JPH02300647A - 粒径計測型煙感知器 - Google Patents

粒径計測型煙感知器

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JPH02300647A
JPH02300647A JP1122570A JP12257089A JPH02300647A JP H02300647 A JPH02300647 A JP H02300647A JP 1122570 A JP1122570 A JP 1122570A JP 12257089 A JP12257089 A JP 12257089A JP H02300647 A JPH02300647 A JP H02300647A
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light
smoke
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light receiving
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JP1122570A
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Daisuke Kawaseki
河関 大祐
Akiyoshi Sato
佐藤 晃由
Akio Takemoto
竹元 昭夫
Yoshihiko Okuda
善彦 奥田
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SHIYOUBOUCHIYOU CHOKAN
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
SHIYOUBOUCHIYOU CHOKAN
Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、煙粒子の粒径を計測することにより、建物内
て火災時等に発生ずる煙を検出する粒径計測型煙感知器
に関するものである。
【従来の技術】
従来より煙粒子による光の散乱を利用した煙感知器が提
供されている〈特開昭56−1. /l 7294号公
報、実開昭58−171591号公報、特開昭60−1
0918.9号公報、実開昭60−13449号公報、
実開昭62−20358号公報等参照)。 従来より提供されている煙感知器では、投光手段と受光
手段とを光軸が一致しないように配置し、投光手段から
投光された光の煙粒子による散乱光を受光手段で受光す
ることにより、煙粒子の存否による受光量の変化に基づ
いて煙粒子を検出するようにしている。 ところで、煙以外に水蒸気やほこりによっても光は散乱
するから、上記構成の煙感知器では誤報が生じやすいと
いう問題がある。このような問題を解決するために、受
光量の変化が所定時間辺上に亙って継続するときに初め
て発報するようにした蓄積型煙感知器が実用に供されて
いる。
【発明が解決しようとする課題】
上述のような蓄積型煙感知器では、煙が発生してから発
報されるまでの時間が長く、火災時などでは早期発見に
逆行するという問題がある。 本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、散
乱を生じる粒子の粒径を計測することにより、煙と水蒸
気やほこりとの識別を行うようにして誤報を防止すると
ともに、火災時等の煙の発生を早期に検出てきるように
した粒径計測型煙感知器を提供しようとするものである
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、干渉性を有す
る平行光線束よりなる光ビームを投光する投光手段と、
投光手段に対向して配置され光ビームの煙粒子による散
乱光を受光する受光手段と、受光手段による受光信号に
基づいて煙粒子の粒径を計測することにより煙粒子の存
在を検出する判別手段とを有する粒径計測型煙感知器に
おいて、受光手段を、投光手段の光軸に直交する受光面
を有し受光面上での光の強度分布を検出するパターン検
出装置と、前方微小角散乱による各次数の回折像を上記
パターン検出装置の受光面上に等間隔に結像するフーリ
エ変換レンズとて構成し、判別手段では、パターン検出
装置で受光した光の強度分布に基づいて粒径を計測する
ようにしているのである。
【作用】
上記構成によれば、煙粒子の粒径に基づいて煙粒子の存
在を検出するから、水蒸気やほこりなとの煙とは粒径の
異なる他の粒子ての散乱による誤報を防止できるのであ
る。また、煙以外の粒子による誤報が防止できる結果、
煙粒子が所定時間以上に亙って検出されるときに発報す
るというような蓄積型の構成とする必要かないから、火
災感知器として用いれば、火災の〒期発見か行えるよう
になるのである。 次に、本発明の詳細な説明する。エアロゾル(煙を含む
)に含まれる微小粒子の粒径を計測する方法としては、
M i e散乱理論を基礎とする計測方法が知られてい
る。いま、エアロゾルに対する照射光を干渉性を有する
平行光線とし、散乱を生じる粒子の粒径(直径)をD、
照射光の波長をλとして、粒径パラメータαを次のよう
に定義する。 α二πD/λ 粒径パラメータαが大きくなると、散乱光は前方に集中
し、明確なフォワードローブが形成されることが知られ
ており、このフォワードローブ内の散乱を前方微小角散
乱と称している。この散乱はフラウンホーファ回折に起
因しているから、主として粒秤により支配され、粒子の
光学的特性にはほとんと影響を受けない。したがって、
回折角がわかれば、粒径パラメータを知ることができ、
粒子の粒径を知ることができるのである。ただし、エア
ロゾルにはいろいろな粒径を有する粒子が含まれている
から、回折角は一恵に決定されるものではなく、回折像
の光量分布によりエアロゾルに含まれる粒子の粒径の範
囲を知ることがてきるのである。また、フラウンホーフ
ァ回折の成立条件は、α〉1であり、対象とする粒子の
粒径の測定範囲は、照射光の波長に依存することになる
【実施例】
第1図に示すように、投光手段としてレーザ光源]が配
設され、干渉性を有する平行光線束である光ビームを投
光する。受光手段はレーザ光源]に対向して配設され、
レーザ光源〕との間の空間が煙粒子aや煙以外の粒子す
の導入される監視空間になる。受光手段は、多数の円形
のホトセル2を同心円状に配列したパターン検出装置3
と、パターン検出装置3の前方に配設されたフーリエ変
換レンズ4とを備えている。すなわち、上記監視空間に
導入された煙粒子によりレーザ光源1からの光ビーノ\
が散乱され、前方微小角散乱による回折像かフーリエ変
換レンズ4を通して2次元フーリエ変換され、この変換
像がパターン検出装置3の受光面に結像されるのである
。フーリエ変換レンズ4は、光軸に対する光線の入射角
度θと、像の高さ計1と、焦点距離fとが、h=f・5
111θという関係に設定されたレンズであって、回折
光がフ−リエ変換レンズ4を通過すると、各次数の回折
像が等間隔に結像されるようになっている。すなわち、
パターン検出装置3の受光面での光軸からの距離が散乱
角の正弦関数になる。このフーリエ変換レンズ4を用い
ていることにより、パターン検出装置3ては、受光面に
ホトセル2を等間隔で配列すればよく、設計か容易にな
るのである。フーリエ変換レンズ4は、微調整装置5に
保持されており、パターン検出装置3の受光面に対する
フーリエ変換レンズ4の光軸の角度を調節したり、パタ
ーン検出装置3との距離を調節することができるように
なっている。パターン検出装置3の出力は、判別手段を
構成するマイクロコンピュータ等の判別装置6に入力さ
れる。判別装置6では、回折光のパターン検出装置3に
よる受光強度の分布パターンに基ついて煙粒子の粒径を
計測し、粒径が煙粒子に相当すると判定されると発報す
るのである。 判別装置6ては次に示すような回折光の強度分布により
粒子の種類を識別する。すなわち、上記実施例と同じ構
成の投光手段と受光手段とを用いて、回折像におりる光
の強度分布を測定すると、第2図のような結果が得られ
る。ここに、レーザ光源1として出力波長が633nm
のへリウムーネオンレーザを用い、ホトセル2を32個
設け、フーリエ変換レンズ4の焦点距離を63wxとし
、計測できる粒子の最小径を約0 、1 ulとしてい
る。 また、第2図(a)〜(11)において、外側のグラフ
図の横軸は粒径(単位はμR)、縦軸は粒子数密度(単
位は%)、内側のグラフ図の横軸はホトセル2の番号、
縦軸は受光強度を示ず。ホトセル2は同心円状に配列さ
れており、内側から]、2.・・・・・・、32と番号
を付しである。したがって、回折角が大きくなる粒径の
小さな粒子に対しては、大きな番号を付したホトセル2
での受光強度が大きくなり、粒径の大きな粒子では、回
折角が小さくなるから、小さな番号を付したホトセル2
ての受光強度が大きくなる。第2図(a)〜(e)は、
それぞれウレタン、灯油、紙、木材、綿灯芯を500〜
600°Cの電気炉内に入れて加熱し、燃焼煙の粒径を
計測した結果てあり、第2図(f)〜(11)は、それ
ぞれたばこの煙、湯気、はこりについての計測結果であ
る。 計測された粒径は、それぞれ次表のようになった。 以上の計測結果から、はこり以外は、粒径がほぼ均一で
あることがわかる。また、湯気は粒径が5.0〜6.4
1であり、煙に比較して粒径が大きいから煙との識別が
できるのである。すなわち、粒子の種類によりパターン
検出装置3での受光強度分布は、第2図(a)〜(h)
のように変化するから、上記判別装置6においてこの強
度分布を識別すれば、水蒸気やほこりによる誤報を防止
できるのである。 」1記実施例では、パターン検出装置3として、多数の
ホトセル2を配列したものを用いているが、2次元イメ
ージセンサ等の撮像装置を用いてもよい。また、レーザ
光源1の波長を短くし、ホトセル2の数を増やせば分解
能を高めることができる。 さらに、火災時に発生する黒煙のように透過率が低い煙
の場合には、パターン検出装置3での受光量が小さくな
り、受光強度の分布が不明瞭になるから、火災感知器に
用いる場合には、煙粒子の粒径の検出とともに、レーザ
光源]から監視空間を通さずに光ファイバにより参照光
を導出し、この参照光と散乱光との強度比により煙粒子
の存在を検出する方法を併用するようにずれは、火災を
確実に検出できるようになる。
【発明の効果】
本発明は上述のように、干渉性を有する平行光線束より
なる光ビームを投光する投光手段と、投光手段に対向し
て配置され光ビーl\の煙粒子による散乱光を受光する
受光手段と、受光手段による受光信号に基づいて煙粒子
の粒径を計測することにより煙粒子の存在を検出する判
別手段とを有する粒径計測型煙感知器において、受光手
段を、投光手段の光軸に直交する受光面を有し受光面上
での光の強度分布を検出するパターン検出装置と、前方
微小角散乱による各次数の回折像を上記パターン検出装
置の受光面上に等間隔に結像するフーリエ変換レンズと
て構成し、判別手段ではパターン検出装置て受光した光
の強度分布に基づいて粒径を計測するようにしているも
のであり、煙粒子の粒径に基づいて煙粒子の存在を検出
するから、水蒸気やほこりなどの煙とは粒径の異なる他
の粒子での散乱による誤報を防止できるという利点があ
る。また、灯具外の粒子による誤報が防止できる結果、
煙粒子が所定時間以上に亙って検出されるときに発報す
るというような蓄積型の構成とする必要かないから、火
災感知器として用いれば、火災の早期発見が行えるよう
になるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す概略構成図、第2図は同
上における各粒子に対応する受光強度の分布状態を示す
原理説明図である。 ■ ・レーザ光源、2・ホl〜セル、3 パターン検出
装置、4・・フーリエ変換レンズ、5 微調整装置、6
・−判別装置。 代理人 弁理士 石 1)長 七 第2図 (a) (b) 第2図 (d) (e) (C) (f)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)干渉性を有する平行光線束よりなる光ビームを投
    光する投光手段と、投光手段に対向して配置され光ビー
    ムの煙粒子による散乱光を受光する受光手段と、受光手
    段による受光信号に基づいて煙粒子の粒径を計測するこ
    とにより煙粒子の存在を検出する判別手段とを有する粒
    径計測型煙感知器において、受光手段は、投光手段の光
    軸に直交する受光面を有し受光面上での光の強度分布を
    検出するパターン検出装置と、前方微小角散乱による各
    次数の回折像を上記パターン検出装置の受光面上に等間
    隔に結像するフーリエ変換レンズとを備え、判別手段は
    パターン検出装置で受光した光の強度分布に基づいて粒
    径を計測することを特徴とする粒径計測型煙感知器。
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