JP2011203892A - 煙感知器 - Google Patents

Abstract

【課題】検煙空間を筐体外に設けながらも、監視範囲を広くして、確実に火災を検知することができる煙感知器を得る。
【解決手段】本発明に係る煙感知器は、筐体外の検煙空間に向けて照射し、照射光が散乱体によって散乱された散乱光を受光して、火災の有無を判断する煙感知器において、発光素子７と、第１受光素子９と、第２受光素子１１とを隣接配置して、火災の有無を判断する火災判断部１５は、偏光フィルタ１３を透過して入射される第１受光素子９の受光信号と、偏光フィルタ１３を透過しないで入射される第２受光素子１１の受光信号とを入力し、第１受光素子９の受光信号と第２受光素子１１の受光信号の出力比に基づいて火災の有無を判断することを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、煙による散乱光を検出して煙を感知する煙感知器に関する。

散乱光式の煙感知器は、一般的に感知器本体内に形成した検煙空間に外部から煙を導入し、該検煙空間に発光素子による光を照射して、煙の散乱光を受光素子で受光することによって火災を検出する。
しかしながら、このような感知器本体内に検煙空間を形成するものでは、設置状態において煙感知器が天井面などから突出した状態になるため意匠上好ましくないという問題や、また検煙空間へ煙を導入するという構造から煙の検出に時間遅れが発生するという問題がある。

そこで、このような検煙空間を感知器本体内部に設けることに起因する問題を解決するために、感知器本体内に検煙空間を設けるのではなく、感知器本体の外部に検煙空間を設けるようにした散乱光式煙感知器が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載された散乱式煙感知器は、「感知器本体と、前記感知器本体の本体外面に設けた発光開口及び受光開口と、前記感知器本体の前記本体外面に装着されて前記発光開口及び前記受光開口を覆う透明カバーと、前記感知器本体に内蔵された発光手段、受光手段、及び火災判断手段とを備え、前記発光手段は、前記透明カバーの外側に位置する開放状の検煙空間に設定された検煙点に対して、前記発光開口を介して光を発し、前記受光手段は、前記検煙点に対して発せられた光に対する散乱光を、前記受光開口を介して受光し、この受光した散乱光の受光量に応じた受光信号を出力し、前記火災判断手段は、前記受光手段から出力された受光信号によって特定される前記受光量に基づいて、火災発生の有無を判断することを特徴とする。」（特許文献１［００１１］参照）ものである。

特許文献１に開示された散乱光式煙感知器は、散乱光の受光量に応じた受光信号を出力し、その受光信号に基づいて火災の有無を判断するというものである。そして、火災判断の具体的手段として、受光量とその微分値に基づいて判断するようにしている。

特許第４３４７２９６号公報

筐体の外に検煙空間を設けた場合に最も留意すべき点は、筐体外の検煙空間には煙以外の塵埃などが存在しているため、散乱光が煙による散乱光なのか煙以外の粒子による散乱光なのかを精度よく判別することである。
この点、特許文献１においては、受光素子による受光信号とその微分値に基づいて、それぞれの信号と予め規定している閾値とを比較して火災の煙による散乱光であるかどうかを判別するようにしている。

しかしながら、特許文献１の判別は、基本的には散乱体の粒子径に基づく判別であるため、煙の粒子に近い細かい塵埃と煙粒子との区別が難しいという問題がある。
このため、特許文献１においては、受光素子と発光素子の光軸をそれぞれ斜め下方に向けて対向させて配置し、その交差部を検煙点としている。これは、煙粒子と塵埃との区別が難しい特許文献１において、例えば、真下に光を照射すると、検煙点が遠くなるために、煙以外の散乱体により生じた散乱光を受光しやすくなり、誤作動が多くなるからである。また、検煙点が煙感知器から遠くなると、各散乱光の強度が弱くなって散乱光の受光量が少なくなり、煙粒子と塵埃などとの区別がより難しくなるからである。
このように、特許文献１においては、煙以外の散乱体の存在確率を小さくし、できるだけ受光量を大きくするため、発光素子と受光素子の光軸交点となる検煙点を煙感知器本体の外面から大きく離すことができなかった。そのため、発光素子と受光素子をこれらの水平距離をある程度離して対向配置することにより、検煙点を煙感知器本体に近づけると共に水平方向の監視範囲を広くするようにしていた。
しかし、発光素子と受光素子をこのように配置するため、発光素子と受光素子を近接して配置することができず、煙感知器の小型化ができないという問題があった。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、検煙空間を筐体外に設けながらも、煙感知器の小型化が実現でき、火災検知も確実にできる煙感知器を得ることを目的としている。

（１）本発明に係る煙感知器は、筐体と、前記筐体の内部に配置され、前記筐体の外部の検煙部に向けて照射光を発光する発光部と、前記筐体の内部に配置され、前記発光部からの照射光が前記検煙部に存在する散乱体によって生じる散乱光を受光し、散乱光の受光量に基づいて受光信号を出力する受光部と、該受光部によって出力された受光信号に基づいて火災の有無を判断する火災判断部とを備える煙感知器において、
前記発光部は偏光された光を前記検煙部に向けて発光するように構成され、前記受光部は前記発光部と同一方向に偏光された散乱光を受光する第１受光部と、散乱光をそのまま受光する第２受光部によって構成されると共に、前記発光部と前記第１受光部と前記第２受光部を隣接配置し、
前記火災判断部は、前記第１受光部の受光信号と、前記第２受光部の受光信号とを入力し、前記第１受光部の受光信号と前記第２受光部の受光信号の出力比に基づいて火災の有無を判断することを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記第１受光部の光軸と前記第２受光部の光軸の成す角度が０度〜９０度になるようにしたことを特徴とするものである。

（３）また、本発明に係る煙感知器は、筐体と、前記筐体の内部に配置され、前記筐体の外部の検煙部に向けて照射光を発光する発光部と、前記筐体の内部に配置され、前記発光部からの照射光が前記検煙部に存在する散乱体によって生じる散乱光を受光し、散乱光の受光量に基づいて受光信号を出力する受光部と、該受光部によって出力された受光信号に基づいて火災の有無を判断する火災判断部とを備える煙感知器において、前記発光部は、偏光された光を前記検煙部に発して、前記受光部は、前記発光部と同一方向に偏光された散乱光または偏光されない散乱光のいずれか一方を受光するもので構成されるとともに、前記発光部と前記受光部を隣接配置し、前記受光部が前記発光部と同一方向に偏光された散乱光を受光するかまたは偏光されない散乱光を受光するかを切替させる制御部を有し、前記火災判断部は、発光部と同一方向に偏光された偏光フィルタを透過する受光信号、前記偏光フィルタを透過しない受光信号との出力比に基づいて火災の有無を判断することを特徴とするものである。

（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記発光部の光軸と前記受光部の光軸の成す角度が０度〜９０度となるようにしたことを特徴とするものである。

本発明においては、前記発光部と前記受光部を隣接配置して前記発光部の光軸と前記受光部の光軸の成す角度が鋭角になるようにすると共に、前記発光部は偏光された光を前記検煙部に向けて発光するように構成され、前記受光部は前記発光部と同一方向に偏光された散乱光を受光する第１受光部と、散乱光をそのまま受光する第２受光部によって構成され、前記火災判断部は、前記第１受光部の受光信号と、前記第２受光部の受光信号とを入力し、前記第１受光部の受光信号と前記第２受光部の受光信号の出力比に基づいて火災の有無を判断するようにしたので、煙感知器の小型化が実現されると共に火災検知も確実にできる。

本発明の一実施の形態に係る煙感知器の断面図であり、図３の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の一実施の形態に係る煙感知器の側面図である。 本発明の一実施の形態に係る煙感知器の正面（設置状態で下面）図である。 本発明の一実施の形態に係る煙感知器の斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る煙感知器の正面カバーを外した状態の図である。 本発明の一実施の形態に係る煙感知器の回路ブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る煙感知器の動作説明図であり、図７（ｂ）が正面図、図７（ａ）が図７（ｂ）の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の一実施の形態に係る煙感知器の他の態様の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る煙感知器の他の態様の説明図である。

本発明の一実施の形態に係る煙感知器を図１〜図７に基づいて説明する。
本実施の形態の煙感知器１は、内部に光学台３を有し外形が扁平な円柱状の筐体５と、光学台３に設置されて筐体５の外部の検煙部５０（図７参照）に向けて照射光を発光する発光素子７と、光学台３に設置されて発光部からの照射光が検煙部５０に存在する粒子によって生じる散乱光を受光する第１受光素子９及び第２受光素子１１と、発光素子７から照射される光と第１受光素子９に入射する光を偏光する偏光フィルタ１３と、第１受光素子９及び第２受光素子１１によって受光した受光信号に基づいて火災の有無を判断する火災判断部１５等が実装されるＰＣ板１７とを備えている。
発光素子９は偏光フィルタ１３を介することによって検煙部に向けて偏光された光を発光することになるので、発光素子９と偏光フィルタ１３は本発明の発光部を構成する。
また、第１受光素子は偏光フィルタ１３を介することによって偏光された光を受光することになるので、第１受光素子と偏光フィルタ１３は本発明の第１受光部を構成する。
また、第２受光素子は、散乱光をそのまま受光するので、本発明の第２受光部を構成する。
各構成をさらに詳細に説明する。

＜筐体＞
筐体５は、外形が扁平な円柱状をしており、設置状態で下面となる部分には円形の正面カバー１９を備えている。正面カバー１９の中央部には、図３、図４に示されるように、円形の３つの開口部が形成されている。３つの開口部は、正面カバー１９の中央部に設けられた発光用開口部２１と、発光用開口部２１を挟んで対称位置に設けられた第１受光用開口部２３と、第２受光用開口部２５である。
筐体５の内部には光学台３が設けられており、光学台３には発光素子７、第１受光素子９及び第２受光素子１１等の光学系部品が設置されている。

＜発光素子＞
発光素子７は、赤外ＬＥＤによって構成され、光学台３の略中央に１つ配置され、検煙部５０に対して赤外線をパルス発光する。発光素子７の発光部は、正面カバー１９の中央に設けられた発光用開口部２１に対向配置されている。
発光素子７は、煙感知器１を天井面等に設置した状態においてその光軸が真下に向くように配置されている。

＜受光素子＞
受光素子は、第１受光素子９と第２受光素子１１の２つの受光素子から構成されている。第１受光素子９と第２受光素子１１は、発光素子７を挟んで対称位置に配置されている。第１受光素子９と第２受光素子１１を対称位置に配置したのは、発光素子７によって照射された光が検煙空間を浮遊する散乱体３３（図７参照）で散乱した散乱光の光路が第１受光素子９と第２受光素子１１で等しくなるようにするためである。したがって、前記光路が等しくなる配置であれば、前記のようは対称配置でなくてもよい。

第１受光素子９の受光部は、正面カバー１９に設けられた第１受光用開口部２３に対向配置され、第２受光素子１１の受光部は、正面カバー１９に設けられた第２受光用開口部２５に対向配置されている。
第１受光素子９及び第２受光素子１１は、煙感知器１を天井面等に設置した状態においてその光軸が真下に向くように配置されている。

発光素子７と第１受光素子９及び第２受光素子１１を隣接させ、しかもこれらの光軸を前記設置した状態で真下を向くように配置しているので、これら発光素子７と第１受光素子９及び第２受光素子１１の光軸は略平行になっている。つまり、本実施の形態においては、発光部と受光部の光軸の成す角度が０度の場合である。このような配置にすることで、これらの各素子を中央部に集約して隣接させて配置することができ、煙感知器１を小型化できる。

＜偏光フィルタ＞
偏光フィルタ１３は、光の振動方向のうち一方向の成分だけを透過する性質を有するフィルタである。偏光フィルタ１３は、図１に示されるように、正面カバー１９の内側に設置されている。そして、図５に示すように、発光素子７から照射される光と、第１受光素子９に受光される光が透過するように配置されている。つまり、本実施の形態では、発光素子７から検煙部５０に照射される光と第１受光素子９に入射する光が１つの偏光フィルタ１３を通過するように構成されている。そのため、発光素子７と第１受光素子９に各々別の偏光フィルタ１３を設けた場合に比較して、偏光フィルタ１３の個体差がないので、その個体差に起因する誤差がなく、正確な検知が可能である。
なお、発光素子７と第１受光素子９に各々別の偏光フィルタ１３を設ける場合を排除するものではない。もっとも、発光素子７の前面に第１の偏光フィルタ１３を設け、第１受光素子９の前面に第２の偏光フィルタ（図示せず）を設ける場合には、それぞれの偏光方向を同一にする。

＜ＰＣ板＞
ＰＣ板１７には、図６の回路ブロック図に示すように、発光素子７を駆動する発光制御部２７と、第１受光素子９及び第２受光素子１１の受光信号を増幅する増幅回路２９と、各種の制御を行う制御部３１とを備えている。制御部３１はＣＰＵが所定のプログラムを実行することで各種の機能、例えば火災判断部１５を実現している。
火災判断部１５は、第１受光素子９および第２受光素子１１のそれぞれの受光信号を増幅した検出信号を、Ａ／Ｄ変換して各検出レベルの比を求めることによって、偏光解消度を演算し、この偏光解消度が所定範囲内にあるかどうかによって火災の有無を判断する。
制御部３１は、火災判断部１５が火災と判断すると、火災信号を図示しない火災受信機に出力する。

ここで、偏光解消度について説明する。発光素子７から偏光フィルタ１３を透過して検煙部５０に照射された光が、検煙部５０に存在する粒子（散乱体３３）によって散乱されると、散乱体３３が球形の場合には偏光フィルタ１３を透過した発光素子７の照射光と散乱体３３により生じた散乱光との偏光方向が変わらないが、散乱体３３が非球形の場合にはその偏光方向が様々に変わる。この散乱体３３で偏光が変わる割合を偏光解消度いう。つまり、偏光解消度が小さい、あるいは無いということは散乱体３３が煙粒子のような球形であることを意味しており、偏光解消度が大きいということは、散乱体３３が塵埃などのような非球形であることを意味している。

例えば、煙の場合には偏光解消度は約１０％であり、杉花粉などの塵埃は約３０％である。この場合を具体例に挙げて、単純化して説明すると以下のようになる。仮に散乱体が煙粒子の場合、偏光解消度が１０％とすれば、第２受光素子１１に入射する光の強度を１００とすれば、第１受光素子９に入射する光の強度は９０になり、これらの第１受光素子９と第２受光素子１１との各受光信号の出力比は０．９になる。
他方、散乱体が塵埃の場合には、第２受光素子１１に入射する光の強度を１００とすれば、第１受光素子９に入射する光の強度は７０になり、これらの第１受光素子９と第２受光素子１１との各受光信号の出力比は０．７になる。したがって、例えば閾値を０．８〜０．８５程度に設定して、火災判断部１５は、受光信号の出力比がこの閾値を超えた場合には火災であると判断し、閾値未満であれば火災でないと判断するようにすれば、簡易でありながらも確実に火災であるかどうかを判断できる。

上記のように構成された本実施の形態の動作を、図７に基づいて、検煙部５０に存在する散乱体３３が煙の場合（火災の場合）と、塵埃の場合（火災でない場合）について説明する。
＜散乱体が煙の場合＞
発光制御部２７の制御信号に基づいて発光素子７がパルス発光する。発光素子７で発光した光は偏光フィルタ１３を透過し、透過の際に偏光される。偏光された透過光が煙によって散乱されるが、この場合には煙粒子が略球形であるので偏光の向きが変わらない。この偏光の向きが変わらない散乱光は偏光フィルタ１３を透過して第１受光素子９に入射すると共に偏光フィルタ１３を透過することなく第２受光素子１１に入射する。第１受光素子９に入射する際、偏光フィルタ１３を透過するが、散乱によって偏光の向きに変化がないので、偏光フィルタ１３を通過して第１受光素子９に入射する光の強度は、第２受光素子１１に入射する光の強度とほぼ同じである。したがって、この場合、火災判断部１５は各受光信号の検出レベルの比を演算し、それが閾値を超えているとして、火災であると判断する。

＜散乱体が塵埃の場合＞
発光素子７で発光した光は偏光フィルタ１３を透過し、偏光された透過光が塵埃によって散乱されると、偏光の向きが様々な向きに変わり偏光が解消される。この偏光が解消された散乱光は、偏光フィルタ１３を透過して第１受光素子９に入射するが、偏光フィルタ１３を透過できるのは偏光フィルタ１３の偏光の向きと同一の向きの振動をする光のみであるため、その強度が弱くなる。他方、第２受光素子１１に入射する光の強度は、偏光フィルタ１３を透過しないので、散乱光がそのまま入射する。したがって、この場合、第１受光素子９と第２受光素子１１の受光強度に差が生じる。そして、火災判断部１５は、各受光信号の検出レベルの比を演算し、それが閾値未満であるとして、火災でないと判断する。

以上のように、本実施の形態の煙感知器１によれば、発光素子７と第１受光素子９及び第２受光素子１１の光軸を略平行に配置しているので、これらの各素子を中央部に集約して隣接させて配置することができ、煙感知器１を小型化できる。しかも、偏光解消度によって火災の有無を判断するようにしているので、最も区別したい対象である塵埃などと煙を確実に区別でき、火災の有無を正確に判別できる。
また、本実施の形態では、前述したように、発光素子７から照射される光と第１受光素子９に入射する光が共通の偏光フィルタ１３を透過するようにしたので、偏光フィルタ１３の個体差が生ぜず、より正確な検知ができる。

もっとも、図７の破線矢印で示すように、発光素子７が赤外ＬＥＤの場合、レーザ光ほど直進性がないため、発光素子７から照射された光が偏光フィルタ１３によって内部反射され、この内部反射した光が第１受光素子９に入射することが考えられる。つまり、第１受光素子９に入射する光は、散乱体３３によって散乱された散乱光と内部反射光との総和ということになる。そこで、内部反射光の分を補正するようにするのが好ましい。このためには、火災判断部１５において、第１受光素子９の受光量から内部反射による受光量を減算するようにすればよい。内部反射の受光量は、検煙部に散乱体３３が存在しない（無煙時の）第１受光素子９の受光信号から求められる。つまり、火災判断部１５に補正手段を設けるようにすればよい。

＜発光素子と第１受光素子及び第２受光素子の配置＞
上記の実施の形態においては、発光素子７と第１受光素子９及び第２受光素子１１は、図１、図３に示されるように、発光素子７を中心にして、発光素子７の両側に第１受光素子９と第２受光素子１１を発光素子７に対して対称位置に、かつ各素子の光軸が平行になるように配置した。
このような配置によって、上述したように、各素子を煙感知器１の中央部に集約することができ、煙感知器１の小型化が実現されている。
煙感知器１の小型化を実現しているのは、発光素子７と第１受光素子９及び第２受光素子１１の光軸が平行になるようにしているからであり、その場合の他の態様として、例えば図８に示すように、煙感知器１を天井面等に設置した状態で、各素子の光軸が真下を向かないような場合であってもよい。

また、上記の例では、発光素子７と第１受光素子９及び第２受光素子１１の光軸が平行の場合であったが、図９に示すように、発光素子７の光軸を設置状態で真下に向け、その両隣に発光素子７に対して対称位置に第１受光素子９、第２受光素子１１を配置し、第１受光素子９と第２受光素子１１の光軸の向きを真下にするのではなく、互いに交差する方向にしてもよい。
もっとも、煙感知器１の小型化の趣旨から、第１受光素子９の光軸と第２受光素子１１の光軸の成す角度θが０度から９０度になるように配置する。よって特許文献１に示された従来のものに比較しても十分小型化が実現される。

なお、上記の実施の形態では、受光素子として第１受光素子９と第２受光素子１１の２つの受光素子を用いるようにしたが、受光素子を単一にして、受光素子の受光部に入射する光が偏光フィルタを透過するときと透過しないときを制御部３１によって間欠的に切り替えるようにしてもよい。そして、火災判断部１５は、偏光フィルタを透過して入射される受光信号と、偏光フィルタを透過しないで入射される受光信号との出力比で火災の有無を判断する。このようにすれば、偏光フィルタのみならず受光素子も共通化されるので、個体差による誤差をより少なくすることができる。

さらに、上記の実施の形態では、発光素子７がＬＥＤである例を示したが、ＬＥＤの代わりに、レーザダイオードなどのレーザ光源を使用してもよい。このようにすれば、レーザ光源は、それ自体が単一方向に偏光された光を発するので、発光素子７に偏光フィルタ１３が不要とできる。

１ 煙感知器
３ 光学台
５ 筐体
７ 発光素子
９ 第１受光素子
１１ 第２受光素子
１３ 偏光フィルタ
１５ 火災判断部
１７ ＰＣ板
１９ 正面カバー
２１ 発光用開口部
２３ 第１受光用開口部
２５ 第２受光用開口部
２７ 発光制御部
２９ 増幅回路
３１ 制御部
３３ 散乱体
５０ 検煙部

Claims (4)

1. 筐体と、前記筐体の内部に配置され、前記筐体の外部の検煙部に向けて照射光を発光する発光部と、前記筐体の内部に配置され、前記発光部からの照射光が前記検煙部に存在する散乱体によって生じる散乱光を受光し、散乱光の受光量に基づいて受光信号を出力する受光部と、該受光部によって出力された受光信号に基づいて火災の有無を判断する火災判断部とを備える煙感知器において、
   前記発光部は偏光された光を前記検煙部に向けて発光するように構成され、前記受光部は前記発光部と同一方向に偏光された散乱光を受光する第１受光部と、散乱光をそのまま受光する第２受光部によって構成されると共に、前記発光部と前記第１受光部と前記第２受光部を隣接配置し、
   前記火災判断部は、前記第１受光部の受光信号と、前記第２受光部の受光信号とを入力し、前記第１受光部の受光信号と前記第２受光部の受光信号の出力比に基づいて火災の有無を判断することを特徴とする煙感知器。
2. 前記第１受光部の光軸と前記第２受光部の光軸の成す角度が０度〜９０度になるようにしたことを特徴とする請求項１記載の煙感知器。
3. 筐体と、前記筐体の内部に配置され、前記筐体の外部の検煙部に向けて照射光を発光する発光部と、前記筐体の内部に配置され、前記発光部からの照射光が前記検煙部に存在する散乱体によって生じる散乱光を受光し、散乱光の受光量に基づいて受光信号を出力する受光部と、該受光部によって出力された受光信号に基づいて火災の有無を判断する火災判断部とを備える煙感知器において、前記発光部は、偏光された光を前記検煙部に発して、前記受光部は、前記発光部と同一方向に偏光された散乱光または偏光されない散乱光のいずれか一方を受光するもので構成されるとともに、前記発光部と前記受光部を隣接配置し、前記受光部が前記発光部と同一方向に偏光された散乱光を受光するかまたは偏光されない散乱光を受光するかを切替させる制御部を有し、前記火災判断部は、発光部と同一方向に偏光された偏光フィルタを透過する受光信号、前記偏光フィルタを透過しない受光信号との出力比に基づいて火災の有無を判断することを特徴とする煙感知器。
4. 前記発光部の光軸と前記受光部の光軸の成す角度が０度〜９０度となるようにしたことを特徴とする請求項３記載の煙感知器。

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