JPH08128851A

JPH08128851A - センサー出力信号処理回路

Info

Publication number: JPH08128851A
Application number: JP6266506A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Sugino; 聡杉野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 1996-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】センサー出力信号処理回路の検知レベルを補
正する。【構成】センサー出力信号処理回路９に、センサー８
が出力する電圧信号を増幅する入力部増幅器１０を備
え、検知対象が存在しない場合の入力部増幅器１０が出
力する製造時のバックグラウンド値に対応した、製造時
無信号基準値を保持する製造時EEPROM記憶部１３と、点
検時のバックグラウンド値に対応した点検時無信号基準
値を保持する点検時EEPROM記憶部１４とを備え、点検時
に前記点検時無信号基準値を更新して検知レベルを補正
する。【効果】点検時に点検時無信号基準値を更新すること
によって検知レベルを補正することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、センサー出力信号を処
理するセンサー出力信号処理回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のセンサーシステムの一例を図５に
基づいて説明する。図５は、火災による煙を光学的に検
知する煙センサーシステムの煙センサー周辺の構成を示
した構成図である。図で、１は煙センサー、２は煙セン
サー１の内部に配置されたＬＥＤ、３は煙センサー１の
内部に配置された受光素子、４はセンサー出力信号処理
回路である。ＬＥＤ２から放射される光が、直接、受光
素子３に入射しないように構成されている。

【０００３】図５に示すように構成した煙センサーシス
テムで、煙センサー１の内部に煙５が侵入すると、ＬＥ
Ｄ２から放射され煙５によって乱反射された光が、受光
素子３に入射する。受光素子３は、入射した光に応じた
電気信号をセンサー出力信号処理回路４の初段に設けら
れた入力部増幅器６に入力する。その後、ノイズ除去等
の処理が施されて、センサー出力信号処理回路４から出
力される。

【０００４】入力部増幅器６が出力する電圧レベルと、
検知対象を検知する基準となる閾値電圧レベルと、検知
対象が存在しない場合に入力部増幅器６が出力する電圧
レベルとの関係を図６に基づいて説明する。図で、Ａ
は、煙センサー１の内部にＬＥＤ２の放射光を乱反射す
るものがなく、受光素子３への入射光がない場合に、入
力部増幅器６が出力する電圧信号、Ｂは閾値電圧であ
る。火災が発生して、所定濃度以上の煙５が煙センサー
１の内部に侵入すると、電圧信号Ａのレベルが、閾値電
圧Ｂのレベルを越える。これにより、煙センサーシステ
ムは、火災が発生した旨の信号を外部回路に出力するよ
うになる。電圧信号Ａのレベル及び閾値電圧Ｂのレベル
は、入力部増幅器６の最大出力電圧値のレベル調整等と
併せて、センサー出力信号処理回路４に設けられた可変
抵抗等を調整することによって出荷時に設定されてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明した煙セン
サーシステムにおいては、その構造上、煙センサー１の
内部へのゴミ７等の付着により、検知対象である煙５が
煙センサー１の内部に存在しない場合でも、煙センサー
１からセンサー出力信号処理回路４に出力される電圧信
号のレベルが変化することがあった。つまり、煙５が煙
センサー１の内部に存在しない場合でも、ＬＥＤ２から
放射された光がゴミ７に乱反射されて受光素子３に入射
することにより、受光素子３に入射光がない場合の電圧
信号Ａのレベルより高いレベルの電圧信号（例えば、図
２に示す電圧信号Ｃ）が、入力部増幅器６から出力され
てしまうことがあった。これにより、煙センサー１を設
置した後に、煙センサーシステムの煙検知レベルが実質
的に変化してしまうという問題点があった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、設置した後のバックグラウン
ド値の補正が可能なセンサー出力信号処理回路の構造を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載のセンサー出力信号処理回路は、セン
サーの出力信号を処理するセンサー出力信号処理回路で
あって、前記センサーが出力する電圧信号を増幅する入
力部増幅器を備え、検知対象が存在しない場合の前記セ
ンサーの出力を受けて前記入力部増幅器が出力する製造
時のバックグラウンド値に対応した、製造時無信号基準
値を保持する製造時無信号基準値記憶部と、点検時の前
記バックグラウンド値に対応した点検時無信号基準値を
保持する点検時無信号基準値記憶部とを備え、点検時に
前記点検時無信号基準値を更新して、前記センサーの検
知レベルを補正すると共に、適宜、前記製造時無信号基
準値と、前記点検時無信号基準値とを比較して、それら
の値の差が所定値以上になった場合に、その旨を知らせ
る信号を出力することを特徴とするものである。

【０００８】請求項２記載のセンサー出力信号処理回路
は、センサーの出力信号を処理するセンサー出力信号処
理回路であって、基準電源と、前記センサーが出力する
電圧信号を増幅する入力部増幅器とを備え、電源投入時
または点検時、前記基準電源が出力する基準電圧を読み
取り、検知対象が存在しない場合に前記入力部増幅器が
出力するバックグラウンド値に対応した、無信号基準値
が、前記基準電圧と等しくなるように、前記入力部増幅
器の出力電圧を調整し、前記センサーの検知レベルを補
正することを特徴とするものである。

【０００９】請求項３記載のセンサー出力信号処理回路
は、センサーの出力信号を処理するセンサー出力信号処
理回路であって、前記センサーが出力する電圧信号を増
幅する入力部増幅器と、前記入力部増幅器からの出力信
号をデジタル信号として入力するデジタル制御器とを備
え、検知対象が存在しない場合に前記センサーが出力す
る電圧信号に対応して予め設定された最小出力電圧値が
センサー出力信号処理回路から出力されるように、ま
た、前記入力部増幅器を飽和させ、飽和した前記入力部
増幅器が出力する電圧信号に対応して予め設定された最
大出力電圧値がセンサー出力信号処理回路から出力され
るように前記デジタル制御器で対応付けて、前記センサ
ーの検知レベルを補正することを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【作用】請求項１記載のセンサー出力信号処理回路は、
製造時にセンサーが出力するバックグラウンド値に対応
した製造時無信号基準値を保持する製造時無信号基準値
記憶部と、点検時にセンサーが出力するバックグラウン
ド値に対応した点検時無信号基準値を保持する点検時無
信号基準値記憶部とを設けておき、予め、製造時に製造
時無信号基準値を製造時無信号基準値記憶部に記憶させ
たものである。このように構成して、点検時に点検時無
信号基準値を更新することによって、センサーシステム
の検知レベルを補正することができる。また、製造時無
信号基準値と点検時無信号基準値とを保持しているの
で、それらを比較することによって、点検時無信号基準
値の変化を検知することができる。

【００１１】請求項２記載のセンサー出力信号処理回路
は、基準電源と、センサーが出力する電圧信号を増幅す
る入力部増幅器とを備え、電源投入時または点検時、基
準電源が出力する基準電圧を読み取り、その基準電圧
と、検知対象が存在しない場合に入力部増幅器から出力
される電圧に対応した無信号基準値とが等しくなるよう
に、オフセット値を入力部増幅器で加算して、入力部増
幅器の出力電圧を調整するように構成したものである。
このように構成することによって、無信号時の入力部増
幅器の出力電圧を補正することができる。この場合、出
荷時にバックグラウンド値を記憶させる必要はない。

【００１２】請求項３記載のセンサー出力信号処理回路
は、センサーが出力する電圧信号を増幅する入力部増幅
器と、その入力部増幅器からの出力信号をデジタル信号
として入力するデジタル制御器とを設け、検知対象が存
在しない場合にセンサーが出力する電圧信号に対応し
て、センサー出力信号処理回路が予め設定された最小出
力電圧値を出力するように、また、入力部増幅器を飽和
させ、飽和した入力部増幅器が出力する電圧信号に対応
して予め設定された最大出力電圧値がセンサー出力信号
処理回路から出力されるようにデジタル制御器で対応付
けを行うように構成したものである。このように構成す
ることによって、センサーの出力が経時変化により変化
してもセンサー出力信号処理回路の最少出力値を一定に
保つこことができる。また、飽和した入力部増幅器が出
力する電圧信号に、予め設定されたセンサー出力信号処
理回路の最大出力電圧値を対応させるので、センサー出
力信号処理回路の最大出力電圧値の調整が不要になる。

【００１３】例えば、入力部増幅器のアナログ出力電圧
をデジタル値で入力するデジタル制御器、そのデジタル
制御器から出力される所定桁のデジタル値を入力してア
ナログ電圧を出力するＤ／Ａ変換器を設け、無信号時の
入力部増幅器の出力電圧、入力部増幅器の最大の出力電
圧（飽和した入力部増幅器が出力する出力電圧）が、そ
れぞれ、デジタル制御器から出力される所定桁のデジタ
ル値の最小値、最大値に対応するように構成しておく。
これにより、Ｄ／Ａ変換器のアナログ出力値の最小値、
最大値が、それぞれ、無信号時の入力部増幅器の出力電
圧、入力部増幅器の最大の出力電圧（飽和した入力部増
幅器が出力する出力電圧）に対応するようになる。つま
り、無信号時のセンサーの電圧信号が経時的に変化して
も、無信号時の入力部増幅器の出力は、デジタル制御器
が出力する所定桁のデジタル値の最小値に対応づけられ
る。

【００１４】また、Ｄ／Ａ変換器の出力電圧の最大値を
保証する必要のある場合（Ｄ／Ａ変換器の出力電圧が、
Ｄ／Ａ変換器より後段の回路の入力電圧の上限によって
制限されている場合）は、Ｄ／Ａ変換器の電源電圧をそ
の最大値に設定することで対応することができる。

【００１５】

【実施例】図１に基づいて本発明のセンサー出力信号処
理回路の一実施例について説明する。図で、８はセンサ
ー、９はセンサー８の出力信号を処理するセンサー出力
信号処理回路である。センサー出力信号処理回路９は、
センサー出力を増幅する入力部増幅器１０、入力部増幅
器１０の出力信号のノイズを除去するフィルター１１、
サンプルアンドホールド回路を内蔵しフィルター１１の
出力をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器１２、製造時
の入力部増幅器１０の出力（バックグラウンド値）に対
応した製造時無信号基準値を保持する製造時EEPROM記憶
器１３（製造時無信号基準値記憶部）と、点検時のバッ
クグラウンド値に対応した点検時無信号基準値を保持す
る点検時EEPROM記憶器１４（点検時無信号基準値記憶
部）とを備えた記憶部１５、出力部１６、Ａ／Ｄ変換器
１２が出力するデジタル値の入力、記憶部１５との値交
換、内蔵した比較器での値比較、出力部１６へのデジタ
ル値出力等を行うデジタル制御器１７、パワーオンリセ
ット回路１８とで構成されている。

【００１６】出荷時、または、定期点検時に、デジタル
制御器１７に設けられた定期点検指示端子CAL に信号が
入ると、デジタル制御器１７は、入力部増幅器１０から
の出力信号を１回以上、所定の回数分サンプリングを行
い、平均処理した後、点検時EEPROM記憶器１４に信号レ
ベル値を点検時無信号基準値として書き込む。製造出荷
時は、製造時EEPROM記憶器１３にも信号レベル値を製造
時無信号基準値として書き込んでおく。点検時EEPROM記
憶器１４に書き込まれた点検時無信号基準値は、定期点
検時またはパワーオンリセット回路１８が動作した場合
に更新されることになる。

【００１７】また、デジタル制御器１７は、通常動作時
において、センサー８からの入力信号をモニターし、入
力値と点検時無信号基準値との比較を行っている。セン
サー８の出力に対応したＡ／Ｄ変換器１２の出力値と、
点検時無信号基準値との差をとり、その差が所定の値以
上であることが所定回数以上確認されれば、検知対象が
存在すると判断し、出力部１６に検知信号を出力端子か
ら出力するように命令する。

【００１８】また、製造時EEPROM記憶器１３に書き込ん
だ製造時無信号基準値から、点検時無信号基準値が所定
の値以上推移した場合に、出力部１６に設けたアラーム
端子からアラーム信号を出力させることにより警告を発
することができる。

【００１９】点検時EEPROM記憶器１４は、EEPROMで構成
してもSRAM等の揮発性メモリで構成してもよい。但し、
揮発性メモリで構成した場合、パワーダウンが発生して
パワーオンリセット回路１８が動作した時には、通常動
作を行う前に、定期点検時の回路動作を行うように構成
しておく必要がある。

【００２０】本実施例の場合、無信号時の入力部増幅器
１０の出力（バックグラウンド値）に対応する点検時無
信号基準値の更新が、定期点検時またはパワーオンリセ
ット回路１８の動作時に行われるため、センサー８及び
周辺回路の経時変化を考慮に入れた検知レベルの補正が
可能となる。また、アラーム信号をアラーム端子から出
力させることによって、センサーシステムの著しい劣化
を検知し、交換時期の指示が可能となる。

【００２１】図２に基づいて本発明のセンサー出力信号
処理回路の異なる実施例について説明する。図１に示し
た構成と同等構成については同符号を付すこととする。
図で、８はセンサー、９はセンサー８の出力信号を処理
するセンサー出力信号処理回路である。センサー出力信
号処理回路９は、センサー８の出力を増幅する入力部増
幅器１０、入力部増幅器１０の出力信号のノイズを除去
するフィルター１１、サンプルアンドホールド回路を内
蔵しフィルター１１の出力、または、後述する基準電源
が出力する基準電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換
器１２、出力部１６、Ａ／Ｄ変換器１２が出力するデジ
タル値の入力、後述する記憶部との値交換、内蔵した比
較器での値比較、出力部１６へのデジタル値出力等を行
うデジタル制御器１７、パワーオンリセット回路１８、
基準電源１９、Ａ／Ｄ変換器１２への入力を、フィルタ
ー１１の出力、または、基準電源１９の出力に切り替え
るセレクタ２０、点検時のバックグラウンド値に対応し
た無信号基準値を保持する、EEPROM、SRAM、フリップフ
ロップ等で構成された記憶部２１とで構成されている。

【００２２】図２に示したセンサー出力信号処理回路９
で、定期点検時またはパワーダウン時、デジタル制御器
１７は、定期点検指示端子CAL に印加されたCAL 端子信
号、または、パワーオンリセット回路１８の発する信号
を受け、無信号時の入力部増幅器１０の出力信号を所定
回数読み取り、平均化処理を行い、ここで、一度、無信
号基準値として記憶部２１に書き込む。次に、セレクタ
２０を制御して基準電源１９より出力されている基準電
圧を参照し、この値と、記憶部２１に保持した無信号基
準値とを比較し、OFFSET回路２２を制御し、無信号基準
値と基準電圧値からの差の電圧をOFFSET回路２２が出力
するように調整が行われる。この時、OFFSET回路２２の
出力電圧の制御値は、記憶部２１に記憶されたデジタル
値で制御する。従って、記憶部２１には、無信号時に入
力部増幅器１０より出力される出力に対応した無信号基
準値と、オフセット回路２２を制御して、一定な無信号
基準値を出力させるための差の値の、２種類を記憶させ
る。

【００２３】上述のバックグラウンド値補正動作終了
後、通常のセンシングモードに入り、デジタル制御器１
７は、センサー８の出力値を一定時間毎にモニターし、
この際、無信号基準値との差が一定値以上となる場合
が、所定回数以上連続して発生した場合は、検知対象を
検知した旨の信号を出力部に送り検知信号を出力させ
る。また、図１に示した構成と同様に、記憶部２１に製
造時のOFFSET回路２２制御用の値を記憶させておき、更
新されたOFFSET制御用の値と比較し、所定以上の差が発
生した場合にアラーム信号を出力させることもできる。

【００２４】本実施例の場合、無信号時の入力部増幅回
器の出力（バックグラウンド値）が一定に保たれるた
め、センサーの検知レベルのノイズマージンレベルが一
定の値に保持され、信号検知信頼性の向上及び製品の長
寿命化が可能である。

【００２５】図３に基づいて本発明のセンサー出力信号
処理回路のさらに異なる実施例について説明する。図
で、２３はセンサー、２４はセンサー２３の出力信号を
処理するセンサー出力信号処理回路である。センサー出
力信号処理回路２４は、センサー２３の出力を増幅する
入力部増幅器２５、入力部増幅器２５の出力信号のノイ
ズを除去するフィルター２６、サンプルアンドホールド
回路を内蔵しフィルター２６の出力をデジタル値に変換
するＡ／Ｄ変換器２７、Ａ／Ｄ変換器２７が出力するデ
ジタル値の入力、後述する記憶部との値交換、出力部へ
のデジタル値出力等を行うデジタル制御器２８、基準電
源２９、入力部増幅器２５への入力を、センサー２３の
出力、または、基準電源２９の出力に切り替えるセレク
タ３０、記憶部３１、デジタル制御器２８の出力するデ
ジタル値を入力してアナログ電圧を出力するＤ／Ａ変換
器３２、Ｄ／Ａ変換器３２の出力をバッファリングする
出力部３３とで構成されている。

【００２６】通常のセンシングモードに入る前に、入力
部増幅器２５の出力電圧レンジの自動調整が行われる。
入力部増幅器２５の出力の最小値は、予め記憶部３１に
記憶させていた、無信号時の入力部増幅器２５の出力
（バックグラウンド値）に設定され、この値が、デジタ
ル制御器２８の出力するデジタル値の最小値に対応づけ
られる。

【００２７】次に、入力部増幅器２５の出力の最大値の
設定方法について説明する。まず、デジタル制御器２８
によってセレクタ３０を制御して、入力部増幅器２５の
入力を、基準電圧２９の飽和基準電圧の出力に切り替え
る。飽和基準電圧は、入力部増幅器２５が飽和する電圧
に設定されている。基準電源２９より飽和基準電圧を供
給して、入力部増幅器２５を飽和させ、その時の入力部
増幅器２５の出力電圧を、入力部増幅器２５の出力の最
大値としてデジタル制御器２８に読み取らせ、記憶部３
１に保存しておく。この入力部増幅器２５の出力の最大
値は、デジタル制御器２８の出力するデジタル値の最大
値に対応づけられることになる。

【００２８】さらに、以上に説明したように設定した入
力部増幅器２５の最大値と最小値との間の入力値につい
ては、デジタル制御器２８によって、例えば、図４に示
すように、直線関係等の関数式で対応づけを行う。図４
は、入力部増幅器２５の入力と、Ｄ／Ａ変換器３２の出
力（出力部３３の出力）との関係を表わした線図であ
る。図で、横軸は、入力部増幅器２５の入力を表わし、
縦軸は、Ｄ／Ａ変換器３２の出力（出力部３３の出力）
を表わしている。但し、関数式は、実施例に限定されな
い。このようにして、アナログ出力での出力値が要求さ
れる場合、出力電圧（出力部３３の出力）の範囲設定が
自動的に行われるため、製造出荷時の調整作業の工数削
減及び外部部品点数の削減が可能となる。

【００２９】また、Ｄ／Ａ変換器２８の出力電圧の最大
値を保証する必要のある場合（Ｄ／Ａ変換器２８の出力
電圧が、Ｄ／Ａ変換器２８より後段の回路の入力電圧の
上限によって制限されている場合）は、Ｄ／Ａ変換器２
８の電源電圧をその最大値に設定することで対応するこ
とができる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１記載のセンサー出力信号処理回
路は、点検時に点検時無信号基準値を更新することによ
って、センサーシステムの検知レベルを補正することが
できる。また、製造時無信号基準値と点検時無信号基準
値とを保持しているので、それらを比較することによっ
て、点検時無信号基準値の変化を検知することができ
る。

【００３１】請求項２記載のセンサー出力信号処理回路
は、無信号時の入力部増幅器の出力電圧を補正すること
ができるので、ノイズマージンを一定に保つことができ
検知信頼性を高めることができる。この場合、出荷時に
バックグラウンド値を記憶させる必要はない。

【００３２】請求項３記載のセンサー出力信号処理回路
は、バックグラウンド値が経時変化により変化してもセ
ンサー出力信号処理回路の最少出力値を一定に保つここ
とができる。また、飽和した入力部増幅器が出力する電
圧信号に、予め設定されたセンサー出力信号処理回路の
最大出力電圧値を対応させるので、センサー出力信号処
理回路の最大出力電圧値の調整が不要になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンサー出力信号処理回路の一実施例
を示す回路図である。

【図２】本発明のセンサー出力信号処理回路の異なる実
施例を示す回路図である。

【図３】本発明のセンサー出力信号処理回路のさらに異
なる実施例を示す回路図である。

【図４】本発明のセンサー出力信号処理回路の入力部増
幅器の出力と、出力部の出力との関係を表わす線図であ
る。

【図５】センサーシステムの構成の一例を示す構成図で
ある。

【図６】入力部増幅器が出力する電圧レベルと、検知対
象を検知する基準となる閾値電圧レベルとの関係を示す
線図である。

【符号の説明】

８，２３センサー９，２４センサー出力信号処理回路１０，２５入力部増幅器１３製造時EEPROM記憶部（製造時無信号基
準値記憶部）１４点検時EEPROM記憶部（点検時無信号基
準値記憶部）１９基準電源２８デジタル制御器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センサーの出力信号を処理するセンサー
出力信号処理回路であって、前記センサーが出力する電
圧信号を増幅する入力部増幅器を備え、検知対象が存在
しない場合の前記センサーの出力を受けて前記入力部増
幅器が出力する製造時のバックグラウンド値に対応し
た、製造時無信号基準値を保持する製造時無信号基準値
記憶部と、点検時の前記バックグラウンド値に対応した
点検時無信号基準値を保持する点検時無信号基準値記憶
部とを備え、点検時に前記点検時無信号基準値を更新し
て、前記センサーの検知レベルを補正すると共に、適
宜、前記製造時無信号基準値と、前記点検時無信号基準
値とを比較して、それらの値の差が所定値以上になった
場合に、その旨を知らせる信号を出力することを特徴と
するセンサー出力信号処理回路。
【請求項２】センサーの出力信号を処理するセンサー
出力信号処理回路であって、基準電源と、前記センサー
が出力する電圧信号を増幅する入力部増幅器とを備え、
電源投入時または点検時、前記基準電源が出力する基準
電圧を読み取り、検知対象が存在しない場合に前記入力
部増幅器が出力するバックグラウンド値に対応した、無
信号基準値が、前記基準電圧と等しくなるように、前記
入力部増幅器の出力電圧を調整し、前記センサーの検知
レベルを補正することを特徴とするセンサー出力信号処
理回路。
【請求項３】センサーの出力信号を処理するセンサー
出力信号処理回路であって、前記センサーが出力する電
圧信号を増幅する入力部増幅器と、前記入力部増幅器か
らの出力信号をデジタル信号として入力するデジタル制
御器とを備え、検知対象が存在しない場合に前記センサ
ーが出力する電圧信号に対応して予め設定された最小出
力電圧値がセンサー出力信号処理回路から出力されるよ
うに、また、前記入力部増幅器を飽和させ、飽和した前
記入力部増幅器が出力する電圧信号に対応して予め設定
された最大出力電圧値がセンサー出力信号処理回路から
出力されるように前記デジタル制御器で対応付けて、前
記センサーの検知レベルを補正することを特徴とするセ
ンサー出力信号処理回路。