JPH0568000B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 制御回路１によつて間欠的に駆動され、煙検
知用のパルス光を放射する光源２、この光源と同
期して動作し、煙粒子で影響された放射光を受光
する受光部９、およびこの受光部が前記煙粒子で
影響された放射光を受光したときに煙報知信号を
出力することのできる評価回路Ａを備えた光電式
煙検知器において、 前記評価回路は、 前記制御回路によつて発生され、位相シフト回
路３３を通じて伝送されて来た前記光源を駆動す
る制御信号と同一の信号である同期信号ａの位相
に基づいて、前記受光部から周波数フイルタ１６
を通じて伝送された来た、前記受光を表す受光信
号ｂを前記光源の発光時にはそのまゝ、前記光源
の非発光時には反転して出力する位相感知回路１
７と、 この位相感知回路の出力信号ｃを積分して積分
信号ｄを出力する積分回路１８と、 前記積分信号ｄが所定の閾値d₀を越えたときに
前記煙報知信号を出力する表示回路１３と、 を含むことを特徴とする光電式煙検知器。

２ 積分回路１８の時定数は可変であることを特
徴とする請求の範囲第１項記載の光電式煙検知
器。

３ 制御回路１からの同期信号ａは、その動作期
間が不動作期間と同程度の長さであることを特徴
とする請求の範囲第１項または第２項記載の光電
式煙検知器。

４ 制御回路１は少なくとも近似的な矩形波信号
ａを発生し、その交番成分は位相感知回路１７に
伝送されることを特徴とする請求の範囲第１項な
いし第３項のいずれか記載の光電式煙検知器。

５ 位相感知回路１７が乗算回路を含むことを特
徴とする請求の範囲第４項記載の光電式煙検知
器。

６ 表示回路１３は積分信号ｄが所定の閾値d₀を
越えたときに直ちに煙報知信号を出力するように
構成されていることを特徴とする請求の範囲第１
項ないし第５項のいずれか記載の光電式煙検知
器。

７ 受光部９ha煙粒子によつて散乱された光を
受光して、受光した散乱光の濃度に依存する受光
信号を発生するように構成・配置されていること
を特徴とする請求の範囲第１項ないし第６項のい
ずれか記載の光電式煙検知器。

８ 火災によつて発生された煙粒子が検知された
ときに火災報知器として使用されることを特徴と
する請求の範囲第１項ないし第７項いずれか記載
の光電式煙検知器。

光電式煙検知器 この発明は、制御回路によつて間欠的に駆動さ
れ即ちパルス駆動され、煙検出用のパルス光（電
磁放射線）を放射する光源、この光源と同期して
動作し、煙粒子で影響された放射光を受光する受
光部、およびこの受光部が前記放射光を受光した
ときに煙報知信号を発生することのできる評価回
路を備えた光電式煙検知器に関するものである。

煙検知器は、例えばEP公開第14251号（実開昭
55−128187号）に記述されているように、煙粒子
からの散乱光が評価される散乱光式煙検知器とし
て、煙粒子による放射光の減少または吸収を利用
した減光式煙検知器として、若しくは煙粒子が放
射光の吸収時に音響パルスを発し且つ音響−電気
変換器が音響パルスを電気パルスに変換する光学
−音響式煙検知器として構成されることができ
る。煙検知器は、また、発生された煙報知信号の
値が煙の濃度を示す煙センサとして役立つことも
できる。煙検知器はまた所定の煙濃度について警
報を発する煙検知器としても役立ち得る。

火災報知器として好都合に用いられ、例えば
PCT国際公開第WO80／01326号（特表昭55−
501074号）に記述されている散乱光式煙検知器の
ような煙検知器においては、電磁放射線は例えば
発光ダイオード（LED）によつて計測部（以下、
煙監視空間と云う）に放射され、この煙監視空間
で煙粒子によつて散乱された放射光は、光源の放
射領域の外側に配設されている散乱光受光部によ
つて受光される。散乱光のレベルが所定の閾値を
越えるときに、評価回路は煙報知信号を出力す
る。電磁放射線には、司視光線、赤外線または紫
外線が含まれると理解されたい。

この技術における重要な問題点は、煙報知信号
が煙粒子によつて散乱された光だけによつて発生
され、煙監視空間に侵入する外光も受光部によつ
て散乱光と同じに検出され且つ実際は煙粒子が無
いのに有ると煙検知器を誤動作させて偽出力（即
ち誤報を出させる）によつては発生されないこと
を確実なものにすることである。これは、例え
ば、ドイツ特許公開第3037636号（特開昭56−
94495号）に記述されているように、光伝送要素
即ち光バツフアによつて光が煙監視空間へ送られ
且つ煙監視空間から戻される煙検知器において、
煙監視空間において得られる光の強さに限度があ
る場合に、特に重要である。

外光で偽の煙報知信号が発生するのを防止する
ために、例えばEP公開第11205号（実開昭55−
74990号）または第14799号（特開昭55−114948
号）に見られるように、光源を極めて短いパルス
で動作させ、且つ受光部を光源と同期して動作さ
せる一致回路に接続し、短いパルスの発生期間中
に散乱光を受光したときのみ一致回路に煙報知信
号を発生させるが、短いパルスの非発生期間中に
外光が入つても煙報知信号を発生させないように
することが知られている。しかしながら、短いパ
ルスの発生期間中に外光が入る稀な場合には、発
生した煙報知信号をすぐに出力せずに蓄積してお
き、複数回発生したら本物と判断して出力するよ
うにしている。

充分に強いパルス光が得られる限り、外光に対
する感度が低い火災報知器は、このような評価回
路により得られる。しかしながら、多くの光源
は、損失または早期エージングなしには限られた
最大強さの光しか伝送することができず、更に、
光バツフアでの伝送には放射減衰があるので、充
分な散乱光を得るためには、光源の動作期間をよ
り長くすることが有利であり、または必要なこと
である。上述した評価回路が外光に対する充分な
鈍感性をもつて動作しないのは、一方において
は、動作期間中に外光によるパルスが発生する可
能性が高いためであり、他方においては、受光部
におけるＳ／Ｎ比が極めて小さくなることから外
光によるノズル・パルスが信号レベルに達して偽
の煙報知信号を発生するためである。特に、信号
がノズル・レベルを下回る低い濃度の煙はこのよ
うなやり方では全く検知することができなかつ
た。即ち、このような評価回路を備えた火災報知
器の感度には限界があつた。

この発明の主要な目的は、先行技術について上
述した問題点を解決することにあり、特に、外光
に対して改良された鈍感性を有し、光の強さおよ
びその量が減少したときでさえより良好な煙感度
を有する光電式煙検知器を提供することにある。

この発明の特徴は、評価回路が、制御回路によ
つて制御される位相感知回路を備え、この位相感
知回路が受光部からの交番信号を制御回路の交番
信号の位相にしたがつて反転させることにある。

また、評価回路は積分回路も備え、この積分回
路は所定の時定数をもつて位相感知回路の出力信
号を積分し、且つ積分回路に応じて表示回路を調
整する。

この発明について、有用で利点のある実施例
が、図面を参照して以下に説明される。

第１図には、散乱光式煙検知器の概略的回路図
が例示されている。

第２図には、散乱光式煙検知器の構成が例示さ
れている。

第３図には、第１図および第２図による煙検知
器に適した信号処理回路が示されている。

第４図には、第３図の信号処理回路の種々の点
に存在する信号のタイミング図が示されている。

第１図に例示されている光電式煙検知器の実施
例において、検知器ユニツトＤは、放射伝導要素
即ち光導体 L₁およびL₂によつて、評価回路Ａに接続され
ている。これら光導体L₁およびL₂の形式は、用
いられる光に適するのが好都合である。また、複
数個の検知器ユニツトは、既知のゲート要素を用
いた共通の光導体によつて、または、複数本の光
導体によつて、評価回路Ａと並列に接続され得
る。こゝに示されている光電式煙検知器において
は、評価回路Ａの制御回路１は、発光ダイオード
（LED）によつて構成された放射源即ち光源２
を、例えば0.1ないし40kHzの周波数をもつて、間
欠的に制御する。その動作期間は、不動作期間と
同じであることが好ましい。光源２から放射され
るパルス光であつて、LEDの形式により可視光
線、赤外線または紫外線である光は、光導体L₁
に導入され、これを通して検知器ユニツトＤに伝
送される。

コリメート・デバイス４は、光導体L₁の出口
３に配設されている。これは特別な光学的デバイ
スであつて、光導体L₁から出される光を少なく
とも大体平行な光ビームにする。他のコリメー
ト・デバイス６は、上述した光ビームの外側に配
設され、且つシールド即ち遮光体５によつて上述
した光ビームに直接曝されないようにされてい
る。このコリメート・デバイス６の受光領域は、
散乱体７から煙粒子によつて散乱された光を捕捉
し、これを光導体L₂の入口８に導くように配位
されている。光導体L₂は、受光した散乱光を太
陽電池によつて構成された受光部９に伝送する。
この受光部９は、受光した散乱光即ち光信号を電
気信号に変換する。この電気信号は入力増幅・信
号変換器１０によつて増幅される。この入力増
幅・信号変換器１０の出力信号は信号処理回路１
１に送られる。この信号処理回路１１は、また、
制御回路１から導線１２を通して同期信号（これ
は、光源２を発光させる制御信号と同じ信号であ
る。）も受け、伝送した光と受光した散乱光とが
一致しているときに後続の表示回路１３に出力信
号を伝送するだけである。この表示回路１３は、
煙センサとして用いられるときには散乱光信号の
値に対応した煙濃度を示し、また、火災報知器と
して用いられるときには散乱光信号が所定の閾値
を越えて火災の発生を示しているとき、報知器デ
バイス１４を動作させる。

第２図は、火災報知用に適した散乱光式煙検知
器の検知器ユニツトＤの構成を示す断面図であ
る。通気性ハウジング２１はプラスチツク基板２
０上に搭載されて、検知室Ｍおよび支持要素２２
を囲んでいる。既知の接続手段例えばプラグ・コ
ネクタＣは基板２０中に設けられて、光導体L₁，
L₂を煙検知器の内部に在る光導体コネクタ２３
および２８に接続している。なお、これら光導体
コネクタ２３および２８の端部がコリメート・デ
バイス２４および２６を協働する。複数個の遮光
体２５が支持要素２２の中心領域に搭載されて、
コリメート・デバイス２６への光をさえぎる。ハ
ウジング２１内の光学的構成は、光の干渉を防止
するために、通気性であるが光吸収性の迷路要素
即ちラビリンス２７によつて囲まれている。この
ラビリンス２７には、例えば、その表面にインタ
リーブ・フインまたは光吸収リブ２９が設けられ
ている。適当な光トラツプ３０は、散乱光でなく
直接光を捕捉するために設けられることができ
る。対応する放射光トラツプ３１は、受光領域の
終端に設けられることができる。この発明は、光
の供給および信号の伝送が、通常は低い放射能力
しかない光導体即ち光バツフアによつて行われる
検知器ユニツトに特に利点があるけれども、特に
高感度が必要とされるとき、即ち極めて低い濃度
の煙が検知されるべきであるとき、電気的伝送に
よる従来の煙検知器においても特に有用であるこ
とが明らかである。第１図の構成において、光源
２はコリメート・デバイス４に代わり、受光部９
はコリメート・デバイス６に代わり、そして光導
体L₁，L₂は省略される。このような煙検知器の
設計は、米国特許第4181439号の教示に従い得る。

第３図は、第１図および第２図による煙検知器
に適した信号処理回路１１の一例を示す。この信
号処理回路 １１において、入力増幅・信号変換器１０の出
力信号は、まずノイズ・レベルの低い前置増幅器
１５に、その後入力増幅・信号変換器１０の周波
数を優先的に通してノイズを低下させる周波数フ
イルタ１６に伝送される。前置増幅器１５および
周波数フイルタ１６は、また、周波数選択増幅器
として一体にされることもできるこのろ波された
信号は位相感知回路１７に通される。この位相感
知回路１７は、トリガ回路３２および位相シフト
回路 ３３（なお、これらは、光源２の発光を受光部
９が受光して受光出力を生じる際に、受光部９の
応答特性に僅かなタイムラグがあるので、このタ
イムラグを除去するために、使用される。）を通
じて、制御回路１によつて制御される。位相感知
回路１７は、制御回路１からの同期信号例えば交
流信号の位相にしたがつて入力増幅・信号変換器
１０からの受光信号の極性を保持したり、または
反転したりする。例えば、光源２が動作状態（発
光している時）にある間は、受光信号の極性が保
持され、即ち受光信号は変化を受けることなく再
伝送される。また、不動作状態（発光していない
時）にある間は、受光信号の極性は反転され、即
ち正の信号は負の信号に、逆に負の信号は正の信
号に変換される。位相感知回路１７のこのように
して修正された出力信号は、次いで、例えばコン
デンサ１９で調節できる所定の時定数をもつて、
後続の積分回路１８に入力される。信号処理回路
１１は、また、いわゆるロツク・イン増幅器のよ
うな単一のハイブリツド回路またはこれに対応す
るデバイスとして設計されることができる。

実用評価回路においては、下記の普通に入手可
能な構成部品が使用された。

制御回路１：7473フリツプ・フロツプをもつ555
タイマ〔シグネテイクス（Signetics）
社製； 光 源２：2SE 3352〔ハネウエル（Honeywell）
社製〕； 受光部９：PIN BPX65〔シーメンス（Siqmens）
社製〕； 入力増幅・信号変換器１０：ICL 7621〔インター
シル（Intersil）社製〕； 信号処理回路１１：0181〔ノバシナ（Novasina）
社製：〕； またはデバイス１１：5206ロツク・イン〔イージ
ー・アンド・ジー（EG＆Ｇ）社製〕。

第３図に示した信号処理回路１１の諸点に現れ
る信号を第４図に示す信号タイミング図を参照し
ながら信号処理回路１１の機能を説明する。位相
感知回路１７は、その制御入力端子ａに制御回路
１からの同期信号を受ける。その際どのような位
相伝送エラーも、上述したように位相シフト回路
３３で訂正できる。位相感知回路１７は、また、
その信号入力端子ｂに増幅されてろ波された受光
信号を受ける。位相感知回路１７の出力信号はそ
の出力端子ｃに現れ、積分回路１８で積分されて
出力信号ｄになる。

第４図の期間Ｙの間、ノイズ成分b₁およびb₂を
含む受光信号ｂが入力増幅・信号変換器１０から
前置増幅器１５および周波数フイルタ１６を通し
て位相感知回路１７に入力されると、この位相感
知回路１７は、光源２の発光時の同期信号ａが制
御回路１からトリガ回路３２および位相シフト回
路３３を通して入力されている場合には第４図の
ｃに示すようにノイズ成分b₁に対応する出力信号
ｃを出力するが、非発光時の同期信号ａが入力さ
れている場合にはノイズ成分b₂を反転させた受光
信号に対応する出力信号ｃを出力する。なお、ノ
イズ成分b₁，b₂としては外光ノイズや誘導による
電気ノイズなどがある。

位相感知回路１７の出力信号ｃにより、第４図
のｄに示すようにコンデンサ１９には、光源２の
発光時にノイズ成分b₁が充電されるが、非発光時
にはノイズ成分b₂により、ノイズ成分b₁によつて
充電された電荷がノイズ成分b₂に対応する分だけ
放電される。この結果、ノイズ成分がコンデンサ
１９に蓄積されるのが防止される。ところが、通
常は、第４図の期間Ｘの間、光源２の発光時およ
び非発光時にかゝわらず、受光信号は第４図のｂ
に示すように横軸の基準線を中心に上下し、出力
信号ｃも同様であり、積分回路１８で積分される
とその出力信号ｄ＝０となつてコンデンサ１９に
は充電が行われない。

最後に、第４図の期間Ｚは火災が発生した場合
であり、煙監視空間内即ち検煙室Ｍ内に煙が流入
したことにより受光信号ｂは第４図のｂに示す通
りになり、従つて位相感知回路１７の出力信号ｃ
は第４図のｃに示すように正信号のみから成り、
この出力信号ｃを積分すると、第４図のｄに示す
ように一定の上昇率で増大する出力信号ｄとな
る。この上昇率は積分回路１８の時定数で決ま
り、この時定数を適当に選択したり調整したりす
ることができる。積分された出力信号ｄが第４図
にdoと示すような所定の閾値を越えたとき、即
ち報知器デバイス１４の閾値に達したときには、
直ちに表示回路１３が既知の態様で作動され、報
知器デバイス１４は可視警報、可聴警報または電
気的警報を発する。

制御回路１によつて伝送される同期信号が矩形
波であるときには、信号処理回路１１の構成を簡
単にすることができる。この場合、トリガ回路３
２を構成する簡単な周波数フイルタによつて伝送
される交流信号は、極値（＋１）と（−１）との
間で周期的に交番する。また、位相感知回路１７
は簡単な乗算回路とすることができる。それは、
（＋１）および（−１）との交互の乗算は正確に
必要な効果（これは被制御信号の速度での信号の
極性反転である）を有するからである。

この発明を、散乱光式煙検知器について上述し
た。この発明の概念は、また、減光式または光学
−音響式の煙検知器のような他の形式の光電式煙
検知器にも同様に適用でき、そうしても同様な利
点が得られる。その必要な適応の仕方は、当業者
にとつては知られていることである。いずれの場
合も、受光信号が光源２の発光を制御する制御信
号と正確に同期している即ち周波数および位相が
完全に同じであるときにのみ表示信号または警報
信号は高い信頼性で発されるという効果が得られ
る。受光信号が極めて微弱で、ノイズがこの受光
信号を完全に上回つているときでさえ、この煙検
知器は確実に動作して、これまで可能であつたよ
りも低い濃度の煙を検知即ち計測することができ
る。この発明は、パルス光の振幅を増大させ、且
つその幅を減少させることによつてＳ／Ｎ比を改
善するという、当業者にとつて明白な従来の支配
的傾向から、意識的に脱却している。この発明の
煙検知器は、また、パルス間隔と同じ程度の大き
さのパルス幅を選択することが有用または必要で
ある場合にも、有利に動作する。

上述した煙検知器は、好ましくは火災報知器と
して使用されるが、また、例えば煙臭気モニタ、
煙濃度計測等の他の用途にも適する。