JP2524038B2 - 微粒子センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、筐体内の煙や粉塵等の
微粒子に光を照射して検出した光量から微粒子の濃度を
検出する微粒子センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来型の煙センサの構造を示し
た断面図である。筐体内の空間には、光源の赤外ＬＥＤ
と受光器のＳＰＤ（シリコンフォトダイオード）とこれ
らを固定する光学ホルダとを備える検出部材が収容され
ている。図６は、図１の煙センサを構成する検出部材の
側面図（図６（ａ））、正面図（図６（ｂ））及び平面
図（図６（ｃ））を示す。図示のように、赤外ＬＥＤ及
びＳＰＤは、その各光軸の成す角θ₁ が７８゜になるよ
うにホルダによって固定されている。

【０００３】図５の煙センサの動作に付いて簡単に説明
する。筐体内に煙等が入ると、赤外ＬＥＤの光軸とＳＰ
Ｄの光軸とが交わる点の近傍の空間も煙で満たされる。
この空間に入射した赤外ＬＥＤからの光は、この煙等で
散乱、反射されてＳＰＤに入射する。これにより、煙を
検出することができる。

【０００４】この場合、バックグラウンドノイズを減少
させるため、筐体の材料として反射率の低い黒い材質の
ものを用いたり、その内面に艶消し黒塗装を施して迷光
を防止している。また、ホルダを取り囲む筐体内面まで
の内部空間を許される範囲で広くとって不要な筐体内面
等からの反射光を減衰させている。さらに、検出部材に
対向する筐体の内面につい立てを設けてバックグラウン
ドノイズを占める割合が比較的大きい筐体内面での反射
光Ａを遮光し、幅Ｗ₁ を図示のように狭く抑えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし図５の煙センサ
では、煙等が筐体内に入っても内部空間が広いためにこ
の内部空間に拡散する。この結果、煙等の濃度上昇に対
して応答が遅くなるといった問題点があった。

【０００６】また、内部空間を広げて光を逃がしたり、
つい立てを設けて図５の反射光Ａを遮ったりすることに
よってＳ／Ｎ比の向上を図っているので、性能を維持し
たままで小形化することが困難であるといった問題があ
った。

【０００７】さらに、内部空間につい立てを設けたこと
で煙や粉塵の流れが妨げられ易く、内部空間での攪拌に
よって応答速度の遅れを助長し易いという問題があっ
た。また、かかる構造では筐体内に粉塵が溜り易く、バ
ックグラウンド成分の増加が長期使用に際して心配され
る。

【０００８】そこで、本発明は、小形で応答性が良くて
精度の高い微粒子センサを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る微粒子センサは、（ａ）前方に光を投
射する発光装置及び前方からの光が入射する受光装置
が、互いに近接し、かつ、各々の光軸が前方で交差する
ように固定された検出部材と、（ｂ）発光装置及び受光
装置の各光軸の２等分線に垂直に交わり、かつ、発光装
置及び受光装置の並ぶ方向に垂直な方向に延びる交差線
を境として、該交差線の発光装置側において２等分線に
対して鋭角を成すように形成された第１の内平面と、交
差線を境として該交差線の受光装置側において２等分線
に対して鈍角を成すように形成された第２の内平面とを
有するとともに、検出部材を収容する筐体とを備え、
（ｃ）第１の内平面と２等分線とが成す鋭角の角度と、
第２の内平面と２等分線とが成す鈍角の角度との和が１
８０゜未満であることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明に係る微粒子センサでは、検出部材に対
向する筐体内面に、上記交差線を境としてその発光装置
側において上記２等分線に対して鋭角を成すように形成
された第１の内平面と、上記交差線を境としてその受光
装置側において上記２等分線に対して鈍角を成すように
形成された第２の内平面とを備える。そして、上記の鋭
角と鈍角の和は１８０゜未満である。この結果、発光装
置側からの検出光が筐体内面で２度或いは３度以下の反
射を受けた後に受光装置側で検出される可能性が極めて
減少する。これにより、Ｓ／Ｎ比を維持したままで筐体
全体を小形化することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ具体的に説明する。

【００１２】図１は、実施例に係る微粒子センサの構造
を示した断面図である。図１（ａ）は側面断面図を示
し、図１（ｂ）は正面断面図を示す。筐体２は、四角柱
状の内側面２ａとこれに交差する第１及び第２の内平面
２ｂ、２ｃとを備える。第１及び第２の内平面２ｂ、２
ｃの境界は、四角柱状の内側面２ａの中心線と交差し、
かつ、図面の前後方向に延びている。また、第１の内平
面２ｂには煙、粉塵等の微粒子が流入する開孔２ｄが設
けられ、内側面２ａにはこれらの微粒子が流出する開孔
２ｅが設けられている。ここで、筐体２の中心線に対し
第１及び第２の内平面２ｂ、２ｃが成す角θ₂ 、θ
₃ は、それぞれ４５゜、１００゜である。なお、筐体２
の形状は加工が困難なものなので、各面２ａ、２ｂ、２
ｃを別ブロックとして準備した後に一体に形成した。さ
らに、各面２ａ、２ｂ、２ｃには艶消し黒塗装を施して
いる。

【００１３】筐体２内には従来例と同様の検出部材４が
配置される。この検出部材４は光学ホルダ４ａを備え、
この光学ホルダ４ａによって、赤外光源であるＬＥＤ４
ｂと光検出器であるＳＰＤ４ｃとを図面の上下方向に配
置し、それぞれの光軸を紙面内で調整して固定する。こ
の場合、ＬＥＤ４ｂ及びＳＰＤ４ｃの各光軸の２等分線
は、四角柱状の筐体２の中心線に一致させられている。

【００１４】図２はこの検出部材４を拡大して示した図
である。ＬＥＤ４ｂの光軸周辺の領域とＳＰＤ４ｃの光
軸周辺の領域との重複部分が高感度領域となっている。
この高感度領域は、微粒子にＬＥＤ４ｂからの光が直接
に照射されたことによる光の散乱、反射が検出信号とな
る最も高感度な領域、すなわち検知エリアとなってい
る。なお、信号検出の感度をある程度以上に維持するた
め、ＬＥＤ４ｂ及びＳＰＤ４ｃの右端から高感度領域の
右端にかけての距離を３０ｍｍ未満とする。

【００１５】以下では、図３及び図４を参照しつつ、中
心線に対し第１及び第２の内平面２ｂ、２ｃが成す角θ
₂ 、θ₃ の選定について説明する。

【００１６】図３のグラフ１は、角θ₂ を９０゜に固定
し、角θ₃ をパラメータとした場合における、筐体２の
内面等での反射に起因するノイズ（バックグラウンド成
分）の変化の実験値を表している。なお、バックグラウ
ンド成分は、θ₂ ＝θ₃ ＝９０゜の場合を基準とした百
分率で示している。この場合、ＬＥＤ４ｂ及びＳＰＤ４
ｃの右端から第１及び第２の内平面２ｂ、２ｃの境界ま
での距離Ｄ₂ は、高感度領域の幅に対応させて最低限の
Ｄ₂ ＝３０ｍｍとする。グラフ１から明らかなように、
角θ₃ が１８０゜の付近でもバックグラウンド成分を抑
えることができることがわかるが、極力筐体２の内部空
間を狭くする必要があるので、角θ₃ をなるべく小さく
する必要がある。そこで、角θ₃ として４５゜、１００
゜等が望ましいことがわかる。ただし、θ₃ ＝４５゜で
は、内部空間を大巾に小さくできるものの、グラフの傾
きの大きな部分に位置するためバックグラウンド成分を
管理しにくいことが問題となる。

【００１７】図４のグラフ２は、角θ₃ を４５゜または
１００゜に固定し、角θ₂ をパラメータとした場合にお
ける、バックグラウンド成分（θ₂ ＝９０゜を基準とし
た百分率）の変化の実験値を表している。ここで、Ｄ₂
＝３０ｍｍとしてある。グラフ２から明らかなように、
θ₃ ＝１００゜の場合の方が全体にバックグラウンド成
分を低く抑えることができることがわかる。また、θ₂
＝５０゜近辺でバックグラウンド成分が最も低くなって
いることがわかる。

【００１８】グラフ１、２の結果を考慮すると、θ₂ ＝
４５゜としてθ₃ ＝１００゜とすることで、筐体２の内
面等での反射に起因するノイズを低減できることがわか
る。

【００１９】図１の微粒子センサの動作について簡単に
説明する。筐体２の開孔２ｄを介して内部空間に煙等が
入ると、ＬＥＤ４ｂ及びＳＰＤ４ｃの前方の高感度領域
も煙で満たされる。この高感度領域に入射したＬＥＤ４
ｂからの赤外光は、この煙等で散乱、反射されてＳＰＤ
４ｃに入射する。これにより、筐体２内に流入した煙の
存在を検知することができる。

【００２０】図１の微粒子センサでは、筐体２の内部空
間を結果として狭くすることができたので、筐体２外の
煙等微粒子の濃度変化に対して応答性が向上した。ま
た、筐体の内面での反射の回数を増大させる構造なの
で、小形化したままでＳ／Ｎ比を向上させることができ
る。しかも、筐体２内に粉塵が溜り難く、長期のバック
グラウンド成分の安定性が向上した。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る煙セ
ンサによれば、検出部材に対向する筐体内面に所定角度
を成す第１の内平面と第２の内平面とを備えているの
で、発光装置側からの検出光が筐体内面で２度或いは３
度以下の反射を受けた後に受光装置側で検出される可能
性が極めて減少する。これにより、Ｓ／Ｎ比を維持した
ままで筐体全体を小形化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る微粒子センサの構造を示した断面
図。

【図２】検出部材４を拡大して示した図。

【図３】θ₃ をパラメータとした場合のバックグラウン
ド成分の変化の実験値を表した図。

【図４】θ₂ をパラメータとした場合のバックグラウン
ド成分の変化の実験値を表した図。

【図５】従来型の煙センサの構造を示した断面図。

【図６】図１の煙センサを構成する検出部材を示した
図。

【符号の説明】

２…筐体、２ｂ…第１の内平面、２ｃ…第２の内平面、
４…検出部材、４ｂ…発光装置、４ｃ…受光装置。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前方に光を投射する発光装置及び前方か
   らの光が入射する受光装置が、互いに近接し、かつ、各
   々の光軸が前方で交差するように固定された検出部材
   と、 前記発光装置及び前記受光装置の各光軸の２等分線に垂
   直に交わり、かつ、前記発光装置及び前記受光装置の並
   ぶ方向に垂直な方向に延びる交差線を境として、該交差
   線の前記発光装置側において前記２等分線に対して鋭角
   を成すように形成された第１の内平面と、前記交差線を
   境として該交差線の前記受光装置側において前記２等分
   線に対して鈍角を成すように形成された第２の内平面と
   を有するとともに、前記検出部材を収容する筐体と、 を備え、 前記第１の内平面と前記２等分線とが成す鋭角の角度
   と、前記第２の内平面と前記２等分線とが成す鈍角の角
   度との和が１８０゜未満であることを特徴とする 微粒子
   センサ。