JP2009520263A - 風向表示器を備えたガス警報システム - Google Patents

Abstract

有害ガスを検知すると所定の周波数で送信機に出力信号を送信する、ガスセンサーを有する筐体を備えた有害ガス及び風向センサー。風向の検知は、筐体内に配置された８つの対応する光導電素子と一列に並ぶ８つのＬＥＤによって提供され、各光導電素子は地理的な方位を示し、所定周波数で特定の風向に関連した出力信号を提供するように構成されている。吹流しのような風向指示器が軸に取り付けられている。ディスクは、一つのLEDから、送信機のスイッチ回路に出力信号を送信する対応する光導電素子に対して光が通過することを可能にする大きさのスロットを有する。スイッチ回路は出力信号が所定の周波数で受信機に送信されるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有害ガス監視の技術分野に関し、特に環境中の有害ガスを検知するための早期警告システムに関する。

有毒ガス監視システムは広く知られている。一般的には、ガス監視装置は化学処理や炭化水素を製造するプラントのような、化学薬品の製造設備の周辺に配置される。これらの監視システムは毒物および／又は可燃性化学薬品の存在を監視することができるように構成されている。通常、百万分の一またはそれより低い爆発限界である、これらの化学薬品の存在を監視することに加えて、これらの検知装置は風速や風向、温度その他の気象状態などの、その他の重要な情報を検知することもできる。そして、この情報は、何種類かの出力システムに伝送される。たとえば、情報は化学プラントのコントロールセンターに伝送され、コンピュータ端末に表示されたりコンピュータでプリントアウトすることができる。

米国特許３，０６８，６９２においては、気象の遠隔測定装置は風向および風速を測定する。この装置は、互いに一列に並べられコンパスの様々な方位を示す、光源と光導電素子(photocell)の複数のペアを備えている。風向計（風見）と共に回転するように結合された第１のディスクは、選択された数学的関係に基づいて変形する幅を有する形状の窓を有し、複数の螺旋状の細長いスロット（slots）を有する第２のディスクは、回転のために風速計と連結されている。二つのディスクは、可動部材の制御のもとで自由に回転し、第１のディスクと第２のディスクの速度により決まることであるが、４つの光導電素子への光の到達を遮る。第１のディスクと第２のディスクにおける開口の適切な位置決めと寸法決定により、一つ又は二つの光導電素子はいずれの風の方向に対しても電圧が印加され、電圧が印加された光導電素子は光のパルス(pulses)を受信する。パルスの総数は風速による作用であり、一つ又は二つの電圧が印加された光導電素子間でのパルスの分布は風向きによる作用である。風速と風向の「Ｘ」と「Ｙ」の成分は、中央記録ステーション(a central recording station)に送信するために記録又は保存するため、４つの光導電素子は時間制御ゲートを介して１０進計測器（decade counters）に接続されている。この装置は、風向きと風速を提供するが、どのようなガス検知機能も提供することはない。さらに、第１のディスクの複雑な形状の窓に関連する数式に基づいているため、風向きを決定するために利用される技術が複雑である。

米国特許３，７０８，５６６においては、通常、閉じられている直列のバルブをそれぞれ有する複数の導管を備えることにより、大気中における組成の量を監視、検知、測定、および記録するために、風の方向において大気を連続的に採取する装置が開示されている。導管とバルブは風向きと関連している。風向を特定し、導管内の該当するバルブを開くための信号を送信する風検知装置に応じて、導管の特定のバルブが開かれる。一端バルブが開かれると、空気は導管内に入り、空気サンプル中の組成を測定可能な空気サンプル分析器に流れていく。当該装置は風の向きを検知し、風の方向に対応する空気を採取するが、装置は、バルブや導管のような機械部品を必要とし、空気中に有害な化学物質が発見された場合でもいずれの警告や警報の状態を提供することはない。

米国特許６，２５２，５１０には、無線有毒ガス監視システムが開示されている。このシステムは、プラントの周辺に配置され、ガスの種類や風向、風速などの情報を、中央コントロールステーションの受信機に対して無線手段を介して送信する、複数の有毒ガス監視装置（検知装置）を備えている。このシステムは、プラントの周辺に配置するために多数のガス監視検知装置の配列を提供するが、ガス監視検知装置は電気−機械構成部品については複雑である。特に、それぞれのガス監視検知装置はアプリケーションプログラムやユーザインターフェース（例えば、ディスプレイパネル、キーボードなど）、電源、その他の構成部品を作動するためのマイクロプロセッサを備えており、作動するためのメンテナンスや作業に関して、セットアップや実施にコストがかかる。

従って、本技術分野においては、大気中の有害ガスおよび風向を検知し、そのような危険な状況に近接している人に対して早期の警告を提供することのできる、簡単でさらに改良されたガスおよび風の検知システムが必要とされている。さらに、接近している有害なガスの流れから避難できるように人々へ警告する方法における、早期警告検知システムの提供が必要とされている。さらに、使用される構成部品に関して高い信頼性があり、コストの面で効率的な方法において構築され動作される、ガスの警報および風の指示を行うシステムが必要とされていた。

センサー、送信機、および警報と風向の指示表示を有する少なくとも一つの受信機を含む本発明のシステムにより、上記のニーズは満たされ他の利点も実現できる。センサーは、一種以上の有害ガスを検知するための少なくとも１つのガスセンサーのための筐体を含んでいる。ガスセンサーはセンサーの筐体に取り付けられ、検知されたガスが予め決められた閾値を越えたとき、特定の所定の周波数で有害ガスに関連した出力信号を送信するように構成されている。

筐体は、さらに筐体を通る中心の長手方向軸に沿って配置され、吹流しや風向計（風見）のような風向指示のための手段を有する垂直のマストを受け止めるように構成される、回転軸を含んでいる。

少なくとも一つの光源と複数の光導電素子が筐体に配置される。各光導電素子は中心軸を包囲し、少なくとも一つの光源に近接して配置される。各光導電素子は地理的な方位を示し、予め決められた周波数で特定の風向に関連した出力信号を提供するように構成されている。

回転ディスクは、軸に固定して結合され、少なくとも一つの光源と複数の光導電素子の間に配置される。回転ディスクは、風向の変化に応じて軸とマストと吹流しと一緒に回転する。上記ディスクは、少なくとも一つの光源から特定の光導電素子に光が通過することができる大きさのスロットを備えており、スロットは風向に基づいて少なくとも一つの光源と特定の光導電素子との間に一列に並ぶ。スロットは、風向に関連した出力信号が、予め決められた周波数で特定の光導電素子から送信機への伝送されることを可能にする。

送信機は、コンパス上の指示方位に関連する所定の周波数を有する、例えば正弦波のような出力信号を連続的に生成する複数の信号発生器を有している。例えば、8つの信号発生器は、北、北東、東、南東、南、南西、西および北西の指示のための出力信号を提供するために利用される。各出力信号は異なる周波数であり、例えば、1KHz、2KHz、3KHz、などから最大8KHzなどとなる。8つの信号は各信号発生器に関連する対応するスイッチ回路によって送信が妨げられる。スイッチ回路は通常、出力信号の受信機への送信を妨げるためにオフ状態にある。

スイッチ回路は、ディスクのスロットがペアの発光ダイオード（LED）と光導電素子の間に一列に並ぶ場合にオンにトリガされる。スイッチ回路をオン状態にトリガーする、光導電素子からの出力信号は、対応するスイッチ回路に接続しており、そのため、送信機が特定の周波数を有する対応する出力信号を、例として同軸ケーブルを介して、受信機に送信することができる。このように、一回に唯一つの信号発生器からの出力信号を受信機に送信し、そのような出力信号は、風が吹いている方向を代表するものとなる。

それぞれの受信機は、例として、8つのバンドパスフィルターと、8つのスイッチ回路と、8つの受信LEDとを含んでいる。それぞれのバンドパスフィルター、スイッチ回路およびLEDは方向に関連した信号発生器の一つに対応している。バンドパスフィルターはこれらの対応する信号発生器に対応する中心周波数を有している。バンドパスフィルターが出力信号を受信した際、もし出力信号の周波数が自身の中心周波数と一致した場合には、バンドパスフィルターが受信した出力信号を対応するスイッチ回路に送信する。スイッチ回路は、バンドパスフィルターからの信号を受信すると有効となり、受信機の観察者(viewers)に風向を示すための、対応するLEDを発光させるために、信号を送信する。受信機LEDは通常オフ状態であるが、信号発生器からの出力信号を受信機が受信するときのみ発光するようになっており、これは、現在の風の方向に関連したペアのLEDと光導電素子の間にディスクのスロットが一列に並ぶことによって可能になる。

同様の回路は送信機および受信機において、有害ガス状態において警報を鳴らすために使用されている。ガスセンサーは、特定の周波数の出力信号を発生する信号発生器に関連するスイッチ回路に出力信号を送信する。受信機は、有害なガスを検知した場合に受信および警報音を生成するための、バンドパスフィルター、スイッチ回路およびサイレンを備えている。

本発明を下記の図面を参照して詳細に説明する。

図1は、有害なガスおよび保護される周囲の風向を検知するための、本発明によるガスおよび風向検知監視システムを示す。

図2は、図1に示すガスおよび風向検知センサーの部分的な側面斜視図である。

図3は、図2に示す風向センサーの分解組立斜視図である。

図4は、本発明のガスおよび風向センサー、送信機、および少なくとも一つの受信機の第1の実施形態を示す概略図である。

図5は、風向の特定及び／又は有害なガスの検知に応じて信号を発生するための、図4に示した送信機の実施形態を示す部分的な概略図である。

図6は、本発明のガス及び風向のセンサー、送信機、及び少なくとも一つの受信機の第2の実施形態を示す概略図である。

発明について理解を容易にするために、適切であれば、図面に共通している同一の又は同様の構成要素を指示するために、同じ参照番号を使用した。さらに、特に示さない限り、図で示され説明されている図面は、一定の率の縮尺ではなく、例示的な目的のためにのみ示されている。

図1は、本発明のガス警報器および風向指示システム110によって保護される野外の環境100を示している。この環境100は、炭化水素プラント又は化学プラント、その他の有害ガス条件にさらされるような、どのような場所あるいはそこに隣接する場所でもよい。図1に示すように、一つ以上の通路（access points）（入り口／出口）104を有する少なくとも一つの建物102は、本発明のガス警報および風向検知システム110により保護されている。ガス警報および風向検知システム110はガス警報及び風向検知センサー112、送信機114、及び少なくとも一つの受信機116を有している。図示するように、センサー112と送信機114は、建物102の外側で壇又は台118上に図示のように載置されており、一方、警報装置を備える一つ以上の受信機は建物102の内部の通路（すなわち、ドア）に隣接する位置に配置される。

センサー112は、マスト124の先端に取り付けられた吹流し126を有する垂直マスト124を受け止めるために適合されている中央筐体122を有する。マスト124は、吹流し126が受け止める風の方向の変化に応じて、センサー112の筐体122に対して回転する。好ましくは、吹流しは、建物102の屋根106の高さよりも高い位置でのマスト124の先端に取り付けられる。建物の屋根106よりも高い位置に吹流しを配置することは、建物102によって風がブロックされないという理由で好ましい。

図2から5に関してさらに詳細に以下に説明すると、マスト124は筐体122内に配置される内部軸に結合されている。中に形成されたスロットを有するディスクはマストなどの軸に対して固定して、結合され、軸及びディスクは風向の変化に応じて一緒に回転する。ディスクが回転する際に、スロットは、光源とそれに対応する光導電素子の複数のペアの一つの間に一列に位置するようになり、その（ペアの）各々は、例えば、北、北東、東、南東、南、南西、西、北西の、コンパス上に指定される方位に相当するものである。ディスクのスロットが光源と対応する光センサー（光導電素子）の間に位置すると、光センサーは対応する光源からの光を受信することができる。光センサーは、所定の周波数を有する指示出力信号を、例えば同軸ケーブル120₁を介して受信機116に送信を行う送信機114に出力信号を送信する。受信機により受信された送信機からの出力信号は、風向に対応するLEDを点灯する指示信号を提供するトリガーとして作用する。

さらに、ガスセンサー128は筺体122と結合されており、ブタン、メタン、水素、イソブタン、エタノール、一酸化炭素、その他有害、有毒なガス等のように、有害あるいは可燃性のガスの検知の際に、送信機114に出力信号を提供する。一実施例では、ガス検知に関連する出力信号は、第2の同軸ケーブル120₂を介して送信される。従って、センサー112は風向を連続的に探知し、送信機114は特定の風向に関連する出力信号を受信機116に連続的に送信し、その出力信号はコンパス上の各ポイントに関係する所定の周波数を有している。しかし、送信機114は、少なくとも一種の有害ガスをある所定レベル（例えば、百万分の１(ppm)）で検知するガスセンサー128に応じて、一つ以上の受信機116に出力信号を送信するのみであろう。

図5に関して以下にさらに詳細に説明するように、各受信機116には、特定のコンパスの方位に対応する、複数のLEDが備えられており、有害ガスの検知に応じて可聴の警告を提供するための、可聴警報器（例えば、サイレン）も備えられている。

好ましくは、受信機116は、警報状態において居住者が風の方向を即座に特定し、その結果有害ガスの流れから逆の方向又は風上に避難することができるように、建物102の通路104に近接する位置に配置される。

図２を参照すると、ガス及び風向センサー112は、下端の軸受けケースまたは基部(base)202、上部の軸受けケース210、LEDケース220及び光導電素子ケース230を有し、全体でセンサー112の筐体122を形成する。一実施例において、光導電素子ケース230は基部202上に配置されており、LEDケース220は光導電素子ケース230上に配置され、上部軸受けケース210はLEDケース220上に配置されている。好ましくは、センサー筐体122は実質的に円筒形状で、筐体122の中心長手方向軸206を通って延びる円筒軸204を含む。軸204は、上部の軸受けケース210から、筐体122の中心軸206に沿って形成される軸通路224を介して、下方のLEDケース220及び光導電素子ケース230を貫通し、基部202まで延びる。

マスト収容部214は、図示するように収容部接続部品212を介して、軸204の上部に取り付けられている。例えば、軸204の上部はマスト収容部214の下部にねじ込んで固定することができる。当業者であれば、マスト収容部214を軸204の上部に固定するために、ピン(a pin)や溶接やその他の従来技術などの他の技術を使用することができることは理解できるだろう。

上部軸受けケース210は、上部軸受け218がマスト収容部214の下部の外表面と軸受けケース210の内壁との間に形成されるように、マスト収容部214の下部を包囲する。さらに、センサー構成部品（筐体）122の基部202は、基部の内表面と軸204の外表面との間に、軸204の下部を受容するために間隔が開けられ、不図示の複数の下部軸受けを備えている。上部軸受け218と下部軸受けは、中心長手方向軸206に沿って軸が回転することできるように、軸204を包囲する。

マスト収容部214の上部は、軸受けケース210の上方に延びており、マスト124の下端を収容できる大きさの開口部215を備えている。開口部215は、マスト124がマスト収容部214から垂直に延びるように形成されている。マスト124は、位置決めねじ216によってマスト収容部214に固定することができる。当業者であれば、ねじボルトピンやピン、溶接、又はその他の従来知られている固定部材などの他の技術で、マスト124の下部をマスト収容部214に固定することができることは理解できるだろう。

図3を参照すると、LEDケース220の一部、ディスク240、及び光導電素子ケース230が中心長手方向軸206に沿って並べられて示されている。LEDケース220は、軸204を包囲する大きさの通路224を備えている。複数の光源222は、LEDケース220内で軸204を包囲するように配置されている。複数の光源222は、図示するように８つの光源222₁から222₈を備えており、それらは通路224の中心から放射状に等間隔に配置され、軸204の周囲も均等に包囲する。光源222の各々は、北、北東、東、南東、南、南西、西、北西のように、コンパス上の方位に関連している。好ましくは、複数の光源222は発光ダイオード(LED)を備えるが、当業者であれば、白熱電球、光ケーブル、ゲルケーブル(gel cables)、その他の光源などの、他の種類の光源を利用することができることは理解できるだろう。

光導電素子ケース230は、軸204に適合し包囲する大きさの通路234を備えている。さらに、複数の光源232は、光導電素子ケース230の内部の軸204を囲むように配置される。複数の光源232は図示するように、８つの光センサー232₁から232₈を含み、それらは通路234の中心から放射状に等間隔に配置され、軸204の周囲も均等な間隔で包囲する。各々の光源232も、北、北東、東、南東、南、南西、西、北西のように、コンパス上の指示方位に関連している。光センサー232は好ましくは光導電素子であるが、当業者であれば、光センサーは光を電気信号に変換できるその他の変換器であってもよいことは理解できるだろう。

好ましい実施形態において、複数のLED222の各々は、８つの光導電素子232のうちの対応する一つと軸方向に一列に並んでいる。図3を参照すると、LED222₁は光導電素子232₁と軸方向に一列に並んでおり、LED222₂は、光導電素子232₂と軸方向に一列に並んでおり、その他同様である。各光導電素子232は、光源と光導電素子のペアを形成するために、対応する光源222を有している。ここで示す好ましい実施形態では、８つのペアのLEDと対応する光導電素子が配置される。光源222と光導電素子232は、図示するようなコネクタ252を介して筐体122に接続される、不図示の電源によって電力が供給される。当業者であれば、局部電池のような内部電源を、代わりに筐体122の内部に提供することができることは理解できるだろう。

図２を参照すると、空間又は隙間242がLEDケース220と軸受けケース230との間に設けられ、ディスク240が軸204の長軸の周りを回転できるように、ディスク240を収容可能な大きさである。ディスク240は、軸204を包囲することのできる大きさの軸通路344を備えている。ディスク240は、図示するように、軸204の外部に形成される固定突起又は戻り止め402（図４）に一致する大きさである、凹部348を備えることにより、軸204の周囲に固定されて結合される。図１を参照すると、ディスク240は風向の変化に応じて軸204と一緒に回転する。

ディスク240は、すき間242内で長手方向軸206に垂直な平面から偏向して交差することなく回転可能な、アルミニウムやプラスチックやその他の不透明な材料で形成される。言い換えれば、ディスクはすき間242の内側で自由に回転することができる。ディスク240はスロット342を備えており、そのスロット342は、ディスク240のスロット342が一つのLEDとそれに対応する光導電素子との間に一列に並んだときに、光がLEDからそれに対応する光導電素子232に通過できるような大きさとなっている。従って、ディスクが軸204に沿って回転する際に、スロット342は、どのようなときでも、ある一つのLED222から対応する光導電素子232に光を通過させることができることになる。光導電素子232の機能は、受信した光を、図4について説明されるように、送信機114内の対応するスイッチ回路412に送信される、電気信号に変換する。

８つのコンパスの方位の各々に相当する８つの光導電素子232を有する実施例において、スロット342は、光導電素子232の軸通路234からの半径に等しくかつ一致して、軸通路234の中心から半径方向外側に間隔が伸びている。さらに、スロット342は弓形に形成され、一つのLEDからの光が通過し、対応する光導電素子によって受信することができるように、間隔が45度に伸びている。言い換えれば、ディスク240がLEDケース220と光センサーケース230の間において回転している間、スロット342は、LEDと光導電素子のペアのうちのただ一つが、常に動作することができる大きさになっている。

８つのペアの光源と光導電素子は好ましい例であるが、その個数は限定されることはなく、当業者であれば光源と光導電素子のペアが異なる数である場合でも利用できることが理解できるだろう。さらに、より少数の光源が図示する８つの光センサーとともに利用することができる。例えば、一つの光源が、全ての光導電素子に光を提供するために利用することができる。この後者の実施例でも、ディスク140のスロット342は、上述のように、唯一つの光源からの光が一つの光導電素子まで通過することを可能にする。

図4はセンサー部112、送信機114及び受信機116の部分的な概略のブロック図である。本発明を明確にし、図示するために、特定の方向に関連するLEDと光センサーの一つのペアのための、電気回路が図示されている。例えば、LED222₁は光センサー232₁と一列に並んで図示されており、ディスク140は、スロット342がセンサー部112内部でLED222₁と光センサー232₁との間で一列に並ぶように、軸204とともに回転することが図示されている。LED222₁から発せられた光はスロット342を通過し、光センサー232₁は、光を送信機114に送信される電気信号に変換する。

送信機114は複数の信号発生器410₁から410_P（全体として信号発生器410）と、信号発生器410の出力に接続される、対応する複数のスイッチ制御回路412₁から412_P（全体でスイッチ回路412）で構成されている。信号発生器410及びスイッチ回路412の各々は、コンパスの方位に関連するLEDと光導電素子のペアと対応している。好ましい実施形態において、風センサーに関連する、８つの信号発生器410₁から410₈及び対応するスイッチ回路412₁から412₈と、ガスセンサーに関連する一つの信号発生器と対応するスイッチ回路が設けられている。

各信号発生器410は、コンパスの方位に対応する、規模および特定の周波数を有する出力信号を連続的に生成する。信号発生器410からの出力信号は対応するスイッチ回路412に送信される。スイッチ回路412は通常、オフ状態であり、そのため、送信機114が信号発生器410からの出力信号を連続的に送信することを防止している。スイッチ回路412は、スイッチ回路412を起動状態にトリガーする光導電素子232からの出力に応じて、信号発生器410からの出力信号を、受信機116に送信することを可能にする。

図４に示すように、スイッチ回路は、選択的に、光導電素子232₁からの、スイッチ416₁をオフ状態からオン状態に切り換えるスイッチ416₁への出力信号を増幅するための増幅器414₁を備える。各スイッチ416は、通常はオープン位置にある、機械的又はソリッドステートリレー(solid state relay)、その他従来知られているスイッチなどの、単極単投（SPST）スイッチに変更することができる。

従って、ディスクが回転し、スロット342がLED222₁と光導電素子232₁との間に一列に並んだ際に、光導電素子からの出力信号が送信機114のスイッチ回路412₁に送信され、そこで信号は増幅器414₁によって増幅されてスイッチ416₁を有効にするために利用される。それにより、信号発生器410₁によって生成された出力信号が、同軸ケーブル120₁を介して受信機に送信されることが可能となる。

同様に、センサー部112のガスセンサー128は、送信機114に送られる出力信号を発生することができ、送信機114は、順番に、特定の大きさ及び周波数を有する出力信号を受信機116に連続的に送信する。特に、送信機114は、対応するスイッチ回路412_Pに送られる所定周波数の出力信号を連続的に生成する指定された信号発生器410_Pを有し、ガスセンサー128からの出力信号によってトリガーされるときに、送信機が信号発生器410_Pからの出力信号を一つ以上の受信機116に同軸ケーブル120₂を介して送信することを可能にするだろう。

従って、送信機114の信号発生器410は、それぞれのコンパスの方向又は方位に関連した特定の周波数で出力信号を連続的に発生させる。しかし、スイッチ回路412は通常オフ状態であるので、ディスク140のスロット342が、風向に関連して、あるペアのLEDと光導電素子との間に一列に並んだ場合における出力信号を除き、送信機114が信号発生器410からの出力信号を受信機116に送信することは防止される。そのため、スイッチ回路412は、送信機114が、特定の風向に関連した特定の周波数を有する特定の出力信号を受信機116に送信することを許可するための通路（gateways）として機能する。

一つの好ましい実施形態としては、信号発生器410は、−5ボルトから＋5ボルトの大きさの電圧を有する正弦波を生成する正弦波発生装置である。しかし、信号発生器によって生成される正弦波の周波数はそれぞれ異なり、コンパスの方位に関連する所定周波数に設定される。例えば、北の方向に関連する正弦波発生装置410₁は1KHzであり、北東の方向に関連する正弦波発生装置410₂は2KHzであり、東の方向に関連する制限は発生装置410₃は3KHz等となっている。

上述した図１に関連して、受信機116は図示するようにペアの同軸ケーブル120₁と120₂（全体で同軸ケーブル120）を介して送信機114と接続されている。すなわち、第1の同軸ケーブル120₁が風向に関連した信号を送信するために使用され、一方、第２同軸ケーブル120₂は有害ガスの方向に関連する信号を送信するために使用される。

受信機116は、複数のバンドパスフィルター420₁から420_P（全体としてバンドパスフィルター420）と、複数のスイッチ回路422₁から422_P（全体としてスイッチ回路422）と、複数のLED432と、電源430と、可聴式の警報機（たとえば、サイレン）434から構成されている。バンドパスフィルター420と、スイッチ回路422と、受信LED432は、それぞれコンパスの方位の一つに関連している。例えば、図4に示すように、バンドパスフィルター420₁と、スイッチ回路と422₁と、LED432₁とが図示するように北の方向に関連している。LED432に関連するバンドパスフィルター420の各々は、同軸ケーブル120₁からの不図示の入力端子と接続され、送信機114の対応する信号発生器410と関連する特定周波数に対応する中心周波数を有する。同様に、ガス検知回路に関連する、バンドパスフィルター420_Pは、同軸ケーブル120₂からの不図示の入力端子に接続され、送信機114の対応する信号発生器410_Pと関連する特定周波数（Fg）に対応する中心周波数を有する。

例えば、もし信号発生器410₁が1KHzの周波数を有する正弦波を生成する場合、およそ１KHzの中心周波数を有するバンドバスフィルター420₁が受信機116に備えられる。バンドパスフィルター410の出力は、対応するスイッチ回路422₁の入力に接続され、スイッチ回路422₁は対応する受信機のLED432₁に接続される出力を有する。同様に、バンドパスフィルター420_Pと、ガスセンサー128と関連する対応するスイッチ回路422_Pについては、バンドパスフィルター420_Pの出力はスイッチ回路422_Pの入力に接続され、スイッチ回路422_Pはガス警報器434に接続される出力を有している。

ガス検知信号は、同軸ケーブル120₁を介して送信される風向検知信号とは別の同軸ケーブル120₂を介して送信されるので、ガス検知信号を送信するための信号周波数は、LED432から風向を検知するために使用される周波数と同じ周波数あるいは異なる周波数にすることができる。すなわち、ガス検知信号および風向検知信号はお互いに独立している。

ガス警報器434及び受信機LED432は電源430によって電力が供給され、スイッチ回路422によってスイッチオンにされる。受信機LED432及びガス警報器434は、バンドパスフィルター420が送信機114からの対応関係にある正弦波を対応するスイッチ回路422に通過させない限り、通常はオフ状態である。スイッチ回路422は、受信機LED及び／又はガス警報器を作動させるために、対応する受信機LED432及び／又はガス警報器434に出力信号を供給する。送信機114について上述したように、それぞれのスイッチ回路422は、バンドパスフィルター420からの出力信号を増幅するための増幅器424を備えることができ、受信機LED432を作動させる対応するスイッチ426に増幅された信号を送信することができる。

好ましい実施例においては、信号発生器410₁から410_Pは1KHz、2KHz、3KHz、4KHz、5KHzなどのそれぞれの周波数を有する正弦波を生成する。さらに、各信号発生器に関連する各バンドパスフィルター420₁から420_Pは、1KHz、2KHz、3KHz、4KHz、5KHzなどの中心周波数を有する。このようにして、特定周波数を有する信号は、特定の風向及び／又は有害ガスの検知に関連して生成される。特定周波数と特定の風向との関連付けは、適切な風向が常に表示されていることが保証され、そのため、どんなときでも、特に緊急事態において、風向の不適切な指示が防止されるという追加の利益が提供される。

図5を参照すると、受信機116の実施例としてのレイアウトが示されている。受信機116は、受信機116の前面板302上に配置され、コンパスの指示方位に対応する、8つのLED432₁から432₈（全体としてLED432）を有している。ただ一つのLEDが風の方向を示すために常に点灯することになる。例えば、もし風が北西方向に進んでいたら、吹流し126も北西方向に向き、マスト124は回転し、それにより軸204及びディスク240も回転する。ディスク240のスロット342は、北西方向に関連するLED222₈と光導電素子232₈の間に一列に並び、LED222₈からの光はスロット342を通過し、光導電素子232₈によって受け止められるだろう。光導電素子232₈は受信した光を、送信機114の対応するスイッチ回路412₈に送信する電気的な出力信号に変換する。スイッチ回路412₈はオンとなり、信号発生器410₈によって生成された特定の周波数を有する正弦波が、同軸ケーブル120₁を通って受信機116に送信されることが可能になる。

対応する信号発生器410₈によって生成される正弦波に関連する中心周波数を有するバンドパスフィルター420₈は、受信機116の前面パネル上のLED432₈に送信される出力信号を生成するために、送信機114から受信した出力信号を対応するスイッチ回路422₈に送信する。従って、LED432₈が発光して、風向が北西方向であることが示される。

風向が変化した際は、吹流し126及び軸124はディスクのスロット342が、特定の時間での風の方向に関連する、別の一組のLEDと光導電素子のセットと一列に並ぶように回転するだろう。受信機116の前面パネル502のLED432は、それに応じて風向の変化を示すためにオンとなる。

可聴式の警報器434は、センサー部112の周辺部において検知されたガスの、所定の濃度に基づく出力信号を生成するガスセンサー128を除いて、風向センサーについて説明したのと同様に動作する。例えばガスセンサー128としては、水素、イソブタン、プロパン、エタノール、メタノール、一酸化炭素その他の有害又は有毒なガスなどの有害ガス一種類以上を、例として500万分の一（ppm）から10,000ppmの範囲の濃度で検知可能である、どのような市販のガスセンサーでもよい。例えば、一実施例としては、ガスセンサー128は、アメリカ合衆国イリノイ州グレンビュー（Glenview）のFigaro Engineering, Inc.により製造された、広範囲の可燃性ガスを感知するモデルTGS813汎用ガスセンサーがある。

ガスセンサー128からの出力信号は、送信機114のスイッチ回路412をトリガーし、関連する信号発生器410から生成される特定の周波数を有する正弦波が同軸ケーブル120₂を介して受信機116に送信されることを可能にする。ガスセンサー128に関連する信号発生器410_Pに対応する中心周波数を有するバンドパスフィルター420_Pは、可聴ガス警報器434を作動させる対応するスイッチ回路422_Pに出力信号を通過させる。

従来の風／ガス検知機は、送信機及び受信機からの好ましくない信号ノイズのため、不正確な風向の指示を与えやすかった。有利な本発明は、風向および有害ガスの検知に関連する誤った指示を削除するために、それぞれの地理的な風向およびガスセンサーに関連する所定の周波数を有する出力信号を提供する。

本発明は、各風向及びガス検知に関連する対応する電気回路を有する、送信機及び受信機を備えている。９つの例示した送信機／受信機の風／ガス検知回路は、互いに独立し、異なる周波数で動作する。動作周波数は、例示したように送信機の信号発生器または増幅器によって起こりうるあらゆるドリフトを許容するため、互いに分散している。従って、受信機の適切な風向又はガスの検知回路は、同軸ケーブルを介して受信機に送信される特定の周波数信号に応じて、適切な検知を行ない、正しい風向及び／又はガス検知表示を提供する。

さらに、受信機に風検知信号を送信するために必要とされるのは、一本の同軸ケーブルのみであるため、送信機と受信機の間に求められる伝導体の数を有利に減らすことができる。すなわち、常に唯一の風向指示信号が生成され送信されるので、他の信号発生器から生成されるノイズによる信号の劣化を心配する必要がなく、単独の同軸ケーブルを使用することができる。

本発明は、二つの同軸ケーブル120₁及び120₂で説明したが、当業者であれば、送信機114及び受信機116の通信を無線通信に代えることができることは理解できるだろう。後者の実施形態では、送信機114は、各風向及びガスセンサー128に関連した所定の周波数で無線通信信号を受信機116に送信することができる。受信機116は、上述した同様の方法で、受信機LED432をオンにするために、特定の周波数における無線信号に周波数を合わせるだろう。

一実施例においては、受信機116は、LED432が作動することを確かめるための、LED432をテストするLEDテストボタン504と、可聴警報器434が作動することを確かめるための、可聴警報器434をテストする警報器テストボタン506を備えることもできる。任意で、送信機がガスセンサー128と関連する出力信号を送信することを停止した後に、警報器434をオフにするために、前面パネル502上にリセットボタン508を配置することもできる。即ち、警報器434はガスセンサー128によって検知された有害ガス状態の間は、連続的に音がオフになる。有害ガスレベルが所定濃度（ppm）を下回った後のみ、ユーザーは警報器434をオフにするためにリセットボタン508を有効にすることができる。

図1を参照すると、風とガスのセンサー112がはじめにセットアップされる際、LEDと光センサーのペアーがコンパスの指示方位に配置されるように、センサーは適切に配置されなければならない。図3を参照すると、本発明は、センサー112をコンパスの方位に正しく配置することを補助する、「北のロック（a north lock）」（NL）と呼ばれるガイド部を備える。LEDケース220は、追加のLED362を備えており、光導電素子ケース230は、LED362と一列に並ぶ対応する光導電素子366を備えている。一つの実施例として、NL LED362と対応するNL光導電素子366は、軸204と南の方向に関連するLED及び光導電素子のペア（222₅／232₅）との間に配置される。ディスク240はさらに開口部364を備えており、NL LED362とNL光導電素子366との間に一列に並ぶと、光導電素子366がLED362から発せられた光を受信することを可能にし、そしてそれによりセンサーがコンパスの方位の真北に位置していることを示す出力信号を提供することを可能にする。

特に、インストーラーは、初めに北LED222₁と対応する光導電素子232₁とを真北に位置させるためにコンパスを使用する。一つの実施例では、筐体の外表面は、筐体内の一対のLEDと光導電素子の位置に最も近いコンパスの方位のラベルを備える。インストーラーは、開口部364がLED362と対応する光導電素子366との間のラインに並ぶまで、マスト収容部214を回転させる。一度並ぶと、NL光導電素子366は、例として送信機114の前面パネルに取り付けられたLEDに送信される出力信号を生成する。送信機の前面パネルのLEDが発光すると、インストーラーには、ディスク240のスロット342が、北の方向に関連する一対のLED及び光導電素子と一列に並んだことを示す表示が提供される。インストーラーは、マスト124をマスト収容部214に、設置ねじ216（図2）のような締結部材によって固定することができる。マスト124と吹流し126が適切に配置され、センサー112に固定されると、風及びガス検知システム110は使用可能とされ、風の方向と有害ガス状態に関する情報を、建物102内の住人に提供することができる。

本発明は、コンパスの８つの主な方位に関連する風の方向を検知する、電子的な風及び有害ガス検知システムを提供する。有害ガスの存在はガスセンサーによって検知され、風向及び警報の両方の信号は同軸ケーブルのような通信媒体を介して、建物の通路の近くなど建物に設置される一つ以上の受信機に送信される。送信機は各方向信号に関連する所定の周波数で出力信号を送信し、方向信号は風の方向を特定する適切な表示器をスイッチオンにする。この方法により、所定の周波数を有する出力信号はLEDなどの表示機を発光させ、風向を表示することを可能にする。さらに、例えば有害ガスが存在している場合、所定の周波数の追加の出力信号が送信機によって送信され、可聴の警報を提供するために、サイレンなどの別の指示器を作動させる受信機によって受信される。

送信機の信号発生器及びスイッチ回路は、市販の簡易に使用できる増幅器と受動素子を使用して作成することができ、そのため、システムの全体のコストを押さえることができる。風向検知のためのLEDの使用は保守の必要性の低い信頼性のあるシステムを提供することを助ける。

実施形態において、同軸ケーブルが使用される場合、二本の同軸ケーブルのみが必要であり、第1のケーブルは光センサーと送信機の間に配置され、第2の同軸ケーブルは送信機と受信機の間に配置されている。複数の受信機（例えば、4つの受信機）は、建物の異なる通路で報知を提供するために順次連続して結合することができる。

一つの実施例においては、センサー112の付近の人に有害ガス状態の警報を提供するために、可聴警報器はガス警報及び風向検知センサー112又は台118の外面に設置することができる。従って、本発明は、ワークステーション（workstations）や緊急ラジオチャンネルが使用できない場合に、高い占有率の場所で個人の安全を提供するための、安価で信頼性の高い通信装置を提供するものである。

別の実施例においては、コンピュータ及び／又はワークステーションが使用できる場合に、送信機114は、私的なネットワーク（イントラネット）又は公のネットワーク（インターネット）等のネットワークに接続される、サーバーやワークステーションのようなコンピュータに警報信号を送信することができる。この方法では、警報信号を受信するコンピュータは、ネットワーク上の他のコンピュータに送信するための一般警報状態を作ることができる。

ここで示して説明した本発明の実施形態は限定的に考えられることはなく、他の実施形態も意図している。例えば、本発明の送信機は、独立した信号発生器と各風向に関連する対応するスイッチ回路に関して説明したが、当業者であれば、様々な特定の周波数を有する出力信号を送信することができる他の回路でも実施できることは理解できるだろう。

図６を参照すると、他の実施例として、複数の出力信号を生成するための周波数分配器602と関連した、単一の信号発生器610を使用することが可能であり、各出力信号は各風向に関連した異なる周波数を有する。例えば、128KHzの周波数で5ボルトの信号を生成する信号発生器は、例えば、128 KHz、64 KHz、32 KHz、16 KHz、8 KHz、4 KHz、2 KHz及び1 KHzの周波数を有する、F₁からF₈の８つの独立した5ボルトの信号にそれぞれ分割することができる。

送信機114は、センサー112の光導電素子232からの出力信号を増幅するための、単一の増幅器614を備えている。さらに、単一のスイッチ616は、受信機116へ送信する、分配器602からの特定の周波数を有する適切な信号を選択するために使用される。即ち、８つの独立したスイッチ回路412を提供する代わりに、単一のスイッチ616が分配器602の8つの出力線に関連する8つの接点を備えている。スイッチ616は、特定の信号周波数に関連した、風向に対応する特定の光導電素子232からの出力信号の受信に応じて、信号を送信するために、適切な信号を選択する。例えば、もし風向が南の場合、南に関連する対応する光導電素子が増幅器614によって増幅されスイッチ616に送信される出力を生成する。

例えば、もし、8KHzが南の方向からの風の検知に関連する周波数であれば、スイッチ616は、受信機116への5ボルト8KHzの信号の送信に関連する接続を選択（例えば、閉じる）する。当業者であれば、各LEDと光導電素子のペアは風向に対応する特定の周波数と関連していることは理解できるだろう。図6には図示していないが、各LEDと光導電素子のペアはスイッチ616と接続される出力を有しており、スイッチ616に周波数分配器602からの適切な出力信号を選択させる。もし、風向が南西に変化した場合、南西に関連する光導電素子232はスイッチ616に出力信号を送信し、スイッチ616に分配器602からの別の出力信号を選択させる。一つの実施例において、スイッチ616は、対応する8つの光導電素子232からの8つの入力を備えており、スイッチに分配器602からの適切な周波数を選択させるためのトリガーとして作用する。従って、送信機からの出力信号の周波数は、スイッチへの出力信号を送信する8つの光導電素子のうちの特定の一つに基づいており、スイッチは適切な周波数を選択する。

対応する風向に関連する特定の信号での出力信号を送信する本発明は、アナログ回路に関して説明したが、当業者であれば、デジタル回路又はそれらの組み合わせであっても、一つ以上の受信機に送信するために、複数の風向検知及び／又は有害ガスの検知に関連した特有の周波数を有する複数の信号を提供することが、同様の方法により、実施可能であることは理解できるだろう。別の実施例では、風の検知回路とガスの検知回路の両方に対して単一の同軸ケーブル120を備えることも可能である。異なる周波数の複数の信号は、周波数分割多元接続（FDMA）技術及び／又はこの技術分野で知られている他の従来技術を利用することにより、一本の同軸ケーブルを介して送信することが可能である。

開示した構造、装置を、好ましい実施形態に関して詳しく示して説明したが、当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形状及び詳細について様々な変形が可能であることは理解される。従って、上述した、しかしそれに限られない変形は、添付の請求項への言及によって決定されることになる本発明の範囲に含まれるとみなされる。

有害なガスおよび保護される周囲の風向を検知するための、本発明によるガスおよび風向検知監視システム 図1に示すガスおよび風向検知センサーの部分的な側面斜視図 図2に示す風向センサーの分解組立斜視図 本発明のガスおよび風向センサー、送信機、および少なくとも一つの受信機の第1の実施形態を示す概略図 風向の特定及び／又は有害なガスの検知に応じて信号を発生するための、図4に示した送信機の実施形態を示す部分的な概略図 本発明のガス及び風向のセンサー、送信機、及び少なくとも一つの受信機の第2の実施形態を示す概略図

Claims (22)

1. センサー筐体と、
   一種類以上の有害ガスを検知し、かつガスが所定の閾値を超えた際に、所定の周波数で、有害ガスの検知と関連した出力警報信号を送信するように構成される、センサー筐体に設置される少なくとも一つのセンサーと、
   筐体を通る中心長手方向軸に沿って配置され、風向指示手段を有する垂直マストを収容するように構成されている、回転軸と、
   前記センサー筐体に配置される少なくとも一つの光源と、
   各々が地理的な方位を示し、所定の周波数で特定の風向と関連した出力信号を提供するように構成されている、少なくとも一つの光源に近接して夫々配置される、複数の光導電素子と、
   前記軸に固定され、少なくとも一つの光源と複数の光導電素子の間に配置される回転ディスクであって、少なくとも一つの光源から特定の光導電素子に光を通過させることを可能にする大きさのスロットを有し、少なくとも一つの光源と特定の光導電素子の間に風向に基づいてスロットが位置すると、スロットが前記特定の光導電素子からの風向に関連した出力信号の通信を所定の周波数で送信することを可能にする回転ディスクとを有することを特徴とする有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
2. 前記センサー筐体に設置され、有害ガス及び風向指示の信号に関連する前記所定の出力信号を送信するように構成される送信機をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
3. 前記送信機と関連し、有害ガスと風向の検知に関連する前記所定の出力信号を受信するように構成される少なくとも一つの受信機をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置
4. 前記複数の光導電素子は、前記回転軸を包囲する8つの光導電素子であって、該光導電素子は均等に45度の間隔を有しかつ前記軸の回転中心から等距離に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
5. 前記少なくとも一つの光源は、発光ダイオード（LED）、光学ケーブル、ゲルケーブル（gel cables）、蛍光灯、白熱電球、ハロゲン電球及びキセノンランプの中から選択されることを特徴とする請求項１に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
6. 前記少なくとも一つの光源は、前記回転軸を包囲する８つのLEDであって、前記LEDは４５度の間隔で前記回転軸の中心から等距離の位置に配置されることを特徴とする請求項４に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
7. 前記８つのLED及び８つの光導電素子は、各LEDと特定の光導電素子とが関連していることにより、一列に並んでいることを特徴とする請求項６に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
8. 前記８つの光導電素子は、北、北東、東、南東、南、南西、西および北西の地理的方位を示すことを特徴とする請求項１に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
9. 前記ディスクは前記回転軸に固定されて取り付けられ、前記少なくとも一つの光源と前記複数の光導電素子の間で回転し、
   前記スロットは、一つの光導電素子が常に前記少なくとも一つの光源からの光を受信することを可能にする大きさであることを特徴とする請求項１に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
10. 前記送信機は、
    複数のスイッチの一つが前記ガスセンサーの出力と関連して電子的に反応し、残りのスイッチの各々は前記複数の光導電素子の一つの出力と関連して電子的に反応する、複数のスイッチと、
    特定の風向と関連する所定の周波数の前記出力信号及び／又は有害ガスの検知を指示する出力信号を提供するために、対応する光導電素子及び／又はガスセンサーからの出力信号に応じてトリガーされる前記複数のスイッチの一つと関連して接続される、複数の信号発生器とを有することを特徴とする請求項２に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
11. 前記信号発生器が連続的な正弦波を生成することを特徴とする請求項１０に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
12. 前記受信機は、
    各々が対応する前記複数の信号発生器の一つと関連する中心周波数を有する複数のバンドパスフィルターと、
    複数の信号表示機であって、各々が対応するバンドパスフィルターと接続され、前記信号表示機の一つが有害ガス状態の指示を提供し、残りの信号表示機が前記送信機から受信した風向に関連する信号の指示を提供する、複数の信号表示機とを有することを特徴とする請求項１０に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
13. 風向と関連する前記信号表示機は、LEDを備え、有害ガス状態と関連する前記信号表示機は少なくとも一つの視認可能な警報器と可聴式の警報器とを備えることを特徴とする請求項１２に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
14. 前記少なくとも一つの受信機は、同軸ケーブル、無線通信送信機および赤外線送信機の少なくとも一つを介して前記送信機と連結されることを特徴とする請求項３に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
15. 前記少なくとも一つの受信機は、複数の順次接続された受信機で構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
16. 前記風向指示手段は、風向計、吹流し及び風リボン（a wind ribbon）の中から選択されることを特徴とする請求項１に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
17. 前記風向指示手段は、マストを介して前記回転軸の端部に結合されることを特徴とする請求項１に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
18. 特定の方向で前記指示手段を固定するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
19. 特定の方向で前記指示手段を固定するための手段は、
    前記センサー筐体内に配置される第２の光源と、
    前記第２の光源と一列に並び、地理的方位に配置される複数の光導電素子から選択された光導電素子と、
    前記ディスクに形成され、ディスクの回転の際に、前記第２の光源と複数の光導電素子のうちの前記選択された光導電素子との間に一列に並ぶように、半径方向に配置される開口部と、
    前記開口部が前記第２の光源と複数の光導電素子のうちの前記選択された光導電素子との間に一列に並んだ際に、ディスクの適切な配置を前記地理的な方位で提供する、前記選択された光導電素子の出力に接続される方向指示器とを有することを特徴とする請求項１８に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
20. 前記送信機は、
    前記複数の光導電素子の一つの出力に関連して電子的に反応する第１のスイッチと、
    第１の所定の周波数を有する出力信号を発生する信号発生器と、
    複数の出力信号を生成し、各出力信号は前記地理的方位の一つを指示する固有の周波数を有し、前記複数の出力信号は前記第１のスイッチの対応する入力に接続され、該第１のスイッチが対応する光導電素子からの出力信号の受信に応じて送信するために前記複数の出力信号の一つを選択するように、前記信号発生器の出力と接続される周波数分配器とを有することを特徴とする請求項２に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
21. 前記送信機は、
    前記ガスセンサーの出力に関連して電子的に反応し、所定の周波数を有する出力信号を受信するように前記周波数分配器の出力に接続され、かつ有害ガスの検知に関連しており、前記ガスセンサーからの出力信号の受信に応じた送信を行うために、前記周波数分配器からの所定の周波数を有する前記出力信号を選択する、前記第２のスイッチをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の有害ガスを特定し風向を示すための人に対する信号伝達警報装置。
22. 有害ガスの存在を所定の区域又は設備に存在する人に対して警報するための早期警告システムであって、
    ａ． 風向指示表示機と少なくとも一つの有害ガスを指示する可視及び可聴の警報器とを備える、前記所定区域又は設備に配置される少なくとも一つの信号受信機及び警報器と、
    ｂ．所定の区域又は設備に近接して所定の間隔を介して配置され、配列を形成するために有害ガスの発生源と前記所定の区域又は設備との中間に配置される、有害ガスの検知と風向の指示を行う請求項１に記載の複数の独立した装置と
    ｃ．有害ガス及び風向の検知に対応する特定の出力信号を、所定の区域又は設備に配置される少なくとも一つの受信機に対して送信するための、複数の有害ガス検知及び風向指示装置の各々に接続されて使用可能な送信機であって、配列を形成する前記装置の配置は、人員が避難経路を選択し、所定区域又は設備の非難を完了するために十分な時間を提供するために、地方の卓越風に基づくと共に、有害ガスの発生源の位置に関連して選択される送信機と、
    を有することを特徴とするシステム。

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