JPS6157836A - 光電式煙感知器 - 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】 ］１上の利用分野） 工発明は、発光素子のパルス発光駆動による光の煙によ
る変化から煙濃度を検出する光電式煙感知器に関する。

（従来技術） 従来の光電式煙感知器としては、例えば第６図に示すも
のが知られている。

第６図において、１は受信機からの電源供給を受けて感
知器回路部に一定電圧を供給する定電圧回路、２は一定
パルス幅の発光駆動パルスを所定周期で発振するパルス
発振回路であり、パルス発振回路２からの発光駆動パル
スで発光ダイオード等の発光素子３を間欠的に駆動して
いる。発光素子３は外部より煙が流入する検煙室４内に
設置され、例えば散乱光式を例にとると、発光素子３か
ら直接光が入射しない位置に受光素子５を設けており、
煙濃度に比例して増加する散乱光が受光素子５に入射し
、電気信号に変換される。受光素子５の受光出力は微分
回路６で微分された後に比較回路７で所定の閾値と比較
され、煙濃度に応じたパルス幅をもつ信号に変換される
。

このような発光素子の間欠発光駆動による光電式煙感知
器は、常時発光に比べ回路の消費電流が少なく、また回
路素子の耐久寿命も長く長期間に亘る火災監視を安定し
て行なうことができる。

第７図は第６図の従来例における各部の信号波形を示し
たちで、パルス発振回路２からの発光駆動パルスａによ
って発光素子３が間欠的に発光駆動され、受光素子５に
は煙濃度に応じて増加する散乱光が入射する。受光素子
５の出力は微分回路６で微分され、煙濃度に応じて立ち
下がり勾配が変化する微分出力すを生じ、この微分出力
すが比較回路７で所定の閾値と比較され、比較回路７か
ら煙濃度に応じてパルス幅が変わる信号を出力する。即
ち、微分回路６と比較回路７によって煙濃度に応じたパ
ルス幅をもつ信号へのパルス幅変換を行なう。尚、微分
回路６及び比較回路７は発振１．　　　　　回路２の出
力で間欠的に電源供給を受けている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の光電式煙感知器におい
て、更に消費電流の低減を図ろうとする場合には、発光
駆動パルスの発光周期Ｔ１を長くすると共にパルス幅Ｔ
２を短くすることが考えられるが、発光周期Ｔ１を長く
すると煙の検出遅れを起すため通常５ｓｅｃ程度が限度
であり、一方、パルス幅Ｔ２を短くすると受光素子やパ
ルス幅変換回路部におけるアンプ等の応答遅れの影響を
受けて充分な出力が得られず、更に消費電流の低減を図
ることは困難であった。

（問題点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、発光駆動パルスのパルス周期およびパルス幅を変
更することなく消費電流の低減を更に図ることを目的と
して次のように構成したものである。

即ら、第１図に示すように、一定パルス幅の発光駆動パ
ルスを所定周期で発振するパルス発振回路２と、このパ
ルス発振回路２の出力パルスで発光駆動される発光素子
３と、煙濃度に応じて変化したパルス光を受光する受光
素子５と、この受光素子の受光出力を煙濃度に応じてパ
ルス幅が変化する信号に変換する微分回路６と比較回路
７で成るパルス幅変換回路部９とを備えた光電式煙感知
器に於いて、定常監視状態にあってはパルス幅変換され
た出力のパルス幅が短い点に着目し、煙濃度に応じてパ
ルス幅が変化するパルス幅変換回路９の出力パルスの立
ち下がりに同期して発光素子３に対する発光駆動パルス
の供給を停止するパルス制御回路１０　＠　Ｅ２げるよ
うにしたものであるっ尚、１は定電圧回路、４は発光素
子３と受光素子５を収納した検煙室である。

（実施例） 第２図は本発明の一実旌例を示した回路図である。

まず構成を説明すると、１は定電圧回路であり、受信機
からの電源供給を受けてコンデンサＣ１によるバックア
ップのもとに感知器回路部に一定電圧を供給する。２は
パルス発振回路であり、一定パルス幅Ｔ２を発振周期Ｔ
Ｉ（但し、Ｔ　１　＞）　７２　）で発振する。パルス
発振回路２の出力ａはパルス制御回路として作動するプ
レイフリップフロップく以下Ｄ−ＦＦという）１２のク
ロック端子ＣＬに与えられる。Ｄ−ＦＦ１２のＤ入力端
子は電源電圧の供給でＨレベルに固定されており、従っ
て、出力Ｑにはクロック入力端子ＣＬに対するパルス発
振回路２の発振パルスの立上がりでＨレベルが出力され
る。また、Ｄ−ＦＦ１２はリセット端子ＲをＨレベルに
すると、Ｑ＝Ｌレベルに反転されるリセット機能をもつ
。Ｄ−ＦＦＩ　２のＱ出力ｅはアンドゲート１３の一方
に入力され、アンドゲート１３の他方にはパルス発振回
路２の出力ａが与えられ、発振パルスと同期したＤ−Ｆ
Ｆ１２の　　−一　　６　− 出力を取り出す。アンドグー１−１３の出力ｆは抵抗Ｒ
１を介してトランジスタ１４のベースに供給され、トラ
ンジスタ１４はコレクタ負荷として発光素子３と抵抗Ｒ
２を直列接続している。

発光素子３は第１図に示したように、検煙室の内部に設
けられており、散乱光式による煙検出機構を例にとると
、発光素子３からの光が直接入射しない位置に受光素子
５が設けられ、検煙室に流入した煙粒子による散乱光を
受光素子５に入射さぜるようにしている。

受光素子５は定電圧回路１よりの電源ラインに負荷抵抗
Ｒ３と共に直列接続され、受光素子５に入射する散乱光
に応じて流れる受光電流を負荷抵抗Ｒ３で電圧に変換し
、受光素子５と負荷抵抗Ｒ３との接続点から受光出力を
取り出している。この受光回路の出力はコンデンサＣ２
と抵抗Ｒ４でなる微分回路６に入力され、微分回路６に
よって１．　　　　受光信号の立上がりから煙濃度に応
じて勾配の変化する微分出力すを得るようにしている。

微分回路６の出力すは比較器１５の正入力端子に接続さ
れ、負入力端子には抵抗Ｒ５と可変抵抗ＶＲの分圧電圧
が基準電圧■ｒとして与えられており、微分信号が基準
電圧Ｖｒ以上のとき比較器１５はＨレベル出力を生じ、
この微分回路６と比較器１５によって煙ａ度に応じてパ
ルス幅が変化する信号を作り出すパルス幅変換回路部を
構成している。

比較器１５の出力Ｃは抵抗Ｒ６とコンデンサＣ３でなる
遅延回路を介してインバータ１６に入力され、インバー
タ１６の出力はコンデンサＣ４と抵抗Ｒ７でなる微分回
路で微分され、更にインバータ１７．１８による波形整
形を軽でパルス制御回路として作動するＤ−ＦＦ１２の
リセット端子Ｒに接続している。尚、コンデンサＣ３と
Ｒ６でなる遅延回路は、回路系の伝搬時間によっては設
けなくても良い場合がある。

次に第２図の実施例の動作を、第３図の信号波形図を参
照して説明する。

まず、パルス発振回路２はパルス幅Ｔ２の発光駆動パル
スを発振周期Ｔ１で発振する発振出力ａを生じている。

この発振出力ａはＤ−ＦＦ１２のクロック入力端子ＣＬ
に与えられ、Ｄ入力端子はＨレベルに固定されているこ
とから出力Ｑには発振出力ａに同期した出力ｅが得られ
、アンドゲート１３による発振出力ａとの論理積をもっ
てトランジスタ１４のオン・オフを繰り返している。こ
のトランジスタ１４のオン・オフにより発光素子３が周
期Ｔ１をもってパルス幅Ｔ２のあいだ、間欠的に発光駆
動されいる。

通常の監視状態にあっては、検煙室の煙濃度は略零であ
ることから、受光素子５に入射する散乱光は最小となり
、第３図の煙濃度が零の状態における微分回路６の出力
すから明らかなように、発光駆動パルスに同期した微分
出力の立上がり部分からの勾配は最も急峻である。比較
器１５は微分回路６の出力わが基準電圧■ｒ以上となっ
ている間、Ｈレベル出力を生じ、比較器１５の出力Ｃと
して得られる信号のパルス幅は最小パルス幅となってい
る。この比較器１５の出力Ｃは、抵抗Ｒ６とコンデンサ
Ｃ３によりその時定数Ｒ６Ｃ５で定まる一定時間遅延さ
れ、インバータ１６で反転された後、コンデンサＣ４と
抵抗Ｒ７による微分で比較器１５の出力の立下がりから
一定の時間遅延ををもった微分パルスが作り出され、こ
の微分パルスがＤ−ＦＦ１２のリセット端子Ｒに帰還さ
れるため、微分パルスの得られたタイミングでＤ−ＦＦ
１２はリセットされ、Ｑ＝Ｌレベルとされることでアン
ドゲート１３が禁止状態となり、トランジスタ１４のオ
フで発光素子３の発光駆動を停止する。また、アンドが
−１−１３の出力ｆは比較器１５に対する電源供給も行
なっていることがら比較器１５の動作も停止される。

＝　　１０　− このように煙濃度が略零となっている定常監視状態にあ
っては、Ｄ−ＦＦ１２より出力される発光駆動パルスが
比較器１５の出力パルス幅で定まる最小パルス幅に制御
され、発振パルスのパルス幅Ｔ２より短い発光駆動とな
ることで感知器回路部の消費電流を更に低減することが
できる。

次に、第３図に示すように時間の経過と共に煙濃度が増
加した場合には、微分回路６の出力すにおける勾配が煙
濃度の増加に応じて小さくなり、その結果、比較器１５
の出力パルス幅が増加し、Ｄ−ＦＦ１２をリセットする
微分パルスの発生タイミングもパルス幅の増加に応じて
変化するため、所定の煙濃度を越えたときにパルス発振
回路２の発振パルスのパルス幅Ｔ２に亘る発光駆動に移
行するようになる。

次に感知器出力としては、比較器１５の出力を分岐接続
した出力端子１９から煙濃度に応じてパ９、　　　　　
ルス幅の変化する出力信号が得られることから、＝　　
　　１１　　　− この出力信号を伝送制御回路等によりパルス幅に応じた
データビットをもつシリアルデジタルコードに変換して
受信機側に伝送する方式をとるが、あるいは次の実施例
で示すように、Ｄ−ＦＦを用いたカウンタにより所定の
パルス幅以上をもつ出力パルスを計数して定電圧回路１
の入力側に設けたスイッチング素子を駆動し、受信機に
発報電流を流す方式のいずれかをとる。

尚、第３図の信号波形図から明らかなように、アンドゲ
ート１３の出力ｆも煙濃度に応じたパルス幅の変化をも
つことから、比較器１５の出力の代りに出力端子１９ａ
として示すアンドゲート１３の出力ｆをシリアルデジタ
ルデータとしての伝送あるいはスイッチング素子の駆動
に使用しても良い。

第４図は本発明の他の実施例を示した回路図であり、こ
の実施例はパルス制御回路を、トランジスタに対するパ
ルス幅制御回路部の出力帰還で行ない、且つカウンタの
計数でスイッチング素子を駆動して火災信号を受信機に
送出させるようにしたことを特徴とする。

まず構成を説明すると、定電圧回路１．パルス発振回路
２９発光素子３．受光素子５．微分回路６、比較器１５
は第１図の実施例と同じであるが、パルス発振回路２と
発光素子３の間に１−ランジスタ２０，２１でなるパル
ス制御回路を設け、このパルス制御回路に対し比較器１
５に続いて設けられた抵抗Ｒ６とコンデンサＣ３でなる
遅延回路の遅延出力をインバータ２５．２６を介して帰
還接続している。

即ち、パルス制御回路は、まずパルス発振回路２の出力
を抵抗Ｒ８を介してＰＮＰ型のトランジスタ２１のベー
スに接続し、トランジスタ２１のコレクタ側に抵抗Ｒ２
と発光素子３を直列接続している。トランジスタ２１の
エミッタとベース間　：と共に、抵抗Ｒ９を短絡してト
ランジスタ２１をカットオフするためのトランジスタ２
０が並列接続される。トランジスタ２０のベースにはイ
ンバータ２６の出力がコンデンサＣ５，抵抗Ｒ１０及び
抵抗Ｒ１１を介して接続され、コンデンサｃ５と抵抗Ｒ
１０による充放電でパルス制御電圧を作り出している。

また、抵抗Ｒ１０とＲ１１の接続点と電源ラインの間に
はコンデンサｃ５を急速放電させるためのダイオードＤ
１が接続され、更にトランジスタ２０のエミッタとベー
ス間にはバイアス抵抗Ｒ１２が接続されている。

次に、インバータ２６の出力段にはＤ−ＦＦ２２と２３
を縦接続したカウンタ回路部が設けられ、前段のＤ−Ｆ
Ｆ２２のＤ入力端子にはインバータ２６の出力が接続さ
れ、クロック入力端子ＣＬにはパルス発振回路２の出力
ａが与えられている。

次段のＤ−ＦＦ２３のＤ入力端子には前段のＤ−ＦＦ２
２のＱ出力が接続され、クロック入力端子ＣＬには同じ
くパルス発振回路２の出力が接続される。この＠終段の
Ｄ−ＦＦ２３のＱ出力は定電圧回路１の入力側に設けた
スイッチング素子としてのサイリスタ２４のグー１〜に
抵抗Ｒ１４とＲ１５からなるゲート回路を介して接続さ
れている。

また、Ｄ−ＦＦ２３のＱ出力は抵抗Ｒ１３とコンデンサ
Ｃ６でなる積分回路を介して前段のＤ−ＦＦ２２のリセ
ット端子Ｒに接続され、Ｃ）−ＦＦ２３のＱ出力がＨレ
ベルとなったとき、抵抗Ｒ１３とコンデンサＣ６の充電
時定数で定まる一定時間後にリセット端子ＲをＨし・ベ
ルとし、Ｄ−ＦＦ２２にリセットを掛け、このリセット
てＱ＝Ｈレベルとなるので次段のＤ−ＦＦ２３のリセッ
ト端子ＲもＨレベルとなってリセットか掛かるようにし
ている。

次に、第４図の宴施例の動作を、第５図の信号波形図を
参照して説明するっ まず、煙ａ度が略零こなる定常監視状態における動作を
説明すると、次の通りである。

パルス発振回路２はＰＮＰ型のトランジスタ２１を駆動
することからパルス幅Ｔ２でＬレベルとなり、その休止
期間においてＨレベルとなる発振周期Ｔ１をもつ発振パ
ルスａを出力している。この発振パルスａによりパルス
幅Ｔ２の間、トランジスタ２１にベース電流が流れ、ト
ランジスタ２１のオンにより発光素子３が発光駆動され
る。このとき、煙濃度は略零であることから、受光素子
５に対する散乱光は厄小であり、微分回路６の微分出力
すの立下がりからの勾配は最大となり、比較器１５は最
小パルス幅となる出力Ｃを生ずる。

比較器１５の出力Ｃは抵抗Ｒ６とコンデンサＣ３でなる
遅延回路で所定時間遅延され、インバータ２５．２６を
介してパルス制御回路部へフィードバックされる。

即ち、発光体止期間においてインバータ２６の出力はし
レベルにあることから、コンデンサＣ５が抵抗Ｒ１２，
Ｒ１１及びＲ１０を介して電源電圧より所定レベル低い
電圧に充電されている。この状態で比較器１５のＨレベ
ル出力によりインバータ２６の出力がＨレベルに立ち上
がると、コンデンサＣ５の充Ｎ電圧、即ちｅ点の電圧は
僅かに上昇した後、再び定常時の充電電圧に戻り、続い
て比較器１５の出力ＣがＬレベルに立ち下がり、所定の
遅延時間後にインバータ２６の出力がＬレベルに立ち下
がるとコンデンサＣ５の電圧もインバータ２６のＬレベ
ルに落ち込み、抵抗Ｒ１１゜Ｒ１０で定まるトランジス
タ２０のベース電流によるコンデンサＣ５の充電が開始
される。このため、コンデンサＣ５の充電で流れるベー
ス電流によりトランジスタ２０がオンし、トランジスタ
２１のエミッタ、ベース間を短絡することでトランジス
タ２１がカットオフされる。この結果、トランジスタ２
１のオン時間は比較器１５の出力パルス幅に規制され、
煙ｍ度が略零となる通常監視状態における発光素子３の
発光時間は六ルス幅Ｔ２より短い時間に規制され、また
比較器１５に対する電源供給も同様にパルス幅Ｔ２以下
の短い時間となり、定常監視状態における感知器回路の
消費電流を低減することができる。

次に、第５図に示すように、時間の経過と共に煙濃度が
増加した場合の動作を説明する。

煙濃度が増加すると受光素子５に対する散乱光の入ｍｌ
が増え、このため、微分回路６の出力すにおける立ち下
がり勾配が煙濃度の増加に応じて緩やかとなり、比較器
１５より得られる信号Ｃのパルス幅が広がる。比較器１
５の出力パルス幅の増加に伴ない、インバータ２６の出
力に基づいたトランジスタ２０のオンによるトランジス
タ２１のカットオフタイムも遅れるようになり、規定の
煙濃度を越えると比較器１５の出力パルス幅はパルス発
振回路２の出力パルスａのパルス幅Ｔ２に達するように
なる。

このどさ、カウンタを１１４成（ｊる前「＜ンの１）−
１”　ｒ−２２ノＩ］入力（、；ｉｉ了にス・１寸？＋
　（シバ−／Ｊ２（”、　ｔｉ’）出ツノパルス（１、
抵抗［く（３どＩ″／ｌ”ンリｃ　：ｉ　＋ｒ：　、、
＋、　１′＋　ｌ１ｌｉ定時間近延されていることか１
）、パルス介賑回１°８１）の出力パルスａが１１１ノ
ｌ＼ルに＼ソＩ）１が７）　／；、：ど（＼、インバー
タ２Ｇの出力も１１（ノベルどイｒす、１１１−「２２
の［〕入力端了か１−１１ノベルの状態でツノ「１ツ／
１人力※１？：ｌ了Ｃ１−が１」レベルに立Ｉ５．１−
がるｌζめ、出力Ｑがルベル ラン１〜動作が行イｃわれる。

次のパルス発振回路２の出力ａににり発光３（モア３が
駆動され、同様にして比較器１５よりパルス幅Ｔ２に一
致しｌ、：出力Ｃが１０られると、前段のＤ−ＦＦ２２
のＤ入力が１」レベルの状態でり［１ツク入力ＶＪ７，
＋：子ＣＩ−が１１１ノベルとなってＤ−「「２２のＱ
出力はＨ　ツノベルに保たれ、この状態で次段のＤ−Ｆ
Ｆ２３のり［１ツク入カウｉｌｉｉ了Ｃ１−にパルス発
振、、　　　　　回路２の出力ａが加わることでＤ−Ｆ
　Ｆ　２　３がレ−　　　　　１　＜）　　　　− ッ１−されてＱ　−　Ｉｌ　１ノベルとなり、２回目の
カラン１−テ・・リイリスタ２／ｌをトリガし、受信）
幾より引き出さ１１　／：：−ス・１の電源兼用信弓線
間を低インピーダンスにり、０絡ｊノで発報電流を流し
、受信機側に火災信号を送出りる、、尚、Ｄ−［Ｆ２３
のＱ出力が１１１ノベルにイ２るど抵抗Ｒ１３を介ｌ）
でコンデンサＣＧのＩ６江（が聞１ｈ　２＼ね、一定日
１間後にＤ−Ｆ　Ｆ　２　２のり］ｌツト端子ＲをＩ］
レベルとしてリセツ１〜を掛（）、このリセッＩ・で次
［Ｑｆ７）Ｄ−ＦＦ２３のリセツ］〜０１：：子Ｒム１
１レベルどなり、１つ一ＦＦ２２．２３は初期状態に復
旧ツノ、続いて受信機側での復旧動作により」ノイリス
クが復旧しＩ、：のち規定濃度を越える煙ｉ１：！　Ｉ
ｌ：［の検出が１７なわれていれば同様な計数動作を繰
り返す。

勿論、第１図の実施例にあっても、煙濃度に応じたパル
ス幅を出力信号として取り出したいときには、比較器１
５の出力を出力端子１９に分岐接続するか、あるいはイ
ンバータ２６の出力を出力−　　２０　　一 端子１９ｂに分岐接続することで出力端子１９または１
９ｂから得られたパルス信号のパルス幅に応じたデジタ
ルビットをシリアルデジタルコードに変換して受信機側
に伝送することとなる。

尚、上記の実施例は煙濃度に応じた散乱光を検出する光
電式煙感知器を例にとるものであったが、煙濃度に応じ
た光の減衰を検出する減光式煙感知器についても、受光
レベルに応じたパルス幅の信号出力を得るパルス幅変換
回路部を使用することで、パルス幅変換回路部の出力立
下がりに同期して発光駆動パルスの供給を停止するパル
ス制御を同様にして行なうことができる。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、煙濃度に応じ
てパルス幅が変化する信号を変換出力するパルス幅変換
回路の出力パルスの立下がりに同期して発光素子に対す
る発光駆動パルスの供給を停止するパルス制御回路を設
けるようにしたため煙濃度がＩ８零となる定常監視状態
での発光素子駆動時間を短くでさ、感知器回路における
平均消費電流を更に低減１ｙることができる。例えば、
発光素子の駆動電流を１△，発光駆動パルスのパルス幅
を１５０７ノＳ，発光周期を３　ｓｅｃとした場合、平
均消費電流■はＩ−５０μ△どなるが、本発明によれば
、煙Ｉｌｌ麻が略零となる通常監視状態でのパルス幅を
約３　０　ｔｔ　Ｓ　Ｐ？度に制御できるため、平均消
費電流は１０ｔｌＡどなり、パルス制御を行なわない従
来例に比べ光電式煙感知器の消費電力を大幅に節減で−
ることかできる。

一方、光電式煙感知器の消費電力を低減できることによ
り、１つの感知器回線にＪ：り多くの感知器を接続でき
、感知器回線の数を少なくすると共に受イ８機の電源容
量が少なくて良いこととなり、本発明の光電式煙感知器
を用いた火災報知設備の薯ス１−を低減できる。

す１に、消費電流を従来と同一にした場合、発光素子に
より多くの駆動電流を流すことができるため、大きな受
光出力が得られ、Ｓ／Ｎ比の良い煙検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示したブロック図、第２図
は本発明の一実施例を示した回路図、第３図は第２図の
動作を示した信号波形図、第４図は本発明の他の実施例
を示した回路図、第５図は第４図の動作を示した信号波
形図、第６図は従来技術を示したブロック図、第７図は
第６図の動作を示した信号波形図である。 １：定電圧回路 ２：パルス発振回路 ３：発光素子 ４：検煙室 ５：受光素子 ６：微分回路 ７：比較回路 ９：パルス幅変換回路部 １０：パルス制御回路 １２．２２，２３　：　ｒ）　−Ｆ　Ｆ　（プレイフリ
ップフロップ）１３：アンドゲ−１〜 １／Ｉ、２０，２１　：　ｌ−ランラスタ１５：比較器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一定パルス幅の発光駆動パルスを所定周期で発振するパ
   ルス発振回路と、該パルス発振回路の出力パルスで発光
   駆動される発光素子と、煙濃度に応じて変化したパルス
   光を受光する受光素子と、該受光素子の受光出力を煙濃
   度に応じてパルス幅が変化するパルス信号に変換するパ
   ルス幅変換回路とを備えた光電式煙感知器に於いて、 前記パルス幅変換回路の出力パルスの立下がりに同期し
   て前記発光素子に対する発光駆動パルスの供給を停止す
   るパルス制御回路を設けたことを特徴とする光電式煙感
   知器。