JPH08122252A - Dust sensor - Google Patents

Dust sensor

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JPH08122252A
JPH08122252A JP6262961A JP26296194A JPH08122252A JP H08122252 A JPH08122252 A JP H08122252A JP 6262961 A JP6262961 A JP 6262961A JP 26296194 A JP26296194 A JP 26296194A JP H08122252 A JPH08122252 A JP H08122252A
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light
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light emitting
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Masayuki Hayashi
正之 林
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

PURPOSE: To measure the concentration of dust with high resolution over a wide range. CONSTITUTION: A light emitting element 1 is intermittently lighted, and a light receiving element 2 is arranged in a position on which direct light from the light emitting element 1 is not made incident. When dust enters a monitoring space in a sensor body, the quantity of receiving light of the light receiving element 2 increases by scattered light. Output voltage of an amplifying circuit 21 increases in a gradient according to the quantity of receiving light in the light receiving element 21 in a lighting period of the light emitting element 1, and decreases in a similar gradient in a lights-out period of the light emitting element 1. A comparator 22 puts output on an H level in a period during which the output voltage of the amplifying circuit 21 exceeds reference voltage, and measures a time width of this H level by a time counter 23, and outputs the output value according to the time width from the time counter 23. Since the quantity of receiving light in the light receiving element 21 is converted into time and is measured by the time counter, the concentration of dust can be detected with high resolution over a wide range.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、気体中に浮遊する煙や
ほこりのような微粒子(以下ではダストという)を光学
的に検出するダストセンサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dust sensor for optically detecting fine particles (hereinafter referred to as dust) such as smoke and dust floating in a gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来よりこの種のダストセンサとして、
ダストを検出すべき気体(一般に室内の空気)が通過す
る監視空間に発光素子から連続的に投光し、発光素子か
らの直接光を受光しないような位置に設けた受光素子に
よって、ダストが含まれる空気が監視空間を通過したと
きの散乱光の増加を検出するようにしたものが提供され
ている。受光素子の出力はアナログ−デジタル変換さ
れ、変換後のデジタル値に基づいてダストの濃度が検出
されるようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of dust sensor,
Dust is contained by the light receiving element that is installed at a position where the light emitting element continuously emits light into the monitoring space through which the gas (generally indoor air) to detect dust passes and does not receive direct light from the light emitting element. There is provided a device for detecting an increase in scattered light when the air to be passed passes through the surveillance space. The output of the light receiving element is converted from analog to digital, and the dust concentration is detected based on the converted digital value.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成では、ダ
ストの濃度の検出精度ないし分解能を増すには、アナロ
グ−デジタル変換を行う変換器に高分解能のものを用い
る必要があり、結果的に高分解能のダストセンサを製造
しようとすると、製造コストが高くなりすぎるという問
題が生じていた。また、発光素子を連続点灯させている
から、消費電力が大きく、電池電源を用いての駆動がで
きないという問題があった。
In the above conventional structure, in order to increase the detection accuracy or resolution of dust concentration, it is necessary to use a high resolution converter for performing analog-digital conversion, resulting in a high resolution. When trying to manufacture a dust sensor with high resolution, there has been a problem that the manufacturing cost becomes too high. Further, since the light emitting element is continuously turned on, there is a problem that power consumption is large and it cannot be driven by using a battery power source.

【0004】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、ダストの濃度を広範囲かつ高分解能に測定す
ることができるようにしながらも、製造コストの増加を
抑制し、かつ電池での駆動が可能となる程度に低消費電
力としたダストセンサを提供しようとするものである。
The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and enables the concentration of dust to be measured in a wide range and with high resolution, while suppressing an increase in manufacturing cost and in a battery. An object of the present invention is to provide a dust sensor that consumes low power so that it can be driven.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、気体
が通過するセンサ本体内の監視空間に投光する発光素子
と、発光素子からの直接光を受光しない位置に配置され
監視空間からの光を受光する受光素子と、監視空間に微
粒子を含む気体が通過したときの受光素子での受光量の
増加に基づいて微粒子の存在を検出するダストセンサに
おいて、発光素子を短時間ずつ間欠的に発光させる発光
制御回路と、発光素子の点灯期間に受光素子での受光量
に応じた勾配で出力を時間の経過とともに増大させ発光
素子が消灯すると出力を低減させる増幅回路と、増幅回
路の出力が所定のしきい値を超える期間に出力をアクテ
ィブにする比較手段と、発光素子の発光毎に比較手段の
出力がアクティブになった時間に応じた複数段階の出力
を発生する時間カウンタとを具備することを特徴とす
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a light emitting element for projecting light into a monitoring space in a sensor body through which gas passes, and a light emitting element arranged at a position where direct light from the light emitting element is not received. In the dust sensor that detects the presence of fine particles based on the increase in the amount of light received by the light receiving element when the gas containing fine particles passes through the monitoring space and the light receiving element that receives the light of The light-emission control circuit that causes the light-emitting element to emit light, the amplification circuit that increases the output with a gradient according to the amount of light received by the light-receiving element during the lighting period of the light-emitting element, and reduces the output when the light-emitting element goes out For a period of time exceeding a predetermined threshold, and a time unit for generating an output in multiple stages according to the time when the output of the comparing unit is activated for each light emission of the light emitting element. Characterized by comprising a pointer.

【0006】請求項2の発明は、気体が通過するセンサ
本体内の監視空間に投光する発光素子と、発光素子から
の直接光を受光しない位置に配置され監視空間からの光
を受光する受光素子と、監視空間に微粒子を含む気体が
通過したときの受光素子での受光量の増加に基づいて微
粒子の存在を検出するダストセンサにおいて、発光素子
を短時間ずつ間欠的に発光させる発光制御回路と、発光
素子の点灯期間に受光素子での受光量に応じた勾配で出
力を時間の経過とともに増大させ発光素子が消灯すると
出力を低減させる増幅回路と、増幅回路の出力が所定の
しきい値を超える期間に出力をアクティブにする比較手
段と、発光素子の発光毎に発光開始から比較手段の出力
がアクティブになるまでの時間に応じた複数段階の出力
を発生する時間カウンタとを具備することを特徴とす
る。
According to a second aspect of the present invention, a light emitting element for projecting light into the monitoring space in the sensor body through which gas passes, and a light receiving element for receiving light from the monitoring space which is arranged at a position where direct light from the light emitting element is not received. Element and a dust sensor that detects the presence of fine particles based on an increase in the amount of light received by the light receiving element when a gas containing fine particles passes through the monitoring space, a light emission control circuit that causes the light emitting element to intermittently emit light for a short time And an amplifier circuit that increases the output with a gradient according to the amount of light received by the light receiving element during the lighting period of the light emitting element and reduces the output when the light emitting element goes out, and the output of the amplifier circuit is a predetermined threshold value. The output of the comparing means is activated during the period exceeding the time, and the time period for generating the output in multiple stages corresponding to the time from the start of light emission to the activation of the output of the comparing means for each light emission of the light emitting element. Characterized by comprising a pointer.

【0007】請求項3の発明は、比較手段の出力が非ア
クティブの期間に発光素子への駆動用のパルス信号を通
過させるゲートを設け、比較手段の出力がアクティブに
なると発光素子の発光を停止させることを特徴とする。
請求項4の発明は、比較手段はしきい値を複数段階に切
り換える切換手段を備えることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, a gate is provided for passing a pulse signal for driving the light emitting element while the output of the comparison means is inactive, and the light emission of the light emitting element is stopped when the output of the comparison means becomes active. It is characterized by
The invention according to claim 4 is characterized in that the comparison means includes switching means for switching the threshold value in a plurality of steps.

【0008】請求項5の発明は、気体が通過するセンサ
本体内の監視空間に投光する発光素子と、発光素子から
の直接光を受光しない位置に配置され監視空間からの光
を受光する受光素子と、監視空間に微粒子を含む気体が
通過したときの受光素子での受光量の増加に基づいて微
粒子の存在を検出するダストセンサにおいて、発光素子
を短時間ずつ間欠的に発光させる発光制御回路と、発光
素子の点灯期間と消灯期間とにおける各一定時間内に受
光素子での受光量に応じた勾配で出力を規定値から時間
の経過とともに増大させる増幅回路と、増幅回路の出力
が所定のしきい値を超える期間に出力をアクティブにす
る比較手段と、発光素子の点灯期間と消灯期間とにそれ
ぞれ比較手段の出力がアクティブになった時間に応じた
複数段階の出力を発生する時間カウンタと、発光素子の
点灯期間と消灯期間とにおける時間カウンタの各出力値
の差を求めて出力する時間差算出手段とを具備すること
を特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, a light emitting element for projecting light into a monitoring space in the sensor body through which gas passes, and a light receiving element arranged at a position where direct light from the light emitting element is not received and receiving light from the monitoring space. Element and a dust sensor that detects the presence of fine particles based on an increase in the amount of light received by the light receiving element when a gas containing fine particles passes through the monitoring space, a light emission control circuit that causes the light emitting element to intermittently emit light for a short time And an amplifier circuit that increases the output with a gradient according to the amount of light received by the light receiving element from a specified value over time within each fixed time in the lighting period and the extinguishing period of the light emitting element, and the output of the amplifier circuit is a predetermined value. The comparing means that activates the output during the period in which the threshold is exceeded, and the output in multiple stages according to the time when the output of the comparing means is activated during the lighting period and the extinguishing period of the light emitting element, respectively. A time counter for raw, characterized by comprising a time difference calculating means obtains and outputs the difference between the output value of the time counter in the extinction period and the lighting period of the light emitting element.

【0009】[0009]

【作用】各請求項の発明の構成によれば、発光素子を短
時間ずつ間欠的に発光させているから、発光素子を連続
的に発光させている従来構成に比較すると消費電力を大
幅に低減することが可能であり、発光期間と発光間隔と
を適当に設定すれば、電池での駆動も可能になる。ま
た、増幅回路において受光素子での受光量に応じた時間
関数に変換し、この増幅回路の出力と所定のしきい値と
の大小関係に応じて受光素子の受光量に応じた時間幅で
出力をアクティブにする比較手段を設け、発光素子の発
光毎に比較手段の出力がアクティブなった時間、あるい
は発光開始から比較手段の出力がアクティブになるまで
の時間を計測して計測値に応じた複数段階の出力を発生
するのであり、受光素子での受光量を時間に変換してい
るから、アナログ−ディジタル変換回路を用いることな
く、微粒子の濃度を検出することができ、しかも時間測
定は比較的安価な回路構成でも高精度に測定できるか
ら、高分解能の測定が可能になる。さらに、受光素子で
の受光量を時間測定により求めるから、微粒子の濃度の
測定範囲を広範囲に設定することが可能である。加え
て、比較手段や時間カウンタにはディジタル回路を用い
ることができるから、ワンチップマイクロコンピュータ
の実現が可能であり、しかも比較的低精度のディジタル
回路でも微粒子の濃度を高精度に測定できる。
According to the structure of the invention of each claim, since the light emitting element is made to intermittently emit light for a short time, power consumption is greatly reduced as compared with the conventional structure in which the light emitting element is made to continuously emit light. If the light emission period and the light emission interval are appropriately set, the battery can be driven. Also, in the amplifier circuit, it is converted into a time function according to the amount of light received by the light receiving element, and output with a time width according to the amount of light received by the light receiving element according to the magnitude relationship between the output of this amplifier circuit and a predetermined threshold A comparing means for activating the light emitting element is provided, and the time when the output of the comparing means is activated for each light emission of the light emitting element or the time from the start of light emission until the output of the comparing means is activated is measured and a plurality of values are measured. Since the stepwise output is generated and the amount of light received by the light receiving element is converted into time, the concentration of fine particles can be detected without using an analog-digital conversion circuit, and the time measurement is relatively easy. Since it is possible to measure with high accuracy even with an inexpensive circuit configuration, it is possible to measure with high resolution. Further, since the amount of light received by the light receiving element is obtained by measuring the time, it is possible to set the measurement range of the concentration of fine particles in a wide range. In addition, since a digital circuit can be used for the comparison means and the time counter, a one-chip microcomputer can be realized, and the concentration of fine particles can be measured with high accuracy even with a relatively low-accuracy digital circuit.

【0010】請求項3の発明の構成によれば、発光素子
の発光開始から比較手段の出力がアクティブになるまで
の時間を計測するものにおいて、比較手段の出力がアク
ティブになると発光素子の発光を停止させるから、発光
素子の発光期間を必要十分な長さで短くすることがで
き、結果的に消費電力の一層の低減が可能になる。請求
項4の発明の構成によれば、比較手段がしきい値を複数
段階に切り換える切換手段を備えることにより、比較手
段の出力がアクティブになるときの受光素子の受光量を
変えることができ、結果的に感度を切り換えることがで
きる。すなわち、感度切換によって微粒子濃度を広範囲
に検出できることになる。
According to the third aspect of the present invention, the time from the start of light emission of the light emitting element to the activation of the output of the comparison means is measured, and when the output of the comparison means becomes active, the light emission of the light emission element is stopped. Since the light emitting element is stopped, the light emitting period of the light emitting element can be shortened by a necessary and sufficient length, and as a result, the power consumption can be further reduced. According to the structure of the invention of claim 4, the comparison means is provided with the switching means for switching the threshold value in a plurality of steps, whereby the light receiving amount of the light receiving element when the output of the comparison means becomes active can be changed, As a result, the sensitivity can be switched. That is, the fine particle concentration can be detected in a wide range by changing the sensitivity.

【0011】請求項5の発明の構成によれば、微粒子で
の散乱光量に基づいて微粒子濃度を検出するものにおい
て、発光素子の点灯期間と消灯期間との受光量の差を求
めることができるから、消灯期間において受光素子に入
射する外乱光の影響を除去することができ、検出精度の
向上につながるのである。
According to the fifth aspect of the invention, in the case of detecting the particle concentration based on the amount of scattered light on the particles, it is possible to obtain the difference in the amount of light received between the lighting period and the extinguishing period of the light emitting element. The influence of ambient light incident on the light receiving element can be removed during the light-off period, which leads to improvement in detection accuracy.

【0012】[0012]

【実施例】【Example】

(実施例1)図1に示すように、発光素子1は発光制御
回路10により間欠的に発光するように駆動される。す
なわち、発光制御回路10は、0.5秒周期で5ミリ秒
ずつオンになるパルス信号を発生するパルス発生回路1
1と、トランジスタQよりなる駆動回路12とを備え、
トランジスタQのベースにパルス信号を入力することに
よって、トランジスタQのコレクタに接続された発光ダ
イオードよりなる発光素子1を間欠的に点灯させる。
(Embodiment 1) As shown in FIG. 1, the light emitting element 1 is driven by a light emission control circuit 10 so as to emit light intermittently. That is, the light-emission control circuit 10 generates a pulse signal that turns on for 5 milliseconds at 0.5 second intervals.
1 and a drive circuit 12 including a transistor Q,
By inputting a pulse signal to the base of the transistor Q, the light emitting element 1 formed of a light emitting diode connected to the collector of the transistor Q is intermittently turned on.

【0013】一方、受光素子2はフォトダイオードより
なり、差動増幅器21aおよび抵抗RとコンデンサCと
を備える積分回路21bよりなる増幅回路21により受
光素子2の両端電圧が増幅される。したがって、増幅回
路21の出力電圧は受光素子2での受光量に応じた勾配
で増減する。つまり、受光素子2が受光している期間に
は受光量に応じた勾配で時間の経過とともに増幅回路2
1の出力電圧が増大し、その後、受光素子2での受光が
停止すれば、同様の勾配で時間の経過とともに増幅回路
21の出力電圧が減少する。増幅回路21の出力は、比
較手段としてのコンパレータ22に入力され、あらかじ
め抵抗R1 ,R2 により設定された基準電圧(しきい
値)と比較される。コンパレータ22では増幅回路21
の出力電圧が基準電圧よりも高い期間に出力をHレベル
(アクティブ)にする。コンパレータ22の出力は時間
カウンタ23に入力され、時間カウンタ23ではコンパ
レータ22の出力がHレベルである期間の時間を測定す
る。ここに、時間カウンタ23にはパルス発生回路11
から出力されるパルス信号が入力されており、時間カウ
ンタ23は発光素子1の発光開始毎(つまり、パルス信
号の立ち上がり時)にリセットされ、発光素子1の発光
毎にコンパレータ22の出力がHレベルである期間を測
定することになる。時間カウンタ23は4ビットの出力
を有し、測定結果に応じて複数段階の出力を発生させ
る。すなわち、時間カウンタ23は最大で16段階の出
力が可能になる。時間カウンタ23の出力は4ビット分
のバッファよりなる出力回路24を通して外部に出力さ
れる。ここに、コンパレータ22はアナログ−デジタル
変換器および適当なプログラムに置き換えることがで
き、また時間カウンタ23は適当なプログラムに置き換
えることができるから、マイクロコンピュータを用いた
デジタル回路での実現が可能である。この意味で、コン
パレータ22と時間カウンタ23とを合わせて演算回路
20として図1に図示してある。
On the other hand, the light receiving element 2 is composed of a photodiode, and the voltage across the light receiving element 2 is amplified by an amplifier circuit 21 which is composed of a differential amplifier 21a and an integrating circuit 21b having a resistor R and a capacitor C. Therefore, the output voltage of the amplifier circuit 21 increases or decreases with a gradient according to the amount of light received by the light receiving element 2. In other words, during the period when the light receiving element 2 is receiving light, the amplification circuit 2 has a slope according to the amount of received light as time passes.
If the output voltage of 1 increases and then the light reception by the light receiving element 2 is stopped, the output voltage of the amplifier circuit 21 decreases with the passage of time with a similar gradient. The output of the amplifier circuit 21 is input to a comparator 22 as a comparing means and compared with a reference voltage (threshold value) set in advance by the resistors R 1 and R 2 . In the comparator 22, the amplifier circuit 21
The output is set to the H level (active) while the output voltage is higher than the reference voltage. The output of the comparator 22 is input to the time counter 23, and the time counter 23 measures the time during the period when the output of the comparator 22 is at H level. Here, the time counter 23 includes a pulse generation circuit 11
The pulse signal output from the light emitting element 1 is input, the time counter 23 is reset each time the light emitting element 1 starts emitting light (that is, when the pulse signal rises), and the output of the comparator 22 is at the H level each time the light emitting element 1 emits light. Is to measure the period. The time counter 23 has a 4-bit output and generates outputs in a plurality of stages according to the measurement result. That is, the time counter 23 can output up to 16 levels. The output of the time counter 23 is output to the outside through an output circuit 24 including a 4-bit buffer. Here, the comparator 22 can be replaced with an analog-digital converter and an appropriate program, and the time counter 23 can be replaced with an appropriate program, so that it can be realized by a digital circuit using a microcomputer. . In this sense, the comparator 22 and the time counter 23 are shown together in FIG. 1 as the arithmetic circuit 20.

【0014】ところで、発光素子1および受光素子2
は、図3に示すように、発光素子1からの直接光が受光
素子2に入射しないような位置関係でセンサ本体3に配
置されている。センサ本体3には、図4に示すように、
空気が通過可能となるように両側面間に貫通する通気孔
31が形成され、通気孔31はセンサ本体3の内部に設
けた監視空間に連通している。ここに、通気孔31には
図4に矢印で示すように一方向に流れる空気が通気され
る。発光素子1はコリメートレンズとしての投光レンズ
4を通して図3に示すように略平行な光線束5を監視空
間に投光し、受光素子2はダストが監視空間に入ったと
きに生じる散乱光を受光できる位置に配置される。
By the way, the light emitting element 1 and the light receiving element 2
Are arranged in the sensor body 3 in such a positional relationship that direct light from the light emitting element 1 does not enter the light receiving element 2, as shown in FIG. In the sensor body 3, as shown in FIG.
A vent hole 31 is formed between both side surfaces so that air can pass therethrough, and the vent hole 31 communicates with a monitoring space provided inside the sensor body 3. Here, air flowing in one direction is vented to the vent holes 31 as indicated by an arrow in FIG. The light emitting element 1 projects a substantially parallel light flux 5 into the monitoring space through the light projecting lens 4 as a collimating lens as shown in FIG. 3, and the light receiving element 2 collects scattered light generated when dust enters the monitoring space. It is placed at a position where it can receive light.

【0015】しかして、図2(a)に示すようなパルス
信号によって発光素子1を駆動すれば、受光素子2の一
端の電圧は図2(b)のように変化し、したがって増幅
回路21の出力電圧は図2(c)のようになる。受光素
子2の一端はダストが存在しないときにも略一定電圧に
保たれており、監視空間におけるダストの存在によって
散乱光を受光すると、図2(c)のように増幅回路21
の出力電圧が発光素子1の発光期間に受光素子2での受
光量に応じた勾配で時間の経過とともにしだいに増大
し、発光素子1の消灯に伴って時間の経過とともにしだ
いに低下する。すなわち、ダストの濃度が高く散乱光が
多くなるほど(図2の右端部に示す)、増幅回路21の
出力レベルが高くなるから、コンパレータ22に適宜の
しきい値Vref を設定しておくことによって、図2
(d)のようにコンパレータ22の出力がHレベルにな
る期間をダストの濃度に対応させることができる。さら
に詳しく説明すると、図5に示すように、ダストの濃度
が高くなり増幅回路21の出力のピーク値が大きくなる
につれて、しきい値Vref よりも高い期間が長くなるの
であって、この時間幅τは、増幅回路21の出力電圧を
21とすれば、図6に示すように、τ=0.0048681 +0.
014136・log(V21−3.0)という関係で表すことができる
(ここで、3.0はダストが存在しないときの増幅回路
21の出力電圧である)。時間カウンタ23では、コン
パレータ22のオン期間に応じて複数段階の出力を発生
するのであって、ここでは、コンパレータ22のオン期
間が0秒と0.005ミリ秒と0.015ミリ秒とであ
る場合に対応する3段階の出力を示してある。時間カウ
ンタ23の出力は、発光素子1を駆動する次のパルス信
号に対する出力が得られるまでの間は保持される。
When the light emitting element 1 is driven by the pulse signal as shown in FIG. 2A, the voltage at one end of the light receiving element 2 changes as shown in FIG. The output voltage is as shown in FIG. One end of the light receiving element 2 is maintained at a substantially constant voltage even when dust is not present, and when scattered light is received due to the presence of dust in the monitoring space, the amplifier circuit 21 as shown in FIG.
The output voltage of 1 increases gradually with the passage of time during the light emission period of the light emitting element 1 with a gradient according to the amount of light received by the light receiving element 2, and gradually decreases with the passage of time as the light emitting element 1 is turned off. That is, as the dust concentration is high and the scattered light is large (shown at the right end of FIG. 2), the output level of the amplifier circuit 21 is high. Therefore, by setting an appropriate threshold value Vref in the comparator 22, Figure 2
As shown in (d), the period in which the output of the comparator 22 is at the H level can be associated with the dust concentration. More specifically, as shown in FIG. 5, as the dust concentration increases and the peak value of the output of the amplifier circuit 21 increases, the period higher than the threshold value Vref becomes longer, and this time width τ Assuming that the output voltage of the amplifier circuit 21 is V 21 , as shown in FIG. 6, τ = 0.0048681 +0.
It can be expressed by the relationship of log (V 21 −3.0) (here, 3.0 is the output voltage of the amplifier circuit 21 in the absence of dust). The time counter 23 generates a plurality of stages of output according to the ON period of the comparator 22, and here the ON period of the comparator 22 is 0 second, 0.005 milliseconds, and 0.015 milliseconds. The three stages of output corresponding to the case are shown. The output of the time counter 23 is held until the output for the next pulse signal for driving the light emitting element 1 is obtained.

【0016】以上説明したように、ダストの濃度を時間
に置き換えるから、濃度の検出精度は時間測定の精度に
依存することになる。また、濃度の測定範囲は時間測定
の範囲でどのようにも設定できるから、広範囲に設定す
ることが可能である。しかも、上述したように、時間幅
τが対数的に圧縮されることになるから、低濃度側では
時間幅τの変化率が大きく、高濃度側では時間幅τの変
化率が小さくなるのであり、このことによってダイナミ
ックレンジが大きくなる。発光素子1は間欠的に発光し
ているから、消費電力は少なく電池での駆動も可能にな
る。発光素子1の発光間隔、発光期間、時間カウンタ2
3での出力の段階などは上述した値に限定されるもので
はなく、応答速度や検出感度などに応じて適宜設定する
ことができる。
As described above, since the dust concentration is replaced with time, the concentration detection accuracy depends on the time measurement accuracy. Further, the concentration measurement range can be set in any range within the time measurement range, and thus can be set in a wide range. Moreover, as described above, since the time width τ is logarithmically compressed, the change rate of the time width τ is large on the low concentration side, and the change rate of the time width τ is small on the high concentration side. , This increases the dynamic range. Since the light emitting element 1 emits light intermittently, it consumes less power and can be driven by a battery. Light emitting interval of light emitting element 1, light emitting period, time counter 2
The output stage and the like in 3 are not limited to the above-mentioned values, and can be appropriately set according to the response speed, the detection sensitivity, and the like.

【0017】(実施例2)本実施例は、図7に示すよう
に、コンパレータ22と時間カウンタ23との間にゲー
ト25を挿入したものであって、このゲート25はコン
パレータ22の出力の否定と、発光素子1を駆動するパ
ルス信号との論理積を出力する。したがって、図8
(a)(d)(e)を比較すればわかるように、発光素
子1を駆動するパルス信号(図8(a))の立ち上がり
から、コンパレータ22の出力(図8(d))の立ち上
がりまでの期間にゲート25の出力(図8(e))がH
レベルになる。つまり、図9に示すように、監視空間に
流入するダストの濃度が高いほど(増幅回路21の出力
電圧V21のピーク値が高いほど)ゲート25の出力がH
レベルになる期間は短くなる。この関係は、図10に示
すように、時間幅をτとすると、τ=0.0062791 ・(V
21−3.0)-1.1439 と表すことができる。図8(b)
(c)は、図2(b)(c)と同様に、受光素子2の一
端の電位および増幅回路21の出力電圧を示す。ここ
で、時間カウンタ23の出力は、図8(f)のようにゲ
ート25から間欠的に出力される信号がHレベルになる
期間が短いほど小さくなるようにしてある。すなわち、
図8では時間カウンタ23の出力を3段階に設定してあ
り、ダストが存在しなければ0.016ミリ秒に相当す
る出力を発生し、ダストの濃度に応じて0.0025ミ
リ秒、0.0005ミリ秒の各段階の出力を発生する。
他の構成および動作は実施例1と同様である。
(Embodiment 2) In this embodiment, as shown in FIG. 7, a gate 25 is inserted between a comparator 22 and a time counter 23. This gate 25 negates the output of the comparator 22. And a pulse signal for driving the light emitting element 1 are output. Therefore, FIG.
As can be seen by comparing (a), (d), and (e), from the rise of the pulse signal (FIG. 8 (a)) driving the light emitting element 1 to the rise of the output of the comparator 22 (FIG. 8 (d)). The output of the gate 25 (Fig. 8 (e)) is H during the period
Become a level. That is, as shown in FIG. 9, the higher the concentration of dust flowing into the monitoring space (the higher the peak value of the output voltage V 21 of the amplifier circuit 21), the higher the output of the gate 25 becomes.
The period to reach the level becomes shorter. As shown in FIG. 10, when the time width is τ, this relationship is τ = 0.0062791 · (V
21 −3.0) -1.1439 . FIG. 8B
Similar to FIGS. 2B and 2C, FIG. 2C shows the potential at one end of the light receiving element 2 and the output voltage of the amplifier circuit 21. Here, the output of the time counter 23 becomes smaller as the period during which the signal intermittently output from the gate 25 is at H level is shorter as shown in FIG. 8 (f). That is,
In FIG. 8, the output of the time counter 23 is set in three stages, and if dust is not present, an output corresponding to 0.016 milliseconds is generated, and 0.0025 milliseconds, 0. The output of each step of 0005 milliseconds is generated.
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

【0018】(実施例3)本実施例は、図11に示すよ
うに、実施例2の構成に対して、パルス発生回路11と
駆動回路12との間にゲート13を付加した構成を有す
る。このゲート13は、コンパレータ22の否定とパル
ス発生回路11から出力されるパルス信号との論理積を
出力するものであり、ゲート13の出力は、ゲート25
の出力と同様に、パルス信号の立ち上がりからコンパレ
ータ22の出力の立ち上がりまでの期間にHレベルにな
るのである。つまり、発光素子1の点灯開始からコンパ
レータ22の出力がHレベルになるまでの期間だけゲー
ト25の出力がHレベルになり、この期間に発光素子1
を点灯させるから、図12(a)に示すパルス発生回路
11の出力と図12(b)に示す発光素子1の点灯・消
灯の状態とを比較するとわかるように、ダストの濃度が
高いほど発光素子1の1回の発光量が減少するのであっ
て、このことによって受光側のダイナミックレンジを低
減することができる。図12(c)〜(g)は、それぞ
れ受光素子2の端子電圧、増幅回路21の出力電圧、コ
ンパレータ22の出力、ゲート25の出力、時間カウン
タ23の出力であって、発光素子1の発光期間がダスト
の濃度に応じて変化する以外は、実施例2と同様の動作
になる。
(Embodiment 3) In this embodiment, as shown in FIG. 11, a gate 13 is added between the pulse generation circuit 11 and the drive circuit 12 in addition to the structure of the embodiment 2. The gate 13 outputs the logical product of the negation of the comparator 22 and the pulse signal output from the pulse generation circuit 11, and the output of the gate 13 is the gate 25.
Similarly to the output of, the output goes to the H level during the period from the rise of the pulse signal to the rise of the output of the comparator 22. That is, the output of the gate 25 is at the H level only during the period from the start of lighting of the light emitting element 1 to the output of the comparator 22 being at the H level.
Since the light is turned on, as the output of the pulse generation circuit 11 shown in FIG. 12A is compared with the turned on / off state of the light emitting element 1 shown in FIG. 12B, the higher the dust concentration is, the light is emitted. Since the amount of light emitted once from the element 1 is reduced, the dynamic range on the light receiving side can be reduced. 12C to 12G show the terminal voltage of the light receiving element 2, the output voltage of the amplifier circuit 21, the output of the comparator 22, the output of the gate 25, and the output of the time counter 23, respectively. The operation is the same as that of the second embodiment except that the period changes according to the dust concentration.

【0019】(実施例4)本実施例は、図13に示すよ
うに、実施例2の構成について、コンパレータ22の基
準電圧を2段階に切り換える切換手段として、抵抗R2
と直列に抵抗R3を接続し、さらにこの抵抗R3 にスイ
ッチSWを並列接続した例を示す。他の構成は実施例2
と同様である。ただし、時間カウンタ23は、入力され
る信号がHレベルである期間が短いほど長い時間に対応
した出力値を出力するように構成されている。このよう
な構成の時間カウンタ23を用いる代わりにゲート25
を省略すれば、実施例1と同様に動作する時間カウンタ
23を用いることも可能である。
(Embodiment 4) In the present embodiment, as shown in FIG. 13, with respect to the structure of the embodiment 2, a resistor R 2 is used as a switching means for switching the reference voltage of the comparator 22 in two steps.
An example in which a resistor R 3 is connected in series with and a switch SW is connected in parallel with the resistor R 3 is shown. The other configuration is the second embodiment.
Is the same as However, the time counter 23 is configured to output an output value corresponding to a longer time as the period during which the input signal is at the H level is shorter. Instead of using the time counter 23 having such a configuration, the gate 25
If omitted, it is possible to use the time counter 23 that operates in the same manner as in the first embodiment.

【0020】上述したように、コンパレータ22の基準
電圧を2段階Vref1,Vref2(Vref1>Vref2、たとえ
ば、Vref1=3.6VとVref23.2V)に切り換える
ことによって、図14に示すように動作させることがで
きる。すなわち、スイッチSWをオフにしているときに
は、高いほうの基準電圧Vref1に設定されるから、増幅
回路21の出力電圧が高くないとコンパレータ22の出
力がHレベルにならず、ダスト濃度に対しては低感度に
なる。つまり、図14(a)のように発光素子1を発光
させたときの受光素子2の端子電圧および増幅回路22
の出力電圧は、それぞれ図14(b)(c)のように、
スイッチSWのオン・オフによらずダスト濃度にのみ依
存するが、図14(c)に示すように、スイッチSWを
オンにしすると低いほうの基準電圧Vref2が選択される
ことになる。つまり、ダストの濃度が等しければ、スイ
ッチSWをオンにしたほうが、図14(d)のようにコ
ンパレータ22の出力がHレベルになる期間が長くなる
のであり、実質的に高感度に設定したことになる。図1
4(e)に示す例では、同じダスト濃度に対して時間カ
ウンタ23の出力は、スイッチSWのオフ時には0.0
05ミリ秒に対応する出力値になり、スイッチSWのオ
ン時には0.0125ミリ秒に対応する出力値になる。
すなわち、図15に示すように、増幅回路21の出力電
圧のピーク値が同じであっても(つまり、ダスト濃度が
同じでも)、基準電圧Vref1,Vref2が変化すれば、コ
ンパレータ22の出力がHレベルになる時間幅τが変化
し、高感度では時間幅が長く、低感度では時間幅が短く
なる。増幅回路21の出力電圧と時間幅τとの関係は図
16のようになり、高感度ではτ=0.0091235 +0.0141
366 ・log(V21−3.0)、低感度ではτ=0.00079059+0.
018745・log(V21−3.0)と表すことができる。
As described above, by switching the reference voltage of the comparator 22 between the two stages Vref 1 and Vref 2 (Vref 1 > Vref 2 , for example, Vref 1 = 3.6V and Vref 2 3.2V), FIG. It can be operated as shown in. That is, when the switch SW is turned off, the higher reference voltage Vref 1 is set, so the output of the comparator 22 does not become the H level unless the output voltage of the amplifier circuit 21 is high, and the dust concentration with respect to the dust concentration is increased. Becomes less sensitive. That is, the terminal voltage of the light receiving element 2 and the amplifier circuit 22 when the light emitting element 1 emits light as shown in FIG.
The output voltage of each is as shown in FIGS. 14 (b) and (c).
Although it depends only on the dust concentration regardless of whether the switch SW is turned on or off, when the switch SW is turned on, the lower reference voltage Vref 2 is selected as shown in FIG. 14C. In other words, if the dust concentrations are equal, turning on the switch SW causes the output of the comparator 22 to be at the H level for a longer period as shown in FIG. 14D, so that the sensitivity is set to be substantially high. become. FIG.
In the example shown in FIG. 4 (e), the output of the time counter 23 is 0.0 when the switch SW is off for the same dust concentration.
The output value corresponds to 05 milliseconds, and when the switch SW is on, the output value corresponds to 0.0125 milliseconds.
That is, as shown in FIG. 15, even if the peak value of the output voltage of the amplifier circuit 21 is the same (that is, even if the dust concentration is the same), if the reference voltages Vref 1 and Vref 2 change, the output of the comparator 22 The time width τ at which the H level changes to H changes, the time width becomes long at high sensitivity and becomes short at low sensitivity. The relationship between the output voltage of the amplifier circuit 21 and the time width τ is as shown in FIG. 16, and τ = 0.0091235 +0.0141 at high sensitivity.
366 log (V 21 -3.0), τ = 0.00079059 + 0 at low sensitivity.
Can be expressed as 018745 · log (V 21 -3.0) .

【0021】このような構成では、初期状態では低感度
に設定し、低感度ではダストの存在が検出されないとき
に高感度に切り換えるという動作が可能なる。とくに、
スイッチSWとして適当なスイッチング素子を設け、出
力回路24の出力に応じてスイッチング素子のオン・オ
フを決定すれば、低感度と高感度との切換を自動化し、
オートレンジでダスト濃度の広範囲な検出が可能にな
る。また、感度の切換を行うスイッチSWをマイクロコ
ンピュータのポートに置き換え、適当なプログラムで制
御することも可能である。
With such a structure, it is possible to set the sensitivity to low in the initial state and switch to high sensitivity when the presence of dust is not detected at the low sensitivity. Especially,
If a suitable switching element is provided as the switch SW and ON / OFF of the switching element is determined according to the output of the output circuit 24, switching between low sensitivity and high sensitivity is automated,
A wide range of dust concentration can be detected with auto range. It is also possible to replace the switch SW for switching the sensitivity with a port of a microcomputer and control it with an appropriate program.

【0022】実施例2〜4に示したゲートは、それぞれ
適宜のプログラムによって実現してもよい。 (実施例5)本実施例は、センサ本体3の内部反射や通
気孔31を通して入射する外乱光の影響を除去するため
に、発光素子1の消灯期間における受光素子2での受光
量に応じた時間幅と、発光素子1の点灯期間における受
光素子2での受光量に応じた時間幅との差を出力するよ
うにしてある。
The gates shown in Examples 2 to 4 may be implemented by appropriate programs. (Embodiment 5) In this embodiment, in order to eliminate the influence of the internal reflection of the sensor body 3 and the disturbance light incident through the ventilation hole 31, the amount of light received by the light receiving element 2 in the light-off period of the light emitting element 1 is adjusted. The difference between the time width and the time width corresponding to the amount of light received by the light receiving element 2 in the lighting period of the light emitting element 1 is output.

【0023】すなわち、図17に示すように、パルス発
生回路11と駆動回路12との間に、集積回路のJ−K
フリップフロップを用いて構成したフリップフロップ1
4と、フリップフロップ14の各出力とパルス発生回路
11の出力との論理積を出力する2個のアンド回路15
a,15bとを設け、一方のアンド回路15aの出力を
駆動回路12に与えるようにしてある。フリップフロッ
プ14の出力はパルス信号の1周期ごとに反転するので
あって、アンド回路15a,15bではフリップフロッ
プ14の各出力とパルス信号との論理積を出力するか
ら、結果的に各アンド回路15a,15bはパルス信号
の1周期ごとに交互に出力をHレベルにする。また、各
アンド回路15a,15bの出力がHレベルになる期間
はパルス信号がHレベルである期間に一致する。したが
って、アンド回路15aの出力を駆動回路12に入力す
ることによって、発光素子1はパルス信号の2周期に1
回の割合で点灯することになる。ここに、本実施例で
は、パルス発生回路11はデューティ比が略50%のパ
ルス信号を出力するものとして説明するが(図18
(c)は後述する反転回路21cの出力を示し、これは
パルス信号を反転させた信号である)、上述した各実施
例のように、発光素子1を0.5秒周期で5ミリ秒点灯
させるのであれば、パルス信号を0.25秒の周期で5
ミリ秒だけHレベルになる信号とすればよい。
That is, as shown in FIG. 17, the JK of the integrated circuit is provided between the pulse generating circuit 11 and the driving circuit 12.
Flip-flop 1 constructed using flip-flops
4 and two AND circuits 15 for outputting a logical product of each output of the flip-flop 14 and the output of the pulse generation circuit 11.
a and 15b are provided, and the output of one AND circuit 15a is given to the drive circuit 12. The output of the flip-flop 14 is inverted every cycle of the pulse signal, and the AND circuits 15a and 15b output the logical product of each output of the flip-flop 14 and the pulse signal. As a result, each AND circuit 15a. , 15b alternately set the output to the H level for each cycle of the pulse signal. The period in which the outputs of the AND circuits 15a and 15b are at the H level matches the period in which the pulse signal is at the H level. Therefore, by inputting the output of the AND circuit 15a to the drive circuit 12, the light emitting element 1 is set to 1 every two cycles of the pulse signal.
It will light up at the rate of once. Here, in the present embodiment, the pulse generation circuit 11 will be described as outputting a pulse signal having a duty ratio of approximately 50% (see FIG. 18).
(C) shows an output of an inversion circuit 21c described later, which is a signal obtained by inverting a pulse signal.) As in each of the above-described embodiments, the light emitting element 1 is lit for 5 milliseconds at a 0.5 second cycle. If the pulse signal is set to 5
The signal may be an H level only for milliseconds.

【0024】各アンド回路15a,15bの出力は、そ
れぞれDフリップフロップを用いて構成されたラッチ回
路26a,26bにクロック信号として入力される。ラ
ッチ回路26a,26bはクロック信号の立ち下がりで
時間カウンタ23の出力をラッチする。また、両ラッチ
回路26a,26bの出力は適当なタイミング(各ラッ
チ回路26a,26bに時間カウンタ23の出力がそれ
ぞれラッチされる度)で減算回路27に入力され、ラッ
チ回路26aの出力値からラッチ回路26bの出力値が
減算され、この出力値が出力回路24を通して外部に出
力される。時間カウンタ23はパルス発生回路11から
のパルス信号の立ち上がり毎にリセットされるから、ラ
ッチ回路26aには発光素子1の点灯期間に対応した時
間カウンタ23の出力値がラッチされ、ラッチ回路26
bには発光素子1の消灯期間に対応した時間カウンタ2
3の出力値がラッチされることになる。つまり、減算回
路27の出力は発光素子1の点灯期間の時間カウンタ2
3の出力値から発光素子1の消灯期間の時間カウンタ2
3の出力値を減算した値になり、ラッチ回路26a,2
6bと減算回路27とにより時間差算出手段が構成され
る。
The outputs of the AND circuits 15a and 15b are input as clock signals to the latch circuits 26a and 26b formed by using D flip-flops, respectively. The latch circuits 26a and 26b latch the output of the time counter 23 at the falling edge of the clock signal. Further, the outputs of both latch circuits 26a and 26b are input to the subtraction circuit 27 at appropriate timings (every time the outputs of the time counter 23 are latched by the respective latch circuits 26a and 26b) and latched from the output value of the latch circuit 26a. The output value of the circuit 26b is subtracted, and this output value is output to the outside through the output circuit 24. Since the time counter 23 is reset each time the pulse signal from the pulse generation circuit 11 rises, the output value of the time counter 23 corresponding to the lighting period of the light emitting element 1 is latched in the latch circuit 26a.
In b, a time counter 2 corresponding to the extinguishing period of the light emitting element 1
The output value of 3 will be latched. That is, the output of the subtraction circuit 27 is the time counter 2 of the lighting period of the light emitting element 1.
From the output value of 3, the time counter 2 of the extinguishing period of the light emitting element 1
It becomes a value obtained by subtracting the output value of 3 from the latch circuit 26a, 2
The time difference calculating means is composed of 6b and the subtraction circuit 27.

【0025】増幅回路21では積分回路21bのコンデ
ンサCに、スイッチング素子としてのトランジスタQ1
のコレクタ−エミッタと直流電源DCとの直列回路が並
列接続され、このトランジスタQ1 はパルス発生回路1
1の出力を反転させる反転回路21cの出力により駆動
される。したがって、トランジスタQ1 は時間カウンタ
23のリセット時にオンになってコンデンサCの端子電
圧を直流電源DCの電源電圧にセットするのであって、
時間カウンタ23のリセット時に増幅回路21の出力値
を一定値にして(つまり、ダストが存在しない状態)、
コンパレータ22、時間カウンタ23を備える演算回路
20がつねに同条件で動作するようにし、測定精度を高
めている。また、トランジスタQ1 はパルス信号がLレ
ベルである期間にはオンになるから、コンパレータ22
の出力の時間幅τはコンデンサCへの充電時間のみに対
応することになる。
In the amplifier circuit 21, the capacitor C of the integrating circuit 21b is connected to the transistor Q 1 as a switching element.
The collector - the series circuit of the emitter and the DC power source are connected in parallel, the transistor Q 1 is the pulse generating circuit 1
It is driven by the output of the inverting circuit 21c which inverts the output of 1. Therefore, the transistor Q 1 is turned on when the time counter 23 is reset, and the terminal voltage of the capacitor C is set to the power source voltage of the DC power source DC.
When the time counter 23 is reset, the output value of the amplifier circuit 21 is set to a constant value (that is, the dust is not present),
The arithmetic circuit 20 including the comparator 22 and the time counter 23 is always operated under the same condition to improve the measurement accuracy. Further, since the transistor Q 1 is turned on while the pulse signal is at the L level, the comparator 22
The time width τ of the output of 1 corresponds to only the charging time of the capacitor C.

【0026】他の構成および動作は実施例1と同様であ
って、図18(a)に示すように、発光素子1が間欠的
に点灯し、図18(b)のように受光素子2の端子電圧
は、センサ本体3内の監視空間にダストが存在しなけれ
ば一定になり、ダストが存在すればその濃度に応じて増
大する。図18(c)は反転回路28の出力であってパ
ルス発生回路11から出力されるパルス信号を反転して
おり、増幅回路21に設けたコンデンサCはパルス信号
の立ち上がり毎にリセットされることになる。いま、外
乱光や回路内部での信号漏れなどがあり、増幅回路21
の出力電圧が図18(d)のように変化するものとすれ
ば、増幅回路21の出力電圧が発光素子1の消灯時にも
コンパレータ22に設定された基準電圧Vref を越える
ことがある。つまり、コンパレータ22の出力は図18
(e)のようになり、パルス信号の発生毎に発光素子1
の点灯期間と消灯期間とにおいて増幅回路21の出力電
圧が基準電圧Vref を越える期間の時間幅を有したパル
スを交互に出力する。時間カウンタ23では、パルス信
号の発生毎にコンパレータ23の出力がHレベルである
時間幅を計測し、計測値に応じた出力値を発生する。つ
まり、発光素子1の発光期間と消灯期間とのそれぞれに
応じた時間幅の出力値を発生する。ここで、時間カウン
タ23はコンパレータ22から出力されるパルスの時間
幅が長いほど大きな出力値を発生するように構成されて
いる。
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment. As shown in FIG. 18A, the light emitting element 1 is intermittently turned on, and the light receiving element 2 is turned on as shown in FIG. 18B. The terminal voltage is constant if dust is not present in the monitoring space in the sensor body 3, and increases if dust is present in accordance with its concentration. FIG. 18C shows the output of the inverting circuit 28, which inverts the pulse signal output from the pulse generating circuit 11, and the capacitor C provided in the amplifier circuit 21 is reset at each rising edge of the pulse signal. Become. Now, due to ambient light and signal leakage inside the circuit, the amplifier circuit 21
18D, the output voltage of the amplifier circuit 21 may exceed the reference voltage Vref set in the comparator 22 even when the light emitting element 1 is turned off. That is, the output of the comparator 22 is as shown in FIG.
As shown in (e), the light emitting element 1 is generated every time a pulse signal is generated.
In the lighting period and the extinguishing period, pulses having a time width of a period in which the output voltage of the amplifier circuit 21 exceeds the reference voltage Vref are alternately output. The time counter 23 measures the time width in which the output of the comparator 23 is at the H level each time a pulse signal is generated, and generates an output value according to the measured value. That is, the output value of the time width according to each of the light emission period and the light extinction period of the light emitting element 1 is generated. Here, the time counter 23 is configured to generate a larger output value as the time width of the pulse output from the comparator 22 is longer.

【0027】しかして、各ラッチ回路26a,26b
は、それぞれ図18(f)(g)のような値をラッチす
るのであって、ラッチ回路26bにラッチされた値は発
光素子1の消灯時の時間カウンタ23の出力値になる。
そこで、減算回路27においてラッチ回路26aの出力
値からラッチ回路26bの出力値を減算すれば、図18
(h)のように、発光素子1の消灯期間における雑音成
分を除去した出力値を得ることができるのである。その
結果、外乱光や内部回路の信号漏れなどの影響を除去し
てダスト濃度と出力値との一致度を高くすることができ
る。
Then, each latch circuit 26a, 26b
Respectively latch the values as shown in FIGS. 18F and 18G, and the value latched by the latch circuit 26b becomes the output value of the time counter 23 when the light emitting element 1 is turned off.
Therefore, if the output value of the latch circuit 26b is subtracted from the output value of the latch circuit 26a in the subtraction circuit 27, the result shown in FIG.
As shown in (h), it is possible to obtain the output value from which the noise component is removed during the extinguishing period of the light emitting element 1. As a result, it is possible to increase the degree of coincidence between the dust concentration and the output value by removing the effects of ambient light and signal leakage from internal circuits.

【0028】本実施例では、発光素子1の点灯期間と消
灯期間との両方について時間カウンタ23の出力値をラ
ッチ回路26a,26bで一時的に保持しているが、い
ずれか一方のみをラッチ回路でラッチし、他方が時間カ
ウンタ23で求められるたびにラッチ回路にラッチした
値と時間カウンタ23の出力値との差を減算回路27で
求めるようにしてもよい。
In this embodiment, the output values of the time counter 23 are temporarily held by the latch circuits 26a and 26b for both the lighting period and the extinguishing period of the light emitting element 1, but only one of them is latched. Alternatively, the subtraction circuit 27 may obtain the difference between the value latched in the latch circuit and the output value of the time counter 23 each time the other is obtained by the time counter 23.

【0029】[0029]

【発明の効果】各請求項の発明は上述のように、発光素
子を短時間ずつ間欠的に発光させているので、発光素子
を連続的に発光させている従来構成に比較すると消費電
力を大幅に低減することが可能であるという利点を有
し、発光期間と発光間隔とを適当に設定すれば、電池で
の駆動も可能になるという効果がある。また、増幅回路
において受光素子での受光量に応じた時間関数に変換
し、この増幅回路の出力と所定のしきい値との大小関係
に応じて受光素子の受光量に応じた時間幅で出力をアク
ティブにする比較手段を設け、発光素子の発光毎に比較
手段の出力がアクティブなった時間、あるいは発光開始
から比較手段の出力がアクティブになるまでの時間を計
測して計測値に応じた複数段階の出力を発生するのであ
り、受光素子での受光量を時間に変換しているから、ア
ナログ−ディジタル変換回路を用いることなく、微粒子
の濃度を検出することができ、しかも時間測定は比較的
安価な回路構成でも高精度に測定できるから、高分解能
の測定が可能になるという利点を有する。さらに、受光
素子での受光量を時間測定により求めるから、微粒子の
濃度の測定範囲を広範囲に設定することが可能であると
いう利点もある。加えて、比較手段や時間カウンタには
ディジタル回路を用いることができるから、ワンチップ
マイクロコンピュータの実現が可能であり、しかも比較
的低精度のディジタル回路でも微粒子の濃度を高精度に
測定できるという効果がある。
As described above, according to the inventions of the claims, since the light emitting element is made to intermittently emit light for a short time, the power consumption is much larger than that of the conventional configuration in which the light emitting element is made to continuously emit light. It has an advantage that it can be reduced to a certain level, and has an effect that it can be driven by a battery by appropriately setting the light emitting period and the light emitting interval. Also, in the amplifier circuit, it is converted into a time function according to the amount of light received by the light receiving element, and output with a time width according to the amount of light received by the light receiving element according to the magnitude relationship between the output of this amplifier circuit and a predetermined threshold value. A comparing means for activating the light emitting element is provided, and the time when the output of the comparing means is activated for each light emission of the light emitting element or the time from the start of light emission until the output of the comparing means is activated is measured and a plurality of values are measured. Since the stepwise output is generated and the amount of light received by the light receiving element is converted into time, the concentration of fine particles can be detected without using an analog-digital conversion circuit, and the time measurement is relatively easy. Since the measurement can be performed with high accuracy even with an inexpensive circuit configuration, there is an advantage that high-resolution measurement can be performed. Further, since the amount of light received by the light receiving element is obtained by measuring the time, there is also an advantage that the measurement range of the concentration of fine particles can be set in a wide range. In addition, since a digital circuit can be used for the comparison means and the time counter, it is possible to realize a one-chip microcomputer, and moreover, it is possible to measure the concentration of fine particles with high accuracy even with a relatively low-accuracy digital circuit. There is.

【0030】請求項3の発明は、発光素子の発光開始か
ら比較手段の出力がアクティブになるまでの時間を計測
するものにおいて、比較手段の出力がアクティブになる
と発光素子の発光を停止させるから、発光素子の発光期
間を必要十分な長さで短くすることができ、結果的に消
費電力の一層の低減が可能になるという利点を有するの
である。
According to the third aspect of the present invention, in measuring the time from the start of light emission of the light emitting element until the output of the comparison means becomes active, the light emission of the light emitting element is stopped when the output of the comparison means becomes active. This has an advantage that the light emitting period of the light emitting element can be shortened by a necessary and sufficient length, and as a result, the power consumption can be further reduced.

【0031】請求項4の発明は、比較手段がしきい値を
複数段階に切り換える切換手段を備えることにより、比
較手段の出力がアクティブになるときの受光素子の受光
量を変えることができ、結果的に感度を切り換えること
ができる。すなわち、感度切換によって微粒子濃度を広
範囲に検出できるという利点がある。請求項5の発明
は、微粒子での散乱光量に基づいて微粒子濃度を検出す
るものにおいて、発光素子の点灯期間と消灯期間との受
光量の差を求めることができるから、消灯期間において
受光素子に入射する外乱光の影響を除去することがで
き、検出精度の向上につながるという利点がある。
According to the invention of claim 4, the comparison means is provided with the switching means for switching the threshold value in a plurality of steps, whereby the light receiving amount of the light receiving element when the output of the comparison means becomes active can be changed. The sensitivity can be switched selectively. That is, there is an advantage that the particle concentration can be detected in a wide range by changing the sensitivity. According to the invention of claim 5, in which the concentration of the fine particles is detected based on the amount of scattered light in the fine particles, the difference in the amount of received light between the lighting period and the extinguishing period of the light emitting element can be obtained. There is an advantage that the influence of incident ambient light can be removed and the detection accuracy can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment.

【図2】図1に示した回路の各部の信号を示す動作説明
図である。
FIG. 2 is an operation explanatory diagram showing signals of respective parts of the circuit shown in FIG.

【図3】実施例1の概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a first embodiment.

【図4】実施例1の外観斜視図である。FIG. 4 is an external perspective view of the first embodiment.

【図5】実施例1におけるコンパレータの入出力の関係
を示す動作説明図である。
FIG. 5 is an operation explanatory diagram showing an input / output relationship of the comparator in the first embodiment.

【図6】実施例1における増幅回路の出力電圧とコンパ
レータの出力との関係を示す動作説明図である。
FIG. 6 is an operation explanatory diagram showing the relationship between the output voltage of the amplifier circuit and the output of the comparator in the first embodiment.

【図7】実施例2を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a second embodiment.

【図8】図7に示した回路の各部の信号を示す動作説明
図である。
8 is an operation explanatory diagram showing signals of respective parts of the circuit shown in FIG. 7. FIG.

【図9】実施例2におけるコンパレータの入出力の関係
を示す動作説明図である。
FIG. 9 is an operation explanatory diagram showing an input / output relationship of a comparator in the second embodiment.

【図10】実施例1における増幅回路の出力電圧とコン
パレータの出力との関係を示す動作説明図である。
FIG. 10 is an operation explanatory diagram showing the relationship between the output voltage of the amplifier circuit and the output of the comparator in the first embodiment.

【図11】実施例3を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing a third embodiment.

【図12】図11に示した回路の各部の信号を示す動作
説明図である。
12 is an operation explanatory diagram showing signals of respective parts of the circuit shown in FIG. 11. FIG.

【図13】実施例4を示す回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram showing a fourth embodiment.

【図14】図13に示した回路の各部の信号を示す動作
説明図である。
FIG. 14 is an operation explanatory diagram showing signals of respective parts of the circuit shown in FIG. 13;

【図15】実施例4におけるコンパレータの入出力の関
係を示す動作説明図である。
FIG. 15 is an operation explanatory diagram showing an input / output relationship of a comparator in the fourth embodiment.

【図16】実施例4における増幅回路の出力電圧とコン
パレータの出力との関係を示す動作説明図である。
FIG. 16 is an operation explanatory diagram showing the relationship between the output voltage of the amplifier circuit and the output of the comparator in the fourth embodiment.

【図17】実施例5を示す回路図である。FIG. 17 is a circuit diagram showing a fifth embodiment.

【図18】図17に示した回路の各部の信号を示す動作
説明図である。
FIG. 18 is an operation explanatory diagram showing signals of respective parts of the circuit shown in FIG. 17;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 発光素子 2 受光素子 10 発光制御回路 11 パルス発生回路 12 駆動回路 13 ゲート 14 フリップフロップ 15a アンド回路 15b アンド回路 20 演算回路 21 増幅回路 22 コンパレータ 23 時間カウンタ 24 出力回路 25 ゲート 26a ラッチ回路 26b ラッチ回路 27 減算回路 R1 抵抗 R2 抵抗 R3 抵抗 SW スイッチDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 light emitting element 2 light receiving element 10 light emission control circuit 11 pulse generating circuit 12 drive circuit 13 gate 14 flip-flop 15a AND circuit 15b AND circuit 20 arithmetic circuit 21 amplifier circuit 22 comparator 23 time counter 24 output circuit 25 gate 26a latch circuit 26b latch circuit 27 Subtraction circuit R 1 resistance R 2 resistance R 3 resistance SW switch

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 気体が通過するセンサ本体内の監視空間
に投光する発光素子と、発光素子からの直接光を受光し
ない位置に配置され監視空間からの光を受光する受光素
子と、監視空間に微粒子を含む気体が通過したときの受
光素子での受光量の増加に基づいて微粒子の存在を検出
するダストセンサにおいて、発光素子を短時間ずつ間欠
的に発光させる発光制御回路と、発光素子の点灯期間に
受光素子での受光量に応じた勾配で出力を時間の経過と
ともに増大させ発光素子が消灯すると出力を低減させる
増幅回路と、増幅回路の出力が所定のしきい値を超える
期間に出力をアクティブにする比較手段と、発光素子の
発光毎に比較手段の出力がアクティブになった時間に応
じた複数段階の出力を発生する時間カウンタとを具備す
ることを特徴とするダストセンサ。
1. A light emitting element for projecting light into a monitoring space in a sensor body through which gas passes, a light receiving element for receiving light from the monitoring space which is arranged at a position where direct light from the light emitting element is not received, and a monitoring space. In a dust sensor that detects the presence of fine particles based on an increase in the amount of light received by the light receiving element when a gas containing fine particles passes through, a light emission control circuit that causes the light emitting element to emit light intermittently for a short time, and An amplifier circuit that increases the output with a slope according to the amount of light received by the light receiving element during the lighting period and reduces the output when the light emitting element goes out, and outputs during the period when the output of the amplifier circuit exceeds a predetermined threshold value. And a time counter for generating an output of a plurality of stages according to the time when the output of the comparison means is activated for each light emission of the light emitting element. Dust sensor.
【請求項2】 気体が通過するセンサ本体内の監視空間
に投光する発光素子と、発光素子からの直接光を受光し
ない位置に配置され監視空間からの光を受光する受光素
子と、監視空間に微粒子を含む気体が通過したときの受
光素子での受光量の増加に基づいて微粒子の存在を検出
するダストセンサにおいて、発光素子を短時間ずつ間欠
的に発光させる発光制御回路と、発光素子の点灯期間に
受光素子での受光量に応じた勾配で出力を時間の経過と
ともに増大させ発光素子が消灯すると出力を低減させる
増幅回路と、増幅回路の出力が所定のしきい値を超える
期間に出力をアクティブにする比較手段と、発光素子の
発光毎に発光開始から比較手段の出力がアクティブにな
るまでの時間に応じた複数段階の出力を発生する時間カ
ウンタとを具備することを特徴とするダストセンサ。
2. A light emitting element for projecting light into a monitoring space in a sensor body through which gas passes, a light receiving element for receiving light from the monitoring space which is arranged at a position where direct light from the light emitting element is not received, and a monitoring space. In a dust sensor that detects the presence of fine particles based on an increase in the amount of light received by the light receiving element when a gas containing fine particles passes through, a light emission control circuit that causes the light emitting element to emit light intermittently for a short time, and An amplifier circuit that increases the output with a gradient according to the amount of light received by the light receiving element during the lighting period and reduces the output when the light emitting element goes out, and outputs during the period when the output of the amplifier circuit exceeds a predetermined threshold value. And a time counter for generating a plurality of stages of output corresponding to the time from the start of light emission to the activation of the output of the comparison means for each light emission of the light emitting element. A dust sensor characterized in that.
【請求項3】 比較手段の出力が非アクティブの期間に
発光素子への駆動用のパルス信号を通過させるゲートを
設け、比較手段の出力がアクティブになると発光素子の
発光を停止させることを特徴とする請求項2記載のダス
トセンサ。
3. A gate for passing a pulse signal for driving the light emitting element is provided while the output of the comparison means is inactive, and the light emission of the light emitting element is stopped when the output of the comparison means becomes active. The dust sensor according to claim 2.
【請求項4】 比較手段はしきい値を複数段階に切り換
える切換手段を備えることを特徴とする請求項1または
請求項2記載のダストセンサ。
4. The dust sensor according to claim 1, wherein the comparison means includes switching means for switching the threshold value in a plurality of steps.
【請求項5】 気体が通過するセンサ本体内の監視空間
に投光する発光素子と、発光素子からの直接光を受光し
ない位置に配置され監視空間からの光を受光する受光素
子と、監視空間に微粒子を含む気体が通過したときの受
光素子での受光量の増加に基づいて微粒子の存在を検出
するダストセンサにおいて、発光素子を短時間ずつ間欠
的に発光させる発光制御回路と、発光素子の点灯期間と
消灯期間とにおける各一定時間内に受光素子での受光量
に応じた勾配で出力を規定値から時間の経過とともに増
大させる増幅回路と、増幅回路の出力が所定のしきい値
を超える期間に出力をアクティブにする比較手段と、発
光素子の点灯期間と消灯期間とにそれぞれ比較手段の出
力がアクティブになった時間に応じた複数段階の出力を
発生する時間カウンタと、発光素子の点灯期間と消灯期
間とにおける時間カウンタの各出力値の差を求めて出力
する時間差算出手段とを具備することを特徴とするダス
トセンサ。
5. A light emitting element for projecting light into a monitoring space inside a sensor body through which gas passes, a light receiving element for receiving light from the monitoring space which is arranged at a position where direct light from the light emitting element is not received, and a monitoring space. In a dust sensor that detects the presence of fine particles based on an increase in the amount of light received by the light receiving element when a gas containing fine particles passes through, a light emission control circuit that causes the light emitting element to emit light intermittently for a short time, and An amplifier circuit that increases the output with a slope according to the amount of light received by the light receiving element from a specified value over time within each fixed time in the lighting period and the extinguishing period, and the output of the amplifier circuit exceeds a predetermined threshold value. The comparison means that activates the output during the period, and the time counter that generates the output in a plurality of stages according to the time when the output of the comparison means is activated during the lighting period and the extinguishing period of the light emitting element, respectively. And a time difference calculating means for calculating and outputting a difference between respective output values of the time counter in the lighting period and the extinguishing period of the light emitting element.
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