DE69931444T2

DE69931444T2 - Ionisierungssystem

Info

Publication number: DE69931444T2
Application number: DE69931444T
Authority: DE
Inventors: Jr. William S. Pennsville Richie; Richard D. Line Lexington Rodrigo; Philip R. Ottsville Hall
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1999-08-16
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2019-08-17
Also published as: JP2010123578A; US6507473B2; JP5563363B2; KR20020008102A; JP2008098188A; JP4015329B2; KR20000022740A; JP2007194226A; US8861166B2; JP2010171026A; EP0987929B1; ATE327655T1; KR100349514B1; KR100365995B1; US7161788B2; JP5048264B2; JP2005050826A; US7924544B2; JP2006253151A; JP2013165071A

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorzug der am 18. September 1998 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/101,018 mit dem Titel "LOW VOLTAGE MODULAR ROOM IONIZATION SYSTEM".
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
US 4,757,422 betrifft ein dynamisch ausgeglichenes Ionisationsgebläse mit mehreren Elektroden, die abwechselnd positive und negative Ionen erzeugen. Ein Detektionsschirm befindet sich innerhalb des Gehäuses des Ionengebläses in dem Ionenautrittsport zum Zweck des Erfassens einiger der von den Elektroden erzeugten Ionen. Durch ein Ionenungleichgewicht erzeugter Strom wird gefiltert und geht zu einem Oszillator mit variablem Tastverhältnis. Das Tastverhältnis des Oszillators wird durch das detektierte Ionenungleichgewicht bestimmt. Durch Justieren des Tastverhältnisses des Oszillators kann die relative Konzentration an positiven und negativen Ionen gesteuert werden.
US 4,809,127 betrifft eine selbstregelnde Luftionisierungsvorrichtung, die mehrere beabstandete Ionenemitter und mehrere Hochspannungsgeneratoren umfaßt, die jeweils mit einem getrennten der Ionenemitter verbunden sind. Ein erster Abschnitt der Generatoren erzeugen eine positive Hochspannung, weshalb die entsprechenden Emitter positive Ionen erzeugen, und ein zweiter Abschnitt der Generatoren erzeugen negative Hochspannung, weshalb die entsprechenden Emitter negative Ionen erzeugen. Jeder der Generatoren weist einen elektrischen Widerstand aufweisenden Weg auf, obwohl ein Rückstrom fließt, der eine Größe aufweist, die der Rate der Ionenausgabe von dem Emitter entspricht, der mit dem Generator verbunden ist. Die Spannung jedes Generators wird in umgekehrter Beziehung zu einem von dem Rückstrom erzeugten Rückkopplungssignal variiert. Auf diese Weise hält die Vorrichtung eine vorbestimmte Gesamtionenausgabe aufrecht. Dies hält automatisch ein optimales vorbestimmtes Verhältnis positiver und negativer Luftionen aufrecht.
US 4,951,172 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufrechterhalten einer Sollkonzentration von Ionen in der Atmosphäre an einer vorbestimmten Stelle. Ein Sensor ist vorgesehen, um ein Spannungssignal zu erzeugen, das die Größe und Polarität eines Ungleichgewichts positiver und negativer Luftionen anzeigt. Eine Rückkopplungsschaltung reagiert auf einen positiven oder negativen Spannungspegel des Rückkopplungssignals, der einen vorausgewählten Wert übersteigt, indem die Dauer von Perioden der Erzeugung von Ionen dieser Polarität verkürzt und die Dauer der Perioden der Erzeugung von Ionen entgegengesetzter Polarität verlängert wird.
Das Steuern einer statischen Ladung ist aufgrund seiner signifikanten Auswirkung auf die Bauelementausbeute ein wichtiges Problem bei der Halbleiterherstellung. Bauelementdefekte, die durch elektrostatisch angezogene Fremdstoffe und elektrostatische Entladungsereignisse hervorgerufen werden, tragen stark zu den Gesamtherstellungsverlusten bei.
Viele der Prozesse zum Produzieren integrierter Schaltungen verwenden nichtleitende Materialien, die große statische Ladungen und eine komplementäre Spannung an Wafern und Bauelementen erzeugen.
Die Luftionisation ist das effektivste Verfahren, um statische Ladungen auf nichtleitenden Materialien und isolierten Leitern zu eliminieren. Luftionisierer erzeugen große Mengen an positiven und negativen Ionen in der umgebenden Atmosphäre, die als mobile Ladungsträger in der Luft dienen. Bei Strömen von Ionen durch die Luft werden sie von entgegengesetzt geladenen Teilchen und Oberflächen angezogen. Eine Neutralisierung von elektrostatisch geladenen Oberflächen kann durch den Prozeß schnell erreicht werden.
Die Luftionisation kann ausgeführt werden unter Verwendung elektrischer Ionisierer, die Ionen in einem bekannten Prozeß wie etwa Coronaentladung erzeugen. Elektrische Ionisierer erzeugen Luftionen durch diesen Prozeß durch Verstärken eines elektrischen Felds um einen scharfen Punkt herum, bis es die Durchschlagsfestigkeit der umgebenden Luft überwindet. Eine negative Corona tritt auf, wenn Elektronen von der Elektrode in die umgebende Luft fließen. Eine positive Corona tritt infolge des Fließens von Elektronen von den Luftmolekülen in die Elektrode auf.
Um die statischen Ladungen von einem Ionisierer einer gegebenen Ausgabe so weit wie möglich zu reduzieren, muß der Ionisierer gleiche Mengen an positiven und negativen Ionen erzeugen. Das heißt, die Aufgabe des Ionisierer muß "ausgeglichen" sein. Wenn der Ionisierer nicht ausgeglichen ist, können die isolierten Leiter und Isolatoren derart geladen werden, daß der Ionisierer mehr Probleme bringt als er löst. Ionisierer können aufgrund einer Stromversorgungsdrift, eines Stromversorgungsausfalls einer Polarität, Verunreinigung von Elektroden oder Degradation von Elektroden aus dem Gleichgewicht geraten. Außerdem ist es möglich, daß die Ausgabe eines Ionisierers ausgeglichen ist, aber die Gesamtionenausgabe kann aufgrund einer Degradation von Systemkomponenten unter ihren Sollwert abfallen.
Ionisationssysteme enthalten dementsprechend eine Überwachung, automatischen Ausgleich über Rückkopplungssysteme und Alarme zum Detektieren unkorrigierter Ungleichgewichte und außerhalb des Bereichs liegender Ausgaben. Die meisten Rückkopplungssysteme basieren ganz oder in erster Linie auf Hardware. Bei vielen dieser Rückkopplungssysteme hat man keine sehr feine Gleichgewichtssteuerung, da Rückkopplungssteuersignale auf der Basis von Hardwarekomponentenwerten festliegen. Zudem kann der Gesamtbereich der Gleichgewichtssteuerung solcher Rückkopplungssysteme auf Hardwarebasis auf der Basis der Hardwarekomponentenwerte begrenzt sein. Außerdem lassen sich viele der Rückkopplungssysteme auf Hardwarebasis nicht leicht modifizieren, da die individuellen Komponenten zum ordnungsgemäßen Betrieb voneinander abhängen.
Ein geladene-Platte-Monitor (Charged Plate Monitor) wird in der Regel verwendet, um das tatsächliche Gleichgewicht eines elektrischen Ionisierers zu kalibrieren und periodisch zu messen, da es möglich ist, daß das tatsächliche Gleichgewicht im Arbeitsraum von dem von dem Sensor des Ionisierers detektierten Gleichgewicht verschieden ist.
Der geladene-Platte-Monitor wird auch verwendet, um die Abklingzeit der statischen Ladung periodisch zu messen. Wenn die Abklingzeit zu langsam oder zu schnell ist, kann die Ionenausgabe justiert werden, indem der voreingestellte Ionenstromwert erhöht oder verringert wird. Diese Justierung erfolgt in der Regel durch Justieren zweier Trimmpotentiometer (einer für die Erzeugung positiver Ionen und einer für die Erzeugung negativer Ionen). Periodische Messungen der Abklingzeit sind erforderlich, da die tatsächliche Ionenausgabe in dem Arbeitsraum möglicherweise mit der erwarteten Ionenausgabe für den in dem Ionisator eingestellten Ionenausgabestromwert nicht korreliert. Beispielsweise kann der Ionenausgabestrom anfänglich in der Fabrik auf einen Wert (z.B. 0,6 μA) eingestellt sein, um die gewünschte Ionenmenge pro Zeiteinheit zu erzeugen. Wenn der Strom eines bestimmten Ionisierers von diesem Wert abweicht, wie etwa eine Verringerung von diesem Wert aufgrund einer Ansammlung von Partikeln an dem Emitter des Ionisierers, dann wird die Ionisiererhochspanungsstromversorgung justiert, um den Anfangswert des Ionenstroms wiederherzustellen.
Ein Raumionisationssystem enthält in der Regel mehrere mit einem einzelnen Controller verbundene elektrische Ionisierer. 1 (Stand der Technik) zeigt ein herkömmliches Raumionisationssystem 10, das mehrere deckenmontierte Emittermodule 12₁ -12_n (auch als "Pods" bezeichnet) enthält, die in Reihe durch Signalleitungen 14 mit einem Controller 16 verbunden sind. Jedes Emittermodul 12 enthält einen elektrischen Ionisierer 18 und eine Kommunikations-/Steuerschaltungsanordnung 20 zum Ausführen begrenzter Funktionen, einschließlich der folgenden Funktionen:

(1) EIN-/AUSSCHALTEN;
(2) Senden eines Alarmsignals an den Controller 16 durch eine einzelne Alarmleitung innerhalb der Signalleitungen 14, wenn detektiert wird, daß ein jeweiliges Emittermodul 12 nicht ordnungsgemäß funktioniert.

Ein signifikantes Problem bei dem herkömmlichen System von 1 besteht darin, daß zwischen dem Controller 16 und den Emittermodulen 12₁ -12_n keine "intelligente" Kommunikation vorliegt. Bei einem herkömmlichen Verfahren weist die Signalleitung 14 vier Leitungen auf; Strom, Masse, Alarm und EIN/AUS-Steuerung. Das Alarmsignal, das auf der Alarmleitung übertragen wird, enthält keinerlei Informationen hinsichtlich der Identifikation des gestörten Emittermoduls 12. Somit weiß der Controller 16 nicht, welches Emittermodul 12 gestört ist, wenn ein Alarmsignal empfangen wird. Außerdem identifiziert das Alarmsignal nicht den Problemtyp (z.B. schlechter negativer oder positiver Emitter, Ungleichgewicht). Somit ist der Prozeß zeitraubend, zu identifizieren, welches Emittermodul 12 das Alarmsignal gesendet hat und welcher Problemtyp vorliegt.
Noch ein weiteres Problem bei herkömmlichen Raumionisationssystemen besteht darin, daß Parameter der individuellen Emittermodule 12 aus der Ferne justiert werden können, wie etwa der Ionenausgabestrom oder das Gleichgewicht von dem Controller 16. Die Parameter werden in der Regel justiert, indem Einstellungen über analoge Trimmpotentiometer an den individuellen Emittermodulen 12 manuell variiert werden. (Die Gleichgewichte an einigen Typen von elektrischen Ionisierern werden justiert durch Drücken der Knöpfe (+)/(–) oder AUF/AB, die digitale Potentiometereinstellungen steuern). Eine typische Justierungssitzung für das herkömmliche System 10 mit deckenmontierten Emittermodulen 12 ist wie folgt:

(1) Detektieren eines außerhalb des Bereichs liegenden Parameters über einen geladene-Platte-Monitor;
(2) eine Leiter hochsteigen und Gleichgewichts- und/oder Ionenausgabestrompotentiometereinstellungen justieren;
(3) Leiter heruntersteigen und die Leiter aus dem Meßbereich entfernen.
(4) Ablesen der neuen Werte an dem geladene-Platte-Monitor;
(5) gegebenenfalls Wiederholen der Schritte (1)-(4).

Der Prozeß der manuellen Justierung ist zeitraubend und intrusiv. Außerdem stört die physische Anwesenheit des Operators in dem Raum die Meßwerte an den geladenen Platten.
Wieder unter Bezugnahme auf 1 bestehen die Signalleitungen 14 zwischen jeweiligen Emittermodulen 12 aus mehreren Adern, wobei an einem Ende Stecker angecrimpt, angelötet oder auf andere Weise angebracht sind. Die Stecker werden vor Ort (d.h. während der Installation) angebracht, da die Länge der Signalleitung 14 zwischen Emittermodulen 12 variieren kann. Das heißt, die Länge der Signalleitung 14 zwischen Emittermodul 12₁ und 12₂ kann von der Länge der Signalleitung zwischen Emittermodul 12₃ und 12₄ verschieden sein. Durch Anbringen der Verbinder vor Ort können die Signalleitungen 14 genau auf die richtige Länge eingestellt werden, was zu einer sauberen Installation führt.
Ein Problem, das beim Anbringen von Steckern vor Ort auftritt, besteht darin, daß die Stecker manchmal falsch herum angebracht werden. Der Fehler wird möglicherweise erst detektiert, wenn das ganze System eingeschaltet wird. Der Installierer muß dann bestimmen, welcher Stecker falsch herum ist und muß dann das Problem durch Neuverdrahten des Steckers lösen.
Das herkömmliche Raumionisationssystem 10 kann entweder ein Hochspanungs- oder Niederspannungssystem sein. Bei einem Hochspannungssystem wird eine Hochspannung an dem Controller 16 erzeugt und über Stromkabel an die mehreren Emittermodule 12 verteilt, um an die positiven und negativen Emitter angelegt zu werden. Bei einem Niederspannungssystem wird eine Niederspannung an dem Controller 16 erzeugt und an die mehreren Emittermodule 12 verteilt, wo die Spannung auf die gewünschte Hochspannung heraustransformiert wird, um an die positiven und negativen Emitter angelegt zu werden. Bei beiden Systemen kann die Spannung Wechsel- oder Gleichspannung sein. Wenn die Spannung Gleichspannung ist, kann sie entweder stationäre Gleichspannung oder Impuls-Gleichspannung sein. Jede Art von Spannung hat Vorteile und Nachteile.
Ein Mangel bei dem herkömmlichen System 10 besteht darin, daß alle Emittermodule 12 in dem gleichen Modus arbeiten müssen. Somit müssen in einem Niederspannungsgleichspannungssystem alle Emittermodule 12 stationäre Ionisierer oder Impulsionisierer verwenden.
Ein weiterer Mangel bei dem herkömmlichen Niederspannungsgleichspannungsystem 10 besteht darin, daß für die emitterbasierte Niederspannungsstromversorgung in der Regel ein Linearregler verwendet wird. Da der durch einen Linearregler fließende Strom der gleiche ist wie der Strom an seinem Ausgang bewirkt ein großer Spannungsabfall am Linearregler (z.B. ein Abfall von 25 V, verursacht durch 30 V Eingang/5 V Ausgang), das der Linearregler eine signifikante Strommenge zieht, die wiederum eine signifikante Wärmemenge erzeugt. Potentielles Überhitzen des Linearreglers begrenzt somit die Eingangsspannung, was wiederum die Anzahl der Emittermodule begrenzt, die an einen einzelnen Controller 16 angeschlossen werden können. Da die Stromleitungen nicht verlustlos sind, wirkt außerdem jeder Strom auf der Leitung einen Spannungsabfall an der Leitung. Der Nettoeffekt besteht darin, daß, wenn Linearregler in den Emittermodulen 12 verwendet werden, die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden in Reihe geschalteten Emittermodulen 12 und der Abstand zwischen dem Controller 16 und den Emittermodulen 12 begrenzt sein muß, um sicherzustellen, daß alle Emittermodule 12 ausreichend Spannung empfangen, um die modulbasierten Hochspannungsstromversorgungen anzusteuern.
Dementsprechend gibt es einen unerfüllten Bedarf für ein Raumionisationssystem, das verbesserte Flexibilität, Steuerung von und Kommunikation mit Emittermodulen gestattet. Es gibt außerdem einen unerfüllten Bedarf nach einem Verfahren, das das Fehlverdrahtungsproblem automatisch detektiert und auf einfachere Weise korrigiert. Es gibt außerdem einen unerfüllten Bedarf an einem Verfahren, das eine individualisierte Steuerung der Modi der Emittermodule gestattet. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Anforderungen.
KURZE DARSTELLUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Es werden Verfahren und Einrichtungen bereitgestellt, um die Ausgabe positiver und negativer Ionen in einem elektrischen Ionisierer mit Emittern für positive und negative Ionen und mit den jeweiligen Emittern für positive und negative Ionen assoziierte positive und negative Hochspannungsversorgungen bereitzustellen. Ein Gleichgewichtsreferenzwert wird in einem softwareeinstellbaren Speicher gespeichert. Während des Betriebs des elektrischen Ionisierers wird der Gleichgewichtsreferenzwert mit einem Gleichgewichtsmeßwert verglichen, der von einem Ionengleichgewichtssensor genommen wird, der sich in der Nähe der Ionenemitter befindet. Mindestens einer der positiven und negativen Hochspannungsversorgungen werden automatisch justiert, wenn der Gleichgewichtsreferenzwert nicht gleich dem Gleichgewichtswert ist. Die Justierung erfolgt auf eine Weise, die bewirkt, daß der Gleichgewichtsmeßwert gleich dem Gleichgewichtsreferenzwert wird. Außerdem wird während einer Kalibrierung oder einem anfänglichen Setup des elektrischen Ionisierers das tatsächliche Ionengleichgewicht im Arbeitsraum in der Nähe des elektrischen Ionisierers unter Verwendung eines geladene-Platte-Monitors gemessen. Der Gleichgewichtsreferenzwert wird justiert, wenn die tatsächliche Gleichgewichtsmessung zeigt, daß das automatische Ionenausgleichverfahren keinen wahrhaft ausgeglichenen Zustand bereitstellt.
Ähnliche Verfahren und Einrichtungen werden zum Steuern eines Ionenausgabestroms bereitgestellt, wobei ein Ionenausgabestromreferenzwert in einem softwarejustierbaren Speicher gespeichert wird, der Ionenausgabestromreferenzwert mit einem tatsächlichen, von der Strommeßschaltung innerhalb des elektrischen Ionisierers genommenen Ionenstromwert verglichen wird und an einem Ionenausgabesollstrom automatische Justierungen vorgenommen werden. Während einer Kalibrierung oder eines anfänglichen Setups des elektrischen Ionisierers wird die Abklingzeit in dem Arbeitsraum in der Nähe des elektrischen Ionisierers unter Verwendung eines geladene-Platte-Monitors gemessen. Der Ionenausgabestromreferenzwert wird justiert, wenn die Abklingzeit zu langsam oder zu schnell ist, was wiederum bewirkt, daß der tatsächliche Ionenausgabestrom zunimmt oder abnimmt, damit er dem neuen Ionenausgabestromreferenzwert entspricht.
Sowohl der Gleichgewichtsreferenzwert als auch der Ionenausgabestromreferenzwert können von einer Fernsteuereinrichtung oder von einem Systemcontroller justiert werden, die oder der mit dem elektrischen Ionisierer verbunden ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung stellt ein Ionisationssystem für einen vordefinierten Bereich bereit, das folgendes umfaßt: mehrere um den Bereich beabstandete Emittermodule, einen Systemcontroller zum Steuern der Emittermodule und elektrische Leitungen zum elektrischen Verbinden der mehreren Emittermodule mit dem Systemcontroller in einer Reihenschaltung, wobei die elektrischen Leitungen sowohl eine Kommunikation mit als auch Strom zu den Emittermodulen liefern.
Bei einer Ausführungsform des Ionisationssystems weist jedes Emittermodul eine individuelle Adresse auf, und der Systemcontroller adressiert und steuert individuell jedes Emittermodul. Der Gleichgewichtsreferenzwert und der Ioneneausgabestromreferenzwert jedes Emittermoduls können individuell justiert werden, entweder von dem Systemcontroller oder von einem Fernsteuersender.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Fehlverdrahtungsschutzschaltung in jedem Emittermodul vorgesehen, um die relative Position der elektrischen Leitungen, die in jedes Emittermodul eintreten, bei Detektion eines fehlverdrahteten Zustands automatisch zu ändern.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Ionisationssystems ist jedes Emittermodul mit einer Schaltstromversorgung versehen, um die Effekte von Leitungsverlust auf den elektrischen Leitungen zu minimieren.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Ionisationssystems ist eine Strommoduseinstellung vorgesehen, um jedes Emittermodul in eine von mehreren verschiedenen Arbeitsstrommodi zu versetzen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung stellt eine Schaltung bereit, um die relative Position von verdrahteten elektrischen Leitungen zu ändern, die sich in einer festen Beziehung zueinander befinden, wobei die verdrahteten elektrischen Leitungen eine erste Kommunikationsleitung und eine Kommunikationsleitung enthalten. Die Schaltung umfaßt einen mit der ersten Kommunikationsleitung assoziierten ersten Schalter, einen mit der zweiten Kommunikationsleitung assoziierten zweiten Schalter und einen Prozessor mit einem Ausgangssteuersignal, an den ersten und zweiten Schalter angeschlossen. Der erste Schalter weist eine erste Anfangsposition bzw. eine zweite Position, die der ersten Anfangsposition entgegengesetzt ist, auf. Gleichermaßen weist der zweite Schalter eine erste Anfangsposition bzw. eine zweite Position, die der ersten Anfangsposition entgegengesetzt ist, auf. Das Ausgangssteuersignal des Prozessors bewirkt, daß der erste und zweite Schalter um ihre jeweilige erste oder zweite Position versetzt werden, wobei die erste und zweite Kommunikationsleitung eine erste Konfiguration, wenn sich beide in ihrer ersten bzw. Anfangsposition befinden, und eine zweite Konfiguration, wenn sich beide in ihrer zweiten Position befinden, aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgende ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung würde bei Lektüre in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser zu verstehen sein. Zum Zweck der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung werden in den Zeichnungen Ausführungsformen gezeigt, die gegenwärtig bevorzugt werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigten präzisen Anordnungen und Instrumentalitäten beschränkt. Es zeigen:
1 ein Schemablockdiagramm nach dem Stand der Technik eines herkömmlichen Raumionisationssystems;
2 ein Schemablockdiagramm eines Raumionisationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
3A ein Schemablockdiagramm einer Infrarot-(IR)-Fernsteuersenderschaltung für das Raumionisationssystem von 2;
3B-1 und 3B-2 zusammen (im weiteren als "3B" bezeichnet) ein detailliertes Schaltungsebenendiagramm von 3A;
4 ein Schemablockdiagramm eines Emittermoduls für das Raumionisationssystem von 2;
5 ein Schaltungsebenendiagramm einer mit 4 assoziierten Fehlverdrahtungsschutzschaltung;
6 ein Schemablockdiagramm eines Systemcontrollers für das Raumionisationssystem von 2;
7A ein Schemablockdiagramm eines Gleichgewichtssteuerverfahrens für das Emittermodul von 4;
7B ein Schemablockdiagramm eines Stromsteuerverfahrens für das Emittermodul von 4;
8 eine Perspektivansicht der Hardwarekomponenten des Systems von 2;
9 ein Flußdiagramm der mit einem Mikrocontroller des Emittermoduls von 4 assoziierten Software und
10 ein Flußdiagramm der mit einem Mikrocontroller des Emittermoduls von 6 assoziierten Software.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Lediglich der Zweckmäßigkeit halber wird hier eine bestimmte Terminologie verwendet, die nicht als Beschränkung für die vorliegende Erfindung angesehen werden sollte. In den Zeichnungen werden die gleichen Referenzbuchstaben verwendet, um in den mehreren Figuren die gleichen Elemente zu bezeichnen.
2 ist ein modulares Raumionisationssystem 22 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das System 22 enthält mehrere deckenmontierte Emittermodule 24₁ -24_n , die von RS-485-Kommunikations-/Stromleitungen 26 in Reihe mit einem Systemcontroller 28 verbunden sind. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind maximal zehn Emittermodule 24 in Reihe an einen einzelnen Systemcontroller 28 angeschlossen, und aufeinanderfolgende Emittermodule 24 sind etwa 7-12 Fuß voneinander entfernt. Jedes Emittermodul 24 enthält eine elektrische Ionisierer- und Kommunikations-/Steuerschaltungsanordnung, die beide in 4 ausführlicher dargestellt sind. Das System 22 enthält außerdem einen Infrarot-(IR)-Fernsteuersender 30 zum Senden von Befehlen an die Emittermodule 24. Die Schaltungsanordnung des Senders 30 ist in 3A und 3B ausführlicher gezeigt. Die Schaltungsanordnung des Systemcontrollers 28 ist in 6 ausführlicher gezeigt.
Mit dem System 22 erhält man verbesserte Fähigkeiten gegenüber herkömmlichen Systemen, wie etwa in 1 gezeigt. Einige der verbesserten Fähigkeiten sind wie folgt:

(1) Sowohl. Gleichgewicht als auch Ionenausgabe jedes Emittermoduls 24 können individuell justiert werden. Jedes Emittermodul 24 kann über den Fernsteuersender 30 oder durch den Systemcontroller 28 individuell adressiert werden, solche Justierungen vorzunehmen. Anstatt Trimmpotentiometer vom analogen Typ zu verwenden, verwendet das Emittermodul 24 ein digitales oder elektronisches Potentiometer oder einen D/A-Umsetzer. Die Gleichgewichts- und Ionenstromwerte werden an einer Speicherstelle in dem Systemcontroller gespeichert und über Softwaresteuerung justiert. Der Gleichgewichtswert (der zu einem Spannungswert in Beziehung steht) wird im Speicher als B_REF gespeichert, und der Ionenstrom wird im Speicher als C_REF gespeichert.
(2) Die Gleichgewichts- und Ionenausgabejustierungen können über eine Fernsteuerung durchgeführt werden. Somit können individuelle Emittermodule 24 justiert werden, während der Benutzer bei Kalibrierung und Setup außerhalb der Zone "Eintritt verboten" steht, aber gleichzeitig nahe genug steht, um den geladene-Platten-Monitor abzulesen.
(3) Die Emittermodule 24 senden Identifikationsinformationen und detaillierte Alarmzustandsinformationen an den Systemcontroller 28, so daß Diagnose und Korrektur von Problemen leichter und schneller als bei herkömmlichen Systemen ablaufen. Beispielsweise kann das Emittermodul 24₃ ein Alarmsignal an den Systemcontroller 28 senden, das feststellt, daß der negative Emitter schlecht ist, der positive Emitter schlecht ist oder daß das Gleichgewicht gestört ist.
(4) Eine in jedes Emittermodul 24 eingebaute Fehlverdrahtungsschutzschaltungsanordnung gestattet den Installierer, die RS-485-Kommunikations-/Stromleitungen 26 zu vertauschen. Die Schaltungsanordnung korrigiert sich selbst, wenn die Leitungen vertauscht werden, wodurch eine etwaige Notwendigkeit zur Neuverdrahtung der Leitungen entfällt. Bei herkömmlichen Signalleitungen kann keine Kommunikations- oder Stromzufuhr erfolgen, wenn die Leitungen vertauscht sind.
(5) Der Modus jedes Emittermoduls 24 kann individuell gesetzt werden. Somit können einige Emittermodule 24 in einem stationären Gleichstrommodus arbeiten, während andere Emittermodule 24 in einem Impuls- Gleichstrommodus arbeiten können.
(6) Eine Schaltstromversorgung (d.h. Schaltregler) wird anstelle eines Linearreglers in den Emittermodulen 24 verwendet. Die Schaltstromversorgung verringert die Effekte des Leitungsverlustes, wodurch der Systemcontroller 28 eine adäquate Arbeitsspannung an die Emittermodule 24 verteilen kann, die möglicherweise weit voneinander weg und/oder weit von dem Systemcontroller 28 weg liegen. Die Schaltstromversorgung ist effizienter als eine lineare Stromversorgung, weil sie der Leitung nur die Leistung entnimmt, die sie benötigt, um die Ausgabe anzusteuern. Somit kommt es an der Kommunikations-/Stromleitung 26 im Vergleich mit einer linearen Stromversorgung zu einem geringeren Spannungsabfall. Dementsprechend können Adern mit geringerer Stärke verwendet werden. Durch die Schaltstromversorgung können Emittermodule 24 weiter weg voneinander und weiter weg von dem Systemcontroller 28 als bei einem herkömmlichen Niederspannungssystem plaziert werden.

Spezifische Komponenten des Systems 22 werden unten beschrieben.
3A zeigt ein Schemablockdiagramm des Fernsteuersenders 30. Der Sender 30 enthält die Codierdrehschalter 32, vier Druckknopfschalter 34, einen 4:2-Demultiplexer 36, einen seriellen Codierer 38, einen Frequenzmodulator 40 und eine IR-Ansteuerschaltung 42. Die Drehcodierschalter 32 werden verwendet, um sieben binäre Datenleitungen zu erhalten, mit denen die individuellen Emittermodule 24 "adressiert" werden. Mit den vier Druckknopfschaltern 34 wird Strom an die Schaltungsanordnung angelegt und ein Signal erzeugt, das durch den 4:2-Demultiplexer 36 hindurchgeht.
Der 4:2-Demultiplexer 36 umfaßt zwei 2-Eingangs-NAND-Gatter und ein 4-Eingangs-NAND-Gatter. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen 4:2-Demultiplexer, der zwei Ausgangssignale erzeugt, erzeugt der Demultiplexer 36 drei Ausgangssignale, nämlich zwei Datenleitungen und eine Freigabeleitung. Das "Freigabe"-Signal (das von einem herkömmlichen 4:2-Demultiplexer nicht erzeugt wird) wird erzeugt, wenn ein beliebiger der vier Eingänge infolge des Drückens eines Druckknopfs auf L gezogen wird. Mit diesem Signal wird eine LED eingeschaltet und die Codier- und Modulatorausgänge freigegeben.
Die sieben binären Datenleitungen von den Drehcodierschaltern 32 und die beiden Datenleitungen und die Freigabeleitung von dem Demultiplexer 36 sind an den seriellen Codierer 38 geführt, wo ein serieller Datenstrom erzeugt wird. Der Modulator 40 empfängt die Freigabeleitung von dem Demultiplexer 36 und die seriellen Daten von dem Codierer 38 und erzeugt ein moduliertes Signal. Das modulierte Signal wird dann zum Übertragen der IR-Informationen an den IR-Diodentreiber weitergeleitet.
3B ist ein Schaltungsebenendiagramm von 3A.
4 zeigt ein Schemablockdiagramm eines Emittermoduls 24. Das Emittermodul 24 führt mindestens die folgenden drei Basisfunktionen durch; Erzeugen und Überwachen von Ionen, Kommunizieren mit dem Systemcontroller 28 und Empfangen von IR-Daten von dem Sender 30.
Das Emittermodul 24 erzeugt Ionen unter Verwendung einer geschlossenen Schleifentopologie, die drei Eingabewege und zwei Ausgabewege enthält. Zwei der drei Eingabewege überwachen den positiven und negativen Ionenstrom und enthalten eine Strommeßschaltung 56 oder 58, einen Mehrfacheingang-A/D-Umsetzer 60 und den Mikrocontroller 44. Der dritte Eingabeweg überwacht das Ionengleichgewicht und enthält eine Sensorantenne 66, einen Verstärker 68, den Mehrfacheingang-A/D-Umsetzer 60 und den Mikrocontroller 44. Die beiden Ausgabewege steuern den Spannungspegel der Hochspannungsstromversorgungen 52 oder 54 und enthalten den Mikrocontroller 44, ein digitales Potentiometer (oder D/A-Umsetzer als Substitut dafür), einen analogen Schalter, eine Hochspanungsstromversorgung 52 oder 54 und einen Ausgabeemitter 62 oder 64. Das digitale Potentiometer und der analoge Schalter sind Teil der Pegelsteuerung 48 oder 50.
Im Betrieb hält der Mikrocontroller 44 einen von dem Systemcontroller 28 erhaltenen Referenzionenausgabestromwert C_REF. Der Mikrocontroller 44 vergleicht dann diesen Wert mit einem von dem A/D-Umsetzer 60 abgelesenen gemessenen oder tatsächlichen Wert C_MEAS. Dieser gemessene Wert wird durch Mitteln der positiven und negativen Stromwerte erhalten. Wenn C_MEAS von C_REF verschieden ist, dann weist der Mikrocontroller 44 die mit den positiven und negativen Emittern assoziierten digitalen Potentiometer (oder D/As) an, ihre Ausgabe um das gleiche oder ungefähr das gleiche Ausmaß zu erhöhen oder zu verringern. Die analogen Schalter der positiven Pegelsteuerungen 48, 50 werden von dem Mikrocontroller 44 gesteuert, der sie für eine stationäre Gleichstromionisation einschaltet oder die Schalter mit variierenden Raten oszilliert, je nach dem Modus des Emittermoduls. Die Ausgangssignale von den analogen Schaltern werden dann an die positive und negative Hochspannungsstromversorgung 52, 54 weitergegeben. Die Hochspannungsstromversorgungen 52, 54 empfangen die Gleichstromsignale und erzeugen ein Hochspannungspotential an dem ionisierenden Emitterpunkten 62, 64. Wie oben angemerkt ist der Rückweg für das Hochspannungspotential mit den Meßschaltungen 56, 58 für den positiven oder negativen Strom verbunden. Die Strommeßschaltungen 56, 58 verstärken die produzierte Spannung, wenn die Hochspannungsversorgungen 52, 54 einen Strom durch einen Widerstand ziehen. Die Hochspannungsrück schaltungen leiten dann dieses Signal an den A/D-Umsetzer 60 weiter (der zu diesem Zweck vier Eingänge aufweist). Der A/D-Umsetzer 60 erzeugt nach Aufforderung durch den Mikrocontroller 44 einen serielle Datenstrom, der dem von der Hochspannungsrückschaltung erzeugten Spannungspegel entspricht. Der Mikrocontroller 44 vergleicht dann diese Werte mit den programmierten Werten und nimmt Justierungen an den oben erörterten digitalen Potentiometern vor.
Das Ionengleichgewicht des Emittermoduls 24 wird unter Verwendung einer Sensorantenne 66, eines Verstärkers 68 (wie etwa eines mit einem Verstärkungsfaktor von 34,2), einem nicht gezeigten Pegeljustierer und dem A/D-Umsetzer 60 vorgenommen. Die Sensorantenne 66 ist zwischen dem positiven und negativen Emitter 62, 64 plaziert, etwa mit gleicher Entfernung dazwischen. Falls ein Ungleichgewicht in dem Emittermodul 24 vorliegt, baut sich auf der Sensorantenne 66 eine Ladung auf. Die aufgebaute Ladung wird von dem Verstärker 68 verstärkt. Der Pegel des verstärkten Signals wird so verschoben, daß er dem Eingangsbereich des A/D-Umsetzers 60 entspricht, und das Signal wird dann an den A/D-Umsetzer 60 zur Verwendung durch den Mikrocontroller 44 weitergeleitet.
Eine zwischen dem Mikrocontroller 44 und dem Systemcontroller 28 angeordnete Kommunikationsschaltung enthält eine Fehlverdrahtungsschutzschaltung 70 und einen RS-485-Codierer/Decodierer 72.
Die Fehlverdrahtungsschutzschaltung gestattet dem Emittermodul 24, selbst dann normal zu funktionieren, wenn ein Installierer aus Versehen die Verdrahtungsverbindungen invertiert (d.h. vertauscht), wenn er die Stecker an der Kommunikations-/Stromleitung 26 anbringt. Wenn das Emittermodul 24 zuerst hochgefahren wird, schaltet der Mikrocontroller zwei Schalter ein und liest die RS-485-Leitung. Aus dieser anfänglichen Ablesung bestimmt der Mikrocontroller 44, ob sich die Kommunikations-/Stromleitung 26 in einem erwarteten Zustand befindet. Wenn sich die Kommunikations-/Stromleitung 26 in dem erwarteten Zustand befindet und für eine vorbestimmte Zeitperiode in dem erwarteten Zustand bleibt, dann sind die Kommunikationsleitungen der Kommunikations-/Stromleitung 26 nicht vertauscht, und das Programm in dem Mikrocontroller 44 geht zum nächsten Schritt weiter. Wenn jedoch die Leitung in dem entgegengesetzten von dem erwarteten Zustand ist, dann werden die mit der Fehlverdrahtungsschutzschaltung 70 assoziierten Schalter umgekehrt, um die Kommunikationsleitungen der Kommunikations-/Stromleitung 26 elektronisch in die korrekte Position umzuwechseln. Nachdem die Kommunikations-/Stromleitung 26 korrigiert ist, ist der Weg für den Systemcontroller 28 in Betrieb, um mit dem Emittermodul 24 zu kommunizieren. Eine Vollwellenbrücke ist vorgesehen, um den ankommenden Strom automatisch zur richtigen Polarität zu orientieren.
5 ist ein Schaltungsebenendiagramm der Fehlverdrahtungsschutzschaltung 70. Die vertauschenden Schalter 74₁ und 74₂ wechseln elektronisch die Kommunikationsleitung, und die Vollwellenbrücke 76 wechselt die Stromleitungen. Bei einem bevorzugten Vier-Ader-Ordnungsverfahren befinden sich die beiden RS-485-Kommunikationsleitungen auf der Außenseite und die beiden Stromleitungen auf der Innenseite.
Wieder unter Bezugnahme auf 4 wird, wenn der Systemcontroller 28 mit einem individuellen Emittermodul 24 zu kommunizieren versucht, das erste Byte an die "Adresse" geschickt. Zu diesem Zeitpunkt muß der Mikrocontroller 44 in dem Emittermodul 24 die "Adresse" von der Emittermoduladreßschaltung abrufen. Die "Adresse" des Emittermoduls wird bei der Installation durch Justierung der beiden an dem Emittermodul 24 angeordneten Drehcodiererschalter 90 gesetzt. Der Mikrocontroller 44 erhält die Adresse von den Drehco diererschaltern 90 und einem seriellen Schieberegister 92. Die Drehcodiererschalter 90 liefern sieben binäre Datenleitungen an das serielle Schieberegister 92. Gegebenenfalls verschiebt der Mikrocontroller 44 die Schaltereinstellungen seriell hinein, um die "Adresse" zu bestimmen, und speichert dies innerhalb seines Speichers.
Das Emittermodul 24 enthält eine IR-Empfangsschaltung 94, die einen IR-Empfänger 96, einen IR-Decodierer 98 und die beiden Drehcodiererschalter 90 enthält. Wenn ein Infrarotsignal empfangen wird, trennt der IR-Empfänger 96 die Trägerfrequenz ab und läßt nur einen seriellen Datenstrom übrig, der an den IR-Decodierer 98 weitergeleitet wird. Der IR-Decodierer 98 empfängt die Daten und vergleicht die ersten fünf Datenbits mit den fünf wichtigsten Datenbits an den Drehcodiererschaltern 90. Wenn diese Datenbits übereinstimmen, erzeugt der IR-Decodierer 98 vier parallele Datenleitungen und ein gültiges Übertragungssignal, die in den Mikrocontroller 44 eingegeben werden.
Das Emittermodul 24 enthält außerdem einen Watchdog-Timer 100, um den Mikrocontroller 44 zurückzusetzen, falls er verloren geht.
Das Emittermodul 24 enthält weiterhin eine Schaltstromversorgung 102, die zwischen 20 und 28 VDC von dem Systemcontroller 28 empfängt und +12 VDC, +5 VDC, –5 VDC und Masse erzeugt. Wie oben erörtert wurde eine Schaltstromversorgung wegen der Notwendigkeit gewählt, aufgrund möglicher langer Drahtlängen, die große Spannungsabfälle verursachen, Leistung zu sparen.
9 ist ein sich selbst erklärendes Flußdiagramm der mit dem Mikrocontroller 44 des Emittermoduls assoziierten Software.
6 ist ein Schemablockdiagramm des Systemcon trollers 28. Der Systemcontroller 28 führt mindestens drei Basisfunktionen durch: Kommunizieren mit den Emittermodulen 24, Kommunizieren mit einem externen Überwachungscomputer (nicht gezeigt) und Anzeigen von Daten. Der Systemcontroller 28 kommuniziert mit den Emittermodulen 24 unter Verwendung von RS-485-Kommunikationen 104 und kann mit dem Überwachungscomputer unter Verwendung von RS-232-Kommunikationen 106 kommunizieren. Der Systemcontroller 28 enthält einen Mikrocontroller 110, der ein Mikroprozessor sein kann. Die Eingänge zu dem Mikrocontroller 10 beinhalten fünf Druckknopfschalter 112 und einen Schlüsselschalter 114. Mit den Druckknopfschaltern 112 wird ein LCD-Display 116 gescrollt und Einstellungen ausgewählt und geändert. Der Schlüsselschalter 114 wird verwendet, um das System in einen Standby-, Betriebs- oder Setup-Modus zu versetzen.
Der Systemcontroller 28 enthält auch einen Speicher 118 und einen Watchdog-Timer 120 zur Verwendung mit dem Mikrocontroller 110. Ein Teil des Speichers 118 ist ein EEPROM, der C_REF und B_REF für die Emittermodule 24 sowie andere Systemkonfigurationsinformationen speichert, wenn der Strom abgeschaltet oder unterbrochen wird. Der Watchdog-Timer 120 detektiert, ob der Systemcontroller 28 stromlos wird und initiiert sein eigenes Zurücksetzen.
Um ein individuelles Emittermodul 24 zu adressieren, enthält der Systemcontroller 28 weiterhin zwei Drehcodiererschalter 122 und ein serielles Schieberegister 124, die vom Betrieb her den entsprechenden Elementen des Emittermoduls 24 ähnlich sind.
Während des Einrichtens des Systems 22 wird jedes Emittermodul 24 über seine Drehcodiererschalter 90 auf eine eindeutige Zahl gesetzt. Als nächstes fragt der Systemcontroller 28 die Emittermodule 24₁ -24_n ab, um ihre Statusalarmwerte zu erhalten. Bei einer abfragenden Ausführungsform prüft der Systemcontroller 28 die Emittermodule 24, um zu bestimmen, ob sie ohne Lücken in einer Reihenfolge numeriert sind. Über das Display 116 zeigt der Systemcontroller 28 seine Ergebnisse an und fordert den Operator zur Genehmigung auf. Wenn eine Lücke detektiert wird, kann der Operator entweder die Emittermodule 24 umnumerieren und die Abfrage nochmals durchführen oder eine Genehmigung der existierenden Numerierung signalisieren. Nachdem der Operator die Genehmigung des Numerierungsverfahrens signalisiert hat, speichert der Systemcontroller 28 die Emittermodulnummern für den nachfolgenden Betrieb und die nachfolgende Steuerung. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist der Systemcontroller 28 den Emittermodulen 24 automatisch Nummern zu und vermeidet dadurch die Notwendigkeit, Schalter an jedem Emittermodul 24 einzustellen.
Wie oben erörtert kann der Fernsteuersender 30 Befehle direkt an die Emittermodule 24 senden oder kann die Befehle durch den Systemcontroller 28 senden. Dementsprechend enthält der Systemcontroller 28 zu diesem Zweck einen IR-Empfänger 126 und einen IR-Decodierer 128.
Der Systemcontroller 28 enthält außerdem Synchronisationsverbindungen, einen Synchronisationseingang 130 und einen Synchronisationsausgang 132. Diese Verbindungen gestatten, mehrere Systemcontroller 28 auf synchronisierte Weise miteinander in Reihe zu schalten, so daß die Feuerrate und Phase von mit mehreren Systemcontrollern 28 assoziierten Emittermodulen 24 aufeinander synchronisiert werden können. Da nur eine endliche Anzahl von Emittermodulen 24 von einem einzelnen Systemcontroller 28 gesteuert werden kann, gestattet dieses Merkmal den Betrieb von viel mehr Emittermodulen 24 auf synchronisierte Weise. Bei diesem Verfahren agiert ein Systemcontroller 28 als der Mastercontroller, und die übrigen Systemcontroller 28 agieren als Slavecontroller.
Der Systemcontroller 28 kann wahlweise Relaisindikatoren 134 enthalten, um Alarme in einem Lichtturm oder dergleichen abzuspielen. Auf diese Weise können spezifische Alarmzustände visuell einem Operator übermittelt werden, der möglicherweise einen eigenständigen Systemcontroller 28 oder einen Mastersystemcontroller 28 mit mehreren Slavecontrollern überwacht.
Der Systemcontroller 28 beherbergt drei nicht gezeigte universelle Eingangs-AC-Schaltstromversorgungen. Diese Stromversorgungen erzeugen isolierte 28 VDC von einer beliebigen Netzspannung zwischen 90 und 240 VAC und 50-60 Hz. Die 28 VDC (die zwischen 20 und 30 VDC variieren können) werden an die abgesetzten Module 24 verteilt, um die Module zu bestromen. Außerdem empfängt eine integrierte Schaltstromversorgung 136 in dem Systemcontroller 28 die 28 VDC von der universalen Eingangs-AC-Schaltstromversorgung und erzeugt +12 VDC, +5 VDC, –5 VDC und Masse. Eine Schaltstromversorgung wird bevorzugt, um Leistung einzusparen.
10 ist ein sich selbst erläuterndes Flußdiagramm der mit dem Mikrocontroller 110 des Systemcontrollers assoziierten Software.
7A ist ein Schemablockdiagramm einer Gleichgewichtssteuerschaltung 138 eines Emittermoduls 24₁ . Ein Ionengleichgewichtssensor 140 (der einen Operationsverstärker plus einen A/D-Umsetzer enthält) gibt einen relativ nahe bei den Emittern des Emittermoduls 24₁ genommenen Gleichgewichtsmeßwert B_MEAS aus. Der im Mikrocontroller 44 gespeicherte Gleichgewichtsreferenzwert 142 B_REF1 wird in einem Vergleicher 144 mit B_MEAS verglichen. Wenn die Werte gleich sind, erfolgt keine Justierung an den positiven oder negativen Hochspannungsstromversorgungen 146. Wenn die Werte nicht gleich sind, erfolgen entsprechende Justierungen an den Stromversorgungen 146, bis die Werte gleich werden. Dieser Prozeß läuft während des Betriebs des Emittermoduls 24₁ kontinuierlich und automatisch ab. Während der Kalibrierung oder dem anfänglichen Setup werden Gleichgewichtsmeßwerte von einem Geladene-Platte-Monitor genommen, um einen tatsächlichen Gleichgewichtsmeßwert B_ACTUAL in dem Arbeitsraum in der Nähe des Emittermoduls 24₁ zu erhalten. Wenn die Ausgabe des Vergleichers zeigt, daß B_REF1 gleich B_MEAS ist und wenn B_ACTUAL Null ist, dann ist das Emittermodul 24₁ ausgeglichen und keine weitere Aktion wird ergriffen. Wenn jedoch die Ausgabe des Vergleichers zeigt, daß B_REF1 gleich B_MEAS ist und wenn B_ACTUAL nicht Null ist, dann ist das Emittermodul 24₁ nicht im Gleichgewicht. Dementsprechend wird B_REF1 unter Verwendung entweder des Fernsteuersenders 30 oder des Systemcontrollers 28 nach oben oder unten justiert, bis B_ACTUAL zurück auf Null gebracht worden ist. Aufgrund von Herstellungstoleranzen und einer Systemverschlechterung im Laufe der Zeit ist es wahrscheinlich, daß jedes Emittermodul 24 einen anderen B_REF-Wert aufweist.
7B ist ein Verfahren ähnlich 7A, das für den Ionenstrom verwendet wird, wie oben bezüglich C_REF und C_MEAS erörtert. In 7B ist C_MEAS der tatsächliche Ionenausgabestrom nach direkter Messung unter Verwendung der in 4 gezeigten Schaltungselemente 56, 58 und 60. Der Vergleicher 152 vergleicht C_REF1 (der im Speicher 150 im Mikrocontroller 44 gespeichert ist) mit C_MEAS. Wenn die Werte gleich sind, erfolgt keine Justierung auf die positiven oder negativen Hochspannungsstromversorgungen 146. Wenn die Werte nicht gleich sind, werden entsprechende Justierungen an den Stromversorgungen 146 vorgenommen, bis die Werte gleich werden. Dieser Prozeß läuft während des Betriebs des Emittermoduls 24₁ kontinuierlich und automatisch ab. Während der Kalibrierung oder während des anfänglichen Setups werden Abklingzeitmeßwerte von einem Geladene-Platte-Monitor 148 genommen, um eine Anzeige des tatsächlichen Ionenausgabestroms C_MEAS im Arbeitsraum in der Nähe des Emittermoduls 24₁ zu erhalten.
Wenn die Abklingzeit innerhalb eines gewünschten Bereichs liegt, dann wird keine weitere Aktion ergriffen. Wenn jedoch die Abklingzeit zu langsam oder zu schnell ist, wird C_REF1 von dem Operator nach oben oder unten justiert. Der Vergleicher 152 zeigt dann eine Differenz zwischen C_MEAS und C_REF1, und entsprechende Justierungen werden automatisch an den Stromversorgungen 146 vorgenommen, bis diese Werte auf die gleiche Weise wie oben beschrieben gleich werden.
Wie oben erörtert weisen herkömmliche automatische Ausgleichssysteme hardwarebasierte Rückkopplungssysteme auf und sind mit mindestens den folgenden Problemen behaftet:

(1) Mit solchen Systemen kann man keine sehr feine Gleichgewichtssteuerung erhalten, da Rückkopplungssteuersignale auf der Basis von Hardwarekomponentenwerten festgelegt sind.
(2) Der Gesamtbereich der Gleichgewichtssteuerung ist
auf der Basis der Hardwarekomponentenwerte begrenzt.
(3) Schnelle und preiswerte Modifikationen sind schwierig vorzunehmen, da die individuellen Komponenten für einen ordnungsgemäßen Betrieb voneinander abhängig sind. Herkömmliche Ionenstromsteuerschaltungsanordnungen sind mit den gleichen Problemen behaftet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen sind die softwarebasierten Gleichgewichts- und Ionenstromsteuerschaltungsanordnungen der vorliegenden Erfindung mit keiner dieser Menge behaftet.

8 zeigt eine Perspektivansicht der Hardwarekomponenten des Systems 22 von 2.
Die Mikrocontroller 44 und 110 gestatten die Implementierung ausgeklügelter Merkmale wie etwa der folgenden Merkmale:

(1) Der Mikroprozessor überwacht die Vergleicher, mit denen B_REF und B_MEAS, und C_REF und C_MEAS verglichen werden. Wenn die Unterschiede beide kleiner sind als ein vorbestimmter Wert, wird angenommen, daß das Emittermodul 24 mit dem normalen Betrieb assoziierte notwendige kleine Justierungen vornimmt. Wenn jedoch einer oder beide der Unterschiede zu einem oder mehreren Zeitpunkten größer sind als ein vorbestimmter Wert, wird angenommen, daß das Emittermodul 24 einer Wartung bedarf. In diesem Fall wird ein Alarm an den Systemcontroller 28 gesendet.
(2) Automatische Ionenerzeugungsänderungen und Gleichgewichtsänderungen für jedes individuelle Emittermodul 24 können rampenförmig herauf- oder heruntergefahren werden, um plötzliche Ausschläge oder Potentialüberschreitungen zu vermeiden. Wenn beispielsweise der Impuls-Gleichstrommodus verwendet wird, kann die Impulsrate (d.h. Frequenz) allmählich von einem ersten Wert auf den Sollwert justiert werden, um den gewünschten Effekt des rampenförmigen Herauf- oder Herunterfahrens zu erreichen. Wenn entweder der Impuls-Gleichstrommodus oder der stationäre Gleichstrommodus verwendet wird, kann die Gleichstromamplitude allmählich von einem ersten Wert auf den Sollwert justiert werden, um den gewünschten Effekt des rampenförmigen Herauf- oder Herunterfahrens zu erreichen.

Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben dargelegten bestimmten Implementierungen begrenzt. Beispielsweise brauchen die Kommunikationen nicht notwendigerweise über RS-485- oder RS-232-Kommunikations-/Stromleitungen zu erfolgen. Insbesondere können die Fehlverdrahtungsschutzschaltungen mit einer beliebigen Art von Kommunikations-/Stromleitungen verwendet werden, die auf die oben beschriebene Weise über Schalter vertauscht werden können.
Der Fachmann versteht, daß an den oben beschriebenen Ausführungsformen Änderungen vorgenommen werden könnten, ohne von dem breiten erfindungsgemäßen Konzept davon abzuweichen. Es versteht sich deshalb, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die offenbarten bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern die vorliegende Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Verfahren zum Ausgleichen einer Abgabe positiver und negativer Ionen in einem elektrischen Ionisierer mit Emittern für positive und negative Ionen (62, 64) und mit den jeweiligen Emittern (62, 64) für positive und negative Ionen assoziierte positive und negative Hochspannungsstromversorgungen (52, 54, 146), wobei das Verfahren folgendes umfaßt: (a) Speichern eines Gleichgewichtsreferenzwerts (B_REF, B_REF1) in einem softwareeinstellbaren Speicher (118); (b) während des Betriebs des elektrischen Ionisierers Vergleichen des Gleichgewichtsreferenzwerts (B_REF1) mit einem Gleichgewichtsmeßwert (B_MEAS), der von einem Ionengleichgewichtssensor (140) genommen wird, der sich in der Nähe der Ionenemitter (62, 64) befindet; und (c) automatisches Justieren mindestens einer der positiven und negativen Hochspannungsstromversorgung (146), wenn der Gleichgewichtsreferenzwert (B_REF1) nicht gleich dem Gleichgewichtsmeßwert (B_MEAS) ist, wobei die Justierung auf eine Weise erfolgt, die bewirkt, daß der Gleichgewichtsmeßwert (B_MEAS) gleich dem Gleichgewichtsreferenzwert (B_REF1) wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin folgendes umfaßt: (d) während des Betriebs des elektrischen Ionisierers das Messen des tatsächlichen Ionengleichgewichts (B_ACTUAL) in dem Arbeitsraum in der Nähe des elektrischen Ionisierers und (e) Justieren des Gleichgewichtsreferenzwerts (B_REF1), wenn der Gleichgewichtsmeßwert (B_MEAS) gleich dem Gleichgewichtsreferenzwert (B_REF1) ist und das tatsächlich gemessene Ionengleichgewicht (B_ACTUAL) nicht Null ist, wobei die Justierung auf eine Weise durchgeführt wird, die bewirkt, daß das tatsächlich gemessene Ionengleichgewicht (B_ACTUAL) gleich Null wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Meßschritt (d) unter Verwendung eines geladene-Platte-Monitors durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Schritte (d) und (e) während der Kalibrierung oder während des anfänglichen Setups des elektrischen Ionisierers durchgeführt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Ionisierer weiterhin einen elektrisch mit dem Gleichgewichtsreferenzwert verbundenen und auf einen Fernsteuerungssender (30) reagierenden Fernsteuerungsempfänger (96, 126) enthält und der Justierschritt (e) die Verwendung des Fernsteuerungssenders (30) zum Justieren des Gleichgewichtsreferenzwerts (B_REF1) über den Fernsteuerungsempfänger (96) beim Überwachen des tatsächlich gemessenen Ionengleichgewichts (B_ACTUAL) umfaßt, um zu bewirken, daß das tatsächlich gemessene Ionengleichgewicht (B_ACTUAL) gleich Null wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin folgendes umfaßt: (f) bei Initiierung des Betriebs des elektrischen Ionisierers das Justieren der positiven und negativen Hochspannungsstromversorgung (52, 54, 146) auf nichtlineare Weise, wodurch plötzliche Änderungen bei der Ausgabe positiver oder negativer Ionen oder ein potentielles Überschreiten des ausgeglichenen Zustands verhindert werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Ionisierer in einem Impuls-Gleichstrommodus arbeitet und das automatische Justieren in Schritt (c) nichtlinear durchgeführt wird durch allmähliches Justieren der Impulsrate der positiven und negativen Hochspannungsstromversorgung (52, 54, 146) von einem ersten Wert zu einem zweiten Wert.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der elektrische Ionisierer entweder in einem Impuls-Gleichstrommodus oder in einem stationären Gleichstrommodus arbeitet und das automatische Justieren in Schritt (c) nichtlinear durchgeführt wird durch allmähliches Justieren der Gleichstromamplitude der positiven oder negativen Hochspannungsstromversorgung (52, 54, 146) von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin folgendes umfaßt: (g) Vergleichen des Absolutwerts der Differenz zwischen dem Gleichgewichtsdifferenzwert (B_REF1) und dem Gleichgewichtsmeßwert (B_MEAS) nach Bestimmung in dem Vergleichsschritt (b) und (h) Bewirken des Anzeigens eines Alarmzustands, wenn der Absolutwert der Differenz größer ist als ein vorbestimmter Wert zu einem oder mehreren Zeitpunkten.
Elektrischer Ionisierer mit Emittern (62, 64) für positive und negative Ionen und mit den jeweiligen Emittern (62, 64) für positive und negative Ionen assoziierte positive und negative Hochspannungsstromversorgungen (52, 54, 146), wobei der elektrische Ionisierer folgendes umfaßt: (a) einen softwarejustierbaren Speicher (118) zum Speichern eines Gleichgewichtsreferenzwerts (B_REF1); (b) einen Vergleicher (144) zum Vergleichen des Gleichgewichtsreferenzwerts (B_REF1) mit einem Gleichgewichtsmeßwert (B_MEAS), der von einem Ionengleichgewichtssensor (140) genommen wird, der sich in der Nähe der Ionenemitter (62, 64) befindet; und (c) eine automatische Gleichgewichtsjustierschaltung (138) zum Justieren mindestens einer der positiven und negativen Hochspannungsstromversorgungen (52, 54, 146), wenn der Gleichgewichtsreferenzwert (B_REF1) nicht gleich dem Gleichgewichtsmeßwert (B_MEAS) ist, wobei die Justierung auf eine Weise erfolgt, die bewirkt, daß der Gleichgewichtsmeßwert (B_MEAS) gleich dem Gleichgewichtsreferenzwert (B_REF1) wird.
Elektrischer Ionisierer nach Anspruch 10, der weiterhin folgendes umfaßt: (d) Mittel zum Bewirken, daß die automatische Gleichgewichtsjustierschaltung (138) die Justierung nichtlinear bei Initiierung des Betriebs des elektrischen Ionisierers durchführt, wodurch plötzliche Änderungen bei der Ausgabe positiver oder negativer Ionen oder ein potentielles Überschreiten des ausgeglichenen Zustands verhindert werden.
Elektrischer Ionisierer nach Anspruch 10 oder 11, wobei der elektrische Ionisierer in einem Impuls-Gleichtstrommodus arbeitet und die automatische Gleichgewichtsjustierschaltung (138) die Justierung nichtlinear durchführt durch allmähliches Justieren der Impulsrate der positiven und negativen Hochspannungsstromversorgung von einem ersten Wert zu einem zweiten Wert.
Elektrischer Ionisierer nach Anspruch 10 oder 11, wobei der elektrische Ionisierer entweder in einem Impuls-Gleichstrommodus oder in einem stationären Gleichstrommodus arbeitet und die automatische Gleichgewichtsjustierschaltung (138) die Justierung nichtlinear durchführt durch allmähliches Justieren der Gleichstromamplitude der positiven oder negativen Hochspannungsstromversorgung von einem ersten Wert zu einem zweiten Wert.
Elektrischer Ionisierer nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 13, der weiterhin folgendes umfaßt: (e) Mittel zum Justieren des Gleichgewichtsreferenzwerts (B_REF1), wobei der Gleichgewichtsreferenzwert (B_REF1) justiert wird, wenn der Gleichgewichtsmeßwert (B_MEAS) gleich dem Gleichgewichtsreferenzwert (B_REF1) und ein im Arbeitsraum in der Nähe des elektrischen Ionisierers tatsächlich gemessenes Ionengleichgewicht (B_ACTUAL) nicht Null ist, wobei die Justierung auf eine Weise durchgeführt wird, die bewirkt, daß das tatsächliche gemessene Ionengleichgewicht (B_ACTUAL) gleich Null wird.
Elektrischer Ionisierer nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 14, der weiterhin folgendes umfaßt: (f) einen elektrisch mit dem Gleichgewichtsreferenzwert (B_REF) verbundenen und auf einen Fernsteuerungssender (30) reagierenden Fernsteuerungsempfänger (96, 126), wobei das Mittel zum Justieren den Fernsteuerungssender (30) verwendet, um den Gleichgewichtsreferenzwert (B_REF1) über den Fernsteuerungsempfänger (96, 126) zu justieren und gleichzeitig das tatsächlich gemessene Ionengleichgewicht (B_ACTUAL) zu überwachen, um zu bewirken, daß das tatsächlich gemessene Ionengleichgewicht (B_ACTUAL) gleich Null wird.
Elektrischer Ionisierer nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 15, der weiterhin folgendes umfaßt: (g) Mittel zum Vergleichen des Absolutwerts der Differenz zwischen dem Gleichgewichtsdifferenzwert (B_REF1) und dem Gleichgewichtsmeßwert (B_MEAS) nach Bestimmung durch den Vergleicher (144) und (h) Mittel (134) zum Bewirken des Anzeigens eines Alarmzustands, wenn der Absolutwert der Differenz größer ist als ein vorbestimmter Wert zu einem oder mehreren Zeitpunkten.
Verfahren zum Steuern des Ausgabestroms positiver und negativer Ionen in einem elektrischen Ionisierer mit (i) Emittern (62, 64) für positive und negative Ionen, (ii) mit den jeweiligen Emittern (62, 64) für positive und negative Ionen assoziierte positive und negative Hochspannungsstromversorgungen (52, 54, 146) und (iii) Strommeßschaltungen (56, 58, 60) zum Überwachen des Ausgabestroms positiver und negativer Ionen des Ionisierers, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: (a) Speichern eines Ionenausgabestromreferenzwerts in einem softwarejustierbaren Speicher (150); (b) während des Betriebs des elektrischen Ionisierers das Vergleichen des Ionenausgabestromreferenzwerts (C_REF1) mit einem von den Strommeßschaltungen (56, 58, 60) genommenen tatsächlichen Ionenausgabestromwert (C_MEAS) und (c) automatisches Justieren mindestens einer der positiven und negativen Hochspannungsstromversorgungen (52, 54, 146), wenn der tatsächliche Ionenausgabestromwert (C_MEAS) nicht gleich dem Ionenausgabestromreferenzwert (C_REF1) ist, wobei die Justierung auf eine Weise durchgeführt wird, die bewirkt, daß der tatsächliche Ionenausgabestromwert (C_MEAS) gleich dem Ionenausgabestromreferenzwert (C_REF1) wird.
Verfahren nach Anspruch 17, das weiterhin folgendes umfaßt: (d) während des Betriebs des elektrischen Ionisierers das Messen eines Indikators des tatsächlichen Ionenabgabestromwerts (C_MEAS) in dem Arbeitsraum in der Nähe des elektrischen Ionisierers und (e) das Justieren des Ionenausgabestromreferenzwerts (C_REF1), wenn sich der Indikator nicht in der Nähe eines Sollwerts befindet, wobei die Justierung durchgeführt wird, um zu bewirken, daß sich der Indikator des tatsächlichen Ionenausgabestromwerts (C_MEAS) in die Nähe des Sollwerts bewegt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Meßschritt (d) unter Verwendung eines geladene-Platte-Monitors (148) durchgeführt wird und der Indikator die Abklingzeit nach Messung durch den geladene-Platte-Monitor (148) ist.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Schritte (d) und (e) während einer Kalibrierung oder eines anfänglichen Setups des elektrischen Ionisierers durchgeführt werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei der elektrische Ionisierer weiterhin einen mit dem Ionenausgabestromreferenzwert (C_REF1) elektrisch verbundenen und auf einen Fernsteuerungssender (30) reagierenden Fernsteuerungsempfänger (96, 126) enthält und der Justierschritt (e) das Verwenden des Fernsteuerungssenders (30) zum Justieren des Ionenausgabestromreferenzwerts (C_REF1) über den Fernsteuerungsempfänger (96, 126) umfaßt, während der Indikator des tatsächlichen Ionenausgabestromwerts (C_MEAS) verwendet wird, um zu bewirken, daß sich der Indikator in die Nähe des Sollwerts bewegt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 21, das weiterhin folgendes umfaßt: (f) bei Initiieren des Betriebs des elektrischen Ionisierers das Justieren der positiven und negativen Hochspannungsstromversorgungen (52, 54, 146) auf nichtlineare Weise, wodurch plötzliche Änderungen bei der Ausgabe positiver oder negativer Ionen oder ein potentielles Überschreiten des Sollzustands verhindert werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei der elektrische Ionisierer in einem Impuls-Gleichstrommodus arbeitet und das automatische Justieren in Schritt (c) nichtlinear durchgeführt wird durch allmähliches Justieren der Impulsrate der positiven und negativen Hochspannungsstromversorgung (52, 54, 146) von einem ersten Wert zu einem zweiten Wert.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei der elektrische Ionisierer entweder in einem Impuls-Gleichstrommodus oder in einem stationären Gleichstrommodus arbeitet und das automatische Justieren in Schritt (c) nichtlinear durchgeführt wird durch allmähliches Justieren der Gleichstromamplitude der positiven oder negativen Hochspannungsstromversorgung (52, 54, 146) von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 24, das weiterhin folgendes umfaßt: (g) Vergleichen des Absolutwerts der Differenz zwischen dem Ionenausgabestromreferenzwert (C_REF1) und dem tatsächlichen Ionenausgabestromwert (C_MEAS) nach Bestimmung in dem Vergleichsschritt (b) und (h) Bewirken des Anzeigens eines Alarmzustands, wenn der Absolutwert der Differenz größer ist als ein vorbestimmter Wert zu einem oder mehreren Zeitpunkten.
Elektrischer Ionisierer mit Emittern (62, 64) für positive und negative Ionen und mit den jeweiligen Emittern (62, 64) für positive und negative Ionen assoziierte positive und negative Hochspannungsstromversorgungen (52, 54, 146), wobei der elektrische Ionisierer folgendes umfaßt: (a) einen softwarejustierbaren Speicher (150) zum Speichern eines Ionenausgabestromreferenzwerts (C_REF1); (b) einen Vergleicher (152) zum Vergleichen des Ionenausgabestromreferenzwerts (C_REF1) mit einem tatsächlichen Ionenausgabestromwert (C_MEAS), der von einer Strommeßschaltung (56, 58, 60) genommen wird, die den Ausgabestrom positiver und negativer Ionen des Ionisierers überwacht, und (c) eine automatische Ionenausgabestromjustierschaltung zum Justieren mindestens einer der positiven und negativen Hochspannungsstromversorgungen (52, 54, 146), wenn der tatsächliche Ionenausgabestromwert (C_MEAS) nicht gleich dem Ionenausgabestromreferenzwert (C_REF1) ist, wobei die Justierung auf eine Weise erfolgt, die bewirkt, daß der tatsächliche Ionenausgabestromwert (C_MEAS) gleich dem Ionenausgabestromreferenzwert (C_REF1) wird.
Elektrischer Ionisierer nach Anspruch 26, der weiterhin folgendes umfaßt: (d) Mittel zum Bewirken, daß die automatische Gleichgewichtsjustierschaltung die Justierung nichtlinear bei Initiierung des Betriebs des elektrischen Ionisierers durchführt, wodurch plötzliche Änderungen bei der Ausgabe positiver oder negativer Ionen oder ein potentielles Überschreiten des Sollzustands verhindert werden.
Elektrischer Ionisierer nach Anspruch 26 oder 27, wobei der elektrische Ionisierer in einem Impuls-Gleichtstrommodus arbeitet und die automatische Ionenausgabestromjustierschaltung die Justierung nichtlinear durchführt durch allmähliches Justieren der Impulsrate der positiven und negativen Hochspannungsstromversorgung von einem ersten Wert zu einem zweiten Wert.
Elektrischer Ionisierer nach Anspruch 26 oder 27, wobei der elektrische Ionisierer entweder in einem Impuls-Gleichstrommodus oder in einem stationären Gleichstrommodus arbeitet und die automatische Ionenausgabestromjustierschaltung die Justierung nichtlinear durchführt durch allmähliches Justieren der Gleichstromamplitude der positiven oder negativen Hochspannungsstromversorgung von einem ersten Wert zu einem zweiten Wert.
Elektrischer Ionisierer nach mindestens einem der Ansprüche 26 bis 29, der weiterhin folgendes umfaßt: (e) Mittel zum Justieren des Ionenausgabestromreferenzwerts (C_REF1), wobei der Ionenausgabestromreferenzwert (C_REF1) justiert wird, wenn ein Indikator des im Arbeitsraum in der Nähe des elektrischen Ionisierers gemessenen tatsächlichen Ionenausgabestromwerts (C_MEAS) nicht in der Nähe eines Sollwerts liegt, wobei die Justierung durchgeführt wird, um zu bewirken, daß sich der Indikator des tatsächlichen Ionenausgabestromwerts (C_MEAS) in die Nähe des Sollwerts bewegt.
Elektrischer Ionisierer nach mindestens einem der Ansprüche 26 bis 30, der weiterhin folgendes umfaßt: (f) einen mit dem Ionenausgabestromreferenzwert (C_REF1) elektrisch verbundenen und auf einen Fernsteuerungssender (30) reagierenden Fernsteuerungsempfänger (96, 126), wobei das Mittel zum Justieren den Fernsteuerungssender (30) verwenden zum Justieren des Ionenausgabestromreferenzwerts (C_REF1) über den Fernsteuerungsempfänger (96, 126), während der Indikator des tatsächlichen Ionenausgabestromwerts (C_MEAS) überwacht wird, um zu bewirken, daß sich der Indikator in die Nähe des Sollwerts bewegt.
Elektrischer Ionisierer nach mindestens einem der Ansprüche 26 bis 31, der weiterhin folgendes umfaßt: (g) Mittel zum Vergleichen des Absolutwerts der Differenz zwischen dem Ionenausgabestromreferenzwert (C_REF1) und dem tatsächlichen Ionenausgabestromwert (C_MEAS) nach Bestimmung durch den Vergleicher (152) und (h) Mittel (134) zum Bewirken des Anzeigens eines Alarmzustands, wenn der Absolutwert der Differenz größer ist als ein vorbestimmter Wert zu einem oder mehreren Zeitpunkten.