JP3860635B2 - 煙粒子識別機能付き火災報知システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周囲の状態センサから受信した電気信号の不規則ノイズの抑制に関する。本発明は特に、煙または火災のような周囲状態を示す電気信号の不規則ノイズの変化を最小限に抑える装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
警報状態を検知するには多様なシステムが公知である。このようなシステムの一つの特定の形式は本件と同じ出願人に譲渡され、本明細書に参考文献として組入れられているタイス他に授与された米国特許明細書第4,９１6,４３２号に開示されている種類の煙または火災検知システムである。その親出願であるシリアルナンバー第０８／５２2,４９９号米国出願も本件と同じ出願人に譲渡され、本明細書に参考文献として組入れられている。
システムの単数または複数の検知器から入力を受信すると、システムと連結されている制御装置は一つ、またはそれ以上の関連する理由で火災状態が存在するか否かの判定を行うことができる。従来までこのような判定を行う目的で多様な技術が採用されてきた。
【０００３】
光電煙検知器または電離形煙検知器のような煙センサは周囲の煙の検知レベルを表示する出力を発するようにされたものである。それぞれの検知器内に進入することがある塵埃粒子や昆虫等の環境ノイズによって、煙の存在とは全く関連しないセンサからの出力信号の変化が生ずることがある。それぞれの検知器の感度が充分に高い場合は、このようなノイズ出力によって誤警報が発することがある。このような誤警報は望ましくない。
この問題を解決しようとする従来の試みは部分的にしか成功していない。装置内に昆虫が進入することを阻止するためにこれまでは検知器にスクリーンが使用された。誤警報状態が発生するにはより高い出力信号を必要とするように（また、真の警報状態を生ずるには更に高い出力信号を必要とするように）、所定の検知器の感度を低下させることが可能である。これは煙または火災が発生した場合に報知信号の発生を遅らせるので望ましい解決方法としては不充分である。あるいは、上記のような不規則な過渡的ノイズの作用を軽減する目的でアナログまたはディジタルの出力信号をある種の形式で濾波するか平滑化することも可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
それにも関わらず、検知器が可能な最高の感度で動作し、それにも関わらず過渡的なノイズに起因する誤警報を充分に免れるように不規則なノイズの作用を最小限にする改良形の装置と技術の必要性は継続している。このような装置と方法を複雑さとコストを大幅に増すことなく検知器に組入れることができることが好ましいであろう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
検知チャンバの信号は極めて小さいが輝度が極めて高い光ビームを通過する粒子の光散乱作用によって発生される。塵埃や綿屑のような煙ではない粒子は煙の粒子と比較して比較的まばらであり、比較的大きい。
本発明に従って光検知器は短い有効ビーム長と小さい直径のビームとを組合わせている。それによって従来の検知器の１０％の大きさのビーム検知容積が得られる。
【０００６】
【作用】
光散乱領域の容積が特に小さいことによって、また、粒子は常に動いているため、煙ではない粒子は通常は短期間だけしか小さい光散乱領域内に留まらず、従って過渡的な信号を発する。煙の粒子は大幅に小さく、光散乱容積内に大幅に多数に存在するので、比較的継続的な信号を発する。
上記のノイズ信号と煙により誘発される信号とを識別するためのベースとして上記の過渡的な信号の特性を利用することができる。ノイズ信号を煙信号から確実に識別することができるようになれば、誤警報を不要に増すことなくより高い感度レベルで検知器を動作させることが可能になる。このように感度が高い動作の結果、小規模の、遅く燃える火災をもより容易に検知することが可能になる。
【０００７】
周囲状態センサからの出力信号を処理するための装置はセンサの位置に、またはセンサとは離して配置することができる。この処理装置は検知される周囲状態とは関連がないノイズ・パルスを除去するものである。
一実施例では、過渡信号を継続的な煙信号と識別するために、離れて位置する制御パネル内のソフトウェアを使用することが可能である。このように構成された火災報知システムは煙ではない信号に誘発される誤警報を伴わずに極めて低いレベルの煙をも検知することができ、従ってこのようなシステムは上記のように構成されていないシステムよりも大幅に素早く火災を報知する。
加えて、塵埃に起因するノイズを除去する前に、ＤＣバイアス電流があればそれを除去することができる。最後に、塵埃に誘発されたノイズの作用を除去した後、高周波ノイズを除去するために残された信号を更に処理することができる。
【０００８】
処理された信号は次に火災解析にかけられる。これは更に火災を判定するために一つまたは複数のしきい値と比較されることができる。
塵埃による歪みを除去するための処理はセンサからの現在の出力値を以前の出力値と比較し、その間の最小値を選択することによって実行できる。この装置は以前の２つの値を記憶する記憶域を組込むことができ、現在の出力値を以前の２つの値、および選択された３つの値のうちの最小値と比較することができる。
現在の出力値を定格の予測出力値と比較することによって補足的な処理を行うことができる。現在の値が定格予測出力値を超えた場合は、現在の出力値と以前の一つまたは複数の値とのうちの最小値が選択される。現在の出力値が定格予測値未満である場合は、現在の出力値と以前の一つまたは複数の値とのうちの最大値が選択される。
【０００９】
本発明に従った処理方法は次のステップを含んでいる。すなわち、
(a) 周囲状態の現在値を検知し、それを表示する信号を発生するステップ
(b) 信号内にＤＣバイアス電流があればこれを除去するステップ
(c) 塵埃に誘発されたひずみを除去するステップ
(d) 信号内に高周波ノイズがあればこれを除去するステップ
(e) 火災状態があればこれを判定するように信号を処理するステップ
である。
【００１０】
【実施例】
本明細書の一部として本発明の詳細を全てかつ完全に開示した本発明の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付図面から本発明の多くの他の利点と特徴が明らかにされよう。
本発明には多くの異なる形式が可能であるが、本明細書の開示内容が本発明の原理を説明するためのものであり、本発明を開示した特定の実施例に限定するものではないという理解の下で、ここではその詳細な特定の実施例を説明することにする。
図１は本発明に従ったシステム１０の構成図を示している。このシステム１０はプログラム可能なプロセッサ１４と記憶装置１６とを搭載して実施できる制御装置１２を含んでいる。読取り専用記憶装置、読取り／書込み記憶装置または電気的にプログラム可能な読取り専用記憶装置を使用して実施できる記憶装置１６は、制御プログラムと、プロセッサ１４が使用するデータ記憶領域の双方を含むことができる。
【００１１】
制御装置１２は双方向の通信リンク２０によって全般的に参照符号２２で示した周囲状態センサ（単数または複数）と連結することができる。センサ２２ａ、２２ｂ−２２ｎのような複数個のセンサは隣接領域での特定の周囲状態を検知するようにされている。
制御装置１２は更に複数の出力端子を備えている。出力は聴覚または視覚的な報知を起動するために利用できる。加えて、制御装置１２は煙の移動を制御するように建物内の通気または空調システムと連結することもできる。
代表的な種類の検知器には電離形または光電形の煙検知器が含まれる。本発明に従ったシステム１０には温度センサ並びにその他の種類の周囲状態センサを使用することも可能であろう。
【００１２】
図２はシステム１０とともに使用できる検知器２２ｉの構成図である。検知器２２ｉはセンサ素子３０を含んでいる。素子３０は煙、温度、赤外線放射等のような特殊な周囲状態を検知するようにされており、線３２上にそれを表す電気信号を発生する。
再度図２を参照すると、線３２上のセンサ３０からの出力は局部的検知制御素子４０と結合されている。制御素子４０はディジタルまたはアナログ回線のいずれによっても実施できよう。ディジタル形式の場合は、制御素子４０はハード配線された論理として実施できるか、またはプログラム式プロセッサを搭載することが可能である。制御素子４０は、インタフェース回線４２を経てシステムの制御装置１２と通信リンク２０を介した双方向通信を行うことができる。
【００１３】
以下に説明する本発明に従った方法は限定性を伴わずにシステム制御装置１２、または検知器の局部的制御素子４０のいずれにおいても実施することができよう。その実施態様はこれも限定されることなくハード配線回路またはプログラム式マイクロプロセッサのいずれも可能である。
図３は従来形の光電チャンバＰＡ−１４の断面図を示している。このチャンバは内部検知容積ＰＡ−１４を有するハウジングＰＡ−１２を含んでいる。
発光源ＰＡ−１６はハウジング内に装着され、光ビームＰＡ−１８を内部光検知領域ＰＡ−１４内に発するような方向に向けられている。図３に示すように、発光された光ビームＰＡ−１８はそれが領域ＰＡ−１４を横切るとほぼ円錐形に拡がった形状を呈する。光ビームＰＡ−１８はこれもハウジングＰＡ−１２上に実装された光吸収トラップの方向に向けられる。
【００１４】
ビームＰＡ−１８の軸からずらされて光電センサＰＡ−２０が備えてある。センサＰＡ−２０は容積ＰＡ−１４内の粒子状物質によって散乱したビームＰＡ−１８からの光線が前記センサに入射して、出力電気信号を発生するような向きに置かれている。
素子ＰＡ−２２およびＰＡ−２４はセンサＰＡ−２０に入射する光量を制限する。
チャンバＰＡ−１０の形状にとって有効光検知容積はπ（1.25tan 10)2/3=0. ６４立方インチ（１0.４９６立方センチ）である。
図４は本発明に従った２２ｉのような代表的な煙検知装置の煙検知チャンバ３０の横断面である。ハウジング３０は例えば３インチ（7.６２センチ）またはそれ未満の直径を有することができよう。例えば、２インチ半（１6.３５センチ）またはそれ未満の大きさの直径のハウジングを使用できよう。
【００１５】
レーザーまたはレーザー・ダイオードのような高輝度の可干渉光の光源３０−１はハウジングまたはチャンバ３０上に実装されている。光源は周期的間隔（数秒毎）に短い光パルスを発するようにパルス式にされている。
レンズ３０−２は光線を小さいが輝度が高い円筒形ビーム３０−３へと集束する。光ビーム３０−３はそれがチャンバの反対端で光トラップ３０−４に衝突するまで検知器のチャンバを通過し続ける。光トラップは光線のほとんどを吸収し、チャンバの中央領域から少量の光線を反射する。
光源３０−１は好適にレンズ３０−２と組合わせてπ(0.7tan4.5)20.7/3 =0. ００６７立方インチ（0.１０９９立方センチ）の有効ビームまたは光検知容積を有するビーム３０−３を発生する。このビーム容積の大きさは従来の検知器の１０％である。
【００１６】
従って、塵埃粒子はビーム３０−３の直径や容積と比較して大きい。光ビーム３０−３のサイズ並びに検知ビーム容積のサイズは周囲の塵埃粒子相互間の代表的な間隔よりも小さい。後述するように、このように縮小された容積によって検知器３０は煙の存在に起因すると誤解した塵埃に誘発された出力信号が発生される可能性が少なくなる。
図５および６は図４の検知器３０の概略図である。
煙の微粒子５は検知器チャンバ内の空気中の多くのポイントにあることが示されている。光ビームの中央領域内の煙の粒子６は光の一部を全角度で散乱させる。
フォトダイオードのような光センサ３０−７はレーザー・ダイオード３０−１からの光信号が通常は光センサに当たらないように光ビームの軸に対して角度を以て配置されている。しかし、光センサ３０−７は煙の粒子６によって散乱された光線の一部を検知し、光信号を電気信号に変換する。検知器内の電子回路は電気信号を制御パネルまたは制御装置１２へと伝送する。
【００１７】
ミリワット・レーザーＲＯＨＭモデルＮｏ．ＲＥＤ−７８ＭＡＴ１を検知器３０内の光源３０−１として使用することができる。レンズ３０−２は集束レンズである。
図６はハウジング内に煙粒子がないこと以外は図５と同一である。煙粒子の代わりにビーム直径と比較して比較的大きく、比較的まばらな塵埃粒子７が検知器チャンバの空気中の幾つかのポイントに存在することが図示されている。塵埃粒子は密度が低いので比較的小さい光ビーム内に入るのは稀である。その結果、塵埃粒子に誘発されたノイズは煙と識別することができる。
上記のような稀な位置に単一の塵埃粒子８が示され、大量の光線を散乱させており、その一部が光センサ３０−７によって検知される。塵埃粒子はチャンバ内に僅かな空気の流れがあるので常に動いている。この動きのために、塵埃粒子８は短期間しか光ビーム内には存在できない。
【００１８】
センサ３０−７は塵埃粒子用の過渡的信号を発生する。粒子８が光ビーム内にある時間は粒子の進行方向内のビーム幅を粒子の平均速度で除算した値に等しい。
公知のとおり、光源３０−１は数秒毎に短時間のパルスによって起動される。その結果、塵埃粒子によってセンサ３０−７が単一の出力ノイズ・パルスだけを発生する場合がよくある。
図７は塵埃粒子が内部の光ビームを通過する検知器３０からの線（単数または複数）３２上の出力電気信号を示している。これは多くのサンプルで単一の煙検知器から直接受信された未処理信号である。単数または複数の線３２上の信号はサンプリングされ、インタフェース４２およびリンク２０を経て制御装置１２へと伝送される。
【００１９】
線３６ａは警報しきい値信号レベルを示し、このレベルで通常は制御パネル１２が警報状態を表示する。
図７に更に示されているように、センサ３０はパルス３８ａ、３８ｂのようなパルスによって示された不規則ノイズを単数または複数の線３２上に発生する。図７では煙、火または温度のようないずれかの周囲状態とは関連しないこれらのパルスはセンサ３０がそれに応動する不規則ノイズが存在することを示している。
このようなノイズの代表的な発生源には塵埃、昆虫、センサ３０が応答する過渡的な電気的状態等が含まれる。パルス３８ａ−３８ｂは煙、熱または火のような検知されるべきなんらかの周囲状態とは関連していない。その結果、これらの信号は、処理されないと感度が高いシステムでは誤警報を発生することがある不都合な変化を表している。
【００２０】
背景の光線反射、部品の老化、およびその他の長期間での作用に起因するＤＣバイアスまたは大気透明値３６が存在する。加えて、比較的周波数が高い電気干渉により波形にノイズ３８ｃが存在する。
図３に示した種類のような従来形の検知器を徹底的に実験した結果、塵埃粒子が存在すると、このような検知器は煙の存在と誤解されることがある平滑な出力信号を発することがあることが判明している。これに対して、図４に示した種類の検知器は、同様の塵埃環境にさらしても塵埃の存在に応答して図７の信号３８Ａ、３８Ｂに相当する過渡的な出力信号しか発生しない。その理由は、塵埃粒子相互間の間隔が光ビーム３０−３のサイズと比較して大きいからである。
図８は処理済みの電気信号３６′を示している。信号３６′は図７の信号３６の処理済みの状態である。処理は制御パネル１２内で行うことができる。この処理はそれぞれの検知器内で局部的に行うこともできる。制御装置、またはパネル１２はマイクロプロセッサ１４と、図８に示した波形３６′を生ずる火災ではない信号を除去するためにセンサ３０から受信した信号波形を処理するための関連する制御プログラムとを含んでいる。
【００２１】
チャンバ内の光源３０−１は数秒毎に起動される。制御装置１２はなんらかの適切な割合で検知器のサンプリングを行う。
プロセッサ１４は先ず図７に３６として示されたＤＣバイアスまたは大気透明値を除去する。このバイアスは検知器のチャンバの表面に塵埃が集積してより多くの光線を反射し、光吸収量が低くなるような長期的な作用に起因するものである。上記の除去は各検知器毎に受信された波形のＤＣレベルをゆっくりと近似計算するために長期間（約１日）の稼働平均値を用いて実施できる。
各サンプルで長期稼働平均値の極めて僅かな比率だけ現在の目盛りの読みの方向に動かすことが許容される。同様のことが制約なく放射エネルギ・センサ、温度センサまたはその他の種類の周囲状態センサのような典型的なセンサからの出力にも当てはまる。
【００２２】
図７のパルス３８ａのような塵埃による過渡的信号の作用を除去するために第２の水準の処理方法を利用できる。一実施例では、現在の目盛りの読みが警報しきい値３６ａを超えている場合は、プロセッサ１４は煙センサの現在の読みを以前の読みと比較し、２つの読み値のうちの低い方を訂正された現在の読みとして受け入れる。それによってシステムは単一の大きいサンプル値を除去することができる。
この第２の水準の処理の更なる改良点は、以前の２つの読み値と現在の読み値とを比較し、そのうちで最も低い値を採用するものである。それによってめったに発生することがない２つの未処理の大きい塵埃パルスを除去することができる。
【００２３】
図７に３８ｃで示された周波数がより高いノイズを除去するために信号を平滑化するため第３の水準の処理方法を利用できる。このノイズの原因は、検知器内に導通、または放射される異質な電気信号、または検知器自体の電子機器から発生されるノイズによるものである。
各検知器の感度は低レベルの煙を考慮に入れて調整することができる。感度が高まると、信号の処理により自動的に平滑化の程度が増大する。平滑化が増すと無関係なノイズが除去されることにより検知に遅延が生じることがあるが、検知器はより高い感度レベルで動作することができる。従って、ゆっくりと燃える火災をより早く検知することができる。
受信される信号が減少すれば、平滑化の処理による平滑化の程度が低下する。感度が高まると、このような平滑化機能は遅延の代償を伴ってノイズの拒絶機能を高める。感度が低いと、警報の遅延時間を短縮するためにノイズの拒絶機能が低くなる。
【００２４】
上記の第３の水準の処理方法によって、受信される検知器信号が降下しているか、上昇しているかに応じて平滑化の程度も変化する。降下している場合は、平滑化の程度は減少し、平滑化された信号がより迅速に減衰する。それによって小さいノイズ・パルスへとより迅速に復帰し、ノイズが高い状態の間は全体の感度が低くなる傾向がある。
ディジタル・プロセッサ１４と組合わせた制御ソフトウェアは下記のとおりに検知器から受信された信号を処理する。
第１の水準：現在の読み値または時間またはサンプル数ｔでの検知器の出力値Ｖaと、長期の定数ＬＣ（ＬＣは0.００１のような極めて小さい数値である）とから長期稼働平均値ＶＡnを計算することによって検知器２２ｎの変動補償が達成される。
【００２５】
ＶＡnt＝ＬＣ＊Ｖnt＋（１−ＬＣ）＊ＶＡnt-1
微分、またはデルタ値ＶΔnt＝（Ｖnt−ＶＡnt）
第２の水準：ＶΔntをサンプル（ｔ−１）と（ｔ−２）での以前の検知器の読みと比較し、そのうちの最小値を選択する。
ＶΔnt＞（Ｖn −ＶＡn ）t-1 である場合はＶΔnt＝（Ｖn −ＶＡn ）t-1
ＶΔnt＞（Ｖn −ＶＡn ）t-2 である場合はＶΔnt＝（Ｖn −ＶＡn ）t-2
現在のデルタ読み値ＶΔntが予め設定された警報しきい値（ＡＣn ）未満である場合は、読みは再度その読みに変換される。それによって煙の存在を示すゆっくりと上昇する信号の遅延が防止される。
（Ｖn −ＶＡn ）＜（ＡＣn ）である場合は、ＶΔn ＝（Ｖnt−ＶＡn ）
第３の水準：平滑化を継続的に進捗させるために現在の感度選択Ｓn （１から９）に基づいて平滑化係数ＳＦn が設定される。例えば、Ｓn が１である場合はＳＦn ＝0.０４であり、Ｓn が９である場合はＳＦn ＝0.５０である。読みが下降している場合は、平滑化係数は最大値、例えば0.５０に設定される。Ｓn ＝１は最大感度である。
【００２６】
ＶΔn ≧ＶＳn である場合は、ＳＦn ＝0.０６＊Ｓn −0.０２であり、その他の場合はＳＦn ＝0.５である。
下記は感度レベルＳn の数値（１が最高感度、９が最低感度）と平滑化定数ＳＦn のリストである。ＳＦn として計算された平滑化定数＝0.０６＊Ｓn −0.０２である。
平滑化定数ＳＦn は以前に平滑化された値に（平滑化された値に１−ＳＦn を乗算した後）加算されるべき現在のサンプルの比率を特定するものである。従って、平滑化定数が小さくなるとより大きい平滑化定数の場合よりも平滑化の度合いが大きくなる。
【００２７】
各検知器毎の平滑化された信号値ＶＳn は各サンプルで平滑化係数ＳＦn に基づき、少ない比率のサンプル値をより大きい比率の以前の平滑化値に加算することによって計算される。
ＶＳnt＝ＳＦn ＊ＶΔnt＋（１−ＳＦn ）＊ＶＳnt-1
平滑化値ＶＳn が現在の感度レベルＳn に基づいて記憶された警報しきいレベルＡＣn を超えた場合は、システムによって警報状態が検知される。
ＶＳn ＞ＡＣn である場合は警報の設定、それ以外はルーチンの出口
必要ならば前警報状態を示すために複数のしきい値を用いることもできよう。
図８に示した処理プロセスは局部的制御素子４０またはシステムの制御装置１２のいずれによっても実行できる。図８に示したように、３８ａ、３８ｂのような個々のノイズ・パルスは既に殆どが除去されている。
【００２８】
第２の水準の処理プロセスでは、線３２上の現在のセンサ出力が事前のサンプル時間からの以前のセンサ出力と比較される。２つの値のうちの最小値が現在の出力値として選択される。従って、パルス３８ａ（図７）のような単一のノイズ・パルスは本発明に基づく処理方法によって完全に除去される。
第２の水準の処理プロセスは一つの形式では下記のように表すことができる。
出力Ｎ−１が出力Ｎ以上である場合は、出力Ｎ＝出力Ｎに設定する。
そうではない場合は出力Ｎ＝出力Ｎ−１とする。
このように、上記の処理方法を利用してノイズは実質的に除去される。しかし、煙、熱または火に対する応答度は大幅には低減されない。このような応答は遅延するが、サンプル間隔一つ、または２つ程度であるに過ぎない。この遅延が生じても、本発明の処理方法を利用することにより過渡的ノイズ状態が除去されるので、システム１０の各々の検知器の感度を大幅に高めることができる点において利点の方が勝っている。従って、過渡的ノイズに起因する誤警報の問題を最小限にするために検知器の感度を低くしなければならなかった従来技術の場合よりもシステムは高い感度に設定して動作できるので、システム１０はより迅速に火災状態に応答する。
【００２９】
第２の水準の処理プロセスは先ず、周囲状態が検知されず、ノイズがない場合は予測される事態である。現在値が定格値３６以上であることを想定して現在値と以前の値とのうちの最小値を選択することによって促進される。加えて、現在のセンサ値が定格値未満である場合には、現在のセンサ値と以前のセンサ値のうちの最大値を選択すれば、ノイズがない出力３６により負に向かうノイズ・センサは最小限になる。上記のステップによって正に向かうノイズ・パルスと負に向かうノイズ・パルスの双方が除去される。
本発明の方法の趣旨と範囲から離れることなく、第２の水準の処理プロセスにはその他の変化形が可能である。例えば、図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃはセンサ３０から一つまたは２つの以前の出力値を利用した第２の水準の処理プロセスを示している。
【００３０】
図９Ａはサンプル値が定格出力値３６から変化する際のサンプル数または間隔の関数として、線３２上のセンサ３０からのサンプル値を概略的に示したものである。領域５０では、煙が検知されることに応動して検知された煙のレベルが規則的に上昇している。
図９Ｂは図９Ａの信号の第２の水準の処理プロセスを示しており、この場合は現在の出力値と一つの以前の出力値のうちの最小値が選択されている。図９Ｂに示すように、領域５０に示すように煙が存在する場合は、この第２の水準の処理方法によって煙が検知されるべきであることを示す平滑化された出力が発生される。
本発明の方法の別の側面では、センサ３０からの現在の出力値を以前に検知され、記憶された２つの出力値と比較することができる。現在の出力値がしきい値３６を超えた場合は、現在の出力値、並びに以前の２つのサンプル値のなかの最小値が判定される。次に事前処理された出力の流れで現在の出力値の代わりに前記の最小値が用いられる。以前のサンプルのいずれかが定格出力しきい値３６未満である場合は、これらの値はあたかもゼロであるものとして扱われる。
【００３１】
センサ３０からの現在の出力値が定格出力値３６未満である場合は、現在の値が以前の２つの値と比較され、３つの値のうちの最大の値が現在の出力値であるものとみなされる。以前の出力値のいずれかが定格出力しきい値３６に等しいか、それよりも大きい場合は、その値（単数または複数）はゼロに設定される。以前の２つの値を利用することによって、図９Ｂに示したように単一の以前の値を用いる場合よりも大幅にノイズを削減できる。
図９Ｃは現在の出力値、並びに以前の２つの出力値のうちの最小値が選択される（現在の出力値が定格出力しきい値３６を超えた場合）図９Ａの第２レベルの処理を表したグラフである。図９Ａの場合の代わりに、この場合は現在の出力値と以前の２つの出力値のうちの最大値が選択される。（現在の出力値が定格しきい値３６未満に低下した場合）図９Ｃに示すように、図９Ａの不規則な、相関関係がないノイズ変化は、煙が存在する時間間隔５０内で処理済みの出力が大幅に遅延することなく、実質的にゼロまで低減される。必要ならば２つ以上の以前の値を用いることもできる。
【００３２】
正確なサンプル間隔の規定は本発明を限定するものではないことが理解されよう。使用されるセンサの種類、および周囲状態の予測変化率を考慮して適宜に密なサンプル間隔を選択できることが専門家には理解されよう。例示目的のみで、また限定性を伴わずに付言すれば、煙、熱または発火状態が検知される場合、５ないし６秒のサンプル間隔で充分に密であるものとみられる。
図１０は本発明に従った方法の流れ図を示している。
図１１は所与の検知器の感度を高めることに相関して、第３の水準の処理プロセスの平滑化の程度を高めることの作用を示したグラフである。ｙ軸に沿って作図された感度レベルの低下に応じたＸ軸に沿って作図された警報の遅延が秒単位で示されている。
【００３３】
図１１に示すように、感度を最高に設定すると平滑化の量が最大になるので６０秒程度の警報の遅延が生ずる。一方、感度を最低に設定すると、平滑化のレベルがより低い結果、僅か１２秒程度の警報の遅延しか生じない。
図１１のグラフは、検知器を最高の感度レベルで動作させると、警報状態が検知されるまでに遅延時間が付加されることを示している。一方、最高感度レベルで動作される検知器は誤警報を生じやすい。付加的な遅延によって誤警報の可能性が低くなる。
高い感度レベルで動作し、その後で前述のようにより高い平滑化レベルで処理される検知器は、ゆっくりと進展する火災、すなわちいぶり火災を検知する際に特に有用である。このような火災は類焼するまでには分、または時単位の時間がかかる場合が多い。このような場合は、図１１に示した４８秒、または６０秒の遅延は上記の火災を検知するのに必要な全体の時間の極めて僅かな一部であるに過ぎない場合が多い。
【００３４】
一方、急激に進展する火災は煙のレベルが急激に上昇するのでより低い感度レベルでも検知できることが多い。このような場合は、塵埃またはその他のノイズが後警報を誘発する可能性は少ない。このような環境では、図１１に示した短い１２秒と１８秒の遅延はこのような火災の発生をできるだけ迅速に報知するという必要性に合致している。
前述の説明から、本発明の趣旨と範囲を離れることなく多様な変化と修正が可能であることが明らかであろう。ここに説明した特定の装置に関して制約が伴わないことを理解されたい。勿論、添付の特許請求の範囲はそれに含まれる上記の修正の全てを包含することを意図したものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、不規則なノイズの作用を最小限にするように複数レベルの信号処理を行うことによって、検知器が可能な最高の感度で動作し、それにも関わらず過渡的なノイズに起因する誤警報を充分に免れることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って報知システムの構成図である。
【図２】図１の報知システムと共に使用できる検知器の構成図である。
【図３】従来形の光電検知器の断面図である。
【図４】本発明に従った光電検知器の断面図である。
【図５】煙の作用を示した図４に示した光電検知器の概略図である。
【図６】塵埃の作用を示した図６に示した検知器の図面である。
【図７】図７は検知されるべき周囲状態が存在しない場合の時間またはサンプル数の関数としての図５に示したような検知器の出力のグラフである。
【図８】図３に示した検知器から出力されるセンサ信号の処理プロセスを示したグラフである。
【図９】センサ信号出力およびその処理済みの変化を示したグラフである。
【図１０】本発明に従った方法の一実施例を示した流れ図である。
【図１１】所定の検知器の感度の増大の作用により、第３の段階の処理プロセスの平滑化の程度が高まることの効果を示したグラフ。
【符号の説明】
５ 煙粒子
６ 煙粒子
８ 塵埃粒子
１０ 報知システム
１２ 制御装置
１４ プログラム式プロセッサ
１６ 記憶装置
２０ 通信リンク
２２ センサ
３０ センサ素子
３２ 線
３６ 信号
３６′ 処理済み信号
３６ａ 警報しきい値
３８ａ、ｂ ノイズ・パルス
３８ｃ、ｄ 高周波数ノイズ
４０ 制御素子
４２ インタフェース回線
ＰＡ−１０ 光電チャンバ
ＰＡ−１２ ハウジング
ＰＡ−１４ 検知容積
ＰＡ−１６ 光源
ＰＡ−１８ 光ビーム
ＰＡ−２０ センサ
ＰＡ−２２ 光量制限素子
ＰＡ−２４ 光量制限素子
３０−１ 光源
３０−２ レンズ
３０−３ 光ビーム
３０−４ 光トラップ
３０−７ 光センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、周囲の状態センサから受信した電気信号の不規則ノイズの抑制に関する。本発明は特に、煙または火災のような周囲状態を示す電気信号の不規則ノイズの変化を最小限に抑える装置と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
警報状態を検知するには多様なシステムが公知である。このようなシステムの一つの特定の形式は本件と同じ出願人に譲渡され、本明細書に参考文献として組入れられているタイス他に授与された米国特許明細書第4,９１6,４３２号に開示されている種類の煙または火災検知システムである。その親出願であるシリアルナンバー第０８／５２2,４９９号米国出願も本件と同じ出願人に譲渡され、本明細書に参考文献として組入れられている。
システムの単数または複数の検知器から入力を受信すると、システムと連結されている制御装置は一つ、またはそれ以上の関連する理由で火災状態が存在するか否かの判定を行うことができる。従来までこのような判定を行う目的で多様な技術が採用されてきた。
【０００３】
光電煙検知器または電離形煙検知器のような煙センサは周囲の煙の検知レベルを表示する出力を発するようにされたものである。それぞれの検知器内に進入することがある塵埃粒子や昆虫等の環境ノイズによって、煙の存在とは全く関連しないセンサからの出力信号の変化が生ずることがある。それぞれの検知器の感度が充分に高い場合は、このようなノイズ出力によって誤警報が発することがある。このような誤警報は望ましくない。
この問題を解決しようとする従来の試みは部分的にしか成功していない。装置内に昆虫が進入することを阻止するためにこれまでは検知器にスクリーンが使用された。誤警報状態が発生するにはより高い出力信号を必要とするように（また、真の警報状態を生ずるには更に高い出力信号を必要とするように）、所定の検知器の感度を低下させることが可能である。これは煙または火災が発生した場合に報知信号の発生を遅らせるので望ましい解決方法としては不充分である。あるいは、上記のような不規則な過渡的ノイズの作用を軽減する目的でアナログまたはディジタルの出力信号をある種の形式で濾波するか平滑化することも可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
それにも関わらず、検知器が可能な最高の感度で動作し、それにも関わらず過渡的なノイズに起因する誤警報を充分に免れるように不規則なノイズの作用を最小限にする改良形の装置と技術の必要性は継続している。このような装置と方法を複雑さとコストを大幅に増すことなく検知器に組入れることができることが好ましいであろう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
検知チャンバの信号は極めて小さいが輝度が極めて高い光ビームを通過する粒子の光散乱作用によって発生される。塵埃や綿屑のような煙ではない粒子は煙の粒子と比較して比較的まばらであり、比較的大きい。
本発明に従って光検知器は短い有効ビーム長と小さい直径のビームとを組合わせている。それによって従来の検知器の１０％の大きさのビーム検知容積が得られる。
【０００６】
【作用】
光散乱領域の容積が特に小さいことによって、また、粒子は常に動いているため、煙ではない粒子は通常は短期間だけしか小さい光散乱領域内に留まらず、従って過渡的な信号を発する。煙の粒子は大幅に小さく、光散乱容積内に大幅に多数に存在するので、比較的継続的な信号を発する。
上記のノイズ信号と煙により誘発される信号とを識別するためのベースとして上記の過渡的な信号の特性を利用することができる。ノイズ信号を煙信号から確実に識別することができるようになれば、誤警報を不要に増すことなくより高い感度レベルで検知器を動作させることが可能になる。このように感度が高い動作の結果、小規模の、遅く燃える火災をもより容易に検知することが可能になる。
【０００７】
周囲状態センサからの出力信号を処理するための装置はセンサの位置に、またはセンサとは離して配置することができる。この処理装置は検知される周囲状態とは関連がないノイズ・パルスを除去するものである。
一実施例では、過渡信号を継続的な煙信号と識別するために、離れて位置する制御パネル内のソフトウェアを使用することが可能である。このように構成された火災報知システムは煙ではない信号に誘発される誤警報を伴わずに極めて低いレベルの煙をも検知することができ、従ってこのようなシステムは上記のように構成されていないシステムよりも大幅に素早く火災を報知する。
加えて、塵埃に起因するノイズを除去する前に、ＤＣバイアス電流があればそれを除去することができる。最後に、塵埃に誘発されたノイズの作用を除去した後、高周波ノイズを除去するために残された信号を更に処理することができる。
【０００８】
処理された信号は次に火災解析にかけられる。これは更に火災を判定するために一つまたは複数のしきい値と比較されることができる。
塵埃による歪みを除去するための処理はセンサからの現在の出力値を以前の出力値と比較し、その間の最小値を選択することによって実行できる。この装置は以前の２つの値を記憶する記憶域を組込むことができ、現在の出力値を以前の２つの値、および選択された３つの値のうちの最小値と比較することができる。
現在の出力値を定格の予測出力値と比較することによって補足的な処理を行うことができる。現在の値が定格予測出力値を超えた場合は、現在の出力値と以前の一つまたは複数の値とのうちの最小値が選択される。現在の出力値が定格予測値未満である場合は、現在の出力値と以前の一つまたは複数の値とのうちの最大値が選択される。
【０００９】
本発明に従った処理方法は次のステップを含んでいる。すなわち、
(a) 周囲状態の現在値を検知し、それを表示する信号を発生するステップ
(b) 信号内にＤＣバイアス電流があればこれを除去するステップ
(c) 塵埃に誘発されたひずみを除去するステップ
(d) 信号内に高周波ノイズがあればこれを除去するステップ
(e) 火災状態があればこれを判定するように信号を処理するステップ
である。
【００１０】
【実施例】
本明細書の一部として本発明の詳細を全てかつ完全に開示した本発明の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付図面から本発明の多くの他の利点と特徴が明らかにされよう。
本発明には多くの異なる形式が可能であるが、本明細書の開示内容が本発明の原理を説明するためのものであり、本発明を開示した特定の実施例に限定するものではないという理解の下で、ここではその詳細な特定の実施例を説明することにする。
図１は本発明に従ったシステム１０の構成図を示している。このシステム１０はプログラム可能なプロセッサ１４と記憶装置１６とを搭載して実施できる制御装置１２を含んでいる。読取り専用記憶装置、読取り／書込み記憶装置または電気的にプログラム可能な読取り専用記憶装置を使用して実施できる記憶装置１６は、制御プログラムと、プロセッサ１４が使用するデータ記憶領域の双方を含むことができる。
【００１１】
制御装置１２は双方向の通信リンク２０によって全般的に参照符号２２で示した周囲状態センサ（単数または複数）と連結することができる。センサ２２ａ、２２ｂ−２２ｎのような複数個のセンサは隣接領域での特定の周囲状態を検知するようにされている。
制御装置１２は更に複数の出力端子を備えている。出力は聴覚または視覚的な報知を起動するために利用できる。加えて、制御装置１２は煙の移動を制御するように建物内の通気または空調システムと連結することもできる。
代表的な種類の検知器には電離形または光電形の煙検知器が含まれる。本発明に従ったシステム１０には温度センサ並びにその他の種類の周囲状態センサを使用することも可能であろう。
【００１２】
図２はシステム１０とともに使用できる検知器２２ｉの構成図である。検知器２２ｉはセンサ素子３０を含んでいる。素子３０は煙、温度、赤外線放射等のような特殊な周囲状態を検知するようにされており、線３２上にそれを表す電気信号を発生する。
再度図２を参照すると、線３２上のセンサ３０からの出力は局部的検知制御素子４０と結合されている。制御素子４０はディジタルまたはアナログ回線のいずれによっても実施できよう。ディジタル形式の場合は、制御素子４０はハード配線された論理として実施できるか、またはプログラム式プロセッサを搭載することが可能である。制御素子４０は、インタフェース回線４２を経てシステムの制御装置１２と通信リンク２０を介した双方向通信を行うことができる。
【００１３】
以下に説明する本発明に従った方法は限定性を伴わずにシステム制御装置１２、または検知器の局部的制御素子４０のいずれにおいても実施することができよう。その実施態様はこれも限定されることなくハード配線回路またはプログラム式マイクロプロセッサのいずれも可能である。
図３は従来形の光電チャンバＰＡ−１４の断面図を示している。このチャンバは内部検知容積ＰＡ−１４を有するハウジングＰＡ−１２を含んでいる。
発光源ＰＡ−１６はハウジング内に装着され、光ビームＰＡ−１８を内部光検知領域ＰＡ−１４内に発するような方向に向けられている。図３に示すように、発光された光ビームＰＡ−１８はそれが領域ＰＡ−１４を横切るとほぼ円錐形に拡がった形状を呈する。光ビームＰＡ−１８はこれもハウジングＰＡ−１２上に実装された光吸収トラップの方向に向けられる。
【００１４】
ビームＰＡ−１８の軸からずらされて光電センサＰＡ−２０が備えてある。センサＰＡ−２０は容積ＰＡ−１４内の粒子状物質によって散乱したビームＰＡ−１８からの光線が前記センサに入射して、出力電気信号を発生するような向きに置かれている。
素子ＰＡ−２２およびＰＡ−２４はセンサＰＡ−２０に入射する光量を制限する。
チャンバＰＡ−１０の形状にとって有効光検知容積はπ（1.25tan 10)2/3=0. ６４立方インチ（１0.４９６立方センチ）である。
図４は本発明に従った２２ｉのような代表的な煙検知装置の煙検知チャンバ３０の横断面である。ハウジング３０は例えば３インチ（7.６２センチ）またはそれ未満の直径を有することができよう。例えば、２インチ半（１6.３５センチ）またはそれ未満の大きさの直径のハウジングを使用できよう。
【００１５】
レーザーまたはレーザー・ダイオードのような高輝度の可干渉光の光源３０−１はハウジングまたはチャンバ３０上に実装されている。光源は周期的間隔（数秒毎）に短い光パルスを発するようにパルス式にされている。
レンズ３０−２は光線を小さいが輝度が高い円筒形ビーム３０−３へと集束する。光ビーム３０−３はそれがチャンバの反対端で光トラップ３０−４に衝突するまで検知器のチャンバを通過し続ける。光トラップは光線のほとんどを吸収し、チャンバの中央領域から少量の光線を反射する。
光源３０−１は好適にレンズ３０−２と組合わせてπ(0.7tan4.5)20.7/3 =0. ００６７立方インチ（0.１０９９立方センチ）の有効ビームまたは光検知容積を有するビーム３０−３を発生する。このビーム容積の大きさは従来の検知器の１０％である。
【００１６】
従って、塵埃粒子はビーム３０−３の直径や容積と比較して大きい。光ビーム３０−３のサイズ並びに検知ビーム容積のサイズは周囲の塵埃粒子相互間の代表的な間隔よりも小さい。後述するように、このように縮小された容積によって検知器３０は煙の存在に起因すると誤解した塵埃に誘発された出力信号が発生される可能性が少なくなる。
図５および６は図４の検知器３０の概略図である。
煙の微粒子５は検知器チャンバ内の空気中の多くのポイントにあることが示されている。光ビームの中央領域内の煙の粒子６は光の一部を全角度で散乱させる。
フォトダイオードのような光センサ３０−７はレーザー・ダイオード３０−１からの光信号が通常は光センサに当たらないように光ビームの軸に対して角度を以て配置されている。しかし、光センサ３０−７は煙の粒子６によって散乱された光線の一部を検知し、光信号を電気信号に変換する。検知器内の電子回路は電気信号を制御パネルまたは制御装置１２へと伝送する。
【００１７】
ミリワット・レーザーＲＯＨＭモデルＮｏ．ＲＥＤ−７８ＭＡＴ１を検知器３０内の光源３０−１として使用することができる。レンズ３０−２は集束レンズである。
図６はハウジング内に煙粒子がないこと以外は図５と同一である。煙粒子の代わりにビーム直径と比較して比較的大きく、比較的まばらな塵埃粒子７が検知器チャンバの空気中の幾つかのポイントに存在することが図示されている。塵埃粒子は密度が低いので比較的小さい光ビーム内に入るのは稀である。その結果、塵埃粒子に誘発されたノイズは煙と識別することができる。
上記のような稀な位置に単一の塵埃粒子８が示され、大量の光線を散乱させており、その一部が光センサ３０−７によって検知される。塵埃粒子はチャンバ内に僅かな空気の流れがあるので常に動いている。この動きのために、塵埃粒子８は短期間しか光ビーム内には存在できない。
【００１８】
センサ３０−７は塵埃粒子用の過渡的信号を発生する。粒子８が光ビーム内にある時間は粒子の進行方向内のビーム幅を粒子の平均速度で除算した値に等しい。
公知のとおり、光源３０−１は数秒毎に短時間のパルスによって起動される。その結果、塵埃粒子によってセンサ３０−７が単一の出力ノイズ・パルスだけを発生する場合がよくある。
図７は塵埃粒子が内部の光ビームを通過する検知器３０からの線（単数または複数）３２上の出力電気信号を示している。これは多くのサンプルで単一の煙検知器から直接受信された未処理信号である。単数または複数の線３２上の信号はサンプリングされ、インタフェース４２およびリンク２０を経て制御装置１２へと伝送される。
【００１９】
線３６ａは警報しきい値信号レベルを示し、このレベルで通常は制御パネル１２が警報状態を表示する。
図７に更に示されているように、センサ３０はパルス３８ａ、３８ｂのようなパルスによって示された不規則ノイズを単数または複数の線３２上に発生する。図７では煙、火または温度のようないずれかの周囲状態とは関連しないこれらのパルスはセンサ３０がそれに応動する不規則ノイズが存在することを示している。
このようなノイズの代表的な発生源には塵埃、昆虫、センサ３０が応答する過渡的な電気的状態等が含まれる。パルス３８ａ−３８ｂは煙、熱または火のような検知されるべきなんらかの周囲状態とは関連していない。その結果、これらの信号は、処理されないと感度が高いシステムでは誤警報を発生することがある不都合な変化を表している。
【００２０】
背景の光線反射、部品の老化、およびその他の長期間での作用に起因するＤＣバイアスまたは大気透明値３６が存在する。加えて、比較的周波数が高い電気干渉により波形にノイズ３８ｃが存在する。
図３に示した種類のような従来形の検知器を徹底的に実験した結果、塵埃粒子が存在すると、このような検知器は煙の存在と誤解されることがある平滑な出力信号を発することがあることが判明している。これに対して、図４に示した種類の検知器は、同様の塵埃環境にさらしても塵埃の存在に応答して図７の信号３８Ａ、３８Ｂに相当する過渡的な出力信号しか発生しない。その理由は、塵埃粒子相互間の間隔が光ビーム３０−３のサイズと比較して大きいからである。
図８は処理済みの電気信号３６′を示している。信号３６′は図７の信号３６の処理済みの状態である。処理は制御パネル１２内で行うことができる。この処理はそれぞれの検知器内で局部的に行うこともできる。制御装置、またはパネル１２はマイクロプロセッサ１４と、図８に示した波形３６′を生ずる火災ではない信号を除去するためにセンサ３０から受信した信号波形を処理するための関連する制御プログラムとを含んでいる。
【００２１】
チャンバ内の光源３０−１は数秒毎に起動される。制御装置１２はなんらかの適切な割合で検知器のサンプリングを行う。
プロセッサ１４は先ず図７に３６として示されたＤＣバイアスまたは大気透明値を除去する。このバイアスは検知器のチャンバの表面に塵埃が集積してより多くの光線を反射し、光吸収量が低くなるような長期的な作用に起因するものである。上記の除去は各検知器毎に受信された波形のＤＣレベルをゆっくりと近似計算するために長期間（約１日）の稼働平均値を用いて実施できる。
各サンプルで長期稼働平均値の極めて僅かな比率だけ現在の目盛りの読みの方向に動かすことが許容される。同様のことが制約なく放射エネルギ・センサ、温度センサまたはその他の種類の周囲状態センサのような典型的なセンサからの出力にも当てはまる。
【００２２】
図７のパルス３８ａのような塵埃による過渡的信号の作用を除去するために第２の水準の処理方法を利用できる。一実施例では、現在の目盛りの読みが警報しきい値３６ａを超えている場合は、プロセッサ１４は煙センサの現在の読みを以前の読みと比較し、２つの読み値のうちの低い方を訂正された現在の読みとして受け入れる。それによってシステムは単一の大きいサンプル値を除去することができる。
この第２の水準の処理の更なる改良点は、以前の２つの読み値と現在の読み値とを比較し、そのうちで最も低い値を採用するものである。それによってめったに発生することがない２つの未処理の大きい塵埃パルスを除去することができる。
【００２３】
図７に３８ｃで示された周波数がより高いノイズを除去するために信号を平滑化するため第３の水準の処理方法を利用できる。このノイズの原因は、検知器内に導通、または放射される異質な電気信号、または検知器自体の電子機器から発生されるノイズによるものである。
各検知器の感度は低レベルの煙を考慮に入れて調整することができる。感度が高まると、信号の処理により自動的に平滑化の程度が増大する。平滑化が増すと無関係なノイズが除去されることにより検知に遅延が生じることがあるが、検知器はより高い感度レベルで動作することができる。従って、ゆっくりと燃える火災をより早く検知することができる。
受信される信号が減少すれば、平滑化の処理による平滑化の程度が低下する。感度が高まると、このような平滑化機能は遅延の代償を伴ってノイズの拒絶機能を高める。感度が低いと、警報の遅延時間を短縮するためにノイズの拒絶機能が低くなる。
【００２４】
上記の第３の水準の処理方法によって、受信される検知器信号が降下しているか、上昇しているかに応じて平滑化の程度も変化する。降下している場合は、平滑化の程度は減少し、平滑化された信号がより迅速に減衰する。それによって小さいノイズ・パルスへとより迅速に復帰し、ノイズが高い状態の間は全体の感度が低くなる傾向がある。
ディジタル・プロセッサ１４と組合わせた制御ソフトウェアは下記のとおりに検知器から受信された信号を処理する。
第１の水準：現在の読み値または時間またはサンプル数ｔでの検知器の出力値Ｖaと、長期の定数ＬＣ（ＬＣは0.００１のような極めて小さい数値である）とから長期稼働平均値ＶＡnを計算することによって検知器２２ｎの変動補償が達成される。
【００２５】
ＶＡnt＝ＬＣ＊Ｖnt＋（１−ＬＣ）＊ＶＡnt-1
微分、またはデルタ値ＶΔnt＝（Ｖnt−ＶＡnt）
第２の水準：ＶΔntをサンプル（ｔ−１）と（ｔ−２）での以前の検知器の読みと比較し、そのうちの最小値を選択する。
ＶΔnt＞（Ｖn −ＶＡn ）t-1 である場合はＶΔnt＝（Ｖn −ＶＡn ）t-1
ＶΔnt＞（Ｖn −ＶＡn ）t-2 である場合はＶΔnt＝（Ｖn −ＶＡn ）t-2
現在のデルタ読み値ＶΔntが予め設定された警報しきい値（ＡＣn ）未満である場合は、読みは再度その読みに変換される。それによって煙の存在を示すゆっくりと上昇する信号の遅延が防止される。
（Ｖn −ＶＡn ）＜（ＡＣn ）である場合は、ＶΔn ＝（Ｖnt−ＶＡn ）
第３の水準：平滑化を継続的に進捗させるために現在の感度選択Ｓn （１から９）に基づいて平滑化係数ＳＦn が設定される。例えば、Ｓn が１である場合はＳＦn ＝0.０４であり、Ｓn が９である場合はＳＦn ＝0.５０である。読みが下降している場合は、平滑化係数は最大値、例えば0.５０に設定される。Ｓn ＝１は最大感度である。
【００２６】
ＶΔn ≧ＶＳn である場合は、ＳＦn ＝0.０６＊Ｓn −0.０２であり、その他の場合はＳＦn ＝0.５である。
下記は感度レベルＳn の数値（１が最高感度、９が最低感度）と平滑化定数ＳＦn のリストである。ＳＦn として計算された平滑化定数＝0.０６＊Ｓn −0.０２である。
【００２７】
各検知器毎の平滑化された信号値ＶＳn は各サンプルで平滑化係数ＳＦn に基づき、少ない比率のサンプル値をより大きい比率の以前の平滑化値に加算することによって計算される。
ＶＳnt＝ＳＦn ＊ＶΔnt＋（１−ＳＦn ）＊ＶＳnt-1
平滑化値ＶＳn が現在の感度レベルＳn に基づいて記憶された警報しきいレベルＡＣn を超えた場合は、システムによって警報状態が検知される。
ＶＳn ＞ＡＣn である場合は警報の設定、それ以外はルーチンの出口
必要ならば前警報状態を示すために複数のしきい値を用いることもできよう。
図８に示した処理プロセスは局部的制御素子４０またはシステムの制御装置１２のいずれによっても実行できる。図８に示したように、３８ａ、３８ｂのような個々のノイズ・パルスは既に殆どが除去されている。
【００２８】
第２の水準の処理プロセスでは、線３２上の現在のセンサ出力が事前のサンプル時間からの以前のセンサ出力と比較される。２つの値のうちの最小値が現在の出力値として選択される。従って、パルス３８ａ（図７）のような単一のノイズ・パルスは本発明に基づく処理方法によって完全に除去される。
第２の水準の処理プロセスは一つの形式では下記のように表すことができる。
出力Ｎ−１が出力Ｎ以上である場合は、出力Ｎ＝出力Ｎに設定する。
そうではない場合は出力Ｎ＝出力Ｎ−１とする。
このように、上記の処理方法を利用してノイズは実質的に除去される。しかし、煙、熱または火に対する応答度は大幅には低減されない。このような応答は遅延するが、サンプル間隔一つ、または２つ程度であるに過ぎない。この遅延が生じても、本発明の処理方法を利用することにより過渡的ノイズ状態が除去されるので、システム１０の各々の検知器の感度を大幅に高めることができる点において利点の方が勝っている。従って、過渡的ノイズに起因する誤警報の問題を最小限にするために検知器の感度を低くしなければならなかった従来技術の場合よりもシステムは高い感度に設定して動作できるので、システム１０はより迅速に火災状態に応答する。
【００２９】
第２の水準の処理プロセスは先ず、周囲状態が検知されず、ノイズがない場合は予測される事態である。現在値が定格値３６以上であることを想定して現在値と以前の値とのうちの最小値を選択することによって促進される。加えて、現在のセンサ値が定格値未満である場合には、現在のセンサ値と以前のセンサ値のうちの最大値を選択すれば、ノイズがない出力３６により負に向かうノイズ・センサは最小限になる。上記のステップによって正に向かうノイズ・パルスと負に向かうノイズ・パルスの双方が除去される。
本発明の方法の趣旨と範囲から離れることなく、第２の水準の処理プロセスにはその他の変化形が可能である。例えば、図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃはセンサ３０から一つまたは２つの以前の出力値を利用した第２の水準の処理プロセスを示している。
【００３０】
図９Ａはサンプル値が定格出力値３６から変化する際のサンプル数または間隔の関数として、線３２上のセンサ３０からのサンプル値を概略的に示したものである。領域５０では、煙が検知されることに応動して検知された煙のレベルが規則的に上昇している。
図９Ｂは図９Ａの信号の第２の水準の処理プロセスを示しており、この場合は現在の出力値と一つの以前の出力値のうちの最小値が選択されている。図９Ｂに示すように、領域５０に示すように煙が存在する場合は、この第２の水準の処理方法によって煙が検知されるべきであることを示す平滑化された出力が発生される。
本発明の方法の別の側面では、センサ３０からの現在の出力値を以前に検知され、記憶された２つの出力値と比較することができる。現在の出力値がしきい値３６を超えた場合は、現在の出力値、並びに以前の２つのサンプル値のなかの最小値が判定される。次に事前処理された出力の流れで現在の出力値の代わりに前記の最小値が用いられる。以前のサンプルのいずれかが定格出力しきい値３６未満である場合は、これらの値はあたかもゼロであるものとして扱われる。
【００３１】
センサ３０からの現在の出力値が定格出力値３６未満である場合は、現在の値が以前の２つの値と比較され、３つの値のうちの最大の値が現在の出力値であるものとみなされる。以前の出力値のいずれかが定格出力しきい値３６に等しいか、それよりも大きい場合は、その値（単数または複数）はゼロに設定される。以前の２つの値を利用することによって、図９Ｂに示したように単一の以前の値を用いる場合よりも大幅にノイズを削減できる。
図９Ｃは現在の出力値、並びに以前の２つの出力値のうちの最小値が選択される（現在の出力値が定格出力しきい値３６を超えた場合）図９Ａの第２レベルの処理を表したグラフである。図９Ａの場合の代わりに、この場合は現在の出力値と以前の２つの出力値のうちの最大値が選択される。（現在の出力値が定格しきい値３６未満に低下した場合）図９Ｃに示すように、図９Ａの不規則な、相関関係がないノイズ変化は、煙が存在する時間間隔５０内で処理済みの出力が大幅に遅延することなく、実質的にゼロまで低減される。必要ならば２つ以上の以前の値を用いることもできる。
【００３２】
正確なサンプル間隔の規定は本発明を限定するものではないことが理解されよう。使用されるセンサの種類、および周囲状態の予測変化率を考慮して適宜に密なサンプル間隔を選択できることが専門家には理解されよう。例示目的のみで、また限定性を伴わずに付言すれば、煙、熱または発火状態が検知される場合、５ないし６秒のサンプル間隔で充分に密であるものとみられる。
図１０は本発明に従った方法の流れ図を示している。
図１１は所与の検知器の感度を高めることに相関して、第３の水準の処理プロセスの平滑化の程度を高めることの作用を示したグラフである。ｙ軸に沿って作図された感度レベルの低下に応じたＸ軸に沿って作図された警報の遅延が秒単位で示されている。
【００３３】
図１１に示すように、感度を最高に設定すると平滑化の量が最大になるので６０秒程度の警報の遅延が生ずる。一方、感度を最低に設定すると、平滑化のレベルがより低い結果、僅か１２秒程度の警報の遅延しか生じない。
図１１のグラフは、検知器を最高の感度レベルで動作させると、警報状態が検知されるまでに遅延時間が付加されることを示している。一方、最高感度レベルで動作される検知器は誤警報を生じやすい。付加的な遅延によって誤警報の可能性が低くなる。
高い感度レベルで動作し、その後で前述のようにより高い平滑化レベルで処理される検知器は、ゆっくりと進展する火災、すなわちいぶり火災を検知する際に特に有用である。このような火災は類焼するまでには分、または時単位の時間がかかる場合が多い。このような場合は、図１１に示した４８秒、または６０秒の遅延は上記の火災を検知するのに必要な全体の時間の極めて僅かな一部であるに過ぎない場合が多い。
【００３４】
一方、急激に進展する火災は煙のレベルが急激に上昇するのでより低い感度レベルでも検知できることが多い。このような場合は、塵埃またはその他のノイズが後警報を誘発する可能性は少ない。このような環境では、図１１に示した短い１２秒と１８秒の遅延はこのような火災の発生をできるだけ迅速に報知するという必要性に合致している。
前述の説明から、本発明の趣旨と範囲を離れることなく多様な変化と修正が可能であることが明らかであろう。ここに説明した特定の装置に関して制約が伴わないことを理解されたい。勿論、添付の特許請求の範囲はそれに含まれる上記の修正の全てを包含することを意図したものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、不規則なノイズの作用を最小限にするように複数レベルの信号処理を行うことによって、検知器が可能な最高の感度で動作し、それにも関わらず過渡的なノイズに起因する誤警報を充分に免れることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って報知システムの構成図である。
【図２】図１の報知システムと共に使用できる検知器の構成図である。
【図３】従来形の光電検知器の断面図である。
【図４】本発明に従った光電検知器の断面図である。
【図５】煙の作用を示した図４に示した光電検知器の概略図である。
【図６】塵埃の作用を示した図６に示した検知器の図面である。
【図７】図７は検知されるべき周囲状態が存在しない場合の時間またはサンプル数の関数としての図５に示したような検知器の出力のグラフである。
【図８】図３に示した検知器から出力されるセンサ信号の処理プロセスを示したグラフである。
【図９】センサ信号出力およびその処理済みの変化を示したグラフである。
【図１０】本発明に従った方法の一実施例を示した流れ図である。
【図１１】所定の検知器の感度の増大の作用により、第３の段階の処理プロセスの平滑化の程度が高まることの効果を示したグラフ。
【符号の説明】
５ 煙粒子
６ 煙粒子
８ 塵埃粒子
１０ 報知システム
１２ 制御装置
１４ プログラム式プロセッサ
１６ 記憶装置
２０ 通信リンク
２２ センサ
３０ センサ素子
３２ 線
３６ 信号
３６′ 処理済み信号
３６ａ 警報しきい値
３８ａ、ｂ ノイズ・パルス
３８ｃ、ｄ 高周波数ノイズ
４０ 制御素子
４２ インタフェース回線
ＰＡ−１０ 光電チャンバ
ＰＡ−１２ ハウジング
ＰＡ−１４ 検知容積
ＰＡ−１６ 光源
ＰＡ−１８ 光ビーム
ＰＡ−２０ センサ
ＰＡ−２２ 光量制限素子
ＰＡ−２４ 光量制限素子
３０−１ 光源
３０−２ レンズ
３０−３ 光ビーム
３０−４ 光トラップ
３０−７ 光センサ
Claims (10)
- 火災検知および報知システムにおいて、
ハウジングと、前記ハウジングに装着されたビーム発生源と、前記ハウジング内に投影される検知用の光ビームとを有し、検知器内の煙濃度の測定尺度である信号を伝送する少なくとも一個の光電煙検知器と、
前記煙検知器からの前記信号をサンプルして得られた時系列的サンプル値を受信し、且つ現在のサンプル値以前のサンプル値を前記光電煙検出器の読み値として記憶する記憶装置とコンピュータ部分と報知信号発信部分とを含む制御装置と、
前記制御装置の前記コンピュータ部分内に記憶されていることによって、現在のサンプル値が警報しきい値を越えている場合、現在のサンプル値を、現在のサンプル値以前の前記記憶されるサンプル値と比較し、より小さいサンプル値を選択して前記煙検知器からの信号を処理し、前記選択されたサンプル値が前記煙検知器内の煙粒子の前記警報しきい値を超えると前記報知信号発信部分を起動するが、前記煙検知器内の塵埃粒子によって発生される過渡的な信号が受信されても前記報知部分を起動しない制御プログラム、とから構成したことを特徴とする前記システム。 - 前記記憶装置が、現在のサンプル値よりも一つ前および２つ前のサンプル値を光電煙検出器の読み値として記憶し、前記煙検出器からの信号の処理が、現在のサンプル値を、前記記憶される１つ前および２つ前のサンプル値と比較し、現在のサンプル値、前記１つ前および２つ前のサンプル値のうちの最小サンプル値を選択することより行われる請求項１記載のシステム。
- 前記時系列的サンプル値を順次加重加算することにより、サンプル値の長期稼働平均値を求め、各サンプル値からこの長期稼働平均値を減算することにより得られたサンプル値を光電煙検出器の読み値として使用して、チャンバの表面上の塵埃、部品の老化、またはその他の極めて低い周波数変化に起因する長期間の変動を除去することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- より小さい比率の現在のサンプル値をより大きな比率の以前の平滑されたサンプル値に加算することによって、前記煙検知器から受信された信号が前記制御プログラムによって処理され、平滑化された現在のサンプル値へと変換されてノイズを除去することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- 前記ビームの前記発生源の近傍の前記ビームの経路内に位置する集束レンズと、前記ハウジングに装着されたセンサとを含み、前記ビーム発生源と前記センサとは互いに３インチ（7.６２ｃｍ）未満の間隔を隔ててあることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- 前記検知器の感度を並びに信号平滑化パラメータを確立するための制御回路を含み、前記平滑化パラメータは、平滑化された現在のサンプル値を得るために、以前の平滑化されたサンプル値に加算されるべき現在のサンプル値の比率を特定するものであり、前記検知器の感度がより高くなると、より小さい平滑化パラメータが使用され、前記検知器の前記感度が高まると、前記平滑化パラメータが平滑化のレベルが上がるように変更されることによって、前記検知器の塵埃によって誘発される煙表示を低減させることを特徴とする請求項１記載のシステム。
- 火災検知および報知システムにおいて、
内部容積を規定するハウジングと、前記内部容積内に投影される検知用光ビームの発生源とを有する少なくとも一つの光電煙検知器と、
前記煙検知器からの前記信号をサンプルして得られた時系列的信号を受信し、且つ現在のサンプル値以前の 2 つのサンプル値を前記光電煙検出器の読み値として記憶する記憶装置とコンピュータ部分と報知信号発信部分とを含む制御装置と、
前記制御装置の前記コンピュータ部分内に記憶されていることによって、現在のサンプル値が警報しきい値を超えている場合、現在のサンプル値を前記記憶装置に記憶されるサンプル値と比較し、最も小さいサンプル値を選択して、前記煙検知器からの信号を処理し、前記選択されたサンプル値が前記煙検知器内の煙粒子の前記警報しきい値を超えると前記報知信号発信部分を起動するが、前記煙検知器内の塵埃粒子によって発生される過渡的な信号が受信されても前記報知部分を起動しない制御プログラム、とから構成したことを特徴とする前記システム。 - 前記時系列的サンプル値を順次加重加算することにより、サンプル値の長期稼働平均値を求め、各サンプル値からこの長期稼働平均値を減算することにより得られたサンプル値を光電煙検出器の読み値として使用して、チャンバの表面上の塵埃、部品の老化、またはその他の極めて低い周波数変化に起因する長期間の変動を除去することを特徴とする請求項７記載のシステム。
- より小さい比率の現在のサンプル値をより大きい比率の以前の平滑化されたサンプル値に加算することによって、前記煙検知器から受信された信号が前記制御プログラムによって処理され、平滑化された現在のサンプル値へと変換されてノイズを除去することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
- 前記検出器に対するプログラム可能な複数の感度レベルが、それぞれの信号平滑化パラメータと伴に設定され、前記検出器に対する感度が高まると、前記平滑化パラメータに平滑化のレベルが上がるように変更されることによって、塵埃によって誘発される煙表示を低減させることを特徴とする請求項７記載のシステム。
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