JP5123105B2 - 警報器 - Google Patents

Description

本発明は、一般住宅等に設置され電池駆動により火災を監視して警報する警報器に関する。

従来、住宅における火災やガス漏れなどの異常を検出して警報する住宅用警報器（以下「住警器」という）が普及している。

このような住警器にあっては、住警器内にセンサ部と警報部を一体に備え、火災を検出すると火災警報を出すようにしており、住警器単体で火災監視と警報ができることから、設置が簡単でコスト的にも安価であり、一般住宅での設置義務化に伴い広く普及している。

従来の住警器で火災を検出した時の警報としては、例えば「ピーピーピー 火事です 火事です」といった警報音を出力するようにしている。ここで前半の「ピーピーピー」はスイープ音と呼ばれ、２〜３ＫＨｚといった聞き取りやすい範囲で周波数を時間に対し直線的に変化させている。

スイープ音と音声メッセージから構成された警報音の出力は、音声データを記憶したＲＯＭを準備し、ＲＯＭから読み出した音声データをＰＷＭパルスに変換し、ＰＷＭパルス（パルス幅変調パルス）をローパスフィルタを通すことで音声信号波形に変換し、アンプで増幅した後にスピーカから出力させている。

このような音声データをＰＷＭパルスに変換して警報音を出力するＰＷＭ変換方法は、音声データをアナログ変換する高価なＡＤ変換器を必要とせず、低コストで音声出力を行うことができる。

また、近年、住警器の低消費電力化が推し進められた結果、電池寿命が例えば１０年以上といった長寿命が保証されており、その間、電池交換は不要である。長期間使用して電池寿命に近づき、電池電圧の低下が検出されると、電池切れを報知する警報を出すようにしている。

特開２００５−４４３１７号公報 特開２００４−５４３５６号公報

ところで、従来の警報器に使用しているスピーカにあっては、スピーカのインピーダンスが周波数によって変化し、音圧が高くなる周波数でインピーダンスが高くなる傾向がある。

そのためスイープ音を出力するために一定振幅を持ち周波数が変化する駆動電圧をスピーカに加えると、音圧の高く出ていない周波数帯ではインピーダンスが低いために電流が多く流れ、無駄に電流が消費される。

また充分な音圧を確保するために駆動電圧の振幅を増加させると、音圧の高く出ていない周波数帯でのピーク電流が増えて電池の電圧降下が大きくなり、電池寿命が短くなるという問題もある。

本発明は、スイープ音を出力する際の周波数変化に対し充分な音圧を確保すると同時にスピーカ消費電流を低減できる警報器を提供することを目的とする。

本発明は、異常を検出した際に、時間の経過に伴って所定の範囲で周波数が変化するスイープ音を警報音としてスピーカから出力する警報器に於いて、
スピーカにおける音圧が高く且つインピーダンスが高い所定の周波数をもつ所定振幅の駆動電圧Ｖｒを加えた時に流れる駆動電流を基準電流Ｉｒとして設定する基準電流設定部と、
スピーカの駆動電流を基準電流Ｉｒ付近に保つようにデューティ比を設定したＰＷＭパルス列を出力するＰＷＭ処理部と、
ＰＷＭパルス列をローパスフィルタに通して音声信号に変換した後に増幅してスピーカから出力させる音響出力回路部と、
を設けたことを特徴とする。

ここで、ＰＷＭ処理部は、
周波数の変化に対しスピーカの駆動電流を基準電流Ｉｒ付近に保つスピーカの振幅電圧データを設定する振幅電圧データ設定部と、
時間の経過に対し所定の周波数範囲で直線的に変化する周波数を設定する周波数設定部と、
振幅電圧データ設定部の振幅電圧データから変換したデューティ比をもち、且つ周波数設定部により設定された直線的に変化する周波数をもつＰＷＭパルスを生成して出力するＰＷＭ変換部と、
を備える。

振幅電圧データ設定部は、基準電流Ｉｒと所定振幅電圧Ｖｒの積（Ｉｒ×Ｖｒ）を、周波数範囲に亘り所定振幅電圧Ｖｒを加えてスピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して、周波数範囲に亘る振幅電圧データ分布を算出し、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い振幅電圧データ分布に従ったデューティ比をもつＰＷＭパルスをＰＷＭ変換部に出力させてスピーカの駆動電流を基準電流に保持する。

また、振幅電圧データ設定部は、基準電流Ｉｒと所定振幅電圧Ｖｒの積（Ｉｒ×Ｖｒ）を、周波数範囲に亘り所定振幅電圧Ｖｒを加えてスピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して求めた振幅電圧分布を近似する区分関数を求め、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い区分関数により算出した振幅電圧に従ったデューティ比をもつＰＷＭパルスをＰＷＭ変換部に出力させてスピーカの駆動電流を基準電流付近に保持する。

本発明の別の形態は、異常を検出した際に、時間の経過に伴って所定の範囲で周波数が変化するスイープ音を警報音としてスピーカから出力する警報器に於いて、
スピーカの音圧が高く且つインピーダンスが高い所定の周波数をもつ所定振幅Ｖｒの駆動電圧を加えた時に流れる駆動電流を基準電流Ｉｒとして設定する規準電流設定部と、
スイープ音の出力時に、周波数変化に伴うスピーカ駆動電流を基準電流Ｉｒ付近に保つようにスピーカに加える振幅電圧を制御するスイープ音出力処理部と、
を設けたことを特徴とする。

ここで、スイープ音出力処理部は、基準電流Ｉｒと所定振幅電圧Ｖｒの積（Ｉｒ×Ｖｒ）を、周波数範囲に亘り所定振幅電圧を加えてスピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して求めた振幅電圧分布を保持し、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い振幅電圧分布に従った振幅電圧をスピーカに加えることにより、スピーカ駆動電流を基準電流に保持する。

また、スイープ音出力処理部は、基準電流Ｉｒと所定振幅電圧Ｖｒの積（Ｉｒ×Ｖｒ）を、周波数範囲に亘り所定振幅電圧を加えてスピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して求めた振幅電圧分布を近似する区分関数を保持し、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い区分関数により算出した振幅電圧をスピーカに加えることにより、スピーカ駆動電流を前記基準電流付近に保持する。

本発明によれば、スイープ周波数範囲でスピーカの音圧が高く且つ消費電流が少ない駆動電流を基準電流として設定し、基準電流を与える周波数での電圧振幅に対し、音圧の高くでないインピーダンスの低い周波数帯での電圧振幅を小さくするようにスピーカに加える振幅電圧を制御することで、周波数の変化に対し基準電流を大きく超えないようにし、ピーク電流を低減しながら同時に最大音圧を確実に維持したスイープ音の出力ができ、電池寿命を延ばすことができる。

また、インピーダンスの低い周波数帯で小さくなるスピーカに加える振幅電圧の制御は、ＰＷＭパルスのデューティ比を制御することで簡単且つ容易に実現でき、スイープ周波数範囲の振幅電圧分布をＲＯＭデータ又は区分関数により設定することで、スイープ音の音声データをＲＯＭに記憶した場合に比べ、ＲＯＭ容量を大幅に低減することができる。

図１は本発明による住警器の外観を示した説明図であり、図１（Ａ）に正面図を、図１（Ｂ）に側面図を示している。

図１において、本実施形態の住警器１０はカバー１２と本体１４で構成されている。カバー１２の中央には、周囲に煙流入口を開口した検煙部１６が配置され、火災による煙が所定濃度に達したときに火災を検出するようにしている。

カバー１２に設けた検煙部１６の左下側には音響孔１８が設けられ、この背後にスピーカを内蔵し、警報音や音声メッセージを出力できるようにしている。検煙部１６の下側には警報停止スイッチ２０が設けられている。警報停止スイッチ２０は点検スイッチとしての機能を兼ねている。

警報停止スイッチ２０の内部には、点線で示すようにＬＥＤ２２が配置されており、ＬＥＤ２２が点灯すると、警報停止スイッチ２０のスイッチカバーの部分を透過してＬＥＤ２２の点灯状態が外部から分かるようにしている。

また本体１４の裏側上部には取付フック１５が設けられており、設置する部屋の壁にビスなどをねじ込み、このビスに取付フック１５で取り付けることで、壁面に住警器１０を設置することができる。

住警器１０は住宅の居間や寝室などの例えば壁面に設置され、万一、火災が発生した場合いには、火災を検出して警報を開始する。この火災を検出して警報を開始することを、住警器における「発報」という。

火災を検出した時の住警器１０−４の警報音としては、例えばスイープ音として「ピーピーピー」を連続して出力する。同時にＬＥＤ２２を点滅又は明滅させる。住警器１０が警報音を出している状態で、警報停止スイッチ２０を操作すると、警報音が停止し、ＬＥＤ２２が消灯する。

また住警器１０は障害監視機能を備えており、障害を検知すると、例えば「ピッ」といった警報音を所定時間置きに間欠的に出力すると共にＬＥＤ２２を瞬時的に点灯し、障害が発生したことを報知する。住警器１０から出力されている障害警報は、警報停止スイッチ２０を操作することで停止することができる。

住警器１０で検出して警報する障害とは、電池電圧の低下を検出して警報する電池容量低下警報（電池切れ警報）が主なものであり、これ以外に、検煙部１６などのセンサ障害など適宜の障害警報が含まれる。

図２は本発明による住警器の実施形態を示したブロック図である。住警器１０はＣＰＵ２４を備え、ＣＰＵ２４に対しては、センサ部２６、報知部２８、操作部３０、ＥＥＰＲＯＭ３２、ＲＡＭ３５、移報部３６及び電池電源４０を設けている。

センサ部２６には、本実施形態にあっては検煙部１６が設けられ、煙濃度に応じた煙検出信号をＣＰＵ２４に出力している。センサ部２６には検煙部１６以外に、火災による温度を検出するサーミスタを設けてもよい。またガス漏れ監視用の住警器の場合には、センサ部２６にガス漏れセンサが設けられることになる。

報知部２８にはローパスフィルタ４４及びアンプ４４からなる音響出力回路部により駆動されるスピーカ４６と、表示回路部４8により駆動されるＬＥＤ２２が設けられている。

ローパスフィルタ４２はコンデンサと抵抗からなる簡単なフィルタであり、ＣＰＵ２４から出力される警報音用のＰＷＭパルス列から音声周波数帯域の上限周波数を超える成分を除去して滑らかに変換する音声信号波形に変換し、アンプ４４で増幅した後にスピーカ４６から出力させる。ＬＥＤ２２は点滅や明滅、点灯などにより、火災などの異常及び障害を表示する。

操作部３０には警報停止スイッチ２０が設けられている。警報停止スイッチ２０を操作すると、住警器１０から流している警報音を停止することができる。警報停止スイッチ２０は、本実施形態にあっては点検スイッチを兼用している。

警報停止スイッチ２０は、報知部２８からスピーカ４６により警報音を出力しているときに有効となる。一方、警報音を出力していない通常監視状態で警報停止スイッチ２０は点検スイッチとして機能し、点検スイッチを押すと、報知部２８から点検用の音声メッセージなどが出力される。

電池電源４０は、例えば所定セル数のアルカリ乾電池を使用しており、定格電圧として例えば５．０ボルトの電池電圧を供給し、電池容量としては住警器１０における回路部全体の低消費電力化により、約１０年の電池寿命を保証している。

ＣＰＵ２４にはプログラムの実行により実現される機能として、異常監視部５０及びスイープ音処理部５２が設けられている。スイープ音処理部５２には、スピーカ基準電流設定部５４とＰＷＭ処理部５６の機能が設けられている。

異常監視部５０は、センサ部２６に設けた検煙部１６からの煙検出信号が火災レベルを超えて火災を検出したときに、報知部２８のスピーカ４６から警報音として例えば「ピーピーピー」といったスイープ音を繰り返し出力させると共に、報知部２８のＬＥＤ２２を例えば明滅させる。

スイープ音処理部５２は、スイープ音に対応したPWMパルス列を生成して出力し、フィルタ４２を通してほぼ正弦波形となる音声波形信号に変換した後にアンプ４４で増幅してスピーカ４６から出力させる。

スイープ音処理部５２に設けた基準電流設定部５４は、スピーカ４６における音圧が高く且つインピーダンスが高い所定の周波数ｆｐをもつ所定の振幅電圧Ｖｒを加えた時に流れる駆動電流を基準電流Ｉｒとして設定する。

ＰＷＭ処理部５６は、スイープ音の出力時に、スピーカ４６の駆動電流を基準電流Ｉｒ付近に保つようにデューティ比を設定したＰＷＭパルス列を出力し、ローパスフィルタ４２に通して音声信号に変換した後にアンプ４４で増幅してスピーカ４６から出力させる。

図３は図２のＰＷＭ処理部５６の実施形態を示したブロック図であり、ＣＰＵ２４によるプログラムの実行によって実現される機能となる。

図３において、ＰＷＭ処理部５６には、振幅電圧データ設定部５８、レジスタ６０、周波数設定部６２、レジスタ６４、ＰＷＭ変換部６６及び制御部６８が設けられている。

振幅電圧データ設定部５８は、時間の経過に伴うスイープ周波数範囲における周波数の変化に対し、スピーカの音圧が高く且つインピーダンスが高い所定周波数ｆｐで流れる基準電流Ｉｒ付近にスピーカ駆動電流を保つ振幅電圧データを、レジスタ６０を介してＰＷＭ変換部６６に設定する。

振幅電圧データ設定部５８で設定する振幅電圧データ３５はＥＥＰＲＯＭ３２に予め記憶されており、スイープ音出力の際に、振幅電圧データ設定部５８がＥＥＰＲＯＭ３２の振幅データ３５を順次読み出して、レジスタ６０に設定する。

周波数設定部６０は、スイープ音出力時の時間の経過に対し、所定のスイープ周波数範囲で例えば直線的に変化する周波数を、レジスタ６４を介してＰＷＭ変換部６６に設定する。

ＰＷＭ変換部６６は、レジスタ６０に設定された振幅電圧データから変換したデューティ比を持ち、且つ周波数設定部６２によりレジスタ６４に設定された周波数を持つＰＷＭパルスを生成して出力する。

図４は図３のＰＷＭ変換部６６における振幅電圧データをデューティ比に変換するための変換特性を示したグラフ図である。図４において、横軸は振幅電圧データであり、例えば８ビットのデータであり、オール１で最大値Ｄｍａｘとなっている。

縦軸はデューティ比Ｒであり、振幅電圧データの最大値Ｄｍａｘでデューティ比Ｒは１００％であり、振幅電圧データ０でデューティ比Ｒは０％であり、０から１００％とＤｍａｘの交点を結ぶ直線を、振幅電圧データをデューティ比Ｒに変換するための変換特性として設定している。

次に、スイープ音の出力時に振幅電圧データ設定部５８により読み出され、レジスタ６０を介してＰＷＭ変換部６６に対しデューティ比を得るために設定する振幅電圧データ３５の詳細を説明する。

図５は本実施形態の住警器で使用するスピーカ４６の周波数に対する音圧特性とインピーダンス特性を示したグラフ図である。図５において、横軸は周波数であり、縦軸に音圧レベルとインピーダンスＺを示している。なお横軸の周波数は対数軸である。

本実施形態のスピーカ４６は、一定の振幅電圧を持つ駆動電圧を周波数を可聴周波数範囲例えば１５０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲で変化させながらスピーカに加えてスイープ音を出力すると、音圧特性７０に示す強さのスイープ音が得られる。また周波数変化に対し、スピーカのインピーダンスＺはインピーダンス特性７２に示す特性となる。

音圧特性７０は７５０Ｈｚ付近の周波数ｆｐ１にピークを持ち、また３．２ｋＨｚ付近の周波数ｆｐ２に更に高いピークを持っている。このような周波数ｆｐ１，ｆｐ２における音圧のピークに対し、インピーダンス特性７２は、周波数ｆｐ１，ｆｐ２となる音圧ピークの部分でインピーダンスＺがピーク的に高くなっており、それ以外の音圧の低い周波数帯域ではインピーダンスＺが低くなっている。

図６は図５の音圧特性７０及びインピーダンス特性７２を持つスピーカ４６に一定の振幅電圧Ｖｒを持つ駆動電圧をスイープ周波数範囲ｆｓ〜ｆｅで周波数を変化させながら加えてスイープ音を出力したときの駆動電圧と駆動電流をインピーダンス特性７２と共に示している。

図６（Ａ）は図５に示したと同じインピーダンス特性７２であり、周波数ｆｐ１，ｆｐ２の２箇所でインピーダンスＺが高くなるピーク部分を持っている。

図６（Ｂ）は振幅電圧Ｖｒとなる駆動電圧（正弦波電圧）をスピーカに印加して、周波数を開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅのスイープ周波数範囲で変化させたときの駆動電圧分布７４を示している。

このようなスイープ周波数範囲で一定振幅電圧Ｖｒを持つ駆動電圧分布７４でスイープ音をスピーカから出力させたとき、スピーカの駆動電流は図６（Ｃ）に示す駆動電流分布７６となる。駆動電流分布７６は、スイープ周波数範囲におけるインピーダンスが高くなるインピーダンスｆｐ１，ｆｐ２の部分で電流値が減少し、それ以外のインピーダンスの低い周波数帯域で大きな電流が流れている。

そこで本発明にあっては、図６（Ｂ）のように、一定振幅電圧Ｖｒを持つ駆動電圧によりスイープ周波数範囲で周波数を変化させてスピーカからスイープ音を出力したときの図６（Ｃ）に示す駆動電流分布７６における音圧が高く且つインピーダンスＺが高い、例えば周波数ｆｐ１でスピーカに流れる駆動電流Ｉｒ１を基準電流として求め、この基準電流Ｉｒ１を図２のＣＰＵ２４に設けたスイープ音処理部５２に設けているスピーカ基準電流設定部５４により設定する。

図７はスイープ音の出力時にスイープ周波数の範囲で周波数を変化したときのスピーカ駆動電流を、図６から求めた基準電流Ｉｒに保つための振幅電圧分布を示したタイムチャートである。図７（Ａ）は図５に示したと同じインピーダンス特性７２であり、図７（Ｂ）に図７（Ｃ）に示すようにスピーカ駆動電流を基準電流Ｉｒに保つためのスイープ周波数範囲における振幅電圧分布７８を示している。図７（Ｂ）の振幅電圧分布７８は次のようにして求めることができる。

まず図６（Ｂ）（Ｃ）に示した音圧が高く且つインピーダンスが最も高い周波数ｆｐ１における振幅電圧Ｖｒと基準電流Ｉｒとの積（Ｖｒ×Ｉｒ）を求める。

図７（Ｃ）に示すように、スイープ周波数範囲全域において基準電流Ｉｒに一致する駆動電流分布８０を得るための電圧分布特性７８は、前述した積（Ｖｒ×Ｉｒ）を、図６（Ｃ）に示している駆動電流分布７６の電流値で除算して、振幅電圧を求めればよい。

このようにして求めた図７（Ｂ）の振幅電圧分布７８は、基準電流Ｉｒを求めた周波数ｆｐ１で振幅電圧がＶｒとなり、それ以外のインピーダンスの低い周波数帯域については、振幅電圧が下がった特性となっている。

なお図５のスピーカの特性にあっては、３．２ｋＨｚ付近にも音圧が高く且つインピーダンスが高い周波数ｆｐ２が存在しており、この部分では振幅電圧はＶｒには達しないが、ピーク的に増加した振幅電圧を示している。

図７（Ｂ）のように、スイープ周波数範囲について駆動電流を基準電流Ｉｒに保つ振幅電圧データ分布７８が得られたならば、所定周波数単位にサンプリングして振幅値をデジタルデータ例えば８ビットデータに変換することで、図８に示すような振幅電圧データ３５を生成することができる。

図８の振幅電圧データ３５は、スイープ周波数範囲につき周波数ｆ１〜ｆｎに周波数を離散化して、それぞれの周波数における図７（Ｂ）の振幅電圧分布７８に従った電圧値を振幅電圧データＶ１〜Ｖｎとして取り出して配置しており、この振幅電圧データ３５が図３に示したＥＥＰＲＯＭ３２に予め記憶されている。

図９は図８の振幅電圧データの作成処理を示したフローチャートであり、図１に示した本実施形態の住警器１０のスピーカから出力される音圧を測定する音圧測定器、スピーカに加えられる駆動信号の駆動電圧と駆動電流を測定する測定器、更にはデータ処理用のパーソナルコンピュータなどの測定試験装置を使用して作成処理が行われる。また音圧測定は無音響室を使用して行う。

振幅データ作成処理は、まずステップＳ１で測定対象として準備した本実施形態の住警器１０に対するスイープ条件を設定する。このスイープ条件は、図６（Ｂ）に示すように、警報器に要求される音圧レベルを得るための振幅電圧Ｖｒで開始周波数ｆｓから終了周波数ｆｅのスイープ周波数範囲で周波数を変化させてスイープ音を出力させる条件を設定する。

具体的には、図３のＣＰＵ２４に設けているレジスタ６０に対し、振幅データ設定部５８から振幅電圧Ｖｒに対応する振幅電圧データを固定的に設定する。続いてステップＳ２で周波数設定部６６からスイープ周波数範囲で時間の経過に対し直線的に変化する周波数をレジスタ６４に順次設定し、これによってＰＷＭ変換部６６から一定デューティ比を持ち且つスイープ周波数範囲で周波数が変化するＰＷＭパルスを出力し、ローパスフィルタ４２で音声周波数帯域の上限周波数以上の成分をカットして正弦波波形に変換し、アンプ６６で増幅した後、スピーカ４６からスイープ音を出力させる。

続いてステップＳ３で、スイープ周波数範囲におけるスピーカ駆動電流を測定し、この測定により図６（Ｃ）のような駆動電流分布７６が得られることから、ステップＳ４で、同時に測定しているピーク音圧が得られた周波数におけるスピーカ駆動電流を検出し、ステップＳ５で、この電流をスピーカ基準電流Ｉｒとして決定する。

続いて図７に示したように、図６（Ｃ）の駆動電流分布７６により基準電圧Ｖｒと基準電流Ｉｒの積（Ｖｒ×Ｉｒ）を除算して、図７（Ｂ）の電圧振幅分布７８を求め、所定の周波数単位に離散化することで、図８に示すような振幅電圧データ３５を作成し、これを図３に示すようにＥＥＰＲＯＭ３２に記憶する。

なお図９の処理にあっては、測定対象とする本実施形態の住警器１０を用いてスピーカにスイープ音を出力させて、基準電流Ｉｒ及び駆動電流分布を測定しているが、図５に示すように、予め使用しているスピーカについて音圧特性７０及びインピーダンス特性７２が得られている場合には、この音圧特性７０及びインピーダンス特性７２から、音圧が高く且つインピーダンスも高い周波数例えばｆｐ１を決定し、インピーダンス特性７２が決まれば、図６に示す一定振幅電圧Ｖｒを加えたときの図６（Ｃ）の駆動電流分布７６も算出できるので、基準電流Ｉｒが求まり、これに基づき図７（Ｂ）の振幅電圧分布７８を得て、図８の振幅電圧データ３５を作成してもよい。

更に、スピーカの音圧特性７０が不明であっても、スイープ周波数範囲でスピーカを駆動して、図６（Ｃ）に示すような駆動電流分布７６が測定できれば、この駆動電流分布７６に基づき、図７（Ｂ）に示すスイープ周波数範囲につき、スピーカ駆動電流を基準電流Ｉｒに保つための振幅電圧分布７８を同様にして求めることができる。

図１０は図３のＰＷＭ処理部の実施形態によるスイープ音出力処理を示したフローチャートである。図１０において、まずステップＳ１１でＥＥＰＲＯＭ３２からの振幅電圧データ３５の読み出しモードを設定した後、ステップＳ１２で周波数ｆを所定周波数Δｆずつ増加させる周波数のスイープを開始する。

次にステップＳ１３で、現在の周波数ｆに対応した振幅電圧データをＥＥＰＲＯＭ３２から読み出してレジスタ６０に格納し、ステップＳ１４で、図４に示した変換特性に従って振幅電圧データをデューティ比に変換する。このとき周波数設定部６２により、レジスタ６４にステップＳ１２で求めたスイープを開始した現在の周波数ｆがセットされていることから、ＰＷＭ変換部６６はステップＳ１４で求めたデューティ比を持ち、且つレジスタ６４にセットされた周波数のＰＷＭパルスを出力する。

このようなステップＳ１２〜Ｓ１５のＥＥＰＲＯＭ３２の振幅電圧データ３５に対応したデューティ比を持ち且つ周波数がスイープ周波数範囲で直線的に増加するＰＷＭパルスを出力し、ＰＷＭパルスはローパスフィルタ４２で可聴周波数帯域の上限周波数成分がカットされて正弦波波形に変換され、アンプ４４で増幅された後、スピーカ４６からスイープ音を出力する。

このときスピーカ４６に流れる駆動電流は、スピーカ駆動電圧が図７（Ｂ）のようにインピーダンスが高く且つ音圧が高い周波数ｆｐ１の基準電圧Ｖｒに対し、インピーダンスの低い周波数帯域で振幅電圧が小さくなるように制御され、その結果、図７（Ｃ）に示すように、スイープ周波数範囲でスピーカ駆動電流を基準電流Ｉｒに保持したスイープ音の出力が実現できる。

図１１は図２のＰＷＭ処理部の他の実施形態を示したブロック図であり、この実施形態にあっては、ＲＯＭに振幅電圧データを記憶せず、振幅基準データを近似することで、区分関数としてプログラムの実行により振幅電圧データを設定し、スイープ周波数範囲でスピーカ駆動電流を基準電流付近に保つように制御する。

図１１において、ＣＰＵ２４に設けたスイープ音処理部５６は、振幅電圧データ設定部８２、レジスタ６０、周波数設定部６２、レジスタ６４、ＰＷＭ変換部６６及び制御部６８で構成され、基本的には図３の実施形態と同じであるが、図３にあっては、ＥＥＰＲＯＭ３２の振幅電圧データ３５に基づき、振幅電圧データ設定部５８でＰＷＭ変換部６６に振幅電圧データを設定しているが、図１１の実施形態にあっては、振幅電圧データ設定部８２による区分関数に基づき、ＰＷＭ処理部５６に近似的に振幅電圧データを設定するようにしたことを特徴とする。

図１２は図１１の実施形態におけるスピーカ駆動電流を基準電流に保つ近似的な振幅電圧分布を示したタイムチャートである。図１２（Ａ）は図５に示したと同じインピーダンス特性７２であり、図１２（Ｂ）に、図７（Ｂ）に示したと同じスイープ周波数範囲でスピーカ駆動電流を基準電流Ｉｒに保つための振幅電圧分布７８を想像線で示している。

図１１の実施形態にあっては、振幅電圧分布７８をそのまま使用せず、これを近似した近似振幅電圧分布８４を使用する。近似振幅電圧分布８４は、周波数ｆｐ１，ｆｐ２における振幅電圧のピーク部分を矩形パターンで近似している。

このような近似振幅電圧分布８４は、図１３に示すような周波数区間に対する区分関数として定義することができる。即ち、５つの周波数区間ｆ１〜ｆ２，ｆ２〜ｆ３，ｆ３〜ｆ４，ｆ４〜ｆ５，ｆ５〜ｆ６につき、それぞれ区分関数としてＶ＝Ｖ１，Ｖ２，Ｖ１，Ｖ３，Ｖ１を設定している。

この図１３に示すような区分関数をスイープ音出力時の周波数変化に基づき順次設定することで、図１２（Ｂ）に示す矩形的に変化する近似振幅電圧分布８４を生成してスピーカに駆動電圧を印加することができ、その結果、図１２（Ｃ）に示すような駆動電流分布８６を得ることができる。この駆動電流分布８６は、周波数ｆｐ１における基準電流Ｉｒに対し、所定の誤差範囲に駆動電流が収まるように制御することができる。

図１４は図１１の実施形態で用いる近似振幅電圧分布の他の例を示している。この例にあっては、図１４（Ｂ）に示すように、音圧及びインピーダンスが高くなる周波数ｆｐ１，ｆｐ２のピーク的な振幅電圧の部分を、図１２（Ｂ）の矩形近似に対し折れ線近似としており、本来の振幅電圧分布７８に対するずれを小さくし、図１４（Ｃ）に示す駆動電流分布９０を得ることで、基準電流Ｉｒに対するスピーカ駆動電流の誤差を更に小さくしている。

図１５は図１４（Ｂ）の近似振幅電圧分布８８から作成したスイープ周波数範囲の各周波数区分に対する区分関数を一覧として示している。即ち図１４のスイープ周波数範囲を周波数区分に示す７つの周波数区間に分け、各区間における振幅電圧Ｖの値を、定数あるいは正負の傾きを持つ直線の方程式で表現している。

図１６は図１３及び図１５のスイープ周波数範囲の区分関数を得るための振幅データ作成処理を示したフローチャートである。図１６において、ステップＳ２１〜Ｓ２６は図９のステップＳ１〜Ｓ６と同じであり、図６（Ｃ）に示した駆動電流分布７６に基づき、図７（Ｂ）に示す駆動電圧分布７８を求めている。

続いてステップＳ２７で、図１２（Ｂ）あるいは図１４（Ｂ）に示すように、振幅電圧データ分布を近似化し、近似化した振幅電圧データ分布に基づき、ステップＳ２７で図１３に示すような区分関数または図１５に示すような区分関数を決定し、それぞれＣＰＵ２４に設けているＰＷＭ処理部５６の機能を実現するプログラムにパラメータとして記述する。

図１７は図１１のＰＷＭ処理部によるスイープ音出力処理を示したフローチャートである。図１７において、ステップＳ３１で図１３または図１５に示したようなスイープ出力用の区分関数の定数を設定する。図１３の区分関数における定数はＶ１，Ｖ２，Ｖ３である。また図１５の区分関数における定数はＶ１，Ｖ２，Ｖ３、及び傾きａ，−ｂ，ｃ，−ｄである。

次にステップＳ３２で現在の周波数ｆを所定周波数Δｆずつ増加させる周波数のスイープを開始する。続いてステップＳ３３で現在の周波数ｆの属する区分の区分関数を選択する。続いてステップＳ３４で、選択した区分関数から駆動電圧データを算出し、レジスタ６０に格納する。そしてステップＳ３５で、図４に示した変換特性に従って駆動電圧データをデューティ比に変換する。

続いてステップＳ３６で、同時に周波数設定部６２によりレジスタ６４にセットされている周波数を持ち且つステップＳ３５で変換したデューティ比を持つＰＷＭパルスを出力する。このようなステップＳ３２〜Ｓ３６の処理を、ステップＳ３７でスイープ終了周波数に達するまで繰り返す。

なお、上記の実施形態はスイープ音をＰＷＭ処理により出力する場合を例にとっているが、ＰＷＭ処理以外のスイープ音の出力についても本発明を適用することができる。

例えばＣＰＵ２４からの制御により可変周波数発振器をスイープ周波数範囲で変化させ、可変周波数発振器からの周波数信号をアンプで増幅してスピーカを駆動する場合がある。

このような場合にも、スピーカの音圧が高く且つインピーダンスの高い周波数ｆｐにおける一定振幅Ｖｒでスピーカを駆動したときの電流を基準電流Ｉｒとして求め、例えば図７に示したように、可変周波数発振器から出力される周波数信号の振幅レベルをスイープ周波数範囲で振幅電圧分布７８に従って可変制御するように例えばアンプのゲインを制御することで、図７（Ｃ）に示すようなスイープ周波数範囲でスピーカ駆動電流を基準電流Ｉｒに保つようなスピーカ駆動ができる。

また、上記の実施形態は火災検出を対象とした住警器を例に取るものであったが、これ以外にガス漏れ警報器や防犯用の警報器など、それ以外の適宜の異常を検出する警報器につき、本実施形態をそのまま適用できる。また住宅用に限らず、ビルやオフィス用などの各種の用途の警報器にも適用できる。

また上記の実施形態は警報器にセンサ部を一体に設けた場合を例に取るものであったが、他の実施形態として警報器からセンサ部を別体として設けた警報器であっても良い。

また本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

本発明による住警器の外観を示した説明図 本発明による住警器の実施形態を示したブロック図 図２のＰＷＭ処理部の実施形態を示したブロック図 図３における音声データからデューティ比に変換する変換特性を示したグラフ図 スピーカの周波数に対する音圧特性とインピーダンス特性を示したグラフ図 一定の振幅電圧のスイープ信号をスピーカに加えた場合の駆動電圧と駆動電流を示したタイムチャート図 駆動電流を基準電流に保つ振幅電圧分布を示したタイムチャート 図７（Ｂ）の振幅電圧分布から作成された振幅電圧データを示した説明図 図８の振幅電圧データの作成処理を示したフローチャート 図３のＰＷＭ処理部によるスイープ音出力処理を示したフローチャート 図２のＰＷＭ処理部の他の実施形態を示したブロック図 駆動電流を基準電流に保つ近似的な振幅電圧分布を示したタイムチャート 図１２（Ｂ）の近似的な振幅電圧分布から作成された区分関数を示した説明図 駆動電流を基準電流に保つ他の近似的な振幅電圧分布を示したタイムチャート 図１４（Ｂ）の近似的な振幅電圧分布から作成された区分関数を示した説明図 図１３及び図１５の振幅電圧データの作成処理を示したフローチャート 図１１のＰＷＭ処理部によるスイープ音出力処理を示したフローチャート

符号の説明

１０：住警器
１２：カバー
１４：本体
１５：取付フック
１６：検煙部
１８：音響孔
２０：警報停止スイッチ
２２：ＬＥＤ
２４：ＣＰＵ
２６：センサ部
２８：報知部
３０：操作部
３２：ＲＯＭ
３４：ＲＡＭ
３６：移報部
４０：電池電源
４２：ローパスフィルタ
４４：アンプ
４６：スピーカ
４８：表示回路部
５０：異常監視部
５２：スイープ音処理部
５４：スピーカ基準電流設定部
５６：ＰＷＭ処理部
５８：音声データ設定部
６０，６６：レジスタ
６２：ＰＷＭ処理部
６４：周波数設定部
６８：制御部
７０：音圧特性
７２：インピーダンス特性

Claims (7)

1. 異常を検出した際に、時間の経過に伴って所定の範囲で周波数が変化するスイープ音を警報音としてスピーカから出力する警報器に於いて、
   前記スピーカにおける音圧が高く且つインピーダンスが高い所定周波数をもつ所定振幅の駆動電圧を加えた時に流れる駆動電流を基準電流として設定する基準電流設定部と、
   前記スピーカの駆動電流を前記基準電流付近に保つようにデューティ比を設定したＰＷＭパルス列を出力するＰＷＭ処理部と、
   前記ＰＷＭパルス列をローパスフィルタに通して音声信号に変換した後に増幅してスピーカから出力させる音響出力回路部と、
   を設けたことを特徴とする警報器。
   
2. 請求項１記載の警報器に於いて、前記ＰＷＭ処理部は、
   周波数の変化に対し前記スピーカの駆動電流を前記基準電流付近に保つスピーカの振幅電圧データを設定する振幅電圧データ設定部と、
   時間の経過に対し所定の周波数範囲で直線的に変化する周波数を設定する周波数設定部と、
   前記振幅電圧データ設定部の振幅電圧データから変換したデューティ比をもち、且つ前記周波数設定部により設定された直線的に変化する周波数をもつＰＷＭパルスを生成して出力するＰＷＭ変換部と、
   を備えたことを特徴とする警報器。
   
3. 請求項２記載の警報器に於いて、前記振幅電圧データ設定部は、
   前記基準電流と所定振幅電圧の積を、前記周波数範囲に亘り前記所定振幅電圧を加えて前記スピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して、前記周波数範囲に亘る振幅電圧データ分布を算出し、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い前記振幅電圧データ分布に従ったデューティ比をもつＰＷＭパルスを前記ＰＷＭ変換部に出力させて前記スピーカの駆動電流を前記基準電流に保持することを特徴とする警報器。
   
4. 請求項２記載の警報器に於いて、前記振幅電圧データ設定部は、
   前記基準電流と所定振幅電圧の積を、前記周波数範囲に亘り前記所定振幅電圧を加えて前記スピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して求めた前記周波数範囲に亘る振幅電圧分布を近似する区分関数を求め、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い前記区分関数により算出した振幅電圧に従ったデューティ比をもつＰＷＭパルスを前記ＰＷＭ変換部に出力させて前記スピーカの駆動電流を前記基準電流付近に保持することを特徴とする警報器。
   
5. 異常を検出した際に、時間の経過に伴って所定の範囲で周波数が変化するスイープ音を警報音としてスピーカから出力する警報器に於いて、
   前記スピーカの音圧が高く且つインピーダンスが高い所定の周波数をもつ所定振幅の駆動電圧を加えた時に流れる駆動電流を基準電流として設定する基準電流設定部と、
   前記スイープ音の出力時に、周波数変化に伴うスピーカ駆動電流を前記基準電流付近に保つように前記スピーカに加える振幅電圧を制御するスイープ音出力処理部と、
   を設けたことを特徴とする警報器。
   
6. 請求項５記載の警報器に於いて、前記スイープ音出力処理部は、
   前記基準電流と所定振幅電圧の積を、前記周波数範囲に亘り前記所定振幅電圧を加えて前記スピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して求めた前記周波数範囲に亘る振幅電圧分布を保持し、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い前記振幅電圧分布に従った振幅電圧を前記スピーカに加えることにより、スピーカ駆動電流を前記基準電流に保持することを特徴とする警報器。
   
7. 請求項６記載の警報器に於いて、前記スイープ音出力処理部は、
   前記基準電流と所定振幅電圧の積を、前記周波数範囲に亘り前記所定振幅電圧を加えて前記スピーカからスイープ音を出力した時の駆動電流分布により除算して求めた前記周波数範囲に亘る振幅電圧分布を近似する区分関数を保持し、スイープ音の出力時に、周波数変化に伴い前記区分関数により算出した振幅電圧を前記スピーカに加えることにより、スピーカ駆動電流を前記基準電流付近に保持することを特徴とする警報器。

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