JP3046610B2 - 粉塵検出装置 - Google Patents

粉塵検出装置

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JP3046610B2 JP10782490A JP10782490A JP3046610B2 JP 3046610 B2 JP3046610 B2 JP 3046610B2 JP 10782490 A JP10782490 A JP 10782490A JP 10782490 A JP10782490 A JP 10782490A JP 3046610 B2 JP3046610 B2 JP 3046610B2
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忠雄 岡▲崎▼
博允 井上
百合貢 豊海
健二 奥山
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は粉塵、殊に煙粒子を検出する家庭用の粉塵検
出装置に関する。
【従来の技術】
生活空間における喫煙などによる空気を汚れを早期に
検出して警報や空気清浄機器の自動制御のための電気的
信号を得る手段としては、ガスセンサーにみられるガス
吸着式、イオン化現象を利用したイオン式、光学的手段
による光の透過率や反射光量の変化から微粒子の検知を
行う光電式などが広く普及している。 これらの中で、ガス吸着式やイオン式のものは、煙粒
子だけでなく、他のガス分子についても高い感度を有し
ているために、煙粒子の選択的な検出は困難である。 透過率を検知する光電式のものでは、煙粒子濃度が高
い時には有効な手段であるが、生活空間では高レベルで
あるものの測定という点からすれば低レベルである煙粒
子濃度1mg/m3の領域では有効ではない。 このような観点からすれば、1mg/m3程度以下の煙粒子
濃度レベルでの検出手段としては、光電反射式が好適で
ある。
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光電反射式で実際に煙粒子濃度が上記レベル
以下でも確実な検出を行えるものを製作するとなると、
光学的にも電気的にも高い感度が要求されるために、複
雑な構成となるとともに高価なものとなってしまい、実
際上、工業用計器としては提供されているものの、家庭
用としては存在していない。 本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、そ
の目的とするところは簡単な構成で安価に製作できるも
のの、高い検出能力を備えて、家庭用として好適である
粉塵検出装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、粉塵検出部に光束を照射する発光
部と、粉塵検出部からの散乱光を受光する受光部とを備
えた粉塵検出装置において、楕円形反射面のように二つ
の焦点を備えるとともに一方の焦点位置に粉塵検出部
を、他方の焦点位置に受光部を位置させる反射面と、発
光部と一方の焦点との間に配されたレンズ及び一方の焦
点を通過した光束を発光部に向けて反射して発光部の発
光面に再結像させる凹面型の反射鏡からなり、粉塵検出
部である上記一方の焦点を通過する発光部の光束を他方
の焦点に向けない光束抑制手段と、粉塵検出部に気体を
導く導入部と、この気体を排出する排出部とを具備して
いることに主たる特徴を有し、そして上記導入部と排出
部とは粉塵検出部である一方の焦点をはさんで対向する
位置に設けられていることに第2の特徴を備え、更に上
記発光部の発光量を検出する光量検出手段を備えるとと
もに、この光量検出手段の出力に応じて発光部の発光量
を制御する制御手段を備えていることに第3の特徴を有
している。 [作用] 本発明によれば、粉塵検出部にある粒子が発光部から
の光束を散乱させる時、この散乱光は空間的に広く拡散
するが、この散乱光は反射面によって受光部側に集めら
れるために、感度のよい検出を行うことができるもので
あり、また散乱光以外の迷光が受光部に入ることが殆ど
ないために、S/Nの良い検出を行うことができる。 [実施例] 以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述すると、本
発明に係る粉塵検出装置は、第1図及び第2図に示すよ
うに、光束を粉塵検出部に向けて投射する発光部1と、
粉塵検出部で生じた散乱光を受光する受光部2と、二つ
の焦点f1,f2を有する楕円形の反射面3、発光部1と相
対して発光部3から投射された光束を発光部1に戻す反
射鏡4、気体を粉塵検出部に導入するための導入部5、
粉塵検出部に入った気体を排出するための排出部6とか
なるものとして形成されている。 そして、ここにおける反射面3は、中空の回転楕円体
を短軸面で分割した半球の内面とほぼ同じ形状のものと
なっており、赤外発光ダイオードからなる発光部1は回
転楕円体の短軸方向と平行であり且つ反射面3に近い方
の焦点f1を通る光束を投射するものとなっているとと
もに、受光部2は反射面3から遠い方の焦点f2位置に
反射面3を向くように配されたものとなっている。尚、
上記反射面3は、中空の回転楕円体の半球として形成さ
れた物の内面を反射効率の良い色つやに塗装すると、高
感度なものを得ることができる。 そして、上記発光部1から出た光束は、レンズ10によ
って上記焦点f1に集光し、更に焦点f1をはさんで発光
部1と対向する位置にあるとともに、焦点位置が上記焦
点f1にくるようにされた凹面型反射鏡4によって、発
光部1に光束が戻るとともに発光部1に再結像するよう
になっている。つまり、現実の問題としてはアライメン
ト誤差やレンズ10による反射などによって迷光を発生さ
せてしまうものの、理論的には発光部1と反射鏡4との
間で光が往復するのみとなっているわけであり、一般的
な光トラップなどと比較すれば、迷光の発生量は著しく
低い。 一方、導入部5と排出部6は、上記回転楕円体の短軸
方向において、上記焦点f1をはさんで対向する位置に
設けられており、排出部6が吸引ポンプ等に接続される
関係上、導入部5から入った気体は焦点f1を横切って
排出部6へと直進することになる。尚、この実施例で
は、発光部1が発する光束と、上記気体の流れとは、上
記楕円回転体の長軸方向と直交する面内において焦点f
1の位置で交差する。 さて、この粉塵検出装置においては、上記焦点f1
近が主たる粉塵検出部となっており、気体とともに流入
した煙粒子等の第1図中に点で示している微粒子が焦点
1付近に位置して、この位置で発光部1からの光束を
散乱させたならば、その一次散乱光は一部が直接受光部
2に入るとともに、大半が反射面3による反射を経て焦
点f2に位置している受光部2に入る。 また、焦点f1以外のところに位置する微粒子のなか
で、光束の通過路に位置するものは、散乱光の一部を直
接受光部2に入れるとともに、焦点f1を通過する一次
散乱光を反射面3を介して受光部2に入れる。 そして、光束の通過路以外に位置する煙粒子は、迷光
による一次散乱光の一部を受光部2に向かわせるととも
に、本来、受光部2に入るべき散乱光の遮蔽物となる
が、これらはいずれも変次減衰を伴うものとなっている
上に、排出部6に吸引ポンプ等が接続されて吸引がなさ
れているために、煙粒子が粉塵検出部以外に広がること
が殆どないこともあって、計測上有意ではない。 つまり、粉塵検出部にある微粒子による散乱光は、高
効率で受光部2に集められるものであり、また外乱とな
る光が受光部2に達することも殆どなく、従って粉塵検
出についての感度がきわめて良好となるともに、S/Nも
良好なものである。 反射鏡4とレンズ10の間隔を大きくして配置するとと
もに、反射鏡4及びレンズ10を十分長い筒体の奥に収納
することで、これらと煙粒子との直接的な接触を避ける
ならば、光学系感度の長期的な安定性を保持することが
できる。 反射面3は、第3図に示すように、完全な中空の回転
楕円体の内面として形成されたものであってもよく、第
4図に示すように、楕円筒体の内面として形成されたも
のであってもよい。更には第5図に示すように、多数個
の反射面30の組み合わせで全体として二つの焦点f1,f2
を備えた反射面3を構成するものであってもよい。 第6図に示すように、発光部1と導入部5とを同じと
ころに配置してもよい。この場合、外乱光が内部に侵入
することがなく、安定した計測が可能となる。また発光
部1と導入部5あるいは排出部6は、第7図に示すよう
に、反射面3以外の位置に配置してもよく、発光部1は
第8図に示すように、その投光方向が反射面3と受光部
2とを除く方向となる位置に配置してもよい。 第9図は外観の例を、第10図は発光部1の発光量の補
正を行うことができる電気回路の一例を示している。 上記電気回路について説明すると、図中11は、C1sin
ωtの正弦波を発生する発振回路であり、この正弦波は
アンプ12で電力増幅されて発光部1が発する光の光量を
正弦波的に変調する。 一方、受光部2の出力は、アンプ14で増幅された後、
バンドパスフィルター15によって直流分がカットされ
る。そして、上記発振回路11の発振出力の位相を変化さ
せたものと、上記バンドパスフィルター15の出力とが、
乗算器16において処理される。 すなわち、乗算器16に導かれる発振回路11の出力は、
位相器13においてC1sinωtからC1sin(ωt+β)に
変換されている。バンドパスフィルター15の出力のう
ち、基本波(ω/2π Hz)をC2sin(ωt+α)とする
と、乗算結果は 0.5C12{cos(β−α)−cos(2ωt+α+β)} すなわち同相成分についてのみ、0.5C12cos(β−
α)の直流成分を生じ、他の周波数成分については交番
信号となり、基本波は2倍の周波数となる。 従って乗算器16の出力を受けるローパスフィルター17
のコーナー周波数を2ω/2πが十分に減衰するように、
且つ上記バンドパスフィルター15の低域コーナー周波数
をも十分に減衰するように設定することによって、ω/2
πの基本波の受信信号のみを選択的に直流成分として取
り出すことができる。 そして、ここではローパスフィルター17からの出力レ
ベルを受けてコンパレータ18とスイッチング素子sw1,sw
2とによって発光部1の発光量を制御している。つま
り、発光部1の発光面やレンズ10が汚れておらず、所要
の光量が得られている時には、コンパレータ18への入力
レベルが所定レベルより高くなっているために、スイッ
チング素子SW2が閉じて、抵抗R2により発光電流が抑え
られており、従って発光量が抑制された状態にあるが、
発光部1の発光面やレンズ10が汚れるといった理由でコ
ンパレータ18出力が所定レベルより低くなれば、スイッ
チング素子SW1が閉じて抵抗R1によって設定された通常
の電流が発光部1に流れることになり、発光量の抑制が
解除される。従って、電気的外乱や汚れによる性能低下
が生じたとしても、これは補償されることになり、安定
した粉塵検出を行うことができる。 第11図及び第12図に示すように、反射鏡4を半透明と
するとともにこの反射鏡4の背後に第2受光部22を配置
して、半透明の反射鏡4を通過する光量を第2受光部22
で検出することで発光部1の発光量を常時監視し、そし
て第2受光部22の増幅器23を経た出力を、負帰還信号と
して光量制御回路24に入力して、第2受光部22で受光さ
れる光量が常に一定レベルにようになるように、光量制
御回路24が発光素子駆動回路25を通じて発光部1の発光
量を制御するようにしてもよい。
【発明の効果】
以上のように本発明においては、粉塵検出部に光束を
照射する発光部と、粉塵検出部からの散乱光を受光する
受光部とを備えた粉塵検出装置において、楕円形反射面
のように二つの焦点を備えるとともに一方の焦点位置に
粉塵検出部を、他方の焦点位置に受光部を位置させる反
射面と、発光部と一方の焦点との間に配されたレンズ及
び一方の焦点を通過した光束を発光部に向けて反射して
発光部の発光面に再結像させる凹面型の反射鏡からな
り、粉塵検出部である上記一方の焦点を通過する発光部
の光束を他方の焦点に向けない光束抑制手段と、粉塵検
出部に気体を導く導入部と、この気体を排出する排出部
とを具備していることから、粉塵検出部に位置する粒子
が発光部からの光束を散乱させる時、この散乱光は空間
的にいったん広く拡散するが、反射面によってその殆ど
が受光部に集められるために、感度のよい検出を行うこ
とができるものであり、また散乱光以外の迷光が受光部
に入ることが殆どないために、S/Nの良い検出を行うこ
とができるものであって、簡単な構成ながら、高感度な
粉塵検出を行うことができ、低レベルの煙濃度の検出が
要求される家庭用のものとして、満足な性能を発揮す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例の概略縦断面図、第2図は同上
の概略横断面図、第3図は同上の他例の概略縦断面図、
第4図は更に他例の部分斜視図、第5図は同上の別の例
の概略縦断面図、第6図は更に別の例の部分断面図、第
7図〜第8図は夫々異なる例を示す概略縦断面図、第9
図は外観の一例を示す斜視図、第10図は電気回路の一例
を示す回路図、第11図は他の実施例の概略縦断面図、第
12図は同上の部分電気回路図であって、1は発光部、2
は受光部、3は反射面、4は反射鏡、5は導入部、6は
排出部、f1,f2は焦点を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥山 健二 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60−190835(JP,A) 特開 昭64−29736(JP,A) 特開 昭59−5398(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/61 G01N 15/00 - 15/14 G08B 17/107

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粉塵検出部に光束を照射する発光部と、粉
    塵検出部からの散乱光を受光する受光部とを備えた粉塵
    検出装置において、楕円形反射面のように二つの焦点を
    備えるとともに一方の焦点位置に粉塵検出部を、他方の
    焦点位置に受光部を位置させる反射面と、発光部と一方
    の焦点との間に配されたレンズ及び一方の焦点を通過し
    た光束を発光部に向けて反射して発光部の発光面に再結
    像させる凹面型の反射鏡からなり、粉塵検出部である上
    記一方の焦点を通過する発光部の光束を他方の焦点に向
    けない光束抑制手段と、粉塵検出部に気体を導く導入部
    と、この気体を排出する排出部とを具備していることを
    特徴とする粉塵検出装置。
  2. 【請求項2】導入部と排出部とは粉塵検出部である一方
    の焦点をはさんで対向する位置に設けられていることを
    特徴とする請求項1記載の粉塵検出装置。
  3. 【請求項3】発光部の発光量を検出する光量検出手段を
    備えるとともに、この光量検出手段の出力に応じて発光
    部の発光量を制御する制御手段を備えていることを特徴
    とする請求項1記載の粉塵検出装置。
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