JP4893397B2 - Fire detector - Google Patents
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Description
本発明は、火災感知器に関するものである。 The present invention relates to a fire detector.
従来から、火災時などに発生する煙を感知する火災感知器として、散乱光式煙感知器(例えば、特許文献1参照)や、減光式煙感知器(例えば、特許文献2参照)が知られている。ここにおいて、散乱光式煙感知器は、発光ダイオード素子よりなる投光素子から監視空間に照射された光の煙粒子による散乱光をフォトダイオードよりなる受光素子で受光するように構成されたものであり、監視空間に煙粒子が存在すれば散乱光が生じることによって受光素子での受光量が増大するから、受光素子での受光量の増加量に基づいて煙粒子の存否を検知できる。一方、減光式煙感知器は、投光素子から照射された光を受光素子により直接受光するように構成されたものであり、投光素子と受光素子との間の監視空間に煙粒子が存在すれば受光素子の受光量が減少するから、受光素子での受光量の減光量に基づいて煙粒子の存否を検知できる。
ところで、散乱光式煙感知器は、迷光対策としてラビリンス体を設ける必要があるので、空気の流れが少ない場合には、火災発生時に監視空間へ煙粒子が侵入するまでの時間が長くなり、応答性に問題があった。また、減光式煙感知器においては、火災が発生していないにもかかわらずバックグランド光の影響で発報してしまう(非火災報が発生してしまう)ことがあるという問題があった。また、分離型の減光式煙感知器は、投光素子と受光素子との光軸を高精度に軸合わせする必要があり、施工に手間がかかるという問題があった。 By the way, the scattered light type smoke detector needs to be equipped with a labyrinth body as a countermeasure against stray light, so when there is little air flow, the time until smoke particles enter the monitoring space in the event of a fire increases, and the response There was a problem with sex. In addition, there is a problem that the dimming smoke detector may generate a report due to the influence of background light (a non-fire report will be generated) even though no fire has occurred. . In addition, the separate-type dimming smoke detector needs to align the optical axes of the light projecting element and the light receiving element with high accuracy, and there is a problem that it takes a lot of work.
また、散乱光式煙感知器や減光式煙感知器では、監視空間に煙ではなく湯気が侵入した場合に、非火災報が発生してしまうことがあり、台所や浴室での使用には適していなかった。 In addition, non-fire reports may occur when scattered light type smoke detectors or dimming type smoke detectors enter the surveillance space, and steam may enter the monitor space. It was not suitable.
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、応答性に優れ且つ非火災報を低減可能な火災感知器を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said reason, The objective is to provide the fire detector which is excellent in responsiveness and can reduce a non-fire report.
請求項1の発明は、超音波を送波可能な音源部と、音源部を制御する制御部と、音源部から送波された超音波の音圧を検出する受波素子と、受波素子の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部とを備え、信号処理部は、受波素子の出力の基準値からの減衰量に基づいて音源部と受波素子との間の監視空間の煙濃度を推定する煙濃度推定手段と、煙濃度推定手段にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断する煙式判断手段とを有し、前記音源部は周波数の異なる複数種の超音波を送波可能であって、前記信号処理部は、前記監視空間に存在する浮遊粒子の種別および煙濃度に応じた前記音源部の出力周波数と前記受波素子の出力の基準値からの減衰量との関係データを記憶した記憶手段と、前記音源部から送波された各周波数の超音波ごとの前記受波素子の出力と記憶手段に記憶されている関係データとを用いて前記監視空間に浮遊している粒子の種別を推定する粒子種別推定手段とを有し、前記煙濃度推定手段は、粒子種別推定手段にて推定された粒子が煙粒子のときに特定周波数の超音波に対する前記受波素子の出力の基準値からの減衰量に基づいて前記監視空間の煙濃度を推定することを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、音源部から送波された超音波の音圧を検出する受波素子の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部を備え、信号処理部では、煙濃度推定手段において、受波素子の出力の基準値からの減衰量に基づいて音源部と受波素子との間の監視空間の煙濃度を推定し、煙式判断手段において、煙濃度推定手段にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断するので、散乱光式煙感知器や減光式煙感知器のような光電式煙感知器で問題となるバックグランド光の影響をなくすことができ、散乱光式煙感知器に必要なラビリンス体を不要とすることができて火災発生時に監視空間へ煙粒子が拡散しやすくなるから、散乱光式煙感知器に比べて応答性を向上でき、また、減光式煙感知器に比べて非火災報の低減が可能になる。 According to this invention, the signal processing unit that determines the presence or absence of a fire based on the output of the wave receiving element that detects the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit is provided. The smoke density in the monitoring space between the sound source unit and the wave receiving element is estimated based on the attenuation amount from the reference value of the output of the wave receiving element, and is estimated by the smoke density estimating means in the smoke type judging means. The background smoke, which is a problem with photoelectric smoke detectors such as scattered light smoke detectors and dimming smoke detectors, is judged by comparing the smoke concentration with a predetermined threshold. This makes it possible to eliminate the labyrinth required for the scattered light type smoke detector and makes it easier for smoke particles to diffuse into the surveillance space in the event of a fire. And can reduce non-fire alarms compared to a light-reducing smoke detector Possible to become.
また、この発明によれば、前記信号処理部では、粒子種別推定手段において、前記音源部から送波された各周波数の超音波ごとの受波素子の出力と記憶手段に記憶されている関係データとを用いて前記監視空間に浮遊している粒子の種別を推定し、粒子種別推定手段にて推定された粒子が煙粒子のときに、煙濃度推定手段において、特定周波数の超音波に対する前記受波素子の出力の基準値からの減衰量に基づいて監視空間の煙濃度を推定するので、粒子種別識別手段において監視空間に浮遊している粒子の種別を推定することで、例えば煙粒子と湯気とを識別可能となるから、散乱光式煙感知器および減光式煙感知器に比べて非火災報を低減することが可能となる。 Further, according to the present invention, in the signal processing unit, in the particle category estimation unit, the output storage means to the stored relationship data of wave receiving devices of each ultrasound of each frequency that is transmitting from the tone generator Is used to estimate the type of particles floating in the monitoring space, and when the particle estimated by the particle type estimation unit is a smoke particle, the smoke concentration estimation unit receives the ultrasonic wave having a specific frequency. Since the smoke concentration in the monitoring space is estimated based on the attenuation amount from the reference value of the output of the wave element, the particle type identifying means estimates the type of particles floating in the monitoring space, for example, smoke particles and steam. Therefore, it is possible to reduce non-fire information as compared with the scattered light smoke detector and the dimming smoke detector.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記記憶手段は、前記関係データとして前記音源部の出力周波数と前記受波素子の出力の基準値からの減衰量を基準値で除した減衰率との関係データを記憶していることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the storage means is an attenuation obtained by dividing an attenuation amount from the reference value of the output frequency of the sound source unit and the output of the receiving element by the reference value as the relation data. It stores the relationship data with the rate.
この発明によれば、前記音源部の出力周波数に応じて前記受波素子の出力の基準値が変動する場合でも、前記音源部の出力周波数と基準値の変動の影響が除去された減衰率との関係データを用いることにより、基準値の変動の影響を受けずに前記監視空間に浮遊している粒子の種別を推定することができる。 According to the present invention, even when the reference value of the output of the receiving element varies according to the output frequency of the sound source unit, the attenuation rate from which the influence of the variation of the output frequency of the sound source unit and the reference value is removed, and By using the relationship data, it is possible to estimate the type of particles floating in the monitoring space without being affected by the fluctuation of the reference value.
請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記音源部は前記複数種の超音波を送波可能な単一の音波発生素子からなり、前記制御部は音波発生素子から複数種の超音波が順次送波されるように前記音源部を制御することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the sound source unit includes a single sound wave generating element capable of transmitting the plurality of types of ultrasonic waves, and the control unit includes a sound wave generating element. The sound source unit is controlled so that a plurality of types of ultrasonic waves are sequentially transmitted.
この発明によれば、各種の超音波を送波可能な音波発生素子を複数備える場合に比べて、前記音源部の小型化、低コスト化が可能となる。 According to the present invention, it is possible to reduce the size and cost of the sound source unit as compared with a case where a plurality of sound wave generating elements capable of transmitting various kinds of ultrasonic waves are provided.
請求項4の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記音源部は互いに異なる周波数の超音波を送波可能な複数の音波発生素子からなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the sound source section includes a plurality of sound wave generating elements capable of transmitting ultrasonic waves having different frequencies.
この発明によれば、各音波発生素子として圧電素子のように機械的振動により超音波を発生する素子を用い、各音波発生素子をそれぞれの共振周波数で駆動することにより、前記音源部から送波される超音波の音圧を高めることができる。 According to the present invention, an element that generates ultrasonic waves by mechanical vibration, such as a piezoelectric element, is used as each sound wave generating element, and each sound wave generating element is driven at the respective resonance frequency to transmit a wave from the sound source unit. The sound pressure of the ultrasonic waves that are generated can be increased.
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、前記制御部は、前記音源部から周波数の異なる2種類の超音波を送波させることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the invention, in the first to fourth aspects of the invention, the control unit transmits two types of ultrasonic waves having different frequencies from the sound source unit.
この発明によれば、3種類以上の超音波を送波させる場合に比べて、前記制御部および前記信号処理部の負担を軽減できるとともに前記制御部および前記信号処理部の簡略化を図れる。 According to the present invention, it is possible to reduce the burden on the control unit and the signal processing unit and to simplify the control unit and the signal processing unit as compared with the case of transmitting three or more types of ultrasonic waves.
請求項6の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、前記制御部は、前記音源部から送波させる超音波の周波数を所定の周波数範囲の下限周波数から上限周波数まで変化させることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the invention, the control unit changes the frequency of the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit from a lower limit frequency to an upper limit frequency within a predetermined frequency range. Features.
この発明によれば、前記粒子種別推定手段での粒子の種別の推定精度を高めることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the estimation accuracy of the particle type in the particle type estimation means.
請求項7の発明は、請求項1ないし請求項6の発明において、前記信号処理部は、定期的に、所定周波数の超音波に対する前記受波素子の出力に基づいて前記制御部による前記音源部の制御条件と前記受波素子の出力の信号処理条件との少なくとも一方を変更することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the first to sixth aspects of the present invention, the signal processing unit periodically generates the sound source unit by the control unit based on an output of the receiving element with respect to an ultrasonic wave having a predetermined frequency. At least one of the control condition and the signal processing condition of the output of the receiving element is changed.
この発明によれば、前記音源部の出力変動や前記受波素子の感度変動を定期的にキャンセルすることが可能となり、長期的な信頼性が高くなる。
請求項8の発明は、請求項1ないし請求項7の発明において、前記制御部は、前記音源部から防虫効果のある周波数の超音波を送波させること特徴とする。
この発明によれば、前記監視空間に虫が侵入するのを防止することができ、虫に起因した非火災報を低減できる。
請求項9の発明は、請求項1ないし請求項8の発明において、前記受波素子の周辺に前記音源部以外から前記受波素子へ超音波が入射するのを阻止する遮音壁が設けられてなることを特徴とする。
この発明によれば、前記音源部以外で発生した超音波が前記受波素子に入射するのを遮音壁によって阻止することができ、非火災報を低減できる。
請求項10の発明は、請求項1ないし請求項9の発明において、前記音源部と前記受波素子とが一表面側に実装されたベース部材を備え、ベース部材の前記一表面には、前記音源部から送波された超音波の反射を防止する吸音層が設けられてなることを特徴とする。
この発明によれば、前記音源部から送波された超音波がベース部材で反射して前記受波素子に入射するのを防止することができ、反射波の干渉を防止することができる。
According to this invention, it becomes possible to periodically cancel the output fluctuation of the sound source section and the sensitivity fluctuation of the receiving element, and the long-term reliability is improved.
The invention of claim 8 is characterized in that, in the inventions of
According to the present invention, insects can be prevented from entering the monitoring space, and non-fire reports resulting from insects can be reduced.
According to a ninth aspect of the present invention, in the first to eighth aspects of the present invention, a sound insulation wall is provided around the receiving element to prevent ultrasonic waves from entering the receiving element from other than the sound source section. It is characterized by that.
According to this invention, it is possible to prevent the ultrasonic waves generated from other than the sound source unit from entering the wave receiving element by the sound insulation wall, and to reduce non-fire information.
The invention of
According to the present invention, it is possible to prevent the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit from being reflected by the base member and entering the receiving element, and to prevent interference of the reflected wave.
請求項11の発明は、超音波を送波可能な音源部と、音源部を制御する制御部と、音源部から送波された超音波の音圧を検出する受波素子と、受波素子の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部とを備え、信号処理部は、受波素子の出力の基準値からの減衰量に基づいて音源部と受波素子との間の監視空間の煙濃度を推定する煙濃度推定手段と、煙濃度推定手段にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断する煙式判断手段とを有し、前記音源部は、発熱体部への通電に伴う発熱体部の温度変化により空気に熱衝撃を与えることで超音波を発生するものであることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、音源部から送波された超音波の音圧を検出する受波素子の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部を備え、信号処理部では、煙濃度推定手段において、受波素子の出力の基準値からの減衰量に基づいて音源部と受波素子との間の監視空間の煙濃度を推定し、煙式判断手段において、煙濃度推定手段にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断するので、散乱光式煙感知器や減光式煙感知器のような光電式煙感知器で問題となるバックグランド光の影響をなくすことができ、散乱光式煙感知器に必要なラビリンス体を不要とすることができて火災発生時に監視空間へ煙粒子が拡散しやすくなるから、散乱光式煙感知器に比べて応答性を向上でき、また、減光式煙感知器に比べて非火災報の低減が可能になる。さらに、前記音源部は平坦な周波数特性を有しており、発生させる超音波の周波数を広範囲にわたって変化させることができる。また、前記音源部から残響の少ない単パルス状の超音波を送波させることも可能となる。 According to this invention, the signal processing unit that determines the presence or absence of a fire based on the output of the wave receiving element that detects the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit is provided. The smoke density in the monitoring space between the sound source unit and the wave receiving element is estimated based on the attenuation amount from the reference value of the output of the wave receiving element, and is estimated by the smoke density estimating means in the smoke type judging means. The background smoke, which is a problem with photoelectric smoke detectors such as scattered light smoke detectors and dimming smoke detectors, is judged by comparing the smoke concentration with a predetermined threshold. This makes it possible to eliminate the labyrinth required for the scattered light type smoke detector and makes it easier for smoke particles to diffuse into the surveillance space in the event of a fire. And can reduce non-fire alarms compared to a light-reducing smoke detector Possible to become. Furthermore, the sound source section has a flat frequency characteristic, and the frequency of the generated ultrasonic wave can be changed over a wide range. It is also possible to transmit single-pulse ultrasonic waves with little reverberation from the sound source unit.
請求項12の発明は、請求項11の発明において、前記音源部は、ベース基板の一表面側に前記発熱体部が形成されるとともに、ベース基板の前記一表面側で前記発熱体部とベース基板との間に設けられて前記発熱体部とベース基板とを熱絶縁する多孔質層からなる熱絶縁層を有してなることを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention of the eleventh aspect , the sound source section includes the heat generating section formed on the one surface side of the base substrate, and the heat generating section and the base on the one surface side of the base substrate. It is characterized by having a thermal insulation layer comprising a porous layer provided between the substrate and thermally insulating the heating element and the base substrate.
この発明によれば、熱絶縁層が多孔質層からなるので、熱絶縁層が非多孔質層からなる場合に比べて、熱絶縁層の断熱性が向上して超音波発生効率が高くなり、低消費電力化を図れる。 According to this invention, since the heat insulation layer is composed of a porous layer, compared with the case where the heat insulation layer is composed of a non-porous layer, the heat insulation property of the heat insulation layer is improved and the ultrasonic wave generation efficiency is increased, Low power consumption can be achieved.
請求項13の発明は、請求項11または請求項12の発明において、前記制御部は、前記音源部から超音波として単パルス状の超音波を送波させることを特徴とする。 A thirteenth aspect of the invention is characterized in that, in the invention of the eleventh or twelfth aspect , the control unit transmits a single-pulse ultrasonic wave as an ultrasonic wave from the sound source unit.
この発明によれば、前記受波素子が反射波による干渉を受けにくくなり、前記煙濃度推定手段にて推定される煙濃度の精度を高めることが可能となる。 According to the present invention, the wave receiving element is less susceptible to interference due to reflected waves, and the accuracy of the smoke density estimated by the smoke density estimating means can be increased.
請求項14の発明は、超音波を送波可能な音源部と、音源部を制御する制御部と、音源部から送波された超音波の音圧を検出する受波素子と、受波素子の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部とを備え、信号処理部は、受波素子の出力の基準値からの減衰量に基づいて音源部と受波素子との間の監視空間の煙濃度を推定する煙濃度推定手段と、煙濃度推定手段にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断する煙式判断手段とを有し、前記制御部は、前記音源部から防虫効果のある周波数の超音波を送波させること特徴とする。
The invention according to
この発明によれば、音源部から送波された超音波の音圧を検出する受波素子の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部を備え、信号処理部では、煙濃度推定手段において、受波素子の出力の基準値からの減衰量に基づいて音源部と受波素子との間の監視空間の煙濃度を推定し、煙式判断手段において、煙濃度推定手段にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断するので、散乱光式煙感知器や減光式煙感知器のような光電式煙感知器で問題となるバックグランド光の影響をなくすことができ、散乱光式煙感知器に必要なラビリンス体を不要とすることができて火災発生時に監視空間へ煙粒子が拡散しやすくなるから、散乱光式煙感知器に比べて応答性を向上でき、また、減光式煙感知器に比べて非火災報の低減が可能になる。さらに、前記監視空間に虫が侵入するのを防止することができ、虫に起因した非火災報を低減できる。 According to this invention, the signal processing unit that determines the presence or absence of a fire based on the output of the wave receiving element that detects the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit is provided. The smoke density in the monitoring space between the sound source unit and the wave receiving element is estimated based on the attenuation amount from the reference value of the output of the wave receiving element, and is estimated by the smoke density estimating means in the smoke type judging means. The background smoke, which is a problem with photoelectric smoke detectors such as scattered light smoke detectors and dimming smoke detectors, is judged by comparing the smoke concentration with a predetermined threshold. This makes it possible to eliminate the labyrinth required for the scattered light type smoke detector and makes it easier for smoke particles to diffuse into the surveillance space in the event of a fire. And can reduce non-fire alarms compared to a light-reducing smoke detector Possible to become. In addition, insects can be prevented from entering the monitoring space, and non-fire reports caused by insects can be reduced.
請求項15の発明は、超音波を送波可能な音源部と、音源部を制御する制御部と、音源部から送波された超音波の音圧を検出する受波素子と、受波素子の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部とを備え、信号処理部は、受波素子の出力の基準値からの減衰量に基づいて音源部と受波素子との間の監視空間の煙濃度を推定する煙濃度推定手段と、煙濃度推定手段にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断する煙式判断手段とを有し、前記受波素子の周辺に前記音源部以外から前記受波素子へ超音波が入射するのを阻止する遮音壁が設けられてなることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、音源部から送波された超音波の音圧を検出する受波素子の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部を備え、信号処理部では、煙濃度推定手段において、受波素子の出力の基準値からの減衰量に基づいて音源部と受波素子との間の監視空間の煙濃度を推定し、煙式判断手段において、煙濃度推定手段にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断するので、散乱光式煙感知器や減光式煙感知器のような光電式煙感知器で問題となるバックグランド光の影響をなくすことができ、散乱光式煙感知器に必要なラビリンス体を不要とすることができて火災発生時に監視空間へ煙粒子が拡散しやすくなるから、散乱光式煙感知器に比べて応答性を向上でき、また、減光式煙感知器に比べて非火災報の低減が可能になる。さらに、前記音源部以外で発生した超音波が前記受波素子に入射するのを遮音壁によって阻止することができ、非火災報を低減できる。
請求項16の発明は、超音波を送波可能な音源部と、音源部を制御する制御部と、音源部から送波された超音波の音圧を検出する受波素子と、受波素子の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部とを備え、信号処理部は、受波素子の出力の基準値からの減衰量に基づいて音源部と受波素子との間の監視空間の煙濃度を推定する煙濃度推定手段と、煙濃度推定手段にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断する煙式判断手段とを有し、前記音源部と前記受波素子とが一表面側に実装されたベース部材を備え、ベース部材の前記一表面には、前記音源部から送波された超音波の反射を防止する吸音層が設けられてなることを特徴とする。
この発明によれば、音源部から送波された超音波の音圧を検出する受波素子の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部を備え、信号処理部では、煙濃度推定手段において、受波素子の出力の基準値からの減衰量に基づいて音源部と受波素子との間の監視空間の煙濃度を推定し、煙式判断手段において、煙濃度推定手段にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断するので、散乱光式煙感知器や減光式煙感知器のような光電式煙感知器で問題となるバックグランド光の影響をなくすことができ、散乱光式煙感知器に必要なラビリンス体を不要とすることができて火災発生時に監視空間へ煙粒子が拡散しやすくなるから、散乱光式煙感知器に比べて応答性を向上でき、また、減光式煙感知器に比べて非火災報の低減が可能になる。さらに、前記音源部から送波された超音波がベース部材で反射して前記受波素子に入射するのを防止することができ、反射波の干渉を防止することができる。
請求項17の発明は、請求項1ないし請求項16の発明において、前記制御部は、前記信号処理部にて火災有りと判断されたときに前記音源部から可聴域の音波からなる警報音を発生させることを特徴とする。
この発明によれば、前記音源部から警報音を発生させることができるので、警報音を出力するスピーカなどを別途に設ける必要がなく、小型化および低コスト化が可能となる。
According to this invention, the signal processing unit that determines the presence or absence of a fire based on the output of the wave receiving element that detects the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit is provided. The smoke density in the monitoring space between the sound source unit and the wave receiving element is estimated based on the attenuation amount from the reference value of the output of the wave receiving element, and is estimated by the smoke density estimating means in the smoke type judging means. The background smoke, which is a problem with photoelectric smoke detectors such as scattered light smoke detectors and dimming smoke detectors, is judged by comparing the smoke concentration with a predetermined threshold. This makes it possible to eliminate the labyrinth required for the scattered light type smoke detector and makes it easier for smoke particles to diffuse into the surveillance space in the event of a fire. And can reduce non-fire alarms compared to a light-reducing smoke detector Possible to become. Furthermore, the sound insulation wall can prevent the ultrasonic waves generated from other than the sound source unit from entering the wave receiving element, thereby reducing non-fire reports.
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a sound source unit capable of transmitting an ultrasonic wave, a control unit for controlling the sound source unit, a wave receiving element for detecting the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit, and the wave receiving element A signal processing unit for determining the presence or absence of a fire based on the output of the signal, the signal processing unit is a monitoring space between the sound source unit and the receiving element based on the attenuation from the reference value of the output of the receiving element A smoke density estimation means for estimating the smoke density of the smoke, and a smoke type judgment means for judging the presence or absence of a fire by comparing the smoke density estimated by the smoke density estimation means with a predetermined threshold, And the wave receiving element are mounted on one surface side, and a sound absorbing layer is provided on the one surface of the base member to prevent reflection of ultrasonic waves transmitted from the sound source unit. It is characterized by that.
According to this invention, the signal processing unit that determines the presence or absence of a fire based on the output of the wave receiving element that detects the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit is provided. The smoke density in the monitoring space between the sound source unit and the wave receiving element is estimated based on the attenuation amount from the reference value of the output of the wave receiving element, and is estimated by the smoke density estimating means in the smoke type judging means. The background smoke, which is a problem with photoelectric smoke detectors such as scattered light smoke detectors and dimming smoke detectors, is judged by comparing the smoke concentration with a predetermined threshold. This makes it possible to eliminate the labyrinth required for the scattered light type smoke detector and makes it easier for smoke particles to diffuse into the surveillance space in the event of a fire. And can reduce non-fire alarms compared to a light-reducing smoke detector Possible to become. Furthermore, it is possible to prevent the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit from being reflected by the base member and entering the wave receiving element, and interference of the reflected wave can be prevented.
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the first to sixteenth aspects of the invention, when the control unit determines that there is a fire in the signal processing unit, the control unit generates an alarm sound including an audible sound wave from the sound source unit. It is characterized by generating.
According to the present invention, since an alarm sound can be generated from the sound source unit, it is not necessary to separately provide a speaker or the like for outputting the alarm sound, and it is possible to reduce the size and cost.
請求項18の発明は、請求項1ないし請求項17の発明において、前記信号処理部は、前記音源部が超音波を送波してから当該超音波が前記受波素子に受波されるまでの時間差に基づいて音速を求める音速検出手段と、音速検出手段で求めた音速に基づいて前記監視空間の温度を推定する温度推定手段と、温度推定手段で推定された温度と規定温度とを比較して火災の有無を判断する熱式判断手段とを有することを特徴とする。 According to an eighteenth aspect of the present invention, in the first to seventeenth aspects of the invention, the signal processing unit is configured to receive the ultrasonic wave from the sound source unit until the ultrasonic wave is received by the wave receiving element. The sound speed detecting means for obtaining the sound speed based on the time difference between the temperature, the temperature estimating means for estimating the temperature of the monitoring space based on the sound speed obtained by the sound speed detecting means, and the temperature estimated by the temperature estimating means and the specified temperature are compared. And a thermal type judgment means for judging the presence or absence of a fire.
この発明によれば、前記信号処理部では、音速検出手段において、前記音源部が超音波を送波してから当該超音波が前記受波素子に受波されるまでの時間差に基づいて音速を求め、温度推定手段において、音速検出手段で求めた音速に基づいて前記監視空間の温度を推定し、熱式判断手段において、温度推定手段で推定された温度と規定温度とを比較して火災の有無を判断するので、別途に温度検出素子を用いることなく火災発生時の温度上昇によっても火災を感知することが可能となり、火災をより確実に感知することが可能になる。 According to this invention, in the signal processing unit, in the sound speed detection means, the sound speed is detected based on a time difference from when the sound source unit transmits an ultrasonic wave until the ultrasonic wave is received by the receiving element. In the temperature estimation means, the temperature of the monitoring space is estimated based on the sound speed obtained by the sound speed detection means, and in the thermal judgment means, the temperature estimated by the temperature estimation means is compared with the specified temperature. Since the presence / absence is determined, it is possible to detect the fire even when the temperature rises at the time of the fire without using a separate temperature detecting element, and it becomes possible to detect the fire more reliably.
上記発明では、散乱光式煙感知器に比べて応答性を向上でき、また、減光式煙感知器に比べて非火災報の低減が可能になるという効果がある。 In the above invention, the response can be improved as compared with the scattered light type smoke detector, and the non-fire report can be reduced as compared with the reduced light type smoke detector.
また、散乱光式煙感知器および減光式煙感知器に比べて非火災報を低減することが可能となるという効果がある。 In addition, the non-fire report can be reduced as compared with the scattered light smoke detector and the dimming smoke detector.
(実施形態1)
本実施形態の火災感知器は、図1に示すように、超音波を送波可能な音源部1と、音源部1を制御する制御部2と、音源部1から送波された超音波の音圧を検出する受波素子3と、受波素子3の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部4とを備えている。ここにおいて、音源部1と受波素子3とは、図2に示すように、円板状のプリント基板からなる回路基板5の一表面側において互いに離間して対向配置されており、回路基板5に制御部2および信号処理部4が設けられている。ここで、受波素子3の周辺には、音源部1以外で発生した超音波が受波素子3に入射するのを阻止する遮音板からなる遮音壁6が設けられている。また、回路基板5の上記一表面には、音源部1から送波された超音波の反射を防止する吸音層(図示せず)が設けられているので、音源部1から送波された超音波が回路基板5で反射して受波素子3に入射するのを防止することができて、反射波の干渉を防止することができ、特に、音源部1から送波させる超音波として連続波を用いる場合に有効である。なお、本実施形態では、回路基板5が、音源部1と受波素子3とが一表面側に実装されたベース部材を構成している。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the fire detector according to the present embodiment includes a
本実施形態では、音源部1として、後述のように空気に熱衝撃を与えることで超音波を発生させる音波発生素子を用いることで、圧電素子に比べて残響時間が短い超音波を送波するようにし、かつ、受波素子3として共振特性のQ値が圧電素子に比べて十分に小さく受波信号に含まれる残響成分の発生期間が短い静電容量型のマイクロホンを用いている。
In the present embodiment, a sound wave generating element that generates an ultrasonic wave by applying a thermal shock to air as described later is used as the
ここにおいて、音源部1は、図3に示すように、単結晶のp形のシリコン基板からなるベース基板11の一表面(図3における上面)側に多孔質シリコン層からなる熱絶縁層(断熱層)12が形成され、熱絶縁層12の表面側に発熱体部として金属薄膜からなる発熱体層13が形成され、ベース基板11の上記一表面側に発熱体層13と電気的に接続された一対のパッド14,14が形成されている。なお、ベース基板11の平面形状は長方形状であって、熱絶縁層12、発熱体層13それぞれの平面形状も長方形状に形成してある。また、ベース基板11の上記一表面側において熱絶縁層12が形成されていない部分の表面にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜(図示せず)が形成されている。
Here, as shown in FIG. 3, the
上述の音源部1では、発熱体層13の両端のパッド14,14間に通電して発熱体層13に急激な温度変化を生じさせると、発熱体層13に接触している空気(媒質)に急激な温度変化(熱衝撃)が生じる(つまり、発熱体層13に接触している空気に熱衝撃が与えられる)。したがって、発熱体層13に接触している空気は、発熱体層13の温度上昇時には膨張し発熱体層13の温度下降時には収縮するから、発熱体層13への通電を適宜に制御することによって空気中を伝搬する超音波を発生させることができる。要するに、音源部1を構成する音波発生素子は、発熱体層13への通電に伴う発熱体層13の急激な温度変化を媒質の膨張収縮に変換することにより媒質を伝搬する超音波を発生するので、圧電素子のように機械的振動により超音波を発生する場合に比べて、残響の少ない単パルス状の超音波を送波させることができる。
In the above-described
上述の音源部1は、ベース基板11としてp形のシリコン基板を用いており、熱絶縁層12を多孔度が略60〜略70%の多孔質シリコン層からなる多孔質層により構成しているので、ベース基板11として用いるシリコン基板の一部をフッ化水素水溶液とエタノールとの混合液からなる電解液中で陽極酸化処理することにより熱絶縁層12となる多孔質シリコン層を形成することができる(ここで、陽極酸化処理により形成された多孔質シリコン層は、結晶粒径がナノメータオーダの微結晶シリコンからなるナノ結晶シリコンを多数含んでいる)。多孔質シリコン層は、多孔度が高くなるにつれて熱伝導率および熱容量が小さくなるので、熱絶縁層12の熱伝導度および熱容量をベース基板11の熱伝導度および熱容量に比べて小さくし、熱絶縁層12の熱伝導度と熱容量との積をベース基板11の熱伝導度と熱容量との積に比べて十分に小さくすることにより、発熱体層13の温度変化を空気に効率よく伝達することができ発熱体層13と空気との間で効率的な熱交換が起こり、かつ、ベース基板11が熱絶縁層12からの熱を効率良く受け取って熱絶縁層12の熱を逃がすことができて発熱体層13からの熱が熱絶縁層12に蓄積されるのを防止することができる。なお、熱伝導率が148W/(m・K)、熱容量が1.63×106J/(m3・K)の単結晶のシリコン基板を陽極酸化して形成される多孔度が60%の多孔質シリコン層は、熱伝導率が1W/(m・K)、熱容量が0.7×106J/(m3・K)であることが知られている。本実施形態では、熱絶縁層12を多孔度が略70%の多孔質シリコン層により構成してあり、熱絶縁層12の熱伝導率が0.12W/(m・K)、熱容量が0.5×106J/(m3・K)となっている。
In the
発熱体層13は、高融点金属の一種であるタングステンにより形成してあるが、発熱体層13の材料はタングステンに限らず、例えば、タンタル、モリブデン、イリジウム、アルミニウムなどを採用してもよい。また、上述の音源部1では、ベース基板11の厚さを300〜700μm、熱絶縁層12の厚さを1〜10μm、発熱体層13の厚さを20〜100nm、各パッド14の厚さを0.5μmとしてあるが、これらの厚さは一例であって特に限定するものではない。また、ベース基板11の材料としてSiを採用しているが、ベース基板11の材料はSiに限らず、例えば、Ge,SiC,GaP,GaAs,InPなどの陽極酸化処理による多孔質化が可能な他の半導体材料でもよく、いずれの場合にも、ベース基板11の一部を多孔質化することで形成した多孔質層を熱絶縁層12とすることができる。
The
上述のように音源部1は、一対のパッド14,14を介した発熱体層13への通電に伴う発熱体層13の温度変化に伴って超音波を発生するものであり、発熱体層13へ与える駆動電圧波形あるいは駆動電流波形からなる駆動入力波形を例えば周波数がf1の正弦波波形とした場合、理想的には、発熱体層13で生じる温度振動の周波数が駆動入力波形の周波数f1の2倍の周波数f2となり、駆動入力波形f1の略2倍の周波数の超音波を発生させることができる。すなわち、上述の音源部1は、平坦な周波数特性を有しており、発生させる超音波の周波数を広範囲にわたって変化させることができる。また、上述の音源部1では、例えば正弦波波形の半周期の孤立波を駆動入力波形として一対のパッド14,14間へ与えることによって、残響の少ない略1周期の単パルス状の超音波を発生させることができる。このような単パルス状の超音波を用いることにより、反射による干渉が起こりにくくなるので、上記吸音層を不要にすることもできる。また、音源部1は、熱絶縁層12が多孔質層により構成されているので、熱絶縁層12が非多孔質層(例えば、SiO2膜など)からなる場合に比べて、熱絶縁層12の断熱性が向上して超音波発生効率が高くなり、低消費電力化を図れる。
As described above, the
音源部1を制御する制御部2は、図示していないが、音源部1に駆動入力波形を与えて音源部1を駆動する駆動回路と、当該駆動回路を制御するマイクロコンピュータからなる制御回路とで構成されている。
Although not shown, the
また、上述の受波素子3を構成する静電容量型のマイクロホンは、図4に示すように、シリコン基板に厚み方向に貫通する窓孔31aを設けることで形成された矩形枠状のフレーム31と、フレーム31の一表面側においてフレーム31の対向する2つの辺に跨る形で配置されるカンチレバー型の受圧部32とを備えている。ここにおいて、フレーム31の一表面側には熱酸化膜35と熱酸化膜35を覆うシリコン酸化膜36とシリコン酸化膜36を覆うシリコン窒化膜37とが形成されており、受圧部32の一端部がシリコン窒化膜37を介してフレーム31に支持され、他端部が上記シリコン基板の厚み方向においてシリコン窒化膜37に対向している。また、シリコン窒化膜37における受圧部32の他端部との対向面に金属薄膜(例えば、クロム膜など)からなる固定電極33aが形成され、受圧部32の他端部におけるシリコン窒化膜37との対向面とは反対側に金属薄膜(例えば、クロム膜など)からなる可動電極33bが形成されている。なお、フレーム31の他表面にはシリコン窒化膜38が形成されている。また、受圧部32は、上記各シリコン窒化膜37,38とは別工程で形成されるシリコン窒化膜により構成されている。
Further, as shown in FIG. 4, the capacitance type microphone constituting the
図4に示した構成の静電容量型のマイクロホンからなる受波素子3では、固定電極33aと可動電極33bとを電極とするコンデンサが形成されるから、受圧部32が疎密波の圧力を受けることにより固定電極33aと可動電極33bとの間の距離が変化し、固定電極33aと可動電極33bとの間の静電容量が変化する。したがって、固定電極33aおよび可動電極33bに設けたパッド(図示せず)間に直流バイアス電圧を印加しておけば、パッドの間には超音波の音圧に応じて微小な電圧変化が生じるから、超音波の音圧を電気信号に変換することができる。
In the
ところで、信号処理部4は、受波素子3の出力の基準値からの減衰量に基づいて音源部1と受波素子3との間の監視空間の煙濃度を推定する煙濃度推定手段41と、煙濃度推定手段41にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断する煙式判断手段42と、音源部1が超音波を送波してから当該超音波が受波素子3に受波されるまでの時間差に基づいて音速を求める音速検出手段43と、音速検出手段43で求めた音速に基づいて上記監視空間の温度を推定する温度推定手段44と、温度推定手段44で推定された温度と規定温度とを比較して火災の有無を判断する熱式判断手段45とを有している。信号処理部4は、マイクロコンピュータにより構成されており、上記各手段41〜45は、上記マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現されている。また、信号処理部4は、受波素子3の出力信号をアナログ−ディジタル変換するA/D変換器などが設けられている。
By the way, the
煙濃度推定手段41は、音源部1からの超音波の音圧を検出する受波素子3の出力の基準値からの減衰量に基づいて煙濃度を推定するものであるが、音源部1から送波される超音波の周波数が一定であれば、上記減衰量は上記監視空間の煙濃度に略比例して増加するので、あらかじめ測定した煙濃度と減衰量との関係データに基づいて煙濃度と減衰量との関係式を求めて記憶しておけば、上記関係式を用いて減衰量から煙濃度を推定することができる。また、煙式判断手段42は、煙濃度推定手段41にて推定された煙濃度が上記閾値未満の場合には「火災無し」と判断する一方で、上記閾値以上の場合には「火災有り」と判断して火災感知信号を制御部2へ出力する。ここで、制御部2は、煙式判断手段42からの火災感知信号を受信すると、音源部1から可聴域の音波からなる警報音が発生するように音源部1への駆動入力波形を制御する。したがって、音源部1から警報音を発生させることができるので、警報音を出力するスピーカなどを別途に設ける必要がなく、火災感知器全体の小型化および低コスト化が可能となる。
The smoke density estimation means 41 estimates the smoke density based on the attenuation amount from the reference value of the output of the
また、音速検出手段43は、音源部1と受波素子3との間の距離と上記時間差とを用いて音速を求める。また、温度推定手段44は、周知の大気中の音速と絶対温度との関係式を利用して音速から上記監視空間の温度を推定する。また、熱式判断手段45は、温度推定手段44にて推定された温度が上記規定温度未満の場合には「火災無し」と判断する一方で、上記規定温度以上の場合には「火災有り」と判断して火災感知信号を制御部2へ出力する。ここで、制御部2は、熱式判断手段45からの火災感知信号を受信した場合にも、音源部1から可聴域の音波からなる警報音が発生するように音源部1への駆動入力波形を制御する。
The sound speed detection means 43 obtains the sound speed using the distance between the
なお、本実施形態では、煙式判断手段42や熱式判断手段45から出力される火災感知信号を制御部2へ出力するようにしているが、制御部2に限らず、例えば、外部の通報装置へ出力するようにしてもよい。
In the present embodiment, the fire detection signal output from the
以上説明した本実施形態の火災感知器では、煙濃度推定手段41において、受波素子3の出力の基準値からの減衰量に基づいて音源部1と受波素子3との間の監視空間の煙濃度を推定し、煙式判断手段42において、煙濃度推定手段41にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断するので、散乱光式煙感知器や減光式煙感知器のような光電式煙感知器で問題となるバックグランド光の影響をなくすことができ、散乱光式煙感知器に必要なラビリンス体を不要とすることができて火災発生時に監視空間へ煙粒子が拡散しやすくなるから、散乱光式煙感知器に比べて応答性を向上でき、また、減光式煙感知器に比べて非火災報の低減が可能になる。さらに、本実施形態の火災感知器では、音速検出手段43において、音源部1が超音波を送波してから当該超音波が受波素子3に受波されるまでの時間差に基づいて音速を求め、温度推定手段44において、音速検出手段43で求めた音速に基づいて上記監視空間の温度を推定し、熱式判断手段45において、温度推定手段44で推定された温度と規定温度とを比較して火災の有無を判断するので、別途に温度検出素子を用いることなく火災発生時の温度上昇によっても火災を感知することが可能となり、火災をより確実に感知することが可能になる。
In the fire detector according to the present embodiment described above, the smoke density estimation means 41 determines the monitoring space between the
(実施形態2)
図5に示す本実施形態の火災感知器の基本構成は実施形態1と略同じであり、制御部2および信号処理部4の構成が相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 2)
The basic configuration of the fire detector of the present embodiment shown in FIG. 5 is substantially the same as that of the first embodiment, and the configurations of the
ところで、本願発明者らは、音源部1と受波素子3との間の監視空間の浮遊粒子の種別に応じて図6に示すように音源部1の出力周波数と音圧の単位減衰率との関係が異なるという知見を得た。ここで、監視空間に浮遊粒子が存在しない状態で受波素子3にて受波される音圧(以下、基準音圧という)をI0、減光式煙濃度計(減光式煙感知器)での評価でx%/mとなる濃度の浮遊粒子が監視空間に存在する状態で受波素子3にて受波される音圧をIxとしたときに、(I0−Ix)/I0で表される値を音圧の減衰率と定義し、特にx=1のときの減衰率を単位減衰率と定義する。ここにおいて、基準音圧I0と音圧Ixとは、監視空間における浮遊粒子の有無を除いては同一の条件で検出されるものとする。図6中の「イ」は浮遊粒子が黒煙の煙粒子である場合の出力周波数と音圧の単位減衰率との関係を示す近似曲線(黒丸が測定データ)、「ロ」は浮遊粒子が白煙の煙粒子である場合の出力周波数と音圧の単位減衰率との関係を示す近似曲線(黒四角が測定データ)、「ハ」は浮遊粒子が湯気の粒子である場合の出力周波数と音圧の単位減衰率との関係を示す近似曲線(黒三角が測定データ)であり、ここに示す単位減衰率は、音源部1と受波素子3との間の距離を30cmに設定したときの各出力周波数ごとのデータである。また、図6における右端の各データは、出力周波数が82kHzのときのデータであり、出力周波数が82kHzのときのデータを1として各出力周波数の単位減衰率を規格化した結果を図7に示す。要するに、図7は、横軸が出力周波数、縦軸が相対的単位減衰率となっている。また、白煙の煙粒子のサイズは800nm程度、黒煙の煙粒子のサイズは200nm程度、湯気の粒子のサイズは数μm〜20μm程度である。
By the way, the inventors of the present application, as shown in FIG. 6, according to the type of suspended particles in the monitoring space between the
上述の知見に基づいて、本実施形態では、制御部2が、音源部1から周波数の異なる複数種の超音波が順次送波されるように音源部1を制御するようにし、信号処理部4は、少なくとも受波素子3の基準出力(基準音圧に対する受波素子3の出力)、上記監視空間に存在する浮遊粒子の種別および浮遊粒子濃度に応じた音源部1の出力周波数と受波素子3の出力の相対的単位減衰率との関係データ(上述の図7より抽出されるデータ)、煙粒子に関して特定周波数(例えば、82kHz)における単位減衰率(上述の図6より抽出されるデータ)を記憶した記憶手段48と、音源部1から送波された各周波数の超音波ごとの受波素子3の出力と記憶手段48に記憶されている関係データとを用いて上記監視空間に浮遊している粒子の種別を推定する粒子種別推定手段46と、粒子種別推定手段46にて推定された粒子が煙粒子のときに特定周波数(例えば、82kHz)の超音波に対する受波素子3の出力の基準値からの減衰量に基づいて上記監視空間の煙濃度を推定する煙濃度推定手段47と、煙濃度推定手段47にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断する煙式判断手段42とを有するようにしてある。
Based on the above knowledge, in the present embodiment, the
以下に、本実施形態の火災感知器の動作例を図8のフローチャートを参照して説明する。まず、音源部1から複数種の超音波を順次送波させ各超音波に対する受波素子3の出力を信号処理部4で計測する(ステップS11)。粒子種別推定手段46は、各出力周波数ごとに受波素子3の出力と記憶手段48に記憶されている基準出力とから音圧の減衰率を求め(ステップS12)、出力周波数が82kHzでの音圧の減衰率に対する20kHzでの音圧の減衰率の比を算出する(ステップS13)。記憶手段48には、音源部1の出力周波数と受波素子3の出力の相対的単位減衰率との上記関係データとして、出力周波数が82kHzでの相対的単位減衰率に対する20kHzでの相対的単位減衰率の比(図7の場合、白煙が0、黒煙が0.2、湯気が0.5となる)が記憶されており、粒子種別推定手段46は、算出した減衰率の比を記憶手段48に記憶されている関係データと比較し、関係データの中で減衰率の比が最も近い種別の粒子を監視空間に浮遊している粒子と推定する(ステップS14)。ここで、推定された粒子が煙粒子であれば煙濃度推定手段47での処理に移行する(ステップS15)。ここにおいて、白煙の場合には図9に示すように減光式煙濃度計で計測される煙濃度と音圧の減衰率との関係は直線で示すことのできるデータであり、他の粒子においても同様であるから、煙濃度推定手段47は、推定された粒子種別について特定周波数(例えば、82kHz)の超音波に対する受波素子3の出力の減衰率の記憶手段48に記憶されている単位減衰率に対する比を算出し、その比の値がyの場合に監視空間の煙濃度が減光式煙濃度計での評価における煙濃度y%/mに相当すると推定する(ステップS16)。煙式判断手段42は、ステップS16で推定された煙濃度と所定の閾値(例えば、減光式煙濃度計での評価で10%/mとなる煙濃度)とを比較し、推定された煙濃度が上記閾値未満の場合には「火災無し」と判断する一方で、上記閾値以上の場合には「火災有り」と判断して火災感知信号を制御部2へ出力する。
Below, the operation example of the fire detector of this embodiment is demonstrated with reference to the flowchart of FIG. First, a plurality of types of ultrasonic waves are sequentially transmitted from the
上述の例では、粒子種別推定手段46は出力周波数が82kHzのときの減衰率と20kHzのときの減衰率とを用いているが、これらの出力周波数の組み合わせに限定するものではなく、異なる組み合わせの出力周波数を用いてもよい。さらに、より多くの出力周波数に対する減衰率を用いてもよく、その場合は粒子種別の推定の確度を向上させることができる。また、本実施形態では、煙濃度推定手段47が特定周波数として1周波数を対象としているが、特定周波数として複数の周波数を対象とし、各特定周波数ごとに推定した煙濃度の平均値を求めるようにしてもよく、この場合、煙濃度の推定の確度が向上する。なお、信号処理部4は、マイクロコンピュータにより構成されており、粒子種別推定手段46、煙濃度推定手段47、煙式判断手段42は、上記マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現されている。また、信号処理部4は、受波素子3の出力信号をアナログ−ディジタル変換するA/D変換器などが設けられている。
In the above example, the particle type estimation means 46 uses the attenuation rate when the output frequency is 82 kHz and the attenuation rate when the output frequency is 20 kHz. However, the present invention is not limited to the combination of these output frequencies, and different combinations are possible. An output frequency may be used. Furthermore, attenuation rates for more output frequencies may be used, and in that case, the accuracy of estimation of the particle type can be improved. In this embodiment, the smoke density estimation means 47 targets one frequency as the specific frequency, but targets a plurality of frequencies as the specific frequency, and obtains an average value of the smoke density estimated for each specific frequency. In this case, the accuracy of smoke density estimation is improved. The
本実施形態では、音源部1として実施形態1にて説明した音波発生素子を1つ用いており、上述の制御部2は、音源部1へ与える駆動入力波形の周波数を順次変化させることにより、音源部1から周波数の異なる複数種の超音波を順次送波させる。ここにおいて、制御部2は、音源部1から送波させる超音波の周波数を所定の周波数範囲(例えば、20kHz〜82kHz)の下限周波数(例えば、20kHz)から上限周波数(例えば、82kHz)まで変化させる。なお、本実施形態では、音源部1から周波数の異なる4種類の超音波が順次送波されるように制御部2が音源部1を制御するように構成してあるが、音源部1から送波させる超音波の周波数は4種類に限らず複数種類であればよく、例えば、2種類とすれば、3種類以上の超音波を順次送波させる場合に比べて、制御部2および信号処理部4の負担を軽減できるとともに制御部2および信号処理部4の簡略化を図れる。また、本実施形態では、上述のように音源部1として実施形態1にて説明した音波発生素子を用いており、単パルス状の超音波を送波することができるので、順次送波する超音波をそれぞれ周波数の異なる単パルス状の超音波とすれば、音源部1として共振周波数の異なる複数の圧電素子を用いて各圧電素子から連続波の超音波を送波させる場合に比べて、低コスト化および低消費電力化を図れる。しかも、1つの音波発生素子で複数種の超音波を送波できるので、各種の超音波を送波可能な音波発生素子を複数備える場合に比べて音源部1の小型化、低コスト化が可能となる。
In the present embodiment, one sound wave generating element described in the first embodiment is used as the
なお、本実施形態では、音源部1の出力周波数と受波素子3の出力の相対的単位減衰率との関係データを記憶手段48に記憶した例を示したが、そもそも監視空間に存在する浮遊粒子の種別に応じて音源部1の出力周波数ごとに変化するのは受波素子3の出力の基準値からの減衰量(I0−Ix)であるから、記憶手段48に記憶する上記関係データは、音源部1の出力周波数と受波素子3の出力の基準値からの減衰量との関係を示すデータであればよく、上述の相対的単位減衰率に代えて、たとえば、受波素子3の出力の基準値からの減衰量や、受波素子3の出力の基準値からの減衰量を基準値(I0)で除しただけの減衰率、あるいは単位減衰率を採用した関係データを記憶手段48に記憶するようにしてもよい。
In the present embodiment, the example in which the relationship data between the output frequency of the
以上説明した本実施形態の火災感知器では、粒子種別推定手段46において、音源部1から送波された各周波数の超音波ごとの受波素子3の出力と記憶手段48に記憶されている関係データとを用いて上記監視空間に浮遊している粒子の種別を推定し、粒子種別推定手段46にて推定された粒子が煙粒子のときに、煙濃度推定手段47において、特定周波数の超音波に対する受波素子3の出力の基準値からの減衰量に基づいて上記監視空間の煙濃度を推定し、煙式判断手段42において、煙濃度推定手段47にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断するので、散乱光式煙感知器や減光式煙感知器のような光電式煙感知器で問題となるバックグランド光の影響をなくすことができ、散乱光式煙感知器に必要なラビリンス体を不要とすることができて散乱光式煙感知器に比べて応答性を向上でき、また、減光式煙感知器に比べて非火災報の低減が可能になる。しかも、粒子種別推定手段46において上記監視空間に浮遊している粒子の種別を推定することで煙粒子と湯気とを識別可能となるから、散乱光式煙感知器および減光式煙感知器に比べて湯気に起因した非火災報を低減することが可能となり、台所や浴室での使用にも適する。また、粒子種別推定手段46において白煙の煙粒子と黒煙の煙粒子とを識別可能となるから、火災の性状の識別に役立てることも可能となる。また、火災感知器を設置している室内の掃除や天井裏の電気工事などの際に浮遊する粉塵と煙粒子との識別も可能になるから、粉塵などに起因した非火災報を低減することも可能となる。
In the fire detector of the present embodiment described above, in the particle
ところで、本実施形態では音源部1を単一の音波発生素子により構成し、制御部2が音源部1へ与える駆動入力波形の周波数を順次変化させることにより、音源部1から周波数の異なる複数種の超音波を順次送波させるようにしているが、図10に示すように互いに出力周波数の異なる複数の音波発生素子1aで音源部1を構成してもよい。この場合には、各音波発生素子1aとして圧電素子のように機械的振動により超音波を発生する素子を用い、各音波発生素子1aをそれぞれの共振周波数で駆動することにより、音源部1から送波される超音波の音圧を高めることができる。音源部1からの超音波の音圧が高くなると、受波素子3で受波される超音波の音圧の変動範囲が広くなり、結果的に、煙濃度の変化量に対する受波素子3の出力の変化量が大きくなってSN比が向上するという利点がある。さらに、図10の例では各音波発生素子1aにそれぞれ対応付けた複数の受波素子3を設け、各受波素子3が各々に対応する各音波発生素子1aからの超音波を受波するように構成されている。したがって、各受波素子3として共振特性のQ値が比較的大きな圧電素子などを用い、各受波素子3をそれぞれの共振周波数の超音波の受波に用いることにより、受波素子3の感度を向上させることができ、SN比の向上に寄与することができる。この場合、各音波発生素子1aを順次駆動して複数種の超音波を順次送波させるだけでなく、複数の音波発生素子1aを一斉に駆動して複数種の超音波を同時に送波させることも可能になる。複数種の超音波を同時に送波させれば、複数種の超音波の音圧の減衰量を同時に検出することで、監視空間の経時的変化(例えば浮遊粒子の濃度変化)の影響を受けることなく同一条件で複数種の超音波について音圧の減衰量を検出することができるので、浮遊粒子の種別や煙濃度を精度よく推定することができる。
By the way, in this embodiment, the
また、図11に示すように複数の音波発生素子1aからなる音源部1に対して単一の受波素子3を設け、各音波発生素子1aを順次駆動して複数種の超音波を順次送波させ、これら複数種の超音波を単一の受波素子3で順次受波するようにしてもよい。この場合、受波素子3として例えば実施形態1にて説明した静電容量型のマイクロホンのように共振特性のQ値が小さい素子を用いることが望ましい。図11の例では、複数の受波素子3を設ける場合に比べて、受波素子3の低コスト化、火災感知器の小型化を図ることができる。
Further, as shown in FIG. 11, a single
さらにまた、たとえば圧電型超音波センサなどの超音波の送波と受波との両方に使用可能な音波発生素子1aを用い、図12に示すように音波発生素子1aを制御部2だけでなく信号処理部4にも接続することで、音波発生素子1aを受波素子3に兼用することも考えられる。図12の例では音源部1を複数の音波発生素子1aで構成しており、各音波発生素子1aから送波される超音波を当該音波発生素子1aに向けて反射する反射壁7を音源部1と対向配置することにより、各音波発生素子1aで自身の送波した超音波の反射波をそれぞれ受波できるようにしてある。ここにおいて、音波発生素子1aから送波された超音波は反射壁7と音波発生素子1aとの間を往復し、受波素子3として機能する音波発生素子1aで受波されることになるので、音波発生素子1aと反射壁7との間の空間が監視空間となる。この場合、音波発生素子1aから送波される超音波を当該音波発生素子1aに向けて反射する反射壁7が必要であるものの、素子数の低減による低コスト化を図ることができる。
Furthermore, for example, a sound
また、図13に示すように音源部1として実施形態1にて説明した単一の音波発生素子1aを用い、制御部2が音源部1へ与える駆動入力波形の周波数を順次変化させることにより、音源部1から周波数の異なる複数種の超音波を順次送波させる一方で、受波素子3を複数備えるようにしてもよい。この場合、各受波素子3はそれぞれ異なる周波数の超音波の受波に用いられる。したがって、各受波素子3として共振特性のQ値が比較的大きな圧電素子などを用い、各受波素子3をそれぞれの共振周波数の超音波の受波に用いることにより、受波素子3の感度を向上させることができ、SN比の向上に寄与することができる。なお、複数種の超音波を1つの受波素子3で受波する構成では、周波数ごとに受波素子3の感度が異なっていると各種の超音波ごとにSN比のばらつきを生じるが、上述のように各種の超音波の受波を個別の受波素子3で行う構成では、各受波素子3の感度を揃えておくことにより各種の超音波ごとのSN比のばらつきを抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 13, by using the single sound
ところで、信号処理部4は、定期的に、所定周波数(例えば、上述の特定周波数と同じ82kHz)の超音波に対する受波素子3の出力に基づいて、音源部1の出力変動や受波素子3の感度変動がキャンセルされるように制御部2による音源部1の制御条件と受波素子3の出力の信号処理条件との少なくとも一方を変更するようにすれば、音源部1の出力変動や受波素子3の感度変動を定期的にキャンセルすることが可能となり、長期的な信頼性が高くなる。
By the way, the
なお、本実施形態の火災感知器においても、図1に示した実施形態1と同様、信号処理部4に、音速検出手段43、温度推定手段44、熱式判断手段45を設けてもよい。
In the fire detector of the present embodiment, the sound speed detection means 43, the temperature estimation means 44, and the thermal determination means 45 may be provided in the
ところで、上記各実施形態では、音源部1と制御部2と受波素子3と信号処理部4とを1枚の回路基板5に設けて図示しない器体内に収納してあるが、音源部1と制御部2とを備えた音源部側ユニットと、受波素子3と信号処理部4とを備えた受波側ユニットとを別体として互いに対向配置する分離型の火災感知器を構成するようにしてもよい。また、音源部1は上述の図3に示した構成の音波発生素子に限らず、例えば、アルミニウム製の薄板を発熱体部として当該発熱体部への通電に伴う発熱体部の急激な温度変化による熱衝撃によって音波を発生させるものでもよい。
By the way, in each of the above embodiments, the
また、上記各実施形態において、制御部2が、音源部1から防虫効果のある周波数の超音波を送波させるようにすれば、上記監視空間に虫が侵入するのを防止することができ、虫に起因した非火災報を低減できる。ここで、制御部2は、煙濃度を推定するために音源部1から送波させる周波数の超音波とは別に、防虫効果のある周波数の超音波を定期的に送波させるようにしてもよいし、煙濃度を推定するために音源部1から送波する超音波の周波数を防虫効果のある周波数に設定するようにしてもよい。
Moreover, in each said embodiment, if the
1 音源部
1a 音波発生素子
2 制御部
3 受波素子
4 信号処理部
5 回路基板(ベース部材)
6 遮音壁
11 ベース基板
12 熱絶縁層
13 発熱体層(発熱体部)
14 パッド
41 煙濃度推定手段
42 煙式判断手段
43 音速検出手段
44 温度推定手段
45 熱式判断手段
46 粒子種別推定手段
47 煙濃度推定手段
48 記憶手段
DESCRIPTION OF
6
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記音源部は周波数の異なる複数種の超音波を送波可能であって、前記信号処理部は、前記監視空間に存在する浮遊粒子の種別および煙濃度に応じた前記音源部の出力周波数と前記受波素子の出力の基準値からの減衰量との関係データを記憶した記憶手段と、前記音源部から送波された各周波数の超音波ごとの前記受波素子の出力と記憶手段に記憶されている関係データとを用いて前記監視空間に浮遊している粒子の種別を推定する粒子種別推定手段とを有し、前記煙濃度推定手段は、粒子種別推定手段にて推定された粒子が煙粒子のときに特定周波数の超音波に対する前記受波素子の出力の基準値からの減衰量に基づいて前記監視空間の煙濃度を推定することを特徴とする火災感知器。 A sound source unit capable of transmitting ultrasonic waves, a control unit for controlling the sound source unit, a receiving element for detecting the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit, and a fire based on the output of the receiving element A signal processing unit for determining the presence or absence of smoke, and the signal processing unit is configured to estimate smoke concentration in a monitoring space between the sound source unit and the wave receiving element based on an attenuation amount from a reference value of the output of the wave receiving element. a concentration estimating unit, and a smoke type determination means for comparing the estimated smoke density with a predetermined threshold value at a smoke density estimation unit determines the presence or absence of fire possess,
The sound source unit can transmit a plurality of types of ultrasonic waves having different frequencies, and the signal processing unit is configured to output the output frequency of the sound source unit according to the type of suspended particles present in the monitoring space and the smoke concentration, and the Stored in the storage means for storing the relationship data with the attenuation amount from the reference value of the output of the receiving element, and the output of the receiving element for each ultrasonic wave transmitted from the sound source unit and stored in the storing means Particle type estimation means for estimating the type of particles floating in the monitoring space using the relationship data, and the smoke concentration estimation means is configured such that the particles estimated by the particle type estimation means are smoked. A fire detector for estimating a smoke concentration in the monitoring space based on an attenuation amount from a reference value of an output of the receiving element with respect to an ultrasonic wave of a specific frequency in the case of particles .
前記音源部は、発熱体部への通電に伴う発熱体部の温度変化により空気に熱衝撃を与えることで超音波を発生するものであることを特徴とする火災感知器。 A sound source unit capable of transmitting ultrasonic waves, a control unit for controlling the sound source unit, a receiving element for detecting the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit, and a fire based on the output of the receiving element A signal processing unit for determining the presence or absence of smoke, and the signal processing unit is configured to estimate smoke concentration in a monitoring space between the sound source unit and the wave receiving element based on an attenuation amount from a reference value of the output of the wave receiving element. A smoke estimator that compares the smoke concentration estimated by the smoke estimator with a predetermined threshold to determine the presence or absence of a fire;
The sound source unit, fire detectors you characterized in that to generate ultrasonic waves by applying thermal shock to the air by the temperature change of the heating element due to the energization of the heating element.
前記制御部は、前記音源部から防虫効果のある周波数の超音波を送波させること特徴とする火災感知器。 A sound source unit capable of transmitting ultrasonic waves, a control unit for controlling the sound source unit, a receiving element for detecting the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit, and a fire based on the output of the receiving element A signal processing unit for determining the presence or absence of smoke, and the signal processing unit is configured to estimate smoke concentration in a monitoring space between the sound source unit and the wave receiving element based on an attenuation amount from a reference value of the output of the wave receiving element. A smoke estimator that compares the smoke concentration estimated by the smoke estimator with a predetermined threshold to determine the presence or absence of a fire;
Wherein, fire detectors shall be the this and features for transmitting ultrasonic waves of frequencies of insect repellent from the sound source unit.
前記受波素子の周辺に前記音源部以外から前記受波素子へ超音波が入射するのを阻止する遮音壁が設けられてなることを特徴とする火災感知器。 A sound source unit capable of transmitting ultrasonic waves, a control unit for controlling the sound source unit, a receiving element for detecting the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit, and a fire based on the output of the receiving element A signal processing unit for determining the presence or absence of smoke, and the signal processing unit is configured to estimate smoke concentration in a monitoring space between the sound source unit and the wave receiving element based on an attenuation amount from a reference value of the output of the wave receiving element. A smoke estimator that compares the smoke concentration estimated by the smoke estimator with a predetermined threshold to determine the presence or absence of a fire;
Fire detector you wherein sound insulating wall that is provided with ultrasound to the wave-receiving element from outside the sound source portion to the peripheral is prevented from entering the wave receiving devices.
前記音源部と前記受波素子とが一表面側に実装されたベース部材を備え、ベース部材の前記一表面には、前記音源部から送波された超音波の反射を防止する吸音層が設けられてなることを特徴とする火災感知器。 A sound source unit capable of transmitting ultrasonic waves, a control unit for controlling the sound source unit, a receiving element for detecting the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the sound source unit, and a fire based on the output of the receiving element A signal processing unit for determining the presence or absence of smoke, and the signal processing unit is configured to estimate smoke concentration in a monitoring space between the sound source unit and the wave receiving element based on an attenuation amount from a reference value of the output of the wave receiving element. A smoke estimator that compares the smoke concentration estimated by the smoke estimator with a predetermined threshold to determine the presence or absence of a fire;
The sound source unit and the wave receiving element are provided with a base member mounted on one surface side, and a sound absorbing layer for preventing reflection of ultrasonic waves transmitted from the sound source unit is provided on the one surface of the base member. are fire sensors you characterized by comprising.
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