JP2010520997A - 粒子を検知する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、気流内の粒子を検知する装置（１０）を提供する。この装置は、気流の少なくとも１つまたはそれ以上の領域に光照射する少なくとも１つの光源（２２，２４）と、気流の少なくとも１つまたはそれ以上の領域からの散乱光を検知する少なくとも１つの光検知器（３０，３２）とを有する。少なくとも１つの光源（２２，２４）および少なくとも１つの光検知器（３０，３２）は、複数の光照射された領域からの散乱光を示す信号を少なくとも１つの光検知器の出力から得られるように配置される。また、この装置は、粒子が気流内に検知されたか否かを判断するために、複数の光照射された領域からの散乱光を示す信号を処理するように構成された信号処理装置を有する。

Description

本発明は、粒子を検知する方法およびシステムに関する。本発明の好適な実施形態について、煙を検知するという事例において説明する。ただし本発明は、この例示的な用途に限定して解釈すべきではない。

エックストラリス株式会社のＶＥＳＤＡなる商標で市販されている煙検知器などの、放射ビームの散乱光量に基づいて浮遊微粒子を検出する粒子検知器は、極めて高い感度で粒子を検出するものである。これらの煙検知器は、通常レーザまたは閃光管からの光ビームを、粒子が存在し得る気流（空気の流れ、エアフロー）を介して伝播させることにより作動するものである。フォトダイオードまたはその他の感光性部品などの光検知器は、被照明体に対して所定位置に配置され、光検知器が受光する散乱光量を用いて、気流内の粒子物体のレベルを決定する。

こうした検出器の「検知領域または関心領域（region of interest）」が比較的に小さく、気流の散乱率が比較的に小さいため（１メートル当たりの掩蔽率は０．００５％程度の場合がある。）、光検知器は極めて高い感光性を有する必要がある。検知領域は、光源で照明される領域（volume）と、受光可能な領域の交差領域として定義付けることができる。こうした光検知器によれば、通常、煙の有無により変化する（識別する上で十分に高い）差異は、ピコワットの範囲である。したがって、背景信号やノイズ信号から、気流内の粒子を示す信号を正確に区別するために、検知用電子部品や、光検知器からの出力を分析するソフトウェアを精緻に調節する必要がある。

極めて高い感光性が要求されるので、こうした煙検知器は、光検知器の検知領域に塵埃粒子や虫などの外的物体が入ったとき、誤った警告を発するリスクを有する。

検知領域または粒子検知器の検知チャンバ内に、不要なものが侵入する可能性を極力抑えるために、これまでさまざまなスクリーン手段（保護手段）およびフィルタ手段（弁別手段）が提案されている。一例として、フォームフィルタ（foam filter）またはペーパフィルタ（paper filter）などの「バルクフィルタ（bulk filter）」を利用して、検知すべき粒子より大きい粒子を排除する。しかしながら、（煙粒子などの）対象とする粒子の大きさは、用途に応じて異なるものであり、対象粒子をも除去しないように、十分に注意してフィルタを選択する必要がある。さらに、こうしたフィルタを当初においては適切に選択したものの、従来式のバルクフィルタは目詰まりし、やがて小さな対象粒子をより多く除去し始める。これは、フィルタが粒子で目詰まりするにつれて、フィルタの有効な孔径（pore size）が小さくなるためである。これは、フィルタを流れの速さが検出可能な程度に相当に変化する前に、対象粒子を不必要に除去し始める点において問題である。そのためフィルタは対象粒子を不明な程度で除去し始め得る。

バルクフィルタの代替手段として、メッシュ孔径より大きい断面積を有するすべての粒子を捕獲するメッシュフィルタなどのスクリーンフィルタが用いられる。しかしメッシュフィルタは、細長い粒子が通過することを防ぐことができない。

いくつかの事例では、粉塵を検知チャンバ内に集め、粉塵の長い列を検知チャンバ内に成長させる程度に粉塵を固着させることもできる。極限状態においては、粉塵の長い列が検知領域に達するまで、これを続けてもよい。

明らかに、こうした高感度デバイスを用いたとき、被照明体に作用する任意の大きさを有する対象物により、検知チャンバ内の散乱光レベルが実質的なものとなり、誤警報の起動を招く（誤警報の起動に寄与する）ことになり得る。これは、特に対象物が検知領域内に侵入した場合である。

したがって、煙検知器などの粒子検知器は、不必要な物質の検知領域内への混入による誤った警報を判定または回避するためのシステムおよび方法を具備することが好ましい。

本発明の第１の態様によれば、気流内の粒子を検知する方法が提供される。この方法は、気流の少なくとも一部が通過する第１の領域に光を照射して、第１の領域からの散乱光を検知するステップと、気流の少なくとも一部が通過する第２の領域に光を照射するステップと、第１の領域からの散乱光を示す値を、第２の領域からの散乱光を示す値に比較するステップと、比較結果に少なくとも部分的に基づいて、粒子が気流内で検知されたか否かについて判断するステップとを有する。

好適には、粒子が気流内で検知されたか否かについて判断するステップは、第１および第２の領域からの散乱光のレベルを比較するステップを有する。第１および第２の領域からの散乱光を示す値が実質的に同等である場合には、気流内に関連粒子が存在する結果であると判断できる。代わりに、第１および第２の領域からの散乱光のレベルが異なる場合には、検知器内に障害状況が存在すると判断することができる。この方法は、障害状況の存在を通知するステップを有していてもよい。

好適には、検知すべき粒子は煙の粒子である。

本発明の第２の態様によれば、気流内の粒子を検知するように構成された粒子検知器において、誤った粒子検知事象を判定する方法が提供される。この粒子検知器は、気流の少なくとも一部が横断する複数の領域に光照射する手段と、複数の領域からの散乱光を検知する手段とを有する。この方法は、第１および第２の領域からの散乱光を示す測定値を比較するステップと、第１および第２の領域からの散乱光が気流内の粒子に関する実質的に同一レベルに相当するものでない場合には、誤った粒子検出事象が生じたと判定するステップとを有する。

本発明の第３の態様によれば、気流内の粒子を検知する装置が提供される。この装置は、気流内の複数の領域に光照射する少なくとも１つの光源と、光照射された各領域からの散乱光を検知するように配置された複数の光検知器と、少なくとも２つの光検知器の出力を処理し、粒子が気流内に検知されたか否かを判断するように構成された信号処理装置とを備える。

別の態様によれば、気流内の粒子を検知する装置が提供される。この装置は、少なくとも一部の気流が通過する少なくとも１つの領域に光照射する少なくとも１つの光源と、光照射された各領域からの散乱光を検知し、光検知器の視野領域と光照射された領域とが交差する複数の検知領域を形成するように配置された少なくとも１つの光検知器と、少なくとも２つの光検知器の出力を処理し、粒子が気流内に検知されたか否かを判断するように構成された信号処理装置とを備える。

この装置は、気流内の複数の領域に光照射する複数の光源を有する。

信号処理装置は、２つまたはそれ以上の光検知器の出力を表す値を比較する。比較した出力を用いて、粒子検知障害が生じたか否かについて判断することができる。２つまたはそれ以上の光検知器の出力を表す値が同等である場合には、粒子検知障害は生じていない。比較した結果、複数の光検知器において異なるレベルの散乱光が受光された場合には、検知障害があったと判定できる。通常、こうした障害は、外的物体（検知すると意図しないもの）が気流内の光照射される複数の領域ないに存在することを示す。

第１および第２の領域は、独立した光源、または共通の光源により光照射されるものであってもよい。

第１および第２の領域が独立した光源により光照射されるとき、第１および第２の領域の両方からの散乱光は、共通のまたは個々の光検知手段を用いてモニタしてもよい。

本発明の第４の態様によれば、気流内の粒子を検知する装置が提供される。この装置は、気流内の複数の領域に光照射する少なくとも１つの光源と、光照射された各領域からの散乱光を検知するように配置された複数の光検知器と、気流内で検知される粒子のレベルを判定し、所定条件に合致する場合には、警報を起動するように構成された信号処理装置とを備える。さらに信号処理装置は、複数の光検知器の内の少なくとも２つの出力を示す値を比較し、一方の光検知器の出力が対応する光照射された領域にある粉塵により影響を受けていることを判断するように構成されている。

複数の光検知器の内の少なくとも２つの出力を示す値が実質的に同等でない場合には、粉塵が１つの光照射された領域内に存在すると判断することができる。信号処理装置は、粉塵が１つの光照射された領域内に存在すると判断した場合には、警報を起動しないように構成することができる。

本発明の第５の態様によれば、粒子を検知する装置が提供される。この装置は、気流内の複数の領域に光照射する複数の光源と、少なくとも２つの光照射される領域内の粒子による散乱光を検知できる少なくとも１つの光検知器とを備え、これらの光源は、時間上の強度を独立して制御可能であり、いずれの領域が光検知器で受光された散乱光の光源であるかを判断する。

光源は、所定の手順に基づいて強度を独立して制御可能であってもよい。光源の強度変調は検知された散乱光により較正され、いずれの領域が光検知器で受光された散乱光の光源であるかを判断する。

各光源は、固有のシーケンスコードを用いて強度変調してもよい。このコードは、ゴールドコードなど、直交符号または近直交符号から選択してもよい。

この粒子検知装置は、較正技術を用いて、各領域からの散乱光を示す信号を収集するように較正された信号処理手段をさらに有する。

上記複数の領域の内の少なくとも２つの領域から得られた値が実質的同等でない場合には、粉塵が装置の少なくとも１つの領域内に存在すると判定することができる。

本発明の別の態様によれば、光照射される領域を通過する気流内の粒子のレベルを判断するために、当該領域からの散乱光を検知する粒子検知装置が提供される。この粒子検知装置は、空間的に分離され、モニタされ、光照射される複数の領域を有し、これらの領域からの散乱光が１つまたはそれ以上の光検知部により検知される。粒子検知装置は、モニタされ、光照射される複数の領域からの散乱光を示す信号を比較して、気流内の粒子の検知を認証するように構成されている。

粒子検知装置は、共通の気流をモニタする複数の光検知部からの出力が実質的に同等である場合には、気流内の粒子の検知を認証するように構成してもよい。この場合、粒子検知装置は、共通の気流の複数の領域のそれぞれに光照射するように構成された複数の光源を有することが好ましい。好適には、光源は所定のパターンで、または検知された粒子のレベルに応じて、気流の複数の領域のそれぞれに光照射するように駆動および非駆動される。

好都合にも、所定濃度の粒子が検知されたとき、または検知された粒子の濃度の割合または変化が所定条件を満たすとき（またはその他の条件を満たすとき）、１つまたはそれ以上の領域に対する光照射は少なくとも一時的に停止される。これにより、残りの光源をモニタする光検知部からの出力を個別に処理することができる。

好都合にも、外的物体が光照射される領域に侵入するなどして、受光される散乱光レベルに影響を与える障害状況を検知することができる。

本発明の別の態様によれば、分析すべき気流が検知チャンバを通過する粒子検知器において、気流が通過する第１の領域での当初の粒子検知事象を認証するための方法が提供される。この方法は、当初の粒子検知事象が生じた第１の領域とは異なる気流内の第２の領域で粒子を検知しようとするステップと、粒子検知事象が第２の領域で生じたとき、当初の粒子検知事象を認証するステップとを有する。

この方法は、第１の領域において粒子を検知しようとするステップと、粒子が検知されたとき、当初の粒子検知事象が生じたことを認定するステップとを有する。

第１の領域が第２の領域を有していてもよい。択一的には、第２の領域が第１の領域を有していてもよい。

当初の粒子検知事象が認証され、かつ、１つまたはそれ以上の警報条件を満たすとき、警報を発するステップを有する。

本発明の別の態様によれば、気流内の粒子を検知する装置が提供される。この装置は、気流の少なくとも１つまたはそれ以上の領域に光照射する少なくとも１つの光源と、気流の少なくとも１つまたはそれ以上の領域からの散乱光を検知する少なくとも１つの光検知器と、少なくとも１つの光源および少なくとも１つの光検知器は、複数の光照射された領域からの散乱光を示す信号を少なくとも１つの光検知器の出力から得られるように配置され、粒子が気流内に検知されたか否かを判断するために、複数の光照射された領域からの散乱光を示す信号を処理するように構成された信号処理装置とを備える。

本発明に係る第１の実施形態による煙検知器の断面図である。 図１の煙検知器の検知チャンバの断面図である。 図１の煙検知器の検知チャンバの概略図である。 本発明に係る第２の実施形態による煙検知器の断面図である。 煙検知器の図４に対して垂直な断面図である。 本発明の実施形態に基づいて作動する複数の煙検知チャンネルを有する煙検知器の断面図である。 本発明の実施形態に基づいて作動する複数の煙検知チャンネルを有する別の態様による煙検知器の断面図である。 本発明の別の態様を示す断面図である。 図７の実施形態の変形例を示すものである。 本発明の別の態様を示すものである。

添付図面を参照しながら、限定的でない具体例に即して、本発明の好適な態様について以下説明する。

図１は、本発明に係る実施形態に基づいて作動する煙検知器１０の断面図である。煙検知器１０は、「粒子検知装置」と題する、本願と同日付で出願された本出願人（エックストラリス・テクノロジーズ・リミテッド）の同時係属特許出願に詳細に記載されている。

一般論として、煙検知器１０は、吸入孔１２から始まる気流の流路を有し、空気サンプルが通常サンプル配管網から吸引される。気流はフロー検知領域（）１４内に入り、ここで気流の速度（流速）が求められる。この流速は任意の手段を用いて求めることができるが、国際特許出願公開第２００４／１０２４９９号（その開示内容は参考としてここに一体に統合される。）に記載された超音波フローセンサを用いて求めることが好ましい。気流は、フロー検知領域１４を通過した後、煙検知器１０の検知チャンバ内に入り、ここで気流を分析して、煙を含むか否か判断され、煙を含む場合には、警報状態を起動すべきか否かについて判断される。気流はファン１８を用いて検知チャンバ１６から吸引され、煙検知器１０の排気孔（図示せず）を介して排気される。前掲の同時係属特許出願に記載されているように、排気された空気の一部がフィルタ部材２０によりフィルタ処理され、清浄な空気が検知用電子部品を含むハウジング内に供給され、光学的表面が清浄化される。

本発明に係る検知チャンバ１６のさらなる詳細について図２および図３に図示されている。これに関し、図２は検知器１０の検知チャンバ１６の断面図であり、図３は検知チャンバを上から見たときの概略的な断面図である。

好適な実施形態において、検知チャンバ１６はレーザ２２，２４等の２つの光源を有し、各光源は、検知チャンバ１６内の気流を横断する電磁放射線２６，２８のビームを発するように構成されている。一対の光検知器３０，３２がそれぞれの検知領域３４，３６に照射される光を検出できるように配置される。各光検知器３０，３２は、その視野とレーザビームの一部とが交差することにより検知領域３８，４０を形成するように、それぞれのレーザビームに対して配列（位置合わせ）される。理解されるように、検知領域（検知空間：sensing volume）３４，３６は、各光検知器３０，３２によりモニタされるが、図２の断面図で明らかなように、通常円錐形状を有する。図３において、レーザビーム２６に関してモニタされる検知領域を符号３８で示し、レーザビーム２８に関してモニタされる検知領域を符号４０で示す。

使用に際して、気流内に浮遊する粒子が検知領域３８，４０を通過するとき、各レーザビームからの光は、レーザビームのまっすぐな光路から逸れて散乱する。各ビーム２６，２８からの散乱光の一部は、それぞれの光検知器３０，３２に向かう方向に散乱し、これらにより受光される。光検知器の出力信号から、気流内の粒子物質のレベルを推定することができる。当業者ならば理解されところであるが、異なる粒子種別を区別するためのさまざまな技術、たとえばレーザビームおよび光検知器に関する適当な幾何学的構成を選択することにより、粉塵と煙を識別するためのさまざまな技術が知られている。

これらの検知領域は空間的に分離されているので、検知チャンバ１６内の気流に浮遊する粒子が一方の検知領域３８，４０を通過するとき、散乱光は対応する一方の光検知器３０，３２でのみ検知され、他方の光検知器では検知されない。各光検知器からの出力信号を比較することにより、同様の微粒子信号（particulate loads）が各光検知器で検出されたか否かについて判断することができる。実質的に同様の微粒子信号が両方の検知領域で検出された場合には、デバイス故障の兆候が別途検知されない限り、光検知器は正しく作動し、光検知器で検知された散乱光は、通常検知チャンバ内に均一に拡散する、気流内に混入する粒子によるものであると推定するのが合理的であると、本発明者は判断した。他方、光検知器で検知された散乱光からのものと推定される微粒子信号が互いに異なる場合、少なくとも一方の光検知器からの出力信号は気流内の対象とする粒子レベルを反映していない可能性がある。

気流内の対象粒子レベルを正確に検知できないというこの不具合は、以下のいくつかの要因（ただしこれに限定されるものではない）のうち１つまたはそれ以上に起因する。
検知領域をモニタまたは光照射する１つまたはそれ以上の関連部品において、高い出力信号または低い出力信号を出力できないことによる不具合、
一方の検知領域内の散乱光レベルを増大させる、検知領域に作用する外的物体、または
一方の検知領域の視野を不明瞭にする外的物体。

好適な実施形態では、空間的に分離された複数の空気領域（air volumes）からの散乱光を示す信号を比較することにより、検知チャンバ内の外的物体の存在を検知することが好ましい。

粒子検知器は、検知・光照射システムの作動状態をモニタする他の方法を有する場合がしばしばあり、たとえば清浄空気をこの光学的に重要な表面に視野開口部を介して吹きつけることにより、光学的に重要な意義をもつ表面に遮蔽物が存在しないようにするシステムを有することもあるが、他の実施形態では、空間的に分離された複数の空気領域から得られる信号を比較することにより、光検知器の動作の態様をモニタすることができる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る態様を示す。この実施形態では、２つの光源を用いて、同じサンプルフローに関する空間的に分離された２つの検知領域に光照射するのではなく、単一の光源を用いて２つの検知領域に光照射する。図４において、粒子検知器４００はサンプルフローを矢印４０４の方向へ吸入する単一の吸入孔４０２を有する。サンプルフローは、壁部４１０により２つのサブフロー４０６，４０８に効率的に分離される。光源４１２は、この事例ではレーザであるが、両方のサブフロー４０６，４０８の一部に光を照射する用に構成されている。壁部４１０は、その内部に開口部４１４を有し、この開口部を介してレーザビーム４１６が通過し、レーザ４１２から離れて配置されたサブフローに光照射することができる。この検知器は、レーザビームを制御された手法で消滅させる、すなわち検知チャンバへの反射光を極力抑えるように構成された減光部（light dump）４１８を有する。光検知器４２０，４２２は、レーザビームが各サブフロー４０６，４０８を通過する際に生じる散乱光を集光できるように隔壁部４１０の両側に配置されている。レーザビーム４１６と視野領域４２４，４２６の交差領域は、空間的に分離された２つの検知領域を形成する。各光検知器４２０，４２２からの信号を上記実施形態で説明したような手法で利用して、煙検知器４００の煙検知の信頼性を改善することができる。

好都合なことに、隔壁部を２つの光検知器４２０，４２２の間に設けることにより、各光検知器で検知された光は、他方の検知器で検知された光とはほとんど無関係である。すなわち、外的物体が一方の検知領域に侵入して、不要な散乱光が生じる場合であっても、他方の検知領域をモニタする光検知器で得られた散乱光レベルは、ほとんど影響を受けない。この実施形態で示すような壁部を設けず、サンプルフローを横断するとき、レーザビームの異なる２つの位置からの散乱光をそれぞれ集光する２つの光検知器を有する実施形態も考えられるが、こうした構成では、両方の検知領域に侵入する非常に大きい粒子により、あるいは検知領域に侵入することはなくても両方の光検知器に影響を与えるような広がりで光散乱する粒子により生じる誤った警報をより発しやすくなる。

粒子を検知する際の信頼性を改善するために各サンプルフロー内に複数の検知領域を設けるというこの考え方は、択一的な構成および以下に説明する選択において拡張して適用することができる。

図５に示す第３の実施形態において、粒子検知器５００が図示され、ここでは２つの光源を用いて４つの空気サンプルを同時に分析することができる。この実施形態では、４つの検知チャンバが壁部５０２，５０４，５０６，５０８，５１０により４つの検知チャンバが画定されている。各壁部は一対の開口部５１２Ａと５１２Ｂ，５１４Ａと５１４Ｂ，５１６Ａと５１６Ｂ，５１８Ａと５１８Ｂ，５２０Ａと５２０Ｂを有し、これらの開口部を介して各レーザ５２６，５２８のビーム５２２，５２４がそれぞれ通過する。各ビーム５２２，５２４は、各減光部５３０，５３２で減光される。壁部５０２，５０４，５０６，５０８，５１０は、４つの気流の流路５３４，５３６，５３８，５４０を形成し、これらの流路を介して気流を使用時には通過することができる。流路５３４，５３６，５３８，５４０のそれぞれは２つの光検知器を有し、たとえば流路５３４については２つの光検知器５４２Ａ，５４２Ｂが設けられ、これらの光検知器は、レーザビームが各流路５３４，５３６，５３８，５４０を横断するとき、レーザビーム５２２，５２４の少なくとも一部を検知するように構成されている。第１の実施形態と同様、各流路には、空間的に分離された２つの検知領域、たとえば流路５３４については検知領域５４４Ａ，５４４Ｂが設けられている。すなわち自明であるように、複数のサンプルフローのそれぞれについて、図１で示す実施形態で説明したのと同様の手法で取り扱うことができ、追加的な利点を得ることができる。

図６は、本発明の態様に基づく別の実施形態の粒子検知器を図示するものである。この実施形態の検知器６００は、２つの気流（エアフロー）６１２，６１４内の４つの検知領域６０４，６０６，６０８，６１０に光照射するための単一の光源６０２を有する。気流の流路構造は、図４のものと類似し、それぞれのエアフロー６１２，６１４が隔壁部６１６，６１８によりサブフロー６１２Ａ，６１２Ｂ；６１４Ａ，６１４Ｂに分離され、共通のレーザ光源が各サブフロー６１２Ａ，６１２Ｂ，６１４Ａ，６１４Ｂの一部に光照射する。同様に、各サブフローは、専用光検知器６２０，６２２，６２４，６２６を有し、視野の対応する一部分をモニタして、各気流６１２，６１４内の空間的に分離された検知領域６０４，６０６；６０８，６１０の対を形成する。単一レーザ６０２のビームは、流路を形成する各壁部に設けた開口部を通って横断し、減光部６３０で減光する。

ここで説明した好適な実施形態において、粒子検知装置内のサンプルフローを分析するために、空間的に分離された複数の検知領域を用いるとき、これに応じた複数の光検知手段が必要となる。

一方の検知領域で得られた信号と、他の検知領域で得られた信号とを検知器に区別させるためには、光源が周期的に駆動されて、断続的に光照射することが有用であり場合がある。２つまたはそれ以上の光源を有するシステムにおいて、各検知領域に対する光照射周期（サイクル）を調節して、所定の手法で選択的に光照射することができ、たとえばシステムが２つの検知領域を有する場合、第１の期間では第１の検知領域だけに光照射され、第２の期間では両方の検知領域に光照射され、第３の期間では他方（第２）の検知領域だけに光照射されるようにしてもよい。

時間による強度制御を行う適当な態様に関する別の具体例は、各光源について個々にオン・オフスイッチし、このとき検出される散乱光と光照射される領域とを関連付けることである。時間による強度制御を行う適当な態様に関するさらに別の具体例は、コード配列を用いることであり、各光源は固有のコード配列で強度変調される。コードは、ゴールド符号などの一連の直交符号または近直交符号（near-orthogonal codes）から選択される。信号処理手段を用いて受光した散乱光信号を処理し、較正技術を用いて各検知領域からの散乱光の個々の貢献を判断することができる。上述の複数の領域ののうちの少なくとも２つの領域から得られる値が実質的に同一でない場合には、この装置の少なくとも一方の検知領域内に粉塵が存在すると判断し、その場合には処理手段が警報を起動することが内容に構成することができる。

好適な実施形態において、粒子検知器は吸引型であるが、ファン、または検知領域を通過する空気を取り込むためのその他の手段を有していてもよい。択一的には、吸引手段を粒子検知システムの別部材として設けてもよい。分析すべき空気サンプルは、煙などの粒子をモニタすべき部屋または他の領域から吸引することができる。この場合、粒子検知器は、煙または粒子を運ぶ空気を収集できる位置に配置された、サンプル孔を有する１つまたはそれ以上のサンプルパイプからなるパイプ網を介して空気サンプルを吸引するシステムの一部とすることができる。空気は、ファンによりサンプル孔からパイプに沿って吸引され、離れた位置にある検知器に案内される。

図７は、本発明のさらなる実施形態を示すものである。この実施形態では、粒子検知器７００の断面図が図示されている。粒子検知器７００は、第１の検知チャンバ７０２と、第２の検知チャンバ７０４とを有する。検知すべき粒子を搬送する気流は、矢印７０６の方向にこれらの検知チャンバを通過する。各検知チャンバ７０２，７０４には、光源７０８，７１０が取り付けられている。この具体例では、光源はＬＥＤであり、それぞれ光ビーム７１２，７１４を発し、これらの光ビームは各検知チャンバ７０２，７０４を横断する。検知チャンバ７０２，７０４には、それぞれ光検知器７１６，７１８が取り付けられている。光検知器７１６は参照符号７２０で示す領域をモニタするように構成され、光検知器７１８は参照符号７２２で示す領域をモニタするように構成されている。光ビーム７１２と受光領域７２０とが交差するところで第１の検知チャンバ７０２に対する検知領域７２４を形成し、光ビーム７１４とモニタ領域７２２とが交差するところで第２の検知チャンバ７０４に対する検知領域を形成し、第２の検知チャンバ７０４内の気流に含まれる粒子を検出するものであってもよい。このシステム７００には、光ビーム７３０を発するように構成された第３の光源７２８が追加的に取り付けられている。光源７２８はＬＥＤまたは非コリメート光の光源であってもよい。各検出チャンバ７０２，７０４には、第２の光検知器７３２，７３４が取り付けられており、第２の光検知器はビーム７３０の一部をモニタし、検知領域７４０，７４２を定義するように構成されている。この実施形態は、使用に際して、第１の光源７０８，７１０と、気流内の粒子を検知するために用いられるそれぞれの光検知器７１６，７１８とを有する先の実施形態と同様の手法で作動する。各検出チャンバ７０２，７０４内の第２の検知領域７４０，７４２に光を照射する光源７２８を用いて、粒子検知または障害検知を再確認（認証）する。

図８は、本発明のさらに別の実施形態を示すものである。この実施形態では、検知チャンバ８０２，８０４が下流部分８０６で合流し、単一の排気集合管を形成している。その粒子検知手法のほとんどは、図７を用いて説明したものと同様である。システム８００のさらに下流側にあるポイントにおいて、光ビーム８１０を領域８０６にわたって発する用に構成された別の光源８０８が設けられている。光検知器８１２，８１４は、各検知チャンバ８０２，８０４の排気端に隣接して実装されている。各検知チャンバ８０２，８０４に関し、この構成は第２の検知領域８１６，８１８を具備するものであり、第２の検知領域を用いて、上記のように粒子検知した事実、または外的物体が粒子検知器の検知領域に混入したことなどの障害事象の存在を認証する。第２の検知領域は、検知チャンバ８０２，８０４の端部に十分に近接するように配置されるため、気流は互いに混ざり合わず、第２の光検知器の一方で検知された粒子の検知が、他方の検知チャンバに影響を与えることはない。

信頼性のあまり高くない障害検知でも容認される場合には、共通する第２の粒子検知を排気管内の下流側にある混合気流内で行うことができる。粒子検知した事実があったか否か、または障害事象があったか否かについて判断する前に、受信した煙信号に対する希釈化効果に関し、この値を補正する必要がある。

図９は本発明のさらに別の実施形態を示し、単一の光源（ここではレーザ光源）を用いて、同じ気流内に複数の検知領域に光を照射する。この実施形態では、検知器９００は、単一の検知チャンバ９０２を有し、この検知チャンバを介して空気は矢印９０４の方向に流れる。気流内の領域に光照射するレーザ光源９０６が配設されている。それぞれの領域９０９，９１１（すなわち２つの検知領域９１２，９１４）において受光するように構成された光検知器９０８，９１０を用いて２箇所で粒子を検知する。これらの検知領域はも空間的に分離され、２つの検知領域に対応する受信された散乱光信号を上述のような手法で利用して、粒子検知した事実があったか否か、または障害事象の問題があったか否かについて認証することができる。

理解されるように、本発明の実施形態は、当業者ならば自明であるような適当な変形を施すことにより、任意の数の光源、チャンバ、光検知器、および検知領域を有するものに拡張することができる。

ここに開示したいくつかの実施形態において、光源はレーザ光源であるとして説明したが、ＬＥＤやその他の光源を同様に用いることができる。ＬＥＤやその他の光源を用いた場合には、
これらの光源から発せられる光ビームを集光し、またはコリメートするための１つまたはそれ以上の光学デバイス（たとえばレンズ）を用いることが必要である。

この明細書に記載および定義した発明は、上述した個々の構成要素、あるいは明細書または図面から明らかな構成要素のうちの２つまたはそれ以上を択一的に組み合わせたものに拡張されるものと理解されたい。これらのさまざまな組み合わせのすべてにより、本発明の広範な択一的態様が構成されるものである。

なお、この明細書で用いられる用語「備える（comprises）」およびその文法的派生語は、用語「有する（includes）」と同義であり、他の構成部品または構成要素を排除するものとして解釈してはならない。

Claims (33)

1. 気流内の粒子を検知する方法であって、
   気流の少なくとも一部が通過する第１の領域に光を照射して、第１の領域からの散乱光を検知するステップと、
   気流の少なくとも一部が通過する第２の領域に光を照射するステップと、
   第１の領域からの散乱光を示す値を、第２の領域からの散乱光を示す値に比較するステップと、
   比較結果に少なくとも部分的に基づいて、粒子が気流内で検知されたか否かについて判断するステップとを有することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   第１の領域からの散乱光を示す値が、第２の領域からの散乱光を示す測定比に相当する第２の検出粒子レベルと同等の第１の検出粒子レベルに相当する場合には、粒子が検知されたと判断するステップを有することを特徴とする方法。
3. 請求項１または２に記載の方法であって、
   第１の領域からの散乱光を示す値が、第２の領域からの散乱光を示す測定比に相当する第２の検出粒子レベルと実質的に同等でない第１の検知粒子レベルに相当する場合には、障害事象が存在すると判断するステップを有することを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   障害は装置の汚染を示し、第１および第２の領域の一方または両方に存在することを特徴とする方法。
5. 請求項３または４に記載の方法であって、
   障害事象を通知するステップを有することを特徴とする方法。
6. 気流内の粒子を検知するように構成された粒子検知器において、誤った粒子検知事象を判定する方法であって、
   粒子検知器は、気流の少なくとも一部が横断する複数の領域に光照射する手段と、複数の領域からの散乱光を検知する手段とを有し、
   この方法は、
   第１および第２の領域からの散乱光を示す測定値を比較するステップと、
   第１および第２の領域からの散乱光が気流内の粒子に関する実質的に同一レベルに相当するものでない場合には、誤った粒子検出事象が生じたと判定するステップとを有することを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、
   第１および第２の領域からの散乱光レベルが気流内の粒子に関する実質的に同一レベルに相当するものである場合には、少なくとも粒子が検知されたことを示すステップを有することを特徴とする方法。
8. 分析すべき気流が検知チャンバを通過するタイプの粒子検知器において、気流が通過する第１の領域での当初の粒子検知事象を認証するための方法であって、
   当初の粒子検知事象が生じた第１の領域とは異なる気流内の第２の領域で粒子を検知しようとするステップと、
   粒子検知事象が第２の領域で生じた場合には、当初の粒子検知事象を認証するステップとを有することを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、
   第１の領域で検知された当初の粒子検知事象が認証された場合には、警報を発するステップを有することを特徴とする方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１に記載の方法であって、
    検出すべき粒子が煙の粒子であることを特徴とする方法。
11. 気流内の粒子を検知する装置であって、
    少なくとも一部の気流が通過する少なくとも１つの領域に光照射する少なくとも１つの光源と、
    光照射された各領域からの散乱光を検知し、光検知器の視野領域と光照射された領域とが交差する複数の検知領域を形成するように配置された少なくとも１つの光検知器と、
    少なくとも２つの光検知器の出力を処理し、粒子が気流内に検知されたか否かを判断するように構成された信号処理装置とを備えたことを特徴とする装置。
12. 請求項１１に記載の装置であって、
    信号処理装置は、気流内で検知された粒子のレベルを判定し、所定条件に合致する場合には、警報を起動するように構成され、
    信号処理装置は、複数の光検知器の内の少なくとも２つの出力を示す値を比較し、一方の光検知器の出力が対応する光照射された領域にある粉塵により影響を受けていることを判断するように構成されていることを特徴とする装置。
13. 請求項１１または１２に記載の装置であって、
    信号処理装置は、２つまたはそれ以上の光検知器の出力を表す値を比較し、粒子検知障害が生じたか否かについて、比較した結果に基づいて判断する手段を有することを特徴とする装置。
14. 請求項１１〜１３のいずれか１に記載の装置であって、
    複数の光源を有することを特徴とする装置。
15. 請求項１１〜１４のいずれか１に記載の装置であって、
    複数の光検知器を有することを特徴とする装置。
16. 請求項１２に記載の装置であって、
    複数の光検知器の内の少なくとも２つの出力を示す値が実質的に同等でない場合には、粉塵が１つの光照射された領域内に存在すると判断されることを特徴とする装置。
17. 粒子を検知する装置であって、
    気流内の複数の領域に光照射する複数の光源と、
    少なくとも２つの光照射される領域内の粒子による散乱光を検知できる少なくとも１つの光検知器とを備え、
    これらの光源は、時間上の強度を独立して制御可能であり、いずれの領域が光検知器で受光された散乱光の光源であるかを判断することを特徴とする装置。
18. 請求項１７に記載の装置であって、
    光源は、所定の手順に基づいて強度を独立して制御可能であることを特徴とする装置。
19. 請求項１８に記載の装置であって、
    光源の強度変調は検知された散乱光により較正され、いずれの領域が光検知器で受光された散乱光の光源であるかを判断することを特徴とする装置。
20. 請求項１７〜１９のいずれか１に記載の装置であって、
    各領域からの散乱光を示す信号を収集する信号処理手段をさらに有することを特徴とする装置。
21. 光照射される領域を通過する気流内の粒子のレベルを判断するために、当該領域からの散乱光を検知するタイプの粒子検知装置であって、
    空間的に分離され、モニタされ、光照射される複数の領域を有し、これらの領域からの散乱光が１つまたはそれ以上の光検知部により検知され、
    モニタされ、光照射される複数の領域からの散乱光を示す信号を比較して、気流内の粒子の検知を認証するように構成されていることを特徴とする装置。
22. 請求項２１に記載の装置であって、
    共通の気流をモニタする複数の光検知部からの出力が実質的に同等である場合には、気流内の粒子の検知を認証することを特徴とする装置。
23. 請求項２１または２２に記載の装置であって、
    共通の気流の複数の領域のそれぞれに光照射するように構成された複数の光源を有することを特徴とする装置。
24. 請求項２１〜２３のいずれか１に記載の装置であって、
    光源は、所定のパターンで気流の複数の領域のそれぞれに光照射するように駆動および非駆動されることを特徴とする装置。
25. 請求項２１〜２４のいずれか１に記載の装置であって、
    光源は、検知された粒子のレベルに応じて気流の複数の領域のそれぞれに光照射するように駆動および非駆動されることを特徴とする装置。
26. 請求項２１〜２５のいずれか１に記載の装置であって、
    所定濃度の粒子が検知されたとき、または検知された粒子の濃度の割合または変化が所定条件を満たすとき、１つまたはそれ以上の領域に対する光照射は少なくとも一時的に停止されることを特徴とする装置。
27. 分析すべき気流が検知チャンバを通過する粒子検知器において、気流が通過する第１の領域での当初の粒子検知事象を認証するための方法であって、
    当初の粒子検知事象が生じた第１の領域とは異なる気流内の第２の領域で粒子を検知しようとするステップと、
    粒子検知事象が第２の領域で生じたとき、当初の粒子検知事象を認証するステップとを有することを特徴とする方法。
28. 請求項２７に記載の方法であって、
    第１の領域において粒子を検知しようとするステップと、
    粒子が検知されたとき、当初の粒子検知事象が生じたことを認定するステップとを有することを特徴とする方法。
29. 請求項２７または２８に記載の方法であって、
    当初の粒子検知事象が認証され、かつ、１つまたはそれ以上の警報条件を満たすとき、警報を発するステップを有することを特徴とする方法。
30. 気流内の粒子を検知する装置であって、
    気流の少なくとも１つまたはそれ以上の領域に光照射する少なくとも１つの光源と、
    気流の少なくとも１つまたはそれ以上の領域からの散乱光を検知する少なくとも１つの光検知器と、
    少なくとも１つの光源および少なくとも１つの光検知器は、複数の光照射された領域からの散乱光を示す信号を少なくとも１つの光検知器の出力から得られるように配置され、
    粒子が気流内に検知されたか否かを判断するために、複数の光照射された領域からの散乱光を示す信号を処理するように構成された信号処理装置とを備えたことを特徴とする装置。
31. 請求項３０に記載の装置であって、
    検知すべき粒子は、煙の粒子であることを特徴とする装置。
32. 請求項１１〜２７のいずれか１に記載の装置を有することを特徴とする粒子検知システム。
33. 粒子検知システムに気流を案内するためのサンプル網を有することを特徴とする粒子検知システム。

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