JPH04259845A

JPH04259845A - 浮遊微粒子検出装置

Info

Publication number: JPH04259845A
Application number: JP3021274A
Authority: JP
Inventors: Makoto Taniguchi; 良谷口; Shintaro Yamamoto; 慎太郎山本; Kenji Obata; 健二小幡
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1991-02-15
Publication date: 1992-09-16
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: JP2902491B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火災発生時の煙を検知
したりあるいは粉塵や煙草の煙等を検知したりする用途
に用いられるする浮遊微粒子検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】浮遊微粒子検出装置としては、煙や粉塵
などの微粒子による発光素子からの光の拡散光を受光素
子で受光することにより浮遊微粒子を検出するものがあ
る。この種の浮遊微粒子検出装置の従来の投光部は図９
（ａ）に示すように構成してあり、発光素子としての発
光ダイオードＬＤに直列に接続されたトランジスタＱ１
　を発振回路１２の出力でオン，オフさせて、発光ダイ
オードＬＤを間欠的に発光させ、駆動電流を限流抵抗Ｒ
１　により設定していた。ここで、発振回路１２の出力
は図１０に示すようにオンデューティが小さくなるよう
に設定してある。

【０００３】ところで、上述の構成の投光部の発光ダイ
オードＬＤの駆動電流を一定にした場合、発光ダイオー
ドＬＤの光出力はおよそ１℃あたり−１％の割合で変化
する。図１１（ａ）は発光ダイオードＬＤの駆動電流を
一定にして温度を０℃から５０℃まで変化させた場合の
発光ダイオードＬＤの光出力の変化を示す。従って、こ
のような投光部であると、高温状態で微粒子に対する検
出感度が低下する問題があった。図１１（ｂ）は発光ダ
イオードＬＤの駆動電流を一定とし、微粒子が一定量存
在する場合における受光部の検出出力を示し、上記発光
ダイオードＬＤの光出力変化の影響がそのまま検出感度
として現れる。

【０００４】そこで、この点を改善する方法として、図
１１（ｃ）に示すように温度に応じて駆動電流を変化さ
せて、発光ダイオードＬＤの光出力の温度変化を打ち消
すことが考えられる。この場合、図９（ｂ）に示すよう
に限流抵抗Ｒ１　に並列にサーミスタ等の感温素子Ｔｈ
を接続するか、あるいは同図（ｃ）に示すように２個の
感温素子Ｔｈ１　，Ｔｈ２　を夫々限流抵抗Ｒ１　に並
列及び直列に接続すればよい。つまり、図９（ｂ），（
ｃ）の場合には、図１１（ｃ）に示すように、発光ダイ
オードＬＤの駆動電流を低温側では小さく、高温側で大
きくする。なお、代表的な感温素子Ｔｈであるサーミス
タの抵抗値の温度特性を図１２に示す。同図におけるＲ
２５／Ｒｔは、周囲温度ｔのときの抵抗値の２５℃のと
きの抵抗値に対する比の逆数を示し、図中の１５００，
３０００，５０００はＢ定数（サーミスタ定数）を示す
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような拡散式の
浮遊微粒子検出装置の場合、検出感度を高くするには、
受光出力を大きくする必要があり、駆動電流として１Ａ
程度にする必要がある。ところが、省電力機器や電池駆
動機器などに用いられた場合、電源電圧が低くなり、駆
動電流を１Ａとするためには、感温素子Ｔｈの抵抗値を
小さくしなければならない。例えば、感温素子Ｔｈとし
てサーミスタを用い、電源電圧が６Ｖである場合に、１
Ａの電流を流すためには、サーミスタの抵抗値は数Ωと
しなければならず、このような小さい抵抗値のサーミス
タはないために、複数個のサーミスタを並列接続しなけ
ればならない。しかも、サーミスタに大きな電流を流す
と、自己発熱のために抵抗値が低下し、抵抗値の設定や
Ｂ定数の設定が困難になるという問題があった。

【０００６】本発明は上述の点に鑑みて為されたもので
あり、その目的とするところは、発光素子の光出力の温
度特性を確実且つ容易に補償することができる浮遊微粒
子検出装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、発光素子を間欠的に発光して
、煙や粉塵などの微粒子による散乱光を受光素子で受光
し、この受光素子の受光出力を発光素子の発光周期に同
期して検波し、この検波出力を積分するサンプルホール
ド回路を備える浮遊微粒子検出装置において、上記サン
プルホールド回路にゲインを持たせ、そのゲインに発光
素子の光出力の温度変化を打ち消す温度特性を持たせて
ある。

【０００８】また、請求項２の発明では、発光素子を発
光し、煙や粉塵などの微粒子による散乱光を受光素子で
受光して微粒子を検出し、上記受光素子の受光出力から
ノイズなどによる不要周波数成分を除去するフィルタ回
路を備える浮遊微粒子検出装置において、上記フィルタ
回路をアクティブフィルタで構成し、アクティブフィル
タにゲインを持たせ、そのゲインに発光素子の光出力の
温度変化を打ち消す温度特性を持たせて、上記目的を達
成してある。

【０００９】さらに、請求項３の発明では、発光素子を
発光し、煙や粉塵などの微粒子による散乱光を受光素子
で受光して微粒子を検出し、上記受光素子の受光出力を
電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路を備える浮遊微粒子
検出装置において、Ｉ／Ｖ変換回路の出力を分圧して入
力に帰還する分圧帰還型に形成し、上記分圧部に発光素
子の光出力の温度変化を打ち消す温度特性を持たせて、
上記目的を達成している。

【００１０】

【作用】請求項１乃至３の夫々の発明においては、夫々
受光部側の構成回路に発光素子の光出力の温度特性を打
ち消す温度特性を持たせて、検出出力が発光素子の光出
力の変化により高温時に感度が低下することを防止した
ものである。しかも、このように受光部側で温度補償を
行えば、発光素子側で温度補償を行う場合のように、感
温素子に大きな電流が流れることがなく、よって温度補
償特性を確実且つ容易に設定できる。

【００１１】

【実施例】（実施例１）図１乃至図５に発明の一実施例
を示す。まず、本発明が適用される浮遊微粒子検出装置
の一例を図３に示す。この浮遊微粒子検出装置では、中
空の直方状のケース１により光学室２を形成し、上記ケ
ース１内の一端面の上方に光軸を他端面の下方方向に向
けて発光素子としての発光ダイオードＬＤを配置すると
共に、他端面の上方に光軸を一端面の下方に向けてフォ
トダイオードＰＤとしてのフォトダイオードＰＤを配置
してある。ここで、発光ダイオードＬＤはケース１に一
体形成されたアパーチャ６によって投光領域を制限して
あり、またフォトダイオードＰＤはケース１に一体形成
されたフード９により受光領域を制限してある。なお、
フード９の内面には複数の光トラップ８を設けてある。ここで、受光効率を上げてフォトダイオードＰＤの出力
を受けて信号処理を行う処理回路の負担を軽くするため
にフード９内に受光レンズを設けてもよい。さらに、電
気ノイズの影響を少なくするためにシールド部材でフォ
トダイオードＰＤの受光面を除く外面を覆ってもよい。上記ケース１は、第３図（ｂ）に示すように、一側面が
開口された矩形箱状で光学室２の一側壁となる面の外面
にフォトダイオードＰＤの出力に応じて適宜信号処理を
行う処理回路を構成するプリント基板４が装着されたベ
ース１ａと、このベース１ａの開口に被着されるカバー
１ｂとで形成してある。

【００１２】検知領域は発光ダイオードＬＤの投光領域
とフォトダイオードＰＤの受光領域とが重なる領域とな
り、この検知領域に一致させて煙や粉塵などの浮遊微粒
子（図３（ｂ）中のＣで示す）を流入させる流入口３を
ケース１に形成してある。この浮遊微粒子検出装置では
、検知領域における煙や粉塵などの浮遊微粒子による発
光ダイオードＬＤからの光の散乱光をフォトダイオード
ＰＤにて受光することにより浮遊微粒子を検出する。

【００１３】ところで、本実施例においては検知領域の
発光ダイオードＬＤ及びフォトダイオードＰＤが配置さ
れた側（　図３（ａ）中の検知領域の上方）　における
投光領域及び受光領域に共に入らない近傍に遮光壁１０
ａを設けると共に、検知領域の発光ダイオードＬＤ及び
フォトダイオードＰＤが配置された側とは反対側（　図
３中の検知領域の下方）　で投光領域と受光領域とが重
なり合う検知領域の境界部に先端が臨み光学室２の下部
を発光ダイオードＬＤ及びフォトダイオードＰＤ側に分
離する遮光壁１０ｂを設けてある。これら遮光壁１０ａ
，１０ｂはケース１に一体に形成してある。ここで、本
実施例の遮光壁１０ａは略台形状で底部を三角形状に凹
設してあり、遮光壁１０ｂの先端は尖らせてあり、遮光
壁１０ａの下部のエッジや遮光壁１０ｂの先端に結露を
生じにくくしてある。

【００１４】このように遮光壁１０ａ及び遮光壁１０ｂ
を形成することにより、本実施例では発光ダイオードＬ
Ｄから投光された光が光学室２の壁面などで少なくとも
１０回反射してもフォトダイオードＰＤに入射されない
ようになっている。そして、ケース１は黒色のＡＢＳ樹
脂などで形成してあるため反射率が小さく、反射率を多
めに見ても１０回反射すれば、投光パワーに対する迷光
パワーの比率（迷光パワー／投光パワー）　が極めて小
さくなり、Ｓ／Ｎ比を十分に確保できるようにしてある
。

【００１５】ところで、この種の浮遊微粒子検出装置に
おいては、光学室２の内壁面に埃などが付着すると迷光
が増大する。ここで、迷光を増大させる最大の要因とな
るのは、フォトダイオードＰＤの受光領域の前方に臨む
光学室２の一端壁１ｃに埃が付着する場合であり、次に
発光ダイオードＬＤの投光領域の前方に望む他端壁１ｄ
に埃が付着する場合である。そこで、これら端壁面１ｃ
，１ｄを夫々下方に向く面に形成する（いわゆるオーバ
ーハングさせる）　と、埃の付着を少なくすることがで
きて迷光の増大を阻止できる。なお、この浮遊微粒子検
出装置の場合には、横置きあるいは縦置きのいずれでも
使用されることを考慮し、上記端壁面１ｃ，１ｄが常に
下方を向くように形成してある。さらに、このような面
に上記端壁面１ｃ，１ｄを形成すると、発光ダイオード
ＬＤからの光を両側方に反射させることができ、さらに
発光ダイオードＬＤの迷光となる光の反射回数を増加さ
せることが望め、さらにＳ／Ｎ比を改善することを期待
できる。さらにまた、端壁面１ｃ，１ｄは曲面に形成し
てもよい。

【００１６】図２は浮遊微粒子検出装置の回路構成を示
すブロック図であり、その具体回路は図１（ａ）に示す
。なお、以下の説明では本実施例の特徴とする構成が明
確となるように、まず図２と、図８に示す従来の具体回
路に基づいて全体構成の説明を行う。投光部Ａは、発光
素子としての発光ダイオードＬＤと、電源電圧を定電圧
化する定電圧回路１１と、図１０に示すパルス信号を発
生する発振回路１２と、発振回路１２の出力に応じて発
光ダイオードＬＤを駆動する駆動回路１３とからなり、
発振回路１２は定電圧回路１１から供給される定電圧を
電源として動作し、図８に示すようにトランジスタＱ１
　で構成された駆動回路１３により発光ダイオードＬＤ
を間欠的に発光させる。

【００１７】受光部Ｂは、微粒子による拡散光を受光す
る受光素子としてのフォトダイオードＰＤと、このフォ
トダイオードＰＤの受光出力を電圧信号に変換するＩ／
Ｖ変換回路１４と、ノイズなどの不要な周波数成分を除
去するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１５，ローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）１６と、ローパスフィルタ１６出力を検
波する検波回路１７と、検波出力をサンプルホールドす
るサンプルホールド回路１８と、サンプルホールド出力
のレベルを可変するレベルシフト回路１９と、レベルシ
フト出力を直流増幅するＤＣ増幅回路２０と、Ｉ／Ｖ変
換回路１４からサンプルホールド回路１８までの回路動
作のための基準電圧を発生する基準電圧発生回路２１と
からなる。ここで、図８に示す具体回路では、ローパス
フィルタ１６としてアクティブフィルタで形成してあり
、検波回路１７とサンプルホールド回路１８はアナログ
スイッチとしてのＦＥＴＱ２　を共通に用いて、投光部
Ａの発振回路１２から与えられる信号に応じてローパス
フィルタ１６出力を検波して積分するいわゆる同期積分
型のサンプルホールド回路としてある。

【００１８】この受光部Ｂは次のように動作する。フォ
トダイオードＰＤの受光出力は、Ｉ／Ｖ変換回路１４に
より電圧信号に変換され（Ｉ／Ｖ変換され）、フィルタ
１５，１６によりノイズ等の不要な周波数成分が除去さ
れる。なお、本実施例のフィルタ１５，１６では５０Ｈ
ｚ以下と１０ＫＨｚ以上の周波数成分を除去するように
してある。不要周波数成分が除去された信号は、検波回
路１７により検波される。ここで、この検波回路１７は
例えばＦＥＴ等を用いたアナログスイッチで構成してあ
り、投光部Ａの発振回路１７の発振周期に同期して、つ
まりは発光ダイオードＬＤの発光周期に同期して信号成
分だけを検波する。この検波出力はサンプルホールド回
路１８で同期積分される。ここで、上記した各回路は基
準電圧発生回路２１から与えられる基準電圧を基準にし
て信号処理を行っている。ところで、このサンプルホー
ルド回路１８の出力には上述した構造的な改善を図って
あっても、図５（ａ）に示すように迷光分（図中矢印で
示す）が含まれる。そこで、レベルシフト回路１９では
サンプルホールド回路１８の出力から上記基準電圧発生
回路２１から与えられていた基準電圧を除去するため、
図５（ｂ）に示すようにＤＣ増幅回路２０の基準電位ま
で引く下げる。これにより、迷光分をキャンセルする。また、このようにレベルシフトすることで、出力のダイ
ナミックレンジが広げられる。ＤＣ増幅回路２０では、
上記レベルシフトされた出力である信号成分を直流増幅
して、図５（ｃ）に示すように出力が微粒子の濃度に応
じてＤＣ増幅回路２０の基準電位から電源電圧付近まで
変化する出力特性を得る。

【００１９】以下に、本実施例の特徴とする点について
説明する。本実施例では、従来の問題点であった発光ダ
イオードＬＤの温度特性に応じて温度に応じて検出出力
が変化し、高温時に検出感度が低下する点を改善するた
め、サンプルホールド回路１８に上記投光部Ａにおける
温度特性を打ち消す温度特性を持たせてある。ここで、
従来のサンプルホールド回路１８のままであると、温度
特性を持たせることができない。そこで、本実施例では
図１（ａ）に示すようにサンプルホールド回路１８の出
力に設けられたバッファの代わりにアンプ２２を用い、
このアンプ２２に発光ダイオードＬＤの温度特性を相殺
する温度特性、つまりは高温時にゲインが増加する温度
特性を持たせてある。

【００２０】具体的には、従来ではバッファとして用い
ていたオペアンプＯＰ１　でアンプ２２を構成してあり
、ゲインを決定する抵抗Ｒ３　に並列にサーミスタＲ５
　を接続してある。従って、上記アンプ２２のゲインに
高温となってサーミスタＲ５　の抵抗値が低下した場合
に増加し、逆に低温になると低下する図４中の実線で示
す温度特性を持たせてある。ここで、このアンプ２２の
ゲインの温度特性を投光部Ａの発光ダイオードＬＤにお
ける温度特性を打ち消すように設定すれば、検出感度が
高温で低下することを防止でき、図４に破線で示すよう
に検出出力が温度で変化することを防止できる。しかも
、本実施例のようにサンプルホールド回路１８にて温度
補償を行えば、感温素子として用いてあるサーミスタＲ
５　に大きな電流が流れず、よって抵抗値が大きなもの
で済み、複数個のサーミスタを並列接続するということ
を不要とでき、また自己発熱も少なくできるので、抵抗
値やＢ定数の選定が容易となり、投光部Ａ側で発光ダイ
オードＬＤの温度補償を行う場合よりも確実且つ容易に
温度補償を行うことができる。

【００２１】なお、アンプ２２のゲインをさらに精度良
く発光ダイオードＬＤの温度特性を打ち消すように設定
したい場合には、図１（ｂ）に示すように抵抗Ｒ３　と
直列にサーミスタＲ６　を挿入すればよい。（実施例２）図６（ａ）は本発明の他の実施例を示すも
ので、本実施例ではアクティブフィルタで構成されたロ
ーパスフィルタ１６により発光ダイオードＬＤの温度特
性を打ち消すものである。構成的にはローパスフィルタ
１６のオペアンプＯＰ２　で形成されたアンプにゲイン
を持たせ、このアンプのゲインを設定する抵抗Ｒ７　に
サーミスタＲ９　を並列に接続して、上記アンプに実施
例１と同様に図４に実線で示す温度特性を持たせ、発光
ダイオードＬＤの温度特性による高温時の検出感度の低
下を補償するようにしたものである。なお、本実施例の
場合にも、図６（ｂ）に示すように抵抗Ｒ７　に直列に
サーミスタＲ１０を接続してもよい。

【００２２】（実施例３）図７（ａ）は本発明のさらに
他の実施例であり、本実施例ではＩ／Ｖ変換回路１４と
して出力を抵抗Ｒ１１，Ｒ１２で分圧した電圧を高抵抗
値の抵抗Ｒ１４を介して入力に帰還する構成にし、分圧
抵抗Ｒ１２にサーミスタＲ１３を並列に接続することに
より、上記各実施例と同様に図４の実線で示す温度特性
をＩ／Ｖ変換回路１４に持たせてあり、本実施例の場合
には図７（ｂ）に示すように抵抗Ｒ１２に直列にサーミ
スタＲ１５を接続してもよい。本実施例の場合にも上記
実施例と同様の効果が得られる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上述のように、請求項１の発明
では、発光素子を間欠的に発光して、煙や粉塵などの微
粒子による散乱光を受光素子で受光し、この受光素子の
受光出力を発光素子の発光周期に同期して検波し、この
検波出力を積分するサンプルホールド回路を備える浮遊
微粒子検出装置において、上記サンプルホールド回路に
ゲインを持たせ、そのゲインに発光素子の光出力の温度
変化を打ち消す温度特性を持たせてあるので、サンプル
ホールド回路で検出出力が発光素子の光出力の変化によ
り高温時に感度が低下することを防止でき、しかも受光
部側で温度補償を行えば、発光素子側で温度補償を行う
場合のように、感温素子に大きな電流が流れることがな
く、よって温度補償特性を確実且つ容易に設定できる。

【００２４】また、請求項２の発明では、発光素子を発
光し、煙や粉塵などの微粒子による散乱光を受光素子で
受光して微粒子を検出し、受光素子の受光出力からノイ
ズなどによる不要周波数成分を除去するフィルタ回路を
備える浮遊微粒子検出装置において、上記フィルタ回路
をアクティブフィルタで構成し、アクティブフィルタに
ゲインを持たせ、そのゲインに発光素子の光出力の温度
変化を打ち消す温度特性を持たせてあるので、フィルタ
回路で検出出力が発光素子の光出力の変化により高温時
に感度が低下することを防止でき、しかも感温素子に大
きな電流が流れれないので、上記請求項１の発明と同様
に温度補償特性を確実且つ容易に設定できる。

【００２５】さらに請求項３の発明では、発光素子を発
光し、煙や粉塵などの微粒子による散乱光を受光素子で
受光して微粒子を検出し、受光素子の受光出力を電圧信
号に変換するＩ／Ｖ変換回路を備える浮遊微粒子検出装
置において、Ｉ／Ｖ変換回路の出力を分圧して入力に帰
還する分圧帰還型に形成し、上記分圧部に発光素子の光
出力の温度変化を打ち消す温度特性を持たせてあるので
、Ｉ／Ｖ変換回路で検出出力が発光素子の光出力の変化
により高温時に感度が低下することを防止でき、上述の
発明と同様に温度補償特性を確実且つ容易に設定できる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例の具体回路図である
。（ｂ）は別構成の要部の回路図である。

【図２】同上の概略構成を示すブロック図である。

【図３】（ａ）は浮遊微粒子検出装置の構造を示す平面
図である。（ｂ）は同上の側面断面図である。

【図４】同上における温度補償用のゲイン特性及び温度
補償を行った場合の検出出力の温度特性を示す説明図で
ある。

【図５】（ａ）はサンプルホールド回路の微粒子濃度に
対する出力特性の説明図である。（ｂ）はレベルシフト回路の微粒子濃度に対する出力特
性の説明図である。（ｃ）はＤＣ増幅回路の微粒子濃度に対する出力特性の
説明図である。

【図６】（ａ）は他の実施例の回路図である。（ｂ）は別構成の要部の回路図である。

【図７】（ａ）はさらに他の実施例の回路図である。（ｂ）は別構成の要部の回路図である。

【図８】従来例の具体的な回路図である。

【図９】（ａ）は基本的な投光部の構成を示す回路図で
ある。（ｂ）は発光ダイオードの温度補償を行う場合の回路図
である。（ｃ）は発光ダイオードの温度補償を行う場合の他の構
成の回路図である。

【図１０】発振回路の出力波形図である。

【図１１】（ａ）は発光ダイオードの光出力の温度特性
を示す説明図である。（ｂ）は検出出力の温度特性を示す説明図である。（ｃ）は発光ダイオードの光出力の温度補償を行う場合
の駆動電流の温度特性を示す説明図である。

【図１２】代表的なサーミスタの温度特性の説明図であ
る。

【符号の説明】

ＬＤ　　発光ダイオードＰＤ　　フォトダイオードＲ５　　　サーミスタ１４　　Ｉ／Ｖ変換回路１６　　フィルタ回路１８　　サンプルホールド回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　発光素子を間欠的に発光して、煙や粉
塵などの微粒子による散乱光を受光素子で受光し、この
受光素子の受光出力を発光素子の発光周期に同期して検
波し、この検波出力を積分するサンプルホールド回路を
備える浮遊微粒子検出装置において、上記サンプルホー
ルド回路にゲインを持たせ、そのゲインに発光素子の光
出力の温度変化を打ち消す温度特性を持たせて成ること
を特徴とする浮遊微粒子検出装置。
【請求項２】　　発光素子を発光し、煙や粉塵などの微
粒子による散乱光を受光素子で受光して微粒子を検出し
、受光素子の受光出力からノイズなどによる不要周波数
成分を除去するフィルタ回路を備える浮遊微粒子検出装
置において、上記フィルタ回路をアクティブフィルタで
構成し、アクティブフィルタにゲインを持たせ、そのゲ
インに発光素子の光出力の温度変化を打ち消す温度特性
を持たせて成ることを特徴とする浮遊微粒子検出装置。
【請求項３】　　発光素子を発光し、煙や粉塵などの微
粒子による散乱光を受光素子で受光して微粒子を検出し
、受光素子の受光出力を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換
回路を備える浮遊微粒子検出装置において、Ｉ／Ｖ変換
回路の出力を分圧して入力に帰還する分圧帰還型に形成
し、上記分圧部に発光素子の光出力の温度変化を打ち消
す温度特性を持たせて成ることを特徴とする浮遊微粒子
検出装置。