JPH07151680A

JPH07151680A - 微粒子検出兼用煙検出装置

Info

Publication number: JPH07151680A
Application number: JP6000373A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Manmoto; 敦万本; Yukio Yamauchi; 幸雄山内
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1993-01-07
Filing date: 1994-01-07
Publication date: 1995-06-16
Anticipated expiration: 2018-07-07
Also published as: JP3423759B2

Abstract

(57)【要約】【目的】一台で環境異常からの火災検出を行う微粒子
検出兼用煙検出装置を提供する。【構成】監視領域６に対して光ビームを照射する発光
手段５と、光ビームを直接受光しない位置に配置され監
視領域６にほこりなどの微粒子や火災により生じる煙が
侵入することで生じる散乱光を受光する受光手段７を設
ける。また、受光手段７の出力を増幅する増幅手段８
と、増幅手段８の出力を時間単位で計数する計数手段１
４を設ける。さらに、増幅手段８の出力の時間単位当り
の平均値または積分値を計算する計算手段９と、計数手
段９で計数した計数値に基づいて監視領域６の汚れレベ
ルを判別し、計算手段で求めた平均値または積分値に基
づいて火災レベルを判別する判別手段３を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、煙検出装置に関し、特
に、ほこりなどの微粒子から煙までの検出を行う微粒子
検出兼用煙検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、火災により生じる煙を検出する煙
検出装置やその回路としては、例えば特開昭６３−３２
６９０号に開示されている光電式アナログ煙感知器や、
ＵＳＰ４，１６６，９６０、ＵＳＰ４，６５４，６４４
などの煙検出器や光電煙検出回路が知られている。

【０００３】この光電式アナログ煙感知器にあっては、
迷路構造とされたチャンバー内に、発光室と受光室を設
ける。受光室は発光室の発光を直接受光しない位置に置
かれており、チャンバー内に侵入した煙による散乱光を
受光室で検知する。そして、この受光室に置ける受光量
に基づき煙濃度に応じた信号を得る構造となっている。

【０００４】この光電式アナログ煙感知器にあっては、
発光室内にはＬＥＤなどの発光素子を間欠的に発光させ
る発光素子駆動回路を設ける。また、他方の受光室内に
は、ホトダイオードなどの受光素子を設けた受光信号増
幅回路を設けている。チャンバー内における煙による散
乱光が受光素子により検知されると、前記受光信号増幅
回路において、ホトダイオードにより煙濃度に応じたレ
ベルの信号に光電変換され、その後増幅される。この受
光信号増幅回路からの出力は積分回路において積分さ
れ、さらに、直流増幅回路において増幅される。このよ
うにして従来の煙感知器は、自火報システム側の要求す
る出力特性のアナログ信号を得ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光電式アナログ煙感知器にあっては、散乱光
の積分量を検出している。従って、火災で生じる煙粒子
の数が少ない領域では、積分量が小さい。そのため、火
災の初期に発生する極めて薄い煙を検出することができ
なかった。

【０００６】一方、従来の光電式アナログ煙感知器で
は、ほこりなどの微粒子を検出することはできないの
で、ほこりや水蒸気と煙の判別は行えず、煙感知と同時
に室内の汚れ等の環境異常を判別することができなかっ
た。従来、微粒子を検出するものとしては、特開平２−
２５４３４０号の室内環境監視システムや、ＵＳＰ４，
２２６，５３３の微粒子センサ、ＵＳＰ４，４５９，０
２５の多塵気体分析用のサンプリング装置等がある。ま
た、逆に感度を上げた場合において、ほこりなどの微粒
子による誤報を防止するものとして特開平２−３００６
４７号の粒径計測型の煙感知器がある。

【０００７】ここで、特にクリーンルームなどでは、ま
ずほこりを監視するために、微粒子検出センサを設置す
る。そして、それと共に、火災による事故を防止するた
めに、前述した光電式アナログ煙感知器などの感知器が
設置される。この場合、微粒子検出センサはコストが高
い。そのため、低コストで環境異常を検出することがで
きる装置の開発が望まれていた。また、前記の粒径計測
型の煙感知器の応用も考えられるが、この感知器は１μ
以下の微粒子は検出できず、装置自体もきわめて高価で
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の問題点に鑑みてなされたものであって、一台で環境
異常の検出から火災検出を行うことができる微粒子検出
兼用煙検出装置を提供することを目的とする。また、本
発明は、微粒子を検出し、微粒子がほこり、水蒸気か煙
かの判別を行うことで、煙であれば火災注意警報を出力
し、ほこりなどであれば汚れ警報を出力することができ
る微粒子検出兼用煙検出装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】前記目的を達成するために、本発明は、図
１，図２に示すように、監視領域に対して光ビームを照
射する発光手段と、該発光手段から照射される光ビーム
を直接受光しない位置に配置され前記監視領域にほこり
などの微粒子や火災により生じる煙が侵入することで生
じる散乱光を受光する受光手段と、該受光手段の出力を
増幅する増幅手段と、前記微粒子を検出するために該増
幅手段の出力を時間単位で計数する計数手段と、前記煙
を検出するために該増幅手段の出力の時間単位当りの平
均値または積分値計算する計算手段と、前記計数手段で
計数した計数値に基づいて前記監視領域の汚れレベルを
判別し、計算手段で求めた平均値または積分値に基づい
て火災レベルを判別する判別手段を備えたことを特徴と
する。

【００１０】このような構成を備えた本発明の微粒子検
出兼用煙検出装置によれば、受光出力を時間単位で計数
することで微粒子を検出するようにしたため、火災の初
期に発生する極めて薄い煙濃度を検出することができ、
火災注意警報を発することができる。また、微粒子を検
出することで、空気の汚れのレベルを検出することがで
きるため、環境異常を判別することができる。

【００１１】さらに、従来の微粒子検出センサを備える
ことなく、一台の装置で微粒子の検出から火災により生
じる煙の検出まで行うことができるため、コストを低減
することができる。加えて、煙濃度を検出して、煙濃度
が濃いときは、散乱光の積分値または平均値を求めるよ
うにしたため、火災レベルも確実に判別することがで
き、火災の発生を警報することもできる。

【００１２】また、本発明は前記目的を達成するため
に、監視領域に対して光ビームを照射する発光手段と、
該発光手段から照射される光ビームを直接受光しない位
置に配置され前記監視領域にほこりや水蒸気などの微粒
子や火災により生じる煙が侵入することで生じる散乱光
を受光する受光手段と、該受光手段の出力を増幅する増
幅手段と、該増幅手段の出力レベルのレベル別の頻度分
布を演算する頻度演算手段と、煙粒子の出力レベルの頻
度分布および他の微粒子の出力レベルの頻度分布を予め
記憶しておく記憶手段と、前記頻度演算手段で演算した
頻度分布と前記記憶手段に記憶されている各頻度分布を
比較し、煙か他の微粒子かを判別する判別手段を備えた
ことを特徴とする。

【００１３】また、好ましくは、本発明は、前記発光手
段をハロゲンランプ、またはレーザダイオードで構成し
たことを特徴とする。さらに、本発明は、前記発光手段
が連続光またはパルス光を発光するように発光手段を駆
動する駆動手段に出力する信号の切換えを行うパルス連
続切換手段を設けたことを特徴とする。

【００１４】さらにまた、本発明は、前記発光手段が連
続光またはパルス光を発光するように、発光手段の前面
にチョッパーを設け、更に該チョッパーを駆動する駆動
手段に出力する信号の切換えを行うパルス光連続光切換
手段を設けたことを特徴とする。加えて、本発明は、前
記監視領域に対し監視対象空間の空気を供給するポンプ
と、該監視領域における空気の流量を検出する流量検出
手段を備えたことを特徴としている。この場合、好まし
くは、前記流量検出手段が流量計や流速計、圧力計であ
っても良い。また、前記流量検出手段による検出値に基
づいて前記ポンプを制御し前記監視領域に供給する空気
の量を一定に保持したり、前記受光手段の出力を更正し
たりしても良い。

【００１５】一方、本発明にあっては、前記監視領域内
を所定時間間隔で清浄化することをも特徴としている。
このとき、前記清浄化を監視領域内にクリーンエアを供
給することにより行っても良い。また、前記監視領域内
を清浄化した後に監視領域内における微粒子検出を行っ
ても良い。さらに、本発明では、部品使用時間を記録
し、所定時間経過ごとに当該部品の交換を求める警報を
出力するようにしても良い。このとき、前記部品がポン
プであっても、また発光手段であっても良い。

【００１６】加えて、本発明にあっては、前記発光手段
又は受光手段が劣化又は汚れにより発光量又は受光感度
が変動した場合に前記発光手段の発光量又は受光手段の
受光感度を補正するようにしても良い。なお、この場
合、警報を出力しても良い。そして、好ましくは、前記
発光手段近傍に第２の受光手段を設け、該第２の受光手
段における受光量が変動したときに前記発光手段の出力
を補正したり、第２の受光手段における受光量が所定値
以下になった場合に警報を出力したり、前記発光手段に
おける消費電流値を検出し、該電流値が所定値以上とな
った場合に警報を出力したりしても良い。

【００１７】また、前記発光手段近傍に第２の受光手段
を、前記発光手段に対向し前記発光手段からの光ビーム
が直接入射する位置に第３の受光手段を設け、前記第２
の受光手段における受光量と前記第３の受光手段におけ
る受光量とを比較し、両者の差が所定値以上の場合警報
を出力したり、前記受光手段に直接光ビームを照射する
位置に第２の発光手段を設け、該第２の発光手段より一
定光量の試験光を照射し、該試験光の受光量を検出する
ことにより受光手段の感度補正を行ったり、該試験光の
受光量が所定値以下の場合警報を出力したりしても良
い。

【００１８】

【作用】このような構成を備えた本発明の微粒子検出兼
用煙検出装置によれば、煙粒子の出力レベルの頻度分布
とほこり、水蒸気など他の微粒子の出力レベルの頻度分
布を予め記憶しておき、頻度演算手段で演算して得られ
た微粒子の出力レベルの頻度分布と記憶されている各頻
度分布を比較するようにしたため、検出した微粒子が煙
かほこり、水蒸気などかを判別することができる。

【００１９】即ち、ほこりの場合は、粒子径が煙に比べ
て大きく、出力レベルのレベル別の頻度分布は略正規分
布となる。一方、煙の場合には、初期状態において、粒
子径が小さいことから出力レベルのレベル別の頻度分布
は、右下りの煙固有の頻度分布となる。従って、頻度演
算手段で演算して得られた頻度分布を、予め記憶してお
いた煙などの各頻度分布を比較することにより、初期段
階において、検出した微粒子か煙かほこりなどかを判別
することができる。この場合、煙であると判別したとき
は、火災注意警報を出力する。また、ほこりなどである
と判別したときは、汚れ警報を出力することができる。
なお、初期段階において、検出した微粒子が煙であると
判別したときは、その後煙濃度が上昇した際、火災判断
レベルを下げるようにしても良い。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１〜図１６は本発明の第１の実施例を示す図で
ある。図１は本発明の第１の実施例に係る微粒子検出兼
用煙検出装置の全体構成を示すブロック図である。

【００２１】まず、その構成を説明する。図１，図２に
おいて、１は発振部である。発振部１は一定周期で間欠
的にパルス電圧を出力する。また、５１は直流部であ
る。直流部５１は連続した一定電圧を出力する。２はパ
ルス光と連続光とを切換えるための手段としてのパルス
光連続光切換部である。パルス光連続光切換部２は、図
２のＣＰＵ３からのパルス光連続光選択信号により、発
振部１または直流部５１の出力切換を行う。これによ
り、次段への出力は、パルスまたは連続した一定電圧に
切換えられる。

【００２２】４は駆動手段としての駆動部である。駆動
部４は、パルス光連続光切換部２の切換え出力に基づい
て、発光手段としての発光部５を連続的または間欠的に
駆動する。発光部５は、監視領域６に対して光ビームを
間欠的または連続的に照射する。発光部５は、例えばハ
ロゲンランプやレーザダイオードその他ＬＥＤなどで構
成され、所定値以上の発光強度を確保するようにしてい
る。これにより、ほこりなどの微粒子を検出することが
できるようにしている。

【００２３】ここで、本実施例にあっては、監視領域６
は、一定の監視空間６１内に設定されている。この監視
空間６１には、監視対象となる部屋等からポンプ６２に
よりその室内の空気が供給されている。また、配管の途
中には流量計６３が設けられており、監視領域６に供給
される空気の量が測定できるようになっている。この流
量計６３により、ポンプの故障や配管のつまり、はずれ
等を検出すると共に、その測定データに基づいてポンプ
６２が制御され、監視領域６に供給される空気量が一定
に保たれている。なお、本実施例では流量測定に流量計
を用いたが、流速計や圧力計を用いても良く、その取付
け位置は監視空間６１の前後は問わない。

【００２４】７は受光手段としての受光部である。受光
部７は、例えばホトダイオードで構成され、発光部５か
ら照射される光ビームを直接受光しない位置に配置され
る。監視領域６に火災により生じる煙が流入したり、監
視領域６にほこりなどの微粒子が存在すると、煙の粒子
や微粒子による散乱光が生じる、これらの散乱光が受光
部７に入射するようになる。

【００２５】８はオペアンプなどにより構成される増幅
手段としての増幅部である。増幅部８は、受光部７の受
光出力を増幅する。９は計算手段としての積分部であ
る。積分部９は、増幅部８による増幅出力の積分値を求
める。１０はサンプルホールド部である。サンプルホー
ルド部１０は、発振部１からの発振出力に同期して、積
分部９で積分した積分値のビーム値をホールドする。そ
して、そのホールド値をＣＰＵ３に出力する。ここで
は、サンプルホールド部１０を用いたが、これに限ら
ず、Ａ／Ｄ変換器を用いても良い。即ち、積分部９で積
分した積分値をデジタル値に変換して、ＣＰＵ３に出力
するようにしても良い。

【００２６】また、図１，図２の例では、積分部９を用
いて、増幅部８の増幅出力を積分するようにしたが、こ
れに限らず、図３に示すように、平均部１１とタイマー
部１２を用いても良い。即ち、一定時間、例えば１０秒
ごとに増幅出力の平均値を求めて、ＣＰＵ３に出力する
ようにしても良い。再び図１において、１３は波形整形
部である。波形整形部１３は増幅部８の増幅出力の波形
整形を行う。

【００２７】１４は計数手段としての計数部である。計
数部１４はタイマー部１５が出力する一定時間、例えば
１０秒ごとに波形整形部１３の出力を計数してカウント
値をＣＰＵ３に出力する。ＣＰＵ３はパルス光連続光選
択信号を前記パルス光連続光切換部２に出力する。ま
た、サンプルホールド部１０からのホールド値または平
均部１１からの平均値に基づいて煙による火災レベルの
判別を行う。さらに、計数部１４からのカウント値に基
づいて空気の汚れレベルを判別する判別手段としての機
能を有する。次に、空気の汚れレベルおよび火災レベル
の設定について説明する。

【００２８】図４は増幅部８の出力を示す。微粒子を検
出する際は、グランドレベルＡに対して所定のしきい値
であるカウントレベルＢを設定する。そして、カウント
レベルＢを越えた場合にカウントを行う。即ち、タイマ
ー部１５により一定時間、例えば１０秒をセットし、１
０秒間で何回カウントレベルＢを越えたかを計数部１４
でカウントする。なお、カウントは適宜設定でき、例え
ばグランドレベルＡ＝カウントレベルＢでももちろん良
い。

【００２９】この一定時間あたりのカウント値を図４に
示す。即ち、図５によれば、あるΔｔn 秒間の間に所定
カウントレベルを越えた回数が何回あったかが示され
る。また、図５のカウント値の出現の頻度をとったグラ
フを図５に示す。この図５ではカウント値を横軸にと
り、あるカウント値が所定時間内に何回出現したのかが
示され、その頻度分布が表される。なお、図６のグラフ
Ｃは、正常時のカウント値の頻度を示す。

【００３０】そして、カウント値が例えば予め設定した
回数、レベル１を越えたときは、環境異常のレベルと判
別し、レベル１より多く設定した回数レベル２を越えた
ときは、注意警報のレベルであると判別する。次に火災
が発生してからの時間と煙濃度の関係を図７に示す。図
７に示すように、時間に比例して煙濃度は増大する。即
ち、火災の初期においては、煙濃度は薄く、煙粒子の数
が少ない。従って、この場合には図８（Ｂ）に示すよう
に、積分部９で積分した積分値は小さい。

【００３１】これに対して、計数部１４によるカウント
値は、図８（Ａ）に示すように、火災の初期からの微粒
子の増大を計数することができる。しかしながら、煙濃
度が濃くなると、受光部７の受光出力があがるため、図
９に示すように、サチレーションに達し、計数すること
ができなくなる。このように、煙濃度が濃くなると、図
１０に示すように、積分部９で求めた積分値は急増す
る。積分値が、例えば図１０のレベル１を越えたとき
は、プリアラームレベルであると判別する。また、レベ
ル２を越えたときは、火災レベルであると判別する。な
お、環境に応じて上記レベル１、レベル２は適宜変更し
得る。

【００３２】次に、本実施例の動作を説明する。図１８
は、本実施例における低濃度側の処理手順を示すフロー
チャートである。まず、発光部５の発光が連続光である
場合について説明する。ＣＰＵ３から連続光の選択を指
示するパルス光連続光選択信号がパルス光連続光切換部
２に出力されると、パルス光連続光切換部２は直流部５
１の連続した一定電圧に切換え、駆動部４に出力する。

【００３３】駆動部４は連続した一定電圧で発光部５を
駆動する。そして、発光部５は監視領域６に対して光ビ
ームを照射する。発光部５の発光出力を図１０に示す。
発光部５の発光出力は、図１１に示すように、時間に対
して一定の出力となっている。ここで、監視領域６にほ
こりなどの微粒子が存在し、また、火災により生じる煙
の粒子が侵入することにより、散乱光が生じる。そし
て、散乱光は、受光部７で受光される。

【００３４】受光部７の受光出力は、増幅部８で増幅さ
れる。増幅部８で増幅された受光出力を図１２に示す。
図１２は微粒子の検出状態を示している。低濃度側の微
粒子検出にあっては、まずカウントレベルＢを設定する
（ステップ１、以下Ｓ１と略す）。そして、一定時間Δ
ｔ内にカウントレベルＢを越える受光出力が何回あった
かをカウントする（Ｓ２，Ｓ３）。

【００３５】一定時間Δｔごとのカウント値を図１３に
示す。この図１３によれば、一定時間の間に何回カウン
トレベルＢを越える出力があったかがわかる。計数部１
４で計数したカウント値は、ＣＰＵ３に出力される（Ｓ
４）。ＣＰＵ３は、カウント値に基づいて、空気の汚れ
レベルを判別する（Ｓ５，Ｓ６）。例えば、カウント値
がレベル１を越えたときは、環境異常のレベルにあると
判別する。また、レベル２を越えたときは、火災注意警
報のレベルにあると判別する。そして、それに基づいて
警報を出力する（Ｓ７）。

【００３６】次に、火災による煙濃度が増大したときの
増幅部８の受光出力を図１４に示す。図１９はこの場合
の処理手順を示したフローチャートである。火災の初期
を経過すると、煙濃度は濃くなり、受光出力は急激に増
大する。この状態では、あるレベルを越えた回数をカウ
ントするというカウント値に関しては、そのレベルを出
力値がオーバーしてしまい、サチレーションに達し、カ
ウントすることができなくなる。従って、カウント値を
表す図１３のようなデータは得られなくなる。

【００３７】この場合、増幅部の受光出力を積分したも
のを用いる（Ｓ１１）。増幅部８の受光出力を積分部９
で積分した状態を図１５に示す。また、積分部９で積分
した積分値のピークを一定時間Δｔごとにサンプルホー
ルド部１０でサンプルホールドする（Ｓ１２）。このサ
ンプリングホールドしたホールド値を１６に示す。

【００３８】また、増幅部８の受光出力を平均部１１で
一定時間Δｔごとの平均を求めた平均値を図１７に示
す。そして、このホールド値または平均値をＣＰＵ３に
出力する（Ｓ１３）。ＣＰＵ３は、この積分値のホール
ド値または平均値に基づいて火災レベルを判別する（Ｓ
１４，Ｓ１５）。例えば、ホールド値または平均値がレ
ベル１を越えたときは、プリアラームレベルであると判
別する。また、レベル２を越えたときは、火災レベルで
あると判別する。そして、それに基づいて警報を出力す
る（Ｓ１６）。

【００３９】このように、本実施例にあっては、微粒子
をも検出するようにしたため、火災の初期に発生する極
めて薄い煙を検出することができ、火災注意警報を発す
ることができる、また、空気の汚れレベルを検出するこ
とができるので、環境異常を判別することができる。ま
た、微粒子検出センサを設けることなく、一台の装置で
微粒子から煙の検出を行うことができるので、コストを
低減することができる。さらに、煙濃度の積分値または
平均値を求めるようにしたため、煙濃度が高くなった場
合であっても、判別機能を損うことなく、火災を確実に
検出することができる。

【００４０】一方、本実施例においては、定期的に監視
領域６内を清浄化する構成とすることもできる。そのシ
ステム構成を示したものが図２０である。この場合に
は、図２０に示すように、監視空間６１の前段に切換バ
ルブ６４を設ける。そして、この切換バルブ６４により
監視対象の部屋の空気とクリーンエアとを切換えられる
ようになっている。ここで、この切換バルブ６４は、通
常時には監視対象の空気を取入れる側６５に切換えられ
ている。

【００４１】そして本例では、この切換バルブ６４をク
リーンエア側６６に定期的に切換える。このため、監視
空間６１内は定期的に清浄化され、常に監視対象の空気
中の微粒子を正確に測定できる。なお、この清浄化中の
データにより監視空間６１が清浄化されたことを確認し
て通常監視を再開する構成とすることもできる。また、
同時に測定装置が正常に作動しているかどうかをも確認
することも可能である。

【００４２】また、このようなシステムにおいては、光
学系の汚れや劣化によるデータへの影響も考える。そこ
で、本実施例では次のような光学系等の汚れ、劣化検出
や、それに伴う感度補正等を行うことにすることも有効
である。まず、第１の方法としては、機器の使用時間を
記録しておき、一定時間が経過したとき警報を出すとい
う方法がある。警報の対象としてはポンプやランプ、Ｌ
ＥＤ等がある。この方法によれば、きわめて容易に機器
の管理を行い得る。

【００４３】このように、第１の方法ではきわめて簡易
に管理が行い得る反面、突然の故障や劣化による感度低
下には対応できないという欠点もある。そこで、このよ
うな場合に対応すべく、図２１に示すような発光手段近
傍にフォトダイオード等の第２の受光手段７１を設けた
構成とすることが考えられる。この場合、第２の受光手
段７１により発光部５の発光状態を常にモニタする。こ
れにより発光部５の発光量が汚れや劣化により低下した
場合でもその状況を直ちに知ることができる。そして、
そこで得たデータに基づき発光部５の発光量が一定とな
るように制御できる。

【００４４】なお、この場合、第２の受光手段７１にお
ける出力がなくなった場合は、ランプ切れ等発光部５の
故障が考えられる。そこで、このような場合には警報を
出すこととして故障をいち早く知らせるようにすること
もできる。次に、第２の方法としては、先の第２の受光
手段７１に加えて、図２２に示すように、図４の受光手
段７２を発光部５からの光が直接入射する位置に設ける
構成とすることが考えられる。この構成においては、第
２の受光手段７１と第３の受光手段７２の受光量はほぼ
同じとなるはずである。従って、両者の受光量が一定量
以上異なる場合には何らかの支障が発生したと判断して
警報を発する。

【００４５】また、第３の方法としては、図２３に示す
ように、第２の発光手段５１を設ける構成が考えられ
る。本構成においては、所定時間間隔ごとに第２の発光
手段５１から一定光量の試験光を発光する。そして、試
験光発光時の受光部７における受光量を測定する。この
とき第２の発光手段５１からの試験光の光量は微粒子に
よる散乱光よりもはるかに大きく、ほぼ常に一定と考え
られる。従って、このときの受光量を基準として受光部
７の感度を補正することにより汚れ等の影響を除くこと
ができる。

【００４６】なお、このとき第２の発光手段５１の試験
光の光量を複数段階に切換えて試験を行うこともでき
る。このような方法を取れば、受光部７の感度特性の傾
きを補正することができ、より正確な感度補正を行い得
る。また、このときも試験時に受光部７からの出力が一
定値より低い場合には故障として警報を出力することも
できる。

【００４７】なお、その他発光部５における消費電流を
検出することによる劣化検出を行うこともできる。この
場合、一定以上の電流が発光部５に流れていることが検
出されたときには、受光部５において何らかの異常が発
生したものと考え、警報を出力する。次に、図２４〜図
３０は本発明の第２の実施例を示す図である。

【００４８】本実施例は、発光部５が間欠的に発光して
いる場合を示す。図１，図２において、ＣＰＵ３がパル
ス光の選択を指示するパルス光連続光選択信号をパルス
光連続光切換部２に出力すると、パルス光連続光切換部
２は発振部１の出力するパルスを駆動部４に出力するよ
うに切換えを行う。駆動部４は発光部５を間欠的に駆動
する。このとき発光部５は図２４に示すように、発振周
波数ｆo に応じたパルス光を監視領域６に照射する。

【００４９】監視領域６にほこりなどの微粒子が存在
し、また、火災により生じる煙の粒子が侵入すると、散
乱光が生じ、散乱光は受光部７で受光される。受光部７
の受光出力は、増幅部８で増幅される。そして、監視領
域６にほこりなどの微粒子が存在する場合には、微粒子
に応じた受光出力が得られる。この場合の増幅部８の受
光出力を図２５に示す。図２４は一定周期（ｔ１〜ｔ
ｎ）ごとに出力される微粒子の検出状態を示している。

【００５０】微粒子検出にあっては、一定周期（ｔ１〜
ｔｎ）ごとにカウントレベルＢを設ける。そして、この
カウントレベルを越える場合のみ受光出力をカウントす
る。すなわち、増幅部８の受光出力を波形整形部１３で
波形整形した後に、計数部１４で一定周期（ｔ１〜ｔ
ｎ）ごとのカウント値を図２６に示す。次に監視領域６
に火災による煙の粒子が流入した場合には、煙の粒子に
応じた大きさの受光出力が得られる。

【００５１】この場合の増幅部８の受光出力を図２７に
示す。増幅部８の受光出力は、積分部９で積分される。
積分部９の受光出力を図２８に示す。積分部９の出力
は、サンプルホールド値を図２９に示す。また、増幅部
８の受光出力を平均部１１で一定周期ごとに平均した平
均値を図３０に示す。サンプルホールド部１０からの積
分値のホールド値および平均部１１からの平均値、ま
た、計数部１４からのカウント値は、ＣＰＵ３に入力さ
れる。

【００５２】ＣＰＵ３は、先述の第１の実施例の場合と
同様に、カウント値に基づいて空気の汚れレベルを判別
する。すなわち、例えばカウント値がレベル１を越えた
ときは、環境異常のレベルであると判別する。また、レ
ベル２を越えたときは、火災注意警報のレベルであると
判別する。一方、ＣＰＵ３はホールド値または平均値に
基づいて火災レベルを判別する。例えば、ホールド値ま
たは平均値がレベル１を越えるときは、プリアラームレ
ベルであると判別する。また、レベル２を越えたときは
火災レベルであると判別する。

【００５３】本実施例においても、前記実施例と同様な
効果を得ることができる。さらに、本実施例では、発光
部５を間欠的に駆動するので、電力を節約することがで
きる。また、発光手段が連続光またはパルス光を発光す
る他の実施例としてチョッパー（図示せず）を用いる例
がある。具体的には、発光手段の前面にチョッパーを設
ける。そして、発光手段を連続発光させた状態で、パル
ス光連続光切換手段により、チョッパーを駆動させる。
このような構成によればパルス光と同じ出力を得ること
ができる。連続光を出力する場合はチョッパーを停止さ
せればよい。この場合、パルス光連続光切換部はチョッ
パーを駆動または停止させる制御機能を有する。

【００５４】なお、判別手段としてのＣＰＵ３は、第１
の実施例も含め、感知器、中継器、受信機のどこに設け
ても良い。さらに、本発明の第３の実施例を図面に基づ
いて説明する。図３１〜図３６は本発明の一実施例を示
す図である。なお、先の実施例と重複する内容の図面
は、先の実施例のものを用いる。

【００５５】図３１，図３２は本発明の第３の実施例に
係る微粒子検出兼用煙検出装置の全体構成を示すブロッ
ク図である。この全体構成は、ほぼ図１，図２と同様で
あるが、頻度演算手段としての頻度演算部１４が設けら
れている。頻度演算部１４は、タイマー部１５が出力す
る一定時間内で、波形整形された出力レベルのレベル別
の頻度をカウントし、頻度分布を求める。

【００５６】１６は記憶手段としてのメモリ部である。
メモリ部１６内には、煙粒子の出力レベルの頻度分布お
よび他の微粒子の出力レベルの頻度分布が予め記憶され
ている。ここで、煙の粒子とほこり（粉じん）、霧の粒
子の大きさを考える。ほこりは固体物質の崩壊によって
生成され、１〜１００μｍの粒径を有する。霧は水蒸気
の凝結によって生成され、５〜５０μｍの粒径を有す
る。煙は火災による燃焼過程で生成され、０．１〜２．
０μｍの粒径を有する。即ち、煙の粒子は、ほこり、水
蒸気などの粒子に比較して、粒径が小さい。

【００５７】ほこり、水蒸気などを検知した場合の出力
レベルを図３３に示す。また、それについて一定時間内
における出力レベルごとの出現頻度の分布をとると、図
３４に示すようになる。図３３，図３４から明らかなよ
うに、ほこり、水蒸気などの粒子は煙粒子に比較して大
きく、ほぼ正規分布を示す。そして、出力レベルのうち
の中央値が最多頻度（ピーク値）になっている。

【００５８】次に、図３５に煙検知した場合の出力レベ
ルを示す。また、図３６に煙の出力レベルごとの出現頻
度の分布を示す。図３６から明らかなように、初期状態
における煙の頻度の分布は、出力レベルの初期で最多頻
度（ピーク値）を示す。そして、出力レベルが上がるに
つれて頻度は減少する。

【００５９】煙は、粒子径が小さいことから、火災の初
期状態においては、煙特有の右下りの頻度分布を示す。
そして、この頻度分布は、図３４と図３６からわかるよ
うに、ほこりや水蒸気のそれとは異なっている。ところ
で、これらの煙の出力レベルの頻度分布および、ほこり
などの他の微粒子の出力レベルの頻度分布は、予め前記
メモリ部１６内に格納されている。

【００６０】３は前記ＣＰＵであり、ＣＰＵ３は、頻度
演算部１４で演算した頻度分布とメモリ部１６内に予め
記憶されている煙の場合の頻度分布および他の微粒子の
場合の頻度分布を比較する。そして、微粒子が煙である
か、ほこり、水蒸気などであるかを判別する判別手段と
しての機能を有する。また、サンプルホールド部１０で
サンプルホールドした積分値のホールド値、または平均
部１１で平均した受光出力の平均値に基づいて、火災レ
ベルを判別する機能をも有する。

【００６１】ＣＰＵ３は、微粒子が煙であると判別した
ときは、火災注意警報を出力する。また、ほこりなどで
あると判別したときは空気の汚れ警報を出力する。な
お、検出装置の設置される環境によっては、ほこりや水
蒸気の出現分布のピーク値が異なる場合もあり、図５の
ような分布とは異なる場合もある。この場合には予め分
布パターンを測定して記憶させる等、適宜メモリ部１６
内の内容を変更する。

【００６２】次に、ホールド値による火災レベルの設定
について説明する。火災が発生したときの時間と煙濃度
の関係は図６と同様である。この場合も先述同様、時間
に比例して煙濃度は増大する。しかしながら、火災の初
期においては、煙濃度は薄く、煙粒子の数が少ないた
め、図８（Ｂ）と同様に、積分部９で積分した積分値は
小さい。

【００６３】時間の経過により、煙濃度が濃くなると、
図１０に示すように、積分部９で求めた積分値は急増す
る。積分値が、例えば図１０のレベル１を越えたとき
は、プリアラームレベルであると判別し、レベル２を越
えたときは、火災レベルであると判別する。なお、初期
段階で煙を判別した場合、その後煙濃度が上昇したとき
には、火災判断レベルを下げて、上述のプリアラームレ
ベルを火災レベルとしても良い。

【００６４】次に、動作を説明する。図３７，図３８は
その様子を示したフローチャートである。発光部５の発
光が連続光である場合について説明する。発光部５の発
光出力は図１１と同様である。また、増幅部８で増幅さ
れた出力レベルも図１２と同様である。頻度演算部１４
は、増幅部８で増幅した出力レベルのレベル別の出現頻
度をカウントし（Ｓ２１〜Ｓ２３）、頻度分布を求めて
（Ｓ２４）、ＣＰＵ３に出力する。

【００６５】ＣＰＵ３は、頻度演算部１４からの頻度分
布とメモリ部６に予め記憶されている各頻度分布を比較
する（Ｓ２５，Ｓ２６）。図３４の頻度分布に類似して
いる場合には、ほこりであると判別する。一方、図３６
の頻度分布に類似している場合には、煙であると判別す
る。煙であると判別したときは、火災注意警報を出力す
る（Ｓ２７）。また、ほこりであると判別したときは、
空気の汚れ警報を出力する。

【００６６】次に、その後煙濃度が増大したときには増
幅部８の受光出力は図１４のようになり、増幅部８の受
光出力を積分部９で積分した状態は図１５のようになる
（Ｓ３１）。また、積分部９で積分した積分値のピーク
をサンプルホールド部１０でサンプルホールドする（Ｓ
３２）。そのホールド値は図１５と同様である。一方、
平均値は図１７のようになる。

【００６７】そして、この場合もＣＰＵ３は積分値のホ
ールド値または平均値に基づいて火災レベルを判別し
（Ｓ３３，Ｓ３４）、プリアラームレベルや火災レベル
の判断を行う（Ｓ３４，Ｓ３５）。なお、初期段階で煙
であると判断したときは、火災レベルを下げて、プリア
ラームレベルを火災レベルとしても良い。以上述べたよ
うに、水蒸気、ほこりの場合には粒子径は煙のそれに比
べて大きく、出力レベルに対する頻度分布は、ほぼ正規
分布となる。これに対して、煙の場合、粒子径が小さい
ことから、初期状態において、出力レベルに対する頻度
分布は、右下りになる固有の頻度分布となる。従って、
微粒子の検出状態において、煙とほこりなどの判別が可
能である。即ち、煙であれば環境異常警報を出力し、ま
た、ほこりなどであればレベルにより汚れ警報を出力す
ることができる。

【００６８】次に第４の実施例として、発光部５が間欠
的に発光している場合を示す。図３０において、ＣＰＵ
３がパルス光の選択を指示するパルス光連続光選択信号
をパルス光連続光切換部２に出力すると、発光部５は図
２４と同様に、発振周波数ｆo に応じたパルス光を監視
領域６に照射する。監視領域６にほこりなどの微粒子が
存在する場合の増幅部８の出力レベルは図２５のように
なる。

【００６９】頻度演算部１４は、増幅部８の出力レベル
をレベル別にカウントし、頻度分布を求めて、ＣＰＵ３
に出力する。ＣＰＵ３は、求めた頻度分布とメモリ部１
６に予め記憶している煙などの各頻度分布を比較し、煙
であるか、ほこりなどであるかを判別する。その後煙濃
度が上昇した場合の増幅部８の受光出力は図２７に示
す。積分部９の受光出力は図２８、ホールド値は図２９
のようになる。また、平均値は図３０のようになる。

【００７０】ＣＰＵ３は、ホールド値または平均値に基
づいて火災レベルを判別する。例えば、ホールド値また
は平均値がレベル１を越えるときは、プリアラームレベ
ルであると判別する。また、レベル２を越えたときは火
災レベルであると判別する。この場合も、初期段階で煙
を判別したときは、火災レベルを下げて、プリアラーム
レベルを火災レベルとしても良い。

【００７１】さらに、メモリ部１６に記憶された煙やほ
こり、水蒸気の頻度分布データは、感知装置の設置され
る環境等により適宜変更することができる。なお、本発
明の範囲は上記実施例の範囲に限定されないのは勿論で
ある。加えて、本発明にあっては、前記発光手段又は受
光手段が劣化又は汚れにより発光量又は受光感度が変動
した場合に前記発光手段の発光量又は受光手段の受光感
度を補正するようにしても良い。

【００７２】なお、この場合、警報を出力しても良い。
そして、好ましくは、前記発光手段近傍に第２の受光手
段を設け、該第２の受光手段における受光量が変動した
ときに前記発光手段の出力を補正したり、第２の受光手
段における受光量が所定値以下になった場合に警報を出
力したり、前記発光手段における消費電流値を検出し、
該電流値が所定値以上となった場合に警報を出力したり
しても良い。

【００７３】また、前記発光手段近傍に第２の受光手段
を、前記発光手段に対向し前記発光手段からの光ビーム
が直接入射する位置に第３の受光手段を設け、前記第２
の受光手段における受光量と前記第３の受光手段におけ
る受光量とを比較し、両者の差が所定値以上の場合警報
を出力したり、前記受光手段に直接光ビームを照射する
位置に第２の発光手段を設け、該第２の発光手段より一
定光量の試験光を照射し、該試験光の受光量を検出する
ことにより受光手段の感度補正を行ったり、該試験光の
受光量が所定値以下の場合警報を出力したりしても良
い。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一台の感知器により、煙のみならず、ほこり等の微粒子
も検出でき、光学系を一つで済ませることができる。従
って、大幅なコストダウンや信頼性の向上を図れると共
に、火災初期段階の薄い煙の時点から火災注意警報を発
することができ、より早い火災判断が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の全体構成を示すブロッ
ク図

【図２】図１のＣＰＵ側を示すブロック図

【図３】積分部の代わりに平均部を用いてデータ処理を
行う場合の当該平均部の構成を示す図

【図４】増幅部における受光出力の例を示すグラフ

【図５】時間当りのカウント値を示すグラフ

【図６】カウント数の頻度を示すグラフ

【図７】時間と煙濃度の関係を示すグラフ

【図８】火災初期のカウント値と積分値を示すグラフ

【図９】時間とカウント数の関係を示すグラフ

【図１０】時間と積分値の関係を示すグラフ

【図１１】連続光の発光出力を示すグラフ

【図１２】微粒子の受光出力を示すグラフ

【図１３】一定時間当りのカウント値を示すグラフ

【図１４】火災による煙濃度が増大した時の増幅部の受
光出力を示すグラフ

【図１５】増幅部の受光出力を積分部で積分した積分値
を示すグラフ

【図１６】積分部で積分した積分値のピークをサンプル
ホールド部でサンプルホールドしたホールド値を示すグ
ラフ

【図１７】増幅部の受光出力の一定時間ごとの平均値を
示すグラフ

【図１８】煙濃度が低い場合における第１の実施例の処
理手順を示すフローチャート

【図１９】煙濃度が高い場合における第１の実施例の処
理手順を示すフローチャート

【図２０】監視領域を清浄化して微粒子検出を行う場合
のシステム構成を示す図

【図２１】光学系の汚れを検出するためのシステム構成
の一例を示す図

【図２２】光学系の汚れを検出するためのシステム構成
の他の一例を示す図

【図２３】光学系の汚れを検出するためのシステム構成
のさらに他の一例を示す図

【図２４】本発明の第２の実施例に係るパルス光の発光
出力を示すグラフ

【図２５】増幅部における微粒子の受光出力を示すグラ
フ

【図２６】一定周期当りのカウント値を示すグラフ

【図２７】増幅部における煙の受光出力を示すグラフ

【図２８】積分値を示すグラフ

【図２９】ホールド値を示すグラフ

【図３０】平均値を示すグラフ

【図３１】本発明の第３の実施例の全体構成を示すブロ
ック図

【図３２】図３１のＣＰＵ側を示すブロック図

【図３３】ほこり、水蒸気の場合の増幅部における出力
レベルを示すグラフ

【図３４】ほこりの場合の一定時間内における出力レベ
ルごとの出現の頻度の分布を示すグラフ

【図３５】煙の場合の増幅部における出力レベルを示す
グラフ

【図３６】煙の場合の頻度分布を示すグラフ

【図３７】煙濃度が低い場合における第３の実施例の処
理手順を示すフローチャート

【図３８】煙濃度が高い場合における第３の実施例の処
理手順を示すフローチャート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号特願平5−251283 (32)優先日平５(1993)10月７日 (33)優先権主張国日本（ＪＰ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】監視領域に対して光ビームを照射する発光
手段と、該発光手段から照射する光ビームを直接受光しない位置
に配置され前記監視領域にほこりなどの微粒子や火災に
より生じる煙が侵入することで生じる散乱光を受光する
受光手段と、該受光手段の出力を増幅する増幅手段と、前記微粒子を検出するために該増幅手段の出力が予め定
めたレベルを超えた回数を時間単位で計数する計数手段
と、前記煙を検出するために前記増幅手段の出力の時間単位
当りの平均値または積分値を計算する計算手段と、前記計数手段で計数した計数値に基づいて前記監視領域
の汚れレベルを判別すると共に、前記計算手段で求めた
平均値または積分値に基づいて火災発生及び火災の段階
を判別する判別手段を備えたことを特徴とする微粒子検
出兼用煙検出装置。
【請求項２】監視領域に対して光ビームを照射する発光
手段と、該発光手段から照射する光ビームを直接受光しない位置
に配置され前記監視領域にほこりや水蒸気などの微粒子
や火災により生じる煙が侵入することで生じる散乱光を
受光する受光手段と、該受光手段の出力を増幅する増幅手段と、該増幅手段の出力を所定レベル別に分別し、該レベル別
に当該レベルの出力の出現頻度分布を演算する頻度演算
手段と、監視領域に煙粒子が侵入した場合における前記受光手段
の出力の出力レベル別の頻度分布及び他の微粒子が侵入
した場合における出力レベル別の頻度分布を予め記憶し
ておく記憶手段と、前記頻度演算手段で演算した頻度分布と前記記憶手段に
記憶されている各頻度分布を比較し、煙か他の微粒子か
を判別する判別手段を備えたことを特徴とする微粒子検
出兼用煙検出装置。
【請求項３】請求項１又は２の微粒子検出兼用煙検出装
置に於いて、前記発光手段をハロゲンランプまたはレー
ザダイオードで構成したことを特徴とする微粒子検出兼
用煙検出装置。
【請求項４】請求項１又は２の微粒子検出兼用煙検出装
置に於いて、前記発光手段を駆動する駆動手段と、該駆
動手段に出力する信号を切換えを行い前記発光手段から
連続光またはパルス光を発光させるパルス光連続光切換
手段とを設けたことを特徴とする微粒子検出兼用煙検出
装置。
【請求項５】請求項１又は２の微粒子検出兼用煙検出装
置に於いて、前記発光手段から連続光またはパルス光が
発せられるように前記発光手段の前面に設けられたチョ
ッパーと、該チョッパーを駆動する駆動手段と、該駆動
手段に出力する信号の切換えを行うパルス光連続光切換
手段とを設けたことを特徴とする微粒子検出兼用煙検出
装置。
【請求項６】請求項１乃至５の微粒子検出兼用煙検出装
置に於いて、前記監視領域に対し監視対象となる空間の
空気を供給するポンプと、前記監視領域における空気の
流量を検出する流量検出手段とを備えたことを特徴とす
る微粒子検出兼用煙検出装置。
【請求項７】請求項６の微粒子検出兼用煙検出装置に於
いて、前記流量検出手段が流量計であることを特徴とす
る微粒子検出兼用煙検出装置。
【請求項８】請求項６の微粒子検出兼用煙検出装置に於
いて、前記流量検出手段が流速計であることを特徴とす
る微粒子検出兼用煙検出装置。
【請求項９】請求項６の微粒子検出兼用煙検出装置に於
いて、前記流量検出手段が圧力計であることを特徴とす
る微粒子検出兼用煙検出装置。
【請求項１０】請求項６の微粒子検出兼用煙検出装置に
於いて、前記流量検出手段による検出値に基づいて前記
ポンプを制御し前記監視領域に供給する空気の量を一定
に保持することを特徴とする微粒子検出兼用煙検出装
置。
【請求項１１】請求項６の微粒子検出兼用煙検出装置に
於いて、前記流量検出手段による検出値に基づいて前記
受光手段の出力を更正することを特徴とする微粒子検出
兼用煙検出装置。
【請求項１２】請求項６の微粒子検出兼用煙検出装置に
於いて、前記監視領域内を所定時間間隔で清浄化するこ
とを特徴とする微粒子検出兼用煙検出装置。
【請求項１３】請求項１２の微粒子検出兼用煙検出装置
に於いて、前記清浄化を監視領域内にクリーンエアを供
給することにより行うことを特徴とする微粒子検出兼用
煙検出装置。
【請求項１４】請求項１２，１３の微粒子検出兼用煙検
出装置に於いて、前記監視領域内の清浄化した後に監視
領域における微粒子検出を行うことを特徴とするの微粒
子検出兼用煙検出装置。
【請求項１５】請求項１乃至１４の微粒子検出兼用煙検
出装置に於いて、部品使用時間を記録し、所定時間経過
毎に当該部品の交換を求める警報を出力することを特徴
とする微粒子検出兼用煙検出装置。
【請求項１６】請求項１５の微粒子検出兼用煙検出装置
に於いて、前記部品がポンプであることを特徴とする微
粒子検出兼用煙検出装置。
【請求項１７】請求項１５の微粒子検出兼用煙検出装置
に於いて、前記部品が発光手段であることを特徴とする
微粒子検出兼用煙検出装置。
【請求項１８】請求項１乃至１７の微粒子検出兼用煙検
出装置に於いて、前記発光手段又は受光手段が劣化又は
汚れにより発光量又は受光感度が変動した場合に前記発
光手段の発光量又は受光手段の受光感度を補正すること
を特徴とする微粒子検出兼用煙検出装置。
【請求項１９】請求項１乃至１７の微粒子検出兼用煙検
出装置に於いて、前記発光手段又は受光手段が劣化又は
汚れにより発光量又は受光感度が変動した場合に警報を
出力することを特徴とするの微粒子検出兼用煙検出装
置。
【請求項２０】請求項１８の微粒子検出兼用煙検出装置
に於いて、前記発光手段近傍に第２の受光手段を設け、
該第２の受光手段における受光量が変動したときに前記
発光手段の出力を補正することを特徴とする微粒子検出
兼用煙検出装置。
【請求項２１】請求項１９の微粒子検出兼用煙検出装置
に於いて、前記発光手段近傍に第２の受光手段を設け、
該第２の受光手段における受光量が所定値以下となった
場合に警報を出力することを特徴とする微粒子検出兼用
煙検出装置。
【請求項２２】請求項１８の微粒子検出兼用煙検出装置
に於いて、前記発光手段における消費電流値を検出し、
該電流値が所定値以上となった場合に警報を出力するこ
とを特徴とする微粒子検出兼用煙検出装置。
【請求項２３】請求項１９の微粒子検出兼用煙検出装置
に於いて、前記発光手段近傍に第２の受光手段を、前記
発光手段に対向し前記発光手段からの光ビームが直接入
射する位置に第３の受光手段を設け、前記第２の受光手
段における受光量と前記第３の受光手段における受光量
とを比較し、両者の差が所定値以上の場合警報を出力す
ることを特徴とする微粒子検出兼用煙検出装置。
【請求項２４】請求項１８の微粒子検出兼用煙検出装置
に於いて、前記受光手段に直接光ビームを照射する位置
に第２の発光手段を設け、該第２の発光手段より一定光
量の試験光を照射し、該試験光の受光量を検出すること
により受光手段の感度補正を行うことを特徴とする微粒
子検出兼用煙検出装置。
【請求項２５】請求項１９の微粒子検出兼用煙検出装置
に於いて、前記受光手段に直接光ビームを照射する位置
に第２の発光手段を設け、該第２の発光手段より一定光
量の試験光を照射し、該試験光の受光量が所定値以下の
場合警報を出力することを特徴とする微粒子検出兼用煙
検出装置。