本公开整体涉及基于辐射的消毒系统。
背景技术：
基于辐射的消毒系统使用短波长光子发射，例如，紫外线(UV)范围内的发射，以减少流体(例如，饮用水)中或表面上的微生物。由基于辐射的消毒系统的源发射的UV辐射破坏微生物的生物功能，并且延迟或防止它们的繁殖。被消毒物质的辐射源的劣化或失效和/或UV透射比的损失可造成健康风险。因而，可监测消毒系统的辐射强度，以检测可损害系统的消毒能力的改变。
技术实现要素：
一些实施方案涉及包括多个设备的系统，多个设备被配置成在辐射发射模式和辐射检测模式下操作。当与适当的电路一起使用时，设备中的每个发射和检测在波长和强度上为有杀菌力的辐射。该系统包括至少一个驱动源，其中多个设备中的每个当以正向偏置配置连接到驱动源时在发射模式下操作，并且当从驱动源断开连接时或当以反向偏置配置连接到驱动源时在检测模式下操作。切换电路连接到设备中的每个且连接到驱动源。循环电路生成控制信号的序列，该控制信号的序列控制切换电路在循环中改变设备到驱动源的连接，在该循环中，多个设备中的一个或多个切换到检测模式，并且感测由同时在发射模式下操作的多个设备中的一个或多个发射的辐射。在检测模式下操作的每个设备响应于所感测的辐射而生成信号。检测电路检测在检测模式下操作的设备的信号，并且响应于所检测的信号而生成检测输出。
根据一些实施方案，一种方法包括通过生成控制信号的序列在循环中操作能够发射和检测在波长和强度上为有杀菌力的辐射的多个设备，控制信号的序列在循环期间将多个设备中的一个或多个切换到检测模式。当在检测模式下操作时，多个设备中的每个设备感测由同时在发射模式下操作的多个设备中的一个或多个发射的辐射，并且响应于所感测的辐射而生成电信号。检测在检测模式下操作的设备的电信号，并且响应于所检测的电信号而生成检测输出。检测输出指示在该循环期间由在检测模式下操作的设备感测的辐射的强度。
一些实施方案涉及包括多个设备的系统，多个设备被配置成在发射模式和检测模式下操作。当与适当的电路一起使用时，设备中的每个发射和检测在波长和强度上为有杀菌力的辐射。该系统包括至少一个驱动源，其中多个设备中的每个被配置成当以正向偏置配置连接到驱动源时在发射模式下操作，并且当从驱动源断开连接时或当以反向偏置配置连接到驱动源时在检测模式下操作。切换电路连接到设备中的每个且连接到驱动源。循环电路生成控制信号的序列，该控制信号的序列控制切换电路在循环中改变设备到驱动源的连接。在该循环期间，多个设备中的一个或多个切换到检测模式，并且感测由同时在发射模式下操作的多个设备中的一个或多个发射的辐射。在检测模式下操作的每个设备响应于所感测的辐射而生成信号。检测电路检测在检测模式下操作的设备的电信号，并且响应于所检测的信号而生成检测输出。监测/控制电路监测用于低辐射强度状况的检测输出。循环电路和监测/控制电路可实施为执行编程指令的微处理器。
附图说明
图1A是在某些状况下消毒系统的辐射强度相对于时间的曲线图；
图1B是根据一些实施方案的系统的框图；
图2A和图2B提供了根据一些实施方案的系统的电路示意图；
图3示出了被配置成包含流体的结构的一部分，其中短波长光子发射和检测设备沿该结构的一个或多个含流体壁布置；
图4示出了短波长光子发射和检测设备，该短波长光子发射和检测设备被布置为将至少部分地反射来自设备的辐射的表面消毒；
图5A和图5B提供了根据一些实施方案的设备模式和检测信号的时序图的实施例；
图6是示出根据一些实施方案的操作多个发射和检测设备的方法的流程图；
图7是示出根据一些实施方案的操作包括多个发射和检测设备的系统的方法的流程图；
图8示出了实验装置，该实验装置被构建成演示根据一些实施方案的系统的工作；
图9是示出紫外线(UV)强度的曲线图，UV强度在连续斜升接着是斜降期间作为紫外线发光二极管(UVLED)驱动(正向)电流的函数；
图10示出了测量的UV强度和信号电压，测量的UV强度和信号电压在UVLED4处于检测模式下作为流到UVLED1的驱动电流的函数；
图11示出了作为不同UVLED的驱动电流的函数的测量的信号电压；
图12示出了在比色管为空的情况下在跨阻抗放大器的输出处测量的信号；
图13示出了在比色管中有水的情况下在跨阻抗放大器的输出处测量的信号；
图14示出了在比色管为空且每个UVLED的驱动电流为100mA的情况下如在跨阻抗放大器的输出处测量的输出信号；以及
图15示出了在比色管中有水且每个UVLED的驱动电流为100mA的情况下如在跨阻抗放大器的输出处测量的输出信号。
附图未必按照比例绘制。附图中使用的相似数字指代相似的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用数字指代部件并非旨在限制另一附图中用相同数字标记的部件。
具体实施方式
系统包括被配置成在发射模式和检测模式下操作的多个设备。每个设备可被配置成当设备在发射模式下操作时，发射在波长和强度上为有杀菌力的辐射。每个设备被配置成检测与其发射的辐射相同波长的辐射。切换电路电连接到每个设备且电连接到至少一个驱动源。循环电路被配置成生成控制切换电路以实施一个或多个循环的控制信号的序列，在一个或多个循环中，设备和驱动源之间的连接被改变，使得多个设备中的一个或多个在每个循环期间切换到检测模式，同时一个或多个其他设备在发射模式下操作。例如，根据循环期间的序列将设备切换到检测模式可涉及逐个、逐双地或根据任何其他型式将多个设备切换到检测模式。在一些实施方案中，多个设备中的每个在循环期间在检测模式下操作至少一次。在一些实施方案中，多个设备中的一些而不是全部在循环期间在检测模式下操作。在一些实施方案中，多个设备中仅一个在循环期间在任何特定时间段在检测模式下操作。在其他实施方案中，多个设备中的两个或更多个在循环的至少一个时间段期间同时在检测模式下操作。
在检测模式下操作的每个设备感测由同时在发射模式下操作的多个设备中的至少一个发射的辐射。在检测模式下操作的每个设备响应于感测的辐射而生成信号。
本文公开的系统提供用于消毒的光子发射的平均水平，如果全部设备正在发射，则用于消毒的光子发射的平均水平为最大可能输出的高百分比。在许多具体实施中，每个设备在大部分时间处于发射模式，其中在检测模式下切换的时段仅为操作中总时间的一小部分。另外，设备切换的循环使大部分设备处于发射模式，而一个或几个设备处于检测模式。循环提供了一种系统，其中如果全部正在发射，则用于消毒的UV发射的平均水平是最大可能设备输出的高百分比，例如，取决于循环序列，从约60％到显著更高的百分比。
根据本文公开的方法，设备可用于系统中的多个目的。当设备作为发射器操作时，它们发射杀菌辐射；当设备作为检测器操作时，它们感测作为发射器操作的其他设备的发射。在一些实施方案中，监测作为检测器操作的设备的输出以获得性能和/或可损害系统能力的低发射状况的指示。在一些实施方案中，当在发射模式下操作设备时，设备的输出用于在后续循环中控制设备的操作。
该系统的性能监测方面可用于在系统的寿命期间增强设备的辐射强度的管理。例如，本文描述的发射设备的功率输出通常在其寿命期间减小。这应当要求在寿命终止功率输出下设计系统，这意味着在系统的大部分寿命期间，设备中的一些或全部的UV强度应当高于实现期望的消毒水平所需的UV强度，如由图1A的曲线图所示。系统的性能监测方面可通过例如减少到设备的电流输入来减少过量的强度。减少过量的强度不仅增强能量效率，而且由于设备在较低输入电流下的操作增加设备寿命。性能监测也可在流体的UV透射比暂时下降期间管理功率。在这样的情形下，当流体的UV透射比较低时的输入电流可增加以提供增加的UV强度。
一种循环方法是以规定的顺序型式选择每个设备且将其切换到检测模式。该固定型式在验证系统和设备操作行为时对于消毒可非常有效。来自检测模式下的UVLED的反馈可用于生成信息，该信息可告诉控制器改变序列、循环的重复率，并且/或者隔离/锁定系统的某些设备或部分。循环电路基于所提供的反馈和/或其他输入进行适配的能力提供了智能循环。
图1B是根据一些实施方案的系统100的框图。在该特定的实施例中，系统100包括六个设备D1-D6。设备D1-D6中的每个可包括一个或多个UVLED，当与适当的电路一起使用时，一个或多个UVLED能够发射和检测在波长和强度上为有杀菌力的辐射。在一些具体实施中，设备D1-D6可为多芯片UVLED封装，其中设备D1-D6中的一个或多个可包括容纳在单个设备封装中的2个、3个、4个或更多个UVLED芯片。封装中的UVLED芯片可互连，例如，串联。应当了解，取决于应用，可使用更多或更少的设备。
设备D1-D6通过切换电路120选择性地连接到驱动源125。设备D1-D6的操作由循环电路110和切换电路120控制。循环电路110被配置成生成控制信号的序列，控制信号的序列控制切换电路以实施循环，在该循环期间，设备中的至少一些和驱动源125之间的连接改变。在循环的部分期间，设备D1-D6中的一些以致使设备在发射模式下操作而同时其他设备D1-D6在检测模式下操作的方式连接到驱动源。根据控制的序列，设备在循环期间切换到检测模式。例如，该序列可涉及逐个、逐双地或根据任何其他型式将设备切换到检测模式，而其他设备在发射模式下操作。例如，将UVLED连接到正向偏置源在发射模式下操作UVLED，并且在反向偏置下或在偏置移除模式下将UVLED与适当电路连接在检测模式下操作UVLED。
当作为检测器操作时，每个设备D1-D6响应于由其他设备发射的辐射生成电信号，该辐射落在作为检测器操作的设备的辐射敏感表面上。例如，当设备D1作为检测器操作时，设备D1可感测由设备D2-D6中的一个或多个发射的辐射。系统100包括被连接成检测由设备生成的电信号的检测电路130。在一些实施方案中，系统100包括被配置成分析检测电路130的输出的监测/控制电路140。例如，监测/控制电路140可监测检测电路130的输出，以获得由于灾难性故障和/或设备D1-D6的逐渐劣化而造成的低发射的指示。
如果检测电路输出指示低辐射发射状况或其他异常，则监测/控制电路140可被配置成触发报警。在一些实施方案中，监测/控制电路140可被配置成基于检测电路130的检测输出生成反馈信号。反馈信号可控制驱动源125以增加或减小驱动信号，并且因此增加或减小由设备D1-D6发射的辐射的强度。在一些实施方案中，驱动源125提供一个驱动信号，该驱动信号共同驱动在发射模式下操作的设备中的每个。在其他实施方案中，驱动源125提供多个驱动信号，由此使得每个设备D1-D6可用不同的驱动信号来操作。
在一些实施方案中，监测/控制电路140可被配置成控制循环电路110。例如，基于检测输出，监测/控制电路可改变循环的各种参数，例如，在循环期间切换到检测模式的设备、切换到检测模式的设备的型式(例如，逐个型式、逐双型式等)、设备中的每个的检测时间、循环空闲时间和/或其他循环参数。
图1B示出了可在发射模式和检测模式之间循环的设备D1-D6。应当了解，这样的系统还可包括未被切换且在发射模式或检测模式下连续操作的其他辐射发射设备。
图2A和图2B提供了根据一些实施方案的消毒系统200的电路示意图。在该实施例中，设备D1D6是UVLED，UVLED被配置成发射和检测在波长和强度上为-有杀菌力的紫外线辐射。例如，在一些消毒应用中，紫外线辐射的有用波长范围在200nm和300nm之间。当为正向偏置时，UVLED1-6中的每个作为发射器操作。当为非偏置或反向偏置时，UVLED1-6中的每个作为检测器操作，响应于落在UVLED1-6的辐射敏感表面上的辐射生成电流。
包括晶体管T1-T6、电感器RC1-RC12和开关S1-S12的切换电路被配置成选择性地将UVLED1-6连接到偏置源223，或者选择性地使UVLED1-6从偏置源223断开连接。包括微处理器224的循环电路被配置成在输出1-6上生成控制信号的序列。根据控制信号的序列，控制信号在循环期间使UVLED1-6中的至少一些在发射模式和检测模式之间循环。在图2B中，设备D1被示为切换到检测模式，并且设备D2-D6被示为切换到发射模式。
偏置源223用于正向偏置UVLED1-6。开关S1-S12由循环电路224控制，以选择性地改变UVLED1-6和偏置源223之间的连接。
图2A和图2B所示的系统示出了可选择性地连接以由单个偏置源223(例如，恒定电流源)驱动的UVLED1-6。在该情形下，由偏置源223提供的电流在被切换到发射模式的UVLED之间均分。在该实施例中，这些发射UVLED并联连接。当在该切换方案中相同数量的设备处于发射模式时，例如，五个发射设备和一个检测设备，通过每个UVLED的电流将大致相同。
如果在发射模式下操作更少的设备，则如果可期望通过独立UVLED的电流为未改变的或保持低于某个限制，则可调整恒定电流源输出电流。
根据一些具体实施，使用多个偏置源(例如，多个恒定电流源)，使得每个设备(或设备组)与单独的偏置源相关联。应当了解，每个设备可包括一个UVLED或并联和/或串联连接的多个UVLED。如果每个设备可通过单独的设备“通道”连接到单独的偏置源，则每个设备通道与其他设备通道中的电流改变隔离。如果期望，则每个设备可设定成不同的偏置电流。将每个设备设定成不同的偏置电流可为有用的，例如，以适应消毒室中的不同区域和/或适应处于不同劣化状态的设备。
在该特定实施方案中，开关S1-S12被电磁激活，以将功率相对高的偏置源223与切换电路的功率相对较低的部件(例如，微处理器224和晶体管T1-T6)电隔离。可使用替代的切换控制方法诸如光学激活开关取代磁激活开关，以提供系统的功率相对较高和较低的部件之间的电隔离。
在所示的实施例中，当UVLED1-6通过开关S1-S12连接到偏置源223时，UVLED1-6被正向偏置，并且在发射模式下操作。当UVLED1-6从偏置源223断开时，UVLED1-6是非偏置的，并且在检测模式下操作。开关S1、开关S3、开关S5、开关S7、开关S9、开关S11操作以将UVLED1-6的阳极连接到偏置电流源223的正极端子，或者使UVLED1-6的阳极从偏置电流源223的正极端子断开。开关S2、开关S4、开关S6、开关S8、开关S10、开关S12操作以将UVLED1-6的阴极连接到偏置电流源223的负极端子，或者使UVLED1-6的阴极从偏置电流源223的负极端子断开。
循环电路224根据将UVLED1-6中的至少一些的操作从发射模式改变为检测模式的序列来控制切换电路，以将偏置源223连接到UVLED1-6，或者使偏置源223从UVLED1-6断开。UVLED1-6可一次一个地和/或根据任何型式连接到偏置源或者从偏置源断开。在该特定具体实施中，在循环期间切换UVLED1-6的模式的序列以及循环的各个时段的时序由微处理器224控制。微处理器224的输出1-6分别通过电阻器连接到作为半导体开关操作的晶体管T1-T6的基极。晶体管T1-T6的集电极分别通过电感器RC1-RC12连接到用于切换控制电路的电源的正电压(在图2A中指示为V+)。晶体管T1-T6的发射极连接到接地。电感器RC1-RC12分别电磁控制开关S1-S12的位置，由此使得当高于预定电平的电流流过电感器RC1-RC12时，开关S1-S12处于第一位置，并且当没有电流或低于预定电平的电流流过电感器RC1-RC12时，开关S1-S12处于第二位置。
使用微处理器输出1作为适用于全部其他输出2-6的实施例，当输出1处于第一状态(例如，“逻辑高”状态)时，晶体管T1导通，致使电流流过电感器RC1和电感器RC2。通过电感器RC1和电感器RC2的电流分别操作开关S1和开关S2，致使开关S1、开关S2将UVLED 1的阳极和阴极从偏置源223断开。当输出1处于第二状态(例如，“逻辑低”状态)时，晶体管T1截断，并且最小电流流过电感器RC1和电感器RC2，致使开关S1和开关S2将UVLED 1的阳极和阴极连接到偏置源223。如图2A所示，当通过电感器RC1-RC12的电流突然减少时，反激型二极管FD1-FD6可用于减少在电感器RC1-RC12上看到的突然的电压峰值。
当UVLED为非偏置或反向偏置时，UVLED可像光伏电池一样作用，当连接到适当的电路时，UVLED响应于落在UVLED的辐射敏感表面上的辐射生成电流。在图2A和图2B所示的实施方案中，系统200的检测电路包括跨阻抗放大器电路230，跨阻抗放大器电路230被配置成将由UVLED检测器生成的电流转换成检测输出电压Vd。图2A示出了当切换到检测模式时其中UVLED没有施加的偏置电压的配置。可通过在跨阻抗放大器230的负输入处使用上拉电阻器来施加反向偏置。
跨阻抗放大器230的输出Vd可连接到微处理器224的输入。微处理器可分析跨阻抗放大器的输出，以检测作为发射器操作的UVLED的状况，例如，低辐射发射状况。微处理器224可在检测到低辐射发射状况之后触发报警。在一些实施方案中，微处理器可被配置成基于检测输出Vd的分析来生成反馈信号。反馈信号可致使由偏置源通过UVLED提供的正向偏置电流的量的增加或减小，从而增加或减小UVLED的辐射强度输出。
本文描述的实施方案可用于将水或其他流体消毒的系统中，并且也可用于将结构消毒，诸如与流体接触的表面。在一些应用中，该系统可用于喷嘴、喷管、管道、水冷却器的水龙头、苏打水分配机器、冰箱水分配器等等结构的消毒。
发射和检测设备可以各种方式布置，以将结构和/或流体消毒。图3示出了被配置成包含流体的结构310(例如，管道、喷嘴或其他此类设备)的一部分。沿结构310的一个或多个壁311、壁312布置设备D1-D6，壁311、壁312具有内表面311a、内表面312a和外表面311b、外表面312b。结构310的壁311、壁312的至少一个或多个部分对于由设备D1-D6发射的辐射是透明的。当作为发射器操作时，设备D1-D6通过透明壁311、透明壁312且通过结构310的内部315发射杀菌辐射。杀菌辐射可将壁311、壁312的内表面311a、内表面312a和外表面311b、外表面312b中的一个或两个消毒。当结构310的内部315包含流体时，杀菌辐射可将流体以及表面311a、表面311b、表面312a、表面312b中的一个或多个消毒。
循环电路(在图3中未示出、但先前结合图1和图2讨论过)可被配置成生成控制信号的序列，以控制开关以将设备D1-D6在发射模式和检测模式之间切换。图3示出了在循环期间的时间点处的设备D1-D6的操作状态。在循环的时间点处，设备D2-D6在发射模式下操作，并且设备D1在检测模式下操作。由设备D4-D6发射的辐射透射到设备D1的辐射敏感表面，如由箭头394-396所指示。来自设备D2和设备D3的辐射(例如，由箭头392和箭头393指示的反射辐射)可到达设备D1的辐射敏感表面。辐射行进通过结构310的透明壁311、透明壁312且通过结构310的内部315。设备D1响应于落在设备D1的辐射敏感表面301上的由设备D2-D6中的一个或多个发射的辐射生成电流。可能由设备D2和设备D3发射的一些辐射到达D1的辐射敏感表面301，从而对由D1生成的电流有贡献。然而，在许多具体实施中，设备D1-D6的布置应当导致来自设备D4-D6的辐射主要对由D1生成的电流有贡献。在一些实施方案中，系统包括屏蔽件，使得设备D4-D6与环境辐射屏蔽，以增加由D1响应于由D4-D6发射的辐射而生成的信号的信噪比。
图4示出了设备D1-D6，设备D1-D6被布置成将至少部分地反射由设备D1-D6发射的辐射的表面410消毒。当作为发射器操作时，设备D1-D6发射杀菌波长和强度的辐射，杀菌波长和强度的辐射与微生物相互作用，以将表面410和/或设置在设备D1-D6和表面410之间的流体消毒。循环电路(在图4中未示出、但先前结合图1和图2讨论过)可被配置成控制开关，以将设备D1-D6在发射模式和检测模式之间切换。图4示出了在循环期间的时间点处设备D1-D6的操作状态。在循环的时间点处，设备D1、设备D2、设备D4，设备D5、设备D6在发射模式下操作，并且设备D3在检测模式下操作。由设备D1、设备D2、设备D4，设备D5、设备D6发射的辐射(发射的辐射由箭头491a、箭头492a、箭头494a、箭头495a、箭头496a指示)被表面410反射(反射的辐射由箭头491b、箭头492b、箭头494b、箭头495b、箭头496b指示)。反射的辐射落在设备D3的辐射敏感表面403上，并且作为响应，设备D3生成电流。
图5A和图5B提供了实施例时序图，该实施例时序图示出了在循环期间六个设备D1-D6(例如，图2、图3和/或图4所示的设备D1-D6)的模式。图5A和图5B各自示出了表示为循环1的完整的第一循环和表示为循环2的第二循环的一部分。在图5A中，在第一循环期间，设备D1-D6在检测时间td内从发射模式到检测模式逐个地循环。每个设备D1-D6在循环期间在检测时间td内在检测模式下操作。在图5A的实施例中，对于循环1，总循环时间是tc＝6td。在该实施例中，设备D1-D6全部在发射模式下操作的空闲时间(表示为ti)为零。图5A中所示的第一循环和部分第二循环不包括其中全部设备D1-D6正在发射的空闲时间。
在图5B的实施例时序图中，第一循环与图5A的第一循环相同。图5B的第一循环的总循环时间是tc＝6td，其中ti＝0。然而，图5B的第二循环包括在第二循环开始时的空闲时间，因而，对于第二循环，ti≠0。
设备例如UVLED切换到检测模式，在该模式下保持特定时间段，并且然后在其再次切换到检测模式之前(例如，在下一个循环开始时)切换回到发射模式。对于其中存在六个设备且每个设备逐个地切换到检测模式的实施例情形，在图5A和图5B的第一循环中示意性地示出该过程(诸如由曲线图511-516(图5A)和曲线图531-536(图5B)所指示)。在图5A和图5B的第一循环中，检测在整个循环中是连续的，如由在第一循环内的检测信号520、检测信号540所指示。然而，例如，通过在没有设备处于检测模式的循环中具有空闲时间ti(如由图5B的第二循环所指示)，可存在检测是间歇的实施方案。在图5B的第二循环开始时，存在其中全部设备D1-D6正在发射的空闲时间。应当了解，空闲时间可在循环的开始、循环的结束之际存在，并且/或者可包括在循环期间在设备的检测时段之间出现的空闲时间的总和。
一般来讲，循环时间是每个设备的设备检测时间加上空闲时间ti的总和。以数学方式表述，循环时间tc为：其中n为设备的总数，td为特定设备的检测时间，并且ti为空闲时间。设备的接通时间百分比然后变成为：例如，在一些具体实施中，使用六个设备，其中td和ti均等于4s。因此，每个设备的t接通％变成为约86％，即，每个设备在86％的时间内发射。如果ti＝0且每个设备的td相同，则即，每个设备的t接通％仅为n的函数。对于n＝2、3和4，t接通％将分别为50％、67％和75％，即，设备数量越高，每个设备处于发射模式越久。如果ti≠0，则％tON将甚至更高。
注意，循环的各个方面，例如，循环时间、检测时间、空闲时间和/或其他方面可被调整为期望的值。设备中的每个在循环期间不需要具有相同的检测时间，并且/或者在切换到检测模式的设备之间的时间间隔可在循环期间或从循环到循环变化。当在循环期间设备的检测时段相等时，检测时段被称为“规则的”，并且当在循环期间设备中的至少一些的检测时段不相等时，检测时段被称为“不规则的”。切换到检测模式的设备的数量和/或型式(逐个、逐双地等)、设备的检测时间、循环时间、空闲时间和/或其它方面可在循环内和/或从循环到循环变化。
图6是示出根据一些实施方案的操作多个发射和检测设备的方法的流程图。能够发射和检测的多个设备在循环中被操作610，在该循环中，多个设备中的至少一些在每个循环期间顺序切换到检测模式，而其他设备同时在发射模式下操作。当在检测模式下操作时，多个设备中的每个设备感测由在发射模式下操作的多个设备中的至少一个设备发射的辐射。在循环期间在检测模式下操作的多个设备中的每个设备响应于感测的辐射而生成信号。检测响应于感测的辐射的在检测模式下操作的设备的信号620，并且响应于检测的信号而生成用于该循环的检测输出。检测输出指示从在发射模式下操作的设备接收的辐射强度。
基于检测的信号，可实施各种过程。例如，在一些实施方案中，检测信号可触发指示低辐射强度状况的报警631。在一些实施方案中，可生成反馈信号632，该反馈信号增加或减小由设备发射的辐射。
反馈信号允许基于系统需求调整辐射强度。例如，在流体消毒系统中，流体的减小的UV透射比对系统提出增加的需求。如图3所示的布置所示，结构中流体的浊度可致使到达作为检测器操作的一个设备或多个设备的辐射减小。在该情况下，由检测器感测的减小的强度应当致使监测/控制电路增加由作为发射器操作的设备发射的辐射。
图7是示出根据一些实施方案的操作包括多个发射和检测设备的系统(诸如图2A和图2B所示的系统)的方法的流程图。根据序列在循环期间701在检测模式下在短暂的时间内操作设备中的一个或多个705，而在发射模式下操作其他设备。在检测模式下操作的设备感测由作为发射器操作的设备中的一些或全部发射的辐射。检测器响应于感测的辐射生成电流。由检测器生成的电流由检测电路检测710且转换为检测信号Vd。例如，在一些具体实施中，如先前所讨论的，跨阻抗放大器将作为发射器操作的每个UVLED生成的电流转换为检测电压Vd。根据该序列，该设备作为检测器被操作715、720，直到该循环完成。
监测/控制电路可基于检测信号Vd进行各种操作。例如，可监测检测信号，以识别低发射状况。作为另一实施例，当设备作为发射器操作时，正向偏置设备的电流可基于检测信号增加或减小。
在图7的实施方案中，监测/控制电路确定由在检测模式下操作的设备产生的检测信号的平均值725。例如，检测信号Vd的平均值是检测输出的平均值，该检测输出包括当设备在检测模式下操作时来自设备中的每个的贡献。设备1-6的检测输出贡献分别表述为Vd1至Vd6。将检测信号的平均值Vd,avg与平均参考值AVE Vref比较730。如果平均参考值AVE Vref大于Vd,avg，则确定新增加的正向偏置电流If 735。例如，可基于AVE Vref和Vd,avg之间的差值来确定新增加的正向偏置电流的值。如果增加的正向偏置电流小于或等于最大正向偏置电流Ifmax 740，则新正向偏置电流在一个或多个后续循环期间(例如，从下一个循环开始)750被施加到作为发射器操作的设备745。当设备作为发射器操作时，增加的正向偏置电流致使来自设备的发射增加。然而，如果增加的正向偏置电流大于最大正向偏置电流，则触发指示低强度状况的报警755。
如果平均参考值AVE Vref小于或等于Vd,avg，则当作为检测器操作时，将每个设备x贡献的检测输出Vdx与其独立参考值Vrefx进行比较760，例如，其中对于图2、图5A和图5B所示的实施方案，x可为1和6之间的整数。如果对于全部设备，由当作为检测器操作时的设备产生的检测输出Vdx大于其独立参考值Vrefx，则确定新减小的正向偏置电流765，并且在一个或多个后续循环期间(例如，从下一个循环开始)750将新减小的正向偏置电流施加到作为发射器操作的设备745。当设备作为发射器操作时，减小的正向偏置电流致使来自设备的发射减小。
如果当作为检测器操作时由任何设备x贡献的检测输出Vdx小于或等于其独立参考值Vrefx，则为每个设备确定比率Vdx/Vex 770，其中Vex是当设备作为发射器操作时该设备上的电压降。如果对于设备中的每个，比率Vdx/Vex是一致的775，由此使得每个设备的比率Vdx/Vex的循环到循环变化在指定范围内，例如，低于波动参考值，则确定新减小的正向偏置电流765，并且在一个或多个后续循环期间(例如，从下一个循环开始)750将新减小的正向偏置电流施加到作为发射器操作的设备745。当设备作为发射器操作时，减小的正向偏置电流致使来自设备的发射减小。
使用比率Vd/Ve确定设备的运行状况特别有用。当UVLED用作发射器时，在UVLED上将存在特性阈值/导通电压。在该特性阈值/导通电压或以上，UVLED进入其线性操作区域，其中光输出与输入电流成比例。当设备作为发射器操作时设备上的该电压是Ve的基础。如果UVLED温度变得过高(例如)，或者如果UVLED半导体由于缺陷、老化、静电或过度偏置而劣化，则Ve可劣化或不稳定。在一些情形下，当Ve劣化或不稳定时，UVLED无法操作。
当正确配置为检测器时，生成与检测的光强度成比例的输出电流。该电流通过后续跨阻抗和调节电路转换为电压(Vd)。如果存在半导体的劣化，则Vd/Ve的比例受影响。
在运行正常的UVLED中，在Vd和Ve之间应当存在指定的关系。Ve的精确值将随各个UVLED变化，并且可随着正向偏置电流和温度变化，但是对于给定的一组状况将是可预测的。Vd的精确值也可基于状况变化，但是它整体上也是可预测的。
可确定给定设备的Vd/Ve比率，并且该Vd/Ve比率可用于设备运行诊断和性能补偿。即使独立Vd和Ve值随各个设备而不同，该比率也缩放良好，并且对于运行正常的设备中给定的一组操作状况是可预测的。如果设备开始劣化，则检测器模式下的输出电流可减小，因此减少Vd的电平。如果电峰值损坏半导体，则Ve可显著劣化。使用比率方法可识别此类情况。
如果对于设备中的至少一个，比率Vdx/Vex不一致，由此使得至少一个设备的比率Vdx/Vex的循环到循环变化在指定范围之外，例如高于波动参考值，则确定新减小的正向偏置电流If 780，并且在一个或多个后续循环期间(例如，从下一个循环开始)750，将新减小的正向偏置电流If施加到Vdx/Vex比率为一致的设备785。在下一个和/或后续循环期间，对于至少一个不一致的设备，正向偏置电流If不改变(或者可增加)。在后续循环期间，监测具有不一致比率Vdx/Vex的设备790。如果Vdx/Vex比率的变化在后续循环内增加，则这可指示设备劣化，并且可由监测/控制系统生成错误信号。
如上所述，在一些实施方案中，在某时间段期间来自作为发射器操作的多个设备的辐射由作为检测器操作的单个设备检测，并且在该时间段期间，多个设备作为检测器操作。在该情形下，从在该时间段期间由作为发射器操作的全部设备发射的辐射产生由作为检测器操作的单个设备贡献的检测输出。在一些实施方案中，可独立检查每个设备的发射。例如，考虑图3所示的布置。该循环可包括第一时间段，在该第一时间段中，D1作为检测器操作，D4作为发射器操作，并且设备D2、设备D3、设备D5和设备D6不发射辐射，并且从检测电路断开连接，由此使得检测信号Vd仅由D1产生。该循环可包括第二时间段，在该第二时间段中，D2作为检测器操作，D5作为发射器操作，并且设备D1、设备D3、设备D4和设备D6不发射辐射，并且从检测电路断开连接，由此使得检测信号Vd仅由D2产生。该循环可包括第三时间段，在该第三时间段中，D3作为检测器操作，D6作为发射器操作，并且设备D1、设备D2、设备D4和设备D5不发射辐射，并且从检测电路断开连接，由此使得检测信号Vd仅由D3产生。该循环可包括第四时间段，在该第四时间段中，D4作为检测器操作，D1作为发射器操作，并且设备D2、设备D3、设备D5和设备D6不发射辐射，并且从检测电路断开连接，由此使得检测信号Vd仅由D4产生。在该情形下，每个设备的发射输出可由监测电路从检测信号独立确定。
在一些布置中，多个设备可作为检测器操作，其中单个设备作为发射器操作，以使用多个检测器检查单个设备的输出。在一些实施方案中，设备可连接到单独可控制的正向偏置源，使得当设备作为发射器操作时，可将不同的正向偏置电流施加到每个设备。作为另一实施例，由设备中的每个生成的电流可由单独的跨阻抗放大器(或其他检测电路)检测，或者设备的输出可由多路复用器时分多路复用到单个检测电路，从而允许单独检测在相同时间段期间作为检测器操作的每个设备的独立输出。
在一些实施方案中，在不同时间段(或相同时间段)期间由作为检测器操作的第一相邻设备和第二相邻设备生成的电流可用于作为检测器的彼此交叉检查。应当预期的是，类似构造的相邻设备应当响应于相同的辐射强度产生类似的电流，并且/或者作为检测器操作的两个相邻设备的输出电流应当在相同的辐射状况下保持可重复。第一设备的输出相对于第二设备的输出的改变可指示第一设备的劣化。
在一些情形下，区分发射器的逐渐劣化和急剧劣化(例如，灾难性故障)可为有用的。可随时间推移监测和/或存储检测输出的循环到循环平均值。除此之外或另选地，可随时间推移监测和/或存储每个独立设备的检测输出贡献的循环到循环值。当随时间推移在检测信号的平均值中存在逐渐减小和/或随时间推移在检测输出中的一个或多个中存在逐渐减小时，可检测到逐渐劣化。当检测到具有大于预定量的量值的减小时，可检测到急剧劣化。
实施例
实验方法
构建了实验装置来演示性能监测系统的工作。该装置由UVLED1-6、电路和仪器组成，UVLED1-6如图8所示安装在组件中，电路(参见图2A和图2B)包括用于向UVLED供电的恒定电流源，仪器用于测量和记录检测的信号(例如，示波器)。
如图8所示，该组件包含六个UVLED，该六个UVLED彼此面对地安装，其中熔融石英比色管在其间。UVLED得自晶体IS公司(纽约州特洛伊)(Crystal IS(Troy,NY))，并且在UVC光谱(240nm至280nm)中发射辐射。可用像300mA这么高的电流来驱动UVLED，其中对应的辐射输出高达13mW。比色管可注水，以模仿UV水净化器中UV透射的行为。UVLED借助于导热带安装到散热器上，以便防止它们过热。一小段铝管被放置在UVLED周围，以充当防UV辐射的屏蔽件。
用于举例说明性能监测系统的电路如图2A和图2B所示。该电路有多种用途：a)将恒定电流源提供到UVLED；b)在发射模式和检测模式之间以期望的频率切换UVLED；c)以期望的频率将UVLED逐个地循环到检测模式；以及d)调节由UVLED生成的信号。由恒流电源提供电流源。切换和循环信号由微控制器生成，微控制器可使信号频率变化为期望的值。晶体管T1-T12(2N4401)和簧片开关S1-S12(参见图2A和图2B)用于使低功率微控制器电路与相对高功率电流源电路相连接。由在电流检测模式下操作的UVLED生成的电流信号使用跨阻抗放大器和电容器进行放大和调节，从而给出可期望的输出信号。
示波器用于显示和记录输出信号。UVLED的驱动电流可在电源上设定为期望的值，并且也通过精密电流计量表进行确认。
使用UV分光辐射度计使在跨阻抗电路的输出处的测量的输出信号(Vd)与UV强度(mW/cm2)相关。辐射计传感器逐个地取代每个UVLED，以测量应当落在UVLED上的UV强度，并且记录入射辐射的强度以及光谱。
实施例1：
通过直接使施加到UVLED的驱动(正向)电流变化进行该实验，以确定UV强度(即，辐射度)是否可增加或减小，而没有任何滞后。使用图8的装置，其中分光辐射度计的检测器被设置成取代UVLED4。流到UVLED1的驱动电流在50mA至200mA之间变化，并且图9中示出结果。图9是示出UV强度的曲线图，UV强度由分光辐射度计测量，在连续斜升接着是斜降期间作为UVLED驱动(正向)电流的函数。可看到，由UVLED1发射的测量的UV强度随着驱动电流几乎线性变化。还有，当电流斜升接着是斜降时，UV强度中不存在滞后。此类行为通过改变驱动电流促进应用中UV强度的按需控制。
实施例2：
在该实验中，UVLED1被用作发射器，而UVLED4被用作检测器。流到UVLED1的驱动电流从50mA到200mA变化，并且在跨阻抗放大器的输出处测量由UVLED4生成的信号电压。在图10中示出结果，图10示出了测量的UV强度和信号电压，测量的UV强度和信号电压在UVLED4处于检测模式的情况下作为流到UVLED1的驱动电流的函数。图10显露信号电压随着驱动电流增加，类似于针对UV强度所见。该数据证实了在检测UVLED时入射的UV强度越高，其生成的输出信号就越高。
实施例3：
对其他UVLED重复实施例2的实验，以证实UVLED1能够作为检测器的功能是普遍的，并且因而实施例2的实验也可扩展到其他UVLED。为此，UVLED 5和UVLED 6分别置于检测模式，而UVLED 2和UVLED 3分别置于发射模式。在图11中示出所得的数据，图11提供测量的信号电压作为不同UVLED的驱动电流的函数。图11显露测量的信号电压随着驱动电流增加。然而，由于UVLED的构造、功率(额定功率以及随着使用的衰减)以及在本实验中它们彼此对准的固有(晶体结构、缺陷等)差异，来自不同UVLED的电压可不同。
实施例4：
仅用作为发射器的一个UVLED以及作为检测器的另一个UVLED进行上述实验。在具有切换和循环模式的情况下，用作为发射器和检测器同时工作的多个UVLED完成该实验。比色管中无水。每个UVLED的驱动电流设定为50mA。每个UVLED的检测时间设定为4秒，对于6个UVLED总计24秒。空闲时间也是4秒，从而给出28秒的总循环时间。记录数据四次，以确认可重复性。图12中示出如在跨阻抗放大器的输出处测量的输出信号。图12指示，当全部UVLED正在发射时，输出信号为低(标记为“参考”)，输出信号值为约0.34V。一旦UVLED1切换到检测模式，输出信号就立即增加，并且快速衰减到稳定在约4V的稳态值。接下来，将UVLED2切换到检测模式，并且输出信号以类似的方式表现，以给出约2V的稳态值，依此类推，直到全部剩余的UVLED逐个地切换到检测模式，从而当输出信号回落到参考值时完成完整的循环。
实施例5：
该实验类似于实施例4中描述的实验，不同的是它在比色管中有水的情况下进行。在图13中示出在跨阻抗放大器的输出处测量的输出信号。每个UVLED的驱动电流设定为50mA。图13所示的输出信号指示输出信号的总体行为非常类似于实施例4所述，从而表明当居间介质是水时，本发明中公开的概念同样适用。
实施例6：
该实验与实施例4中所述的实验相同，不同的是UVLED的驱动电流设定为100mA。图14示出了在跨阻抗放大器的输出处测量的输出信号。图14所示的输出信号指示总体行为保持类似于实施例4和实施例5所述，但是由于驱动电流较高，所以振幅整体上较高。
实施例7：
该实验与实施例6中所述的实验相同，不同的是比色管注了水。图15示出了在跨阻抗放大器的输出处测量的输出信号。图15所示的输出信号指示在不同的驱动电流下以及在比色管中有水或无水的情况下总体行为是一致的和可重复的。本文公开的方法已经以涉及UV消毒(例如，UV水净化)的设备、系统和方法有所描述，但也适用于包括被配置成既发射辐射、又检测辐射的设备的其他系统中的性能监测。该系统同时使用一些设备作为辐射发射器，同时使用其他设备作为辐射检测器。当UVLED被用作辐射发射/检测设备时，通过在正向偏置和从驱动源断开连接或以反向偏置配置连接之间切换UVLED，每个UVLED可作为发射器或检测器操作。由该设计产生的特征包括：a)不需要用于强度监测的专用传感器，这降低了成本；b)由于每个设备也可用作辐射传感器，所以冗余被构建到系统中，因此提高产品可靠性；c)从通过设备生成的强度反馈可主动管理产品操作状况(例如，驱动电流)；d)通过测量来自多个位置的强度可减少误报警。本文公开的实施方案涉及辐射发射和检测设备，例如，LED或UVLED，以及可用于水消毒空间之内和之外的产品中的操作电路。
本文所公开的项目包括：
项目1.一种系统，包括：
多个设备，该多个设备在辐射发射模式和辐射检测模式下操作，设备中的每个被配置成发射和检测在波长和强度上为有杀菌力的辐射；
至少一个驱动源，多个设备中的每个被配置成当以正向偏置配置连接到驱动源时在发射模式下操作，并且当从驱动源断开连接时或当以反向偏置配置连接到驱动源时在检测模式下操作；
切换电路，该切换电路连接到设备中的每个且连接到驱动源；
循环电路，该循环电路被配置成生成控制信号的序列，控制信号的序列控制切换电路在循环中改变设备到驱动源的连接，在该循环中，多个设备中的一个或多个切换到检测模式，并且感测由同时在发射模式下操作的多个设备中的一个或多个发射的辐射，在检测模式下操作的每个设备响应于所感测的辐射而生成信号；以及
检测电路，该检测电路被配置成检测在检测模式下操作的设备的信号，并且响应于所检测的信号而生成检测输出。
项目2.根据项目1所述的系统，其中循环电路被配置成切换每个设备以在该循环期间在检测模式下操作至少一次。
项目3.根据项目1至项目2中任一项所述的系统，其中循环电路被配置成切换多个设备中的一些而不是全部，以在该循环期间在检测模式下操作。
项目4.根据项目1至项目3中任一项所述的系统，其中循环电路被配置成逐个地切换多个设备，以在该循环期间在检测模式下操作。
项目5.根据项目1至项目4中任一项所述的系统，其中在每个循环期间，在检测模式下操作的每个设备被布置成感测由在发射模式下操作的两个或更多个设备发射的辐射。
项目6.根据项目1至项目5中任一项所述的系统，其中设备在该循环期间在检测模式下操作的时间段有差异。
项目7.根据项目1至项目6中任一项所述的系统，其中：
循环电路包括执行编程指令的微控制器；并且
检测电路包括跨阻抗放大器。
项目8.根据项目1至项目7中任一项所述的系统，还包括监测/控制电路，该监测/控制电路被配置成将检测输出与预定阈值进行比较，并且响应于低于预定阈值的检测输出生成警报。
项目9.根据项目1至项目8中任一项所述的系统，其中：
在该循环期间在发射模式下操作的每个设备对检测输出有贡献；
并且
监测/控制电路被配置成：
确定检测输出的平均值；
将平均值与平均参考值进行比较；以及
响应于平均参考值与平均值不同而生成在后续循环期间改变驱动源的驱动信号的反馈信号。
项目10.根据项目9所述的系统，其中监测/控制电路被配置成：
将驱动信号与最大驱动信号进行比较；以及
响应于驱动信号大于最大驱动信号而触发警报。
项目11.根据项目10所述的系统，其中监测/控制电路被配置成：
将由每个设备贡献的检测输出与设备的参考值进行比较；以及
响应于由设备中的至少一个贡献的检测输出与至少一个设备的参
考值不同而生成改变驱动源的驱动信号的反馈信号。
项目12.根据项目1至项目11中任一项所述的系统，其中在该循环期间在发射模式下操作的每个设备对检测输出有贡献；并且
监测/控制电路被配置成：
使用由设备贡献的检测输出来确定在该循环期间在检测模式下操作的每个设备的波动；以及
响应于设备中的至少一个的波动低于波动参考值而生成在后续循环期间改变驱动源的驱动信号的反馈信号。
项目13.根据项目12所述的系统，其中监测/控制电路被配置成响应于设备的波动高于波动参考值而监测设备的波动的改变。
项目14.根据项目1至项目13中任一项所述的系统，其中设备被布置成使得由在发射模式下操作的至少一个设备发射的辐射从一个或多个表面朝向在检测模式下操作的设备反射。
项目15.根据项目1至项目14中任一项所述的系统，其中设备被布置成使得在检测模式下操作的设备检测由在发射模式下操作的至少一个设备发射的辐射，其中辐射透射通过被配置成包含流体的一个或多个容器。
项目16.一种方法，包括：
通过生成控制信号的序列在循环中操作被配置成发射和检测在波长和强度上为有杀菌力的辐射的多个设备，控制信号的序列在循环期间将多个设备中的一个或多个切换到检测模式；
当在检测模式下操作时，多个设备中的每个设备感测由同时在发射模式下操作的多个设备中的一个或多个发射的辐射，并且响应于所感测的辐射而生成电信号；以及
检测在检测模式下操作的设备的电信号，并且响应于所检测的电信号而生成检测输出，检测输出指示在该循环期间由在检测模式下操作的设备感测的辐射的强度。
项目17.根据项目16所述的方法，其中操作多个设备包括在该循环期间将多个设备中的每个设备切换到检测模式至少一次。
项目18.根据项目16至项目17中任一项所述的方法，其中操作多个设备包括切换多个设备中的一些而不是全部，以在该循环期间在检测模式下操作至少一次。
项目19.根据项目16至项目18中任一项所述的方法，其中操作多个设备包括逐个地切换设备，以在该循环期间在检测模式下操作。
项目20.根据项目16至项目19中任一项所述的方法，还包括：
将检测输出与预定阈值进行比较；以及
响应于检测输出低于预定阈值而生成警报。
项目21.根据项目16至项目20中任一项所述的方法，其中在所述循环期间在发射模式下操作的每个设备对检测输出有贡献，并且还包括：
确定检测输出的平均值；
将平均值与平均参考值进行比较；以及
响应于平均参考值与平均值不同而生成增加或减小由在后续循环期间在发射模式下操作的设备发射的辐射的强度的反馈信号。
项目22.根据项目21所述的方法，其中：
响应于平均参考值大于平均值，反馈信号在后续循环期间改变驱动源的驱动信号；以及
还包括：
将驱动信号与最大驱动信号进行比较；以及
响应于驱动信号大于最大驱动信号而触发警报。
项目23.根据项目16至项目22中任一项所述的方法，其中在该循环期间在发射模式下操作的每个设备对检测输出有贡献，并且还包括
当设备在该循环期间在检测模式下操作时，使用由设备贡献的检测输出来确定在该循环期间在检测模式下操作的每个设备的波动；以及
响应于设备中的至少一个的波动低于波动参考值而生成在后续循环期间改变由在发射模式下操作的设备中的至少一个发射的辐射的强度的反馈信号。
项目24.根据项目23所述的方法，还包括响应于设备的波动高于波动参考值而监测多个设备中的至少一个的波动的改变。
项目25.一种系统，包括：
多个设备，该多个设备被配置成在发射模式和检测模式下操作，设备中的每个被配置成发射和检测在波长和强度上为有杀菌力的辐射；
至少一个驱动源，多个设备中的每个被配置成当以正向偏置配置连接到驱动源时在发射模式下操作，并且当从驱动源断开连接时或当以反向偏置配置连接到驱动源时在检测模式下操作；
切换电路，该切换电路连接到多个设备中的每个且连接到驱动源；
循环电路，该循环电路被配置成生成控制信号的序列，控制信号的序列控制切换电路在循环中改变设备到驱动源的连接，在该循环中，多个设备中的一个或多个切换到检测模式，并且感测由同时在发射模式下操作的多个设备中的一个或多个发射的辐射，在检测模式下操作的每个设备响应于所感测的辐射而生成信号；
检测电路，该检测电路被配置成检测在检测模式下操作的设备的信号，并且响应于所检测的信号而生成检测输出。以及
监测/控制电路，该监测/控制电路被配置成监测用于低辐射强度状况的检测输出，循环电路和监测/控制电路实施为执行编程指令的微处理器。
上面讨论的实施方案的各种修改和更改对于本领域中的技术人员将是显而易见的，并且应当理解，本公开不限于本文所阐述的例示性实施方案。除非另外指明，否则读者应当假设一个公开的实施方案的特征也可应用于全部其它公开的实施方案。