JP2010160750A

JP2010160750A - Smoke sensor

Info

Publication number: JP2010160750A
Application number: JP2009003770A
Authority: JP
Inventors: Taku Fukui; 卓福井; Mitsuteru Hataya; 光輝畑谷
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a smoke sensor that exactly determines fire even when using a conversion resistor of a current voltage conversion circuit with a small resistance value. <P>SOLUTION: A sensor output processing part 2 has the current voltage conversion circuit 5 constituted such that the conversion resistor R1 is connected between an inverting input terminal and an output terminal of an operational amplifier OP1, and outputs output voltage Vout which varies according to variation of input current Iin from a photodiode PD. An arithmetic processing part 3 has: an averaging means 9 for extracting instantaneous values of the output voltage Vout at set sampling timing in a period for an LED 8 to output light to calculate an average value of instantaneous values extracted in the sampling timing for a plurality of times; and a decision means 10 for determining presence of smoke in a detection space based on the average value. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、火災時に発生する煙を感知し発報する煙感知器に関するものである。 The present invention relates to a smoke detector that detects and reports smoke generated during a fire.

従来から、この種の煙感知器Ａとして、図４（ａ）に示すようにハウジング２０内に検知空間を有し、この検知空間に向けて間欠的に光を出力するＬＥＤ（発光部）８と、ＬＥＤ８からの直接光が入射しない位置に配置され受光した光を電流に変換するフォトダイオード（受光部）ＰＤとを備えたものが知られている（たとえば特許文献１参照）。この煙感知器Ａでは、検知空間内に煙が流入すると、ＬＥＤ８からの光が検知空間内の煙で拡散反射されることによりフォトダイオードＰＤでのＬＥＤ８からの光の受光量が増加し、フォトダイオードＰＤから出力される電流量が増加する。 Conventionally, as this kind of smoke detector A, an LED (light emitting unit) 8 having a detection space in the housing 20 as shown in FIG. 4A and outputting light intermittently toward the detection space. And a photodiode (light receiving unit) PD that is disposed at a position where direct light from the LED 8 is not incident and converts received light into current (see, for example, Patent Document 1). In the smoke detector A, when smoke flows into the detection space, the light from the LED 8 is diffused and reflected by the smoke in the detection space, so that the amount of light received from the LED 8 at the photodiode PD is increased. The amount of current output from the diode PD increases.

ＬＥＤ８およびフォトダイオードＰＤは、ＬＥＤ８の前方に配置された投光レンズ２３およびフォトダイオードＰＤの前方に配置された受光レンズ２４と共に光学ブロック２５を構成する。ハウジング２０は、下面に開口部が形成され当該開口部に向けてＬＥＤ８からの光が出射されるように光学ブロック２５を収納したボディ２６と、上面開口の有底円筒状であってボディ２６の開口部を覆うようにボディ２６に結合されるカバー２７とを備えている。カバー２７の周壁には煙を取り込むための開口窓が形成されており、カバー２７内に前記検知空間が形成される。ここでカバー２７内には、検知空間への虫の侵入を防止する防虫網２８、および検知空間への外乱光の入射を防止するラビリンス２１が検知空間を包囲するように配置される。ラビリンス２１は、蛍光灯や白熱灯などからの様々な外乱光の入射を防止するとともに、検知空間内に煙がない状態でＬＥＤ８の光がフォトダイオードＰＤに入射することを防止するために入り組んだ光路を持つ複雑な構造を採用している。 The LED 8 and the photodiode PD constitute an optical block 25 together with a light projecting lens 23 disposed in front of the LED 8 and a light receiving lens 24 disposed in front of the photodiode PD. The housing 20 has an opening on the lower surface and a body 26 that houses the optical block 25 so that light from the LEDs 8 is emitted toward the opening, and a bottomed cylindrical shape with an upper surface opening. A cover 27 coupled to the body 26 is provided so as to cover the opening. An opening window for taking in smoke is formed on the peripheral wall of the cover 27, and the detection space is formed in the cover 27. Here, in the cover 27, an insect net 28 for preventing insects from entering the detection space, and a labyrinth 21 for preventing disturbance light from entering the detection space are arranged so as to surround the detection space. The labyrinth 21 is complicated to prevent the incidence of various disturbance lights from fluorescent lamps and incandescent lamps, and to prevent the light of the LED 8 from entering the photodiode PD in the absence of smoke in the detection space. A complicated structure with an optical path is adopted.

この種の煙感知器Ａにおいては、図４（ｂ）に示すように、ハウジング２０内に収納された回路ブロック１に、フォトダイオードＰＤからの入力電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換回路（ＩＶ変換回路）５が設けられている。さらに、電流電圧変換回路５の出力電圧を増幅回路１２とフィルタ回路１３とを通して判定処理部である発報判定回路１４に入力し、前記出力電圧の変化量が所定の火災判定レベルを超えると発報回路１５（ブザー等）で発報するように構成されている。なお、回路ブロック１には、各回路に電源供給する電源回路１６と、他の発報手段等を連動させる連動回路１７と、ＬＥＤ８と直列接続されたトランジスタＴｒ１（図５参照）を含みＬＥＤ８を周期的にパルス発光させるＬＥＤ駆動回路１８とが設けられている。 In this type of smoke detector A, as shown in FIG. 4 (b), current-voltage conversion for converting the input current from the photodiode PD into a voltage and outputting it to the circuit block 1 housed in the housing 20 A circuit (IV conversion circuit) 5 is provided. Further, the output voltage of the current-voltage conversion circuit 5 is input to the alarm determination circuit 14 which is a determination processing unit through the amplifier circuit 12 and the filter circuit 13, and when the change amount of the output voltage exceeds a predetermined fire determination level, The alarm circuit 15 (buzzer or the like) issues a report. The circuit block 1 includes a power supply circuit 16 for supplying power to each circuit, an interlocking circuit 17 for interlocking with other reporting means, and a transistor Tr1 (see FIG. 5) connected in series with the LED8. An LED drive circuit 18 that periodically emits light is provided.

ここで用いられる電流電圧変換回路５は、たとえば図５に示すように演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子と出力端子との間に変換抵抗Ｒ１を接続してなる構成を有し、この反転入力端子に入力電流Ｉｉｎが入力されると、入力電流Ｉｉｎの変動に応じて電圧値が変動する出力電圧Ｖｏｕｔを出力端子Ｔｏｕｔに出力するように構成される。図５の例では、非反転入力端子に基準電圧Ｖｓが印加されているので、変換抵抗Ｒ１の抵抗値をｒ１とすれば出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｓ−（Ｉｉｎ×ｒ１）で表される。要するに電流電圧変換回路５は、フォトダイオードＰＤがＬＥＤ８からの光を受光していない定常状態での出力電圧Ｖｏｕｔを動作点として、入力電流Ｉｉｎの変動に応じて動作点を基準に出力電圧Ｖｏｕｔを変動させることとなる。 The current-voltage conversion circuit 5 used here has a configuration in which a conversion resistor R1 is connected between an inverting input terminal and an output terminal of an operational amplifier OP1 as shown in FIG. 5, for example. When the input current Iin is input, the output voltage Vout whose voltage value varies according to the variation of the input current Iin is output to the output terminal Tout. In the example of FIG. 5, since the reference voltage Vs is applied to the non-inverting input terminal, if the resistance value of the conversion resistor R1 is r1, the output voltage Vout is expressed by Vout = Vs− (Iin × r1). . In short, the current-voltage conversion circuit 5 uses the output voltage Vout in a steady state where the photodiode PD does not receive light from the LED 8 as an operating point, and outputs the output voltage Vout based on the operating point according to the fluctuation of the input current Iin. It will be fluctuated.

また、近年では、設置が簡単であることから、電池を電源とした煙感知器Ａの需要が増えている。電池を煙感知器Ａの電源とする場合には、煙感知器Ａの平均消費電力を抑えて電池の長寿命化を図るため、煙感知器Ａを間欠駆動させる必要がある。この場合には、図６（ａ）に示す電流電圧変換回路５への電源供給も間欠的に行われることとなる。そのため、ＬＥＤ８は図６（ｂ）のように電流電圧変換回路５への電源供給が行われている間にパルス状の光を出力する。ここで、検知空間に煙が流入してフォトダイオードＰＤがＬＥＤ８からの光を受光すると、図６（ｃ）に実線で示すように電流電圧変換回路５の出力電圧Ｖｏｕｔの変化量ΔＶは大きくなり図中の火災判定レベルに達することとなる。一方、検知空間に煙がなければ、図６（ｃ）に破線で示すように出力電圧Ｖｏｕｔの変化量ΔＶは小さくなり、火災判定レベルに達することはない。 In recent years, since the installation is simple, the demand for the smoke detector A using a battery as a power source is increasing. When the battery is used as the power source of the smoke detector A, it is necessary to drive the smoke detector A intermittently in order to suppress the average power consumption of the smoke detector A and extend the life of the battery. In this case, the power supply to the current-voltage conversion circuit 5 shown in FIG. 6A is also intermittently performed. Therefore, the LED 8 outputs pulsed light while power is supplied to the current-voltage conversion circuit 5 as shown in FIG. Here, when smoke flows into the detection space and the photodiode PD receives light from the LED 8, the change amount ΔV of the output voltage Vout of the current-voltage conversion circuit 5 increases as shown by the solid line in FIG. The fire judgment level in the figure will be reached. On the other hand, if there is no smoke in the detection space, the change amount ΔV of the output voltage Vout decreases as shown by the broken line in FIG. 6C, and does not reach the fire determination level.

ところで、図５のような電流電圧変換回路５では、図７（ａ）に示すように演算増幅器ＯＰ１のダイナミックレンジが、演算増幅器ＯＰ１の電源電圧ＶＤＤとグランドＧＮＤとの間に規定されており、上述した出力電圧Ｖｏｕｔはこのダイナミックレンジの範囲内で変動する。そのため、入力電流Ｉｉｎがある大きさ以上になると出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまう。 In the current-voltage conversion circuit 5 as shown in FIG. 5, the dynamic range of the operational amplifier OP1 is defined between the power supply voltage VDD of the operational amplifier OP1 and the ground GND as shown in FIG. The output voltage Vout described above fluctuates within this dynamic range. Therefore, when the input current Iin exceeds a certain level, the output voltage Vout is saturated.

たとえば上述した煙感知器Ａにおいては、ラビリンス２１を設けてあるものの、検知空間を外部から完全には遮断することはできないので、フォトダイオードＰＤに対して僅かながら外乱光が入射することがある。通常、外乱光は時間的変動が小さく、フォトダイオードＰＤがこの外乱光を受光することによりフォトダイオードＰＤからは時間的変動の小さい電流（以下、「直流成分」という）が出力されることになる。そして、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分がある大きさ以上になると、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和する可能性がある。 For example, in the smoke detector A described above, although the labyrinth 21 is provided, the detection space cannot be completely blocked from the outside, so that a slight disturbance light may enter the photodiode PD. Normally, disturbance light has a small temporal variation, and when the photodiode PD receives the disturbance light, a current (hereinafter referred to as “DC component”) having a small temporal variation is output from the photodiode PD. . When the direct current component included in the input current Iin exceeds a certain level, the output voltage Vout may be saturated.

すなわち、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれていなければ、図７（ａ）のように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点は基準電圧Ｖｓとなるから、入力電流Ｉｉｎの変動があれば出力電圧Ｖｏｕｔもこの変動に追従して変動するが、これに対して、入力電流Ｉｉｎに直流成分が含まれていると、図７（ｂ）に示すように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点が低下し、入力電流Ｉｉｎが増加した場合に出力電圧Ｖｏｕｔが途中で飽和してしまう可能性がある。特に、直流成分が大きく、図７（ｃ）のように出力電圧Ｖｏｕｔの動作点がグランドＧＮＤ付近にまで低下している場合には、入力電流Ｉｉｎの変動によらず出力電圧Ｖｏｕｔが飽和状態にあり、入力電流Ｉｉｎの増加を出力電圧Ｖｏｕｔが追従することはない。 That is, if the input current Iin does not contain a DC component, the operating point of the output voltage Vout is the reference voltage Vs as shown in FIG. 7A. Therefore, if the input current Iin varies, the output voltage Vout is also this In contrast to this, when the input current Iin contains a DC component, the operating point of the output voltage Vout decreases as shown in FIG. 7B, and the input current Iin becomes smaller. When it increases, there is a possibility that the output voltage Vout is saturated in the middle. In particular, when the DC component is large and the operating point of the output voltage Vout is reduced to near the ground GND as shown in FIG. 7C, the output voltage Vout is saturated regardless of the fluctuation of the input current Iin. Yes, the output voltage Vout does not follow the increase in the input current Iin.

たとえば変換抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１を１ＭΩ、基準電圧Ｖｓを１Ｖとすると、入力電流Ｉｉｎが１μＡで変換抵抗Ｒ１の両端間の電圧降下は１Ｖとなり、その結果、出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖとなって飽和する。この状態では、フォトダイオードＰＤがＬＥＤ８からの光を受光して電流電圧変換回路５にパルス状の入力電流Ｉｉｎが入力されても、出力電圧Ｖｏｕｔは飽和しているからこれ以上変動することはなく、出力電圧Ｖｏｕｔの変化量ΔＶが火災判定レベルに達することなく失報となる可能性がある。 For example, if the resistance value r1 of the conversion resistor R1 is 1 MΩ and the reference voltage Vs is 1 V, the input current Iin is 1 μA, the voltage drop across the conversion resistor R1 is 1 V, and as a result, the output voltage Vout is 0 V and is saturated. To do. In this state, even if the photodiode PD receives the light from the LED 8 and the pulsed input current Iin is input to the current-voltage conversion circuit 5, the output voltage Vout is saturated and therefore does not change any more. There is a possibility that the change amount ΔV of the output voltage Vout may be reported without reaching the fire determination level.

ただし、上述した煙感知器Ａではラビリンス２１により検知空間への外乱光の入射が防止されているので、一般的に、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和するほど大きな直流成分が入力電流Ｉｉｎに含まれることはない。 However, in the smoke detector A described above, the ambient light is prevented from entering the detection space by the labyrinth 21, and therefore, generally, the input current Iin includes a large DC component as the output voltage Vout is saturated. Absent.

特許第２７８３９４５号公報（第１−２頁）Japanese Patent No. 2783945 (page 1-2)

ところで、上述した煙感知器Ａにおいては、検知空間への外乱光の入射を防止するラビリンス２１の構造が複雑であり、ラビリンス２１の製造にかかるコストが煙感知器Ａ全体の低コスト化の妨げとなっているので、ラビリンス２１の構造を極力簡素化、あるいはラビリンス２１自体を省略することで、煙感知器Ａの低コスト化を図ることが要望されている。しかし、ラビリンス２１を簡素化あるいは省略すると、フォトダイオードＰＤで受光される外乱光が強くなり、入力電流Ｉｉｎに含まれる直流成分が大きくなって出力電圧Ｖｏｕｔが飽和してしまうことがある。特に、上述のように電池を煙感知器Ａの電源とする場合には、演算増幅器ＯＰ１の電源電圧が低く演算増幅器ＯＰ１のダイナミックレンジが比較的狭いため、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和しやすくなる。 By the way, in the above-described smoke detector A, the structure of the labyrinth 21 that prevents the incidence of ambient light into the detection space is complicated, and the cost for manufacturing the labyrinth 21 hinders the cost reduction of the entire smoke detector A. Therefore, it is desired to reduce the cost of the smoke detector A by simplifying the structure of the labyrinth 21 as much as possible or omitting the labyrinth 21 itself. However, if the labyrinth 21 is simplified or omitted, disturbance light received by the photodiode PD becomes strong, and a direct current component included in the input current Iin may increase and the output voltage Vout may be saturated. In particular, when the battery is used as the power source of the smoke detector A as described above, the output voltage Vout is likely to be saturated because the power supply voltage of the operational amplifier OP1 is low and the dynamic range of the operational amplifier OP1 is relatively narrow.

また、上述した構成の電流電圧変換回路５では、変換抵抗Ｒ１として抵抗値の小さいものを用いれば、入力電流Ｉｉｎが一定の場合における変換抵抗Ｒ１の両端間の電圧降下が小さくなり、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和しにくくなるものの、変換抵抗Ｒ１自体の熱雑音は大きくなる。変換抵抗Ｒ１の熱雑音が大きくなれば、電流電圧変換回路５の入力換算ノイズが大きくなるため、当該ノイズと検出対象である信号成分との比（ＳＮ比）が低下して、正確な火災判定ができなくなるという問題があるので、変換抵抗Ｒ１の抵抗値はある程度大きく設定せざるを得ない。 Further, in the current-voltage conversion circuit 5 having the above-described configuration, if a conversion resistor R1 having a small resistance value is used, the voltage drop across the conversion resistor R1 when the input current Iin is constant is reduced, and the output voltage Vout. However, the thermal noise of the conversion resistor R1 itself increases. If the thermal noise of the conversion resistor R1 increases, the input conversion noise of the current-voltage conversion circuit 5 increases, so the ratio (SN ratio) between the noise and the signal component to be detected decreases, and an accurate fire determination is made. Therefore, the resistance value of the conversion resistor R1 must be set large to some extent.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、電流電圧変換回路の変換抵抗として抵抗値の小さいものを用いても正確な火災判定が可能となる煙感知器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described reason, and an object thereof is to provide a smoke detector capable of accurate fire determination even when a resistance having a small resistance value is used as a conversion resistance of a current-voltage conversion circuit. And

請求項１の発明は、検知空間に向けて間欠的に光を出力する発光部と、発光部からの直接光は入射せず検知空間内に流入した煙により拡散反射された発光部からの光が入射する位置に配置され、光を受光して電流に変換する受光部と、受光部から入力される入力電流を当該入力電流の変動に応じて電圧値が変動する出力電圧に変換するセンサ出力処理部と、前記出力電圧に基づいて検知空間内の煙の有無を判定する演算処理部とを備え、センサ出力処理部が、反転入力端子と出力端子との間に変換抵抗が接続された演算増幅器を具備し、反転入力端子から入力される入力電流に応じた電圧を出力端子に出力する電流電圧変換回路を有しており、演算処理部が、発光部が光を出力する期間内に設定されているサンプリングタイミングで前記出力電圧の瞬時値を抽出し、複数回のサンプリングタイミングで抽出された瞬時値の平均値を求める平均化手段と、平均化手段で求めた平均値に基づいて検知空間内の煙の有無を判定する判定手段とを有することを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a light emitting unit that intermittently outputs light toward the detection space, and light from the light emitting unit that is diffusely reflected by smoke that does not enter the direct light from the light emitting unit and flows into the detection space. A light receiving unit that receives light and converts it into a current, and a sensor output that converts an input current input from the light receiving unit into an output voltage whose voltage value varies according to the fluctuation of the input current An arithmetic processing unit including a processing unit and an arithmetic processing unit that determines the presence or absence of smoke in the detection space based on the output voltage, and the sensor output processing unit includes a conversion resistor connected between the inverting input terminal and the output terminal It has an amplifier and has a current-voltage conversion circuit that outputs to the output terminal a voltage corresponding to the input current input from the inverting input terminal, and the arithmetic processing unit is set within the period during which the light emitting unit outputs light Output at the sampling timing A means for extracting an instantaneous value of pressure and calculating an average value of the instantaneous values extracted at a plurality of sampling timings, and determining the presence or absence of smoke in the detection space based on the average value obtained by the averaging means And determining means.

本発明は、平均化手段において、発光部が光を出力する期間内に設定されているサンプリングタイミングで出力電圧の瞬時値を抽出し、複数回のサンプリングタイミングで抽出された瞬時値の平均値を求めるので、各サンプリングタイミングで抽出される出力電圧の瞬時値にそれぞれノイズが含まれていても、複数の瞬時値の平均をとることで前記ノイズの影響を低減することができる。そして、判定手段においては、前記瞬時値の平均値に基づいて検知空間内の煙の有無を判定するので、１回のサンプリングタイミングで抽出される瞬時値に基づいて前記判定を行う場合に比べて、前記判定に対するノイズの影響を小さく抑えることができる。したがって、電流電圧変換回路の変換抵抗として抵抗値の小さいものを用いることで変換抵抗自体の熱雑音が大きくなったとしても、検知空間内の煙の有無を正確に判定することができる。そのため、変換抵抗として抵抗値の小さいものを用いることにより、受光部で受光される外乱光が強く入力電流に含まれる直流成分が比較的大きい場場合でも、当該直流成分による変換抵抗の両端電圧の電圧降下を小さく抑えて、出力電圧が飽和しにくい構成を採用することができる。その結果、受光部への外乱光の入射を防止する手段を簡素化あるいは省略することができるという利点がある。 According to the present invention, in the averaging means, an instantaneous value of the output voltage is extracted at a sampling timing set within a period in which the light emitting unit outputs light, and an average value of the instantaneous values extracted at a plurality of sampling timings is obtained. Therefore, even if noise is included in the instantaneous value of the output voltage extracted at each sampling timing, the influence of the noise can be reduced by taking an average of a plurality of instantaneous values. And in the determination means, since the presence or absence of smoke in the detection space is determined based on the average value of the instantaneous values, compared to the case where the determination is performed based on the instantaneous values extracted at one sampling timing. The influence of noise on the determination can be suppressed to a small level. Therefore, even if thermal noise of the conversion resistor itself is increased by using a conversion resistor having a small resistance value as the conversion resistor of the current-voltage conversion circuit, the presence or absence of smoke in the detection space can be accurately determined. For this reason, by using a conversion resistor having a small resistance value, even when the disturbance light received by the light receiving unit is strong and the DC component included in the input current is relatively large, the voltage across the conversion resistor due to the DC component is reduced. It is possible to employ a configuration in which the voltage drop is suppressed to be small and the output voltage is not easily saturated. As a result, there is an advantage that means for preventing the disturbance light from entering the light receiving section can be simplified or omitted.

本発明の実施形態１の構成を示す概略回路図である。It is a schematic circuit diagram which shows the structure of Embodiment 1 of this invention. 同上の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement same as the above. 同上の煙感知器を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a smoke detector same as the above. 従来の煙感知器を示し、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は回路ブロックのブロックである。A conventional smoke detector is shown, (a) is a schematic block diagram, (b) is a block of a circuit block. 同上の電流電圧変換回路を示す概略回路図である。It is a schematic circuit diagram which shows a current-voltage conversion circuit same as the above. 同上の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows operation | movement same as the above. 同上の出力電圧を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an output voltage same as the above.

（実施形態１）
本実施形態の煙感知器Ａは、図４に示した従来構成と同様にハウジング２０内に検知空間を有し、この検知空間に向けて間欠的にパルス状の光を出力する発光部と、発光部からの直接光が入射しない位置に配置され受光した光を電流に変換する受光部と、受光部からの入力電流に基づいて検知空間内の煙を検知する回路ブロック１とを備えている。この煙感知器Ａでは、検知空間内に煙が流入すると、発光部からの光が検知空間内の煙で拡散反射されることにより受光部での発光部からの光の受光量が増加し、受光部から出力される電流量が増加する。ここで例示する煙感知器Ａは電池を電源としており、平均消費電力を抑えて電池の長寿命化を図るために間欠駆動する。 (Embodiment 1)
The smoke detector A of the present embodiment has a detection space in the housing 20 similar to the conventional configuration shown in FIG. 4, and a light emitting unit that intermittently outputs pulsed light toward the detection space, A light receiving unit that is arranged at a position where direct light from the light emitting unit is not incident and converts received light into current, and a circuit block 1 that detects smoke in the detection space based on an input current from the light receiving unit. . In the smoke detector A, when smoke flows into the detection space, the amount of light received from the light emitting unit at the light receiving unit increases due to diffuse reflection of the light from the light emitting unit with the smoke in the detection space, The amount of current output from the light receiving unit increases. The smoke detector A exemplified here uses a battery as a power source, and is intermittently driven in order to reduce the average power consumption and extend the life of the battery.

本実施形態の回路ブロック１は、図１に示すように、受光部としてのフォトダイオードＰＤから入力される入力電流Ｉｉｎを当該入力電流Ｉｉｎの変動に応じて電圧値が変動する出力電圧Ｖｏｕｔに変換して出力するセンサ出力処理部２と、センサ出力処理部２の後段に設けられ前記出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて検知空間内の煙の有無を判定する演算処理部３と、火災発生を報知する発報回路（ブザー等）４とを備えている。 As shown in FIG. 1, the circuit block 1 of the present embodiment converts an input current Iin input from a photodiode PD as a light receiving unit into an output voltage Vout whose voltage value varies according to the variation of the input current Iin. Sensor output processing unit 2 for output, a calculation processing unit 3 provided at a subsequent stage of the sensor output processing unit 2 for determining the presence or absence of smoke in the detection space based on the output voltage Vout, and an output for notifying the occurrence of a fire And an information circuit (buzzer or the like) 4.

センサ出力処理部２は、図１に示すように、入力端子Ｔｉｎから入力される入力電流Ｉｉｎを電圧信号に変換して出力する電流電圧変換回路５と、電流電圧変換回路５の出力に接続されたハイパスフィルタ６と、ハイパスフィルタ６を通過した前記電圧信号を増幅する電圧増幅回路７とを有する。 As shown in FIG. 1, the sensor output processing unit 2 is connected to a current-voltage conversion circuit 5 that converts an input current Iin input from an input terminal Tin into a voltage signal and outputs the voltage signal, and an output of the current-voltage conversion circuit 5. A high-pass filter 6, and a voltage amplification circuit 7 that amplifies the voltage signal that has passed through the high-pass filter 6.

電流電圧変換回路５は、入力端子Ｔｉｎとなる演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子と出力端子との間に変換抵抗Ｒ１が接続され、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に基準電圧Ｖｓ１が印加された構成を有する。電流電圧変換回路５の入力端子Ｔｉｎには、受光部としてのフォトダイオードＰＤが接続されており、フォトダイオードＰＤから入力電流Ｉｉｎが入力される。 The current-voltage conversion circuit 5 has a configuration in which a conversion resistor R1 is connected between an inverting input terminal and an output terminal of an operational amplifier OP1 serving as an input terminal Tin, and a reference voltage Vs1 is applied to a non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1. Have A photodiode PD as a light receiving unit is connected to the input terminal Tin of the current-voltage conversion circuit 5, and an input current Iin is input from the photodiode PD.

ここに、本実施形態の電流電圧変換回路５は、変換抵抗Ｒ１に並列接続されたコンデンサＣ１を有しローパスフィルタとしても機能しており、所定のカットオフ周波数ｆｃ０以下の入力電流Ｉｉｎを通すように変換抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との回路定数が設定される。このカットオフ周波数ｆｃ０は、変換抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１とコンデンサＣ１の定数ｃ１とを用いてｆｃ０＝１／（２π×ｒ１×ｃ１）で表され、少なくともフォトダイオードＰＤが発光部としてのＬＥＤ８からの光を受光したときに生じるパルス状の入力電流Ｉｉｎを通すように設定される。 Here, the current-voltage conversion circuit 5 of the present embodiment has a capacitor C1 connected in parallel to the conversion resistor R1 and also functions as a low-pass filter, and passes an input current Iin having a predetermined cutoff frequency fc0 or less. The circuit constants of the conversion resistor R1 and the capacitor C1 are set. This cut-off frequency fc0 is represented by fc0 = 1 / (2π × r1 × c1) using the resistance value r1 of the conversion resistor R1 and the constant c1 of the capacitor C1, and at least the photodiode PD is from the LED 8 as the light emitting unit. Is set so as to pass a pulse-like input current Iin generated when the light is received.

また、電流電圧変換回路５は上記構成により積分回路としても機能するため、その出力は、入力電流Ｉｉｎが変動すると所定の時間遅れをもって変動するように、入力電流Ｉｉｎの変化時点から時間経過に伴って電圧値を変化させることとなる。 Further, since the current-voltage conversion circuit 5 also functions as an integration circuit with the above-described configuration, the output of the current-voltage conversion circuit 5 changes with the passage of time from the change point of the input current Iin so that the input current Iin changes with a predetermined time delay. Thus, the voltage value is changed.

ハイパスフィルタ６は、演算増幅器ＯＰ１の出力端子に接続されたコンデンサＣ２と抵抗Ｒ２との直列回路からなり、当該直列回路における演算増幅器ＯＰ１との反対側の端部（抵抗Ｒ２の一端部）が基準電圧Ｖｓ２に接続されている。ハイパスフィルタ６の出力は、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ２との接続点から取り出される。ハイパスフィルタ６のカットオフ周波数ｆｃ１は、抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ２とコンデンサＣ２の定数ｃ２とを用いてｆｃ１＝１／（２π×ｒ２×ｃ２）で表され、少なくともフォトダイオードＰＤがＬＥＤ８からの光を受光したときに生じるパルス状の電圧信号を通すように設定される。 The high pass filter 6 is composed of a series circuit of a capacitor C2 and a resistor R2 connected to the output terminal of the operational amplifier OP1, and an end portion (one end portion of the resistor R2) opposite to the operational amplifier OP1 in the series circuit is a reference. It is connected to the voltage Vs2. The output of the high pass filter 6 is taken out from the connection point between the capacitor C2 and the resistor R2. The cut-off frequency fc1 of the high-pass filter 6 is expressed by fc1 = 1 / (2π × r2 × c2) using the resistance value r2 of the resistor R2 and the constant c2 of the capacitor C2, and at least the photodiode PD emits light from the LED8. Is set so as to pass a pulsed voltage signal generated when light is received.

電圧増幅回路７は、ハイパスフィルタ６の出力端（コンデンサＣ２と抵抗Ｒ２との接続点）に演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子を接続し、この演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子に抵抗Ｒ３を介して基準電圧Ｖｓ２を加えるとともに、反転入力端子と出力端子との間に抵抗Ｒ４を接続して構成される。電圧増幅回路７で増幅された電圧は、出力電圧Ｖｏｕｔとして後段の演算処理部３に出力される。 The voltage amplifier circuit 7 connects the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2 to the output terminal of the high-pass filter 6 (the connection point between the capacitor C2 and the resistor R2), and the inverting input terminal of the operational amplifier OP2 via the resistor R3. A reference voltage Vs2 is applied, and a resistor R4 is connected between the inverting input terminal and the output terminal. The voltage amplified by the voltage amplifier circuit 7 is output as an output voltage Vout to the arithmetic processing unit 3 at the subsequent stage.

センサ出力処理部２は、上記構成により、フォトダイオードＰＤからの入力電流Ｉｉｎがゼロの状態での出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値を動作点として、入力電流Ｉｉｎの変動に応じて動作点を基準に出力電圧Ｖｏｕｔを変動させることとなる。このとき、出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値は、入力電流Ｉｉｎの変動量に応じて変動する。 With the above configuration, the sensor output processing unit 2 uses the instantaneous value of the output voltage Vout when the input current Iin from the photodiode PD is zero as an operating point, and outputs it based on the operating point according to the fluctuation of the input current Iin. The voltage Vout is changed. At this time, the instantaneous value of the output voltage Vout varies according to the variation amount of the input current Iin.

ここにおいて、本実施形態では、電流電圧変換回路５の変換抵抗Ｒ１として抵抗値が比較的小さいものを用いている。これにより、変換抵抗Ｒ１の抵抗値が大きい（たとえば１ＭΩ）ものに比べて、同じ大きさの入力電流Ｉｉｎが入力された場合に変換抵抗Ｒ１の両端間に生じる電圧降下が小さくなり、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和しにくくなる。ただし、変換抵抗Ｒ１の抵抗値を小さくすると、変換抵抗Ｒ１自体の熱雑音が大きくなり、その結果、電流電圧変換回路５の入力換算ノイズが大きくなって、当該ノイズと検出対象である信号成分との比（ＳＮ比）が低下して、正確な火災判定ができなくなる可能性がある。 Here, in the present embodiment, the conversion resistor R1 of the current-voltage conversion circuit 5 has a relatively small resistance value. As a result, the voltage drop generated across the conversion resistor R1 when the input current Iin having the same magnitude is input is smaller than that of the conversion resistor R1 having a large resistance value (for example, 1 MΩ), and the output voltage Vout Becomes difficult to saturate. However, when the resistance value of the conversion resistor R1 is reduced, the thermal noise of the conversion resistor R1 itself increases, and as a result, the input conversion noise of the current-voltage conversion circuit 5 increases, and the noise and the signal component to be detected There is a possibility that the ratio (S / N ratio) will be reduced and an accurate fire determination may not be possible.

そこで、本実施形態では、演算処理部３として以下の構成を採用することにより、出力電圧Ｖｏｕｔに比較的大きなノイズが含まれている場合でも正確な火災判定を可能とする。 Therefore, in the present embodiment, by adopting the following configuration as the arithmetic processing unit 3, an accurate fire determination can be performed even when a relatively large noise is included in the output voltage Vout.

すなわち、演算処理部３は、ＬＥＤ８がパルス状の光を出力する期間（以下、センシング期間という）内に設定されているサンプリングタイミングで出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値を抽出し、複数回のサンプリングタイミングで抽出された瞬時値の平均値を求める平均化手段９と、当該平均値に基づいて検知空間内の煙の有無を判定する判定手段１０とを有している。 That is, the arithmetic processing unit 3 extracts an instantaneous value of the output voltage Vout at a sampling timing set within a period in which the LED 8 outputs pulsed light (hereinafter referred to as a sensing period), and at a plurality of sampling timings. An averaging means 9 for obtaining an average value of the extracted instantaneous values and a determination means 10 for judging the presence or absence of smoke in the detection space based on the average value are provided.

具体的に説明すると、平均化手段９は、サンプルホールド回路とＡＤ変換器と演算回路とからなり、センサ出力処理部２から受けた出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値をサンプルホールド回路で保持し、ＡＤ変換器にてデジタル値に変換してから平均化処理を行う。ここで、出力電圧Ｖｏｕｔのサンプリングタイミングは上述のようにセンシング期間内に設定されているため、フォトダイオードＰＤがＬＥＤ８からの光を受光している場合には、受光量に相当する信号成分が、ＡＤ変換器にて量子化された出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値に反映されることとなる。 More specifically, the averaging means 9 comprises a sample hold circuit, an AD converter, and an arithmetic circuit, holds the instantaneous value of the output voltage Vout received from the sensor output processing unit 2 by the sample hold circuit, and performs AD conversion. Averaging is performed after conversion to a digital value by the instrument. Here, since the sampling timing of the output voltage Vout is set within the sensing period as described above, when the photodiode PD receives light from the LED 8, the signal component corresponding to the received light amount is This is reflected in the instantaneous value of the output voltage Vout quantized by the AD converter.

演算回路では、このようにしてサンプリング（標本化）、量子化された出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値を一時記憶し、複数回のサンプリングタイミングで抽出された瞬時値についての平均値を求める。要するに、ＬＥＤ８はパルス状の光を間欠的に出力しているので、各センシング期間に１回ずつサンプリングタイミングが設定されていれば、ＬＥＤ８がＮ回発光する間に出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値がＮ回抽出される。したがって、これらＮ回（たとえば５回）に亘って抽出された出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値について平均をとることにより、複数回のサンプリングタイミングでの出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値の平均値が求まることになる。 In the arithmetic circuit, instantaneous values of the output voltage Vout sampled (sampled) and quantized in this way are temporarily stored, and an average value of the instantaneous values extracted at a plurality of sampling timings is obtained. In short, since the LED 8 intermittently outputs pulsed light, if the sampling timing is set once in each sensing period, the instantaneous value of the output voltage Vout is N while the LED 8 emits N times. Extracted once. Therefore, by averaging the instantaneous values of the output voltage Vout extracted N times (for example, five times), the average value of the instantaneous values of the output voltage Vout at a plurality of sampling timings can be obtained. .

しかして、各サンプリングタイミングで抽出される出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値にはそれぞれノイズが含まれていたとしても、複数回のサンプリングタイミングで抽出された出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値の平均値においては、前記ノイズの影響を低減することができる。たとえば各サンプリングタイミングの出力電圧Ｖｏｕｔに比較的大きなノイズが含まれている場合であっても、平均化後の出力電圧Ｖｏｕｔにおいては、図２のようにサンプリングの回数が１，２，３，・・・Ｎと増加するに従ってノイズの影響を低減することができる。Ｎ回分の出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値の平均をとれば、各サンプリングタイミングで抽出される出力電圧Ｖｏｕｔに含まれるノイズを１／（√Ｎ）に低減することができる。 Even if the instantaneous value of the output voltage Vout extracted at each sampling timing includes noise, the average value of the instantaneous values of the output voltage Vout extracted at a plurality of sampling timings is The influence of noise can be reduced. For example, even when a relatively large noise is included in the output voltage Vout at each sampling timing, the number of times of sampling is 1, 2, 3,. .. The influence of noise can be reduced as N increases. By taking an average of the instantaneous values of the output voltage Vout for N times, the noise included in the output voltage Vout extracted at each sampling timing can be reduced to 1 / (√N).

判定手段１０は、上述のように平均化手段９で求まった平均値を所定の火災判定レベルと比較し、前記平均値が火災判定レベルに達していれば煙有り（火災と判断できる煙濃度に達している）と判定し、火災判定レベルに達していなければ煙なし（火災と判断できる煙濃度に達していない）と判定する。 The determination means 10 compares the average value obtained by the averaging means 9 as described above with a predetermined fire determination level. If the average value has reached the fire determination level, smoke is present (the smoke concentration can be determined to be a fire). If it has not reached the fire judgment level, it is judged that there is no smoke (the smoke density that can be judged as fire has not been reached).

判定手段１０での判定結果は発報回路４に送られ、火災発生時（つまり、煙有りとの判定時）には適宜の方法で報知される。なお、煙感知器Ａは上記判定結果を住宅情報盤などの外部装置に送るように構成されていてもよい。 The determination result of the determination means 10 is sent to the alarm circuit 4 and notified by an appropriate method when a fire occurs (that is, when it is determined that there is smoke). The smoke detector A may be configured to send the determination result to an external device such as a home information board.

以上説明した構成によれば、複数回のサンプリングタイミングで抽出された出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値の平均値に基づいて火災判定が為されるので、１回のサンプリングタイミングで抽出された出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値にノイズが含まれていても、当該ノイズの影響を殆ど受けることなく正確な火災判定を行うことができる。これにより、電流電圧変換回路５の変換抵抗Ｒ１として抵抗値が比較的小さいものを用いることができるのであって、その結果、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和しにくくなるという利点がある。したがって、フォトダイオードＰＤへの外乱光の入射を防止する手段（図４（ａ）のラビリンス２１）を簡素化し、図３に示すように煙感知器Ａの薄型化等を図ることが可能となる。図３の煙感知器Ａは、ハウジング２０の前方（ハウジング２０を天井に取り付けた場合の下方）を検知空間として、フォトダイオードＰＤがこの検知空間に流入する煙で拡散反射したＬＥＤ８からの光を受光することで煙を感知する。 According to the configuration described above, since the fire determination is made based on the average value of the instantaneous values of the output voltage Vout extracted at a plurality of sampling timings, the output voltage Vout extracted at one sampling timing is determined. Even if noise is included in the instantaneous value, an accurate fire determination can be performed with almost no influence of the noise. As a result, the conversion resistor R1 of the current-voltage conversion circuit 5 having a relatively small resistance value can be used. As a result, there is an advantage that the output voltage Vout is hardly saturated. Therefore, it is possible to simplify the means for preventing the disturbance light from entering the photodiode PD (the labyrinth 21 in FIG. 4A), and to reduce the thickness of the smoke detector A as shown in FIG. . The smoke detector A in FIG. 3 uses the front of the housing 20 (below when the housing 20 is mounted on the ceiling) as a detection space, and the light from the LED 8 diffused and reflected by the smoke of the photodiode PD flowing into the detection space. Smoke is detected by receiving light.

なお、上記実施形態では、フォトダイオードＰＤが光を受光したときに電流電圧変換回路５の入力端子Ｔｉｎに対して入力電流Ｉｉｎが流れ込む構成を前提として説明したが、入力端子Ｔｉｎに対する入力電流Ｉｉｎの向きを逆向きとし、フォトダイオードＰＤが光を受光したときに入力端子Ｔｉｎから入力電流Ｉｉｎが流れ出す構成（つまり、入力端子Ｔｉｎに負の入力電流Ｉｉｎが入力される構成）を前提としてもよい。この場合、電流電圧変換回路５がインピーダンス素子Ｚ１に流れる電流の供給源として機能する。 In the above embodiment, the description has been made on the assumption that the input current Iin flows into the input terminal Tin of the current-voltage conversion circuit 5 when the photodiode PD receives light. However, the input current Iin with respect to the input terminal Tin The direction may be reversed, and a configuration in which the input current Iin flows out from the input terminal Tin when the photodiode PD receives light (that is, a configuration in which the negative input current Iin is input to the input terminal Tin) may be assumed. In this case, the current-voltage conversion circuit 5 functions as a supply source of the current flowing through the impedance element Z1.

さらに、上記実施形態では、受光部としてフォトダイオードＰＤを例示したが、この例に限るものではなく、たとえばＣｄＳやサーミスタなどの素子を受光部に用いることもできる。すなわち、本発明の煙感知器Ａは、フォトダイオードＰＤのように自ら光起電力を生じる素子だけでなく、ＣｄＳやサーミスタのように自ら光起電力を生じない受動素子からなる受光部にも対応可能である。 Furthermore, although the photodiode PD is illustrated as the light receiving unit in the above embodiment, the present invention is not limited to this example, and for example, an element such as CdS or thermistor can be used for the light receiving unit. That is, the smoke detector A of the present invention can be used not only for an element that generates a photoelectromotive force itself, such as a photodiode PD, but also for a light receiving unit that includes a passive element that does not generate a photoelectromotive force such as CdS or thermistor. Is possible.

また、上記サンプリングタイミングを含むサンプリング期間を設定し、複数回のサンプリング期間に検出される出力電圧Ｖｏｕｔの波形の平均をとり、当該波形の平均に基づいて火災判定を行うようにしてもよい。この場合、出力電圧Ｖｏｕｔの動作点からの変化量を火災判定レベルと比較することで、検知空間の煙の有無を判定することができる。 Alternatively, a sampling period including the sampling timing may be set, an average of waveforms of the output voltage Vout detected in a plurality of sampling periods may be taken, and fire determination may be performed based on the average of the waveforms. In this case, the presence or absence of smoke in the detection space can be determined by comparing the amount of change from the operating point of the output voltage Vout with the fire determination level.

２センサ出力処理部
３演算処理部
５電流電圧変換回路
８ＬＥＤ（発光部）
９平均化手段
１０判定手段
Ａ煙感知器
Ｉｉｎ入力電流
ＯＰ１演算増幅器
ＰＤフォトダイオード（受光部）
Ｒ１変換抵抗
Ｖｏｕｔ出力電圧
2 Sensor output processing unit 3 Arithmetic processing unit 5 Current-voltage conversion circuit 8 LED (light emitting unit)
9 Averaging means 10 Judging means A Smoke detector Iin Input current OP1 Operational amplifier PD Photodiode (light receiving part)
R1 conversion resistance Vout output voltage

Claims

The light emitting unit that intermittently outputs light toward the detection space and the light from the light emitting unit that is diffusely reflected by the smoke flowing into the detection space without direct light from the light emitting unit being incident A light receiving unit that receives light and converts it into a current, a sensor output processing unit that converts an input current input from the light receiving unit into an output voltage whose voltage value varies according to a variation in the input current, and the output voltage A sensor processing unit for determining the presence or absence of smoke in the detection space, the sensor output processing unit includes an operational amplifier having a conversion resistor connected between the inverting input terminal and the output terminal, and the inverting input A current-voltage conversion circuit that outputs a voltage corresponding to an input current input from the terminal to the output terminal, and the arithmetic processing unit is configured to perform the sampling timing set within a period during which the light emitting unit outputs light. Extracts instantaneous value of output voltage And an averaging means for obtaining an average value of instantaneous values extracted at a plurality of sampling timings, and a determination means for judging the presence or absence of smoke in the detection space based on the average value obtained by the averaging means. Characteristic smoke detector.