專利名稱：：火災(zāi)警報系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及火災(zāi)警報系統(tǒng)，更具體地，涉及這樣的火災(zāi)警報系統(tǒng)，其通過使用聲波來估計(jì)監(jiān)測空間中的煙濃度，并基于該煙濃度確定存在還是不存在火災(zāi)。
背景技術(shù)：
：日本專利申請公開2005-258747公開了一種使用聲波的火災(zāi)警報系統(tǒng)。這個系統(tǒng)估計(jì)在監(jiān)測空間中存在的煙的濃度和監(jiān)測空間的溫度，并基于在通過監(jiān)測空間而接收從聲源發(fā)出的聲波時的聲壓的波動、以及直到接收到所述聲波的時刻的波動，來確定存在還是不存在火災(zāi)。然而，由于用于接收聲波的傳感器的隨著時間經(jīng)過的變化、以及取決于溫度和濕度的特性變化，所接收到的聲壓經(jīng)歷了很多變化。因此，已經(jīng)不可能區(qū)分所述聲壓的這個變化與取決于在監(jiān)測空間中存在的煙的聲壓的衰減，且基于接收到的聲波的聲壓來估計(jì)煙濃度的系統(tǒng)存在這樣的問題，即，不可能精確地檢測所述衰減。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目地是即使聲波的特性和用于接收聲波的元件發(fā)生變化，也精確地檢測在監(jiān)測空間中的煙濃度，并傳送可靠的火災(zāi)警報。本發(fā)明的火災(zāi)警報系統(tǒng)包括發(fā)送聲波的聲波生成器；聲波檢測器，其被設(shè)置為介于其自身與所述聲波生成器之間的監(jiān)測空間內(nèi)，所述聲波檢測器檢測經(jīng)由監(jiān)測空間從所述聲波生成器發(fā)送的聲波；控制器，其被配置為控制所述聲波生成器和所述聲波檢測器；以及處理電路，其被配置為處理由所述聲波檢測器檢測的輸出。所述處理電路包括基于所述輸出檢測聲壓的聲壓檢測器、用于估計(jì)在所述監(jiān)測空間內(nèi)存在的煙濃度的煙濃度估計(jì)器、以及被配置為當(dāng)由所述煙濃度估計(jì)器估計(jì)的煙濃度超過預(yù)定的閾值時傳送火災(zāi)警報的火災(zāi)警報器件。所述聲波生成器和所述聲波檢測器位于監(jiān)測空間內(nèi)，以便形成用于將聲波從所述聲波生成器傳播到所述聲波檢測器的第一和第二傳播路徑。并且，所述第一和第二傳播路徑具有相互不同的長度。所述處理電路包括計(jì)算部件，用于計(jì)算第一聲壓和第二聲壓之間的聲壓比，其中，所述第一聲壓是經(jīng)由第一傳播路徑傳播的聲波的聲壓，所述第二聲壓是經(jīng)由第二傳播路徑傳播的聲波的聲壓。所述煙濃度估計(jì)器被配置為計(jì)算由所述計(jì)算部件計(jì)算的聲壓比與預(yù)定的平均聲壓比之間的變化率，并基于預(yù)定的關(guān)系表達(dá)式，由所述變化率確定所述煙濃度，所述關(guān)系表達(dá)式描述與所述煙濃度有關(guān)的所述變化率。即使由于隨著時間的經(jīng)過的所述聲波生成元件和波接收元件的變化引起從組成所述生成器的聲波生成元件發(fā)送的聲波的聲壓的變化，以及組成聲波檢測器的波接收元件的敏感度的變化，這些變化也同等地影響第一和第二聲波。于是，這些變化不影響由所述計(jì)算部件計(jì)算的聲壓比。因此，所述火災(zāi)警報系統(tǒng)可以計(jì)算由所述計(jì)算部件計(jì)算的聲壓比與預(yù)定的平均聲壓比之間的變化率，并可以基于描述與煙濃度有關(guān)的變化率的預(yù)定的關(guān)系表達(dá)式，由所述煙濃度估計(jì)器估計(jì)煙濃度。結(jié)果，可以防止非傳送火災(zāi)警報(錯誤警報)和丟失警報(即，信號太小以至于不能傳送火災(zāi)警報)，從而獲得可靠的火災(zāi)警報系統(tǒng)。在本發(fā)明的火災(zāi)警報系統(tǒng)中，優(yōu)選地，添加了這樣的功能，其用于確定在監(jiān)測空間中存在的懸浮顆粒的類型，并對應(yīng)于所述類型精確地估計(jì)濃度。在這種情況下，所述生成器被配置為發(fā)送具有相互不同的第一和第二頻率成分的單個聲波。并且，所述處理電路包括用于分離所述第一和第二頻率成分的分離部件。所述聲壓檢測器被配置為分別檢測關(guān)于第一和第二頻率成分的聲壓。所述處理電路包括顆粒估計(jì)器，其基于由所述計(jì)算部件輸出的聲壓比來估計(jì)懸浮顆粒的類型。所述顆粒估計(jì)器被配置為計(jì)算第一變化率和第二變化率之間的相對變化率，所述第一和第二變化率是分別參考所述第一和第二頻率成分而被計(jì)算出的。另一方面，所述處理電路包括用于存儲相對變化率表和濃度表的存儲器，所述相對變化率表具有與懸浮顆粒的不同類型相對應(yīng)的不同相對變化率，所述濃度表具有對應(yīng)于不同的第一變化率的不同煙濃度。所述顆粒估計(jì)器被配置為估計(jì)所述相對變化率表中的與相對變化率相對應(yīng)的懸浮顆粒的類型。所述煙濃度估計(jì)器被配置為如果懸浮顆粒的類型是煙，則估計(jì)濃度表中的與所述第一變化率相對應(yīng)的煙濃度。在這個配置中，通過利用具有多個頻率成分的單個聲波，可以確定懸浮顆粒的類型，并且，如果所述懸浮顆粒的類型是煙，則可以精確地估計(jì)煙濃度，于是，相比用來從生成器發(fā)送多個聲波的配置，該配置的成本降低了。另外，通過從生成器同時發(fā)送的單個聲波中提取多個頻率成分的提取強(qiáng)度(聲壓)，這個配置不會受到當(dāng)每個聲波被發(fā)送時的聲壓之間產(chǎn)生的擴(kuò)散的影響，并可以提高懸浮顆粒的類型和濃度的估計(jì)準(zhǔn)確性。優(yōu)選地，所述生成器被配置用于生成單脈沖的聲波。在所述單脈沖的聲波中，頻率成分的強(qiáng)度之間存在很少差異，且所述聲波具有這樣的功率譜，其被成形使得功率被分布在相對較寬的頻率范圍內(nèi)，于是，在用于提取頻率成分的部件中，存在很少的強(qiáng)度之間的差異，而且可以提取頻率成分的相對較寬范圍內(nèi)的強(qiáng)度，并可以精確地估計(jì)所述懸浮顆粒的類型。優(yōu)選地，所述分離部件包括頻率濾波器，其分別使第一和第二頻率成分的聲波通過，并且，所述計(jì)算部件被配置為計(jì)算與通過所述頻率濾波器的第一和第二頻率成分的聲波有關(guān)的聲壓比。在這種情況下，例如，相比對從波接收元件輸出的時間序列數(shù)據(jù)執(zhí)行快速傅立葉變換、并提取每個頻率成分的強(qiáng)度的配置，信號處理的負(fù)載可降低。在本發(fā)明的火災(zāi)警報系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述生成器包括單個波生成元件，并且，所述聲波檢測器包括單個波接收元件。在相關(guān)的情況下，優(yōu)選地，使用第一反射器和第二反射器，且在位于所述波生成元件一側(cè)的第一反射器和位于波接收元件一側(cè)的第二反射器之間形成所述第一和第二傳播路徑。在這個情況下，所述第一傳播路徑被設(shè)置為所述波生成元件和所述波接收元件之間的最短直線路徑，而所述第二傳播路徑被設(shè)置為反射路徑，經(jīng)由其，從所述波生成元件發(fā)送的聲波被所述第二反射器和第一反射器反射，并被導(dǎo)向波接收元件。在這個配置中，在使用單個波生成元件和單個波接收元件的同時，所述聲波被第一反射器和第二反射器反射，于是，將所述聲波經(jīng)由對應(yīng)于反射次數(shù)的具有相互不同長度的傳播路徑傳播到單個波接收元件變得可能，隨后，可以計(jì)算所述聲壓比。另外，因?yàn)槟軌蛴?jì)算關(guān)于所述生成器同時發(fā)送出的聲波的聲壓比，所以，計(jì)算出的聲壓比不受取決于驅(qū)動所述生成器的時刻的聲壓的擴(kuò)散的影響，并可以獲得精確的火災(zāi)確定。而且，通過使用所述反射器，可以在最小的尺寸內(nèi)部獲得具有相互不同長度的傳播路徑，并可減小火災(zāi)傳感器的尺寸。在本發(fā)明的火災(zāi)警報系統(tǒng)中，優(yōu)選地，添加了用于校正取決于氣溫、濕度和大氣壓等的環(huán)境變化的所述聲壓比的變化的功能。因此，所述處理電路包括用于測量氣溫、濕度和大氣壓中的至少一個參數(shù)的參數(shù)測量部件；以及環(huán)境變化校正部件，其基于所述參數(shù)，校正取決于環(huán)境變化的所述聲壓比的變化，且通過基于由一個或多個這些參數(shù)表示的校正關(guān)系表達(dá)式校正所述聲壓比，可以消除環(huán)境變化的影響，并更大地提高所述濃度的估計(jì)精度。在相關(guān)的情況下，所述環(huán)境變化校正部件被配置用于基于聲速，校正取決于環(huán)境變化的所述聲壓比的變化，所述聲速顯示了作為上面提到的參數(shù)之一的氣溫和濕度。在這種情況下，所述處理電路被配置用于通過將第一傳播路徑的長度除以檢測到第一聲壓的時刻與驅(qū)動生成器的時刻之間的時間差，來測量聲速。通過使用這個系統(tǒng)，可以在沒有添加新元件的情況下測量所述聲速。例如，當(dāng)大氣壓恒定時，可基于溫度測量部件獲得的氣溫和所述聲速來計(jì)算濕度。可通過利用對所述環(huán)境變化產(chǎn)生了相對較大的影響的氣溫和濕度作為所述參數(shù)，來校正聲壓比的變化。在本發(fā)明的火災(zāi)警報系統(tǒng)中，優(yōu)選地，添加了用于校正取決于第一和第二反射器的反射性能隨著時間經(jīng)過的變化的所述聲壓比的變化的功能。因此，所述火災(zāi)警報系統(tǒng)被配置用于檢測分別在第一和第二反射器之間形成的第一傳播路徑、第二傳播路徑和第三傳播路徑中的聲壓。經(jīng)由第二傳播路徑傳播到波接收元件的聲波的反射次數(shù)多于經(jīng)由第一傳播路徑傳播到波接收元件的聲波的反射次數(shù)。而經(jīng)由第二傳播路徑傳播的聲波的反射次數(shù)少于經(jīng)由第三傳播路徑傳播到波接收元件的聲波的反射次數(shù)。所述處理電路包括反射變化計(jì)算部件，用于針對關(guān)于反射器中反射性能的默認(rèn)值來計(jì)算相對變化率；以及反射變化校正部件，用于基于所述相對變化率校正聲壓比。所述反射變化計(jì)算部件被配置用于基于在反射次數(shù)方面相互不同的、通過接收經(jīng)由第一傳播路徑傳播的聲波而獲得的第一聲壓、通過接收經(jīng)由第二傳播路徑傳播的聲波而獲得的第二聲壓、以及通過接收經(jīng)由第三傳播路徑傳播的聲波而獲得的第三聲壓之間的聲壓比，來計(jì)算相對變化率。在這個配置中，測量了經(jīng)由具有相互不同長度的傳播路徑的第一、第二和第三聲波的聲壓。將第一和第二聲壓之間的比與第一和第三聲壓之間的比進(jìn)行比較，當(dāng)所述反射器的反射率變化時，反射次數(shù)相互不同，且影響程度也不同。因此，能夠針對默認(rèn)值(所述聲壓比中包含的值)計(jì)算相對變化，且能夠通過基于這個反射變化校正第一和第二聲壓之間的比，來精確地估計(jì)煙濃度。在本發(fā)明中，公開了實(shí)現(xiàn)估計(jì)在監(jiān)測空間中存在的懸浮顆粒的類型、并精確地確定對應(yīng)于所述類型的濃度的功能的其他系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，所述生成器被配置用于分別發(fā)送具有相互不同的第一和第二頻率的聲波。所述處理電路包括顆粒估計(jì)器，其基于由所述計(jì)算部件輸出的聲壓比估計(jì)懸浮顆粒的類型。所述顆粒估計(jì)器被配置用于計(jì)算第一變化率和第二變化率之間的相對變化率，所述第一和第二變化率是分別參考所述第一和第二頻率的聲波計(jì)算的。在這個系統(tǒng)中，所述處理電路還包括用于存儲相對變化率表和濃度表的存儲器，所述相對變化率表具有對應(yīng)于懸浮顆粒的不同類型的不同相對變化率，所述濃度表具有對應(yīng)于不同的第一變化率的不同煙濃度。所述顆粒估計(jì)器被配置用于估計(jì)所述相對變化率表中的對應(yīng)于相對變化率的懸浮顆粒的類型。所述煙濃度估計(jì)器被配置用于如果懸浮顆粒的類型是煙，則估計(jì)濃度表中的對應(yīng)于所述第一變化率的煙濃度。優(yōu)選地，上面提到的系統(tǒng)中的所述生成器包括單個聲源。所述控制器被配置用于驅(qū)動所述聲源，以便從聲源順序地發(fā)送具有相互不同的第一和第二頻率的聲波。在這種情況下，所述計(jì)算部件使所述控制器同步，并被配置用于分別計(jì)算來自聲波檢測器的、與具有第一和第二頻率的聲波相關(guān)的聲壓比。因此，通過利用所述單個聲源，聲波的輸出部件的配置變得簡單，且允許減小尺寸。在本發(fā)明的火災(zāi)警報系統(tǒng)中，優(yōu)選地，第一和第二反射器中的每一個具有關(guān)于所述波生成元件和所述波接收元件而被形成為凹面的反射面，所述波生成元件和所述波接收元件分別位于可以面向第一和第二反射器的位置。并且，優(yōu)選地，所述反射器被配置用于在波生成或波接收元件中收集聲波，且所述波生成元件和所述波接收元件分別位于第一和第二反射器的反射面的外露部分。在這個配置中，即使聲波在反射面中重復(fù)反射，聲波也很難散射，這樣可以防止取決于所述生成器和波接收元件之間的聲波的散射的聲壓減小。因此，當(dāng)監(jiān)測空間中沒有煙顆粒時，在波接收元件中接收到的聲波的聲壓仍可以被高度地保持。波接收元件輸出的變化量與煙濃度的變化量之比變得相對較大，并且，還有一個優(yōu)勢是改善了信噪比。優(yōu)選地，本發(fā)明中，所述第一和第二反射器位于一對防擴(kuò)散板之間，且在第一和第二反射器的高度方向的末端，利用所述防擴(kuò)散板阻隔監(jiān)測空間。所述波生成元件位于第一反射器長度方向的中間部分，且在第一反射器的中間部分，波生成元件的一個生成面被配置用于覆蓋第一反射器的整個高度方向?？梢苑乐乖诘谝缓偷诙瓷涿嬷g傳播的聲波從這些反射器之間形成的傳播路徑離開、且聲壓減小。所述信噪比可以被高度地保持，且可以實(shí)現(xiàn)精確地確定所述煙濃度的聲壓比。現(xiàn)在，將進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。參考以下細(xì)節(jié)描述和附圖，可以更好地理解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢，附圖中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的火災(zāi)警報系統(tǒng)的示意圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的在火災(zāi)警報系統(tǒng)中使用的檢測單元的透視圖；圖3A、3B和3C是顯示本發(fā)明的基本原理的示意圖；圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的火災(zāi)警報系統(tǒng)的用于估計(jì)顆粒的類型的方法的圖；圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的火災(zāi)警報系統(tǒng)的用于估計(jì)每個類型的顆粒的濃度的方法的圖；圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的火災(zāi)警報系統(tǒng)的操作的流程圖；圖7是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的火災(zāi)警報系統(tǒng)的檢測單元的具有不同長度的傳播路徑的示意圖；圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的火災(zāi)警報系統(tǒng)的通過具有不同長度的傳播路徑接收到的超聲波的示意圖；圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)在火災(zāi)警報系統(tǒng)中使用的聲波生成器的波生成元件的示例的截面圖10是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的由火災(zāi)警報系統(tǒng)的波生成元件生成具有多個頻率的超聲波的方法的示例的圖示；圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)在火災(zāi)警報系統(tǒng)中使用的聲波檢測器的波接收元件的示例的透視圖；圖12是圖11所示的波接收元件的截面圖；圖13是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的在火災(zāi)警報系統(tǒng)中使用的其他波接收元件的截面圖；圖14是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的在火災(zāi)警報系統(tǒng)中使用的其他檢測元件的示意圖；圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的火災(zāi)警報系統(tǒng)的示意圖；圖16A和16B是說明當(dāng)使用從波生成元件輸出的單脈沖時操作的示意圖；圖17A和17B是說明圖16A和16B所示的在波接收元件中檢測到的單脈沖的頻率分離的示意圖；圖18是用于圖17A和17B所示的分離頻率的分離部件的示意圖；以及圖19是說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的由在火災(zāi)警報系統(tǒng)中使用的聲速測量部件來測量聲速的波形圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的火災(zāi)警報系統(tǒng)利用超聲波來測量作為在監(jiān)測空間中存在的懸浮顆粒的煙的濃度，并且，當(dāng)煙濃度超過預(yù)定的閾值時，傳送火災(zāi)警報。所述火災(zāi)警報系統(tǒng)被配置用于基于分別經(jīng)由具有相互不同長度的傳播路徑傳播的聲波的聲壓之間的聲壓比，來估計(jì)所述煙濃度。在下面描述的實(shí)施例中，說明了被附在建筑物的室內(nèi)天花板上的單個火災(zāi)傳感器實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的火災(zāi)警報系統(tǒng)的情況。但本發(fā)明不局限于這種情況，還包括火災(zāi)傳感器以及經(jīng)由無線或有線方式與該火災(zāi)傳感器通信的主站實(shí)現(xiàn)所述火災(zāi)警報系統(tǒng)的情況。(第一實(shí)施例)如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的火災(zāi)警報系統(tǒng)包括發(fā)送超聲波的聲波生成器20、聲波檢測器30、控制聲波生成器20和聲波檢測器30的控制器40、以及處理電路100。所述處理電路100處理由聲波檢測器30檢測到的輸出，并且，估計(jì)煙濃度并傳送火災(zāi)警報。然后，被附在建筑物的室內(nèi)的火災(zāi)傳感器配備有這些生成器、檢測器、控制器和電路。所述生成器和聲波檢測器分別包括單個波生成元件20和單個波接收元件30。通過將元件20,30兩者與第一和第二反射器50、60組合，而組成檢測單元10。所述第一和第二反射器50,60被定位為相互分離預(yù)定距離，并在第一和第二反射器50、60之間設(shè)置監(jiān)測空間。所述波生成元件20位于第一反射器50的長度方向的中間部分，并且，波接收元件30位于第二反射器60的長度方向的中間部分。因此，在所述兩個元件20、30之間設(shè)置用于傳播聲波的具有相互不同長度的傳播路徑。換言之，得到了第一傳播路徑Ll和第二傳播路徑L2，其中，經(jīng)由第一傳播路徑Li，將從波生成元件20發(fā)送的聲波直接傳播到波接收元件30，經(jīng)由第二傳播路徑L2，從波生成元件20發(fā)送的聲波在被第二反射器60和第一反射器50反射之后傳播到波接收元件30。所述控制器40通過與從波生成元件20發(fā)送的聲波的輸出定時同步、并驅(qū)動波接收元件30，檢測經(jīng)由第一傳播路徑傳播的聲波和經(jīng)由第二傳播路徑傳播的聲波。所述控制器40包括控制波生成元件20以便間歇地發(fā)送超聲波的電路、以及進(jìn)行控制以便與聲波經(jīng)由第一和第二傳播路徑到達(dá)波接收元件30的定時同步并將輸出發(fā)送到所述處理電路100的電路。如圖2所示，所述檢測單元10包括一對防擴(kuò)散板12、12以及位于防擴(kuò)散板之間的第一和第二反射器50、60。由這些組件包圍的空間被設(shè)置為監(jiān)測空間。所述第一和第二反射器50、60中的每一個都具有統(tǒng)一的高度，且彼此面對的每個反射面被形成為凹面。所述第一和第二反射器50、60分別將聲波朝向波接收元件30和波生成元件20的側(cè)面反射。所述波生成元件20位于第一反射器50的中間部分，使得自身的高度覆蓋了第一反射器50的整個高度方向。沿著所述檢測單元10的高度方向擴(kuò)散的聲波被所述防擴(kuò)散板12、12攔截。所述檢測單元10在每個反射器的長度方向的兩個末端打開，并且，外部大氣經(jīng)由這些開口被引入所述監(jiān)測空間。所述處理電路100被配置用于基于波接收元件30檢測到的輸出來估計(jì)所述監(jiān)測空間中存在的煙的濃度，并確定存在還是不存在火災(zāi)。在說明所述處理電路100的具體配置之前，將參考圖3A、3B和3C來說明本發(fā)明的基本原理，S卩，基于經(jīng)由具有不同長度的傳播路徑、在波接收元件中檢測到的不同聲壓之間的聲壓比，來估計(jì)煙濃度。如圖3A所示，如果使用所述火災(zāi)傳感器的大氣環(huán)境(例如，氣溫、濕度和大氣壓)處于常態(tài)，且所述波生成元件和波接收元件處于默認(rèn)條件(其中，不產(chǎn)生隨時間的經(jīng)過的變化，且懸浮顆粒(包括煙顆粒)未進(jìn)入所述監(jiān)測空間)，則分別經(jīng)由具有不同長度LpL2的傳播路徑而傳播到波接收元件30的聲波顯示出不同的聲壓P1(l、P200因?yàn)槁晧号c傳播路徑的長度成比例地減小，所以，經(jīng)由具有長度L2的傳播路徑傳播的超聲波的聲壓P2tl與經(jīng)由長度1^(<1^2)的傳播路徑傳播的超聲波的聲壓Pltl相比而變低，且默認(rèn)的聲壓比Rtl變?yōu)?Rtl—Ρ2θ/Ρθ)0如果由于波生成元件20和波接收元件30隨著時間的經(jīng)過的變化引起特性變化，且在監(jiān)測空間中不存在懸浮顆粒(包括煙顆粒)，則如圖3Β所示的經(jīng)由具有長度L1的傳播路徑傳播的超聲波的聲壓P11和經(jīng)由具有長度L2的傳播路徑傳播的超聲波的聲壓P21與圖3Α所示的聲壓(Ρ10、Ρ20)相比分別變低，但聲壓比R1(即，Ρ21/Ρη)等于默認(rèn)的聲壓比禮。換言之，由于波生成元件20和波接收元件30隨時間的經(jīng)過的變化所引起的特性變化不影響聲壓比R1。另一方面，如果煙顆粒(或其他懸浮顆粒)進(jìn)入波生成元件20和波接收元件30之間的監(jiān)測空間，則不僅如圖3C所示的經(jīng)由具有長度L1的傳播路徑傳播的超聲波的聲壓Pls和經(jīng)由具有長度L2的傳播路徑傳播的超聲波的聲壓P2s與圖3Α和3Β所示的值相比變低，而且聲壓比(Rs=P2s/Pls)也改變。換言之，因?yàn)樵诓ń邮赵?0中檢測到的聲壓的損失取決于超聲波的傳播距離、以及在煙顆粒進(jìn)入監(jiān)測空間中的情況下的監(jiān)測空間中的煙濃度，所以，所述聲壓比Rs對應(yīng)于長度U、L2的差(L2-L1K以及監(jiān)測空間中的煙濃度，從默認(rèn)的聲壓比Rtl變化。這個聲壓比的變化量顯示出監(jiān)測空間中的煙濃度。具體地說明，如果/m]是上述監(jiān)測空間中的消光系統(tǒng)的煙濃度，α是每1[m]的超聲波對煙濃度/m]的損失比，則經(jīng)由長度L1傳播的超聲波的聲壓Pls可以被表示為PlsNP10I(1-α·CL1)，而經(jīng)由長度L2傳播的超聲波的聲壓P2s可以被表示為P2sNP20(1-α·α2)，并且，從默認(rèn)的聲壓比Rtl到聲壓ttRs(=P2s/Pls)的變化量(R0-Rs)可以由如下的方程表示R0-Rs=R0‘α‘C(L2-L1)Zd-Q‘L1)這時，如果α·L1充分小于1，則其變?yōu)镽0-Rs=R0·α·C(L2-L1)。隨后，從默認(rèn)的聲壓比Rtl到聲壓比Rs的變化量(R0-Rs)由與長度的差(L2-L1)和監(jiān)測空間中的煙濃度C成比例的方程表示。因此，如果知道了α、1^和L2,則可以基于從默認(rèn)的聲壓比Rtl到聲壓比Rs的變化量(Rq-Rs)來估計(jì)監(jiān)測空間中的煙濃度C[%/m]?；蛘?，可以基于將從默認(rèn)的聲壓比Rtl到聲壓比Rs的變化量除以默認(rèn)的聲壓比Rtl得到的變化值(Rq-Rs)/Rq來估計(jì)所述煙濃度。換言之，在本發(fā)明中，這樣的變化量(Rtl-Rs)和變化值(Rtl-Rs)/Rtl被用作變化率，且基于這個變化率來估計(jì)煙濃度。作為所述系統(tǒng)的特性值的默認(rèn)的聲壓比Rtl被存儲在處理電路100的存儲器200中。在下文中，將詳細(xì)說明處理電路100。如圖1所示，所述處理電路100包括聲壓檢測器110，用于基于波接收元件30檢測到的輸出來檢測聲壓；計(jì)算部件120，用于計(jì)算經(jīng)過第一傳播路徑(長度L1)傳播的聲波的第一聲壓、以及經(jīng)過第二傳播路徑(長度L2)傳播的聲波的第二聲壓之間的比；聲壓比校正部件130，用于校正隨著周圍環(huán)境的空氣的變化、以及第一和第二反射器50、60的反射性能的變化而產(chǎn)生的聲壓比；聲壓比變化率計(jì)算部件160，用于計(jì)算從默認(rèn)的聲壓比Rtl到計(jì)算出的聲壓比Rs之間的變化；顆粒估計(jì)器170，用于基于聲壓比的變化率來估計(jì)懸浮顆粒的類型；煙濃度估計(jì)器180，用于估計(jì)所估計(jì)出的顆粒的濃度；以及火災(zāi)警報部件190，如果所估計(jì)出的煙濃度超過了預(yù)定的閾值，則確定火災(zāi)存在，并生成火災(zāi)警報信號。這個火災(zāi)警報信號被發(fā)送到控制器40。然后，所述控制器40生成驅(qū)動信號，其使得波生成元件20在接收到這個火災(zāi)警報信號時，生成具有可聽區(qū)間的頻率的警報聲。因此，可在沒有單獨(dú)附加揚(yáng)聲器的情況下產(chǎn)生蜂鳴聲。這個火災(zāi)警報信號也被發(fā)送到外部警報系統(tǒng)，隨后，在除火災(zāi)地點(diǎn)以外的地方也發(fā)出警告。下面描述所述聲壓比校正部件130。在下文中，將說明基于校正過的聲壓比來確定火災(zāi)的存在性的處理。所述聲壓比變化率計(jì)算部件160基于存儲在存儲器200中的默認(rèn)的聲壓比Rtl和當(dāng)前的聲壓比民來計(jì)算變化率(V=(Rtl-RsVRtl),然后，將這個變化率輸出到顆粒估計(jì)器170。例如，如果第一和第二反射器50、60中的每一個被形成為半徑是150mm的凹面，且所述波生成元件20與波接收元件30之間的間隔是150mm，則默認(rèn)的聲壓比Rtl隨著所使用的超聲波的頻率而變化，并被設(shè)置為表1所示的值。[表1]<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在存儲器200中，也存儲了顯示分別對應(yīng)于幾種類型的懸浮顆粒(例如，蒸汽、黑煙和白煙)的相對變化率(VR)的數(shù)據(jù)。所述相對變化率(VR)是在每種懸浮顆粒的濃度為1%/m的環(huán)境下，通過使用標(biāo)準(zhǔn)頻率(例如，82kHz)的超聲波計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)變化率V82與通過使用預(yù)定頻率(例如，20kHz或54kHz)的超聲波計(jì)算出的變化率V2tl之間的比。關(guān)于一些有用頻率預(yù)期地計(jì)算出如以下表2所示的這樣的數(shù)據(jù)，其也可以由圖4的圖來表示。[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>當(dāng)所述顆粒估計(jì)器170估計(jì)懸浮顆粒的類型時，需要分別計(jì)算在利用標(biāo)準(zhǔn)頻率的超聲波時的變化率V82、以及在使用不同于標(biāo)準(zhǔn)頻率的特定頻率(例如，20kHz)的超聲波時的變化率\0。因此，所述波生成元件20被配置用于通過順序地控制所述控制器來發(fā)送具有相互不同的頻率的聲波。所述顆粒估計(jì)器170計(jì)算相對變化率(VR=V20/V82)，它是通過使用標(biāo)準(zhǔn)頻率的超聲波測量的實(shí)際變化率、與通過使用具有不同于所述標(biāo)準(zhǔn)頻率的特定頻率的超聲波計(jì)算的變化率之間的比。然后，所述顆粒估計(jì)器170參考相對變化率表，并將測量的顆粒的類型估計(jì)為在特定的頻率處(這里是20kHz)顯示出最接近于表中實(shí)際計(jì)算出的相對變化率VR的值的懸浮顆粒的類型。另外，如以下表3所示，密度參考表被存儲在存儲器200中。所述密度參考表顯示出分別與幾個頻率(例如，82kHz、20kHz)的懸浮顆粒的類型相對應(yīng)的單位變化率(每密度1%/m的變化率)。所述煙濃度估計(jì)器180參考對應(yīng)于估計(jì)出的顆粒類型的單位變化率，并估計(jì)煙濃度。[表3]<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>存儲在密度參考表中的數(shù)據(jù)由圖5中示出的圖來表示。所述煙濃度估計(jì)器180計(jì)算在標(biāo)準(zhǔn)頻率中測量的實(shí)際變化率與從所述密度參考表獲得的標(biāo)準(zhǔn)頻率(這里是82kHz)的單位變化率(每密度1%/m的變化率)之間的比，且這個比被估計(jì)為所述煙濃度。如果煙的類型是黑煙或白煙，且所述濃度超過預(yù)定的閾值(例如，10%/m)，則火災(zāi)警報部件確定火災(zāi)的存在、并輸出火災(zāi)警報。上面提到的執(zhí)行在圖6的流程圖中被顯示?？梢詫⑷我忸l率用于上面提到的標(biāo)準(zhǔn)頻率和特定頻率，且在估計(jì)所述濃度時所取決的頻率不局限于所述標(biāo)準(zhǔn)頻率，且還可以使用特定頻率中的變化率。而且，也可以基于在一個或多個頻率中計(jì)算的濃度的平均值來估計(jì)所述濃度。在本實(shí)施例中，使用了具有上面提到的配置的顆粒估計(jì)器170。但是，本發(fā)明的火災(zāi)警報系統(tǒng)包括這樣配置的部件并不是必不可少的條件，并且，也可以通過聲壓比變化率計(jì)算部件160的輸出來估計(jì)所述煙濃度。換言之，如圖5所示，可以指定火災(zāi)的黑煙或白煙顯示了相互接近的單位變化率。并且，與火災(zāi)不相關(guān)的蒸汽的單位變化率與黑煙和白煙相比顯示出相當(dāng)高的值。于是，如果火災(zāi)警報系統(tǒng)不位于產(chǎn)生蒸汽多到輸出火災(zāi)警報的程度的地方(例如，浴室或廚房)，則可以省略所述顆粒估計(jì)器。在這種情況下，可以通過選擇所述單位變化率的平均值或代表值，來估計(jì)可指定火災(zāi)的白煙和黑煙的濃度。所述聲壓比校正部件130包括環(huán)境變化校正單元140和反射率校正單元150。所述環(huán)境變化校正單元140考慮與周圍環(huán)境空氣的變化相關(guān)聯(lián)的超聲波吸收損耗的變化，來校正聲壓比。所述反射率校正單元150校正隨著第一和第二反射器50、60的反射性能的變化而產(chǎn)生的聲壓比。所述環(huán)境變化校正單元140與溫度測量部件142、濕度測量部件144和大氣壓測量部件146—起使用。所述環(huán)境變化校正單元140接收由這些部件測量的溫度、濕度和大氣壓作為大氣參數(shù)。然后，所述環(huán)境變化校正單元140通過利用這些參數(shù)中的至少一個來校正聲壓比。另一方面，所述反射率校正單元150基于反射變化校正部件152計(jì)算的反射率來校正聲壓比。本發(fā)明的火災(zāi)警報系統(tǒng)包括所述聲壓比校正部件130并不是必不可少的條件。但是為了獲得更高精度的火災(zāi)檢測，這是有用的。而且，優(yōu)選地，使用環(huán)境變化校正單元140和反射率校正單元150中的至少一個。(環(huán)境變化校正單元140的說明)首先，說明所述環(huán)境變化校正單元140對聲壓比的校正。即使不存在煙，在監(jiān)測空間中，也會與大氣環(huán)境(溫度、濕度和大氣壓)的變化相關(guān)聯(lián)地產(chǎn)生從波生成元件20發(fā)送的聲波在空氣中的吸收損耗、以及該聲波的擴(kuò)散狀態(tài)的變化。因?yàn)閭鞑ヂ窂椒謩e具有不同的長度，所以，第一聲壓和第二聲壓分別顯示了不同的變化。所述第一聲壓是經(jīng)由第一傳播路徑從波生成元件20直接傳播到波接收元件30的第一聲波的聲壓。所述第二聲壓是被反射器50、60反射并傳播到波接收元件的第二聲波的聲壓。與空氣中的吸收損耗相關(guān)聯(lián)的聲壓變化率B由以下方程1表示，其中χ表示傳播路徑的長度，α^表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣的吸收損耗因子，以及α工表示空氣狀態(tài)變化之后的吸收損耗因子。[方程1]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>這里，經(jīng)過上面提到的吸收損耗的第一和第二聲波之間聲壓比的變化率BR可以由以下方程2表示，其中，L表示第一聲波的第一傳播路徑的長度，3L表示由反射器的反射獲得的第二聲波的第二傳播路徑的長度。[方程2]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>因此，聲壓比變化了上面提到的聲壓比的變化率BR，其與空氣中的吸收損耗的變化相關(guān)聯(lián)。這里，已知吸收損耗因子由作為介質(zhì)的氣溫、濕度、大氣壓和聲波的頻率的函數(shù)表示。因?yàn)槁暡ǖ念l率由控制器確定，所以，可以由監(jiān)測空間中的氣溫、濕度以及大氣壓來計(jì)算所述吸收損耗的變化。這里，監(jiān)測空間中的聲速V由以下方程3表示，其中，T表示氣溫，E表示水蒸汽壓力，以及P表示監(jiān)測空間中的大氣壓。[方程3]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>因此，可以通過利用聲速、氣溫和大氣壓的函數(shù)計(jì)算的水蒸汽壓力E，來計(jì)算空氣濕度H。然后，聲壓和聲壓比接收到方向性的影響，其顯示了聲波的波長和擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，且所述方向性隨著波長的變化而變化。聲波的波長λ由頻率f和聲速V確定，如以下方程4所示ο[方程4]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>因此，結(jié)果是聲波的波長取決于氣溫、濕度、大氣壓和頻率。如果氣溫、濕度和大氣壓分別從標(biāo)準(zhǔn)值發(fā)生變化，則所述波長變化。因此，顯示了聲波的波長和擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的所述方向性因子D變化，然后，聲壓和聲壓比變化。所述方向性因子D由以下方程5表示，其中θ表示在所述聲波是類似于正弦波的單脈沖聲波的情況下的、對聲波的發(fā)送方向的角度。方程5中的“a”表示波生成元件20的生成區(qū)域所形成的正方形的邊長的一半。[方程5]ο{θ)=Μ2απ/ληθ)^θ^η-{λ/4α)Ιαπ/λsinθ(θ)=——^-,sin_1(A/4a)<6><ττ/2αIanjλsinθ因此，如果聲波的波長變化，即空氣中的聲速變化，S卩，氣溫、濕度和大氣壓分別從標(biāo)準(zhǔn)值發(fā)生變化，則方向性因子D變化。然后，第一和第二聲波的聲壓也分別變化。另外，在沒有被反射器反射的情況下直接在波接收元件30中接收第一聲波。第二聲波被反射器50、60反射。所述反射器50、60中的每一個形成為凹面，且具有集中聲音的效果。因此，經(jīng)由具有與第一聲波的傳播不同的長度的傳播路徑而接收所述第二聲波。上面提到的空氣中的吸收損耗和方向性的變化分別對第一和第二聲波的聲壓具有不同的影響。然后，基于這些聲壓獲得的所述聲壓比變化。因此，可以通過利用引起這些變化的氣溫、濕度和大氣壓作為參數(shù)，來校正所述聲壓比。在這個校正中，可以單獨(dú)基于上面提到的關(guān)系表達(dá)式來進(jìn)行校正。例如，如果大氣壓不變化，則溫度對標(biāo)準(zhǔn)值的變化被設(shè)為ΔΤ，濕度的變化被設(shè)為ΔΗ，第一和第二聲波的聲壓之間的聲壓比的校正量APR由以下方程6表示。通過利用以下方程6、并將校正量ΔΗ加到從計(jì)算部件120輸出的聲壓比可，以校正與大氣環(huán)境的變化相關(guān)聯(lián)的影響。[方程6]APR=Al·ΔΤ2+Α2·ΔΤ+Α3·ΔΗ2+Α4·ΔΗ+Α5·ΔΤ·ΔΗ+Α6另外，基于環(huán)境的變化的校正不局限于上面提到的方程，且可以使用其他合適的方程。并且，如果從波生成元件20發(fā)送聲波的時刻與在波接收元件30接收到聲波的時刻之間的時滯被計(jì)算、然后采用通過將傳播路徑的長度除以時滯來計(jì)算聲速的聲速測量部件，則可以基于上面提到的方程3計(jì)算水蒸汽壓力Ε，并可以由水蒸汽壓力E計(jì)算濕度。因此，如果所述火災(zāi)警報系統(tǒng)不僅包括熱敏電阻、熱電偶和溫度傳感器IC作為監(jiān)測空間中的溫度測量部件142，還包括聲速測量部件，則火災(zāi)警報系統(tǒng)可以在沒有包括單獨(dú)的濕度檢測元件作為濕度測量部件的情況下計(jì)算空氣濕度，且可以基于大氣環(huán)境的溫度、濕度和大氣壓來校正聲壓比。(反射率校正單元150的說明)在第一和第二反射器50、60中的聲波的反射率取決于反射器的材料的體積彈性模量的變化、以及附著在反射器表面的物質(zhì)等而變化。換言之，因?yàn)樵诒O(jiān)測空間中引入了煙，所以，所述反射器50、60被暴露在安裝場所的大氣中，于是，所述反射器的體積彈性模量可能變化，或者，諸如灰塵和油的污物可能附著在反射面上。在這種情況下，反射面中的超聲波的反射率可能變化，于是，由于所述反射率的變化，由計(jì)算部件120計(jì)算的聲壓比Rs可能從默認(rèn)的聲壓比Rtl發(fā)生變化。因?yàn)樗龇瓷渎实淖兓鸬穆晧罕鹊淖兓桥c環(huán)境變化校正無關(guān)的，所以，反射率校正單元150確定所述聲壓比Rs的校正值，并基于所述校正值校正聲壓比Rs，以便移除由反射面中的反射率的變化r’/r引起的聲壓比Rs中的變化的部分。因此，根據(jù)本實(shí)施例的火災(zāi)警報系統(tǒng)的所述處理電路100包括反射變化校正部件152和反射率校正單元150。所述反射變化校正部件152計(jì)算與超聲波在反射面中的反射率相關(guān)的值。所述反射率校正單元150基于反射變化校正部件152計(jì)算的反射率的變化，校正聲壓比。所述反射變化校正部件152基于在監(jiān)測空間中、在被反射器反射的同時經(jīng)由具有不同長度的傳播路徑傳播、且被波接收元件30接收的聲波的聲壓比，來計(jì)算反射率的變化。換言之，如圖7所示，除了第一傳播路徑(長度L)和第二傳播路徑(長度3L)之外，還設(shè)置了第三傳播路徑(長度5L)。所述第一傳播路徑是聲波從所述波生成元件20直接傳播到波接收元件30的路徑。所述第二傳播路徑是聲波在被第二和第一反射器60、50反射后傳播到波接收元件30的路徑。所述第三傳播路徑是聲波在分別被第二和第一反射器60、50反射兩次后傳播到波接收元件30的路徑。分別計(jì)算對應(yīng)于第一、第二和第三傳播路徑的聲壓Ρκ)、Ρ2。和P3。。如圖8所示，這些聲波在從聲波的生成時刻(t=0)起的時間(其是通過將傳播路徑的長度除以聲速得到的)之后，分別在波接收元件30中被接收。反射率r’對默認(rèn)值r的相對變化率由r’/r表示，其中，r表示反射面中的超聲波的反射率的默認(rèn)值，而r’表示當(dāng)前反射率。被反射面反射一次或多次然后到達(dá)波接收元件30的超聲波的聲壓對應(yīng)于上面提到的變化率r’/r而變化。通過將r’/r以反射次數(shù)的冪乘方，來表示這個聲壓的變化(即，當(dāng)反射次數(shù)是η次時，利用(r’/!“廣來表示它)。換言之，經(jīng)由第二傳播路徑到達(dá)波接收元件的第二聲波的聲SP2t/由？2(|’=P2tl(r’/r)2表示。因此，經(jīng)由第一傳播路徑(反射次數(shù)為0次)傳播的聲波的聲壓與經(jīng)由第二傳播路徑傳播的聲波的聲壓之間的聲壓比R2tl'由以下方程7表示。[方程7]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>因此，如果超聲波在反射面中的反射率變化，則分別經(jīng)由第一和第二傳播路徑傳播的聲波之間的聲壓比Rs也變化，而不管煙濃度是否變化。相似地，經(jīng)由第三傳播路徑(反射次數(shù)是4次)傳播的聲波的聲壓P3Q’由P3tl’=P30(r'/r)4表示，其中P3tl為默認(rèn)值。因此，經(jīng)由第一傳播路徑(反射次數(shù)是0次)傳播的聲波的聲壓與經(jīng)由第三傳播路徑傳播的聲波的聲壓之間的聲壓比R3tl'由以下方程8表示。[方程8]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>順便提及，經(jīng)由每個傳播路徑傳播的聲波的聲壓(Ps)由Ps=ρ0(1-α·C·L)表示，其中，C[%/m]表示通過上面提到的監(jiān)測空間中的消光系統(tǒng)的煙濃度，α表示每l[m]的超聲波對煙濃度1/m]的損失率，以及L[m]表示超聲波的傳播路徑的長度。這里，Ptl是從聲波生成器輸出的聲波的聲壓，而且是之前設(shè)置的已知值。損失率α是之前標(biāo)準(zhǔn)化的煙濃度檢測方法中的與煙濃度C相關(guān)的值。通過使用反射次數(shù)(η)，第一和第二傳播路徑的長度由(n+1)表示。換言之，反射次數(shù)為2的第二傳播路徑的長度由3L表示，且反射次數(shù)為4的第三傳播路徑的長度由5L表示。因此，所述反射變化校正部件152計(jì)算反射變化率(r，/r)，將P10=Ρ0(1_α·C·L)、P20=P0(1_α·C·3L)、P30=P0(1_α·C·5L)代入上面提到的方程7、8。所述反射率校正單元150基于計(jì)算出的反射變化率校正聲壓比(R1CI’、R2tl')，并計(jì)算聲壓比(R1CI、R2。)，從其分別移除取決于所述反射變化率(r’/r)的聲壓比的變化部分，并將這個校正后的聲壓比輸出到聲壓比變化率計(jì)算部件160中。因此，可以消除由于老化退化以及反射面的污物引起的反射率的變化，而且，上面提到的與此相關(guān)聯(lián)的顆粒類型的估計(jì)、煙濃度的估計(jì)以及火災(zāi)的確定可以被更精確地執(zhí)行。在所述系統(tǒng)中，具有如圖9所示的配置的波生成元件20被用作聲波生成器。這個波生成元件20包括由單晶體的ρ型硅構(gòu)成的基板21、作為在基板21的頂面部分形成的多孔硅層做的隔熱層22、作為在隔熱層22的表面一側(cè)形成的金屬薄膜的加熱元件層23、以及在基板21的頂面一側(cè)上電連接到加熱元件層23的一對襯墊24、24?；?1的平面形狀是矩形。隔熱層22和加熱元件層23的平面形狀也分別是矩形。在基板21的頂面一側(cè)，在未形成隔熱層22的部分的表面上形成包括二氧化硅膜的絕緣膜(未顯示)。上面提到的控制器40通過給加熱元件層23的兩端的襯墊24、24提供電壓，使得加熱元件層23產(chǎn)生快速的溫度變化。這使得與加熱元件層23接觸的空氣(介質(zhì))產(chǎn)生快速的溫度變化(熱沖擊)。與所述加熱元件層23接觸的空氣隨著加熱元件層23溫度的升高而膨脹，并隨著加熱元件層23溫度的降低而收縮，于是，通過適當(dāng)?shù)乜刂萍訜嵩?3的通電，可以產(chǎn)生經(jīng)由空氣傳播的超聲波。因此，經(jīng)由介質(zhì)傳播的超聲波是通過將與加熱元件層23的通電相關(guān)聯(lián)的加熱元件層23溫度的快速變化轉(zhuǎn)化為所述介質(zhì)的膨脹或收縮而產(chǎn)生的，與通過如壓電元件的機(jī)械振動產(chǎn)生超聲波的情況相比，可發(fā)送帶有很少回響的超聲波。在上面提到的波生成元件20中，P型硅基板被用作基板21，而隔熱層22由多孔度約為60%到70%的多孔硅層組成。所述多孔硅層是通過利用作為氟化氫溶液和乙醇的混合溶液的電解溶液來對硅基板的一部分進(jìn)行陽極氧化而形成的。通過陽極氧化形成的多孔硅層包含大量納米晶硅，這是晶粒尺寸為納米量級的精細(xì)的晶硅。所述多孔硅層的熱傳導(dǎo)率和熱容量隨著多孔度的升高而變小，于是，可以使隔熱層22的熱傳導(dǎo)率和熱容量相比基板21的熱傳導(dǎo)率和熱容量而較小。而且，可使所述隔熱層22的熱傳導(dǎo)率和熱容量的積相比基板21的熱傳導(dǎo)率和熱容量的積而足夠小。結(jié)果，加熱元件層23的溫度變化可被有效地傳遞到空氣，并可以在加熱元件層23和空氣之間產(chǎn)生有效的熱交換。同時，基板21從隔熱層22有效地接收熱量，并可散熱，于是，它可以防止熱量在隔熱層12累積。對于通過對熱傳導(dǎo)率和熱容量分別為148W/(m*k)和1.63XIO6J/(m3·K)的單晶體的硅基板進(jìn)行陽極氧化而形成的多孔度為60%的多孔硅層，已知熱傳導(dǎo)率和熱容量分別為lW/(m*k)和0.7X106J/(m3*K)。在本實(shí)施例中，所述隔熱層22由多孔度約為70%的多孔硅層構(gòu)成，且隔熱層12的熱傳導(dǎo)率和熱容量分別是0.12ff/(m-k)和0.5XIO6J/(m3-K)。雖然所述加熱元件層23是由作為一種高熔點(diǎn)金屬的鎢形成的，但是所述加熱元件層23的材料并不局限于鎢，例如，鉭、鉬、銥、鋁等也可以被采用作為材料?；?1的厚度為300μm到700μm,隔熱層22的厚度為1μm到10μm,加熱元件層23的厚度為20nm至1」10011111，以及襯墊24的厚度為0.54111。這些厚度只是示例，并不被特別限制。而且，雖然硅被采用作為基板21的材料，但是不僅僅是硅，還有其他半導(dǎo)體材料足以作為基板21的材料。例如，其他半導(dǎo)體材料可以是鍺、碳化硅、磷化鎵、砷化鎵和磷化銦等等，且可以通過陽極氧化而具有多孔結(jié)構(gòu)。并且，在每種情況下，通過陽極氧化基板21的一部分而形成的多孔層可以被設(shè)置為隔熱層22。上面提到的波生成元件20由于與加熱元件層23的通電相關(guān)聯(lián)的加熱元件層23的溫度變化而產(chǎn)生超聲波。如果來自控制器40的驅(qū)動輸入波形是頻率為Π的正弦波，則在加熱元件層23中產(chǎn)生的溫度振動的頻率為f2，其為fl的兩倍。于是，可以產(chǎn)生具有接近于驅(qū)動輸入波形Π的兩倍的頻率的超聲波。因此，上面提到的配置的波生成元件20具有平坦的頻率特性，且產(chǎn)生的超聲波的頻率可以在寬范圍內(nèi)變化。為了使具有幾個不同頻率的超聲波從上面提到的波生成元件20輸出，如圖IOA所示，控制器40關(guān)于每個頻率進(jìn)行操作，以便輸出具有預(yù)定頻率f0的連續(xù)波(例如，三個周期)的突發(fā)波。在這種情況下，如圖IOB所示，根據(jù)循環(huán)數(shù)目，在頻率f0處存在峰值，且在其他頻帶強(qiáng)度變低，且每個頻率可以被清楚地區(qū)分。另外，因?yàn)樗龈魺釋?2由多孔層構(gòu)成，所以，提高了隔熱層22的隔熱屬性，且超聲波生成效率變高，而且，相比所述隔熱層22由非多孔層(例如，二氧化硅膜等)構(gòu)成的情況，其功耗可降低。如圖11和12所示，電容型的麥克風(fēng)被用作波接收元件30，其為聲波檢測器。這個元件包括作為以矩形形成的硅基板的框架31，其包括窗孔32；以及位于框架31表面?zhèn)纫员憧缭较嗷ッ鎸Φ膬蓚?cè)的懸臂式振動膜33。熱氧化膜35、覆蓋所述熱氧化膜35的二氧化硅膜36、以及覆蓋所述二氧化硅膜36的氮化硅膜37在框架31的表面?zhèn)缺恍纬?。振動?3的固定端通過氮化硅膜37被框架31支撐，且振動膜33的自由端被定位為面向所述氮化硅膜37。由金屬薄膜(例如，鉻膜等)構(gòu)成的固定電極38對應(yīng)于振動膜33的自由端而被形成在氮化硅膜37中。由金屬薄膜(例如，鉻膜等)構(gòu)成的可移動電極34在振動膜33的自由端中的面向氮化硅膜37的表面的反向側(cè)的表面上形成。另外，氮化硅膜39在框架31的表面下形成。所述振動膜33包括氮化硅膜，它在除了形成上面提到的氮化硅膜37、39的過程之外的過程中形成。在具有上面提到的配置的電容型的波接收元件30中，形成了利用固定電極38和可移動電極34作為一對電極的電容，于是，當(dāng)所述振動膜33接收到縱波的壓力時，固定電極38和可移動電極34之間的距離變化，且兩個電極之間的電容量也變化。當(dāng)在所述兩個電極之間提供直流偏壓時，取決于超聲波的聲壓，在所述兩個電極之間產(chǎn)生微小的電壓變化，于是超聲波的聲壓通過取出這個電壓變化而改變成電信號。因此，固定電極38和可移動電極34中的每一個都經(jīng)由電阻器連接到電壓源，且上面提到的聲壓檢測器110檢測這個電阻器兩端的電壓，以讀取作為電信號的聲壓。圖13顯示了具有可用于本發(fā)明的系統(tǒng)的其他配置的波接收元件30A，且這個波接收元件被配置為結(jié)合上面提到的大氣壓測量部件146的功能。這個元件被配置用于層壓絕緣薄膜35A、金屬薄膜的固定電極38A和硅基板31A的表面上的絕緣層36A。大氣壓保持恒定的標(biāo)準(zhǔn)壓力室32A在絕緣層36A上形成，并且，位于標(biāo)準(zhǔn)壓力室32A和監(jiān)測空間之間的絕緣層36A的一部分被指定為振動膜33A?？梢苿与姌O34A在這個振動膜33A的頂端表面上形成。如果超聲波被接收，則所述振動膜33A振動，且所述可移動電極34A和固定電極38A之間的距離變化，且所述兩個電極之間的電容量也變化。在這個波接收元件30A中，在分別位于固定電極35A和可移動電極34A的兩個襯墊35B、34B之間提供直流偏壓。根據(jù)超聲波的聲壓在所述兩個襯墊之間產(chǎn)生的微小的電壓變化被取出作為顯示聲壓的輸出。這個電壓變化包括的直流成分對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)壓力室32A與監(jiān)測空間之間的大氣壓的差。因?yàn)檫@個原因，所述直流成分可以被用作為顯示了監(jiān)測空間的大氣壓的輸出。在這個配置中，可以通過利用固定電極35A與可移動電極34A之間的電容量的變化來測量所述監(jiān)測空間的大氣壓，且不需要新設(shè)立壓力傳感器等用于測量大氣壓，而且，可以減少火災(zāi)警報系統(tǒng)的組件數(shù)量。所述控制器40控制從波生成元件20的超聲波發(fā)送操作、以及波接收元件30中的超聲波接收操作。對發(fā)送操作的控制是通過向波生成元件20提供驅(qū)動輸入波形并驅(qū)動所述波生成元件20的驅(qū)動電路、以及用于控制所述驅(qū)動電路的微計(jì)算機(jī)而實(shí)現(xiàn)的。從波生成元件間歇地發(fā)送具有預(yù)定頻率的聲波。對接收操作的控制是通過提供偏壓以驅(qū)動波接收元件30的驅(qū)動電路、以及微計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的。所述微計(jì)算機(jī)控制波接收元件，以便與所發(fā)送的聲波經(jīng)由空氣傳播、并到達(dá)波接收元件的時刻同步，并將聲波信號發(fā)送給處理電路。所述聲波信號被間歇地發(fā)送到處理電路100。為了接收分別經(jīng)由具有不同長度的傳播路徑傳播的超聲波，對應(yīng)于傳播路徑的長度的接收時刻前后的預(yù)定時段被設(shè)置為接收時段。在包括第一和第二反射器50、60的檢測單元10中，除了如圖7所示的包括具有統(tǒng)一的曲率的每個反射器的配置之外，還可使用如圖14所示的包括在拋物線形狀的表面中沿著其自身的長度方向彎曲的每個反射器的配置。在這種情況下，聲波被反射器反射并到達(dá)波接收元件30的傳播路徑的長度被設(shè)置為聲波從波生成元件被直接傳播到波接收元件30的傳播路徑的長度L的整數(shù)倍。(第二實(shí)施例)圖15顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的火災(zāi)警報系統(tǒng)。所述系統(tǒng)與上面提到的第一實(shí)施例的不同在于波生成元件20生成包含多個頻率成分的超聲波，且用于分離多個頻率成分的分離部件220在處理電路100中被形成。所述系統(tǒng)的其他配置和行為基本上與第一實(shí)施例的相同。在第二實(shí)施例中，使用了聲速測量部件145，且系統(tǒng)被配置為計(jì)算監(jiān)測空間的濕度。為了使從作為聲波生成器的波生成元件20發(fā)送包含多個頻率成分的超聲波，第二實(shí)施例的控制器40向波生成元件20提供作為半正弦的孤立波的驅(qū)動輸入波形。如圖16A所示，從波生成元件20輸出約為1個周期的單脈沖的超聲波。如圖16B所示，通過根據(jù)脈沖寬度將頻率f0設(shè)置為中心頻率，這個超聲波的功率譜的強(qiáng)度(能量)分布在寬范圍的頻率上。于是，從所述波生成元件20輸出包含多個頻率成分的超聲波。因?yàn)檫@個原因，所述分離部件220被配置用于關(guān)于如圖16B的Bl到B3所示的每個頻帶提取頻率成分的強(qiáng)度。另一方面，諧振特性的Q值與壓電元件相比足夠小的電容型的麥克風(fēng)被用作波接收元件30。于是，沒有關(guān)于從波生成元件20發(fā)送的超聲波所包括的多個頻率成分的敏感度的很大變化。然而，所述敏感度落在高于波接收元件30的諧振頻率fc的頻帶上，于是，優(yōu)選地，所述波接收元件30具有高于通過分離部件220被提取了頻率成分的強(qiáng)度的頻帶Bl到B3的諧振頻率。接下來，說明分離部件220的配置。例如，如圖17A所示，假定當(dāng)周期為3.33μs(300kHz)的單脈沖的超聲波從波生成元件20中被發(fā)送時，在波接收元件30中接收到的超聲波的功率譜在300kHz處具有峰值，如圖16B所示。在這種情況下，為了提取圖17B中的頻帶Bl到B3的每個頻率成分的強(qiáng)度，如圖18所示，所述分離部件220包括使150kHz到250kHz(頻帶Bi)的信號通過的第一濾波器221、使250kHz到350kHz(頻帶B2)的信號通過的第二濾波器222、以及使350kHz到450kHz(頻帶B3)的信號通過的第三濾波器223。所述分離部件220取出第一、第二和第三濾波器中每一個的輸出作為每個頻率成分的強(qiáng)度，并將其輸出到聲壓檢測器110。所述分離部件220還包括對接收元件30的輸出進(jìn)行放大的放大器224、以及將被該放大器放大的輸出分發(fā)到每個濾波器的分發(fā)部件226。因此，所述分離部件220可以從自波生成元件20發(fā)送一次的超聲波中提取多個頻率成分的強(qiáng)度。另外，為了使波生成元件20發(fā)送包含多個頻率成分的超聲波，不局限于上面提到的單脈沖的超聲波，并且，可以通過控制器40控制波生成元件來生成作為周期的很少突發(fā)波的超聲波、或通過將幾個具有相互不同的頻率的超聲波疊加而形成的超聲波。在本實(shí)施例中，所述控制器40向波生成元件20提供半正弦的孤立波作為驅(qū)動輸入波形，并且，生成了具有約為1周期的單脈沖的很少回響的超聲波。通過利用這樣單脈沖的超聲波，可以阻止反射干擾。在本實(shí)施例中，使用了聲速測量部件145，并基于在聲速測量部件145中計(jì)算的聲速來估計(jì)大氣中的濕度，且環(huán)境變化校正單元140被配置用于基于在溫度測量部件142和聲速測量部件145中計(jì)算的濕度，來校正取決于大氣環(huán)境的變化的聲壓比。如圖19所示，所述聲速測量部件145被配置用于計(jì)算經(jīng)由第一傳播路徑傳播的聲波SWl的接收時刻與經(jīng)由第二傳播路徑傳播的聲波SW2的接收時刻之間的時間差△t0，并通過將第一和第二傳播路徑的長度之間的差(L2-L1)除以時間差A(yù)tO計(jì)算出聲速V。并且，可以通過利用第一實(shí)施例中說明的方程3來計(jì)算濕度。或者，可以通過將第一傳播路徑的長度(L1)和第二傳播路徑的長度(L2)除以生成聲波的時刻與接收聲波的時刻之間的時間差，來計(jì)算聲速。雖然本發(fā)明已經(jīng)通過參考特定的優(yōu)選實(shí)施例被描述，在不脫離本發(fā)明(即權(quán)利要求)的真正精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以做很多修改和變動。權(quán)利要求一種火災(zāi)警報系統(tǒng)，包括發(fā)送聲波的聲波生成器；聲波檢測器，其被設(shè)置為介于其自身與所述聲波生成器之間的監(jiān)測空間內(nèi)，所述聲波檢測器檢測經(jīng)由監(jiān)測空間從所述聲波生成器發(fā)送的聲波；控制器，其被配置為控制所述聲波生成器和所述聲波檢測器；處理電路，其被配置為處理由所述聲波檢測器檢測的輸出，所述處理電路包括基于所述輸出檢測聲壓的聲壓檢測器、用于估計(jì)在所述監(jiān)測空間內(nèi)存在的煙濃度的煙濃度估計(jì)器、以及被配置為當(dāng)由所述煙濃度估計(jì)器估計(jì)的煙濃度超過預(yù)定的閾值時傳送火災(zāi)警報的火災(zāi)警報器件；其中，所述聲波生成器和所述聲波檢測器位于監(jiān)測空間內(nèi)，以便形成用于將聲波從所述聲波生成器傳播到所述聲波檢測器的第一和第二傳播路徑，所述第一和第二傳播路徑具有相互不同的長度；其中，所述處理電路包括計(jì)算部件，用于計(jì)算第一聲壓和第二聲壓之間的聲壓比，其中，所述第一聲壓是經(jīng)由第一傳播路徑傳播的聲波的聲壓，所述第二聲壓是經(jīng)由第二傳播路徑傳播的聲波的聲壓；其中，所述煙濃度估計(jì)器被配置為計(jì)算由所述計(jì)算部件計(jì)算的聲壓比與預(yù)定的平均聲壓比之間的變化率，并基于預(yù)定的關(guān)系表達(dá)式，由所述變化率確定所述煙濃度，所述關(guān)系表達(dá)式描述與所述煙濃度有關(guān)的所述變化率。2.如權(quán)利要求1所述的火災(zāi)警報系統(tǒng)，其中，所述聲波生成器被配置為發(fā)送具有相互不同的第一和第二頻率成分的單個聲波；其中，所述處理電路包括用于分離所述第一和第二頻率成分的分離部件；其中，所述聲壓檢測器被配置為分別檢測關(guān)于第一和第二頻率成分的聲壓；其中，所述處理電路包括顆粒估計(jì)器，其基于由所述計(jì)算部件輸出的聲壓比來估計(jì)懸浮顆粒的類型；其中，所述顆粒估計(jì)器被配置為計(jì)算第一變化率和第二變化率之間的相對變化率，所述第一和第二變化率是分別參考所述第一和第二頻率成分而被計(jì)算出的；其中，所述處理電路包括用于存儲相對變化率表和濃度表的存儲器，所述相對變化率表具有與懸浮顆粒的不同類型相對應(yīng)的不同相對變化率，所述濃度表具有對應(yīng)于不同的第一變化率的不同煙濃度；其中，所述顆粒估計(jì)器被配置為估計(jì)所述相對變化率表中的與相對變化率相對應(yīng)的懸浮顆粒的類型；其中，所述煙濃度估計(jì)器被配置為如果懸浮顆粒的類型是煙，則估計(jì)濃度表中的與所述第一變化率相對應(yīng)的煙濃度。3.如權(quán)利要求2所述的火災(zāi)警報系統(tǒng)，其中，所述聲波生成器被配置為生成單脈沖的聲波。4.如權(quán)利要求2所述的火災(zāi)警報系統(tǒng)，其中，所述分離部件包括頻率濾波器，其分別使第一和第二頻率成分的聲波通過；其中，所述計(jì)算部件被配置為計(jì)算與通過所述頻率濾波器的第一和第二頻率成分的聲波有關(guān)的聲壓比。5.如權(quán)利要求1所述的火災(zāi)警報系統(tǒng)，其中，所述聲波生成器包括單個波生成元件；其中，所述聲波檢測器包括單個波接收元件；其中，所述第一和第二傳播路徑被形成在位于所述波生成元件一側(cè)的第一反射器和位于波接收元件一側(cè)的第二反射器之間；其中，所述第一傳播路徑被設(shè)置為在所述波生成元件和所述波接收元件之間的最短直線路徑；其中，所述第二傳播路徑被設(shè)置為反射路徑，經(jīng)由該反射路徑，從所述波生成元件發(fā)送的聲波被所述第二反射器和第一反射器反射，并被導(dǎo)向所述波接收元件。6.如權(quán)利要求1所述的火災(zāi)警報系統(tǒng)，其中，所述處理電路包括用于測量氣溫、濕度和大氣壓中的至少一個參數(shù)的參數(shù)測量部件；以及環(huán)境變化校正部件，用于基于所述參數(shù)，校正取決于環(huán)境變化的所述聲壓比的變化。7.如權(quán)利要求6所述的火災(zāi)警報系統(tǒng)，其中，所述處理電路包括聲速測量部件，用于通過將第一傳播路徑的長度除以檢測到第一聲壓的時刻與驅(qū)動所述聲波生成器的時刻之間的時間差，來測量在監(jiān)測空間中的聲速；其中，所述環(huán)境變化校正部件被配置為基于所述聲速，校正取決于環(huán)境變化的所述聲壓比的變化。8.如權(quán)利要求5所述的火災(zāi)警報系統(tǒng)，其中，除了第一和第二傳播路徑之外，在所述第一和第二反射器之間形成用于傳播聲波的第三傳播路徑；其中，經(jīng)由第二傳播路徑傳播到所述波接收元件的聲波的反射次數(shù)多于經(jīng)由第一傳播路徑傳播到所述波接收元件的聲波的反射次數(shù)，并少于經(jīng)由第三傳播路徑傳播到所述波接收元件的聲波的反射次數(shù)；其中，所述處理電路包括反射變化計(jì)算部件，用于基于在反射次數(shù)方面相互不同的、通過接收經(jīng)由第一傳播路徑傳播的聲波而獲得的第一聲壓、通過接收經(jīng)由第二傳播路徑傳播的聲波而獲得的第二聲壓、以及通過接收經(jīng)由第三傳播路徑傳播的聲波而獲得的第三聲壓之間的聲壓比，針對關(guān)于反射器中的反射性能的默認(rèn)值來計(jì)算相對變化率；以及反射變化校正部件，用于基于由所述反射變化計(jì)算部件計(jì)算的相對變化率，校正所述聲壓比。9.如權(quán)利要求1所述的火災(zāi)警報系統(tǒng)，其中，所述聲波生成器被配置為分別發(fā)送具有相互不同的第一和第二頻率的聲波；其中，所述處理電路包括顆粒估計(jì)器，用于基于從所述計(jì)算部件輸出的聲壓比來估計(jì)懸浮顆粒的類型；其中，所述顆粒估計(jì)器被配置為計(jì)算第一變化率和第二變化率之間的相對變化率，所述第一和第二變化率是分別參考所述第一和第二頻率的聲波而被計(jì)算出的；其中，所述處理電路包括用于存儲相對變化率表和濃度表的存儲器，所述相對變化率表具有與懸浮顆粒的不同類型相對應(yīng)的不同相對變化率，所述濃度表具有與不同的第一變化率相對應(yīng)的不同煙濃度；其中，所述顆粒估計(jì)器被配置為估計(jì)所述相對變化率表中的與相對變化率相對應(yīng)的懸浮顆粒的類型；其中，所述煙濃度估計(jì)器被配置為如果懸浮顆粒的類型是煙，則估計(jì)濃度表中的與所述第一變化率相對應(yīng)的煙濃度。10.如權(quán)利要求9所述的火災(zāi)警報系統(tǒng)，其中，聲源包括單個聲源；其中，所述控制器被配置為驅(qū)動所述聲源，以便從聲源順序地發(fā)送具有相互不同的第一和第二頻率的聲波；其中，所述計(jì)算部件使所述控制器同步，并被配置為分別計(jì)算與來自聲波檢測器的具有第一和第二頻率的聲波相關(guān)的聲壓比。11.如權(quán)利要求5所述的火災(zāi)警報系統(tǒng)，其中，第一和第二反射器的每一個具有關(guān)于所述波生成元件和所述波接收元件而被形成為凹面的反射面，所述波生成元件和所述波接收元件分別被設(shè)置為面向第一和第二反射器；其中，所述反射器被配置為使得在波生成元件或波接收元件中收集聲波；其中，所述波生成元件和所述波接收元件分別位于第一和第二反射器的反射面的外露部分。12.如權(quán)利要求5所述的火災(zāi)警報系統(tǒng)，其中，第一和第二反射器位于一對防擴(kuò)散板之間；其中，在第一和第二反射器的高度方向的末端，利用所述防擴(kuò)散板來阻隔所述監(jiān)測空間；其中，所述波生成元件位于第一反射器的長度方向的中間部分；其中，在第一反射器的中間部分，所述波生成元件的生成面被配置為覆蓋第一反射器的整個高度方向。全文摘要在利用超聲波確定火災(zāi)的存在性的火災(zāi)警報系統(tǒng)中，聲波生成部件和聲波檢測部件被配置為檢測沿著具有不同路徑長度的兩個傳播路徑而行進(jìn)的聲波。所述系統(tǒng)包括聲壓比計(jì)算部件，用于計(jì)算第一檢測聲壓和第二檢測聲壓之間的聲壓比，其中第一檢測聲壓是經(jīng)過第一傳播路徑傳播的聲波的聲壓，第二檢測聲壓是經(jīng)過第二傳播路徑傳播的聲波的聲壓；以及煙濃度估計(jì)部件。所述煙濃度估計(jì)器獲得由所述聲壓比計(jì)算部件計(jì)算的聲壓比與預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)聲壓比之間的變化率，并根據(jù)表示所述變化率與煙濃度之間的關(guān)系的預(yù)設(shè)的關(guān)系表達(dá)式，由所述變化率確定煙濃度。當(dāng)所述煙濃度超過預(yù)定的閾值時確定火災(zāi)已發(fā)生。文檔編號G01N29/00GK101836244SQ20088011340公開日2010年9月15日申請日期2008年10月21日優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日發(fā)明者本多由明,林雅則,渡部祥文,西川尚之,高田裕司申請人:松下電工株式會社