JP2530719B2 - 光電式煙感知器 - Google Patents

光電式煙感知器

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JP2530719B2
JP2530719B2 JP1166327A JP16632789A JP2530719B2 JP 2530719 B2 JP2530719 B2 JP 2530719B2 JP 1166327 A JP1166327 A JP 1166327A JP 16632789 A JP16632789 A JP 16632789A JP 2530719 B2 JP2530719 B2 JP 2530719B2
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正信 小川
富三 寺澤
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、煙濃度に応じた直流電圧を出力する光電式
煙感知器に関するものである。
[従来の技術] 第5図は従来の光電式煙感知器のブロック図である。
図中、1は発光素子であり、発振回路10から間欠的に発
生する発光信号に応じて光信号を発生する。2は受光素
子であり、発光素子1からの光信号を直接には受光でき
ない位置に配されている。煙感知器の内部に煙が侵入す
ると、発光素子1により発生した光信号が、煙により散
乱されて受光素子2に受光される。受光素子2は受光し
た光強度に応じた光電流を発生する。この光電流は、受
光アンプ20により電圧信号に変換されて増幅される。受
光アンプ20の出力は、発振回路10が間欠的に発生する発
光信号に同期して、サンプルホールド回路21によりサン
プルホールドされる。サンプルホールド回路21の出力は
直流アンプ22により増幅されて、アナログ出力電圧VA
得られる。煙濃度〔%/m〕とアナログ出力電圧VA〔V〕
の関係を第6図に例示する。同図に示すように、煙濃度
が濃くなるにつれてアナログ出力電圧VAは大きくなる。
第5図に示す受光アンプ20、サンプルホールド回路と
21及び直流アンプ22の具体的な回路構成を第7図に例示
する。受光アンプ20は3段のオペアンプA1,A2,A3を縦続
接続したものである。各オペアンプA1,A2,A3の非反転入
力端子には、基準電圧Vrefが印加されている。初段のオ
ペアンプA1は帰還インピーダンスとして、抵抗R1とコン
デンサC1の並列回路を接続され、受光素子2で得られた
光電流を電圧信号に変換するための電流−電圧変換回路
を構成している。次段のオペアンプA2は入力抵抗R2と帰
還抵抗R3を接続され、終段のオペアンプA3は入力抵抗R4
と帰還抵抗R5を接続され、それぞれ電圧増幅回路を構成
している。これにより、受光アンプ20は受光素子2で得
られた光電流に応じた電圧信号を発生する。
次に、サンプルホールド回路21は入力部にアナログス
イッチQを備え、アナログスイッチQの出力側に抵抗RH
とコンデンサCHよりなる電圧保持回路を備えている。ア
ナログスイッチQはクロック信号φに応じて導通状態又
は遮断状態に制御される。このクロック信号φは上述の
発振回路10から供給され、発光信号と同期している。ア
ナログスイッチQが導通すると、コンデンサCHは抵抗RH
を介して入力電圧と同じ電位に充電される。アナログス
イッチQが遮断されると、コンデンサCHは入力電圧と同
じ電位に保持される。サンプルホールド回路と21の出力
側には、バッファ用のオペアンプA4が配されている。こ
のオペアンプA4は出力端子を反転入力端子に接続されて
いるので、非反転入力端子の電圧をそのまま出力端子に
出力する。これにより、サンプルホールド回路21は、ア
ナログスイッチQが導通したときの入力電圧を保持して
出力する。
次に、直流アンプ22はオペアンプA5を備えている。こ
のオペアンプA5の非反転入力端子には、電源電圧Vccを
抵抗R6,R7により分圧して得られたバイアス電圧VBが印
加されている。また、反転入力端子は入力抵抗R8を介し
てサンプルホールド回路21の出力に接続されると共に、
帰還抵抗R9を介して出力端子に接続されている。オペア
ンプA5の入力抵抗R8は可変抵抗とされており、これによ
り直流アンプ22の増幅率が可変とされる。また、基準電
圧VBを発生するための抵抗R7も可変抵抗とされており、
これにより直流アンプ22のオフセットを調節可能として
いるものである。
第9図は上記回路の動作説明図である。図中、VAは直
流アンプ22から得られるアナログ出力電圧、VBは直流ア
ンプ22のオペアンプA5に与えられる基準電圧、VHはサン
プルホールド回路21の出力電圧、Vrefは受光アンプ20の
オペアンプA1〜A3に与えられる基準電圧である。サンプ
ルホールド回路21の出力電圧VHは、煙濃度が0〔%/m〕
のときは基準電圧Vrefに等しく、煙濃度が増加するにつ
れて基準電圧Vrefから低下して行く。また、直流アンプ
22から得られるアナログ出力電圧VAは、煙濃度が0〔%
/m〕のときは最低値となり、煙濃度が増加するにつれて
電圧値が上昇する。したがって、直流アンプ22の出力側
に受信機を接続して、アナログ出力電圧VAが所定の警報
レベルを越えたときに、煙感知信号を発生することがで
きる。
[発明が解決しようとする課題] ところが、上記の従来例においては、電源投入直後に
アナログ出力電圧VAが異常に上昇するという問題があ
る。第8図は電源投入直後のアナログ出力電圧VAの変化
を例示している。煙濃度は0〔%/m〕であるものとす
る。図中、Tは発振回路10による発光信号の発生周期で
あり、換言すればサンプルホールド回路21によるサンプ
ルホールド周期である。電源投入時(t=t0)において
は、サンプルホールド電圧VHは0〔V〕であり、アナロ
グ出力電圧VAは当然0〔V〕である。その後、発光素子
1が発光する度にアナログスイッチQがオンされて、サ
ンプルホールド電圧VHは0〔V〕から基準電圧Vref(例
えば、2.5V)まで時定数τ=RH・CHで上昇して行く。光
電式煙感知器では、低消費電流化のために、発光素子1
の発光周期Tを0.5sec〜数secに設定し、発光パルス幅T
0は数百μsecオーダーに設定している。一方、サンプル
ホールド回路21における電圧保持回路の時定数τ=RH
CHは発光素子1の発光パルス幅T0よりもかなり大きな値
(例えば、τ=5T0)に設定するため、サンプルホール
ド電圧VHが基準電圧Vrefに達するまでには、かなりの時
間を要する。例えば、T0=100μsec、T=1sec、τ=5T
0のとき、VH≒0.9Vrefとなるのに要する時間Trは、次式
のようになる。
Tr=2.2(T/T0)τ=11sec つまり、電源投入後、アナログ出力電圧VAが煙濃度0
〔%/m〕のときの値になるのに、11sec以上の時間がか
かる。そして、この過渡期においては、アナログ出力電
圧VAが警報レベル(第8図の一点鎖線参照)を越えるこ
とがある。一方、受信機の側では、アナログ出力電圧VA
を常時監視しており、警報レベルを越える状態が一定時
間以上継続すると、煙感知信号を発生する。このため、
煙濃度が0〔%/m〕であるにも拘わらず、電源投入直後
には煙感知信号を発生することがあった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、電源投入直後の誤動作を防止
できるようにした光電式煙感知器を提供することにあ
る。
[課題を解決するための手段] 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第
5図に示すように、間欠的に発光信号を発生する発振回
路10と、発振回路10から出力される発光信号に応じて間
欠的に光信号を発生する発光素子1と、発光素子1から
放射された光信号が感知器内部に侵入した煙により散乱
された光を受光する受光素子2と、受光素子2の受光出
力を増幅する受光アンプ20と、発光素子1の発光時期に
同期して受光アンプ20の出力を保持するサンプルホール
ド回路21と、サンプルホールド回路21の出力を所定のア
ナログ出力電圧VAに増幅する直流アンプ22とを備える光
電式煙感知器において、第1図及び第2図に示すよう
に、電源投入後に時間遅れを以て上昇する電圧VCを出力
する時定数回路3と、時定数回路3の出力電圧VCが基準
電圧VR以下のときに出力端子の電圧VOが略ゼロとなる比
較回路4と、比較回路4の出力端子と直流アンプ22の出
力端子の間に直列に接続された複数のダイオードD1,D2
よりなり、比較回路4の出力端子の電圧VOが略ゼロのと
きに、直流アンプ22の出力端子の電圧VAを各ダイオード
D1,D2の順方向降下電圧VFの和(VF+VF=2VF)で規定さ
れる所定電圧以下に保持するように接続されたダイオー
ド直列アレイとを備えるものである。
第1図は本発明の要部構成を示す回路図である。比較
回路4はコンパレータCMPを含む。このコンパレータCMP
の負入力端子には、電源電圧Vccを抵抗R11,R12により分
圧して得られた基準電圧VRが印加されている。また、コ
ンパレータCMPの正入力端子には、時定数回路3の出力
電圧VCが印加されている。さらに、コンパレータCMPの
出力端子は、電圧シフト用のダイオードD1,D2を介して
電流アンプ22におけるオペアンプA5の出力端子に接続さ
れている。
[作用] 第2図は本発明の動作説明図である。電源投入後の所
定期間T1は時定数回路3から出力される電圧VCのレベル
が低く、基準電圧VR以下となっている。このため、比較
回路4におけるコンパレータCMPの出力電圧VOは0ボル
トとなり、直流アンプ22のアナログ出力電圧VAは所定電
圧2VF以下に保持される。ここで、VFはダイオードD1,D2
の順方向降下電圧であり、シリコンダイオードの場合に
は約0.7Vであるので、2VFは約1.4Vとなる。受信機の警
報レベル(第2図の一点鎖線参照)は、所定値2VFより
高く設定されているので、電源投入後の所定期間T1でア
ナログ出力電圧VAが警報レベルを越えることはない。次
に、上記期間T1に続く期間T2では、時定数回路3から出
力される電圧VCが基準電圧VRを越える。このため、比較
回路4におけるコンパレータCMPの出力電圧VOは高くな
り、ダイオードD1,D2は遮断状態となる。したがって、
直流アンプ22のアナログ出力電圧VAは受信機にそのまま
受信される。
[実施例1] 第3図(a)は本発明の第1実施例の要部回路図であ
り、同図(b)はその動作波形図である。本実施例で
は、抵抗R13,R14とコンデンサC0を含む時定数回路3を
備えている。電源投入により制御電源電圧Vccが上昇す
ると、抵抗R1,R2の接続点の電圧VRは電源電圧Vccの上昇
に伴って上昇するが、抵抗R13,R14の接続点の電圧VC
電源電圧Vccの上昇よりも少し遅れて上昇する。したが
って、電源投入直後はVR>VCとなり、コンパレータCMP
の出力は“Low"レベルとなる。抵抗R13,R14の接続点の
電圧VCは、時定数C0×R13で上昇し、やがて定常値Vcc×
R14/(R13+R14)に達する。この電圧VCの定常値が電圧
VRの定常値Vcc×R12/(R11+R12)よりも高くなるよう
に、抵抗R13,R14の抵抗値を設定しておけば、電源投入
から所定時間の経過後にVR≦VCとなり、コンパレータCM
Pの出力は“High"レベルとなる。その他の動作は第1図
の回路と同様である。
[実施例2] 第4図(a)は本発明の第2実施例の要部回路図であ
り、同図(b)はその動作波形図である。本実施例で
は、定電流源IsとコンデンサC0よりなる時定数回路3を
備えている。電源投入後、コンデンサC0は定電流源Isに
より定電流で充電される。したがって、コンデンサC0
電圧VCは直線的に増加する。このため、電圧VCが電圧VR
とクロスするタイミングを比較的正確に決定することが
できる。その他の構成及び動作については実施例1と同
様である。
[発明の効果] 本発明にあっては、上述のように、発振回路の出力に
より発光素子から間欠的に光信号を発生し、感知器内部
に侵入した煙による散乱光を受光する受光素子の受光出
力を受光アンプにより増幅し、サンプルホールド回路に
よりサンプルホールドし、直流アンプにより増幅してア
ナログ出力電圧を得るようにした光電式煙感知器におい
て、電源投入後に時間遅れを以て上昇する電圧を出力す
る時定数回路と、時定数回路の出力電圧が基準電圧以下
のときにアナログ出力電圧を所定電圧に保持する比較回
路とを設けたので、電源投入直後に感知器のアナログ出
力電圧が異常に上昇することを防止できるという効果が
ある。また、時定数回路の出力電圧が基準電圧以下のと
きにアナログ出力電圧を所定電圧に保持するために、比
較回路の出力端子と直流アンプの出力端子の間に直列に
接続された複数のダイオードよりなるダイオード直列ア
レイを設けて、比較回路の出力端子の電圧が略ゼロのと
きに、直流アンプの出力端子の電圧を各ダイオードの順
方向降下電圧の和で規定される所定電圧以下に保持する
ようにしたので、電源投入直後から異常時のアナログ出
力電圧よりも低いが、ゼロ電圧ではない所定の電圧が出
力されることになり、何も電圧が出力されない場合に比
べると、受信機の側ではアナログ出力型の煙感知器が故
障ではなく、且つ煙感知状態でも無いと判断することが
できるという利点がある。また、ダイオードの順方向降
下電圧は抵抗の電圧降下に比べると安定しているので、
電源投入直後の出力電圧の上限値が安定し、異常電圧上
昇を確実に防止できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の要部回路図、第2図は同上の動作波形
図、第3図(a)は本発明の第1実施例の要部回路図、
同図(b)は同上の動作波形図、第4図(a)は本発明
の第2実施例の要部回路図、同図(b)は同上の動作波
形図、第5図は従来例のブロック図、第6図は同上の動
作説明図、第7図は従来例の具体回路図、第8図及び第
9図は同上の動作説明図である。 1は発光素子、2は受光素子、3は時定数回路、4は比
較回路、10は発振回路、20は受光アンプ、21はサンプル
ホールド回路、22は直流アンプ、R11〜R14は抵抗、C0
コンデンサ、CMPはコンパレータ、D1,D2はダイオードで
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒川 雅夫 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−19800(JP,A) 実開 昭61−180392(JP,U) 実公 昭50−17342(JP,Y1)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】間欠的に発光信号を発生する発振回路と、
    発振回路から出力される発光信号に応じて間欠的に光信
    号を発生する発光素子と、発光素子から放射された光信
    号が感知器内部に侵入した煙により散乱された光を受光
    する受光素子と、受光素子の受光出力を増幅する受光ア
    ンプと、発光素子の発光時期に同期して受光アンプの出
    力を保持するサンプルホールド回路と、サンプルホール
    ド回路の出力を所定のアナログ出力電圧に増幅する直流
    アンプと、電源投入後に時間遅れを以て上昇する電圧を
    出力する時定数回路と、時定数回路の出力電圧が基準電
    圧以下のときに出力端子の電圧が略ゼロとなる比較回路
    と、比較回路の出力端子と直流アンプの出力端子の間に
    直列に接続された複数のダイオードよりなり、比較回路
    の出力端子の電圧が略ゼロのときに、直流アンプの出力
    端子の電圧を各ダイオードの順方向降下電圧の和で規定
    される所定電圧以下に保持するように接続されたダイオ
    ード直列アレイとを備えることを特徴とする光電式煙感
    知器。
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