CN1248809A

CN1248809A - 低电压模块化房间电离系统

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Publication number: CN1248809A
Application number: CN99119093A
Authority: CN
Inventors: 小威廉S·里奇; 菲利普R·霍尔; 理查德D·罗德里戈
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2000-03-29
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: US20010017488A1; JP2008098188A; EP0987929B1; JP5563363B2; US6507473B2; US20070070572A1; JP2010199086A; US20030067732A1; JP2010123578A; JP2010171025A; US7924544B2; JP5529565B2; DE69931444D1; US7391599B2; JP2007194226A; CN1270419C; JP5912093B2; DE69931444T2; JP2006253151A; US20020051333A1

Abstract

房间电离系统包括多个发射器模块,每个包括电离器。发射器模块在房间内间隔布置并以串行递链的方式连接到系统控制器。每个发射器模块具有单独的地址,允许系统控制器或遥控发射器单独地访问和控制。包括电源线和通信线的电线将多个发射器模块与系统控制器相连。每个发射器模块存储用于自动平衡控制和自动离子输出电流控制电路的平衡参考值和离子输出电流参考值。能够通过系统控制器或遥控发送器容易地改变这些参考值。

Description

低电压模块化房间电离系统

本发明要求1998年9月18日提交的名称为“低电压模块化房间电离系统”的美国临时申请60/101,018的利益。

在半导体生产中，因为静电荷对器件产量的重大影响，对其的控制是一个重要的问题。由于静电吸引的异物和静电放电事件引起的器件缺陷造成了极大的总产量的损失。

许多制造集成电路的工艺使用在晶片和器件上会产生大量静电荷和额外电压的非导电材料。

空气电离是在非导电材料和隔离导体上消除静电荷的最有效的方法。空气电离器在周围空气中产生大量正、负离子，用作电荷在空气中的移动载体。随着离子流过空气，它们被吸引到相反极性的带电的微粒和表面上。通过上述过程能够很快将带静电表面的电中和。

可以利用电离器来进行空气电离，电离器在一种称作电晕放电的过程中生成离子。电离器通过加强尖端附近的电场直到其克服了周围空气的电介质强度从而利用上述过程生成空气离子。当电子从电极流入到周围的空气时，产生负电晕。当电子从空气分子流入到电极时，产生正电晕。

为了达到从具有一定输出的电离器最大可能地减少静电荷的目的，电离器必须制造等量的正、负离子。也即，电离器的输出必须“平衡”。如果电离器失去平衡，隔离导体和绝缘体会被充电使得电离器制造出比其所解决的问题更多的问题。电离器会因为电源的漂移、一极(正极/负极)电源的故障、电极的污染或电极的老化而不平衡。另外，由于系统元件的老化，电离器的输出可能是平衡的，而总离子的输出量达不到所要求的水平。

因此，电离系统包括监视、通过反馈系统的自动平衡和用于检测未校正的不平衡和超范围输出的报警。多数反馈系统全部或主要是基于硬件的。由于反馈控制信号根据硬件元件的值而固定，许多这样的反馈系统不能提供非常精确的平衡控制。此外，这样的基于硬件的反馈系统的平衡控制的全部范围会受到硬件元件值的限制。并且，由于为了正确操作，各个元件互相依赖，许多基于硬件的反馈系统不易进行修改。

由于在工作空间内的实际平衡可能与电离器的检测器检测到的平衡不同，典型地使用荷电板监视器来校准和周期性地测量电离器的实际平衡。

荷电板监视器也用于周期性地测量静电荷的衰减时间。如果衰减时间太慢或太快，可以通过增加或减少预设的离子电流的值来调节离子输出量。典型地，通过调节两个微调电位计来进行上述调节(一个用于正离子生成，一个用于负离子生成)。因为在工作空间内的实际离子输出量可能与期望的在电离器中设定的离子输出电流值的离子输出量无关，所以必须周期性地测量衰减时间。例如，离子输出电流可以在工厂初始设定一个值(如0.6μA)，以使每一单位时间制造所需要量的离子。如果一特定电离器的电流偏离上述值，比如说，由在电离器的发射器上累积的微粒引起的上述值的降低，那么，对电离器的高电压电源进行调节以恢复上述离子电流的初始值。

房间电离系统典型地包括与单个控制器相连的多个电离器。图1(现有技术)显示出常规的房间电离系统10，该系统包括安装在天花板上的通过信号线14以串行递链方式连接到控制器16的多个发射器模块12₁-12_n(并且，也称作“吊舱”(pod))。各个发射器模块12包括电离器18和用于执行限定功能的通信/控制电路20，包括下述功能：

(1)开/关

(2)如果检测到某个发射器模块12没有正常工作，通过信号线14内的单个报警信号线，将报警信号发送到控制器16。

图1中的常规系统的一个显著问题是在控制器16和发射器模块12₁至12_n间没有“智能”通信。在一个常规的电路中，信号线14具有四条线：电源线、地线、报警线和开/关控制线。传输到报警线的报警信号不包括任何有关非正常工作的发射器模块12的识别信息。于是，当接到报警信号时，控制器16不知道哪个发射器模块12发生故障。并且，报警信号不能识别问题的类型(如，坏的负或正发射器，失去平衡)。因此，识别哪个发射器模块12发出报警信号和存在哪种类型的问题的过程是耗时的。

常规的房间电离系统的还有一个问题是不能从控制器16遥控调节各个发射器模块12的参数，比如说，离子输出电流或平衡。这些参数典型地是在各个发射器模块12上通过模拟微调电位计手工改变设定值来调节的。(一些类型的电离器的平衡是通过按压控制数字电位计设定值的(+)/(-)或UP/DOWN按钮调节的。)典型的具有安装在天花板上的发射器模块12的常规系统10的调节方法如下：

(1)通过荷电板监视器检测超范围参数；

(2)爬上梯子，调节平衡和/或离子输出电流电位计设定值；

(3)从梯子上下来，从测量区移去梯子；

(4)从荷电板监视器上读出新值；

(5)如果需要，重复步骤(1)-(4)。

手工调节的过程是耗时和需进入房间的。并且，操作者在房间内出现干扰了荷电板的读数。

再次参见图1，各个发射器模块12间的信号线14包括多条在每端都具有卷曲连接的(crimped)、焊接的或用其它方式连接的连接器的线。由于发射器模块12间的信号线14的长度可能变化，连接器在现场连接(即，在安装时)。也即，发射器模块12₁和12₂间的信号线14的长度与发射器模块12₃和12₄间信号线14的长度可能不同。通过在现场连接连接器，可以将信号线14设定在正合适的长度，以使安装更加整齐。

在现场连接连接器时出现的一个问题是连接器有时被反向安装。上述错误有可能直到整个系统接通时才被检测到。然后安装者必须判断哪个连接器反向并通过重新连接该连接器来解决上述问题。

常规的房间电离系统10可能是高电压或低电压系统。在高电压系统中，在控制器16中产生高电压并将其通过电源线分配到多个发射器模块12以连接到正负发射器。在低电压系统中，在控制器16中产生低电压并将其分配到多个发射器模块12，在其中电压逐步升高到需要的高电压，以连接到正负发射器。在任一系统中，电压可以是交流或直流。如果电压是直流，可以是稳态直流或脉冲直流。每种类型的电压具有各自的优点和缺点。

常规系统10的一个缺点是所有的发射器模块12必须在同一模式下操作。于是，在低电压直流系统中，所有的发射器模块12必须使用稳态电离器或脉冲电离器。

在常规的低电压直流系统10中的另一个缺点是典型地将线性调节器用于基于发射器的低电压电源。由于流过线性调节器的电流与其输出的电流相同，在线性调节器上产生的大电压降(如，30V输入/5V输出引起25V压降)引起线性调节器消耗大量的功率，而，该功率又产生大量的热量。线性调节器的过热的可能又限制了输入电压，而，输入电压又限制能够连接到单个控制器16的发射器模块的数量。并且，由于电源线不是无损耗的，线内的电流会引起线上的压降。实际效果是当在发射器模块12中使用线性调节器时，必须限制连续的串行递链连接的发射器模块12间的距离和控制器16与发射器模块12间的距离以确保所有的发射器模块12分配到足够的电压来驱动基于模块的高电压电源。

因此，对于房间电离系统，有一个未能满足的需要是提高发射器模块的灵活性和控制及与其的通信。对于电路，还存在一个未能满足的需要是使用更轻松的方式自动检测和改正错线问题。对于电路，还存在一个未能满足的需要是允许对发射器模块的模式的单独控制。本发明满足了这些需求。

本发明提供了在具有正负离子发射器和与各个正负离子发射器相连的正负高电压电源的电离器中平衡正负离子输出量的方法和装置。平衡参考值存储在可软件调节的存储器中。在电离器的操作中，平衡参考值与通过位于离子发射器附近的离子平衡检测器测到的平衡测量值比较。如果平衡参考值不等于平衡测量值，则自动调节正负高电压电源中的至少一个。通过使平衡测量值变得与平衡参考值相等的方式来进行上述调节。并且，在电离器的校准或初始设定中，利用荷电板监视器在电离器附近的工作空间内测量实际离子平衡。如果实际平衡测量显示自动离子平衡电路没有提供真正的平衡状态，则调节平衡参考值。

本发明还提供了用于控制离子输出电流的相似的方法和装置，其中离子输出电流参考值存储在可软件调节的存储器中，离子输出电流参考值与从在电离器内的电流计量电路得到的实际离子电流的值比较，并进行自动调节以保持需要的离子输出电流。在电离器的校准或初始设定中，利用荷电板监视器在电离器附近的工作空间内测量衰减时间。如果衰减时间太慢或太快，则调节离子输出电流参考值，从而引起实际离子输出电流增加或减少来与新的离子输出电流参考值相匹配。

平衡参考值和离子输出电流参考值都可以通过遥控装置或连接到电离器的系统控制器来调节。

本发明还提供了用于预先确定的区域的电离系统，该系统包括沿该区域间隔设置的多个发射器模块、用于控制发射器模块的系统控制器和用于将多个发射器模块与系统控制器以串行递链方式电连接的电线，其中电线用于与发射器模块的通信和向其供电。

在电离系统的一个实施例中，每个发射器模块具有单独的地址，系统控制器单独地访问和控制各个发射器模块。可以通过系统控制器或遥控发送器来单独地调节每个发射器模块的平衡参考值和离子输出电流参考值。

在电离系统的另一个实施例中，在每个发射器模块内备有错线保护电路以在检测到错线情况后自动改变进入每个发射器模块的电线的相对位置。

在电离系统的另一个实施例中，每个发射器模块备有开关电源以将电线上的线路损耗的影响减至最小。

在电离系统的另一个实施例中，提供有电源模式设定，用于将每个发射器模块设定在多个不同的操作电源模式中的一个。

本发明还提供了用于改变相互有固定关系的布线电线的相对位置的电路，其中布线电线包括第一通信线和第二通信线。上述电路包括与第一通信线相连的第一开关、与第二通信线相连的第二开关和具有连接到第一和第二开关的输出控制信号的处理器。第一开关具有第一初始位置和与第一初始位置相对的第二位置。同样，第二开关具有第一初始位置和与第一初始位置相对的第二位置。处理器的输出控制信号使第一和第二开关位于它们各自的第一或第二位置上，其中当第一和第二开关都位于它们的第一初始位置时第一和第二通信线具有第一配置，都位于它们的第二位置时则具有第二配置。

当参照附图阅读下面的本发明的优选实施例的详细的描述时，会更好的理解它。为了说明本发明，在图中示出了目前优选的实施例。但是，本发明不受所示的具体的配置和手段的限制。在图中：

图1是常规的房间电离系统的现有技术的方框示意图；

图2是根据本发明的房间电离系统的方框示意图；

图3A是用于图2中的房间电离系统的红外(IR)遥控发送器电路的方框示意图；

图3B-1和3B-2合在一起(以下称作图3B)是图3A的详细的电路级图示；

图4是图2的房间电离系统的发射器模块的方框示意图；

图5是与图4有关的错线保护电路的电路级图示；

图6是图2的房间电离系统的系统控制器的方框示意图；

图7A是图4的发射器模块的平衡控制电路的方框示意图；

图7B是图4的发射器模块的电流控制电路的方框示意图；

图8是图2的系统的硬件部件的立体图；

图9是与图4的发射器模块的微控制器有关的软件的流程图；

图10是与图6的系统控制器的微控制器有关的软件的流程图。

仅仅为了方便，在此会用到一些术语，这些术语不应认为是本发明的限制。在图中，相同的序号在全部的几幅图中用于代表相同的元件。

图2是根据本发明的模块化房间电离系统22。该系统22包括多个安装在天花板上的发射器模块24₁至24_n以串行递链的方式通过RS-485通信/电源线26连接到系统控制器28。在本发明的一个实施例中，最多十个发射器模块24串行递链连接到单个系统控制器28，相继的发射器模块24之间互相隔开2.13至3.66米。每个发射器模块24包括电离器和通信/控制电路，在图4中对它们进行详细显示。系统22还包括用于将命令发送至发射器模块24的红外遥控发送器30。发送器30的电路在图3A和3B中显示得更详细。系统控制器28的电路在图6中显示得更详细。

系统22具有优于如图1所示的一类的常规系统的性能。改善的性能如下所述：

(1)每个发射器模块24的平衡和离子输出能够独立调节。可以通过遥控发送器30或系统控制器28单独地访问每个发射器模块24来进行上述调节。发射器模块24使用数字或电子电位计或D/A转换器而不是使用模拟型微调电位计。平衡和离子电流值存储在位于系统控制器内的存储单元内并通过软件控制进行调节。平衡值(该值与电压值有关)作为B_REF存储在存储器内，离子电流作为C_REF存储在存储器内。

(2)可以通过遥控调节平衡和离子输出。于是，在校准和设定过程中用户站在“不许入内”区外时就可以调节各个发射器模块24，而其又处于靠近荷电板监视器能够读数的地方。

(3)发射器模块24将识别信息和详细的报警状态信息发送到系统控制器28以能够比常规系统更容易更快地诊断和校正发生的问题。例如，发射器模块24₃可以发出报警信号到系统控制器28，表明负发射器坏了、正发射器坏了或电离器失去平衡。

(4)设置在每个发射器模块24内的错线保护电路使得安装者能够翻转或颠倒RS485通信/电源线26。如果线颠倒了，电路自己校正，由此消除了重新接线的需要。在常规信号线中，如果线颠倒了，则无法产生通信或电源信号。

(5)每个发射器模块24的模式可以单独设定。于是，一些发射器模块24可以在稳态直流模式下操作，而另一些发射器模块24在脉冲直流模式下操作。

(6)在发射器模块24中使用开关电源(开关调节器)而不是线性调节器。开关电源减少了线损失的效应，从而允许系统控制器28将足够的工作电压分配到可能互相远离并/或远离系统控制器28的发射器模块24。开关电源比线性电源更有效率，因为其仅仅从线路中消耗其驱动输出所需的功率。于是，在通信/电源线26上的电压降与线性电源相比更小。因此，可以使用较小直径的线。与常规低电压系统相比，开关电源允许将发射器模块24放置在相互之间更远并且更远离系统控制器28的位置上。

下面详细描述系统22的具体元件。

图3A显示了遥控发送器30的示意方框图。发送器30包括两个旋转编码开关32、四个按钮开关34、4∶2多路分解器36、串行编码器38、调频器40和IR驱动电路42。旋转编码开关32用于产生“访问”各个发射器模块24的七条二进制数据线。四个按钮开关34用于将电源连接到电路并产生通过4∶2多路分解器36的信号。

4∶2多路分解器36包括两个2输入与非门和一个4输入与非门。与产生两个输出信号的常规4∶2多路分解器不同，多路分解器36产生三个输出信号，也即，两个数据线和一个使能线。当由于按钮按下，四个输入中的任意一个变为低时，产生“使能”信号(常规的4∶2多路分解器不产生该信号)。该信号用于接通发光二极管，并启动编码器和调制器输出。

来自旋转编码开关32的七条二进制数据线和来自多路分解器36的两条数据线和一条使能线连接到产生串行数据流的串行编码器38。调制器40接收来自多路分解器36的使能线和来自编码器38的串行数据，并且产生调制信号。调制信号然后传输到用于发射IR信息的IR二极管驱动器。

图3B是图3A的电路级框图。

图4示出了一个发射器模块24的示意方框图。发射器模块24至少完成下述的三个功能：产生和监视离子，与系统控制器28通信，从发送器30接收IR数据。

发射器模块24利用包括三个输入路径和两个输出路径的闭环设计产生离子。三个输入路径中的两个监视正负离子电流，其包括电流计量电路56或58、多输入A/D转换器60和微控制器44。第三输入路径监视离子平衡，其包括检测天线66、放大器68、多输入A/D转换器60和微控制器44。该两个输出路径控制高电压电源52或54的电平，其包括微控制器44、数字电位计(或D/A转换器作为其替代物)、模拟开关、高电压电源52或54、和输出发射器62或64。数字电位计和模拟开关是电平控制器48或50的一部分。

在操作中，微控制器44保持从系统控制器28得到的参考离子输出电流值，C_REF。微控制器44然后将上述参考值与从A/D转换器60读出的测量到的或实际值，C_MEAS比较。测量值通过将正负流值平均而得到。如果C_MEAS与C_REF不同，微控制器44指示与正负发射器相连的数字电位计(或D/A)以等量或接近等量增加或减少它们的输出值。电平控制器48、50的模拟开关由微控制器44控制，该微控制器根据发射器模块的模式，在稳态直流电离中持续地接通该开关，或以变化速率震荡该开关。来自模拟开关的输出信号然后传输到正负高电压电源52和54。高电压电源52、54接收该直流信号，在电离发射器点62、64上产生高电压电位。上面注意到，该高电压电位的回路连接到正或负电流计量电路56、58。电流计量电路56、58放大当高电压源52、54通过电阻产生电流时所产生的电压。高电压回路然后将上述信号传输到A/D转换器60(为了上述目的，该转换器具有四个输入)。当微控制器44请求时，A/D转换器60产生对应于通过高电压回路所产生的电压电平的串行数据流。微控制器44然后将上述值和程序设定的值比较，并调节上述的数字电位计。

发射器模块24的离子平衡通过利用检测天线66、放大器68(例如具有34.2增益)、电平调节器(未示出)和A/D转换器60进行。检测天线66位于正负发射器模块62、64之间，例如它们的中间位置。如果在发射器模块24内存在不平衡，电荷会积累在检测天线66上。所积累的电荷通过放大器68放大。放大的信号被电平移动以与A/D转换器60的输入范围相匹配，然后被传输到A/D转换器60，以被微控制器44所利用。

放置在微控制器44和系统控制器28之间的通信电路包括错线保护电路70和RS-485编码器/解码器72。

错线保护电路使得当安装者在将接线器接到通信/电源线26时将连线接反了(即翻转或颠倒)时，发射器模块24仍能够正常工作。当发射器模块24首先通电时，微控制器44将两个开关接通并且从R-485线读出数据。通过该初始的读数，微控制器44判断通信/电源线26是否在预期的状态。如果通信/电源线26在预期的状态并且保持在预期的状态一预定时间，那么，通信/电源线26的通信线没有颠倒，并且在微控制器44中的程序继续下一步骤。但是，如果线与预期的状态相反，那么，将与错线保护电路70相连的开关颠倒以把通信/电源线26的通信线翻转到正确的位置。一旦通信/电源线26被校正，系统控制器28与发射器模块24通信的路径开始操作。提供有全波电桥自动将输入的电源定向到正确的极性。

图5是错线保护电路70的电路级电路图。反向开关74₁和74₂翻转通信线，全波电桥76翻转电源线。在一个优选的四线排序结构中，两个RS-485通信线在外侧，并且两个电源线在内侧。

参见图4，当系统控制器28试图与各个发射器模块24通信时，所发送的第一字节是“地址”。在这时，在发射器模块24内的微控制器44需要从发射器模块地址电路取出“地址”。发射器模块的“地址”在安装时通过位于发射器模块24上的两个旋转编码器开关90的调节而设定。微控制器44从旋转编码器开关90和串行移位寄存器92得到地址。旋转编码器开关90提供七个二进制数据线到串行移位寄存器92。当需要时，微控制器44串行移位开关设定来确定“地址”并将其存储在它的存储器内。

发射器模块24包括IR接收电路94，该电路包括IR接收器96、IR解码器98和两个旋转编码器开关90。当接收到红外信号时，IR接收器96剥离载波频率，仅剩下传递到IR解码器98的串行数据流。IR解码器98接收该数据并将前五个数据位与在旋转编码器开关90上的五个最高有效(most important)数据位比较。如果这些数据位匹配，IR解码器98产生输入到微控制器44的四个并行数据线和一个有效传输信号。

发射器模块24还包括在发生死循环时将微控制器44复位的监视计时器100。

发射器模块24还包括开关电源102，该电源从系统控制器28接收20至28V的直流电，产生+12V、+5V、-5V直流电和地电位。如上面所讨论的，选择开关电源是因为需要减少由会引起大的压降的长电线造成的功率消耗。

图9是与发射器模块微控制器44有关的软件的清楚的流程图。

图6是系统控制器28的示意方框图。系统控制器28执行至少下面三个功能：与发射器模块24通信，与外部监视计算机(未示出)通信和显示数据。系统控制器28利用RS-485通信线104与发射器模块24通信，并利用RS-232通信线106与监视计算机通信。系统控制器28包括微控制器110，它可以是微处理器。微控制器110的输入包括五个按钮开关112和钥匙开关114。按钮开关112用于滚动液晶显示器116并选中和改变设定。钥匙开关114用于将系统设定到待命、运行或初始设置模式。

系统控制器28还包括用于微控制器110的存储器118和监视计时器120。存储器118的一部分是当电源关闭或中断时，存储发射器模块24的C_REF和B_REF和其它系统配置信息的EEPROM。监视计时器120检测系统控制器28是否死机并启动其复位操作。

为了访问各个发射器模块24，系统控制器28还包括两个旋转编码器开关122和串行移位寄存器124，它们与发射器模块24的对应的元件的操作相似。

在系统22的初始化的过程中，每个发射器模块24通过它的旋转编码器开关90被设定唯一的编号。接着，系统控制器28轮询发射器模块24₁至24_n以得到它们的状态报警值。在一个轮询的实施例中，系统控制器28检查发射器模块24以判断它们是否按顺序编号而没有空号。通过显示器116，系统控制器28显示其结果并提示操作员核准。如果检测到空号，操作员可以重新将发射器模块24编号并重新轮询，或发出批准现行编号的信号。一旦操作员发出批准该编号方案的信号，系统控制器28存储发射器模块的编号用于后续的操作和控制。在本发明的另选实施例中，系统控制器28自动将号码分配到发射器模块24，以此来避免在每个发射器模块24设置开关的必要。

如上面所讨论的，遥控发送器30可以直接发出命令到发射器模块24或通过系统控制器28发出命令。因此，系统控制器28包括用于上述目的的IR接收器126和IR解码器128。

系统控制器28还包括同步链路、sync in130和sync out132。上述链路使得多个系统控制器28以同步的方式用串行递链连接在一起成为可能，而使与多个系统控制器28相连的发射器模块24的激发率和相位互相同步。由于仅仅有限个数目的发射器模块24能够通过单个系统控制器28控制，上述特性使得许多发射器模块24以同步方式操作成为可能。在上述结构中，一个系统控制器28作为主控制器，剩下的系统控制器28作为从属控制器。

系统控制器28可以可选地包括用于在光塔(light tower)中报警的中继指示器(relay indicator)134之类的装置。在上述的方式中，特定的报警状态能够以视觉方式传输到操作者，此时操作者可能正在监视单机系统控制器28或具有多个从属控制器的主系统控制器28。

系统控制器28内装有三个通用输入交流开关电源(未示出)。上述电源从任意的线电压在90-240V之间、50-60Hz的交流电产生单独的28V直流电。该28V直流电(能够在20-30V之间变化)被分配到远端模块24以向其供电。并且，在系统控制器28内的在板开关电源136从通用输入交流开关电源接收28V直流电，并产生+12V直流、+5V直流、-5V直流和地电位。优选使用开关电源来保存电能。

图10是与系统控制器的微控制器110有关的软件的清楚的流程图。

图7A是发射器模块24₁的平衡控制电路138的示意方框图。离子平衡检测器140(其包括运算放大器以及模数转换器)输出从离发射器模块24₁的发射器的比较近的地方得到的平衡测量值，B_MEAS。在比较器144内，将存储在微控制器44内的平衡参考值142，B_REF1与B_MEAS进行比较。如果两个值相等，不对正或负高电压电源146进行调节。如果不相等，对电源146进行调节直至上述两值变得相等。上述过程在发射器模块24₁的操作中持续地自动地进行。在校准和初始设定中，从荷电板监视器读出平衡读数来得到在发射器模块24₁附近的工作空间的实际平衡读数，B_ACTUAL。如果比较器的输出显示B_REF1等于B_MEAS，并且如果B_ACTUAL为零，那么，发射器模块24₁是平衡的并不再进行进一步的行动。但是，如果比较器的输出显示B_REF1等于B_MEAS，并且如果B_ACTUAL不为零，那么，发射器模块24₁是不平衡的。因此，利用遥控发送器30或系统控制器28将B_REF1调高或调低直到B_ACTUAL回到零。由于制造上的偏差和系统随着时间的老化，每个发射器模块24可能会具有不同的B_REF值。

图7B是类似于图7A的用于离子电流的示意图，其中对于C_REF和C_MEAS进行讨论。在图7B中，C_MEAS是利用图4中所示的电路元件56、58和60直接测量到的实际离子输出电流。比较器152比较C_REF1(该值存储在微控制器44内的存储器150内)和C_MEAS。如果两值相等，不对正或负高电压电源146进行调节。如果两值不等，对高电压电源146进行适当的调节直到两值变得相等。在发射器模块24₁的操作过程中，上述过程持续地自动地进行。在校准或初始设定中，从荷电板监视器148读出衰减时间读数以得到在发射器模块24₁附近的工作空间内的实际离子输出电流的指示，C_MEAS。如果衰减时间在希望的范围内，就不进行进一步的行动。但是，如果衰减时间太快或太慢，则操作员向上调节或向下调节C_REF1。比较器152于是会显示C_MEAS和C_REF1间的差值，并自动地以与上述的方式相同的方式对电源146进行适当的调节直到上述值变得相等。

正如上面所讨论的，常规的自动平衡系统具有基于硬件的反馈系统，并至少会遇到下面的问题：

(1)由于反馈控制信号根据硬件元件值固定，这样的系统不能提供非常精确的平衡控制。

(2)平衡控制的总体范围受到硬件元件值的限制。

(3)由于为了正常操作，各个元件互相依赖，因此很难进行快速且廉价的修改。常规的离子电流控制电路也会遇到同样的问题。与常规系统相比，本发明的基于软件的平衡和离子电流控制电路不存在任何上述的缺点。

图8示出了图2的系统22的硬件元件的立体图。

微控制器44和110使得能够实现复杂的功能，例如：

(1)微处理器监视用于比较B_REF和B_MEAS，C_REF和C_MEAS的比较器。如果差值都比预定的值小，则认为发射器模块24需要做与正常操作有关的适当的小调节。但是，如果该一个或两个差值一次或多次都大于预定的值，则认为发射器模块24需要维修。在这种情况下，发出报警信号到系统控制器28。

(2)每个发射器模块24的自动离子产生的变化和平衡的变化可以跳升(ramp up)或跳降(ramp down)以避免突然的摆动或电位的过调节。例如，当使用脉冲直流模式时，脉冲率(即，频率)可以逐渐从第一值调节到需要的值以达到跳升或跳降的效果。当使用脉冲直流模式或稳态直流模式时，直流幅度可以逐渐从第一值调节到需要的值以达到需要的跳升或跳降的效果。

本发明的范围不受上述的特殊的实施方式的限制。例如，通信不一定必须通过RS-485或RS-232通信电源线进行。特别是，错线保护电路可以使用任何类型的能够以上述的方式通过开关翻转的通信/电源线。

应该注意到本领域的技术人员能够不背离本发明的发明思想而对上述实施例做出修改。因此，可以理解，本发明不受到所公开的特殊实施例的限制，但是，本发明应包括在所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围内的修改。

Claims

1.在具有正负离子发射器和分别与正负离子发射器相连的正负高电压电源的电离器中平衡正负离子输出量的方法，该方法包括：

(a)将平衡参考值存储在可软件调节的存储器中；

(b)在电离器的操作过程中，比较平衡参考值和通过位于发射器附近的离子平衡检测器得到的平衡测量值；

(c)如果平衡参考值不等于平衡测量值，自动调节正负高电压电源中的至少一个，上述调节以使得平衡测量值变得与平衡参考值相等的方式进行。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

(d)在电离器的操作过程中，在电离器附近的工作空间内测量实际离子平衡；

(e)如果平衡测量值等于平衡参考值并且实际测量到的离子平衡不是零，则调节平衡参考值，上述调节以使得实际测量到的离子平衡变得等于零的方式进行。

3.根据权利要求2所述的方法，其中测量步骤(d)使用荷电板监视器来进行。

4.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(d)和(e)在电离器的校准或初始设定中进行。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：电离器还包括电连接到平衡参考值并响应遥控发送器的遥控接收器，调节步骤(e)包括：在监视实际测量到的离子平衡的同时，通过遥控接收器使用遥控发送器调节平衡参考值来使得实际测量到的离子平衡变得等于零。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

(d)电离器的操作一开始，就以非线性方式调节正或负高电压电源，而避免正或负离子输出的突然变化或平衡状态的电位过调节。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：电离器以脉冲直流模式操作，并在步骤(c)中通过逐渐将正负高电压电源的脉冲率从第一值调节到第二值来进行非线性自动调节。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：电离器以脉冲直流模式或稳态直流模式操作，并在步骤(c)中通过逐渐将正或负高电压电源的直流幅度从第一值调节到第二值来进行非线性自动调节。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：

(d)比较在比较步骤(b)中得到的平衡参考值和平衡测量值间的差值的绝对值；

(e)如果差值的绝对值一次或多次比预定的值大，那么，指示报警状态。

10.一种具有正负离子发射器和分别与正负离子发射器相连的正负高电压电源的电离器，其包括：

(a)用于存储平衡参考值的可软件调节的存储器；

(b)用于比较平衡参考值和平衡测量值的比较器，平衡测量值通过位于离子发射器附近的离子平衡检测器得到；

(c)自动平衡调节电路，如果平衡参考值不等于平衡测量值，用于调节正负高电压电源中的至少一个，该调节以使得平衡测量值变得等于平衡参考值的方式进行。

11.根据权利要求10所述的电离器，还包括：

(d)使得自动平衡调节电路在电离器的初始操作一开始就进行非线性调节，而避免正或负离子输出的突变或平衡状态的电位过调节的装置。

12.根据权利要求11所述的电离器，其特征在于：电离器以脉冲直流模式操作，并且自动平衡调节电路通过将正负高电压电源的脉冲率逐渐从第一值调节到第二值，进行非线性调节。

13.根据权利要求11所述的电离器，其特征在于：电离器以脉冲直流模式或稳态直流模式操作，并且自动平衡调节电路通过将正或负高电压电源的直流幅度逐渐从第一值调节到第二值，进行非线性调节。

14.根据权利要求10所述的电离器，还包括：

(d)调节平衡参考值的装置，如果平衡测量值等于平衡参考值并且在电离器附近的工作空间内实际测量到的离子平衡不等于零，调节平衡参考值，该调节以使得实际测量到的离子平衡变得等于零的方式进行。

15.根据权利要求14所述的电离器，还包括：

(e)电连接到平衡参考值并响应遥控发送器的遥控接收器，其中，调节装置利用遥控发送器通过遥控接收器调节平衡参考值，同时监视实际测量到的离子平衡以使得实际测量到的离子平衡变得等于零。

16.根据权利要求10所述的电离器，还包括：

(d)比较在比较器得到的平衡参考值和平衡测量值间的差值的绝对值的装置；

(e)如果差值的绝对值一次或多次比预定的值大，那么，指示报警状态的装置。

17.一种在电离器中控制正负离子输出电流的方法，上述电离器具有：(i)正负离子发射器，(ii)分别与正负离子发射器相连的正负高电压电源，(iii)用于监视正负电离器离子输出电流的电流计量电路，该方法包括：

(a)将离子输出电流参考值存储在可软件调节的存储器中；

(b)在电离器的操作中，比较离子输出电流参考值和通过电流计量电路得到的实际离子输出电流值；

(c)如果实际离子输出电流值不等于离子输出电流参考值，自动调节正负高电压电源中的至少一个，该调节以使得实际离子输出电流值变得等于离子输出电流参考值的方式进行。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

(d)在电离器的操作中，在电离器附近的工作空间内测量实际离子输出电流值的指示；

(e)如果该指示不在所需要的值附近，调节离子输出电流参考值，该调节以使得实际离子输出电流值变得接近需要的值的方式进行。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：测量步骤(d)利用荷电板监视器进行，所述指示是由荷电板监视器测量到的衰减时间。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：步骤(d)和(e)在电离器的校准或初始设定过程中进行。

21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：电离器还包括电连接到离子输出电流参考值并响应于遥控发送器的遥控接收器，并且调节步骤(e)包括在监视实际离子输出电流值的指示的同时，利用遥控发送器通过遥控接收器调节离子输出电流参考值，使得所述指示变得接近需要的值。

22.根据权利要求17所述的方法，还包括：

(d)在电离器的初始操作一开始，以非线性方式调节正负高电压电源，以避免正或负离子输出的突变或需要状态的电位过调节。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于：电离器在脉冲直流模式操作并且步骤(c)中的自动调节通过逐渐将正负高电压电源的脉冲率从第一值调节到第二值来非线性地进行。

24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于：电离器在脉冲直流模式或稳态直流模式操作并且步骤(c)中的自动调节通过逐渐将正或负高电压电源的直流幅度从第一值调节到第二值来非线性地进行。

25.根据权利要求17所述的方法，还包括：

(d)比较在比较步骤(b)中得到的离子输出电流参考值和实际离子输出电流值间的差值的绝对值；

26.一种具有正负离子发射器和分别与正负离子发射器相连的正负高电压电源的电离器，其包括：

(a)用于存储离子输出电流参考值的可软件调节的存储器；

(b)比较离子输出电流参考值和实际离子输出电流值的比较器，该实际离子输出电流值通过监视正负电离器离子输出电流的电流计量电路得到；

(c)用于调节正负高电压电源中的至少一个的自动离子输出电流调节电路，如果实际离子输出电流值不等于离子输出电流参考值，该调节以使得实际离子输出电流值变得等于离子输出电流参考值的方式进行。

27.根据权利要求26所述的电离器，还包括：

(d)使得自动离子输出电流调节电路在电离器的初始操作一开始就进行非线形调节的装置，以避免正或负离子输出的突变或需要状态的电位过调节。

28.根据权利要求27所述的电离器，其特征在于：电离器以脉冲直流模式操作，并且自动离子输出电流调节电路通过将正负高电压电源的脉冲率逐渐从第一值调节到第二值，进行非线性调节。

29.根据权利要求27所述的电离器，其特征在于：电离器以脉冲直流模式或稳态直流模式操作，并且自动离子输出电流调节电路通过将正或负高电压电源的直流幅度逐渐从第一值调节到第二值，进行非线性调节。

30.根据权利要求26所述的电离器，还包括：

(d)调节离子输出电流参考值的装置，如果在电离器附近的工作空间测量到的实际离子输出电流值的指示不在需要的值附近，调节离子输出电流参考值，该调节以使得实际离子输出电流值的指示变得在需要的值的附近的方式进行。

31.根据权利要求30所述的电离器，还包括：

(e)电连接到离子输出电流参考值并响应遥控发送器的遥控接收器，其中，调节装置利用遥控发送器通过遥控接收器调节离子输出电流参考值，同时监视实际离子输出电流值的指示以使其变得接近需要的值。

32.根据权利要求26所述的电离器，还包括：

(d)比较在比较器得到的离子输出电流参考值和实际离子输出电流值的差的绝对值的装置；

33.一种用于预定区域的电离系统，包括：

(a)多个在区域中间隔布置的发射器模块，每个发射器模块具有单独的地址并包括至少一个电离器；

(b)用于单独地访问和控制发射器模块的系统控制器；

(c)将多个发射器模块电连接到系统控制器的通信线。

34.根据权利要求33所述的系统，其特征在于：每个发射器模块还包括用于通过通信线传输与电离器的至少一个操作参数有关的报警状态信息的装置，报警状态信息包括发射器模块的地址，系统控制器接收该报警状态信息。

35.根据权利要求34所述的系统，其特征在于：所述操作参数是正或负发射器的状态。

36.根据权利要求34所述的系统，其特征在于：所述操作参数是离子不平衡状态。

37.根据权利要求33所述的系统，其特征在于：通信线以串行递链方式连接到每个发射器模块，通信线提供以下功能(i)通信和(ii)向发射器模块供电。

38.根据权利要求33所述的系统，其特征在于：每个发射器模块还包括存储的平衡参考值，且系统控制器包括用于单独地调节每个发射器模块的存储的平衡参考值的装置。

39.根据权利要求33所述的系统，其特征在于：每个发射器模块还包括存储的离子输出电流参考值，且系统控制器包括用于单独地调节每个发射器模块的存储的离子输出电流参考值的装置。

40.根据权利要求33所述的系统，还包括：

(d)具有发射器地址设定和平衡调节功能的遥控发送器，每个发射器模块还包括存储的平衡参考值和与平衡参考值电连接并响应遥控发送器的遥控接收器，其中，遥控发送器允许单独地调节每个发射器模块的平衡参考值。

41.根据权利要求33所述的系统，还包括：

(d)具有发射器地址设定和离子输出电流调节功能的遥控发送器，每个发射器模块还包括存储的离子输出电流参考值和与离子输出电流参考值电连接并响应遥控发送器的遥控接收器，其中，遥控发送器允许单独地调节每个发射器模块的离子输出电流参考值。

42.一种用于预定区域的电离系统，包括：

(a)多个在区域中间隔布置的发射器模块，每个发射器模块包括：

(i)至少一个电离器，

(ii)错线保护电路，该电路一检测到错线状态就自动改变至少两个关系互相固定的通信线的相对位置；

(b)用于控制发射器模块的系统控制器；和

(c)将多个发射器模块电连接到系统控制器的第一和第二通信线，其中错线保护电路一检测到某个发射器模块的错线状态就自动改变第一和第二通信线的相对位置，以此使得该发射器模块正常操作。

43.根据权利要求42所述的系统，其特征在于：错线保护电路包括：

(A)与第一通信线相连的第一开关，第一开关具有第一初始位置和与第一初始位置相对的第二位置，

(B)与第二通信线相连的第二开关，第二开关具有第一初始位置和与第一初始位置相对的第二位置，

(C)处理器，具有连接到第一和第二开关的输出控制信号，用于使第一和第二开关分别位于它们的第一或第二位置，其中，第一和第二通信线具有当开关都位于它们的第一初始位置时的第一配置和当开关都位于它们的第二位置时的第二配置。

44.根据权利要求43所述的系统，其特征在于：处理器生成将第一和第二开关设定在它们的第一初始位置的初始控制信号，处理器包括用于判断第一和第二通信线是否在期望的状态的装置，如果第一和第二通信线在期望的状态，处理器保持第一和第二开关在第一初始位置，如果第一和第二通信线不在期望的状态，处理器生成将第一和第二开关设定在它们的第二位置的第二控制信号。

45.根据权利要求44所述的系统，其特征在于：用于判断第一和第二通信线是否在期望的状态的装置还判断第一和第二通信线是否保持在期望的状态一预定时间段的时间，如果第一和第二通信线最初在期望的状态且保持在期望的状态该预定时间段的时间，处理器保持第一和第二开关在第一初始位置，如果第一和第二通信线没有保持在期望的状态该预定时间段的时间，处理器生成将第一和第二开关设定在它们的第二位置的第二控制信号。

46.根据权利要求42所述的系统，其特征在于：通信线是以串行递链方式连接到每个发射器模块的RS-485线。

47.根据权利要求42所述的系统，其特征在于：通信线包括由相邻的电线组成的扁平线且第一和第二通信线是扁平线的外侧的电线。

48.一种用于改变关系互相固定的布线电线的相对位置的电路，布线电线包括第一通信线和第二通信线，该电路包括：

(a)与第一通信线相连的第一开关，第一开关具有第一初始位置和与第一初始位置相对的第二位置；

(b)与第二通信线相连的第二开关，第二开关具有第一初始位置和与第一初始位置相对的第二位置；

(c)处理器，具有连接到第一和第二开关的输出控制信号，用于使第一和第二开关分别位于它们的第一或第二位置，其中第一和第二通信线具有当开关都位于它们的第一初始位置时的第一配置和当开关都位于它们的第二位置时的第二配置。

49.根据权利要求48所述的电路，其特征在于：处理器生成将第一和第二开关设定在它们的第一初始位置的初始控制信号，处理器包括用于判断第一和第二通信线是否在期望的状态的装置，如果第一和第二通信线在期望的状态，处理器将第一和第二开关保持在第一初始位置，如果第一和第二通信线不在期望的状态，处理器生成将第一和第二开关设定在它们的第二位置的第二控制信号。

50.根据权利要求49所述的电路，其特征在于：用于判断第一和第二通信线是否在期望的状态的装置还判断第一和第二通信线是否保持在期望的状态一预定时间段的时间，如果第一和第二通信线最初在期望的状态且保持在期望的状态该预定时间段的时间，处理器保持第一和第二开关在第一初始位置，如果第一和第二通信线没有保持在期望的状态该预定时间段的时间，处理器生成将第一和第二开关设定在它们的第二位置的第二控制信号。

51.根据权利要求48所述的电路，其特征在于：布线电线还包括：

(d)在其间具有电位的第一和第二电源线，第一和第二电源线的互相间关系和到第一和第二通信线间的关系固定；

(e)连接到第一和第二电源线的全波电桥，用于一检测到第一和第二电源线的极性不正确就自动切换第一和第二电源线的极性。

52.根据权利要求51所述的电路，其特征在于：电线包括由相邻的电线组成的扁平线，且第一和第二通信线是扁平线的外侧的电线，第一和第二电源线是扁平线的内侧的电线。

53.根据权利要求48所述的电路，其特征在于：通信线是RS-485线。

54.根据权利要求48所述的电路，其特征在于：电线包括由相邻的电线组成的扁平线，且第一和第二通信线是扁平线的外侧的电线。

55.一种用于预定区域的电离系统，包括：

(i)至少一个电离器，

(ii)用于向发射器模块供电的开关电源；

(b)用于控制发射器模块的系统控制器；

(c)用于将多个发射器模块电连接到系统控制器的电线，该电线具有与发射器模块通信并向其供电的功能，其中开关电源将电线上的线路损耗效应减至最小。

56.根据权利要求55所述的系统，其特征在于：系统控制器包括至少一个用于产生通过电线分配到发射器模块的20-30V直流电压的电源。

57.根据权利要求56所述的系统，其特征在于：每个发射器模块的开关电源从系统控制器接收20-30V的直流电压并产生供发射器模块电路使用的+12V直流电压、+5V直流电压、-5V直流电压和地电位。

58.根据权利要求55所述的系统，其特征在于：电线以串行递链的方式连接到每个发射器模块。

59.一种用于预定区域的电离系统，包括：

(i)至少一个电离器，

(ii)用于将发射器模块设定在多种不同的操作电源模式之一的电源模式设定装置；

(b)用于控制发射器模块的系统控制器；

(c)用于将多个发射器模块电连接到系统控制器的电线，该电线具有与发射器模块通信并向其供电的功能。

60.根据权利要求59所述的系统，其特征在于：操作电源模式包括稳态直流模式和脉冲直流模式。