JP2571370B2 - Photoelectric analog smoke detector - Google Patents
Photoelectric analog smoke detectorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、光電式アナログ煙感知器の改良に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to improvements in photoelectric analog smoke detectors.
光電式アナログ煙感知器は、第4図に示したように、
迷路構造とされたチャンバーC内に、発光室Aと受光室
Bを設け、受光室Bは発光室Aの発光を直接受光しない
位置に置かれており、チャンバーC内に侵入した煙によ
る散乱光を受光室Bで検知して煙濃度に応じた信号を得
る構造となっている。なお、図において斜線部分は感知
領域を示す。The photoelectric analog smoke detector, as shown in FIG.
A light-emitting chamber A and a light-receiving chamber B are provided in a chamber C having a maze structure, and the light-receiving chamber B is located at a position where light emitted from the light-emitting chamber A is not directly received. Is detected in the light receiving chamber B to obtain a signal corresponding to the smoke density. In the drawing, the hatched portions indicate the sensing areas.
第5図は、光電式アナログ煙感知器の基本的な構成を
示した電気回路図であり、発光室A内にはLEDなどの発
光素子10を間欠的に発光させる発光素子駆動回路1を設
け、他方の受光室B内には、ホトダイオードなどの受光
素子20を設けた受光信号増幅回路2を設けている。FIG. 5 is an electric circuit diagram showing a basic configuration of the photoelectric analog smoke detector. In the light emitting chamber A, a light emitting element driving circuit 1 for intermittently emitting a light emitting element 10 such as an LED is provided. In the other light receiving chamber B, a light receiving signal amplifying circuit 2 provided with a light receiving element 20 such as a photodiode is provided.
チャンバーC内における煙による散乱光が受光素子20
により検知されると、受光信号増幅回路2において煙濃
度に応じたレベル信号に光電変換された後増幅され、積
分回路3において積分された出力は、直流増幅回路4に
おいて増幅されて自火報システム側の要求する出力特性
のアナログ信号VouTを得ている。The light scattered by the smoke in the chamber C is
Is detected, the signal is photoelectrically converted into a level signal corresponding to the smoke density in the light receiving signal amplifying circuit 2 and then amplified. The output integrated in the integrating circuit 3 is amplified in the DC amplifying circuit 4 to generate the self-fire alarm system. The analog signal VouT of the output characteristics required by the side is obtained.
ところで、このような光電式アナログ煙感知器におい
ては、サンプリング時間とサンプリング間隔の比、つま
りデューティ比が極めて小さい(通常は10-4程度)ため
に、積分回路3から直流増幅回路4に漏れ電流が流れ出
したり、逆に直流増幅回路4から積分回路3に流れ込ん
だりして、積分出力が変動して適切なアナログ出力が得
られないといった問題を生じている。第3図は、漏れ電
流を考慮した積分回路3の動作を説明するタイムチャー
トを示しており、(a)は発光素子駆動回路により送出
されるタイミングパルスTo、(b)は受光信号増幅回路
より出力される受光パルス電圧Vs、(c)は積分コンデ
ンサ出力Vcを示している。By the way, in such a photoelectric analog smoke detector, the ratio of the sampling time to the sampling interval, that is, the duty ratio is extremely small (usually about 10 -4 ). Flows out, or conversely, flows into the integration circuit 3 from the DC amplification circuit 4, and the integrated output fluctuates, so that an appropriate analog output cannot be obtained. FIG. 3 shows a time chart for explaining the operation of the integrating circuit 3 in consideration of the leakage current. FIG. 3 (a) shows a timing pulse To sent by the light emitting element driving circuit, and FIG. The output light receiving pulse voltage Vs, (c) indicates the integration capacitor output Vc.
したがって、このような漏れ電流を防止するため、直
流増幅回路4の入力部は入力バイアス電流の非常に小さ
いものが必要となり、しかも煙感知器としての使用環境
条件を考慮した時には低温(例えば−15℃)においても
動作の保証されたものでなければならない上に、商品的
価値からは消費電力が小さく、かつ安価に構成できるこ
とも要求される。Therefore, in order to prevent such a leakage current, the input portion of the DC amplifier circuit 4 needs to have a very small input bias current, and when the environmental conditions of use as a smoke detector are taken into consideration, a low temperature (for example, −15) is used. C), the operation must be guaranteed, and in view of commercial value, it is required that power consumption is small and that the device can be constructed at low cost.
ところが、このような条件をすべてにおいて充たす直
流増幅回路(オペアンプ)は現在のところ存在していな
いのが実情である。However, there is no DC amplifier circuit (op-amp) that satisfies all of these conditions at present.
本発明は、叙上の要請に応え得る光電式アナログ煙感
知器を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a photoelectric analog smoke detector that can meet the above requirements.
上記目的を達成するために提案される本発明は、直流
増幅回路の入力部に、FETにより構成される差動増幅器
と、その出力信号を増幅するオペアンプとを備え、差動
増幅器を構成する一方のFETのゲート端子には、積分回
路の積分出力が入力されるとともに、他方のFETのゲー
ト端子には、オペアンプの出力がフィードバックされる
ことを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention proposes, at an input section of a DC amplifier circuit, a differential amplifier including an FET and an operational amplifier that amplifies an output signal of the FET. The gate output terminal of the first FET receives the integrated output of the integration circuit, and the gate terminal of the other FET receives the output of the operational amplifier as feedback.
実施例 以下に添付図を参照して本発明の一実施例を説明す
る。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
第1図は、本発明の要部を示した回路図であり、TRは
受光信号増幅回路2の最終段を構成するトランジスタで
ありエミッタフォロアとなっている。受光信号増幅回路
2と積分回路3とは、カップリングコンデンサCで結合
されており、積分回路3は抵抗Rc,充放電制御用FET(FE
T3),積分コンデンサCcより構成されており、充放電制
御用FET(FET3)のゲート端子には、発光素子駆動回路
(不図示)より発光素子の発光と同期したタイミングパ
ルスが送出されて、積分動作が行われている。FIG. 1 is a circuit diagram showing a main part of the present invention. TR is a transistor constituting the final stage of the light receiving signal amplifying circuit 2 and is an emitter follower. The light receiving signal amplifying circuit 2 and the integrating circuit 3 are coupled by a coupling capacitor C. The integrating circuit 3 includes a resistor Rc, a charge / discharge control FET (FE
T3), and an integration capacitor Cc. A timing pulse synchronized with the light emission of the light emitting element is transmitted from a light emitting element driving circuit (not shown) to the gate terminal of the charge / discharge control FET (FET3), and integrated. Action is taking place.
積分回路3の後段には、直流増幅回路4が設けられて
おり、本発明では、特にその入力部は、差動増幅用FET
とオペアンプOPを用いて構成されている。A DC amplifier circuit 4 is provided at a stage subsequent to the integration circuit 3.
And an operational amplifier OP.
ここに、差動増幅用FETは、特性を同一とした2つのF
ET1,FET2を組合わせて構成されており、FET1,FET2はソ
ースフォロアであり、各々のソースに抵抗Rs1,Rs2を接
続している。そして、積分回路3の出力端、つまり積分
コンデンサCcの充放電端子はFET1のゲートに接続されて
いる。また、オペアンプOPの非反転入力端子にはFET1の
ソースを接続し、オペアンプOPの出力端を抵抗R1,R2で
分割してFET2のゲートに接続している。今、積分コンデ
ンサCcの充電電圧をVc、FET1,FET2のソース電位をVsl,V
s2と置くと、Vc=0の時、Vs1=Vsoとすれば、FETはソ
ースフォロアであるからVc≠0の時、Vs1=Vso+Vcとな
る。ところで、オペアンプOPは反転入力電位が非反転入
力電位に等しくなるように作動するので、Vs2=Vso+Vc
となり、またFET1,FET2は差動増幅器であるから、FET2
のゲート電位VG2は、VG2=Vcとなる。したがって、こ
の時オペアンプOPの出力電圧V2は となるから、FET1,FET2及びオペアンプOPにより増幅度
が(R1+R2)/R2の直流増幅回路が構成されたことにな
る。Here, the differential amplification FET has two F
ET1 and FET2 are combined, and FET1 and FET2 are source followers, and resistors Rs1 and Rs2 are connected to their respective sources. The output terminal of the integrating circuit 3, that is, the charge / discharge terminal of the integrating capacitor Cc is connected to the gate of the FET1. The non-inverting input terminal of the operational amplifier OP is connected to the source of the FET1, and the output terminal of the operational amplifier OP is divided by resistors R1 and R2 and connected to the gate of the FET2. Now, the charging voltage of the integrating capacitor Cc is Vc, and the source potentials of FET1 and FET2 are Vsl and V
If s2 is set, if Vc = 0, then if Vs1 = Vso, then if Vc ≠ 0, then Vs1 = Vso + Vc because the FET is a source follower. By the way, since the operational amplifier OP operates so that the inverted input potential becomes equal to the non-inverted input potential, Vs2 = Vso + Vc
Since FET1 and FET2 are differential amplifiers, FET2
Gate potential VG2 becomes VG2 = Vc. Therefore, at this time, the output voltage V2 of the operational amplifier OP is Therefore, the DC amplification circuit having the amplification degree of (R1 + R2) / R2 is configured by the FET1, the FET2, and the operational amplifier OP.
また、このような回路においては、通常FETのゲート
電流は非常に小さい(例えば、μPA71A(NEC製)のゲー
ト電流IGは常温でIG<0.1nA程度)ので、オペアンプOP
のバイアス電流が大きくても積分コンデンサCcの充電電
流Vcには影響を与えることがなく、したがってオペアン
プOPには低消費電流で働く安価なバイポーラ型のオペア
ンプが使用できる。また、FET1,FET2のソース抵抗Rs1,R
s2に数百KΩのものを用いることによりドレイン電流を
10μA程度に小さくして消耗電流を抑制することもでき
る。In such a circuit, the gate current of the FET is usually very small (for example, the gate current IG of the μPA71A (manufactured by NEC) is about IG <0.1 nA at room temperature).
Does not affect the charging current Vc of the integrating capacitor Cc even if the bias current is large, so that an inexpensive bipolar operational amplifier that operates with low current consumption can be used as the operational amplifier OP. Also, the source resistances Rs1, R2 of FET1 and FET2
The drain current can be reduced by using a few hundred KΩ for s2.
The consumption current can be suppressed by reducing the current to about 10 μA.
しかも、これらのFET1,FET2及びオペアンプOPはC−M
OSオペアンプとは異なり、低温(例えば−15℃)でも動
作が保証される。Moreover, these FET1, FET2 and operational amplifier OP are CM
Unlike OS operational amplifiers, operation is guaranteed even at low temperatures (eg, -15 ° C).
次いで、このような直流増幅回路を構成した場合の設
計例を説明する。Next, a design example when such a DC amplifier circuit is configured will be described.
第2図に、本発明における積分回路部分のFET3オン時
における電気的等価回路図を示す。FIG. 2 shows an electrical equivalent circuit diagram of the integrating circuit portion when the FET 3 is turned on in the present invention.
図において、Roは受光信号増幅回路2の出力インピー
ダンス,RONはFET3のオン抵抗,I1,I2,I3は、積分コンデ
ンサCcに流入あるいは流出する漏れ電流を示している。In the figure, Ro indicates the output impedance of the light receiving signal amplifier circuit 2, RON indicates the on-resistance of the FET 3, and I1, I2, and I3 indicate the leakage current flowing into or out of the integration capacitor Cc.
今、I=0の時のコンデンサ充電電圧をVsとし、I≠
0の時の最大値をVcとする(第3図参照)と、受光パル
ス電圧Vsによる積分コンデンサCcのチャージ電荷量の減
少量をQ1,I1,I2,I3によるチャージの増加量をQ2とする
と、 ここで、τ=Cc(Ro+Rc+Ron)≫Toとする。Now, let Vs be the capacitor charging voltage when I = 0, and I 、
Assuming that the maximum value at 0 is Vc (see FIG. 3), the decrease amount of the charge of the integration capacitor Cc by the light receiving pulse voltage Vs is Q1, I1, I2, and the increase amount of the charge by I3 is Q2. , Here, it is assumed that τ = Cc (Ro + Rc + Ron) ≫To.
To≪τの時 だから 一方、 定常状態、すなわちパルス電圧Vsが一定の時はQ1とQ2は
等しいから、Q1=Q2とおいて したがって、積分コンデンサVcの端子電圧のI=0の
時の値Vsからの誤差Vc−Vsを小さくするためには、抵抗
Rを小さく、I(従って、I1,I2,I3を小さくする)、か
つT/Toを小さくする必要がある。When To≪τ So on the other hand, In a steady state, that is, when the pulse voltage Vs is constant, Q1 and Q2 are equal. Therefore, in order to reduce the error Vc-Vs of the terminal voltage of the integrating capacitor Vc from the value Vs when I = 0, the resistance R is reduced, I is reduced (I1, I2, I3 is reduced), and T / To needs to be reduced.
ところで、実際の回路を考慮すると、RについてはR
o,RONはいずれも数百Ωであるから、小さくしてもR=
0.5KΩ程度が限度であり、また、T/Toについては、消費
電流の制限の関係から余り小さくすることはできず、10
4〜105程度が限度である。By the way, considering the actual circuit, R is R
Since both o and RON are several hundred Ω, even if it is small, R =
The limit is about 0.5KΩ, and T / To cannot be reduced too much due to the limitation of current consumption.
The limit is about 4 to 10 5 .
したがって、このような条件下において、Vsを100mA
に選べば、Vc−Vs<1/10Vsとするためには、R=0.5K
Ω,T/To=104として Vs=100mVであるから Vc−0.1=5×106(I1+I2−I3)<10-2 ∴I1+I2−I3<2×10-9=2nA となり、直流増幅回路から積分コンデンサへの漏れ電流
は温度特性も考慮して2nA以下になるように設計するこ
とが望まれる。Therefore, under such conditions, Vs is set to 100 mA
In order to make Vc−Vs <1 / 10Vs, R = 0.5K
Ω, T / To = 10 4 Since Vs = 100 mV, Vc−0.1 = 5 × 10 6 (I1 + I2-I3) <10 −2 ∴I1 + I2-I3 <2 × 10 −9 = 2nA, and the leakage current from the DC amplifier circuit to the integration capacitor is a temperature characteristic. Therefore, it is desired that the design is made to be 2 nA or less.
以上の説明より理解されるように、本発明の光電式ア
ナログ煙感知器によれば、直流増幅回路の入力部を差動
増幅用のFETとオペアンプを組合わせて構成しているの
で、入力バイアス電流が従来のオペアンプと比べて小さ
く、低温(例えば−15℃)も動作が保証され、しかも消
費電流も小さい(10μA程度が可能)という利点があ
り、直流増幅回路を安価で信頼性の高いものにできる。As understood from the above description, according to the photoelectric analog smoke detector of the present invention, since the input part of the DC amplifier circuit is configured by combining the differential amplification FET and the operational amplifier, the input bias It has the advantage that current is smaller than conventional operational amplifiers, operation is guaranteed even at low temperatures (for example, -15 ° C), and current consumption is small (approximately 10 μA is possible). Can be.
第1図は、本発明の光電式アナログ煙感知器の一実施例
回路構成図、第2図は漏れ電流を考慮した積分回路の電
気的等価回路図、第3図は積分回路の動作を説明するタ
イムチャート、第4図は光電式アナログ煙感知器の構造
例図、第5図はその電気回路図を示す。 (符号の説明) 1……発光素子駆動回路 10……発光素子 2……受光信号増幅回路 20……受光素子 3……積分回路 4……直流増幅回路 FET1,FET2……差動増幅用FET OP……オペアンプFIG. 1 is a circuit configuration diagram of an embodiment of a photoelectric analog smoke detector according to the present invention, FIG. 2 is an electric equivalent circuit diagram of an integrating circuit considering leakage current, and FIG. 3 explains the operation of the integrating circuit. FIG. 4 is a structural example of a photoelectric analog smoke detector, and FIG. 5 is an electric circuit diagram thereof. (Explanation of reference numerals) 1 ... Light emitting element driving circuit 10 ... Light emitting element 2 ... Light receiving signal amplifying circuit 20 ... Light receiving element 3 ... Integrating circuit 4 ... DC amplifying circuit FET1, FET2 ... Differential amplification FET OP …… Op amp
Claims (1)
動回路と、この発光素子による発光パルスの煙による散
乱光を受光素子で検知し、煙濃度に応じた出力レベルの
電気信号を出力する受光信号増幅回路と、この受光信号
増幅回路からの出力パルスを積分する積分回路と、この
積分回路の積分出力を増幅して、煙濃度に応じた出力特
性の信号を出力する直流増幅回路とより成る光電式アナ
ログ煙感知器において、 上記直流増幅回路の入力部に、FETにより構成される差
動増幅器と、その出力信号を増幅するオペアンプとを備
え、 上記差動増幅器を構成する一方のFETのゲート端子に
は、積分回路の積分出力が入力されるとともに、他方の
FETのゲート端子には、オペアンプの出力がフィードバ
ックされることを特徴とする光電式アナログ煙感知器。1. A light emitting element driving circuit for intermittently emitting light emitting electrons, and a light receiving element detects light scattered by light emitted from the light emitting element due to smoke, and outputs an electric signal having an output level corresponding to the smoke density. A light receiving signal amplifying circuit, an integrating circuit for integrating an output pulse from the light receiving signal amplifying circuit, and a DC amplifying circuit for amplifying an integrated output of the integrating circuit and outputting a signal having an output characteristic corresponding to smoke density. In the photoelectric analog smoke detector comprising: a differential amplifier constituted by an FET, and an operational amplifier for amplifying an output signal of the differential amplifier constituted by an input section of the DC amplification circuit; The gate terminal receives the integration output of the integration circuit and the other
A photoelectric analog smoke detector characterized by the output of an operational amplifier being fed back to the gate terminal of the FET.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61176387A JP2571370B2 (en) | 1986-07-25 | 1986-07-25 | Photoelectric analog smoke detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61176387A JP2571370B2 (en) | 1986-07-25 | 1986-07-25 | Photoelectric analog smoke detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6332686A JPS6332686A (en) | 1988-02-12 |
| JP2571370B2 true JP2571370B2 (en) | 1997-01-16 |
Family
ID=16012757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61176387A Expired - Lifetime JP2571370B2 (en) | 1986-07-25 | 1986-07-25 | Photoelectric analog smoke detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2571370B2 (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5263100A (en) * | 1975-11-19 | 1977-05-25 | Nittan Co Ltd | Optical smoke sensor |
| JPS59139493A (en) * | 1983-01-28 | 1984-08-10 | 松下電工株式会社 | Analog output type smoke detection circuit |
-
1986
- 1986-07-25 JP JP61176387A patent/JP2571370B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6332686A (en) | 1988-02-12 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |