JPH0833963B2 - 光電式アナログ煙感知器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、自動火災報知システム等に用いられる光電
式アナログ煙感知器に関するものである。

［背景技術］ チャンバー内にLED等の発光素子とホトダイオード等
の受光素子を配し、チャンバー内に流入した煙による散
乱光を受光素子によって受けて煙を検知する光電式煙感
知器は、自動火災報知システム（以下では、「自火報シ
ステム」と略す）等に広く用いられている。

このような煙感知器のうち従来の光電式煙感知器は、
受光素子の出力値がある閾値を越えると、煙検知信号を
送出する所謂ON・OFF式のものである。最近は、火災の
早期発見と信頼性の向上の為、火災の判断を受信機側で
行うインテリジェンス自火報システムの開発が行われて
いるが、このようなシステムに対しては煙濃度に関する
情報が刻一刻と送出される必要がある。

そして、そのような情報はシステムの設計を簡易化す
るため、インテリジェンス自火報システムで要求される
煙濃度に対する一定の関係（例えば、Ｙ＝Ａ・ｘ＋Ｂ、
ここでA:定数、B:煙濃度０の時の感知器出力、x:煙濃
度）を有することが望まれる。

また、煙感知器の置かれている状態を考慮すると、発
光素子の劣化、発光素子又は受光素子の汚れ、或いはチ
ャンバー内へのゴミ等の侵入によって誤報又は失報する
ことがあるので、これらの検出が容易に行われることが
望まれる。

［発明の目的］ 本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、インテリジェンス自火報
システムにおいて要求される煙濃度に対する一定の関係
を有した出力が得られ、しかも、その出力によって発光
素子の劣化、発光素子又は受光素子の汚れ、或いはチャ
ンバー内へのゴミ等の侵入を容易に判別することのでき
る光電式アナログ煙感知器を提供することにある。

［発明の開示］ 上記目的を達成するため、本発明の光電式アナログ煙
感知器は、発光素子から間欠的に出力される発光パルス
の煙による散乱光を受光素子で検知し、この受光素子に
より電気信号に変換して煙濃度に応じた電気信号を出力
するように構成された光電式アナログ煙感知器におい
て、受光素子によって光電変換された電気信号を増幅す
る受光信号増幅回路、受光信号増幅回路の出力を積分す
る積分回路、積分回路の出力電圧を増幅する第１の増幅
回路、第１の増幅回路の出力電圧を第１の基準レベルを
基準に反転して増幅する第２の増幅回路、及び第２の増
幅回路の出力電圧を第２の基準レベルを基準に反転して
増幅する第３の増幅回路で定数、を備えており、上記積
分回路の出力は、ｙ＝ａ・ｘ＋ｂ（ａは煙濃度の増加係
数、ｂは煙濃度がゼロのときのオフセット値、ｘは煙濃
度）で規定され、上記第１の基準レベルは、第１の増幅
回路の出力が飽和せずに、リニアな出力が得られる範囲
に設定され、上記第２の基準レベルは、煙濃度がゼロか
ら最大濃度に至る範囲において、設計上求められるリニ
アな出力:Y＝Ax＋Ｂ（Ａは煙濃度の増加係数で定数、Ｂ
は煙濃度がゼロのときの出力値、ｘは煙濃度）が得られ
る範囲に設定されていることを特徴とする。

実施例 本発明の一実施例を第１図に示す。図に於いて、２は
光電式アナログ煙感知器１のチャンバー３内に配された
LED等によって構成された発光素子であり、４は同じく
そのチャンバー３内に配されたホトダイオードなどによ
って構成された受光素子である。発光素子２は発光素子
駆動回路５により間欠駆動されて、発光パルスを出力
し、受光素子４はその発光パルスの煙による散乱光を受
けて受光信号を発生する。この信号は受光信号増幅回路
６により増幅され、積分回路７に送られる。

このような光電式煙感知器の場合、発光素子２から出
力された発光パルスはチャンバー３の内壁で反射されて
受光素子４に受光されるので、煙濃度がゼロであって
も、受光信号増幅回路６の出力にはある程度の電圧が現
れる。従って、煙濃度ｘと積分回路７の出力電圧ｙとの
関係は、一般的に ｙ＝ａ・ｘ＋ｂ （式１） （ここで、ａは煙濃度の増加係数で定数、ｂは煙濃度ゼ
ロの時の積分回路７のオフセット値である。） で示されるような関係となり、この（式１）は、採用す
る積分回路７により固有のものとなる。

しかし、実際のインテリジェンス自火報システムを設
計する場合は、煙濃度ｘと煙感知器１の出力電圧Ｙとの
関係は上の（式１）とは異なる関係を有することが要求
され、この関係は一般的には、次の（式２）で示され
る。

Ｙ＝Ａ・ｘ＋Ｂ （式２） （ここで、Ａは煙濃度の増加係数で定数、Ｂは煙濃度ゼ
ロの時の煙感知器１の出力電圧であるが、Ａ、Ｂは設計
するシステムによって定まる値である。） したがって、単に（式１）を増幅しただけでは（式
２）の関係は得られない。このため、本発明では、積分
回路の出力を第１の増幅回路Ｉで増幅した後、第２、第
３の増幅回路II、IIIにより反転増幅して所要の出力が
得られるように構成している。

増幅回路Ｉ〜IIIは、オペアンプ11〜13をもって構成
されており、抵抗R1〜R11が図示のように接続されてい
るので、各増幅回路Ｉ〜IIIの増幅度A1〜A3は、A1＝１
＋R3/R2、A2＝R7/R6、A3＝R11/R10で決定される。

積分回路７の出力ｙは第１の増幅回路Ｉに入力されて
おり、抵抗R1を介してオペアンプ11の非反転入力端子に
入力されるようにされている。増幅回路Ｉの出力V1は第
２の増幅回路IIに入力され、抵抗R6を介してオペアンプ
12の反転入力端子に入力されている。増幅回路IIの出力
V2は更に抵抗R10を介して第３の増幅回路を構成するオ
ペアンプ13の反転入力端子に入力されている。尚、オペ
アンプ12、13の非反転入力端子に第１、第２の基準レベ
ルとして供給される入力電圧をVS1、VS2で示す。かくし
て得られた増幅回路IIIの出力V3は煙感知器１の出力
（式２のＹ）として、インテリジェンス自火報システム
の受信機（図外）等に送出される。

このような構成によれば、次のような関係式が成立す
る。

V1＝A1（ａ・ｘ＋ｂ） （式３） A2（V1−ＶS1）＝ＶS1−V2 （式４） A3（V1−ＶS2）＝ＶS2−V3 （式５） これらの式を整理すると、 V3＝A1・A2・A3・ａ・ｘ＋A1・A2・A3・ｂ −A3（１＋A2）VS1＋（１＋A3）VS2 （式６） が得られる。

ここで、 A1・A2・A3・ａ＝Ａ （式７） A1・A2・A3・ｂ−A3（１＋A2）VS1 ＋（１＋A3）VS2＝Ｂ （式８） とおくと、（式６）は V3＝Ａ・ｘ＋Ｂ となり、自火報システム側が要求する（式２）で示され
るアナログ信号出力が得られるので、実際のシステムの
設計にあたっては、システムの要求するＡ、Ｂに応じ
て、各抵抗値を適宜選択すればよい。通常の場合、煙濃
度０（ｘ＝０）の時の出力V3は（式８）で表されるＢで
ある。

本発明によるシステムの設計例を、第２図及び第３図
に示す一例を用いてより具体的に説明する。今、この例
では、第２図に示すように、煙濃度０％/mの時に100m
V、煙濃度22.5％/mの時に700mVの電圧が積分回路７の出
力ｙとして発生するものとする（即ち、ｙ＝2.67x＋0.
1）。しかし、自火報システムの受信機側では、第３図
に於いて実太線で示すように、煙濃度０％/mの時に1V、
煙濃度22.5％/mの時に5Vの電圧が煙感知器１の出力Ｙと
して必要であるとする（即ち、Ｙ＝17.8x＋１）。

第１の増幅回路Ｉの抵抗R2、R3を、例えば10kΩ、90k
Ωにすると（増幅度A1＝10）、増幅回路Ｉの出力V1は第
３図の実細線のように０％/mの時に1V、22.5％/mに7Vと
なる。第２の増幅回路IIに於いて、抵抗R6、R7を共に10
0kΩとし（増幅度A2＝１）、非反転入力端子の第１の基
準レベルVS1を4Vとするならば、出力V1は反転入力端子
に入力されているので、増幅回路IIの出力V2は第１の基
準レベルVS1（＝4V）を基準にして出力V1を反転したも
の（第３図の一点鎖線）になる。次に、第３の増幅回路
IIIの抵抗R10を600kΩ、R11を400kΩとし（増幅度A3＝2
/3）、電圧VS2を3.4Vとする。増幅回路IIの出力V2は反
転入力端子に入力されているので、増幅回路IIIの出力V
3（即ち、煙感知器１の出力Ｙ）は、出力V2を第２の基
準レベル（＝3.4V）を基準にして反転したもの（第３図
の実太線）となる。従って、煙感知器１の出力Ｙは、シ
ステム側で要求される通りとなる。

次に、前述のような煙感知器１の出力Ｙ（V3）によ
る、発光素子２の劣化、発光素子２又は受光素子４の汚
れ、或いはチャンバー３内へのゴミ等が侵入した場合を
考察する。

この場合、発光素子２の劣化、発光素子２又は受光素
子４の汚れにより、煙濃度０（ｘ＝０）の時の積分回路
７の出力ｙはｂより小さくなりb1（b1＜ｂ）となる。と
ころで、この時の煙感知器１の出力V3（＝B1）は、（式
６）に於いてｘ＝０、ｂ＝b1としたものであるから、 V3（＝B1）＝A1・A2・A3・b1 −A3（１＋A2）VS1＋（１＋A3）VS2 となる。従って、この時の上式で示される出力V3（＝B
1）は通常の場合の煙濃度０の時の出力V3（＝Ｂ）よりA
1・A2・A3（ｂ−b1）だけ小さくなる。受信機側で煙感
知器が正常である時のＢの値を記憶しておけば、この変
化を判別することができ、発光素子２の劣化、発光素子
２又は受光素子４の汚れ等の異常を検出することができ
る。

次に、チャンバー３内にゴミが入り、煙濃度０（ｘ＝
０）の時の積分回路７の出力ｙがｂより大きくなりｙ＝
b2（b2＞ｂ）となった場合を考察する。この時の煙感知
器１の出力V3（＝B2）は、（式６）に於いてｘ＝０、ｂ
＝b2としたものであるから、 V3（＝B2）＝A1・A2・A3・b2 −A3（１＋A2）VS1＋（１＋A3）VS2 となる。従って、この時の上式で示される出力V3（＝B
2）は通常の場合の煙濃度０の時の出力V3（＝Ｂ）よりA
1・A2・A3（b2−ｂ）だけ大きくなる。ところで、ゴミ
によって大きくなった出力V3の値は時間に対して一定と
なるが、煙による出力V3は短い時間で大きく変化するた
め、受信機側でゴミによる出力の変化であることを判別
できる。

尚、積分回路７としては、通常の積分回路に代えてサ
ンプルホールド回路を使用するようにしてもよい。ま
た、発光素子としてはLEDを用いた例を示したが、レー
ザ光を用いたものであってよいことはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上の説明より明らかなように、本発明によれば、積
分回路の出力特性が、インテリジェンス自火報システム
等のシステムのものと異なったものであっても、システ
ム側が要求する煙濃度と一定関係を有するアナログ出力
信号が得られるようになり、しかもその出力信号により
発光素子の劣化、発光素子又は受光素子の汚れ、或いは
チャンバー内へのゴミ等の侵入を容易に判別できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例回路構成図、第２図は積分回
路の出力と煙濃度との関係の一例を示すグラフ、第３図
は本発明による煙感知器の出力と煙濃度との関係の一例
を示すグラフである。 １……光電式アナログ煙感知器、２……発光素子、３…
…受光素子、Ｉ……第１の増幅回路、II……第２の増幅
回路、III……第３の増幅回路、VS1……第１の基準レベ
ル、VS2……第２の基準レベル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子から間欠的に出力される発光パル
   スの煙により散乱光を受光素子で検知し、この受光素子
   により電気信号に変換して煙濃度に応じた電気信号を出
   力するように構成された光電式アナログ煙感知器におい
   て、 受光素子によって光電変換された電気信号を増幅する受
   光信号増幅回路、 受光信号増幅回路の出力を積分する積分回路、 積分回路の出力電圧を増幅する第１の増幅回路、 第１の増幅回路の出力電圧を第１の基準レベルを基準に
   反転して増幅する第２の増幅回路、及び 第２の増幅回路の出力電圧を第２の基準レベルを基準に
   反転して増幅する第３の増幅回路、 を備えており、 上記積分回路の出力は、ｙ＝ａ・ｘ＋ｂ（ａは煙濃度の
   増加係数で定数、ｂは煙濃度がゼロのときのオフセット
   値、ｘは煙濃度）で規定され、 上記第１の基準レベルは、第１の増幅回路の出力が飽和
   せずに、リニアな出力が得られる範囲に設定され、 上記第２の基準レベルは、煙濃度がゼロから最大濃度に
   至る範囲において、設計上求められるリニアな出力:Y＝
   Ax＋Ｂ（Ａは煙濃度の増加係数で定数、Ｂは煙濃度がゼ
   ロのときの出力値、ｘは煙濃度）が得られる範囲に設定
   されていることを特徴とする光電式アナログ煙感知器。