(57)【要約】【課題】粒子と、熱分解、くすぶり火などの事象と、粉塵とを検知、区別、分析を改良する粒子検知装置および方法を提供する。【解決手段】流体が通過するように適合された吸気口を検知器に設け、流体の流れが粒子検知区域に流入する前にこの流体の流れを拡散し、拡散された流体の流れを粒子検知区域に流す。その際、流体が第１の速度で通過するように適合された吸気口を有する粒子検知器に適合された室構成となっており、第１の速度の流体の流れを拡散するとともに第２の速度の流体の流れを与えるように適合され、かつ粒子検知区域に第２の速度の前記流体の流れを供給する第１のディフューザを前記室が有している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が第１の速度で通過するように適合された吸気口を有する粒子検知器に適合された室構成であって、
第１の速度の流体の流れを拡散するとともに第２の速度の流体の流れを与えるように適合され、かつ粒子検知区域に第２の速度の前記流体の流れを供給する第１のディフューザを前記室が有する室構成。
【請求項２】
前記第２の速度が前記第１の速度と比較して遅い、請求項１に記載の室構成。
【請求項３】
前記第２の速度が前記第１の速度のほぼ２５倍遅い、請求項１または２に記載の室構成。
【請求項４】
前記第２の速度の流れは実質的に層流である、請求項１、２又は３に記載の室構成。
【請求項５】
前記第２の速度の流体の流れを加速するとともに第３の速度の流体の流れを与えるように適合された第２のディフューザを更に含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の室構成。
【請求項６】
前記第３の速度は前記第１の速度とほぼ等しい、請求項５に記載の室構成。
【請求項７】
前記第１のディフューザは該第１のディフューザを通過する流体の層流を促進するように構成されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の室構成。
【請求項８】
前記粒子検知区域は該粒子検知区域を通過する流体の層流を促進するように構成されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の室構成。
【請求項９】
前記流体の流れが前記検知区域を通過する際に方向変化が生じる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の室構成。
【請求項１０】
前記流体の流れが前記第１のディフューザを通過する際に方向変化が生じる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の室構成。
【請求項１１】
前記第２のディフューザが前記検知区域における前記流体の流れを補助するように構成されている、請求項５乃至１０のいずれか一項に記載の室構成。
【請求項１２】
前記検知区域は粒子の残留が最小となるように構成されている、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の室構成。
【請求項１３】
前記室は前記粒子検知器内部の圧力低下が実質的に最小となるように構成されている請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の室構成。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の室構成を有する粒子検知器。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の室構成を有する煙検知器。
【請求項１６】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の室構成を有する吸気式検知器。
【請求項１７】
粒子検知器の検知区域に流体を流す方法であって、
流体が通過するように適合された吸気口を前記検知器に設けるステップと、
流体の流れが前記粒子検知区域に流入する前に該流体の流れを拡散するステップと、
拡散された前記流体の流れを前記粒子検知区域に流すステップとを含む方法。
【請求項１８】
拡散された前記流体の流れが、前記吸気口における流体の流れの速度と比較して速度が遅い、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記吸気口における流体の流れの速度は拡散された前記流体の流れのほぼ２５倍速い、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
拡散された前記流体の流れは層流である、請求項１７、１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
拡散された前記流体の流れ中の粉塵粒子は検知区域を通過する際の運動量が比較的小さい、請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
拡散された前記流体の流れ中に存在する実質的にすべての粉塵粒子が遠心力によって流体中の浮遊から遠心分離されることがないように、拡散された前記流体の流れが前記検知領域に通過させられる、請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
遠心力によって前記検知区域を通過する流体の浮遊から遠心分離される、流体の流れ中の残留粉塵粒子は、検知区域近傍の主オリフィスから偏向される、請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
拡散された前記流体の流れは方向変化を有する、請求項１７乃至２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記方向変化は、前記流体の流れが前記検知区域を通過する際に生ずる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記方向変化は、前記流体の流れが前記ディフューザを通過する際に生ずる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記流体の流れが比較的低速であることにより前記方向変化による損失が比較的小さい、請求項２４乃至２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記流体の流れが前記検知区域から流出する際に更に拡散される、請求項１７乃至２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記更なる拡散によって前記流体の流れが加速される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記流出する流体の流れは、吸気口での流体の流れとほぼ同じ速度にまで加速される、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体中に浮遊する物質又は粒子の検知、分析、及び／又は判定の分野に関する。
【０００２】
特定の一形態では、本発明は、物質の望ましくない熱分解や燃焼を検知する煙検知器に関する。別の形態では、本発明は、早期検知タイプの煙検知器に関する。このタイプの煙検知器は、特定の場所の換気、空調、ダクト監視などに応用可能である。さらに別の形態では、本発明は、建物、火気、保安などの監視のような見張り監視に関する。さらに別の形態では、本発明は、流体、区域、地域、及び／又は周囲環境（商業環境及び工業環境を含む）の監視、検知、及び／又は分析などの環境監視に関する。
【０００３】
後で明らかになるように、本発明は応用範囲が広いので、上述の特定形態は例に過ぎず、本発明の範囲は、これらの形態に限定されるものではない。
【背景技術】
【０００４】
本発明者が確認したところでは、熱分解や燃焼の状況が様々であれば、発生する煙のタイプも様々である。急速に燃え上がる火は、非常に多くの微小固体粒子を発生させる傾向がある。これらの粒子は、ランダムな形状に固まって、すすを形成する可能性がある。これに対し、熱分解の初期段階では、ずっと少ない数の、比較的大きな（高沸点の）液体粒子が発生する傾向がある。これらの粒子は、一般に、より大きな半透明の球体を形成するように固まる可能性があるエアロゾルとして存在する。
【０００５】
本発明者がさらに確認したところでは、長時間にわたって数がゆっくり増えていく比較的大きな粒子が検知された場合、それは一般に熱分解又はくすぶりの状態であるが、初期の熱分解やくすぶりがなく、急速に発生する多数の小粒子が検知された場合、それは燃焼促進物の使用を伴う放火である可能性がある。
【０００６】
本発明者がさらに確認したところでは、粉塵粒子は、環境における自然物質又は有機体の摩耗又は非熱分解によって発生し、そのような粒子は一般に、煙粒子と比較して非常に大きい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Absorption and Scattering of Light by Small Particles (Bohren CF, Huffman DR, ISBN 0471-05772-X）
【非特許文献２】Eccleston,King & Packham (Eccleston AJ,King NK and Packhaim DR,1974: The Scattering Coefficient and Mass Concentration of Smoke from some Australian Forest Fires,APCA Journal,v24 no11)
【非特許文献３】Weinert (Weinert D,2002:Assessment of Light Scattering from Smoke Particles for a Prototype Duct-mounted Smoke Detector )
【非特許文献４】Cleary,Weinert and Mulholland(Cleary TG,Weinert,DW and Mulholland GW,2001:Moment Method of obtaining Partide Size Measures of Test Smokes,NIST)
【非特許文献５】Bankstonら;Bankston CP,Zinn BT,Browner RF and Powell EA,1981:Aspects of the Mechanisms of Smoke Generation by Burning Materials,Combustion and Flame no 41 pp273-292
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者はさらに、以下の点について確認している。
【０００９】
従来のポイントタイプ煙検知器は、主として、保護区域の天井に設置するように設計されている。このタイプの検知器は、感度が比較的低く、監視対象区域を大量の空気が通る場合には、望ましくない熱分解の存在を検知する能力が弱まり、検知しにくくなる。
【００１０】
そのような不利点を克服するために、高感度吸気式煙検知器が開発され、区域監視用としてダクト内で多く用いられている。このタイプの検知器は、従来のポイントタイプ検知器の数百倍の感度の測定が可能である。こうした吸気式システムは、不要な粉塵が検知器をよごしたり、煙と区別されずに検出されて誤認警報を引き起こしたりすることを抑えるために、空気ポンプによる吸気圧力を用い、さらに粉塵フィルタを用いる。
【００１１】
吸気式システムに用いられることが好ましい煙検知器は、比濁計である。比濁計は、火の中で発生したり、過熱、熱分解、又はくすぶりの初期段階で発生したりする多くの煙粒子のような、大小様々の粒子に対して感度がよい検知器である。
【００１２】
先行技術の光学式煙（又は空気伝搬粒子）検知器は、一般に、単一光源を用いて、そのような粒子を含んでいる可能性がある検知区域に光を照射する。一部の検知器については、２つの光源を用いることが提案されている。この光の一部が、粒子から、１つ又は複数の受光セル（センサ）に向かって散乱する可能性がある。受光セルからの出力信号は、警報信号のトリガに用いられる。
【００１３】
他に、偏光単色光源を提供するレーザビームを、一般には近赤外波長で用いる検知器がある。しかしながら、このタイプの検知器は、特定の粒子サイズ範囲に対して過度に高感度であって、その分、他のサイズ範囲に対して低感度となる傾向があるため、真の比濁計ではないと一般に考えられている。
【００１４】
以上の検知器が抱える不利点は、初期の熱分解や初期火災、並びに特定の急速に燃え上がる火に特有の微小粒子に対しては比較的低感度であることである。
【００１５】
一方、イオン化式煙検知器は、アメリシウムなどの放射性元素を利用して、検知室の空気をイオン化する。このタイプの検知器は、燃えている火において発生する微小粒子に対しては比較的高感度であるが、熱分解やくすぶりにおいて発生する、より大きな粒子に対しては比較的低感度である。また、このタイプの検知器ではすきま風が比較的発生しやすく、この風が検知室内のイオン化された空気を動かして誤認警報を引き起こす可能性があることがわかっている。このことは、それらの検知器の有効感度を実質的に制限する。
【００１６】
他に、キセノンランプを単一光源として用いる煙検知器がある。キセノンランプは、紫外波長、可視波長、及び赤外波長を含む、太陽光線に近い連続スペクトル光を発生させる。この光源を用いると、あらゆるサイズの粒子を検知することが可能になり、このタイプの検知器は、煙の密度に比例する信号を生成し、これは比濁計の特徴である。しかしながら、特定の粒子サイズを識別することができないため、火のタイプを特徴づけることができない。さらに、キセノンランプは、寿命が４年程度と比較的短く、また、光強度が変動することが知られており、これは感度に影響を及ぼす。
【００１７】
本発明者がさらに認識しているところによれば、先行技術の検知器は、感度の出力範囲を広くとるために、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を用いて煙レベルデータをマイクロプロセッサに入力する。綿密な設計であれば、ＡＤＣの容量のほぼすべてを用いて最大煙レベル、たとえば、（一般に）２０％／ｍが表される。ＡＤＣの動作は、８ビット分解能でも有用である。一方、１０ビット以上のＡＤＣは、より高価であり、より大規模なマイクロプロセッサを要する。１０ビットのＡＤＣであれば、上記の２０％／ｍレベルを１０２４ステップに分割して、各ステップが２０／１０２４＝０．０２％／ｍのインクリメントを表すようにすることが可能である。そうすると、ステップは０、０．０２、０．０４、０．０６などとなり、より細かいインクリメントを表すことができない。これは、煙レベルが低い場合には、警報しきい値を細かく設定することが困難な、非常に粗い分解能であると、一般に考えられている。一方、煙レベルが高い場合には、０．０２％／ｍの分解能は不要である。たとえば、警報しきい値を１０．００％／ｍにも１０．０２％／ｍにも設定できることには、あまりメリットがない。したがって、先行技術の検知器の分解能は、低い煙レベルでは粗すぎ、高い煙レベルでは細かすぎると、一般に考えられている。
【００１８】
本明細書における文書、装置、動作、又は知見の記載はすべて、本発明のコンテキストを説明するために含まれている。なお、これら資料のいずれも、本願の開示及び特許請求項の優先日以前に、オーストラリアその他の地域における先行技術の基礎の一部又は関連技術の中の共通一般知識の一部を形成することを認めるものである、とは解釈されない。
【００１９】
本発明の目的は、粒子と、熱分解、くすぶり、及び／若しくは火などの事象と、粉塵とを検知、区別、並びに／又は分析することの改良を可能にし、対応する、流体伝搬粒子を検知することの改良を可能にする粒子検知装置及び方法を提供することである。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、ダクトとともに用いるのに好適か、若しくは単独の検知器及び／又は監視装置として用いるのに好適な粒子検知装置及び方法を提供することである。
【００２１】
本発明のさらなる目的は、先行技術に関連する少なくとも１つの不利点を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の態様によれば、粒子、環境、流体、煙、区域、若しくは地域の監視、見張り、判定、検知、及び／又は分析は、本発明の具体的な応用において必要である、粒子の存在及び／又は特徴の判定を含むことが可能である。
【００２３】
この点において、本発明の一態様は、流体が第１の速度で通過するように適合された吸気口を有する粒子検知器に適合された室構成であって、第１の速度の流体の流れを拡散するとともに第２の速度の流体の流れを与えるように適合され、かつ粒子検知区域に第２の速度の前記流体の流れを供給する第１のディフューザを前記室が有する。
【００２４】
上記態様において、前記第２の速度が前記第１の速度と比較して遅くてもよい。前記第２の速度が前記第１の速度のほぼ２５倍遅くてもよい。前記第２の速度の流れは実質的に層流であってもよい。
【００２５】
前記第２の速度の流体の流れを加速するとともに第３の速度の流体の流れを与えるように適合された第２のディフューザを更に含んでもよい。この場合、前記第３の速度は前記第１の速度とほぼ等しくてもよい。
【００２６】
また、前記第１のディフューザは該第１のディフューザを通過する流体の層流を促進するように構成されていてもよい。前記粒子検知区域は該粒子検知区域を通過する流体の層流を促進するように構成されていてもよい。前記粒子検知区域は該粒子検知区域を通過する流体の層流を促進するように構成されていてもよい。前記流体の流れが前記検知区域を通過する際に方向変化が生じてもよい。前記流体の流れが前記第１のディフューザを通過する際に方向変化が生じてもよい。
【００２７】
また、前記第２のディフューザが前記検知区域における前記流体の流れを補助するように構成されていてもよい。前記検知区域は粒子の残留が最小となるように構成されていてもよい。前記室は前記粒子検知器内部の圧力低下が実質的に最小となるように構成されていてもよい。
【００２８】
本発明の他の態様は、上述した室構成を有する粒子検知器である。
【００２９】
本発明のさらに他の態様は、上述した室構成を有する煙検知器である。
【００３０】
本発明のさらに他の態様は、上述した室構成を有する吸気式検知器である。
【００３１】
本発明のさらに他の態様は、粒子検知器の検知区域に流体を流す方法であって、流体が通過するように適合された吸気口を前記検知器に設けるステップと、流体の流れが前記粒子検知区域に流入する前に該流体の流れを拡散するステップと、拡散された前記流体の流れを前記粒子検知区域に流すステップとを含む。
【００３２】
上記態様において、拡散された前記流体の流れが、前記吸気口における流体の流れの速度と比較して速度が遅くてもよい。前記吸気口における流体の流れの速度は拡散された前記流体の流れのほぼ２５倍速くてもよい。拡散された前記流体の流れは層流であってもよい。拡散された前記流体の流れ中の粉塵粒子は検知区域を通過する際の運動量が比較的小さくてもよい。拡散された前記流体の流れ中に存在する実質的にすべての粉塵粒子が遠心力によって流体中の浮遊から遠心分離されることがないように、拡散された前記流体の流れが前記検知領域に通過させられてもよい。遠心力によって前記検知区域を通過する流体の浮遊から遠心分離される、流体の流れ中の残留粉塵粒子は、検知区域近傍の主オリフィスから偏向されてもよい。拡散された前記流体の流れは方向変化を有してもよい。前記方向変化は、前記流体の流れが前記検知区域を通過する際に生じてもよい。前記方向変化は、前記流体の流れが前記ディフューザを通過する際に生じてもよい。前記流体の流れが比較的低速であることにより前記方向変化による損失が比較的小さくてもよい。
【００３３】
前記流体の流れが前記検知区域から流出する際に更に拡散されてもよい。この場合に、前記更なる拡散によって前記流体の流れが加速されてもよい。さらに、前記流出する流体の流れは、吸気口での流体の流れとほぼ同じ速度にまで加速されてもよい。
【００３４】
他の態様及び好ましい態様は、本明細書において開示されるか、及び／又は本発明の説明の一部をなす添付の特許請求項において定義される。
【００３５】
本発明は、感度、信頼性、保守期間、及び誤認警報の最小化について業界最高水準を達成し、並びに／又は、粉塵による誤認警報にわずらわされることなく、煙に対する超高感度を実現して、煙粒子及び／又は粉塵粒子が存在するかどうか環境を監視することを可能にするとともに、サイズ、コスト、及びエネルギー消費を抑えるなど、多数の利点をもたらすことが明らかになっている。
【００３６】
本明細書の全体を通して、特定の波長を有する、いくつかの異なる光源を参照する。光源及び波長の参照は、現在市販されている光源に限定する。本発明の根本をなす原理は、様々な波長の各光源に対して等しく適用可能であることを理解されたい。
【００３７】
監視装置は、検知器又は同等の装置の参照を含む場合がある。
【００３８】
本発明の適用可能性のさらなる範囲は、以下に記載の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、以下の詳細な説明並びに具体例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、例示として与えられているに過ぎないことを理解されたい。これは、本発明の趣旨及び範囲に含まれる様々な変形及び修正が、当業者には、以下の詳細な説明から自明であるからである。
【００３９】
当業者であれば、以下の、好ましい実施形態の説明を添付図面と併せて参照することにより、本出願のさらなる開示、目的、利点、及び態様について、よりよく理解されよう。添付図面は、例示を目的としているに過ぎず、したがって、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ある範囲にわたる粒子サイズの粒子に対して青４３０ｎｍ及び赤６６０ｎｍの波長の光を照射した結果を示す図
【図２】ある範囲にわたる粒子サイズの粒子に対して青４３０ｎｍ及び緑５３０ｎｍの波長の光を照射した結果を示す図
【図３】ある範囲にわたる粒子サイズの粒子に対して青４７０ｎｍ及び赤外９４０ｎｍの波長の光を照射した結果を示す図
【図４】青信号から赤信号を相対減算した結果を示す図
【図５】青信号から緑信号を相対減算した結果を示す図
【図６】青信号から赤外信号を相対減算した結果を示す図
【図７】各種タイプの燃料における、経過時間に対する粒子サイズの成長を示す図
【図８】各種燃料及び火炎の成長の各段階の煙に対する赤外チャネル及び青チャネルの応答の比較を示す図
【図９】たなびきにおける所定の燃料からの空気伝搬粒子に反応するチャネルＢ出力及びチャネルＡ出力の相対比を示す図
【図１０】本発明の一実施形態による煙監視装置の概略ブロック図
【図１１】本発明の一実施形態による利得制御増幅器の一形態の回路図
【図１２】光経路の表示を含む、好ましい検知室形状を示す図
【図１３】光経路の表示を含む、好ましい検知室形状を示す図
【図１４】本発明の一態様による両凸レンズの使用を示す図
【図１５】本発明の一態様による非球面レンズの相対動作を示す図
【図１６】本発明の一態様による非球面レンズの使用を示す図
【図１７】本発明の一態様による両凸レンズの相対動作を示す図
【図１８】ダクト設備に検知器ユニットを取り付ける例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
記載の実施形態では、少なくとも２つのチャネルに言及する。１つはチャネルＡであり、赤波長や赤外波長などの波長を用いる。もう１つはチャネルＢであり、青波長などの波長を用いる。緑波長などの波長を用いるチャネルＣなどを追加チャネルとして用いることも可能である。本発明によれば、他の波長を用いることも可能である。これについては、この後の説明で明らかになるであろう。一般に、長いほうの波長の読み取り値と、短いほうの波長の読み取り値とを比較することが好ましい。短いほうの波長から長いほうの波長を引くことがより好ましい。波長の読み取り値の比較には比を用いることも可能である。
【００４２】
（光の波長）
本発明の一態様では、用いられる光の波長と、粒子サイズに対する本装置の感度との間に重要な関係があることを、本発明者は確認している。様々なサイズ範囲にわたる粒子からの光の散乱については、"Absorption and Scattering of Light by Small Particles" (Bohren CF, Huffman DR, ISBN 0471-05772-X）で説明されている。
【００４３】
一般的な煙や粉塵に対応するサイズ範囲の粒子について検討するためには、Ｍｉｅの計算式が適切であることが確認されている。急速に燃え上がる火は、非常に多くの微小炭素質粒子を発生させる傾向がある。これらの粒子は、ランダムな形状に固まって、すすを形成する可能性がある。これに対し、熱分解の初期段階では、ずっと少ない数の、比較的大きな（高沸点の）流体粒子が発生する傾向がある。これらの粒子は、一般に、さらに大きな半透明の球体又は液滴を形成するように固まる可能性があるエアロゾルとして存在する。粉塵粒子は、一般に、機械的摩耗によって発生し、ランダム形状を有するが、モデリングのために、より大きな球体として近似されることが可能である。煙又は粉塵の発生源は、（粒子サイズが単一である）単分散である可能性は低く、サイズ範囲がガウス分布に従う多分散である可能性が高い。本発明者は、サイズ分布の典型的な標準偏差が１．８〜２の近辺であることを見出している。
【００４４】
さらに本発明者は、都市における空気伝搬粒子の分布が、０．１ミクロンと１０ミクロンの近辺にピークを有する双峰分布であることを見出している。一般に、煙粒子は０．０１〜１ミクロンの範囲にあり、空気伝搬粉塵粒子は１〜１００ミクロンの範囲にある。しかしながら、現実には、最小規模の粉塵粒子が最大規模の煙粒子より小さいため、１ミクロンの境界にいくらかの重なりが存在する。
【００４５】
本発明者はさらに、光の個々の（異なる）波長によって、特に容易に識別できる粒子サイズがあることを確認している。このことから、本発明では、２つの波長の投射光を用いる。この光は、青から赤（及び赤外）までの間のどの光でもよい。一例は、４００ｎｍ（青）から１０５０ｎｍ（赤）までの範囲にある光である。たとえば、４３０ｎｍ（青）及び６６０ｎｍ（赤）を用いることが可能である。
【００４６】
図１は、２つの波長（４３０ｎｍ（青）及び６６０ｎｍ（赤））の投射光について、質量平均径が０．０１〜１０ミクロンの範囲にあって標準偏差が１．８である粒子サイズにＭｉｅ理論を適用した結果である。各波長については、無偏光、垂直偏光、又は水平偏光のものを、光軸に対して同じ角度で照射した。
【００４７】
図１では、青系の結果（Ｂ＝無偏光の青、ＢＶ＝垂直偏光の青、ＢＨ＝水平偏光の青）が、煙及び粉塵の検知にまったく好適であることを示しているのに対し、赤系の結果（Ｒ、ＲＶ、及びＲＨ）は、粉塵の検知に関しては同等に好適であるが、小さな粒子に対する応答を欠くために、広範囲の煙粒子を検知することに関してはいくぶん劣ることを示している。図１の約０．８ミクロンより上ではすべてのグラフが重なるが、これより小さい粒子サイズでは、グラフ間に有意の差がある。最も良好な分離が達成されるのは、青−垂直（ＢＶ）と赤−水平（ＲＨ）の場合である。径が大きくなると、グラフは有効に分離できなくなる。グラフのカーブの周期性（フリンジ又は共振）の原因は、特定の波長と特定の粒子サイズとの間の位相干渉による弱め合いと強め合いである。
【００４８】
代わりに、波長４３０ｎｍ（青）及び５３０ｎｍ（緑）の組み合わせについて調べると、図２に示す結果が得られる。この場合は、各種グラフが互いにより近くなり、約０．５ミクロンより上ではグラフを分離することが困難である。
【００４９】
例示のために選択された波長は、市販の投射器の波長に限定されている。図２（５３０ｎｍ）で得られた情報に基づくと、橙（６２０ｎｍ）の場合の結果は、図１（６６０ｎｍ）と同等であろう。
【００５０】
青（４７０ｎｍ）と赤外（９４０ｎｍ）の場合の結果を図３に示す。図３では、波長の分離はほぼ１オクターブである。図に示すように、煙と粉塵との間の事実上の境界となっている１ミクロンより下の領域で、グラフがより明確に分離している。
【００５１】
さらにより広く分離している波長で監視装置を運用できれば何らかのメリットが得られるであろうが、現時点で使用可能な技術に制限がある。散乱光の検知に用いられる受光セルは、青の応答を強化したＰＩＮフォトダイオードである。これは、応答のピークが８５０ｎｍにあり、４００ｎｍと１０５０ｎｍとで応答が約３０％低下するので、実用においては、現在の投射器の波長はこの範囲に制限されている。もちろん、別の受光セルを用いることが可能であれば、粒子に衝突する光の波長を、より大きな分離が得られるように変えることができよう。
【００５２】
上述の結果から、本発明の一実施形態では、検知対象の粒子に照射する２つの投射器の波長が、青／紫については４００〜５００ｎｍ、赤／赤外については６５０〜１０５０ｎｍの範囲にあることが好ましいことが理解されよう。
【００５３】
本発明の別の態様では、信号の受信結果を、比を比較するか、互いに引き算をする（すなわち、一方の信号を他方の信号から引く）などして互いに比較することにより、本発明の監視装置が適用される用途で対象とされるサイズの粒子の存在を示す、より信頼性の高い「トリガ」又は検知信号を生成することが可能であることが見いだされている。したがって、たとえば、本発明の監視装置を「煙」監視装置として構成した場合には、大きな（粉塵）粒子ではなく、比較的小さい粒子が監視の対象になる。そこで、本発明者は、たとえば、煙監視装置については、青の光は、比較的小さな粒子サイズにも大きな粒子サイズにも反応し、赤外光は、比較的大きな粒子にのみ反応することに気づいた。「青」の応答信号から「赤外」の応答信号を引いたものに基づく信号が得られれば、監視装置を、小さな粒子に対して応答性が比較的高く、比較的大きな粒子に対しては応答性が低いか、応答性がないように構成することが可能である。
【００５４】
たとえば、図４は、青（Ｂ）データから赤−水平（ＲＨ）、赤−無偏光（Ｒ）、又は赤−垂直（ＲＶ）の信号を引いた結果を示す。これらのように構成された監視装置は、１ミクロンより小さい粒子に対して、より高い感度で応答し、感度が最も高いのはＢ−ＲＨの組み合わせである。乱雑になるのを避けるために、ＢＨ及びＢＶの結果を示していないが、これらも同様である。
【００５５】
図４と比較するために、ＢからＧＨ、Ｇ、又はＧＶを引いた結果を図５に示す。この場合も、比較的小さな粒子サイズのほうが、大きな（粉塵のような）粒子サイズより明確に識別可能であるが、フリンジの影響が大きい。
【００５６】
図６は、ＢからＩＲＨを引いた結果を示す。明確にするために、他の結果については省略した。さらに、香料（incense）、綿のランプの芯、トースト、及びポルトランドセメント（粉塵の代用）について得られている、粒子平均サイズについてのいくつかの公開データも図示した。この引き算を実行するように構成された監視装置は、かなりの程度まで粉塵を（相対的に）除外することを可能にしながら、一般的な煙タイプに対して適度の感度を有することが理解されよう。
【００５７】
この引き算の態様に続いて、適切に構築された利得増幅器を用いて、警報（又は他の警告）装置又はシステムで用いられる適切な出力信号を提供することが可能であるという、本発明のさらなる態様を開発した。この態様については、後で詳細に開示する。
【００５８】
既に開示した２つの波長に加えて、第３又はさらなる波長を用いると、その波長に応じて、小さい粒子と大きい粒子だけでなく、他の（中間の）サイズの粒子を識別することも可能になる。
【００５９】
（２チャネル設計）
本発明の態様による２チャネル設計を用いることによって実現される別の機能として、本明細書の記載のように、Ａ（基準）チャネルをＢ（サンプル）チャネルから引く（又は逆方向の引き算を行う）ことによって、ゼロバランスを達成することが可能である。このバランスは、検知室の背景が時間とともに変化してもあまり変動しないことがわかっている。本発明者は、長いタイムスパン（粉塵フィルタの使用によって大幅に延長された時間）の間に検知器が古くなったり、汚れたりするにつれ、背景光のレベルが変化することに気づいた。チャネル間の引き算を行うことの利点は、両チャネルの（特に粉塵の蓄積に対する）応答がほぼ同じであり、その影響が自動的に相殺され、加算回路からの結果出力の経時変化が最低限になることである。粉塵から取得される信号は、空気伝搬する粉塵（これは表面に付着する可能性がある）には依存しないことに注意されたい。同じことは、（粉塵のかたまりや、さらには壁など）粉塵より大きいあらゆるものに当てはまる。
【００６０】
この、汚れによるドリフトをゼロにすることは、キャリブレーションを維持する観点から重要な機能であると考えられる。
【００６１】
（信号レベルの解析）
本発明のさらなる開示は、煙監視装置用途に関連する。しかしながら、本発明はこの用途だけに限定されないことに注意されたい。
【００６２】
従来の天井取り付け型「光学式」煙検知器は、一般に、警報を発生させるために、約１０％／ｍ（３％／ｆｔ）の不透明度に対応する感度を有する。既成の基準で言うところの超高感度煙検知には、フルスケールで０．１％／ｍの不透明度に対応し、このレベルより下に警報設定ポイントを有する、少なくとも２桁高い感度が必要である。Eccleston,King & Packham (Eccleston AJ,King NK and Packhaim DR,1974: The Scattering Coefficient and Mass Concentration of Smoke from some Australian Forest Fires,APCA Journal,v24 no11) では、ユーカリ林の火災の煙の場合、０．１％／ｍレベルが、４ｋｍの視距離と０．２４ｍｇ／ｍ３の煙密度とに相当することが示されている。そのような高感度であれば、初期段階の熱分解の検知が可能であり、それによって、屋内の火災の可能性に対して、低い誤認警報率で、最速で警報を発することが可能である。
【００６３】
現在ある、ほとんどの超高感度煙検知器は、赤外線固体レーザダイオードを有する光学式検知室を利用する。赤外光の長い波長は、粉塵特有の比較的大きな空気伝搬粒子、並びに特定のタイプの火から発生する煙エアロゾルの検知に好適であるが、その他の火で発生する微小粒子の検知にはいくぶん不向きである。より短い可視波長で動作する固体レーザが好ましいが、そうした従来の固体レーザは、高価であるか、上昇した周囲温度（６０℃）での信頼性のある動作が望めない。こうした困難を克服するために、煙監視装置に適用される、本発明の好ましい実施形態において、可視スペクトルの青の端（４７０ｎｍ）で動作する発光ダイオード（ＬＥＤ）投射器を用いることを決定した。
【００６４】
監視装置構成では、この青の投射器を、光学式検知室内で受光セル軸に対して６０°の角度で設置する（これについては後で詳述する）。監視装置構成ではさらに、９４０ｎｍ（赤外）の基準投射器を同じ角度で設置する。ただし、水平方向では青の投射器に対向させる。投射器の有効な照射円錐角度を１０°とすると、この配置は、そうしない場合には受光セルからあふれる可能性のある背景光を最小化しながら、システム感度を最大化するための相対的に最適な構成を与える。
【００６５】
Weinert (Weinert D,2002:Assessment of Light Scattering from Smoke Particles for a Prototype Duct-mounted Smoke Detector (未発行))は、（たとえば）質量メジアン径が０．３μｍ（であって、実際の幾何学的標準偏差が１．８）である粒子を含む、特定の煙密度（０．１％／ｍ）について、使用した監視装置構成では、無偏光青光源によるこの煙からの発散に起因する受信信号の強度は、単位放射照度あたり４．５Ｅ−８のオーダーであることを確認している。このＷｅｉｎｅｒｔのデータの４７０ｎｍと９４０ｎｍの場合をグラフ化して示したのが図３である。この図が意味する重要なこととして、（煙から散乱した）必要な光信号が受光セルからあふれないように、検知室の壁からの不要な残存反射に起因して受光セルで受光される「背景」光の強度を、投射器のビーム強度より少なくとも８桁低くしなければならない。
【００６６】
一形態では、青の投射器は、５００ｍＡの駆動電流で４０カンデラ（ｃｄ）の光度を有する仕様である。定義によると、１ｃｄでの電力レベルはステラジアン（ｓｒ）当たり１．４６４ｍＷなので、定格電力は、１．４６４×４０＝５８．６ｍＷ／ｓｒである。半角が５°の場合の立体角は２π（１−ｃｏｓ（５））＝０．０２４ｓｒなので、出力電力は５８．６×０．０２４＝１．４ｍＷである。ちなみに、この駆動電力では投射器の電圧降下が４．０Ｖなので、０．１％のデューティサイクルを用いると、投射器への入力電力は０．５×４．０×０．００１＝２．０ｍＷとなり、これは、投射器の最大消費電力定格の１％より小さい。
【００６７】
したがって、パルス投射器の出力電力が１．４ｍＷの場合、受光セルに向かう散乱光信号は、使用された構成では、１．４×４．５Ｅ−８＝６．３Ｅ−５μＷである。このレベルの照射が受光セル（受光モジュール内のＰＩＮフォトダイオード）に向かい、そこで合焦する。受光セルの感度は、４００ｎｍで０．２Ａ／Ｗという仕様であり、４７０ｎｍでは０．３１μＡ／μＷになる。したがって、仕様のレンズ透過率が９２％（コーティングなし）であれば、照射された受光セルで生成される信号は０．３１×６．３Ｅ−５×０．９２＝１．８Ｅ−５μＡである。
【００６８】
一形態では、受光モジュールは、電流電圧変換器とその後に２つの電圧増幅器とを備える３段ＡＣ結合パルス前置増幅器を含む。電流電圧変換器は演算増幅器であり、その反転入力と非反転入力との間にＰＩＮフォトダイオードが差動接続されている（直列抵抗は無視できる）。帰還抵抗は３．９Ｍでよい。（３．９ｐＦによって分流されるので）中域周波数では、１μＡの入力信号に対して、この段の出力は３．９Ｅ６×１Ｅ−６＝３．９Ｖ／μＡになる。仕様のセル照射に対して、出力は３．９×１．８Ｅ−５＝７．０Ｅ−５Ｖ、すなわち７０μＶになる。
【００６９】
後の２段は、一形態では、それぞれが中域利得１０を有する演算増幅器であるので、受光モジュール出力は、仕様の照射に対して７．０ｍＶとなる。信号処理のためのキャリブレーションフルスケール出力レベルは３Ｖであることが可能なので、主増幅器の電圧利得は３／７．０Ｅ−３＝４２９になる。この増幅器は、同様な段を２つ用いるので、１段当たりの利得が２１であることが必要である。実際には、必要に応じてフルスケールで公称０．１％／ｍに対応する感度を与えるための適切な１段当たりの利得が１７であることがわかっている。
【００７０】
明らかに、すべての煙検知器の感度は粒子サイズに依存し、このサイズ（又はサイズ範囲）が指定されてはじめて、意味のある基準を設けることが可能である。しかしながら、Ｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ａｕｓｔｒａｌｉａがキセノン光源を用いて最近作成したＶＥＳＤＡ  Ｍｋ３監視装置は、性能の国際基準として、よくできている。実際、この光源は青の投射器に匹敵する。これは、キセノンランプのスペクトル特性を、ＰＩＮフォトダイオードのスペクトル応答、及び小さなエアロゾル粒子又は分子から散乱する（１／λ４のような短波長に有利に働く）光のスペクトル応答と組み合わせることによって、キセノンベースの監視装置のキャリブレーション用特定波長が４７０ｎｍ（青の投射器と同じ波長）に決定するからである。この理由から、窒素及びＦＭ２００のような、信頼性のある気体を、キャリブレーション用として使用し続けることが可能である（赤外線レーザビーム検知器には使用できない）。
【００７１】
既に述べたとおり、本監視装置は、異なる波長で動作する２つの投射器を用いる。図３に示すように、比較的大きな粒子（>１μ）については、赤外信号によって受光セルで生成される信号のレベルと、青信号によって生成される信号のレベルとが同じになることが設計目標である。受光セルは、９４０ｎｍの赤外波長では０．５５μＡ／μＷ（４７０ｎｍでは０．３１μＡ／μＷ）の感度を有する。９４０ｎｍでもレンズ透過率は９２％のままなので、関連するすべての計算式が線形であり、形状がほぼ同じであることから、赤外の投射器の出力電力を０．３１／０．５５＝０．５６の比率で減らすことが可能である。電流が５００ｍＡの場合の赤外の投射器の電力レベルは３４３ｍＷ／ｓｒなので、青の投射器の電力レベルが５８．６ｍＷ／ｓｒであることに基づくと、赤外の投射器に必要な駆動電流は５００×０．５６×５８．６／３４３＝４８ｍＡになる。偏光フィルタを用いた場合は、このフィルタでの損失を補うために、その駆動電流を増やす必要がある。
【００７２】
必要な、投射器の駆動設定では、第１近似で、検知室の壁からの反射の蓄積による小さな背景信号が、受光セルから見て、どの投射器についても同じ（非常に低い）レベルでなければならない。そのためには、検知室の壁の反射（又は吸収）が、使用波長の違いにほとんど依存しないことが必要である。したがって、検知室内に煙がまったく存在しない状態では、２つのチャネル出力の間の差分電圧がほぼゼロでなければならない（又は、そのように調整可能でなければならない）。
【００７３】
煙を検知室に取り入れると、各チャネルの電圧が上昇するが、チャネル間の差分電圧はゼロでない可能性が高い。この差分電圧は、空気伝搬粒子の性質を示す。図６は、青チャネルから赤外チャネルを引いた結果の感度を示している。この結果を用いると、質量平均径が１μ未満である粒子の存在をハイライトすることが可能である。図６ではさらに、いくつかの入手可能な物質（ポルトランドセメント「粉塵」、トースト、綿のランプの芯、及び香料）から発生する粒子の質量平均径についての公開データを表す線を図示している。ポルトランドセメント「粉塵」（大きな粒子）の場合は差分電圧がゼロ又は微小な負の値になるが、他の３つ（小さな粒子）の場合は、大きな正の値になる。このことは、煙を良好に検知できる状態で、粉塵と区別することが可能であることを示している。
【００７４】
煙エアロゾル中の粒子のサイズは、使用燃料、温度、経過時間、並びに、酸素供給、冷却、及び煙希釈を決定する空気流状態によって大きく変動する可能性がある。図７は、Cleary,Weinert and Mulholland(Cleary TG,Weinert,DW and Mulholland GW,2001:Moment Method of obtaining Partide Size Measures of Test Smokes,NIST) のデータを平均して、４種類の燃料、すなわち、食用油（ホットプレートにのせたガラス皿）、トースト（トースター）、ポリウレタンフォーム（くすぶり）、及びブナ材のブロック（ホットプレート）から発生するエアロゾルのサイズをグラフにしたものである。図に示すように、いずれのケースでも、平均の粒子サイズは最初小さく、だんだん大きくなり、燃料が燃え尽きると小さくなる。一般論として、初期火災の警報をできるだけ早く発するためには、小さな粒子の検知が重要であると言えよう。他のデータでは、エアロゾルの質量濃度のピークが、グラフ化された各期間の後半にあり、最終的には下降することが示されている。
【００７５】
図８は、公開された粒子サイズの順に並んだ、いくつかの物質について予想される、２つのチャネルの相対応答をよりわかりやすく比較したものである。この図では、赤外の投射器の信号を０．６４倍に縮小することによって、応答を、セメント（粉塵の代わり）の応答に対して正規化している。ベイマツ及び硬質ポリウレタンのデータ(Bankstonら;Bankston CP,Zinn BT,Browner RF and Powell EA,1981:Aspects of the Mechanisms of Smoke Generation by Burning Materials,Combustion and Flame no 41 pp273-292)は、放射熱の放出速度の、異なる３つの段階の推移を示しており、これによって、対応する差動電圧シグニチャが生成される。
【００７６】
第１近似として、及び上述の理由から、図８は、標準のキセノンベースの検知器と、現行のレーザベースの（赤外の）検知器との間の、予想される性能の比較と見なすことができる。
【００７７】
さらに、２チャネル監視装置の場合、図８は、熱分解及びくすぶりを伴う初期火災事象に対する感度を、それらの赤外の検知器の４〜５倍まで高め、同時に粉塵に対して誤認警報となる感度を大幅に下げることが可能であることを示している。これは、粉塵フィルタが不要になることを意味している。逆に、汚れを最小化し、それによって、監視装置の保守期間及び全耐用年数を最大化するためには、粉塵フィルタリングを行うことが望ましい。煙も捕捉するような完全な粉塵用フィルタがあれば、その粉塵弁別能力を用いることにより、実際のフィルタを不可避的に通り抜ける微量の粉塵によって不要な警報が発せられることを避けることが可能である。
【００７８】
さらに、チャネルＡは主に粉塵に応答するので、チャネルＡの出力を（数か月間又は数年間測定して）時間積分することによって、煙とは明確に異なる粉塵に対する検知室及びフィルタエレメントの実際の暴露を記録することが可能であり、それによって、（しばしば予測不能な）周囲環境に応じてサービス間隔を決定及び告知することが可能になる。たとえば、粉塵の読み取りが検知された回数の蓄積又はカウントに基づいて、粉塵フィルタのサービス間隔を決定することが可能である。そのカウントが所定のしきい値に達するか、しきい値を超えたときにサービスインジケータを点灯させたり、他の方法で伝達したりすることが可能である。サービスインジケータ回路は、実際の粉塵レベルとその継続期間とを積分することが好ましい。
【００７９】
（対数出力）
上述のとおり、先行技術の検知器は、感度の出力範囲を広くとるために、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を用いて煙レベルデータをマイクロプロセッサに入力する。綿密な設計であれば、ＡＤＣの容量のほぼすべてを用いて最大煙レベル（たとえば、（一般に）２０％／ｍ）が表される。ＡＤＣの動作は、８ビット分解能でも有用である。一方、１０ビット以上のＡＤＣは、より高価であり、より大規模なマイクロプロセッサを要する。１０ビットのＡＤＣであれば、上記の２０％／ｍレベルを２１０＝１０２４ステップに分割して、各ステップが２０／１０２４＝０．０２％／ｍのインクリメントを表すようにすることが可能である。そうすると、ステップは０、０．０２、０．０４、０．０６などとなり、より細かいインクリメントを表すことができない。これは、煙レベルが低い場合には、警報しきい値を細かく設定することが困難な、非常に粗い分解能である、と一般に考えられている。一方、煙レベルが高い場合には、０．０２％／ｍの分解能は不要である。たとえば、警報しきい値を１０．００％／ｍにも１０．０２％／ｍにも設定できることには、あまりメリットがない。したがって、先行技術の検知器の分解能は、低い煙レベルでは粗すぎ、高い煙レベルでは細かすぎると、一般に考えられている。
【００８０】
しかしながら、本発明のこの態様では、上述のそれらの先行技術の不利点を、対数又は十分位数の出力範囲を提供することによって克服する。本発明によれば、その分解能は、所定の煙レベルに対して適切であること、すなわち、煙レベルが低いところでは細かく、高いところでは粗いことが見いだされている。たとえば、本発明において対数出力範囲を用いた場合、低い煙レベルでは警報しきい値を０．０１０％／ｍか０．０１１％／ｍに設定でき、同じケースで、高い煙レベルでは警報しきい値を１０％／ｍか１１％／ｍに設定できる。
【００８１】
言い換えると、煙が非常に変化しやすい物質であること、したがって、煙の密度を有効数字２桁より高い精度で測定することにあまり意味がないことをふまえて、対数出力を採用することにより、煙レベル及び／又はしきい値設定の比較的広い範囲に対して有利な分解能の感度が得られる。
【００８２】
（煙試験の結果）
煙監視装置として構成され、前述の信号レベル解析の開示に従って構築及びセットアップされた本発明を用いて、一連のたなびきを伝導させた。監視装置を２００ｍｍ径の通気ダクトに取り付け、ダクト内を通過する空気をサンプリングするためにプローブをダクト内に挿入した。吸気ファンが、ダクトを通る比較的連続した流れを維持し、同時に、空気伝搬粒子と取り込んだ新鮮空気とを十分に混合するようにした。ダクトからの排気は、煙道を介して行われた。約３５０℃で動作するホットプレートをファン及びダクト吸気口の場所に配置して、小さな燃料サンプルをホットプレート上に置けるようにした。
【００８３】
この構成では、煙と、実験室の空間からダクトに連続的に引き込まれる新鮮空気の圧倒的な流れとが一緒にされて混合されるので、煙はかなり希釈された。この状況は、初期火災の成長の初期段階において大幅に希釈されることが予想される実際の保安対象環境をシミュレートすることを意図したものである。いくつかの異なる燃料サンプルを別々にホットプレート上で加熱して、煙エアロゾルを発生させた。さらに、いくつかの粉塵サンプルも評価した。この場合は、ホットプレートを用いず、ファン及びダクト吸気口のところで粉塵をかきまぜて放出した。
【００８４】
空気伝搬粒子が監視装置に取り込まれた後、２つの監視装置チャネルＡ及びＢの出力を測定して、静かな（清浄な空気の）状態からの電圧偏位を取得した。
【００８５】
その結果、燃料タイプが異なれば、発生する煙エアロゾルの速度も濃度も様々であることが観察された。様々な燃料が加熱され、燃えるにつれ、エアロゾル粒子のサイズが時間とともに変化し、それによって、チャネルＡ及びＢからの相対出力が同調して変化することが推測される。図９は、（測定が整定する過渡事象を考慮した後の）多種類の粒子サイズに対する反応として、チャネルＡに対する比で表されたチャネルＢ出力を示す。これらのデータを比で示したのは、ここでは関心の対象が粒子サイズなので、様々な空気伝搬粒子密度が関与していることを明らかにするためである。各水平バーの長さ及び位置は、各たなびきの過程で発生した比の範囲を表している。多くのケースでは、比は最高値まで急速に上昇し、その後、ゆっくり下降した。いくつかのケースでは、値が下がった期間を経て、再度上昇した。そのようなパターン（シグニチャ）のいくつかは、明確に双峰であることが観察された。
【００８６】
図９はまた、明確に平均粒子サイズの順に並んだこれらの燃料及び粉塵発生源に対する監視装置の相対感度を表している。それによれば、ナイロン管材料は最初、最も小さいサイズの粒子を発生させている（ピーク比５．３）。試験が半分完了した後、比はゆっくり下降する。このとき実際には、燃料がホットプレート上で融解し、比較的長い時間にわたってエアロゾルを発生させている。スチレンフォームの作用も同様である。チャートの下の方にある燃料ほど、黒こげになって固体の炭素質残留物を生成する傾向がある。
【００８７】
熱線試験は、ケーブルが過熱して初期の熱分解に至る状況をシミュレートするために、長さ２ｍのＰＶＣ絶縁電線を、２Ｖ  ＡＣ「スコープ」変圧器から供給される高圧電流を通して加熱したものである。
【００８８】
はんだ樹脂の結果は、短い樹脂芯はんだを融解させた結果であり、その、チャートにおける場所は、比較的大きな粒子（高融点の液滴）が発生したことを示している。
【００８９】
蒸気の結果は、変則的である。発生源である沸騰するやかんから取得される出力読み取り値が非常に小さく、警報を発する状況にならないのに、その比によって、粒子サイズがチャートの下の方に位置するからである。これと異なり、（タルカムパウダーを含む）各種粉塵発生源の場合は、他の発生源はすべて、大きな出力読み取り値を示し、小さいのはチャネル出力比だけであった。
【００９０】
明らかに、煙エアロゾルと粉塵との間には、粒子サイズに関して大きな違いがあるので、本発明を用いて、警報を発する過程で、必要な煙発生源と不要な粉塵発生源とを区別することが可能である。
【００９１】
比が１に近い場合は、チャネルＡ（赤外など）をチャネルＢ（青など）から引いた結果、読み取り値が非常に小さくなり、これらの発生源によって不要な警報が発せられることを避けることが可能であることが理解されよう。この比が１より有意に大きい場合は、チャネルＡをチャネルＢから引いても、警報が発せられる。この引き算の処理によって特定の種類の煙について監視装置の出力を下げることができるのは確かであるが、粉塵発生源による不要な警報を避けることができるという事実によって、監視装置をより高感度で動作させることが可能になる。
【００９２】
さらに、この結果は、多くの燃料において熱分解によって最初に放出される粒子が比較的小さいことを示している公開データと整合性があると考えられる。したがって、ここで用いているタイプの監視装置は、熱分解の最も早い警報を発することが可能である。
【００９３】
（回路説明）
図１０は、煙の検知に有効な本発明の一形態を、ブロック図として概略的に示したものである。この回路は光投射器１及び２のペアを駆動する。各投射器は異なる波長（色）特性及び／又は偏光特性を有する。各投射器は別々に駆動され、短い継続時間（たとえば、０．４ミリ秒）の光パルスを、（たとえば）１５０ミリ秒及び３５０ミリ秒の間隔で交互に発する。これによって空気特性を毎秒２回更新して、低消費電力に見合った高いサンプリングリフレッシュレートを得ることが可能になる。
【００９４】
監視装置室３を通過する空気伝搬粒子から散乱した光の一部が、受光モジュール４内の光電池（図示せず）で受光される。この信号が受光モジュール４で増幅され、利得制御６を含む主増幅器５に渡される。増幅された信号は、（同期検波器７、８のペアと、バッファ付きサンプルホールド回路９、１０のペアとを含む）弁別器に渡される。弁別器は、２つの個々の投射器から引き出された信号を２つのチャネル、すなわち参照符号９で示されたチャネルＡと、参照符号１０で示されたチャネルＢとに分ける。この２つのチャネルは、空気中の粒子の種類についての情報を提供する。チャネルＡは、特に粉塵粒子に応答し、チャネルＢは、主に煙に対して感度を有するが、粉塵に対してもいくらかの感度を有する。これは、粉塵と煙の粒子のサイズ範囲がそれぞれに広く、ある程度重なることがありうるためである。したがって、後続の回路で、加算器１１が、チャネルＡの粉塵の読み取り値を、チャネルＢの煙の読み取り値から引く。この結果として得られる信号は、本質的に煙だけの密度を示す。
【００９５】
この煙密度信号がしきい値検知回路１２に加えられる。この回路は、検知された火災危険性レベルに応じて一連の３つのランプ及びリレー１３を動作させる。これらのランプ及びリレーは、たとえば、Ａ１（警告、又はレベル１）、Ａ２（対策、又はレベル２）、及びＡ３（火災、又はレベル３）として表される。一般に、これらの警報レベルは、不透明度が０．０３、０．０６、及び０．１０％／ｍの場合にほぼ相当する煙密度を示している。ただし、監視装置はこれ以外の設定に較正することも可能であり、信号及び設定は、本発明の個々の応用に適切であるように構成されることが可能であることを理解されたい。
【００９６】
さらに、チャネルＡからの直接出力１４を用いて、煙の密度レベルに関係なく、粉塵レベルがいつ高いかが示される。この出力を、試験、稼動、及び実演の補助に用いることも可能である。この出力はまた、監視装置がいつ粉塵を弁別しているかを示す。
【００９７】
加算器１１に適用される「フェールセーフ」回路として、追加のランプ及びリレー１３を構成することが可能である。これらは、監視装置が適切な感度で正常に動作しない場合に障害警報を発する。加算器１１のアナログ出力はさらに、障害及び警報の告知のリモート処理に用いることが可能である。あるいは、チャネルＡ及びＢのそれぞれのアナログ出力を用いて、障害及び警報の告知のリモートシグニチャ解析及び処理を行うことが可能である。
【００９８】
クロックジェネレータ１５は、必要に応じて適切なタイミング信号を出力することが可能であり、電源部１６は、適切な電圧で回路の全構成要素に電力を網目状に送ることが可能である。
【００９９】
非常に高いレベルの煙又は粉塵が発生しても、弁別器チャネルの出力信号が飽和しないことが必要である。そのような飽和が起こると、２つの投射器から生成された相対信号レベルの情報が失われ、それによって、弁別機能が損なわれる。第１に、増幅器は、（たとえば）飽和信号レベルの半分の信号レベルでフルスケール動作が行われるように、大きな「ヘッドルーム」が設けられている。第２に、自動利得制御が設けられている。弁別器チャネルのＤＣ出力電圧は、飽和レベルに達することがないように、利得制御装置に帰還されている。
【０１００】
（利得制御）
図１１に示すように、演算増幅器の中域利得は、入力抵抗に対する帰還抵抗の比で決定される。図１１のＩＣ３ａの場合の電圧利得はＲ４／Ｒ３であり、ＩＣ３ｂの場合の電圧利得はＲ６／Ｒ５である。高域周波数の折れ点は、Ｃ４・Ｒ４及びＣ６・Ｒ６で決定され、低域周波数の折れ点は、Ｃ１・（Ｒ１／／Ｒ２）、Ｃ３・Ｒ３、及びＣ５・Ｒ５で決定される。増幅器間はＤＣ結合され、ＤＣバイアスはＲ１及びＲ２によって設定される。
【０１０１】
利得制御装置ＩＣ４は、一般に、近接結合されたＬＤＲ（光依存抵抗器）及びＬＥＤ（発光ダイオード）を光密（light-tight）ケース内に含む。ＬＤＲの抵抗値は調整可能であり、その値は、ＬＥＤを通って供給される電流によって決定され、その電流はＲ７によって外部制御される。Ｒ７を通る電流がゼロの場合、ＬＤＲの抵抗値は実質的に無限大であり、１０〜２０ｍＡの電流が流れると、抵抗値は、１０ｋΩ〜１００ｋΩの範囲まで下がる。一般には、このＬＤＲは、Ｒ４又はＲ６の両端に接続される。この接続の場合は、動作中に高域周波数の折れ点（Ｃ４・Ｒ４又はＣ６・Ｒ６）が上昇し、それによって、増幅器の望ましい周波数応答及び位相特性が乱れるという不利点がある。さらに、この接続では、利得制御のダイナミックレンジが不十分であることがわかっている。
【０１０２】
この２段の回路は増幅信号に対して非反転なので、ＬＤＲを、第２段（ＩＣ３ｂ）の出力から第１段（ＩＣ３ａ）の入力にかけて接続することが可能である。これにより、使用できる有効なダイナミックレンジが大幅に広がる。さらに、ＩＣ４が動作状態になっても、折れ点Ｃ４・Ｒ４及びＣ６・Ｒ６はいずれも影響を受けない。
【０１０３】
Ｒ７を駆動する電流は、信号レベルが十分大きくなるまで利得制御動作が有効にならないようにツェナーダイオードＤ５及びＤ６を介して、チャネルＡ及びチャネルＢのサンプルホールド電圧信号（高位から低位に変化する）から得られる。
【０１０４】
重要なことに、ＬＤＲ、ＬＥＤ、及びツェナーダイオードの組み合わせの特性は、急峻でも線形でもない。その特性は非線形であり、対数利得関数を与える効果を有する。利得が急峻に変化すると、動作が不安定又は不規則になる。信号レベルが高くなると利得が急に低下し、これによって出力が急に低下し、これによってＩＣ４の駆動電圧が低下し、これによって利得が再び上昇するからである。この結果、警報出力リレーにチャタリングが発生する可能性がある。非線形設計は、入力が高レベルに上昇したときの出力増加が小さくなるよう考慮したものであり、これによって制御のダイナミックレンジが広くなる。
【０１０５】
この監視装置の通常のフルスケール感度は、最高警報しきい値（「火災」）に対応して、０．１％／ｍの不透明度に対応し、このレベルより下で中間的な警報しきい値が使用可能である。また、この対数特性を用いて、警報出力しきい値を、警報のレベルが高いほど非線形領域に入るように決めることも可能である。この方法により、０．０１％／ｍのような非常に低い煙密度で第１レベル警報（「警告」）を発することが可能な分解能を与え、警報の最高レベルを１％／ｍ、１０％／ｍ、あるいはさらに高い煙密度まで上げることが可能である。
【０１０６】
（検知室の光学）
図１２は、様々な波長及び／又は偏光で動作する投射器の光線図である。明確にするために、例示的な光線を、それらの位置がビームの中心１２０１、左端又は右端１２０２にある場合について示した。実際には、これらのビームは、短いパルス継続時間で交互に動作する。図に示すように、ビームは、検知室の中央の監視領域（ゾーン）１２０７を通るように、レンズ付き投射器本体１２０３、１２０４によって形成され、絞り１２０５、１２０６によって制限される。このゾーン１２０７を煙又は粉塵が通過すると、ビームエネルギーのわずかな一部がこれらの粒子から様々な方向に散乱する。このエネルギーの一部が主受光絞り１２０８の方向に散乱し、そこから、レンズ１２０９に入る。レンズ１２０９は、このエネルギーを受光セル１２１０内の光電池に合焦させる。この経路では中間絞りが避けられていることに注目されたい。これは、検知室内で反射して、不適切な方向から来る迷光が、それらの中間絞りに反射してレンズに入る可能性があるからである。
【０１０７】
直接ビーム１２０１、１２０２は吸収ギャラリー１２１１に入り、そこで、高吸収壁１２１２での複数の反射によって光エネルギーが消散する。ギャラリーは、残存光が出現可能になる前に多くの反射を発生させるために、複数の反射をギャラリーの最奥端１２１３に誘導するように設計されている。この吸収と主絞り形状とを、検知室及びビーム絞りと組み合わせると、最初のビームの残存光によって、煙又は粉塵の粒子から散乱した光があふれることを避けられる。
【０１０８】
光線１２１４は、受光レンズ及び主絞りによって、光電池に対する感度がよくなる領域を示している。図に示すように、この、感度のよい領域は、監視ゾーン１２０７内で合焦するが、光電池１２１０は、光軸に沿って、そのゾーンの先まで感度を維持する。この拡張された感度は、検知室の最奥端で、吸収領域１２１５によって制限される。設計意図は、投射器１２０３、１２０４からのごくわずかの光エネルギーがこの吸収領域に落ちるようにすることである。これらの光エネルギーは、粒子から散乱した光をあふれさせる傾向がある。この不要な光は、主に、投射器絞り１２０５、１２０６からの反射から発生する。この吸収領域を隠すことと、迷光をこの領域の外に反射させることとを組み合わせると、そのあふれる光を最小にすることが可能である。さらに、吸収領域の壁は、投射光を吸収するように黒色であることが好ましい。
【０１０９】
図１３は、投射器絞り１２０５、１２０６からの反射で発生する、典型的な、不要な光線を示す。これらは、中央の吸収領域１２１５に達することを妨げられている。この図はまた、主絞り１２１７を通過して、受光ギャラリー１２１８内で吸収される不要な光線１２１６も含んでいる。さらに、主絞り１２１７に反射した不要な光線１２１９は、受光モジュール１２１０内で光電池の軸外で合焦するように示されており、（図１４の１４０１に示すように）受光モジュール１２１０内で光電池絞りによって避けられている。
【０１１０】
これらすべての方法の組み合わせは、空気伝搬粒子から散乱した光があふれるのを避けるように動作する。この課題の困難さは、散乱光の強度が一般に投射器の光より１億倍低いという事実からわかる。
【０１１１】
図１２に示したように、投射器からの光１２０２の中央の円錐内の明るさは、検知室内での１次の明るさであると見なされる。この明るい光は、吸収ギャラリー１２１１に誘導され、吸収ギャラリー１２１１内で複数の反射を経て効率的に吸収される。この中央の円錐角の外側は、投射器の光学的諸特性と投射器絞りからの反射とによってもたらされる２次の明るさ１２２０である。ゆえに、投射器絞り部分は、全体として、様々な方向に明るいと見なされなければならない。したがって、投射器絞りを受光器又はレンズ絞りの視界から隠さなければならないが、これは主絞り１２１７の位置決めによって達成される。このように投射器絞りを隠すために、投射器絞り１２０５、１２０６の最外端から、主絞り１２１７の最内端を経て、レンズ絞り１２２２の最外端に至る線（図１３の破線）によって検知室形状を設定する。これは、本発明の実施形態の目的が、実用可能な最小限のサイズで最大限の感度の監視装置を作成することであることを特徴づける形状である。
【０１１２】
主絞り１２１７は、投射器の中央の円錐１２０２の外側にあって、投射器絞り１２０３、１２０４からの２次の明るさの光１２２０にさらされる。したがって、主絞り１２１７は、３次の明るさの光１２１９を様々な方向に反射する。この説明での「〜次の明るさ」は、必ずしも１０倍を意味するものではないことに注意されたい。黒色の表面が投射光の９９％を吸収し、反射するわずか１％が非鏡面反射による散乱でさらに減衰すると、明るさは１０００分の１以下まで減衰しうる。したがって、３次の明るさは、厳密な測定値ではなく、相対的な目安を与える。この３次の明るさの光１２１９のわずかな一部がレンズ絞り１２０８及びレンズ１２０９に向かって反射される。図１４に示すように、レンズ１２０９がこの不要な光１２１９を受光セル１２１０の軸外で合焦させ、不要な光１２１９は受光絞り１４０１によって行く手をふさがれる。焦点距離が相対的に長く、主絞りが広い両凸レンズを用いると、主絞り１２１７に反射した不要な光線（軸外）を受光セル１２１０の脇に落とすことが可能であり、その光線を受光絞り１４０１によって減衰させることが可能である。
【０１１３】
不要な光を必要な光と分離する制御を行うには、レンズの合焦を比較的精密に制御することが必要であると考えられていた。そこで、（図１５に示す）焦点距離が比較的短い非球面レンズ１５０１が提案された。そのようなレンズは、受光セルの表面全体の端から端までの合焦を厳密に制御することによって、球面収差を回避し、写真品質の画像を形成することが可能である。図１５は、そのようなレンズ１５０１が、監視ゾーン１２０７（図１２）で検知された粒子から受光した散乱光を合焦させる動作を示している。図１５はまた、主絞り１２１７及び受光セル１２１０とレンズ１５０１との位置関係を示している。図１６は、その一方で、そのような非球面レンズを用いると、主絞りに反射した不要な光の一部が受光セルに落ちることを示している。これによって、必要な光があふれる。
【０１１４】
図１２では、（２つの凸面を有する）比較的厚い両凸レンズが用いられており、これをより詳細に示したのが図１４及び１７である。図１４に示すように、不要な光１２１９は軸外方向から到達するため、このタイプのレンズ１４０２の球面収差が光線の２つの集合をより分離する方向に作用する。この分離は、比較的長い焦点距離を用いることによってさらに助長される（そして、分離は焦点距離に比例することがわかっている）。図１７に示すように、両凸レンズ１４０２の使用が可能であるのは、受光セル１２１０で正確な写真画像を形成する必要がないからである。必要なのは光を集めることだけであって、焦点は、関係する光線経路ほど重要ではない。このように、検知された粒子からの散乱光の相対的最大量が（図示したように、照射された受光セル１２１０の表面のほとんどすべてに光が当たるように）受光セルに落ちることが可能であって、不要な光が、上述のように受光絞り１４０１によって受光セルからブロックされるか、受光セルの脇にそれるように、受光セル１２１０及びレンズ１４０２の形状が決定されることが好ましい。
【０１１５】
（流体力学）
流体力学の立場からの検知室の設計は、非常に重要である。本発明の一実施形態は、通気ダクトを通過する空気の、連続的であって微量ながら代表的なサンプルを収集する小型ダクトプローブ（たとえば、やはり本発明者による、同時係属中の米国特許出願第２００３／００１１７７０号で開示されているプローブ）を含む。
【０１１６】
図１３に示すように、環境からサンプルされた、空気などの流体は、吸気口１３０１から本発明の検知室に引き込まれ、検知室及び監視ゾーン１２０７（図１２）を通過し、排気口１３０２から排出される。サービス間隔を長くするために、粉塵を効率的に除去できる比較的大きなフィルタ１３０３を、大きな損失水頭（圧力低下）をこうむることなく用いることが可能である。使用が好ましいタイプのフィルタは、深さがあり、穴が大きく、セルが開いたフォームフィルタである。フィルタが除去するように設計される最小の粉塵粒子は、一般に、フィルタの穴サイズの平均より少なくとも１０倍小さい。粉塵の除去は、ブラウン運動（速い熱振動）の結果、達成される。粉塵粒子は、ブラウン運動によって、実際のサイズより何倍も大きいかのように作用し合う。粉塵は、深いフィルタを空気流が通過する際に統計的に除去されるので、有害と考えられるほとんどすべての粉塵が、空気流がフィルタ出口１３１４から出るまでに除去される。これによって、その先の検知室内での粉塵の蓄積（汚れ）が最小限になり、保守期間が大幅に延びることがわかっている。一方、フィルタの開いた構造により、先行技術の吸気式煙検知器で発生した重大な問題、すなわち、時間が経つにつれ煙粒子が除去されるようになり、感度が低下する問題は回避される。さらに、このフィルタは、フィルタに粉塵が蓄積されるにつれてフィルタ内の損失水頭が目立って増えるタイプのフィルタではない。
【０１１７】
一般に、煙粒子は０．０１〜１ミクロンの範囲にあり、空気伝搬粉塵粒子は１〜１００ミクロンの範囲にある。しかしながら、現実には、最小規模の粉塵粒子が最大規模の煙粒子より小さいため、１ミクロンの境界にいくらかの重なりが存在する。したがって、フィルタが完全な粉塵捕捉器でなければならないというのは適切ではない。したがって、煙に対する感度の低下を防ぐには、ほんのわずかの粉塵粒子がフィルタを通過するようにしなければならない。これについては別の方法で対応する必要がある（後で開示する）。
【０１１８】
フィルタ１３０３の両側に左右対称のディフューザ１３１２、１３１３がある。フィルタの出口面１３１４はディフューザ１３１３に向けられていて、ディフューザ１３１３は、空気流を効率的に再結合し、空気流の向きを９０°回転させ、空気流を通路１３０４に渡す。本発明の好ましい実施形態では、この通路は、吸気管の５倍程度の断面積まで狭くなり、そのため損失が非常に低いままで、局所的な空気速度が、フィルタの出口面１３１４での空気速度の８倍程度になる。
【０１１９】
好ましい実施形態では、２つのセンサ素子１３０５、１３０６が取り付け可能であり、一方のセンサ素子１３０６はフィルタの出口に、もう一方のセンサ素子１３０５はこの狭い領域１３０４内に取り付け可能である。この配置では、センサ１３０６は、フィルタを出る相対的に非常に低速の空気流にさらされるので、センサはほとんど冷却されない。このセンサ１３０６は、シュラウド１３０７によってさらに冷却から保護される。一方、センサ１３０５は、格段に高速の空気流に比較的完全にさらされ、したがって、センサ１３０６よりも実質的に冷却される。２つのセンサ１３０５、１３０６は、同じ周囲空気温度にさらされることが好ましい。既知の温度依存性を有する同等の素子を利用できることが好ましく、それによって、それらの素子がさらされる異なる空気流速度に起因する異なる冷却率を用いて、各センサ間で異なる電圧を発生させることができ、それによって、周囲空気温度にほとんど依存しない形で空気速度の測定値を与えることが可能である。
【０１２０】
これらのセンサは、米国特許第４７８１０６５号で開示されているタイプのセンサであることが可能であるが、本発明の装置におけるセンサの位置は独特である。
【０１２１】
さらに、本発明の装置では、それらのセンサは、ダクトフィルタ１３０３を通過した後の空気流にさらされるので、汚れは最小限になる。汚れがあると、センサ１３０５、１３０６の冷却特性の妨げになり、それによって、空気流測定回路の正確さが損なわれる。
【０１２２】
空気流は、さらに先のディフューザ１３０８まで続く。ディフューザ１３０８は、投射器１２０３（図１２）の光吸収ギャラリー１３０８でもある。空気流が吸収ギャラリー１３０８の開口部に達すると、方向の変化が与えられ、速度が吸気管での速度の２５分の１程度以下まで下がる。したがって、ギャラリー１３０８を通過し、監視ゾーン１２０７（図１２）を横切り、第２のギャラリー１３０９に入る空気流においては、損失がほとんど発生しない。ここでの速度は比較的低いので、空気流内に粉塵粒子が残っているとすれば、それらは、（フィルタ１３０３の効果で）数も少なく、サイズも小さく、運動量が非常に小さいので、遠心力によって流体中の浮遊から遠心分離されることがなく、それによって、監視ゾーン１２０７の近傍内で汚れになる可能性が最小限になる。粉塵粒子の遠心分離の傾向があるとすれば、それらの運動量の方向は、それらの粒子が無害のままで主オリフィス１２１７からそれていく方向であろう。
【０１２３】
空気流は、第２の吸収ギャラリー１３０９のほうに引き込まれ、ディフューザの動作によって、徐々に、かつ、効率的に加速され、排気口１３０２の方向を向く。排出空気は、前述の米国特許第４７８１０６５号の記載のように、サンプリング環境（ダクトなど）に効率的に戻っていく。
【０１２４】
空気流が、損失を最小限にし、層流を助長するように、一連の段階を通過する様子を説明した。したがって、検知室は、新鮮な空気サンプルによって、非常に効率的かつ迅速に一掃され、煙の残留が最小限になる。大きな断面積の場所で局所的に速度が低くなるにもかかわらず、煙レベルの変化に対する検知室アセンブリの応答はまったく敏速であり、煙監視警報の目的に好適であることが明らかになった。
【０１２５】
本発明の監視装置の中では圧力低下がほとんどないので、監視装置内部のどの場所でも絶対圧力は、ダクト内部の圧力と同等である。ダクト内部と、監視装置が設置される周囲環境との間に大きな圧力差がある可能性があるので、監視装置は、良好な圧力シールを維持して、どのポイントでも漏れがないようにしなければならない。漏れの可能性は、検知室の同等な半分同士をフラットなはめあいフランジ１３１０で結合することを含む、検知室の設計によって最小限になる。したがって、検知室の密閉には、フラットなガスケットが１つだけ必要である。一実施形態では、厚みのある独立気泡フォームのガスケットが、検知室フランジの偏平度のばらつきに容易に適合して、プラスチック射出成形において起こりうる微量のそりやゆがみを吸収できるので好ましい。検知室の、特に監視ゾーン１２０７付近の、検知室壁の光吸収特性に敏感な領域は、小さなリム１３１１を延長して、検知室の半分同士の中央結合部で一緒にすることによって、ガスケットから隠されている。検知室の半分同士の実際の接合は、これらのリムの場所でのみ行われることが好ましい。これによって、はめあい部品の偏平度についての製造上の要求が大幅に簡素化される。
【０１２６】
ここまでの説明は、ダクトプローブの使用を念頭においたものであるが、本発明の他の実施形態では、プローブを他の手段に置き換えて、監視対象の流体サンプル（空気など）を取り込むことが可能である。この、他の手段（米国特許第４７８１０６５号で開示されている）は、２０ｍｍ径などの小口径パイプ内のベンチュリ装置であることが可能である。このパイプは、ベンチュリの上流又は下流に設置された吸気ポンプ又はファン（吸気装置）に接続されることが可能である。下流に設置された場合は、１つの吸気装置に複数の監視装置を接続することが可能である。各監視装置の上流で、小口径パイプが火災ゾーン全体にわたって伸びることが可能である。流体が監視又は検知される領域又はゾーンに伸びる網又はノズルとして、サンプリングパイプを構成することが可能である。前記各パイプはノズルを含むことが可能である。前記各パイプ及びノズルは、多数の小さな穴を含み、各穴の近傍の空気を穴からパイプに吸引することが可能である。そのような穴のすべてから集められた空気サンプルは、断続的に、又は比較的連続的にベンチュリのほうへ引き込まれる。ベンチュリは、パイプ内の空気の一部が監視装置に引き込まれ、監視装置の空気流がパイプに戻るまでに煙又は粉塵の存在が感知されるように設計されている。その後、すべての空気が吸気装置に吸引され、排気される。
【０１２７】
ダクトプローブ又はベンチュリの場合は、使用可能な空気の一部だけが監視装置を通過することが好ましいことに注意されたい。この、空気の一部（サンプル）は、メインの空気流と同じ密度の煙及び／又は粉塵を含む。しかしながら、監視装置を通過する空気流を慎重に最小化することによって、粉塵フィルタ内の粉塵の蓄積率を最小化することが可能であり、それによって、監視装置の感度に影響を及ぼすことなく、保守間隔を最大化することが可能である。
【０１２８】
本発明のさらなる代替実施形態では、ベンチュリを用いる代わりに、監視装置を小口径チューブ（たとえば、内径が５ｍｍのもの）に直接接続することが可能である。これは、小口径チューブを数メートル程度の短い距離で用いる場合に好適であり、この場合はすべての空気流が監視装置を通過するが流速が小さくなるので、必ずしも保守間隔に影響するとは限らない。小口径チューブを長い距離で用いる場合に応答時間を短縮しようとすると、圧力低下が非常に大きくなり、必然的に吸気装置の圧力が高くなり、エネルギー消費が大きくなる。
【０１２９】
（監視装置の取り付け）
図１８に示すように、監視装置１８０１（たとえば、本発明による監視装置）を、取り付けタブ１８０３を用いて、平らな側面、円形の表面、又は他の形状の表面（ダクト１８０２など）に取り付けることが可能である。監視装置１８０１は、たとえば、ねじ、又は他の好適な手段（図示せず）によって固定することが可能である。監視装置を取り付ける際には、タブ１８０３を、監視装置を固定する場所の表面に適合するように、単純に曲げる。たとえば、図１８に示すように、ダクトに取り付ける際に、タブがダクトの表面に適合するまでタブを曲げる。このダクトは、２００ｍｍ（８インチ）径ほどの小ささでもよい。タブ１８０３は、監視装置１８０１のハウジングと一体化していてもよい。この場合は、ハウジングに形成された溝穴（図示せず）でタブの動く範囲を定め、タブを変形させずに曲げることが可能になるので、ダクト表面又は他の取り付け表面にタブをしっかり固定することが可能である。
【０１３０】
本発明の特定の実施形態との関連で本発明を説明してきたが、さらなる修正が可能であることが理解されよう。本出願は、本発明の原理に一般的に従う、本発明のあらゆる変形形態の使用及び翻案を包含するものであり、本発明に関連し、かつ、これまでに説明した本質的な特徴に適用可能な技術における、既知の、又は慣例的な実施に含まれる、本開示からの逸脱を含む。
【０１３１】
本発明は、本発明の本質的特徴の趣旨から逸脱することなく様々な形態で実施可能であるので、前述の実施形態は、特に断らない限り、本発明を限定するものではなく、むしろ、添付の特許請求項で定義される、本発明の趣旨及び範囲にあまねく含まれるものであると解釈されるべきであることを理解されたい。様々な修正及び等価な構成は、本発明並びに添付の特許請求項の趣旨及び範囲に含まれるものとする。したがって、個々の実施形態は、本発明の原理を実施することが可能な様々な方法を例示したものであると理解されたい。添付の特許請求項におけるミーンズプラスファンクション条項は、定義された機能、及び構造的等価物のみならず等価構造物を実施するものとして構造物を包含するものとする。たとえば、釘が円柱状の表面を用いて木製部品同士を固定するのに対し、ねじはらせん状の表面を用いて木製部品同士を固定するという点において、釘とねじとは構造的等価物ではないと言えるが、木製部品同士を固定するという状況においては、釘とねじとは等価構造物である。
【０１３２】
本明細書で用いた場合の「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ／ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、提示された特徴、整数、ステップ、又は構成要素の存在を明示する意味であるが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、構成要素、又はこれらからなる群の存在又は追加を除外しない。
【符号の説明】
【０１３３】
１，２  光投写器、  ４  受光モジュール、  ５  主増幅器、  ９，１０  バッファ付きサンプルホールド回路、  １１  加算器、  １２  しきい値検知回路、  １３  リレー、  １４  直接出力、  １５  クロックジェネレータ、  １６  電源部、  １７  監視装置室、  １２０１，１２０２  直接ビーム、  １２０３，１２０４  レンズ付き投射器本体、  １２０５，１２０６  絞り、  １２０８  主受光絞り、  １２０９  レンズ、  １２１０  受光セル、  １２１１  吸収ギャラリー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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