JPH04260197A - 光電式煙感知器 - Google Patents
光電式煙感知器Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
に発生する煙を感知する光電式煙感知器に関するもので
ある。
光の散乱を利用した光電式煙感知器が提供されている(
特開昭56−147294号公報、実開昭58−171
591号公報、特開昭60−109189号公報、実開
昭60−13449号公報、実開昭62−20358号
公報等参照)。すなわち、図12に示すように、投光素
子1と受光素子2とを光軸が交差するように配置し、投
光素子1から監視空間に照射された光の煙粒子Pによる
散乱光を受光素子2で受光するように構成したものであ
る。このように構成された光電式煙感知器では、監視空
間に煙粒子Pが存在すれば散乱光が生じることによって
受光素子2での受光量が増大するから、受光素子2での
受光量の大小に応じて煙粒子3の存否を検知できるので
ある。
1個の投光素子1に対して複数個の受光素子2a,2b
を設けたものを提案している。この構成は、散乱光の強
度の角度分布が煙粒子Pの粒径に依存するという理論に
基づくものであり、複数の受光素子2a,2bを設けた
ことによって煙粒子Pの粒径を判定し、異なる粒径を有
した微粒子との識別をするものである。この構成では、
図14に示すように、発光素子1を駆動回路11によっ
て駆動し、図15に示すように間欠的に発光させるよう
になっており、各受光素子2a,2bから出力される受
光信号を受光回路21a,21bで電圧出力に変換した
後、対数増幅回路22a,22bで対数増幅するように
なっている。すなわち、2個の受光素子2a,2bから
出力される受光信号を対数増幅した後に、減算回路23
によって両対数増幅回路22a,22bの出力の差を求
めることにより、両受光素子2a,2bによる受光強度
の比を求めるのである。減算回路23による演算は、発
光素子1の各発光毎に同期するように、発振回路12お
よび論理回路13よりなる発光制御手段によって制御さ
れ、減算回路23による演算結果は、比較回路24より
なる判定手段に入力されて受光強度の比が所定値と比較
されるようになっている。このようにして得られた比較
回路24による判定結果に基づき、信号処理回路25を
通して出力回路26を作動させるのである。
は、受光素子2による受光量の大小に基づいて煙粒子P
の存否を判定するものであるから、監視空間に侵入した
虫による反射光や水蒸気等の他の微粒子による散乱光と
、煙粒子による散乱光との識別ができないものであり、
誤認が生じ易いという問題がある。また感知器の内部で
生じる反射光が受光素子2に常時入射しているものであ
るから、暗雑音が多くなり信号対雑音比を大きくとるこ
とができず、ノイズマージンが小さいという問題がある
。
の粒径を判定しているから、虫による反射光や他の微粒
子による散乱光との識別ができ、しかも、散乱光の強度
の角度分布に基づいて煙粒子Pの存否の判定を行うから
、暗雑音による影響がほとんどないのであって、前者の
構成の欠点はほぼ解消されることになる。一方、複数個
の受光素子2a,2bを用いるものであるから、受光回
路21a,21bや対数増幅回路22a,22bも受光
素子2a,2bと同数必要になるものである。しかしな
がら、受光強度の比を正確に求めるために対数増幅器2
2a,22bの温度特性などを揃えるのは非常に困難で
あるという問題がある。また、散乱光の受光強度は非常
に小さいものであり、たとえば受光素子2a,2bとし
て一般的なフォトダイオードを用いている場合には、検
知すべき最低量の散乱光に対しては数pA程度の出力電
流しか得られないものである。すなわち、受光素子2a
,2bの出力電流は微小であるから、受光回路21a,
21bを低ノイズに設計する必要があり、複数の受光回
路21a,21bを設けるとコスト高につながるという
問題が生じる。
のであり、散乱光によって煙粒子の粒径を識別すること
により、水蒸気等の煙以外の微粒子による散乱光や虫等
による反射光での誤検知を防止するとともに、感知器の
内部での反射光による暗雑音の影響を低減してノイズマ
ージンが大きく取れるようにし、しかも、受光手段を1
つにすることによって、温度特性がよく、比較的安価で
ある光電式煙感知器を提供しようとするものである。
に、請求項1では、監視空間に光を照射する複数個の投
光手段と、監視空間内に煙粒子が存在するときに生じる
散乱光を受光する受光手段と、受光手段から出力される
受光信号に基づいて監視空間内の煙粒子の存否を判定す
る受光信号処理手段と、各投光手段から監視空間に対し
て互いに異なる時刻に光が照射されるように各投光手段
の発光タイミングを設定する発光制御手段とを備え、各
投光手段は、光軸が受光手段の光軸に対してそれぞれ所
定の角度をなすように配置され、受光信号処理手段は、
各投光手段から監視空間に照射される光に対する散乱光
の受光手段による受光強度の比を求める比演算部と、求
めた比に基づいて煙粒子の存否を判定する判定部とを備
えているのである。
比演算部は、受光信号を対数増幅する対数増幅回路と、
対数増幅回路の出力を記憶する記憶回路と、対数増幅回
路の出力と記憶回路の記憶値との差を出力する減算回路
と、発光制御手段による各投光手段の発光タイミングに
同期して一方の投光手段の発光時に対数増幅回路の出力
を記憶回路に入力し、他方の投光手段の発光時に対数増
幅回路の出力を減算回路に入力するように切り換えるス
イッチ要素とを備えているのである。
段の光軸との各交点から各投光手段までの距離が、各投
光手段ごとに異なるように各投光手段を配置しているの
である。請求項4では、各投光手段より監視空間に照射
される光の波長がそれぞれ異なるように設定してある。
の強度の角度分布に基づいて煙粒子の粒径を求め、粒径
が所定の範囲以内であるときに煙粒子が存在すると判断
することができるから、散乱光を生じている煙粒子の粒
径が反映されることになり、煙粒子以外の微粒子による
散乱光や他の物体による反射光と、煙粒子による散乱光
とを識別できるようになり、誤検知を防止することがで
きるのである。また、散乱光の強度の角度分布によって
粒径を判定するから、受光強度の比を求めることができ
ればよいのであって、感知器の内部で生じる反射光など
による暗雑音の影響を受けにくく、ノイズマージンが大
きく取れるのである。さらに、受光手段は1つであるか
ら、受光信号の増幅などを行う回路を複数設ける必要が
ないのであって、複数系統の回路の温度特性を揃えたり
、低ノイズの回路を複数用いたりすることによるコスト
増が抑制されるのである。
って、この構成によれば、対数増幅回路が1つになるか
ら、従来のように複数の対数増幅回路の温度特性を揃え
る必要がなく、設計が容易になるのである。請求項3の
構成では、各投光手段の光軸と受光手段の光軸との交点
までの距離を各投光手段ごとに異なるように設定してい
るのであって、各投光手段から照射された光の散乱光が
受光手段に対してほぼ同じ強度で入射するように距離を
設定しておけば、受光信号処理回路のダイナミックレン
ジを小さくすることができるのであり、設計が容易にな
るのである請求項4の構成では、各投光手段からの照射
光の波長を異ならせているので、各投光手段の光軸と受
光手段の光軸との交差角度を別々に設定することなく、
粒径を判定できることになる。
明の原理について説明する。本発明は、微粒子による散
乱光の強度の角度分布が、照射光の波長および微粒子の
粒径に依存するというMieの散乱理論に基づいてなさ
れている。ここで、パラメータが2個あると扱いにくい
ので、照射光の波長λと、微粒子の粒径Dとを折り込ん
だ粒径パラメータαを、α=πD/λと定義して1つの
パラメータで議論できるようにする。
を0.3、2、5、10と設定した場合の散乱光の強度
の角度分布は、それぞれ図3ないし図6のようになる。 ただし、粒子は水であって屈折率を1.33としている
。また、図中の実線は投光手段の光軸と受光手段の光軸
とを含む平面に垂直な方向の偏光成分のみの強度を示し
、破線は上記平面に平行な方向の偏光成分のみの強度を
示したものである。受光手段の前に偏光フィルタのよう
な偏光成分を抽出する手段を設けない場合には、偏光方
向を考慮する必要がなく、破線と実線との平均値が散乱
光の強度分布になる。
投光手段の光軸に対する受光手段の光軸がなす角度が4
5度である位置と135度である位置との散乱光の強度
の比と、粒径パラメータとの関係を図7に示す。ここに
、粒子は水であって屈折率mを1.33としている。 また、屈折率が異なる場合(m=1.44、m=1.5
5)について、m=1.33の場合と対比できるように
、図8に示している。
る受光手段の光軸のなす角度が20度と50度である場
合の強度の比と、粒径パラメータとの関係を示し、図1
0には、20度と60度である場合の強度の比と、粒径
パラメータとの関係を示している。図9および図10で
は、いろいろな屈折率についての関係を示してあり、屈
折率が変わってもほぼ同じ傾向を示すことがわかる。
光の波長が0.9μmであるときには、粒径パラメータ
の定義式によって、粒径は1.14μmになり、また、
光通信分野において近年用いられている波長1.55μ
mの投光素子によって照射光を得るようにすれば、粒径
は1.97μmになる。煙粒子の粒径は0.1〜1μm
であるから、粒径パラメータを適宜設定し、2箇所で検
知した散乱光の強度の比を求めれば、煙粒子と他の粒子
との識別ができるのである。
系の構成を示す。投光手段は2個設けられ、それぞれ投
光素子1a,1bと投光レンズ3a,3bとにより構成
される。投光素子1a,1bには、発光ダイオード、半
導体レーザ、キセノンランプ等が用いられる。投光レン
ズ3a,3bは集光レンズであって、投光素子1a,1
bからの照射光を煙粒子Pが導入される監視空間に導く
。監視空間に存在する煙粒子Pによって生じる散乱光は
受光手段に入射する。受光手段は、集光レンズである受
光レンズ4と受光素子2とからなる。受光素子2には、
フォトトランジスタ、フォトダイオード、フォトダイオ
ードと受光信号処理回路が一体化された集積回路等が用
いられる。ここに、各投光手段の光軸X1 ,X2 と
受光手段の光軸X0 とは所定の角度をなすように配置
される。
示すように、間欠的に発光するように発光タイミングが
設定されている(aは投光素子1aの発光タイミング、
bは投光素子1bの発光タイミングを示す)。すなわち
、図1(B)に示すように、発振回路12より出力され
るパルスを論理回路13に入力して図2のような2系統
のタイミングパルスを生成するのであって、発振回路1
2と論理回路13とにより発光タイミング制御手段が構
成される。各タイミングパルスは、駆動回路11a,1
1bを通してそれぞれ投光素子1a,1bに入力される
。
は、受光信号処理手段によって処理される。受光信号処
理手段では、受光信号を受光回路21において受光量に
対応した電圧出力に変換した後、対数増幅回路22によ
って対数増幅する。対数増幅回路22の出力は、論理回
路13より出力されるタイミングパルスによって制御さ
れるスイッチ要素27を通して減算回路23と記憶回路
28とに選択的に入力される。たとえば、投光素子1a
が点灯しているときには、対数増幅回路22の出力を記
憶回路28に入力して記憶保持するようにし、投光素子
1bが点灯しているときには、対数増幅回路22の出力
を減算回路23に入力するのである。減算回路23では
、対数増幅回路22の出力が入力されている期間に、記
憶回路28の記憶値との差を演算して出力する。また、
記憶回路28では次の値が入力されると、前の値は消去
されるようになっている。このようにして得られた減算
回路23の出力値は、各投光素子1a,1bが点灯して
いたときの受光素子2での受光強度の比の対数になる。 すなわち、対数増幅回路22、減算回路23、スイッチ
要素27、記憶回路28により、受光量の比を求める比
演算部が構成されるのである。ここにおいて、スイッチ
要素27は、投光素子1a,1bの点灯期間に生じる散
乱光のみが受光側で処理されるようにすることによって
、外乱光による雑音成分を除去するようにしてある。
力され、減算回路23の出力値が、あらかじめ設定され
ている所定の範囲内であるかどうかが判定される。所定
の範囲内であるときには信号処理回路25を介して出力
回路26を作動させる。すなわち、比較回路24は監視
空間における煙粒子の存否を判定する判定部として機能
するのである。ここに、比較回路24の設定値は可変抵
抗VRにより調節可能となっている。
段の光軸X1,X2 と、受光手段の光軸X0 とが1
点で交差するようにし、この交点から各投光手段までの
距離を等しく設定していたが、図3ないし図6によって
明らかなように、光軸X1,X2 と光軸X0 との交
差角度が小さいほど、受光手段での受光強度が大きくな
る傾向がある。2つの交差角度の関係や粒子の粒径にも
よるが、粒径パラメータが4であれば、交差角度が20
度と50度とのときには、図9に示したように、受光量
がほぼ1桁異なることになる。したがって、受光回路2
1、対数増幅器22などには、広いダイナミックレンジ
が要求される。
X2 と光軸X0 との交差角度の小さい方、この例で
は受光手段の光軸X0 に対する交差角度が20度の投
光手段1aを交差角度が50度の投光手段1bよりも交
点から例えば2倍の距離に遠ざける。このようにすれば
、交差角度が20度の投光手段1aに対応する受光素子
2での受光量は遠ざける前に比べて1/4に減少する。 すなわち、各投光素子1a,1bからの照射光に対する
散乱光の受光手段による受光強度がほぼ等しくなるから
、受光回路21、対数増幅回路22に対して広いダイナ
ミックレンジが要求されなくなり、回路設計が容易にな
るのである。
,1bからの照射光の波長を異ならせたものであって、
両投光手段の光軸X1,X2 が受光手段の光軸X0
に対して異なる角度で配置されていない場合でも、粒子
の粒径を求めることが可能になるものである。なお、上
記各実施例において、投光手段の光軸X1,X2 と受
光手段の光軸X0とを同一平面上に配置しているが、必
ずしも同一平面に配置する必要はない。
乱光の強度の角度分布に基づいて煙粒子の粒径を求め、
粒径が所定の範囲以内であるときに煙粒子が存在すると
判断することができるから、散乱光を生じている煙粒子
の粒径が反映されることになり、煙粒子以外の微粒子に
よる散乱光や他の物体による反射光と、煙粒子による散
乱光とを識別できるようになり、誤検知を防止すること
ができるという利点を有する。また、散乱光の強度の角
度分布によって粒径を判定するから、受光強度の比を求
めることができればよいのであって、感知器の内部で生
じる反射光などによる暗雑音の影響を受けにくく、ノイ
ズマージンが大きく取れるのである。さらに、受光手段
は1つであるから、受光信号の増幅などを行う回路を複
数設ける必要がないのであって、複数系統の回路の温度
特性を揃えたり、低ノイズの回路を複数用いたりするこ
とによるコスト増が抑制されるという利点がある。
回路が1つになるから、従来のように複数の対数増幅回
路の温度特性を揃える必要がなく、設計が容易になると
いう利点がある。請求項3の構成では、各投光手段の光
軸と受光手段の光軸との交点までの距離を各投光手段ご
とに異なるように設定しているのであって、各投光手段
から照射された光の散乱光が受光手段に対してほぼ同じ
強度で入射するように距離を設定しておけば、受光信号
処理回路のダイナミックレンジを小さくすることができ
るのであり、設計が容易になるのである請求項4の構成
では、各投光手段からの照射光の波長を異ならせている
ので、各投光手段の光軸と受光手段の光軸との交差角度
を別々に設定することなく、粒径を判定できることにな
る。
B)はブロック図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 監視空間に光を照射する複数個の投光
手段と、監視空間内に煙粒子が存在するときに生じる散
乱光を受光する受光手段と、受光手段から出力される受
光信号に基づいて監視空間内の煙粒子の存否を判定する
受光信号処理手段と、各投光手段から監視空間に対して
互いに異なる時刻に光が照射されるように各投光手段の
発光タイミングを設定する発光制御手段とを備え、各投
光手段は、光軸が受光手段の光軸に対してそれぞれ所定
の角度をなすように配置され、受光信号処理手段は、各
投光手段から監視空間に照射される光に対する散乱光の
受光手段による受光強度の比を求める比演算部と、求め
た比に基づいて煙粒子の存否を判定する判定部とを備え
て成ることを特徴とする光電式煙感知器。 - 【請求項2】 投光手段は2個設けられ、比演算部は
、受光信号を対数増幅する対数増幅回路と、対数増幅回
路の出力を記憶する記憶回路と、対数増幅回路の出力と
記憶回路の記憶値との差を出力する減算回路と、発光制
御手段による各投光手段の発光タイミングに同期して一
方の投光手段の発光時に対数増幅回路の出力を記憶回路
に入力し、他方の投光手段の発光時に対数増幅回路の出
力を減算回路に入力するように切り換えるスイッチ要素
とを備えて成ることを特徴とする請求項1記載の光電式
煙感知器。 - 【請求項3】 各投光手段の光軸と受光手段の光軸と
の各交点から各投光手段までの距離が、各投光手段ごと
に異なるように各投光手段を配置して成ることを特徴と
する請求項1または請求項2記載の光電式煙感知器。 - 【請求項4】 各投光手段より監視空間に照射される
光の波長がそれぞれ異なることを特徴とする請求項1な
いし請求項3のいずれかに記載の光電式煙感知器。
Priority Applications (1)
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JP2127891A JP2966541B2 (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 光電式煙感知器 |
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Publications (2)
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Country Status (1)
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