專(zhuān)利名稱(chēng)：低電壓模塊化房間電離系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明要求1998年9月18日提交的名稱(chēng)為“低電壓模塊化房間電離系統(tǒng)”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)60/101,018的利益。
在半導(dǎo)體生產(chǎn)中，因?yàn)殪o電荷對(duì)器件產(chǎn)量的重大影響，對(duì)其的控制是一個(gè)重要的問(wèn)題。由于靜電吸引的異物和靜電放電事件引起的器件缺陷造成了極大的總產(chǎn)量的損失。
許多制造集成電路的工藝使用在晶片和器件上會(huì)產(chǎn)生大量靜電荷和額外電壓的非導(dǎo)電材料。
空氣電離是在非導(dǎo)電材料和隔離導(dǎo)體上消除靜電荷的最有效的方法?？諝怆婋x器在周?chē)諝庵挟a(chǎn)生大量正、負(fù)離子，用作電荷在空氣中的移動(dòng)載體。隨著離子流過(guò)空氣，它們被吸引到相反極性的帶電的微粒和表面上。通過(guò)上述過(guò)程能夠很快將帶靜電表面的電中和。
可以利用電離器來(lái)進(jìn)行空氣電離，電離器在一種稱(chēng)作電暈放電的過(guò)程中生成離子。電離器通過(guò)加強(qiáng)尖端附近的電場(chǎng)直到其克服了周?chē)諝獾碾娊橘|(zhì)強(qiáng)度從而利用上述過(guò)程生成空氣離子。當(dāng)電子從電極流入到周?chē)目諝鈺r(shí)，產(chǎn)生負(fù)電暈。當(dāng)電子從空氣分子流入到電極時(shí)，產(chǎn)生正電暈。
為了達(dá)到從具有一定輸出的電離器最大可能地減少靜電荷的目的，電離器必須制造等量的正、負(fù)離子。也即，電離器的輸出必須“平衡”。如果電離器失去平衡，隔離導(dǎo)體和絕緣體會(huì)被充電使得電離器制造出比其所解決的問(wèn)題更多的問(wèn)題。電離器會(huì)因?yàn)殡娫吹钠?、一極(正極/負(fù)極)電源的故障、電極的污染或電極的老化而不平衡。另外，由于系統(tǒng)元件的老化，電離器的輸出可能是平衡的，而總離子的輸出量達(dá)不到所要求的水平。
因此，電離系統(tǒng)包括監(jiān)視、通過(guò)反饋系統(tǒng)的自動(dòng)平衡和用于檢測(cè)未校正的不平衡和超范圍輸出的報(bào)警。多數(shù)反饋系統(tǒng)全部或主要是基于硬件的。由于反饋控制信號(hào)根據(jù)硬件元件的值而固定，許多這樣的反饋系統(tǒng)不能提供非常精確的平衡控制。此外，這樣的基于硬件的反饋系統(tǒng)的平衡控制的全部范圍會(huì)受到硬件元件值的限制。并且，由于為了正確操作，各個(gè)元件互相依賴(lài)，許多基于硬件的反饋系統(tǒng)不易進(jìn)行修改。
由于在工作空間內(nèi)的實(shí)際平衡可能與電離器的檢測(cè)器檢測(cè)到的平衡不同，典型地使用荷電板監(jiān)視器來(lái)校準(zhǔn)和周期性地測(cè)量電離器的實(shí)際平衡。
荷電板監(jiān)視器也用于周期性地測(cè)量靜電荷的衰減時(shí)間。如果衰減時(shí)間太慢或太快，可以通過(guò)增加或減少預(yù)設(shè)的離子電流的值來(lái)調(diào)節(jié)離子輸出量。典型地，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)微調(diào)電位計(jì)來(lái)進(jìn)行上述調(diào)節(jié)(一個(gè)用于正離子生成，一個(gè)用于負(fù)離子生成)。因?yàn)樵诠ぷ骺臻g內(nèi)的實(shí)際離子輸出量可能與期望的在電離器中設(shè)定的離子輸出電流值的離子輸出量無(wú)關(guān)，所以必須周期性地測(cè)量衰減時(shí)間。例如，離子輸出電流可以在工廠初始設(shè)定一個(gè)值(如0.6μA)，以使每一單位時(shí)間制造所需要量的離子。如果一特定電離器的電流偏離上述值，比如說(shuō)，由在電離器的發(fā)射器上累積的微粒引起的上述值的降低，那么，對(duì)電離器的高電壓電源進(jìn)行調(diào)節(jié)以恢復(fù)上述離子電流的初始值。
房間電離系統(tǒng)典型地包括與單個(gè)控制器相連的多個(gè)電離器。

圖1(現(xiàn)有技術(shù))顯示出常規(guī)的房間電離系統(tǒng)10，該系統(tǒng)包括安裝在天花板上的通過(guò)信號(hào)線(xiàn)14以串行遞鏈方式連接到控制器16的多個(gè)發(fā)射器模塊121-12n(并且，也稱(chēng)作“吊艙”(pod))。各個(gè)發(fā)射器模塊12包括電離器18和用于執(zhí)行限定功能的通信/控制電路20，包括下述功能(1)開(kāi)/關(guān)(2)如果檢測(cè)到某個(gè)發(fā)射器模塊12沒(méi)有正常工作，通過(guò)信號(hào)線(xiàn)14內(nèi)的單個(gè)報(bào)警信號(hào)線(xiàn)，將報(bào)警信號(hào)發(fā)送到控制器16。
圖1中的常規(guī)系統(tǒng)的一個(gè)顯著問(wèn)題是在控制器16和發(fā)射器模塊121至12n間沒(méi)有“智能”通信。在一個(gè)常規(guī)的電路中，信號(hào)線(xiàn)14具有四條線(xiàn)電源線(xiàn)、地線(xiàn)、報(bào)警線(xiàn)和開(kāi)/關(guān)控制線(xiàn)。傳輸?shù)綀?bào)警線(xiàn)的報(bào)警信號(hào)不包括任何有關(guān)非正常工作的發(fā)射器模塊12的識(shí)別信息。于是，當(dāng)接到報(bào)警信號(hào)時(shí)，控制器16不知道哪個(gè)發(fā)射器模塊12發(fā)生故障。并且，報(bào)警信號(hào)不能識(shí)別問(wèn)題的類(lèi)型(如，壞的負(fù)或正發(fā)射器，失去平衡)。因此，識(shí)別哪個(gè)發(fā)射器模塊12發(fā)出報(bào)警信號(hào)和存在哪種類(lèi)型的問(wèn)題的過(guò)程是耗時(shí)的。
常規(guī)的房間電離系統(tǒng)的還有一個(gè)問(wèn)題是不能從控制器16遙控調(diào)節(jié)各個(gè)發(fā)射器模塊12的參數(shù)，比如說(shuō)，離子輸出電流或平衡。這些參數(shù)典型地是在各個(gè)發(fā)射器模塊12上通過(guò)模擬微調(diào)電位計(jì)手工改變?cè)O(shè)定值來(lái)調(diào)節(jié)的。(一些類(lèi)型的電離器的平衡是通過(guò)按壓控制數(shù)字電位計(jì)設(shè)定值的(+)/(-)或UP/DOWN按鈕調(diào)節(jié)的。)典型的具有安裝在天花板上的發(fā)射器模塊12的常規(guī)系統(tǒng)10的調(diào)節(jié)方法如下(1)通過(guò)荷電板監(jiān)視器檢測(cè)超范圍參數(shù)；(2)爬上梯子，調(diào)節(jié)平衡和/或離子輸出電流電位計(jì)設(shè)定值；(3)從梯子上下來(lái)，從測(cè)量區(qū)移去梯子；(4)從荷電板監(jiān)視器上讀出新值；(5)如果需要，重復(fù)步驟(1)-(4)。
手工調(diào)節(jié)的過(guò)程是耗時(shí)和需進(jìn)入房間的。并且，操作者在房間內(nèi)出現(xiàn)干擾了荷電板的讀數(shù)。
再次參見(jiàn)圖1，各個(gè)發(fā)射器模塊12間的信號(hào)線(xiàn)14包括多條在每端都具有卷曲連接的(crimped)、焊接的或用其它方式連接的連接器的線(xiàn)。由于發(fā)射器模塊12間的信號(hào)線(xiàn)14的長(zhǎng)度可能變化，連接器在現(xiàn)場(chǎng)連接(即，在安裝時(shí))。也即，發(fā)射器模塊121和122間的信號(hào)線(xiàn)14的長(zhǎng)度與發(fā)射器模塊123和124間信號(hào)線(xiàn)14的長(zhǎng)度可能不同。通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)連接連接器，可以將信號(hào)線(xiàn)14設(shè)定在正合適的長(zhǎng)度，以使安裝更加整齊。
在現(xiàn)場(chǎng)連接連接器時(shí)出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題是連接器有時(shí)被反向安裝。上述錯(cuò)誤有可能直到整個(gè)系統(tǒng)接通時(shí)才被檢測(cè)到。然后安裝者必須判斷哪個(gè)連接器反向并通過(guò)重新連接該連接器來(lái)解決上述問(wèn)題。
常規(guī)的房間電離系統(tǒng)10可能是高電壓或低電壓系統(tǒng)。在高電壓系統(tǒng)中，在控制器16中產(chǎn)生高電壓并將其通過(guò)電源線(xiàn)分配到多個(gè)發(fā)射器模塊12以連接到正負(fù)發(fā)射器。在低電壓系統(tǒng)中，在控制器16中產(chǎn)生低電壓并將其分配到多個(gè)發(fā)射器模塊12，在其中電壓逐步升高到需要的高電壓，以連接到正負(fù)發(fā)射器。在任一系統(tǒng)中，電壓可以是交流或直流。如果電壓是直流，可以是穩(wěn)態(tài)直流或脈沖直流。每種類(lèi)型的電壓具有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
常規(guī)系統(tǒng)10的一個(gè)缺點(diǎn)是所有的發(fā)射器模塊12必須在同一模式下操作。于是，在低電壓直流系統(tǒng)中，所有的發(fā)射器模塊12必須使用穩(wěn)態(tài)電離器或脈沖電離器。
在常規(guī)的低電壓直流系統(tǒng)10中的另一個(gè)缺點(diǎn)是典型地將線(xiàn)性調(diào)節(jié)器用于基于發(fā)射器的低電壓電源。由于流過(guò)線(xiàn)性調(diào)節(jié)器的電流與其輸出的電流相同，在線(xiàn)性調(diào)節(jié)器上產(chǎn)生的大電壓降(如，30V輸入/5V輸出引起25V壓降)引起線(xiàn)性調(diào)節(jié)器消耗大量的功率，而，該功率又產(chǎn)生大量的熱量。線(xiàn)性調(diào)節(jié)器的過(guò)熱的可能又限制了輸入電壓，而，輸入電壓又限制能夠連接到單個(gè)控制器16的發(fā)射器模塊的數(shù)量。并且，由于電源線(xiàn)不是無(wú)損耗的，線(xiàn)內(nèi)的電流會(huì)引起線(xiàn)上的壓降。實(shí)際效果是當(dāng)在發(fā)射器模塊12中使用線(xiàn)性調(diào)節(jié)器時(shí)，必須限制連續(xù)的串行遞鏈連接的發(fā)射器模塊12間的距離和控制器16與發(fā)射器模塊12間的距離以確保所有的發(fā)射器模塊12分配到足夠的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)基于模塊的高電壓電源。
因此，對(duì)于房間電離系統(tǒng)，有一個(gè)未能滿(mǎn)足的需要是提高發(fā)射器模塊的靈活性和控制及與其的通信。對(duì)于電路，還存在一個(gè)未能滿(mǎn)足的需要是使用更輕松的方式自動(dòng)檢測(cè)和改正錯(cuò)線(xiàn)問(wèn)題。對(duì)于電路，還存在一個(gè)未能滿(mǎn)足的需要是允許對(duì)發(fā)射器模塊的模式的單獨(dú)控制。本發(fā)明滿(mǎn)足了這些需求。
本發(fā)明提供了在具有正負(fù)離子發(fā)射器和與各個(gè)正負(fù)離子發(fā)射器相連的正負(fù)高電壓電源的電離器中平衡正負(fù)離子輸出量的方法和裝置。平衡參考值存儲(chǔ)在可軟件調(diào)節(jié)的存儲(chǔ)器中。在電離器的操作中，平衡參考值與通過(guò)位于離子發(fā)射器附近的離子平衡檢測(cè)器測(cè)到的平衡測(cè)量值比較。如果平衡參考值不等于平衡測(cè)量值，則自動(dòng)調(diào)節(jié)正負(fù)高電壓電源中的至少一個(gè)。通過(guò)使平衡測(cè)量值變得與平衡參考值相等的方式來(lái)進(jìn)行上述調(diào)節(jié)。并且，在電離器的校準(zhǔn)或初始設(shè)定中，利用荷電板監(jiān)視器在電離器附近的工作空間內(nèi)測(cè)量實(shí)際離子平衡。如果實(shí)際平衡測(cè)量顯示自動(dòng)離子平衡電路沒(méi)有提供真正的平衡狀態(tài)，則調(diào)節(jié)平衡參考值。
本發(fā)明還提供了用于控制離子輸出電流的相似的方法和裝置，其中離子輸出電流參考值存儲(chǔ)在可軟件調(diào)節(jié)的存儲(chǔ)器中，離子輸出電流參考值與從在電離器內(nèi)的電流計(jì)量電路得到的實(shí)際離子電流的值比較，并進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)以保持需要的離子輸出電流。在電離器的校準(zhǔn)或初始設(shè)定中，利用荷電板監(jiān)視器在電離器附近的工作空間內(nèi)測(cè)量衰減時(shí)間。如果衰減時(shí)間太慢或太快，則調(diào)節(jié)離子輸出電流參考值，從而引起實(shí)際離子輸出電流增加或減少來(lái)與新的離子輸出電流參考值相匹配。
平衡參考值和離子輸出電流參考值都可以通過(guò)遙控裝置或連接到電離器的系統(tǒng)控制器來(lái)調(diào)節(jié)。
本發(fā)明還提供了用于預(yù)先確定的區(qū)域的電離系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括沿該區(qū)域間隔設(shè)置的多個(gè)發(fā)射器模塊、用于控制發(fā)射器模塊的系統(tǒng)控制器和用于將多個(gè)發(fā)射器模塊與系統(tǒng)控制器以串行遞鏈方式電連接的電線(xiàn)，其中電線(xiàn)用于與發(fā)射器模塊的通信和向其供電。
在電離系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)發(fā)射器模塊具有單獨(dú)的地址，系統(tǒng)控制器單獨(dú)地訪問(wèn)和控制各個(gè)發(fā)射器模塊?？梢酝ㄟ^(guò)系統(tǒng)控制器或遙控發(fā)送器來(lái)單獨(dú)地調(diào)節(jié)每個(gè)發(fā)射器模塊的平衡參考值和離子輸出電流參考值。
在電離系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例中，在每個(gè)發(fā)射器模塊內(nèi)備有錯(cuò)線(xiàn)保護(hù)電路以在檢測(cè)到錯(cuò)線(xiàn)情況后自動(dòng)改變進(jìn)入每個(gè)發(fā)射器模塊的電線(xiàn)的相對(duì)位置。
在電離系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)發(fā)射器模塊備有開(kāi)關(guān)電源以將電線(xiàn)上的線(xiàn)路損耗的影響減至最小。
在電離系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例中，提供有電源模式設(shè)定，用于將每個(gè)發(fā)射器模塊設(shè)定在多個(gè)不同的操作電源模式中的一個(gè)。
本發(fā)明還提供了用于改變相互有固定關(guān)系的布線(xiàn)電線(xiàn)的相對(duì)位置的電路，其中布線(xiàn)電線(xiàn)包括第一通信線(xiàn)和第二通信線(xiàn)。上述電路包括與第一通信線(xiàn)相連的第一開(kāi)關(guān)、與第二通信線(xiàn)相連的第二開(kāi)關(guān)和具有連接到第一和第二開(kāi)關(guān)的輸出控制信號(hào)的處理器。第一開(kāi)關(guān)具有第一初始位置和與第一初始位置相對(duì)的第二位置。同樣，第二開(kāi)關(guān)具有第一初始位置和與第一初始位置相對(duì)的第二位置。處理器的輸出控制信號(hào)使第一和第二開(kāi)關(guān)位于它們各自的第一或第二位置上，其中當(dāng)?shù)谝缓偷诙_(kāi)關(guān)都位于它們的第一初始位置時(shí)第一和第二通信線(xiàn)具有第一配置，都位于它們的第二位置時(shí)則具有第二配置。
當(dāng)參照附圖閱讀下面的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)的描述時(shí)，會(huì)更好的理解它。為了說(shuō)明本發(fā)明，在圖中示出了目前優(yōu)選的實(shí)施例。但是，本發(fā)明不受所示的具體的配置和手段的限制。在圖中圖1是常規(guī)的房間電離系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的方框示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的房間電離系統(tǒng)的方框示意圖；圖3A是用于圖2中的房間電離系統(tǒng)的紅外(IR)遙控發(fā)送器電路的方框示意圖；圖3B-1和3B-2合在一起(以下稱(chēng)作圖3B)是圖3A的詳細(xì)的電路級(jí)圖示；圖4是圖2的房間電離系統(tǒng)的發(fā)射器模塊的方框示意圖；圖5是與圖4有關(guān)的錯(cuò)線(xiàn)保護(hù)電路的電路級(jí)圖示；圖6是圖2的房間電離系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器的方框示意圖；圖7A是圖4的發(fā)射器模塊的平衡控制電路的方框示意圖；圖7B是圖4的發(fā)射器模塊的電流控制電路的方框示意圖；圖8是圖2的系統(tǒng)的硬件部件的立體圖；圖9是與圖4的發(fā)射器模塊的微控制器有關(guān)的軟件的流程圖；圖10是與圖6的系統(tǒng)控制器的微控制器有關(guān)的軟件的流程圖。
僅僅為了方便，在此會(huì)用到一些術(shù)語(yǔ)，這些術(shù)語(yǔ)不應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的限制。在圖中，相同的序號(hào)在全部的幾幅圖中用于代表相同的元件。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的模塊化房間電離系統(tǒng)22。該系統(tǒng)22包括多個(gè)安裝在天花板上的發(fā)射器模塊241至24n以串行遞鏈的方式通過(guò)RS-485通信/電源線(xiàn)26連接到系統(tǒng)控制器28。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，最多十個(gè)發(fā)射器模塊24串行遞鏈連接到單個(gè)系統(tǒng)控制器28，相繼的發(fā)射器模塊24之間互相隔開(kāi)2.13至3.66米。每個(gè)發(fā)射器模塊24包括電離器和通信/控制電路，在圖4中對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)顯示。系統(tǒng)22還包括用于將命令發(fā)送至發(fā)射器模塊24的紅外遙控發(fā)送器30。發(fā)送器30的電路在圖3A和3B中顯示得更詳細(xì)。系統(tǒng)控制器28的電路在圖6中顯示得更詳細(xì)。
系統(tǒng)22具有優(yōu)于如圖1所示的一類(lèi)的常規(guī)系統(tǒng)的性能。改善的性能如下所述(1)每個(gè)發(fā)射器模塊24的平衡和離子輸出能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)?？梢酝ㄟ^(guò)遙控發(fā)送器30或系統(tǒng)控制器28單獨(dú)地訪問(wèn)每個(gè)發(fā)射器模塊24來(lái)進(jìn)行上述調(diào)節(jié)。發(fā)射器模塊24使用數(shù)字或電子電位計(jì)或D/A轉(zhuǎn)換器而不是使用模擬型微調(diào)電位計(jì)。平衡和離子電流值存儲(chǔ)在位于系統(tǒng)控制器內(nèi)的存儲(chǔ)單元內(nèi)并通過(guò)軟件控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。平衡值(該值與電壓值有關(guān))作為BREF存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)，離子電流作為CREF存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)。
(2)可以通過(guò)遙控調(diào)節(jié)平衡和離子輸出。于是，在校準(zhǔn)和設(shè)定過(guò)程中用戶(hù)站在“不許入內(nèi)”區(qū)外時(shí)就可以調(diào)節(jié)各個(gè)發(fā)射器模塊24，而其又處于靠近荷電板監(jiān)視器能夠讀數(shù)的地方。
(3)發(fā)射器模塊24將識(shí)別信息和詳細(xì)的報(bào)警狀態(tài)信息發(fā)送到系統(tǒng)控制器28以能夠比常規(guī)系統(tǒng)更容易更快地診斷和校正發(fā)生的問(wèn)題。例如，發(fā)射器模塊243可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)到系統(tǒng)控制器28，表明負(fù)發(fā)射器壞了、正發(fā)射器壞了或電離器失去平衡。
(4)設(shè)置在每個(gè)發(fā)射器模塊24內(nèi)的錯(cuò)線(xiàn)保護(hù)電路使得安裝者能夠翻轉(zhuǎn)或顛倒RS485通信/電源線(xiàn)26。如果線(xiàn)顛倒了，電路自己校正，由此消除了重新接線(xiàn)的需要。在常規(guī)信號(hào)線(xiàn)中，如果線(xiàn)顛倒了，則無(wú)法產(chǎn)生通信或電源信號(hào)。
(5)每個(gè)發(fā)射器模塊24的模式可以單獨(dú)設(shè)定。于是，一些發(fā)射器模塊24可以在穩(wěn)態(tài)直流模式下操作，而另一些發(fā)射器模塊24在脈沖直流模式下操作。
(6)在發(fā)射器模塊24中使用開(kāi)關(guān)電源(開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器)而不是線(xiàn)性調(diào)節(jié)器。開(kāi)關(guān)電源減少了線(xiàn)損失的效應(yīng)，從而允許系統(tǒng)控制器28將足夠的工作電壓分配到可能互相遠(yuǎn)離并/或遠(yuǎn)離系統(tǒng)控制器28的發(fā)射器模塊24。開(kāi)關(guān)電源比線(xiàn)性電源更有效率，因?yàn)槠鋬H僅從線(xiàn)路中消耗其驅(qū)動(dòng)輸出所需的功率。于是，在通信/電源線(xiàn)26上的電壓降與線(xiàn)性電源相比更小。因此，可以使用較小直徑的線(xiàn)。與常規(guī)低電壓系統(tǒng)相比，開(kāi)關(guān)電源允許將發(fā)射器模塊24放置在相互之間更遠(yuǎn)并且更遠(yuǎn)離系統(tǒng)控制器28的位置上。
下面詳細(xì)描述系統(tǒng)22的具體元件。
圖3A顯示了遙控發(fā)送器30的示意方框圖。發(fā)送器30包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼開(kāi)關(guān)32、四個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)34、4∶2多路分解器36、串行編碼器38、調(diào)頻器40和IR驅(qū)動(dòng)電路42。旋轉(zhuǎn)編碼開(kāi)關(guān)32用于產(chǎn)生“訪問(wèn)”各個(gè)發(fā)射器模塊24的七條二進(jìn)制數(shù)據(jù)線(xiàn)。四個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)34用于將電源連接到電路并產(chǎn)生通過(guò)4∶2多路分解器36的信號(hào)。
4∶2多路分解器36包括兩個(gè)2輸入與非門(mén)和一個(gè)4輸入與非門(mén)。與產(chǎn)生兩個(gè)輸出信號(hào)的常規(guī)4∶2多路分解器不同，多路分解器36產(chǎn)生三個(gè)輸出信號(hào)，也即，兩個(gè)數(shù)據(jù)線(xiàn)和一個(gè)使能線(xiàn)。當(dāng)由于按鈕按下，四個(gè)輸入中的任意一個(gè)變?yōu)榈蜁r(shí)，產(chǎn)生“使能”信號(hào)(常規(guī)的4∶2多路分解器不產(chǎn)生該信號(hào))。該信號(hào)用于接通發(fā)光二極管，并啟動(dòng)編碼器和調(diào)制器輸出。
來(lái)自旋轉(zhuǎn)編碼開(kāi)關(guān)32的七條二進(jìn)制數(shù)據(jù)線(xiàn)和來(lái)自多路分解器36的兩條數(shù)據(jù)線(xiàn)和一條使能線(xiàn)連接到產(chǎn)生串行數(shù)據(jù)流的串行編碼器38。調(diào)制器40接收來(lái)自多路分解器36的使能線(xiàn)和來(lái)自編碼器38的串行數(shù)據(jù)，并且產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)。調(diào)制信號(hào)然后傳輸?shù)接糜诎l(fā)射IR信息的IR二極管驅(qū)動(dòng)器。
圖3B是圖3A的電路級(jí)框圖。
圖4示出了一個(gè)發(fā)射器模塊24的示意方框圖。發(fā)射器模塊24至少完成下述的三個(gè)功能產(chǎn)生和監(jiān)視離子，與系統(tǒng)控制器28通信，從發(fā)送器30接收IR數(shù)據(jù)。
發(fā)射器模塊24利用包括三個(gè)輸入路徑和兩個(gè)輸出路徑的閉環(huán)設(shè)計(jì)產(chǎn)生離子。三個(gè)輸入路徑中的兩個(gè)監(jiān)視正負(fù)離子電流，其包括電流計(jì)量電路56或58、多輸入A/D轉(zhuǎn)換器60和微控制器44。第三輸入路徑監(jiān)視離子平衡，其包括檢測(cè)天線(xiàn)66、放大器68、多輸入A/D轉(zhuǎn)換器60和微控制器44。該兩個(gè)輸出路徑控制高電壓電源52或54的電平，其包括微控制器44、數(shù)字電位計(jì)(或D/A轉(zhuǎn)換器作為其替代物)、模擬開(kāi)關(guān)、高電壓電源52或54、和輸出發(fā)射器62或64。數(shù)字電位計(jì)和模擬開(kāi)關(guān)是電平控制器48或50的一部分。
在操作中，微控制器44保持從系統(tǒng)控制器28得到的參考離子輸出電流值，CREF。微控制器44然后將上述參考值與從A/D轉(zhuǎn)換器60讀出的測(cè)量到的或?qū)嶋H值，CMEAS比較。測(cè)量值通過(guò)將正負(fù)流值平均而得到。如果CMEAS與CREF不同，微控制器44指示與正負(fù)發(fā)射器相連的數(shù)字電位計(jì)(或D/A)以等量或接近等量增加或減少它們的輸出值。電平控制器48、50的模擬開(kāi)關(guān)由微控制器44控制，該微控制器根據(jù)發(fā)射器模塊的模式，在穩(wěn)態(tài)直流電離中持續(xù)地接通該開(kāi)關(guān)，或以變化速率震蕩該開(kāi)關(guān)。來(lái)自模擬開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)然后傳輸?shù)秸?fù)高電壓電源52和54。高電壓電源52、54接收該直流信號(hào)，在電離發(fā)射器點(diǎn)62、64上產(chǎn)生高電壓電位。上面注意到，該高電壓電位的回路連接到正或負(fù)電流計(jì)量電路56、58。電流計(jì)量電路56、58放大當(dāng)高電壓源52、54通過(guò)電阻產(chǎn)生電流時(shí)所產(chǎn)生的電壓。高電壓回路然后將上述信號(hào)傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器60(為了上述目的，該轉(zhuǎn)換器具有四個(gè)輸入)。當(dāng)微控制器44請(qǐng)求時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器60產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于通過(guò)高電壓回路所產(chǎn)生的電壓電平的串行數(shù)據(jù)流。微控制器44然后將上述值和程序設(shè)定的值比較，并調(diào)節(jié)上述的數(shù)字電位計(jì)。
發(fā)射器模塊24的離子平衡通過(guò)利用檢測(cè)天線(xiàn)66、放大器68(例如具有34.2增益)、電平調(diào)節(jié)器(未示出)和A/D轉(zhuǎn)換器60進(jìn)行。檢測(cè)天線(xiàn)66位于正負(fù)發(fā)射器模塊62、64之間，例如它們的中間位置。如果在發(fā)射器模塊24內(nèi)存在不平衡，電荷會(huì)積累在檢測(cè)天線(xiàn)66上。所積累的電荷通過(guò)放大器68放大。放大的信號(hào)被電平移動(dòng)以與A/D轉(zhuǎn)換器60的輸入范圍相匹配，然后被傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器60，以被微控制器44所利用。
放置在微控制器44和系統(tǒng)控制器28之間的通信電路包括錯(cuò)線(xiàn)保護(hù)電路70和RS-485編碼器/解碼器72。
錯(cuò)線(xiàn)保護(hù)電路使得當(dāng)安裝者在將接線(xiàn)器接到通信/電源線(xiàn)26時(shí)將連線(xiàn)接反了(即翻轉(zhuǎn)或顛倒)時(shí)，發(fā)射器模塊24仍能夠正常工作。當(dāng)發(fā)射器模塊24首先通電時(shí)，微控制器44將兩個(gè)開(kāi)關(guān)接通并且從R-485線(xiàn)讀出數(shù)據(jù)。通過(guò)該初始的讀數(shù)，微控制器44判斷通信/電源線(xiàn)26是否在預(yù)期的狀態(tài)。如果通信/電源線(xiàn)26在預(yù)期的狀態(tài)并且保持在預(yù)期的狀態(tài)一預(yù)定時(shí)間，那么，通信/電源線(xiàn)26的通信線(xiàn)沒(méi)有顛倒，并且在微控制器44中的程序繼續(xù)下一步驟。但是，如果線(xiàn)與預(yù)期的狀態(tài)相反，那么，將與錯(cuò)線(xiàn)保護(hù)電路70相連的開(kāi)關(guān)顛倒以把通信/電源線(xiàn)26的通信線(xiàn)翻轉(zhuǎn)到正確的位置。一旦通信/電源線(xiàn)26被校正，系統(tǒng)控制器28與發(fā)射器模塊24通信的路徑開(kāi)始操作。提供有全波電橋自動(dòng)將輸入的電源定向到正確的極性。
圖5是錯(cuò)線(xiàn)保護(hù)電路70的電路級(jí)電路圖。反向開(kāi)關(guān)741和742翻轉(zhuǎn)通信線(xiàn)，全波電橋76翻轉(zhuǎn)電源線(xiàn)。在一個(gè)優(yōu)選的四線(xiàn)排序結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)RS-485通信線(xiàn)在外側(cè)，并且兩個(gè)電源線(xiàn)在內(nèi)側(cè)。
參見(jiàn)圖4，當(dāng)系統(tǒng)控制器28試圖與各個(gè)發(fā)射器模塊24通信時(shí)，所發(fā)送的第一字節(jié)是“地址”。在這時(shí)，在發(fā)射器模塊24內(nèi)的微控制器44需要從發(fā)射器模塊地址電路取出“地址”。發(fā)射器模塊的“地址”在安裝時(shí)通過(guò)位于發(fā)射器模塊24上的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器開(kāi)關(guān)90的調(diào)節(jié)而設(shè)定。微控制器44從旋轉(zhuǎn)編碼器開(kāi)關(guān)90和串行移位寄存器92得到地址。旋轉(zhuǎn)編碼器開(kāi)關(guān)90提供七個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)線(xiàn)到串行移位寄存器92。當(dāng)需要時(shí)，微控制器44串行移位開(kāi)關(guān)設(shè)定來(lái)確定“地址”并將其存儲(chǔ)在它的存儲(chǔ)器內(nèi)。
發(fā)射器模塊24包括IR接收電路94，該電路包括IR接收器96、IR解碼器98和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器開(kāi)關(guān)90。當(dāng)接收到紅外信號(hào)時(shí)，IR接收器96剝離載波頻率，僅剩下傳遞到IR解碼器98的串行數(shù)據(jù)流。IR解碼器98接收該數(shù)據(jù)并將前五個(gè)數(shù)據(jù)位與在旋轉(zhuǎn)編碼器開(kāi)關(guān)90上的五個(gè)最高有效(most important)數(shù)據(jù)位比較。如果這些數(shù)據(jù)位匹配，IR解碼器98產(chǎn)生輸入到微控制器44的四個(gè)并行數(shù)據(jù)線(xiàn)和一個(gè)有效傳輸信號(hào)。
發(fā)射器模塊24還包括在發(fā)生死循環(huán)時(shí)將微控制器44復(fù)位的監(jiān)視計(jì)時(shí)器100。
發(fā)射器模塊24還包括開(kāi)關(guān)電源102，該電源從系統(tǒng)控制器28接收20至28V的直流電，產(chǎn)生+12V、+5V、-5V直流電和地電位。如上面所討論的，選擇開(kāi)關(guān)電源是因?yàn)樾枰獪p少由會(huì)引起大的壓降的長(zhǎng)電線(xiàn)造成的功率消耗。
圖9是與發(fā)射器模塊微控制器44有關(guān)的軟件的清楚的流程圖。
圖6是系統(tǒng)控制器28的示意方框圖。系統(tǒng)控制器28執(zhí)行至少下面三個(gè)功能與發(fā)射器模塊24通信，與外部監(jiān)視計(jì)算機(jī)(未示出)通信和顯示數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器28利用RS-485通信線(xiàn)104與發(fā)射器模塊24通信，并利用RS-232通信線(xiàn)106與監(jiān)視計(jì)算機(jī)通信。系統(tǒng)控制器28包括微控制器110，它可以是微處理器。微控制器110的輸入包括五個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)112和鑰匙開(kāi)關(guān)114。按鈕開(kāi)關(guān)112用于滾動(dòng)液晶顯示器116并選中和改變?cè)O(shè)定。鑰匙開(kāi)關(guān)114用于將系統(tǒng)設(shè)定到待命、運(yùn)行或初始設(shè)置模式。
系統(tǒng)控制器28還包括用于微控制器110的存儲(chǔ)器118和監(jiān)視計(jì)時(shí)器120。存儲(chǔ)器118的一部分是當(dāng)電源關(guān)閉或中斷時(shí)，存儲(chǔ)發(fā)射器模塊24的CREF和BREF和其它系統(tǒng)配置信息的EEPROM。監(jiān)視計(jì)時(shí)器120檢測(cè)系統(tǒng)控制器28是否死機(jī)并啟動(dòng)其復(fù)位操作。
為了訪問(wèn)各個(gè)發(fā)射器模塊24，系統(tǒng)控制器28還包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器開(kāi)關(guān)122和串行移位寄存器124，它們與發(fā)射器模塊24的對(duì)應(yīng)的元件的操作相似。
在系統(tǒng)22的初始化的過(guò)程中，每個(gè)發(fā)射器模塊24通過(guò)它的旋轉(zhuǎn)編碼器開(kāi)關(guān)90被設(shè)定唯一的編號(hào)。接著，系統(tǒng)控制器28輪詢(xún)發(fā)射器模塊241至24n以得到它們的狀態(tài)報(bào)警值。在一個(gè)輪詢(xún)的實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器28檢查發(fā)射器模塊24以判斷它們是否按順序編號(hào)而沒(méi)有空號(hào)。通過(guò)顯示器116，系統(tǒng)控制器28顯示其結(jié)果并提示操作員核準(zhǔn)。如果檢測(cè)到空號(hào)，操作員可以重新將發(fā)射器模塊24編號(hào)并重新輪詢(xún)，或發(fā)出批準(zhǔn)現(xiàn)行編號(hào)的信號(hào)。一旦操作員發(fā)出批準(zhǔn)該編號(hào)方案的信號(hào)，系統(tǒng)控制器28存儲(chǔ)發(fā)射器模塊的編號(hào)用于后續(xù)的操作和控制。在本發(fā)明的另選實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器28自動(dòng)將號(hào)碼分配到發(fā)射器模塊24，以此來(lái)避免在每個(gè)發(fā)射器模塊24設(shè)置開(kāi)關(guān)的必要。
如上面所討論的，遙控發(fā)送器30可以直接發(fā)出命令到發(fā)射器模塊24或通過(guò)系統(tǒng)控制器28發(fā)出命令。因此，系統(tǒng)控制器28包括用于上述目的的IR接收器126和IR解碼器128。
系統(tǒng)控制器28還包括同步鏈路、sync in130和sync out132。上述鏈路使得多個(gè)系統(tǒng)控制器28以同步的方式用串行遞鏈連接在一起成為可能，而使與多個(gè)系統(tǒng)控制器28相連的發(fā)射器模塊24的激發(fā)率和相位互相同步。由于僅僅有限個(gè)數(shù)目的發(fā)射器模塊24能夠通過(guò)單個(gè)系統(tǒng)控制器28控制，上述特性使得許多發(fā)射器模塊24以同步方式操作成為可能。在上述結(jié)構(gòu)中，一個(gè)系統(tǒng)控制器28作為主控制器，剩下的系統(tǒng)控制器28作為從屬控制器。
系統(tǒng)控制器28可以可選地包括用于在光塔(light tower)中報(bào)警的中繼指示器(relay indicator)134之類(lèi)的裝置。在上述的方式中，特定的報(bào)警狀態(tài)能夠以視覺(jué)方式傳輸?shù)讲僮髡撸藭r(shí)操作者可能正在監(jiān)視單機(jī)系統(tǒng)控制器28或具有多個(gè)從屬控制器的主系統(tǒng)控制器28。
系統(tǒng)控制器28內(nèi)裝有三個(gè)通用輸入交流開(kāi)關(guān)電源(未示出)。上述電源從任意的線(xiàn)電壓在90-240V之間、50-60Hz的交流電產(chǎn)生單獨(dú)的28V直流電。該28V直流電(能夠在20-30V之間變化)被分配到遠(yuǎn)端模塊24以向其供電。并且，在系統(tǒng)控制器28內(nèi)的在板開(kāi)關(guān)電源136從通用輸入交流開(kāi)關(guān)電源接收28V直流電，并產(chǎn)生+12V直流、+5V直流、-5V直流和地電位。優(yōu)選使用開(kāi)關(guān)電源來(lái)保存電能。
圖10是與系統(tǒng)控制器的微控制器110有關(guān)的軟件的清楚的流程圖。
圖7A是發(fā)射器模塊241的平衡控制電路138的示意方框圖。離子平衡檢測(cè)器140(其包括運(yùn)算放大器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器)輸出從離發(fā)射器模塊241的發(fā)射器的比較近的地方得到的平衡測(cè)量值，BMEAS。在比較器144內(nèi)，將存儲(chǔ)在微控制器44內(nèi)的平衡參考值142，BREF1與BMEAS進(jìn)行比較。如果兩個(gè)值相等，不對(duì)正或負(fù)高電壓電源146進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果不相等，對(duì)電源146進(jìn)行調(diào)節(jié)直至上述兩值變得相等。上述過(guò)程在發(fā)射器模塊241的操作中持續(xù)地自動(dòng)地進(jìn)行。在校準(zhǔn)和初始設(shè)定中，從荷電板監(jiān)視器讀出平衡讀數(shù)來(lái)得到在發(fā)射器模塊241附近的工作空間的實(shí)際平衡讀數(shù)，BACTUAL。如果比較器的輸出顯示BREF1等于BMEAS，并且如果BACTUAL為零，那么，發(fā)射器模塊241是平衡的并不再進(jìn)行進(jìn)一步的行動(dòng)。但是，如果比較器的輸出顯示BREF1等于BMEAS，并且如果BACTUAL不為零，那么，發(fā)射器模塊241是不平衡的。因此，利用遙控發(fā)送器30或系統(tǒng)控制器28將BREF1調(diào)高或調(diào)低直到BACTUAL回到零。由于制造上的偏差和系統(tǒng)隨著時(shí)間的老化，每個(gè)發(fā)射器模塊24可能會(huì)具有不同的BREF值。
圖7B是類(lèi)似于圖7A的用于離子電流的示意圖，其中對(duì)于CREF和CMEAS進(jìn)行討論。在圖7B中，CMEAS是利用圖4中所示的電路元件56、58和60直接測(cè)量到的實(shí)際離子輸出電流。比較器152比較CREF1(該值存儲(chǔ)在微控制器44內(nèi)的存儲(chǔ)器150內(nèi))和CMEAS。如果兩值相等，不對(duì)正或負(fù)高電壓電源146進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果兩值不等，對(duì)高電壓電源146進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)直到兩值變得相等。在發(fā)射器模塊241的操作過(guò)程中，上述過(guò)程持續(xù)地自動(dòng)地進(jìn)行。在校準(zhǔn)或初始設(shè)定中，從荷電板監(jiān)視器148讀出衰減時(shí)間讀數(shù)以得到在發(fā)射器模塊241附近的工作空間內(nèi)的實(shí)際離子輸出電流的指示，CMEAS。如果衰減時(shí)間在希望的范圍內(nèi)，就不進(jìn)行進(jìn)一步的行動(dòng)。但是，如果衰減時(shí)間太快或太慢，則操作員向上調(diào)節(jié)或向下調(diào)節(jié)CREF1。比較器152于是會(huì)顯示CMEAS和CREF1間的差值，并自動(dòng)地以與上述的方式相同的方式對(duì)電源146進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)直到上述值變得相等。
正如上面所討論的，常規(guī)的自動(dòng)平衡系統(tǒng)具有基于硬件的反饋系統(tǒng)，并至少會(huì)遇到下面的問(wèn)題(1)由于反饋控制信號(hào)根據(jù)硬件元件值固定，這樣的系統(tǒng)不能提供非常精確的平衡控制。
(2)平衡控制的總體范圍受到硬件元件值的限制。
(3)由于為了正常操作，各個(gè)元件互相依賴(lài)，因此很難進(jìn)行快速且廉價(jià)的修改。常規(guī)的離子電流控制電路也會(huì)遇到同樣的問(wèn)題。與常規(guī)系統(tǒng)相比，本發(fā)明的基于軟件的平衡和離子電流控制電路不存在任何上述的缺點(diǎn)。
圖8示出了圖2的系統(tǒng)22的硬件元件的立體圖。
微控制器44和110使得能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的功能，例如(1)微處理器監(jiān)視用于比較BREF和BMEAS，CREF和CMEAS的比較器。如果差值都比預(yù)定的值小，則認(rèn)為發(fā)射器模塊24需要做與正常操作有關(guān)的適當(dāng)?shù)男≌{(diào)節(jié)。但是，如果該一個(gè)或兩個(gè)差值一次或多次都大于預(yù)定的值，則認(rèn)為發(fā)射器模塊24需要維修。在這種情況下，發(fā)出報(bào)警信號(hào)到系統(tǒng)控制器28。
(2)每個(gè)發(fā)射器模塊24的自動(dòng)離子產(chǎn)生的變化和平衡的變化可以跳升(ramp up)或跳降(ramp down)以避免突然的擺動(dòng)或電位的過(guò)調(diào)節(jié)。例如，當(dāng)使用脈沖直流模式時(shí)，脈沖率(即，頻率)可以逐漸從第一值調(diào)節(jié)到需要的值以達(dá)到跳升或跳降的效果。當(dāng)使用脈沖直流模式或穩(wěn)態(tài)直流模式時(shí)，直流幅度可以逐漸從第一值調(diào)節(jié)到需要的值以達(dá)到需要的跳升或跳降的效果。
本發(fā)明的范圍不受上述的特殊的實(shí)施方式的限制。例如，通信不一定必須通過(guò)RS-485或RS-232通信電源線(xiàn)進(jìn)行。特別是，錯(cuò)線(xiàn)保護(hù)電路可以使用任何類(lèi)型的能夠以上述的方式通過(guò)開(kāi)關(guān)翻轉(zhuǎn)的通信/電源線(xiàn)。
應(yīng)該注意到本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠不背離本發(fā)明的發(fā)明思想而對(duì)上述實(shí)施例做出修改。因此，可以理解，本發(fā)明不受到所公開(kāi)的特殊實(shí)施例的限制，但是，本發(fā)明應(yīng)包括在所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的修改。
權(quán)利要求
1.在具有正負(fù)離子發(fā)射器和分別與正負(fù)離子發(fā)射器相連的正負(fù)高電壓電源的電離器中平衡正負(fù)離子輸出量的方法，該方法包括(a)將平衡參考值存儲(chǔ)在可軟件調(diào)節(jié)的存儲(chǔ)器中；(b)在電離器的操作過(guò)程中，比較平衡參考值和通過(guò)位于發(fā)射器附近的離子平衡檢測(cè)器得到的平衡測(cè)量值；(c)如果平衡參考值不等于平衡測(cè)量值，自動(dòng)調(diào)節(jié)正負(fù)高電壓電源中的至少一個(gè)，上述調(diào)節(jié)以使得平衡測(cè)量值變得與平衡參考值相等的方式進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括(d)在電離器的操作過(guò)程中，在電離器附近的工作空間內(nèi)測(cè)量實(shí)際離子平衡；(e)如果平衡測(cè)量值等于平衡參考值并且實(shí)際測(cè)量到的離子平衡不是零，則調(diào)節(jié)平衡參考值，上述調(diào)節(jié)以使得實(shí)際測(cè)量到的離子平衡變得等于零的方式進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中測(cè)量步驟(d)使用荷電板監(jiān)視器來(lái)進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟(d)和(e)在電離器的校準(zhǔn)或初始設(shè)定中進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于電離器還包括電連接到平衡參考值并響應(yīng)遙控發(fā)送器的遙控接收器，調(diào)節(jié)步驟(e)包括在監(jiān)視實(shí)際測(cè)量到的離子平衡的同時(shí)，通過(guò)遙控接收器使用遙控發(fā)送器調(diào)節(jié)平衡參考值來(lái)使得實(shí)際測(cè)量到的離子平衡變得等于零。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括(d)電離器的操作一開(kāi)始，就以非線(xiàn)性方式調(diào)節(jié)正或負(fù)高電壓電源，而避免正或負(fù)離子輸出的突然變化或平衡狀態(tài)的電位過(guò)調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于電離器以脈沖直流模式操作，并在步驟(c)中通過(guò)逐漸將正負(fù)高電壓電源的脈沖率從第一值調(diào)節(jié)到第二值來(lái)進(jìn)行非線(xiàn)性自動(dòng)調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于電離器以脈沖直流模式或穩(wěn)態(tài)直流模式操作，并在步驟(c)中通過(guò)逐漸將正或負(fù)高電壓電源的直流幅度從第一值調(diào)節(jié)到第二值來(lái)進(jìn)行非線(xiàn)性自動(dòng)調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括(d)比較在比較步驟(b)中得到的平衡參考值和平衡測(cè)量值間的差值的絕對(duì)值；(e)如果差值的絕對(duì)值一次或多次比預(yù)定的值大，那么，指示報(bào)警狀態(tài)。
10.一種具有正負(fù)離子發(fā)射器和分別與正負(fù)離子發(fā)射器相連的正負(fù)高電壓電源的電離器，其包括(a)用于存儲(chǔ)平衡參考值的可軟件調(diào)節(jié)的存儲(chǔ)器；(b)用于比較平衡參考值和平衡測(cè)量值的比較器，平衡測(cè)量值通過(guò)位于離子發(fā)射器附近的離子平衡檢測(cè)器得到；(c)自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)電路，如果平衡參考值不等于平衡測(cè)量值，用于調(diào)節(jié)正負(fù)高電壓電源中的至少一個(gè)，該調(diào)節(jié)以使得平衡測(cè)量值變得等于平衡參考值的方式進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電離器，還包括(d)使得自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)電路在電離器的初始操作一開(kāi)始就進(jìn)行非線(xiàn)性調(diào)節(jié)，而避免正或負(fù)離子輸出的突變或平衡狀態(tài)的電位過(guò)調(diào)節(jié)的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電離器，其特征在于電離器以脈沖直流模式操作，并且自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)電路通過(guò)將正負(fù)高電壓電源的脈沖率逐漸從第一值調(diào)節(jié)到第二值，進(jìn)行非線(xiàn)性調(diào)節(jié)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電離器，其特征在于電離器以脈沖直流模式或穩(wěn)態(tài)直流模式操作，并且自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)電路通過(guò)將正或負(fù)高電壓電源的直流幅度逐漸從第一值調(diào)節(jié)到第二值，進(jìn)行非線(xiàn)性調(diào)節(jié)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電離器，還包括(d)調(diào)節(jié)平衡參考值的裝置，如果平衡測(cè)量值等于平衡參考值并且在電離器附近的工作空間內(nèi)實(shí)際測(cè)量到的離子平衡不等于零，調(diào)節(jié)平衡參考值，該調(diào)節(jié)以使得實(shí)際測(cè)量到的離子平衡變得等于零的方式進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電離器，還包括(e)電連接到平衡參考值并響應(yīng)遙控發(fā)送器的遙控接收器，其中，調(diào)節(jié)裝置利用遙控發(fā)送器通過(guò)遙控接收器調(diào)節(jié)平衡參考值，同時(shí)監(jiān)視實(shí)際測(cè)量到的離子平衡以使得實(shí)際測(cè)量到的離子平衡變得等于零。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電離器，還包括(d)比較在比較器得到的平衡參考值和平衡測(cè)量值間的差值的絕對(duì)值的裝置；(e)如果差值的絕對(duì)值一次或多次比預(yù)定的值大，那么，指示報(bào)警狀態(tài)的裝置。
17.一種在電離器中控制正負(fù)離子輸出電流的方法，上述電離器具有(i)正負(fù)離子發(fā)射器，(ii)分別與正負(fù)離子發(fā)射器相連的正負(fù)高電壓電源，(iii)用于監(jiān)視正負(fù)電離器離子輸出電流的電流計(jì)量電路，該方法包括(a)將離子輸出電流參考值存儲(chǔ)在可軟件調(diào)節(jié)的存儲(chǔ)器中；(b)在電離器的操作中，比較離子輸出電流參考值和通過(guò)電流計(jì)量電路得到的實(shí)際離子輸出電流值；(c)如果實(shí)際離子輸出電流值不等于離子輸出電流參考值，自動(dòng)調(diào)節(jié)正負(fù)高電壓電源中的至少一個(gè)，該調(diào)節(jié)以使得實(shí)際離子輸出電流值變得等于離子輸出電流參考值的方式進(jìn)行。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括(d)在電離器的操作中，在電離器附近的工作空間內(nèi)測(cè)量實(shí)際離子輸出電流值的指示；(e)如果該指示不在所需要的值附近，調(diào)節(jié)離子輸出電流參考值，該調(diào)節(jié)以使得實(shí)際離子輸出電流值變得接近需要的值的方式進(jìn)行。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于測(cè)量步驟(d)利用荷電板監(jiān)視器進(jìn)行，所述指示是由荷電板監(jiān)視器測(cè)量到的衰減時(shí)間。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于步驟(d)和(e)在電離器的校準(zhǔn)或初始設(shè)定過(guò)程中進(jìn)行。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于電離器還包括電連接到離子輸出電流參考值并響應(yīng)于遙控發(fā)送器的遙控接收器，并且調(diào)節(jié)步驟(e)包括在監(jiān)視實(shí)際離子輸出電流值的指示的同時(shí)，利用遙控發(fā)送器通過(guò)遙控接收器調(diào)節(jié)離子輸出電流參考值，使得所述指示變得接近需要的值。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括(d)在電離器的初始操作一開(kāi)始，以非線(xiàn)性方式調(diào)節(jié)正負(fù)高電壓電源，以避免正或負(fù)離子輸出的突變或需要狀態(tài)的電位過(guò)調(diào)節(jié)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于電離器在脈沖直流模式操作并且步驟(c)中的自動(dòng)調(diào)節(jié)通過(guò)逐漸將正負(fù)高電壓電源的脈沖率從第一值調(diào)節(jié)到第二值來(lái)非線(xiàn)性地進(jìn)行。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于電離器在脈沖直流模式或穩(wěn)態(tài)直流模式操作并且步驟(c)中的自動(dòng)調(diào)節(jié)通過(guò)逐漸將正或負(fù)高電壓電源的直流幅度從第一值調(diào)節(jié)到第二值來(lái)非線(xiàn)性地進(jìn)行。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括(d)比較在比較步驟(b)中得到的離子輸出電流參考值和實(shí)際離子輸出電流值間的差值的絕對(duì)值；(e)如果差值的絕對(duì)值一次或多次比預(yù)定的值大，那么，指示報(bào)警狀態(tài)。
26.一種具有正負(fù)離子發(fā)射器和分別與正負(fù)離子發(fā)射器相連的正負(fù)高電壓電源的電離器，其包括(a)用于存儲(chǔ)離子輸出電流參考值的可軟件調(diào)節(jié)的存儲(chǔ)器；(b)比較離子輸出電流參考值和實(shí)際離子輸出電流值的比較器，該實(shí)際離子輸出電流值通過(guò)監(jiān)視正負(fù)電離器離子輸出電流的電流計(jì)量電路得到；(c)用于調(diào)節(jié)正負(fù)高電壓電源中的至少一個(gè)的自動(dòng)離子輸出電流調(diào)節(jié)電路，如果實(shí)際離子輸出電流值不等于離子輸出電流參考值，該調(diào)節(jié)以使得實(shí)際離子輸出電流值變得等于離子輸出電流參考值的方式進(jìn)行。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的電離器，還包括(d)使得自動(dòng)離子輸出電流調(diào)節(jié)電路在電離器的初始操作一開(kāi)始就進(jìn)行非線(xiàn)形調(diào)節(jié)的裝置，以避免正或負(fù)離子輸出的突變或需要狀態(tài)的電位過(guò)調(diào)節(jié)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的電離器，其特征在于電離器以脈沖直流模式操作，并且自動(dòng)離子輸出電流調(diào)節(jié)電路通過(guò)將正負(fù)高電壓電源的脈沖率逐漸從第一值調(diào)節(jié)到第二值，進(jìn)行非線(xiàn)性調(diào)節(jié)。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的電離器，其特征在于電離器以脈沖直流模式或穩(wěn)態(tài)直流模式操作，并且自動(dòng)離子輸出電流調(diào)節(jié)電路通過(guò)將正或負(fù)高電壓電源的直流幅度逐漸從第一值調(diào)節(jié)到第二值，進(jìn)行非線(xiàn)性調(diào)節(jié)。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的電離器，還包括(d)調(diào)節(jié)離子輸出電流參考值的裝置，如果在電離器附近的工作空間測(cè)量到的實(shí)際離子輸出電流值的指示不在需要的值附近，調(diào)節(jié)離子輸出電流參考值，該調(diào)節(jié)以使得實(shí)際離子輸出電流值的指示變得在需要的值的附近的方式進(jìn)行。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的電離器，還包括(e)電連接到離子輸出電流參考值并響應(yīng)遙控發(fā)送器的遙控接收器，其中，調(diào)節(jié)裝置利用遙控發(fā)送器通過(guò)遙控接收器調(diào)節(jié)離子輸出電流參考值，同時(shí)監(jiān)視實(shí)際離子輸出電流值的指示以使其變得接近需要的值。
32.根據(jù)權(quán)利要求26所述的電離器，還包括(d)比較在比較器得到的離子輸出電流參考值和實(shí)際離子輸出電流值的差的絕對(duì)值的裝置；(e)如果差值的絕對(duì)值一次或多次比預(yù)定的值大，那么，指示報(bào)警狀態(tài)的裝置。
33.一種用于預(yù)定區(qū)域的電離系統(tǒng)，包括(a)多個(gè)在區(qū)域中間隔布置的發(fā)射器模塊，每個(gè)發(fā)射器模塊具有單獨(dú)的地址并包括至少一個(gè)電離器；(b)用于單獨(dú)地訪問(wèn)和控制發(fā)射器模塊的系統(tǒng)控制器；(c)將多個(gè)發(fā)射器模塊電連接到系統(tǒng)控制器的通信線(xiàn)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)發(fā)射器模塊還包括用于通過(guò)通信線(xiàn)傳輸與電離器的至少一個(gè)操作參數(shù)有關(guān)的報(bào)警狀態(tài)信息的裝置，報(bào)警狀態(tài)信息包括發(fā)射器模塊的地址，系統(tǒng)控制器接收該報(bào)警狀態(tài)信息。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述操作參數(shù)是正或負(fù)發(fā)射器的狀態(tài)。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于所述操作參數(shù)是離子不平衡狀態(tài)。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于通信線(xiàn)以串行遞鏈方式連接到每個(gè)發(fā)射器模塊，通信線(xiàn)提供以下功能(i)通信和(ii)向發(fā)射器模塊供電。
38.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)發(fā)射器模塊還包括存儲(chǔ)的平衡參考值，且系統(tǒng)控制器包括用于單獨(dú)地調(diào)節(jié)每個(gè)發(fā)射器模塊的存儲(chǔ)的平衡參考值的裝置。
39.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)發(fā)射器模塊還包括存儲(chǔ)的離子輸出電流參考值，且系統(tǒng)控制器包括用于單獨(dú)地調(diào)節(jié)每個(gè)發(fā)射器模塊的存儲(chǔ)的離子輸出電流參考值的裝置。
40.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，還包括(d)具有發(fā)射器地址設(shè)定和平衡調(diào)節(jié)功能的遙控發(fā)送器，每個(gè)發(fā)射器模塊還包括存儲(chǔ)的平衡參考值和與平衡參考值電連接并響應(yīng)遙控發(fā)送器的遙控接收器，其中，遙控發(fā)送器允許單獨(dú)地調(diào)節(jié)每個(gè)發(fā)射器模塊的平衡參考值。
41.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，還包括(d)具有發(fā)射器地址設(shè)定和離子輸出電流調(diào)節(jié)功能的遙控發(fā)送器，每個(gè)發(fā)射器模塊還包括存儲(chǔ)的離子輸出電流參考值和與離子輸出電流參考值電連接并響應(yīng)遙控發(fā)送器的遙控接收器，其中，遙控發(fā)送器允許單獨(dú)地調(diào)節(jié)每個(gè)發(fā)射器模塊的離子輸出電流參考值。
42.一種用于預(yù)定區(qū)域的電離系統(tǒng)，包括(a)多個(gè)在區(qū)域中間隔布置的發(fā)射器模塊，每個(gè)發(fā)射器模塊包括(i)至少一個(gè)電離器，(ii)錯(cuò)線(xiàn)保護(hù)電路，該電路一檢測(cè)到錯(cuò)線(xiàn)狀態(tài)就自動(dòng)改變至少兩個(gè)關(guān)系互相固定的通信線(xiàn)的相對(duì)位置；(b)用于控制發(fā)射器模塊的系統(tǒng)控制器；和(c)將多個(gè)發(fā)射器模塊電連接到系統(tǒng)控制器的第一和第二通信線(xiàn)，其中錯(cuò)線(xiàn)保護(hù)電路一檢測(cè)到某個(gè)發(fā)射器模塊的錯(cuò)線(xiàn)狀態(tài)就自動(dòng)改變第一和第二通信線(xiàn)的相對(duì)位置，以此使得該發(fā)射器模塊正常操作。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其特征在于錯(cuò)線(xiàn)保護(hù)電路包括(A)與第一通信線(xiàn)相連的第一開(kāi)關(guān)，第一開(kāi)關(guān)具有第一初始位置和與第一初始位置相對(duì)的第二位置，(B)與第二通信線(xiàn)相連的第二開(kāi)關(guān)，第二開(kāi)關(guān)具有第一初始位置和與第一初始位置相對(duì)的第二位置，(C)處理器，具有連接到第一和第二開(kāi)關(guān)的輸出控制信號(hào)，用于使第一和第二開(kāi)關(guān)分別位于它們的第一或第二位置，其中，第一和第二通信線(xiàn)具有當(dāng)開(kāi)關(guān)都位于它們的第一初始位置時(shí)的第一配置和當(dāng)開(kāi)關(guān)都位于它們的第二位置時(shí)的第二配置。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其特征在于處理器生成將第一和第二開(kāi)關(guān)設(shè)定在它們的第一初始位置的初始控制信號(hào)，處理器包括用于判斷第一和第二通信線(xiàn)是否在期望的狀態(tài)的裝置，如果第一和第二通信線(xiàn)在期望的狀態(tài)，處理器保持第一和第二開(kāi)關(guān)在第一初始位置，如果第一和第二通信線(xiàn)不在期望的狀態(tài)，處理器生成將第一和第二開(kāi)關(guān)設(shè)定在它們的第二位置的第二控制信號(hào)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于用于判斷第一和第二通信線(xiàn)是否在期望的狀態(tài)的裝置還判斷第一和第二通信線(xiàn)是否保持在期望的狀態(tài)一預(yù)定時(shí)間段的時(shí)間，如果第一和第二通信線(xiàn)最初在期望的狀態(tài)且保持在期望的狀態(tài)該預(yù)定時(shí)間段的時(shí)間，處理器保持第一和第二開(kāi)關(guān)在第一初始位置，如果第一和第二通信線(xiàn)沒(méi)有保持在期望的狀態(tài)該預(yù)定時(shí)間段的時(shí)間，處理器生成將第一和第二開(kāi)關(guān)設(shè)定在它們的第二位置的第二控制信號(hào)。
46.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其特征在于通信線(xiàn)是以串行遞鏈方式連接到每個(gè)發(fā)射器模塊的RS-485線(xiàn)。
47.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其特征在于通信線(xiàn)包括由相鄰的電線(xiàn)組成的扁平線(xiàn)且第一和第二通信線(xiàn)是扁平線(xiàn)的外側(cè)的電線(xiàn)。
48.一種用于改變關(guān)系互相固定的布線(xiàn)電線(xiàn)的相對(duì)位置的電路，布線(xiàn)電線(xiàn)包括第一通信線(xiàn)和第二通信線(xiàn)，該電路包括(a)與第一通信線(xiàn)相連的第一開(kāi)關(guān)，第一開(kāi)關(guān)具有第一初始位置和與第一初始位置相對(duì)的第二位置；(b)與第二通信線(xiàn)相連的第二開(kāi)關(guān)，第二開(kāi)關(guān)具有第一初始位置和與第一初始位置相對(duì)的第二位置；(c)處理器，具有連接到第一和第二開(kāi)關(guān)的輸出控制信號(hào)，用于使第一和第二開(kāi)關(guān)分別位于它們的第一或第二位置，其中第一和第二通信線(xiàn)具有當(dāng)開(kāi)關(guān)都位于它們的第一初始位置時(shí)的第一配置和當(dāng)開(kāi)關(guān)都位于它們的第二位置時(shí)的第二配置。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的電路，其特征在于處理器生成將第一和第二開(kāi)關(guān)設(shè)定在它們的第一初始位置的初始控制信號(hào)，處理器包括用于判斷第一和第二通信線(xiàn)是否在期望的狀態(tài)的裝置，如果第一和第二通信線(xiàn)在期望的狀態(tài)，處理器將第一和第二開(kāi)關(guān)保持在第一初始位置，如果第一和第二通信線(xiàn)不在期望的狀態(tài)，處理器生成將第一和第二開(kāi)關(guān)設(shè)定在它們的第二位置的第二控制信號(hào)。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的電路，其特征在于用于判斷第一和第二通信線(xiàn)是否在期望的狀態(tài)的裝置還判斷第一和第二通信線(xiàn)是否保持在期望的狀態(tài)一預(yù)定時(shí)間段的時(shí)間，如果第一和第二通信線(xiàn)最初在期望的狀態(tài)且保持在期望的狀態(tài)該預(yù)定時(shí)間段的時(shí)間，處理器保持第一和第二開(kāi)關(guān)在第一初始位置，如果第一和第二通信線(xiàn)沒(méi)有保持在期望的狀態(tài)該預(yù)定時(shí)間段的時(shí)間，處理器生成將第一和第二開(kāi)關(guān)設(shè)定在它們的第二位置的第二控制信號(hào)。
51.根據(jù)權(quán)利要求48所述的電路，其特征在于布線(xiàn)電線(xiàn)還包括(d)在其間具有電位的第一和第二電源線(xiàn)，第一和第二電源線(xiàn)的互相間關(guān)系和到第一和第二通信線(xiàn)間的關(guān)系固定；(e)連接到第一和第二電源線(xiàn)的全波電橋，用于一檢測(cè)到第一和第二電源線(xiàn)的極性不正確就自動(dòng)切換第一和第二電源線(xiàn)的極性。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的電路，其特征在于電線(xiàn)包括由相鄰的電線(xiàn)組成的扁平線(xiàn)，且第一和第二通信線(xiàn)是扁平線(xiàn)的外側(cè)的電線(xiàn)，第一和第二電源線(xiàn)是扁平線(xiàn)的內(nèi)側(cè)的電線(xiàn)。
53.根據(jù)權(quán)利要求48所述的電路，其特征在于通信線(xiàn)是RS-485線(xiàn)。
54.根據(jù)權(quán)利要求48所述的電路，其特征在于電線(xiàn)包括由相鄰的電線(xiàn)組成的扁平線(xiàn)，且第一和第二通信線(xiàn)是扁平線(xiàn)的外側(cè)的電線(xiàn)。
55.一種用于預(yù)定區(qū)域的電離系統(tǒng)，包括(a)多個(gè)在區(qū)域中間隔布置的發(fā)射器模塊，每個(gè)發(fā)射器模塊包括(i)至少一個(gè)電離器，(ii)用于向發(fā)射器模塊供電的開(kāi)關(guān)電源；(b)用于控制發(fā)射器模塊的系統(tǒng)控制器；(c)用于將多個(gè)發(fā)射器模塊電連接到系統(tǒng)控制器的電線(xiàn)，該電線(xiàn)具有與發(fā)射器模塊通信并向其供電的功能，其中開(kāi)關(guān)電源將電線(xiàn)上的線(xiàn)路損耗效應(yīng)減至最小。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)控制器包括至少一個(gè)用于產(chǎn)生通過(guò)電線(xiàn)分配到發(fā)射器模塊的20-30V直流電壓的電源。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)發(fā)射器模塊的開(kāi)關(guān)電源從系統(tǒng)控制器接收20-30V的直流電壓并產(chǎn)生供發(fā)射器模塊電路使用的+12V直流電壓、+5V直流電壓、-5V直流電壓和地電位。
58.根據(jù)權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其特征在于電線(xiàn)以串行遞鏈的方式連接到每個(gè)發(fā)射器模塊。
59.一種用于預(yù)定區(qū)域的電離系統(tǒng)，包括(a)多個(gè)在區(qū)域中間隔布置的發(fā)射器模塊，每個(gè)發(fā)射器模塊包括(i)至少一個(gè)電離器，(ii)用于將發(fā)射器模塊設(shè)定在多種不同的操作電源模式之一的電源模式設(shè)定裝置；(b)用于控制發(fā)射器模塊的系統(tǒng)控制器；(c)用于將多個(gè)發(fā)射器模塊電連接到系統(tǒng)控制器的電線(xiàn)，該電線(xiàn)具有與發(fā)射器模塊通信并向其供電的功能。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的系統(tǒng)，其特征在于操作電源模式包括穩(wěn)態(tài)直流模式和脈沖直流模式。
全文摘要
房間電離系統(tǒng)包括多個(gè)發(fā)射器模塊,每個(gè)包括電離器。發(fā)射器模塊在房間內(nèi)間隔布置并以串行遞鏈的方式連接到系統(tǒng)控制器。每個(gè)發(fā)射器模塊具有單獨(dú)的地址,允許系統(tǒng)控制器或遙控發(fā)射器單獨(dú)地訪問(wèn)和控制。包括電源線(xiàn)和通信線(xiàn)的電線(xiàn)將多個(gè)發(fā)射器模塊與系統(tǒng)控制器相連。每個(gè)發(fā)射器模塊存儲(chǔ)用于自動(dòng)平衡控制和自動(dòng)離子輸出電流控制電路的平衡參考值和離子輸出電流參考值。能夠通過(guò)系統(tǒng)控制器或遙控發(fā)送器容易地改變這些參考值。
文檔編號(hào)H05F3/06GK1248809SQ9911909
公開(kāi)日2000年3月29日 申請(qǐng)日期1999年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月18日
發(fā)明者小威廉S·里奇, 菲利普R·霍爾, 理查德D·羅德里戈 申請(qǐng)人:伊利諾斯工具公司