JPS64755B2

JPS64755B2 -

Info

Publication number: JPS64755B2
Application number: JP4582582A
Authority: JP
Inventors: Sadataka Yuji; Hiroshi Pponma
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1982-03-23
Filing date: 1982-03-23
Publication date: 1989-01-09
Also published as: JPS58162843A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、検煙部に流入した煙による散乱光を
検出して受信機に発報信号を送出するようにした
光電式煙感知器に関し、特に、高い信頼性確保と
消費電流及び製造コストの大幅な低減を図るよう
にした光電式煙感知器に関する。

従来、この種の光電式煙感知器としては、第１
図に示すものが実用化されている。図において、
１はダイオードブリツジで、このダイオードブリ
ツジ１に続いて、火災を検出したときに電源兼用
信号線l₁，l₂間を導通して発報信号を送出するサ
イリスタを有するスイツチング回路２、電流制限
機能付の定電圧回路３、パルス制御回路を含んだ
発振回路４、発振回路４からのパルス信号に応じ
間欠的に発光駆動される発光ダイオード５、検煙
部に流入した煙による散乱光を受光する受光ダイ
オード７、該受光ダイオード７より得られる出力
電圧が基準電圧以上のとき出力する比較器を有す
る比較回路８、該比較回路８の出力が連続して２
回以上得られたときに火災検出信号を出力してス
イツチング回路２を作動する蓄積回路９のそれぞ
れが設けてある。

ところで、上記従来の光電式煙感知器において
は、消費電流低減のため発光ダイオードの駆動電
流を下げて使用する場合、そのために生ずる受光
ダイオードの出力低下を、500〜1000倍の高利得
を有するオペアンプ等の増幅器（図示せず）を比
較回路８の比較器前段に備えることにより補償す
るのが一般的である。しかし、高利得増幅器を使
用すると、数ｍＶ程度の受光電圧を増幅する場合
には、極くわずかなノイズ、例えば１ｍＶ程度の
ノイズが電磁誘導、静電誘導等によつて加わつて
も比較回路８が反転出力を生じて誤動作を起こす
欠点がある。又、２電源のオペアンプを増幅器と
する場合には、ツエナダイオード或いは分割抵抗
により電源電圧を分割して中点電位を得ている
が、ツエナ電流或いは分割抵抗による消費電流の
低減を図る必要上、これらが高インピーダンスと
なり易く、ノイズにより中点電位が振らついて、
上記同様に誤動作を起こす欠点がある。

そこで、従来の感知器では、第１図において破
線にて示すように、回路部全体をシールドケース
１０に収めることにより、外部からのノイズによ
る誤動作を防ぐようにしている。しかし、シール
ドケース１０により回路部を完全にシールドして
も、回路部は、電源兼信号線l₁，l₂に接続されて
おり、これらを介してノイズの影響を受け、誤動
作するおそれがある。又、回路を完全に近い状態
にシールドするシールドケースを設けることは、
コスト的に相当高価なものとなり、実現困難であ
る。

又、この種の感知器においては、消費電流の低
減を図るため、上述した手段の他、発光ダイオー
ド５を間欠的にパルス駆動する構成となつてお
り、更に、比較回路８についても、該発光ダイオ
ード５の駆動に同期して発振回路４から間欠的に
電源供給を行ない、パルス光が出力されている間
だけ比較動作を行なわせるようにしている。この
場合、蓄積回路９における比較回路８の出力の読
込みタイミングを発光パルスと同期させると、第
２図に示すように、比較回路８を構成する高利得
増幅器及び比較器の応答遅れや立上り時の不安定
状態の積重ねにより、比較器の出力が蓄積回路９
のスレシヨルドレベルに達するまでに相当の時間
を要するため、該蓄積回路９に適正な比較出力が
入力されないという問題を生ずる。

これに対し、蓄積回路９の読込みタイミング
を、上記所要時間を予め見積り、遅延回路（図示
せず）等により発光パルス立上り後一定時間、例
えば第２図に読込みタイミングとして示すτだけ
遅延させて設定することが提案されている。しか
し、この方法は、遅延時間の設定が、遅延回路等
及び比較回路８の温度変化、経年変化等により相
対的に変化して、読込みタイミングにズレを生じ
るため、蓄積回路において適正な読込みができな
くなるおそれがある。

本発明は、斯かる実情に鑑みてなされたもので
あつて、その第１の目的は、発光パルスと同期し
て得られる比較回路の出力を、発光パルスの立下
り（パルス後縁）のタイミングにて蓄積回路がデ
ータ読込みするよう設定して、間欠的に電力供給
を行なう際のデータ読込み動作を適正にし、しか
も、遅延回路等を省略することにより、回路の簡
略化と消費電流の低減とを図つた光電式煙感知器
を提供することにある。

又、本発明第２の目的は、接合容量の小さい受
光ダイオードと、これに対応する高抵抗値を有す
る抵抗とにより、大きな受光出力を取出せるよう
構成して、発光ダイオードの駆動電流を減少せし
めても、高利得増幅器を設けることなく比較器に
て直接比較するに十分な電圧の受光出力が得ら
れ、高利得増幅に伴なうノイズ等の問題を軽減し
て消費電流を低減でき、しかも、高利得増幅器を
省くことによつて、回路構成を簡略化すると共
に、ノイズ対策上必要であつたシールドケースを
不要として、より安価に製造し得る光電式煙感知
器を提供することにある。

即ち、本発明は、間欠的に発光駆動され、煙が
流入する検煙部にパルス光を照射する発光ダイオ
ードと、上記検煙部に流入した煙による散乱光を
受光して電気信号に変換する受光ダイオードと、
上記受光ダイオードの出力信号を一方の入力端子
に入力すると共に、予め定めた基準電圧を他方の
入力端子に入力し、上記受光ダイオードの出力電
圧が基準電圧以上となつたときに出力する比較器
と、該比較器の出力を蓄積し、比較器の出力が発
光パルスに同期して少なくとも２回連続して得ら
れたときに出力する蓄積回路と、該蓄積回路の出
力により導通し、受信機から引出された一対の電
源兼用信号線間をスイツチングして発報信号を送
出するスイツチング回路とを備え、上記蓄積回路
を、発光パルスの後縁のタイミングで上記比較器
の出力を読込むと共に、これをラツチするフリツ
プフロツプ回路にて構成して成るものである。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説
明する。

第３図は本発明光電式煙感知器の一実施例を示
すブロツク図である。同図に示す本発明煙感知器
は、電源兼信号線l₁，l₂に接続されたダイオード
ブリツジ１と、火災を検出すると電源兼信号線
l₁，l₂間を短絡して発報信号を送出するスイツチ
ング回路２と、電流制限機能付の定電圧回路３
と、該定電圧回路３からダイオードＤ１を介し充
電されると共に、後段の各回路に電力を供給する
電解コンデンサＣ１とを備え、且つ、発光ダイオ
ード５、基準電圧設定回路１２及び比較器１５
と、これらを間欠的に駆動するパルス発生回路１
１と、低接合容量の受光ダイオード１３及び高抵
抗値の抵抗Ｒ０と、蓄積回路１６とを有して構成
される。

なお、電源兼信号線l₁，l₂には、上記ダイオー
ドブリツジ１の入力側に、当該感知器の発報を表
示する発報表示灯及びその点灯回路（いずれも図
示せず。）が設けてある。

定電圧回路３は、トランジスタTr１を有する
定電圧回路部３ａと、トランジスタTr２を有す
る電流制限回路部３ｂとから成る。前者は、ダイ
オードブリツジ１の出力電圧、例えば22Vをツエ
ナダイオードZD２による基準電圧に基づくトラ
ンジスタTr１の定電圧制御にて約13Vに安定化
する。後者は、トランジスタTr２により、電源
投入時等の負荷電流を、例えば160μAを越えない
ように制限している。

パルス発生回路１１は、スイツチング素子とし
て作用するトランジスタTr３と、そのバイアス
回路を形成する抵抗Ｒ５及びＲ６と、上記トラン
ジスタTr３をオンオフするトランジスタTr４
と、該トランジスタTr４を所定周期にてオンオ
フする抵抗Ｒ３，Ｒ４及びコンデンサＣ２とを有
して構成される。抵抗Ｒ３は、例えば4.7MΩと
いう高抵抗値を選定してコンデンサＣ２を徐々に
放電させるよう設定される。抵抗Ｒ４は、例えば
15Ωという低抵抗値を選定してコンデンサＣ２を
図示の極性にて急速に充電するよう設定されてい
る。

このパルス発生回路１１は、トランジスタTr
３とTr４のコレクタから、互に位相を反転した
関係にあるパルス出力がそれぞれ取出される。ト
ランジスタTr３のコレクタは、抵抗Ｒ７を介し
て発光ダイオード５に、基準電圧設定回路１２及
び比較器１５にそれぞれ接続されている。一方、
トランジスタTr４のコレクタは、後述する蓄積
回路１６のフリツプフロツプFF１，FF２のCL
（クロツク）端子に接続されている。

発光ダイオード５は、例えば、発光効率の高い
一般的な赤外発光ダイオードを用い、上記パルス
発生回路１１のトランジスタTr３のオンオフに
応動してコンデンサＣ１から間欠的に電荷を供給
され、パルス発光する。

受光ダイオード１３は、高抵抗値の抵抗Ｒ０と
直列接続してコンデンサＣ１及びＣ４の両端に接
続されて逆バイアスされ、上記発光ダイオード５
からのパルス光により照射される検煙部（図示せ
ず）内の煙の有無に対応して生ずる散乱光を検出
する。この受光ダイオード１３は、接合容量が
100pF以下の低接合容量のものを用いる。これ
は、受光電圧の立上り時定数が、受光ダイオード
の接合容量と、これと直列接続される抵抗の抵抗
値とで定まるため、パルス光のパルス幅を200マ
イクロ秒以下と短かくしても、100pF以下の接合
容量の受光ダイオードであれば、直列抵抗の抵抗
値をメグオームオーダとしてもパルスに追従する
ことができ、その結果、受光電圧を数十ミリボル
ト以上に引上げることができるためである。そし
て、このように大きな受光電圧が得られるため、
高利得増幅器を不要とし得る。

この受光ダイオード１３としては、PINホトダ
イオードが好適である。このPINホトダイオード
は、逆バイアス電圧により接合容量が更に低下し
て、通常20〜60pF以下の接合容量となり、又、
受光時の光電流としては数十ナノアンペア程度が
得られる。

上記受光ダイオード１３と抵抗Ｒ０との接続点
に、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ１０とから成る微分
回路１４が接続され、抵抗Ｒ０に生ずる受光電圧
が該微分回路１４を介して後述する比較器１５の
非反転入力端子（＋）に入力される。この微分回
路１４は、受光ダイオード１３の暗電流Idによる
出力をカツトする。例えば、暗電流Idを１ナノア
ンペア、抵抗Ｒ０を１メグオームとすると、抵抗
Ｒ０には１ミリボルトの電圧を生じるが、この電
圧は、微分回路１４でカツトされ、比較器１５に
は入力されない。

基準電圧設定回路１２は、ダイオードＤ２の順
電圧約0.6ボルトを可変抵抗VRにより分圧して基
準電圧を得る構成となつており、上記パルス発生
回路１１のトランジスタTr３がオンしたときの
み電力供給を受けて基準電圧を発生し、これを比
較器１５の反転入力端子（−）に入力せしめる。
ここで、ダイオードＤ２を用いて基準電圧を設定
しているのは、発光ダイオード５の温度による発
光特性の変化に対する受光ダイオード１３の出力
変化を、ダイオードＤ２によつて基準電圧を変化
させて補償するためである。なお、抵抗Ｒ９は、
可変抵抗VRの分解能を高めるためのもので、必
ずしも必要ではない。

比較器１５は、上記基準電圧設定回路１２及び
微分回路１４と共に比較回路を構成し、微分回路
１４を介して入力される受光電圧と基準電圧設定
回路１２から入力される基準電圧とを比較し、前
者が後者以上のときＨ（ハイ）レベル出力を生ず
るよう構成されている。この比較器１５として
は、上記高抵抗Ｒ０に対し十分高い入力インピー
ダンスを有し、入力オフセツト電圧及び入力オフ
セツト電流が入力信号に対して十分に小さく、且
つ、単電源で動作することを要件とし、一方、増
幅利得は最も簡単なオペアンプの増幅度である
1000倍以上であれば良く、具体的には、MOS―
FETを入力段に用いた高入力インピーダンスの
オペアンプを用いる。

蓄積回路１６は、ＤフリツプフロツプFF１，
FF２を２段接続して構成され、初段のＤフリツ
プフロツプFF１のＤ端子に入力される上記比較
器１５のＨレベル出力を所定時間蓄積し、しかる
後、次段のＤフリツプフロツプFF２のＱ端子か
らのＨレベル出力により、誤動作防止用ツエナダ
イオードZD３を介してスイツチング回路２のサ
イリスタ１７をトリガする。Ｄフリツプフロツプ
FF１，FF２のCL端子には、トランジスタTr４
のコレクタから、発光パルスの立下り（パルス後
縁）に同期して立上るクロツク信号が供給され、
両ＤフリツプフロツプFF１，FF２は、このクロ
ツク信号の入力に同期して、Ｄ端子に入力してい
る信号を各々読込み、これをラツチする。初段の
ＤフリツプフロツプFF１のＱ端子は、抵抗Ｒ１
１と、抵抗Ｒ１２及びダイオードＤ４とコンデン
サＣ５とから成る蓄積時間延長回路を介して次段
のＤフリツプフロツプのＤ端子と接続され、該Ｑ
端子のＨレベル出力を20〜30秒程度引伸して入力
せしめるよう構成されている。又、初段のＤフリ
ツプフロツプFF１の端子は、次段のＤフリツ
プフロツプFF２のＲ（リセツト）端子に接続され
ている。

なお、本実施例では、蓄積時間延長回路を設け
ているが、該回路を省略し、初段のＤフリツプフ
ロツプFF１のＱ端子と次段のＤフリツプフロツ
プFF２のＤ端子とを直接接続する構成としても
よい。この場合は、比較器１５から２回連続して
Ｈレベル出力が得られると、次段のＤフリツプフ
ロツプのＱ端子出力がＨレベルとなり、サイリス
タ１７をターンオンさせる。

上記初段のＤフリツプフロツプFF１のＲ端子
と次段のＤフリツプフロツプFF２のＱ端子とは、
抵抗Ｒ１３，Ｒ１４及びコンデンサＣ６から成る
遅延回路を介して接続されており、次段のＤフリ
ツプフロツプFF２のＱ端子がＨレベルになると、
一定時間、即ちサイリスタ１７がターンオンする
に十分な時間経過後、初段のＤフリツプフロツプ
FF１がリセツトされるよう構成してある。

次に、本発明光電式煙感知器の動作について第
３図、及び各部の波形を示す第４図、第５図を参
照して説明する。

今、図示しない受信機側にて電源を投入する
と、電源兼信号線l₁，l₂を介してダイオードブリ
ツジ１に電源電圧が加わり、これから定電圧回路
３を介してコンデンサＣ１が充電される。

ついで、パルス発生回路１１において、トラン
ジスタTr３，Tr４が共にオフであると、上記コ
ンデンサＣ２の電荷が、主として抵抗Ｒ３によつ
て定まる時定数で徐々に放電される。そして、ト
ランジスタTr４のベース電位が上昇すると、ト
ランジスタTr４はオンする。このときのオン状
態は、抵抗Ｒ３が高抵抗であるため半導通状態で
ある。トランジスタTr４のオンによりトランジ
スタTr３がオンし、コンデンサＣ２がトランジ
スタTr３、Tr４及び抵抗Ｒ４を介して、第３図
に示す極性で急速に充電される。このコンデンサ
Ｃ２が所定端子電圧に達すると、トランジスタ
Tr４及びTr３がオフとなり、上記初期状態に戻
る。上述した抵抗Ｒ３を介した緩やかな放電と抵
抗Ｒ４を介した急速充電とを交互に繰返すことに
より一定周期、例えば本実施例では周期が２〜３
秒程度のパルスが得られる。

このパルス発生回路１１の出力の一つは、トラ
ンジスタTr３のコレクタから得られ、その波形
を第４図の最上部に発光パルスとして示す。この
出力は、急速充電の際に生じ、本実施例では、
100マイクロ秒程度の極めて狭いパルス幅となつ
ている。又、この出力は、トランジスタTr３を
介して後段の回路とコンデンサＣ１とを直結して
得られるため、大電力を出力でき、、発光ダイオ
ード５、基準電圧設定回路１２及び比較器１５に
対し、パルスの形で同期して電力を供給する。

一方、トランジスタTr４のコレクタからの出
力は、上記出力の位相を反転した関係にあり、Ｄ
フリツプフロツプFF１，FF２のクロツク信号と
して使用される。この出力は、第４図にてクロツ
ク信号として示すように、発光パルスの立下り
（パルス後縁）に同期して立上る。

蓄積回路１６では、CL端子に上記クロツク信
号が入力した際にＤフリツプフロツプFF１，FF
２のＤ端子に入力しているデータを読込む。即
ち、発光ダイオード５の発光終了時に、これと同
期してオフとなつた比較器１５の出力を読込む。
これは、拡大して示す第５図に示すように、比較
器１５の出力がオフ時に直ちに０とはならず、一
定の時定数により徐々に減少するため、オフ直後
であれば、ＤフリツプフロツプFF１のＤ端子の
スレシヨルドレベル以上のデータ電圧を得られる
ことを利用したものである。

今、時刻t₃近傍にて煙濃度が上昇し始めたとす
ると、受光出力即ち比較器１５の入力が第４図及
び第５図に示すように増大して来る。しかし、こ
の時点では煙濃度がまだ十分濃くなつていないの
で、比較器１５において基準電圧を越える部分は
僅かである。そのため、比較器１５からの出力パ
ルスのパルス幅も狭く、クロツク入力の立上り時
まで出力が所定レベル以上に維持されず、Ｄフリ
ツプフロツプFF１には読込まれない。ところが
時刻t₄になると、煙濃度が予め設定した濃度以上
に達しているので、比較器１５の出力は、クロツ
ク信号入力時まで所定レベル以上に維持されて、
ＤフリツプフロツプFF１に読込まれ、Ｑ端がＨ
レベルになる。

この後、このＱ端子の出力は、抵抗Ｒ１１を介
してコンデンサＣ５に充電され、所定時間、例え
ば20〜30秒程度遅延して、次段のＤフリツプフロ
ツプFF２のＤ端子に読込まれ、そのＱ端子がＨ
レベルとなる。ここで、上記遅延が維持されるに
は、初段のＤフリツプフロツプFF１に入力され
る比較器１５の出力が、遅延時間のすべてのクロ
ツク入力時に所定レベル以上に維持されている必
要がある。遅延時間経過前に、比較器１５の出力
が所定レベル以下となると、初段のフリツプフロ
ツプFF１のＱ端子がＬレベルとなり、コンデン
サＣ５の充電電荷が、抵抗Ｒ１２及びダイオード
Ｄ４を介して該Ｑ端子に急速に放電されるからで
ある。これによつて、煙草の煙等による一時的な
煙濃度の上昇による誤発報を防止することができ
る。

次段のＤフリツプフロツプFF２のＱ端子がＨ
レベルになると、ツエナダイオードZD３を介し
てスイツチング回路２のサイリスタ１７をターン
オンさせ、電源兼信号線l₁，l₂間を短絡状態とし
て火災発報する。そして、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４及
びコンデンサＣ６から成る遅延回路にて一定時間
遅延した後、初段のＤフリツプフロツプFF１が
リセツトされ、これに伴なつて次段のＤフリツプ
フロツプFF２がリセツトされ、蓄積回路１６は
初期状態に設定される。

上記実施例では、発光ダイオード等を間欠的に
駆動する手段として、幅の狭い矩形パルスを出力
するパルス発生回路を使用したが、このパルス発
生回路の構成は、この実施例のものに限らないこ
と勿論である。例えば、パルス発生回路の出力に
より発光ダイオード等を直接駆動せず、適当な駆
動回路を介して駆動する構成としてもよい。

以上説明したように、本発明は、発光パルスの
後縁に同期して比較回路の出力をデータ読込みす
るよう蓄積回路にクロツク信号を供給すべく構成
したことにより、比較器等をパルス駆動する場合
におけるデータ読込動作を、温度変化、経年変化
によるタイミングのズレを生じることなく適正に
行なうことができて信頼性を向上でき、しかも、
従来読込タイミング設定に必要であつた遅延回路
等を省略できて、回路構成の簡略化と共に消費電
流の低減を図ることができる効果がある。

又、本発明は、低接合容量の受光ダイオードに
高抵抗値の抵抗を直列接続して、小さな時定数で
大きな受光出力を取出せるよう構成したことによ
り、発光ダイオードの駆動電流を減少せしめて
も、高利得増幅器を設けることなく比較器にて直
接比較するに十分な電圧の受光出力が得られ、高
利得増幅に伴なうノイズ等の問題を軽減して消費
電流の低減を図ることができ、しかも、高利得増
幅器を省くことによつて、回路構成を簡略化でき
ると共に、ノイズ対策上必要であつたシールドケ
ースを不要として製造コストを低減できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光電式煙感知器の一例を示すブ
ロツク図、第２図は従来の光電式煙感知器におけ
る動作を示す波形図、第３図は本発明光電式煙感
知器の一実施例を示す回路図、第４図は上記実施
例の動作を示す波形図、第５図はその一部を拡大
して示す波形図である。１…ダイオードブリツジ、２…スイツチング回
路、３…定電圧回路、４…発振回路、５…発光ダ
イオード、６…検煙部、７，１３…受光ダイオー
ド、８…比較回路、９，１６…蓄積回路、１０…
シールドケース、１１…パルス発生回路、１２…
基準電圧設定回路、１４…微分回路、１５…比較
器、１７…サイリスタ、FF１，FF２…Ｄフリツ
プフロツプ、Tr１〜Tr４…トランジスタ、VR
…可変抵抗、Ｒ０…（高抵抗値の）抵抗、Ｒ１〜
Ｒ１４…抵抗、Ｃ１〜Ｃ６…コンデンサ、Ｄ１〜
Ｄ４…ダイオード。

Claims

【特許請求の範囲】１間欠的に発光駆動され、煙が流入する検煙部
にパルス光を照射する発光ダイオードと、上記検
煙部に流入した煙による散乱光を受光して電気信
号に変換する受光ダイオードと、上記受光ダイオ
ードの出力信号を一方の入力端子に入力すると共
に、予め定めた基準電圧を他方の入力端子に入力
し、上記受光ダイオードの出力電圧が基準電圧以
上となつたときに出力する比較器と、該比較器の
出力を蓄積し、該比較器の出力が発光パルスに同
期して少なくとも２回連続して得られたときに出
力する蓄積回路と、該蓄積回路の出力により導通
し、受信機から引出された一対の電源兼信号線間
をスイツチングして発報信号を送出するスイツチ
ング回路とを備え、上記蓄積回路を、発光パルスの後縁のタイミン
グで上記比較器の出力を読込むと共に、これをラ
ツチするフリツプフロツプ回路にて構成して成る
ことを特徴とする光電式煙感知器。