JP2006039973A - 侵入検知方法、及び侵入検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 給、排気装置の設置工事費を削減し、さらに建物の内外の気圧差を定量的に検出することによって、外気圧の変動に対しても安定に使用できる建物などの侵入検知装置、及び侵入検知方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 ファン５ａ１とファンモータ５ａ１ｍを有する排気装置５を備えた設備の設備内への侵入物の有無を検知する侵入検知装置において、前記排気装置５には速度検出部５ａと速度制御部５ｂとからなる前記ファンモータ５ａ１ｍの負荷状態の測定手段と、この測定手段で求められた前記排気装置５の負荷状態の変化から侵入物の有無を判断する異常検知部６とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、住居等の建物などの侵入検知装置に係り、特に建物などの所有者や管理者が不在時において、建物などの窓や扉の破損を検知する侵入検知装置、及び侵入検知方法に関する。

従来の侵入検知装置としては、焦電素子を用いた人感センサ、可視光及び赤外線のカメラ及び赤外線等のビームを利用した光路遮断検知の光エリアセンサ及び窓やシャッタ等の開閉や破損を音や振動を検出する音波センサ等が用いられていた。

また、最近では排気または給気によって建物の内外の気圧差を発生させておき、その差圧の急変を検知して警報する、通風検知式警戒装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この通風検知式警戒装置１００の構成を図８に示す。この構成は、建物１の排気口２に、ファン等の空気排気手段１１と、窓１３が破損したときに外部の空気を室内に急激に吸引したことを検知する検知手段１２とから成る。
特開平１１−２５０３５９号公報（図１、第１頁）

しかし、従来の侵入検知装置に使用される人感センサ等は建物の窓など開口部毎に設置する必要があり、開口部が多数ある建物の場合には、必要なセンサの数も多数となり設備が複雑で、センサ価格はもとより設置工事も含めて費用が多額となる問題があった。

また、窓の開閉センサでは窓ガラス破損は検知できない、或いは、センサを取付けていない壁面自体を壊して侵入された場合には検知できないという課題があった。

また、前述した通風検知式警戒装置１００の場合のように、建物内外の気圧差の変動により検知する方式にあっては、上述の問題は解消されるものの、気圧差を利用するには、建物の窓等の破損時の外気圧の変動と、風などの発生によって生じる外気圧の変動とを明確に識別するために、給気装置または排気装置の能力を相当高くしたり、何らかの方法で外気圧の変動を抑制したりする必要があった。

さらに、排気口に設けられる風速計や排気口の風洞内の薄板の揺れなどによって検知する方式においては、排気口内の風の流れの状態が乱流状態になり易いため、気圧差を定量的に計測することが困難で、建物の窓などの破損状態を安定して検出することが困難であった。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、建物の換気設備等の給気装置、排気装置を利用して建設工事費を削減し、建物の内外の気圧差を定量的に検出することによって、外気圧の変動に対しても安定に使用できる建物などへの侵入検知装置、及び侵入検知方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による請求項1にかかわる侵入検知装置は、ファンとファンモータを有する換気装置を備えた設備の設備内への侵入物の有無を検知する侵入検知装置において、前記換気装置の前記ファンモータの負荷状態を求める測定手段と、この測定手段で求められた前記換気装置の負荷状態の変化から侵入物の有無を判断する異常検知手段とを備えたことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項４による侵入検知方法は、ファンとファンモータを有する換気装置を備えた設備の設備内への侵入物の有無を検知する侵入検知装置において、前記ファンモータの回転速度を一定に制御するステップと、前記ファンモータへ供給する電力を求めるステップと、前記ファンモータの電力の変化から侵入物の有無を判断するステップとを有することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、給気口、排気口など設けられる換気ファンなどの給気装置や、排気装置の給気量、排気量を一定になるように制御して、その時の操作量の変化から建物の破損等によって発生する換気の流路抵抗変化を定量的に測定することが可能となるため、建物の窓などの破損を検知することができる。

これにより、建物などへの侵入物の侵入検知装置、及び侵入検知方法を提供することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

本発明の侵入検知装置２０の構成を図１乃至図４を参照して説明する。図１は、建物１の内部の気圧を建物の外部の気圧より低く（負圧と称す）して構成する場合を示し、侵入される可能性の有る窓１３を備える建物１の側壁に連通して取り付けられた排気口３に連接された排気装置５と、排気装置５の排気量を一定に制御したときの、操作量の変化から異常値を検知する異常検知部６とから構成される。

次に各部の構成について説明する。排気装置５は、外気を建物１内に吸引する詳細を後述するファン５ａ１とそのファンモータ５ａ１ｍｍとそ有する速度検出部５ａと、このファンモータ５ａ１ｍの回転数を一定に制御する速度制御部５ｂとから構成される。

また、異常検知部６は、検出されたファンモータ５ａ１ｍの電流Ｉａの変化を検出して、この変化が予め定められる範囲を超えたときに建物１の窓１３などに破損があったと判定する判定部６ａと、判定された異常信号を図示しない監視システムに通報する通信部６ｂとから構成される。

次に、図２を参照して排気装置５の各部の詳細構成について説明する。速度検出部５ａは、外気を吸引するファンモータ５ａ１ｍ、ファンモータ５ａ１ｍに連結され、ファンモータ５ａ１ｍの回転速度、即ち、単位時間当たりの回転数Ｎに比例した電圧信号Ｖｎを発生するタコジェネレータ５ａ２、ファンモータ５ａ１ｍの回転数Ｎを一定に制御したときのファンモータ５ａ１ｍの電流Ｉａをモニタするため、一方の電流端子５０ｂに接続される抵抗５０、及びその抵抗５０の両端で発生する電圧を異常検知部６に送信するためのバッファアンプ５ａ３とから構成される。

速度制御部５ｂは、ファンモータ５ａ１ｍの回転数Ｎの目標値を設定する速度設定部５ｂ１と、ここで設定された速度設定信号Ｖｒとタコジェネレータ５ａ２で検出された回転速度信号Ｖｎとの差を増幅し、ファンモータ５ａ１ｍの回転数Ｎを一定に制御するための操作量であるファンモータ５ａ１ｍの電流Ｉａを制御する偏差増幅器５ｂ２とから構成される。

速度制御部５ｂの詳細は、速度設定信号Ｖｒが抵抗５１および抵抗５２で分圧されて、演算増幅器５６の非反転入力５７に接続され、演算増幅器５６の反転入力５８には、タコジェネレータ５ａ２の速度信号Ｖｎが、抵抗５３を介して接続される。

さらに、演算増幅器５６の出力５９は、電流増幅トランジスタ５５のベースに接続され、この電流増幅トランジスタ５５のエミッタには抵抗５４の一方が接続され、抵抗５４の他方は、非反転入力５８に接続され、偏差増幅器５ｂ２で増幅された出力が抵抗５４を介して負帰還される。

また、電流増幅トランジスタ５５のエミッタはファンモータ５ａ１ｍの他方の電流端子５０ａに接続され、偏差増幅器５ｂ２で増幅された電流Ｉａがファンモータモータ５ａ１に流れるように構成される。

即ち、速度設定信号Ｖｒと回転速度信号Ｖｎとの差が、差動アンプを構成する演算増幅器５６で増幅され、Ｖｒ≒＝Ｖｎとなるように電流Ｉａが制御される。

演算増幅器５６の差動アンプゲインは、抵抗５１乃至抵抗５４の抵抗値、Ｒ１乃至Ｒ４を選択することによって調整されることは周知の技術であるので、その設定についての説明は省略する。

次にこのように、構成されたファンモータ５ａ１ｍの特性を利用した制御動作の原理について図３を参照して説明する。

本発明は、ファンモータ５ａ１ｍの排気量Ｑを一定に制御し、ファンモータ５ａ１ｍの電流Ｉａの変化を測定して、建物１の窓１３などが破損したときの換気の流路抵抗の変動を定量的に測定し、この変動が予め設定される範囲を超えたとき異常と判定するものである。

すなわち、建物１の窓１３などに破損があった場合には、換気の流路抵抗が減少するのでこの流路抵抗の減少を電流Ｉａの減少にから検知するものである。

以下、この様子を、図３を参照しながら説明する。例えば、図３（ａ）はファンモータ５ａ１ｍを一般的な直流ファンモータとしたときの単体の特性で、図３（ｂ）は、ファンモータ５ａ１ｍの回転数Ｎを一定に制御したときの特性を示す。

夫々、横軸は、ファンモータ５ａ１ｍのトルクで、縦軸は、回転数Ｎ、及び電流Ｉａを示す。ファンモータ５ａ１ｍに印加される供給電圧が一定であると、この時の発生するトルクと電流Ｉａは実線で示すように比例し、トルクと回転数Ｎの関係は、一点破線で示すように反比例する特性を備えている。

このようなファンモータ５ａ１ｍの回転数Ｎを、目標とする排気量が得られる基準回転数Ｎｒｅｆに相当する速度設定信号Ｖｒで設定し、回転数Ｎを一定に制御すると、例えば、図３（ｂ）に示すように、トルクがＰ１からＰ２に減少した場合、回転数Ｎは、わずかな回転数Δｎ変動で収まり、このとき電流Ｉａは、ＩａｒからＩａｂに減少する。

このとき、換気の流路抵抗の増減によりファンモータ５ａ１ｍで発生する必要がある圧力ΔＰ_ｆは増減する。

そして、このファンモータ５ａ１ｍで発生する圧力ΔＰ_ｆの増減が、ファンモータ５ａ１ｍのトルクの増減に比例するので、このときの電流Ｉａは、圧力ΔＰｆにほぼ比例して増減する。このファンモータＩａの変化、または供給された電力を監視することによって、建物１の窓１３等の破損を定量的に検知することが可能となる。

次に、建物１の侵入検知装置２０を効果的に動作させるための設定方法の例とその動作について図４を参照して説明する。

最近の住宅においては、空気環境向上のため、例えば、壁面の１ｍ^２当りの隙間相当面積は日本の新省エネルギー基準で５ｃｍ²以下、またカナダのR２０００住宅基準で０．９ｃｍ²以下と１ｃｍ^２程度の気密性を備えた住宅も増えてきており、建物１は気密性を備えた言わば半密閉容器とみなせる構造物となっている。

したがって、このような１ｃｍ²／m²以下の気密性を有する場合においては、総相当隙間面積は床面積１００m²程度の１棟あたりでも１００ｃｍ²程度となるので、通常、建物１の排気としては建物１内を負圧に保つ第3種換気方式を採用し、建物１内を排気装置５によって強制的に排気する構成が採用されることが多い。

このとき、例えば、排気装置５は、建物１の内の気圧差ΔＰが、外気圧の変動以上の大きさを与え、建物１の窓１３に人が侵入する程度の、例えば、３０×３０ｃｍ²＝９００ｃｍ²の破損が発生したとき、即ち、総相当隙間面積１００ｃｍ²が９倍に増加した分に相当するファンモータ５ａ１ｍの電流Ｉａの変動が検知できるように、予め所定の排気量を備えたファンモータ５ａを選択設定しておく。

すると、図４（ａ）に示すように、窓１３がわずかに破損した場合、気圧差ΔＰが減少し、図４（ｂ）に示すように排気装置５のファンモータ５ａ１ｍの回転数Ｎは一定の排気量となるように制御されるが、総相当隙間面積１００ｃｍ²が一挙に９倍に増加した分に相当するファンモータ５ａ１ｍの電流Ｉａが、図４（ｃ）に示すように急激に減少する。

即ち、排気装置５は、建物１に破損箇所がないときの正常時の排気量、破損時の排気量を一定に制御し、且つ、外気圧の変動を無視できる程度の気圧差ΔＰを与えられる排気量のファンモータ５ａ１ｍを選定することによって、定量的に安定した検出が可能となる。

このファンモータ５ａ１ｍは、通常、換気扇等の選定に使用されるＰ−Ｑ線図と呼ばれる気圧差ΔＰと風量の関係を図示したファンの排気特性表から容易に選定される。

更に、外気圧の変動の影響を除くには、破損時と外気圧の変動の周波数特性の相違から、電流Ｉａの周波数を分離して検出することも効果的である。例えば、破損時の電流Ｉａの変化率が外気の変動よりの早いことを利用したり、破損時の電流Ｉａのレベルが直流的には安定したレベルに低下することを利用して、周波数分離によるＳ／Ｎ比の改善を行うことも可能である。

この周波数分離処理は、異常検知部６の判定部６ａで容易に処理される。

気圧差ΔＰを生じさせるのには建物１の気密性が高いことが要求されるが、建物の破損により換気の流路抵抗が変化すれば検知できるので、気圧差ΔＰの変化を検出する場合に比較し、建物１の機密性は要求されない。

また、気圧差ΔＰを直接測定する場合は、局所的な圧力変動の影響を受けやすいが、そのような影響も少ない。

本発明の実施例１によれば、通常使用されている換気扇を使用して、建物１全体の侵入検知を、定量化された計測値にもとづいて監視することが可能となるのみならず、従来のようなドアや窓の開閉センサ、窓ガラスの破損センサ及び室内外の人感センサなどのように、多数を侵入可能性のある全ての場所に配置しなくてもよいため、シンプルな構成で、且つ配線などの工事も削減できる。

さらに、通常の居住空間等の美観を損なうこともない。

次に、本発明の実施例２について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施例２の建物１の侵入検知装置２１の構成を示す。図５において、図１と同一部分には、同一の番号を付してその説明を省略する。

この第２種換気方式と呼ばれる実施例２の侵入検知装置２１が、実施例１と異なる点は、実施例１では、建物１の内部の気圧を建物１の外部の気圧より低く（負圧）し、侵入される可能性の有る窓１３を備える建物１の側壁に連通して取り付けられた排気口３に連接された排気装置５と、排気装置５の排気量を一定に制御したときの操作量の変化から異常値を検知するように構成したが、本実施例２は、建物１の内部の気圧を建物１の外部の気圧より高く（正圧と称す）し、侵入される可能性の有る窓１３を備える建物１の側壁に連通して取り付けられた給気口２に連接された給気装置４と、給気装置４の排気量を一定に制御したときの操作量の変化から異常値を検知するように構成した点にある。

すなわち、実施例１では、建物１内を負圧とし、本実施例２では建物１内を正圧とした。したがって、負圧、正圧の相違はあるが、建物１の窓１３などの破損に対する異常を検出する異常検知部６の動作は変わらず、実施例１と同様の効果が得られる。

次に、本発明の実施例３について、図６乃至図７を参照して説明する。図６は、本発明の実施例３の建物１の侵入検知装置２２の構成を示す。図６において図１と同一部分には、同一の番号を付してその説明を省略する。

この第３種換気方式と呼ばれる実施例３の侵入検知装置２２が実施例１と異なる点は、実施例１では、建物１の内部の気圧を建物１の外部の気圧より低く（負圧）し、侵入される可能性の有る窓１３を備える建物１の側壁に連通して取り付けられた排気口３に連接された排気装置５と、排気装置５の排気量を一定に制御したときの操作量の変化から異常値を検知するように構成したが、本実施例３は、侵入される可能性の有る窓１３を備える建物１の側壁に連通して取り付けられた給気口２に連接された給気装置４と、建物１の側壁に連通して取り付けられた排気口３に連接された排気装置４とを備え、排気量を給気量よりも大きくし、且つ夫々の量を一となるように制御して、このときの給気装置４と排気装置５の操作量の差を求める差動増幅器７ｃと、求めた差が所定の範囲を超えたとき異常を検知する異常値検知部７とを備えた点が異なる。

図６に示すように、この実施例３の異常検知部７は、給気装置４及び排気装置５の操作量である夫々のファンモータ５ａ１ｍの電流Ｉａ１と電流Ｉａ２との差を求める差動増幅器７ｃ、求めた電流の差からその変化の異常を判定する判定部６ａと、検出された異常を図示しない監視システムに通知する通信部６ｂとから構成される。

この構成に置いて、建物１の内外で大きな気圧差ΔＰを設定する場合、例えば、建物１を負圧とする場合には、排気装置５のファンモータ５ａ１ｍでは、窓１３の破損による流路抵抗の減少によりファンモータ５ａ１ｍの電流Ｉａ２は減少し、給気装置４のファンモータ５ａ１ｍでは、窓１の破損により負圧の気圧差ΔＰが減少するので、逆にこのファンモータ５ａ１ｍの電流Ｉａ１が増加する。

したがって、差動増幅器７ｃの出力から、窓１３の破損を感度良く測定できる。

次に、この動作について、図７を参照して説明する。図７（ａ）は、窓１３に破損があった場合の気圧差ΔＰの変化及び外気圧の変動の様子を示す。このとき、夫々一定の回転数Ｎで制御されている給気装置４、排気装置５のファンモータ５ａ１ｍの回転数Ｎ１、Ｎ２の変化の様子を図７（ｂ）に、同様に、このときのファンモータ５ａ１ｍの電流Ｉａ１、Ｉａ２の変化の様子を、図７（ｃ）に、夫々、実線、破線で示す。

また、電流Ｉａ１と電流Ｉａ２との差を求める差動増幅器７ｃの出力を図７（ｄ）に示す。

図に示すように、窓１３の破損が発生すると、夫々のファンモータ５ａ１ｍの回転数Ｎ１、Ｎ２は、夫々の気圧差Δの変動に応答して、一定の排気量になるよう制御される。

また、夫々のファンモータ５ａ１ｍの電流Ｉａ１及び電流Ｉａ２は、絶対値は異なるが、差動増幅器７ｃで差を求める場合、予め設定される所定の気圧差においては同じ値となるように、ゲインを補正して差動増幅器７ｃで差が求められる。

すると、図７（ｄ）に示されるように、窓１３の破損に対する信号は大きくなるが、給気口２と排気口３の設置場所による外気圧の変動は、ランダムな、雑音と同様な傾向を示すので、その電流Ｉａ１と電流Ｉａ２の差を求めると、外気圧による変動が平均化されて低減される。

その結果、差動増幅器７ｃの出力では、破損時と外気圧の変動時との差が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が改善され安定した異常検出が可能となる。

更に、本発明は上述したような各実施例に何ら限定されるものでなく、給気装置４の給気量を排気装置５の排気量よりも大きくして、建物１の内部を正圧としても、同様の効果が得られる。

また、実施例１乃至実施例３においては、ファンモータ５ａ１ｍの回転速度を一定に制御する場合として説明したが、一定に制御しない場合でも、換気の流路抵抗の変動によって、ファンモータ５ａ１ｍの回転速度および電流は変化するので、ファンモータ５ａ１ｍの回転速度およびファンモータ５ａ１ｍに供給される電流または電力を測定することによってファンモータ５ａ１ｍの負荷トルクの変化を測定し、この負荷トルクの変化から異常を検知することもできる。

また、居住空間設備以外にも、例えば、ほぼ外部と閉塞された、貴金属等のショーケース、金庫、ロッカー、コンテナ、列車などの設備空間への侵入検知装置としても良く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施できる。

本発明に係る実施例１の構成図。 本発明に係る実施例１の排気装置の構成図。 本発明の原理とファンモータの特性の説明図。 本発明に係る実施例１の動作説明図。 本発明に係る実施例２の構成図。 本発明に係る実施例３の構成図。 本発明に係る実施例３の動作説明図。 従来の通風式検知装置の構成説明図。

符号の説明

１ 建物
２ 給気口
３ 排気口
４ 給気装置
５ 排気装置
５ａ 速度検出部
５ｂ 速度制御部
５ａ１ ファン
５ａ１ｍ ファンモータ
５ａ２ タコジェネレータ
５ｂ 速度制御部
５ｂ１ 速度設定部
５ｂ２ 偏差増幅部
６、７ 異常検知部
６ａ、７ａ 判定部
６ｂ、７ｂ 通信部
７ｃ 差動増幅器
１１ 空気排気手段
１３ 窓
２０ 侵入検知装置
１００ 通風検知式警戒装置

Claims (5)

1. ファンとファンモータを有する換気装置を備えた設備の設備内への侵入物の有無を検知する侵入検知装置において、
   前記換気装置の前記ファンモータの負荷状態を求める測定手段と、
   この測定手段で求められた前記換気装置の負荷状態の変化から侵入物の有無を判断する異常検知手段と
   を備えたことを特徴とする侵入検知装置。
2. 前記測定手段は、前記ファンモータの回転速度を一定に制御し、前記ファンモータへ供給される電力から前記モータの負荷状態を求めることを特徴とする請求項１に記載の侵入検知装置。
3. 前記測定手段は、前記ファンモータの回転速度を測定する手段と、前記ファンモータへ供給される電力を測定する手段とを備え、測定された前記回転速度前と前記電力を用いて前記ファンモータの負荷状態を求めることを特徴とする請求項１に記載の侵入検知装置。
4. ファンとファンモータを有する換気装置を備えた設備の設備内への侵入物の有無を検知する侵入検知装置において、
   前記ファンモータの回転速度を一定に制御するステップと、
   前記ファンモータへ供給する電力を求めるステップと、
   前記ファンモータの電力の変化から侵入物の有無を判断するステップと
   を有することを特徴とする侵入検知方法。
5. ファンとファンモータを有する換気装置を備えた設備の設備内への侵入物の有無を検知する侵入検知装置において、
   前記ファンモータの回転速度を求めるステップと、
   前記ファンモータへ供給する電力を求めるステップと、
   求められた前記回転速度と前記ファンモータに供給する電力から前記ファンモータの負荷状態を求めるステップと、
   前記ファンモータの負荷状態の変化から、侵入物の有無を判断するステップとを有することを特徴とする侵入検知方法。

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