JPH11339157A - 煙感知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】検煙部に吸入する空気中に結露による水滴浮遊
粒子の影響を低減して煙濃度を正確に検出する。 【解決手段】閾値判定部２４は、受光部で受光した受光
パルス信号に対し所定のパルス高閾値Ｖthとパルス幅閾
値Ｗthを設け、パルス高閾値Ｖthを超え且つパルス幅閾
値Ｗthより狭いパルス幅の受光パルス信号を判定して積
分部２７及び煙濃度検出部２８による煙濃度検出の対象
とし、パルス高閾値Ｖthを超えるがパルス幅閾値Ｗthよ
り広いパルス幅の受光パルス信号を判定して煙濃度検出
の対象から除外する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、監視区域から吸引
した空気中に浮遊する煙粒子をレーザ光を用いて光学的
に検出して火災を判断する煙感知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンピュータルームや半導体製造
設備のクリーンルームに代表される清浄空間で起きる火
災を極く初期に検出するため、超高感度の煙感知装置が
使用されている。この超高感度の煙感知装置は、清浄空
間に設置した配管より空気を吸引し、吸引した空気に含
まれる煙粒子をレーザダイオードを照射した検煙部に通
し、受光素子で検出された煙粒子の散乱光による受光パ
ルス信号の内、所定の閾値を越えた受光パルス信号の単
位時間当たりの個数をカウントし、この単位時間当りの
カウント数に基づいて０．０５〜０．２０％／ｍといっ
た範囲の微弱な煙濃度を検出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、受光パ
ルス信号のパルスカウントにより煙濃度を検出する従来
の煙感知装置にあっては、吸引する清浄空間と装置内の
検煙部の温度差により、吸入空気中に結露による水滴浮
遊粒子が生じた場合、水滴浮遊粒子の通過による散乱光
によってパルスカウントが行われ、正確な煙濃度の検出
が行えないという問題がある。

【０００４】また本願発明者にあっては、吸入空気の流
量計測を必要とすることなく、吸入空気の流量が変化し
ても正確に散乱光のに基づく煙濃度の検出ができる超高
感度の煙感知装置として、ある閾値を超えた受光部から
の受光パルス信号を積分部で積分して単位時間当りの積
分量を求め、この積分量に基づいて煙濃度検出部で煙濃
度を検出するものを提案している（特願平９−１７３９
６８号）。

【０００５】この受光パルス信号の単位時間当りの積分
量に基づいて煙濃度を検出する場合にも、同様に、結露
により生じた水滴浮遊粒子の通過により得られた受光パ
ルス信号により、正確な煙濃度の検出が行えないという
問題がある。本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、検煙部に吸入する空気中に結露による水滴
浮遊粒子の影響を低減して煙濃度を正確に検出できるよ
うにした煙感知装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は次のように構成する。まず本発明は、レーザダ
イオードから出射されたレーザ光を吸入空気が通過する
検煙領域に照射する投光部と、検煙領域を煙粒子が通過
する毎に生ずる散乱光パルスを受光素子で受光して受光
パルス信号を出力する受光部と、受光部からの受光パル
ス信号に基づいて煙濃度を検出する煙濃度検出部とを備
え、監視区域から吸引した空気中に浮遊する煙粒子を光
学的に検出して火災を判断する煙感知装置を対象とす
る。

【０００７】このような煙感知装置につき本発明にあっ
ては閾値判定部を設け、この閾値判定部は、受光部で受
光した受光パルス信号に対し所定のパルス高閾値Ｖthと
パルス幅閾値Ｗthを設け、パルス高閾値Ｖthを超え且つ
パルス幅閾値Ｗthより狭いパルス幅の受光パルス信号を
判定して煙濃度検出の対象とし、パルス高閾値Ｖthを超
えるがパルス幅閾値Ｗthより広いパルス幅の受光パルス
信号を判定して煙濃度検出の対象から除外するようにし
たことを特徴とする。

【０００８】閾値判定部のパルス幅閾値Ｗthは、吸入空
気中に含まれる水滴浮遊粒子の散乱パルス光の受光パル
ス信号を除外するように設定する。具体的には、パルス
幅閾値Ｗthは１ミリ秒以上の値に設定することが望まし
い。ここで煙濃度検出部は、受光パルス信号を積分した
単位時間当りの積分量に基づいて煙濃度を検出してもよ
いし、受光パルス信号の単位時間当りのカウント数に基
づいて煙濃度を検出するようにしてもよい。

【０００９】本願発明者の考察によれば、結露により吸
入空気中に含まれる水滴浮遊粒子が検煙領域を通過する
際に得られる散乱光に基づく受光パルス信号を計測する
と、水滴浮遊粒子は光を透過するためにパルス高が煙粒
子ほど高くならないが、ノイズレベルを超えており、粒
子径の小さい煙粒子と区別できない。これに対し受光パ
ルス信号のパルス幅をみると、煙粒子の場合は数μｍ〜
２００μｍ程度のパルス幅であり、これに対し水滴浮遊
粒子は煙粒子に比べて粒子径が大きく、パルス幅が１ミ
リ秒を超えている。

【００１０】そこで本発明にあっては、パルス高閾値Ｖ
thを超えるがパルス幅閾値Ｗthより広いパルス幅の受光
パルス信号は、水滴浮遊粒子によるものと判定して煙濃
度検出の対象から除外し、結露により吸入空気中に含ま
れる水滴浮遊粒子の影響を低減して検出精度を高める。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の煙感知装置の全体
的な装置構成である。図１において煙感知装置１は、コ
ンピュータルームや半導体製造設備等を設置したクリー
ンルーム等の火災による煙をごく初期の段階で検出する
ために設置されている。煙感知装置１に対しては警戒区
域に設置された検知配管２が接続され、検知配管２は例
えばＴ字型の配管であり、複数の吸込穴３を備えてい
る。

【００１２】煙感知装置１に設けた検煙部４のインレッ
トに対しては検知配管２が接続され、アウトレット側は
吸引装置７を備えたチャンバに開口されている。監視状
態において、吸引装置７はモータ駆動により予め定めた
所定の設定流量の空気を吸引しており、このため警戒区
域に設置した検知配管２の吸込穴３より吸い込まれた空
気は検煙部４を通って吸引装置７から排出されている。

【００１３】検煙部４にはレーザダイオード（ＬＤ）５
と受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）６が設け
られ、フォトダイオード６としては例えばＰＩＮフォト
ダイオードが使用される。検煙部４を通過する吸引した
空気中に存在する煙粒子を含む空中浮遊粒子（エアロゾ
ル）の検出は、レーザダイオード５からのレーザ光の照
射による散乱光をフォトダイオード６で検出し、散乱光
に応じた受光パルス信号を信号処理部８に入力して煙濃
度検出のための信号処理を行う。

【００１４】本発明にあっては、信号処理部８における
受光パルス信号に基づいた煙濃度検出のための信号処理
として 単位時間当りに得られる受光パルス信号のカウント数 単位時間当りに得られる受光パルス信号の積分値のい
ずれかに基づいて煙濃度を検出している。

【００１５】図２は図１の検煙部４に設けた散乱光式の
煙粒子検出構造の説明図である。図２において、レーザ
ダイオード５は、出射するレーザ光の電界方向が所定方
向に定まったいわゆる単偏向発振を行っており、内部に
レーザダイオードチップ５ａを備えている。レーザダイ
オード５から出射されたレーザ光は投光光軸１１方向に
向かうにつれて拡散波として広がる。

【００１６】レーザダイオード５に続いては結像レンズ
９が配置されており、レーザダイオード５からのレーザ
光を集光し、吸入した空気の気流１３が通過する結像位
置１０にレーザダイオード５の光源像、即ちレーザダイ
オードチップ５ａの出射面の光源像（ニアフィールドパ
ターン）を結像し、１μｍ前後の微小なスポット領域を
形成している。

【００１７】結像レンズ９によるレーザダイオード５の
光源像の結像位置１０に対しては、その投光光軸１１に
対し例えばθ＝９０°と直交する方向に受光光軸１２を
設定し、フォトダイオード６を配置している。このフォ
トダイオード６の配置方向は、例えば結像位置１０を過
ぎて拡散するレーザ光の光軸断面方向の光強度分布を示
す楕円パターン（ファーフィールドパターン）１４に矢
印で示す電界Ｅの方向と平行な方向に配置している。

【００１８】このように電界Ｅの方向と平行な方向にフ
ォトダイオード６を配置することで、結像位置１０の微
小スポットを通過する煙粒子による散乱光を最も高い効
率で受光することができる。図３は図１の信号処理部８
のブロック図である。信号処理部８には制御部１５が設
けられ、制御部１５に対し投光回路部１６を介してレー
ザダイオード５を接続し、またフォトダイオード６の出
力が受光回路部１７を介して入力接続されている。更に
モータを備えた吸引装置７が接続される。制御部１５に
は煙濃度検出部１８が設けられる。

【００１９】図４は図３の制御部１５に設けられた煙濃
度検出部１８の回路ブロック図であり、受光回路部１７
と共に示している。また図４の煙濃度検出部１８の実施
形態にあっては、単位時間当りに得られる散乱光の受光
パルス信号の積分値に基づいて煙濃度を検出している。
煙濃度検出部１８は、受光回路２０及び増幅回路２１を
備えた受光回路部１７に続いてＡ／Ｄコンバータ２２と
ＭＰＵ２３を設けている。ＭＰＵ２３には、プログラム
制御により実現される閾値判定部２４、積分部２７、煙
濃度変換部２８及びタイマ部２９を設けている。閾値判
定部２４はパルス高判定部２５とパルス幅判定部２６を
備える。

【００２０】閾値判定部２４に設けたパルス高判定部２
５には、受光パルス信号のノイズレベルを除去するため
パルス高閾値Ｖｔｈが設定されており、例えばＶｔｈ＝
５ｍＶが設定される。次のパルス幅判定部２６には、結
露により吸入空気中に含まれる水滴浮遊粒子を除去する
ために使用するパルス幅閾値Ｗｔｈが設定されている。
このパルス幅閾値Ｗｔｈとしては、例えばパルス幅Ｗｔ
ｈ＝１ｍｓとする。

【００２１】次に閾値判定部２４のパルス高判定部２６
に設定したパルス高閾値Ｖｔｈ及び、パルス幅判定部２
６に設定した水滴浮遊粒子の受光パルス信号を除去する
ために使用するパルス幅閾値Ｗｔｈを説明する。図５は
図２の散乱光検出構造をもつ検煙部に、煙粒子及び水滴
浮遊粒子を含まない空気を吸入した時の図４の受光回路
部１７に設けた増幅回路２１から得られる受光パルスの
測定結果である。図５（Ａ）は時間軸ｔの時間間隔とし
て信号電圧２００ｍＶについて示す時間スケールの１単
位を２ｍｓとした場合であり、ノイズ成分のみが表れて
いる。このノイズ成分はパルス高閾値Ｖｔｈ＝５０ｍＶ
以下に大部分があり、閾値Ｖｔｈの設定によりノイズ成
分の大部分を除去することができる。

【００２２】図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の時間スケール
の１単位２ｍｓを５０μｓに拡大したノイズレベルの測
定結果を表している。図６は、検煙部に対する吸入空気
中に煙粒子が存在する場合の受光パルス信号の計測結果
である。図６（Ａ）は信号電圧２００ｍＶについて示す
時間スケールの１単位を２ｍｓとした場合であり、２箇
所に煙粒子に基づく受光パルス信号Ｓ１，Ｓ２が得られ
ている。この煙粒子による受光パルス信号Ｓ１，Ｓ２
は、その波高値が約１０００ｍＶ，約８００ｍＶと大き
く、パルス高閾値Ｖｔｈ＝５０ｍＶに対し十分大きなレ
ベルをもっている。

【００２３】図６（Ｂ）は図６（Ａ）の煙粒子による受
光パルス信号Ｓ１について、信号電圧２００ｍＶについ
て示す時間スケールの１単位を５０μｓに拡大した測定
結果である。この図６（Ｂ）の煙粒子による受光パルス
信号Ｓ１は、パルス高閾値Ｖｔｈ＝５０ｍＶの部分のパ
ルス幅Ｔｓが数十μｓ程度となっている。本願発明者に
よる様々な煙粒子の受光パルス信号の計測結果によれ
ば、煙粒子による受光パルス信号のパルス幅ＴｓはＴｓ
＝１５μｓ〜２００μｓの範囲に集中していることが判
明した。

【００２４】図７は、検煙部に対する吸入空気中に結露
により生じた水滴浮遊粒子が含まれた場合の受光パルス
信号の計測結果であり、図７（Ａ）と図７（Ｂ）の２つ
の計測結果を示している。この場合、いずれの計測結果
も信号電圧２００ｍＶについて示す時間スケールの１単
位を２ｍｓとした場合である。図７（Ａ）は比較的粒子
径の大きな水滴浮遊粒子が含まれていた場合であり、水
滴浮遊粒子に対応した受光パルス信号Ｆ０が得られてい
る。この水滴浮遊粒子の受光パルス信号Ｆ０は、水滴浮
遊粒子そのものがレーザ光に対し透過性をもっているた
め散乱量が少なく、図６の煙粒子に比べるとパルス高は
１００〜２００ｍＶと煙粒子の場合に比べ１／５〜１／
４程度の低いレベルにあるが、ノイズレベルよりは高
く、パルス高閾値Ｖｔｈ＝５０ｍＶを超えているパルス
幅Ｔｆｏは約７ｍｓ程度と大きい。

【００２５】図７（Ｂ）は水滴浮遊粒子の粒子径が比較
的小さい場合であり、水滴浮遊粒子に対応して受光パル
ス信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が得られている。これら受光パ
ルス信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３のパルス高閾値Ｖｔｈ＝５０
ｍＶを超えるパルス幅Ｔｆ１，Ｔｆ２，Ｔｆ３は、それ
ぞれ２．４ｍｓ，１．６ｍｓ，１．８ｍｓ程度となって
いる。本願発明者が様々な条件の下に検煙部に吸入する
空気中に結露による水滴浮遊粒子を生じさせて計測した
ところ、水滴浮遊粒子による受光パルス信号のパルス幅
は１ｍｓを下回るものがほとんどないことが判明した。

【００２６】そこで図４のパルス幅判定部２６に設定す
る水滴浮遊粒子の受光パルス信号を除去するためのパル
ス幅閾値Ｗｔｈとしては、Ｗｔｈ＝１ｍｓ以上の値を設
定すればよい。これによって水滴浮遊粒子の受光パルス
信号を除去し、パルス幅が１５〜２００μｓに集中して
いる煙粒子による受光パルス信号を確実に判別して、積
分部２７で単位時間当りの受光パルス信号の積分値を求
め、これを煙濃度変換部２８で予め定めた変換テーブル
により煙濃度に変換することができる。

【００２７】ここで図４の煙濃度検出部１８の動作を説
明すると次のようになる。受光回路部１７に設けた受光
回路２０は、図２の散乱光式の煙粒子検出構造の結像位
置１０を吸入した空気の気流１３の中に煙粒子が含まれ
ると、煙粒子の粒径に比例した散乱光がフォトダイオー
ド６で受光され、受光回路２０より受光信号が得られ、
増幅回路２１で増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ２２で
デジタル受光パルスデータに変換され、ＭＰＵ２３に取
り込まれる。

【００２８】ＭＰＵ２３にあっては、まず閾値判定部２
４で入力パルスデータとパルス高閾値Ｖｔｈをパルス高
判定部２５で判定する。パルスデータのうち、パルス高
閾値Ｖｔｈ未満のパルスデータは無視され、閾値Ｖｔｈ
を超えるパルスデータがパルス幅判定部２６に与えられ
る。パルス幅判定部２６は、パルス高判定部２５より閾
値Ｖｔｈを超えるパルスデータが連続して入力された場
合、その連続数にＡ／Ｄコンバータ２２のサンプリング
周期を掛け合わすことでパルス幅Ｗを求め、パルス幅閾
値Ｗｔｈと比較する。検出したパルス幅Ｗがパルス幅閾
値Ｗｔｈ未満であれば、煙粒子による受光パルス信号と
して積分部２７にパルスデータを出力し、タイマ２９か
らのリセット信号の周期Ｔで決まる一定時間毎にパルス
データを積分し、煙濃度変換部２８で変換テーブルを使
用して積分値を煙濃度に変換する。

【００２９】パルス幅判定部２６で検出したパルス幅Ｗ
がパルス幅閾値Ｗｔｈ以上であった場合には、水滴浮遊
粒子の受光パルス信号と判定し、この検出パルス幅の範
囲にあるパルスデータの積分部２７に対する出力を禁止
して煙濃度検出対象から除外する。図８は図３の制御部
１５に設けた煙濃度検出部１８の他の実施形態であり、
この実施形態にあっては、受光パルス信号をカウントし
た単位時間当りの個数に基づいて煙濃度を検出するよう
にしたことを特徴とする。

【００３０】図８にあっては、受光回路部１７と共に煙
濃度検出部１８を示しており、Ａ／Ｄコンバータ２２に
続いてＭＰＵ２３が設けられ、ＭＰＵ２３にはパルス高
判定部２５とパルス幅判定部２６を備えた閾値判定部２
４が設けられている。パルス高判定部２５に設定するパ
ルス高閾値Ｖｔｈは、図４の実施形態と同様、例えばＶ
ｔｈ＝５０ｍＶとする。またパルス幅判定部２６の水滴
浮遊粒子の受光パルス信号を除去するためのパルス幅閾
値Ｗｔｈも図４の実施形態と同様、１ｍｓ以上の値とす
る。

【００３１】閾値判定部２４に続いてはカウント部３０
が設けられる。カウント部３０はタイマ２９からのリセ
ット信号で決まる一定時間Ｔ毎に、閾値判定部２４より
得られた受光パルスの数をカウントする。カウント部３
０のカウント結果は煙濃度変換部２８に与えられる。煙
濃度変換部２８にはカウント値を煙濃度に変換する変換
テーブルが予め準備されており、カウント値による変換
テーブルの参照で煙濃度を出力する。

【００３２】この図８の受光パルス信号の個数に基づい
て煙濃度を検出する実施形態にあっても、閾値判定部２
４によってパルス幅Ｗがパルス幅閾値Ｗｔｈ以上となる
水滴浮遊粒子の受光パルス信号が除去され、カウント部
３０は煙粒子による受光パルス信号のみのパルスカウン
トを行うこととなり、結露により生じた水滴浮遊粒子の
影響を受けることなく、より正確に煙濃度を検出するこ
とができる。

【００３３】尚、上記の実施形態は、図２のように、結
像レンズ９によりレーザダイオード５からのレーザ光を
結像位置に絞って微小なビームスポットの光源像を作
り、この結像位置のビームスポットに対し外部から吸入
した煙粒子の気流を通過させているが、結像レンズ９の
代わりにコリメートレンズを使用してレーザダイオード
５からのレーザ光を平行光に変換し、この平行光に対し
所定の構成角θをもって受光素子としてのフォトダイオ
ード６を配置した平行光学系を備えた煙感知装置につい
てもそのまま適用できる。

【００３４】また本発明は、その目的と利点を損なわな
い範囲の適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示さ
れた数値による限定は受けない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、検煙部を通過する空中浮遊粒子により得られた受光
パルス信号について、パルス高閾値を超えるが水滴浮遊
粒子に対応して予め定めたパルス幅閾値より広いパルス
幅の受光パルス信号は、水滴浮遊粒子によるものと判定
して煙濃度の検出対象から除外し、結露により吸入空気
中に含まれる水滴浮遊粒子の影響を低減して煙濃度の検
出精度を高め、結露による誤報を未然に防止すること
で、火災感知の信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による煙感知装置の全体構成の説明図

【図２】本発明による散乱光式の煙粒子検出構造の説明
図

【図３】図１の信号処理装置のブロック図

【図４】受光パルス信号を積分する図３の煙濃度検出処
理部の回路ブロック図

【図５】煙粒子及び水滴浮遊粒子がない場合の受光パル
ス信号のノイズレベルの説明図

【図６】煙粒子が含まれた場合の受光パルス信号の説明
図

【図７】水滴浮遊粒子が含まれた場合の受光パルス信号
の説明図

【図８】受光パルス信号をカウントする図３の煙濃度検
出処理部の回路ブロック図

【符号の説明】

１：煙感知装置 ２：検知配管 ３：吸込穴 ４：検煙部 ５：レーザダイオード ５ａ：レーザダイオードチップ ６：フォトダイオード（受光素子） ７：吸引装置 ８：信号処理部 ９：結像レンズ １０：結像位置（検煙領域） １１：発光光軸 １２，１９：受光光軸 １５：制御部 １６：発光回路部 １７：受光回路部 １８：煙濃度検出部 ２０：受光回路 ２１：増幅回路 ２２：Ａ／Ｄコンバータ ２３：ＭＰＵ ２４：閾値判定部 ２５：パルス高判定部 ２６：パルス幅判定部 ２７：積分部 ２８：煙濃度変換回路 ２９：タイマ回路 ３０：カウント部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザダイオードから出射されたレーザ光
   を吸入空気が通過する検煙領域に照射する投光部と、前
   記検煙領域を煙粒子が通過する毎に生ずる散乱光パルス
   を受光素子で受光して受光パルス信号を出力する受光部
   と、前記受光部からの受光パルス信号に基づいて煙濃度
   を検出する煙濃度検出部とを備え、監視区域から吸引し
   た空気中に浮遊する煙粒子を光学的に検出して火災を判
   断する煙感知装置に於いて、 前記受光部で受光した受光パルス信号に対し所定のパル
   ス高閾値とパルス幅閾値を設け、前記パルス高閾値を超
   え且つ前記パルス幅閾値より狭いパルス幅の受光パルス
   信号を判定して前記煙濃度検出の対象とし、前記パルス
   高閾値を超えるが前記パルス幅閾値より広いパルス幅の
   受光パルス信号を判定して前記煙濃度検出の対象から除
   外する閾値判定部を設けたことを特徴とする煙感知装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載の煙感知装置に於いて、前記
   閾値判定部のパルス幅閾値は、吸入空気中に含まれる水
   滴浮遊粒子による散乱パルス光の受光パルス信号を除外
   するように設定されたことを特徴とする煙感知装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の煙感知装置に於いて、前記
   閾値判定部のパルス幅閾値は１ミリ秒以上の値であるこ
   とを特徴とする煙感知装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の煙感知装置に於いて、前記
   煙濃度検出部は、前記受光パルス信号を積分した単位時
   間当りの積分量に基づいて煙濃度を検出することを特徴
   とする煙感知装置。
5. 【請求項５】請求項１記載の煙感知装置に於いて、前記
   煙濃度検出部は、前記受光パルス信号の単位時間当りの
   カウント数に基づいて煙濃度を検出することを特徴とす
   る煙感知装置。