JP3035341B2 - 煙感知器 - Google Patents

煙感知器

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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、火災監視のため煙の発生を光により捕らえ
る型の煙感知器に関するものである。
[従来技術] 従来、光電式の煙感知器では、一組の投光部と受光部
を用い、投光部から発した光が煙粒子により散乱して受
光部に達するいわゆる散乱光量、または投光部から発し
た光が煙粒子により減光されて受光部に達するいわゆる
減光量を検出し、それら散乱光量または減光量から煙を
検知するようにしている。このように、煙監視領域に存
在する煙粒子を検知するものであるが、粉塵、霧、油ミ
スト等の他の粒子や、投光部以外から到来する外光等の
影響により、各種の誤動作が引き起こされることがあっ
た。
[発明の目的] 本発明は、投光部すなわち発光手段から発光される光
の煙による散乱光を捕らえる型の煙感知器において、光
を散乱させる粒子の質もしくは性状をも判別して火災発
生による煙を検知することにより、誤動作の無い火災煙
感知器を得ることを目的とするものである。
[目的を達成するための手段] 本発明によれば、広範囲な波長の光を発光させる発光
手段と、該発光手段により発光された光の散乱光を受光
可能に配置されると共に、光の強度を複数の決められた
波長範囲ごとに個別に検出することができる受光手段
と、該受光手段により検出された散乱光の前記波長範囲
ごとの強度に基づいて火災発生による煙を識別して火災
判別を行う処理部とを備えた煙感知器が提供される。
上記構成において、前記発光手段は、例えば連続スペ
クトル光のような広範囲な波長の光を発光する1つの光
源とすることができ、前記受光手段は、前記複数の決め
られた波長範囲の光の各々をそれぞれが検出することが
できる複数個の受光素子とすることができる。
この場合、該受光素子の1つの態様として、前記複数
の受光素子の各々は、波長に対する感度特性のピーク位
置の異なるフォトダイオードとすることができる。
また、受光素子のもう1つの態様として、前記複数の
受光素子の各々は、広域波長の光に感度を有し、例えば
フィルタ等により異なった特定の波長の光を選択して受
光するようにすることもできる。
さらに、前記発光手段が、異なった特定の波長の光を
別々に発光するようそれぞれが発光制御される複数の発
光素子であり、前記受光手段は広域波長の光に感度を有
する光電変換素子であり、これにより、前記受光手段に
は、前記発光制御に同期して各特定波長の散乱光を受光
させるようにすることができる。
[作用] 光を散乱する粒子に光を充てた場合、その散乱光強度
は光の波長に依存して異なっており(Mie散乱)、或る
波長でピーク値を持ち、しかも、そのピーク値並びに該
ピーク値となる波長は、粒子の種類もしくは性状に依存
して著しく異なっている。
本発明は、この波長対散乱光強度の特性が粒子の性状
に依存して異なっていることに着目し、発光手段には広
範囲な波長の光を発光させ、受光手段には、発光手段に
より発光された光の散乱光だけを受光可能に配置するこ
とにより、光の強度を複数の決められた波長範囲ごとに
個別に検出させる。これにより、散乱光があった場合に
は、受光手段では、決められた波長ごとに散乱光強度が
得られ、処理部では、この得られた波長と散乱光強度の
関係から粒子に依存した波長対散乱光強度の特性を決定
することができ、このようにして火災発生による煙の散
乱光だけを識別して火災判別を行うことができる。
[実施例] 以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明する。
第1図は、本発明の一実施例による煙感知器の概略断
面図であり、煙感知器1は、電気回路による処理部2
と、煙を検出するための暗箱3からなっていて、煙箱3
の周囲は、外光を遮りかつ煙を導入することのできるT
字状やJ字状の壁を組合わせたラビリンス4により囲わ
れ、上下面の一方(第1図では上面に)に、発光手段と
して連続スペクトル光を放出することができる連続光源
5が設けられ、上下面の他方(第1図では下面に)に
は、光トラップ6が形成されると共に、連続光源5から
の光が直接入射しないよう側方に、受光手段としての3
つの受光素子7、8、9が設けられている(第1図では
受光素子7だけが示されている)。
暗箱3の概略構成断面図が第2図に示されており、連
続光源5は暗箱3の上面の中心に設けられ、受光素子
7、8、9は、暗箱3の側方において、その向きが、連
続光源5から発光される光の光軸に対して垂直に配向さ
れるように、かつ暗箱3の周壁となるラビリンス4の内
側の3カ所に等角度となるように配置されている。この
構成により、連続光源5から発光された光は直接は受光
素子7、8、9に入射されないが連続光源5の照射領域
に煙等が存在した場合には該煙等の粒子による散乱光が
各受光素子7、8、9に至り、しかも各受光素子で受光
される条件は同じになる。
連続光源5には広範囲の波長の光すなわち連続スペク
トル光を放出することができるものを用い、例えば高安
定キセノンランプを使用した場合には、その発光波長の
範囲は、約200〜2000nmである。その他にハロゲンラン
プ、水銀灯、白熱ランプ等を用いることができる。
また、3つの受光素子は、受光波長に対する感度特性
が異なっており、本実施例としては一例として、受光素
子7は青色光を中心とした波長の受光感度を有し、受光
素子8は緑色光を中心とした波長の受光感度を有し、そ
して受光素子9は赤色光を中心とした波長の受光感度を
有したものを用いるものとする。
青色光を受光する受光素子7としては、例えば、紫外
から緑色光専用のGaPフォトダイオードとすることがで
き、ピーク波長は440nm、波長範囲は190〜550nmであ
る。
緑色光を受光する受光素子8としては、例えば、可視
域一般測定用やカメラ用のシリコンフォトダイオードと
することができ、ピーク波長は560nm、波長範囲は320〜
730nmである。
赤色光を受光する受光素子9としては、例えば、可視
カット型光リモコン用のPINフォトダイオードとするこ
とができ、ピーク波長は690nm、波長範囲は700〜1100nm
である。
受光素子の他の態様としては、広範囲の波長領域に受
光感度を有する、例えば、紫外から赤外域精密測光用の
シリコンダイオード(ピーク波長960nm、波長範囲190〜
1100nm)を各受光素子ごとに用い、各受光素子で受光し
たい波長だけを通すフィルタを各シリコンダイオードの
前面に設けるようにすることもできる。
受光素子として用いられ得る上記各ダイオードの波長
対感度特性を第3図に示す。第3図において、青色光受
光用のGaPフォトダイオードを曲線Aで、、緑色光受光
用のシリコンフォトダイオードを曲線Bで、赤色光受光
用のPINフォトダイオードを曲線Cで、それぞれ示す。
さて、前述のように、連続スペクトル光が照射された
とき、波長対散乱光強度の特性は粒子により異なってい
るので、波長対散乱強度の特性を知れば粒子の性質を知
ることができる。第4図を参照すると、各種の粒子によ
る波長対散乱光強度の特性が相対的に示されている。曲
線aは、油蒸気(例えば調理時に発生)の粒子に対する
波長対散乱光強度の特性を示しており、曲線bは、例え
ば火災発生時の煙による粒子に対する波長対散乱光強度
の特性を示しており、曲線cは、ゴミや塵埃の粒子に対
する波長対散乱光強度の特性を示している。
第3図及び第4図の双方を参照し、例えば第4図の曲
線aの油蒸気が発生した場合について考察すると、波長
が400nm当たりで散乱光強度が強く、従って、第3図を
見ると、青色受光用の受光素子7での受光出力が強く、
次に、緑色受光用の受光素子8での受光出力が続き、赤
色受光用の受光素子9での受光出力は弱い。
また、例えば第4図の曲線bの煙が発生した場合につ
いて考察すると、波長が600nm当たりで散乱強度が強
く、従って、第3図から分かる通り、緑色受光用の受光
素子8での受光出力が強く、次に、青色受光用の受光素
子7での受光出力、そして赤色受光用の受光素子9での
受光出力の順で続く。
第4図の曲線cのゴミや塵埃が発生した場合について
考察すると、波長が800nm当たりで散乱強度が強く、従
って、赤色受光用の受光素子9での受光出力が強く、次
に、緑色受光用の受光素子8、青色受光用の受光素子7
の順で続く。
従って、3つの受光素子での受光出力を比較判別する
ことにより、発生した粒子の性状を知ることができ、従
って、各受光素子が或る限度以上の受光出力を得た場合
でも、それが火災発生による煙によるものか、または火
災とは無関係の他の粒子の発生によるものかを判別する
ことができる。
具体的には、この第4図の関係から粒子の性状を知る
ために、各受光素子7、8、9で得られた受光出力OU
T7、OUT8、OUT9をそのまま相互に比較して判別するよう
にしても良いが、例えば、各受光素子7、8、9での受
光出力があったとき、OUT7、OUT8、OUT9の差や割合等の
関係を予め各粒子ごとに求めておき、実際の測定値を該
予め求められている関係と比較することにより、煙もし
くは粒子の性状を知るようにすることができる。
なお、本実施例では、3個の受光素子を設けてほぼ3
波長での散乱光の監視を行うものを示しているが、これ
に限らず、火災による煙の特徴をつかむためには散乱光
を受光する受光素子の数を殖やして、より多くの波長に
より散乱させる粒子の性状を捕らえることができるよう
にするのが好ましい。
また、発光側には、連続スペクトル光のような広範囲
な波長の光を発光する連続光源5を発光手段として設
け、受光側には、散乱光の強度を複数の決められた波長
範囲ごとに個別に検出する受光素子7、8、9を受光手
段として設けたものを示したが、散乱光強度を波長ごと
に検出する構成は他にも種々に考えられ得る。
例えば、各受光素子7、8、9は広域の波長の光に対
して感度を有する光電変換素子等であり、各光電変換素
子の前に例えばフィルタを取り付ける等して、各波長ご
との散乱光強度を選択して検出させるようにすることが
できる。
逆に、発光手段として1つの連続光源5ではなくて複
数の発光素子を用い、各発光素子には互いに異なった特
定の波長の光を順次に発光させるように発光制御し、受
光手段としては、広域波長の光に感度を有する光電変換
素子を用い、これにより、前記発光制御に同期して前記
受光手段に各特定波長の散乱光を受光させるようにする
こともできる。
さらに、発光側において複数の異なった特定の波長の
光を発光させ、受光側では、前記複数の異なった特定の
波長の光を各特定波長ごとに個別に検出させるようにす
ることもできる。
また、発光側では連続スペクトル光を発光させ、受光
側では、広域波長の光に感度を有して、受光した散乱光
の各波長を走査し強度を比較してスペクトル分析を行う
ことが可能であり、該散乱光のスペクトル分析に基づい
て火災による煙を検出して火災判別を行うようにするこ
ともできる。
第5図は、第1図に示された処理部2のブロック回路
図であり、周期信号を発生する検出周期発生器回路10、
連続光源5をパルス発光させる発光回路12、各受光素子
7、8、9に対応した受光増幅回路7′、8′、9′、
各受光増幅回路7′、8′、9′の動作を発光回路12の
パルス発光に同期させるように制御を行う検出制御回路
14、検出制御回路14から信号制御回路18へ信号の受け渡
しを行う信号インターフェース回路16、信号インターフ
ェース回路16を介した信号を判別処理する信号制御回路
18、無極性化回路22を介して図示しない火災受信機等へ
送受信を行う送受信回路20、所定の電圧を供給する定電
圧回路24により構成されている。
検出周期発生回路10の周期を基に発光回路12が連続光
源5を発光させる。その発光と同時にまたは個別に各受
光増幅回路7′、8′、9′を動作させ、その発光によ
る散乱光を検出する。信号制御回路18は、検出制御回路
等を介して取り込まれた各信号に基づいて火災判別を行
う。火災識別態様としては、例えば、まず、測定された
散乱光強度を通常の基準値と比較し、基準値以上と判別
されれば、次に、第4図で説明したような方法により、
検出制御回路14等を介して取り込まれた各信号の強度や
相対量を比較判別し、発生粒子の性状が火災発生による
煙によるものであるか否かを判別する。その結果、火災
と判別された場合には、送受信回路20を動作させて、火
災受信機等の受信部へ火災信号を送出する。
また、信号制御回路18は、火災受信機等の受信部に判
別させるように各受光増幅回路7′、8′、9′からの
信号を個別にアナログ信号として送出するように送受信
回路を制御しても良い。
[発明の効果] 以上、本発明によれば、粒子による散乱光の波長対散
乱光強度の特性が粒子の性状に依存して異なることを利
用し、受光手段が、波長別に散乱光強度を識別して火災
発生による煙だけを検知できるように構成したので、誤
報の無い、一層正確な火災判別を行うことができるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例による煙感知器を示す概略
断面図、第2図は、第1図に示された暗箱3を線II−II
から見た概略断面図、第3図は、各種受光素子の波長対
感度特性を示す図、第4図は、各種粒子の波長対散乱光
強度特性を示す図、第5図は、第1図に示された処理部
2の一実施例を示す図、である。図において、1は煙感
知器、2は処理部、3は暗箱、4はラビリンス、5は連
続光源(発光手段)、6は光トラップ、7,8及び9は受
光素子(受光手段)、である。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】広範囲な波長の光を発光させる発光手段
    と、該発光手段により発光された光の散乱光を受光可能
    に配置されると共に、光の強度を複数の決められた波長
    範囲ごとに個別に検出することができる受光手段と、該
    受光手段により検出された散乱光の前記波長範囲ごとの
    強度に基づいて火災発生による煙を識別して火災判別を
    行う処理部とを備えた煙感知器。
  2. 【請求項2】前記発光手段は1つの光源であり、前記受
    光手段は、前記複数の決められた波長範囲の光の各々を
    それぞれが検出することができる複数個の受光素子であ
    る特許請求の範囲第1項記載の煙感知器。
  3. 【請求項3】前記複数の受光素子の各々は、波長に対す
    る感度特性のビーク位置の異なるフォトダイオードであ
    る特許請求の範囲第2項記載の煙感知器。
  4. 【請求項4】前記複数の受光素子の各々は、異なった特
    定の波長の光を選択して受光する特許請求の範囲第2項
    記載の煙感知器。
  5. 【請求項5】前記発光手段は、異なった特定の波長の光
    を別々に発光するようそれぞれが発光制御される複数の
    発光素子であり、前記受光手段は、広域波長の光に感度
    を有する光電変換素子である特許請求の範囲第1項記載
    の煙感知器。
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