JP4527326B2

JP4527326B2 - Flame detection device

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Publication number: JP4527326B2
Application number: JP2001301880A
Authority: JP
Inventors: 貴俊山岸
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003106898A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炎検出装置に係り、さらに詳しくは火災時に発生する炎に特有な波長の赤外線を検出して、誤報源を排除して炎を感知する炎検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の火災報知器として、特開昭４７−２８８９８号公報記載の発明が知られている。上記の公報記載の発明の「火災報知器」は、ちらつき周波数範囲に表れる測定信号の零位通過の時間間隔を測定する。測定時間中に測定されるすべての間隔の少なくとも多数が異なる間隔値を有することによって、火災の発生を判断して通報を行うようになっている。そして、このような測定原理に基づいてこの「火災報知器」では、例えば測定信号の零位通過の時間間隔が一定である回転灯などの周期性誤報源が排除できるという説明がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に周期性誤報源には例えば、第１の零位通過の時間間隔と第２の零位通過の時間間隔と第３の零位通過の時間間隔とが周期的に繰り返されるような周期性誤報源も存在する。一例としては、一定時間毎に規則的に数回瞬時に点灯する多灯式回転灯のようなものであり、この場合における測定信号の零位通過の時間間隔は一定とならない。したがって、多灯式回転灯のようなちらつき信号が火災検出素子に入力されると、火災と誤って判断してしまうという問題点があった。このような周期性誤報源としては、他にシリンダ数の少ないバイクエンジン等がある。
【０００４】
本発明は上記した従来の「火災報知器」の問題点を解消するためになされたもので、検出信号の波形の周期性を評価する為の「自己相関値Ｓｎ」という概念を導入した。そして、自己相関値Ｓｎがある閾値よりも大きいときには周期性のある誤報源と判別して多灯式回転灯のような周期性誤報源を排除することができる炎検出装置を実現するようにしたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、炎に特有な波長の赤外線を検出して火災時に発生する炎を検出する炎検出装置において、炎に特有な波長の赤外線を検出して検出赤外線の波長に応じた検出信号を出力する炎感知素子と、炎感知素子により検出される検出信号の波形の周期性を評価する波形周期性評価手段と、炎感知素子により検出される検出信号と波形周期性評価手段により評価される波形の周期性とに基づき炎の判断を行う炎判断手段と、を有し、波形周期性評価手段は、炎感知素子により検出される検出信号の波形が基準電位と交差する度に、該交差した時刻と前回交差した時刻との時間間隔を順次測定し、該時間間隔を所定数格納した時系列データ、又は、炎感知素子により検出される検出信号の波形がピークとなる度に、該ピークとなった時刻と前回ピークとなった時刻との時間間隔を順次測定し、該時間間隔を所定数格納した時系列データに基づいて波形の周期性を評価するものであって、時系列データの自己相関値を算出し、算出された自己相関値に基づいて波形の周期性を評価し、波形周期性評価手段は、自己相関値が閾値以下のときに火災と判断する炎検出装置を構成したものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態の構成説明図で、（ａ）はブロック図、（ｂ）と（ｃ）は（ａ）の検出回路と積分器の回路図である。図１の（ａ）において、１は炎検出装置である。２は検出部、３は検出部２の出力を増幅するアンプ、４は検出回路、５と６は整流部と積分器、７は判断部、８は火災信号発生回路である。
なお、検出部２は、炎に特有な波長の赤外線を検出して該検出赤外線の波長に応じた検出信号を出力する赤外線検出手段の例である。検出回路４と判断部７とは、赤外線検出手段により検出される検出信号の波形の周期性を評価する波形周期性評価手段の例である。判断部７は、赤外線検出手段により検出される検出信号と波形周期性評価手段により評価される波形の周期性とに基づき炎の判断を行う炎判断手段の例である。
【０００７】
なお、検出部２は、炎に特有な波長の赤外線を検出して該検出赤外線の波長に応じた検出信号を出力する赤外線検出手段の例である。検出回路４と判断部７とは、赤外線検出手段により検出される検出信号の波形の周期性を評価する波形周期性評価手段の例である。判断部７は、赤外線検出手段により検出される検出信号と波形周期性評価手段により評価される波形の周期性とに基づき炎の判断を行う炎判断手段の例である。
そして、検出部２には焦電素子のような炎感知素子が用いられ、火災時に発生する炎に特有な、例えば４．４μｍ帯付近の赤外線を検出する。
アンプ３は、検出部２の信号のうち電気的に炎のちらつき周波数帯である４〜３０Ｈｚの信号成分を選択し増幅する。なお、検出部２の後段に、検出部２の信号のうち電気的に炎のちらつき周波数帯である４〜３０Ｈｚの信号成分のみを通過させる挟帯域フィルタを設けると、４〜３０Ｈｚ以外の雑音成分の除去がより確実となる。
【０００８】
整流部５は、アンプ３により増幅された信号のうちプラス側信号を取り出す。
積分器６は、図１（ｃ）に示すように構成される。６１はダイオード、６２，６３は充，放電用の抵抗器、６４はコンデンサである。また、６５は設定電源、６６は比較器であり、後述する判断部７の一部である。整流部５により取り出されたプラス側信号は、逆流防止用のダイオード６１と抵抗器６２を介して、コンデンサ６４に充電され、平滑化される。抵抗器６３は、この信号を放電させる放電抵抗器であり、信号が安定状態を保つようにゆっくりと放電される。そして、設定電源６５により炎判断基準値としての一定電圧が設定されて、比較器６６により平滑化信号がこの一定電圧と比較され、平滑化信号が一定電圧以上であると、検出部２により炎の可能性のある赤外線放射源が検出されたとして、出力信号を平常時のゼロ出力からプラス出力に変化させる。
【０００９】
検出回路４は、図１（ｂ）に示すように構成される。４２，４３は分圧抵抗器、４４は比較器である。また、４１はアンプ３としての増幅器である。図示しない定電圧電源に接続された分圧抵抗器４２、４３により比較器４４の基準電位が設定される。そして、アンプ３である増幅器４１により増幅された信号と基準電位とを比較器４４で比較する。比較器４４は、該増幅信号が基準電位以上であるとプラス側信号出力を行い、基準電位よりも小さいとゼロ側信号出力を行うことで、矩形波を形成し、該矩形波のプラス側信号の出力継続時間またはゼロ側信号の出力継続時間により、基準電位の通過の時間間隔である間隔値（時間データ）を形成し、判断部７に出力する。
【００１０】
判断部７は、前述した検出部２により炎の可能性のある赤外線放射源が検出されたかどうかを確認する設定電源６５と比較器６６、積分器６からの出力信号および検出回路４により形成された間隔値等を一時格納しておく図示しないＲＡＭ、プログラムおよび後述する自己相関値Ｓｎと比較される周期性誤報源判断基準値としての閾値を格納している図示しないＲＯＭを有する。判断部７は、検出回路４により形成される間隔値を時系列データとして該ＲＡＭに所定数格納し、該時系列データにより自己相関値Ｓｎを算出し、該自己相関値Ｓｎと積分器６からの出力信号とに基づき炎の判断を行う。
火災信号発生回路８は、判断部７による炎の判断結果に基づき、火災信号を出力する。
【００１１】
ここで、図３のフロー図を用いた動作説明に先立って、本願で導入した自己相関値Ｓｎを図２を用いて説明する。
図２（ａ）は、第１の零位通過の時間間隔を有する周期Ｓ１と第２の零位通過の時間間隔を有する周期Ｓ２の異なる周期の組合せで周期的に繰り返されている周期性誤報源、つまり測定信号の零位通過の時間間隔が一定とならない周期性誤報源の波形図であり、横軸と縦軸は時刻（ｔ）と波形信号（ｖ）である。ここで比較器４４の基準電位をｖ１とし、入力波形と基準電位とのある交差点の時刻ｔｎと前回の基準電位との交差点の時刻ｔｎ−１との間隔値である時間データをＤｎとする。この周期性誤報源は、時間データＤｎ、Ｄｎ−１、Ｄｎ−２、Ｄｎ−３を１サイクルとして、このサイクルが周期的に繰り返されている。この時間データを判断部７のＲＡＭに一時格納して時系列データとした状態を図２（ｂ）に示す。ここで、例えばこの２サイクルの波形の時間データＤｎ，Ｄｎ−１，…，Ｄｎ−７は、先頭の時間データを過去に１つずらした時間データＤｎ−１，Ｄｎ−２，…，Ｄｎ−８、先頭の時間データを過去に２つずらした時間データＤｎ−２，Ｄｎ−３，…，Ｄｎ−９、…と順に比較させていくと、過去の２サイクルの波形の時間データＤｎ−４，Ｄｎ−５，…，Ｄｎ−１１、と類似するので、この波形は周期性誤報源の波形であると判断できる。この判断には、次式の自己相関値Ｓｎを用いて入力波形の周期性を評価する。
【００１２】
【数１】

ただし、ｘはデータの数
ｊはずらすデータの数
【００１３】
自己相関値Ｓｎは、赤外線検出手段により検出される検出信号の基準電位の通過の時間間隔を測定して間隔値（時間データ）とし、所定数であるｘ＋ｊ個の該間隔値を時系列データとし、判断部７のＲＡＭに格納して、該格納された時系列データにより算出される。自己相関値Ｓｎはｊに１から例えば１０までを代入して、時間データＤｎからＤｎ−ｘまでによる現在の入力波形と、現在の入力波形から時間データのｊ個分を過去にずらした時間データＤｎ−ｊからＤｎ−ｘ−ｊまでによる過去の入力波形との波形同士を順次比較し、波形同士が最も類似したときに最大の値を示し、該最大値をとる。自己相関値Ｓｎは、波形に周期性があれば大きな値を示し、波形に周期性がなければ小さな値を示し、この値がＲＯＭに格納されている周期性誤報源判断基準値としての閾値よりも大きければ、周期性誤報源であると判断部７で断定する。
【００１４】
そのため、図２（ａ）に示すように、周期Ｓ１と周期Ｓ２のような異なる周期の組合せで周期的に繰り返されているような周期性誤報源の場合でも、安定して波形に周期性があると判断を行うことができる。勿論、単一の周期が周期的に繰り返されている周期性誤報源、つまり従来例での測定信号の零位通過の時間間隔が一定である周期性誤報源の場合でも安定した周期性の判断を行うことができる。なお、比較器４４の基準電位はプラス側電位でもマイナス側電位でもよく、ゼロ電位付近以外に設定した電位とすると、入力波形の信号成分に重畳される電源ノイズ等のノイズ源の影響を受けて、赤外線検出手段により検出される検出信号の基準電位の通過の時間間隔が不安定になるようなことがない。
【００１５】
引き続いて、図３のフロー図を参照して、実施の形態の動作を箇条書きして説明すれば、次の通りである。
（Ｓ１）判断部７が有する機能である火災カウンタの値を「０」にリセットする。
（Ｓ２）検出部２の炎感知素子から所定の波長帯の赤外線量を電気信号に変換して、入力する。検出する波長帯は、例えば４．４μｍである。
【００１６】
（Ｓ１）（Ｓ２）で得られた信号から、アンプ３により電気的に炎のちらつきの周波数帯である４〜３０Ｈｚの信号成分を選択して増幅する。
（Ｓ４）（Ｓ３）で得られた増幅信号を検出回路４により矩形波に形成し、その信号出力を判断部７のＲＡＭに順次格納する。該矩形波がプラス側信号からゼロ側信号に、または、その逆のゼロ側信号からプラス側信号に切り換わるときに交差点として検出する。この交差点が検出された場合、今回信号出力が格納された時刻を交差点の時刻とし、ＲＡＭに格納する。交差点が検出された場合は（Ｓ５）へ進み、検出されない場合は（Ｓ６）へ進む。
【００１７】
（Ｓ５）（Ｓ４）にて交差点が検出された場合、該交差点の時刻と前回の交差点の時刻との間隔値により、基準電位の通過の時間間隔である間隔値（時間データＤｎ）を判断部７のＲＡＭに時系列データとして格納する。なお時間データＤｎは、新しい時間データがＲＡＭに格納されるたびに、時間データＤｎ−１，時間データＤｎ−２，…と時系列データの後段に移動する。また、時間データは所定数ＲＡＭに格納され、所定数を超えると過去のものから順次破棄される。
（Ｓ６）（Ｓ３）で得られた増幅信号を整流部５を介して積分器６により平滑化信号とする。
（Ｓ７）（Ｓ６）で得られた平滑化信号が炎判断基準値である一定電圧以上の場合、プラス出力を判断部７へ出力して、（Ｓ８）へ進む。一定電圧よりも小さい場合は、ゼロ出力を判断部７へ出力してから、（Ｓ１）に戻って手順を繰り返す。
【００１８】
（Ｓ８）判断部７のＲＡＭに記憶した時系列データを用いて、自己相関値Ｓｎの計算を行う。自己相関値Ｓｎは、式［数１］により求められ、時系列データを１データ分過去にずらした場合から、所定のデータ分ずらした場合（例えば、１０データ）まで計算した値のうちの最も大きな値となる。
（Ｓ９）自己相関値Ｓｎを判断部７のＲＯＭに格納された周期性誤報源判断基準値としての閾値と比較し、閾値以下の場合は炎であると判断し、（Ｓ１０）へ進む。閾値よりも大きい場合は周期性誤報源であると判断し、（Ｓ１）へ戻って手順を繰り返す。
【００１９】
（Ｓ１０）火災カウンタを「１」インクリメントする。
（Ｓ１１）火災カウンタの値が所定値、例えば３に達していなければ、（Ｓ２）へ戻って手順を繰り返す。火災カウンタの値が所定値、例えば３に達したら、（Ｓ１２）へ進む。
（Ｓ１２）火災を検出したとして、火災発生信号回路８により、火災信号を図示しない火災受信機へ送信する。
なお、この火災カウンタの値は、炎が発生していると判断する回数を計数するものであり、火災のみを確実に検出するべく、炎が発生していると連続して３回判断した場合に、火災を検出したものとしている。火災信号を火災受信機に送信する条件としての火災カウンタの値は３以外の値に設定するようにしても勿論よい。
【００２０】
図４は別の実施の形態の構成を示すブロック図である。図１の炎検出装置１と同一部材には同一の符号を付けて説明を省略し、異なる部分について以下に説明する。図４においては、図１の検出回路４，整流部５および積分器６の代わりに、Ａ／Ｄ変換器１０が設けられている。また、判断部７に替えて、より高速に演算可能な演算部１１が配置されている。
なお、Ａ／Ｄ変換器１０と演算部１１とは、赤外線検出手段により検出される検出信号の波形の周期性を評価する波形周期性評価手段の例である。演算部１１は、赤外線検出手段により検出される検出信号と波形周期性評価手段により評価される波形の周期性とに基づき炎の判断を行う炎判断手段の例である。
【００２１】
そして、Ａ／Ｄ変換器１０は、アンプ３により増幅された信号をディジタル信号に変換する。
火災信号発生回路８は、演算部１１による炎の判断結果に基づき、火災信号を出力する。
演算部１１は、図示しないが、後述する各種信号および間隔値等を一時格納しておくＲＡＭ、プログラムおよび後述する基準電位と炎判断基準値レベルと周期性誤報源判断基準値としての閾値を格納しているＲＯＭを有する。
演算部１１は、Ａ／Ｄ変換器１０からのディジタル信号をＲＡＭに格納し、ＲＡＭに格納された一定数のディジタル信号に対して加重平均化処理等を行うことで、該信号を平滑化して平滑化信号としてＲＡＭに格納する。また、該平滑化信号とＲＯＭに格納された炎判断値基準値としての炎判断値基準値レベルとを比較し、平滑化信号が炎判断値基準値レベル以上であると、検出部２により炎の可能性のある赤外線が検出されたと判断する。
【００２２】
また、演算部１１は、ＲＡＭに順次格納されたディジタル信号とＲＯＭに格納された基準電位とを比較する。前回格納されたディジタル信号が基準電位よりも小さい値で、今回格納されたディジタル信号が基準電位以上の値、または、その逆の基準電位以上の値から小さい値というように前後に格納されたディジタル信号が基準電位と交差するときに交差点として検出する。該交差点が検出された場合、便宜的に今回ディジタル信号が格納された時刻を交差点の時刻とする。そして、該交差点の時刻と前回の交差点の時刻との間隔値により、基準電位の通過の時間間隔である間隔値（時間データ）を形成し、ＲＡＭに格納する。なお、便宜的に交差点の時刻は今回ディジタル信号が格納された時刻としたが、前回ディジタル信号が格納された時刻としてもよい。
さらに、演算部１１は、順次出力される間隔値を時系列データとしてＲＡＭに所定数格納し、該時系列データにより自己相関値Ｓｎを算出し、該自己相関値Ｓｎと前述した平滑化信号と炎判断値基準値レベルとの比較とに基づき炎の判断を行う。
【００２３】
引き続いて、図５のフロー図を参照して、別の実施の形態の動作を箇条書きして説明すれば、次の通りである。
（Ｓ２１）演算部１１が有する機能である火災カウンタの値を「０」にリセットする。
（Ｓ２２）検出部２の炎感知素子から所定の波長帯の赤外線量を電気信号に変換して、入力する。検出する波長帯は、例えば４．４μｍである。
（Ｓ２３）（Ｓ２２）で得られた信号から、アンプ３により電気的に炎のちらつき周波数帯である４〜３０Ｈｚの信号成分を選択し増幅する。
（Ｓ２４）（Ｓ２３）で得られた増幅信号をＡ／Ｄ変換器１０によりディジタル信号にして、演算部１１のＲＡＭに格納する。
（Ｓ２５）ＲＡＭに格納されたディジタル信号とＲＯＭに格納された基準電位とを比較する。前回格納されたディジタル信号が基準電位よりも小さい値で、今回格納されたディジタル信号が基準電位以上の値、または、その逆の基準電位以上の値から小さい値というように前後に格納されたディジタル信号が基準電位と交差するときに交差点として検出する。この交差点が検出された場合、今回ディジタル信号が格納された時刻を交差点の時刻とし、ＲＡＭに格納する。交差点が検出された場合は（Ｓ２６）へ進み、検出されない場合は（Ｓ２７）へ進む。
【００２４】
（Ｓ２６）（Ｓ２５）にて交差点が検出された場合、該交差点の時刻と前回の交差点の時刻との間隔値により、基準電位の通過の時間間隔である間隔値（時間データＤｎ）を形成して、判断部７のＲＡＭに時系列データとして格納する。なお時間データＤｎは、新しい時間データがＲＡＭに格納されるたびに、時間データＤｎ−１，時間データＤｎ−２，…と時系列データの後段に移動する。また、時間データは所定数ＲＡＭに格納され、所定数を超えると過去のものから順次破棄される。
（Ｓ２７）ＲＡＭに格納された一定数のディジタル信号に対して加重平均化処理等を行うことで、該信号を平滑化して平滑化信号としてＲＡＭに格納する。
（Ｓ２８）ＲＡＭに格納された平滑化信号がＲＯＭに格納された炎判断基準値レベル以上の場合、（Ｓ２９）へ進む。炎判断基準値レベルよりも小さい場合は、（Ｓ２１）に戻って手順を繰り返す。
【００２５】
（Ｓ２９）演算部１１のＲＡＭに記憶した時系列データを用いて、自己相関値Ｓｎの計算を行う。自己相関値Ｓｎは、式［数１］により求められ、時系列データを１データ分過去にずらした場合から、所定のデータ分ずらした場合（例えば、１０データ）まで計算した値のうちの最も大きな値となる。
（Ｓ３０）自己相関値Ｓｎを演算部１１のＲＯＭに格納された周期性誤報源判断基準値としての閾値と比較し、閾値以下の場合は炎であると判断し、（Ｓ３１）へ進む。閾値よりも大きい場合は周期性誤報源であると判断し、（Ｓ２１）へ戻って手順を繰り返す。
（Ｓ３１）火災カウンタを「１」インクリメントする。
（Ｓ３２）火災カウンタの値が所定値、例えば３に達していなければ、（Ｓ２２）へ戻って手順を繰り返す。火災カウンタの値が所定値、例えば３に達したら、（Ｓ３３）へ進む。
（Ｓ３３）火災を検出したとして、火災発生信号回路８により、火災信号を図示しない火災受信機へ送信する。
【００２６】
なお、この実施の形態において、時系列データとして用いた間隔値（時間データ）は、赤外線検出手段により検出される検出信号の基準電位の通過の時間間隔としたが、例えば赤外線検出手段により検出される検出信号のピーク間の時間間隔としてもよい。この場合、アンプ３は検出信号の最小ピークがＡ／Ｄ変換器１０でディジタル変換可能となるようにバイアスされているものとし、演算部１１は、前々回および今回ＲＡＭに格納されたディジタル信号同士が前回ＲＡＭに格納されたディジタル信号よりも大きい値、または、その逆の小さい値の場合にピークを検出したものとし、該ピークと前回のピークとの時間間隔である間隔値（時間データ）をＲＡＭに格納する。
また、間隔値に用いられるピークとして、バイアス電圧付近以外のピークのみを用いるようにすると、検出信号のピークのうち、電源ノイズ等のノイズ源の影響によるバイアス電圧付近でのピークを検出することがなくなり、より精度のよい間隔値が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、炎に特有な波長の赤外線を検出して火災時に発生する炎を検出する炎検出装置において、炎に特有な波長の赤外線を検出して検出赤外線の波長に応じた検出信号を出力する炎感知素子と、炎感知素子により検出される検出信号の波形の周期性を評価する波形周期性評価手段と、炎感知素子により検出される検出信号と波形周期性評価手段により評価される波形の周期性とに基づき炎の判断を行う炎判断手段と、を有し、波形周期性評価手段は、炎感知素子により検出される検出信号の波形が基準電位と交差する度に、該交差した時刻と前回交差した時刻との時間間隔を順次測定し、該時間間隔を所定数格納した時系列データ、又は、炎感知素子により検出される検出信号の波形がピークとなる度に、該ピークとなった時刻と前回ピークとなった時刻との時間間隔を順次測定し、該時間間隔を所定数格納した時系列データに基づいて波形の周期性を評価するものであって、時系列データの自己相関値を算出し、算出された自己相関値に基づいて波形の周期性を評価し、波形周期性評価手段は、自己相関値が閾値以下のときに火災と判断する炎検出装置を構成した。
【００２８】
上記のように本発明によれば、赤外線検出手段により検出される検出信号の基準電位の通過の時間間隔を測定した間隔値、または赤外線検出手段により検出される検出信号のピーク間の時間間隔を測定した間隔値の時系列データの自己相関値Ｓｎが算出される。そして、この自己相関値Ｓｎは検出信号の波形の周期性を評価するためのものであり、一定時間中の或期間中における検出信号の波形と一定時間中の或期間中からずらした検出信号の波形相互間の類似性が調査される。両波形が周期性を有しているならば自己相関値Ｓｎは大きく、波形が周期性を有していないならば自己相関値Ｓｎは小さいので、自己相関値Ｓｎがある閾値よりも大きいときには周期性のある誤報源と判別することができる。このため、測定信号の零位通過の時間間隔が一定とならない多灯式回転灯のような周期性誤報源の誤判別が防止できる。
【００２９】
よって、本発明によれば周期性誤報源を排除することが可能で、火災時に発生する炎を高精度に検出できる炎検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成説明図である。
【図２】自己相関値を説明するための波形図である。
【図３】実施形態の動作を示すフロー図である。
【図４】別の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】別の実施形態の動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
１炎検出装置
２検出部
３アンプ
４検出回路
５整流部
６積分器
７判断部
８火災信号発生回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flame detection apparatus, and more particularly to a flame detection apparatus that detects infrared rays having a wavelength peculiar to a flame generated at the time of a fire and detects a flame by eliminating a false alarm source.
[0002]
[Prior art]
As a conventional fire alarm of this kind, an invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 47-28898 is known. The “fire alarm” of the invention described in the above-mentioned publication measures the time interval of zero passage of the measurement signal appearing in the flicker frequency range. When at least a large number of all intervals measured during the measurement time have different interval values, the occurrence of a fire is judged and a notification is made. On the basis of such a measurement principle, this “fire alarm” explains that a periodic false alarm source such as a rotating lamp with a constant time interval for passing a measurement signal can be eliminated.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in general, the periodic false alarm source includes, for example, a period in which a first zero passage time interval, a second zero passage time interval, and a third zero passage time interval are periodically repeated. There are also sexual misinformation sources. As an example, it is a multi-lamp type rotating lamp that is lit instantly at regular intervals several times, and in this case, the time interval of zero passage of the measurement signal is not constant. Therefore, when a flicker signal such as a multi-lamp rotating lamp is input to the fire detection element, there is a problem that it is erroneously determined as a fire. Other sources of such periodic misinformation include a motorcycle engine with a small number of cylinders.
[0004]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the conventional “fire alarm”, and has introduced the concept of “autocorrelation value Sn” for evaluating the periodicity of the waveform of the detection signal. And, when the autocorrelation value Sn is larger than a certain threshold value, a flame detection device capable of discriminating from a periodic misreporting source and eliminating a periodic misreporting source such as a multi-lamp rotating lamp is realized. Is.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a flame detection device that detects an infrared ray having a wavelength specific to a flame and detects a flame generated in a fire, and detects an infrared ray having a wavelength specific to the flame and outputs a detection signal corresponding to the wavelength of the detected infrared ray. A flame sensing element, a waveform periodicity evaluating means for evaluating the periodicity of the waveform of a detection signal detected by the flame sensing element, a detection signal detected by the flame sensing element and a waveform evaluated by the waveform periodicity evaluating means Flame determining means for determining flame based on the periodicity of the waveform, and the waveform periodicity evaluating means intersects each time the waveform of the detection signal detected by the flame sensing element intersects the reference potential. The time interval between the time and the time of the previous crossing is sequentially measured, and each time-series data storing a predetermined number of the time intervals or the waveform of the detection signal detected by the flame sensing element peaks, And the last time Measuring the time interval with the time of day, and evaluating the periodicity of the waveform based on time-series data storing a predetermined number of the time intervals, and calculating the autocorrelation value of the time-series data. The periodicity of the waveform is evaluated based on the calculated autocorrelation value, and the waveform periodicity evaluation means constitutes a flame detection device that determines a fire when the autocorrelation value is equal to or less than a threshold value .
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of an embodiment of the present invention, in which (a) is a block diagram, and (b) and (c) are circuit diagrams of a detection circuit and an integrator of (a). In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a flame detection device. 2 is a detection unit, 3 is an amplifier that amplifies the output of the

detection unit

2, 4 is a detection circuit, 5 and 6 are rectification units and integrators, 7 is a determination unit, and 8 is a fire signal generation circuit.
The detecting unit 2 is an example of an infrared detecting unit that detects infrared light having a wavelength peculiar to a flame and outputs a detection signal corresponding to the wavelength of the detected infrared light. The detection circuit 4 and the determination unit 7 are examples of waveform periodicity evaluation means for evaluating the periodicity of the waveform of the detection signal detected by the infrared detection means. The determination unit 7 is an example of a flame determination unit that determines a flame based on a detection signal detected by the infrared detection unit and a waveform periodicity evaluated by the waveform periodicity evaluation unit.
[0007]
The detecting unit 2 is an example of an infrared detecting unit that detects infrared light having a wavelength peculiar to a flame and outputs a detection signal corresponding to the wavelength of the detected infrared light. The detection circuit 4 and the determination unit 7 are examples of waveform periodicity evaluation means for evaluating the periodicity of the waveform of the detection signal detected by the infrared detection means. The determination unit 7 is an example of a flame determination unit that determines a flame based on a detection signal detected by the infrared detection unit and a waveform periodicity evaluated by the waveform periodicity evaluation unit.
A flame sensing element such as a pyroelectric element is used for the detection unit 2 to detect infrared light, for example, in the vicinity of the 4.4 μm band, which is peculiar to the flame generated at the time of a fire.
The amplifier 3 selects and amplifies a signal component of 4 to 30 Hz that is electrically a flickering frequency band of the flame from the signal of the detection unit 2. If a narrow-band filter that passes only the signal component of 4 to 30 Hz that is electrically a flickering frequency band of the flame of the signal of the detection unit 2 is provided at the subsequent stage of the detection unit 2, a noise component other than 4 to 30 Hz is provided. Is more surely removed.
[0008]
The rectifying unit 5 extracts a plus side signal from the signals amplified by the amplifier 3.
The integrator 6 is configured as shown in FIG. 61 is a diode, 62 and 63 are charging and discharging resistors, and 64 is a capacitor. Reference numeral 65 denotes a set power source, and 66 denotes a comparator, which is a part of the determination unit 7 described later. The plus-side signal taken out by the rectifier 5 is charged in the capacitor 64 via the diode 61 and the resistor 62 for preventing backflow and smoothed. The resistor 63 is a discharge resistor that discharges this signal, and is slowly discharged so that the signal remains stable. Then, a constant voltage as a flame judgment reference value is set by the setting power source 65, the smoothing signal is compared with this constant voltage by the comparator 66, and if the smoothing signal is equal to or higher than the certain voltage, the detection unit 2 sets the flame. Assuming that an infrared radiation source having the possibility of detection is detected, the output signal is changed from a normal zero output to a positive output.
[0009]
The detection circuit 4 is configured as shown in FIG. 42 and 43 are voltage dividing resistors, and 44 is a comparator. Reference numeral 41 denotes an amplifier as the amplifier 3. A reference potential of the comparator 44 is set by

voltage dividing resistors

42 and 43 connected to a constant voltage power source (not shown). Then, the comparator 44 compares the signal amplified by the amplifier 41 which is the amplifier 3 with the reference potential. The comparator 44 outputs a plus-side signal when the amplified signal is equal to or higher than a reference potential, and forms a rectangular wave by outputting a zero-side signal when the amplified signal is smaller than the reference potential, thereby forming a plus-side signal of the rectangular wave. The interval value (time data), which is the time interval for the passage of the reference potential, is formed based on the output duration time or the output duration time of the zero side signal, and is output to the determination unit 7.
[0010]
The determination unit 7 is formed by a setting power source 65 for confirming whether or not an infrared radiation source that may be a flame is detected by the detection unit 2 described above, a comparator 66, an output signal from the integrator 6, and the detection circuit 4. RAM (not shown) for temporarily storing the interval value and the like, a ROM (not shown) for storing a threshold value as a periodic false alarm source determination reference value to be compared with a program and an autocorrelation value Sn (to be described later). The determination unit 7 stores a predetermined number of interval values formed by the detection circuit 4 in the RAM as time series data, calculates an autocorrelation value Sn from the time series data, and calculates the autocorrelation value Sn and the integrator 6 The flame is determined based on the output signal.
The fire signal generation circuit 8 outputs a fire signal based on the flame determination result by the determination unit 7.
[0011]
Here, prior to the description of the operation using the flowchart of FIG. 3, the autocorrelation value Sn introduced in the present application will be described with reference to FIG.
FIG. 2 (a) shows a periodic false alarm that is periodically repeated with a combination of different periods of a period S1 having a first zero passage time interval and a period S2 having a second zero passage time interval. FIG. 4 is a waveform diagram of a source, that is, a periodic false alarm source in which a time interval of zero passage of a measurement signal is not constant, and a horizontal axis and a vertical axis are time (t) and a waveform signal (v). Here, it is assumed that the reference potential of the comparator 44 is v1, and time data that is an interval value between the time tn at the intersection between the input waveform and the reference potential and the time tn-1 at the intersection with the previous reference potential is Dn. In this periodic misinformation source, the time data Dn, Dn-1, Dn-2, and Dn-3 are set as one cycle, and this cycle is periodically repeated. FIG. 2B shows a state in which the time data is temporarily stored in the RAM of the determination unit 7 to obtain time series data. Here, for example, the time data Dn, Dn-1,..., Dn-7 of the two-cycle waveform are time data Dn-1, Dn-2,. 8. When the time data Dn-2, Dn-3,..., Dn-9,..., Dn-9,. , Dn-5,..., Dn-11, it can be determined that this waveform is a waveform of a periodic false alarm source. For this determination, the periodicity of the input waveform is evaluated using the autocorrelation value Sn of the following equation.
[0012]
[Expression 1]

Where x is the number of data
j is the number of data to be shifted.
The autocorrelation value Sn is obtained by measuring the time interval of passage of the reference potential of the detection signal detected by the infrared detecting means as an interval value (time data), and using a predetermined number of x + j interval values as time series data. The data is stored in the RAM of the determination unit 7 and is calculated from the stored time series data. For the autocorrelation value Sn, 1 to 10 is substituted for j, and the current input waveform from time data Dn to Dn-x and time data obtained by shifting j time data from the current input waveform in the past. Waveforms with the past input waveforms from Dn-j to Dn-xj are sequentially compared with each other. When the waveforms are most similar to each other, the maximum value is indicated and the maximum value is obtained. The autocorrelation value Sn indicates a large value if the waveform has periodicity, and indicates a small value if the waveform does not have periodicity. This value is based on a threshold value as a periodic false alarm source determination reference value stored in the ROM. If it is too large, it is determined by the determination unit 7 that it is a periodic false alarm source.
[0014]
Therefore, as shown in FIG. 2A, even in the case of a periodic false alarm source that is periodically repeated with a combination of different periods such as the period S1 and the period S2, the waveform has a stable periodicity. Judgment can be made. Of course, even in the case of a periodic false alarm source in which a single cycle is periodically repeated, that is, in the case of a periodic false alarm source in which the time interval of zero passage of the measurement signal in the conventional example is constant, stable periodicity determination It can be performed. The reference potential of the comparator 44 may be a positive potential or a negative potential. If the potential is set to a value other than near the zero potential, it is affected by a noise source such as power supply noise superimposed on the signal component of the input waveform. The time interval for passing the reference potential of the detection signal detected by the infrared detecting means does not become unstable.
[0015]
Subsequently, the operation of the embodiment will be described in an itemized manner with reference to the flowchart of FIG. 3 as follows.
(S1) The value of the fire counter which is a function of the determination unit 7 is reset to “0”.
(S2) An infrared ray amount in a predetermined wavelength band is converted from the flame sensing element of the detection unit 2 into an electrical signal and input. The wavelength band to be detected is, for example, 4.4 μm.
[0016]
(S1) From the signal obtained in (S2), the amplifier 3 selects and amplifies a signal component of 4 to 30 Hz, which is an electrically flickering frequency band.
(S4) The amplified signal obtained in (S3) is formed into a rectangular wave by the detection circuit 4, and the signal output is sequentially stored in the RAM of the determination unit 7. The rectangular wave is detected as an intersection when switching from a plus signal to a zero signal or vice versa from a zero signal to a plus signal. When this intersection is detected, the time when the current signal output is stored is set as the intersection time and stored in the RAM. If an intersection is detected, the process proceeds to (S5), and if not detected, the process proceeds to (S6).
[0017]
(S5) When an intersection is detected in (S4), an interval value (time data Dn) that is a time interval of passage of the reference potential is determined based on an interval value between the time of the intersection and the time of the previous intersection. 7 as time series data. The time data Dn moves to the subsequent stage of time data Dn-1, time data Dn-2,... Each time new time data is stored in the RAM. The time data is stored in a predetermined number of RAMs, and when the predetermined number is exceeded, the past data is sequentially discarded.
(S6) The amplified signal obtained in (S3) is converted into a smoothed signal by the integrator 6 via the rectifier 5.
(S7) When the smoothed signal obtained in (S6) is equal to or higher than a certain voltage which is a flame determination reference value, a plus output is output to the determination unit 7 and the process proceeds to (S8). If the voltage is smaller than the constant voltage, a zero output is output to the determination unit 7, and then the procedure returns to (S1) and the procedure is repeated.
[0018]
(S8) The autocorrelation value Sn is calculated using the time series data stored in the RAM of the determination unit 7. The autocorrelation value Sn is obtained by the formula [Equation 1], and is the largest of the values calculated from when the time series data is shifted by one data in the past to when it is shifted by predetermined data (for example, 10 data). Large value.
(S9) The autocorrelation value Sn is compared with a threshold value as a periodic false alarm source determination reference value stored in the ROM of the determination unit 7. If the autocorrelation value Sn is equal to or less than the threshold value, it is determined that the flame is present, and the process proceeds to (S10). If it is larger than the threshold value, it is determined that it is a periodic misinformation source, and the procedure returns to (S1) to repeat the procedure.
[0019]
(S10) The fire counter is incremented by “1”.
(S11) If the value of the fire counter has not reached a predetermined value, for example, 3, return to (S2) and repeat the procedure. When the value of the fire counter reaches a predetermined value, for example, 3, the process proceeds to (S12).
(S12) When a fire is detected, the fire occurrence signal circuit 8 transmits a fire signal to a fire receiver (not shown).
Note that the value of this fire counter counts the number of times it is determined that a flame has occurred, and if it is determined three times in succession that a flame has occurred in order to reliably detect only a fire. In addition, it is assumed that a fire has been detected. Of course, the value of the fire counter as a condition for transmitting the fire signal to the fire receiver may be set to a value other than 3.
[0020]
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of another embodiment. The same members as those of the flame detection apparatus 1 of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Different parts will be described below. In FIG. 4, an A / D converter 10 is provided instead of the detection circuit 4, the rectifying unit 5, and the integrator 6 of FIG. 1. Further, instead of the determination unit 7, a calculation unit 11 capable of calculating at higher speed is arranged.
The A / D converter 10 and the calculation unit 11 are examples of waveform periodicity evaluating means for evaluating the periodicity of the waveform of the detection signal detected by the infrared detecting means. The calculation unit 11 is an example of a flame determination unit that performs flame determination based on a detection signal detected by the infrared detection unit and a waveform periodicity evaluated by the waveform periodicity evaluation unit.
[0021]
The A / D converter 10 converts the signal amplified by the amplifier 3 into a digital signal.
The fire signal generation circuit 8 outputs a fire signal based on the flame determination result by the calculation unit 11.
Although not shown, the calculation unit 11 stores a RAM for temporarily storing various signals and interval values, which will be described later, a program, and a threshold value as a reference potential, a flame determination reference value level, and a periodic error source determination reference value, which will be described later. Have ROM.
The arithmetic unit 11 stores the digital signal from the A / D converter 10 in the RAM, smoothes the signal by performing a weighted averaging process or the like on a certain number of digital signals stored in the RAM. Stored in the RAM as a smoothed signal. Further, the smoothing signal is compared with a flame judgment value reference value level as a flame judgment value reference value stored in the ROM. When the smoothing signal is equal to or higher than the flame judgment value reference value level, the detection unit 2 sets the flame. It is determined that infrared rays having the possibility of are detected.
[0022]
In addition, the calculation unit 11 compares the digital signal sequentially stored in the RAM with the reference potential stored in the ROM. Previously stored digital signal is a value smaller than the reference potential, and the digital signal stored this time is a value greater than or equal to the reference potential, or vice versa. When the signal crosses the reference potential, it is detected as an intersection. When the intersection is detected, the time when the digital signal is stored this time is set as the intersection time for convenience. Then, an interval value (time data) that is a time interval of passage of the reference potential is formed by the interval value between the intersection time and the previous intersection time, and is stored in the RAM. For convenience, the intersection time is the time when the digital signal is stored this time, but it may be the time when the previous digital signal was stored.
Further, the calculation unit 11 stores a predetermined number of sequentially output interval values in the RAM as time series data, calculates an autocorrelation value Sn from the time series data, and calculates the autocorrelation value Sn and the smoothed signal described above. The flame is judged based on the comparison with the flame judgment value reference value level.
[0023]
Subsequently, the operation of another embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 5 as follows.
(S21) The value of the fire counter, which is a function of the calculation unit 11, is reset to “0”.
(S22) The amount of infrared rays in a predetermined wavelength band is converted into an electric signal from the flame sensing element of the detection unit 2 and input. The wavelength band to be detected is, for example, 4.4 μm.
(S23) From the signal obtained in (S22), the amplifier 3 selects and amplifies a signal component of 4 to 30 Hz, which is an electric flame flicker frequency band.
(S24) The amplified signal obtained in (S23) is converted into a digital signal by the A / D converter 10 and stored in the RAM of the arithmetic unit 11.
(S25) The digital signal stored in the RAM is compared with the reference potential stored in the ROM. Previously stored digital signal is a value smaller than the reference potential, and the digital signal stored this time is a value greater than or equal to the reference potential, or vice versa. When the signal crosses the reference potential, it is detected as an intersection. When this intersection is detected, the time when the digital signal is stored this time is set as the intersection time and stored in the RAM. If an intersection is detected, the process proceeds to (S26), and if not detected, the process proceeds to (S27).
[0024]
(S26) When an intersection is detected in (S25), an interval value (time data Dn) that is a time interval of passage of the reference potential is formed based on the interval value between the time of the intersection and the time of the previous intersection. Thus, it is stored in the RAM of the determination unit 7 as time series data. The time data Dn moves to the subsequent stage of time data Dn-1, time data Dn-2,... Each time new time data is stored in the RAM. The time data is stored in a predetermined number of RAMs, and when the predetermined number is exceeded, the past data is sequentially discarded.
(S27) By performing a weighted averaging process or the like on a certain number of digital signals stored in the RAM, the signals are smoothed and stored in the RAM as a smoothed signal.
(S28) When the smoothed signal stored in the RAM is equal to or higher than the flame determination reference value level stored in the ROM, the process proceeds to (S29). When it is smaller than the flame judgment reference value level, the procedure returns to (S21) and the procedure is repeated.
[0025]
(S29) The autocorrelation value Sn is calculated using the time series data stored in the RAM of the calculation unit 11. The autocorrelation value Sn is obtained by the formula [Equation 1], and is the largest of the values calculated from when the time series data is shifted by one data in the past to when it is shifted by predetermined data (for example, 10 data). Large value.
(S30) The autocorrelation value Sn is compared with a threshold value as a periodic false alarm source determination reference value stored in the ROM of the calculation unit 11. If the autocorrelation value Sn is equal to or less than the threshold value, it is determined that the flame is present, and the process proceeds to (S31). If it is larger than the threshold value, it is determined that it is a periodic misinformation source, and the procedure returns to (S21) and the procedure is repeated.
(S31) The fire counter is incremented by “1”.
(S32) If the value of the fire counter has not reached a predetermined value, for example, 3, return to (S22) and repeat the procedure. When the value of the fire counter reaches a predetermined value, for example, 3, the process proceeds to (S33).
(S33) When a fire is detected, the fire occurrence signal circuit 8 transmits a fire signal to a fire receiver (not shown).
[0026]
In this embodiment, the interval value (time data) used as the time series data is the time interval of passage of the reference potential of the detection signal detected by the infrared detection means, but is detected by the infrared detection means, for example. The time interval between the peaks of the detected signal may be set. In this case, it is assumed that the amplifier 3 is biased so that the minimum peak of the detection signal can be digitally converted by the A / D converter 10, and the arithmetic unit 11 determines that the digital signals stored in the RAM before and after this time are stored in the RAM. A peak is detected when the value is larger than the digital signal stored in the previous RAM or vice versa, and an interval value (time data) that is the time interval between the peak and the previous peak is stored in the RAM. To store.
Further, if only the peak other than the vicinity of the bias voltage is used as the peak used for the interval value, a peak near the bias voltage due to the influence of a noise source such as a power supply noise can be detected among the peaks of the detection signal. As a result, a more accurate interval value can be obtained.
[0027]
【The invention's effect】
The present invention is a flame detection device that detects an infrared ray having a wavelength specific to a flame and detects a flame generated in a fire, and detects an infrared ray having a wavelength specific to the flame and outputs a detection signal corresponding to the wavelength of the detected infrared ray. A flame sensing element, a waveform periodicity evaluating means for evaluating the periodicity of the waveform of a detection signal detected by the flame sensing element, a detection signal detected by the flame sensing element and a waveform evaluated by the waveform periodicity evaluating means Flame determining means for determining flame based on the periodicity of the waveform, and the waveform periodicity evaluating means intersects each time the waveform of the detection signal detected by the flame sensing element intersects the reference potential. The time interval between the time and the time of the previous crossing is sequentially measured, and each time-series data storing a predetermined number of the time intervals or the waveform of the detection signal detected by the flame sensing element peaks, And the last time Measuring the time interval with the time of day, and evaluating the periodicity of the waveform based on time-series data storing a predetermined number of the time intervals, and calculating the autocorrelation value of the time-series data. The periodicity of the waveform is evaluated based on the calculated autocorrelation value, and the waveform periodicity evaluation means constitutes a flame detection device that determines that a fire occurs when the autocorrelation value is equal to or less than a threshold value .
[0028]
As described above, according to the present invention, the interval value obtained by measuring the time interval of passage of the reference potential of the detection signal detected by the infrared detection means, or the time interval between the peaks of the detection signal detected by the infrared detection means is set. The autocorrelation value Sn of the time series data of the measured interval value is calculated. The autocorrelation value Sn is used to evaluate the periodicity of the waveform of the detection signal. The waveform of the detection signal during a certain period of time and the detection signal shifted from the certain period of time. Similarities between waveforms are investigated. If both waveforms have periodicity, the autocorrelation value Sn is large, and if the waveform does not have periodicity, the autocorrelation value Sn is small. Therefore, when the autocorrelation value Sn is greater than a certain threshold, the period is Can be identified as a source of misinformation. For this reason, it is possible to prevent erroneous determination of a periodic misinformation source such as a multi-lamp rotating lamp in which the time interval of zero passage of the measurement signal is not constant.
[0029]
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a flame detection device that can eliminate periodic false alarm sources and can detect a flame generated at the time of a fire with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram for explaining an autocorrelation value.
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of another embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of another embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flame detection apparatus 2 Detection part 3 Amplifier 4 Detection circuit 5 Rectification part 6 Integrator 7 Judgment part 8 Fire signal generation circuit

Claims

In a flame detection device that detects infrared rays with a wavelength that is unique to flames and detects flames generated in the event of a fire,
A flame sensing element that detects an infrared ray having a wavelength characteristic of the flame and outputs a detection signal corresponding to the wavelength of the detected infrared ray;
Waveform periodicity evaluation means for evaluating the periodicity of the waveform of the detection signal detected by the flame sensing element;
Flame determination means for determining flame based on the detection signal detected by the flame sensing element and the periodicity of the waveform evaluated by the waveform periodicity evaluation means,
The waveform periodicity evaluation means includes
Each time the waveform of the detection signal detected by the flame sensing element crosses a reference potential, the time interval between the crossing time and the previous crossing time is sequentially measured, and time-series data storing a predetermined number of the time intervals ,
Alternatively, every time the waveform of the detection signal detected by the flame sensing element reaches a peak, the time interval between the peak time and the previous peak time is sequentially measured, and a predetermined number of the time intervals are stored. The periodicity of the waveform is evaluated based on the time series data,
Calculate the autocorrelation value of the time series data, evaluate the periodicity of the waveform based on the calculated autocorrelation value,
The flame detection apparatus according to claim 1, wherein the waveform periodicity evaluation unit determines that a fire occurs when the autocorrelation value is equal to or less than a certain threshold value.