用于自动调节气体传感器设置和参数的系统和方法
【专利说明】用于自动调节气体传感器设置和参数的系统和方法
[0001]本申请是申请日为2011年I月31日、申请号为201280007074.7，发明名称为“用于自动调节气体传感器设置和参数的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请是2011年I月31日提交的申请号为13/018，039、名称为“SYSTEM ANDMETHOD FOR AUTOMATICALLY ADJUSTING GAS SENSOR SETTINGS AND PARAMETERS”的美国非临时专利申请的部分继续申请，这里作为参考引用其全部内容。
技术领域
[0004]本公开一般涉及气体检测系统，并且更具体地涉及多个不同传感器类型可以与单个发射器设计一起使用以及可以用减少的用户输入自动辨识、调节、校准和监视多个不同传感器类型的气体检测系统平台。
【背景技术】
[0005]环境感测系统可以包括多种传感器以确定工业和其它工作空间中危险(S卩，易燃)和/或有毒气体的存在和浓度。根据环境，可能需要为多种不同气体类型和浓度提供感测信息。因此，典型的系统可以包括大量不同类型的传感器，其中每种类型的传感器适于感测期望浓度范围内的特定气体。
[0006]为了使特定的传感器在特定浓度范围内检测期望的气体，并且以远程发射器容易理解的形式发送该信息，必须适当地调节传感器的输出信号。当前，通过在为进一步的处理执行到数字域的转换之前使用分立元件(即电阻器、电容器、运算放大器等)滤波和放大特定传感器的输出以完成传感器信号的调节。在一个示例中，来自电化学传感器的信号通常使用公知的恒电位电路来调节。然而，使用分立元件的缺陷是这些元件的布置通常特定于特定类型的传感器，并且还特定于被感测的特定气体以及期望的浓度范围。因此，为大范围的气体和范围开发调节电路需要改变这些元件的值以达到最佳模拟信号调节。由此，这需要多种调节电路以覆盖潜在感兴趣的范围。结果，制造和储存了大量不同类型、不同浓度范围能力的传感器以满足相关的多种领域的应用。另外，大多数传感器与关联的发射器单元结合工作。由于所描述的传感器的专业化特性，这种发射器通常仅与单个传感器类型一起工作。同样的，当前系统需要制造和储存相似的大量不同的发射器。
[0007]此外，当安装和/或更换当前远程发射器和传感器时，将它们单独调节以确保它们被适当地校准，并且还确保它们处于适当的工作状态下。当前，对于远程发射器和传感器应用，该调节/验证过程需要两个人的努力，其中一个人站在传感器位置处读取数字电压表，并且第二个人在发射器处调节手动电位计以达到为传感器供电的期望输出电压。当该操作发生在危险区域时，可能需要降低区域的级别以使发射器可以打开以访问手动电位计。对于整体发射器和传感器应用同样如此，其中一个人读取数字电压表并且在发射器处调节手动电位计以达到为传感器供电的期望输出电压。这也可能不期望地涉及降低关联的危险区域的级别以打开发射器访问手动电位计。
[0008]应当进一步理解，传感器随时间的过去经受灵敏度的损失。目前的系统不能够提供传感器的自动辨识和调节以补偿这种灵敏度的损失。由此，这可能导致降至期望灵敏度阈值以下的传感器的过早废弃。因为如果可以补偿它们灵敏度的损失，这种传感器表面上将继续令人满意地工作，所以目前的系统产生了不必要的浪费。
[0009]因此，需要以下的改进的环境感测系统:使单个发射器能够辨识和接受多个不同传感器类型，自动调节安装的传感器以减少或消除手动调节的需要，自动校准传感器以使单个传感器能够适应多种不同的感测范围，使传感器能够以单个值被校准并且接着在多种值处使用，以及使自动调节能够延长传感器的寿命。
[0010]另外，一种环境感测系统包括通过电缆连接至关联的传感器部分的发射器部分。例如，发射器部分将从传感器部分接收的信息发送至无线网络。传感器部分可以位于远离发射器部分的危险和/或易燃的环境中。此外，发射器和传感器部分各自包括具有导线延伸穿过的多个孔的压盖装置。
[0011]经常期望在使用期间“热插拔”传感器，即，例如在传感器损失灵敏度的情况下，替换传感器而不降低危险区域的级别。然而，移除传感器可能导致发射器与传感器电路之间的连接中发生火花或者电弧。这些火花可能会点燃潜在的爆燃性空气。
【发明内容】
[0012]示出了解决了上述问题中的一个或者多个的环境感测系统。特别地，公开的系统包括:(1)自动化传感器激励电压调节特征，(2)多范围浓度特征，以及(3)单个校准特征。自动化传感器激励电压调节特征可以包括具有关联微处理器的发射器，所述发射器向关联传感器提供初始电压。传感器也可以具有关联微处理器，并且随着电压的改变，可以将校准信号从传感器微处理器转送至发射器微处理器。校准信号可以由发射器微处理器使用以将施加至传感器的电压调节至期望值。多范围浓度传感器特征可以包括与传感器/微处理器相关联的放大器用以创建增益设定，所述增益设定随后被用于通过改变与传感器相关联的增益值优化传感器分辨率。反过来，如用户期望的，这可以使单个传感器能够用于多种不同浓度范围。单个校准特征使传感器能够在单个气体浓度值处进行校准，并且其后用于多种不同浓度范围的应用。
[0013]公开的系统通过使用数字电位计辨识和调节传感器电压而优选地不需要人的干预并且不需要降低危险区域的级别。系统可以包括气体检测器/发射器电源电路，所述气体检测器/发射器电源电路包括具有一对数字电位计的可调电源。一个电位计可以用于粗略的电压调节并且第二电位计可以用于精细的电压调节。该电源电路的输出电压被称作Vadjust并且用于为与发射器相关联的传感器供电。由于电源电路能够将传感器激励电压(Vadjust)自动调节至与当前使用的特定传感器相关联的特定值，因此该配置使单个发射器设计供多种不同的传感器类型和范围使用。由于介入电缆中的环境变化和电压降，它还可以补偿电压变化。公开的系统使传感器能够带电替换而不需要降低关联区域的级别。另外，公开的系统可以通过在传感器寿命结束时使得仅替换传感器核心来降低所有者的总成本，与需要替换整个传感器单元的当前系统相反。
[0014]公开了用于检测气体存在的系统，包括发射器部分、传感器部分和与发射器部分和传感器部分相关联的可变电压电源。发射器部分可以从传感器部分接收关于接收的电压的信息。响应于从传感器部分接收的信息，发射器部分还可以调节供给的电压。
[0015]公开了用于调节传感器激励电压的方法。方法可以包括在发射器部分处向传感器部分提供操作电压，在发射器处从传感器部分接收指示传感器部分的操作需要的电压的信号，以及在发射器出调节提供给传感器部分的操作电压。
[0016]公开了通用气体传感器/发射器单元。单元可以包括传感器部分，所述传感器部分包括传感器核心和处理器，所述处理器被配置为读取接收的激励电压。单元还可以包括具有凹槽的发射器部分，所述凹槽被配置为接合传感器的外表面几何结构。发射器可以包括发射器处理器和至少一个电源电路，所述电源电路用于在外壳与发射器的凹槽接合时，向传感器提供可调电力；可调电源电路可以包括可由处理器控制的至少一个电位计用以调节供给传感器部分的电力。
[0017]公开了用于校准传感器的方法。方法可以包括在第一增益设定处设置传感器的原始零偏置和跨度；在第二增益设定处获取零偏置；获取原始零偏置与第二增益设定处的零偏置的比例；以及按照比例缩放校准因子以允许与第二增益设定相关联的操作范围中的传感器的操作。
[0018]还公开了用于为传感器提供替换引导的方法。方法可以包括为传感器确定灵敏度的降低，随时间的过去趋向于所述灵敏度的降低，以及调节与传感器相关联的增益参数以补偿灵敏度的降低。
[0019]公开了用于调节传感器的操作范围的方法。方法可以包括提供与传感器相关联的放大器，为放大器提供增益设定的表格；以及从表格选择增益设定以优化与传感器相