JPH08122252A

JPH08122252A - ダストセンサ

Info

Publication number: JPH08122252A
Application number: JP6262961A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hayashi; 正之林
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1994-10-26
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 1996-05-17
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: JP3484781B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ダストの濃度を広範囲かつ高分解能に測定す
る．【構成】発光素子１は間欠的に点灯し、受光素子２は発
光素子１からの直接光が入射しない位置に配置される。
センサ本体内の監視空間にダストが入ると、散乱光によ
り受光素子２の受光量が増加する。増幅回路２１の出力
電圧は発光素子１の点灯期間に受光素子２１での受光量
に応じた勾配で増加し、発光素子１の消灯期間に同様の
勾配で減少する。コンパレータ２２では増幅回路２１の
出力電圧が基準電圧を越える期間に出力をＨレベルに
し、このＨレベルの時間幅を時間カウンタ２３で計測
し、時間幅に応じた出力値を時間カウンタ２３から出力
する。受光素子２１での受光量を時間に変換して時間カ
ウンタで計測するから、高分解能かつ広範囲にダストの
濃度を検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体中に浮遊する煙や
ほこりのような微粒子（以下ではダストという）を光学
的に検出するダストセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりこの種のダストセンサとして、
ダストを検出すべき気体（一般に室内の空気）が通過す
る監視空間に発光素子から連続的に投光し、発光素子か
らの直接光を受光しないような位置に設けた受光素子に
よって、ダストが含まれる空気が監視空間を通過したと
きの散乱光の増加を検出するようにしたものが提供され
ている。受光素子の出力はアナログ−デジタル変換さ
れ、変換後のデジタル値に基づいてダストの濃度が検出
されるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成では、ダ
ストの濃度の検出精度ないし分解能を増すには、アナロ
グ−デジタル変換を行う変換器に高分解能のものを用い
る必要があり、結果的に高分解能のダストセンサを製造
しようとすると、製造コストが高くなりすぎるという問
題が生じていた。また、発光素子を連続点灯させている
から、消費電力が大きく、電池電源を用いての駆動がで
きないという問題があった。

【０００４】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、ダストの濃度を広範囲かつ高分解能に測定す
ることができるようにしながらも、製造コストの増加を
抑制し、かつ電池での駆動が可能となる程度に低消費電
力としたダストセンサを提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、気体
が通過するセンサ本体内の監視空間に投光する発光素子
と、発光素子からの直接光を受光しない位置に配置され
監視空間からの光を受光する受光素子と、監視空間に微
粒子を含む気体が通過したときの受光素子での受光量の
増加に基づいて微粒子の存在を検出するダストセンサに
おいて、発光素子を短時間ずつ間欠的に発光させる発光
制御回路と、発光素子の点灯期間に受光素子での受光量
に応じた勾配で出力を時間の経過とともに増大させ発光
素子が消灯すると出力を低減させる増幅回路と、増幅回
路の出力が所定のしきい値を超える期間に出力をアクテ
ィブにする比較手段と、発光素子の発光毎に比較手段の
出力がアクティブになった時間に応じた複数段階の出力
を発生する時間カウンタとを具備することを特徴とす
る。

【０００６】請求項２の発明は、気体が通過するセンサ
本体内の監視空間に投光する発光素子と、発光素子から
の直接光を受光しない位置に配置され監視空間からの光
を受光する受光素子と、監視空間に微粒子を含む気体が
通過したときの受光素子での受光量の増加に基づいて微
粒子の存在を検出するダストセンサにおいて、発光素子
を短時間ずつ間欠的に発光させる発光制御回路と、発光
素子の点灯期間に受光素子での受光量に応じた勾配で出
力を時間の経過とともに増大させ発光素子が消灯すると
出力を低減させる増幅回路と、増幅回路の出力が所定の
しきい値を超える期間に出力をアクティブにする比較手
段と、発光素子の発光毎に発光開始から比較手段の出力
がアクティブになるまでの時間に応じた複数段階の出力
を発生する時間カウンタとを具備することを特徴とす
る。

【０００７】請求項３の発明は、比較手段の出力が非ア
クティブの期間に発光素子への駆動用のパルス信号を通
過させるゲートを設け、比較手段の出力がアクティブに
なると発光素子の発光を停止させることを特徴とする。
請求項４の発明は、比較手段はしきい値を複数段階に切
り換える切換手段を備えることを特徴とする。

【０００８】請求項５の発明は、気体が通過するセンサ
本体内の監視空間に投光する発光素子と、発光素子から
の直接光を受光しない位置に配置され監視空間からの光
を受光する受光素子と、監視空間に微粒子を含む気体が
通過したときの受光素子での受光量の増加に基づいて微
粒子の存在を検出するダストセンサにおいて、発光素子
を短時間ずつ間欠的に発光させる発光制御回路と、発光
素子の点灯期間と消灯期間とにおける各一定時間内に受
光素子での受光量に応じた勾配で出力を規定値から時間
の経過とともに増大させる増幅回路と、増幅回路の出力
が所定のしきい値を超える期間に出力をアクティブにす
る比較手段と、発光素子の点灯期間と消灯期間とにそれ
ぞれ比較手段の出力がアクティブになった時間に応じた
複数段階の出力を発生する時間カウンタと、発光素子の
点灯期間と消灯期間とにおける時間カウンタの各出力値
の差を求めて出力する時間差算出手段とを具備すること
を特徴とする。

【０００９】

【作用】各請求項の発明の構成によれば、発光素子を短
時間ずつ間欠的に発光させているから、発光素子を連続
的に発光させている従来構成に比較すると消費電力を大
幅に低減することが可能であり、発光期間と発光間隔と
を適当に設定すれば、電池での駆動も可能になる。ま
た、増幅回路において受光素子での受光量に応じた時間
関数に変換し、この増幅回路の出力と所定のしきい値と
の大小関係に応じて受光素子の受光量に応じた時間幅で
出力をアクティブにする比較手段を設け、発光素子の発
光毎に比較手段の出力がアクティブなった時間、あるい
は発光開始から比較手段の出力がアクティブになるまで
の時間を計測して計測値に応じた複数段階の出力を発生
するのであり、受光素子での受光量を時間に変換してい
るから、アナログ−ディジタル変換回路を用いることな
く、微粒子の濃度を検出することができ、しかも時間測
定は比較的安価な回路構成でも高精度に測定できるか
ら、高分解能の測定が可能になる。さらに、受光素子で
の受光量を時間測定により求めるから、微粒子の濃度の
測定範囲を広範囲に設定することが可能である。加え
て、比較手段や時間カウンタにはディジタル回路を用い
ることができるから、ワンチップマイクロコンピュータ
の実現が可能であり、しかも比較的低精度のディジタル
回路でも微粒子の濃度を高精度に測定できる。

【００１０】請求項３の発明の構成によれば、発光素子
の発光開始から比較手段の出力がアクティブになるまで
の時間を計測するものにおいて、比較手段の出力がアク
ティブになると発光素子の発光を停止させるから、発光
素子の発光期間を必要十分な長さで短くすることがで
き、結果的に消費電力の一層の低減が可能になる。請求
項４の発明の構成によれば、比較手段がしきい値を複数
段階に切り換える切換手段を備えることにより、比較手
段の出力がアクティブになるときの受光素子の受光量を
変えることができ、結果的に感度を切り換えることがで
きる。すなわち、感度切換によって微粒子濃度を広範囲
に検出できることになる。

【００１１】請求項５の発明の構成によれば、微粒子で
の散乱光量に基づいて微粒子濃度を検出するものにおい
て、発光素子の点灯期間と消灯期間との受光量の差を求
めることができるから、消灯期間において受光素子に入
射する外乱光の影響を除去することができ、検出精度の
向上につながるのである。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）図１に示すように、発光素子１は発光制御
回路１０により間欠的に発光するように駆動される。す
なわち、発光制御回路１０は、０．５秒周期で５ミリ秒
ずつオンになるパルス信号を発生するパルス発生回路１
１と、トランジスタＱよりなる駆動回路１２とを備え、
トランジスタＱのベースにパルス信号を入力することに
よって、トランジスタＱのコレクタに接続された発光ダ
イオードよりなる発光素子１を間欠的に点灯させる。

【００１３】一方、受光素子２はフォトダイオードより
なり、差動増幅器２１ａおよび抵抗ＲとコンデンサＣと
を備える積分回路２１ｂよりなる増幅回路２１により受
光素子２の両端電圧が増幅される。したがって、増幅回
路２１の出力電圧は受光素子２での受光量に応じた勾配
で増減する。つまり、受光素子２が受光している期間に
は受光量に応じた勾配で時間の経過とともに増幅回路２
１の出力電圧が増大し、その後、受光素子２での受光が
停止すれば、同様の勾配で時間の経過とともに増幅回路
２１の出力電圧が減少する。増幅回路２１の出力は、比
較手段としてのコンパレータ２２に入力され、あらかじ
め抵抗Ｒ₁，Ｒ₂により設定された基準電圧（しきい
値）と比較される。コンパレータ２２では増幅回路２１
の出力電圧が基準電圧よりも高い期間に出力をＨレベル
（アクティブ）にする。コンパレータ２２の出力は時間
カウンタ２３に入力され、時間カウンタ２３ではコンパ
レータ２２の出力がＨレベルである期間の時間を測定す
る。ここに、時間カウンタ２３にはパルス発生回路１１
から出力されるパルス信号が入力されており、時間カウ
ンタ２３は発光素子１の発光開始毎（つまり、パルス信
号の立ち上がり時）にリセットされ、発光素子１の発光
毎にコンパレータ２２の出力がＨレベルである期間を測
定することになる。時間カウンタ２３は４ビットの出力
を有し、測定結果に応じて複数段階の出力を発生させ
る。すなわち、時間カウンタ２３は最大で１６段階の出
力が可能になる。時間カウンタ２３の出力は４ビット分
のバッファよりなる出力回路２４を通して外部に出力さ
れる。ここに、コンパレータ２２はアナログ−デジタル
変換器および適当なプログラムに置き換えることがで
き、また時間カウンタ２３は適当なプログラムに置き換
えることができるから、マイクロコンピュータを用いた
デジタル回路での実現が可能である。この意味で、コン
パレータ２２と時間カウンタ２３とを合わせて演算回路
２０として図１に図示してある。

【００１４】ところで、発光素子１および受光素子２
は、図３に示すように、発光素子１からの直接光が受光
素子２に入射しないような位置関係でセンサ本体３に配
置されている。センサ本体３には、図４に示すように、
空気が通過可能となるように両側面間に貫通する通気孔
３１が形成され、通気孔３１はセンサ本体３の内部に設
けた監視空間に連通している。ここに、通気孔３１には
図４に矢印で示すように一方向に流れる空気が通気され
る。発光素子１はコリメートレンズとしての投光レンズ
４を通して図３に示すように略平行な光線束５を監視空
間に投光し、受光素子２はダストが監視空間に入ったと
きに生じる散乱光を受光できる位置に配置される。

【００１５】しかして、図２（ａ）に示すようなパルス
信号によって発光素子１を駆動すれば、受光素子２の一
端の電圧は図２（ｂ）のように変化し、したがって増幅
回路２１の出力電圧は図２（ｃ）のようになる。受光素
子２の一端はダストが存在しないときにも略一定電圧に
保たれており、監視空間におけるダストの存在によって
散乱光を受光すると、図２（ｃ）のように増幅回路２１
の出力電圧が発光素子１の発光期間に受光素子２での受
光量に応じた勾配で時間の経過とともにしだいに増大
し、発光素子１の消灯に伴って時間の経過とともにしだ
いに低下する。すなわち、ダストの濃度が高く散乱光が
多くなるほど（図２の右端部に示す）、増幅回路２１の
出力レベルが高くなるから、コンパレータ２２に適宜の
しきい値Ｖref を設定しておくことによって、図２
（ｄ）のようにコンパレータ２２の出力がＨレベルにな
る期間をダストの濃度に対応させることができる。さら
に詳しく説明すると、図５に示すように、ダストの濃度
が高くなり増幅回路２１の出力のピーク値が大きくなる
につれて、しきい値Ｖref よりも高い期間が長くなるの
であって、この時間幅τは、増幅回路２１の出力電圧を
Ｖ₂₁とすれば、図６に示すように、τ＝0.0048681 ＋0.
014136・log(Ｖ₂₁−3.0)という関係で表すことができる
（ここで、３．０はダストが存在しないときの増幅回路
２１の出力電圧である）。時間カウンタ２３では、コン
パレータ２２のオン期間に応じて複数段階の出力を発生
するのであって、ここでは、コンパレータ２２のオン期
間が０秒と０．００５ミリ秒と０．０１５ミリ秒とであ
る場合に対応する３段階の出力を示してある。時間カウ
ンタ２３の出力は、発光素子１を駆動する次のパルス信
号に対する出力が得られるまでの間は保持される。

【００１６】以上説明したように、ダストの濃度を時間
に置き換えるから、濃度の検出精度は時間測定の精度に
依存することになる。また、濃度の測定範囲は時間測定
の範囲でどのようにも設定できるから、広範囲に設定す
ることが可能である。しかも、上述したように、時間幅
τが対数的に圧縮されることになるから、低濃度側では
時間幅τの変化率が大きく、高濃度側では時間幅τの変
化率が小さくなるのであり、このことによってダイナミ
ックレンジが大きくなる。発光素子１は間欠的に発光し
ているから、消費電力は少なく電池での駆動も可能にな
る。発光素子１の発光間隔、発光期間、時間カウンタ２
３での出力の段階などは上述した値に限定されるもので
はなく、応答速度や検出感度などに応じて適宜設定する
ことができる。

【００１７】（実施例２）本実施例は、図７に示すよう
に、コンパレータ２２と時間カウンタ２３との間にゲー
ト２５を挿入したものであって、このゲート２５はコン
パレータ２２の出力の否定と、発光素子１を駆動するパ
ルス信号との論理積を出力する。したがって、図８
（ａ）（ｄ）（ｅ）を比較すればわかるように、発光素
子１を駆動するパルス信号（図８（ａ））の立ち上がり
から、コンパレータ２２の出力（図８（ｄ））の立ち上
がりまでの期間にゲート２５の出力（図８（ｅ））がＨ
レベルになる。つまり、図９に示すように、監視空間に
流入するダストの濃度が高いほど（増幅回路２１の出力
電圧Ｖ₂₁のピーク値が高いほど）ゲート２５の出力がＨ
レベルになる期間は短くなる。この関係は、図１０に示
すように、時間幅をτとすると、τ＝0.0062791 ・（Ｖ
₂₁−3.0)^-1.1439と表すことができる。図８（ｂ）
（ｃ）は、図２（ｂ）（ｃ）と同様に、受光素子２の一
端の電位および増幅回路２１の出力電圧を示す。ここ
で、時間カウンタ２３の出力は、図８（ｆ）のようにゲ
ート２５から間欠的に出力される信号がＨレベルになる
期間が短いほど小さくなるようにしてある。すなわち、
図８では時間カウンタ２３の出力を３段階に設定してあ
り、ダストが存在しなければ０．０１６ミリ秒に相当す
る出力を発生し、ダストの濃度に応じて０．００２５ミ
リ秒、０．０００５ミリ秒の各段階の出力を発生する。
他の構成および動作は実施例１と同様である。

【００１８】（実施例３）本実施例は、図１１に示すよ
うに、実施例２の構成に対して、パルス発生回路１１と
駆動回路１２との間にゲート１３を付加した構成を有す
る。このゲート１３は、コンパレータ２２の否定とパル
ス発生回路１１から出力されるパルス信号との論理積を
出力するものであり、ゲート１３の出力は、ゲート２５
の出力と同様に、パルス信号の立ち上がりからコンパレ
ータ２２の出力の立ち上がりまでの期間にＨレベルにな
るのである。つまり、発光素子１の点灯開始からコンパ
レータ２２の出力がＨレベルになるまでの期間だけゲー
ト２５の出力がＨレベルになり、この期間に発光素子１
を点灯させるから、図１２（ａ）に示すパルス発生回路
１１の出力と図１２（ｂ）に示す発光素子１の点灯・消
灯の状態とを比較するとわかるように、ダストの濃度が
高いほど発光素子１の１回の発光量が減少するのであっ
て、このことによって受光側のダイナミックレンジを低
減することができる。図１２（ｃ）〜（ｇ）は、それぞ
れ受光素子２の端子電圧、増幅回路２１の出力電圧、コ
ンパレータ２２の出力、ゲート２５の出力、時間カウン
タ２３の出力であって、発光素子１の発光期間がダスト
の濃度に応じて変化する以外は、実施例２と同様の動作
になる。

【００１９】（実施例４）本実施例は、図１３に示すよ
うに、実施例２の構成について、コンパレータ２２の基
準電圧を２段階に切り換える切換手段として、抵抗Ｒ₂
と直列に抵抗Ｒ₃を接続し、さらにこの抵抗Ｒ₃にスイ
ッチＳＷを並列接続した例を示す。他の構成は実施例２
と同様である。ただし、時間カウンタ２３は、入力され
る信号がＨレベルである期間が短いほど長い時間に対応
した出力値を出力するように構成されている。このよう
な構成の時間カウンタ２３を用いる代わりにゲート２５
を省略すれば、実施例１と同様に動作する時間カウンタ
２３を用いることも可能である。

【００２０】上述したように、コンパレータ２２の基準
電圧を２段階Ｖref₁，Ｖref₂（Ｖref₁＞Ｖref₂、たとえ
ば、Ｖref₁＝３．６ＶとＶref₂３．２Ｖ）に切り換える
ことによって、図１４に示すように動作させることがで
きる。すなわち、スイッチＳＷをオフにしているときに
は、高いほうの基準電圧Ｖref₁に設定されるから、増幅
回路２１の出力電圧が高くないとコンパレータ２２の出
力がＨレベルにならず、ダスト濃度に対しては低感度に
なる。つまり、図１４（ａ）のように発光素子１を発光
させたときの受光素子２の端子電圧および増幅回路２２
の出力電圧は、それぞれ図１４（ｂ）（ｃ）のように、
スイッチＳＷのオン・オフによらずダスト濃度にのみ依
存するが、図１４（ｃ）に示すように、スイッチＳＷを
オンにしすると低いほうの基準電圧Ｖref₂が選択される
ことになる。つまり、ダストの濃度が等しければ、スイ
ッチＳＷをオンにしたほうが、図１４（ｄ）のようにコ
ンパレータ２２の出力がＨレベルになる期間が長くなる
のであり、実質的に高感度に設定したことになる。図１
４（ｅ）に示す例では、同じダスト濃度に対して時間カ
ウンタ２３の出力は、スイッチＳＷのオフ時には０．０
０５ミリ秒に対応する出力値になり、スイッチＳＷのオ
ン時には０．０１２５ミリ秒に対応する出力値になる。
すなわち、図１５に示すように、増幅回路２１の出力電
圧のピーク値が同じであっても（つまり、ダスト濃度が
同じでも）、基準電圧Ｖref₁，Ｖref₂が変化すれば、コ
ンパレータ２２の出力がＨレベルになる時間幅τが変化
し、高感度では時間幅が長く、低感度では時間幅が短く
なる。増幅回路２１の出力電圧と時間幅τとの関係は図
１６のようになり、高感度ではτ＝0.0091235 ＋0.0141
366 ・log(Ｖ₂₁−3.0)、低感度ではτ＝0.00079059＋0.
018745・log(Ｖ₂₁−3.0)と表すことができる。

【００２１】このような構成では、初期状態では低感度
に設定し、低感度ではダストの存在が検出されないとき
に高感度に切り換えるという動作が可能なる。とくに、
スイッチＳＷとして適当なスイッチング素子を設け、出
力回路２４の出力に応じてスイッチング素子のオン・オ
フを決定すれば、低感度と高感度との切換を自動化し、
オートレンジでダスト濃度の広範囲な検出が可能にな
る。また、感度の切換を行うスイッチＳＷをマイクロコ
ンピュータのポートに置き換え、適当なプログラムで制
御することも可能である。

【００２２】実施例２〜４に示したゲートは、それぞれ
適宜のプログラムによって実現してもよい。（実施例５）本実施例は、センサ本体３の内部反射や通
気孔３１を通して入射する外乱光の影響を除去するため
に、発光素子１の消灯期間における受光素子２での受光
量に応じた時間幅と、発光素子１の点灯期間における受
光素子２での受光量に応じた時間幅との差を出力するよ
うにしてある。

【００２３】すなわち、図１７に示すように、パルス発
生回路１１と駆動回路１２との間に、集積回路のＪ−Ｋ
フリップフロップを用いて構成したフリップフロップ１
４と、フリップフロップ１４の各出力とパルス発生回路
１１の出力との論理積を出力する２個のアンド回路１５
ａ，１５ｂとを設け、一方のアンド回路１５ａの出力を
駆動回路１２に与えるようにしてある。フリップフロッ
プ１４の出力はパルス信号の１周期ごとに反転するので
あって、アンド回路１５ａ，１５ｂではフリップフロッ
プ１４の各出力とパルス信号との論理積を出力するか
ら、結果的に各アンド回路１５ａ，１５ｂはパルス信号
の１周期ごとに交互に出力をＨレベルにする。また、各
アンド回路１５ａ，１５ｂの出力がＨレベルになる期間
はパルス信号がＨレベルである期間に一致する。したが
って、アンド回路１５ａの出力を駆動回路１２に入力す
ることによって、発光素子１はパルス信号の２周期に１
回の割合で点灯することになる。ここに、本実施例で
は、パルス発生回路１１はデューティ比が略５０％のパ
ルス信号を出力するものとして説明するが（図１８
（ｃ）は後述する反転回路２１ｃの出力を示し、これは
パルス信号を反転させた信号である）、上述した各実施
例のように、発光素子１を０．５秒周期で５ミリ秒点灯
させるのであれば、パルス信号を０．２５秒の周期で５
ミリ秒だけＨレベルになる信号とすればよい。

【００２４】各アンド回路１５ａ，１５ｂの出力は、そ
れぞれＤフリップフロップを用いて構成されたラッチ回
路２６ａ，２６ｂにクロック信号として入力される。ラ
ッチ回路２６ａ，２６ｂはクロック信号の立ち下がりで
時間カウンタ２３の出力をラッチする。また、両ラッチ
回路２６ａ，２６ｂの出力は適当なタイミング（各ラッ
チ回路２６ａ，２６ｂに時間カウンタ２３の出力がそれ
ぞれラッチされる度）で減算回路２７に入力され、ラッ
チ回路２６ａの出力値からラッチ回路２６ｂの出力値が
減算され、この出力値が出力回路２４を通して外部に出
力される。時間カウンタ２３はパルス発生回路１１から
のパルス信号の立ち上がり毎にリセットされるから、ラ
ッチ回路２６ａには発光素子１の点灯期間に対応した時
間カウンタ２３の出力値がラッチされ、ラッチ回路２６
ｂには発光素子１の消灯期間に対応した時間カウンタ２
３の出力値がラッチされることになる。つまり、減算回
路２７の出力は発光素子１の点灯期間の時間カウンタ２
３の出力値から発光素子１の消灯期間の時間カウンタ２
３の出力値を減算した値になり、ラッチ回路２６ａ，２
６ｂと減算回路２７とにより時間差算出手段が構成され
る。

【００２５】増幅回路２１では積分回路２１ｂのコンデ
ンサＣに、スイッチング素子としてのトランジスタＱ₁
のコレクタ−エミッタと直流電源ＤＣとの直列回路が並
列接続され、このトランジスタＱ₁はパルス発生回路１
１の出力を反転させる反転回路２１ｃの出力により駆動
される。したがって、トランジスタＱ₁は時間カウンタ
２３のリセット時にオンになってコンデンサＣの端子電
圧を直流電源ＤＣの電源電圧にセットするのであって、
時間カウンタ２３のリセット時に増幅回路２１の出力値
を一定値にして（つまり、ダストが存在しない状態）、
コンパレータ２２、時間カウンタ２３を備える演算回路
２０がつねに同条件で動作するようにし、測定精度を高
めている。また、トランジスタＱ₁はパルス信号がＬレ
ベルである期間にはオンになるから、コンパレータ２２
の出力の時間幅τはコンデンサＣへの充電時間のみに対
応することになる。

【００２６】他の構成および動作は実施例１と同様であ
って、図１８（ａ）に示すように、発光素子１が間欠的
に点灯し、図１８（ｂ）のように受光素子２の端子電圧
は、センサ本体３内の監視空間にダストが存在しなけれ
ば一定になり、ダストが存在すればその濃度に応じて増
大する。図１８（ｃ）は反転回路２８の出力であってパ
ルス発生回路１１から出力されるパルス信号を反転して
おり、増幅回路２１に設けたコンデンサＣはパルス信号
の立ち上がり毎にリセットされることになる。いま、外
乱光や回路内部での信号漏れなどがあり、増幅回路２１
の出力電圧が図１８（ｄ）のように変化するものとすれ
ば、増幅回路２１の出力電圧が発光素子１の消灯時にも
コンパレータ２２に設定された基準電圧Ｖref を越える
ことがある。つまり、コンパレータ２２の出力は図１８
（ｅ）のようになり、パルス信号の発生毎に発光素子１
の点灯期間と消灯期間とにおいて増幅回路２１の出力電
圧が基準電圧Ｖref を越える期間の時間幅を有したパル
スを交互に出力する。時間カウンタ２３では、パルス信
号の発生毎にコンパレータ２３の出力がＨレベルである
時間幅を計測し、計測値に応じた出力値を発生する。つ
まり、発光素子１の発光期間と消灯期間とのそれぞれに
応じた時間幅の出力値を発生する。ここで、時間カウン
タ２３はコンパレータ２２から出力されるパルスの時間
幅が長いほど大きな出力値を発生するように構成されて
いる。

【００２７】しかして、各ラッチ回路２６ａ，２６ｂ
は、それぞれ図１８（ｆ）（ｇ）のような値をラッチす
るのであって、ラッチ回路２６ｂにラッチされた値は発
光素子１の消灯時の時間カウンタ２３の出力値になる。
そこで、減算回路２７においてラッチ回路２６ａの出力
値からラッチ回路２６ｂの出力値を減算すれば、図１８
（ｈ）のように、発光素子１の消灯期間における雑音成
分を除去した出力値を得ることができるのである。その
結果、外乱光や内部回路の信号漏れなどの影響を除去し
てダスト濃度と出力値との一致度を高くすることができ
る。

【００２８】本実施例では、発光素子１の点灯期間と消
灯期間との両方について時間カウンタ２３の出力値をラ
ッチ回路２６ａ，２６ｂで一時的に保持しているが、い
ずれか一方のみをラッチ回路でラッチし、他方が時間カ
ウンタ２３で求められるたびにラッチ回路にラッチした
値と時間カウンタ２３の出力値との差を減算回路２７で
求めるようにしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】各請求項の発明は上述のように、発光素
子を短時間ずつ間欠的に発光させているので、発光素子
を連続的に発光させている従来構成に比較すると消費電
力を大幅に低減することが可能であるという利点を有
し、発光期間と発光間隔とを適当に設定すれば、電池で
の駆動も可能になるという効果がある。また、増幅回路
において受光素子での受光量に応じた時間関数に変換
し、この増幅回路の出力と所定のしきい値との大小関係
に応じて受光素子の受光量に応じた時間幅で出力をアク
ティブにする比較手段を設け、発光素子の発光毎に比較
手段の出力がアクティブなった時間、あるいは発光開始
から比較手段の出力がアクティブになるまでの時間を計
測して計測値に応じた複数段階の出力を発生するのであ
り、受光素子での受光量を時間に変換しているから、ア
ナログ−ディジタル変換回路を用いることなく、微粒子
の濃度を検出することができ、しかも時間測定は比較的
安価な回路構成でも高精度に測定できるから、高分解能
の測定が可能になるという利点を有する。さらに、受光
素子での受光量を時間測定により求めるから、微粒子の
濃度の測定範囲を広範囲に設定することが可能であると
いう利点もある。加えて、比較手段や時間カウンタには
ディジタル回路を用いることができるから、ワンチップ
マイクロコンピュータの実現が可能であり、しかも比較
的低精度のディジタル回路でも微粒子の濃度を高精度に
測定できるという効果がある。

【００３０】請求項３の発明は、発光素子の発光開始か
ら比較手段の出力がアクティブになるまでの時間を計測
するものにおいて、比較手段の出力がアクティブになる
と発光素子の発光を停止させるから、発光素子の発光期
間を必要十分な長さで短くすることができ、結果的に消
費電力の一層の低減が可能になるという利点を有するの
である。

【００３１】請求項４の発明は、比較手段がしきい値を
複数段階に切り換える切換手段を備えることにより、比
較手段の出力がアクティブになるときの受光素子の受光
量を変えることができ、結果的に感度を切り換えること
ができる。すなわち、感度切換によって微粒子濃度を広
範囲に検出できるという利点がある。請求項５の発明
は、微粒子での散乱光量に基づいて微粒子濃度を検出す
るものにおいて、発光素子の点灯期間と消灯期間との受
光量の差を求めることができるから、消灯期間において
受光素子に入射する外乱光の影響を除去することがで
き、検出精度の向上につながるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す回路図である。

【図２】図１に示した回路の各部の信号を示す動作説明
図である。

【図３】実施例１の概略構成図である。

【図４】実施例１の外観斜視図である。

【図５】実施例１におけるコンパレータの入出力の関係
を示す動作説明図である。

【図６】実施例１における増幅回路の出力電圧とコンパ
レータの出力との関係を示す動作説明図である。

【図７】実施例２を示す回路図である。

【図８】図７に示した回路の各部の信号を示す動作説明
図である。

【図９】実施例２におけるコンパレータの入出力の関係
を示す動作説明図である。

【図１０】実施例１における増幅回路の出力電圧とコン
パレータの出力との関係を示す動作説明図である。

【図１１】実施例３を示す回路図である。

【図１２】図１１に示した回路の各部の信号を示す動作
説明図である。

【図１３】実施例４を示す回路図である。

【図１４】図１３に示した回路の各部の信号を示す動作
説明図である。

【図１５】実施例４におけるコンパレータの入出力の関
係を示す動作説明図である。

【図１６】実施例４における増幅回路の出力電圧とコン
パレータの出力との関係を示す動作説明図である。

【図１７】実施例５を示す回路図である。

【図１８】図１７に示した回路の各部の信号を示す動作
説明図である。

【符号の説明】

１発光素子２受光素子１０発光制御回路１１パルス発生回路１２駆動回路１３ゲート１４フリップフロップ１５ａアンド回路１５ｂアンド回路２０演算回路２１増幅回路２２コンパレータ２３時間カウンタ２４出力回路２５ゲート２６ａラッチ回路２６ｂラッチ回路２７減算回路Ｒ₁ 抵抗Ｒ₂ 抵抗Ｒ₃ 抵抗ＳＷスイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体が通過するセンサ本体内の監視空間
に投光する発光素子と、発光素子からの直接光を受光し
ない位置に配置され監視空間からの光を受光する受光素
子と、監視空間に微粒子を含む気体が通過したときの受
光素子での受光量の増加に基づいて微粒子の存在を検出
するダストセンサにおいて、発光素子を短時間ずつ間欠
的に発光させる発光制御回路と、発光素子の点灯期間に
受光素子での受光量に応じた勾配で出力を時間の経過と
ともに増大させ発光素子が消灯すると出力を低減させる
増幅回路と、増幅回路の出力が所定のしきい値を超える
期間に出力をアクティブにする比較手段と、発光素子の
発光毎に比較手段の出力がアクティブになった時間に応
じた複数段階の出力を発生する時間カウンタとを具備す
ることを特徴とするダストセンサ。
【請求項２】気体が通過するセンサ本体内の監視空間
に投光する発光素子と、発光素子からの直接光を受光し
ない位置に配置され監視空間からの光を受光する受光素
子と、監視空間に微粒子を含む気体が通過したときの受
光素子での受光量の増加に基づいて微粒子の存在を検出
するダストセンサにおいて、発光素子を短時間ずつ間欠
的に発光させる発光制御回路と、発光素子の点灯期間に
受光素子での受光量に応じた勾配で出力を時間の経過と
ともに増大させ発光素子が消灯すると出力を低減させる
増幅回路と、増幅回路の出力が所定のしきい値を超える
期間に出力をアクティブにする比較手段と、発光素子の
発光毎に発光開始から比較手段の出力がアクティブにな
るまでの時間に応じた複数段階の出力を発生する時間カ
ウンタとを具備することを特徴とするダストセンサ。
【請求項３】比較手段の出力が非アクティブの期間に
発光素子への駆動用のパルス信号を通過させるゲートを
設け、比較手段の出力がアクティブになると発光素子の
発光を停止させることを特徴とする請求項２記載のダス
トセンサ。
【請求項４】比較手段はしきい値を複数段階に切り換
える切換手段を備えることを特徴とする請求項１または
請求項２記載のダストセンサ。
【請求項５】気体が通過するセンサ本体内の監視空間
に投光する発光素子と、発光素子からの直接光を受光し
ない位置に配置され監視空間からの光を受光する受光素
子と、監視空間に微粒子を含む気体が通過したときの受
光素子での受光量の増加に基づいて微粒子の存在を検出
するダストセンサにおいて、発光素子を短時間ずつ間欠
的に発光させる発光制御回路と、発光素子の点灯期間と
消灯期間とにおける各一定時間内に受光素子での受光量
に応じた勾配で出力を規定値から時間の経過とともに増
大させる増幅回路と、増幅回路の出力が所定のしきい値
を超える期間に出力をアクティブにする比較手段と、発
光素子の点灯期間と消灯期間とにそれぞれ比較手段の出
力がアクティブになった時間に応じた複数段階の出力を
発生する時間カウンタと、発光素子の点灯期間と消灯期
間とにおける時間カウンタの各出力値の差を求めて出力
する時間差算出手段とを具備することを特徴とするダス
トセンサ。