專利名稱：使用物體檢測的實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致地涉及控制實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜的通風(fēng)，更具體地涉及一種裝置，用于確定實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜內(nèi)物體的存在及其位置，并根據(jù)確定的這些物體的存在及其位置來控制經(jīng)過通風(fēng)柜的氣流。
通風(fēng)柜用于各種實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，以提供在其中使用具有潛在危險(xiǎn)的化學(xué)物質(zhì)的工作區(qū)，該通風(fēng)柜包括在其前面具有可移動門的罩體，該罩體可不同程度地打開以使人可進(jìn)入罩體的內(nèi)部進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等。罩體一般與抽除有毒氣體的排氣系統(tǒng)接通，于是當(dāng)人在通風(fēng)柜內(nèi)工作時(shí)不受有毒氣體的影響。這些通風(fēng)柜的窗格門設(shè)計(jì)成垂直或水平打開，門的位置通常是指窗格的位置。
控制經(jīng)過罩體的氣流的控制器近年來變得更加復(fù)雜，從而能更精確地維持所需要的氣流特性，以根據(jù)通風(fēng)柜開口所需的平均面速度的變化來有效地排放罩體內(nèi)的氣體。該平均面速度通常定義為由通風(fēng)柜每平方英尺的開口表面積進(jìn)入通風(fēng)柜的氣流量，開口表面積的尺寸取決于一個(gè)或多個(gè)窗格門(通常只表示為“窗格”)的位置，以及在大多數(shù)罩體中當(dāng)一個(gè)門或多個(gè)門關(guān)閉時(shí)提供的旁路開口的大小。
該通風(fēng)柜由包括一個(gè)排風(fēng)機(jī)的排氣系統(tǒng)進(jìn)行排氣，該排風(fēng)機(jī)通常能夠以不同速度驅(qū)動以增加或減少通風(fēng)柜的氣流來補(bǔ)償開口或表面的大小變化?；蛘撸部砂褑蝹€(gè)排風(fēng)機(jī)與排氣總管道相連，該單個(gè)排風(fēng)機(jī)可以是能以不同速度驅(qū)動的排風(fēng)機(jī)或者不是，而排氣總管依次與多個(gè)通風(fēng)柜的各個(gè)管道相連，在各個(gè)管道中可裝有氣流調(diào)節(jié)器以控制各個(gè)管道中的氣流，從而調(diào)節(jié)氣流以維持所需要的平均面速度。
為使安裝有通風(fēng)柜的實(shí)驗(yàn)室有足夠的安全，必須從通風(fēng)柜內(nèi)排放最小流量的空氣，而通風(fēng)柜必須含有相當(dāng)體積的空氣。當(dāng)然，空氣來自安裝有通風(fēng)柜的房間，因?yàn)槿嗽趯?shí)驗(yàn)室中工作，空氣一般具有比較舒適的溫度。供給實(shí)驗(yàn)室的回風(fēng)通常是室外的空氣，必須根據(jù)氣候條件加熱或冷卻，而這種溫度調(diào)節(jié)需要很高的成本。
近年來裝有實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜設(shè)備的建筑物主所承擔(dān)的巨大能源費(fèi)用引起了重視，并且對通風(fēng)柜控制器的設(shè)計(jì)和操作以及對實(shí)驗(yàn)室房間控制器做了改進(jìn)，以降低涉及實(shí)驗(yàn)室能源需要的工作費(fèi)用，而又同時(shí)保證工作在其中的人們的安全。
在進(jìn)行的改進(jìn)中有傳感裝置的使用，該傳感裝置用于檢測實(shí)驗(yàn)室中是否有人存在，當(dāng)人不在實(shí)驗(yàn)室中的時(shí)候，就降低通過通風(fēng)柜排放的氣流量。這可通過使用各種運(yùn)動探測器檢測實(shí)驗(yàn)室中是否有人來完成。用其它技術(shù)可檢測房間的燈是否開著，假定如果燈關(guān)著則沒有人在。確定在房間里沒有人時(shí)，就觸發(fā)經(jīng)過通風(fēng)柜的氣流減小，這必然減小需要的空氣供應(yīng)量，并降低調(diào)節(jié)供應(yīng)空氣的能源費(fèi)用。該減小量隨著使用者的不同而變化，可達(dá)到給定面速度的正常氣流的50％到60％。
盡管上述技術(shù)根據(jù)對房間中是否有人的狀態(tài)的檢測有效地減少了氣流量，并它并不涉及通風(fēng)柜本身之中的其它狀態(tài)，而這些狀態(tài)可很好地用于節(jié)省和這些通風(fēng)柜的工作有關(guān)的能源費(fèi)用。
所以，本發(fā)明的主要目的是提供一種改進(jìn)的通風(fēng)柜控制器，該控制器可通過檢測通風(fēng)柜內(nèi)物體的存在并相應(yīng)地調(diào)節(jié)氣流來有選擇地控制經(jīng)過通風(fēng)柜的氣流，以節(jié)省能源費(fèi)用。
本發(fā)明的另一個(gè)重要的目的是提供一種改進(jìn)的通風(fēng)柜控制器，該控制器可通過檢測通風(fēng)柜內(nèi)物體的位置并相應(yīng)地調(diào)節(jié)氣流來有選擇地控制經(jīng)過通風(fēng)柜，以節(jié)省能源費(fèi)用。
本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的是提供這樣一種改進(jìn)的控制器，如果在通風(fēng)柜內(nèi)部沒有檢測到物體時(shí)，這表明沒有危險(xiǎn)氣體存在，該控制器用于自動地減小經(jīng)過通風(fēng)柜的氣流。本發(fā)明的一個(gè)次要目的是提供這樣一種控制器，如果在通風(fēng)柜內(nèi)沒有檢測到物體時(shí)，該控制器可使氣流減小到實(shí)際上可能沒有氣流的最小流量。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供這樣一種控制器，該控制器包括位于通風(fēng)柜附近的傳感裝置，以使傳感裝置可用于檢測通風(fēng)柜內(nèi)物體的存在。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供這樣一種控制器，該控制器包括用于檢測通風(fēng)柜內(nèi)物體位置的傳感裝置，因而可對氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以在減小氣流以降低前面討論過的附加費(fèi)用的同時(shí)又提供足夠的安全。
在參照附圖的同時(shí)閱讀本發(fā)明下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它目的將變得更加明顯。附圖中

圖1是本發(fā)明裝置的方框示意圖，同時(shí)示出了與本發(fā)明連在一起的用于加熱、通風(fēng)和空調(diào)監(jiān)視的房間控制器以及大樓的控制系統(tǒng)；圖2是示出了與操作面板連接在一起的通風(fēng)柜控制器的方框圖，其中操作面板以正視圖示出。
圖3是具有垂直操作窗格門和位于前表面正上方的旁路通口的典型通風(fēng)柜正面的示意圖；圖4是具有水平操作的窗格門的典型通風(fēng)柜正面的示意圖；圖5是大致沿圖4中線5-5的剖面圖；圖6是具有本發(fā)明的物體傳感裝置的通風(fēng)柜正面的示意立方圖；圖7是一組窗格門位置指示轉(zhuǎn)換裝置的電學(xué)示意圖；圖8是窗格門位置轉(zhuǎn)換裝置的剖面圖；圖9是確定通風(fēng)柜的窗格門位置的電路示意圖；圖10是示出了圖10a、10b、10c、10d和10e之間相對位置的方框圖，這些圖一起組成了本發(fā)明的通風(fēng)柜控制器裝置的電路示意圖；當(dāng)把圖10a、10b、10c、10d和10e連在一起時(shí)，組成了本發(fā)明的通風(fēng)柜控制器裝置的電路示意圖。
通常應(yīng)當(dāng)知道，通風(fēng)柜控制器控制經(jīng)過該通風(fēng)柜的氣流，其方式使通風(fēng)柜整個(gè)開口的有效尺寸，包括沒有被一個(gè)或多個(gè)窗格門遮蓋的開口部分，對流向通風(fēng)柜的空氣具有比較恒定的平均面速度。這意味著不管未遮蓋開口的面積如何，未遮蓋部分的每單位表面積有平均體積的空氣將流進(jìn)通風(fēng)柜。因?yàn)榭諝庖恢绷飨蛲L(fēng)柜，而從排放管道中流出，這樣避免了實(shí)驗(yàn)室里的人受到有毒氣體等的影響，這種氣流優(yōu)選地控制在可變化的預(yù)定速率，通常在未遮蓋開口有效表面積每平方英尺每秒大約60到150立方英尺之間。
概括地說，本發(fā)明涉及通風(fēng)柜的控制器，其中經(jīng)過通風(fēng)柜的氣流維持在安全工作狀態(tài)，并且減小氣流以盡可能地節(jié)省費(fèi)用。但是節(jié)省費(fèi)用不能以不要安全為代價(jià)，安全是最重要的。該控制器包括檢測在通風(fēng)柜內(nèi)是否有物體的傳感裝置，該控制器用于根據(jù)通風(fēng)柜內(nèi)是否存在物體以及如果存在物體，還根據(jù)該物體的位置來控制經(jīng)過通風(fēng)柜的氣流。如果氣體存在的通風(fēng)柜內(nèi)沒有物體存在，假定這表明沒有有毒氣體，該控制器于是可使通風(fēng)柜內(nèi)的氣流減小到可接受的最小流量。控制器還可用于根據(jù)通風(fēng)柜內(nèi)物體的位置來控制氣流。在這點(diǎn)上，已知如果氣體源越靠近開口，通過通風(fēng)柜開口排出氣體的可能性增加。這樣，如果裝有化學(xué)物質(zhì)等和散發(fā)危險(xiǎn)氣體的燒杯位于通風(fēng)柜內(nèi)部的后邊附近時(shí)，氣體從前面溢出的可能性就減少。情況就是這樣，在不放棄安全的同時(shí)，通風(fēng)柜的氣流可減小到一定程度，此時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)和減少氣流有關(guān)的費(fèi)用節(jié)省。
現(xiàn)在來看附圖，特別是圖1，方框圖示出了與房間控制器22、排放控制器24和主控制臺26連接的幾個(gè)通風(fēng)柜控制器20。通風(fēng)柜控制器20與房間控制器22、排放控制器24和主控制臺26連接在如線條23所示的局域網(wǎng)中，線條23可以是多芯電纜等。房間控制器22、排放控制器24和主控制臺26一般作為大樓主HVAC系統(tǒng)的一部分，而系統(tǒng)中有安裝有通風(fēng)柜的實(shí)驗(yàn)室。通風(fēng)柜控制器20通過線纜30供電，具有經(jīng)過變壓器32等裝置的適當(dāng)電壓。
房間控制器22優(yōu)選的是至少能夠給房間提供變化空氣量的類型，可以是Landis & Staefa，Inc.System 600 SCU控制器。房間控制器22能夠與LAN線纜23接通。該房間控制器在大量資料中常見，并可買到。System 600 SCU控制器的用戶參考手冊第125-1753部分特別在此引入作為參考。
房間控制器22通過線纜81接收從每個(gè)通風(fēng)柜控制器20傳來的信號，該控制器可提供指示通過每個(gè)通風(fēng)柜控制器20排放的空氣體積的模擬信號，還接收從排放氣流傳感器傳來的比較信號，該比較信號指示除了通風(fēng)柜排放部分之外通過主排放系統(tǒng)排放的空氣體積。
參見圖2，圖2示出標(biāo)明了輸入和輸出連接端的通風(fēng)柜控制器20，該通風(fēng)柜20與操作面板34連接?？梢灾烂總€(gè)通風(fēng)柜具有一個(gè)通風(fēng)柜控制器20，并且每個(gè)通風(fēng)柜控制器裝在一個(gè)操作面板上。操作面板34裝在每個(gè)通風(fēng)柜上，并通過線纜36與通風(fēng)柜控制器20連接，該線纜36優(yōu)選地包括八芯的多芯電纜。操作面板具有連接器38，例如6線RJ11型電話線插孔，通過連接器可連接上膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)等裝置，以在最初安裝時(shí)輸入與通風(fēng)柜的結(jié)構(gòu)和操作有關(guān)的信息，或如果需要時(shí)改變某些操作參數(shù)。操作面板34優(yōu)選地安裝在通風(fēng)柜的方便位置，以適于在通風(fēng)柜中工作的人容易觀察到。
通風(fēng)柜控制器的操作面板34優(yōu)選地包括液晶顯示板40，當(dāng)有選擇地驅(qū)動時(shí)，該液晶顯示板40可提供通風(fēng)柜不同工作狀態(tài)的可視指示，包括提供平均面速度的三位數(shù)字42。顯示板40還顯示其它狀態(tài)，比如低面速度、高面速度和緊急狀態(tài)以及控制器失效指示。操作面板可具有聲音警報(bào)44和操作者可在緊急情況時(shí)按下以對通風(fēng)柜排氣的緊急排空開關(guān)46。操作面板具有可用于滿足不同用戶需要的兩個(gè)輔助開關(guān)48，包括白天/晚上的工作模式?？梢韵氲酵砩系墓ぷ髂Ｊ綉?yīng)具有不同的優(yōu)選的是減小的平均面速度，因?yàn)榭赡軟]有人在該區(qū)域工作，這種更低的平均面速度可節(jié)約能量。優(yōu)選地裝有警報(bào)關(guān)閉開關(guān)50以消除警報(bào)。
通風(fēng)柜有許多不同的類型、尺寸和結(jié)構(gòu)，包括那些只有一個(gè)窗格門或多個(gè)窗格門的，窗格門可垂直移動、水平移動，或在兩個(gè)方向上都可移動的。
參見圖3，圖3示出了大致用標(biāo)號60表示的通風(fēng)柜，其中具有垂直操作的窗格門62，該窗格門可移動以進(jìn)入通風(fēng)柜，并可移動到如圖所示的幾乎關(guān)閉的位置。通風(fēng)柜通常設(shè)計(jì)為甚至當(dāng)一個(gè)窗格門，比如窗格門62完全關(guān)閉時(shí)，仍然有一些空氣可通過的開口通向通風(fēng)柜，比如開口63。開口63一般稱作旁路區(qū)，它被確定為在控制進(jìn)入通風(fēng)柜的氣流時(shí)可考慮其作用。某些類型的通風(fēng)柜具有位于窗格門上面的旁路開口，而其它類型位于下面。在一些通風(fēng)柜中，窗格門的第一移動量可增加窗格門底部的開口，如圖3所示，但是當(dāng)窗格門提升時(shí)只是截?cái)嗔伺月烽_口，因此通風(fēng)柜整個(gè)開口的尺寸在大概是窗格門62移動過程的第一個(gè)四分之一移動量中保持相對恒定，而忽略了用于遮蓋旁路區(qū)的隔柵65的一些作用。
其它類型的通風(fēng)柜包括幾個(gè)水平移動的窗格門66，如圖4和圖5所示，該窗格門可在上下一對鄰近的導(dǎo)軌68上移動。當(dāng)窗格門處在如圖4和圖5所示的位置時(shí)，通風(fēng)柜開口完全關(guān)閉，操作者可在水平方向上移動窗格門以進(jìn)入通風(fēng)柜。通風(fēng)柜60和64都具有排氣管道70，該管道一般延伸到可以是前面描述的那種HVAC設(shè)備的排氣系統(tǒng)中。
沒有特別示出的其它組合也是可以的，包括沿通風(fēng)柜寬度方向彼此相鄰安置的多組垂直移動窗格門，兩個(gè)或多個(gè)窗格門可在相鄰導(dǎo)軌上垂直移動，與居民住宅的窗戶差不多。
根據(jù)通風(fēng)柜控制器20的一個(gè)重要方面，它可適于操作如上所述的不同尺寸和結(jié)構(gòu)的通風(fēng)柜，它也可適于用在裝有幾個(gè)通風(fēng)柜并把排氣管道集中到作為大樓HVAC系統(tǒng)一部分的公用排氣總管道中的實(shí)驗(yàn)室中。通風(fēng)柜可以是一個(gè)整裝設(shè)備，而本身有自己的排氣管。在只安裝單個(gè)通風(fēng)柜的情況下，通常這種設(shè)備具有與排氣管相連的用變速電機(jī)驅(qū)動的排風(fēng)機(jī)，因而電機(jī)和排風(fēng)機(jī)的速度可變化地控制以調(diào)節(jié)經(jīng)過通風(fēng)柜的氣流。另外，對于在一個(gè)區(qū)域有多個(gè)通風(fēng)柜，最典型的是每個(gè)通風(fēng)柜的排氣管集中到一個(gè)或多個(gè)較大的排氣總管中，在總管道系統(tǒng)中裝有一個(gè)大排風(fēng)機(jī)。在這種設(shè)備中，通過位于每個(gè)通風(fēng)柜的排氣管中各自的氣流調(diào)節(jié)器可對每個(gè)通風(fēng)柜進(jìn)行控制，從而可通過把與每個(gè)通風(fēng)柜相連的氣流調(diào)節(jié)器放在適當(dāng)?shù)奈恢枚鴮饬鞯淖兓M(jìn)行控制。
通風(fēng)柜控制器適于控制實(shí)際上任何不同類型的可買到的通風(fēng)柜，為此，該控制器具有大量可與用在控制器上的各種傳感器連接的輸入和輸出端(線纜、接頭或插頭這里都認(rèn)為是等效的)。如圖2所示，圖中有數(shù)字輸出或DO端，該端與如前面所述的帶有排氣節(jié)流器的數(shù)字信號/模擬壓力轉(zhuǎn)換器連接，但是如果用這種方式安裝時(shí)，還有為控制變速風(fēng)扇驅(qū)動的模擬電壓輸出端。有五個(gè)窗格門位置傳感器用來測定水平和垂直移動的窗格門的位置，也還有為與排放氣流傳感器49連接而設(shè)的模擬輸入端。還有為緊急開關(guān)而設(shè)的數(shù)字輸入端和為輸出警報(bào)喇叭信號和輔助信號而設(shè)的數(shù)字輸出端。還設(shè)有給房間控制器22提供氣流量信號的模擬電壓輸出端。在某些應(yīng)用中沒有排放氣流傳感器，可采用指示面速度的壁速度傳感器，并提供這種信號的輸入端，但是使用種傳感器一般認(rèn)為是不精確的，因而不是優(yōu)選的實(shí)施例。利用這些各種輸入和輸出端，實(shí)際上任何類型的通風(fēng)柜都可用有效而充分的方式進(jìn)行控制。
為了確定窗格門的位置，在靠近每個(gè)移動窗格門旁裝有窗格位置傳感器，這大致如圖7、圖8和圖9所示。參見圖8，窗格門位置傳感器包括比較簡單地機(jī)械設(shè)計(jì)的細(xì)長的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)80，該機(jī)構(gòu)優(yōu)選地包括比較薄的聚酯基層82，在基層82上印有一條每單位長度電阻為已知常數(shù)的電阻墨水84。還另外設(shè)有聚酯基層86，在其上面印有一條導(dǎo)電墨水88。這兩個(gè)基層82和86通過位于帶條兩端的兩滴粘合劑90相互粘在一起?；鶎觾?yōu)選地大約為千分之五英寸厚，而膠滴大約為千分之二英寸厚，膠滴在導(dǎo)電層88和電阻層84之間提供了空區(qū)。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)80優(yōu)選地通過粘合劑層92加在通風(fēng)柜上。
聚酯材料有足夠的柔性以使一層向另一層移動，從而響應(yīng)于優(yōu)選的彈簧壓縮致動件94而產(chǎn)生接觸，該致動件94由靠近帶條的適當(dāng)窗格門帶動，于是當(dāng)移動窗格門時(shí)，致動件94沿轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)80移動，并在電阻和導(dǎo)電層之間產(chǎn)生接觸，這種接觸然后被將要描述的電路測出，該電路提供可指示致動件94沿轉(zhuǎn)換裝置長度方向的位置的電壓輸出。換句話說，致動件94由窗格門帶動，然后提供指示窗格門位置的電壓。
致動件94優(yōu)選地由彈簧朝轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)80壓縮，于是當(dāng)窗格門移動時(shí)，足夠的壓力加在轉(zhuǎn)換裝置上使兩個(gè)基層壓在一起，于是電阻層和導(dǎo)電層相互有電接觸，如果是這樣的話，就可提供電壓量。通過使轉(zhuǎn)換裝置80具有足夠的長度，可使窗格門如圖3所示具有最大的行程，從而可精確確定窗格門的位置。
應(yīng)當(dāng)理解圖3和圖5中轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)80的示意圖是大致示出的，其中轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)優(yōu)選地實(shí)際上位于窗格門框內(nèi)，從而不象如圖所示是可見的。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的寬度和厚度尺寸小到幾乎不會影響窗格門的操作。致動件94也可位于鉆在窗格門上的小孔內(nèi)，或者從外面固定在其一端，因而它可位于操作轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)80的位置。在圖3和圖6所示的垂直移動的窗格門中，轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)80優(yōu)選地裝在窗格門框的一側(cè)或另一側(cè)，而在具有水平移動窗格門的通風(fēng)柜中，轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)80優(yōu)選地位于軌道68的頂部，這樣移動門的重量不會啟動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)80，否則這會破壞轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。
再來看圖9，圖9示出了產(chǎn)生位置指示電壓的優(yōu)選電路，該電路用于提供指示在同一軌道中兩個(gè)窗格門位置的兩個(gè)分離電壓。根據(jù)圖5中所示的剖面圖，可見有兩個(gè)水平的軌道，每個(gè)軌道承載有兩個(gè)窗格門，每個(gè)軌道上裝有一個(gè)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)80，圖9示出了相應(yīng)的電路，于是可提供如圖所示四個(gè)窗格門各自不同的電壓。
轉(zhuǎn)換裝置優(yōu)選地用粘合劑層92裝在通風(fēng)柜上，致動件94適于在沿長度方向的位置上壓在轉(zhuǎn)換裝置上。參見圖7，示出了一對轉(zhuǎn)換裝置的示意圖，例如對應(yīng)于圖5中的兩個(gè)軌道所用的。每個(gè)軌道上裝有一個(gè)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)80，所示的四個(gè)箭頭表示由致動件94產(chǎn)生的接觸點(diǎn)，這形成加在每個(gè)轉(zhuǎn)換裝置每個(gè)末端的信號，信號的大小代表與最近的箭頭和末端之間的距離成正比的電壓。這樣，單個(gè)的開關(guān)機(jī)構(gòu)80用于提供位于每個(gè)軌道上的兩個(gè)門的位置指示信號。圖9示出了用于產(chǎn)生電壓的電路，包括用于每個(gè)軌道的這些電路之一。電阻元件用84表示，圖中也示出了用兩個(gè)箭頭表示接地的導(dǎo)電元件88，并且表示了由與兩個(gè)單獨(dú)窗格門連接的各個(gè)致動件94在電阻和導(dǎo)電元件之間產(chǎn)生的接觸點(diǎn)。該電路包括運(yùn)算放大器100，放大器的輸出與PNP晶體管102的基極連接，晶體管的發(fā)射極通過電阻器104與正電壓源連接，并與運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端連接，該放大器的正輸入端也與正電壓源連接優(yōu)選大約為5伏。晶體管102的集電極與電阻元件84的一端連接，并具有產(chǎn)生指示窗格門位置的電壓的輸出線106。
驅(qū)動電路用以提供流向電阻元件84的恒定電流，該電流在線纜106上形成與集電極和地之間電阻值成正比的電壓，該電壓隨最近的接觸點(diǎn)沿電阻的變化而變化。運(yùn)算放大器工作使得負(fù)輸入端等于正輸入端的電平，而這一結(jié)果使運(yùn)算放大器輸出端的電流隨電阻條84的有效長度成正比地變化。電路的下面部分以如上所述的同樣方式工作，并同樣在輸出線纜108上產(chǎn)生與電阻元件84的連接端和接觸點(diǎn)之間的距離成正比的電壓，該接觸點(diǎn)由與軌道上另一個(gè)窗格門連接的致動件94產(chǎn)生。
參見通風(fēng)柜控制器的組合電路示意圖，如果分離的圖10a、10b、10c、10d和10e按圖10的方式相互接在一起，則示出了通風(fēng)柜控制器20的整個(gè)電路示意圖。圖10a到10e的電路工作過程就不詳細(xì)描述了。電路通過微處理器驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)控制器控制功能的重要算法將在下文描述。參見圖10c，該電路包括Motorola MC 68HC11微處理器120，其時(shí)鐘為用晶體122產(chǎn)生的8MHz頻率。微處理器具有和三態(tài)緩沖器126(圖10d)連接的數(shù)據(jù)總線124，三態(tài)緩沖器126隨后和可編程只讀存儲器(EPROM)128連接，EPROM128也與數(shù)據(jù)總線124連接。EPROM128具有與三態(tài)緩沖器126連接的從A0到A7的地址線，還具有與微處理器120連接的從A8到A14的地址線。
電路包括3位到8位多路轉(zhuǎn)換器130、數(shù)據(jù)鎖存器132(見圖10d)、數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器134，數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于提供指示經(jīng)通風(fēng)柜排放的空氣體積的模擬輸出，該輸出信息如前面根據(jù)圖2描述的提供給房間控制器22。參見圖10b，RS232驅(qū)動器136用于通過手持端傳輸和接收信息。圖9所示的電路也在整個(gè)示意圖中，即圖10a和10b中示出。其它的元件都是熟知的，故不需要再另外描述了。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)重要方面，并參見圖6，在通風(fēng)柜內(nèi)部具有傳感裝置，在最佳實(shí)施例中傳感器裝置包括至少一個(gè)位于通風(fēng)柜60內(nèi)部一側(cè)的發(fā)光條140，發(fā)光條140具有多個(gè)發(fā)光器142，每個(gè)發(fā)光器用于順著通風(fēng)柜60的底板沿獨(dú)立的路徑發(fā)光，這些光可由位于通風(fēng)柜60另一側(cè)的光檢測條144檢測到。檢測條144優(yōu)選地具有多個(gè)光檢測器146，例如適于檢測沿特定路徑的檢測器和發(fā)光條之間是否存在物體的光敏晶體管。在這方面，發(fā)光條優(yōu)選地包括多個(gè)發(fā)光器，比如發(fā)光二極管，其方向朝著檢測條144上特定的檢測器146。這樣多個(gè)發(fā)光器142的每一個(gè)與一個(gè)光檢測器146對應(yīng)以確定一條光路，用于檢測沿該光路是否存在物體。光檢測器146優(yōu)選地作上標(biāo)記，于是如果在通風(fēng)柜內(nèi)有物體存在時(shí)，有一條或多條光路被打斷，就能確定物體到通風(fēng)柜前端的距離?？刂破骺衫眠@種對物體位置的確定來控制流經(jīng)通風(fēng)柜的氣流。
為了與本發(fā)明一致，可提供垂直導(dǎo)向的發(fā)光條148及垂直導(dǎo)向的光檢測條150，每個(gè)距離通風(fēng)柜60后壁大約2到4英寸內(nèi)放置。這些條以與條140和144基本相同的方式工作，只是被放置來檢測通常放在通風(fēng)柜內(nèi)的架子上的物體是否存在。光路應(yīng)置于略微高于每個(gè)架子的位置，用于檢測可能位于架子上的甚至是很小的物體是否存在。
當(dāng)然，盡管最佳實(shí)施例使用了如上所述的發(fā)光條和光檢測條，應(yīng)當(dāng)知道帶條的使用不是必要的，因?yàn)榘l(fā)光器和光檢測器可單獨(dú)地安裝在通風(fēng)柜的壁上。并且本發(fā)明的范圍除了上面描述的外還包括其它形式的回路，可以包括紅外線回路、激光回路、超聲波回路和其它形式的回路。而且如果需要的話，在地板上，甚至在架子上物體的檢測可通過如圖6用152大致示出的負(fù)載傳感器或測重器來完成。
還應(yīng)當(dāng)知道本發(fā)明的范圍可包括可安裝在通風(fēng)柜里面或外面的如CCD攝像機(jī)的圖象掃描裝置，但是這兩種情況都用于觀察通風(fēng)柜的內(nèi)部，并獲得和分析通風(fēng)柜內(nèi)的圖像?？胀L(fēng)柜的圖象可存儲起來并用于比較以確定通風(fēng)柜內(nèi)的任何工作物體的存在，以及如果它們存在時(shí)確定它們的位置。然后處理裝置可把隨后獲得的圖象與存儲的空通風(fēng)柜的圖象比較并確定在通風(fēng)柜內(nèi)是否有工作物體存在。
盡管經(jīng)過通風(fēng)柜的氣流可通過多種方式控制，但優(yōu)選的方式是如果所有的物體在距離通風(fēng)柜的后壁大約2英寸內(nèi)，就把氣流減小到正常平均面速度的大約50％，如果物體在距通風(fēng)柜的前端大約6英寸內(nèi)，就維持正常的面速度。在距前端6英寸的位置到后端之間面速度的控制可按比例調(diào)節(jié)。又一個(gè)優(yōu)選的是如果光路在通風(fēng)柜前端小于6英寸的位置被隔斷或阻擋時(shí)，可以啟動警報(bào)狀態(tài)。警報(bào)可以是聲音或可視的，或兩者都有。
這也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，即如果檢測器檢測到通風(fēng)柜內(nèi)沒有物體存在，控制器就使氣流減小到最小值狀態(tài)，這可以僅僅是正常平均面速度的10％到20％。盡管氣流可能降到零，但優(yōu)選的是進(jìn)行一定量的空氣交換，而10％到20％就可實(shí)現(xiàn)。
從前面的描述中應(yīng)當(dāng)看出，圖中示出和描述的改進(jìn)的控制器可對流經(jīng)通風(fēng)柜的氣流進(jìn)行專門的控制，其中對于經(jīng)過通風(fēng)柜需要的氣流可提供有效的安全，而在特定檢測條件下減小氣流。減小的氣流導(dǎo)致了和對裝有通風(fēng)柜的房間必須提供的空氣調(diào)節(jié)和更換有關(guān)的節(jié)約。
盡管示出和描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)知道可能使用各種改變、替換和等效方案，本發(fā)明僅由權(quán)利要求書及其等效文字來限定。
本發(fā)明的各種特征將在下面的權(quán)利要求書中陳述。
權(quán)利要求
1.一種控制經(jīng)過通風(fēng)柜的氣流的裝置，該通風(fēng)柜包括至少一個(gè)用于遮蓋通口的可移動窗格門，并與排放通風(fēng)柜內(nèi)的空氣和煙霧的排氣管接通，而排放量由主要經(jīng)過通口的平均面速度來測定。所述裝置包括檢測在通風(fēng)柜內(nèi)的工作物體并產(chǎn)生信號指示通風(fēng)柜內(nèi)工作物體不存在的裝置響應(yīng)所述信號以控制從通風(fēng)柜排放的空氣流量的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述物體檢測裝置包括射線發(fā)射裝置和射線檢測裝置，并位于關(guān)鍵位置以形成至少一個(gè)穿過通風(fēng)柜內(nèi)部的射線回路，所述射線檢測裝置用于在射線回路沒有被隔斷時(shí)產(chǎn)生所述信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于物體檢測裝置形成用于檢測工作物體的存在及其到通口的距離的多個(gè)射線回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述射線發(fā)射裝置包括發(fā)光二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述射線發(fā)射裝置包括紅外線發(fā)生裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述工作物體檢測裝置包括用于檢測位于通風(fēng)柜底部的工作物體的存在的多個(gè)射線回路，還包括用于檢測位于通風(fēng)柜底部之上的架子上的工作物體存在的一個(gè)或多個(gè)附加射線回路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述工作物體檢測裝置包括檢測位于通風(fēng)柜內(nèi)的工作物體重量的裝置，所述工作物體檢測裝置根據(jù)重量檢測裝置檢測到大于預(yù)定閾值的重量而產(chǎn)生所述信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述物體檢測裝置包括超聲波束發(fā)生裝置和超聲波束檢測裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述多個(gè)射線回路用于確定工作物體相對于通風(fēng)柜前端的位置，并產(chǎn)生指示工作物體相對于通風(fēng)柜前端的位置的信號，所述控制裝置用于減小空氣流量，使之與最近的工作物體到通風(fēng)柜前端的距離成正比地從標(biāo)稱平均面速度減小到最小平均面速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述工作物體檢測裝置包括用于拍攝通風(fēng)柜內(nèi)部沒有工作物體時(shí)的第一圖像的攝像機(jī)，存儲所攝第一圖象的裝置，控制所述攝像機(jī)以拍攝另外的圖像、并把這些圖象與第一圖象比較以確定存在的任何工作物體的位置的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通風(fēng)柜控制器,包括檢測裝置,用于檢測通風(fēng)柜內(nèi)物體的存在,并在通風(fēng)柜內(nèi)沒有物體時(shí),減小經(jīng)過通風(fēng)柜的氣流,從而節(jié)省與安裝有通風(fēng)柜的房間調(diào)節(jié)供應(yīng)空氣有關(guān)的能源費(fèi)用。該控制器還可根據(jù)通風(fēng)柜內(nèi)檢測到物體的存在及其位置來調(diào)節(jié)氣流。因?yàn)楫?dāng)物體位于通風(fēng)柜更里面時(shí),氣體泄露的可能性更小,所以與如果物體更靠近窗格門時(shí)所需要的氣流相比,氣流在這種情況下可以減小。
文檔編號F24F7/06GK1201886SQ98104379
公開日1998年12月16日 申請日期1998年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月9日
發(fā)明者S·D·雅各布 申請人:蘭迪斯及斯特法有限公司