JPS6033035A - 減光式煙感知器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、火災時に流入した煙による光源からの光の減
衰を受光部で感知して火災を検出するようにした減光式
煙感知器に関する。

従来、煙感知器としては、イオン化式の煙感知器、散乱
光式煙感知器が広く使用されている。

しかしながら、イオン化式煙感知器は着炎火災のように
＾温で発生ずる煙に対しては敏感に作動するが燻焼火災
のような低温燃焼で発生１６煙に対しては充分な検出特
性が得られず、一方、散乱光式煙感知器は白色の煙に対
しては敏感に作動Ｊるが黒色の煙に対しては充分な検出
特性が得られないという欠点がある。

これに対し、煙による光源からの光の減只を検知づる減
光式煙感知器にあっては、着炎火災、燻焼火災、白色煙
をともなう火災、黒色煙を伴なう火災のいずれに対して
も一様に煙濃度に応じた検出特性が得られ、煙感知器と
しては最も利用価値が高い。

しかしながら、減光式煙感知器の欠点は、光源から受光
部までの光路長を長くとらなければ受光素子の温度変化
による出力変化を上回る受光出力を得ることかできない
点にある。

第１図はランベルト−ベアの法則に基づき光路長に対す
る受光量（受光出力）の変化率を煙濃度をパラメータと
して示したグラフであり、第２図に光路長が短いときの
特性を取り出して示している。

ここで、例えば２０％／ｍの煙濃度で火災を検出しよう
とすると、光路長５　’ｃ　ｒｎでは約１．１１％の受
光用の変化が得られる。これに対し受光素子として例え
ばフォトダイオードを使用したとすると、フォトダイオ
ードの温度依存性は通常０゜１４〜０．２％／℃稈瓜で
あり、使用温度範囲となる一り０℃〜→−５０℃での受
光出力の変化率の絶対値２０’Ｃを基準としたときは １０．１４〜０．２％／℃ＩＸ（±３０℃）−４，２〜
６％ となり、感知器の設置状態における温度変化で２０％の
煙８１度による受光量の変化率を越える変化を起してし
まう。従って、温度の影響を無視Ｊるためには、第１図
のグラフから２５ｃｍ以上の光路長を確保しな【ノれば
ならない。

そこで、従来の光源と受光部を同じ筐体内に設けた所謂
スポット式の減光式煙感知器では、光源からの光をミラ
ーで数回反射させて受光部に入射させ、例えば８０ｃｍ
という実光路長を得るようにしたものもあるが、それで
も感知器の直４１１Ｊ２０ｃｍを越える大きさとなり、
通常のイオン化式および散乱光式の煙感知器が山径５〜
１０ｃｍ程度であることと比較すると、感知器としては
大き過ぎて見栄えが悪く、またコスト的にも高価Ｃある
ため特殊な用途にしか利用できないという欠点があった
。

一方、実開昭５３−１１２’４７４Ｍに示されるように
、受光素子を２個設け、一方の受光素子には煙により減
衰された光源からの光を入射し、他方の受光素子には光
源からの光をそのまま基準光として入射し、受光出力の
差から火災を検出す−るようにした減光式煙感知器も知
られているが、前述したＪ：うにフィトダイオードの温
度依存性は、０．１４〜０．２％／℃であることから、
最大０゜０６％／℃となる素子のバラツキがあり、これ
に使用温度範囲・となる２０±３０℃を考慮すると、２
０％／１１１の煙濃度で±３０℃の湿度変化により１．
８％の受光出力変化を起すこととなり、この影響を無視
り゛るためには信号変化量ΔＶ　ｂ＜温度変化小１゜８
％の１０倍以上、即ち△Ｖ＝１８％程度ないと良好な感
度を有する感知器とは言えないから光路長としては約８
０ｃｍを必要とし、更に各受光素子毎に設（）た増幅器
の特性のバラツキを考慮すると、従来のイオン化式およ
び散乱光式煙感知器に相当す゛る人ささの減光式煙感知
器を得ることは困難であった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、イオン化式および散乱光式煙感知器と同等の大き
さとしても受光素子の温度依／ｉ：　＋Ｌに影響される
ことなく設定感度に応じた濃度の煙を検出することので
きる減光式煙感知器を提供り。

ることを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、流入した煙により減
衰された光源からの光を検出（る第１の受光素子と煙の
影響を受けない光路を介して送られた光源からの光を検
出する第２の受光素子を有し、この第１および第２の受
光素子は同一ウニバー上に形成された光半導体構造をも
つ湿態特性の揃った素子であり、この第１および第２の
受光素子を両者の光電流の差に応じた信号が印加される
ように単一の演算増幅器（オペアンプ）に入力接続し、
演算増幅器には入力信号レベルが設定感度に応じた所定
レベルに達したときに出力を生じきせる感度設定手段（
オフセラ１〜調整回路）を設けるＪこうにしたちのＣあ
る。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明の一実施例を感知器回路と共に示した説
明図である。

まず、構成を光学系について説明すると、１は光源とな
る発光ダイオードであり、感知器筐体内に形成された外
部Ｊ：りの煙が流入する検煙領域２に向けて光を送出す
る。発光ダイオード１と検煙領域２を介して相対した位
置には第１の受光素子となるフォトダイオード３が設置
され、フｙ＋Ｉ〜ダイオード３に対しては入射側に設置
したスリット４の開口部を介して検煙領域２を通過した
発光ダ・＋’Ａ−ドＩにりの光が入射す゛るようにして
いる。

一方、発光ダイオード１から検煙領１１！２を通ってフ
ォトダイオード３に入射する光の経路から独立して光フ
ァイバー５により発光ダイオード１かＩうの光を同じく
スリット４を介して第２の発光素子としてのフォトダイ
オード６に入用する光の経路が設けられている。尚、こ
のような減光式の光学系において、スリット４はフＡ１
〜ダイΔ−ド３３゜６にぼぽ密着して設けられることか
ら、光路良化は発光ダイオード１とスリッ１〜４の間隔
で与えられる。

発光ダイオード１よりの光を検煙領域２を介して入射し
たフ、ｔ　ｌ−ダイオード３と、光ファイバー５を介し
て直接入射したフォ１−ダイオード６は、カソード側の
共通接続をもって直列接続されており、このフォトダイ
オード３．６どしては、同一ウニバー上に隣接して配置
された素子４４造を右するものが使用され、同一ウ］バ
ー」−に形成され−（いることから、フォトダイオード
３．６の温度特性を略同−にすることができる。この同
一ウゴハー上に）Ａ］−ダイオード３．６を隣接して形
成し　゛た素子としては、例えば光電子工業株式会社製
の５Ｐ−２−２９等を用いることができ、素子自体でカ
ソード側を共通接続したフオトダイオード３゜６の逆直
列接続が行なわれており、光入力を受けｔ−フォトダイ
オード３．６の各光電流の差電流を得ることができる。

この同一ウニバーに隣接して配置された２つのフーｉｉ
〜ダイＡ−ド３．６の光入力に夕・１する相対出力変化
は、Ｏ〜＋５０℃の範囲で０．１±０．０３５％以下と
なることが実験的に確認されている。従って、煙感知器
の使用温度となる一１０〜＋５０℃の温度範囲における
フオ；−ダイＡ−ド３，６の相対出力の変化量が０．１
％以内であるとＪ−れば、この影響を無視Ｊるために（
９１信号変化吊ΔＶが温度変化司１．０％の１０倍以上
、即ちΔｖ＝ｉ、ｏ％程度あれば良好な感度を右Ｊる感
知器が１ｑられ、ΔＶ＝１．０％に対する光路長は第２
図のグラフから約５ｃｍとなる。

また、同じ光源としての発光ダイオード１よりの光をフ
ォトダイＡ−ドダイＡ−ド３．６に入射しでいることか
ら、光源劣化に対しても差電流として得られるフオトダ
イオード３．６の相対出力は変化せず、温度変化に対し
ても安定した相対出力が得られると共に、光源劣化に対
しても同様に安定した相対出力を得ることができる。

次に、感知器回路を説明すると、温度および光源劣化に
対する相対出力の安定度が高いフォ１−ダイオード３．
６のカソード側の共通接続にＪ：り電気的には差動回路
を形成しており、この）Ａ１−ダイオード３．６の差動
回路で得られｌｃ光雷電流にを増幅するため、フォトダ
イオード３，６のアノード側をオペアンプ７に入力接続
し“（いる。このオペアンプ７の入力回路において、）
ＡトタイＡ−ド６のアノード側はオペアンプ７のプラス
入力端子と接続され、回路のマイナス側に接続される。

また、オペアンプ７のマイナス入力端子にはノＡ］−ダ
イオード３のアノード側を接続し、且つ帰還抵抗Ｒ３を
介して出力を帰還接続している１、即も、フォトダイオ
ード３，６の差電流に比例しｌ、二人力電圧をオペアン
プ７に印加する回路接続を行なっている。

一方、オペアンプ７にはオフセット調整用の可変抵抗Ｖ
Ｒが設けられ、所定の煙濃度例えば減光率が１５％／ｍ
　（２秤感麿）となる煙の流入によりｊｑられたフォト
ダイオード３，６の差電流に対応した入力電圧ににる出
力がＬレベルとなるように可変抵抗ＶＲを調整しておく
ことにより、１５％／■を越える濃度の煙に対しオペア
ンプ７が１−ルーベル出ノｊを生ずる感度設定を行なう
ことができる。尚、オフセット調整により設定した検出
感度でオペｊ′ンプ７がｌ−ルベル出力を生ずるコンパ
レータとして作動するためには、帰還抵抗Ｒ３の抵抗値
を充分大きくしておけばよい。また、煙濃度に応じたア
ナログ出力を１ｑたいときには、帰還抵抗Ｒ３の値を小
さくすることによりフォトダイオード３．６の差電流に
比例した検出出力を得ることができる。

このように、第３図の感知器回路では１１１−のオペア
ンプ７によりフォトダイオード３，６の光゛電変換で得
られた差電流を電流電圧変換増幅でる回路構成どしてい
るため、各フｙ＋１−ダイオード３゜６毎にオペアンプ
を用いた場合に比べ′Ａオペアンプ互間の特性のバラツ
キを起こさず、フォトダイオード３．６の相対出力のバ
ラツキのみに依存した増幅出力を得ることができ、また
Ｈ＞ｆ変抵抗Ｖ　Ｒによるオフセット調整のみで検出感
度を決めていることから、フォトダイオード３，６にλ
・１？ｌる光学系の機械的な調整を不要にりることがで
きる。

次に、光学系の光路長Ｂ、についで１ｊ、例えば第２図
に示した減光率２０％／ｍにａ３りる光路長Ｆ〕ｃｍの
ときの受光素子の変化率ΔＶは１　、　１１％となるが
、２つのフォトダイオード３．６にＪ：る相対出力の温
度変化量が一１０〜＋５０℃の範囲で゛僅かに０．１％
にすぎず、この温度変化ｆｆ１０．１％を無視するため
の信号変化量ΔＶは１０倍以上の例えば１．０％となり
、第２図のグラフから光路長５ｃｍを満足する。従って
、光路長を短くすることにより変化率ΔＶが小さくとも
温度による影響を無視でき、更に、オペアンプ７の増幅
率を適宜に設定するとにより煙の流入により得られるフ
ッ１トダイオード３の光電流の僅かな変化を高精度で検
出°す゛ることができる。従って、第３図の実施例によ
れば、従来のイオン化式および散乱光式煙感知器と同等
の大きさをもつ光路長化−１Ｑｃｍ以下の減光式煙感知
器を実現することができる。

第４図は、本発明で用いる同一ウユバー状に２つのフォ
トダイオードを形成した素子接続の他の実施例を示した
もので、第４図＜ａ　＞は第３図と逆にノＡ１−ダイオ
ード３，６のアノード側を共通接続して差動出力が得ら
れるようにしたものであり、同図（ｂ）はフォトダイオ
ード３，６を逆向きに並列接続した差動回路を示し、更
に、同図（Ｃ）はフォトダイオード３，６のアノード側
を共通端子とし、ノＪンード側を個別に取り出した３端
子構造の差動回路としたもので、いずれの差動回路につ
いてもフオトダイオード３，６の差電流に応じた光電変
換出力を得ることができる。

第５図は第３図の実施例を用いた減光式煙感知器の具体
的な回路構成の一例を示したもの（゛、端子８．９をも
って受信機より引き出された一対の電源兼用信号線に接
続され、受信機よりの電源供給を定電圧回路１０で受（
プて瞬知器回路部に一定電圧を供給している。更に、第
５図の実力色例（よ発光ダイオード１のパルス発光覆る
方式を例にとることから、発振回路１１が設りられ、発
振回路１１の出力は抵抗Ｒ４を介しＣ発光ダイオード１
に供給され、また、抵抗Ｒ５および高周波成分遮断用の
インダクタンスＬを介して］ンパレータどして作動する
オペアンプ７側の回路部に間欠的に市　源を供給Ｊ−る
ようにしている。発光ダイオート１よりの光は第３図の
実施例に示したように、検炸領域２を介してフォトダイ
オード３に入射すると共に、光ファイバー５による別の
光経路を介してフォトダイオードロに入射され、フォト
ダイオード３，６の差動出力はオペアンプ７に入力され
、検出感度はオペアンプ７に設けた可変抵抗ＶＲによる
オフセット調整で設定されている。オペアンプ７の出力
はトランジスタ１３．１４でなる２段増幅回路に与えら
れ、トランジスタ１４のコレクタより抵抗ＲＩＯを介し
てカウンタ１２に入力接続され、カウンタ１２は発振回
路１の発振パルスに同期し−Ｃ例えば２回のオペアンプ
７の検出出力が得られたときにカウンタ出力を生ずる。

カウンタ出力はダイオードＤ１を介して端子８．９間接
続したリーイリスタ１５のゲー１−にトリガ信号とし°
Ｃ供給され、４ノイリスタ１５のターンオンにより帽子
８，９、即ち受信機よりの電源兼用信号線を低インピー
ダンスに短絡して発報電流を流すようにしている。尚、
サイリスタ１５に並列接続されたツェナダイオードＺＤ
およびコンデンサＣ１はサージ電圧およびノイズ吸収用
に設（Ｊている。

この第５図の実施例による動作を簡単に説明りるならば
、発振回路１１は一定周期毎に発光ダイオード１を間欠
発光しＣおり、同時に発振回路１１の発振パルスにより
オペ７ンブ７およびその出力段に設けたトランジスタ１
３．１４の増幅回路に電源を供給し、発光ダイオード１
が発光する狛にパルス的な回路動作を行なっている。従
っ°Ｃ１発振回路１１よりの発振パルス幅としては、抵
抗Ｒ５を介してのパルス信号を受りてからＡペノ′ンブ
７を含む回路部が安定状態となるに充分なパルス幅をも
７Ｃせている。発光ダイオード１のパルス駆動により得
られた光は検煙領域を介しで）Ａ１〜ダイオード３に入
射され、同時に光ノアイバーによる別の光経路を介して
フォトダイオード６にｂ入射し、フオトダイオード３，
６の光電流の差に応じた差動入力をオペアンプ７に与え
、検煙領域に対し煙の流入がないときには可変抵抗ＶＲ
によるオフセット調整によりオペアンプ７の出ノｊ（よ
Ｌレベルにあり、トランジスタ９．１０がオフとなって
カウンタ１２の泪数値はゼロとなって０る。

一方、検煙領域２に煙が流入した場合に１よ、流入した
煙ｉｆ’、！痕に応じて）７Ｉｔ−ダイオード３に入射
する発光ダイオード１よりの光が減真し、可変抵抗ＶＲ
のオフセラｌ−調整で設定した検出感度、例えば減光率
１５％／ｍの煙による受光出力が得られたときにオペア
ンプ７がＨレベル出力を生じ、トランジスタ１３．１４
のオンにＪ：リカウンタ１２がカウントアツノ゛される
。続いて、次の発光ダイオ−１ζ１のパルス光について
も同様に１５％／ｍ以上どなる光の減衰を受（」たとき
には同様にオペアンプ７が１〜ルベル出力を生じ、カウ
ンタ１２の、ｉ１数値が設定した２カウントに達するこ
とでカウンタ１２はナイリスタ１５のゲートに出力を生
じ、サイリスタ１５がトリガされることで受信機よりの
電源兼用信号線を低インピーダンスに短絡し、規定の発
報電流を受信機に流す。

次に、本発明の詳細な説明°すると、流入した煙により
減衰された光源からの光を検出する第１の受光素子と、
煙の影響を受りない光路を介しＣ送られた光源からの光
を検出する第２の受光素子を右し、この第１おにび第２
の受光素子は同一ウニバー上に形成された光半導体構造
をもつ温度特性の揃った素子であり、第１　ｄ′３Ｊ：
び第２の受光素子を両者の光電流の差に応じたイハ弓が
印加されるように単一の演棹増幅器に入力接続し、演ｇ
７ｉ増幅器には入力信号レベルが設定感度に応じｌ≦所
定レベルに達したとぎに出力を生じさせる感度設定手段
を設けるようにしたため、２つの受光素子のＨＭ　（Ｉ
ｈ変化に対する相対出力のバラツキは略無祝することか
でき、検煙領域を介して設りた光源と受光素　□子の光
路長’＆１０ｃｍ以下としても、２て）の受光素子の温
度に依存したバラツキの影響を受４−Ｊることなく流入
した煙濃度に応じた受光出力を得ることができ、この結
果、従来のイオン化式、散乱光式煙感知器と同等な１０
ｃｍ以下の大きさをもつ減光式煙感知器を実用化するこ
とが可能となった。

更に、２つの受光素子の差動出力を増幅する手段ど（）
て、単〜の潰砕増幅器を使用していることから、各受光
素子毎に増幅器を設けた場合に比べ増幅器相互間の特性
のバラツキを無視することができ、光路長を短くするこ
とにより煙濃度に対づる受光出力の変化量が少なくなっ
ても、増幅器のυ！４４のバラツキの影響を受（プるこ
となく減光量をｉ１確に検出することができる。

更に、潰砕増幅器のＡフセツ１〜調整により検出感度を
設定しでいることから、減衰光と基準光を個別に入射し
た光学系における機械的な調整が不要となり、検出感度
の設定調整を極めて簡単に行７Ｊうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は減光式煙感知器の光路長に対する光の変化量を
煙濃度をパラメータとして示したクラ−）図、第２図は
第１図の光路長の短い部分を取り出して示したグラフ図
、第３図は本発明の一実施例を示した説明図、第４図は
本発明で用いる２つのフォ１−ダイオードの差動接続の
他の実施例を示した回路図、第５図は第３図の実施例を
用いた減光式煙感知器の具体的実施例を示した回路図で
ある。 １：発光ダイオード（光源） ２：検煙領域 ３：フォトダイオード（第１の受光素子）４ニスリット ５：光ファイバー ６：フォトダイオード（第２の受光素子）７：オペアン
プ ８．９＝端子 １０：定電圧回路 １１：発振回路 １２：カウンタ １３．１４：ｌ−ランジスタ １５：す゛イリスタ 特許出願人　ホーチキ株式会社 代理人　弁狸士　竹　内　進 第　１　図 Ｌ　Ｅ＆長（ｃｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 火災時に流入した煙により光源からの光が受光部で減衰
   することを感知して火災信号を出ツノする減光式煙感知
   器において、 煙によって減衰した光源からの光を検出する第１の受光
   素子と、煙に影響されない光路を介して光源より送られ
   た光を検出する第２の受光素子とを右し、該第１および
   第２の受光素子は同一ウニバー上に形成された光半導体
   構造を有する温度特性の揃った素子であり、該第１の受
   光素子と第２の受光素子を両者の差電流に応じた信号を
   印加するように演算増幅器に入力接続したことを特徴と
   １−る減光式煙感知器。