JP2982660B2 - 煙検出装置におけるオフセット推定方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は煙検出装置におけ
るオフセット推定方法およびその装置に関し、さらに詳
細にいえば、測定対象気体に含まれる煙粒子の濃度に対
応する信号を出力し、この出力信号を入力として所定の
処理を行って測定対象気体中の煙の濃度を算出するよう
にした煙検出装置におけるオフセット推定方法およびそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、暗箱内に発光部と受光部とを
配置するとともに、発光部からの光が直接に受光部に導
かれることを阻止するための遮光部材を配置し、暗箱内
に煙の粒子が侵入した場合に、煙の粒子に起因する散乱
光を受光部において受光し、受光部からの出力信号（散
乱光強度にほぼ対応する出力信号）に基づいて煙の粒子
を検出するようにした光電式煙センサが提案されてい
る。

【０００３】このような光電式煙センサにおいては、煙
の粒子に起因する散乱反射光の強度が発光部からの出力
光強度と比較して著しく微弱であるから、発光部からの
出力光が暗箱の各部において反射され、最終的に受光部
により受光されることを極力防止しなければならない。
しかしながら、このような光電式煙センサでは、煙の粒
子を含む測定対象気体を暗箱内に導入することが必要で
あるから、測定動作の遂行に伴なって暗箱の各部に煙の
粒子が付着し、付着した煙の粒子によって発光部からの
直接光が散乱反射されてしまい、散乱反射光の一部が受
光部により受光されることになってしまう。以下、この
ような散乱反射光に起因する受光部からの出力をオフセ
ットと称する。このオフセットは、測定対象規定に含ま
れる煙の濃度が０であっても受光部から出力されるので
あるから、測定精度の低下を招いてしまう。

【０００４】このようなオフセットによる不都合を解消
させようとして、受光部により得られた最新のパルス光
線に対応する出力のピーク値を保持する第１のコンデン
サと、受光部により得られた１回前のパルス光線に対応
する出力のピーク値を保持する第２のコンデンサと、各
コンデンサに保持されている電圧が各入力端子に印加さ
れる差動増幅器とを設けてなり、この構成によって汚染
による経年変化のような緩慢な変化には応答しないよう
にした煙感知器（特公昭５６−６６００号公報参照）、
受光部の出力の一定基準値からの変動量を相当長時間積
分しこの値が特定の閾値を越えると制御信号を発生する
積分制御回路を設け、この制御信号により発光部の発光
出力または受光部出力増幅率を制御して監視時の受光部
の前記基準値からの変動値を０になるようにして、漸次
変化する外因の影響により発報あるいは失報を発生させ
ないようにした光電式煙感知器（特公昭５６−１２８１
３号公報参照）、および汚れ感度補正回路で、アナログ
感知器からの感知信号の１時間当りの平均値を求めると
ともに、その１時間当りの平均値で１日で最小のものを
求め、それを数日分記憶しておき、その数日における１
時間当りの平均値で最小のものを求め、この最小のもの
に応じて汚れ感度を補正することにより、施工段階など
でほこりで汚れてもその分を補うように汚れ検知感度を
補正でき、使用段階で汚れ警報が多発することを防止で
きるシステム（特開平５−３２５０５８号公報参照）が
提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特公昭５６−６６００
号公報に示す構成の煙感知器は、１対のコンデンサと差
動増幅器とにより、汚染による経年変化のような緩慢な
変化には応答しないようにしているのであるから、オフ
セットの推定を行うことは不可能であり、しかも、緩慢
な変化を無視しているため絶対値での検出を行うことが
できないという不都合がある。

【０００６】特公昭５６−１２８１３号公報に示す構成
の光電式煙感知器は、受光部の出力の一定基準値からの
変動量を積分し、積分値が特定の閾値を越えた場合に発
光部の発光出力または受光部出力増幅率を制御して監視
時の受光部の前記基準値からの変動値を０になるように
するのであるから、オフセットの推定を行うことが不可
能であり、しかも積分値が閾値を越えた時にのみ変動値
を０にするので、それ以外の時には予測できない変動値
が存在し、煙の濃度の検知感度を余り高めることができ
ないという不都合がある。

【０００７】特開平５−３２５０５８号公報に示す構成
のシステムは、検知信号の最小のものをオフセットレベ
ルとして用いて汚れ感度を補正するのであるから、例え
ば、このシステムを空気清浄機の自動制御（塵埃濃度が
ある程度よりも下がった場合に空気清浄機を停止するな
どの制御）に用いた場合に、前記オフセットレベルより
も低いオフセットレベルを用いることが不可能になって
しまう。また、採用されるオフセットレベルは実際のオ
フセットレベルと等しいか、または高いので、塵埃濃度
の検知感度を余り高めることができないという不都合も
ある。

【０００８】また、煙の濃度の測定を行う場合には、測
定対象気体中に煙の粒子のみならず、煙の粒子よりも大
径のものが含まれている可能性が高く、煙の粒子よりも
大径のものによっても散乱反射が発生するので、何れの
煙感知器においても、煙のみの濃度を正確に検知するこ
とが不可能になってしまうという不都合がある。

【０００９】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、暗箱内部の汚染により影響されるオフセ
ットを高精度に推定することができる、煙検出装置にお
けるオフセット推定方法およびその装置を提供すること
を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の煙検出装置に
おけるオフセット推定方法は、煙センサからの出力信号
から３つ以上のオフセット推定点を抽出して、抽出され
たオフセット推定点に対応するノイズ除去信号値に基づ
いてオフセット推定値を算出する方法である。請求項２
の煙検出装置におけるオフセット推定方法は、出力信号
から３つ以上のオフセット推定点を抽出するに当って、
出力信号からノイズ成分を除去してノイズ除去信号を出
力し、ノイズ除去信号から３つ以上のオフセット推定点
を抽出する方法である。

【００１１】請求項３の煙検出装置におけるオフセット
推定方法は、ノイズ除去信号のうち、滑らかな減衰が一
定時間以上持続した場合における持続期間の開始点と、
移動平均が極小になる点との間の区間からオフセット推
定点を抽出する方法である。請求項４の煙検出装置にお
けるオフセット推定方法は、４つ以上のオフセット推定
点を抽出し、抽出されたオフセット推定点に基づいて３
つ以上のオフセット推定点の組を得、各組に属するオフ
セット推定点に対応するノイズ除去信号値に基づいてオ
フセット仮推定値を算出し、複数個のオフセット仮推定
値の平均値を算出し、この平均値をオフセット推定値と
して採用する方法である。

【００１２】請求項５の煙検出装置におけるオフセット
推定装置は、煙センサからの出力信号からノイズ成分を
除去してノイズ除去信号を出力するフィルタ手段と、３
つ以上のオフセット推定点を抽出する抽出手段と、抽出
されたオフセット推定点に対応するノイズ除去信号値に
基づいてオフセット推定値を算出する算出手段とを含む
オフセット推定部を有している。

【００１３】

【作用】請求項１の煙検出装置におけるオフセット推定
方法であれば、測定対象気体に含まれる煙粒子の濃度に
対応する信号を煙センサから出力し、煙センサからの出
力信号を入力として濃度算出部において所定の処理を行
って測定対象気体中の煙の濃度を算出するに当って、煙
センサからの出力信号から３つ以上のオフセット推定点
を抽出して、抽出されたオフセット推定点に対応するノ
イズ除去信号値に基づいてオフセット推定値を算出する
のであるから、オフセットの推定を高精度に行うことが
できる。そして、オフセットの推定が高精度に行われる
ことに起因して測定対象気体に含まれる煙粒子の濃度を
正確に検出することができる。なお、ここで煙センサと
しては、光電式煙センサを採用してもよいが、光電式以
外の煙センサを採用してもよい。

【００１４】さらに詳細に説明すると、煙センサは測定
対象気体に含まれる煙粒子のみならず、粉塵をも検出し
て、これら煙粒子、粉塵の濃度に対応する信号を出力す
ることが知られている。ここで、煙粒子は０．０１〜１
μｍの粒径を有しているのに対して、塵埃のうち、花粉
は数十μｍ程度の粒径を有し、綿埃は１００μｍ程度の
粒径を有しているのであるから、塵埃は、煙粒子よりも
粒径が大きい粒子で構成されていることが分かる。この
結果、煙センサからの出力は、これら塵埃に起因して鋭
いインパルス状の波形を含むことになる。すなわち、煙
粒子の濃度は数時間かけて減衰するのに対して粉塵の濃
度は５秒程度で減衰する。

【００１５】また、本願の発明者は、測定対象気体に煙
粒子のみが含まれている場合に、煙の減衰曲線がほぼ指
数関数ｅｘｐ（−αｔ）（αは定数、ｔは時間）に比例
することを見出した。この点をさらに説明する。換気を
しない場合、空気中の煙は壁などに付着することにより
減衰していると考えられる。煙粒子が壁に当ったときに
壁に付着する割合を一定とすると、煙濃度Ｄと時間ｔと
は次の関係にあると考えられる。 Ｄ＝Ｄ０ｅｘｐ（−αｔ） ただし、Ｄ０は時刻ｔ＝０での煙センサの出力電圧を示
している。

【００１６】このため、あるオフセットβを持つ煙セン
サの出力ＶＤは次式で表される。 ＶＤ＝ＶＤ０ｅｘｐ（−αｔ）＋β ただし、ＶＤ０は時刻ｔ＝０での煙センサの出力電圧を
示している。このとき、βは、等間隔ｔ３，ｔ２，ｔ１
（ｔ３−ｔ２＝ｔ２−ｔ１＝ｔｄ）で採取した３点のデ
ータＶＤ１，ＶＤ２，ＶＤ３を用いて次のように算出で
きる。 ＶＤ１＝ＶＤ０ｅｘｐ（−αｔ１）＋β ＶＤ２＝ＶＤ０ｅｘｐ（−αｔ２）＋β ＝ＶＤ０｛ｅｘｐ（−αｔ１）＊ｅｘｐ（−αｔｄ）｝＋β ＶＤ３＝ＶＤ０［ｅｘｐ（−αｔ１）＊｛ｅｘｐ（−αｔｄ）｝²］＋β ここで、ＶＤ０＊ｅｘｐ（−αｔ１）＝ａ、ＶＤ０＊ｅ
ｘｐ（−αｔｄ）＝ｂとおくと、 ＶＤ１＝ａ＋β、ＶＤ２＝ａｂ＋β、ＶＤ３＝ａｂ²＋
β となり、ＶＤ１，ＶＤ２，ＶＤ３は初項ａ公比ｂの等比
数列にβを加えたものになることが分かる。

【００１７】 したがって、ＶＤ３−ＶＤ２＝ａｂ（ｂ−１） ＶＤ２−ＶＤ１＝ａ（ｂ−１） （ＶＤ３−ＶＤ２）／（ＶＤ２−ＶＤ１）＝ｂ β＝ＶＤ１−（ＶＤ２−ＶＤ１）／（ｂ−１） となり、この式からオフセットβを３点のデータから推
定できることが分かる。

【００１８】そして、オフセットβが推定された後は、
煙センサからの出力電圧からオフセットβを減算するこ
とにより、Ｄ＝Ｄ０ｅｘｐ（−αｔ）の関係を得ること
ができ、この関係から煙濃度Ｄを得ることができる。し
かし、インパルス状の波形を含む出力および指数関数に
基づいてオフセットの推定を行っても、推定されたオフ
セットはインパルス状の波形に起因する誤差を含むこと
になってしまう。

【００１９】請求項１のオフセット推定方法は、煙セン
サの出力から３つ以上のオフセット推定点を抽出してノ
イズ除去信号の対応する信号値および指数関数に基づい
てオフセットの推定を行うのであるから、オフセットの
推定を高精度に達成することができ、ひいては、測定対
象気体に含まれる煙粒子の濃度を正確に検出することが
できる。

【００２０】請求項２の煙検出装置におけるオフセット
推定方法であれば、出力信号から３つ以上のオフセット
推定点を抽出するに当って、出力信号からノイズ成分を
除去してノイズ除去信号を出力し、ノイズ除去信号から
３つ以上のオフセット推定点を抽出するのであるから、
ノイズ成分の影響を排除することができ、オフセットの
推定を一層高精度に達成することができる。

【００２１】請求項３の煙検出装置におけるオフセット
推定方法であれば、ノイズ除去信号のうち、滑らかな減
衰が一定時間以上持続した場合における持続期間の開始
点と、移動平均が極小になる点との間の区間からオフセ
ット推定点を抽出するのであるから、オフセットの推定
精度を高めることができる。請求項４の煙検出装置にお
けるオフセット推定方法であれば、４つ以上のオフセッ
ト推定点を抽出し、抽出されたオフセット推定点に基づ
いて３つ以上のオフセット推定点の組を得、各組に属す
るオフセット推定点に対応するノイズ除去信号値に基づ
いてオフセット仮推定値を算出し、複数個のオフセット
仮推定値の平均値を算出し、この平均値をオフセット推
定値として採用するのであるから、オフセットの推定精
度を一層高めることができる。

【００２２】請求項５の煙検出装置におけるオフセット
推定装置であれば、測定対象気体に含まれる煙粒子の濃
度に対応する信号を煙センサから出力し、煙センサから
の出力信号を入力として濃度算出部により所定の処理を
行って測定対象気体中の煙の濃度を算出するに当って、
濃度算出部に含まれるオフセット推定部が、フィルタ手
段により出力信号からノイズ成分を除去してノイズ除去
信号を出力し、抽出手段により３つ以上のオフセット推
定点を抽出し、抽出されたオフセット推定点に対応する
ノイズ除去信号値に基づいて算出部によりオフセット推
定値を算出する。したがって、オフセットの推定を高精
度に行うことができ、オフセットの推定が高精度に行わ
れることに起因して測定対象気体に含まれる煙粒子の濃
度を正確に検出することができる。なお、ここで煙セン
サとしては、光電式煙センサを採用してもよいが、光電
式以外の煙センサを採用してもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面によってこの発明
の実施の態様を詳細に説明する。図１はこの発明に適用
される光電式煙センサの一実施態様の内部機構を示す平
面図、図２は概略正面図である。この光電式煙センサ
は、発光ダイオードなどからなる発光部１ａおよびフォ
トダイオードなどからなる第１受光部１ｂが搭載された
基板１と、暗箱（ケース体）２とから構成されている。
ここで、基板１としては、例えば、ガラスエポキシから
なるプリント配線基板が例示でき、暗箱２としては、例
えば、アクリルニトリルブタジエンスチレン共重合体
（以下、ＡＢＳと略称する）を用いて成形された箱体が
例示できる。

【００２４】暗箱２は全体が立方体状の箱体であり、そ
の内部に上方に延びる壁部材を形成することにより、発
光部収容空間２ａ、第１受光部収容空間２ｂを形成して
いるとともに、第１受光部収容空間２ｂにレンズ系２ｄ
を設けている。そして、発光部１ａの光軸とレンズ系２
ｄの光軸とが所定の角度をなすように発光部１ａおよび
レンズ系２ｄが配置されている。また、発光部収容空間
２ａの内奥部に発光部１ａを侵入させるための穴が形成
されているとともに、レンズ系２ｄの光軸上であって、
第１受光部収容空間２ｂの内奥部に第１受光部１ｂを侵
入させるための穴が形成されている。ただし、発光部収
容空間２ａにレンズ系を設けてもよい。

【００２５】そして、発光部収容空間２ａと第１受光部
収容空間２ｂとの中間部に、発光部１ａから出射される
光が直接レンズ系２ｄを通して第１受光部１ｂに導かれ
ることを防止する遮光部材２ｅが設けられている。ま
た、ノイズ光として作用する可能性がある光がレンズ系
２ｄを通して第１受光部１ｂに導かれることを防止する
ノイズ光遮光部材２ｆが発光部収容空間２ａ、第１受光
部収容空間２ｂ、遮光部材２ｅとほぼ正対する位置に設
けられている。ノイズ光遮光部材２ｆは複数個設けられ
ており、互いに隣合うノイズ光遮光部材２ｆ１，２ｆ２
によってノイズ光減衰室を構成している。このノイズ光
減衰室に導入された光はこの室の吸光度が高い内壁面で
複数回反射させられることにより、その強度が十分に減
衰させられる。また、発光部１ａからの直接光が照射さ
れるノイズ光遮光部材（第１板部材）２ｆ１の所定位置
に直接光を通過させるための穴２ｊが形成されていると
ともに、このノイズ光遮光部材２ｆ１と第１受光部収容
空間２ｂを規定する板部材と暗箱２の外壁部材とで光ト
ラップ２ｋを構成している。なお、ノイズ光遮光部材２
ｆ１と対向するノイズ光遮光部材２ｆ２および両ノイズ
光遮光部材２ｆ１，２ｆ２の間に位置する暗箱２の外壁
部材が第２板部材に該当する。

【００２６】さらに、遮光部材２ｅとほぼ正対する所定
位置に応力を逃がすためのスリット部２ｇが形成されて
おり、遮光部材２ｅの基部およびスリット部２ｇを挟ん
で遮光部材２ｅと反対側の所定位置にねじ止め用の穴が
形成され、これらの穴を通して基板１がねじ２ｈによっ
てねじ止めされている。また、遮光部材２ｅの先端に近
接する所定位置に流体導入用の開口２ｉが設けられてい
る。もちろん、基板１の対応箇所にも流体導入用の開口
（図示せず）が設けられている。

【００２７】上記の構成の光学式煙センサの作用は次の
とおりである。発光部１ａおよび第１受光部１ｂが搭載
された基板１を暗箱２の下面に接触させ、この状態にお
いて１対のねじ２ｈにより基板１と暗箱２とを一体的に
連結することにより、光学的煙センサの組み立てを完了
する。この状態においては、発光部１ａ、遮光部材２
ｅ、レンズ系２ｄおよび第１受光部１ｂの相対位置が所
期のとおりに設定されている。

【００２８】このようにして組み立てられた光電式煙セ
ンサを所定位置に配置することにより、以下のようにし
て測定対象雰囲気中における煙の粒子の濃度を測定する
ことができる。測定対象雰囲気が煙の粒子を全く含んで
いない場合には、発光部１ａから出射される光はそのま
ま直線的に伝播し、遮光部材２ｅの存在によってレンズ
系２ｄには全く照射されない。この結果、第１受光部１
ｂからの出力信号は小さいままである。なお、直線的に
伝播する光のうち、少なくとも一部は穴２ｊを通して光
トラップ２ｋに導入され、とじ込められることによりほ
ぼ完全に減衰する。また、直線的に伝播する光の残部は
ノイズ光遮光部材２ｆ１，２ｆ２および暗箱２の外壁部
材によって多重反射されることにより十分に減衰する。
したがって、発光部１ａからの直接光に起因するノイズ
光は第１受光部１ｂには殆ど影響を及ぼさない。

【００２９】図３はこの発明のオフセット推定方法の一
実施態様を説明するフローチャートである。ステップＳ
Ｐ１において光電式煙センサからのデータ入力、フィル
タリングを行い、１０個毎にデータを抽出する。ステッ
プＳＰ２において発散防止処理を行い、ステップＳＰ３
においてオフセット推定期間の始点の検出処理を行い、
ステップＳＰ４において始点が検出されたと判定される
までステップＳＰ１からステップＳＰ３までの処理を反
復する。

【００３０】その後、ステップＳＰ５において、ステッ
プＳＰ１で抽出されたデータを５個飛ばしで詰め（５０
個毎に抽出したデータに変換し）、ステップＳＰ６にお
いてデータ入力、フィルタリングを行い、５０個毎にデ
ータを抽出する。ステップＳＰ７において発散防止処理
を行い、ステップＳＰ８において１つ前に抽出されたデ
ータが今のデータよりも小さいか否かを判定し（今のデ
ータがオフセット推定期間の終点であるか否かを判定
し）、１つ前に抽出されたデータが今のデータよりも小
さいと判定されるまで、ステップＳＰ６およびステップ
ＳＰ７の処理を反復する。

【００３１】その後、ステップＳＰ９においてオフセッ
ト推定期間に３個以上のデータがあるか否かを判定し、
３個以上のデータがあると判定された場合には、ステッ
プＳＰ１０においてオフセット推定値を算出し、ステッ
プＳＰ１１においてオフセット算出値を算出する。そし
て、ステップＳＰ１１においてオフセット算出値が算出
された場合、またはステップＳＰ９においてオフセット
推定期間に２個以下のデータしかないと判定された場合
には、再びステップＳＰ１の処理を行う。

【００３２】図４はデータ入力、フィルタリング処理
（図３のフローチャートのステップＳＰ１、ステップＳ
Ｐ６の処理）を説明するフローチャートである。ステッ
プＳＰ１において読み飛ばし回数を０に設定し、ステッ
プＳＰ２においてデータ入力を行い、ステップＳＰ３に
おいてフィルタリング処理を行う。ステップＳＰ４にお
いて読み飛ばし回数を１だけ増加させ、ステップＳＰ５
において読み飛ばし回数が所定回数（図３のフローチャ
ートのステップＳＰ１、ステップＳＰ６で設定されてい
る回数）と等しいと判定されるまでステップＳＰ２から
ステップＳＰ４までの処理を反復する。そして、ステッ
プＳＰ６において、ステップＳＰ３のフィルタリング処
理で返された最後のデータを第１ＦＩＦＯメモリに書き
込む。

【００３３】この処理を行うことにより、コンピュータ
におけるメモリ量と計算時間の削減を達成することがで
きる。図５はフィルタリング処理（図４のフローチャー
トのステップＳＰ３の処理）を説明するフローチャート
である。ステップＳＰ１において、２つ前の入力データ
と平均データの３０倍との和を３１で除算して新たな平
均データを得、ステップＳＰ２において、１つ前の入力
データが平均データよりも大きく、かつ１つ前の入力デ
ータが入力されたデータよりも大きいか否かを判定す
る。そして、１つ前の入力データが平均データよりも大
きく、かつ１つ前の入力データが入力されたデータより
も大きいと判定された場合には、ステップＳＰ３におい
て１つ前の入力データを平均データに書き換える。そし
て、ステップＳＰ３の処理が行われた場合、またはステ
ップＳＰ２において１つ前の入力データが平均データよ
りも大きくなく、および／または１つ前の入力データが
入力されたデータよりも大きくないと判定された場合に
は、平均データを上位の処理（図４のフローチャートの
処理）に返す。

【００３４】この処理を行うことにより、煙粒子よりも
粒径が大きい粉塵などに起因するパルス状のノイズおよ
びランダムノイズを除去することができる。図６は発散
防止処理（図３のフローチャートのステップＳＰ２、ス
テップＳＰ７の処理）を説明するフローチャートであ
る。ステップＳＰ１においてオフセット算出値が今のデ
ータよりも大きいか否かを判定し、オフセット算出値が
大きければ、ステップＳＰ２において、オフセット算出
値の２０倍と今のデータとの和を２１で除算した値を新
たなオフセット算出値とする。ステップＳＰ２の処理が
行われた場合、またはステップＳＰ１においてオフセッ
ト算出値が今のデータ以下であると判定された場合に
は、ステップＳＰ３において１つ前のデータと今のデー
タとの差の絶対値と、データの荒れを示すデータの２０
倍との和を２１で除算した値を新たなデータの荒れを示
すデータとし、ステップＳＰ４においてデータの荒れを
示すデータが０．１ｍＶよりも小さいか否かを判定す
る。そして、データの荒れを示すデータが０．１ｍＶよ
りも小さいと判定された場合には、ステップＳＰ５にお
いてオフセット算出値の１００倍と今のデータとの和を
１０１で除算した値を新たなオフセット算出値とする。
ステップＳＰ５の処理が行われた場合、またはステップ
ＳＰ４においてデータの荒れを示すデータが０．１ｍＶ
以上であると判定された場合には、そのまま元のフロー
チャートの処理にもどる。図６のフローチャートにおい
て、データの荒れを示すデータについては、入力データ
が入力される度に１つ前の入力データの差分の絶対値を
得、該当時点におけるデータの荒れを示すデータの２０
倍との和をとって２１で除算して上記絶対値の寄与分を
１／２１にして平均化することにより、新たなデータの
荒れを示すデータを得るようにしている。したがって、
データの荒れを示すデータは、データの変化分の絶対値
の平均値とみなすことができる。

【００３５】図３のフローチャートの処理では、減衰曲
線からオフセットを推定しているので、減衰曲線の形に
よっては大きな誤差が出る可能性、誤差が徐々に拡大す
る可能性がある。しかし、図６のフローチャートの処理
では、真のオフセットよりもオフセット算出値が低い場
合に、減衰曲線が水平に近いことを条件としてオフセッ
ト算出値をノイズ除去信号値に近づける処理を行い、真
のオフセットよりもオフセット算出値が高い場合に、オ
フセット算出値よりもノイズ除去信号の値が下がったこ
とを条件としてオフセット算出値を下げる処理を行うの
で、大きな誤差が発生することを防止できる。

【００３６】図７はオフセット推定期間の始点の検出処
理（図３のフローチャートのステップＳＰ３の処理）を
説明するフローチャートである。ステップＳＰ１におい
て第１ＦＩＦＯメモリのデータ数が２１以上であるか否
かを判定し、データ数が２１以上である場合には、ステ
ップＳＰ２において、今のデータ、２１個前のデータお
よび中間のデータに基づいてノイズ除去信号の傾きの変
化分を算出し、第２ＦＩＦＯメモリに入れる。逆に、デ
ータ数が２１未満である場合には、ステップＳＰ３にお
いて第２ＦＩＦＯメモリ内のデータ数を０に設定する。
ステップＳＰ２またはステップＳＰ３の処理が行われた
場合には、ステップＳＰ４において第２ＦＩＦＯメモリ
内のデータ数が第２ＦＩＦＯメモリの大きさと等しいか
否かを判定し、等しくないと判定された場合には、オフ
セット推定期間の始点がないことを示すデータを元のフ
ローチャートの処理に戻す。逆に、両者が等しいと判定
された場合には、ステップＳＰ５において第２ＦＩＦＯ
メモリ内の傾きの変化分の平均を算出し、ステップＳＰ
６において変数ｉを１に設定し、ステップＳＰ７におい
て第２ＦＩＦＯメモリの前からｉ〜ｉ＋２番目の３個の
傾きの変化分の平均を算出し、ステップＳＰ８において
変数ｉをインクリメントする。そして、ステップＳＰ９
において、ステップＳＰ５で算出された平均の０．７倍
がステップＳＰ７で算出された平均よりも小さく、かつ
ステップＳＰ５で算出された平均の１．３倍がステップ
ＳＰ７で算出された平均よりも大きいか否かを判定し、
ステップＳＰ５で算出された平均の０．７倍がステップ
ＳＰ７で算出された平均よりも小さく、かつステップＳ
Ｐ５で算出された平均の１．３倍がステップＳＰ７で算
出された平均よりも大きいと判定された場合には、ステ
ップＳＰ１０において、変数ｉが第２ＦＩＦＯメモリの
終わりから２番目を指しているか否かを判定し、終わり
から２番目以外を指している場合には、再びステップＳ
Ｐ７の処理を行う。また、ステップＳＰ９において、ス
テップＳＰ５で算出された平均の０．７倍がステップＳ
Ｐ７で算出された平均よりも大きいか等しく、またはス
テップＳＰ５で算出された平均の１．３倍がステップＳ
Ｐ７で算出された平均よりも小さいか等しいと判定され
た場合には、オフセット推定期間の始点がないことを示
すデータを元のフローチャートの処理に戻す。また、ス
テップＳＰ１０において変数ｉが第２ＦＩＦＯメモリの
終わりから２番目を指していると判定された場合には、
オフセット推定期間の始点を検出したことを示すデータ
を元のフローチャートの処理に戻す。

【００３７】なお、このフローチャートにおいて、傾き
の変化分とは、時間的に等間隔にサンプルされたノイズ
除去信号（電圧）の値が、図８に示すように、ｄ１，ｄ
２，ｄ３である場合に、（ｄ３−ｄ２）／（ｄ２−ｄ
１）で与えられる。ノイズ除去信号の減衰曲線は図９に
示すように、減衰開始当初および減衰の終期において値
がなめらかには変化せず、局部的な凹凸が認められてい
るが、図７のフローチャートの処理を行うことにより、
減衰開始当初における局部的な凹凸が認められる時間を
経過した時点を始点（図９中ａ参照）とし、局部的な凹
凸の影響を排除することができる。また、減衰の終期に
おける局部的な凹凸が認められる範囲を排除するために
は、図３のフローチャートのステップＳＰ８の処理を行
っている。

【００３８】図１０はオフセット推定値を算出する処理
（図３のフローチャートのステップＳＰ１０の処理）を
説明するフローチャートである。ステップＳＰ１におい
て変数ｓｐを０に設定し、ステップＳＰ２において第１
ＦＩＦＯメモリの先頭からｓｐ番目のデータ、最後のデ
ータ（今のデータ）、および両者の中間のデータを抽出
し、ステップＳＰ３において傾きの変化分を算出する。
ステップＳＰ４において傾きの変化分が０より大きく、
かつ１より小さいか否かを判定し、傾きの変化分が０よ
り大きく、かつ１より小さいと判定された場合には、ス
テップＳＰ５において、抽出された３個のデータからオ
フセットを算出する。ステップＳＰ６において、オフセ
ットがオフセット算出値±３０ｍＶの範囲内であるか否
かを判定し、オフセットがこの範囲内であると判定され
た場合には、ステップＳＰ７においてオフセット合計に
このオフセットを加算し、ステップＳＰ８において変数
ｓｐを２だけ増加させる。

【００３９】上記ステップＳＰ４において傾きの変化分
が０以下、または１以上であると判定された場合、また
はステップＳＰ６においてオフセットがオフセット算出
値±３０ｍＶの範囲外であると判定された場合には、そ
のままステップＳＰ８の処理を行う。その後、ステップ
ＳＰ９において変数ｓｐが第１ＦＩＦＯメモリの最後を
示しているか否かを判定し、最後を示していると判定さ
れた場合には、ステップＳＰ１０においてオフセット合
計からオフセットの平均を求めてオフセット推定値と
し、元のフローチャートの処理に戻る。逆に、変数ｓｐ
が第１ＦＩＦＯメモリの最後を示していないと判定され
た場合には、再びステップＳＰ２の処理を行う。

【００４０】このフローチャートにおいて、オフセット
の算出は、時間的に等間隔にサンプルされたノイズ除去
信号（電圧）の値が、図８に示すように、ｄ１，ｄ２，
ｄ３である場合に、ｄ３−［（ｄ３−ｄ２）／｛（ｄ３
−ｄ２）／（ｄ２−ｄ１）−１｝］｛（ｄ３−ｄ２）／
（ｄ２−ｄ１）｝の演算によって行われる。図１１はオ
フセット算出値を算出する処理（図３のフローチャート
のステップＳＰ１１の処理）を説明するフローチャート
である。

【００４１】ステップＳＰ１においてオフセット算出値
がオフセット推定値よりも大きいか否かを判定し、オフ
セット算出値がオフセット推定値よりも大きいと判定さ
れた場合には、ステップＳＰ２においてオフセット算出
値の２倍とオフセット推定値との和を３で除算した値を
新たなオフセット算出値とする。逆に、オフセット算出
値がオフセット推定値よりも小さいか等しいと判定され
た場合には、ステップＳＰ３においてオフセット算出値
の３０倍とオフセット推定値との和を３１で除算した値
を新たなオフセット算出値とする。そして、ステップＳ
Ｐ２またはステップＳＰ３の処理が行われた場合には、
そのまま元のフローチャートの処理に戻る。

【００４２】なお、以上の各フローチャートにおいて示
されている定数は、単に一例を示しているだけであり、
他の値を採用できることはもちろんである。上記のオフ
セット推定方法を採用した場合には、フィルタリングに
よりノイズが除去されたノイズ除去信号のうち、局部的
な凹凸が発生していない領域から３個以上のデータを抽
出してオフセットを高精度に推定することができる。そ
して、煙センサの出力ｏと煙濃度ｘとの間にはｏ＝ａｘ
＋ｂ（ただし、ａは係数、ｂはオフセット）の関係があ
るので、推定されたオフセットを煙センサの出力から減
算することによりｏ−ｂ＝ａｘの関係を得ることがで
き、この関係に基づいて煙濃度Ｄを算出することができ
る。

【００４３】なお、以上には、煙センサとして光電式煙
センサを用いた態様を説明しているが、光電式以外の煙
センサを採用してもよいことはもちろんである。図１２
はこの発明のオフセット推定装置の一実施態様を示すブ
ロック図である。このオフセット推定装置は、煙センサ
からのデータ入力、およびフィルタリングを行うデータ
入力、フィルタリング部１１と、データ入力、フィルタ
リング部１１からのデータを入力として発散防止処理を
行う発散防止処理部１２と、データ入力、フィルタリン
グ部１１からのデータを入力としてオフセット推定期間
の始点の検出処理を行う始点検出部１３と、オフセット
推定期間の終点の検出処理を行う終点検出部１４と、オ
フセット推定期間中の３個以上のデータを抽出するデー
タ抽出部１５と、抽出されたデータに基づいてオフセッ
ト推定値を算出するオフセット推定値算出部１６と、オ
フセット算出値を算出するオフセット算出値算出部１７
とを有している。

【００４４】なお、構成各部の作用は上記のフローチャ
ートの該当ステップの処理と同様であるから、詳細な説
明を省略する。したがって、フィルタリングによりノイ
ズが除去されたノイズ除去信号のうち、局部的な凹凸が
発生していない領域から３個以上のデータを抽出してオ
フセットを高精度に推定することができる。そして、煙
センサの出力ｏと煙濃度ｘとの間にはｏ＝ａｘ＋ｂ（た
だし、ａは係数、ｂはオフセット）の関係があるので、
推定されたオフセットを煙センサの出力から減算するこ
とによりｏ−ｂ＝ａｘの関係を得ることができ、この関
係に基づいて煙濃度Ｄを算出することができる。

【００４５】

【発明の効果】請求項１の発明は、オフセットの推定を
高精度に行うことができ、ひいては、オフセットの推定
が高精度に行われることに起因して測定対象気体に含ま
れる煙粒子の濃度を正確に検出することができるという
特有の効果を奏する。請求項２の発明は、オフセットの
推定精度を高めることができるという特有の効果を奏す
る。

【００４６】請求項３の発明は、オフセットの推定精度
を一層高めることができるという特有の効果を奏する。
請求項４の発明は、オフセットの推定を高精度に行うこ
とができ、オフセットの推定が高精度に行われることに
起因して測定対象気体に含まれる煙粒子の濃度を正確に
検出することができる構成を簡素化することができると
いう特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は光電式煙センサの一例の内部機構を示す
平面図である。

【図２】同上概略正面図である。

【図３】この発明のオフセット推定方法の一実施態様を
説明するフローチャートである。

【図４】図３のフローチャートのステップＳＰ１、ステ
ップＳＰ６の処理を詳細に説明するフローチャートであ
る。

【図５】図４のフローチャートのステップＳＰ３の処理
を詳細に説明するフローチャートである。

【図６】図３のフローチャートのステップＳＰ２、ステ
ップＳＰ７の処理を詳細に説明するフローチャートであ
る。

【図７】図３のフローチャートのステップＳＰ３の処理
を詳細に説明するフローチャートである。

【図８】ノイズ除去信号の傾きの変化分の算出処理を説
明する概略図である。

【図９】ノイズ除去信号の減衰曲線を、オフセット推定
期間の始点および終点と共に示す概略図である。

【図１０】図３のフローチャートのステップＳＰ１０の
処理を詳細に説明するフローチャートである。

【図１１】図３のフローチャートのステップＳＰ１１の
処理を詳細に説明するフローチャートである。

【図１２】この発明のオフセット推定装置の一実施態様
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１１ データ入力、フィルタリング部 １５ データ
抽出部 １６ オフセット推定値算出部 １７ オフセット算
出値算出部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G08B 17/02 - 17/12 G01N 21/53

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象気体に含まれる煙粒子の濃度に
   対応する信号を出力する煙センサと、煙センサからの出
   力信号を入力として所定の処理を行って測定対象気体中
   の煙の濃度を算出する濃度算出部とを有する煙検出装置
   において、出力信号から３つ以上のオフセット推定点を
   抽出して、抽出されたオフセット推定点に対応するノイ
   ズ除去信号値に基づいてオフセット推定値を算出するこ
   とを特徴とする煙検出装置におけるオフセット推定方
   法。
2. 【請求項２】 出力信号から３つ以上のオフセット推定
   点を抽出するに当って、出力信号からノイズ成分を除去
   してノイズ除去信号を出力し、ノイズ除去信号から３つ
   以上のオフセット推定点を抽出する請求項１に記載の煙
   検出装置におけるオフセット推定方法。
3. 【請求項３】 ノイズ除去信号のうち、滑らかな減衰が
   一定時間以上持続した場合における持続期間の開始点
   と、移動平均が極小になる点との間の区間からオフセッ
   ト推定点を抽出する請求項１または請求項２に記載の煙
   検出装置におけるオフセット推定方法。
4. 【請求項４】 ４つ以上のオフセット推定点を抽出し、
   抽出されたオフセット推定点に基づいて３つ以上のオフ
   セット推定点の組を得、各組に属するオフセット推定点
   に対応するノイズ除去信号値に基づいてオフセット仮推
   定値を算出し、複数個のオフセット仮推定値の平均値を
   算出し、この平均値をオフセット推定値として採用する
   請求項１から請求項３の何れかに記載の煙検出装置にお
   けるオフセット推定方法。
5. 【請求項５】 測定対象気体に含まれる煙粒子の濃度に
   対応する信号を出力する煙センサと、煙センサからの出
   力信号を入力として所定の処理を行って測定対象気体中
   の煙の濃度を算出する濃度算出部とを有する煙検出装置
   において、濃度算出部が、出力信号からノイズ成分を除
   去してノイズ除去信号を出力するフィルタ手段（１１）
   と、３つ以上のオフセット推定点を抽出する抽出手段
   （１５）と、抽出されたオフセット推定点に対応するノ
   イズ除去信号値に基づいてオフセット推定値を算出する
   算出手段（１６）（１７）とを含むオフセット推定部を
   有していることを特徴とする煙検出装置におけるオフセ
   ット推定装置。