煙探知器は、建物内で火災を早期に検知し、生命や財産への潜在的なリスクを軽減するために不可欠な装置です。しかし、煙探知機の誤報は日常生活において迷惑となることがあります。調理や浴室の蒸気から出る煙と、実際の火災を示す煙を区別できれば、誤報を大幅に減らすことができます。この記事では、煙警報器のテスト要件と、ADIが提供するような光センサー モジュールを煙警報器の設計に適用する方法について説明します。
煙感知器の誤作動を減らすと使用率が低下し、消火コストが増加する
今日の建物には、日常生活を楽にし、安全を確保するためのさまざまなセンサーが多数設置されています。環境センサーや、電気や暖房の調節などのスマートホームアプリケーションに加えて、安全関連のセンサーも重要な役割を果たします。その中には煙探知器も含まれています。煙探知器は必須であり、法律で義務付けられていますが、市販されている煙探知器の多くは、調理中の蒸気や水蒸気による誤報のリスクが高まるため、キッチンや浴室での使用には適していません。誤報は、ユーザーが煙探知器をオフにしたくなる原因となり、不必要な消防署の出動によって高額な費用が発生する可能性があるため、過小評価すべきではありません。
しかし、浴室やキッチンに煙探知機がないことは、特にキッチンでは火災が発生する可能性が高いため、深刻な問題です。現代のアパートではキッチンがリビングルームに一体化されていることが多いため、これはより大きなリスクをもたらします。合成建築材料を大量に使用した現代の環境では火災が急速に広がるため、正確な火災検知には、より細かく網目状の煙感知器ネットワークが重要です。
世界的に、規格では新しいテストでさまざまな種類の煙の検出を規定することにより、これらの新しい要件を満たそうとしています。地域によって規制は若干異なります。ヨーロッパではEN、北米ではUL、国際的にはISOが適用されます。ULは、2021年6月にリリースされる最新版 (UL 268: 第7版およびUL 217: 第8版) で、ハンバーガー迷惑警報テストと呼ばれる追加テストを導入しました。このテストでは、ハンバーガーパティの煙の規定濃度と、燃えるポリウレタンの規定濃度を区別する必要があります。このテストはキッチンでの誤報率を下げるのに役立つはずです。
ULのハンバーガー迷惑警報テスト
このハンバーガーの煙害テストは、実際の調理時の煙を再現するために作成されました。ハンバーガー迷惑警報テストの背後にある概念は単純ですが、現代の煙警報器でさえ、ハンバーガーのパティを特定の時間焼くという課題に直面しています。このプロセスでは、上昇する煙（定義された制限から開始）によって煙警報器が作動するかどうかがチェックされます。このテストは当然標準化されているため、すべての煙探知器を同一の条件下でテストできます。掩蔽測定値は基準として使用されます。このテストでは、直径10 cm ～ 15 cmの光線を持つ光源を約2 mの距離に設置します。光源としては、定義された波長589 nmの蒸気ランプが使用されます。ランプと検出器の間にある煙が光を遮ります。
煙による光線の遮蔽を禁煙室の基準信号と比較します。煙の密度と煙の濃度についての結論は、遮蔽に基づいて導き出すことができます。同じ粒子の場合、掩蔽量が多いほど、濃度が高くなります。当然、遮蔽は濃度だけでなく粒子の種類によっても変化します。これは散乱断面積に基づいており、粒子の種類によって大きく異なります。
暗くなる時間は、警報生成のための追加要素として役割を果たします。したがって、規格に従って、一定の時間制限が経過するか、参照システムで遮蔽限界に達した後にアラームがトリガーされます。したがって、ハンバーガー迷惑アラームは、ハンバーガーパティを焼いている間に、1.5%/ftを超える遮蔽に達するまでアラームが鳴ってはならないと規定されています。テストの第2部では、アームチェアのような実際の物体を模倣できるポリウレタンに火をつけます。煙感知器は、その違いを認識し、5%/ftの遮蔽で警報を発する必要があります。
これは非常に難しいことです。なぜなら、本物の火の煙と調理の煙の2種類の煙を区別するのが難しいからです。ただし、このテストはUL 217およびUL 268で定義されている多くのテストの1つにすぎません。ランダムな結果を排除し、検知器間の幅広い品質密度を保証するために、複数の同一の煙感知器もこのテストに合格する必要があります。
煙探知機がハンバーガー迷惑警報テストに合格する方法
現代の煙探知器のほとんどは光電式の動作原理を採用しています。ハンバーガー妨害試験では、光線が放射され、粒子によって反射されます。散乱は粒子の種類、粒子の濃度、散乱角度によって異なります。散乱信号に基づいて、煙感知器は警報を鳴らすかどうかを決定します。ハンバーガー迷惑警報テストに合格するには、検知器はハンバーガーの煙を他の種類の煙と区別できる高い信号対雑音比を備えている必要があります。
Analog DevicesのADPD188BI統合型光センサー モジュールは、煙探知機メーカーにこの困難なテストに合格できるテクノロジーを提供します。この新しい煙検知用統合モジュールは、波長470 nmの青色LEDと波長850 nmの赤外線LEDを含む2つの送信LEDを備えたハウジングで構成されており、両方のエミッターは左側のコンパートメント内に配置されます。フォトダイオードとアナログ フロント エンドは、ハウジングの右側部分にあります。LEDが光を発し、煙の粒子がその光をフォトダイオードに戻します。LEDドライバーは統合されており、内部タイムスロットによって切り替えられます。これらのタイムスロットにより、ユーザーはレジスタを常に書き換えることなく、フロントエンド全体のタイミングを調整できます。
アナログ フロント エンドは、電流-電圧コンバータと周囲光用のアナログ フィルタで構成されています。後者は、一定の周囲光用のバンドパス フィルターと、たとえば蛍光灯から放射されるような可変の周囲光用の積分器で構成されます。内蔵のアナログ-デジタル コンバーターが電圧をデジタル信号に変換します。
ADPD188BI煙センサー モジュールは、高い集積密度により、多くの利点があります。必要な外部コンポーネントがわずかであるため、システム全体をより簡単に調整できます。2色光波長検出では、各波長の個別測定に加えて比率形成も可能なため、誤報がさらに減少します。さらに、このモジュールは従来の検出器よりも小型で、消費電力も低くなっています。赤外線LEDの動作時の消費電力は約5 μW/Hzです。LEDとフォトダイオードをアナログ フロント エンドに完全に統合することで、煙警報器メーカーは1つのモジュール ソリューションを提供できるようになります。
ADPD188BIモジュールの高度な統合により、ハンバーガー妨害テストの成否が決まります。LEDは通常、固定電流での光度に関して部品間のばらつきが大きいため、従来は煙警報器の校正は煙警報器メーカーが行う必要がありました。LED光度対電流の傾きとオフセットをキャリブレーションすることで、すべてのLEDが同じように動作することが保証されます。LEDと完全な信号パスがADPD188BIに統合されているため、Analog Devicesはセンサー モジュールを事前に調整します。したがって、部品間のばらつきの広がりが低減されます。煙感知器メーカーは事前に調整されたモジュールを使用できるため、システム設計が容易になります。
アナログ・デバイセズが使用するキャリブレーション方法は、LEDの傾斜とオフセットのキャリブレーションを直接対象としています。このため、ADPD188BIは反射板の下に配置されます。反射された光は、内蔵フォトダイオードによって測定されます。スロープとオフセットは各ADPD188BIごとに個別に決定でき、キャリブレーション係数はチップの不揮発性メモリ、eFUSEレジスタに保存されます。これらの係数を読み出すことで、チップのばらつきを最小限に抑えることができます。つまり、アルゴリズムでアラームしきい値をより厳密に設定でき、誤報が減り、最終的にULテストに合格できるようになります。
煙検知用統合光学モジュール
ADIのADPD188BIは、光学デュアル波長技術を使用した煙検知用の完全な測光システムです。このモジュールには、高効率の測光フロントエンド、2つの発光ダイオード (LED)、および2つのフォトダイオード (PD) が統合されています。これらのアイテムは、光が煙検知室に入らずにLEDからフォトダイオードに直接伝わるのを防ぐカスタム パッケージに収納されています。
特定用途向け集積回路 (ASIC) のフロントエンドは、制御ブロック、20ビットのバースト アキュムレータを備えた14ビットのアナログ/デジタル コンバータ (ADC)、および3つの柔軟で個別に構成可能なLEDドライバで構成されています。制御回路には、柔軟なLED信号と同期検出が含まれます。アナログ フロント エンド (AFE) は、一般的に周囲光によって発生する変調干渉による信号オフセットや破損をクラス最高のレベルで除去します。データ出力と機能構成は、1.8 V I2Cインターフェイスまたはシリアル ペリフェラル インターフェイス (SPI) ポートを介して行われます。
ADPD188BIはUL-217エディション8/UL-568エディションをサポートします。7、EN-54、GB、およびISO規格。より高いSNRとダイナミック レンジを備えたデュアル波長検出を使用して迷惑アラームを低減し、3倍の低消費電力をサポートして、より小型で安価なバッテリーを実現します。統合型光モジュール (3.8mm x 5mm x 0.9mm、青色LED 1個、IR LED 1個、フォトダイオード2個) により、EMC設計が簡素化され、産業設計オプションの多様性が高まり、個別コンポーネントが75% 削減されます。最終テストでのループ校正により、煙探知器製品の校正の課題が軽減されます。
ADIは、煙およびエアロゾル検出アプリケーション用のEVAL-CHAMBERスモーク チャンバーとともにADPD188BI光モジュールを評価するための簡単な方法をユーザーに提供するEVAL-ADPD188BIZ-S2評価ボードも提供しています。評価システムは、EVAL-ADPD188BIZ-S2評価ボード、EVAL-ADPDUCZマイクロコントローラ ボード、オプションのEVAL-CHAMBERスモーク チャンバー、およびWavetool評価ソフトウェアのグラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI) で構成されています。このソフトウェアは、低レベルと高レベルの両方のコンフィギュレーション可能性、リアルタイムの周波数および時間領域分析、およびユーザー データグラム プロトコル (UDP) 転送機能をユーザーに提供するため、評価ボードはユーザー開発システムに簡単にインターフェイスできます。
結論
新たに導入されたハンバーガーの有害性テストは、焦げたハンバーガーのパティから出る煙の粒子が通常の煙とそれほど変わらないため、合格するのが非常に困難です。したがって、煙センサーは、ハンバーガーのパティの煙と他の種類の煙を区別するために、高い信号対雑音比を必要とします。これには、センサー部品間のばらつきが少ないことが決定的な役割を果たします。測定とテストはより確実に完了し、合格します。これにより、最終アプリケーションで生成される誤報が少なくなります。アナログ・デバイセズは、煙検知用の新しい統合型光学モジュールADPD188BIにより、高い信号対雑音比と2色検出機能を備えているだけでなく、部品間のばらつきを最小限に抑え、設計とアルゴリズム開発を簡素化する高感度の統合型センサー モジュールを提供します。これは、新しい煙感知器を開発するための理想的なソリューションとなります。