JPH0452550A - 光学式煙センサ及び光学式煙感知器 - Google Patents

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、光学式煙センサ及び光学式煙感知器に関する
。

［背景技術］ 従来の光学式煙センサとしては、散乱光方式の煙センサ
と、減光方式の煙センサとがある。

散乱光方式の煙センサ５０は、第６図に示すように、二
重構造の暗箱５１内に投光素子５４と受光素子５５を配
置したものである。暗箱５１は、外箱５２と内箱５３と
からなり、外箱５２と内箱５３には互いに重複しないよ
うにして開口５６が設けられている。したがって、暗箱
５１内には、開口５６から煙５９が入るが、外光は外箱
５２及び内箱５３に遮断されて暗箱５１内に入射するこ
とはない。また、暗箱５１内には、投光素子５４からの
光束５７と受光素子５５の視野５８とが交差するように
非対向に配置されており、受光素子５５によって投光素
子５４からの光束５７を監視している。しかして、通常
は、投光素子５４からの光は暗箱５１内の壁面で吸収さ
れ（実際には、完全に吸収されることはない。）、受光
素子５５への入射はない。また、外光も受光素子５５へ
入射することはない。しかし、暗箱５１内に煙５９が侵
入すると、投光素子５４からの光は、煙粒子によって散
乱及び反射され、さらに暗箱５１の内壁面でも散乱し、
その一部は受光素子５５に入射し、この結果、受光強度
が一定のしとい値を超えると煙５９の検出信号が出力さ
れる。

しかしながら、このような構造の散乱光式煙センサ５０
にあっては、暗箱５１の内壁面における光の散乱のため
、暗箱５１内に煙５９が存在しない場合でも受光素子５
５に光が入射してノイズとなり、このため煙５９の低濃
度域において検出を行なう場合には、検出信号のＳ／Ｎ
比が悪いという問題があった。

このため、散乱光方式の煙センサでは、種々の改良型も
用いられており、例えば積分球方式や多反射方式のもの
がある。

積分球方式の煙センサ６０では、第７図に示すように、
投光素子６１から出射された光束を積分球６２の窓６３
から外部へ出射させ、積分球６２の内面における光の散
乱を防止し、ノイズ発生を軽減させるようにしている。

しかし、このような構造の煙センサ６０では、投光素子
６１から射出された光束の広がりによって内部散乱を生
じ、内部散乱によるノイズのためにＳ／Ｎ比が低下させ
られていた。一方、積分球６２の窓６３を大きくすると
、受光素子６４に向けて外部から光が入射し、やはりＳ
／Ｎ比が低下する恐れがあった。

また、多反射方式の煙センサ７０は、第８図に示すよう
に、多数の反射板７１を用いて光をジグザグに反射させ
、検出空間を長くすることによって煙粒子による散乱の
確率が大きくなるようにしたものである。そして、内部
に煙が存在すると、光が煙粒子で散乱されて受光素子７
３に光が入射するようになっている。

しかし、この方式では、装置の構造が複雑となり、しか
も、投光素子７２から射出された光線の広がり等によっ
てケース７４の内壁面で光の内部散乱が生じ、そのノイ
ズのために検出信号のＳ／Ｎ比が低下するという問題が
あった。

また、減光式煙センサ８０は、第９図に示すように、発
光ダイオード等の投光素子８１、投光素子８１から射出
した光を平行光束に変換するレンズ８２、平行光束を再
び集光させるレンズ８３、絞り８４及び受光素子８５か
ら構成されている。

しかして、レンズ８２．・８３間の領域に煙がない場合
には、投光素子８１から出射された光は、受光素子８５
で直接に検出される。これに対し、レンズ８２．８３間
の領域に煙が入ると、平行光束が煙粒子によって散乱、
反射、吸収され、受光素子８５に達するまでに減衰させ
られるので、受光強度が一定のしきい値以下に下がった
時に、煙の検出信号が出力される。

しかしながら、この減光方式の煙センサ８０にあっては
、煙の濃度が同じであれば、光の減衰量を大きくするた
めには、投光素子８１と受光素子８５の距離を大きくと
る必要があり、煙センサ８０の形状が大きくなるとＬｌ
う欠点があった。しかも、この方式では、信号の変化量
が、煙粒子による散乱及び吸収量によって決まるので、
煙草の煙等の微粒子や低濃度の煙では検出が困難であっ
た。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように、従来方式の各種煙センサにあっては、い
ずれも検出信号のＳ／Ｎ比が悪くて検出感度が低く、低
濃度の煙などの検出が困難であつた。

本発明は、斜上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、Ｓ／Ｎ比が高く、検出
感度が高くて低濃度の煙などを検出できる光学式煙セン
サ及び光学式煙感知器を提供することにある ［課題を解決するための手段］ このため、本発明の光学式煙センサは、投光素子と、受
光素子と、偏光方向を互いに直交させるようにして前記
投光素子と受光素子の間に配置された一対の直線偏光素
子とからなることを特徴としている。

また、本発明の光学式煙感知器は、投光素子と、受光素
子と、受光素子による受光量の揺らぎによって生じる受
光信号の揺らぎ周波数の変化から煙の有無を判断する手
段とからなることを特徴としている。

［作用］ 本発明の光学式煙センサにあっては、投光素子から射出
された光線は、第一の直線偏光素子によって直線偏光に
変換され、第二の直線偏光素子へ入射される。両直線偏
光素子は、偏光方向ｈヨ直交しているので、この時雨直
線偏光素子間しこ煙力；存在しなければ、第一の直線偏
光素子を通過した光束は、第二の直線偏光素子を通過で
きず、受光素子で光が検出されない。

これに対し、両直線偏光素子間に煙が存在すると、第一
の直線偏光素子で偏光させられた直線偏光が煙粒子によ
って散乱させられ、散乱によって偏向方向が変化させら
れる。この散乱による偏光特性の変化を第二の直線偏光
素子を通して受光素子で検出することにより、煙を検出
することができる。

しかして、本発明によれば、内部散乱によるノイズ発生
がなく、検出感度が高くて、低濃度の煙を検出すること
かでき、しかも、構造が簡単で小型の光学式煙センサを
作製することかできる。

また、本発明の光学式煙感知器にあっては、受光信号の
揺らぎ周波数の変化によって煙の有無が判断される。す
なわち、投光素子と受光素子の間に煙が存在しない場合
には、受光信号は安定している。これに対し、投光素子
と受光素子の間Ｑこ煙が存在すると、投光素子から出射
された光は、煙粒子によって散乱されて受光素子に入射
され、しかも、煙粒子のブラウン運動等によって受光素
子の受光強度にも微小な揺らぎが生じる。したがって、
この受光信号の揺らぎを煙粒子の揺らぎとみなし、受光
信号の揺らぎ周波数の変化を監視すれば、周波数変化を
検出することにより煙の有無を判断させることかできる
。

しかして、このように揺らぎ周波数の変化によって煙の
有無を判断する方式によれば、受光信号の大きさによっ
て検出する方式よりも低濃度の煙を感知することができ
、高感度の煙感知を行なうことができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図（ａ）は、本発明の一実施例に係る光学式煙セン
サＡの概略構成図を示す。ｌは発光ダイオード（ＬＥＤ
）等の投光素子、４はフォトトランジスタやフォトダイ
オード等の受光素子、２及び３は偏光フィルタなどの偏
光子及び検光子であって、いずれも直角な偏光特性を有
している。偏光子２及び検光子３は、互いに偏光方向が
直角に交わるようにして対向させられており、投光素子
１と受光素子４との間に配置されている。また、図示し
ないが、これらの構成部品は、煙は侵入できるが、外部
から光が入射できない遮光式のケース内に納められてい
る。

次に、第１図（ｂ）〜（ｅ）の光の偏光状態を示す図を
参照しながら、上記光学式煙センサＡの動作を説明する
。ここに、第１図（ｂ）は投光素子１を出射後、偏光子
２を通過する前（同図（ａ）のｂ位置）における偏光状
態を、第１図（ｃ）は偏光子２を通過した後（同図（ａ
）のＣ位置）における偏光状態を、第１図（ｄ）は煙粒
子で散乱された後（同図（ａ）のｄ位置）における偏光
状態を、第１図（ｅ）は検光子３を通過した後（同図（
ａ）のＣ位置）における偏光状態をそれぞれ示している
。

しかして、投光素子１から射出されている光は、第１図
（ｂ）に示すように、偏光成分としてＰ成分とＳ成分を
含んでいるが、偏光子２は自らの偏光方向と平行な偏光
のみを通過させるので、光は偏光子２を通過すると、第
１図（ｃ）のような直線偏光（例えば、Ｐ偏光）に変換
される。一方、偏光子２と検光子３は互いに偏光方向が
直交しているので、検光子３は、偏光子２を通過した偏
光と直交する方向の直線偏光（例えば１、Ｓ偏光）のみ
を通過させる。このため、偏光子２と検光子３の間に煙
粒子がなく、偏光子２を通過した偏光（Ｐ偏光）がその
まま検光子３に入射させられると、検光子３を通過する
偏光成分がなく、受光素子４には光が入射しない。この
場合には、煙の感知信号は出力されない。

これに対し、偏光子２と検光子３との間に煙が侵入して
いると、偏光子２を通過した第１図（Ｃ）のような直線
偏光（Ｐ偏光）は、煙粒子で散乱（レイリー散乱）され
ることによって偏光方向に変化を生じ、第１図（ｄ）に
示すように再びＰ成分とＳ成分を含むようになる。した
がって、このＰ成分とＳ成分を含む光が、検光子３に入
射されると、検光子３の偏光方向と平行な成分（Ｓ偏光
）が検光子３を通過し、第１図（ｅ）に示すような偏光
（Ｓ偏光）が受光素子４によって検出され、煙が感知さ
れる。

上記のように、本実施例の光学式煙センサＡは、投光素
子ｌから出射された光を受光素子４によフて直接検出し
ているので、散乱光式煙センサのように光の内部散乱に
よるノイズの発生がなく、検出信号のＳ／Ｎ比が格段に
向上する。また、煙草の煙などの微粒子でも偏光状態が
変化するので、感度領域が広がり、高感度の煙センサを
得ることができ、低濃度域でも煙感知を行える。しかも
、投光素子１と受光素子４間に偏光子２と検光子３を対
向させて配置するだけであるので、構造が簡単で、小型
の煙センサを製作することかできる。

第２図は、本発明の別な実施例に係る光学式煙感知器Ｂ
を示す概略図である。第２図において、２１は投光回路
であって、発光ダイオード等の投光素子１１と投光素子
用の電！１２とからなっている。２２は受光回路であっ
て、フォトトランジスタ等の受光素子１３と抵抗１４を
直列に接続し、一定の駆動電圧Ｖ　Ｃｅを印加したもの
である。受光回路２２からの受光信号は、受光素子１３
と抵抗１４の接続部における電圧Ｖとして取り出され、
処理判断部１５へ入力されている。

処理判断部１５は、第３図に示すように、周波数処理回
路１６と出力信号処理回路１７を並列に接続し、周波数
処理回路１６及び出力信号処理回路１７の出力側に検知
判定回路１８を接続したものである。周波数処理回路１
６は、例えばノ＼イパスフィルタやバントパスフィルタ
等を備えており、受光回路２２から出力された受光信号
のうち直流成分及び低周波成分をカットして揺らぎ周波
数のみな取り出し、この揺らぎ周波数に変化が生じた時
に煙が発生したと判断するものである。すなわち、煙が
ない場合には、受光信号は安定しているが（受光信号に
揺らぎがないか、あるいは、一定の揺らぎｆ。とな）て
いる。）、投光素子１１から出射された光が煙粒子１９
で散乱されて受光素子１３に入射すると、煙粒子１９の
ブラウン運動等によって受光素子１３の受光強度に揺ら
ぎが生じる。したがって、この受光信号の揺らぎを煙粒
子の揺らぎとみなすことができ、受光信号に揺らぎ周波
数の変化が生じたことにより、煙が存在すると判断させ
ることができるのである。また、出力信号処理回路１７
は、受光信号の電圧■をある値に設定されたしきい値Ｖ
ｈと比較するコンパレータを備えており、受光信号の電
圧■が増加し、しきい値Ｖｈを超えると煙が存在すると
判断するものである。すなわち、この出力信号処理回路
１７は、従来の煙感知方式と同じものである。そして、
検知判定回路１８は、周波数処理回路１６もしくは出力
信号処理回路１７のいずれかから煙感知信号が出力され
、一定条件を満たすと、煙発生と判断し、感知信号を外
部へ出力する。

投光素子１１及び受光素子１３は、第５図に示すように
、投光素子１１から出射された直射光線が受光素子１３
に入射せず、煙で散乱された光が受光素子１３内に入る
ように配置されてい−る。もちろん、投光素子１１と受
光素子１３とは、このような散乱光方式のものに限らず
、投光素子１１と受光素子１３を対向させた減光方式と
なっていても差し支えない。あるいは、第１図に示した
ような光学式煙センサの出力から揺らぎ周波数を取り出
し、本実施例のようにして煙の有無を判断処理するよう
にしてもよい。

次に、上記光学式煙感知器Ｂの動作を、第４図を参照し
て説明する。第４図は、煙があると受光量が増加する散
乱光方式の場合の受光量の変化な示している。定状状態
（煙感知器Ｂ内に煙が存在していない状態）では、受光
素子１３内に光が入射していないので、受光信号は、一
定レベルの電圧■。どなっており、電源の微妙な振動等
による一定の揺らぎ周波数ｆ。を生じているか、あるい
は、揺らぎが認められない（第４図の区間α）。

この状態から、徐々に煙が侵入し、第４図のように投光
素子１１から出射された光が煙粒子１９に当たって散乱
されると、散乱光が受光素子１３に入射する。この散乱
光には、煙粒子１９の揺らぎ（ブラウン運動等）によっ
て揺らぎが生じているので、受光信号にも前記揺らぎ周
波数ｆ。と異なる揺らぎ周波数ｆ１が表れる（第４図の
区間β）。

この揺らぎの周波数の変化は周波数処理回路１６によっ
て検出され、定状状態の揺らぎ周波数ｆ。

に対し、ある時間ｔ１に周波数ｆ１が生じた時、この揺
らぎが突発的なものであるか、煙を検出したことによる
ものであるかを判断するため、時間△ｔの間揺らぎ周波
数ｆ１をモニターし、煙によるものであれば、検知判定
回路１８から検出信号が出力される。さらに煙が増加す
ると、受光信号の電圧Ｖが徐々に大きくなり、しきい値
■５を越えると、出力信号処理回路１７を通して検知判
定回路１８で煙感知を確認される。したがって、受光信
号がしきい値を超えることのみにより煙ありと判断する
従来方式と比較して、煙発生の早期検出が可能となり、
しかも揺らぎ周波数の変化としきい値との大小とを併せ
て煙発生を判断することにより煙検出の確実性を向上さ
せることができる。

一方、急激に煙の量が増加した場合には、揺らぎ周波数
の変化よりも受光信号の大きさかしきい値を超える方が
早いので、受光信号の太きさかしきい値以上になったこ
とを出力信号処理回路１７で検出し、検知判定回路１８
で煙ありと判断して煙検出信号を出力させる。

したかって、低濃度の煙に対しても、高濃度の煙に対し
ても、速やかに煙を感知させることができる。

なお、上記実施例では、受光信号をしきい値と比較する
方式と、揺らぎ周波数の変化から煙を検出する方式とを
併用した実施例を示したが、揺らぎ周波数の変化から煙
を検出する方式を単独で用いてもよい。この場合でも、
徐々に煙の濃度が上昇してくるような場合に、煙を早期
発見することができる。

［発明の効果］ 本発明の光学式煙センサによれば、内部散乱によるノイ
ズ発生がなく、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることか
できる。また、検出感度が高く、低能度の煙も確実に検
出させることができる。しかも、構造が簡単で、小型の
光学式煙センサを作製することができる。

また、本発明の光学式煙感知器によれば、受光信号の揺
らぎ周波数の変化を監視することにより煙の有無を判断
でき、受光信号の大きさによって検出する方式よりも低
濃度の煙を感知することができ、高感度の煙感知を行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例の構成を示す概略図、
第１図（ｂ）　（ｃ）　（ｄ）　（ｅ）は同上の煙検出
時における偏光方向の変化を示す図、第２図は本発明の
別な実施例を示す概略構成図、第３図は同上の処理判断
部の構成を示すブロック図、第４図は同上の受光信号の
変化の一例を示す図、第５図は同上の投光素子と受光素
子の配置の一例を示す概略図、第６図は従来例の散乱光
方式の煙センサを示す概略断面図、第７図は従来例の積
分球方式の煙センサを示す概略断面図、第８図は従来例
の多反射方式の煙センサの構成を示す概略図、第９図は
従来例の減光方式の煙センサを示す概略断面図である。 １・・・投光素子 ２・・・偏光子 ３・・・検光子 ４・・・受光素子 １１・・・投光素子 １３・・・受光素子 １６・・・周波数処理回路 １８・・・検知判定回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）投光素子と、受光素子と、偏光方向を互いに直交
   させるようにして前記投光素子と受光素子の間に配置さ
   れた一対の直線偏光素子とからなることを特徴とする光
   学式煙センサ。
2. （２）投光素子と、受光素子と、受光素子による受光量
   の揺らぎによって生じる受光信号の揺らぎ周波数の変化
   から煙の有無を判断する手段とからなることを特徴とす
   る光学式煙感知器。