(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数成分を含む音波を送波する音源部と、音源部を制御する制御部と、音源部から送波された音波の音圧を検出する受波素子と、受波素子の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部とを備え、信号処理部は、受波素子で検出された音波から各周波数成分の強度を抽出する周波数成分抽出手段と、音源部と受波素子との間の監視空間に存在する浮遊粒子の種別および煙濃度に応じた各周波数成分の周波数と強度の基準値からの減衰量との関係データを記憶した記憶手段と、周波数成分抽出手段で抽出された各周波数成分の強度と記憶手段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粒子の種別を推定する粒子種別推定手段と、粒子種別推定手段にて推定された粒子が煙粒子のときに特定の周波数成分の強度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煙濃度推定手段と、煙濃度推定手段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断する火災判断手段とを有することを特徴とする火災感知器。
【請求項２】
前記記憶手段は、前記関係データとして各周波数成分の周波数と強度の基準値からの減衰量を基準値で除した減衰率との関係データを記憶していることを特徴とする請求項１記載の火災感知器。
【請求項３】
前記音源部は、発熱体部への通電に伴う発熱体部の温度変化により空気に熱衝撃を与えることで音波を発生するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の火災感知器。
【請求項４】
前記音源部は、ベース基板の一表面側に前記発熱体部が形成されるとともに、ベース基板の前記一表面側で前記発熱体部とベース基板との間に設けられて前記発熱体部とベース基板とを熱絶縁する多孔質層からなる熱絶縁層を有してなることを特徴とする請求項３記載の火災感知器。
【請求項５】
前記音源部が送波する前記複数の周波数成分を含む音波は、単パルス状の音波であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の火災感知器。
【請求項６】
前記周波数成分抽出手段は、各周波数成分の信号をそれぞれ通過させるフィルタ手段を有し、前記受波素子の出力を前記フィルタ手段に通すことで各周波数成分の強度を抽出することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の火災感知器。
【請求項７】
前記フィルタ手段は各周波数成分ごとに個別に設けられており、前記周波数成分抽出手段は、前記受波素子の出力を各フィルタ手段に分配する分配手段を有することを特徴とする請求項６記載の火災感知器。
【請求項８】
前記周波数成分抽出手段は、高速フーリエ変換により各周波数成分の強度を抽出することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の火災感知器。
【請求項９】
前記周波数成分抽出手段は、前記音源部から同時に送波され前記監視空間のうち経路長の異なる伝播経路を通して前記受波素子にそれぞれ伝播された複数の音波の各々から、各周波数成分の強度をそれぞれ抽出することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の火災感知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視空間の煙濃度から火災の有無を判断する火災感知器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、火災時などに発生する煙を感知する火災感知器として、散乱光式煙感知器（たとえば特許文献１参照）や、減光式煙感知器（たとえば特許文献２参照）が知られている。ここにおいて、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。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。
【０００３】
ところで、散乱光式煙感知器は、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、応答性に問題があった。また、減光式煙感知器においては、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発報してしまう（非火災報が発生してしまう）ことがあるという問題があった。また、分離型の減光式煙感知器は、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があった。
【０００４】
さらにまた、散乱光式煙感知器や減光式煙感知器においては、台所や浴室で使用する場合などに、監視空間に湯気が侵入することによって非火災報が発生してしまったり、あるいは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、浮遊する粉塵が監視空間に侵入することによって非火災報を生じてしまったりする可能性がある。
【特許文献１】特開２００１−３４８６２号公報
【特許文献２】特開昭６１−３３５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した光電式の火災感知器の問題点を解決するために、本願出願人は、音波（たとえば超音波）を用いて煙の存否を検知する火災感知器を提案している。
【０００６】
この火災感知器は、図１５に示すように、超音波を送波可能な音源部１と、音源部１を制御する制御部２と、音源部１から送波された超音波の音圧を検出する受波素子３と、受波素子３の出力に基づいて火災の有無を判別する信号処理部４とを備える。信号処理部４は、受波素子３の出力の基準値からの減衰量に基づいて音源部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手段４２と、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火災判断手段４３とを有する。すなわち、監視空間に煙粒子が入り込むと音源部１からの超音波は受波素子３に到達するまでに音圧が低下し、受波素子３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ので、この減衰量に基づき煙濃度を推定することで、火災の有無を判断することができる。
【０００７】
この超音波式の火災感知器では、光電式の火災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、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て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を向上でき、また、減光式煙感知器に比べて非火災報の低減が可能になる。
【０００８】
ところで、本願出願人は、音源部１と受波素子３との間の監視空間の浮遊粒子の種別に応じて図１６に示すように音源部１の出力周波数と音圧の単位減衰率との関係が異なるという知見を得た。ここで、監視空間に浮遊粒子が存在しない状態で受波素子３にて受波される音圧（以下、基準音圧という）をＩ０、減光式煙濃度計（減光式煙感知器）での評価でｘ〔％／ｍ〕となる濃度の浮遊粒子が監視空間に存在する状態で受波素子３にて受波される音圧をＩｘとしたときに、（Ｉ０−Ｉｘ）／Ｉ０で表される値を音圧の減衰率と定義し、特にｘ＝１のときの減衰率を単位減衰率と定義する。ここにおいて、基準音圧Ｉ０と音圧Ｉｘとは、監視空間における浮遊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１６中の「イ」は浮遊粒子が黒煙の煙粒子であ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）、「ロ」は浮遊粒子が白煙の煙粒子であ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）、「ハ」は浮遊粒子が湯気の粒子であ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）であり、ここに示す単位減衰率は、音源部１と受波素子３との間の距離を３０ｃｍに設定したときの各出力周波数ごとのデータである。また、図１６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１７に示す。要するに、図１７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。
【０００９】
上述の知見に基づいて、本願出願人は、音源部１から周波数の異なる複数種の超音波が送波されるようにし、信号処理部４に、少なくとも受波素子３の出力の基準値（基準音圧に対する受波素子３の出力）、上記監視空間に存在する浮遊粒子の種別および浮遊粒子濃度に応じた音源部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１７より抽出されるデータ）、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（上述の図１６より抽出されるデータ）を記憶した記憶手段４４と、音源部１から送波された各周波数の超音波ごとの受波素子３の出力と記憶手段４４に記憶されている関係データとを用いて上記監視空間に浮遊している粒子の種別を推定する粒子種別推定手段４１とを付加し、粒子種別推定手段４１で推定された粒子が煙粒子のときに、特定周波数（たとえば、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上記監視空間の煙濃度を煙濃度推定手段４２に推定させることを提案している。
【００１０】
これにより、粒子種別推定手段４１において上記監視空間に浮遊している粒子の種別を推定することで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非火災報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する。また、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から、粉塵などに起因した非火災報を低減することも可能となる。なお、粒子種別推定手段４１において白煙の煙粒子と黒煙の煙粒子とを識別可能となるから、火災の性状の識別に役立てることも可能となる。
【００１１】
しかしながら、上述のように浮遊粒子の種別を推定可能とするためには、音源部１から周波数の異なる複数種の超音波を送波させることが必要であり、これにより以下の問題を生じる。すなわち、音源部１から複数種の超音波を送波させるためには、各種の超音波を送波する音源部１を複数個用いるか、あるいは制御部によって１個の音源部１から複数種の超音波を順次送波させる必要がある。前者の場合、音源部１を１個とする構成に比べて音源部１に掛かるコストが高くなり、また火災感知器の大型化にもつながるという問題がある。一方、後者の場合、音源部１から超音波を送波する度に音源部１を異なる駆動周波数で駆動する必要があるため、音源部１から１種類の超音波を送波させる場合に比べて制御部の構成が複雑化して、コスト高につながるという問題がある。また、いずれの場合においても、複数種の超音波が個別に送波されるため、個々の超音波の送波時に送波音圧のばらつきが生じることで浮遊粒子の種別や濃度の推定確度が低くなる可能性があり、さらに、超音波を複数回送波する必要があるため、超音波の送波に伴う消費電力が大きくなる。
【００１２】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、監視空間に浮遊している粒子の種別を推定可能としながらも、音源部から複数種の音波を送波させる必要のない火災感知器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明では、複数の周波数成分を含む音波を送波する音源部と、音源部を制御する制御部と、音源部から送波された音波の音圧を検出する受波素子と、受波素子の出力に基づいて火災の有無を判断する信号処理部とを備え、信号処理部は、受波素子で検出された音波から各周波数成分の強度を抽出する周波数成分抽出手段と、音源部と受波素子との間の監視空間に存在する浮遊粒子の種別および煙濃度に応じた各周波数成分の周波数と強度の基準値からの減衰量との関係データを記憶した記憶手段と、周波数成分抽出手段で抽出された各周波数成分の強度と記憶手段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粒子の種別を推定する粒子種別推定手段と、粒子種別推定手段にて推定された粒子が煙粒子のときに特定の周波数成分の強度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煙濃度推定手段と、煙濃度推定手段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断する火災判断手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、信号処理部が、受波素子で検出された音波から各周波数成分の強度を抽出する周波数成分抽出手段を有し、粒子種別推定手段において、周波数成分抽出手段で抽出された各周波数成分の強度と記憶手段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粒子の種別を推定するので、監視空間に浮遊している粒子の種別を推定可能としながらも、音源部から複数種の音波を送波させる必要はない。すなわち、音源部からは複数の周波数成分を含む１種類の音波が送波されればよく、音源部から複数種の音波を送波させる場合に比べて、音源部や制御部に掛かるコストを低く抑えることができ、また、音源部から１回に送波された音波から複数の周波数成分の強度を抽出するようにすれば、個々の音波の送波時に送波音圧のばらつきが生じることで浮遊粒子の種別や濃度の推定確度が低くなったり、音波の送波に伴う消費電力が大きくなったりすることを回避できる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記記憶手段が、前記関係データとして各周波数成分の周波数と強度の基準値からの減衰量を基準値で除した減衰率との関係データを記憶していることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、各周波数成分の周波数に応じて当該周波数成分の強度の基準値が変動する場合でも、各周波数成分の周波数と基準値の変動の影響が除去された減衰率との関係データを用いることにより、基準値の変動の影響を受けずに監視空間に浮遊している粒子の種別を推定することができる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記音源部が、発熱体部への通電に伴う発熱体部の温度変化により空気に熱衝撃を与えることで音波を発生するものであることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、音源部は平坦な周波数特性を有しており、発生させる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、音源部から残響の少ない単パルス状の音波を送波させることも可能となる。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記音源部が、ベース基板の一表面側に前記発熱体部が形成されるとともに、ベース基板の前記一表面側で前記発熱体部とベース基板との間に設けられて前記発熱体部とベース基板とを熱絶縁する多孔質層からなる熱絶縁層を有してなることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、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発熱体部への入力電圧に対する音波の音圧の比が高くなり、低消費電力化を図ることができる。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、前記音源部が送波する前記複数の周波数成分を含む音波が、単パルス状の音波であることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、周波数成分間の強度差が少なく、且つ比較的広範囲の周波数に亘ってパワーが分布した形のパワースペクトルを持つ単パルス状の音波を音源部から送波するので、周波数成分抽出手段においては、強度差が少なく、且つ比較的広範囲の周波数成分の強度を抽出することできる。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記周波数成分抽出手段が、各周波数成分の信号をそれぞれ通過させるフィルタ手段を有し、前記受波素子の出力を前記フィルタ手段に通すことで各周波数成分の強度を抽出することを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、たとえば受波素子の出力の時系列データについて高速フーリエ変換を行い、その結果から各周波数成分の強度を抽出する構成に比べて、信号処理の負荷を低減することができる。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記フィルタ手段が各周波数成分ごとに個別に設けられており、前記周波数成分抽出手段が、前記受波素子の出力を各フィルタ手段に分配する分配手段を有することを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、音源部から１回に送波された音波について複数の周波数成分の強度を抽出することができるので、個々の音波の送波時に送波音圧のばらつきが生じることで浮遊粒子の種別や濃度の推定確度が低くなったり、音波の送波に伴う消費電力が大きくなったりすることを回避できる。
【００２７】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記周波数成分抽出手段が、高速フーリエ変換により各周波数成分の強度を抽出することを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、多数の周波数成分の強度を抽出可能となり、したがって、多数の周波数成分の強度に基づいて浮遊粒子の種別の推定を行うことにより、粒子種別推定の確度の向上を図ることができる。また、音源部から１回に送波された音波について複数の周波数成分の強度を抽出することができるので、個々の音波の送波時に送波音圧のばらつきが生じることで浮遊粒子の種別や濃度の推定確度が低くなったり、音波の送波に伴う消費電力が大きくなったりすることを回避できる。
【００２９】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明において、前記周波数成分抽出手段が、前記音源部から同時に送波され前記監視空間のうち経路長の異なる伝播経路を通して前記受波素子にそれぞれ伝播された複数の音波の各々から、各周波数成分の強度をそれぞれ抽出することを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、音源部から１回に送波された音波について複数の周波数成分の強度を抽出することができるので、個々の音波の送波時に送波音圧のばらつきが生じることで浮遊粒子の種別や濃度の推定確度が低くなったり、音波の送波に伴う消費電力が大きくなったりすることを回避できる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明は、周波数成分抽出手段で抽出された各周波数成分の強度と記憶手段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粒子の種別を推定するので、監視空間に浮遊している粒子の種別を推定可能としながらも、音源部から複数種の音波を送波させる必要はないという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（実施形態１）
本実施形態の火災感知器は、図２に示すように、超音波を送波可能な音源部１と、音源部１を制御する制御部２と、音源部１から送波された超音波の音圧を検出する受波素子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とを備えている。なお、ここでは超音波を送受波する音源部１および受波素子３を採用しているが、音源部１および受波素子３は、超音波に限らず音波を送受波するものであればよい。
【００３３】
ここにおいて、音源部１と受波素子３とは、図２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の一表面側において互いに離間して対向配置されており、回路基板５に制御部２および信号処理部４が設けられている。また、回路基板５の上記一表面には、音源部１から送波された超音波の反射を防止する吸音層（図示せず）が設けられているので、音源部１から送波された超音波が回路基板５で反射して受波素子３に入射するのを防止することができて、反射波の干渉を防止することができる。
【００３４】
本実施形態では、音源部１として、後述のように空気に熱衝撃を与えることで超音波を発生させる音波発生素子を用いることで、圧電素子に比べて残響時間が短い超音波を送波するようにし、且つ、受波素子３として、共振特性のＱ値が圧電素子に比べて十分に小さく受波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。
【００３５】
ここにおいて、音源部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の一表面（図３における上面）側に多孔質シリコン層からなる熱絶縁層（断熱層）１２が形成され、熱絶縁層１２の表面側に発熱体部として金属薄膜からなる発熱体層１３が形成され、ベース基板１１の上記一表面側に発熱体層１３と電気的に接続された一対のパッド１４，１４が形成されている。なお、ベース基板１１の平面形状は矩形状であって、熱絶縁層１２、発熱体層１３それぞれの平面形状も矩形状に形成してある。また、ベース基板１１の上記一表面側において熱絶縁層１２が形成されていない部分の表面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。
【００３６】
上述の音源部１では、発熱体層１３の両端のパッド１４，１４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（つまり、発熱体層１３に接触している空気に熱衝撃が与えられる）。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播する超音波を発生させることができる。要するに、音源部１を構成する音波発生素子は、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り媒質を伝播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て、残響の少ない単パルス状の超音波を送波させることができる。
【００３７】
上述の音源部１は、ベース基板１１としてｐ形のシリコン基板を用いており、熱絶縁層１２を多孔度が略６０〜略７０％の多孔質シリコン層からなる多孔質層により構成しているので、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熱絶縁層１２となる多孔質シリコン層を形成することができる（ここで、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の熱伝導率および熱容量をベース基板１１の熱伝導率および熱容量に比べて小さくし、熱絶縁層１２の熱伝導率と熱容量との積をベース基板１１の熱伝導率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発熱体層１３と空気との間で効率的な熱交換が起こり、且つ、ベース基板１１が熱絶縁層１２からの熱を効率よく受け取って熱絶縁層１２の熱を逃がすことができて発熱体層１３からの熱が熱絶縁層１２に蓄積されるのを防止することができる。なお、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６０％の多孔質シリコン層は、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱容量が０．７×１０６Ｊ／（ｍ３・Ｋ）であることが知られている。本実施形態では、熱絶縁層１２を多孔度が略７０％の多孔質シリコン層により構成してあり、熱絶縁層１２の熱伝導率が０．１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱容量が０．５×１０６Ｊ／（ｍ３・Ｋ）となっている。
【００３８】
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、たとえば、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、上述の音源部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、たとえば、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。
【００３９】
上述のように音源部１は、一対のパッド１４，１４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たとえば周波数が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、上述の音源部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、上述の音源部１では、たとえば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１４，１４間へ与えることによって、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、上記吸音層を不要にすることもできる。また、音源部１は、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（たとえば、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、低消費電力化を図れる。
【００４０】
音源部１を制御する制御部２は、図示していないが、音源部１に駆動入力波形を与えて音源部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ている。
【００４１】
また、上述の受波素子３を構成する静電容量型のマイクロホンは、図４に示すように、シリコン基板に厚み方向に貫通する窓孔３１ａを設けることで形成された矩形枠状のフレーム３１と、フレーム３１の一表面側においてフレーム３１の対向する２つの辺に跨る形で配置されるカンチレバー型の受圧部３２とを備えている。ここにおいて、フレーム３１の一表面側には熱酸化膜３５と熱酸化膜３５を覆うシリコン酸化膜３６とシリコン酸化膜３６を覆うシリコン窒化膜３７とが形成されており、受圧部３２の一端部がシリコン窒化膜３７を介してフレーム３１に支持され、他端部が上記シリコン基板の厚み方向においてシリコン窒化膜３７に対向している。また、シリコン窒化膜３７における受圧部３２の他端部との対向面に金属薄膜（たとえば、クロム膜など）からなる固定電極３３ａが形成され、受圧部３２の他端部におけるシリコン窒化膜３７との対向面とは反対側に金属薄膜（たとえば、クロム膜など）からなる可動電極３３ｂが形成されている。なお、フレーム３１の他表面にはシリコン窒化膜３８が形成されている。また、受圧部３２は、上記各シリコン窒化膜３７，３８とは別工程で形成されるシリコン窒化膜により構成されている。
【００４２】
図４に示した構成の静電容量型のマイクロホンからなる受波素子３では、固定電極３３ａと可動電極３３ｂ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３３ａと可動電極３３ｂとの間の距離が変化し、固定電極３３ａと可動電極３３ｂとの間の静電容量が変化する。したがって、固定電極３３ａおよび可動電極３３ｂ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、パッドの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。
【００４３】
ここにおいて、本実施形態の火災感知器は、「発明が解決しようとする課題」の欄で図１５を用いて説明した火災感知器と基本構成が共通であって、図１に示すように、信号処理部４には、音源部１と受波素子３との間の監視空間に存在する浮遊粒子の種別を推定する粒子種別推定手段４１と、粒子種別推定手段４１にて推定された粒子が煙粒子のときに監視空間の煙濃度を推定する煙濃度推定手段４２と、煙濃度推定手段４２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断する火災判断手段４３と、粒子種別推定手段４１および煙濃度推定手段４２で使用するデータを記憶した記憶手段４４とを具備している。
【００４４】
火災判断手段４３は、煙濃度推定手段４２にて推定された煙濃度が上記閾値未満の場合には「火災無し」と判断する一方で、上記閾値以上の場合には「火災有り」と判断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、火災判断手段４３からの火災感知信号を受信すると、音源部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源部１への駆動入力波形を制御する。したがって、音源部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が可能となる。なお、火災判断手段４３からの火災感知器信号の出力先は制御部２に限らず、たとえば、外部の通報装置へ出力するようにしてもよい。
【００４５】
ところで、本実施形態の火災感知器は、以下の構成を採用することによって、音源部１から周波数の異なる複数種の超音波を送波することを不要としている。
【００４６】
すなわち、本実施形態では、音源部１が複数の周波数成分を含む超音波を送波する構成を採用するとともに、受波素子３で検出された超音波から各周波数成分の強度を検出する周波数成分抽出手段４０を信号処理部４に付加してある。音源部１から送波される超音波の具体的例および周波数成分抽出手段４０の構成例については後述する。さらに、粒子種別推定手段４１は、周波数成分抽出手段４０で抽出された各周波数成分の強度と記憶手段４４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粒子の種別を推定するものとし、煙濃度推定手段４２は、粒子種別推定手段４１にて推定された粒子が煙粒子のときに、特定の周波数成分（たとえば、８２ｋＨｚ）の強度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ものとする。
【００４７】
また、記憶手段４４には、少なくとも受波素子３の出力から周波数成分抽出手段４０によって抽出される各周波数成分の強度の基準値（監視空間に浮遊粒子が存在しない状態で受波素子３にて受波される基準音圧に対する受波素子３の出力から抽出される各周波数成分の強度）、上記監視空間に存在する浮遊粒子の種別および浮遊粒子濃度に応じた各周波数成分の周波数と同周波数成分の強度の相対的単位減衰率との関係データ（図１７より抽出されるデータ）、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（図１６より抽出されるデータ）を記憶している。
【００４８】
なお、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、上記各手段４０〜４４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変換器なども設けられている。
【００４９】
以下に、本実施形態の火災感知器の動作例を図５のフローチャートを参照して説明する。まず、音源部１から複数の周波数成分を含んだ超音波を送波させ、当該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）。周波数成分抽出手段４０は受波素子３の出力から各周波数成分の強度を抽出し、粒子種別推定手段４１は、周波数成分抽出手段４０で抽出された各周波数成分の強度と記憶手段４４に記憶されている基準値とから、各周波数成分について強度の減衰率を求め（ステップＳ１２）、中心周波数が８２ｋＨｚの周波数成分の減衰率に対する中心周波数が２０ｋＨｚの周波数成分の減衰率の比を算出する（ステップＳ１３）。記憶手段４４には、各周波数成分の周波数と同周波数成分の強度の相対的単位減衰率との上記関係データとして、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１７の場合、白煙が０、黒煙が０．２、湯気が０．５となる）が記憶されており、粒子種別推定手段４１は、算出した減衰率の比を記憶手段４４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別の粒子を監視空間に浮遊している粒子と推定する（ステップＳ１４）。ここで、推定された粒子が煙粒子であれば煙濃度推定手段４２での処理に移行する（ステップＳ１５）。ここにおいて、白煙の場合には図６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のできるデータであり、他の粒子においても同様であるから、煙濃度推定手段４２は、推定された粒子種別について特定の周波数成分（たとえば、８２ｋＨｚ）の減衰率の記憶手段４４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）。火災判断手段４３は、ステップＳ１６で推定された煙濃度と所定の閾値（たとえば、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」と判断する一方で、上記閾値以上の場合には「火災有り」と判断して火災感知信号を制御部２へ出力する。
【００５０】
上述の例では、粒子種別推定手段４１は中心周波数が８２ｋＨｚの周波数成分の減衰率と中心周波数が２０ｋＨｚの周波数成分の減衰率とを用いているが、これらの周波数成分の組み合わせに限定するものではなく、異なる組み合わせの周波数成分を用いてもよい。さらに、より多くの周波数成分の減衰率を用いてもよく、その場合は粒子種別の推定の確度を向上させることができる。また、本実施形態では、煙濃度推定手段４２が特定の周波数成分として１周波数成分を対象としているが、特定の周波数成分として複数の周波数成分を対象とし、各周波数成分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く、この場合、煙濃度の推定の確度が向上する。
【００５１】
ところで、本実施形態では、音源部１から複数の周波数成分を含んだ超音波を送波させるために、制御部２は音源部１に対して正弦波波形の半周期の孤立波を駆動入力波形として与えている。これにより、音源部１からは図７（ａ）に示すような略１周期の単パルス（インパルス）状の超音波が送波されることとなる。この種の単パルス状の超音波のパワースペクトルは、図７（ｂ）に示すようにパルス幅に応じた周波数ｆ０を中心周波数として広範囲の周波数に亘って強度（エネルギ）が分布した形となる。要するに、本実施形態のように単パルス状の超音波を音源部１から送波させることによって、音源部１からは複数の周波数成分を含んだ超音波が送波されることとなる。したがって、周波数成分抽出手段４０は、たとえば図７（ｂ）にＢ１〜Ｂ３で示す各周波数帯域について周波数成分の強度を抽出することができる。
【００５２】
これに対して、ある程度の波数（たとえば３周期程度）を持つバースト波のパワースペクトルは、周期に応じた周波数ｆ０にピークを持ち、その他の周波数帯域においては強度が低くなる。そのため、本実施形態のように単パルス状の超音波を用いる場合に比べて、周波数成分抽出手段４０において抽出可能な周波数成分は、強度差が大きく、且つ周波数範囲が狭くなる。なお、音源部１からの超音波が図８（ａ）のようにある周波数ｆ０の連続波になると、超音波のパワースペクトルは、図８（ｂ）に示すように前記周波数ｆ０に鋭いピークを持ち、その他の周波数帯域においては強度が大幅に低下する形になるので、周波数成分抽出手段４０において各周波数成分の強度を抽出できなくなる。
【００５３】
一方、受波素子３においては、共振特性のＱ値が圧電素子に比べて十分に小さい静電容量型のマイクロホンを用いているため、音源部１からの超音波に含まれる複数の周波数成分について感度に大きなばらつきはない。ただし、図９（ｂ）に示すように受波素子３の共振周波数ｆｃよりも高い周波数帯域では感度が低下するので、図９（ａ）に示すように周波数成分抽出手段４０で周波数成分の強度が抽出される周波数帯域Ｂ１〜Ｂ３よりも高い周波数を共振周波数とする受波素子３を用いることが望ましい。なお、パワースペクトルを示す図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９並びに以下の説明で用いる図１０、図１１では、横軸を周波数、縦軸を強度（パワー）とする。
【００５４】
次に、周波数成分抽出手段４０の構成について説明する。
【００５５】
一例として、音源部１からは図１０（ａ）に示すように周期が３．３３μｓ（つまり、３００ｋＨｚ相当）の単パルス状の超音波が送波され、これにより、受波素子３で受波される超音波のパワースペクトルが図１０（ｂ）に示すように３００ｋＨｚにピークを持つ形になったものと仮定する。この場合において、図１１における周波数帯域Ｂ１〜Ｂ３の各周波数成分の強度を抽出するため、図１２に示すように、１５０〜２５０ｋＨｚ（周波数帯域Ｂ１）の信号を通過させる第１のフィルタ手段（たとえば、バンドパスフィルタ）４５ａと、２５０〜３５０ｋＨｚ（周波数帯域Ｂ２）の信号を通過させる第２のフィルタ手段４５ｂと、３５０〜４５０ｋＨｚ（周波数帯域Ｂ３）の信号を通過させる第３のフィルタ手段４５ｃとを周波数成分抽出手段４０に設け、第１〜第３の各フィルタ手段４５ａ〜４５ｃの出力を各周波数成分の強度として取り出すようにする。
【００５６】
ここで、周波数成分抽出手段４０は、受波素子３の出力を増幅するアンプＡｍｐと、アンプＡｍｐで増幅された受波素子３の出力を各フィルタ手段４５ａ〜４５ｃに略均等に分配する分配手段４６とを有しており、受波素子３の出力が各フィルタ手段４５ａ〜４５ｃを通して後段の粒子種別推定手段４１に出力されるようにしてある。これにより、周波数成分抽出手段４０においては、音源部１から１回に送波された超音波から複数の周波数成分の強度を抽出することができる。ここで、フィルタ手段４５ａ〜４５ｃはプログラムによって実現してもよいが、ハードウェアで実現すれば信号処理の負荷を低減することができ、信号処理の高速化を図ることができる。
【００５７】
なお、本実施形態では、各周波数成分の周波数と強度の相対的単位減衰率との関係データを記憶手段４４に記憶した例を示したが、そもそも監視空間に存在する浮遊粒子の種別に応じて周波数成分の周波数ごとに変化するのは周波数成分の強度の基準値からの減衰量（Ｉ０−Ｉｘ）であるから、記憶手段４４に記憶する上記関係データは、各周波数成分の周波数と同周波数成分の強度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、周波数成分の強度の基準値からの減衰量や、周波数成分の強度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を記憶手段４４に記憶するようにしてもよい。
【００５８】
以上説明した本実施形態の火災感知器によれば、周波数成分抽出手段４０が、受波素子３で検出された超音波から各周波数成分の強度を抽出し、粒子種別推定手段４１においては、周波数成分抽出手段４０で抽出された各周波数成分の強度と記憶手段４４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浮遊粒子の種別を推定するので、浮遊粒子の種別を推定可能としながらも、音源部１から複数種の超音波を送波させる必要はない。
【００５９】
すなわち、粒子種別推定手段４１において上記監視空間に浮遊している粒子の種別を推定することで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非火災報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する。また、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から、粉塵などに起因した非火災報を低減することも可能となる。なお、粒子種別推定手段４１において白煙の煙粒子と黒煙の煙粒子とを識別可能となるから、火災の性状の識別に役立てることも可能となる。
【００６０】
しかも、音源部１からは複数の周波数成分を含む１種類の超音波（ここでは、単パルス状の超音波）が送波されればよく、音源部１から複数種の超音波を送波させる場合に比べて、音源部１や制御部２に掛かるコストを低く抑えることができる。また、周波数成分抽出手段４０は音源部１から１回に送波された超音波から複数の周波数成分の強度を抽出するので、個々の超音波の送波時に送波音圧のばらつきが生じることで浮遊粒子の種別や濃度の推定確度が低くなったり、超音波の送波に伴う消費電力が大きくなったりすることを回避できるという利点もある。
【００６１】
ところで、周波数成分抽出手段４０は、上述したようにフィルタ手段４５ａ〜４５ｃによって各周波数成分の強度を抽出するものに限らず、たとえば受波素子３の出力の時系列データについて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、その結果から各周波数成分の強度を抽出するものであってもよい。この場合、多数の周波数成分の強度を抽出することが容易となり、多数の周波数成分の強度に基づいて浮遊粒子の種別の推定を行うことにより、粒子種別の推定の確度の向上を図ることができる。また、分配手段４６を用いることなく、音源部１から１回に送波された超音波について複数の周波数成分の強度を抽出することができるという利点もある。ただし、この場合、フィルタ手段４５ａ〜４５ｃによって各周波数成分の強度を抽出する構成に比べて、信号処理の負荷が大きくなる。
【００６２】
また、音源部１からは複数の周波数成分を含んだ超音波が送波されればよく、上述したような単パルス状の超音波に限らず、波数の少ないバースト波状の超音波、あるいは周波数の異なる複数の超音波を重畳させて成る超音波を音源部１から送波させるようにしてもよい。
【００６３】
（実施形態２）
本実施形態の火災感知器は、基本構成が実施形態１と略同じであり、周波数成分抽出手段４０の構成が実施形態１の火災感知器と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００６４】
本実施形態では、音源部１と受波素子３との間に経路長の異なる複数の伝播経路を形成し、音源部１から送波された超音波を複数の伝播経路に分岐し、各伝播経路を通して受波素子３で受波されるように構成する。ここで、周波数成分抽出手段４０は、音源部１から同時に送波され経路長の異なる伝播経路を通して受波素子３にそれぞれ伝播された複数の超音波の各々から、各周波数成分の強度をそれぞれ抽出する。
【００６５】
本実施形態の一例として、図１３（ａ）に示すように内部空間に形成された超音波の伝播経路の経路長が異なる複数種類の筒体６ａ，６ｂを、音源部１と受波素子３との間に並列に介在させる構成が考えられる。すなわち、図１３（ａ）のように音源部１と受波素子３との間に、直管状であって管長さＬ１の筒体６ａと、湾曲した形であって管長さＬ２（＞Ｌ１）の筒体６ｂとを、音源部１および受波素子３の対向する方向に直交する面内で並ぶように配設し、音源部１からの超音波が両筒体６ａ，６ｂに分岐されて各筒体６ａ，６ｂの内部空間を通るようにする。しかして、音源部１から送波される超音波は、両筒体６ａ，６ｂの入り口（図１３（ａ）では左端面）で第１および第２の超音波Ｓｗ１，Ｓｗ２に分岐され、第１の超音波Ｓｗ１が管長さＬ１の筒体６ａの内部空間（経路長Ｌ１の伝播経路）を通って受波素子３に伝播されるとともに、第２の超音波Ｓｗ２が管長さＬ２の筒体６ｂの内部空間（経路長Ｌ２の伝播経路）を通って受波素子３に伝播されることになる。その後、周波数成分抽出手段４０で超音波Ｓｗ１，Ｓｗ２の各々から、各周波数成分の強度がそれぞれ抽出される。
【００６６】
ここにおいて、各超音波Ｓｗ１，Ｓｗ２が受波素子３に到達するタイミングには、図１３（ｂ）に示すように伝播経路の経路長Ｌ１，Ｌ２の差に応じた時間差Ｔｄが生じる。この時間差Ｔｄは、経路長Ｌ１，Ｌ２の差を音速で除することにより求められる。受波素子３において各超音波Ｓｗ１，Ｓｗ２を区別するためには、受波素子３で各超音波Ｓｗ１，Ｓｗ２をそれぞれ受波する期間を前記時間差Ｔｄ内に収める必要がある。
【００６７】
つまり、たとえば音速が３４０ｍ／ｓで、音源部１から送波される超音波の周波数が１００ｋＨｚである場合、超音波は周期１０μｓ、波長３．４ｍｍとなるので、経路長Ｌ１，Ｌ２の差を６８ｍｍにすると、超音波の波数が２０波を超えれば超音波同士の重なりが生じ、受波素子３で各超音波Ｓｗ１，Ｓｗ２を区別できなくなる。そこで、経路長Ｌ１，Ｌ２の差と音源部１から１回に送波する超音波の波数とを調整することにより、超音波同士の重なりが生じないようにする。火災感知器を小型化するために経路長Ｌ１，Ｌ２の差を小さくする場合などには、実施形態１で説明したように、発熱体層１３への通電に伴う発熱体層１３の温度変化により空気に熱衝撃を与えることで超音波を発生する構成であって、残響の少ない単パルス状の超音波を送波可能な音源部１を採用することが有用である。
【００６８】
さらに、図１３（ａ）の構成によれば、音源部１と受波素子３との間に筒体６ａ，６ｂを設けたことにより、音源部１から送波される超音波は、筒体６ａ，６ｂの内部空間を通ることで拡散が抑制され、音源部１と受波素子３との間における超音波の拡散による音圧の低下を抑制することができるので、監視空間中に煙粒子がない状態において受波素子３で受波される超音波の音圧を高く維持でき、煙濃度の変化量に対する受波素子３の出力の変化量が比較的大きくなり、その結果、ＳＮ比が向上するという効果がある。
【００６９】
なお、図１３の例では、筒体６ａ，６ｂの各開口端面に音源部１および受波素子３がそれぞれ突き合わされるように配置されており、各筒体６ａ，６ｂの内部が監視空間となるので、たとえば筒体６ａ，６ｂ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）が形成される。
【００７０】
また、本実施形態の他の例として、一方の筒体６ａを省略して、音源部１から受波素子３に直接伝わる超音波を第１の超音波Ｓｗ１とする構成や、音源部１と受波素子３とが並ぶ方向に沿った反射面を音源部１および受波素子３の側方に形成し、音源部１から受波素子３に直接伝わる超音波を第１の超音波Ｓｗ１とするとともに、音源部１から送波された後に反射面で反射されて受波素子３に伝わる超音波を第２の超音波Ｓｗ２とする構成も考えられる。
【００７１】
あるいは、音源部１と受波素子３との間に経路長の異なる複数の伝播経路を形成するために、図１４に示すように第１および第２の反射面７ａ，７ｂを、音源部１から送波された超音波の進行方向（図１４の左右方向）において互いに対向するように配置してもよい。各反射面７ａ，７ｂはそれぞれ超音波を反射するものであって、受波素子３は第１の反射面７ａ上に、音源部１は第２の反射面７ｂ上にそれぞれ配設される。ここで、周波数成分抽出手段４０は、音源部１から受波素子３に伝播されるまでに反射面７ａ，７ｂで反射された回数の異なる複数の超音波の各々から、各周波数成分の強度をそれぞれ抽出する。
【００７２】
すなわち、図１４のように音源部１から受波素子３に直接伝わる超音波を第１の超音波Ｓｗ１とするとともに、音源部１から送波された後に第１の反射面７ａで反射され、さらに第２の反射面７ｂで反射されることによって受波素子３に伝わる超音波を第２の超音波Ｓｗ２とする。しかして、反射面７ａ，７ｂでの反射回数が０回の第１の超音波Ｓｗ１と、反射面７ａ，７ｂでの反射回数が２回の第２の超音波Ｓｗ２とでは、伝播経路の経路長が異なることとなり、周波数成分抽出手段４０ではこれらの超音波Ｓｗ１，Ｓｗ２の各々から各周波数成分の強度が算出される。ここにおいて、受波素子３で各超音波Ｓｗ１，Ｓｗ２を区別可能とするため、各超音波Ｓｗ１，Ｓｗ２の経路長の差と音源部１から１回に送波する超音波の波数とを調整することにより超音波同士の重なりが生じないようにする点は、図１３の例と同様である。
【００７３】
ところで、図１４の例では、各反射面７ａ，７ｂが反射波を他方の反射面７ａ，７ｂ上に集音する形に湾曲した凹型の曲面からなる。さらに、音源部１と受波素子３とは各反射面７ａ，７ｂ上において、他方の反射面７ａ，７ｂに平面波として入射し反射された超音波が焦点を結ぶ位置に配置されている。
【００７４】
要するに、第２の反射面７ｂ上に配置された音源部１から放射状に広がりながら受波素子３側の第１の反射面７ａに到達した超音波は、第１の反射面７ａで反射されることによって音源部１側の第２の反射面７ｂに対する平行波となり、その後、第２の反射面７ｂで反射されることによって第１の反射面７ａ上の受波素子３の位置で焦点を結ぶこととなる。そのため、反射面７ａ，７ｂでの反射を繰り返しても超音波は拡散しにくく、したがって、音源部１と受波素子３との間における超音波の拡散による音圧の低下を抑制することができる。その結果、煙濃度の変化量に対する受波素子３の出力の変化量が比較的大きくなり、ＳＮ比が向上する。
【００７５】
以上説明した本実施形態の火災感知器では、周波数成分抽出手段４０は音源部１から同時に送波された超音波から複数の周波数成分の強度を抽出するので、個々の超音波の送波時に送波音圧のばらつきが生じることで浮遊粒子の種別や濃度の推定確度が低くなったり、超音波の送波に伴う消費電力が大きくなったりすることを回避できる。また、周波数成分抽出手段４０は、異なるタイミングで受波素子３に到達した超音波Ｓｗ１，Ｓｗ２の各々から各周波数成分の強度を順次抽出するので、受波素子３の出力を複数のフィルタ手段４５ａ〜４５ｃに同時に通す必要はなく、分配手段４６を省略することができる。
【００７６】
なお、その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【００７７】
ところで、上記各実施形態の火災感知器は、音源部１からの超音波の拡散範囲を狭める拡散防止部材を備えるものであってもよい。すなわち、図１３の例では音源部１と受波素子３との間に設けられた筒体６ａ，６ｂが拡散防止部材として機能しているが、筒体６ａ，６ｂ以外の拡散防止部材を適用してもよい。たとえば、音源部１からの超音波の拡散範囲を狭める拡散防止部材として一対の拡散防止板を用いることができる。
【００７８】
各拡散防止板はそれぞれ平面視矩形状の平板からなり、一対の拡散防止板は一表面同士を対向させるように略平行に配設される。ここで、一対の拡散防止板は、音源部１からの超音波を互いに対向する前記一表面間の空間に通すことで当該超音波の拡散範囲を狭めるものであって、対向する前記一表面間の空間を通して音源部１からの超音波を伝搬させるように、前記一表面の間に音源部１と受波素子３とを挟みこむ形で配設される。このように拡散防止板を設けたことにより、音源部１から送波される超音波は、拡散防止板の前記一表面で囲まれた監視空間を通ることで拡散が抑制され、したがって音源部１と受波素子３との間における超音波の拡散による音圧の低下を抑制することができる。
【００７９】
また、上記各実施形態では、音源部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に設けて図示しない器体内に収納してあるが、音源部１と制御部２とを備えた音源側ユニットと、受波素子３と信号処理部４とを備えた受波側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報知機を構成するようにしてもよい。また、音源部１は上述の図３に示した構成の音波発生素子に限らず、たとえば、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音波を発生させるものでもよい。
【００８０】
さらにまた、上記各実施形態において、制御部２が、音源部１から防虫効果のある周波数の超音波を送波させるようにすれば、上記監視空間に虫が侵入するのを防止することができ、虫に起因した非火災報を低減できる。ここで、制御部２は、煙濃度を推定するために音源部１から送波させる超音波とは別に、防虫効果のある周波数の超音波を定期的に送波させるようにしてもよいし、煙濃度を推定するために音源部１から送波する超音波に防虫効果のある周波数成分を含むようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】同上の要部を示し、（ａ）は概略下面図、（ｂ）は概略側面図である。
【図３】同上に用いる音波発生素子を示す概略断面図である。
【図４】同上に用いる受波素子を示し、（ａ）は一部破断した概略斜面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図５】同上の動作例を示すフローチャートである。
【図６】同上に用いる煙濃度と特定の周波数成分の減衰率との関係を示す説明図である。
【図７】（ａ）は音源部からの超音波の波形図、（ｂ）は（ａ）のパワースペクトル図である。
【図８】（ａ）は超音波の波形図、（ｂ）は（ａ）のパワースペクトル図である。
【図９】（ａ）は受波素子の出力のパワースペクトル図、（ｂ）は他のパワースペクトル図である。
【図１０】（ａ）は音源部からの超音波の波形図、（ｂ）は（ａ）のパワースペクトル図である。
【図１１】同上の周波数成分の強度の抽出方法の説明図である。
【図１２】同上の要部の概略構成図である。
【図１３】本発明の実施形態２の動作を示す概略図である。
【図１４】同上の他の構成例を示す概略図である。
【図１５】従来例の構成を示すブロック図である。
【図１６】同上の音源部の出力周波数と音圧の単位減衰率との関係を示す説明図である。
【図１７】同上の音源部の出力周波数と相対的単位減衰率との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  音源部
２  制御部
３  受波素子
４  信号処理部
１１  ベース基板
１２  熱絶縁層
１３  発熱体層（発熱体部）
４０  周波数成分抽出手段
４１  粒子種別推定手段
４２  煙濃度推定手段
４３  火災判断手段
４４  記憶手段
４５ａ〜４５ｃ  フィルタ手段
４６  分配手段
【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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