傳感器的整個(gè)操作范圍(從所關(guān)心的散發(fā)物的最低濃度到最高濃度)，并將傳感器的操作限定成具有特定的測(cè)量間隔。測(cè)量頻率可以是每天一次，測(cè)量時(shí)間不超過10分鐘。功耗在系統(tǒng)的所有方面中是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它影響設(shè)計(jì)的許多方面。
圖8示出了一種用于對(duì)與逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10一起使用的氣敏傳感器進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)的遠(yuǎn)程校準(zhǔn)器300。該遠(yuǎn)程校準(zhǔn)器300安裝在鄰近于氣敏傳感器的區(qū)域中。遠(yuǎn)程校準(zhǔn)器300包括一含有一定量液體分析校準(zhǔn)劑314的貯槽312，該校準(zhǔn)劑最好是與通過閥流到受監(jiān)控的地方的物質(zhì)相同的物質(zhì)。
遠(yuǎn)程校準(zhǔn)器300包括一可在容器312和出口噴嘴318之間延伸的管道16。管道316包括一延伸穿過其中的孔320。管道316還包括一中間或中央部分322，該中部的一部分限定了一計(jì)量腔324。計(jì)量腔324最好具有預(yù)定的容積，對(duì)該較佳實(shí)施例而言，這個(gè)容積是2微升(2×10-6立方厘米)。管道316最好是用內(nèi)徑為0．008英寸、外徑為0．050英寸的不銹鋼管材或其它具有適當(dāng)壁厚的小直徑管材構(gòu)造而成。一熱激勵(lì)器326(最好是一電阻線圈或射頻加熱裝置)在計(jì)量腔324附近圍繞管道316，從而使驅(qū)動(dòng)器326可以對(duì)計(jì)量腔324中的具有計(jì)量數(shù)量328的校準(zhǔn)劑314進(jìn)行加熱。計(jì)量數(shù)量328最好是取決于計(jì)量腔324的內(nèi)部容積，當(dāng)計(jì)量腔內(nèi)填滿校準(zhǔn)劑314時(shí)就出現(xiàn)正確的計(jì)量數(shù)量328。或者，可以這樣來確定計(jì)量數(shù)量328，即，利用已知的方法對(duì)校準(zhǔn)劑314流入計(jì)量腔的流量進(jìn)行測(cè)量。熱激勵(lì)器326最好是能使計(jì)量腔324中所包含的具有計(jì)量數(shù)量328的校準(zhǔn)劑很快(如大約10微秒)就達(dá)到其沸點(diǎn)。
在出口噴嘴318處有一個(gè)具有一磁耦合致動(dòng)器331的出口閥330，該出口閥可在一打開位置和一閉合位置之間移動(dòng)，在打開位置上，孔320(以及計(jì)量腔324)流體連通于周圍大氣，在閉合位置上，孔320(以及計(jì)量腔324)隔絕于周圍大氣。一具有一磁耦合致動(dòng)器333的第二閥332設(shè)置在管道316的位于計(jì)量腔324和容器312之間的位置上。閥332可以在一打開位置和一閉合位置之間移動(dòng)，在打開位置上，計(jì)量腔324流體連通于容器312，在閉合位置上，計(jì)量腔隔絕于容器312。較佳的是，每個(gè)閥330、332都能從一個(gè)共同的控制系統(tǒng)334遠(yuǎn)程地操作。如下文中將要詳細(xì)描述的那樣，控制系統(tǒng)334還能激發(fā)熱激勵(lì)器326。此外，通過閥330的氣動(dòng)阻抗最好是比通過閥332阻抗的氣動(dòng)大五十(50)倍，其重要性將在下文詳細(xì)描述。
閥330最好包括一耐化學(xué)腐蝕的軟閥座，諸如VITON或TEFLON。這些含氟材料可防止校準(zhǔn)劑吸收入閥座，從而防止“截留氣體排出(off-gassing)”。閥330的關(guān)閉力可以相對(duì)較低，例如作用在噴嘴318上的關(guān)閉力在每平方英寸25磅的范圍內(nèi)。
使用中，當(dāng)裝置310不工作時(shí)，閥330閉合，閥門32打開，容器312內(nèi)的校準(zhǔn)劑可以自由地流入計(jì)量腔324。當(dāng)希望裝置310工作時(shí)，控制系統(tǒng)334使閥332閉合，從而在計(jì)量腔324與容器312之間造成很大的阻力，或者說防止在計(jì)量腔324和容器312之間形成流動(dòng)，熱激勵(lì)器326被激活。同時(shí)，或在相當(dāng)短的時(shí)間之后，閥330打開。此時(shí)，計(jì)量腔324內(nèi)的已蒸發(fā)的校準(zhǔn)劑314處于其沸點(diǎn)溫度，從連通的噴嘴318噴出。在這個(gè)點(diǎn)上，排出的校準(zhǔn)劑與來自閥周圍的已知數(shù)量的大氣氣體相混合，以便測(cè)量或預(yù)計(jì)其泄漏散發(fā)的程度。將所獲的傳感器讀數(shù)與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作比較，或者利用其它已知的方法，就可以對(duì)泄漏傳感器(未圖示)進(jìn)行校準(zhǔn)。
或者，可以利用一機(jī)械的限制裝置，而不是可閉合的閥門來實(shí)現(xiàn)計(jì)量腔324與容器312之間的阻斷。在不太惡劣的環(huán)境中或者在不希望校準(zhǔn)劑進(jìn)行慣性擴(kuò)散的環(huán)境中，可以想象，表面張力和氣動(dòng)阻抗足以防止校準(zhǔn)劑的蒸發(fā)和回流，因而可以免除上述的一個(gè)甚至兩個(gè)閥。
E．控制與通信系統(tǒng)1．總覽圖9是表示用于圖1逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)中的一控制與通信系統(tǒng)的主要部件的方框圖?？刂婆c通信系統(tǒng)400包括與傳感器接口的電路(QCM接口電路500和熱動(dòng)力傳感器接口電路700)以及控制遠(yuǎn)程校準(zhǔn)器的電路(遠(yuǎn)程校準(zhǔn)器控制電路)。這些電路均與一微控制器404相通信，該微控制器將數(shù)據(jù)送至通信接口電路800，用于傳遞到一設(shè)備控制系統(tǒng)40。一功率轉(zhuǎn)換電路900為通信與控制系統(tǒng)400供能。
2．微控制器和存儲(chǔ)器微控制器404控制逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10的操作。微控制器404控制逃逸散發(fā)物傳感系統(tǒng)10的各部件之間的通信以及與一設(shè)備控制系統(tǒng)40的通信。微控制器404還將來自氣敏傳感器陣列200和熱動(dòng)力傳感器陣列280的測(cè)量數(shù)據(jù)以及得自氣敏傳感器校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器406中。
微控制器404可編程為根據(jù)來自設(shè)備控制系統(tǒng)40的指令執(zhí)行逃逸散發(fā)物測(cè)量。數(shù)據(jù)可以暫時(shí)儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器406中，并在每次測(cè)量過程后上載到設(shè)備控制系統(tǒng)40?；蛘?，微控制器404可編程為根據(jù)一設(shè)定的時(shí)間表執(zhí)行逃逸散發(fā)物測(cè)量。測(cè)量數(shù)據(jù)可以儲(chǔ)存于一非易失性存儲(chǔ)器406中，而僅根據(jù)來自設(shè)備控制系統(tǒng)40的數(shù)據(jù)要求指令進(jìn)行上載。
3．QCM氣敏傳感器接口可以使用若干技術(shù)來確定QCM氣敏傳感器210的共振頻率。一種方法是根據(jù)阻抗測(cè)量來確定共振頻率。這種技術(shù)是一模擬-數(shù)字混合電路，它易受噪聲影響，較為復(fù)雜，并且實(shí)施起來較為昂貴。然而，使用一頻率計(jì)數(shù)器可提供一廉價(jià)的全數(shù)字電路，它具有較高的噪聲抗擾性，便于與市場上的部件集成使得這項(xiàng)技術(shù)新穎而富有可靠性。
圖10是用于圖9控制與通信系統(tǒng)中的一數(shù)字QCM氣敏傳感器接口電路的主要功能元件的方框圖。圖中示出了QCM氣敏傳感器210和振蕩器240，振蕩器輸出連接于計(jì)數(shù)器504和數(shù)字混合器506的第一輸入口。計(jì)數(shù)器504連接于減法電路，該電路用于產(chǎn)生“粗”測(cè)量值518，如下面所描述。粗測(cè)量值518是一個(gè)對(duì)數(shù)字頻率合成器520的輸入，該合成器產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率522?；鶞?zhǔn)頻率522是對(duì)數(shù)字合成器506的第二個(gè)輸入。數(shù)字合成器506的輸出連接到低通濾波器526，該濾波器的輸出連接到一邏輯門530。邏輯門530可以是一個(gè)緩沖器或逆變器，或是一個(gè)提供噪聲抗擾性的施密特觸發(fā)器。邏輯門輸出連接到計(jì)時(shí)器534，該計(jì)時(shí)器用于產(chǎn)生“細(xì)”測(cè)量值536，如下面所描述。粗測(cè)量518和細(xì)測(cè)量值536是對(duì)加法電路538的輸入，該電路產(chǎn)生最終的測(cè)量值540。時(shí)鐘電路542產(chǎn)生門信號(hào)544，該信號(hào)是對(duì)計(jì)時(shí)器504的輸入，并產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘頻率546，該頻率是對(duì)計(jì)時(shí)器534的輸入。
起初，振蕩器240的輸出是QCM頻率502，其頻率與QCM氣敏傳感器210的共振頻率相同，通常為9兆赫。如前面所提到的，該頻率將因氣體分子吸收到QCM氣敏傳感器210的聚合物涂層214和216之中和之上而變化。計(jì)數(shù)器504計(jì)數(shù)QCM頻率502的周期數(shù)(通過低到高過渡的上升沿測(cè)量)。該計(jì)數(shù)是初始頻率測(cè)量值514。計(jì)數(shù)器504是一個(gè)16位器件，因而16位初始頻率測(cè)量值514的最大可能計(jì)數(shù)為216或65536。為防止16位計(jì)數(shù)的溢出，計(jì)數(shù)器504必須起動(dòng)足夠短的時(shí)間，以使預(yù)期的總計(jì)數(shù)小于65536。為防止這種溢出，時(shí)鐘電路542產(chǎn)生一周期性的門信號(hào)544，以使計(jì)數(shù)器504起動(dòng)一較短的時(shí)間段。計(jì)數(shù)器504計(jì)數(shù)各門信號(hào)之間所發(fā)生的QCM頻率502的周期數(shù)。
門時(shí)段是根據(jù)受測(cè)量的信號(hào)的頻率來進(jìn)行選擇的。較長的門時(shí)段可提供較高的分辨率，而較短的門時(shí)段允許在受測(cè)量的頻率中有較大的變化而不會(huì)造成溢出。例如，一個(gè)9兆赫信號(hào)可以在一6毫秒的門時(shí)段中提供54000次計(jì)數(shù)。16位計(jì)數(shù)對(duì)于9兆赫信號(hào)和6毫秒門時(shí)段的分辨率為9兆赫／54000計(jì)數(shù)，或者約為167赫茲(即每次計(jì)數(shù)表示167赫茲)。由于在計(jì)數(shù)累積過程中所發(fā)生的數(shù)字值截?cái)啵瑢?shí)際誤差是不對(duì)稱的。然而，為精確計(jì)算吸附入QCM氣敏傳感器210的聚合物涂層的氣體分子的質(zhì)量，需要更高的精度。
通過將QCM頻率502與一基準(zhǔn)頻率數(shù)字混合，并測(cè)量這兩個(gè)信號(hào)之間的頻率差，從而可實(shí)現(xiàn)較高的分辨率?；鶞?zhǔn)頻率來自由計(jì)數(shù)器504產(chǎn)生的初始頻率測(cè)量值514。減法電路516從初始測(cè)量值514減去一個(gè)計(jì)數(shù)，并將所得到的“粗”測(cè)量值518輸入數(shù)字頻率合成器520。數(shù)字頻率合成器520產(chǎn)生一基準(zhǔn)信號(hào)522，該信號(hào)的頻率與粗測(cè)量值518的值相應(yīng)。減去一個(gè)計(jì)數(shù)給粗測(cè)量值518可確?；鶞?zhǔn)信號(hào)522的頻率始終小于QCM頻率502的頻率。這樣便不需要確定數(shù)字混合器506的輸出是表示的是一個(gè)正的還是負(fù)的頻率差(也就是應(yīng)從粗測(cè)量值518加上還是減去細(xì)測(cè)量值536)，從而簡化了最終測(cè)量值540的重新構(gòu)建。
基準(zhǔn)信號(hào)522和QCM頻率502均輸入數(shù)字混合器506。數(shù)字混合可以通過對(duì)這兩個(gè)輸入進(jìn)行布爾型“異或”運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)高頻率信號(hào)的數(shù)字混合產(chǎn)生沿正弦曲線變化的脈寬調(diào)制信號(hào)524。由于基準(zhǔn)信號(hào)522與QCM頻率502之間的周期性相位變化，脈寬調(diào)制信號(hào)524沿正弦曲線變化。脈沖由一個(gè)一階低通濾波器526積分而去除高頻載波，并通過一邏輯門530而提供一方波差頻信號(hào)532。該差頻信號(hào)532是計(jì)時(shí)器534的輸入。
差頻信號(hào)532的頻率比QCM頻率502低得多，能進(jìn)行非常精確地測(cè)量。計(jì)時(shí)器534配置成在差頻信號(hào)532的每個(gè)周期中計(jì)數(shù)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)546的周期數(shù)(通過低到高過渡的上升沿測(cè)量)。對(duì)于一個(gè)頻率為5兆赫的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)546，內(nèi)部時(shí)鐘周期時(shí)間為200納秒。因此，在差頻信號(hào)532的一個(gè)周期中，計(jì)數(shù)器534每200納秒對(duì)其計(jì)數(shù)增加1。
粗測(cè)量值518的分辨率與初始測(cè)量值514的相同，約為167赫茲。基準(zhǔn)信號(hào)522的頻率名義上比QCM頻率502小167赫茲，這是因?yàn)榛鶞?zhǔn)信號(hào)522是由比初始頻率測(cè)量值514小一個(gè)計(jì)數(shù)的粗測(cè)量值產(chǎn)生的。這樣，基準(zhǔn)信號(hào)522與QCM頻率502之間的頻率差理論上可以約從167赫茲到333赫茲變化(實(shí)際頻率差將因截?cái)嗾`差而更大些)，因此，差頻信號(hào)532將在167赫茲到333赫茲之間變化。計(jì)時(shí)器534以至少為0．1赫茲的分辨率測(cè)量該低頻差頻信號(hào)532，從而產(chǎn)生“細(xì)”測(cè)量值536。
最后，重新構(gòu)建電路540將細(xì)測(cè)量值536加到粗測(cè)量值518而產(chǎn)生最終測(cè)量值540。這樣，便開發(fā)出一種微調(diào)頻率計(jì)數(shù)器來精確地確定QC氣敏傳感器210的工作頻率。
圖11是由圖10的高分辨率頻率測(cè)量電路所產(chǎn)生的各種信號(hào)的典型波形圖。波形560表示QCM頻率502。波形560的頻率是QCM氣敏傳感器210的質(zhì)量的一個(gè)函數(shù)，該質(zhì)量是氣體濃度的一個(gè)函數(shù)。
波形562表示基準(zhǔn)信號(hào)522。該信號(hào)由數(shù)字頻率合成器520產(chǎn)生，并具有一通過粗測(cè)量值518確定的頻率。由于粗測(cè)量值518始終小于QCM頻率502，因而波形562的頻率低于波形560。
波形564表示數(shù)字混合器506的輸出。該波形是由波形560(QCM頻率502)與波形562(基準(zhǔn)信號(hào)522)之間的相差產(chǎn)生的一脈寬調(diào)制信號(hào)。波形564的脈寬沿正弦曲線變化，正弦變化周期是波形560與波形562之間的頻率差的一個(gè)函數(shù)。
波形566表示低通濾波器528的輸出。波形566的脈沖由低通濾波器526積分，去除高頻載波，將波形564脈寬的正弦變化轉(zhuǎn)換成低頻正弦波形566。波形566的頻率等于波形560與波形562之間的頻率差。
波形568表示差頻信號(hào)532。波形568是通過將正弦波形566通過邏輯門530、從而形成一頻率與波形566相同的方波而產(chǎn)生的。這樣，波形568是一個(gè)頻率等于波形560(QCM頻率502)與波形562(基準(zhǔn)信號(hào)522)之間的頻率差的方波。
下面轉(zhuǎn)到圖12A-12D，圖中示出一個(gè)進(jìn)行高分辨率頻率測(cè)量的電路。該電路具有三個(gè)主要元件PIC嵌入控制器602、直接數(shù)字合成(DDS)集成電路604以及數(shù)字混合器606。嵌入控制器602含有兩個(gè)8位計(jì)數(shù)-計(jì)時(shí)器和一個(gè)16位計(jì)數(shù)-計(jì)時(shí)器。嵌入控制器602還含有用以控制計(jì)數(shù)-計(jì)時(shí)器并合成它們的輸出的程序和變量存儲(chǔ)器，并包括既可串聯(lián)也可并聯(lián)的一通信口以及外部地址和數(shù)據(jù)總線。嵌入控制器602還必須能夠執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算。一種合適的控制器是由亞利桑那州的Microchip Technology公司生產(chǎn)的PIC16C62控制器，但也可以使用其它具有所需功能的控制器。
DDS電路604必須能夠產(chǎn)生頻率等于一QCM氣敏傳感器的共振頻率的周期性波形(方波或是正弦波)。由馬薩諸塞州的Analog Devices公司生產(chǎn)的AD9850型單片DDS集成電路適用于這種場合。AD9850可產(chǎn)生具有32位分辨率的所需信號(hào)。數(shù)字混合器606是市場上常用類型的一單個(gè)布爾“異或”門。
嵌入控制器602連接于地址譯碼器608，該譯碼器連接于傳感器選擇門610、612、614、616、618和620，并連接于傳感器隔離門611、613、615、617、619和621。傳感器選擇門和傳感器隔離門各連接于一QCM氣敏傳感器的一個(gè)端子，用于將傳感器接入或隔離于高分辨率頻率測(cè)量電路。下面描述僅一個(gè)QCM氣敏傳感器及其傳感器選擇門和傳感器隔離門的具體連接方式和操作，但很容易理解，其它的傳感器可以以相同的方式連接和操作，高分辨率頻率測(cè)量電路設(shè)計(jì)成與多個(gè)傳感器一起工作。
QCM氣敏傳感器210的第一端子218(圖6中所示)連接于傳感器選擇門610的第一輸入口，其第二端子220(圖6中所示)連接于傳感器隔離門611的輸出口。傳感器選擇門610的第二輸入口和傳感器隔離門611的一個(gè)輸入口均連接于來自地址譯碼器608的傳感器選擇線622。地址譯碼器608通過傳感器選擇線624和626連接于控制器602。為選擇一具體的傳感器進(jìn)行測(cè)量，控制器602在線路624上產(chǎn)生一選擇信號(hào)，并在線路626上產(chǎn)生一由地址譯碼器608譯碼的傳感器地址。地址譯碼器608在與所選擇的傳感器相應(yīng)的傳感器選擇線路上輸出一高信號(hào)(在所有其它傳感器起動(dòng)線路上輸出一低信號(hào))，從而使相應(yīng)的傳感器選擇門和傳感器隔離門將所選擇的傳感器連接于振蕩器電路。因此，為選擇QCM氣敏傳感器210，由嵌入控制器602產(chǎn)生一選擇信號(hào)，它使地址譯碼器608在傳感器起動(dòng)線路622上輸出一高信號(hào)。該高信號(hào)使傳感器選擇門610和傳感器隔離門611將邏輯信號(hào)從QCM傳感器610送至振蕩器“與非”門646，從而完成通過QCM氣敏傳感器610的振蕩器電路，并提供來自QCM氣敏傳感器610的反饋，以實(shí)現(xiàn)處于傳感器共振頻率下的持續(xù)振蕩。以這種方式，可將多個(gè)QCM氣敏傳感器并聯(lián)于振蕩器電路，使嵌入控制器602一次選擇一個(gè)傳感器用于測(cè)量?；蛘?，也可以采用其它的普通數(shù)字技術(shù)來逐個(gè)地選擇傳感器。
在選擇了一個(gè)QCM氣敏傳感器后，嵌入控制器602產(chǎn)生一QCM起動(dòng)信號(hào)以起動(dòng)振蕩器“與非”門646的操作。振蕩器輸出648(這相當(dāng)于圖6中所示的振蕩器輸出244)連接于嵌入控制器602的一計(jì)時(shí)-計(jì)數(shù)器輸入。由于該實(shí)施例中所使用的嵌入控制器的具體型號(hào)沒有可用于產(chǎn)生振蕩器輸出648的粗測(cè)量值的16位計(jì)時(shí)-計(jì)數(shù)器(即圖10電路中的計(jì)數(shù)器504所執(zhí)行的功能)，因而使用8位計(jì)時(shí)-計(jì)數(shù)器。第一個(gè)8位計(jì)時(shí)-計(jì)數(shù)器(“8位預(yù)定標(biāo)器”)計(jì)數(shù)振蕩器輸出648的每個(gè)周期。第二個(gè)8位計(jì)時(shí)-計(jì)數(shù)器僅在一預(yù)設(shè)的周期數(shù)后加1(“8位計(jì)數(shù)器”)。在該場合下，8位計(jì)數(shù)器對(duì)振蕩器輸出648的每256個(gè)周期僅加一次1。合在一起，8位計(jì)數(shù)器和8位預(yù)定標(biāo)器提供振蕩器輸出648的16位計(jì)數(shù)；8位預(yù)定標(biāo)器提供16位計(jì)數(shù)中的低8位，而8位計(jì)數(shù)器提供高8位。8位計(jì)數(shù)器和8位預(yù)定標(biāo)器的輸出由嵌入控制器602連接而產(chǎn)生一16位計(jì)數(shù)。該計(jì)數(shù)是初始頻率測(cè)量值514，如以上對(duì)圖10的討論中所描述的。
下面的實(shí)例示出了從8位計(jì)數(shù)器和8位預(yù)定標(biāo)器的輸出得到一全16位計(jì)數(shù)的方法。如果振蕩器輸出648為9兆赫，門時(shí)間為6毫秒。則8位計(jì)數(shù)器記錄的計(jì)數(shù)值為(9×106赫茲)×(6×10-3秒)／256=210．9375計(jì)數(shù)。8位計(jì)數(shù)器對(duì)振蕩器輸出648的每256個(gè)周期加1，產(chǎn)生一個(gè)210或D2[16進(jìn)制]的計(jì)數(shù)器值。該值是初始頻率測(cè)量值514的總16位計(jì)數(shù)的高8位。8位預(yù)定標(biāo)器對(duì)振蕩器輸出648的每個(gè)周期加1。8位預(yù)定標(biāo)器在256計(jì)數(shù)處翻轉(zhuǎn)，因而所記錄的計(jì)數(shù)值為小數(shù)計(jì)數(shù)(計(jì)數(shù)器中在6毫秒門時(shí)段末尾保留的計(jì)數(shù))，等于0．9375×256，該值等于240[10進(jìn)制]或F0[16進(jìn)制]。該值是16位初始頻率測(cè)量值514的低8位。因此，所有的16位值是D2F0[16進(jìn)制]。
然而，嵌入控制器602只能存取由8位計(jì)數(shù)器累積的計(jì)數(shù)。為導(dǎo)出所有16位計(jì)數(shù)，嵌入控制器602執(zhí)行以下步驟。首先，嵌入控制器602將一個(gè)QCM起動(dòng)信號(hào)(即一個(gè)高邏輯電壓)送到振蕩器“與非”門646達(dá)6毫秒的門時(shí)段。在該時(shí)段中，8位計(jì)數(shù)器和8位預(yù)定標(biāo)器對(duì)振蕩器輸出648處出現(xiàn)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。在門時(shí)段末尾，QCM起動(dòng)信號(hào)被去除，從而中止振蕩器輸出648的振蕩，嵌入控制器602儲(chǔ)存由8位預(yù)定標(biāo)器累積的計(jì)數(shù)。為確定8位預(yù)定標(biāo)器所累積的計(jì)數(shù)，嵌入控制器602隨后將輸入從高到低切換(toggle)到“與非”門644，使振蕩器輸出648從低到高切換，從而使8位預(yù)定標(biāo)器累積另外的計(jì)數(shù)。嵌入控制器602繼續(xù)將輸入切換到“與非”門644，直到8位預(yù)定標(biāo)器溢出，從而使8位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)增加1。然后，嵌入控制器602減去使該值從256溢出所需的切換值，以計(jì)算8位預(yù)定標(biāo)器在6秒門時(shí)段中所累積的計(jì)數(shù)。最后，嵌入控制器將導(dǎo)出的該計(jì)數(shù)與8位計(jì)數(shù)器儲(chǔ)存的計(jì)數(shù)相連，以產(chǎn)生16位的初始頻率測(cè)量值514。
振蕩器輸出648的頻率將是QCM氣敏傳感器的共振頻率，通常為9兆赫，該實(shí)施例中所使用的嵌入控制器602的型號(hào)不能直接測(cè)量這樣高的頻率。嵌入控制器602的內(nèi)部時(shí)鐘被限制于主時(shí)鐘頻率的四分之一，因而對(duì)于一個(gè)20兆赫的通常主時(shí)鐘頻率，形成一個(gè)5兆赫的內(nèi)部時(shí)鐘頻率。為了讓嵌入控制器602可測(cè)量9兆赫頻率，振蕩器輸出648被用作8位計(jì)數(shù)器和8位預(yù)定標(biāo)器的時(shí)鐘輸入，并且內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生一個(gè)具有6毫秒時(shí)段的固定頻率信號(hào)，該信號(hào)被用作另一個(gè)輸入。在該配置中，8位計(jì)數(shù)器和8位預(yù)定標(biāo)器計(jì)數(shù)在6毫秒的門時(shí)段中發(fā)生的振蕩輸出648的周期數(shù)。
在門時(shí)段中發(fā)生的周期的16位計(jì)數(shù)是振蕩器輸出648的頻率的初始測(cè)量值514。嵌入控制器602從初始測(cè)量值514減去一個(gè)計(jì)數(shù)以產(chǎn)生粗計(jì)數(shù)。而后，嵌入控制器602進(jìn)行一浮點(diǎn)運(yùn)算，以將該整數(shù)粗計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換為工程單位的粗測(cè)量值518。粗計(jì)數(shù)除以門時(shí)段，以將整數(shù)計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換成一頻率值。例如，9．12345兆赫的QCM頻率和6毫秒的門時(shí)段將得出這樣一個(gè)初始測(cè)量值5149．12345兆赫×6×10-3秒=54740[10進(jìn)制]或D5D4[16進(jìn)制]。減去一個(gè)計(jì)數(shù)可產(chǎn)生一個(gè)D5D3[16進(jìn)制]的粗計(jì)數(shù)。因此，工程單位的粗測(cè)量值518為D5D3[16進(jìn)制]×6×10-3=9．123166667兆赫。
然而，DDS 604要求一個(gè)換算成其時(shí)鐘頻率的整數(shù)輸入。為產(chǎn)生DDS輸入，嵌入控制器602將工程單位的粗測(cè)量值518轉(zhuǎn)換成一整數(shù)控制字用于輸入DDS604。DDS控制字可通過將粗測(cè)量值518乘以32位DDS 604的最大定標(biāo)計(jì)數(shù)值并除以DDS時(shí)鐘頻率來計(jì)算。例如，使用以上所給出的數(shù)據(jù)，假定DDS 604的時(shí)鐘頻率為50兆赫，DDS控制字將為9．123166667兆赫×232／50兆赫=783674049[10進(jìn)制]或2EB5EAC1[16進(jìn)制]。
嵌入控制在數(shù)據(jù)線路628上將DDS控制字和控制信號(hào)傳遞到DDS 604。DDS604產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率522(圖2中所示)，其頻率等于來自嵌入控制器602的控制字(它與粗測(cè)量值518所代表的頻率相同)，從而在DDS輸出632上傳遞該結(jié)果。數(shù)字混合器606接收DDS輸出632(基準(zhǔn)頻率522)和振蕩器輸出648(QCM頻率502)。數(shù)字混合器606對(duì)這兩個(gè)輸入進(jìn)行“異或”運(yùn)算，以產(chǎn)生一脈寬調(diào)制輸出。該輸出通過一簡單的單極濾波器，該濾波器包括電阻634和電容器636。低通濾波器526的輸出638被送至包括一集電極開路“與非”門的緩沖器640，從而在輸出642處提供一方波給嵌入控制器602的計(jì)數(shù)-計(jì)時(shí)器。
16位計(jì)數(shù)-計(jì)時(shí)器電路產(chǎn)生一細(xì)計(jì)數(shù)。通過將嵌入控制器602的內(nèi)部時(shí)鐘頻率除以細(xì)計(jì)數(shù)，嵌入控制器602將整數(shù)細(xì)計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換成工程單位的細(xì)測(cè)量值536。例如，如果嵌入控制器的時(shí)鐘頻率為5兆赫，則一個(gè)17647[10進(jìn)制]或44EF[16進(jìn)制]的細(xì)計(jì)數(shù)將產(chǎn)生這樣一個(gè)細(xì)測(cè)量值5365兆赫／44EF=283．334赫茲。由于細(xì)計(jì)數(shù)(表示圖10的差頻524)比嵌入控制器602的內(nèi)部時(shí)鐘頻率小得多，因而所得到的細(xì)測(cè)量值536具有非常高的分辨率。
為計(jì)算最終的測(cè)量值540，嵌入控制器602對(duì)粗測(cè)量值518和細(xì)測(cè)量值536進(jìn)行浮點(diǎn)相加。最后，嵌入控制器602將浮點(diǎn)最終測(cè)量值540轉(zhuǎn)換成一種適合于傳遞過一串行通信鏈路到達(dá)一中央監(jiān)控系統(tǒng)的形式。
通常的讀數(shù)分布(profile)需要逐個(gè)地起動(dòng)各個(gè)QCM氣敏傳感器進(jìn)行測(cè)量。對(duì)每個(gè)QCM氣敏傳感器計(jì)算出一最終測(cè)量值540，并傳遞到中央監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)有適當(dāng)?shù)男畔⒈砻髟摂?shù)據(jù)由哪一個(gè)傳感器產(chǎn)生。
嵌入控制器602的上述功能可以根據(jù)圖13A所示的軟件流程以及圖13B所示的中斷服務(wù)程序流程來執(zhí)行。圖13A表示循環(huán)地執(zhí)行高頻測(cè)量電路的主程序。在初始起動(dòng)后，PIC嵌入控制器602被初始化，儲(chǔ)存在PIC嵌入控制器602內(nèi)的變量被復(fù)位。然后，該程序進(jìn)入一個(gè)回路，從DDS 604的復(fù)位以及嵌入控制器的16位計(jì)時(shí)器、8位計(jì)數(shù)器和8位預(yù)定標(biāo)器的值的清零開始。而后，選擇一QCM氣敏傳感器用于測(cè)量，并將一起動(dòng)信號(hào)送至振蕩器“與非”門646，以起動(dòng)QCM振蕩器電路。
在一個(gè)6秒延時(shí)的末尾，一個(gè)中止信號(hào)被送至振蕩器“與非”門646，8位計(jì)數(shù)器的累積計(jì)數(shù)值被讀取并暫時(shí)儲(chǔ)存于嵌入控制器602。之后，嵌入控制器602發(fā)送信號(hào)而將輸入切換到“與非”門644，從而使8位預(yù)定標(biāo)器累積另外的計(jì)數(shù)。切換信號(hào)一直發(fā)送到8位計(jì)數(shù)器加1個(gè)計(jì)數(shù)。嵌入控制器602保留所發(fā)送的切換信號(hào)數(shù)量的累積計(jì)數(shù)，并從256減去這個(gè)計(jì)數(shù)。然后，從所得到的值中減去一個(gè)計(jì)數(shù)，并將其與先前儲(chǔ)存的8位計(jì)數(shù)器數(shù)值相連而給出一個(gè)16位粗測(cè)量值。之后，將該粗測(cè)量值轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)形式，并換算產(chǎn)生一適合輸入到DDS 604的字。清除嵌入控制器602的16位計(jì)時(shí)器，將一起動(dòng)信號(hào)發(fā)送到振蕩器“與非”門646，使16位計(jì)時(shí)器起動(dòng)。
然后，程序等待圖13B所示的中斷復(fù)位程序的完成，該程序在下面描述。數(shù)字混合器606的輸出將輸入帶到中斷電路，中斷服務(wù)程序的完成表明數(shù)字混合器606的輸出已發(fā)生了一個(gè)完整的循環(huán)，并且16位計(jì)時(shí)器已累積了一個(gè)細(xì)測(cè)量值計(jì)時(shí)。隨后，嵌入控制器602執(zhí)行重新構(gòu)建運(yùn)算，以從前面得到的粗測(cè)量值和細(xì)測(cè)量值推出最終的測(cè)量值。嵌入控制器602儲(chǔ)存該最終測(cè)量值，并將該值輸出到嵌入控制器的數(shù)據(jù)總線上。之后，程序執(zhí)行返回其回路的開頭，使DDS 604復(fù)位，并繼續(xù)上述的執(zhí)行。
當(dāng)數(shù)字混合器606的輸出的前(或上升)沿被嵌入控制器602檢測(cè)到并有一中斷信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，圖13B所示的中斷服務(wù)程序便起動(dòng)。該中斷服務(wù)程序的第一次執(zhí)行將沿流程的右支執(zhí)行。將16位計(jì)時(shí)器清零并打開，清零并起動(dòng)中斷寄存器，以檢測(cè)數(shù)字混合器606的輸出的第二個(gè)前沿。檢測(cè)到數(shù)字混合器606的第二個(gè)前沿可引發(fā)中斷服務(wù)程序的第二次執(zhí)行，該第二次執(zhí)行開始執(zhí)行流程的左支。首先一中止信號(hào)被送至振蕩器“與非”門646，以中止QCM振蕩器電路。而后，嵌入控制器602將16位計(jì)時(shí)器所累積的值儲(chǔ)存為細(xì)測(cè)量值。16位計(jì)時(shí)器被復(fù)位，中斷電路被復(fù)位，并設(shè)定一標(biāo)記以表明中斷服務(wù)程序已經(jīng)完成。
這些流程示出了對(duì)嵌入控制器602進(jìn)行編程以執(zhí)行本發(fā)明的高頻測(cè)量電路的一種方法，但本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員清楚，還可以使用許多其它的方法。
4．熱動(dòng)力傳感器接口熱動(dòng)力傳感器電路700可接收來自熱動(dòng)力傳感器陣列280的信號(hào)，所述傳感器陣列包括溫度傳感器282、相對(duì)濕度傳感器284和壓差傳感器286。熱動(dòng)力傳感器接口電路700可對(duì)各傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，以產(chǎn)生表示各測(cè)量變量的數(shù)字信號(hào)。溫度傳感器282和相對(duì)濕度傳感器284最好是QCM裝置，用于這些傳感器的接口電路的工作類似于上述如圖10、11和12D-12D所示的QCM氣體傳感器的接口電路。用于壓差傳感器286的接口電路采用本技術(shù)領(lǐng)域眾所周知的構(gòu)件和技術(shù)。
5．遠(yuǎn)程校準(zhǔn)器控制電路遠(yuǎn)程校準(zhǔn)器控制電路750可控制遠(yuǎn)程校準(zhǔn)系統(tǒng)300的工作。該遠(yuǎn)程校準(zhǔn)器控制電路750可以接收來自于微控制器404或直接來自于設(shè)備控制系統(tǒng)40的命令。當(dāng)遠(yuǎn)程校準(zhǔn)控制電路750接收一個(gè)命令來啟動(dòng)氣體傳感器陣列200的校準(zhǔn)循環(huán)時(shí)，它能以一定的時(shí)間順序激活熱激勵(lì)器326、出口閥330的致動(dòng)器331、以及第二閥332的致動(dòng)器333或遠(yuǎn)程校準(zhǔn)系統(tǒng)300(如圖8所示)，以將校準(zhǔn)物注入傳感器室114。
6．通信接口電路通信接口電路800可提供一裝置，以將信號(hào)從逃逸散發(fā)傳感系統(tǒng)10傳送至一遠(yuǎn)程設(shè)備工藝控制系統(tǒng)40、并且接收來自設(shè)備工藝控制系統(tǒng)40的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。被傳送至流程控制系統(tǒng)40的數(shù)據(jù)可以包括來自于氣體傳感器陣列200和熱動(dòng)力傳感器陣列280的測(cè)量數(shù)據(jù)以及用于傳感器陣列的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。來自流程控制系統(tǒng)40的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)可以包括獲取測(cè)量值的命令、對(duì)各傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)的命令、以及將儲(chǔ)存的測(cè)量值和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)下載的命令。
逃逸散發(fā)傳感系統(tǒng)10還可以與其所監(jiān)測(cè)的閥形成一體，因而通信接口電路800也可以將閥桿位置數(shù)據(jù)和其它與閥相關(guān)的數(shù)據(jù)傳遞給流程控制系統(tǒng)40，并且可以接收來自流程控制系統(tǒng)40的閥位置控制信號(hào)。在逃逸散發(fā)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10和設(shè)備控制系統(tǒng)40之間交換的數(shù)據(jù)可以包括適合于和逃逸散發(fā)傳感系統(tǒng)10連成一體的設(shè)備的操作或維護(hù)數(shù)據(jù)。
逃逸散發(fā)傳感系統(tǒng)10與設(shè)備工藝控制系統(tǒng)40之間較為理想的數(shù)據(jù)通信方法是，借助一單個(gè)的雙導(dǎo)體通信鏈路來進(jìn)行，但也可以采用其它的通信鏈路，包括光纜。通信接口電路800可利用通信鏈路來傳送和接收模擬和數(shù)字的信號(hào)。例如，可以采用一模擬的4-20毫安的信號(hào)，將一閥位置信號(hào)從設(shè)備控制系統(tǒng)40傳送至與逃逸散發(fā)傳感系統(tǒng)10連成一體的控制閥，在傳感系統(tǒng)10中，所述4-20毫安的信號(hào)被用來調(diào)節(jié)一壓縮空氣供給源，以控制閥桿位置?？刹捎孟嗤碾p線電纜在逃逸散發(fā)傳感系統(tǒng)10和流程控制系統(tǒng)40之間以數(shù)字格式交換數(shù)據(jù)。美國專利5，451，923揭示了一種可用于該逃逸散發(fā)傳感系統(tǒng)10的合適的通信接口電路，該專利的內(nèi)容可援引在此以作參考。美國專利5，434，774揭示了另一種通信接口電路，該專利的內(nèi)容也全部援引在此以作參考。
逃逸散發(fā)傳感系統(tǒng)10可以利用氣體傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)來進(jìn)行控制動(dòng)作，以減少或消除設(shè)備的散發(fā)物質(zhì)。所述控制動(dòng)作包括關(guān)停從已經(jīng)被檢測(cè)出有散發(fā)的散發(fā)源流出的流體，或者改變散發(fā)源本身的工作狀態(tài)以減少持續(xù)散發(fā)的可能性。設(shè)備工藝控制系統(tǒng)40還可以利用來自于逃逸散發(fā)傳感系統(tǒng)10的氣體傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)來進(jìn)行控制動(dòng)作，以減少或消除設(shè)備的散發(fā)物質(zhì)。
7．功率轉(zhuǎn)換電路功率轉(zhuǎn)換電路900可為逃逸散發(fā)傳感系統(tǒng)提供電力。該功率轉(zhuǎn)換電路900可進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換和輸入功率的調(diào)節(jié)，以便向逃逸散發(fā)傳感系統(tǒng)10提供一經(jīng)調(diào)節(jié)的和連續(xù)的電力。功率轉(zhuǎn)換電路900可接收來自一輔助電力供給線或結(jié)合在逃逸散發(fā)傳感系統(tǒng)10中的電池的電力，或者可以利用由設(shè)備控制系統(tǒng)40所產(chǎn)生的信號(hào)來提供電力。美國專利5，451，923描述了一種可利用設(shè)備控制系統(tǒng)40的通信鏈路上的電壓的合適電路，該專利的內(nèi)容可援引在此以作參考。對(duì)功率轉(zhuǎn)換電路900，還可以采用本領(lǐng)域眾所周知的其它技術(shù)和電路。
在以上描述和闡述的技術(shù)和結(jié)構(gòu)的范圍中還可以作出很多改型和變化而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，應(yīng)該理解，所述的方法和裝置僅僅是為了描述而不是限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1．一種用于收集與一散發(fā)源的散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，它包括一適于從所述散發(fā)源接收散發(fā)物的收集器，所述收集器具有一出口；至少一個(gè)與所述收集器的所述出口流體相通的、用于產(chǎn)生一個(gè)表示所述散發(fā)物物理特性的信號(hào)的傳感器；以及一適于接收所述信號(hào)的、用于產(chǎn)生與所述散發(fā)源的所述散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)的傳感器接口電路。
2．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，由所述至少一個(gè)傳感器產(chǎn)生的所述散發(fā)物的所述物理特性是所述散發(fā)物的濃度。
3．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一與所述收集器流體相通的引射器，所述引射器適于將所述散發(fā)物從所述收集器中吸出而將所述至少一個(gè)傳感器暴露于所述散發(fā)物。
4．如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述引射器可以連接于一加壓流體源而使所述加壓流體流過所述引射器，從而產(chǎn)生壓降而將所述散發(fā)物從所述收集器吸入所述引射器。
5．如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述引射器包括一主噴嘴和一副噴嘴，所述主噴嘴適于接收所述加壓流體并將所述加壓流體排入所述副噴嘴。
6．如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一用以在所述主噴嘴接收所述加壓流體之前調(diào)節(jié)所述加壓流體的壓力的微調(diào)節(jié)器。
7．如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一設(shè)置在所述收集器與所述引射器之間的傳感器室，所述至少一個(gè)傳感器設(shè)置在所述傳感器室內(nèi)，所述散發(fā)物從所述收集器通過所述傳感器室被引入所述引射器。
8．如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一與所述傳感器室流體相通的校準(zhǔn)劑源。
9．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述散發(fā)源包括一具有閥桿密封圈的閥，所述閥桿密封圈具有一外表面，所述收集器沿圓周圍繞所述閥的所述閥桿密封圈的所述外表面。
10．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，由所述傳感器接口電路產(chǎn)生的所述數(shù)據(jù)是通過測(cè)量由所述至少一個(gè)傳感器所產(chǎn)生的所述信號(hào)的頻率而得到的。
11．如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器接口電路包括一可連接于由所述傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)的、用于產(chǎn)生所述信號(hào)的所述頻率的一粗測(cè)量值的計(jì)數(shù)器；一連接于所述計(jì)數(shù)器的、用于產(chǎn)生一基準(zhǔn)信號(hào)的頻率合成器，所述基準(zhǔn)信號(hào)的頻率等于所述粗測(cè)量值所表示的頻率；一連接于所述頻率合成器的、用于產(chǎn)生一表示所述輸入信號(hào)與所述基準(zhǔn)信號(hào)之間的頻率差的細(xì)測(cè)量值的差分電路；以及一連接于所述計(jì)數(shù)器和所述差分電路的、用于將所述粗測(cè)量值與所述細(xì)測(cè)量值相加而獲得一表示所述輸入信號(hào)的所述頻率的最終測(cè)量值的加法電路。
12．如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基準(zhǔn)信號(hào)的所述頻率低于由所述傳感器所產(chǎn)生的所述信號(hào)的所述頻率。
13．如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)數(shù)器產(chǎn)生一個(gè)接近由所述傳感器所產(chǎn)生的所述信號(hào)的所述頻率的初始測(cè)量值，并將所述初始測(cè)量值改變一預(yù)定的量而獲得所述粗測(cè)量值。
14．如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入信號(hào)由一氣敏傳感器產(chǎn)生，所述最終測(cè)量值可表示一種氣體的濃度。
15．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器中的至少一個(gè)包括一石英晶體微量天平氣敏傳感器。
16．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器中的至少一個(gè)包括一熱動(dòng)力傳感器。
17．如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱動(dòng)力傳感器包括一種從溫度傳感器、相對(duì)濕度傳感器和差壓傳感器所構(gòu)成的一組傳感器中挑選出的傳感器。
18．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一與所述至少一個(gè)傳感器流體相通的、用于儲(chǔ)存一校準(zhǔn)劑并將所述至少一個(gè)傳感器暴露于所述校準(zhǔn)劑的傳感器校準(zhǔn)器。
19．如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器校準(zhǔn)器包括一用于儲(chǔ)存一校準(zhǔn)劑的容器；一與所述容器流體相通的管道，所述管道的一部分限定了一用于儲(chǔ)存計(jì)量數(shù)量的所述校準(zhǔn)劑的計(jì)量腔；一與所述計(jì)量腔流體相通的出口噴嘴；以及一靠近所述計(jì)量腔的熱激勵(lì)器，用于使所述計(jì)量腔內(nèi)的所述計(jì)量數(shù)量的校準(zhǔn)劑蒸發(fā)，并通過所述出口噴嘴將所述計(jì)量數(shù)量的校準(zhǔn)劑噴出。
20．如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一位于所述出口噴嘴處的、用于將所述計(jì)量腔與周圍大氣隔絕的遙控閥。
21．如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一設(shè)置在所述容器與所述計(jì)量腔之間的、用于將所述容器與所述計(jì)量腔隔絕的遙控閥。
22．如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述閥是電氣操作的，并且還包括一用于遠(yuǎn)程地操作所述閥并用于激活所述熱激勵(lì)器的控制電路。
23．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一適于從所述傳感器接口電路接收所述數(shù)據(jù)的微控制器。
24．如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一連接于所述微控制器的、用于儲(chǔ)存來自所述傳感器接口電路的所述數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。
25．如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一適于從所述傳感器接口電路接收所述數(shù)據(jù)的微控制器；以及一連接于所述微控制器的、用于儲(chǔ)存來自所述傳感器接口電路的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，所述數(shù)據(jù)是從所述至少一個(gè)傳感器對(duì)所述校準(zhǔn)劑的響應(yīng)而得到的。
26．如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一連接于所述微控制器的、用于將所述數(shù)據(jù)發(fā)送到一過程控制系統(tǒng)的通信接口電路。
27．如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述通信接口電路從一過程控制系統(tǒng)接收用于控制收集數(shù)據(jù)用的所述系統(tǒng)的信號(hào)。
28．如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一連接于所述傳感器接口電路、微控制器和通信接口電路的功率轉(zhuǎn)換電路，所述功率轉(zhuǎn)換電路為所述傳感器接口電路、微控制器和通信接口電路提供由從所述過程控制系統(tǒng)接收到的所述信號(hào)產(chǎn)生的電壓。
29．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，收集器包括一適于相鄰于所述散發(fā)源而設(shè)置的收集管，所述收集管具有一封閉的第一端和一限定所述出口的第二端，所述收集管限定至少一個(gè)用于接收所述散發(fā)物的孔。
30．如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)孔包括多個(gè)孔。
31．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，收集器包括一適于圍繞至少一部分所述散發(fā)源的閥帽封殼。
32．如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于，閥帽封殼還包括一相鄰于所述出口而設(shè)置的擋板，該擋板適于防止外部顆粒進(jìn)入該出口。
33．一種用于降低一散發(fā)源的散發(fā)物的系統(tǒng)，它包括一適于圍繞至少一部分所述散發(fā)源的收集器，所述收集器具有一出口；至少一個(gè)與所述收集器的所述出口流體相通的、用于產(chǎn)生一個(gè)表示所述散發(fā)物物理特性的信號(hào)的傳感器；一適于接收所述信號(hào)的、用于產(chǎn)生與所述散發(fā)源的所述散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)的傳感器接口電路；以及一適于接收所述數(shù)據(jù)的、用于產(chǎn)生降低所述散發(fā)源的所述散發(fā)物的控制信號(hào)的微控制器。
34．如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于降低散發(fā)物的系統(tǒng)還包括用于儲(chǔ)存與所述散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。
35．如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，由所述至少一個(gè)傳感器產(chǎn)生的所述散發(fā)物的所述物理特性是所述散發(fā)物的濃度。
36．如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一遠(yuǎn)程連接于所述微控制器的、用于接收所述信號(hào)并用于產(chǎn)生控制信號(hào)以控制所述散發(fā)源降低所述散發(fā)物的過程控制系統(tǒng)。
37．如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述過程控制系統(tǒng)根據(jù)所述數(shù)據(jù)控制設(shè)備條件以降低所述散發(fā)物。
38．如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于降低散發(fā)物的所述系統(tǒng)能夠?qū)⑺錾l(fā)物相關(guān)的所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于所述存儲(chǔ)器中，直到所述數(shù)據(jù)被傳送到所述過程控制系統(tǒng)。
39．如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括一與所述收集器的所述出口流體相通的引射器，所述引射器適于將所述散發(fā)物從所述收集器中吸出而將至少一個(gè)傳感器暴露于所述散發(fā)物。
40．如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述引射器可以連接于一加壓流體源而使所述加壓流體流過所述引射器，從而產(chǎn)生壓降而將所述散發(fā)物從所述收集器吸入所述引射器。
41．一種用于收集與散發(fā)源的散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)的方法，它包括收集至少一部分所述散發(fā)物；將至少一個(gè)傳感器暴露于所述收集到的散發(fā)物以產(chǎn)生一表示所述散發(fā)物物理特性的信號(hào)；以及對(duì)由所述至少一個(gè)傳感器所產(chǎn)生的所述信號(hào)進(jìn)行處理以產(chǎn)生與所述散發(fā)源的所述散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)。
42．如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，由所述至少一個(gè)傳感器所產(chǎn)生的所述散發(fā)物的物理特性是所述散發(fā)物的濃度。
43．如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，收集至少一部分所述散發(fā)物的步驟包括將一收集器相鄰于所述散發(fā)源而設(shè)置，使所述收集器可接收至少一部分所述散發(fā)物。
44．如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，它還包括產(chǎn)生一壓降以將所述散發(fā)物從所述散發(fā)源吸入所述收集器。
45．如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生所述壓降的步驟包括提供一與所述收集器流體相通的引射器；以及對(duì)所述引射器提供加壓流體，從而在所述引射器中產(chǎn)生一壓降而將所述散發(fā)物從所述散發(fā)源吸入所述收集器，從而將所述至少一個(gè)傳感器暴露于所述散發(fā)物。
46．如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，它還包括將與所述散發(fā)物相關(guān)的所述數(shù)據(jù)發(fā)送到一過程控制系統(tǒng)。
47．一種用于減少一散發(fā)源的散發(fā)物的方法，它包括將一收集器相鄰于所述散發(fā)源而設(shè)置以接收所述散發(fā)物；提供至少一個(gè)與所述收集器流體相通的傳感器；將所述至少一個(gè)傳感器暴露于所述散發(fā)物以產(chǎn)生一表示所述散發(fā)物物理特性的信號(hào)；以及對(duì)由所述至少一個(gè)傳感器所產(chǎn)生的所述信號(hào)進(jìn)行處理以產(chǎn)生控制設(shè)備條件的控制信號(hào)，從而減少所述散發(fā)源的所述散發(fā)物。
全文摘要
揭示了一種用于收集與一散發(fā)源的散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括:一適于從散發(fā)源接收散發(fā)物的收集器(170);一與收集器(170)的出口流體相通的、用于產(chǎn)生一個(gè)表示散發(fā)物物理特性的信號(hào)的傳感器(114);以及一接收信號(hào)并產(chǎn)生與散發(fā)源(12)的散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)的傳感器接口電路(402)。還揭示了一種用于減少一散發(fā)源的散發(fā)物的系統(tǒng)和方法,包括一接收與散發(fā)源的散發(fā)物相關(guān)的數(shù)據(jù)并產(chǎn)生減少散發(fā)物用的控制信號(hào)的微控制器。
文檔編號(hào)G01N27/00GK1278911SQ98811078
公開日2001年1月3日 申請(qǐng)日期1998年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月12日
發(fā)明者J·P·迪爾格, T·D·格雷博, N·K·迪爾斯耐德, M·D·米勒 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制產(chǎn)品國際公司