JPH0833964B2 - 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なわれること
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と、受光信号増幅回路の出力を積分
する積分回路と、この積分回路の出力電圧を第１、第２
の増幅回路に入力させるとともに、第１、第２の増幅回
路の出力を第３の増幅回路に入力して、差動増幅する構
成となし、上記第１の増幅回路と、上記第２の増幅回路
は増幅度が同一値じであり、上記第２の増幅回路の上限
出力は、感知器が正常で煙濃度がゼロの時の積分出力の
オフセット値を増幅した時の出力値に設定されており、
上記第３の増幅回路は、上記第１、第２の増幅回路の出
力を差動増幅した値に、上記第２の増幅回路の出力値を
更に加算して出力させる構成としたことを特徴としてい
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等によっ
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の出力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は定数、ｂは煙濃度０の時の積分回路７の
出力電圧である。） で示されるような関係となる。

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、（式２）で示される。

Ｙ＝Ａ・ｘ＋Ｂ （式２） （ここでＡは定数、Ｂは煙濃度０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
まる任意の値である。） したがって、単に（式１）を増幅しただけでは式２の
関係は得られないのが通常である。（式１）と（式２）
から分かるように、axをA/a倍してAxとし、その値にｂ
をB/b倍した値を加えるようにすれば、（式１）を（式
２）の関係にすることができる。第５図は、横軸に煙濃
度ｘを、縦軸に出力電圧ｙをとった積分回路の出力特性
図、第６図は同一の煙濃度範囲（ｘ最大の最大値をxmと
している）におけるシステムの要求する出力電圧Ｙの特
性図を示している。これを行うために、本発明では、増
幅度A1、A2（＝A1）、A3の演算増幅回路Ｉ、II、IIIを
第１図に示すように接続して所要の出力が得られるよう
にしている。これらの増幅回路Ｉ〜IIIはオペアンプ11
〜13をもって構成されており、抵抗R1〜R8が図示のよう
に接続されている。

積分回路７の出力ｙは、第１の増幅回路Ｉのオペアン
プ11の非反転入力端子及び第２の増幅回路IIのオペアン
プ12の非反転入力端子に入力されている。増幅回路Ｉの
出力V1は第３の増幅回路IIIのオペアンプ13の非反転入
力端子に抵抗R7を介して入力されている。そして、オペ
アンプ11、12の反転入力端子は、抵抗R1、R3を介してグ
ランドに接続されている。また、増幅回路IIの出力V2
は、第３の増幅回路IIIのオペアンプ13の非反転入力端
子に抵抗R8を介して入力されると共にオペアンプ13の反
転入力端子に抵抗R5を介して入力されている。尚、増幅
回路IIでは図示のように、オペアンプ12の出力端子に
は、ツェナーダイオードZDが接続されている。増幅回路
IIIのアナログ出力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。

上記のような構成の煙感知器１に於いて、抵抗R1と抵
抗R3とを等しく、抵抗R2と抵抗R4とを等しくしてオペア
ンプ11、12の増幅度A1,A2を等しくし、ツェナーダイオ
ードZDのツェナー電圧の値をシステムの要求する値Ｂと
するならば、増幅回路IIの出力V2の上限出力はＢに制限
される。従って、 A1＝A2＝B/b＞０ ここにｂは煙濃度ゼロの時の積分回路の出力となるよ
うに、オペアンプ11、12の増幅度A1、A2を選択するなら
ば、増幅回路Ｉ、IIの出力V1、V2はそれぞれ、 V1＝A1（ａ・ｘ＋ｂ） ＝A1・ａ・ｘ＋A1・ｂ ＝A1・ａ・ｘ＋Ｂ V2＝Ｂ となる。また、このとき出力V1、V2間の差は、 V1−V2＝A1・ａ・ｘ＋Ｂ−Ｂ ＝A1・ａ・ｘ となる。

従って、この出力V1と出力V2との差には、煙濃度がゼ
ロの時のチャンバー３内での反射光に基づく信号は現れ
ず、煙による散乱光に基づく信号のみが現れるようにな
る。従って、V1とV2の差A1axをA3（＞０）倍増幅して
（式２）のAxとして、その値にＢを加えれば式２で示さ
れる目的のアナログ信号が得られるようになる。

これを実現するため、本発明では、第３の増幅回路II
Iを差動増幅器として用い、反転入力端子を増幅回路II
の出力V2に接続している。この場合、増幅回路IIIの抵
抗R5及び抵抗R7、並びに抵抗R6及び抵抗R8を夫々等しく
するようにすれば、増幅回路IIIの増幅度A3はR6/R5＝R8
/R7であり、その出力V3（すなわち、煙感知器１の出力
Ｙ）は、 V3＝A3（V1−V2）＋V2 となる。増幅回路IIに於いては、その入力電圧（すなわ
ち、積分回路７の出力ｙ）が正常動作時における煙濃度
がゼロの時の初期値以上、つまりｂ以上であれば、ツェ
ナーダイオードZDのリミット作用によりシステムにより
要求される定数Ｂとなり、V2＝Ｂとなる。したがってこ
の場合は、 V3＝A3・A1・ａ・ｘ＋Ｂ の出力が得られる。ここで、抵抗R5〜R8を適宜に選定し
て、A3・A1・ａ＝Ａとなるように、増幅回路IIIの増幅
度A3を決めると、上式は、更に V3＝Ａ・ｘ＋Ｂ となり、煙感知器１は、自火報システム側が要求する通
りのアナログ信号出力Ｙを受信機に送出できることにな
る。

次に、前述のような煙感知器１の出力Ｙ（V3）につい
て考察する。

今、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が小さくなりｙ＝b1（b1＜ｂ）となった場合を考え
る。この時の増幅回路Ｉ、IIの出力１、V2は、 V1＝A1・b1 V2＝A1・b1＝V1＜Ｂ となる。また、このとき増幅回路IIIの出力V3は、 V3＝A3（V1−V2）＋V2 ＝A1・b1＜Ｂ となり、煙感知器１の出力Ｙ（V3）はＢよりも小さくな
る。受信機側でＢの値を予め記憶するようにしておけ
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の汚れが容易に判別され
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が大きくなりｙ＝b2（b2
＞ｂ）となった場合を考える。この時の増幅回路Ｉの出
力V1は V1＝A1・b2 であり、A1・b2＞Ｂであるから増幅回路IIの出力V2はツ
ェナーダイオードZDのツェナー電圧（＝Ｂ）に制限され
て、 V2＝Ｂ となる。

そして、このとき増幅回路IIIの出力V3（Ｙ）は、 V3＝A3（V1−V2）＋Ｂ ＝A3・［（A1（ax＋b2）−Ｂ］＋Ｂ＞Ｂ 従って、この時の上式で示される出力V3（即ち、煙感
知器１の出力Ｙ）は煙濃度ゼロのとき、V3＝A3（A1・b2
−Ｂ）＋Ｂとなるので通常の場合の煙濃度ゼロの時の出
力V3（＝Ｂ）より大きくなることが分かる。

（∵A1・b2−Ｂ（＝A1・b1）＜０）また、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であるが、
煙による場合は出力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が容易
に判別される。

なお、積分回路７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。以上の実施例ではLEDによる
発光パルスを用いた例を示したが、本発明はレーザ光を
使用した煙感知器にも適用しうる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
等の要求特性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図、第２図〜第４図は煙
感知器の正常動作時における増幅回路の出力特性図、第
５図は積分回路の出力特性図、第６図はシステムの要求
する出力特性図である。 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、ZD……ツェナーダイオ
ード。

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
   光信号増幅回路と、受光信号増幅回路の出力を積分する
   積分回路と、この積分回路の出力電圧を第１、第２の増
   幅回路に入力させるとともに、第１、第２の増幅回路の
   出力を第３の増幅回路に入力して、差動増幅する構成と
   なし、 上記第１の増幅回路と、上記第２の増幅回路は増幅度が
   同一値じであり、 上記第２の増幅回路の上限出力は、感知器が正常で煙濃
   度がゼロの時の積分出力のオフセット値を増幅したとき
   の出力値に設定されており、上記第３の増幅回路は、上
   記第１、第２の増幅回路の出力を差動増幅した値に、上
   記第２の増幅回路の出力値を更に加算して出力させる構
   成とした光電式アナログ煙感知器。