JP2009059136A

JP2009059136A - 光電式煙感知器

Info

Publication number: JP2009059136A
Application number: JP2007225217A
Authority: JP
Inventors: Takuma Hashimoto; 琢万橋本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-03-19

Abstract

【課題】受光素子の特性変化を検知し、修正することのできる光電式煙感知器を提供する。
【解決手段】所定時間毎に光を放射する発光素子22を具えた発光手段20と、発光素子22から放射された光の煙等による散乱光を受光する受光素子32を具える受光手段30と、発光手段20及び受光手段30を制御する制御手段40と、を具えた光電式煙感知器において、受光素子32から出力される出力信号を修正する補正手段38を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光素子と受光素子により、煙を感知することのできる光電式煙感知器に関するものであり、より具体的には、受光素子の特性変化等による影響を補正することのできる光電式煙感知器に関するものである。

光電式煙感知器は、火災等により発生した煙を検知し、音及び／又は光によって警報を発する装置である。
光電式煙感知器では、煙の感知には、発光素子と受光素子が用いられる。これら素子は、外部から光が侵入しないように遮蔽されるが、空気は侵入可能な監視空間内に配置され、受光素子は、発光素子の放射光を直接受光できない位置に配置される。
発光素子は、所定時間毎に発光するよう制御される。煙のない状態では、発光素子の放射光が受光されないため、受光素子の出力は一定しているが、監視空間に煙が侵入すると、発光素子の放射光が煙の微粒子に当たって乱反射し、その散乱光が受光素子にて受光される。
受光素子は散乱光を受光することで出力が変化し、その出力の変化に基づいて、ブザー等の発音装置や、発光ダイオード等の発光装置を作動させ、煙が感知されたことが警報される。

特開平５−１２０５８１号公報特開２００１−１０１５４３号公報特開２００１−１４３１７５号公報

発光素子の散乱光を受光する受光素子では、主としてフォトダイオードが用いられるが、フォトダイオードは、外気温の影響や経年使用、フォトダイオード自体の製品のバラツキ等によって特性が変化し、開放電圧(暗電流)が変化してしまうことがある。このため、初期設定した煙の濃度を越えても作動しなかったり、煙濃度が低いにも拘わらず作動してしまうことがあった。

光電式煙感知器は、長期間に亘って信頼性の高い動作性能を維持することが要求される。このため、発光素子や受光素子等に異常や短絡等が生じていないか等、感知器が正常に動作していることを自動的に試験する機能(自動試験機能)を有する光電式煙感知器が提案されている。自動試験機能付きの光電式煙感知器では、感知器の機能に異常が生ずると、音や光等によって故障警報を発するようにしている。

受光素子の特性変化を検知して補正する方法は種々提案されているが、より簡易且つ信頼性の高い検知方法が求められている。

本発明は、受光素子の特性変化を検知し、修正することのできる光電式煙感知器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の光電式煙感知器は、
所定時間毎に光を放射する発光素子を具えた発光手段と、
発光素子から放射された光の煙等による散乱光を受光する受光素子を具える受光手段と、
発光手段及び受光手段を制御する制御手段と、を具えた光電式煙感知器において、
受光素子から出力される出力信号を修正する補正手段を有する。

受光素子は、受光素子の信号を比較増幅するオペアンプに接続されており、制御手段は、補正手段が、オペアンプのオフセット値を、オペアンプのプラス側の入力又はマイナス側の入力に印加される電圧を増減させることで修正するよう制御する。

制御手段は、補正手段が、受光素子からの出力信号の補正することのできる限界を超えたときに、受光手段が異常であると判断することもできる。

補正手段は、受光素子から出力される出力信号を比較増幅するオペアンプと、該オペアンプの出力側に接続される微分回路を有しており、発光素子が発光したときに受光素子から出力される過渡信号以外の信号を出力しないようにすることができる。

本発明によれば、補正手段によって、受光素子から出力される出力信号を修正できるから、外気温の変化や、外乱光、経年使用による素子の劣化等の影響によって受光素子の特性に変化が生じたり、受光素子自体の性能にバラツキがあっても、安定した煙検出が可能である。

また、受光素子をオペアンプに接続し、補正手段によって、オペアンプのオフセット値を、オペアンプのプラス側の入力又はマイナス側の入力に印加される電圧を増減させることで、受光素子の特性の変化や性能のバラツキを修正することができ、安定した煙検出が可能となる。

受光素子の特性の変化等が補正することの可能な限界を超えたときに、異常と判断し、例えば使用者に報知することで、早期に光電式煙感知器の修理、点検等を行なうことができ、信頼性の高い光電式煙感知器を提供できる。

受光素子から出力される過渡信号以外の信号を、微分回路によってカットすることにより、上記受光素子の特性の変化等による誤作動を防止することができ、信頼性の高い光電式煙感知器を提供を提供できる。

以下では、まず、本発明を適用することができる光電式煙感知器(10)の概要について説明し、続いて、本発明の発光素子(22)の特性変化を検知し修正する構成について説明する。

図１は、本発明の光電式煙感知器(10)の一実施例を示すブロック図である。光電式煙感知器(10)は、図１に示すように、制御手段(40)、発光手段(20)、受光手段(30)、電源回路(54)、警報回路(42)、クリスタル回路(44)、電池切れ検出回路(56)、制御手段リセット回路(46)、外部スイッチ(60)、移報回路(48)、ヒューズ回路(52)及び電池(50)を具える。これら回路等は、光電式煙感知器(10)の内部に配備された基板(図示せず)上に形成又は基板に接続される。

発光手段(20)は、発光素子(22)と該発光素子(22)を発光駆動させる発光制御回路(24)とを具える。
発光素子(22)は、光電式煙感知器(10)の内部に形成された監視空間に配置される。監視空間は、所謂ラビリンス等によって外部からの光が遮蔽されるが、空気は侵入可能な空間である。
発光素子(22)として、赤外線発光ダイオードを例示できる。

受光手段(30)は、受光素子(32)と、該受光素子(32)の出力を制御手段(40)に送信する受光制御回路(34)とを有する。受光制御回路(34)には、図２に示すように、増幅回路(36)を有し、該増幅回路(36)によって、受光素子(32)の出力は増幅されて、制御手段(40)に送信される。
受光素子(32)として、フォトダイオード、フォトＩＣ、太陽電池、ＣｄＳ素子を例示でき、受光素子(32)は、発光素子(22)からの放射光を直接受光しないが、監視空間に煙が侵入したときに、放射光の散乱光を受光可能となるように監視空間に配置される。
受光制御回路(34)については図２及び図３を用いて後で詳しく説明する。

警報回路(42)は、ブザー等の発音装置及び／又は発光装置を具え、制御手段(40)から信号を受けて、煙(火災)の発生を音及び／又は光で報知する。発音手段として、圧電ブザー、発光装置として、発光ダイオードを例示できる。発光装置は、発光が光電式煙感知器(10)の外部から視認可能となるように配備される。

電池(50)は、光電式煙感知器(10)に電源を供給する。また、電源回路(54)は、所定電圧を発光手段(20)及び受光手段(30)に供給する。

クリスタル回路(44)は、所定周期毎に制御手段(40)に信号を送信し、該信号に基づいて、制御手段(40)は、発光手段(20)に発光動作を生じせしめると共に、受光手段(30)のサンプリングを行なう。
また、クリスタル回路(44)は、警報回路(42)の作動時間、作動間隔を制御する。

外部スイッチ(60)は、警報の停止及び光電式煙感知器(10)が正常に機能しているかどうかを試験するスイッチである。
警報作動時に外部スイッチ(60)を操作すると、制御手段(40)は、一定の時間ブザー等の発音装置のみを停止させる。
警報非作動時に、外部スイッチ(60)を操作すると、光電式煙感知器(10)の動作試験を行なうことができる。具体的には、発光手段(20)及び受光手段(30)等が正常に機能しているか、又、発音装置及び／又は発光装置による報知が正常に行なわれるかどうかが確認される。

移報回路(48)は、煙を検出した場合や、光電式煙感知器(10)に異常や故障が生じた場合、例えば、後述するように、受光手段(30)の受光素子(32)に補正できないような異常が生じた場合等に、外部に具えられた外付け警報器の発光装置や鳴動装置を発光、鳴動させる等により、使用者に火災を報知したり、光電式煙感知器(10)の点検を促す。

制御手段リセット回路(46)は、上述のとおり、制御手段(40)のカウント等のリセットを行なう。

電池切れ検出回路(56)は、電池(50)の残量を検知し、電池(50)が消耗したことを検知すると、例えば、警報回路(42)の発光装置を点灯、点滅させることで使用者に光電式煙感知器(10)の点検を促す。

ヒューズ回路(52)は、電池(50)から供給される過電圧から光電式煙感知器(10)を保護する。

上記構成の光電式煙感知器(10)において、通常作動時、即ち、煙が監視空間に侵入していない場合には、クリスタル回路(44)からの信号に基づいて、所定時間毎(例えば、約１０秒間隔)に発光手段(20)が発光素子(22)を発光させる。このとき、発光素子(22)の放射光は、受光素子(32)には検知されないから、受光素子(32)の出力はゼロ又は極めて低い値となる。

火災等の発生により、煙が監視空間に侵入した状態で、クリスタル回路(44)からの信号に基づいて発光素子(22)が発光すると、その放射光が煙の微粒子によって乱反射し、散乱光が受光素子(32)にて受光される。受光素子(32)は、受光による出力(例えば電圧値)が上昇する。受光素子(32)からの出力は比較増幅され、制御手段(40)に送信される。受光素子(32)の出力(増幅値)が所定の閾値を越えていると判断されると、制御手段(40)は、警報回路(42)に信号を送信し、発音装置及び／又は発光装置を作動させ、音と光によって警報を行なう。

警報が作動している状態で、外部スイッチ(60)を操作すると、上記のとおり、発音装置及び／又は発光装置による警報が一定の時間停止させられる。

上記において、光電式煙感知器(10)は、一定時間毎に、感知器の機能を試験し、異常を検出すると、音や光等によって故障を警報する(自動試験機能)。自動試験機能については、以下で合わせて説明する。

＜受光手段＞
受光手段(30)は、図２に示すように、受光素子(32)と受光制御回路(34)から構成することができ、受光制御回路(34)には、受光素子(32)の出力を比較増幅する増幅回路(36)と、受光素子(32)の特性変化の補正手段としてオフセット補正回路(37)を有する。

図３は、受光手段(30)の回路図の一例で、外気温や経時劣化等により闇電圧値が初期設定値からずれてしまった受光素子ＰＤ(32)の出力信号を、受光がない状態において制御手段(40)の抵抗Ｒ１〜Ｒ６の６４通りある何れかの組合せで電圧を印加するオペアンプＩＣ３に入力されるプラス側とマイナス側の電圧差をゼロ、又は、微小値に修正することで、より正確な煙検出を実現する。
図３に示すように、受光手段(30)は、受光素子ＰＤ(32)と、オペアンプＩＣ２、ＩＣ３、抵抗Ｒ７〜Ｒ１７を夫々図に示すように接続してなる増幅回路(36)と、複数の抵抗値の異なる抵抗Ｒ１〜Ｒ６を並列に接続してなるオフセット補正回路(37)から構成される。
オフセット補正回路(37)は、各抵抗Ｒ１〜Ｒ６を接続又は非接続に切換え可能に制御手段ＩＣ１(40)に接続されており、図示の実施例では、抵抗Ｒ１〜Ｒ６を接続、非接続とすることで、最大６４通りの電圧をオペアンプＩＣ３のプラス側に印加することが可能となっている。
各抵抗の抵抗値は、例えば、Ｒ１＝１００ｋΩ、Ｒ２＝２００ｋΩ、Ｒ３＝３９０ｋΩ、Ｒ４＝８２０ｋΩ、Ｒ５＝１.６ＭΩ、Ｒ６＝３.３ＭΩのものを用いることができ、発光素子(22)が発光していないときの受光素子ＰＤ(32)の開放電圧が、初期の設定値からズレている場合に、抵抗Ｒ１〜Ｒ６の接続、非接続を切り換えることで、オペアンプＩＣ３のプラス側に印加する電圧を増減させることができる。これにより、オペアンプＩＣ３に入力されるプラス側とマイナス側の電圧を一致させることができ、受光素子ＰＤ(32)の特性変化による開放電圧の増減をオフセット補正することができる。

オペアンプＩＣ３にて、オフセット補正された受光素子ＰＤ(32)の電圧値は、オペアンプＩＣ２のプラス側に入力されて比較増幅され、制御手段ＩＣ１(40)に入力される。

上記のように、受光素子ＰＤ(32)の入力がオフセット補正された状態で、発光素子(22)が発光した際に、監視空間に煙が侵入していると、発光素子(22)の放射光が乱反射して、受光素子ＰＤ(32)に検出され、受光素子ＰＤ(32)の出力変化がオペアンプＩＣ３を経由してオペアンプＩＣ２に入力され、比較増幅されて制御手段(40)に検出される。制御手段(40)は、上述のとおり、受信した電圧値が所定の閾値を越えている場合に、警報回路(42)に信号を送信し、発音装置及び／又は発光装置を作動させ、音と光によって警報を行なう。

なお、上記した受光素子ＰＤ(32)のオフセット補正の際に、抵抗の何れの組合せによっても、開放電圧を補正し得ない、即ち、補正の限界値を超えた場合には、受光手段(30)の故障であると判断し、信号を送信し、前記警報回路(42)の発光装置を発光させる等により、使用者に光電式煙感知器(10)の点検を促すようにすることが望ましい。これにより、受光素子ＰＤ(32)や受光制御回路(34)等に異常が生じたり、補正不能な特性変化が生じた場合に、早期に使用者に故障警報を行なうことができる。
故障の信号は、移報回路(48)に送信して、外部に具えたブザー、ＬＥＤ等の警報器を鳴動、発光させるようにして、使用者に光電式煙感知器(10)の点検を促すこともできる。

＜異なる実施例＞
図４は、上記とは異なる回路構成によって、受光素子ＰＤ(32)の特性変化等による誤動作等を防止するようにした実施例である。
受光素子ＰＤ(32)の受光信号をオペアンプＩＣ３とＩＣ４で２段増幅し、微分回路(38)を通過した過渡信号の最大値をオペアンプＩＣ２等により構成されるピークホールド回路(39)で記憶し、その電圧値を発光手段(22)の発光終了後に制御手段(40)が読み込むことで、煙による反射光量、即ち煙濃度を検出するものである。
図４に示すように、受光素子ＰＤ(32)の補正手段として、受光手段(30)の受光制御回路(34)に微分回路(38)を介在させ、発光素子(22)の発光する微小時間における過渡信号以外の信号をカットし、煙の誤検出や誤動作を低減している。
受光手段(30)は、受光素子ＰＤ(32)と、オペアンプＩＣ２〜ＩＣ４、抵抗Ｒ１〜Ｒ１４、コンデンサＣ１、Ｃ２、トランジスタＱ１、ダイオードＤ１を夫々図に示すように接続して構成される。

図４の回路において、受光素子ＰＤ(32)の出力は、オペアンプＩＣ４及びオペアンプＩＣ３を通じて比較増幅される。ここで、オペアンプＩＣ３の出力側に、コンデンサＣ１とグランド側に接続した抵抗Ｒ４からなる微分回路(38)を介在させている。この微分回路(38)によって、外気温の変化等による受光素子ＰＤ(32)の特性変化、外部からの微弱光の侵入などを原因として、受光素子ＰＤ(32)からの微弱出力をカットすることができる。

発光素子(22)の散乱光を受光素子ＰＤ(32)が検知した場合に出力される過渡信号は、出力変化が大きいから、微分回路(38)を通過する。オペアンプＩＣ２、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ２から構成されるピークホールド回路(39)は、微分回路(38)を通過した過渡信号の最大値を記憶し、制御手段(40)は、その電圧値を発光手段(22)の発光終了後に読み込むことによって、発光手段(22)の散乱光の光量、即ち、煙の濃度が検出される。

上記によれば、発光素子(22)の非発光時における受光素子ＰＤ(32)の出力をカットし、発光素子(22)の発光時の過渡信号のみを比較増幅、検出することができるから、受光手段(30)の誤動作を防止でき、光電式煙感知器(10)の信頼性を高めることができる。

本発明は、受光素子の特性変化等による誤検出、誤動作を防止できる光電式煙感知器として有用である。

本発明の光電式煙感知器のブロック図である。受光手段のブロック図である。受光手段の回路図である。異なる実施例を示す受光手段の回路図である。

符号の説明

(10) 光電式煙感知器
(20) 発光手段
(30) 受光手段
(32) 受光素子
(34) 受光制御回路
(36) 増幅回路
(37) オフセット補正回路
(40) 制御手段

Claims

所定時間毎に光を放射する発光素子を具えた発光手段と、
発光素子から放射された光の煙等による散乱光を受光する受光素子を具える受光手段と、
発光手段及び受光手段を制御する制御手段と、を具えた光電式煙感知器において、
受光素子から出力される出力信号を修正する補正手段を有することを特徴とする光電式煙感知器。
受光素子は、受光素子の信号を比較増幅するオペアンプに接続されており、制御手段は、補正手段が、オペアンプのオフセット値を、オペアンプのプラス側の入力又はマイナス側の入力に印加される電圧を増減させることで修正するよう制御する請求項１に記載の光電式煙感知器。
制御手段は、補正手段が、受光素子からの出力信号の補正することのできる限界値を超えたときに、受光手段が異常であると判断する請求項１又は請求項２に記載の光電式煙感知器。
補正手段は、受光素子から出力される出力信号を比較増幅するオペアンプと、該オペアンプの出力側に接続される微分回路を有しており、発光素子が発光したときに受光素子から出力される過渡信号以外の信号を出力しないようにした請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光電式煙感知器。