(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と、該発光部と対向配置され、検煙部を通過する上記発光部の照射光を受光する受光部と、火災によって発生した煙粒子が上記検煙部に侵入して上記受光部が受光する上記照射光が減少したことを検知して感知信号を生成する感知信号生成部と、を備える減光式火災感知器において、
上記発光部の発光量を上記受光部の出力信号に略比例した値に制御する発光制御部、上記発光部および上記受光部から構成されるループ回路と、
上記ループ回路内信号を所定値に安定させる動作を行う信号安定制御部と、
上記信号安定制御部の信号安定制御時では保持動作はせず、動作後に上記信号安定制御部を制御した制御用データを保持させる制御データ保持部と、
を備えることを特徴とする減光式火災感知器。
【請求項２】
上記感知信号生成部は、上記信号安定制御部が上記ループ回路内信号を安定させた後での少なくとも１つ以上のループ回路内信号により上記照射光の減少を検知することを特徴とする請求項１に記載の減光式火災感知器。
【請求項３】
上記ループ回路内信号の伝達時間を遅延させる信号遅延部を上記ループ回路に備えることを特徴とする請求項１に記載の減光式火災感知器。
【請求項４】
上記信号安定制御部は、上記ループ回路の信号通過量を制御する信号ゲート手段を有するとともに、上記信号通過量を上記受光部の出力と略反比例させ、
上記制御データ保持部は、上記信号通過量を保持させることを特徴とする請求項１に記載の減光式火災感知器。
【請求項５】
上記信号安定制御部は、上記ループ回路の信号増幅度を制御する増幅回路を有するとともに、上記信号増幅度を上記受光部の出力と略反比例させ、
上記制御データ保持部は、上記信号増幅度を保持させることを特徴とする請求項１に記載の減光式火災感知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、煙の減光作用を利用して火災を感知する減光式火災感知器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
減光式火災感知器として分離型減光式火災感知器は、発光部と受光部とが個別の機器として構成され、監視対象区域の両端部に対向するように設置される。監視距離は５ｍから１００ｍの性能を有し、主に大空間の火災感知用として使用されている。しかし、発光部と受光部とが分離されているため、壁面取付部を含め感知器構造も大きく、発光部と受光部との光軸調整を含め、取扱いが煩雑であるという欠点を有している。
また、大空間を一括して監視していることから、火災の発生場所の特定が困難なものとなっている。
【０００３】
上記問題の解決策として、発光部と受光部とを一体化することにより、取扱いが容易で、局所的な火災の発生場所を特定できる小型構造の減光式火災感知器が望まれている。しかし、発光部と受光部とを一体化することは監視距離が短く、煙の減光率が僅かであり感知が困難という問題がある。
【０００４】
そこで、感知器内部に複数の鏡面体を設け、発光部からの光を鏡面体に複数回反射させ、反射光を受光部で受光するよう構成することで、所定の監視距離を確保する方法が提案されているが、温度変化などによる僅かの構造体の歪みによっても反射経路が大幅にずれ、誤報発生の問題があった。
【０００５】
また、受光部の出力を発光部に正帰還させ、受光部の出力に略比例した光量で発光するよう発光部を制御し、その正帰還制御を複数回繰り返すことにより所定の監視距離を確保することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特公昭５７−３９３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、温度変動に伴い回路素子の特性が僅かに変動しても、複数回正帰還制御されるので煙による減光以外に回路素子の特性の変動も積み重なって誤判定を引き起こし実用化は困難である。
【０００８】
この発明の目的は、ループ回路内の回路素子の特性が温度等により変動してもループ回路内信号を所定値に安定させるように信号安定制御した後で煙検出動作を行うことで、素子特性の変動の影響を受けずに煙検出が可能な減光式火災感知器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る減光式火災感知器は、発光部と、該発光部と対向配置され、検煙部を通過する上記発光部の照射光を受光する受光部と、火災によって発生した煙粒子が上記検煙部に侵入して上記受光部が受光する上記照射光が減少したことを検知して感知信号を生成する感知信号生成部と、を備える減光式火災感知器において、上記発光部の発光量を上記受光部の出力信号に略比例した値に制御する発光制御部、上記発光部および上記受光部から構成されるループ回路と、上記ループ回路内信号を所定値に安定させる動作を行う信号安定制御部と、上記信号安定制御部の信号安定制御時では保持動作はせず、動作後に上記信号安定制御部を制御した制御用データを保持させる制御データ保持部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る減光式火災感知器の効果は、ループ回路内信号を安定させる信号安定制御部を備え、上記ループ回路内信号を安定させた後でのループ回路の出力信号により煙検出を行うので、温度等に伴う回路変動の影響を除去できるとともに、小型構造で、かつ、正確な煙検知を可能とすることができることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る減光式火災感知器の構成図である。
この発明の実施の形態１に係る減光式火災感知器は、発光部１、受光部２、受光部２の出力を所定の信号通過量に制御する信号ゲート手段３および波形発生手段１３とで構成する信号安定制御部６、信号安定制御部６を通過した信号を遅延する信号遅延部４、入力した受光部出力に略比例した発光量で発光部１を発光させる発光制御部５、全体のタイミングを制御するタイミング制御部７、および、受光部２の出力に基づいて火災感知を行う感知信号生成部８を備える。なお、発光部１からの照射光は受光部２で受光されて電気信号に変換され、変換された電気信号が信号安定制御部６および信号遅延部４で処理されて発光制御部５に入力され、入力された電気信号にしたがって発光制御部５が照射光を照射する、ループ回路が構成されている。
また、この発明の実施の形態１に係る減光式火災感知器は、信号安定制御部６によりループ回路内信号を安定させた後に信号安定制御部６の制御用データを保持する制御データ保持部１２を備えている。
【００１２】
発光部１は、例えばＬＥＤなどの発光素子である。受光部２は、例えばフォトダイオードなどの図示しない受光素子と受光素子が光を電気に変換した信号を増幅する図示しない増幅回路とを有する。
発光部１および受光部２は、外光を遮光する構造体（ラビリンス）からなる検煙部９の中に互いの光軸が揃うよう正対して設置されている。火災発生で生じた煙が検煙部９に流入すると、発光部１から出射された光が煙により光量が減光され、光量が減光した光が受光部２に入射される。受光部２では入射された光の光量に比例した電圧の信号を出力する。
【００１３】
信号安定制御部６は、この発明の実施の形態１では、信号ゲート手段３と波形発生手段１３により構成されており、信号ゲート手段３は、波形発生手段１３から出力される周期的な開閉信号に基づき、受光部２から信号遅延部４への信号通過量を制御する。
この信号通過量は波形発生手段１３から出力される、所定周期内に占める開信号の時間割合に依存し、開信号の時間割合が大きければ信号遅延部４への入力信号も大きくなる構成となっている。
また、波形発生手段１３は、制御データ保持部１２を介して受光部出力が入力されており、受光部出力に依存して、受光部出力が大きい場合は所定周期内に占める開信号の時間割合が小さく、また受光部出力が小さい場合は所定周期内に占める開信号の時間割合が大きくなる、周期的な開閉信号を信号ゲート手段３に出力する機能を有している。
【００１４】
制御データ保持部１２は、波形発生手段１３に入力する受光部出力信号を保持する機能を有しているが、信号安定制御時では保持動作はせず、受光部出力をそのまま波形発生手段１３に供給する。
一方、信号安定制御後ではタイミング制御部７からの信号により、制御データ保持部１２は受光部出力を保持し、この保持した一定の受光部出力を波形発生手段１３に出力する。
上記のように、信号安定制御時は、受光部出力が大きい場合は、受光部２から信号遅延部４への信号通過量を減少させるように信号ゲート手段３が動作し、その後の発光部１の発光量が減少することで受光部出力を減少させる方向に制御する。
一方、受光部出力が小さい場合は、受光部２から信号遅延部４への信号通過量を増加させるように信号ゲート手段３が動作し、その後の発光部１の発光量が増加することで受光部出力を増加させる方向に制御する。
つまり、信号安定制御部６はループ回路の信号通過量を受光部出力と略反比例させる。これら一連の動作の結果、受光部出力を含むループ回路内信号は安定化される。
ここでは、信号ゲート手段３がループ回路の信号通過量を制御するために開閉を用いているが、「開」は信号を通過させる状態を示し、「閉」は信号を遮断させる状態を示す。
【００１５】
信号遅延部４は、信号の変化を鈍らせることにより、タイミング制御部７や感知信号生成部８での信号処理速度に合うよう所定の信号の変化率に達するまでの時間を遅延する。
発光制御部５は、信号遅延部４の出力にしたがって発光部１を発光する。
【００１６】
受光部２の出力をＶｒ、信号ゲート手段３の通過率をγ、信号遅延部４の損失をε、発光制御部５の入力をＬｃｉ、発光制御部５の変換係数をα、発光制御部５の出力をＬｃｏ、発光・受光変換効率をθ、煙による透過率をηとすると、発光制御部５の入力Ｌｃｉは受光部２の出力Ｖｒと式（１）の関係が成り立つ。
また、発光制御部５の出力Ｌｃｏは受光部２の出力Ｖｒと式（２）の関係が成り立つ。  一方、発光制御部５の出力Ｌｃｏで発光部１が発光した照射光が、検煙部内の煙による透過率ηの影響を受けた後に受光部２で受光された受光部２の出力Ｖｒは、式（３）で示される。
【００１７】
発光制御部入力Ｌｃｉ＝Ｖｒ×γ×（１−ε）      （１）
発光制御部出力Ｌｃｏ＝Ｌｃｉ×α＝Ｖｒ×γ×（１−ε）×α      （２）
受光部出力Ｖｒ＝Ｌｃｏ×θ×η      （３）
【００１８】
ここで、受光部２の出力をＶｒｉとし、その後にループ回路を一巡した受光部２の出力をＶｒｉ＋１とすると、ＶｒｉとＶｒｉ＋１の関係は、式（２）と式（３）から、式（４）で示される。
【００１９】
Ｖｒｉ＋１＝Ｌｃｏ×θ×η＝Ｖｒｉ×γ×（１−ε）×α×θ×η      （４）
∵Ｌｃｏ＝Ｌｃｉ×α＝Ｖｒ×γ×（１−ε）×α
【００２０】
いま、煙が存在せずη＝１の状態で信号安定制御した時に、ループ回路内信号が安定し、受光部出力が一定値となる信号ゲート通過率の条件は、式（４）でＶｒｉ＋１＝Ｖｒｉとなる条件から、式（５）で示される。
【００２１】
信号ゲート通過率γ＝１／（（１−ε）×α×θ）      （５）
【００２２】
上記動作により、発光素子、受光素子、その他電子部品等の温度特性等に依存して信号遅延部４の損失εや発光制御部５の変換係数α、図示しない増幅回路を含む発光部入力に対する受光部出力効率である発光・受光変換効率θに変動が生じても、信号安定制御により信号ゲート通過率が式（５）のように自動的に収斂し、受光部出力を含むループ回路内信号を安定化させる。
【００２３】
もし、信号安定制御をしないと、γ＝１としたうえで、式（４）のＶｒｉ＋１＝Ｖｒｉが成立する条件は、（１−ε）×α×θ＝１のみであり、限られた条件では成立しても、僅かな温度変化に伴う損失εや変換係数α、発光・受光変換効率θの変動により、受光部出力は、増加あるいは減少方向に大きく変動してしまい、正確な煙検知は出来ない。
【００２４】
そして、信号安定制御によりループ回路内の信号が安定した後、タイミング制御部７からの制御信号で制御データ保持部１２は受光部出力を保持し、一定の受光部出力を波形発生手段１３に供給する。
受光部出力が保持されることで、波形発生手段１３より信号ゲート手段３に出力する周期的な開閉信号も保持され、結果的に信号ゲート手段３による、受光部２から信号遅延部４への信号の通過率は一定値に保持される。
【００２５】
ここで信号安定制御後の、ループ回路を構成する各要素の関係を下記に示す。
受光部出力はＶｒ０であり、Ｖｒ０は信号安定制御後の安定した受光部出力である。
信号ゲート通過率はγ０であり、γ０は保持された信号ゲート通過率である。
信号遅延部損失はεである。
発光制御部入力はＬｃｉ０であり、Ｌｃｉ０＝Ｖｒ０×γ０×（１−ε）である。
発光制御部変換係数はαである。
発光制御部出力はＬｃｏ０であり、Ｌｃｏ０＝Ｌｃｉ０×αである。
発光・受光変換効率はθであり、θは発光部入力に対する受光部出力効率である。
煙内の光量透過率はηであり、煙が無い状態ではη＝１である。
【００２６】
この関係が成り立っているときに火災による煙が発生した時の動作を次に示す。
煙が存在するときの光量透過率ηをηｄとすると、受光部出力Ｖｒは式（４）より式（６）〜式（９）で示される。なお、Ｖｒｎのｎ値は、ループ回路の通過回数を示す。
【００２７】
Ｖｒ１＝Ｖｒ０×γ０×（１−ε）×α×θ×ηｄ＝Ｖｒ０×ηｄ      （６）
∵γ０＝１／（（１−ε）×α×θ）
Ｖｒ２＝Ｖｒ１×ηｄ＝Ｖｒ０×ηｄ２      （７）
Ｖｒ３＝Ｖｒ２×ηｄ＝Ｖｒ０×ηｄ３      （８）
Ｖｒｎ＝Ｖｒｎ−１×ηｄ＝Ｖｒ０×ηｄｎ      （９）
【００２８】
ここで、具体的な例を示して受光部２の出力の変化を説明する。発光部１と受光部２間の距離を２ｃｍ、火災により発生した煙の距離１ｍ当たりの透過率を９０％／ｍとした場合、発光部１と受光部２間の透過率ηｄは式（１０）で求められる。なお、透過率９０％／ｍ（減光率１０％／ｍ）の煙濃度は、現在の一般的な煙感知器の検出感度に相当する。その結果、ループ回路を最初に一巡したときの出力は、式（１１）の関係が成り立つ。但し、ループ回路を一巡しただけでは、減光率が０．２１％程度で出力が微小にしか変化しないので、部品のばらつきなどに伴う精度の点で実用的な減光式火災感知器は実現できない。
【００２９】
ηｄ＝０．９０．０２＝０．９９７９      （１０）
Ｖｒ１＝Ｖｒ０×０．９９７９      （１１）
【００３０】
そこで、この発明の実施の形態１に係る減光式火災感知器は、ループ回路を複数回巡回することにより、受光部２の出力の変化を大きくしている。例えば、ループ回路を５０回巡回すると、式（９）でｎ＝５０とした、式（１２）から分かるように減光率が約１０％変化するので、発光部１と受光部２の間の距離を短くしても火災検知する上で実用的な出力変化を得ることができる。
【００３１】
Ｖｒ５０＝Ｖｒ０×ηｄ５０＝Ｖｒ０×（０．９９７９）５０＝Ｖｒ０×０．９    （１２）
【００３２】
なお、上述した説明で用いた発光部１と受光部２間の距離、透過率、ループ回数は一例にすぎず、これに限定されるものではない。
【００３３】
この発明の実施の形態１に係る減光式火災感知器は、信号安定制御部６の信号安定制御によってループ回路内信号を安定させるように、信号ゲート手段３の通過率を波形発生手段１３によって設定する。また、信号安定制御部６の信号安定制御によってループ回路内信号を安定させた後は制御データ保持部１２による制御用データの保持が機能して、信号ゲート手段３の通過率を保持させた状態とするので、温度等の外部要因の影響が無い煙検出をすることができる。
【００３４】
感知信号生成部８は、例えば、信号安定制御部６の信号安定制御によってループ回路内信号が安定した後の受光部２の出力信号を基準値として記憶し、その基準値と、その後の制御データ保持部１２により制御用データが保持されているときの受光部２の出力信号とを比較して、その減少値または減少率が、煙で発光部の照射光が減少することで、所定の閾値以上に減少しているとき、ＯＮ信号を生成する。それ以外のときはＯＦＦ信号が生成されている。
【００３５】
その基準値は、ループ回路内信号が安定している状態であれば、信号安定制御後の任意時の受光部２の出力信号とすることができる。
また、煙の検知精度は上記手段に比べて劣るが、検知精度の許容幅が大きい場合等は、その基準値を所定の固定値とし、基準値として記憶する処理を省略することができる。
このように、感知信号生成部８は、信号安定制御部６がループ回路内信号を安定させた後での少なくとも１つ以上のループ回路内信号により、煙による発光部の照射光の減少を検知して感知信号を生成する。
【００３６】
ところで、感知信号生成部８における処理はステップ数が多いので、ループ回路内の信号伝達時間に比較して高速の処理速度が必要となり、ループ回路内の信号伝達時間が早いと感知信号生成部８で必要とする処理速度が非常に大きくなり、処理速度を速めるために感知信号生成部８での消費電流が増大するという問題がある。
【００３７】
そこで、感知信号生成部８が必要とする処理速度を遅くすることができるように、信号遅延部４を備えて、ループ回路内での信号伝達時間を全体として長くする。特に、信号遅延部４が信号を遅延する遅延時間が信号遅延部４を挿入しないときのループ回路内の信号伝達時間に比べて充分に大きくすると、信号遅延部４を挿入したときのループ回路の信号伝達時間はほぼ信号遅延部４で遅延する時間と等しくなる。そして、感知信号生成部８は、信号遅延部４での遅延時間を基準にし、所定のループ回数に相当する時間を算出し、その時間内における受光部２の出力の減少値または減少率を用いて感知信号を生成すれば良く、非常に処理速度の早いＣＰＵを感知信号生成部８として用いなくても良い。
このように信号遅延部４をループ回路内に介設することにより、感知信号生成部８の負担を軽減し消費電流を低減することができる。
【００３８】
なお、実施の形態１に係る減光式火災感知器では、信号遅延部４は信号ゲート手段３と発光制御部５の間に設けているが、ループ回路内のいずれかに設置されれば良い。
また、感知信号生成部８は、ＯＮ／ＯＦＦ信号の代わりに煙濃度に応じたアナログレベルの信号を出力してもよい。
【００３９】
また、実施の形態１に係る減光式火災感知器では、受光部２の出力を用いて感知信号を生成しているが、受光部２の出力と連動して変化する発光制御部５の出力などを用いても良い。
【００４０】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２に係る減光式火災感知器の回路図である。なお、図２においては検煙部９を省略している。また、信号安定制御部６は信号ゲート手段３と波形発生手段１３とにより構成される。
この発明の実施の形態２に係る減光式火災感知器は、発光部１を構成する発光素子ＬＥＤ、受光部２を構成するフォトダイオードＰＤおよび第１オペアンプＯＰ１、信号ゲート手段３を構成するゲートＧ、信号遅延部４の積分回路を構成する第３抵抗Ｒ３および第１コンデンサＣ１、発光制御部５を構成する第２オペアンプＯＰ２、トランジスタＴｒおよび第４抵抗Ｒ４を備える。
【００４１】
また、この発明の実施の形態２に係る減光式火災感知器は、制御データ保持部１２を構成する第２アナログスイッチＳＷ２、第８抵抗Ｒ８および第３コンデンサＣ３、波形発生手段１３を構成する第５抵抗Ｒ５、第６抵抗Ｒ６、第７抵抗Ｒ７、第２コンデンサＣ２、第３オペアンプＯＰ３、コンパレータＣＭを備える。
【００４２】
また、この発明の実施の形態２に係る減光式火災感知器は、動作開始トリガ手段１５を構成する第１アナログスイッチＳＷ１、第１抵抗Ｒ１、および第２抵抗Ｒ２、ループ回路動作停止手段１６を構成する第３アナログスイッチＳＷ３を備える。
なお、タイミング制御部７および感知信号生成部８は、実施の形態１に係るものと同様である。
【００４３】
減光式火災感知器の状態は、ループ回路内信号を安定させる信号安定制御ステージと、安定させた後のループ回路内信号により感知信号を生成する火災監視ステージと、信号安定制御や火災監視を停止する休止ステージと、に分けられる。以下に、各ステージにおける動作を説明する。
【００４４】
１．信号安定制御ステージ
第１アナログスイッチＳＷ１をＯＮすると、電源＋Ｅと第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２で決定される電圧が直列接続の第３抵抗Ｒ３および第１コンデンサＣ１に印加される。すると、電源＋Ｅから第３抵抗Ｒ３を経由して第１コンデンサＣ１に電荷が充電されて両端電圧が発生する。
そして、第１コンデンサＣ１の充電が完了するに十分な時間が経過したとき第１アナログスイッチＳＷ１をＯＦＦする。また、信号安定制御ステージにおいては、第２アナログスイッチ２がＯＮし、第３アナログスイッチＳＷ３がＯＦＦしている。
【００４５】
第１コンデンサＣ１の両端電圧はソースフォロワー回路を構成する第２オペアンプＯＰ２に入力され、電流増幅用のトランジスタＴｒを介して、第４抵抗Ｒ４の両端に第１コンデンサＣ１の両端電圧と同じ電圧が出力される。
トランジスタＴｒのコレクタ端子には発光素子ＬＥＤが接続されており、第４抵抗Ｒ４の両端電圧を第４抵抗Ｒ４の抵抗値で除算した発光電流で発光する。
発光素子ＬＥＤからの光はフォトダイオードＰＤで受光され、第１オペアンプＯＰ１で増幅されてから出力される。
第１オペアンプＯＰ１の出力はゲートＧと第３抵抗Ｒ３を介して第１コンデンサＣ１に充電される。
【００４６】
一方、第７抵抗Ｒ７に接続されたタイミング制御部７のＱ３から連続したパルスが出力されると、第３オペアンプＯＰ３から三角波が出力される。この三角波信号がコンパレータＣＭのプラス端子に入力される。
また、第１オペアンプＯＰ１の出力は第８抵抗Ｒ８を介して第３コンデンサＣ３を充電して第３コンデンサの両端電圧が第１オペアンプＯＰ１の出力の電圧と等しくなる。また、第１オペアンプＯＰ１の出力はコンパレータＣＭのマイナス端子に接続されているので、コンパレータＣＭのマイナス端子には第１オペアンプＯＰ１の出力の電圧が印加されている。
【００４７】
図３は、実施の形態２における波形発生手段１３と信号ゲート手段３の動作を示すタイムチャートである。
コンパレータＣＭでは、プラス端子に印加されている電圧がマイナス端子に印加されている電圧を超えると、ゲートＧがＯＮして信号を通過させる状態とするように正信号を出力し、プラス端子に印加されている電圧がマイナス端子に印加されている電圧以下になると、ゲートＧがＯＦＦして信号を遮断させる状態とするように負信号を出力する。このゲートＧがＯＮして信号を通過させる状態の割合を通過率と称す。
【００４８】
第１オペアンプＯＰ１の出力電圧が高いほど、コンパレータＣＭの出力は正信号の時間帯が短くなり、逆に、第１オペアンプＯＰ１の出力電圧が低いほど、コンパレータＣＭの出力は正信号の時間帯が長くなる。
正信号の時間帯が短いと第１オペアンプＯＰ１から第１コンデンサＣ１に流れる電流が少なくなるので、第１コンデンサＣ１の両端電圧が降下し、逆に、正信号の時間帯が長いと第１オペアンプＯＰ１から第１コンデンサＣ１に流れる電流が多くなるので、第１コンデンサＣ１の両端電圧が上昇する。
第１コンデンサＣ１の両端電圧が降下すると発光素子ＬＥＤに流れる発光電流が小さくなり発光素子ＬＥＤが発光する光量が減少し、逆に、第１コンデンサＣ１の両端電圧が上昇すると発光素子ＬＥＤに流れる発光電流が大きくなり発光素子ＬＥＤが発光する光量が増加する。
発光素子ＬＥＤが発光する光量が減少すればフォトダイオードＰＤに入射される光量が減少し第１オペアンプＯＰ１の出力の電圧が降下し、発光素子ＬＥＤが発光する光量が増加すればフォトダイオードＰＤに入射される光量が増加し第１オペアンプＯＰ１の出力の電圧が上昇する。
【００４９】
このように、第１オペアンプＯＰ１の出力の電圧が高いほど、ゲートＧが信号を通過させる時間が短いので、第１コンデンサＣ１の両端電圧を降下するように作用し、逆に、第１オペアンプＯＰ１の出力の電圧が低いほど、ゲートＧが信号を通過させる時間が長いので第１コンデンサＣ１の両端電圧を上昇するように作用する。
そして、発光素子ＬＥＤは、発光制御部５を介してコンデンサＣ１の値に比例した発光電流で発光し、その発光量がフォトダイオードＰＤで受光され、再び、第１オペアンプＯＰ１の出力として帰還されることから、ゲートＧのＯＮまたはＯＦＦの状態はループ回路内信号を所定値に安定させるように信号安定制御部６が機能する。これらを所定回数だけ繰り返して、ゲートＧの通過率を所定値に収斂させる。
【００５０】
２．火災監視ステージ
ループ回路内信号が安定した後に、制御データ保持部１２の制御用データの保持が機能して、ゲートＧの通過率を保持する。
この動作は、第２アナログスイッチＳＷ２をＯＦＦすると、コンパレータＣＭのマイナス端子に入力されている第１オペアンプＯＰ１の出力は、第８抵抗Ｒ８を介して第３コンデンサＣ３に充電されており、第２アナログスイッチＳＷ２がＯＦＦされることから、コンパレータＣＭのマイナス端子には信号安定制御後の安定された第１オペアンプＯＰ１の出力が保持される。その結果、ゲートＧの通過率は、ループ回路内信号が安定した後の値に保持される。
【００５１】
この火災監視ステージにおいて、火災に伴う煙が検煙部に侵入すると、発光素子ＬＥＤからの光が煙粒子で減光され、フォトダイオードＰＤの受光量が減少し第１オペアンプＯＰ１の出力の電圧が降下する。
電圧が降下した第１オペアンプＯＰ１の出力は、通過率が保持されたゲートＧ、および第３抵抗Ｒ３を介して第１コンデンサＣ１を充電する。この第１コンデンサＣ１の両端電圧は降下するので発光素子ＬＥＤを流れる発光電流も低下し、発光素子ＬＥＤを流れる発光電流が低下すると発光素子ＬＥＤからの光の光量が減少する。光量が減少した発光素子ＬＥＤの光が煙粒子で減光されるので、先の巡回でフォトダイオードＰＤが受光した光量よりさらに減少する。
【００５２】
感知信号生成部８は、第１オペアンプＯＰ１の出力を監視し、ループ回路内信号が検煙部を通過する所定のループ回数において、第１オペアンプＯＰ１の出力の減少値または減少率が所定値以上になった場合に火災信号を生成し、または減少値または減少率に対応するアナログ信号を生成し、図示しない受信機に送信する機能を有している。そして、受信機は受信した信号に基づいて必要な警報動作を行う。
【００５３】
ループ回路内信号が安定した後に、感知信号生成部８が第１オペアンプＯＰ１の出力の減少値または減少率を算出する場合、信号安定制御ステージでの第１オペアンプＯＰ１の出力値と、火災監視ステージでの第１オペアンプＯＰ１の出力値とを用いて算出しても良いし、火災監視ステージでの所定の時間隔たった２つの時点での第１オペアンプＯＰ１の出力値を用いて算出しても良い。
また、感知信号生成部８は、第１オペアンプＯＰ１の出力と連動するループ回路の他の信号、例えば、第１コンデンサＣ１または第４抵抗Ｒ４の両端電圧を用いて、減少値または減少率から感知信号を生成してもよい。
従って、ループ回路内の回路素子の特性が温度等により変動しても高精度な煙検出ができる。
【００５４】
３．休止ステージ
減光式火災感知器の信号安定制御ステージと火災監視ステージでは発光素子ＬＥＤが常時点灯されているので、発光電流は常時消費されるが、火災監視ステージの動作を間欠的に行うことで、所定の時間は発光素子ＬＥＤが消灯され、発光電流も停止されるので、全体として減光式火災感知器の消費電流を低減することができる。
【００５５】
第３アナログスイッチＳＷ３は、信号安定制御ステージと火災監視ステージではＯＦＦ状態に維持され、火災監視ステージ後にＯＮ状態にされる。第３アナログスイッチＳＷ３がＯＮ状態となると、第１コンデンサＣ１の充電電荷は、第３アナログスイッチＳＷ３を経由して放電され、第４抵抗Ｒ４の両端電圧が零になるので発光素子ＬＥＤの発光は停止される。その結果、ループ回路内の伝達信号が停止される。
このとき、第３コンデンサＣ３に蓄積された電荷は保持されるので、コンパレータＣＭのマイナス端子に印加されている電圧は維持されている。
【００５６】
ループ回路内の伝達信号が停止されたことから動作を要しない第１オペアンプＯＰ１、第３オペアンプＯＰ３、第２オペアンプＯＰ２の電源を信号停止期間の間遮断し、これら回路の消費電流を低減することができる。
【００５７】
休止期間を終了するときは、第１オペアンプＯＰ１、第２オペアンプＯＰ２、第３オペアンプＯＰ３の機能を復帰させるとともに、第３アナログスイッチＳＷ３をＯＦＦ状態にする。
その後、第１アナログスイッチＳＷ１をＯＮ状態にし、電源＋Ｅから第１コンデンサＣ１へ充電し、発光素子ＬＥＤの発光を再開する。第１アナログスイッチＳＷ１は、発光素子ＬＥＤの発光が再開するに十分な時間経過後ＯＦＦ状態に切り換えられる。制御データ保持部１２を構成する第３コンデンサＣ３の電荷は保持されているので、ゲートＧの通過率は休止ステージ前と同じに維持され、火災監視ステージに移行する。
【００５８】
それ以降、信号安定制御ステージ、火災監視ステージ、休止ステージを適宜組み合わせることにより減光式火災感知器全体としての消費電力を低減することができる。
【００５９】
なお、減光式火災感知器が火災監視ステージにあるとき、周囲温度などの環境変動によりループ回路を構成する各機能要素に変動が生じ、回路状態が信号安定制御ステージとの差異が生じると、ループ回路の安定性に悪影響を与えることが想定される。
この状態を回避するため、減光式火災感知器は所定の周期毎に第２アナログスイッチＳＷ２をＯＦＦ状態からＯＮ状態とし、信号安定制御ステージに移行して制御データ保持部１２の保持を解除してループ回路に信号安定制御を実施する。この結果、信号ゲート手段３の通過率は収斂するように制御され、ループ回路内信号の安定性を回復し、その後に第２アナログスイッチＳＷ２をＯＦＦ状態にして制御データ保持部１２の保持により信号ゲート手段３の通過率を保持してから火災監視ステージに戻る。
【００６０】
図４は、この発明の実施の形態２に係る減光式火災感知器内の信号のタイミングチャートである。例えば、（Ａ）は信号安定制御部６によりループ回路内信号を安定させた時点を示し、（Ｂ）はループ回路内信号を十分安定させた後に制御データ保持部１２により信号ゲート手段３の通過率を保持させた時点を示し、（Ｃ）は感知信号生成部８が検煙部に侵入した煙粒子により発光部１の照射光の減少を検知して、火災信号を出力した時点を示す。
【００６１】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係る減光式火災感知器の構成図である。
この発明の実施の形態３に係る減光式火災感知器は、この発明の実施の形態１に係る減光式火災感知器の信号安定制御部６を可変増幅度増幅（ＶＧＡ）回路１４で構成したことだけが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
信号安定制御部６は、信号安定制御時に受光部出力が大きい場合は、受光部２から信号遅延部４への出力信号を減少させるように可変増幅度増幅（ＶＧＡ）回路１４の信号増幅度を低下させて、その後の発光部１の発光量が減少する事で受光部出力を減少させる方向に制御する一方で、受光部出力が小さい場合は、受光部２から信号遅延部４への出力信号を増加させるように可変増幅度増幅（ＶＧＡ）回路１４の信号増幅度を高くして、その後の発光部１の発光量が増加する事で受光部出力を増加させる方向に制御する。つまり、信号安定制御部６はループ回路の信号増幅度を受光部出力と略反比例させる。これら一連の動作の結果、受光部出力を含むループ回路内信号は安定化される。
そして、ループ回路内信号が安定後に制御データ保持部１２が制御用データを保持させて、可変増幅度増幅（ＶＧＡ）回路１４の信号増幅度はその時点の信号増幅度に保持される。従って、実施の形態１と同様に、温度等の外部要因の影響が無い煙検出をすることができる。
【００６２】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４に係る減光式火災感知器の回路図である。なお、図６においては検煙部９を省略している。また、信号安定制御部６は可変増幅度増幅回路１４により構成される。
この発明の実施の形態４に係る減光式火災感知器は、この発明の実施の形態２に係る減光式火災感知器の信号安定制御部６を可変ゲインアンプＶＧＡで構成したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
また、信号安定制御ステージ、火災監視ステージ、休止ステージの動作も同じであるので詳細は省略する。
【００６３】
実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５に係る減光式火災感知器の回路図である。なお、図７においては検煙部９を省略している。また、信号安定制御部６は信号ゲート手段３と波形発生手段１３とにより構成される。
この発明の実施の形態５に係る減光式火災感知器は、この発明の実施の形態２に係る減光式火災感知器のタイミング制御部７、感知信号生成部８、制御データ保持部１２をマイクロコンピュータ２０で代替したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
【００６４】
信号安定制御ステージにおいては、マイクロコンピュータ２０は第１オペアンプＯＰ１の出力をＡＤ端子から所定の周期で取り込み、取り込んだ第１オペアンプＯＰ１の出力をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換により得たディジタル値を内部の図示しないＲＡＭに記憶する。
また、ＲＡＭに記憶したディジタル値をＤ／Ａ変換し、Ｄ／Ａ変換により得たアナログ値をＤＡ端子よりコンパレータＣＭのマイナス端子に出力する。
コンパレータＣＭでは、マイナス端子に入力されたアナログ値と第３オペアンプＯＰ３の出力である三角波信号とから、周期的な正信号または負信号をゲートＧに出力し、実施の形態２と同様に、ループ回路内信号は安定化される。また、ＲＡＭに記憶するディジタル値はループ回路内信号が安定するまで更新される。
【００６５】
マイクロコンピュータ２０は、ループ回路内信号が安定されると、すなわち、第１オペアンプＯＰ１の出力がある値に収斂したことを検知したら、取り込んだ第１オペアンプＯＰ１の出力のＡ／Ｄ変換により得たディジタル値のＲＡＭへの記憶を停止して火災監視ステージに移行する。このＲＡＭに記憶された値はループ回路が安定化された状態に保持され、実施の形態２と同様に、ゲートＧの通過率は、ループ回路を安定化させた状態に保持される。
【００６６】
火災監視ステージにおいては、ＲＡＭに記憶されている第１オペアンプＯＰ１の出力の値を基準値とし、信号遅延部４による遅延時間を考慮した所定の周期でＡＤ端子から第１オペアンプＯＰ１の出力を取り込み、取り込んだ第１オペアンプＯＰ１の出力をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換により得たディジタル値を基準値と比較して減少値または減少率が予め定めた閾値を超えるとき感知信号を生成する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る減光式火災感知器の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る減光式火災感知器の回路図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る減光式火災感知器の波形発生手段と信号ゲート手段の動作を示すタイムチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２に係る減光式火災感知器の信号のタイムチャートである。
【図５】この発明の実施の形態３に係る減光式火災感知器の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る減光式火災感知器の回路図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係る減光式火災感知器の回路図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  発光部、２  受光部、３  信号ゲート手段、４  信号遅延部、５  発光制御部、６  信号安定制御部、７  タイミング制御部、８  感知信号生成部、９  検煙部、１２  制御データ保持部、１３  波形発生手段、１４  可変増幅度増幅回路、１５  動作開始トリガ手段、１６  ループ回路動作停止手段、２０  マイクロコンピュータ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３  コンデンサ、ＣＭ  コンパレータ、Ｇ  ゲート、ＬＥＤ  発光素子、ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３  オペアンプ、ＰＤ  フォトダイオード、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８  抵抗、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３  アナログスイッチ、Ｔｒ  トランジスタ、ＶＧＡ  可変ゲインアンプ。
【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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