JPS631531B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、投光装置と受光装置との間に流入す
る煙による減光量から火災を検出する光電式煙感
知器に関する。

従来、投光部と受光部を分離して設けた構成の
光電式煙感知器では光学系に付着するホコリや汚
れ、あるいは発光素子及び受光素子の経時変化等
のため、長期間使用していると減光量が増え、誤
報を生じ易くなるという問題があつた。

そこで、煙以外の原因による減光量の増加を補
償する手段が提案されている。すなわち、アナロ
グ又はデジタル的に記憶した受光信号と、所定の
周期毎の受光信号とを比較して火災の有無を検知
し、同時に、光学系に付着するホコリや汚れ等に
よる受光量の変化を一定時間毎に検出して記憶量
を修正しようとする方式がある（特開昭49−
16481、特公昭52−37789、特開昭52−37084）。

この方式は、修正の度合が少ない場合には、効
果的であるが、比較基準となる記憶量を、光学系
のホコリや汚れ等による光の減衰に追従するよう
に修正し、現在時刻の入射光と比較する方式であ
るため、ホコリの付着や汚れが多くなると、現在
時刻における受光信号そのものが小さくなつて、
受光信号を処理するうえでのＳ／Ｎ比が悪化し、
そのため、補償できる範囲には限界があり、しか
も、設置した直後の記憶量は、時間の経過に伴う
光学系の汚れによつて修正されてしまうため、点
検時等において、どの程度補償しているのか、ま
た適正な補償範囲内に納つているかを知ることが
できないため、最悪の場合には失報又は非火災報
を出力する場合があるという問題がある。

また、減光量の変化を補償する他の方式とし
て、受光出力をシフトレジスタに順次記憶し、最
終段の受光量と現在の受光量とを比較して火災を
検出する方式が提案されている（特開昭52−
56981、特開昭51−93699）。しかしながら、シフ
トレジスタを用いたため、電源を投入してからシ
フトレジスタの最終段に受光出力がシフトされる
までの時間、感知器としての機能を失つている事
になり、設置直後の感度試験等のために時間を要
する。また、前記の従来方式と同様に、比較基準
となるシフトレジスタの最終段の受光量は、光学
系の汚れに伴つて減少することから、汚れが多く
なると、Ｓ／Ｎ比の悪化を招くため、補償できる
範囲にも、おのずと限界がある。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、光学系
に付着するホコリ、汚れ等による受光量の変化を
適確に補償するため、初期状態における受光信号
を記憶保持すると共に、もう１つの記憶回路を所
定周期で受光信号を更新記憶し、初期記憶値と現
在の記憶値にレベル差を生じたら、一定時間毎
に、受光信号のレベルを初期状態における信号レ
ベルと同じくらいのレベルに修正するようにし、
このレベル修正が限界に達したら、警報を外部に
出して知らせるようにした光電式煙感知器を提供
するものである。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示したブロツク
図である。まず構成を説明すると、１は所定周期
毎にパルス光を照射する発光ダイオード等を備え
た発光装置、２は発光装置１に対向して所定距離
を隔てて分離配置された受光装置である。

受光装置２において、３は受光した光を電気信
号に変換する受光素子、４は受光信号に含まれる
外乱光やノイズを除去し、且つ増幅して出力する
フイルタ増幅器、５は受光信号を所定のタイミン
グでサンプルして保持するピーク値ホールド回
路、６はピーク値ホールド回路５からの受光信号
を設定利得により増幅する可変利得増幅器、７は
アナログ／デジタル変換器（以下「Ａ／Ｄ変換
器」という）、８は最初に入力された受光信号の
デジタル値を記憶保持する第１の記憶回路、９は
所定周期毎に受光信号のデジタル値を更新記憶す
る第２の記憶回路、１０，１１は第１および第２
の記憶回路８，９の記憶出力のそれぞれをアナロ
グ信号に再変換するデジタル／アナログ変換器
（以下「Ｄ／Ａ変換器」という）、１２はＤ／Ａ変
換器１０，１１の出力の大小関係を判別して出力
する第１の比較器、１３は第１の記憶回路８に記
憶保持した受光信号の初期値から火災を判別する
ための基準信号レベルを設定する感度設定回路、
１４は感度設定回路１３による基準信号に基づい
て火災を判別する第２の比較器、１５は比較器１
４の火災検出により駆動されて火災信号を送出す
る火災信号発生回路である。

また、１６は発振回路、１７は可変利得増幅器
６の利得修正タイミングを決めるパルス信号を一
定時間、例えば10時間毎に出力する計時回路、１
８は可変利得増幅器６の利得を設定制御する利得
制御回路、１９は発振回路１６の発振出力に基づ
いて、第１及び第２の記憶回路８，９、及び第２
の比較器１４の動作タイミングをとるパルス制御
回路、２０は利得制御回路１８の設定利得が限界
に達したことを検出して警報信号を出力する警報
回路、２１は受光装置２の電源回路、２２は電源
投入に応動してリセツト信号を出力するイニシヤ
ルリセツト回路である。

次に、第１図の実施例の動作を、各部の信号波
形を表わした第２図のタイムチヤートを参照して
説明する。

電源が投入されると、電源回路２１の出力によ
りイニシヤルリセツト回路２２が動作し、第１、
第２の記憶回路８，９及び計時回路１７をリセツ
トすると共に、利得制御回路１８に可変利得増幅
器６の利得を予じめ定めた値に初期設定するため
のプリセツト信号を出力する。

次いで、発振回路１６が発振を開始し、発光装
置１およびパルス制御回路１９に発振パルスを印
加する。この実施例において、発光装置１は発信
パルスの立下りに同期してパルス光を発光する。
即ち、発振パルスにより充電したコンデンサの放
電電流を用いてパルス光を発光するようにしてい
る。

発光装置１からのパルス光は受光素子３によつ
て光電変換され、外乱光やノイズ成分を除去して
増幅するフイルタ増幅器４を介してピーク値ホー
ルド回路５に入力され、発振パルスの立下り時間
にわたり受光信号のピーク値をホールドする。

ピークホールド回路５の出力は、初期利得に設
定された可変利得増幅器６を介してＡ／Ｄ変換器
７によりデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換
器７の出力は、発振パルスの立下りに同期して発
生するパルス制御回路１９のパルス信号Ａ，Ｂに
より、第１および第２の記憶回路８，９のそれぞ
れにデジタル量として記憶される。尚、パルス制
御回路１９は、電源投入直後の初期状態において
のみパルス信号Ａ，Ｂを発生し、その後はパルス
信号Ｂだけを発生するので、第１の記憶回路８
は、上記の動作による受光信号の初期値を記憶保
持することになる。各記憶回路８，９の出力は、
それぞれＤ／Ａ変換器１０，１１でアナログ信号
に変換され、Ｄ／Ａ変換器１０の出力は感度設定
回路１３を介して比較器１４の一方に、またＤ／
Ａ変換器１１の出力はそのまま比較器１４の他方
に入力され、パルス制御回路１９のパルス信号Ｃ
のタイミングで火災判別出力を生ずる。

この感度設定回路１３および比較器１４の具体
的構成を第３図に示す。すなわち、Ｄ／Ａ変換器
１０からの受光信号の初期値e₁は、感度設定回路
１３の可変抵抗VRにより所定のレベルに分圧さ
れて、比較回路１４の比較器２３の正極入力端に
比較基準e_refとして入力され、比較器２３の負極
入力端には、Ｄ／Ａ変換器１１の出力e₂が入力さ
れる。

この場合、Ｄ／Ａ変換器１０，１１の出力は同
じレベルにあるので、e_ref＜e₂となつて比較器２
３の出力は低レベル（以下「Ｌレベル」という）
となり、パルス制御回路１９からのパルス信号Ｃ
が比較回路１４のアンドゲート２４に加わつて
も、アンドゲート２４の出力はＬレベルであり、
次段の火災信号発生回路１５は動作しない。

再び発振回路１６の発振パルスが立上ると、ピ
ーク値ホールド回路および第２の記憶回路９がリ
セツトされ、第１の記憶回路８は受光信号の初期
値を保持している。

次に、発振回路１６の発振パルスが立下ると、
発光装置１が再びパルス光を発光し、ピーク値ホ
ールド回路５が新しい受光信号のピーク値を検出
し、可変利得増幅器６を介してＡ／Ｄ変換器７で
デジタル変換し、パルス制御回路１９のパルス信
号Ｂにより、第２の記憶回路９のみに新たに検出
した受光信号を記憶させ、Ｄ／Ａ変換器１１でア
ナログ信号に再変換して第２の比較回路１４で比
較する。

以後、同様な動作を繰り返し、例えば、第２図
の時刻t₁に示すように、火災に伴う煙の流入によ
り、Ｄ／Ａ変換器１１の出力e₂が、感度設定回路
１３の基準信号e_refに対し、e_ref＞e₂になると、パ
ルス制御回路１９からのパルス信号Ｃに同期し
て、比較回路１４はＨレベル出力を生じ、火災信
号発生回路１５を駆動する。

一方、計時回路１７は、第２の比較回路１４に
印加するパルス制御回路１９のパルス信号Ｃを計
数しており、所定の数、例えば10時間ぶんに相当
する数を計数すると、利得制御回路１８を制御す
るパルス信号を出力する。このとき、例えば第２
図の時刻t₂に示すように、Ｄ／Ａ変換器１０の出
力e₁（初期値）に対し、Ｄ／Ａ変換器１１の出力
e₂が下つていたとすると、第１の比較器１２の出
力はＬレベルになつている。従つて、利得制御回
路１８は計時回路１７のパルス信号により動作
し、このときの比較器１４のＬレベル出力に基づ
いて、可変利得増幅器６の利得を予じめ定めたス
テツプだけ増加するように利得を設定変更する。

なお、上記の実施例では、第１の比較器１２を
Ｄ／Ａ変換器１０，１１の出力側に設けている
が、第１及び第２の記憶回路８，９の出力をデジ
タルコンパレータで比較しても、同様の効果が得
られる。

第４図は、上記の利得制御回路１８と可変利得
増幅器６でなる信号レベル変換回路の一実施例を
示したもので、まず構成を説明すると、２６は帰
還抵抗R₀〜R₄及び入力抵抗R₅，R₆をもつた増幅
器、２７は４ビツトバイナリイ信号Q₁〜Q₄を出
力するプリセツト型アツプ／ダウンカウンタ、Ｓ
１〜Ｓ４は帰還抵抗R₁〜R₄のそれぞれをアツ
プ／ダウンカウンタ２７の出力に応じて選択的に
短絡するアナログスイツチ、２８はアツプ／ダウ
ンカウンタ２７の出力ビツトが全てＬレベルにな
つたとき、警報回路２０にＨレベル出力を印加す
るノアゲートである。

ここで、増幅器２６の利得Ｇは、アナログスイ
ツチＳ１〜Ｓ４により帰還抵抗R₁〜R₄を選択的
に短絡することで可変でき、最大利得Gmaxは、
Gmax＝（R₀＋R₁＋R₂＋R₃＋R₄）／R₆、最小利
得GminはGmin＝R₀／R₆となる。

次に動作を説明すると、電源投入によりイニシ
ヤルリセツト回路１７からプリセツト信号がアツ
プ／ダウンカウンタ２７に印加されると、プリセ
ツト端子P₁〜P₄の電源電圧Vcc及び接地接続に
て、出力Q₁〜Q₄のプリセツトが行なわれる。す
なわち、プリセツト信号が加わると、出力Q₃の
みがＬレベルとなるバイナリイー出力“1101”を
生じ、アナログスイツチＳ１，Ｓ２，Ｓ４のそれ
ぞれが出力Q₁，Q₂，Q₄のＨレベル出力でオンに
なるので、帰還抵抗値は（R₀＋R₃）となる。

いま入力抵抗R₆＝100KΩ、帰還抵抗R₀＝96K
Ω、R₁＝1KΩ、R₂＝2KΩ、R₃＝4KΩ、R₄＝8K
Ωとすると、このときの利得G₁は、 G₁＝R₀＋R₄／R₆＝100KΩ／100KΩ＝1.0 となる。

アツプ／ダウンカウンタ２７のアツプ／ダウン
の各動作は第１の比較回路１２の出力で定まり、
第１図の実施例から明らかなように、比較回路１
２は、Ｄ／Ａ変換器１０，１１の出力e₁，e₂の大
小関係を判別しており、e₁＞e₂のとき比較器１２
はＬレベル出力を生じ、アツプ／ダウンカウンタ
２７にダウンカウントを指示し、またe₁＜e₂のと
きＨレベル出力を生じ、アツプ／ダウンカウンタ
２７にアツプカウントを指示する。

従つて、例えば第２図の電源投入から10時間後
の時刻t₂にて、計時回路１７がパルス信号を出力
すると、このときの比較回路１２の出力はＬレベ
ルであるから、アツプ／ダウンカウンタ２７は１
ビツトだけダウンカウントを行ない、バイナリイ
出力Q₁〜Q₄を“1101”から“0101”にカウント
ダウンする。このため、アナログスイツチＳ１，
Ｓ３がオフ、Ｓ２，Ｓ４がオンとなり、このとき
の利得G₂は、 G₂＝R₀＋R₁＋R₃／R₆＝101KΩ／100KΩ＝1.01 となり、初期値より１％だけ受光信号の増幅利得
を増加する。尚、上記の利得制御は、パルス制御
回路１９のパルス信号Ｃに同期して行なわれるた
め、第２の記憶回路９はこのとき保持状態にある
ので、Ｄ／Ａ変換器１１の出力e₂が利得変更によ
り変化することはない。

また、Ｄ／Ａ変換器１０，１１の出力e₁，e₂
が、e₁＞e₂となるのは、光学系の汚れによる減光
のみならず、火災時の煙の流入によつてもe₁＞e₂
となり、このとき計時回路１７がパルス信号を出
力すれば、上記の利得制御を行なつてしまう。し
かし、１回の利得制御で行なわれる利得変化量
は、１％程度と極くわずかであり、しかも10時間
に１回という緩やかな利得変化をもたらすもので
あることから、火災時の受光信号のレベル低下、
がそのときの利得増加で検知できずに失報を起す
ということはあり得ない。

更に、長い期間にわたり光学系の汚れ等による
受光信号の補償を継続すると、アツプ／ダウンカ
ウンタ２７のバイナリイ出力Q₁〜Q₄が“０，０，
０，０”とアナログスイツチＳ１〜Ｓ４を全てオ
フし、最大利得Gmaxに到達する。すると、それ
以後の減光は補償できなくなるので、バイナリイ
出力が“０，０，０，０”となつたとき、ノアゲ
ート２８の出力がＨレベルとなつて、警報回路２
０を駆動し、利得制御が限界に達したことを表わ
す警報信号を出力し、これを知らせるというフエ
イルセイフ動作を行なう。

尚、第４図の実施例は、最小利得から最大利得
までの16ステツプにわたる利得切換えができるも
のであるが、更に長期間にわたる補償を行なうた
めには、帰還抵抗、アナログスイツチ、及びアツ
プ／ダウンカウンタの出力ビツト数を追加するこ
とで、利得の変化範囲を更に拡大することができ
ると同時に、補償割合を更に細かくし、例えば、
１ステツプ当り減光率に換算して、0.1％とする
こともできる。

従つて、光学系の汚れにより受光素子に入射す
る光量が減衰しても、火災判別のために用いられ
る受光信号は、利得制御が可能なかぎり、光学系
に汚れのない初期状態における受光信号と同等の
信号レベルに修正されることになる。

第５図は、第４図に示す利得制御手段と同等の
動作をもたらす信号レベル変換回路の他の実施例
を示したもので、増幅利得を制御する代りに、受
光信号の減衰量を制御するようにしたものであ
る。

すなわち、直列接続した分圧抵抗R₀〜R₄のう
ちのR₁〜R₄のそれぞれを選択的に短絡するよう
に、アナログスイツチＳ１〜Ｓ４を接続し、アナ
ログスイツチＳ１〜Ｓ４のオン，オフを第４図の
場合と同様に、アツプ／ダウンカウンタ２７のバ
イナリイ出力Q₁〜Q₄にて切換えるものである。
すなわち、アナログスイツチＳ１〜Ｓ４が全てオ
ンのとき、受光信号入力e_ioの減衰量はゼロとな
つて、そのまま出力信号e_putとなり、またアナロ
グスイツチＳ１〜Ｓ４の全てがオフのとき、出力
信号e_putは、 e_put＝R₀／R₀＋R₁＋R₂＋R₃＋R₄・e_io と減衰量が最大になるので、アツプ／ダウンカウ
ンタ２７にて、光学系の汚れによる受光信号のレ
ベル低下を補償するように、高い減衰量から低い
減衰量に向つて減衰量を切換え、常に電源投入直
後の受光信号レベルと略同様なレベルを保つよう
にする。

勿論、レベル変換が限界に達したら、第４図の
ノアゲート２８をアンドゲートに代えて限界状態
を検知して警報を出すようにしても良い。

尚、第４，５図における利得又は減衰量の変更
が限界に達して警報が出されたら、光学系の汚れ
を除去して、再び電源を投入すれば良い。

以上説明してきたように、本発明の光電式煙感
知器は、光学系にホコリの付着や汚れのない電源
投入直後に得られた受光信号の初期値を、火災検
出のための判別基準として記憶保持すると共に、
所定の周期にて受光信号をもう１つの記憶回路で
更新記憶し、これらの受光信号を比較判別して火
災を検知するようにし、光学系の汚れに対して
は、記憶保持している受光信号の初期値に対し、
更新記憶している受光信号のレベルが下つたら、
受光信号の増幅利得又は減衰度を制御して、初期
状態におけると同等の信号レベルとなるように修
正し、且つこの修正制御が限界に達したら、警報
を送出するように構成したため、光学系の汚れが
すすんで、受光量が低下しても、火災を検出する
ために用いる受光信号は、光学系に汚れのない状
態と同じ信号であり、光学系の汚れに伴なう受光
信号の低下によるＳ／Ｎ比の悪化を許容できる範
囲まで、失報又は非火災報を出力することなく、
極めて安定に動作する。また、光学系の汚れによ
る影響を補償できなくなると、警報により外部に
知らせるフエイルセイフ機能をもつので、保守点
検を必要とする状態にあることを容易に知ること
ができ、適確な保守管理を可能にして信頼性をよ
り一層向上できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示したブロツク
図、第２図は第１図の実施例における各部の信号
波形を示したタイムチヤート図、第３図は第１図
における感度設定回路および火災判別用の比較回
路の実施例を示した回路図、第４図は第１図にお
ける可変利得増幅器および利得制御回路の一実施
例を示した回路図、第５図は第４図と同等の機能
をもつ受光信号のレベル変換回路の一実施例を示
した回路図である。 １……発光装置、２……受光装置、３……受光
素子、４……フイルタ増幅器、５……ピーク値ホ
ールド回路、６……可変利得増幅器、７……Ａ／
Ｄ変換器、８……第１の記憶回路、９……第２の
記憶回路、１０，１１……Ｄ／Ａ変換器、１２…
…第１の比較器、１３……感度設定回路、１４…
…第２の比較回路、１５……火災信号発生回路、
１６……発振回路、１７……計時回路、１８……
利得制御回路、１９……パルス制御回路、２０…
…警報回路、２１……電源回路、２２……イニシ
ヤルリセツト回路、２３……比較器、２４……ア
ンドゲート、２６……増幅器、２７……アツプ／
ダウンカウンタ、２８……ノアゲート、Ｓ１〜Ｓ
４……アナログスイツチ、R₀〜R₆……抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発光装置と受光装置との間に流入する煙によ
   る減光量が所定レベルを越えたとき火災信号を出
   力する光電式煙感知器において、 上記受光装置からの受光信号をレベル変換して
   出力する信号レベル変換回路と、 該信号レベル変換回路からの受光信号の初期値
   を記憶保持する第１の記憶回路と、 上記信号レベル変換回路からの受光信号を所定
   の周期で更新記憶する第２の記憶回路と、 上記第１および第２の記憶回路に記憶した受光
   信号を比較して両受光信号にレベル差を生じたと
   き、上記信号レベル変換回路に変換レベル修正信
   号を出力する比較器と、 該比較器の出力に基づく上記信号レベル変換回
   路の修正動作を、上記第２の記憶回路の更新周期
   より長い予じめ定めた周期毎に行なわせる計時回
   路と を備えたことを特徴とする光電式煙感知器。 ２ 前記信号レベル変換回路は、レベル修正動作
   が限界に達したとき警報信号を出力する手段を備
   えたことを特徴とする前記第１項記載の光電式煙
   感知器。 ３ 前記信号レベル変換回路は、増幅器と、該増
   幅器の利得を可変する利得制御回路とを備えたこ
   とを特徴とする前記第１項記載の光電式煙感知
   器。 ４ 前記信号レベル変換回路は、減衰器と、該減
   衰器の減衰量を可変する減衰率制御手段とを備え
   たことを特徴とする光電式煙感知器。