JP2017535754A

JP2017535754A - ２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの特徴パラメータの取得方法及びその応用

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Publication number: JP2017535754A
Application number: JP2017516754A
Authority: JP
Inventors: 殊王; 田 ▲デン▼; 征竇
Original assignee: 華中科技大学
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2035-06-23
Also published as: CN106663357A; JP6315641B2; EP3200168A4; WO2016206000A1; US10001438B2; US20170284934A1; CN106663357B; EP3200168B1; EP3200168A1

Abstract

【課題】消防警報の技術分野に用いる、２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの特徴パラメータの取得方法及びその応用。【解決手段】２波長の散乱光の出力を受信し、エアロゾルの表面積濃度及び体積濃度を算出し、エアロゾルのザウター平均粒径を得、対応する閾値と比較し、火災警報信号を発する。本発明を用いると、ザウター平均粒径によりエアロゾルの粒径の大小を判定して、火災発生の有無を確定させた上で、火災警報信号を発し、又は非火災要因による干渉として報知することができる。さらに、エアロゾルの表面積濃度及び体積濃度により被検知エアロゾルの特徴パラメータについて判断し、そしてしかるべき措置が取れるように、火災種類別に警報信号を発することができる。【選択図】図８

Description

本発明は、エアロゾルの検知及び関連パラメータの取得方法に関し、特に、２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの表面積濃度、体積（質量）濃度及びザウター平均粒径の取得方法に関し、さらに、該方法を火災発生による煙の検知に応用することに関し、消防警報の技術分野に属する。

エアロゾルによる散乱光に基づく、煙による火災検知技術は、１９７０年代に生まれて以来、広く応用されている。しかしながら、従来技術では、エアロゾルの表面積及び粒径を得られないため火災発生による煙と、ホコリ、水蒸気を区別することができず、それに起因する誤報は検知の有効性を影響する最大の要因となっている。

通常、物質の燃焼による火災発生の場合、それに伴い生じたエアロゾルの粒径が１μｍ未満であり、それに対し非火災要因である水蒸気、ホコリ等によるエアロゾルの粒径が１μｍを超えている。質量濃度が同じであれば、粒径の小さいエアロゾルは粒子数が多く、表面積が大きいのに対し、粒径の大きいエアロゾルは粒子数が少なく、表面積が小さい。これにより、体積（質量）濃度及びザウター平均粒径等エアロゾルの特徴パラメータに合わせてエアロゾルの表面積濃度を用いれば、火災発生によるエアロゾルと非火災要因によるエアロゾルをより効果的に区別することができる。

特許文献１（中国特許出願番号２００４１００３１１０４．５）、特許文献２（中国特許出願番号２００９８０１３８８７３．６）及び特許文献３（中国特許出願番号２０１１８００３９３８３．８）はいずれも、火災発生による煙用警報器の誤報を減らすための、互いに異なる２波長の散乱光を用いて、粒径が１μｍを超え、又は１μｍ未満のエアロゾル粒子を区別する方法を開示しているが、具体的な粒径値及び表面積濃度まで取得することはできない。特許文献４（中国特許出願番号２０１４１０７４８６２９．４）では、互いに異なる２波長の散乱光信号を用いてエアロゾルの中位径を取得する方法を開示しているが、エアロゾルの表面積濃度の取得ができない。非特許文献１では、特定の光学的構造を、同一波長で異なる散乱角をもって動作させて、エアロゾルの表面積濃度及び質量濃度を測定する方法を開示している。しかしながら、エアロゾルのミー散乱により、同一波長では、粒径による反応の差によく対応できず、測定誤差が大きいという問題点がある。

従来技術の欠点を解消すべく、特許文献４（中国特許出願番号２０１４１０７４８６２９．４）は、中位径に基づき種々火災と、水蒸気、ホコリによる干渉をそれぞれ識別し、そして対応する信号で報知する２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの粒径の取得方法を提供している。該方法は、エアロゾルによる、青色散乱光の出力Ｐ_ＢＬ及び赤外散乱光の出力Ｐ_ＩＲで示した、対応する散乱光信号を受信した後、青色散乱光と赤外散乱光の出力比Ｒを算出するステップ、青色散乱光と赤外散乱光の出力比Ｒとエアロゾルの中位径ｄ_ｍｅｄとの関係に基づき、中位径ｄ_ｍｅｄを確定させるステップ、青色散乱光の出力Ｐ_ＢＬ及び赤外散乱光の出力Ｐ_ＩＲを予め設定した閾値Ｐ_ＢＬｔｈ、Ｐ_ＩＲｔｈと比較し、結果に応じて干渉報知信号、又は火災警報信号を発するステップを含む。該方法により、しかるべき措置が取れるように、火災を識別した上で火災種類別に警報信号を発することができ、非火災要因によるエアロゾルに起因する誤報をある程度防止することができる。しかしながら、出力比Ｒは物理的意義を持たないため、該方法はエアロゾルの中位径を直接取得できず、粒径を得るには、事前に実験を行ってＲに関係する粒径分布曲線を得て記録し、照合する必要があるので、不便であり、正確性にも欠けている。特に、Ｒとエアロゾルの中位径が非線形関係にあることから、粒径が２００ｎｍ未満及び１０００ｎｍを超えた場合、出力比Ｒは非線形関係領域にあるため、正確な結果を得るのは困難であり、さらに、１５００ｎｍ以上になると、出力比Ｒの変化が極めて小さくなるため、区別しにくくなる。また、該方法はエアロゾルの表面積濃度を取得できないため、火災発生による表面積濃度の高く質量（体積）濃度の低い小粒径のエアロゾルを効果的に検知することができない。さらに、エアロゾルは粒子数濃度、表面積濃度、質量（体積）濃度及び粒径分布といった特徴パラメータにより特徴づけられるため、取得した特徴パラメータが多いほど、判断結果がより正確になる。

中国特許第１００３９４４５６号明細書中国特許出願公開第１０２１７１７３３号明細書中国特許出願公開第１０３０２６３９３号明細書中国特許出願公開第１０４３９２５７７号明細書

Ｇｒｅｅｎｂｅｒｇ，Ｐ．Ｓ．ａｎｄＦｉｓｃｈｅｒ，Ｄ．Ｇ．，ＡｄｖａｎｃｅｄＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＳｅｎｓｏｒｓｆｏｒＳｐａｃｅｃｒａｆｔＥａｒｌｙＷａｒｎｉｎｇＦｉｒｅＤｅｔｅｃｔｉｏｎ，ＰａｐｅｒＮｏ．ＡＩＡＡ２０１０−６２４３，４０ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｙｓｔｅｍｓ，Ｂａｒｃｅｌｏｎａ，Ｓｐａｉｎ，Ｊｕｌｙ１１−１５，２０１０

本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの表面積濃度、体積濃度及びザウター平均粒径の３つの特徴パラメータの取得方法を提供し、さらに、これらのパラメータに基づき種々火災発生による煙と、水蒸気、ホコリによる干渉を識別し、そして対応する信号を発して報知し、粒径の異なるエアロゾルに対する識別及び判断能力を確実に向上させて、火災警報の正確性を大幅に高めることを目的とする。

関連研究により、エアロゾルの特徴パラメータは多くあり、その中で最も重要なものは、表面積濃度、体積濃度（物質の密度が既知の場合は質量濃度）及びザウター平均粒径であることが明らかになる。これらのパラメータは、エアロゾルを数値的に特徴付けるだけでなく、粒子の分布状況を反映しているものであるため、これらを取得できれば、火災発生による煙をより効果的、且つ正確に識別することができる。

理論上、物質の燃焼により発生するエアロゾルの粒径分布はいずれも、対数正規分布で表すことができ、粒径分布の標準偏差は１．６−１．９程度であり、変化が穏やかで、粒径は通常１μｍ未満である。

先行研究を行ったところ、エアロゾルの粒径は対数正規分布に従い、且つ分布の標準偏差が一定の範囲内にあると、波長が比較的短い入射光の場合、特定の散乱角において（通常、発光素子と受光素子の光軸間の夾角が９０°以上であることが要求される）、粒子による散乱光の出力がエアロゾルの表面積濃度と直接対応し、偏差が極めて小さく、これによりエアロゾルの表面積濃度の値を得て、そしてこれをセンサのエアロゾルの表面積濃度の出力信号とすることができる。また、波長が比較的長い入射光の場合、特定の散乱角において（通常、発光素子と受光素子の光軸間の夾角が９０°以下であることが要求される）、粒子による散乱光の出力がエアロゾルの体積濃度と直接対応し、偏差が極めて小さく、これによりエアロゾルの体積濃度の値を得て、そしてこれをセンサのエアロゾルの体積濃度の出力信号とすることができる。関連定義に従い、体積濃度と表面積濃度の比はエアロゾルのザウター平均粒径に正比例する。

よって、受信した粒子による散乱光の出力に基づき、体積濃度及び表面積濃度を算出し、そして対応する比例関係によりエアロゾルのザウター平均粒径を得ることができ、さらに種々火災と、水蒸気、ホコリによる干渉を識別し、しかるべき消防措置が取れるように、対応する信号で正確に報知することができる。

本発明は、以下のステップにより、２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの特徴パラメータの取得方法を実現する。

ステップ１：短波長発光素子及び長波長発光素子を備え、且つ２つの検知信号を有する検知器を構成させ、そのうち短波長発光素子と受光素子の光軸間の夾角を９０°以上、長波長発光素子と受光素子の光軸間の夾角を９０°以下とする。

ステップ２：短波長受光素子の受信したエアロゾルによる短波長散乱光の出力Ｐ_Ｓで表した散乱光信号を用いて、Ｃ_２＝Ｐ_Ｓ／Ｍ_２（Ｃ_２の単位はｎｍ^２／ｃｍ^３であり、Ｐ_Ｓの単位としては、一般的に散乱光の出力の換算電圧Ｖとし（又は、電圧換算結果による数値とすることも可能）、Ｍ_２は散乱光に対応する表面積濃度換算係数で、光学的構造及び電気的パラメータに対応する常数であり、通常（１．５−３．５）×１０^−１０であり、散乱光の出力をその電圧換算結果による数値とする場合、単位は（ｎｍ^２／ｃｍ^３）^−１、電圧Ｖで表す場合、単位はＶ／（ｎｍ^２／ｃｍ^３）^−１である。Ｍ_２はエアロゾルスペクトロメーター等測定装置で確定させることができる）によりエアロゾルの表面積濃度Ｃ_２を算出する。

ステップ３：長波長受光素子の受信したエアロゾルによる長波長散乱光の出力Ｐ_Ｌで表した散乱光信号を用いて、式Ｃ_３＝Ｐ_Ｌ／Ｍ_３（Ｃ_３の単位はｎｍ^３／ｃｍ^３（物質の密度が既知で質量濃度が得られた場合、単位はμｇ／ｍ^３）、Ｐ_Ｌの単位は散乱光の出力の換算電圧Ｖであり（又は、電圧換算結果による数値とすることも可能）、Ｍ_３は散乱光に対応する体積（又は質量）濃度換算係数で、光学的構造及び電気的パラメータに対応する常数である。Ｍ_３は体積濃度換算係数である場合、取得値の範囲は通常、（０．５−２．５）×１０^−１２であり、散乱光の出力をその電圧換算結果による数値とする場合、単位は（ｎｍ^３／ｃｍ^３）^−１、電圧Ｖで表す場合、単位はＶ／（ｎｍ^３／ｃｍ^３）であり、物質の密度が既知で質量濃度が得られた場合、Ｍ_３は質量濃度換算係数であり、取得値の範囲は通常（０．５−２．５）×１０^−３で、単位は（μｇ／ｍ^３）^−１である。Ｍ_３はエアロゾルスペクトロメーター等測定装置で確定させることができる）によりエアロゾルの体積濃度Ｃ_３を算出する（物質の密度が既知の場合、体積濃度から質量濃度を得ることができる）。

ステップ４：式Ｄ_Ｓ＝６（Ｃ_３／Ｃ_２）によりエアロゾルの体積濃度Ｃ_３（ここでは体積濃度を用いる。前記ステップにおいて質量濃度を用いる場合、質量濃度を密度で除算して体積濃度を求める）とエアロゾルの表面積濃度Ｃ_２の比を算出して、エアロゾルのザウター平均粒径Ｄ_Ｓを得、単位はｎｍである。

ステップ５：エアロゾルの体積濃度Ｃ_３、エアロゾルの表面積濃度Ｃ_２及びザウター平均粒径Ｄ_Ｓをエアロゾルの特徴パラメータとして直接出力し、さらに予め設定した閾値Ｖ_ｔｈ、Ｓ_ｔｈ、Ｄ_ｔｈと比較する。

体積濃度Ｃ_３、表面積濃度Ｃ_２はそれぞれ、予め設定した閾値Ｖ_ｔｈ、Ｓ_ｔｈより小さい場合、ステップ１に戻る。

体積濃度Ｃ_３、表面積濃度Ｃ_２のうち少なくとも一方が予め設定した閾値Ｖ_ｔｈ、Ｓ_ｔｈより大きい場合、粒子のザウター平均粒径Ｄ_Ｓが予め設定した閾値Ｄ_ｔｈより大きいかを判断する。それより大きい場合、非火災要因による干渉の報知信号、そうでなければ、火災警報信号を発する。

具体的に、前記ステップ５において、非火災要因による干渉の報知信号を発することは以下を含む。すなわち、体積濃度Ｃ_３のみが予め設定した閾値Ｖ_ｔｈより大きい場合、Ｄ_Ｓをホコリ、又は水蒸気によるエアロゾルのザウター平均粒径とする。さらに、Ｃ_３が大きいほど、ザウター平均粒径が大きく、そしてザウター平均粒径Ｄ_Ｓ、表面積濃度Ｃ_２及び体積濃度Ｃ_３の値を出力すると同時に、ホコリ、又は水蒸気等の大粒子で体積濃度の高い非火災要因による干渉として報知する。表面積濃度Ｃ_２及び体積濃度Ｃ_３はそれぞれ、予め設定した閾値Ｓ_ｔｈ、Ｖ_ｔｈより大きい場合、ステップ４のザウター平均粒径算出式により、エアロゾルの粒径がＤ_ｔｈを超えるものの、非常に大きい数値にならないと推定でき、このとき、ザウター平均粒径は体積濃度と表面積濃度の比により決まり、そしてザウター平均粒径Ｄ_Ｓ、表面積濃度Ｃ_２及び体積濃度Ｃ_３の値を出力すると同時に、表面積濃度及び体積濃度の高いホコリ、又は水蒸気による干渉として報知する。

また、前記ステップ５において、火災警報信号を発する際、火災発生によるエアロゾルのザウター平均粒径としてＤ_Ｓを表示することができる。Ｄ_Ｓが予め設定した、火災発生による煙の粒径の大小を判定する閾値Ｄ_ｄｉｖより小さい場合、ステップ４のザウター平均粒径算出式により、通常、表面積濃度Ｃ_２のみが予め設定した閾値Ｓ_ｔｈより大きいことがわかり、また、表面積濃度が大きいほど、ザウター平均粒径が小さくなり、そしてザウター平均粒径Ｄ_Ｓ、表面積濃度Ｃ_２及び体積濃度Ｃ_３の値を出力すると同時に、表面積濃度の高い火災発生によるエアロゾルとして警報する（表面積濃度が高いほど、吸い込まれると人体の肺部に対する損傷が大きい）。体積濃度Ｃ_３及び表面積濃度Ｃ_２はそれぞれ、予め設定した閾値Ｖ_ｔｈ、Ｓ_ｔｈより大きい場合、ザウター平均粒径は体積濃度と表面積濃度の比により決まり、通常Ｄ_Ｓは火災発生による煙の粒径の大小を判定する前記閾値Ｄ_ｄｉｖとＤ_ｔｈの間にあり、そしてザウター平均粒径Ｄ_Ｓ、表面積濃度Ｃ_２及び体積濃度Ｃ_３の値を出力すると同時に、粒径の大きく表面積及び体積濃度の高い火災発生によるエアロゾルとして警報する。

本発明は、エアロゾルの表面積濃度、体積濃度及びザウター平均粒径を直接測定するため、事前に実験を行って得られた粒径分布曲線、又は表を照会する必要がなく、粒径の確定はより直感的、正確になる。特に、本案件と最も類似する前記従来技術では、散乱光信号の出力比と粒径は非線形関係にあり、粒径が２００ｎｍ未満及び１０００ｎｍを超えた場合、出力比Ｒは非線形関係領域にあるため、正確な結果を得にくく、さらに、１５００ｎｍ以上になると、出力比Ｒの変化が極めて小さくなるため区別しにくくなり、それに対し本発明では、ザウター平均粒径と、体積濃度と表面積濃度の比は線形関係にあるため、粒径が２００ｎｍ未満及び１０００ｎｍを超えた場合でも直接取得することができる。また、エアロゾルの表面積濃度及び体積濃度は確実な物理的意義を有するため、表面積濃度及び体積濃度を直接出力するのは、火災発生によるエアロゾルと非火災要因による干渉の判定に役立つ。具体的に、表面積濃度のみが予め設定した閾値を超え、且つザウター平均粒径が比較的小さい場合、小粒径で表面積濃度の高い火災発生による煙として警報し、体積濃度が閾値を超えない場合、ステップ４のザウター平均粒径算出式により、表面積濃度が大きいほど、粒径が小さく、火災の破壊力がより高いことがわかる。ザウター平均粒径算出式により得られた粒径が大きいエアロゾルであれば、体積濃度のみが予め設定した閾値を超える場合、大粒径の非火災要因による干渉とし、表面積濃度が閾値を超えない場合、ステップ４のザウター平均粒径算出式により、体積濃度が高いほど、粒径が大きく、大粒径で体積濃度の高いホコリ、又は水蒸気等非火災粒子による干渉であることがより確実になる。よって、本発明を用いると、ザウター平均粒径によりエアロゾルの粒径の大小を判定して、火災発生の有無を確定させるとともに、火災警報信号を正確、且つ迅速に発し、又は非火災要因による干渉として報知することができる。さらに、エアロゾルの体積濃度及び表面積濃度により被検知エアロゾルの特徴パラメータについて判断し、そして、しかるべき措置が取れるように、火災種類別に警報信号を発することができる。

また、本発明は、エアロゾルの表面積濃度、体積又は質量濃度、ザウター平均粒径を直接取得するため、環境監視、工業生産及び日常生活の中でエアロゾルのこれらの特徴パラメータの測定が必要な場合にセンサとして使用することができる。

本発明の一実施例のシステム構成の概略図である。本発明の一実施例の光学的構造の概略図である。本発明の一実施例の回路構成図である。本発明の一実施例におけるエアロゾルの表面積濃度の測定結果であり、標準偏差１．１６−１．２４、最大粒径（２５９−１１８１ｎｍ）の異なるセバシン酸ジオクチル（ＤＥＨＳ）エアロゾルの表面積濃度と走査型移動度粒径測定器で測定した表面積濃度との関係を示している。本発明の一実施例におけるエアロゾルの体積濃度の測定結果であり、標準偏差１．１６−１．２４、最大粒径（２５９−１１８１ｎｍ）の異なるセバシン酸ジオクチル（ＤＥＨＳ）エアロゾルの体積濃度と走査型移動度粒径測定器で測定した体積濃度との関係を示している。本発明の一実施例におけるエアロゾルのザウター平均粒径の測定結果であり、標準偏差１．１６−１．２４、最大粒径（２５９−１１８１ｎｍ）の異なるセバシン酸ジオクチル（ＤＥＨＳ）エアロゾルのザウター平均粒径と走査型移動度粒径測定器で測定した最大粒径との関係を示している。本発明の一実施例における体積濃度と表面積濃度の比と、ザウター平均粒径間の線形関係を示している。本発明の一実施例のフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明についてさらに説明する。

（実施例１）
本実施例は、２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの特徴パラメータの取得方法を、図１に示す火災発生による煙用検知システムに応用するものであり、該システムは、短波長光（青色光）発射装置１、長波長光（赤外光）発射装置２、及び青色散乱光の出力及び赤外散乱光の出力の受信装置３、電子信号処理と制御手段４、粒子の表面積濃度、体積濃度及びザウター平均粒径出力手段５を含む。そのうち、青色光として波長２８０−４９０ｎｍの紫外又は青色光源、赤外光として波長８３０−１０５０ｎｍの赤外光源を用いる。

図２は、本実施例の光学的構造の概略図であり、そのうちａは青色光及び赤外光用フォトダイオード、ｂは赤外発光ダイオード、ｃは青色発光ダイオードを表す。電子信号処理と制御手段４はＣＰＵを搭載した処理制御回路を備えており、図３はその典型的構成であり、そのうちＤ_１は赤外発光ダイオード、Ｄ_２は青色発光ダイオード、Ｄ_３は青色光及び赤外光用フォトダイオード、Ｎ_１は電源回路、Ｎ_２はＣＰＵを搭載した電子信号処理、伝送と制御手段を表し、信号処理プロセスはＮ_２にて行い、Ｎ_２のＲＣ_２ポートは信号伝送の出力とし、Ｎ_３は受光信号増幅回路を表す。

本実施例のシステムにおいて、実験によりエアロゾルの表面積濃度換算係数Ｍ_２及び体積濃度換算係数Ｍ_３を得ることができる。具体的なプロセスとして、標準偏差１．２４、ザウター平均粒径４７２．３ｎｍ、表面積濃度１．４１×１０^１１（ｎｍ^２／ｃｍ^３）、質量濃度１．０１×１０^４μｇ／ｍ^３（体積濃度１．１１×１０^１３（ｎｍ^３／ｃｍ^３））のセバシン酸ジオクチル（ＤＥＨＳ）エアロゾルを検知器に流し、青色散乱光の出力の電圧換算結果による数値は４１と測定し（青色散乱光の出力の換算電圧は４１／２５６×５Ｖ＝０．８Ｖ）、これにより本実施例の表面積濃度換算係数Ｍ_２は２．９１×１０^−１０（（ｎｍ^２／ｃｍ^３）^−１）となる。また、赤外散乱光の出力の電圧換算結果による数値は１２と測定し（赤外散乱光の出力の換算電圧は１２／２５６×５Ｖ＝０．２３Ｖ）、これにより質量濃度換算係数Ｍ_３は１．１９×１０^−３（（μｇ／ｍ^３）^−１）、又は体積濃度換算係数Ｍ_３は１．０８×１０^−１２（（ｎｍ^３／ｃｍ^３）^−１）となる。

上記プロセスの正確性を検証するために、本実施例のシステムを用いて標準偏差１．１６−１．２４、最大粒径（２５９−１１８１ｎｍ）の異なるセバシン酸ジオクチル（ＤＥＨＳ）エアロゾルに対して測定し、さらに対照として走査型移動度粒径測定器（ＳＭＰＳ）を用いて測定し、図４に示すエアロゾルの表面積濃度の測定結果、図５に示すエアロゾルの体積濃度の測定結果及び図６に示すエアロゾルのザウター平均粒径の測定結果を得る。

本実施例を火災検知に応用する際の具体的なステップは以下のとおりである（図８参照）。

ステップ１：短波長発光素子及び長波長発光素子を備え、且つ２つの検知信号を有する検知器を構成させ、そのうち短波長発光素子と受光素子の光軸間の夾角が９０°以上であり、本実施例では１２０°とし、長波長発光素子と受光素子の光軸間の夾角が９０°以下であり、本実施例では８５°とする。

ステップ２：短波長散乱光の出力Ｐ_Ｓで表した散乱光信号を受信した後、式Ｃ_２＝Ｐ_Ｓ／Ｍ_２によりエアロゾルの表面積濃度Ｃ_２を算出する。

図４は、本実施例にて測定した標準偏差１．１６−１．２４、最大粒径（２５９−１１８１ｎｍ）の異なるＤＥＨＳエアロゾルの表面積濃度と走査型移動度粒径測定器で測定した表面積濃度との関係を示しており、これにより散乱光に対応する表面積濃度換算係数Ｍ_２を容易に得ることができる。

ステップ３：長波長散乱光の出力Ｐ_Ｌで表した散乱光信号を受信した後、式Ｃ_３＝Ｐ_Ｌ／Ｍ_３によりエアロゾルの体積濃度Ｃ_３（物質の密度が既知の場合は質量濃度）を算出する。

図５は、本実施例にて測定した標準偏差１．１６−１．２４、最大粒径（２５９−１１８１ｎｍ）の異なるＤＥＨＳエアロゾルの体積濃度と走査型移動度粒径測定器で測定した体積濃度との関係を示しており、これにより散乱光に対応する体積濃度換算係数Ｍ_３を容易に得ることができる。

ステップ４：式Ｄ_Ｓ＝６（Ｃ_３／Ｃ_２）によりエアロゾルの体積濃度Ｃ_３とエアロゾルの表面積濃度Ｃ_２の比を算出して、エアロゾルのザウター平均粒径Ｄ_Ｓを得る。

図６は、本実施例にて測定した標準偏差１．１６−１．２４、最大粒径（２５９−１１８１ｎｍ）の異なるＤＥＨＳエアロゾルのザウター平均粒径と走査型移動度粒径測定器で測定した最大粒径との関係を示している。

ステップ５：エアロゾルの体積濃度Ｃ_３、エアロゾルの表面積濃度Ｃ_２を予め設定した閾値Ｖ_ｔｈ、Ｓ_ｔｈと比較し、状況に応じてそれぞれ次のとおり処理する。

（１）体積濃度Ｃ_３、表面積濃度Ｃ_２はそれぞれ、予め設定した閾値Ｖ_ｔｈ、Ｓ_ｔｈより小さい場合、ステップ１に戻る。

（２）エアロゾルの体積濃度Ｃ_３、表面積濃度Ｃ_２のうち少なくとも一方が予め設定した閾値Ｖ_ｔｈ、Ｓ_ｔｈより大きい場合、粒子のザウター平均粒径Ｄ_Ｓが予め設定した閾値Ｄ_ｔｈより大きいかを判断し、本実施例ではＤ_ｔｈを１μｍとする（通常０．９−１．１μｍとし、使用環境に応じて設定することが可能）。

Ｄ_ｔｈより大きい場合、干渉報知信号を発し、次に掲げる２つのケースがある。ケース１：体積濃度Ｃ_３のみが予め設定した閾値Ｖ_ｔｈより大きい場合、ザウター平均粒径Ｄ_Ｓ、表面積濃度Ｃ_２及び体積濃度Ｃ_３の値を出力すると同時に、大粒径で体積濃度の高いホコリ又は水蒸気による干渉として報知する。ケース２：表面積濃度Ｃ_２及び体積濃度Ｃ_３はそれぞれ、予め設定した閾値Ｓ_ｔｈ、Ｖ_ｔｈより大きい場合、ザウター平均粒径Ｄ_Ｓ、表面積濃度Ｃ_２及び体積濃度Ｃ_３の値を出力すると同時に、表面積濃度及び体積濃度の高いホコリ、又は水蒸気による干渉として報知する。

そうでなければ、火災警報信号を発し、次に掲げる２つのケースがある。ケース１：表面積濃度Ｃ_２のみが予め設定した閾値Ｓ_ｔｈより大きく、且つザウター平均粒径Ｄ_Ｓは予め設定した、火災発生による煙粒子の大小を判定する閾値Ｄ_ｄｉｖ（本実施例では０．５μｍ）より小さい場合、ザウター平均粒径Ｄ_Ｓ、表面積濃度Ｃ_２及び体積濃度Ｃ_３の値を出力すると同時に、小粒径で表面積濃度の高い火災発生によるエアロゾルとして警報する。ケース２：表面積濃度Ｃ_２及び体積濃度Ｃ_３はそれぞれ、予め設定した閾値Ｓ_ｔｈ、Ｖ_ｔｈより大きく、且つザウター平均粒径Ｄ_Ｓは０．５μｍとＤ_ｔｈの間にある場合、ザウター平均粒径Ｄ_Ｓ、表面積濃度Ｃ_２及び体積濃度Ｃ_３の値を出力すると同時に、大粒径で表面積及び体積濃度の高い火災発生によるエアロゾルとして警報する。

図７は、本発明にて測定した体積濃度と表面積濃度の比と、ザウター平均粒径間の関係を示しており、完全な線形関係にあることが明らかであり、前述した小粒径及び大粒径において非線形関係にある問題点が存在しない。

本発明は、エアロゾルの表面積濃度、体積（質量）濃度及びザウター平均粒径の３つのパラメータを取得して、火災発生によるエアロゾルと非火災要因によるエアロゾルを区別し、エアロゾルの粒径及び表面積濃度等特徴パラメータを直接取得するだけでなく、火災発生による煙の検知の正確性をさらに高め、誤報率を下げることができる。

なお、本発明に対する同等の置換、又は変形により得られる技術的解決手段は、いずれも保護範囲内に含まれるものとする。

（付記）
（付記１）
短波長発光素子及び長波長発光素子を備え、且つ２つの検知信号を有する検知器を構成させ、そのうち短波長発光素子と受光素子の光軸間の夾角を９０°以上とし、長波長発光素子と受光素子の光軸間の夾角を９０°以下とするステップ１と、
エアロゾルによる短波長散乱光の出力Ｐ_Ｓで表した散乱光信号を用いて、式Ｃ_２＝Ｐ_Ｓ／Ｍ_２（Ｃ_２の単位はｎｍ^２／ｃｍ^３であり、Ｐ_Ｓの単位としては、散乱光の出力の換算電圧Ｖとし、Ｍ_２は散乱光に対応する表面積濃度換算係数で、光学的構造及び電気的パラメータに対応する常数であり、取得値の範囲は（１．５−３．５）×１０^−１０であり、散乱光の出力を電圧Ｖで表す場合、単位はＶ／（ｎｍ^２／ｃｍ^３）である）によりエアロゾルの表面積濃度Ｃ_２を算出するステップ２と、
エアロゾルによる長波長散乱光の出力Ｐ_Ｌで表した散乱光信号を用いて、式Ｃ_３＝Ｐ_Ｌ／Ｍ_３（Ｃ_３の単位はｎｍ^３／ｃｍ^３、Ｐ_Ｌの単位は散乱光の出力の換算電圧Ｖであり、Ｍ_３は散乱光に対応する体積濃度換算係数で、光学的構造及び電気的パラメータに対応する常数であり、取得値の範囲は（０．５−２．５）×１０^−１２であり、散乱光の出力を電圧Ｖで表す場合、単位はＶ／（ｎｍ^３／ｃｍ^３）である）によりエアロゾルの体積濃度Ｃ_３を算出するステップ３と、
Ｄ_Ｓ＝６（Ｃ_３／Ｃ_２）によりエアロゾルの体積濃度Ｃ_３とエアロゾルの表面積濃度Ｃ_２の比を算出して、エアロゾルのザウター平均粒径Ｄ_Ｓを得、単位はｎｍであるステップ４と、
エアロゾルの体積濃度Ｃ_３、エアロゾルの表面積濃度Ｃ_２とザウター平均粒径Ｄ_Ｓをエアロゾルの特徴パラメータとして直接出力し、同時に予め設定した閾値Ｖ_ｔｈ、Ｓ_ｔｈ、Ｄ_ｔｈと比較し、その結果、体積濃度Ｃ_３、表面積濃度Ｃ_２はそれぞれ、予め設定した閾値Ｖ_ｔｈ、Ｓ_ｔｈより小さい場合、ステップ１に戻り、体積濃度Ｃ_３、表面積濃度Ｃ_２のうち少なくとも一方が予め設定した閾値Ｖ_ｔｈ、Ｓ_ｔｈより大きい場合、粒子のザウター平均粒径Ｄ_Ｓが予め設定した閾値Ｄ_ｔｈより大きいかを判断し、それより大きい場合、非火災要因による干渉の報知信号、そうでなければ、火災警報信号を発するステップ５と、を含む、
２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの特徴パラメータの取得方法。

（付記２）
短波長光として波長２８０−４９０ｎｍの紫外又は青色光源、長波長光として波長８３０−１０５０ｎｍの赤外光源を用いる、
ことを特徴とする、付記１に記載の２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの特徴パラメータの取得方法。

（付記３）
前記短波長発光素子と受光素子の光軸間の夾角を１１０−１３０°、前記長波長発光素子と受光素子の光軸間の夾角を７０−８９°とする、
ことを特徴とする、付記２に記載の２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの特徴パラメータの取得方法。

（付記４）
付記１−３のいずれか１つに記載の２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの特徴パラメータの取得方法の火災発生による煙用検知システムへの応用。

本発明は、エアロゾルの表面積濃度、体積又は質量濃度、ザウター平均粒径を直接取得するため、環境監視、工業生産及び日常生活の中でエアロゾルのこれらの特徴パラメータの測定が必要な場合にセンサとして使用することができる。

ａ青色光及び赤外光用フォトダイオード
ｂ赤外発光ダイオード
ｃ青色発光ダイオード

Claims

短波長発光素子及び長波長発光素子を備え、且つ２つの検知信号を有する検知器を構成させ、そのうち短波長発光素子と受光素子の光軸間の夾角を９０°以上とし、長波長発光素子と受光素子の光軸間の夾角を９０°以下とするステップ１と、
エアロゾルによる短波長散乱光の出力Ｐ_Ｓで表した散乱光信号を用いて、式Ｃ_２＝Ｐ_Ｓ／Ｍ_２（Ｃ_２の単位はｎｍ^２／ｃｍ^３であり、Ｐ_Ｓの単位としては、散乱光の出力の換算電圧Ｖとし、Ｍ_２は散乱光に対応する表面積濃度換算係数で、光学的構造及び電気的パラメータに対応する常数であり、取得値の範囲は（１．５−３．５）×１０^−１０であり、散乱光の出力を電圧Ｖで表す場合、単位はＶ／（ｎｍ^２／ｃｍ^３）である）によりエアロゾルの表面積濃度Ｃ_２を算出するステップ２と、
エアロゾルによる長波長散乱光の出力Ｐ_Ｌで表した散乱光信号を用いて、式Ｃ_３＝Ｐ_Ｌ／Ｍ_３（Ｃ_３の単位はｎｍ^３／ｃｍ^３、Ｐ_Ｌの単位は散乱光の出力の換算電圧Ｖであり、Ｍ_３は散乱光に対応する体積濃度換算係数で、光学的構造及び電気的パラメータに対応する常数であり、取得値の範囲は（０．５−２．５）×１０^−１２であり、散乱光の出力を電圧Ｖで表す場合、単位はＶ／（ｎｍ^３／ｃｍ^３）である）によりエアロゾルの体積濃度Ｃ_３を算出するステップ３と、
Ｄ_Ｓ＝６（Ｃ_３／Ｃ_２）によりエアロゾルの体積濃度Ｃ_３とエアロゾルの表面積濃度Ｃ_２の比を算出して、エアロゾルのザウター平均粒径Ｄ_Ｓを得、単位はｎｍであるステップ４と、
エアロゾルの体積濃度Ｃ_３、エアロゾルの表面積濃度Ｃ_２とザウター平均粒径Ｄ_Ｓをエアロゾルの特徴パラメータとして直接出力し、同時に予め設定した閾値Ｖ_ｔｈ、Ｓ_ｔｈ、Ｄ_ｔｈと比較し、その結果、体積濃度Ｃ_３、表面積濃度Ｃ_２はそれぞれ、予め設定した閾値Ｖ_ｔｈ、Ｓ_ｔｈより小さい場合、ステップ１に戻り、体積濃度Ｃ_３、表面積濃度Ｃ_２のうち少なくとも一方が予め設定した閾値Ｖ_ｔｈ、Ｓ_ｔｈより大きい場合、粒子のザウター平均粒径Ｄ_Ｓが予め設定した閾値Ｄ_ｔｈより大きいかを判断し、それより大きい場合、非火災要因による干渉の報知信号、そうでなければ、火災警報信号を発するステップ５と、を含む、
２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの特徴パラメータの取得方法。
短波長光として波長２８０−４９０ｎｍの紫外又は青色光源、長波長光として波長８３０−１０５０ｎｍの赤外光源を用いる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの特徴パラメータの取得方法。
前記短波長発光素子と受光素子の光軸間の夾角を１１０−１３０°、前記長波長発光素子と受光素子の光軸間の夾角を７０−８９°とする、
ことを特徴とする、請求項２に記載の２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの特徴パラメータの取得方法。
請求項１−３のいずれか１項に記載の２波長の散乱光信号に基づくエアロゾルの特徴パラメータの取得方法の火災発生による煙用検知システムへの応用。