(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視空間に音波を提供する音波発生部と、前記音波発生部を制御する制御部と、前記監視空間を介して音波発生部からの音波を受信する音波受信部と、前記音波受信部の出力を用いて前記監視空間の異常を検知する信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、前記音波受信部の出力と基準値との間の差に基づいて前記監視空間の煙濃度を推定する煙濃度推定部と、前記煙濃度推定部によって求めた煙濃度を所定の閾値と比較した結果に基づいて前記異常を判定する煙濃度判定部とを含み、上記音波は、20kHz以上の周波数を有する超音波であり、上記音波発生部は、通電による発熱体の温度変化により空気に熱衝撃を与えて超音波を発生させる超音波発生部であり、上記音波発生部は、異なる周波数を有する複数の音波を提供する機能を有し、上記信号処理部は、上記音波発生部の提供する音波の周波数と上記音波受信部の出力との間の関係を示すデータを記憶する記憶部と、前記複数の音波の各々を実際の監視空間に提供して得られる上記音波受信部の出力と前記記憶部のデータとを用いて、前記監視空間に存在する煙粒子の種類を決定する煙粒子判定部とを有し、上記煙濃度推定部は、前記煙粒子判定部によって決定された煙粒子が監視対象として予め決められた粒子と一致する時、前記監視空間の煙濃度を推定し、前記記憶部のデータは、上記監視空間に存在する煙粒子の種類を互いに異ならせ、また、各煙粒子の種類において煙濃度を互いに異ならせた複数のテスト条件下のそれぞれにおいて予め調べられたものであることを特徴とする音波式煙感知器。
【請求項２】
上記記憶部に記憶されるデータは、基準状態にある監視空間を介して音波を受信した場合の上記音波受信部の出力と、実際の監視空間を介して音波を受信した場合の上記音波受信部の出力の間の差として定義される出力変化量と上記音波発生部の提供する音波の周波数との間の関係、または前記出力変化量を所定の基準値で除した出力変化率と上記音波発生部の提供する音波の周波数との間の関係のいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の音波式煙感知器。
【請求項３】
上記音波発生部は、異なる周波数を有する複数の音波を提供する機能を有する単一の音波発生素子からなり、上記制御部は、前記複数の音波が順次監視空間に提供されるように前記音波発生素子を制御することを特徴とする請求項１に記載の音波式煙感知器。
【請求項４】
上記音波発生部は、所定周波数の音波を定期的に監視空間に提供し、上記信号処理部は、当該所定周波数の音波を監視空間に提供して得られる上記音波受信部の出力に基づいて、前記音波発生部の制御条件と前記音波受信部の出力の信号処理条件の少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項１に記載の音波式煙感知器。
【請求項５】
上記音波発生部は、ベース基板、前記ベース基板上に設けられる発熱体層と、前記発熱体層と前記ベース基板との間に設けられる多孔質構造の熱絶縁層とを含むことを特徴とする請求項１に記載の音波式煙感知器。
【請求項６】
上記制御部は、単パルス状の超音波を監視空間に提供するように上記超音波発生部を制御することを特徴とする請求項１に記載の音波式煙感知器。
【請求項７】
上記信号処理部によって異常が検知されると、上記制御部は監視空間に提供する超音波とは異なる可聴域の周波数の警報音を発するように上記音波発生部を制御することを特徴とする請求項１に記載の音波式煙感知器。
【請求項８】
上記信号処理部は、音波発生部から音波受信部に音波が到達するまでに要する時間に基づいて音速を求める音速検出部と、前記音速に基づいて前記監視空間の温度を推定する温度推定部と、前記温度推定部によって推定された温度を所定の閾値と比較した結果に基づいて監視空間の異常を判定する温度判定部とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の音波式煙感知器。
【請求項９】
上記信号処理部は、上記煙濃度判定部と上記温度判定部の判定の少なくとも一方が異常である場合、火災有りと判定する火災判定部をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の音波式煙感知器。
【請求項１０】
上記温度推定部によって推定された温度に応じて、前記音波発生部から提供される音波の周波数を上記音速検出部によって求めた音速を用いて補正する周波数補正部をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の音波式煙感知器。
【請求項１１】
内空間が音波の伝播路として使用され、上記音波発生部と上記音波受信部の間に配置して音波の拡散範囲を狭める筒体を有することを特徴とする請求項１に記載の音波式煙感知器。
【請求項１２】
上記音波発生部は、上記筒体の音波入射口に対向するように配置される音波発生面を有し、前記音波発生面の面積は、前記音波入射口の開口面積と同一もしくはそれ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の音波式煙感知器。
【請求項１３】
上記制御部は、上記筒体に固有の共振周波数の超音波を、少なくとも筒体の長手方向の両端間を超音波が伝搬するのに要する伝搬時間よりも長い送波時間に亘って連続的に監視空間に提供するように上記音波発生部を制御することを特徴とする請求項１１に記載の音波式煙感知器。
【請求項１４】
上記筒体は長手方向の両端面が閉じており、一方の端面に前記音波発生部が配置され、長手方向に沿う側面のうち前記音波発生部からの音波による圧力変化が最大となる位置に上記音波受信部が配置されることを特徴とする請求項１３に記載の音波式煙感知器。
【請求項１５】
上記制御部は、上記筒体の内部空間における長手方向の寸法を自然数で除した長さの波長の音波が監視空間に提供されるように上記音波発生部を制御し、上記音波受信部は、上記筒体の長手方向の中央部に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の音波式煙感知器。
【請求項１６】
上記音波発生部からの音波を上記音波受信部に向けて反射する反射部材を有することを特徴とする請求項１に記載の音波式煙感知器。
【請求項１７】
上記制御部は、上記音波発生部から提供され、上記音波受信部で受信される音波の伝搬距離に基づく共振周波数の音波が、音波発生部から音波受信部に前記音波が伝搬するのに要する伝搬時間よりも長い時間に亘って連続的に監視空間に提供されるように上記音波発生部を制御することを特徴とする請求項１６に記載の音波式煙感知器。
【請求項１８】
上記反射部材は、上記音波発生部に隣接して配置される第１反射板と、上記監視空間を介して第１反射板に対向するように上記音波受信部に隣接して配置される第２反射板とを含むことを特徴とする請求項１６に記載の音波式煙感知器。
【請求項１９】
上記第１反射板と第２反射板の少なくとも一方は、上記監視空間に面する凹型曲面を有することを特徴とする請求項１８に記載の音波式煙感知器。
【請求項２０】
上記音波発生部は、外部空間から煙が侵入可能な監視空間に音波を提供する第１音波発生部と、煙が侵入できない参照空間に音波を提供する第２音波発生部とを有し、上記音波受信部は、前記第１音波発生部からの音波を受信する第１音波受信部と、第２音波発生部からの音波を受信する第２音波受信部とを有し、上記信号処理部は、第１音波受信部および第２音波受信部の出力を用いて、上記監視空間の異常を検知することを特徴とする請求項１に記載の音波式煙感知器。
【請求項２１】
上記煙濃度推定部は、上記第１音波受信部の出力と基準値との間の差に基づいて上記監視空間の煙濃度を推定し、上記第１音波受信部の出力を、上記第２音波受信部の出力の経時変化に基づいて補正する出力補正部をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の音波式煙感知器。
【請求項２２】
上記音波発生部と上記音波受信部の間に配置され、内空間が音波の伝播路として使用される筒体を含み、前記筒体は、内空間を前記監視空間と前記参照空間とに分割する仕切壁を有し、前記監視空間を提供する前記筒体の一部は、外部空間から監視空間内に煙が侵入可能な大きさの連通孔を有し、上記第１音波発生部と上記第２音波発生部は、前記監視空間と前記参照空間の両方に同時に音波が提供されるように、前記筒体の一端部に配置される単一の音波発生素子で構成され、上記第１音波受信部と上記第２音波受信部は、前記単一の音波発生素子から提供された音波を前記監視空間と前記参照空間のそれぞれを介して受信するように前記筒体の他端部に配置されることを特徴とする請求項２０に記載の音波式煙感知器。
【請求項２３】
上記参照空間は少なくとも煙を侵入させない大きさの微細孔を有する煙遮蔽部を有することを特徴とする請求項２０に記載の音波式煙感知器。
【請求項２４】
上記制御部は、第１音波受信部および第２音波受信部の出力が同一周波数且つ同一位相となるように、第１音波発生部および第２音波発生部を同期させて制御し、上記信号処理部は、第１音波受信部および第２音波受信部の出力の差に相当する差動出力を用いて前記異常を検知することを特徴とする請求項２０に記載の音波式煙感知器。
【請求項２５】
上記第１音波発生部および上記第２音波発生部の各々は、異なる周波数の複数の音波を提供する機能を有し、上記信号処理部は、監視空間に存在する煙の種類および煙濃度の異なる複数のテスト条件下で予め調べた上記第１音波発生部の提供する音波の周波数と上記差動出力との間の関係を示すデータを記憶する記憶部と、前記複数の音波の各々を実際の監視空間に提供して得られる上記第１音波受信部の出力と前記記憶部のデータを用いて、監視空間に存在する煙粒子の種類を決定する煙粒子判定部とを有し、上記煙濃度推定部は、前記煙粒子判定部によって決定された煙粒子が監視対象として予め決められた煙粒子と一致する時、前記監視空間の煙濃度を推定することを特徴とする請求項２４に記載の音波式煙感知器。
【請求項２６】
上記記憶部に記憶されるデータは、上記差動出力を上記第２音波受信部の出力で除した値と上記第１音波発生部の出力する音波の周波数との間の関係を含むことを特徴とする請求項２５に記載の火災感知器。
【請求項２７】
上記監視空間と上記参照空間との間には隔壁が配置され、上記監視空間は第１音波発生部と前記隔壁の一表面との間に定義され、上記参照空間は、第２音波発生部と前記隔壁の反対側の表面との間に定義され、第１音波受信部と前記第２音波受信部は前記隔壁に配設されるとともに、上記監視空間に面する第１受波部と上記参照空間に面する第２受波部とを有する単一の差動型音波受信部によって構成され、前記差動型音波受信部は、上記制御部が第１音波発生部および前記第２音波発生部を同期させて制御する時、前記第１受波部で受波した音波と前記第２受波部で受波した音波の間の音圧差を前記差動出力として提供することを特徴とする請求項２４に記載の音波式煙感知器。
【請求項２８】
上記信号処理部は、第２音波発生部のみから音波を参照空間に提供した時の上記差動型音波受信部の出力を参照値として計測し、前記参照値の経時変化に基づいて上記差動出力を補正する出力補正部をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の音波式煙感知器。
【請求項２９】
上記音波発生部は、上記音波受信部が感度を有する固定周波数よりも高い周波数の第１音波を提供する第１音波発生部と、前記第１音波の周波数よりも前記固定周波数だけ高い周波数の第２音波を提供する第２音波発生部とを有し、上記制御部は、前記第１音波と第２音波を同時に監視空間に提供するように、第１音波発生部と第２音波発生部を制御し、上記音波受信部は、前記第１音波と第２音波とが監視空間において互いに干渉して得られるビート波を受信することを特徴とする請求項１に記載の音波式煙感知器。
【請求項３０】
内空間が音波の伝播路として使用され、上記第１音波発生部と上記音波受信部との間に配置して音波の拡散範囲を狭める第１筒体と、内空間が音波の伝播路として使用され、上記第２音波発生部と上記音波受信部との間に配置して音波の拡散範囲を狭める第２筒体とを含み、前記第１筒体の音波放射口から提供される音波と前記第２筒体の音波放射口から提供される音波が、前記音波受信部の手前で互いに干渉するように、前記音波受信部に対して前記第１筒体および第２筒体を配置することを特徴とする請求項２９に記載の音波式煙感知器。
【請求項３１】
内空間が音波の伝播路として使用され、上記第１音波発生部と上記第２音波発生部の一方と上記音波受信部との間に配置して音波の拡散範囲を狭める筒体を含み、前記筒体の音波放射口から提供される音波が、上記第１音波発生部および上記第２音波発生部の他方から提供される音波と上記音波受信部の手前で干渉するように、前記音波受信部に対して前記筒体を配置することを特徴とする請求項２９に記載の音波式煙感知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波、好ましくは超音波を用いた煙感知器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、煙感知器は、火災時などに発生する煙を感知して火災警報を発生する火災感知器として広く利用されている。煙感知器としては、例えば、特開２００１−３４８６２号公報に記載されている散乱光式煙感知器や、特開昭６１−３３５９５号公報に記載されている減光式煙感知器がある。【０００３】
散乱光式煙感知器は、発光ダイオード素子よりなる投光素子から監視空間に照射された光の煙粒子による散乱光をフォトダイオードよりなる受光素子で受光するように構成されたものであり、監視空間に煙粒子が存在すれば散乱光が生じることによって受光素子での受光量が増大するから、受光素子での受光量の増加量に基づいて煙粒子の存否を検知できる。しかしながら、迷光対策としてラビリンス体を設ける必要があるので、空気の流れが少ない場合には、火災発生時に監視空間へ煙粒子が侵入するまでの時間が長くなり、応答性に問題がある。【０００４】
一方、減光式煙感知器は、投光素子から照射された光を受光素子により直接受光するように構成されたものであり、投光素子と受光素子との間の監視空間に煙粒子が存在すれば受光素子の受光量が減少するから、受光素子での受光量の減光量に基づいて煙粒子の存否を検知できる。しかしながら、火災が発生していないにもかかわらずバックグランド光の影響で誤った警報（誤報）を発する場合がある。また、減光式煙感知器が分離型である場合は、投光素子と受光素子との光軸を高精度に軸合わせする必要があり、施工に手間がかかるという問題もある。【０００５】
さらに、散乱光式煙感知器や減光式煙感知器では、監視空間に煙ではなく湯気が侵入した場合に誤って警報を発することがあり、台所や浴室での使用に適しているとは言えず、この点においても改良の余地が残されている。
【発明の開示】
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、応答性に優れるとともに、誤報の発生を低減して信頼性の高い煙感知器を提供することにある。
【０００７】
すなわち、本発明の煙感知器は、監視空間に音波を提供する音波発生部と、音波発生部を制御する制御部と、監視空間を介して音波発生部からの音波を受信する音波受信部と、音波受信部の出力を用いて監視空間の異常を検知する信号処理部とを備え、信号処理部は、音波受信部の出力と基準値との間の差に基づいて監視空間の煙濃度を推定する煙濃度推定部と、煙濃度推定部によって求めた煙濃度を所定の閾値と比較した結果に基づいて前記異常を判定する煙濃度判定部とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の煙感知器によれば、減光式煙感知器で問題となるバックグランド光の影響を回避して煙の検出感度が向上するとともに、散乱光式煙感知器に必要なラビリンス体を設ける必要がなく、監視空間に煙粒子が拡散しやすくなって応答性の向上を図れる。
【０００９】
音波発生部の発生する音波は、上記した煙感知器の効果を達成できれば特に限定されないが、例えば、周波数が１kＨｚ以上の音波であることが好ましい。また、以下に述べる理由により、２０ｋＨｚ以上の周波数を有する超音波を使用することが特に好ましい。すなわち、超音波を使用する場合は、監視空間における煙濃度の増加に対する監視空間を通過する際の超音波の減衰量が大きいため、煙の検出感度が向上する。また、煙検出時の音波が周囲の人に聞こえないことや、直進性が高く、外乱超音波の遮蔽が容易である等の効果もある。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態にかかる煙感知器において、音波発生部は、異なる周波数を有する複数の音波を提供する機能を有し、信号処理部は、監視空間に存在する煙の種類および煙濃度の異なる複数のテスト条件下で予め調べた音波発生部の提供する音波の周波数と音波受信部の出力との間の関係を示すデータを記憶する記憶部と、前記複数の音波の各々を実際の監視空間に提供して得られる音波受信部の出力と記憶部のデータとを用いて監視空間に存在する煙粒子の種類を決定する煙粒子判定部とを有し、煙濃度推定部は、煙粒子判定部によって決定された煙粒子が監視対象として予め決められた煙粒子と一致する時、監視空間の煙濃度を推定する。この場合は、粒子判定部において監視空間に存在する粒子の種類を推定することで、例えば、煙粒子と湯気とが識別可能となるから、散乱光式煙感知器および減光式煙感知器に比べてより正確に煙感知を行うことができ、台所や浴室での使用にも適した煙感知器を提供することができる。また、監視空間において検出された煙粒子が監視対象として予め決められた煙粒子である場合に監視空間の煙濃度を推定するから、監視対象でない場合にその後の煙濃度の推定に必要な演算処理を省くことができる。さらに、火災の詳細な性質、たとえば、燃料系の火災で発生するタール状の黒煙のような粘性の大きな液状粒子が発生するケースを一般の火災の黒煙から識別することも可能になる。尚、監視空間の煙濃度は、特定周波数の超音波を監視空間に提供した場合の音波受信部の出力の基準値からの変化量に基づいて推定することができる。
【００１１】
記憶部に記憶されるデータは、基準状態にある監視空間を介して音波を受信した場合の音波受信部の出力と、実際の監視空間を介して音波を受信した場合の音波受信部の出力の間の差として定義される出力変化量と音波発生部の提供する音波の周波数との間の関係、または前記出力変化量を所定の基準値で除した出力変化率と音波発生部の提供する音波の周波数との間の関係のいずれかを含むことが好ましい。出力変化率を用いれば、音波発生部の出力周波数に応じて音波受信部の出力の基準値が変動する場合でも、基準値の変動の影響を受けずに監視空間に存在する粒子の種類を推定することができる。
【００１２】
音波発生部は、異なる周波数を有する複数の音波を提供する機能を有する単一の音波発生素子からなり、制御部は、前記複数の音波が順次監視空間に提供されるように音波発生部を制御することが好ましい。この場合は、各種の音波を発信可能な音波発生素子を複数備える場合に比べて、音波発生部の小型化、低コスト化を図れる。
【００１３】
音波発生部は、所定周波数の音波を定期的に監視空間に提供し、信号処理部は、当該所定周波数の音波を監視空間に提供して得られる音波受信部の出力に基づいて、音波発生部の制御条件と音波受信部の出力の信号処理条件の少なくとも一方を変更することが好ましい。この場合は、音波発生部の出力変動や音波受信部の感度変動を定期的にキャンセルすることが可能となり、長期にわたって安定した感度で煙粒子を検出することができる。
【００１４】
音波発生部は、通電による発熱体の温度変化により空気に熱衝撃を与えて超音波を発生させる超音波発生部であることが好ましい。この場合は、超音波発生部が平坦な周波数特性を有しており、発生させる超音波の周波数を広範囲にわたって変化させることができる。また、超音波発生部から残響の少ない単パルス状の超音波を提供することが可能となる。
【００１５】
超音波発生部は、ベース基板、ベース基板上に設けられる発熱体層と、発熱体層とベース基板との間に設けられる多孔質構造の熱絶縁層とを含むことを特徴とすることが好ましい。この場合は、熱絶縁層が多孔質層からなるので、熱絶縁層が非多孔質層からなる場合に比べて、熱絶縁層の断熱性が向上して超音波発生効率が高くなり、低消費電力化を図れる。
【００１６】
制御部は、単パルス状の超音波を監視空間に提供するように超音波発生部を制御することが好ましい。この場合は、音波受信部が周辺部材からの反射波による干渉を受けにくくなり、煙濃度推定部での煙濃度の推定精度を高めることが可能になる。
【００１７】
また、信号処理部によって異常が検知されると、制御部は監視空間に提供する超音波とは異なる可聴域の周波数の警報音を発するように音波発生部を制御することが好ましい。この場合は、音波発生部から警報音を発生させることができるので、警報音を出力するスピーカなどを別途に設ける必要がなく、小型化および低コスト化が可能となる。
【００１８】
信号処理部は、音波発生部から音波受信部に音波が到達するまでに要する時間に基づいて音速を求める音速検出部と、前記音速に基づいて監視空間の温度を推定する温度推定部と、温度推定部によって推定された温度を所定の閾値と比較した結果に基づいて監視空間の異常を判定する温度判定部とをさらに含むことが好ましい。特に、信号処理部は、煙濃度判定部と温度判定部の判定の少なくとも一方が異常である場合、火災有りと判定する火災判定部をさらに含むことが好ましい。この場合は、煙感知器を火災感知器として使用するにあたり、別途に温度検出素子を用いることなく火災発生時の温度上昇によっても火災を感知することが可能となり、煙の感知と温度の感知の両方によって火災の感知をより正確に行える。また、温度推定部によって推定された温度に応じて、音波発生部から提供される音波の周波数を音速検出部によって求めた音速を用いて補正する周波数補正部をさらに含むことが好ましい。音速を求める手段を個別に設ける場合に比べ、装置構成を簡略化することができる。
【００１９】
本発明の音波式煙感知器は、内空間が音波の伝播路として使用され、音波発生部と音波受信部の間に配置して音波の拡散範囲を狭める筒体を有することが好ましい。この場合は、音波発生部からの音波は筒体内を通ることで拡散が抑制されることにより、音波発生部と音波受信部との間における音波の拡散による音圧の低下を抑制できる。したがって、監視空間中に煙粒子がない状態において音波受信部で受信される音波の音圧を高く維持でき、煙濃度の変化量に対する音波受信部の出力の変化量が比較的大きくなってＳＮ比が向上するという利点がある。
【００２０】
音波発生部は、筒体の音波入射口に対向するように配置される音波発生面を有し、音波発生面の面積は、音波入射口の開口面積と同一もしくはそれ以上であることが好ましい。この場合は、筒体がたとえば直管状のときに、音波発生部の音波発生面から提供される音波は筒体内を平面波として進行するので、筒体の長手方向に沿う側面で音波が反射して音波干渉を生じることがなく、音圧の低下を回避することができる。
【００２１】
また、制御部は、筒体に固有の共振周波数の超音波を、筒体の長手方向の両端間を超音波が伝搬するのに要する伝搬時間よりも長い送波時間に亘って連続的に監視空間に提供するように音波発生部を制御することが好ましい。この場合は、筒体が音響管として機能することにより、筒体内において共振が発生して音波発生部からの音波の音圧が増大するので、煙濃度の変化量に対する音波受信部の出力の変化量が大きくなり、ＳＮ比が向上する。また、共振により筒体の長手方向の端面で反射した音波においては、実効的な送波距離が反射の回数に応じて延長され、煙濃度の変化量に対する音波受信部の出力の変化量が一層大きくなる。
【００２２】
また、筒体は長手方向の両端面が閉じており、一方の端面に音波発生部が配置され、長手方向に沿う側面のうち音波発生部からの音波による圧力変化が最大となる位置に音波受信部が配置されることが好ましい。この場合は、煙濃度の変化量に対する音波受信部の出力の変化量を極力大きくすることができる。また、両端面が閉じた音響管を共振させた場合、端面で音波が反射することにより共振し、特に、波長の短い超音波では、端面に微小な凹凸があるだけでも端面で反射する際に音圧が低下することになるが、筒体の側面に音波受信部を設けることで、筒体の端面に音波受信部が設けられる場合に比べて、筒体の端面を凹凸の少ない平坦な面とすることができ、結果的に、筒体の端面での音波の反射を音波受信部によって阻害することなく共振によって音圧をより効果的に増加することが可能となる。
【００２３】
また、制御部は、筒体の内部空間における長手方向の寸法を自然数で除した長さの波長の音波が監視空間に提供されるように音波発生部を制御し、音波受信部は、筒体の長手方向の中央部に配置されることが好ましい。この場合は、筒体の内部空間における長手方向の寸法を自然数で除した長さの波長の音波が音波発生部から発信されるので、筒体の長手方向の中央部においては音波による圧力変化が常に最大となる。したがって、上述した波長の条件を満たしていれば音波の周波数が異なる場合でも、筒体の長手方向の中央部に配置された音波受信部によって、音波の圧力変化が最大となる位置で音圧の検出が可能となり、複数箇所に音波受信部を配置する場合に比べて低コスト化が可能となる。
【００２４】
本発明の音波式煙感知器は、音波発生部からの音波を音波受信部に向けて反射する反射部材を有することが好ましい。この場合は、音波発生部からの音波は音波受信部に直接波として到達することがなく、少なくとも一回は反射面で反射されるので、音波発生部と音波受信部との間で共振が生じやすくなる。また、制御部は、音波発生部から発信され、音波受信部で受信される音波の伝搬距離に基づく共振周波数の音波が、音波発生部から音波受信部に音波が伝搬するのに要する伝搬時間よりも長い時間に亘って連続的に監視空間に提供されるように音波発生部を制御することが好ましい。この場合は、音波発生部と音波受信部との間で共振が発生して音圧が増大し、結果的にＳＮ比が向上するという利点がある。また、反射部材で反射した音波においては、実効的な音波の伝播距離が反射の回数に応じて延長され、煙濃度の変化量に対する音波受信部の出力の変化量がより一層大きくなるという長所がある。
【００２５】
また、反射部材は、音波発生部に隣接して配置される第１反射板と、監視空間を介して第１反射板に対向するように音波受信部に隣接して配置される第２反射板とを含むことが好ましい。この場合は、音波発生部からの音波が反射面で反射され、音波発生部と音波受信部との間で効果的に共振を生じさせることができる。また、第１反射板と第２反射板の少なくとも一方は、監視空間に面する側に凹型曲面を有することが好ましい。反射面において音波発生部からの音波を音波受信部に集音するので、音波の拡散による音圧の低下を抑制することができ、煙濃度の変化量に対する音波受信部の出力の変化量が大きくなって、ＳＮ比が向上する。
【００２６】
本発明のさらに好ましい実施形態にかかる煙感知器として、音波発生部は、外部空間から煙が侵入可能な監視空間に音波を提供する第１音波発生部と、煙が侵入できない参照空間に音波を提供する第２音波発生部とを有し、音波受信部は、第１音波発生部からの音波を受信する第１音波受信部と、第２音波発生部からの音波を受信する第２音波受信部とを有し、信号処理部は、第１音波受信部および第２音波受信部の出力を用いて、監視空間の異常を検知する。この場合は、煙感知器の周囲環境（例えば、温度）の変化に応じた基準値と、第１音波受信部の実際の測定出力とが比較されるので、監視空間の異常をより正確に検知することができる。
【００２７】
煙濃度推定部は、第１音波受信部の出力と基準値との間の差に基づいて監視空間の煙濃度を推定し、第１音波受信部の出力を、第２音波受信部の出力の経時変化に基づいて補正する出力補正部をさらに含むことが好ましい。この場合は、煙感知器の周囲環境の変化あるいは第１音波発生部や第１音波受信部の経時変化に応じて第１音波発生部からの音波の音圧が変化したり、煙濃度が一定でも媒質である空気を伝搬する際の音波の減衰率が変化したり、第１音波受信部の感度が変化したりすることがあっても、これらの変化に起因した第１音波受信部の出力変動の影響は出力補正部での補正によって除去することができる。したがって、誤報の発生を抑制して煙感知器の信頼性の高めることができる。
【００２８】
また、音波発生部と音波受信部の間に配置され、内空間が音波の伝播路として使用される筒体を含み、筒体は、内空間を監視空間と参照空間とに分割する仕切壁を有し、監視空間を提供する筒体の一部は、外部空間から監視空間内に煙が侵入可能な大きさの連通孔を有し、第１音波発生部と第２音波発生部は、監視空間と参照空間の両方に同時に音波が提供されるように、筒体の一端部に配置される単一の音波発生素子で構成され、第１音波受信部と第２音波受信部は、前記単一の音波発生素子から提供された音波を監視空間と参照空間のそれぞれを介して受信するように筒体の他端部に配置されることが好ましい。この場合は、第１音波発生部と第２音波発生部とが単一の音波発生素子からなるので、第１音波発生部と第２音波発生部とは同様に経時変化することとなり、第１音波発生部の経時変化に応じて第１音波発生部からの音波の音圧が変化しても、この変化に起因した第２音波発生部の出力変動の影響は上記した出力補正部での補正によって確実に除去することができ、誤報を低減する上で有効である。
【００２９】
また、参照空間は少なくとも煙を侵入させない大きさの微細孔を有する煙遮蔽部を有することが好ましい。この場合は、微細孔によって参照空間と外部空間とが連通されているので、参照空間への浮遊粒子の侵入を遮断しながらも、火災感知器の周囲環境のたとえば湿度や大気圧などの変化が微細孔を通して参照空間に反映されるので、出力補正部における補正を適切に行える。
【００３０】
また、制御部は、第１音波受信部および第２音波受信部の出力が同一周波数且つ同一位相となるように、第１音波発生部および第２音波発生部を同期させて制御し、信号処理部は、第１音波受信部および第２音波受信部の出力の差に相当する差動出力を用いて監視空間の異常を検知することが好ましい。この構成によれば、煙感知器の周囲環境の変化に起因した第２音波受信部の出力変動が差動出力に影響することはなく、結果的に監視空間における煙濃度の推定の精度が向上する。
【００３１】
第１音波発生部および第２音波発生部の各々は、異なる周波数の複数の音波を提供する機能を有し、信号処理部は、監視空間に存在する煙の種類および煙濃度の異なる複数のテスト条件下で予め調べた第１音波発生部の提供する音波の周波数と上記差動出力との間の関係を示すデータを記憶する記憶部と、前記複数の音波の各々を実際の監視空間に提供して得られる第１音波受信部の出力と記憶部のデータを用いて、監視空間に存在する煙粒子の種類を決定する煙粒子判定部とを有し、煙濃度推定部は、煙粒子判定部によって決定された煙粒子が監視対象として予め決められた煙粒子と一致する時、監視空間の煙濃度を推定することが好ましい。この場合は、煙粒子判定部において監視空間に存在する煙粒子の種別を推定するので、たとえば煙粒子と湯気とを識別することが可能になり、台所や浴室での使用にも適した煙感知器を提供することができる。また、火災の詳細な性質、たとえば、燃料系の火災で発生するタール状の黒煙のような粘性の大きな液状粒子が発生するケースを一般の火災の黒煙から識別することも可能になる。結果として、散乱光式煙感知器および減光式煙感知器に比べ、監視空間に存在する煙に関してより正確な情報を提供することができる。
【００３２】
記憶部に記憶されるデータは、上記差動出力を第２音波受信部の出力で除した値と第１音波発生部の出力する音波の周波数との間の関係を含むことが好ましい。この場合は、第２音波受信部の出力の変動の影響を受けずに監視空間に存在する煙粒子の種類を推定することができる。
【００３３】
また、監視空間と上記参照空間との間には隔壁が配置され、監視空間は第１音波発生部と隔壁の一表面との間に定義され、参照空間は、第２音波発生部と隔壁の反対側の表面との間に定義され、第１音波受信部と第２音波受信部は、隔壁に配設されるとともに、監視空間に面する第１受波部と参照空間に面する第２受波部とを有する単一の差動型音波受信部によって構成され、差動型音波受信部は、制御部が第１音波発生部および第２音波発生部を同期させて制御する時、第１音波受信部で受信した音波と第２音波受信部で受信した音波の間の音圧差を差動出力として提供することが好ましい。第１音波受信部と第２音波受信部とを別々に設けて両者の出力差を差分出力とする場合のように第１音波受信部と第２音波受信部とで個別に生じたノイズが差分出力にそれぞれ重畳することはなく、差動出力に含まれるノイズを低減することができ、結果的にＳＮ比の向上を図れる。
【００３４】
信号処理部は、第２音波発生部のみから音波を参照空間に提供した時の差動型音波受信部の出力を参照値として計測し、参照値の経時変化に基づいて差動出力を補正する出力補正部をさらに含むことが好ましい。この場合は、差動型音波受信部の感度が変化することがあっても、差動出力の基準値からの変化量の変動は出力補正部での補正によって除去することができ、長期にわたって安定した精度で煙粒子を感知することができる。
【００３５】
本発明のさらに別の好ましい実施形態にかかる煙感知器として、音波発生部は、音波受信部が感度を有する固定周波数よりも高い周波数の第１音波を提供する第１音波発生部と、第１音波の周波数よりも前記固定周波数だけ高い周波数の第２音波を提供する第２音波発生部とを有し、制御部は、第１音波と第２音波を同時に監視空間に提供するように、第１音波発生部と第２音波発生部を制御し、音波受信部は、第１音波と第２音波とが監視空間において互いに干渉して得られるビート波を受信することが好ましい。この場合は、第１音波および第２音波の周波数を比較的高く設定しながらも、音波受信部で受信するビート波の周波数を比較的低くすることができる。すなわち、音波発生部からの音波の周波数を高くすることで監視空間に存在する煙粒子による音波の音圧変化率を向上させつつ、音波受信部が受信する疎密波の周波数を低くすることによって感度を向上させることができ、結果的にＳＮ比の向上を図れるという利点がある。
【００３６】
また、内空間が音波の伝播路として使用され、第１音波発生部と音波受信部との間に配置して音波の拡散範囲を狭める第１筒体と、内空間が音波の伝播路として使用され、第２音波発生部と音波受信部との間に配置して音波の拡散範囲を狭める第２筒体とを含み、第１筒体の音波放射口から提供される音波と第２筒体の音波放射口から提供される音波が、音波受信部の手前で互いに干渉するように、音波受信部に対して第１筒体および第２筒体を配置することが好ましい。この場合は、監視空間を伝播する音波の拡散による音圧の低下を抑制することができる。しかも、第１筒体および第２筒体の外側でビート波を生じさせるので、音波受信部で受信するビート波の周波数が低い場合にも、各筒体の内周面の粘性抵抗が原因でビート波が減衰してしまうことはない。したがって、煙濃度の変化に対する音波受信部の出力の変化量が大きくなってＳＮ比が向上する。
【００３７】
また、内空間が音波の伝播路として使用され、第１音波発生部と第２音波発生部の一方と音波受信部との間に配置して音波の拡散範囲を狭める筒体を含み、筒体の音波放射口から提供される音波が、第１音波発生部および第２音波発生部の他方から提供される音波と音波受信部の手前で干渉するように、音波受信部に対して筒体を配置することが好ましい。この場合は、筒体を設けることで、第１音波発生部と第２音波発生部の一方と音波受信部との間における音波の拡散による音圧の低下を抑制することができる。また、第１音波発生部と第２音波発生部の他方からの音波については、筒体による制限を受けることなく周波数を設定することができるので、第１音波発生部からの音波の周波数と第２音波発生部からの音波の周波数との差に相当する固定周波数を自由に設定することができる。つまり、音波受信部の感度の高い周波数にビート波の周波数を合わせることができるという利点がある。
【００３８】
本発明のさらなる特徴およびその効果は、以下の発明を実施するための最良の形態からより明確に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる火災感知器のブロック図である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、火災感知器の概略平面図、および概略側面図である。
【図３】火災感知器の超音波発生素子の概略断面図である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、火災感知器の受波素子の一部破断した概略斜視図および概略断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる火災感知器のブロック図である。
【図６】超音波発生部の出力周波数と受波素子で受信される音圧の単位減衰率との関係を示すグラフである。
【図７】超音波発生部の出力周波数と受波素子で受信される音圧の相対的単位減衰率との関係を示すグラフである。
【図８】第２実施形態の火災感知器の動作例を示すフローチャートである。
【図９】煙濃度と特定周波数の超音波の減衰率との関係を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態の第１変更例にかかる火災感知器のブロック図である。
【図１１】第２実施形態の第２変更例にかかる火災感知器のブロック図である。
【図１２】第２実施形態の第３変更例にかかる火災感知器のブロック図である。
【図１３】第２実施形態の第４変更例にかかる火災感知器のブロック図である。
【図１４】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第３実施形態にかかる火災感知器の概略平面図および概略側面図である。
【図１５】（Ａ）および（Ｂ）は、音波発生部と受波素子の間に配置された筒体を示す概略斜視図である。
【図１６】音波発生部と受波素子と筒体の位置関係を示す概略側面図である。
【図１７】音波発生部と受波素子と筒体の位置関係の他例を示す概略平面図である。
【図１８】音波発生部と受波素子の間に配置される別の筒体を示す概略平面図である。
【図１９】音波発生部と受波素子の間に配置されるさらに別の筒体を示す概略側面図である。
【図２０】本発明の第４実施形態にかかる火災感知器の概略側面図である。
【図２１】筒体内における音圧の時間変化を示すグラフである。
【図２２】筒体の両端部に配置された音波発生部と受波素子を示す概略側面図である。
【図２３】筒体の一端部に配置された音波発生部と受波素子を示す概略側面図である。
【図２４】筒体の一端部に配置された音波発生部と筒体の側面に配置された受波素子を示す概略側面図である。
【図２５】筒体の一端部に配置された音波発生部と筒体の側面の中央部に配置された受波素子を示す概略側面図である。
【図２６】本発明の第５実施形態にかかる火災感知器の概略側面図である。
【図２７】本発明の第６実施形態にかかる火災感知器の概略側面図である。
【図２８】第６実施形態の第１変更例にかかる火災感知器の概略側面図である。
【図２９】第６実施形態の第２変更例にかかる火災感知器の概略側面図である。
【図３０】第６実施形態の第３変更例にかかる火災感知器の概略側面図である。
【図３１】本発明の第７実施形態にかかる火災感知器のブロック図である。
【図３２】第７実施形態の火災感知器の概略平面図である。
【図３３】第７実施形態の火災感知器の動作例を示すフローチャートである。
【図３４】第７実施形態の変更例にかかる火災感知器の概略平面図である。
【図３５】本発明の第８実施形態にかかる火災感知器の概略平面図である。
【図３６】第８実施形態の変更例にかかる火災感知器の概略側面図である。
【図３７】第８実施形態のさらなる変更例にかかる火災感知器の概略平面図である。
【図３８】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第９実施形態にかかる火災感知器の概略側面図および概略斜視図である。
【図３９】本発明の第１０実施形態にかかる火災感知器のブロック図である。
【図４０】第１０実施形態の変更例にかかる火災感知器のブロック図である。
【図４１】第１０実施形態の変更例にかかる火災感知器の概略平面図である。
【図４２】本発明の第１１実施形態にかかる火災感知器のブロック図である。
【図４３】（Ａ）〜（Ｅ）は、第１１実施形態にかかる火災感知器の動作説明図である。
【図４４】本発明の第１２実施形態にかかる火災感知器のブロック図である。
【図４５】第１２実施形態の火災感知器の概略斜視図である。
【図４６】第１２実施形態の変更例にかかる火災感知器の概略斜視図である。
【図４７】（Ａ）および（Ｂ）は、第１２実施形態で用いた差動型受波素子の概略断面図および概略平面図である。
【図４８】第１２実施形態の火災感知器の動作例を示すフローチャートである。
【図４９】本発明の第１３実施形態にかかる火災感知器のブロック図である。
【図５０】本発明の第１４実施形態にかかる火災感知器のブロック図である。
【図５１】（Ａ）〜（C）は、第１４実施形態の火災感知器の動作説明図である。
【図５２】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第１５実施形態にかかる火災感知器の概略側面図である。
【図５３】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第１６実施形態にかかる火災感知器の概略斜視図である。
【図５４】本発明の第１７実施形態にかかる火災感知器のブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の音波式煙感知器の好ましい実施形態として、超音波を用いた火災感知器について詳細に説明する。
（第１実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図１に示すように、超音波を監視空間に提供する音波発生部１と、音波発生部１を制御する制御部２と、監視空間を介して音波発生部１からの超音波の音圧を検出する超音波受信部としての受波素子３と、受波素子３の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部４とで主として構成される。【００４１】
音波発生部１と受波素子３は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、円板状のプリント基板からなる回路基板５上に互いに離間して対向配置される。制御部２および信号処理部４は、回路基板５に設けられる。図２（Ａ）中、符号６は、音波発生部１以外で発生した超音波が受波素子３に入射するのを阻止するために受波素子３の周辺に設けられる遮音壁である。遮音壁６の形成は火災検知における誤報の低減に有効である。また、回路基板５上には、超音波の反射を防止する吸音層（図示せず）が設けられており、回路基板５で反射した超音波が反射波として干渉し、受波素子３に入射するのを防止することができる。吸音層の形成は、音波発生部１からの超音波として連続波を用いる場合に有効である。【００４２】
本実施形態の音波発生部１としては、空気に熱衝撃を与えることで超音波を発生させる超音波発生素子が用いられており、圧電素子に比べ、残響時間が短い超音波を提供できる。また、受波素子３としては、共振特性のＱ値が圧電素子に比べて十分に小さく、受波した信号に含まれる残響成分の発生期間が短い静電容量型のマイクロホンを用いている。【００４３】
音波発生部１は、図３に示すように、単結晶のｐ形のシリコン基板からなるベース基板１１と、ベース基板１１の表面（図３における上面）に形成される多孔質シリコン層からなる熱絶縁層（断熱層）１２と、熱絶縁層１２の上面に発熱体として形成される金属薄膜からなる発熱体層１３と、ベース基板１１の上面において発熱体層１３と電気的に接続される一対のパッド１４とで主として構成される。尚、ベース基板１１の平面形状は長方形状であって、熱絶縁層１２、発熱体層１３それぞれの平面形状も長方形状に形成されている。また、ベース基板１１の上面のうち熱絶縁層１２が形成されていない領域にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜（図示せず）が形成されている。【００４４】
音波発生部１では、発熱体層１３の両端のパッド１４間に通電して発熱体層１３に急激な温度変化を生じさせると、発熱体層１３に接触している空気（媒質）に急激な温度変化（熱衝撃）が生じる。したがって、発熱体層１３に接触している空気は、発熱体層１３の温度上昇時には膨張し、発熱体層１３の温度下降時には収縮するから、発熱体層１３への通電を適宜に制御することによって空気中を伝搬する超音波を発生させることができる。要するに、音波発生部１を構成する超音波発生素子は、発熱体層１３への通電に伴う発熱体層１３の急激な温度変化を媒質の膨張収縮に変換することによって媒質を伝搬する超音波を発生するので、圧電素子のように機械的振動により超音波を発生する場合に比べ、残響の少ない単パルス状の超音波を監視空間に提供することができる。【００４５】
熱絶縁層１２を構成する多孔質シリコン層は、略６０〜略７０％の多孔度を有しており、ベース基板１１として用いるシリコン基板の一部をフッ化水素水溶液とエタノールとの混合液からなる電解液中で陽極酸化処理することにより形成できる。陽極酸化処理により形成された多孔質シリコン層は、結晶粒径がナノメータオーダの微結晶シリコンからなるナノ結晶シリコンを多数含んでいる。多孔質シリコン層は、多孔度が高くなるにつれて、熱伝導率および熱容量が小さくなるので、熱絶縁層１２の熱伝導度および熱容量をベース基板１１の熱伝導度および熱容量に比べて小さくし、熱絶縁層１２の熱伝導度と熱容量との積をベース基板１１の熱伝導度と熱容量との積に比べて十分に小さくすることにより、発熱体層１３の温度変化を空気に効率よく伝達することができる。また、発熱体層１３と空気との間で効率的な熱交換が得られ、ベース基板１１が熱絶縁層１２からの熱を効率良く受け取って熱絶縁層１２の熱を逃がすことができる。したがって、発熱体層１３からの熱が熱絶縁層１２に蓄積されるのを防止できる。【００４６】
尚、熱伝導率が１４８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱容量が１．６３×１０６Ｊ／（ｍ３・Ｋ）の単結晶のシリコン基板を陽極酸化して形成される多孔度が約６０％の多孔質シリコン層は、熱伝導率が約１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱容量が約０．７×１０６Ｊ／（ｍ３・Ｋ）であり、多孔度が約７０％の多孔質シリコン層の場合は、熱伝導率が約０．１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱容量が約０．５×１０６Ｊ／（ｍ３・Ｋ）である。本実施形態の熱絶縁層１２は、多孔度が約７０％の多孔質シリコン層によって形成されている。【００４７】
発熱体層１３は、高融点金属の一種であるタングステンにより形成してあるが、発熱体層１３の材料はタングステンに限らず、例えば、タンタル、モリブデン、イリジウム、アルミニウムなどを採用してもよい。また、音波発生部１では、ベース基板１１の厚さを３００〜７００μｍ、熱絶縁層１２の厚さを１〜１０μｍ、発熱体層１３の厚さを２０〜１００ｎｍ、各パッド１４の厚さを０．５μｍとしてあるが、これらの厚さは一例であって特に限定するものではない。また、ベース基板１１の材料としてＳｉを採用しているが、ベース基板１１の材料はＳｉに限らず、例えば、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの陽極酸化処理による多孔質化が可能な他の半導体材料でもよく、いずれの場合にも、ベース基板１１の一部を多孔質化することで形成した多孔質層を熱絶縁層１２とすることができる。【００４８】
音波発生部１は、一対のパッド１４を介した発熱体層１３への通電に伴う発熱体層１３の温度変化に伴って超音波を発生するものであり、発熱体層１３へ与える駆動電圧波形あるいは駆動電流波形からなる駆動入力波形を例えば周波数がｆ１の正弦波波形とした場合、理想的には、発熱体層１３で生じる温度振動の周波数が駆動入力波形の周波数ｆ１の２倍の周波数ｆ２となり、駆動入力波形ｆ１の略２倍の周波数の超音波を発生させることができる。すなわち、本実施形態の音波発生部１は、平坦な周波数特性を有しており、発生させる超音波の周波数を広範囲にわたって変化させることができる。また、正弦波波形の半周期の孤立波を駆動入力波形として一対のパッド１４間へ与える場合は、残響の少ない略１周期の単パルス状の超音波を発生させることができる。このような単パルス状の超音波を用いることにより、反射による干渉が起こりにくくなるので、上記吸音層を省略することもできる。また、熱絶縁層１２が多孔質層により構成されているので、熱絶縁層１２が非多孔質層（例えば、ＳｉＯ２膜など）からなる場合に比べて、熱絶縁層１２の断熱性が向上して超音波発生効率が高くなり、消費電力を節約できるという効果もある。【００４９】
音波発生部１を制御する制御部２は、図示していないが、音波発生部１に駆動入力波形を与えて音波発生部１を駆動する駆動回路と、当該駆動回路を制御するマイクロコンピュータからなる制御回路とで構成される。【００５０】
受波素子３を構成する静電容量型のマイクロホンは、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、シリコン基板に厚み方向に貫通する窓孔３１を設けた矩形状のフレーム３０と、フレーム３０の対向する２辺に跨る形で配置される片持ち梁式の受圧部３２とを備えている。フレーム３０の上面には熱酸化膜３５が形成され、熱酸化膜３５上にはシリコン酸化膜３６が形成され、シリコン酸化膜３６上にはシリコン窒化膜３７が形成されている。受圧部３２の一端部は、シリコン窒化膜３７を介してフレーム３０に支持され、他端部がシリコン窒化膜３７の上方に対向するように配置されている。受圧部３２の他端部に対向するシリコン窒化膜３７上には、金属薄膜（例えば、クロム膜など）からなる固定電極３４が形成され、受圧部３２の他端部の上面には、金属薄膜（例えば、クロム膜など）からなる可動電極３３が形成されている。尚、フレーム３１の下面にはシリコン窒化膜３８が形成されている。受圧部３２は、シリコン窒化膜３７、３８とは別工程で形成されるシリコン窒化膜により形成されている。【００５１】
この静電容量型のマイクロホンからなる受波素子３においては、固定電極３４と可動電極３３とを電極とするコンデンサが形成されるから、受圧部３２が疎密波の圧力を受けることにより固定電極３４と可動電極３３との間の距離が変化すると、電極間の静電容量が変化する。従って、固定電極３４および可動電極３３に設けたパッド（図示せず）間に直流バイアス電圧を印加しておけば、パッド間には超音波の音圧に応じて微小な電圧変化が生じ、超音波の音圧を電気信号に変換することができる。【００５２】
信号処理部４は、図１に示すように、受波素子３の出力の基準値からの減衰量に基づいて音波発生部１と受波素子３との間の監視空間の煙濃度を推定する煙濃度推定部４１と、煙濃度推定部４１で推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判定する煙濃度判定部４２と、音波発生部１の提供する超音波を受波素子３が受信するまでに要した時間に基づいて音速を求める音速検出部４３と、音速検出部４３で求めた音速に基づいて監視空間の温度を推定する温度推定部４４と、温度推定部４４で推定された温度と規定温度とを比較して火災の有無を判定する温度判定部４５とを有している。信号処理部４は、マイクロコンピュータにより構成されており、上記各部４１〜４５は、上記マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現されている。また、信号処理部４には、受波素子３の出力信号をアナログ−ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器などが設けられている。【００５３】
煙濃度推定部４１は、受波素子３の出力の基準値からの減衰量に基づいて煙濃度を推定する。音波発生部１からの超音波の周波数が一定であれば、減衰量は監視空間内の煙濃度に略比例して増加するので、あらかじめ測定した煙濃度と減衰量との関係データ（例えば、煙濃度と減衰量との関係式）を記憶しておけば、減衰量から煙濃度を推定することができる。【００５４】
煙濃度判定部４２は、煙濃度推定部４１で推定された煙濃度が上記閾値未満の場合には「火災無し」と判定し、上記閾値以上の場合には「火災有り」と判定して火災感知信号を制御部２へ出力する。ここで、制御部２は火災感知信号を受信すると、音波発生部１から可聴域の音波からなる警報音が発生するように音波発生部１への駆動入力波形を制御する。このように、音波発生部１から警報音を発生させることができるので、警報音を出力するスピーカなどを別途に設ける必要がなく、火災感知器全体の小型化および低コスト化を図れる。【００５５】
音速検出部４３は、音波発生部１と受波素子３との間の距離と音波発生部１の提供する超音波を受波素子３が受信するまでに要した時間とを用いて音速を求める。温度推定部４４は、大気中の音速と絶対温度との周知の関係式を利用して前記音速から監視空間の温度を推定する。温度判定部４５は、温度推定部４４で推定された温度が上記規定温度未満の場合には「火災無し」と判定し、上記規定温度以上の場合には「火災有り」と判定して火災感知信号を制御部２へ出力する。制御部２は、この火災感知信号に基づき、可聴域の音波からなる警報音が発せられるように音波発生部１への駆動入力波形を制御する。尚、本実施形態では、煙濃度判定部４２や温度判定部４５から出力される火災感知信号を制御部２へ出力する構成を採用しているが、制御部２以外の外部の通報装置へ出力するようにしてもよい。【００５６】
上記した本実施形態の火災感知器によれば、受波素子３の出力の基準値からの減衰量に基づいて推定した煙濃度を所定の閾値と比較して火災の有無を判定するので、減光式煙感知器で問題となるバックグランド光の影響をなくして誤報の発生を低減することができる。また、散乱光式煙感知器に必要なラビリンス体を不要とすることができ、火災発生時に監視空間へ煙粒子が拡散しやすくなるから、散乱光式煙感知器に比べて応答性の向上を図れる。さらに、本実施形態の火災感知器では、音速検出部４３によって求めた音速に基づいて監視空間の温度を推定し、推定した温度から火災の有無を判定するので、別途に温度検出素子を用いることなく火災発生時の温度上昇によっても火災を感知することが可能となり、火災の発生をより正確に感知することが可能になる。
（第２実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図５に示すように、制御部２および信号処理部４の構成が相違すること除いて第１実施形態と実質的に同じである。したがって、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【００５７】
音波発生部１の出力周波数と音圧の単位減衰率との関係は、図６に示すように、監視空間に存在する（浮遊する）煙粒子の種類に応じて異なることが予備実験によって確認されている。ここで、監視空間に煙粒子が存在しない状態で受波素子３によって受信される音圧（以下、基準音圧）をＩ０、減光式煙濃度計での評価でｘ％／ｍとなる濃度の煙粒子が監視空間に存在する状態で受波素子３によって受信される音圧をＩｘとする時、音圧の減衰率は（Ｉ０−Ｉｘ）／Ｉ０と定義される。特に、ｘ＝１のときの減衰率を単位減衰率と定義する。尚、基準音圧Ｉ０と音圧Ｉｘとは、監視空間における煙粒子の有無を除いては同一の条件で検出されるものとする。図６中、「Ａ」は監視空間に黒煙の煙粒子が存在する場合の出力周波数と音圧の単位減衰率との関係を示す近似曲線（黒丸が測定データ）であり、「Ｂ」は監視空間に白煙の煙粒子が存在する場合の出力周波数と音圧の単位減衰率との関係を示す近似曲線（黒四角が測定データ）であり、「Ｃ」は監視空間に湯気の粒子が存在する場合の出力周波数と音圧の単位減衰率との関係を示す近似曲線（黒三角が測定データ）である。ここに示す単位減衰率は、音波発生部１と受波素子３との間の距離を３０ｃｍに設定したときの出力周波数ごとのデータである。また、図６における右端の各データは、出力周波数が８２ｋＨｚのときのデータであり、出力周波数が８２ｋＨｚのときのデータを１として各出力周波数の単位減衰率を規格化した結果を図７に示す。要するに、図７は、横軸が出力周波数、縦軸が相対的単位減衰率となっている。また、白煙の煙粒子のサイズは８００ｎｍ程度、黒煙の煙粒子のサイズは２００ｎｍ程度、湯気の粒子のサイズは数μｍ〜２０μｍ程度である。【００５８】
本実施形態では、上述の関係に基づいて、制御部２が、周波数の異なる複数種の超音波が監視空間に順次提供されるように音波発生部１を制御する。信号処理部４は、少なくとも受波素子３の基準出力（基準音圧に対する受波素子３の出力）、監視空間に存在する煙粒子の種類および煙粒子濃度に応じた音波発生部１の出力周波数と受波素子３の出力の相対的単位減衰率との関係データ（上述の図７より抽出されるデータ）、煙粒子に関して特定周波数（例えば、８２ｋＨｚ）における単位減衰率（上述の図６より抽出されるデータ）を記憶した記憶部４８と、音波発生部１から実際の監視空間に提供された各周波数の超音波ごとの受波素子３の出力と記憶部４８に記憶されている関係データとを用いて当該監視空間に存在する煙粒子の種類を推定する煙粒子判定部４６とを有する点に特徴がある。煙濃度推定部４１は、煙粒子判定部４６で推定された煙粒子に関して、特定周波数（例えば、８２ｋＨｚ）の超音波に対する受波素子３の出力の基準値からの減衰量に基づいて監視空間の煙濃度を推定する。そして、煙濃度判定部４２は、煙濃度推定部４１によって推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判定する。【００５９】
以下に、本実施形態の火災感知器の動作例を図８のフローチャートを参照しながら説明する。まず、音波発生部１から複数種の超音波を順次監視空間に提供し、各超音波に対する受波素子３の出力を信号処理部４で計測する（ステップＳ１１）。煙粒子判定部４６は、出力周波数ごとに受波素子３の出力と記憶部４８に記憶されている基準出力とから音圧の減衰率を求め（ステップＳ１２）、出力周波数が８２ｋＨｚでの音圧の減衰率に対する２０ｋＨｚでの音圧の減衰率の比を算出する（ステップＳ１３）。記憶部４８には、音波発生部１の出力周波数と受波素子３の出力の相対的単位減衰率との関係データとして、出力周波数が８２ｋＨｚでの相対的単位減衰率に対する２０ｋＨｚでの相対的単位減衰率の比（図７の場合、白煙が０、黒煙が０．２、湯気が０．５）が記憶されており、煙粒子判定部４６は、算出した減衰率の比を記憶部４８に記憶されている関係データと比較し、関係データの中で減衰率の比が最も近い種類の煙粒子を監視空間に存在する煙粒子と推定する（ステップＳ１４）。例えば、煙粒子が白煙の場合には、図９に示すように、減光式煙濃度計で計測される煙濃度と音圧の減衰率との関係は直線で示すことができる。本実施形態では、推定された煙粒子の種類が白煙もしくは黒煙（監視対象の煙粒子）であれば、煙濃度推定部４１における処理に移行する（ステップＳ１５）。したがって、煙粒子の種類が湯気であると推定された場合は、火災ではないのでその後の処理が省略される。煙濃度推定部４１は、推定された種類の煙粒子に関して、特定周波数（例えば、８２ｋＨｚ）の超音波に対する受波素子３の出力の減衰率の記憶部４８に記憶されている単位減衰率に対する比を算出し、その比の値がｙの場合に監視空間の煙濃度が減光式煙濃度計での評価における煙濃度ｙ％／ｍに相当すると推定する（ステップＳ１６）。煙濃度判定部４２は、ステップＳ１６で推定された煙濃度と所定の閾値（例えば、減光式煙濃度計での評価で１０％／ｍとなる煙濃度）とを比較し、推定された煙濃度が上記閾値未満の場合には「火災無し」と判定し、上記閾値以上の場合には「火災有り」と判定して火災感知信号を制御部２へ出力する。【００６０】
上記説明では、出力周波数が８２ｋＨｚのときの減衰率と２０ｋＨｚのときの減衰率とを用いているが、これらの出力周波数の組み合わせに限定されない。異なる組み合わせの出力周波数を用いたり、より多くの出力周波数に対する減衰率を用いてもよく、その場合は煙粒子の種類の推定精度を高めることができる。また、本実施形態では、煙濃度推定部４１が特定周波数として１周波数を対象としているが、特定周波数として複数の周波数を対象とし、特定周波数ごとに推定した煙濃度の平均値を求めるようにしてもよい。この場合も、煙濃度の推定精度が向上する。尚、煙粒子判定部４６は、煙濃度推定部４１や煙濃度判定部４２と同様に、信号処理部４を構成するマイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することによって実現できる。【００６１】
また、煙粒子判定部４６における煙粒子の種類の推定精度を高める観点から、制御部２は、音波発生部１から提供される超音波の周波数を所定の周波数範囲（例えば、２０ｋＨｚ〜８２ｋＨｚ）の下限周波数（例えば、２０ｋＨｚ）から上限周波数（例えば、８２ｋＨｚ）まで変化させている。本実施形態では、周波数の異なる４種類の超音波が順次監視空間に提供されるように制御されているが、音波発生部１から提供される超音波の周波数は４種類に限らず、複数種類であればよく、例えば、２種類とすれば、３種類以上の超音波を使用する場合に比べて、制御部２および信号処理部４の負担を軽減できるとともに、制御部２および信号処理部４の簡略化を図れる。【００６２】
また、本実施形態では、音波発生部１として実施形態１で説明した超音波発生素子を用いており、単パルス状の超音波を発生させることができるので、監視空間に順次提供される超音波をそれぞれ周波数の異なる単パルス状の超音波とすれば、音波発生部１として共振周波数の異なる複数の圧電素子を用いて各圧電素子から連続波の超音波を提供する場合に比べ、低コスト化および低消費電力化を図れる。しかも、１つの超音波発生素子で複数種の超音波を生成できるので、各種の超音波を発生させるための超音波発生素子を複数個使用する場合に比べ、音波発生部１の小型化、低コスト化が可能となる。【００６３】
尚、記憶部４８に記憶する関係データは、音波発生部１の出力周波数と受波素子３の出力の基準値からの減衰量との関係を示すデータであればよく、上述の相対的単位減衰率に代えて、受波素子３の出力の基準値からの減衰量や、受波素子３の出力の基準値からの減衰量を基準値（Ｉ０）で除しただけの減衰率、あるいは単位減衰率を採用した関係データであってもよい。【００６４】
本実施形態の火災感知器によれば、第１実施形態で述べたのと同じ理由から、散乱光式煙感知器に比べて応答性を向上できるとともに、減光式煙感知器に比べて火災検知に関して誤報の発生を低減することができる。しかも、煙粒子判定部４６において、監視空間に存在する煙粒子の種類を推定することで固体の煙粒子と湯気とを識別可能となるから、散乱光式煙感知器および減光式煙感知器に比べて湯気に起因した誤報の発生を低減することが可能となり、台所や浴室での使用にも適した火災感知器となる。さらに、煙粒子判定部４６によって白煙の煙粒子と黒煙の煙粒子を識別可能となるから、火災の性質についての情報を得ることも可能となる。さらに、火災感知器を設置している室内の掃除や天井裏の電気工事などの際に浮遊する粉塵と煙粒子との識別も可能になるため、粉塵などに起因した誤報の発生を低減する上でも有効である。【００６５】
本実施形態の第１変更例として、図１０に示すように、互いに出力周波数の異なる複数の超音波発生素子１ａで音波発生部１を構成してもよい。この場合には、各超音波発生素子１ａとして、圧電素子のように機械的振動により超音波を発生する素子を用い、各超音波発生素子１ａをそれぞれの共振周波数で駆動することにより、音波発生部１からの超音波の音圧を高めることができる。音波発生部１からの超音波の音圧が高くなると、受波素子３で受波される超音波の音圧の変動範囲が広くなり、結果的に、煙濃度の変化量に対する受波素子３の出力の変化量が大きくなってＳＮ比が向上するという利点がある。また、各超音波発生素子１ａにそれぞれ対応付けた複数の受波素子３を設け、各受波素子３が各々に対応する各超音波発生素子１ａからの超音波を受波するように構成されている。したがって、各受波素子３として共振特性のＱ値が比較的大きな圧電素子などを用い、各受波素子３をそれぞれの共振周波数の超音波の受信に用いることにより、受波素子３の感度を向上させてＳＮ比の向上を図ることができる。この場合、各超音波発生素子１ａを順次駆動して複数種の超音波を順次送波させるだけでなく、複数の超音波発生素子１ａを一斉に駆動して複数種の超音波を同時に発信することも可能になる。複数種の超音波を同時に発信すれば、複数種の超音波の音圧の減衰量を同時に検出することで、監視空間の経時的変化（例えば煙粒子の濃度の時間変化）の影響を受けることなく、同一条件で複数種の超音波について音圧の減衰量を検出することができ、煙粒子の種類や煙濃度をより精度よく推定することができる。【００６６】
また、本実施形態の第２変更例として、図１１に示すように、複数の超音波発生素子１ａからなる音波発生部１に対して単一の受波素子３を設け、各超音波発生素子１ａを順次駆動して複数種の超音波を順次監視空間に提供し、これら複数種の超音波を単一の受波素子３で順次受信するようにしてもよい。この場合、受波素子３として、例えば第１実施形態で説明した静電容量型のマイクロホンのように共振特性のＱ値が小さい素子を用いることが望ましい。図１１の構成によれば、複数の受波素子３を設ける場合に比べ、受波素子３の低コスト化、火災感知器の小型化を図れる。【００６７】
また、本実施形態の第３変更例として、図１２に示すように、圧電型超音波センサなどの超音波の発信と受信の両方に使用可能な超音波発生素子１ａを用い、超音波発生素子１ａを制御部２だけでなく信号処理部４にも接続することで、超音波発生素子１ａを受波素子３として兼用しても良い。この変更例では、音波発生部１を複数の超音波発生素子１ａで構成しており、各超音波発生素子１ａから提供される超音波を当該超音波発生素子１ａに向けて反射する反射壁７を音波発生部１と対向配置することにより、各超音波発生素子１ａからの超音波の反射波をそれぞれ受信することになる。この場合は、超音波が反射壁７と超音波発生素子１ａとの間を往復し、受波素子３として機能する超音波発生素子１ａで受信されることになるので、超音波発生素子１ａと反射壁７との間の空間が監視空間となる。反射壁７が必要であるものの、素子数の低減による低コスト化を図ることができる。【００６８】
さらに、本実施形態の第４変更例として、図１３に示すように、音波発生部１として第１実施形態で説明した単一の超音波発生素子を用い、制御部２が音波発生部１へ与える駆動入力波形の周波数を順次変化させることにより、周波数の異なる複数種の超音波を順次監視空間に提供する一方で、受波素子３を複数個設けるようにしてもよい。この場合は、受波素子３として共振特性のＱ値が比較的大きな圧電素子などを用い、各受波素子３をそれぞれの共振周波数の超音波の受信に用いることにより、受波素子３の感度を向上させることができ、結果的にＳＮ比を高めることができる。尚、複数種の超音波を１つの受波素子３で受信する構成では、周波数ごとに受波素子３の感度が異なっていると各種の超音波ごとにＳＮ比のばらつきを生じるが、上述のように各種の超音波の受波を個別の受波素子３で行う構成では、各受波素子３の感度を揃えておくことにより各種の超音波ごとのＳＮ比のばらつきを抑制することができる。【００６９】
尚、上記した実施形態において、信号処理部４は、定期的に、所定周波数（例えば、上述の特定周波数と同じ８２ｋＨｚ）の超音波に対する受波素子３の出力に基づいて、音波発生部１の出力変動や受波素子３の感度変動がキャンセルされるように、制御部２による音波発生部１の制御条件と受波素子３の出力の信号処理条件との少なくとも一方を変更するようにすることが好ましい。火災感知器による火災の判定精度を長期にわたって安定に保つことができる。【００７０】
また、本実施形態の火災感知器においても、第１実施形態と同様に、信号処理部４に、音速検出部４３、温度推定部４４、温度判定部４５を設けてもよい。【００７１】
また、音波発生部１と制御部２と受波素子３と信号処理部４とを１枚の回路基板５に設けてケース（図示せず）内に収納する一体型の火災感知器の他に、音波発生部１と制御部２とを備えた音波発信ユニットと、受波素子３と信号処理部４とを備えた音波受信ユニットとを別体として互いに対向配置する分離型の火災感知器を構成してもよい。また、音波発生部１は、図３に示す超音波発生素子に限らず、例えば、アルミニウム製の薄板を発熱体部として当該発熱体部への通電に伴う発熱体部の急激な温度変化による熱衝撃によって超音波を発生させるものであってもよい。【００７２】
上記した各実施形態において、制御部２が、防虫効果のある周波数の超音波を発信するように音波発生部１を制御することで、監視空間に虫が侵入するのを防止することができ、虫に起因した誤報の発生を低減できる。例えば、煙濃度を推定するために音波発生部１から提供する超音波とは別に、防虫効果のある周波数の超音波を定期的に発信するようにしてもよい。あるいは、煙濃度を推定するために音波発生部１から送波する超音波の周波数を防虫効果のある周波数に設定してもよい。
（第３実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）に示すように、内空間が超音波の伝播路として使用され、超音波の拡散範囲を狭める筒体５０が音波発生部１と受波素子３との間に配置されることを除いて実質的に第１実施形態と同じである。したがって、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【００７３】
筒体５０は、監視空間における超音波の伝搬経路の少なくとも一部に配置される。具体的には、本実施形態の筒体５０は、長手方向の両端面が開放された略直方体の角筒構造を有し、長手方向の一端面（図１４（Ａ）における右端面）を音波発生部１に近接させて配置することにより当該一端面が音波発生部１で閉じられ、他端面（図１４（Ａ）における左端面）は受波素子３から所定距離によって離されている。筒体５０を設けることで、音波発生部１からの超音波が拡散して音圧低下するのを抑制することができる。【００７４】
また、本実施形態の火災感知器においては、図１５（Ａ）に示すように、音波発生部１を構成する超音波発生素子の発熱体層１３の表面（図３参照）が、筒体５０の超音波入射口に対向して配置されるとともに、超音波入射口と同一もしくはそれより大きい形状、好ましくは略同形状の大きさに形成されている。一例として、筒体５０の超音波入射口の開口面積が１０ｍｍ角の正方形状を有する時、発熱体層１３の表面を１０ｍｍ角の正方形状とする。この構成によれば、発熱体層１３の急激な温度変化が筒体５０の超音波入射口の全域に一様に伝わるので、音波発生部１からの超音波は筒体５０内を平面波として進行する。したがって、筒体５０の側面での反射波による干渉を生じることなく、超音波の音圧低下を防ぐことができる。【００７５】
あるいは、図１５（Ｂ）に示すように、音波発生部１を複数の超音波発生素子で構成し、これらの超音波発生素子を同期させて駆動する場合は、これら複数の超音波発生素子を並べて形成される音波発生部１の超音波発生面を、筒体５０の超音波入射口に対向配置するとともに、超音波入射口と同一もしくはそれより大きい形状、好ましくは略同形状に形成すれば、上述した図１５（Ａ）の場合と同等の効果を得ることができる。一例として、筒体５０の超音波入射口の開口面積が１０ｍｍ角の正方形状を有する時、各超音波発生素子それぞれの発熱体層１３が５ｍｍ角の正方形状を有し、これら４つの超音波発生素子を並べて１０ｍｍ角の正方形状の超音波発生面を形成すればよい。【００７６】
また、筒体５０は、図１６に示すように、音波発生部１を筒体５０で覆った構成や、図１７に示すように、筒体５０の一端面を音波発生部１から所定距離だけ離して対向配置する構成を採用してもよい。さらに、音波発生部１の中心軸と受波素子３の中心軸とが同一軸上にない場合、例えば、音波発生部１の中心軸に対して受波素子３が傾いて配置される場合は、図１８に示すように、音波発生部１と受波素子３との間に伝搬経路に沿って曲げられた筒体５０を配置してもよい。さらに、図１９に示すように、長手方向に直交する断面が、超音波の進行方向に向かって大きくなる音響ホーンを筒体５０として用いてもよい。尚、筒体５０は角筒に限らず丸筒であってもよい。【００７７】
本実施形態の火災感知器によれば、第１実施形態で述べたのと同様の効果に加え、筒体５０を設けたことにより、超音波の拡散による音圧低下を抑制することができるので、ＳＮ比が向上するというさらなる効果がある。そして、音波発生部１の発熱体層１３の表面を筒体５０の超音波入射口と略同一の大きさに形成する場合は、筒体５０内での超音波同士の干渉による音圧低下を回避できる点で特に好ましい。
（第４実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図２０に示すように、音波発生部１と受波素子３との間隔と同じ長さの筒体５０を、音波発生部１と受波素子３とで筒体５０の長手方向の両端面が閉じられるように配置したことを除いて実質的に第１実施形態と同じである。したがって、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【００７８】
図２０に示すように配置された筒体５０は、両端面が閉じられた音響管と同様に固有の共振周波数を有する。つまり、筒体５０の長手方向の寸法をＬとするときに、Ｌ＝（ｎ／２）×λの関係（ただし、ｎは自然数）を満たす波長λに対応する周波数ｆ（超音波の伝搬速度をｃとしてｆ＝ｃ／λで定義される）が筒体５０の共振周波数となる。したがって、Ｌ＝（ｎ／２）×λの関係を満たす超音波の連続波が長手方向の端面から筒体５０内に入射すると、当該超音波の少なくとも一部が筒体５０の長手方向の両端面で反射を繰り返すことにより、反射波と音波発生部１からの直接波とが重なって共振し、筒体５０の内部において図２１に示すように時間経過に伴って超音波の音圧が増大する。【００７９】
そこで、本実施形態では、制御部２において、筒体５０内に固有の共振周波数の超音波が提供されるように音波発生部１を制御することにより、筒体５０内で共振を生じさせ、音波発生部１からの超音波の音圧を増大させている。この場合、筒体５０内で共振を生じさせるために、単パルス状の超音波ではなく、Ｌ／λを超える複数周期（以下、ｍ周期という）の超音波を音波発生部１から提供する必要がある。そこで、制御部２は、ｍ（＞Ｌ／λ）周期の超音波の連続波が筒体５０内に提供されるように音波発生部１を制御する。言い換えると、音波発生部１から連続して提供される超音波の発信時間ｔｐ（つまりｔｐ＝ｍ×λ／ｃ）が、筒体５０の長手方向の両端間を超音波が伝搬するのに要する伝搬時間ｔｓ（つまりｔｓ＝Ｌ／ｃ）よりも大きくなる（つまりｔｐ＞ｔｓ）ように制御部２で音波発生部１を制御する。受波素子３は、筒体５０内で共振が発生して超音波の音圧が飽和したタイミング（図２１中「Ｓ」のタイミング）で超音波の音圧を検出する。通常、音波発生部１からの超音波の発信が終了した時点で超音波の音圧が飽和するので、一例として、音波発生部１からの超音波の発信を終了すると同時に、受波素子３において超音波の音圧を検出すればよい。【００８０】
本実施形態においては、図２２に示すように、筒体５０の一端面に音波発生部１が、他端面に受波素子３がそれぞれ配置されている。両端面が閉じた音響管においては、超音波による圧力変化が両端部で最大になるので、受波素子３は超音波による圧力変化が最大となる部位で超音波の音圧を検出することができる。換言すれば、超音波の音圧の腹（つまり空気の移動速度の節）となる部位で受波素子３が超音波の音圧を検出することができる（図２２中、「Ｗ１」と「Ｗ２」の縦方向の間隔が圧力変化の大きさを表す）。その結果、煙濃度の変化量に対する受波素子３の出力の変化量を極力大きくすることができる。なお、図２３に示すように、筒体５０の一端面に音波発生部１および受波素子３を並べて配置し、筒体５０の長手方向の他端面（図２３右端面）を閉じた形状とした場合でも、受波素子３は超音波による圧力変化が最大となる部位で音圧を検出することができる。【００８１】
また、図２４に示すように、両端面が閉じた筒体５０一端面に音波発生部１を配置し、長手方向に沿う側面のうち音波発生部１からの超音波による圧力変化が最大となる位置に受波素子３を配置してもよい。超音波による圧力変化が最大となる箇所は、両端が閉じた音響管の長手方向における両端部だけでなく、長手方向に沿って一端面からλ／２（λは超音波の波長）ごとにある。この箇所に受波素子３を配置すれば、上記した場合と同様に、煙濃度の変化量に対する受波素子３の出力の変化量を極力大きくすることができる。【００８２】
さらに、図２５は、筒体５０の側面のうち音波発生部１からの超音波による圧力変化が最大となる位置に受波素子３を配置した場合の他例であって、具体的には、制御部２が、筒体５０の内部空間における長さ寸法Ｌを自然数ｎで除した長さの波長λ（つまりλ＝Ｌ／ｎ）の超音波が監視空間に提供されるように音波発生部１を制御することを前提として、筒体５０の長手方向の中央部に受波素子３を配置している。要するに、波長λ（＝Ｌ／ｎ）の超音波が音波発生部１から提供されると、筒体５０の長手方向の中央部は長手方向の一端面から必然的にλ／２のｎ倍だけ離れた位置となり、超音波による圧力変化が常に最大となる。この構成では、上述した波長λ（＝Ｌ／ｎ）の条件を満たしていれば超音波の周波数が異なる場合でも、筒体５０の長手方向の中央部に配置された受波素子３によって超音波の圧力変化が最大となる位置で音圧を検出することが可能となり、超音波の周波数ごとに異なる位置に受波素子３を配置する場合に比べて、筒体５０の設計が容易になる。【００８３】
ところで、両端面が閉じた音響管を共振させる場合、長手方向の各端面で超音波が反射することにより共振し、特に、波長の短い超音波では、端面に微小な凹凸があるだけでも端面で反射する際に干渉による音圧低下を招く恐れがあるが、図２４のように筒体５０の側面に受波素子３を配置すれば、筒体５０の端面に設けられる場合に比べ、筒体５０の端面を凹凸の少ない平坦な面とすることができ、結果的に、筒体５０の端面での超音波の反射を受波素子３で阻害することなく共振による音圧増加を得ることができる。尚、図２２ないし図２５の構成では、筒体５０内が監視空間となるので、筒体５０の長手方向に沿う側面には内部に煙等を案内する孔（図示せず）が設けられている。尚、煙をさらに導入し易くする観点から、この孔は一部が開放されている他の実施形態の筒体に設けても良い。また、孔の配置は、筒体の側面に限定されない。【００８４】
また、超音波の伝搬速度である音速ｃは媒質の絶対温度に応じて変化するので、筒体５０の共振周波数は常に一定ではなく、媒質の温度変化による音速変化に起因して変動する。そのため、音波発生部１からの超音波の周波数を筒体５０の共振周波数と正確に合わせるためには、音波発生部１からの超音波の周波数を温度変化に伴う音速変化に応じて補正する必要がある。本実施形態では、温度変化に伴う音速変化に応じて音波発生部１からの超音波の周波数を補正する周波数補正部（図示せず）を制御部２に設けてある。したがって、音速変化に起因して筒体５０の共振周波数が変動することがあっても、音波発生部からの超音波の周波数は周波数補正部によって変動後の筒体５０の共振周波数に補正されるので、筒体５０内において確実に共振を発生させることができる。また、この周波数補正部は、第１実施形態で説明した音速検出部４３において、音波発生部１が超音波を発信してから受波素子３によって受信されるまでの時間差に基づいて求めた音速を用いて音波発生部１からの超音波の周波数補正を実施しており、結果的に、音速を求める手段を個別設ける場合に比べて煙感知器の構成をシンプルにすることができる。【００８５】
以下に、本実施形態の具体例を示す。音速ｃが３４０ｍ／ｓ、筒体５０の長手方向の寸法Ｌが３４ｍｍのとき、Ｌ＝（ｎ／２）×λの関係を満たすには、音波発生部１が発信する超音波の周波数ｆ（＝ｃ／λ）をたとえば１００ｋＨｚ（ｎ＝２０）や、５０ｋＨｚ（ｎ＝１０）とすればよい。すなわち、１００ｋＨｚや５０ｋＨｚは筒体５０の共振周波数であり、これらの周波数の超音波を音波発生部１から発信することにより、図２１に示すように時間経過に応じて超音波の音圧が共振によって増大する。ここで、上述したように、ｍ（＞Ｌ／λ）周期の超音波の連続波を監視空間に提供する必要があるので、制御部２は、たとえば１００ｋＨｚの場合には１００周期、５０ｋＨｚの場合には５０周期程度の超音波が音波発生部１から連続的に提供されるように音波発生部１を制御する。この構成では、筒体５０内で共振が発生して超音波の音圧が飽和したタイミング（図２１中の「Ｓ」のタイミング）で受波素子３が検出する超音波の音圧は、筒体５０のない構成で単パルス状の超音波を送受波した場合の数十倍の音圧となる。【００８６】
また、本実施形態の変更例として、筒体５０の長手方向の一端面のみを閉じた（他端面が開口した）構成を採用してもよい。この場合も、筒体５０は長手方向の一端が閉じられた音響管と同様に固有の共振周波数を有する。つまり、筒体５０の長手方向の寸法をＬとするときに、Ｌ＝（１／４＋ｎ／２）×λの関係（ただし、ｎ＝０、１、２、３、…）を満たす波長λに対応する周波数ｆ（＝ｃ／λ）が筒体５０の共振周波数となる。したがって、Ｌ＝（１／４＋ｎ／２）×λの関係を満たす超音波の連続波が長手方向の端面から筒体５０内に入射すると、当該超音波の少なくとも一部が筒体５０の長手方向の両端面で反射を繰り返すことにより、反射波と音波発生部１からの直接波とが重なって共振し、筒体５０の内部において図２１に示すように時間経過に応じて音圧が増大する。この場合、筒体５０内で共振を生じさせるために、制御部２は、単パルス状の超音波ではなく、ｍ（＞Ｌ／λ）周期の超音波の連続波を発信するように音波発生部１を制御する。言い換えると、音波発生部１から超音波を連続して発信する発信時間ｔｐ（＝ｍ×λ／ｃ）が、筒体５０の長手方向の両端間を超音波が伝搬するのに要する伝搬時間ｔｓ（＝Ｌ／ｃ）よりも大きくなる（つまりｔｐ＞ｔｓ）ように制御部２で音波発生部１を制御する。なお、筒体５０の一方の端面を開口端とする場合、開口端よりも僅かΔＬだけ外側に、超音波の音圧の節（つまり空気の移動速度の腹）が生じるので、共振周波数を求める際に用いる長さＬを上記ΔＬだけ補正（開口端の補正）すれば、より正確な共振周波数を求めることができる。【００８７】
上記した本実施形態の火災感知器によれば、筒体５０内で共振を生じさせることで、音波発生部１と受波素子３との間における音圧の低下を一層抑制することができ、煙濃度の変化量に対する受波素子３の出力の変化量が大きくなってＳＮ比を高めることができる。しかも、共振により筒体５０の長手方向の端面で反射を繰り返す超音波においては、実効的な伝播距離が反射の回数に応じて延長されるので、このことも煙濃度の変化量に対する受波素子３の出力の変化量の増大に寄与し、非共振の単パルス状の超音波が受波素子３で受波される場合に比較して超音波の減衰量は数倍に増大する。
（実施形態５）
本実施形態の火災感知器は、図２６に示すように、音波発生部１と受波素子３との対向面がそれぞれ超音波を反射する第１反射面Ｒｅ１と第２反射面Ｒｅ２とを形成していることを除いて実質的に第１実施形態と同じである。したがって、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【００８８】
本実施形態においては、音波発生部１と受波素子３との間の超音波の伝搬経路は、両端に第１および第２の各反射面Ｒｅ１、Ｒｅ２を有する気柱と同様に、固有の共振周波数を有する。つまり、音波発生部１と受波素子３との間の距離をＬとするとき、Ｌ＝（ｎ／２）×λの関係（ただし、ｎは自然数）を満たす波長λに対応する周波数ｆ（波の伝搬速度をｃとしてｆ＝ｃ／λで定義される）が音波発生部１と受波素子３との間の超音波の伝搬経路における共振周波数となる。したがって、Ｌ＝（ｎ／２）×λの関係を満たす超音波の連続波が音波発生部１から発信されると、当該超音波の少なくとも一部が第２反射面Ｒｅ２で反射されて反射波（図２６中に破線で示す）となり、さらにこの反射波が第１反射面Ｒｅ１で反射されて反射波となり、これらの反射波が音波発生部１から発信される後続の超音波と同位相で重なって共振し、時間経過に応じて超音波の音圧が増大する。【００８９】
したがって、制御部２は、距離Ｌに基づく超音波の伝搬経路に固有の共振周波数の超音波が監視空間に提供されるように音波発生部１を制御することにより、音波発生部１と受波素子３との間の超音波の伝搬経路で共振を生じさせ、超音波の音圧を増大させることができる。また、第４実施形態と同様に、音波発生部１から超音波を連続して発信する送波時間ｔｐが、音波発生部１と受波素子３との間を超音波が伝搬するのに要する時間ｔｓよりも大きくなるように制御部２で音波発生部１を制御する。これにより、音波発生部１からの超音波は少なくとも第２反射面Ｒｅ２での反射波と重なって共振し、したがって音波発生部１と受波素子３との間における超音波の音圧低下を抑制することができる。受波素子３は、音波発生部１と受波素子３との間で共振が生じて音圧が飽和したタイミングで超音波の音圧を検出する。【００９０】
また、第４実施形態と同様に、温度変化に伴う音速変化に応じて音波発生部１からの超音波の周波数を補正する周波数補正部（図示せず）が制御部２に設けられているので、音波発生部１と受波素子３との間において確実に共振を発生させることができる。【００９１】
以下に、本実施形態の具体例を示す。音速ｃが３４０ｍ／ｓ、音波発生部１と受波素子３との間の距離Ｌが３４ｍｍのとき、Ｌ＝（ｎ／２）×λの関係を満たすには、音波発生部１から発信する超音波の周波数ｆ（＝ｃ／λ）をたとえば１０５ｋＨｚ（ｎ＝２１）とすればよい。すなわち、１０５ｋＨｚは伝搬経路の共振周波数であり、この周波数の超音波を音波発生部１から提供することにより、超音波の音圧が共振によって増大する。ここで、ｍ（＞Ｌ／λ）周期の超音波の連続波を発信する必要があるので、制御部２は、１０５ｋＨｚの超音波の場合、少なくとも１１周期程度の超音波が連続的に監視空間に提供されるように音波発生部１を制御する。１０５ｋＨｚの超音波を用いる場合において、超音波を音波発生部１から１０５周期連続的に発信すれば、超音波が両反射板Ｒｅ１、Ｒｅ２間を５往復する間に反射波同士、あるいは反射波と音波発生部１からの直接波とが重なることにより音圧が増大する。この構成では、共振が発生して音圧が飽和したタイミングで受波素子３が検出する超音波の音圧は、共振周波数以外の単パルス状の超音波を送受波した場合の数十倍の音圧となる。【００９２】
本実施形態の火災感知器によれば、第１実施形態で述べたのと同様の効果に加え、音波発生部１と受波素子３との間の超音波の伝搬経路で共振を発生させるようにしたことで、超音波が監視空間を伝播する間に音圧低下するのを抑制することができ、結果的にＳＮ比の向上を図れる。さらに、共振により反射面Ｒｅ１、Ｒｅ２で反射した超音波においては、実効的な伝播距離が反射の回数に応じて延長され、実質的に超音波は音波発生部１と受波素子３との間の距離Ｌの数倍の伝播距離を経て受波素子３に到達する。このことも煙濃度の変化量に対する受波素子３の出力の変化量の増大に寄与し、非共振の単パルス状の超音波が受波素子３で受信される場合に比して超音波の減衰量は数倍に増大する。
（第６実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図２７に示すように、音波発生部１と受波素子３との対向面において、超音波の反射率を向上させる反射板６０を設けたことを除いて実質的に第５実施形態と同じである。したがって、第５実施形態ならび第５実施形態が引用する実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【００９３】
すなわち、本実施形態においては、板状の一対の反射板６０が対向配置され、音波発生部１および受波素子３は各反射板６０の略中央部に配設されている。音波発生部１における受波素子３との対向面、および受波素子３における音波発生部１との対向面は、各反射板６０の表面と面一になっている。この構成によれば、音波発生部１と受波素子３との間の伝搬経路において超音波が拡散によって広がったとしても、受波素子３あるいは音波発生部１の周囲の反射板６０で反射されることにより伝搬経路に戻されるので、超音波の拡散による音圧低下を抑制することができ、煙濃度の変化量に対する受波素子の出力の変化量を大きくできてＳＮ比が向上する。【００９４】
本実施形態の第１変更例として、図２８に示すように、パラボラ状に湾曲された反射板６１を用いてもよい。この反射板６１は、凹型の曲面を反射面として有するので、各反射板で超音波を反射する際に受波素子３に超音波が集音され、超音波の拡散による音圧低下をより一層抑制することができる。尚、凹型の曲面を反射面として有する反射板６１を、音波発生部１と受波素子３のいずれか一方の側にのみ配置しても良い。【００９５】
また、本実施形態の第２変更例として、図２９に示すように、平板状の一対の反射板６０の一方に音波発生部１および受波素子３を並べて配置してもよい。素子数の低減による低コスト化を図ることができる。また、この構成においては、音波発生部１からの超音波は受波素子３に直接波として到達することがなく、少なくとも一回は対向配置された反射板６０で反射されるので、音波発生部１と受波素子３との間で共振が生じやすくなる。あるいは、図３０に示すように、音波発生部１および受波素子３に対向配置された平板状の反射板６０の代わりに、パラボラ状の反射板６１を配置しても良い。集音機能が向上して、超音波の拡散による音圧低下を一層抑制することができる。【００９６】
尚、図２９や図３０に示す構成においては、音波発生部１と受波素子３との間の距離をＬとすると、反射板同士の間の距離はＬ／２となるから、Ｌ／２＝（ｎ／２）×λの関係（ただし、ｎは自然数）を満たす波長λに対応する周波数ｆが、音波発生部１と受波素子３との間の超音波の伝搬経路における共振周波数となる。
（第７実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図３１に示すように、超音波を発信する音波発生部が第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０で構成され、超音波を受信する音波受信部が第１受波素子１２０および第２受波素子１３０で構成されるとともに、信号処理部４が後述の出力補正部４９を備えることを除いて第１実施形態の煙感知器と実質的に同じである。したがって、同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【００９７】
本実施形態においては、図３２に示すように、円盤状のプリント基板からなる回路基板５の表面には、第１音波発生部１００と第１受波素子１２０とが、監視空間を介して対向配置され、第２音波発生部１１０と第２受波素子１３０とが、参照空間を介して対向配置されている。制御部２および信号処理部４は、回路基板５に設けられている。【００９８】
第１音波発生部１００と第１受波素子１２０との間の監視空間は、火災の有無を監視するため、火災感知器の周囲の外部空間（外気）に通じており、第２音波発生部１１０と第２受波素子１３０との間の参照空間は、少なくとも煙粒子を含む浮遊粒子を遮断する遮断壁８によって包囲されている。つまり、第１音波発生部１００は監視空間に超音波を発信し、第２音波発生部１１０は参照空間に超音波を発信する。【００９９】
第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０のそれぞれには、第１実施形態と同様の超音波発生素子を使用でき、第１受波素子１２０と第２受波素子１３０のそれぞれには、第１実施形態と同様の静電容量型のマイクロホンを採用することができる。一方、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を制御する制御部２は、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０に駆動入力波形を与えて駆動する駆動回路と、当該駆動回路を制御するマイクロコンピュータからなる制御回路とで構成される。【０１００】
信号処理部４は、煙濃度推定部４１、煙濃度判定部４２、音速検出部４３、温度推定部４４、温度判定部４５に加え、第１受波素子１２０の出力を補正するための出力補正部４９が設けられている点に特徴がある。【０１０１】
すなわち、煙濃度推定部４１は、第１音波発生部１００からの超音波の音圧を検出する第１受波素子１２０の出力の基準値からの減衰量に基づいて煙濃度を推定する。煙濃度判定部４２は、煙濃度推定部４１で推定された煙濃度が閾値未満の場合には「火災無し」と判定し、閾値以上の場合には「火災有り」と判定して火災感知信号を制御部２へ出力する。制御部２は、火災感知信号を受信すると、可聴域の音波からなる警報音を第１音波発生部１００から発生させる。一方、音速検出部４３は、第１音波発生部１００が超音波を発信してから第１受波素子１２０に受信されるまでの時間差に基づいて音速を求める。温度推定部４４は、音速検出部４３で求めた音速に基づいて監視空間の温度を推定する。温度判定部４５は、温度推定部４４で推定された温度と規定温度とを比較して火災の有無を判定し、煙濃度推定部４１と同様に、所定の閾値以上の場合には「火災有り」と判定して火災感知信号を制御部２へ出力する。【０１０２】
尚、信号処理部４は、マイクロコンピュータにより構成されており、信号処理部４を構成する各部（４０〜４５、４９）は、マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現される。【０１０３】
以下、本実施形態の特徴部である出力補正部４９について詳細に説明する。第１受波素子１２０の出力は、監視空間の煙濃度の増減以外に、火災感知器の置かれた周囲環境の変化（たとえば、温度、湿度、大気圧などの変化）や、第１音波発生部１００や第１受波素子１２０の経時変化（たとえば、経年劣化）に起因する第１音波発生部１００からの超音波の音圧変化や、第１受波素子１２０の感度変化によって変動する恐れがある。本実施形態では、出力補正部４９が、第２受波素子１３０の出力（参照値）の初期値からの変化率に基づいて第１受波素子１２０の出力を補正し、上記した出力変動の影響を除いた後、第１受波素子１２０の補正された出力をそれぞれ音速検出部４３と煙濃度推定部４１に送るようにしている。【０１０４】
具体的に説明すると、出力補正部４９は、第２音波発生部１１０から参照空間に発信した超音波の音圧を検出する第２受波素子１３０の出力を受け、予め決められた第２受波素子１３０の出力の初期値からの変化率に基づく補正係数を求め、この補正係数を用いて補正した第１受波素子１２０の出力を煙濃度推定部４１に出力する。ここで、第２受波素子１３０の出力の初期値は、たとえば周囲環境（たとえば、温度、湿度、大気圧）が所定の状態に設定され、且つ経時変化が生じていないとき（たとえば、出荷前）に検出された第２受波素子１３０の出力値であって、あらかじめ出力補正部４９に保持されている。あるいは、煙感知器の設計段階において同等の初期値をプログラム上で設定してもよい。尚、本実施形態では、第１音波発生部１００を駆動して監視空間の煙濃度を検出する前に毎回、第２音波発生部１１０を駆動して第２受波素子１３０の出力を計測し、補正係数を算出するように構成されている。したがって、補正係数は監視空間における煙濃度の検出の度に更新される。【０１０５】
一例として、本実施形態においては、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０とを同一の条件（たとえば、発信する超音波の音圧、周波数）で駆動するとともに、第１受波素子１２０と第２受波素子１３０とを同一の条件（たとえば、直流バイアス電圧）で使用し、さらに第１音波発生部１００および第１受波素子１２０の位置関係と第２音波発生部１１０および第２受波素子１３０の位置関係とを同一に設定することにより、監視空間に浮遊粒子の侵入がなく、監視空間と参照空間とが同様の状態（たとえば、温度、湿度、大気圧）であるとき、第１受波素子１２０の出力と第２受波素子１３０の出力とが略同一になるようにしている。この場合、第２受波素子１３０の出力の初期値と第１受波素子１２０の出力の基準値とは略同値となる。ここにおいて、制御部２は、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０とを同時に駆動する必要はないものの、超音波の発信時間の累計が第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０とで同一となるようにそれぞれを制御する。【０１０６】
参照空間は、遮断壁８で包囲されているので、温度に関しては外部空間（外気）および監視空間と同じになるものの、煙粒子や湯気などが侵入することはなく、これらの存在よって超音波が減衰することはない。尚、遮断壁８には、浮遊粒子を通過させない大きさの微細孔（図示せず）が多数形成されたるフィルタ（たとえば多孔質セラミックフィルタ）が設けられており、微細孔を通して参照空間と外部空間とが連通されている。したがって、参照空間においては、温度以外に湿度や大気圧に関しても外部空間および監視空間と同じになる。【０１０７】
これにより、第２受波素子１３０の実際の出力の前記初期値からの変化率は、周囲環境（たとえば、温度、湿度、大気圧）の変化、あるいは第２音波発生部１１０や第２受波素子１３０の経時変化（第１音波発生部１００や第１受波素子１２０の経時変化と同じ）に応じて決まる。第１受波素子１２０の出力は、この変化率に基づく補正係数を用いて補正されるので、周囲環境の変化や経時変化の影響を除いた第１受波素子１２０の出力が得られ、これを用いて以後の火災判定が煙濃度判定部４２および温度判定部４５によって実施される。要するに、外乱因子を除去して、監視空間の煙濃度のみを反映した情報に基づいて正確な火災判定を行うことができるのである。【０１０８】
以下に、本実施形態の火災感知器の一動作例を、図３３のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。まず、火災感知器の出荷前において第２音波発生部１１０を駆動して第２受波素子１３０の出力の初期値を取得し、当該初期値を出力補正部４９に保持する（ステップＳ１）。そして、火災感知器が所望の場所に設置された後、第１音波発生部１００を駆動する前に第２音波発生部１１０を駆動して第２受波素子１３０の実際の出力を得る。この第２受波素子１３０の実際の出力の前記初期値からの変化率に基づいて補正係数が算出される（ステップＳ２）。その後、第１音波発生部１００を駆動して第１受波素子１２０からの出力を取得し、この出力を出力補正部４９において前記補正係数を使用して補正することにより、第１受波素子１２０の出力から周囲環境の変化や経時変化の影響を除去する（ステップＳ３）。そして、補正後の第１受波素子１２０の出力を用いて、煙濃度推定部４１で監視空間の煙濃度を推定し、煙濃度判定部４２で火災の有無を判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４が終了すれば、補正係数を算出するステップＳ２に戻り、上述したステップＳ２〜Ｓ４の動作が定期的に繰り返される。【０１０９】
尚、本実施形態の変更例として、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０、第１受波素子１２０と第２受波素子１３０とをそれぞれ別構成とし、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０とを別条件で駆動するとともに、第１受波素子１２０と第２受波素子１３０とを別条件で使用するようにしてもよい。さらに、図３４に示すように、第１音波発生部１００と第１受波素子１２０との位置関係が、第２音波発生部１１０と第２受波素子１３０の位置関係と互いに異なるようにしてもよい。図３４の場合は、第１音波発生部１００と第１受波素子１２０との間の距離を第２音波発生部１１０と第２受波素子１３０との間の距離よりも大きく設定してある。【０１１０】
また、監視空間の煙濃度を複数回検出する毎に補正係数の算出を１回行う構成を採用しても良い。たとえば、補正係数が変動することの少ない環境においては、補正係数の算出（つまり更新）の頻度を少なくすることによって低消費電力化を図ることが好ましい。【０１１１】
本実施形態の火災感知器によれば、第１実施形態で述べたのと同様の効果に加え、出力補正部４９によって第１受波素子１２０の出力変動の影響を除去してから火災判定を行うので、誤報の発生を低減して火災感知器の動作信頼性を一層向上することができる。
（第８実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図３５に示すように、第１音波発生部１００と第１受波素子１２０との間に筒体５１を配置するとともに、第２音波発生部１１０と第２受波素子１３０との間に筒体５２を配置したことを除いて実質的に第７実施形態と同じである。したがって、第７実施形態および第７実施形態が引用する実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【０１１２】
筒体５１、５２の各々は、図３５に示すように直管状の角筒であって、長手方向の一端面が第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０の各々で閉塞され、他端面が第１受波素子１２０および第２受波素子１３０の各々で閉塞される。したがって、筒体５１の内部が監視空間であり、筒体５２の内部が参照空間に相当する。筒体５１には、煙粒子を含む浮遊粒子が通過する大きさの孔５３が複数設けられており、孔５３によって監視空間と外部空間とが連通される。一方、筒体５２は遮断壁８を兼ねており、浮遊粒子を通過させない大きさの微細孔（図示せず）が多数形成されたフィルタ（たとえば多孔質セラミックフィルタ）を少なくとも一部に有している。このように、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０からの超音波は筒体５１、５２の内部を通過するので、超音波の音圧が拡散によって低下するのを防ぐことができる。【０１１３】
尚、筒体５１、５２の長さ寸法、開口形状を同一にすれば、監視空間と参照空間とが同様の雰囲気（たとえば、温度、湿度、大気圧）にある時、第１受波素子１２０の出力と第２受波素子１３０の出力との一致度が高くなる。その結果、出力補正部４９における第１受波素子１２０の出力の補正精度が一層向上する。【０１１４】
たとえば、第１受波素子１２０と第２受波素子１３０とのそれぞれに周囲環境の変化や経時変化によりＭｓｅｎｓという量（０≦Ｍｓｅｎｓ≦１）の感度低下が生じたと仮定すると、第２受波素子１３０の出力をＰｒｅｆ、第２受波素子１３０の出力（参照値）の初期値をＰｒｅｆ０、第１受波素子１２０の出力をＰｍｅｓ、第１受波素子１２０の出力の基準値をＰｍｅｓ０、出力補正部４９で補正後のＰｍｅｓをＰｍｅｓ’、Ｐｍｅｓ’のＰｍｅｓ０からの減衰量をΔＰｍｅｓとすれば、Ｐｒｅｆ＝（１−Ｍｓｅｎｓ）×Ｐｒｅｆ０の式から補正係数（１−Ｍｓｅｎｓ）を算出することができ、この補正係数を用いて、Ｐｍｅｓ’＝Ｐｍｅｓ×（１／（１−Ｍｓｅｎｓ））よりＰｍｅｓ’を算出すれば、Ｐｍｅｓ０−Ｐｍｅｓ’によって減衰量ΔＰｍｅｓを求めることができる。【０１１５】
本実施形態の変更例として、図３６に示すように、回路基板５の表面に筒体５１、５２を重ねて配置してもよい。また、図３７に示すように、第１音波発生部１００と第１受波素子１２０との間にのみ筒体５１を設けるようにしてもよい。図３７の場合は、筒体５１は第１音波発生部１００と第１受波素子１２０との間隔よりも短く形成されており、長手方向の各端面を第１音波発生部１００と第１受波素子１２０とからそれぞれ離して配置することにより長手方向の両端面が開口している。この場合も、第１音波発生部１００からの超音波については筒体５１内を通ることで拡散が抑制されるので、超音波の拡散による音圧低下を抑制することができる。尚、第１音波発生部１００あるいは第１受波素子１２０と筒体５１との間が監視空間となるので孔５３はなくても良い。【０１１６】
本実施形態の火災感知器によれば、第７実施形態で述べたのと同様の効果に加え、筒体５１を配置することによって第１音波発生部１００と第１受波素子１２０との間における超音波の拡散による音圧低下を抑制することができるので、煙濃度の変化量に対する第１受波素子１２０の出力の変化量が比較的大きくなり、結果的にＳＮ比が向上するというさらなる効果がある。
（第９実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図３８（Ａ）および図３８（Ｂ）に示すように、筒体５０の内部空間を仕切壁５４によって上下に２等分することで監視空間と参照空間を形成するとともに、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０とが単一の超音波発生素子１４０によって形成されることを除いて実質的に第７実施形態と同じである。したがって、第７実施形態および第７実施形態が引用する実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【０１１７】
本実施形態の筒体５０は、監視空間側に監視空間と外部空間とを連通し煙粒子を含む浮遊粒子を通過させる大きさの孔５３を有し、第１受波素子１２０と第２受波素子１３０が、監視空間と参照空間のそれぞれの一端に配置されている。筒体５０のうち参照空間を形成する部分は遮断壁８を兼ねており、浮遊粒子を通過させない大きさの微細孔（図示せず）が多数形成されたフィルタ（たとえば多孔質セラミックフィルタ）を少なくとも一部に有している。また、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０は、監視空間と参照空間の他端において跨る形で配置された単一の音波発生素子１４０によって提供される。尚、図３８（Ｂ）では、第１受波素子１２０および第２受波素子１３０の図示が省略されている。【０１１８】
本実施形態の特徴部をさらに具体的に説明する。筒体５０は、１０ｍｍ角の正方形状の開口面を有する角筒状であって、内部空間が仕切壁５４によって２等分されることにより、監視空間と参照空間とはそれぞれ５ｍｍ×１０ｍｍの開口面を有する。ここで、超音波発生素子１４０のうち、媒質としての空気に振動を与える超音波発生面は１０ｍｍ角の正方形状としてある。超音波発生素子１４０は、監視空間と参照空間とに均等に超音波を発信するように配置される。この場合、第２受波素子１３０の出力の初期値と第１受波素子１２０の出力の基準値とは同値となる。なお、監視空間と参照空間とに対して超音波発生素子１４０が均等に超音波を発信するように配置されていない場合や監視空間と参照空間の形状が異なる場合には、第２受波素子１３０の出力の初期値と第１受波素子１２０の出力の基準値との比率を用いて補正係数を算出すればよい。【０１１９】
本実施形態の火災感知器によれば、第７実施形態で述べたのと同様の効果に加え、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０とが単一の超音波発生素子１４０からなるので、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０とは同様に経時変化することとなり、第１音波発生部１００からの超音波の音圧変化に起因した第１受波素子１２０の出力変動の影響を出力補正部４９で確実に除去することができるという効果がある。
（第１０実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図３９に示すように、超音波を発信する音波発生部が第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０で構成され、超音波を受信する音波受信部が第１受波素子１２０および第２受波素子１３０で構成されるとともに、信号処理部４が後述の出力補正部４９を備えることを除いて第２実施形態の煙感知器と実質的に同じである。したがって、第２実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【０１２０】
本実施形態では、制御部２が、周波数の異なる複数種の超音波が順次監視空間に提供されるように第１音波発生部１００を制御する。信号処理部４は、少なくとも第１受波素子１２０の基準出力（基準音圧に対する第１受波素子１２０の出力）、監視空間に存在する浮遊粒子の種類および浮遊粒子濃度に応じた第１音波発生部１００の出力周波数と第１受波素子１２０の出力の相対的単位減衰率との関係データ、煙粒子に関して特定周波数（たとえば、８２ｋＨｚ）における単位減衰率を記憶した記憶部４８と、第１音波発生部１００から実際の監視空間に発信された各周波数の超音波ごとの第１受波素子１２０の出力と記憶部４８に記憶されている関係データとを用いて監視空間に浮遊している煙粒子の種類を推定する煙粒子判定部４６と、煙粒子判定部４６で推定された粒子が、監視対象としてあらかじめ決められた粒子である場合に前記特定周波数の超音波における第１受波素子１２０の出力の基準値からの変化量に基づいて監視空間の煙濃度を推定する煙濃度推定部４１と、煙濃度推定部で推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判断する煙濃度判定部４２とを有する。また、信号処理部４には、第７実施形態と同様に、第２受波素子１３０の出力の初期値からの変化率に基づいて第１受波素子１２０の出力を補正する出力補正部４９が設けられており、煙粒子判定部４６および煙濃度推定部４１においては、出力補正部４９での補正後（つまり、周囲環境の変化や経時変化の影響を除いた）第１受波素子１２０の出力を用いて処理が行われる。【０１２１】
制御部２は、第１音波発生部１００へ与える駆動入力波形の周波数を順次変化させることにより、第１音波発生部１００から周波数の異なる複数種の超音波を順次発信させる。例えば、第１音波発生部１００の発信する超音波の周波数範囲は、２０ｋＨｚ〜８２ｋＨｚである。また、本実施形態では、周波数の異なる４種類の超音波が順次発信されるように制御部２が第１音波発生部１００を制御している。【０１２２】
また、本実施形態では、第１音波発生部１００から各種の超音波を発信する前に、第２音波発生部１１０からも第１音波発生部１００と同じ周波数の超音波を発信して第２受波素子１３０の出力の初期値からの変化率に基づいて補正係数を算出している。すなわち、制御部２は、第２音波発生部１１０へ与える駆動入力波形の周波数を順次変化させることにより、第２音波発生部１１０から周波数の異なる複数種の超音波を順次発信する。例えば、第２音波発生部１１０の発信する超音波の周波数範囲は、２０ｋＨｚ〜８２ｋＨｚである。【０１２３】
記憶部４８に記憶する関係データは、第１音波発生部１００の出力周波数と第１受波素子１２０の出力の基準値からの減衰量との関係を示すデータであればよく、上述の相対的単位減衰率に代えて、たとえば、第１受波素子１２０の出力の基準値からの減衰量や、第１受波素子１２０の出力の基準値からの減衰量を基準値で除した減衰率、あるいは単位減衰率を採用した関係データであってもよい。【０１２４】
このように、本実施形態によれば、第２実施形態で述べた効果に加え、第７実施形態で述べた出力補正による効果も得られるので、応答性に優れるとともに、誤報の少ない火災感知器を提供することができる。【０１２５】
本実施形態の変更例として、図４０に示すように、互いに出力周波数の異なる複数の超音波発生素子で第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０をそれぞれ構成してもよい。この場合には、各超音波発生素子として圧電素子のように機械的振動により超音波を発生する素子を用い、各超音波発生素子をそれぞれの共振周波数で駆動することにより、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０の各々から発信される超音波の音圧を高めてＳＮ比の向上を図ることができる。また、各超音波発生素子を順次駆動して複数種の超音波を順次発信するだけでなく、複数の超音波発生素子を一斉に駆動して複数種の超音波を同時に発信することも可能になる。この場合は、複数種の超音波の音圧の減衰量を同時に検出することができ、監視空間の短期的な経時変化（たとえば浮遊粒子の濃度変化）の影響を受けることなく、複数種の超音波について音圧の減衰量を検出して、浮遊する煙粒子の種類や煙濃度をより高い精度で推定することができる。【０１２６】
また、図４０に示す火災感知器の場合は、図４１に示すように、第１音波発生部１００を構成する複数の超音波発生素子の各々に対して対向するように第１受波素子１２０を配置するとともに、第２音波発生部１１０を構成する複数の超音波発生素子の各々に対向するように第２受波素子１３０を配置することが好ましい。この場合、第１受波素子１２０および第２受波素子１３０のそれぞれに共振特性のＱ値が比較的大きな圧電素子を用いるとともに、第１受波素子１２０および各第２受波素子１３０をそれぞれの共振周波数の超音波の受信に用いれば、第１受波素子１２０および第２受波素子１３０の感度の向上を図れる。【０１２７】
あるいは、図１２の火災感知器と同様の技術思想に基づいて、第１音波発生部１００と第１受波素子１２０、および第２音波発生部１１０と第２受波素子１３０をそれぞれ、圧電型超音波センサなどの超音波の発信と受信の両方に使用可能な超音波発生素子で兼用してもよい。この場合は、各超音波発生素子から発信された超音波を当該超音波発生素子に向けて反射する反射面を設ける必要があるものの、素子数の低減による低コスト化を図ることができる。【０１２８】
また、第１音波発生部１００から複数種の超音波を発信する毎に補正係数の算出を１回行う構成であってもよく、たとえば補正係数が変動することの少ない環境においては、補正係数の算出（つまり更新）の頻度を少なくすることによって低消費電力化を図ることが好ましい。この場合、第２音波発生部１１０から複数種の超音波を発信する必要はなく、特定周波数（たとえば、８２ｋＨｚ）の超音波に対する第２受波素子１３０の出力の初期値からの変化量に基づいて補正係数を算出すればよい。【０１２９】
また、本実施形態の火災感知器においても、第７実施形態と同様に、音速検出部４３、温度推定部４４、温度判定部４５を信号処理部４に設けて、火災の判定精度をさらに高めることができる。
（第１１実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図４２に示すように、音波発生部が第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０で構成され、超音波を受信する音波受信部が第１受波素子１２０および第２受波素子１３０で構成されるとともに、第１受波素子１２０および第２受波素子３０の出力の差を増幅して出力する差動増幅部９とを備えることを除いて第１実施形態の煙感知器と実質的に同じである。したがって、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【０１３０】
本実施形態においては、図３５に示す場合と同様に、円盤状のプリント基板からなる回路基板５の表面に第１音波発生部１００と第１受波素子１２０とが監視空間を介して対向配置され、第２音波発生部１１０と第２受波素子１３０とが参照空間を介して対向配置されている。制御部２、差動増幅部９および信号処理部４は、回路基板５に設けられる。また、第１音波発生部１００と第１受波素子１２０との間に筒体５１を配置するとともに、第２音波発生部１１０と第２受波素子１３０との間に筒体５２を配置してある。第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０それぞれによって提供される超音波は筒体５１、５２の内部を通過するので、超音波の音圧が拡散によって低下するのを防ぐことができる。また、筒体５１には、煙粒子を含む浮遊粒子が通過する大きさの孔５３が複数設けられており、孔５３によって監視空間と外部空間とが連通される。一方、筒体５２は遮断壁の機能を兼ねており、浮遊粒子を通過させない大きさの微細孔（図示せず）が多数形成されたフィルタ（たとえば多孔質セラミックフィルタ）を少なくとも一部に有している。これにより、参照空間においては、温度以外に湿度や大気圧に関しても外部空間および監視空間と同じ条件になる。【０１３１】
第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０のそれぞれには、第１実施形態と同様の超音波発生素子を使用でき、第１受波素子１２０と第２受波素子１３０のそれぞれには、第１実施形態と同様の静電容量型のマイクロホンを採用することができる。また、信号処理部４は、後述する差動増幅部９から出力を受けることを除いて、第１実施形態の信号処理部４と同様の機能を有している。【０１３２】
一方、制御部２は、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０に駆動入力波形を与えて駆動する駆動回路と、当該駆動回路を制御するマイクロコンピュータからなる制御回路とで構成されている。この制御部２は、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０のそれぞれから発信される超音波が互いに同一周波数且つ同一位相となるように、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０から超音波を発信する同期モードと、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０の一方のみから超音波を発信する非同期モードの２種類の制御モードを有する。【０１３３】
本実施形態では、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０とを同一の条件（たとえば、超音波の音圧）で駆動するとともに、第１受波素子１２０と第２受波素子１３０とを同一の条件（たとえば、直流バイアス電圧）で使用する。また、第１音波発生部１００および第１受波素子１２０の位置関係と、第２音波発生部１１０および第２受波素子１３０の位置関係とを同一に設定してある。したがって、制御部２が同期モードで第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を制御した際に、監視空間に浮遊粒子の侵入がなく、監視空間と参照空間とが同様の状態（たとえば、温度、湿度、大気圧）であれば、第１受波素子１２０の出力と第２受波素子１３０の出力とが周波数および位相だけでなく強度についても同一になるようにしてある。【０１３４】
以下、本実施形態の特徴部である差動増幅部９について詳細に説明する。差動増幅部９は、前記したように、第１受波素子１２０および第２受波素子１３０の出力の差分をとり、さらに当該差分を増幅して出力するものであって、制御部２が同期モードで第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を制御した際の差動増幅部９の出力を以下では差動出力と呼ぶ。つまり、差動出力は、第１受波素子１２０および第２受波素子１３０の出力が同一周波数且つ同一位相となるように制御部２が第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を同期させて制御したときの第１受波素子１２０および第２受波素子１３０の出力の差に相当する。したがって、上述したように監視空間に浮遊粒子の侵入がなく監視空間と参照空間とが同様の状態（たとえば、温度、湿度、大気圧）であれば、差動出力はゼロになる。そこで、本実施形態では差動出力の初期値をゼロとする。【０１３５】
差動出力は、信号処理部４の煙濃度推定部４１に送られ、煙濃度推定部４１では、制御部２が同期モードで第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を制御した際の差動増幅部９の出力である差動出力の前記初期値（ゼロ）からの変化量に基づいて煙濃度を推定する。すなわち、監視空間を介して第１音波発生部１００からの超音波を受信する第１受波素子１２０の出力の減衰量は、監視空間の煙濃度に略比例して増加するものの、浮遊粒子の侵入が遮断された参照空間を介して第２音波発生部１１０からの超音波を受信する第２受波素子１３０の出力は監視空間の煙濃度によっては変化しないので、第１受波素子１２０および第２受波素子１３０の出力の差に相当する差動出力の変化量は、監視空間の煙濃度に略比例して増加する。したがって、あらかじめ測定した煙濃度と差動出力の変化量との関係データに基づいて、煙濃度と変化量との関係式を求めて記憶しておけば、差動出力の変化量から煙濃度を推定することができる。尚、煙濃度推定部４１の出力から火災の有無を判定して、警報音を発生させる構成は第１実施形態と同じであるので省略する。【０１３６】
一方、音速検出部４３は、第１音波発生部１００と第１受波素子１２０との間の距離と、第１音波発生部１００からの超音波が第１受波素子１２０に受波されるまでの時間差とを用いて音速を求める。なお、音速検出部４３は、煙濃度を推定するための第１音波発生部１００からの超音波とは別に、制御部２が非同期モードで第１音波発生部１００を制御して所定周波数の超音波を第１音波発生部１００から定期的に送波させ、当該超音波が第１受波素子１２０に受波されるまでの時間差に基づいて音速を求めるようにしてもよい。あるいは、第２音波発生部１１０から超音波を発信させ、当該超音波が第２受波素子１３０に受波されるまでの時間差に基づいて音速を求めてもよい。温度推定部４４は、周知の大気中の音速と絶対温度との関係式を利用して音速から監視空間の温度を推定する。尚、温度推定部４４の出力から火災の有無を判定して、警報音を発生させる構成は第１実施形態と同じであるので省略する。【０１３７】
以下に、本実施形態の火災感知器の動作について図４３を参照しながら説明する。制御部２は、定期的に同期モードで第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を制御することにより、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０から同時に超音波を発信させる。ここで、監視空間に煙が無ければ（図５（Ｅ）において、「煙無し」）、図５（Ａ）に示す第２受波素子１３０の出力と図５（Ｂ）に示す第１受波素子１２０の出力とは同一となり、両者の差分は図５（Ｃ）に示すようにゼロとなる。したがって、図５（Ｃ）の差分を増幅した差動増幅部９の出力である図５（Ｄ）の差動出力もゼロ（初期値）となる。ここにおいて、煙濃度推定部４１は、差動出力の初期値からの変化量に基づいて監視空間の煙濃度を推定するが、差動出力の初期値からの変化量はゼロであるから、推定される煙濃度は閾値未満となり、煙濃度判定部４２において「火災無し」と判定される。【０１３８】
一方、監視空間に煙が存在すれば（図５（Ｅ）において、「煙有り」）、図５（Ａ）に示す第２受波素子１３０の出力は変化しないものの、図５（Ｂ）に示す第１受波素子１２０の出力は監視空間の煙濃度に応じて減衰し、図５（Ｃ）のように両者に差が生じる。したがって、図５（Ｃ）の差分を増幅した差動増幅部９の出力である差動出力はゼロ（初期値）から変化する（図５（Ｄ））。このときの差動出力の初期値からの変化量は監視空間の煙濃度に略比例して増加する。ここにおいて、煙濃度推定部４１は、差動出力の初期値からの変化量に基づいて監視空間の煙濃度を推定し、煙濃度判定部４２は、煙濃度推定部４１で推定された煙濃度が閾値以上である時、「火災有り」と判定する。【０１３９】
本実施形態の変更例として、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０とを別条件で駆動するとともに、第１受波素子１２０と第２受波素子１３０とを別条件で使用するようにしてもよい。この場合、監視空間に浮遊粒子の侵入がなく監視空間と参照空間とが同様の状態（たとえば、温度、湿度、大気圧）であるときに、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０から同一周波数且つ同一位相の超音波を送波させても差動出力はゼロにはならないが、このときの差動出力を初期値とすれば、当該初期値からの差動出力の変化量に基づいて監視空間の煙濃度を推定することができる。【０１４０】
本実施形態の火災感知器によれば、第１実施形態で述べた効果に加え、差動増幅部９を設けたことで、第１受波素子１２０単体の出力ではなく、差動出力の初期値からの変化量に基づいて監視空間の煙濃度を推定するので、周囲環境の変化があっても、この変化の影響を受けずに監視空間の煙濃度を精度よく推定することができ、結果的に火災感知器の動作信頼性をさらに向上することができる。すなわち、周囲環境の変化（たとえば、温度、湿度、大気圧などの変化）に応じて、第１音波発生部１００から発信される超音波の音圧が変化したり、煙濃度が一定でも媒質である空気を伝搬する際の超音波の減衰率が変化したり、第１受波素子１２０の感度が変化したりすることが原因で、監視空間の煙濃度にかかわらず第１受波素子１２０の出力が変化することがあるが、このときの第１受波素子１２０の出力変動と同等の出力変動は、第２受波素子１３０の出力にも生じるので、第１受波素子１２０および第２受波素子１３０の出力の差に相当する差動出力においては、第１受波素子１２０の出力変動と第２受波素子１３０の出力変動とが相殺され、これにより出力変動の影響を確実に除去できるのである。
（第１２実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図４４に示すように、第１受波素子１２０と第２受波素子１３０とが単一の差動型受波素子２００からなることを除いて実質的に第１１実施形態と同じである。したがって、第１１実施形態および第１１実施形態が引用する実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【０１４１】
本実施形態では、図４５に示すように、監視空間を形成する筒体５１と、参照空間を形成する筒体５２とが、回路基板５の厚み方向に積み重ねて配置されている。これにより、監視空間と参照空間とは、隔壁５５を隔てて上下に隣接する。隔壁５５は、筒体５１および筒体５２の共通の側壁であってもよい。また、筒体５１の長手方向における第１音波発生部１００と反対側の端面、および筒体５２の長手方向における第２音波発生部１１０と反対側の端面はそれぞれ閉じられている。【０１４２】
差動型受波素子２００は、上述した監視空間と参照空間とを隔てる隔壁５５に配設されている。この差動型受波素子２００は、筒体５１の内部空間である監視空間側と筒体５２の内部空間である参照空間側とのそれぞれに音圧を受ける受圧部が形成されており、両受圧部で受けた音圧の差を検出する。また、図４４では省略しているが、差動型受波素子２００と信号処理部４との間には差動型受波素子２００の出力を増幅する増幅器が設けられている。ここでは、制御部２が第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を同期モードで制御した際の差動型受波素子２００の出力が増幅器によって増幅されたものを差動出力とする。つまり、このように第１受波素子１２０と第２受波素子１３０とを単一の差動型受波素子２００としたことで、第１受波素子１２０および第２受波素子１３０の出力の差分に相当する成分を差動型受波素子２００から直接取り出すことができるので、第１１実施形態で説明したように第１受波素子１２０と第２受波素子１３０との差分をとる差動増幅部９が不要になる。【０１４３】
尚、本実施形態の変更例として、図４６に示すように、単一の筒体５０の内部空間を長手方向の中央部に設けた隔壁５５によって監視空間と参照空間とに２等分するようにしてもよい。この筒体５０は、監視空間側に煙粒子を含む浮遊粒子が通過する大きさに形成され監視空間の内外を連通させる孔５３を有し、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０とが、筒体５０の長手方向の両端面に配置されている。筒体５０のうち参照空間を形成する部分は遮断壁を兼ねており、浮遊粒子を通過させない大きさの微細孔（図示せず）が多数形成されたフィルタ（たとえば多孔質セラミックフィルタ）を少なくとも一部に有している。この微細孔によって参照空間と外部空間とを連通させることで、参照空間への浮遊粒子の侵入を遮断しながらも、火災感知器の周囲環境のたとえば湿度や大気圧などの変化が微細孔を通して参照空間にも反映され、これらの変化に起因した出力変動の影響を差動出力から除去することができる。【０１４４】
次に、本実施形態で用いる差動型受波素子２００について説明する。この差動型受波素子２００は、互いに対向配置された固定電極と可動電極とを有し、両受圧部で受けた音圧の差に応じて固定電極と可動電極との間の距離が変化して電極間の静電容量が変化する静電容量型のマイクロホンからなる。たとえば、図４７（Ａ）および図４７（Ｂ）に示すように、差動型受波素子２００は、それぞれシリコン基板に厚み方向に貫通する窓孔２１１が形成された矩形枠状の一対のフレーム２１０と、両フレーム２１０の間に挟みこまれた導電性材料からなる固定板２３０と、各フレーム２１０の固定板２３０とは反対側の表面においてそれぞれ窓孔２１１を閉塞する形に形成された導電性材料からなる一対の可動板２２０とを備える。固定板２３０は、窓孔２１１内に固定電極２３２を有し、各可動板２２０は固定電極２３２との対向部位にそれぞれ可動電極２２２を有する。ここで、可動板２２０における可動電極２２２の周囲には、フレーム２１０の厚み方向に可動電極２２２が振動可能となるように保持する可撓部２２３が形成されている。さらに、両可動電極２２２は、固定電極２３２に設けた透孔２３３を通して導電性材料からなる連結片２２４で互いに連結されており一体に動作する。各可動板２２０は、それぞれ窓孔２１１の周囲に形成されたパッド２２１に電気的に接続されており、固定板２３０は一方のフレーム２１０の一表面に形成されたパッド２３１に対してフレーム２１０に形成した貫通孔配線２３４によって電気的に接続されている。図４７（Ａ）では省略されているが、フレーム２１０は固定板２３０と可動板２２０と各パッド２２１、２３１と貫通孔配線２３４との接触部位には絶縁膜を有する。なお、本実施形態では、可動板２２０と固定板２３０とをそれぞれ金属薄膜から形成しているが、その他の材料で形成してもよい。また、可撓部２２３はたとえばコルゲート構造であってもよい。【０１４５】
図４７（Ａ）および図４７（Ｂ）に示した構成の静電容量型のマイクロホンからなる差動型受波素子２００では、固定電極２３２と両可動電極２２２とを電極とするコンデンサが形成されるから、各可動電極２２２がそれぞれ受圧部として機能し、疎密波の圧力を受けることによって固定電極２３２と各可動電極２２２との間の距離が変化すると、これら電極間の静電容量が変化する。ここで、両可動電極２２２は一体に動作するので、固定電極２３２と両可動電極２２２との間の静電容量は、一方の可動電極２２２で受けた音圧と他方の可動電極２２２で受けた音圧との差分に応じて変化する。したがって、固定電極２３２に電気的に接続したパッド２３１と、各可動電極２２２にそれぞれ電気的に接続したパッド２２１との間に直流バイアス電圧を印加しておけば、パッド間には超音波の音圧に応じて微小な電圧変化が生じるから、超音波の音圧を電気信号に変換することができる。ここでは、両パッド２２１は連結片２２４を介して電気的に接続されているので、直流バイアス電圧はいずれか一方のパッド２２１とパッド２３１との間に印加すればよい。また、連結片２２４を絶縁体材料から形成することで両可動電極２２２が電気的に分離された構成とし、固定電極２３２といずれか一方の可動電極２２２との間の静電容量の変化を計測するようにしてもよい。【０１４６】
このように構成される差動型受波素子２００は、監視空間と参照空間とを隔てる隔壁５５に対して、一方の可動板２２０を監視空間に向け他方の可動板２２０を参照空間に向けるように配設されることにより、監視空間で第１音波発生部１００から受けた超音波の音圧と参照空間で第２音波発生部１１０から受けた超音波の音圧との差を出力する。この構成によれば、差動型受波素子２００は平坦な周波数特性を有し、また、出力における残響成分の発生期間が短いという利点がある。【０１４７】
ところで、本実施形態の信号処理部４は、制御部２が第２音波発生部１１０を非同期モードで制御し、第２音波発生部１１０のみから超音波を発信させた状態での差動型受波素子２００の出力を計測し、この差動型受波素子２００の出力の初期値からの変化量に基づいて差動出力を補正する出力補正部（図示せず）を有する。すなわち、出力補正部は、差動型受波素子２００の出力の初期値からの変化率に基づく補正係数を保持し、この補正係数を使用して補正した差動出力を煙濃度推定部４１に出力する。差動型受波素子２００の出力の初期値は、火災感知器に経時変化（たとえば、経年劣化）が生じていないとき（たとえば、製造過程や出荷前）に検出された差動型受波素子２００の出力値であって、あらかじめ出力補正部に保持される。あるいは、差動型受波素子２００の出力の初期値をプログラム上で設定してもよい。本実施形態では、制御部２および信号処理部４は、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を駆動して監視空間の煙濃度を検出する前に毎回、第２音波発生部１１０を駆動して差動型受波素子２００の出力を計測して補正係数を算出するように構成されており、したがって、補正係数は監視空間における煙濃度の検出の度に更新される。そして、差動型受波素子２００の出力の初期値からの変化率は、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０や差動型受波素子２００の経時変化（たとえば、経年劣化）に応じて決まることとなり、この変化率に基づく補正係数を用いて差動出力を補正すれば、経時変化等の影響を除いた差動出力が得られ、結果的に監視空間における煙濃度の推定精度が向上する。【０１４８】
以下に、本実施形態の火災感知器の動作例を図４８のフローチャートを参照しながら説明する。まず、火災感知器の出荷前において第２音波発生部１１０を非同期モードで駆動して差動型受波素子２００の出力（参照値）の初期値を取得し、当該初期値を出力補正部に保持する（ステップＳ１）。そして、火災感知器を所望の場所に設置した後、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を同期モードで駆動する前に、第２音波発生部１１０を非同期モードで駆動して差動型受波素子２００の出力を計測し、この差動型受波素子２００の出力の前記初期値からの変化率に基づいて補正係数を算出する（ステップＳ２）。その後、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を同期モードで同時に駆動して差動出力を取得し、この差動出力を出力補正部において上記補正係数を使用して補正することにより、差動出力から経時変化の影響を除去する（ステップＳ３）。そして、補正後の差動出力を用いて、煙濃度推定部４１で監視空間の煙濃度を推定し、煙濃度判定部４２で火災の有無を判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４が終了すれば、補正係数を算出するステップＳ２に戻り、上述したステップＳ２〜Ｓ４の動作が定期的に繰り返される。【０１４９】
たとえば、差動型受波素子２００に経時変化によってＭｓｅｎｓという量（０≦Ｍｓｅｎｓ≦１）の感度低下が生じたとすると、第２音波発生部１１０のみから超音波を発信させたときの差動型受波素子２００の出力（参照値）をＰｒｅｆ、差動型受波素子２００の出力の初期値をＰｒｅｆ０、第１音波発生部１００のみから超音波を発信したときの差動型受波素子２００の出力をＰｍｅｓ、差動型受波素子２００の出力の初期値をＰｍｅｓ０とすれば、出力補正部は、Ｐｒｅｆ＝（１−Ｍｓｅｎｓ）×Ｐｒｅｆ０の式から補正係数（１−Ｍｓｅｎｓ）を算出することができ、この補正係数を用いて、Ｐｍｅｓ０−Ｐｒｅｆ０＝（１／（１−Ｍｓｅｎｓ））×（Ｐｍｅｓ−Ｐｒｅｆ）より差動出力（Ｐｍｅｓ−Ｐｒｅｆ）を補正することができる。【０１５０】
なお、監視空間の煙濃度を複数回推定するごとに補正係数の算出を１回行う構成を採用しても良い。たとえば、補正係数が変動することの少ない環境においては、補正係数の算出（つまり更新）の頻度を少なくすることによって低消費電力化を図ることが好ましい。【０１５１】
本実施形態の火災感知器によれば、第１受波素子１２０と第２受波素子１３０とを単一の差動型受波素子２００としたので、差動出力に含まれるノイズを低減することができ、ＳＮ比が向上するという効果がある。また、定期的に、出力補正部で差動出力を補正することにより、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０や差動型受波素子２００の経時変化（たとえば、経年劣化）に応じた差動出力の変動を除去することができ、煙感知の長期的な動作信頼性が高くなる。
（第１３実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図４９に示すように、超音波を発信する音波発生部が第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０で構成され、超音波を受信する音波受信部が第１受波素子１２０および第２受波素子１３０で構成されるとともに、信号処理部４が後述の差動増幅部９を備えることを除いて第２実施形態の煙感知器と実質的に同じである。したがって、第２実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【０１５２】
本実施形態においては、制御部２が、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０のそれぞれから周波数の異なる複数種の超音波が順次発信されるように第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を同期モードで制御する。信号処理部４の記憶部４８は、少なくとも第２受波素子１３０の出力、監視空間に存在する煙粒子の種類および煙粒子濃度に応じた第１音波発生部１００の出力周波数と差動出力の相対的単位変化率（第１受波素子１２０の出力の相対的単位減衰率に相当）との関係データ、煙粒子に関して特定周波数（たとえば、８２ｋＨｚ）における差動出力の単位変化率を記憶する。粒子判定部４６は、第１音波発生部１００から実際の監視空間に発信された各周波数の超音波ごとの差動出力と記憶部４８に記憶されている関係データとを用いて監視空間に存在する煙粒子の種類を推定する。また、煙濃度推定部４１は、推定された煙粒子が予め監視対象とされている煙粒子である場合に、前記特定周波数の超音波に対する差動出力の初期値からの変化量に基づいて監視空間の煙濃度を推定する。煙濃度判定部４２は、煙濃度推定部４１にて推定された煙濃度と所定の閾値とを比較して火災の有無を判定する。尚、特定周波数として複数の周波数を対象とし、特定周波数ごとに推定した煙濃度の平均値を求めるようにしてもよい。この場合は、煙濃度の推定精度がさらに向上する。【０１５３】
記憶部４８に記憶する関係データは、第１音波発生部１００の出力周波数と差動出力の初期値からの変化量との関係を示すデータであればよく、上述の相対的単位変化率に代えて、たとえば、差動出力の初期値からの変化量や、差動出力の初期値からの変化量を第２受波素子１３０の出力で除しただけの変化率、あるいは単位変化率を採用した関係データであってもよい。【０１５４】
尚、本実施形態の火災感知器においても、第１１実施形態と同様に、音速検出部４３、温度推定部４４、温度判定部４５を信号処理部４に設けて、火災の判定精度をさらに高めることができる。【０１５５】
このように、本実施形態によれば、第２実施形態で述べたのと同様の効果に加え、第１１実施形態で述べた差動増幅部９を設けたことによる効果も得られるので、応答性に優れるとともに、誤報の少ない火災感知器を提供することができる。
（第１４実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図５０に示すように、超音波発生部として第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を有し、受波素子３は、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０から発振された超音波の周波数差に相当する周波数（固定周波数）を有する疎密波（ビート波）を受信することを除いて実質的に第１実施形態と同じである。したがって、第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【０１５６】
第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０のそれぞれには、第１実施形態と同様の超音波発生素子を使用でき、受波素子３には、第１実施形態と同様の静電容量型のマイクロホンを採用することができる。一方、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を制御する制御部２は、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０に駆動入力波形を与えて駆動する駆動回路と、当該駆動回路を制御するマイクロコンピュータからなる制御回路とで構成されている。信号処理部４は、第１実施形態と同様に、煙濃度推定部４１、煙濃度判定部４２、音速検出部４３、温度推定部４４、温度判定部４５を備えている。【０１５７】
本実施形態においては、第１音波発生部１００が、図５１（Ａ）に示すように、第１周波数の超音波（以下、第１超音波）を発信し、第２音波発生部１１０が、図５１（Ｂ）に示すように、第１周波数よりも高い第２周波数の超音波（以下、第２超音波）を発信するように制御部２によって制御される。第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０は、いずれも受波素子３に対向する形で同一面に並設される。ここで、第２周波数は第１周波数よりも所定の固定周波数だけ高く設定されており、固定周波数は少なくとも第１周波数よりも低く設定されている。さらに、制御部２は、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０の両方から監視空間に超音波が同時に発信されるように第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を制御する。第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０の各々から発信された超音波が、監視空間の媒質（空気）の非線形性によって互いに干渉すると、図５１（Ｃ）に示すように、両超音波の周波数の差に相当する周波数（固定周波数）を有した疎密波であるビート波が発生する。尚、図５１（Ａ）中の「Ｗ１」、図５１（Ｂ）中の「Ｗ２」はそれぞれ第１超音波、第２超音波を表し、図５１（Ｃ）中の「Ｗ３」はビート波を表している。つまり、監視空間においては、第１超音波（Ｗ１）と第２超音波（Ｗ２）とが１次波として入射されると、第２周波数と第１周波数との差である固定周波数のビート波（Ｗ３）が２次波として発生するのである。【０１５８】
一方、受波素子３としては、上述した固定周波数の疎密波に対して十分な感度を有するものを採用しており、受波素子３は、第１音波発生部１００や第２音波発生部１１０の各々から発信された超音波そのものの音圧を検出するのではなく、ビート波の音圧を検出する。したがって、本実施形態の構成によれば、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０）から発振される超音波の第１周波数および第２周波数を比較的高く設定しながらも、受波素子が受信するビート波の周波数（つまり固定周波数）を低く設定することができる。【０１５９】
以下に、本実施形態の具体例を示す。音速ｃが３４０ｍ／ｓ、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０と受波素子３との間の距離Ｌが３４ｍｍのとき、第１音波発生部１００からの第１超音波の周波数を２００ｋＨｚに設定し、第２音波発生部１１０からの第２超音波の周波数を２２０ｋＨｚに設定する。ここで、制御部２はたとえば１００周期程度ずつの超音波がそれぞれ連続的に発信されるように第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を制御する。この場合、監視空間においては、第１周波数（＝２００ｋＨｚ）と第２周波数（＝２２０ｋＨｚ）との差である固定周波数（＝２０ｋＨｚ）のビート波が発生する。したがって、受波素子３においては２０ｋＨｚの疎密波の音圧を検出することになり、一般的な受波素子３（上述した静電容量型のマイクロホンに限らず、たとえばエレクトレットコンデンサマイクなども含む）でも十分な感度で音圧の検出が可能になる。【０１６０】
また、信号処理部４の音速検出部４３では、煙濃度を推定するために使用される超音波とは別に、所定周波数の疎密波が定期的に発信され、当該疎密波が受波素子３に受波されるまでの時間差に基づいて音速を求めるようにしてもよいし、煙濃度を推定するために発信される超音波を用いて音速を求めるようにしてもよい。求めた音速から監視空間の温度を推定し、推定した温度に基づいて火災の有無を判定する構成は第１実施形態と同じであるので省略する。【０１６１】
本実施形態の火災感知器によれば、第１実施形態で述べたのと同様の効果に加え、受波素子３で周波数の低いビート波を受信するので、一般的な受波素子でも十分な感度で音圧を検出することができる。一方、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０から発信される超音波の周波数は高いので、監視空間内の煙粒子による受波素子３の出力減衰量が比較的大きくなって結果的にＳＮ比が向上するという効果もある。
（第１５実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図５２（Ａ）および図５２（Ｂ）に示すように、内空間が音波の伝播路として使用され、音波の拡散範囲を狭める筒体５０が、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０と受波素子３との間に配置されることを除いて実質的に第１４実施形態と同じである。したがって、第１４実施形態および第１４実施形態が引用する実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【０１６２】
図５２（Ａ）に示す筒体５０は、直管状の角筒であって、長手方向の一端面に第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０が配置されるとともに、他端面に受波素子３が配置されている。筒体５０を設けたことにより、超音波は、筒体５０の内部空間を通ることで拡散が抑制され、超音波の音圧低下を抑制することができる。尚、この構成では筒体５０内が監視空間となるので、たとえば筒体５０の側面には内部に煙等を案内する孔（図示せず）が形成される。【０１６３】
また、筒体５０は、長手方向の両端面が閉じられた音響管と同様に、固有の共振周波数を有する。つまり、筒体５０の長手方向の寸法をＬとするときに、Ｌ＝（ｎ／２）×λの関係（ただし、ｎは自然数）を満たす波長λに対応する周波数ｆ（波の伝搬速度をｃとしてｆ＝ｃ／λで表される）が筒体５０の共振周波数となる。本実施形態では、制御部２が、筒体５０に固有の共振周波数の超音波を第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０から発信させる。これにより、筒体５０内で共振を生じさせて超音波の音圧を増大することができる。この場合、筒体５０内で共振を生じさせるために、Ｌ／λを超える複数周期（以下、ｍ周期という）の超音波を提供する必要があるので、制御部２は、ｍ（＞Ｌ／λ）周期の超音波の連続波を第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０から発信させる。言い換えると、各音波発生部から超音波を連続して発信する送波時間ｔｐ（つまりｔｐ＝ｍ×λ／ｃ）が、筒体５０の長手方向の両端間を超音波が伝搬するのに要する伝搬時間ｔｓ（つまりｔｓ＝Ｌ／ｃ）よりも大きくなる（つまりｔｐ＞ｔｓ）ように制御部２で第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を制御する。受波素子３は、筒体５０内で共振が発生して超音波の音圧が飽和したタイミングでビート波の音圧を検出する。通常、音源部１からの超音波の送波が終了した時点で超音波の音圧が飽和するので、一例として、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０からの超音波の発信が終了すると同時に、受波素子３においてビート波の音圧を検出すればよい。【０１６４】
また、図５２（Ｂ）に示すように、第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０とを筒体５０の長手方向の各端面にそれぞれ配置し、筒体５０の長手方向に沿う側面における中央部に受波素子３を配置するようにしてもよい。【０１６５】
本実施形態の火災感知器によれば、第１４実施形態で述べたのと同様の効果に加え、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０と受波素子３との間の超音波の伝搬経路に筒体５０を設けたことにより、超音波の拡散が抑制され、音圧の低下を防止することができる。さらに、筒体５０内で共振を生じさせることで超音波の音圧が増大するので、ＳＮ比が一層向上する。特に、共振により筒体５０の長手方向の端面で反射を繰り返す超音波においては、実効的な送波距離が反射の回数に応じて延長され、実質的に超音波は筒体５０の長手方向の寸法Ｌの数倍の送波距離を経て受波素子３に到達することになる。この結果、超音波の減衰量は、非共振の単パルス状の超音波を受波素子３で受信する場合に比して数倍に増大し、検出感度の向上に大きく寄与する。
（第１６実施形態）
本実施形態の火災感知器は、第１音波発生部１００、第２音波発生部１１０および受波素子３の位置関係が異なることを除いて実質的に第１５実施形態と同じである。したがって、第１５実施形態と第１５実施形態が引用する実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【０１６６】
図５３（Ａ）に示す火災感知器においては、長手方向の一端が超音波の放射端として開口し、他端が第１音波発生部１００に接続される筒体５１と、一端が超音波の放射端として開口し、他端が第２音波発生部１１０に接続される筒体５２とが使用されている。両筒体（５１、５２）は、それぞれの放射端を受波素子３に向け、両放射端から放射される超音波が受波素子３の手前（受波素子３と放射端との間）で互いに交差し、媒質（空気）の非線形性により干渉してビート波を生じるようにV字型に配置される。【０１６７】
また、各筒体（５１、５２）は、長手方向の一端面が閉じられた音響管と同様に固有の共振周波数を有する。つまり、各筒体（５１、５２）の長手方向の寸法をＬとするときに、Ｌ＝（１／４＋ｎ／２）×λの関係（ただし、ｎ＝０、１、２、３…）を満たす波長λに対応する周波数ｆ（＝ｃ／λ）が筒体（５１、５２）の共振周波数となる。したがって、Ｌ＝（１／４＋ｎ／２）×λの関係を満たす超音波の連続波が筒体（５１、５２）内に入射すると、当該超音波の少なくとも一部が筒体の両端面で反射を繰り返すことにより、反射波と直接波とが重なって共振し、筒体内部において超音波の音圧が増大する。この場合、筒体内で共振を生じさせるために、制御部２は、ｍ（＞Ｌ／λ）周期の超音波の連続波を発信するように第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を制御する。言い換えると、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０の各々から超音波を連続して発信する時間ｔｐ（＝ｍ×λ／ｃ）が、筒体（５１、５２）の長手方向の両端間を超音波が伝搬するのに要する時間ｔｓ（＝Ｌ／ｃ）よりも大きくなる（つまりｔｐ＞ｔｓ）ように制御部２で第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を制御する。なお、一方の端面を開口端とする場合、開口端よりも僅かΔＬだけ外側に、超音波の音圧の節（つまり空気の移動速度の腹）が生じるので、共振周波数を求める際に用いる長さＬを上記ΔＬだけ補正（開口端の補正）すれば、より正確な共振周波数を求めることができる。【０１６８】
以下に、本実施形態の具体例を示す。音速ｃが３４０ｍ／ｓ、各筒体（５１、５２）の長手方向の寸法Ｌが３４ｍｍのとき、Ｌ＝（１／４＋ｎ／２）×λの関係を満たすには、第１音波発生部１００から発信する第１超音波の周波数を２０２．５ｋＨｚ（ｎ＝４０）に設定し、第２音波発生部１１０から発信する第２超音波の周波数を２２２．５ｋＨｚ（ｎ＝４４）に設定すればよい。ここで、上述したように、制御部２は、ｍ（＞Ｌ／λ）周期の連続した超音波（例えば、１００周期程度の超音波）を発信するように第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を制御する。監視空間においては、第１超音波（２０２．５ｋＨｚ）と第２超音波（＝２２２．５ｋＨｚ）との差である固定周波数（＝２０ｋＨｚ）のビート波が発生する。したがって、受波素子３は、２０ｋＨｚの疎密波の音圧を検出することになり、一般的な受波素子３でも十分な感度で音圧の検出が可能である。また、第１超音波および第２超音波がそれぞれ２０２．５ｋＨｚおよび２２２．５ｋＨｚであるから、監視空間に煙粒子があれば２００ｋＨｚ相当の周波数の超音波と同等の音圧低下が生じ、受波素子３の出力の減衰量は比較的大きくなる。【０１６９】
本実施形態によれば、筒体（５１、５２）の外側でビート波を生じさせるので、受波素子３で受波するビート波の周波数が低い場合にも、筒体内周面の粘性抵抗が原因でビート波が減衰してしまうことはない。すなわち、筒体（５１、５２）の断面積（管径）が小さい場合には、筒体の内周面の粘性抵抗によって筒体内を通過するある周波数以下の疎密波の音圧が低下する恐れがある。しかしながら、本実施形態の構成では、筒体（５１、５２）内を通過する超音波は高い周波数を有するので、上記した問題点を回避でき、しかも共振を生じさせて超音波の音圧が増大するから、煙濃度の変化に対する受波素子３の出力の変化量が大きくなってＳＮ比が向上する。【０１７０】
また、図５３（Ｂ）に示すように、第１音波発生部１００からの超音波を通す筒体５１のみを設けるようにし、当該筒体５１の放射端から放射される超音波と第２音波発生部１１０から発信される超音波とを、受波素子３の手前で干渉させるようにしてもよい。ここでは、筒体５１の放射端と受波素子３との間に向けて、側方から第２音波発生部１１０が超音波を放射するように、第１音波発生部１００、第２音波発生部１１０、筒体５１および受波素子３が配置されている。この構成では、第２音波発生部１１０から発信される超音波については、筒体５１を設けたことによる制限を受けることなく周波数を設定することができるので、第１音波発生部１００からの超音波との周波数差に相当する固定周波数を自由に設定することができる。つまり、受波素子３での受波感度が最も高い周波数にビート波の周波数を合わせることができる。【０１７１】
上記した効果を以下の具体例に基づいてさらに説明する。音速ｃが３４０ｍ／ｓ、筒体５１の長手方向の寸法Ｌが３４ｍｍのとき、Ｌ＝（１／４＋ｎ／２）×λの関係を満たすには、第１音波発生部１００からの第１超音波の周波数を２０２．５ｋＨｚ（ｎ＝４０）に設定すればよい。一方、第２音波発生部１１０からの第２超音波の周波数においては、筒体５１の共振周波数に合わせる必要はないので、受波素子３における感度の周波数特性に基づいて設定することが望ましい。つまり、受波素子３の感度がたとえば１２ｋＨｚの疎密波に対して最大となる場合、第２周波数を第１周波数（＝２０２．５ｋＨｚ）よりも１２ｋＨｚ高い２１４．５ｋＨｚに設定することが望ましい。この場合、監視空間においては、第１周波数（＝２０２．５ｋＨｚ）と第２周波数（＝２１４．５ｋＨｚ）との差である固定周波数（＝１２ｋＨｚ）のビート波が発生する。したがって、受波素子３においては１２ｋＨｚの疎密波の音圧を検出することになり、感度が最大となる周波数で動作させることができる。なお、図５３（Ｂ）の構成で第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０との関係は逆であってもよい。
（第１７実施形態）
本実施形態の火災感知器は、図５４に示すように、超音波発生部として第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０を有し、受波素子３は、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０から発振された超音波の周波数差に相当する周波数（固定周波数）の疎密波（ビート波）を受信することを除いて実質的に第２実施形態と同じである。したがって、第２実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【０１７２】
本実施形態で使用される第１音波発生部１００と第２音波発生部１１０のそれぞれには、第１実施形態と同様の超音波発生素子を使用でき、受波素子３には、第１実施形態と同様の静電容量型のマイクロホンを採用することができる。【０１７３】
制御部２は、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０へ与える駆動入力波形の周波数を順次変化させることにより、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０の各々から周波数の異なる複数種の超音波を順次発信させる。また、制御部２は、第１音波発生部１００からの超音波の周波数を所定の周波数範囲（たとえば、２０ｋＨｚ〜８２ｋＨｚ）にわたって変化させる。このとき、第２音波発生部１１０は、第１音波発生部１００からの超音波よりも固定周波数（たとえば、１２ｋＨｚ）だけ高い周波数範囲（たとえば、３２ｋＨｚ〜９４ｋＨｚ）にわたって超音波を発信する。尚、第２音波発生部１１０からの超音波の周波数は、第１音波発生部１００からの超音波の周波数よりも固定周波数だけ常に高くなるようにされている。言い換えれば、第１音波発生部１００からの第１超音波と、第２音波発生部１１０からの第１超音波の周波数よりも固定周波数だけ高い周波数の第２超音波との複数種の組み合わせが順次監視空間に提供される。【０１７４】
信号処理部４は、第２実施形態の信号処理部４と同様の構成が採用されている。すなわち、信号処理部４は、煙粒子判定部４６、煙濃度推定部４１、煙濃度判定部４２を有し、マイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現される。信号処理部４における処理は、疎密波を受信した受波素子３の出力に対して実施されることを除いて第２実施形態と同じである。【０１７５】
本実施形態によれば、第２実施形態で述べたのと同様に、監視空間に存在する煙粒子の種類と煙濃度に基づいて火災判定を行うので、誤報の発生を抑制して動作信頼性の高い火災感知器を提供することができる。また、第１音波発生部１００および第２音波発生部１１０の各々からの超音波の周波数を高くすることで監視空間に存在する煙粒子による超音波の減衰率を向上させつつ、受波素子３では、これらの超音波の周波数差に相当する周波数（固定周波数）の疎密波（ビート波）を受信するので、一般的な受波素子でも十分な感度で音圧を検出することができ、結果的にＳＮ比が向上するという利点がある。【０１７６】
上記した各実施形態においては、本発明の煙感知器の好ましい実施形態として火災感知器について詳細に説明した。火災感知器の場合は、監視空間内における煙粒子の増加によって生じる超音波受信部の出力の減少量（減衰量）に基づいて火災の判定を行っているが、本発明の煙感知器の用途はこれに限定されない。例えば、ある濃度の煙を監視空間に常に存在させる必要がある用途において、煙の濃度が所定値より低くなった時を監視空間の異常と判定することができる。要するに、ある濃度の煙が常に存在する監視空間を基準状態とし、煙濃度が薄くなって超音波受信部の出力の増加量に基づいて監視空間の異常を検知することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本発明によれば、監視空間を介して音波発信部からの超音波を受信した受波素子の測定出力と基準値との間の差に基づいて監視空間の煙濃度を推定し、推定した煙濃度を所定の閾値と比較して監視空間の異常を判定するので、散乱光式煙感知器に必要なラビリンス体を設ける必要がなく、監視空間に煙粒子が拡散しやすくなるので、散乱光式煙感知器に比べて応答性が向上する。また、減光式煙感知器で問題となるバックグランド光の影響をなくすことができるので、誤報を低減して煙感知器の信頼性を高めることができる。さらに、煙粒子の種類を判定する場合は、監視対象の煙粒子を監視対象外の粒子から識別可能となるから、誤報の発生を一層低減することができ、監視対象外の粒子を湯気とする場合は、台所や浴室での使用に適した火災感知器を提供することができる。【０１７８】
このように、本発明の音波式煙感知器は、光学式煙感知器における問題点を解決できることから、これまでは煙感知器が配置されなかった場所にも利用することが可能になり、火災感知器をはじめとして広範な用途が期待される。
【図１】
0004826631.tif 000002
【図２】
0004826631.tif 000003
【図３】
0004826631.tif 000004
【図４】
0004826631.tif 000005
【図５】
0004826631.tif 000006
【図６】
0004826631.tif 000007
【図７】
0004826631.tif 000008
【図８】
0004826631.tif 000009
【図９】
0004826631.tif 000010
【図１０】
0004826631.tif 000011
【図１１】
0004826631.tif 000012
【図１２】
0004826631.tif 000013
【図１３】
0004826631.tif 000014
【図１４】
0004826631.tif 000015
【図１５】
0004826631.tif 000016
【図１６】
0004826631.tif 000017
【図１７】
0004826631.tif 000018
【図１８】
0004826631.tif 000019
【図１９】
0004826631.tif 000020
【図２０】
0004826631.tif 000021
【図２１】
0004826631.tif 000022
【図２２】
0004826631.tif 000023
【図２３】
0004826631.tif 000024
【図２４】
0004826631.tif 000025
【図２５】
0004826631.tif 000026
【図２６】
0004826631.tif 000027
【図２７】
0004826631.tif 000028
【図２８】
0004826631.tif 000029
【図２９】
0004826631.tif 000030
【図３０】
0004826631.tif 000031
【図３１】
0004826631.tif 000032
【図３２】
0004826631.tif 000033
【図３３】
0004826631.tif 000034
【図３４】
0004826631.tif 000035
【図３５】
0004826631.tif 000036
【図３６】
0004826631.tif 000037
【図３７】
0004826631.tif 000038
【図３８】
0004826631.tif 000039
【図３９】
0004826631.tif 000040
【図４０】
0004826631.tif 000041
【図４１】
0004826631.tif 000042
【図４２】
0004826631.tif 000043
【図４３】
0004826631.tif 000044
【図４４】
0004826631.tif 000045
【図４５】
0004826631.tif 000046
【図４６】
0004826631.tif 000047
【図４７】
0004826631.tif 000048
【図４８】
0004826631.tif 000049
【図４９】
0004826631.tif 000050
【図５０】
0004826631.tif 000051
【図５１】
0004826631.tif 000052
【図５２】
0004826631.tif 000053
【図５３】
0004826631.tif 000054
【図５４】
0004826631.tif 000055