DE60215909T2

DE60215909T2 - Vorrichtung zur Flammenerkennung

Info

Publication number: DE60215909T2
Application number: DE60215909T
Authority: DE
Inventors: Hidenari Sagamihara-shi Matsukuma; Masahiko Yamato-shi Nemoto; Hiroshi Yokohama-shi Shima
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: AU2002325590B2; TWI280519B; EP1329860A3; DE60215909D1; CN1432798A; US6806471B2; EP1329860A2; EP1329860B1; US20030132388A1; CN100387949C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Flammenerfassungsgerät, und insbesondere eine Flammenerfassungsvorrichtung, die eine Flamme aus einem Bild bestimmt, das durch ein Fotografieren eines Überwachungsobjekts mit einem Bildgeber erhalten wird.
Beschreibung des verwandten Sachstands
Als Verfahren nach dem Stand der Technik zum Verarbeiten eines Bilds, das von einer Überwachungskamera fotografiert ist, und zum Bestimmen einer Flamme, die durch ein Feuer herbeigeführt wird, sind bekannt (1) ein Verfahren zum Extrahieren der Infrarotstrahlen in einem CO₂-Resonanzstrahlungsband, das Wellenlängen einschließt, die Licht zu eigen sind, das von Flammen abgestrahlt wird, (2) ein Verfahren zum Extrahieren einer Flammenflackerfrequenz, die eine zeitliche Änderung der Lichtintensität der Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband ist, und (3) ein Verfahren zum Extrahieren der Fassung der zeitlichen Vergrößerung und Verkleinerung, die das räumliche Verhalten des Bilds einer brennenden Flamme sind. Deswegen sind Flammenerfassungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik, die eine Bildverarbeitung durchführen, mit einem Eintrittsfenster zum Schützen des Inneren der Vorrichtung vor Staub, Tautropfen, etc. ausgestattet. Die Flammenerfassungsvorrichtung nach dem Stand der Technik sind ferner mit einem Bandpassfilter zum Extrahieren der Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband, einem Bildgeber zum Fotografieren eines Bilds der extrahierten Infrarotstrahlen, einem Linsenmechanismus zum Projizieren des Bilds eines Überwachungsraums auf dem Bildgeber und einem Verarbeitungsabschnitt zum Verarbeiten eines Bildsignalausgangs aus dem Bildgeber und zum Bestimmen einer Flamme, die durch ein Feuer herbeigeführt wird, ausgestattet.
Das CO₂-Resonanzstrahlungsband mit einer Mittenwellenlänge von 4,5 μm, das Flammen zu eigen ist, ist zum Bestimmen von Flammen geeignet, weil es ein gutes Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) bezüglich externem Licht, außer Flammen, aufweist. Jedoch erfordern Infrarotbildgeber zum Fotografieren des CO₂-Resonanzstrahlungsbands eine komplizierte Kühlungsstruktur, etc. Überdies sind die Infrarotbildgeber sehr teuer und von großer Abmessung.
Andererseits ist als ein Verfahren zum Erfassen einer Flamme aus Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband ein Flammendetektor nach dem Stand der Technik bekannt, der ein pyroelektrisches Element anstelle des Infrarotbildgebers einsetzt. Der Flammendetektor mit einem pyroelektrischen Element ist strukturell einfach und kostengünstig. Jedoch kann, da der Flammendetektor eine Bildverarbeitung nicht durchführt, dieser die zeitliche Vergrößerung und Verkleinerung, die das zeitliche Verhalten des Bilds einer brennenden Flamme sind, nicht erfassen. Deswegen ist der Flammendetektor bei der Flammenerfassungsgenauigkeit gegenüber dem Bildverarbeitungsverfahren, das den Infrarotbildgeber einsetzt, unterlegen.
Als ein kostengünstiger Bildgeber ist ein Bildgeber mit einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD, charged-coupled device) vorhanden, der bei einem üblichen Videofotografiergerät, etc. verwendet wird. Der CCD-Bildgeber ist im Preis relativ niedrig und im Betriebsverhalten gut. Jedoch ist in dem CCD-Bildgeber das Wellenlängenband, bei welchem ein Fotografieren möglich ist, auf einen schmalen Bereich von dem sichtbaren Licht zu Nahinfrarotstrahlen (ungefähr 1,2 μm) beschränkt und recht nicht zu dem CO₂-Resonanzstrahlungsband, das am charakteristischsten für Flammen ist.
Zusätzlich ist die Lichtenergie von Flammen auf einem extrem höheren Pegel als der Dynamikbereich des CCD-Bildgebers. Deswegen wird, wenn eine Flamme, die durch ein Feuer herbeigeführt wird, mit einer Überwachungskamera fotografiert wird, die den CCD-Bildgeber einsetzt, ein Halo-Effekt (eine Signalsättigung) herbeigeführt werden.
In dem Fall, wo eine Flamme, die durch ein Feuer herbeigeführt wird, von dem Infrarotbildgeber fotografiert wird, wird die Lichtenergie von der Flamme den Dynamikbereich des Bildgebers überschreiten und einen Halo-Effekt herbeiführen. Deswegen weist der Infrarotbildgeber das gleiche Problem wie der Fall des oben beschriebenen CCD-Bildgebers auf. Dieser Halo-Effekt kann auch durch eine Apertursteuerung oder Verstärkungssteuerung nicht unterdrückt werden. Deswegen kann der CCD-Bildgeber das räumliche Verhalten einer Flamme nicht aufnehmen und ist deswegen zur Erfassung und Überwachung von Flammen ungeeignet.
Die GB 2 360 355 A offenbart eine Flammenerfassungsvorrichtung, die einen Bildsensor und einen Verarbeitungsabschnitt zum Verarbeiten des Sensorsignals aufweist. Ein Bandpassfilter kann vor dem Bildsensor angeordnet sein.
Um Halo-Effekte zu unterdrücken, schlägt die US 5,225,883 vor, einen Neutraldichtefilter in den Pfad einer höchsten Intensität für eine Flammenerfassungsvorrichtung zu platzieren, die auch einen CCD-Bildgeber einsetzt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kleine und kostengünstige Flammenerfassungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Flamme unter Verwendung eines CCD-Bildgebers exakt zu bestimmen. Diese Aufgabe wird durch eine Flammenerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgelistet.
Ein Vorteil der Flammenerfassungsvorrichtung besteht darin, dass sie in der Lage ist, auf einfache Weise eine Graustufenauflösung für ein Flammenbild zu verbessern, wenn ein Bildgeber eingesetzt wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Flammenerfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Flamme, die durch ein Feuer herbeigeführt wird, ein Lichtschwächungsfilter zum Abschwächen von 90% oder mehr von Licht mit Wellenlängen in einem Sichtbar-zu-Nahinfrarot-Band, das von der Flamme abgestrahlt wird. Die Flammenerfassungsvorrichtung umfasst ferner einen Bildgeber zum Fotografieren eines Bilds des abgeschwächten Lichts, das darauf einfällt, und einen Verarbeitungsabschnitt zum Bestimmen der Flamme aus dem Bild, das von dem Bildgeber erhalten wird.
In der Flammenerfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung werden 90% oder mehr des Lichts, das auf den Bildgeber einfällt, von dem Lichtabschwächungsfilter abgeschwächt, so dass die Menge des Einfallslichts innerhalb des dynamischen Bereichs des Bildgebers liegt. Deswegen kann, wenn eine Flamme fotografiert wird, ein Halo-Effekt, der in herkömmlichen Flammenerfassungsvorrichtungen auftritt, die einen Bildgeber einsetzen, verhindert werden, und das räumliche Verhalten einer Flamme kann aus einem Bild, das von dem Bildgeber erhalten wird, erfasst werden. Somit kann in der Flammenerfassungsvorrichtung das Erfassen einer Flamme durch ein Einsetzen eines Bildgebers ermöglicht werden, der in herkömmlichen Flammenerfassungsvorrichtungen nicht verwendet werden kann, um eine Flamme zu erfassen, die durch ein Feuer herbeigeführt wird.
In der Flammenerfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der Bildgeber einen Bildgeber mit einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD, charged-coupled device) umfassen. Wie zuvor beschrieben, ist die Empfindlichkeit des CCD-Sensors in einem schmalen Bereich von einem sichtbaren Band bis ungefähr 1,2 μm und erreicht das CO₂-Resonanzstrahlungsband mit einer Mittenwellenlänge von 4,5 μm, das für Flammen charakteristisch ist, nicht. Jedoch ist es, da Licht in einem breiten Wellenlängenbereich (Ultraviolett-, Sichtbar-, Nahinfrarot- und Infrarot-Bereich) aus einer Flamme abgestrahlt wird, hinreichend möglich, Flammen mit dem CCD-Sensor zu fotografieren. Überdies ist es bekannt, dass für das Flacker- und räumliche Verhalten einer Flamme das empfindliche Band des CCD-Sensors ähnlich zu dem CO₂-Resonanzstrahlungsband ist. Deswegen ist es hinreichend möglich, eine Flamme mit einem hohen Maß einer Genauigkeit aus einem Bild zu bestimmen, das von einem CCD-Bildgeber fotografiert ist.
Das zuvor erwähnte Lichtabschwächungsfilter kann ein Neutraldichte-(ND)-Filter zum Abschwächen von 90% oder mehr von Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge in einem Sichtbar-zu-Nahinfrarot-Band und ein Abschneidefilter für sichtbares Licht zum Abschneiden von Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge oder weniger in einem sichtbaren Band umfassen.
Ferner umfasst, in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, die Flammenerfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Flamme, die durch ein Feuer herbeigeführt wird, ein Lichtabschwächungsfilter zum Abschwächen von 90% oder mehr von Licht mit Wellenlängen in einem Sichtbar-zu-Nahinfrarot-Band, das von der Flamme abgestrahlt wird, und einem Bildgeber zum Fotografieren eines Bilds des abgeschwächten Lichts, das darauf einfällt; ein eine spezifische Wellenlänge transmittierendes Filter zum Transmittieren von Licht mit Wellenlängen in einem CO₂-Resonanzstrahlungsband; und ein Infrarotsensor zum Empfangen des Lichts, das durch das eine spezifische Wellenlänge transmittierende Filter transmittiert wird, und zum Konvertieren des empfangenen Lichts in ein elektrisches Signal. Die Flammenerfassungsvorrichtung schließt ferner einen Verarbeitungsabschnitt zum Bestimmen der Flamme aus Änderungen in der zeitlichen Vergrößerung und Verkleinerung des Bilds, das von dem Bildgeber erhalten wird, und aus einer Flackerfrequenz, die aus dem elektrischen Signal erhalten wird, das von dem Infrarotsensor ausgegeben wird, ein.
In einer bevorzugten Form der Flammenerfassungsvorrichtung umfasst der Bildgeber einen CCD-Bildgeber. Zusätzlich zu einer Flammenbestimmung auf der Grundlage des Bilds, das von dem CCD-Bildgeber verarbeitet wird, werden die Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband erfasst, indem das oben erwähnte spezifische Bandpassfilter und der oben erwähnte Infrarotsensor (z.B. ein pyroelektrisches Element, etc.) eingesetzt werden. Deswegen kann zusätzlich zu den Vorteilen des CCD-Bildgebers eine Flammenbestimmungsgenauigkeit auf einfache Weise bei niedrigen Kosten durch die direkte Erfassung der Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband verbessert werden.
Ferner umfasst, in Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, die Flammenerfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Flamme, die durch ein Feuer herbeigeführt wird, ein Lichtabschwächungsfilter zum Abschwächen von 90% oder mehr von Licht mit Wellenlängen in einem Sichtbar-zu-Nahinfrarot-Band, das von der Flamme abgestrahlt wird, und einen Bildgeber zum Fotografieren eines Bilds des abgeschwächten Lichts, das darauf einfällt, und (1) einen ersten Infrarotsensor, der mit einem ersten eine spezifische Wellenlänge transmittierenden Filter versehen ist, das Licht mit einer ersten Wellenlänge niedriger als die Mittenwellenlänge eines CO₂-Resonanzstrahlungsbands transmittiert, wobei der erste Infrarotsensor betriebsfähig ist, das Licht, das durch das erste eine spezifische Wellenlänge transmittierende Filter transmittiert wird, zu empfangen, und das empfangene Licht in ein elektrisches Signal zu konvertieren; (2) einen zweiten Infrarotsensor, der mit einem zweiten eine spezifische Wellenlänge transmittierenden Filter versehen ist, das Licht mit einer zweiten Wellenlänge transmittiert, das die Mittenwellenlänge des CO₂-Resonanzstrahlungsbands ist, wobei der zweite Infrarotsensor betriebsfähig ist, das Licht, das durch das zweite eine spezifische Wellenlänge transmittierende Filter transmittiert wird, zu empfangen und das empfangene Licht in ein elektrisches Signal zu konvertieren; (3) einen dritten Infrarotsensor, der mit einem dritten eine spezifische Wellenlänge transmittierenden Filter versehen ist, das Licht mit einer dritten Wellenlänge höher als die zweite Wellenlänge transmittiert; wobei der dritte Infrarotsensor betriebsfähig ist, das Licht, das durch das dritte eine spezifische Wellenlänge transmittierende Filter transmittiert wird, zu empfangen, und das empfangene Licht in ein elektrisches Signal zu konvertieren; und (4) einen Verarbeitungsabschnitt zum Bestimmen der Flamme aus Änderungen in der zeitlichen Vergrößerung und Verkleinerung des Bilds, das von dem Bildgeber erhalten wird, und aus einer Verteilung von Spitzenwerten, die aus den elektrischen Signalen erhalten werden, die von den ersten, zweiten und dritten Infrarotsensoren ausgegeben werden.
In der zuvor erwähnten Flammenerfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird zusätzlich zu einer Flammenbestimmung auf der Grundlage der Bildverarbeitung, die von dem CCD-Bildgeber durchgeführt wird, eine Verteilung von drei Spitzenintensitäten in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband durch die oben erwähnten drei Infrarotsensoren erfasst. Deswegen kann eine Flammenbestimmung mit einem noch höheren Grad einer Genauigkeit durchgeführt werden. Die Flammenerfassungsvorrichtungen der vorliegenden Erfindung können einen Aperturmechanismus zum Einstellen einer Menge von Einfallslicht umfassen. In diesem Fall ist der Aperturmechanismus in der Lage, die Lichtmenge, die mit dem oben beschriebenen Lichtabschwächungsfilter nicht eingestellt werden kann, zu erhöhen oder zu verringern. Für diese Einstellung kann ein Verstärkungssteuerabschnitt in einem Verstärkungsabschnitt bereitgestellt werden, der ein Signal verstärkt, das in den Verarbeitungsabschnitt eingegeben wird.
Die obigen und weiteren Aufgaben und neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher aus der folgenden Beschreibung werden, wenn dieselbe in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen gelesen wird. Es ist jedoch ausdrücklich zu verstehen, dass die Zeichnungen nur dem Zweck einer Veranschaulichung dienen und nicht als eine Definition der Beschränkungen der Erfindung anzusehen sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein schematisches Diagramm einer Flammenerfassungsvorrichtung, die einen CCD-Bildgeber einsetzt, in Übereinstimmung mit eine ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 einen Graphen, der verwendet wird, um die Frequenzcharakteristik des ND-Filters, das in 1 gezeigt ist, zu erläutern;
3 eine Beziehung zwischen der Einfallslichtmenge, die von dem ND-Filter abgeschwächt ist, und dem Ausgangsbereich des CCD-Bildgebers;
4 ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer Flammenerfassungsvorrichtung, die einen Infrarotbildgeber einsetzt, nicht gehörig zu der Erfindung;
5 ein schematisches Diagramm einer Flammenerfassungsvorrichtung, die sowohl einen CCD-Bildgeber als auch einen Infrarotsensor einsetzt, in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 einen Graphen der Charakteristik eines CO₂-Resonanzstrahlungsbands, das Flammen zu eigen ist;
7 ein schematisches Diagramm einer Flammenerfassungsvorrichtung, die eine Mehrzahl unterschiedlicher Infrarot-Bandpassfilter einsetzt, in Übereinstimmung mit noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
8 einen Graphen drei unterschiedlicher Wellenlängen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband, die von der Flammenerfassungsvorrichtung der Ausführungsform in 7 erfasst werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
Unter Bezugnahme nun auf 1 ist eine Flammenerfassungsvorrichtung veranschaulicht, die in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Flammenerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen CCD-Bildgeber einsetzt. Die Flammenerfassungsvorrichtung schließt ein Eintrittsfenster 10, ein Neutraldichte-(ND)-Filter 12 und ein Abschneidefilter 14 für sichtbares Licht ein. Das Eintrittsfenster 10 ist aus Saphirglas zum Zweck eines Verhinderns von Staub, Tautropfen und dergleichen gebildet. Das ND-Filter 12 bildet ein Lichtabschwächungsfilter aus, das 90% oder mehr des Lichts, das von einem zu überwachenden Bereich abgestrahlt wird, abschwächt.
Das ND-Filter 12 ist als ein Lichtabschwächungsfilter für einen Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht zu Nahinfrarotlicht bekannt und weist einen Transmissionskoeffizienten (von 0 bis 1) derart auf, wie er beispielsweise in 2 gezeigt ist. Da das ND-Filter 12, das in der ersten Ausführungsform verwendet wird, eine Filtercharakteristik erfordert, deren Transmissionskoeffizient 0,1 oder weniger (10% oder weniger) ist, setzt die erste Ausführungsform beispielsweise ein ND-Filter ein, dessen Filtercharakteristik ND-5 (nicht gezeigt) ist, die zwischen ND-13 mit einem Transmissionskoeffizienten von 13% und ND-0 mit einem Transmissionskoeffizienten von 0% in 2 eingestellt ist. Das Abschneidefilter 14 für sichtbares Licht schneidet beispielsweise das sichtbare Wellenlängenband von 800 nm oder weniger, das in dem Licht enthalten ist, das mit dem ND-Filter 12 um 90%oder mehr abgeschwächt wird, ab.
Die Flammenerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform schließt auch ein optisches System und einen CCD-Bildgeber 22 ein. Das optische System besteht aus einer ersten Linse 16, einem Aperturmechanismus 18 und einer zweiten Linse 20. Das Licht von der ersten Linse 20 ist einfallend auf die Bilderzeugungsfläche des CCD-Bildgebers 22. Der Aperturmechanismus 18 ist in der Lage, die Lichtmenge, in welcher 90%oder mehr der Lichtmenge mit dem ND-Filter 12 abgeschwächt worden ist, und bei der das sichtbare Lichtband mit dem Abschneidefilter 14 für sichtbares Licht herausgeschnitten worden ist, weiter einzustellen. Der CCD-Bildgeber 22 weist eine vorbestimmte Anzahl von CCD-Pixeln auf, die in vertikalen und horizontalen Richtungen angeordnet sind, und liest ein Bildsignal durch ein zweidimensionales Abtasten jedes Pixelsignals aus, das einer elektrischen Ladung entspricht, die in Übereinstimmung mit der Einfallslichtmenge gespeichert ist, indem er bei vorbestimmten Intervallen getrieben wird. Wie zuvor angezeigt, ist die Bildaufnahmeempfindlichkeit des CCD-Bildgebers 22 bezüglich des Lichts, das darauf einfällt, in einem Wellenlängenbereich von dem sichtbaren Licht bis ungefähr 1,2 μm (Nahinfrarotband) und erreicht nicht ein Infrarotband in der Nähe von 4,5 μm, das in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband enthalten ist, das Flammen zu eigen ist.
Die Flammenerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform enthält ferner einen Verstärkungsabschnitt 24 und einen Verarbeitungsabschnitt 28. Ein Bildsignal von dem CCD-Bildgeber 22 wird durch den Verstärkungsabschnitt 24 verstärkt und wird zu dem Verarbeitungsabschnitt 28 ausgegeben. Der Verstärkungsabschnitt 24 ist mit einem Verstärkungssteuerabschnitt 26 versehen, so dass der Pegel des Bildsignals, das von dem CCD-Bildgeber 22 ausgelesen wird, bezüglich des Verarbeitungsabschnitts 28 eingestellt werden kann. Deswegen ist die in 1 gezeigte erste Ausführungsform in der Lage, eine optische Lichtmengeneinstellung und eine elektrische Pegeleinstellung durch den Aperturmechanismus 18 und den Verstärkungssteuerabschnitt 26 durchzuführen.
Für das Bildsignal aus dem CCD-Bildgeber 22, das über den Verstärkungsabschnitt 24 verstärkt ist, bestimmt der Verarbeitungsabschnitt 28 das Vorhandensein einer Flamme aus dem Bildsignal auf der Grundlage von:

a) der Extraktion einer Flammenflackerfrequenz; und
b) der Extraktion der zeitlichen Vergrößerung und Verkleinerung eines Flammenbilds.

Zur Extraktion einer Flammenflackerfrequenz ist bekannt, dass die Flammenflacker-Mittenfrequenz in der Nähe von 2 bis 3 Hz geringer als 4,5 Hz ist. Deswegen wird für das Bildsignal aus dem CCD-Bildgeber 22 das Summentotal der Graustufenwerte für die Pixel mit dem Verlauf der Zeit berechnet, und eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) wird bezüglich des berechneten Werts durchgeführt, um eine Spitzenfrequenz zu erfassen. Wenn diese Spitzenfrequenz beispielsweise innerhalb 2 bis 3 Hz, was Flammen zu eigen ist, liegt, wird das Bildsignal als eine Flamme bestimmt.
Für die Extraktion der zeitlichen Vergrößerung und Verkleinerung eines Flammenbilds wird das Bildsignal aus dem CCD-Bildgeber 22 binarisiert. Dann wird ein Flammenbereich durch ein Kennzeichnen extrahiert. Durch ein Berechnen der Fläche des extrahierten Flammenbereichs werden die zeitliche Vergrößerung und Verkleinerung extrahiert, und eine Flamme wird bestimmt.
Die Bestimmung einer Flamme in dem Verarbeitungsabschnitt 28 kann durch entweder die Extraktion einer Flackerfrequenz oder die Extraktion der zeitlichen Flammenvergrößerung und -Verkleinerung ausgeführt werden. Alternativ können beide eingesetzt werden, um eine Bestimmungsgenauigkeit zu verbessern.
Unter Bezugnahme nun auf 3 ist eine Beziehung zwischen der Menge von Einfallslicht, das durch das ND-Filter 12 abgeschwächt ist, und dem Ausgangsbereich des CCD-Bildgebers 22 veranschaulicht. Unter der Annahme, dass der CCD-Bildgeber 22 einen CCD-Ausgangsbereich 200 aufweist, der durch einen Teil angezeigt ist, verläuft ein Flammenausgangsbereich, der aus einer Flamme einer Erfassungsobjektgröße erhalten wird, von einem Pegel nahe der oberen Grenze des CCD-Ausgangsbereichs 200 zu einem höheren Pegel als der CCD-Ausgangsbereich 200. Der CCD-Ausgangsbereich 200 kann auf einen ersten virutellen Bereich 300 durch eine Apertursteuerung und eine Verstärkungssteuerung vergrößert werden. Jedoch ist, auch wenn die Apertursteuerung und die Verstärkungssteuerung durchgeführt werden, ein Bereich, der dem Flammenausgangsbereich 100 über den ersten virtuellen Bereich 300 entspricht, als ein Halo-Bereich 400 (durch eine gestrichelte Linie angezeigt) vorhanden, in welcher ein Halo-Effekt auftritt. Deswegen ist in dem Fall, wo herkömmliche Flammenerfassungsvorrichtungen einen CCD-Bildgeber einsetzen, eine Lichtenergie aus einer Flamme beträchtlich hoch und verursacht deswegen einen Halo-Effekt. Folglich kann bei herkömmlichen Flammenerfassungsvorrichtungen, die einen CCD-Bildgeber einsetzen, das Verhalten einer Flamme nicht erfasst werden.
Somit wird in der Flammenerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform 90%oder mehr des Einfallslichts von dem ND-Filter 12 abgeschwächt. Deswegen wird 90%oder mehr Lichtenergie von einer Flamme auch durch das ND-Filter 12 abgeschwächt. Folglich wird der oben beschriebene Flammenausgangsbereich 100 in einen abgeschwächten Flammenausgangsbereich 500 konvertiert, der innerhalb des CCD-Ausgangsbereichs ist. Deswegen verhindert, auch wenn der CCD-Ausgangsbereich 200 des CCD-Bildgebers 22 verwendet wird, so wie er ist, die Einstellung des abgeschwächten Flammenausgangsbereichs 500 einen Halo-Effekt und ermöglicht es dem CCD-Bildgeber 22, Flammen zu fotografieren. Es sei darauf hingewiesen, dass der abgeschwächte Flammenausgangsbereich 500 auf einen zweiten virtuellen Bereich 600 durch die Apertursteuerung und die Verstärkungssteuerung unter Verwendung des Aperturmechanismus 18 und des Verstärkungssteuerabschnitts 26 vergrößert werden kann.
Als nächstes wird eine Beschreibung einer Auflösung auf der Grundlage des Graustufenpegels jedes Pixels, das das Bildsignal bildet, das aus dem CCD-Bildgeber 22 ausgelesen wird, gegeben werden. Unter der Annahme, dass ein Bildsignal aus jedem CCD-Pixel, das in dem CCD-Bildgeber 22 bereitgestellt ist, 10 Bit von Daten ist, kann der CCD-Ausgangsbereich 200 der 3 in 10 Bit von Daten ausgedrückt werden und weist deswegen eine Auflösung von 1024 Graustufen auf. Andererseits kann in dem Flammenausgangsbereich 100 vor einer Abschwächung nur der Abschnitt an der oberen Grenze des CCD-Ausgangsbereichs 200 des CCD-Bildgebers 22 wirksam verwendet werden, um Flammen zu fotografieren. Deswegen ist die Auflösung für eine Flammenanalyse bezüglich des Flammenausgangsbereichs 100, der in den CCD-Ausgangsbereich 200 eingeht, niedrig und weist beispielsweise 16 Graustufen auf, was 4 Bit der 10 Bit entspricht.
Andererseits wird in der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, der Flammenausgangsbereich 100, der von einer Flamme einer Erfassungsobjektgröße erhalten wird, in den abgeschwächten Flammenausgangsbereich 500, der innerhalb des CCD-Ausgangsbereichs 200 des CCD-Bildgebers 22 liegt, durch ein Abschwächen von 90%oder mehr des Lichts, das auf den CCD-Bildgeber 22 einfällt, konvertiert. Deswegen kann eine Auflösung von 1024 Graustufen auf der Grundlage der gleichen 10 Bit wie der CCD-Ausgangsbereich 200 für eine Flammenanalyse erreicht werden. Auf diese Weise kann die Bildverarbeitung für eine Flammenbestimmung in dem Verarbeitungsabschnitt 28 der 1, wie etwa eine Extraktion einer Flammenflackerfrequenz und die Erfassung zeitlicher Flammenvergrößerungs- und -Verkleinerungs-Änderungen mit einem hohen Maß einer Genauigkeit durchgeführt werden.
Als nächstes wird eine Beschreibung gegeben werden, wie eine Flamme, die durch ein Feuer herbeigeführt ist, durch die in 1 gezeigte erste Ausführungsform überwacht wird. Bei einer Flammenerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform sind das Eintrittsfenster 10, das optische System (die optische Linse 16, der Aperturmechanismus 18 und die zweite Linse 20) und der CCD-Bildgeber 22 als eine Überwachungskameraeinheit aufgebaut, und der Verstärkungsabschnitt 24, der dem CCD-Bildgeber 22 folgt, ist auf der Kameraseite der Kameraeinheit angeordnet. Der Verarbeitungsabschnitt 28 kann auf der Seite der Kameraeinheit angeordnet sein, oder kann beispielsweise durch ein Installieren eines Verarbeitungsprogramms, das die Funktion eines Eingebens eines Bildsignals von der Überwachungskamera in einen Personalcomputer verwirklicht, oder durch eine einfache Einheit, die über eine Signalleitung verbunden ist und dann das Bildsignal verarbeitet, verwirklicht sein.
In dem Fall, bei dem ein Bereich durch die Flammenerfassungsvorrichtung überwacht wird, die durch eine derartige Kameraeinheit verwirklicht ist, wird 90% oder mehr des Lichts aus dem Überwachungsbereich in dem normalen Überwachungszustand ohne jedwedes Feuer durch das ND-Filter 12 abgeschwächt, und deswegen wird die Lichtmenge, die auf den CCD-Bildgeber 22 einfällt, auf 10% oder weniger des Lichts von dem Überwachungsbereich verringert. Deswegen ist der Pegel des Bildsignals aus dem CCD-Bildgeber 22, der in einem normalen Überwachungszustand erhalten wird, nahezu Null. Beispielsweise wird, auch wenn das Bildsignal auf einer Überwachungseinheit angezeigt wird, der Bildschirm schwarz werden, und deswegen kann der Status des Überwachungsbereichs mit dem bloßen Auge nicht betrachtet werden.
Unter der Annahme, dass eine Flamme in einem Überwachungsbereich durch ein Feuer herbeigeführt ist, wird ein starkes Licht in dem Flammenausgangsbereich 100 viel höher als der CCD-Ausgangsbereich 200 des CCD-Bildgebers 22 aus der Flamme emittiert. Jedoch wird 90%oder mehr des emittierten Lichts durch das ND-Filter 12 abgeschwächt. Dann wird ein sichtbarer Bereich von 800 nm oder weniger beispielsweise mit dem Abschneidefilter 14 für sichtbares Licht abgeschnitten. Danach fällt das abgeschwächte Licht auf den CCD-Bildgeber 22 über die erste Linse 16, den Aperturmechanismus 18 und die zweite Linse 20. Deswegen wird, wie in 3 gezeigt, der abgeschwächte Flammenausgangsbereich 500 durch die Filterabschwächung erhalten und liegt innerhalb des CCD-Ausgangsbereichs 200 des CCD-Bildgebers 22. Deswegen ist, auch wenn eine Flamme, die durch ein Feuer herbeigeführt ist, von dem CCD-Bildgeber 22 fotografiert wird, kein Halo-Effekt vorhanden, und ein Flammenbildsignal kann mit einer hohen Auflösung erhalten werden, die durch die Anzahl von Bits des Bildsignals in den CCD-Ausgangsbereich 200 bestimmt ist.
Das Bildsignal aus dem CCD-Bildgeber 22 wird durch den Verstärkungsabschnitt 24 in Übereinstimmung mit dem Zustand verstärkt, der durch den Verstärkungssteuerabschnitt 26 gesteuert wird, und wird zu dem Verarbeitungsabschnitt 28 ausgegeben. In dem Verarbeitungsabschnitt 28 wird eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) bezüglich einer Änderung in der Helligkeit des Bildsignals durchgeführt, um die Flammenflackerfrequenz zu extrahieren, und/oder um Änderungen in der zeitlichen Vergrößerung oder Verkleinerung des Flammenbilds zu extrahieren. Auf der Grundlage der Extraktion der Flammenflackerfrequenz und/oder der Extraktion der Änderungen in der zeitlichen Flammenvergrößerung und -Verkleinerung wird eine Flammenbestimmung ausgeführt. Es sei darauf hingewiesen, dass zusätzlich zu einer Überwachung eines Feuers die Flammenerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform anwendbar auf die Überwachung eines Brennens, etc. ist.
Unter Bezugnahme nun auf 4 ist ein Beispiel einer Flammenerfassungsvorrichtung gezeigt, die nicht zu der Erfindung gehört, die aber bestimmte Merkmale veranschaulicht, die mit der Erfindung verwendbar sind. Die Flammenerfassungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Infrarotbildgeber einsetzt.
In 4 schließt die Flammenerfassungsvorrichtung dieses Beispiels ein Eintrittsfenster 10 und ein Infrarot-Bandpassfilter 30 ein. Das Infrarot-Bandpassfilter 30 besteht aus einem Bandpassfilter, das es zulässt, dass ein Infrarotband hindurch läuft, und einem Lichtabschwächungsfilter mit einem Transmissionskoeffizienten von 10% oder weniger, in welchem die Lichtmenge des durchlaufenden Infrarotbands um 90%oder mehr abgeschwächt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass das Bandpassfilter und das Lichtabschwächungsfilter getrennt voneinander bereitgestellt werden können.
Die Flammenerfassungsvorrichtung des Beispiels in 4 schließt auch ein optisches System und einen Infrarotbildgeber 32 ein. Das optische System besteht aus einer ersten Linse 16, einem Aperturmechanismus 18 und einer zweiten Linse 20. Der Infrarotbildgeber 32 weist eine Bildaufnahmeempfindlichkeit bei 4,5 μm auf, was das CO₂-Resonanzstrahlungsband ist, das Flammen zu eigen ist. Der Infrarotbildgeber 32 setzt beispielsweise ein PbS oder ein PbSe-Array ein. In einem derartigen Fall ist der Infrarotbildgeber 32 mit einem thermoelektrischen Kühlaufbau ausgestattet, der einen Kühlmechanismus 34 und einen Abstrahlaufbau davon einsetzt. Der Infrarotbildgeber 32 kann ein nicht-kühlender Typ sein. In diesem Fall sind Thermistoren oder Bolometer als ein Pixel-Array angeordnet.
Die Flammenerfassungsvorrichtung in dem Beispiel der 4 schließt ferner einen Verstärkungsabschnitt 24 und einen Verarbeitungsabschnitt 28 ein. Ein Bildsignal von dem CCD- Bildgeber 22 wird durch den Verstärkungsabschnitt 24 verstärkt und wird zu dem Verarbeitungsabschnitt 28 ausgegeben. Der Verstärkungsabschnitt 24 ist mit einem Verstärkungssteuerabschnitt 26 zum Einstellen der Graustufe des Bildsignals, das aus dem Infrarotbildgeber 32 ausgegeben wird, versehen. Der Verarbeitungsabschnitt 28 empfängt ein Bild in einem Infrarot-Wellenlängenband von dem Infrarotbildgeber 32 und führt einen Flammenbestimmungsprozess durch, basiert auf einem oder jedweder Kombination von:

(a) der Extraktion von Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband, das Flammen zu eigen ist;
(b) der Extraktion einer Flammenflackerfrequenz aufgrund der Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband; und
(c) der Extraktion der zeitlichen Vergrößerung und Verkleinerung einer Flamme.

In diesem Fall werden die Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband, das von einer Flamme abgestrahlt wird, direkt aus dem Bildsignal erhalten, das von dem Infrarotbildgeber 32 ausgegeben wird. Deswegen kann, wenn nur die Mittenfrequenz 4,5 μm des CO₂-Resonanzstrahlungsbands erfasst wird, eine Flammenbestimmung ausgeführt werden. Zusätzlich kann, da die Flammenflackerfrequenz direkt durch ein Durchführen einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) bezüglich einer Änderung in dem Pegel der Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband erhalten werden kann, eine Flamme genauer extrahiert werden. Derartige Vorteile können durch herkömmliche Flammenerfassungsvorrichtungen, die einen Infrarotbildgeber einsetzen, erhalten werden. Jedoch wird in der Flammenerfassungsvorrichtung des Beispiels der 4 90% oder mehr der Lichtmenge der Infrarotstrahlen, die auf den Infrarotbildgeber 32 einfallen, durch das Infrarot-Bandpassfilter 30 abgeschwächt. Deswegen wird, auch wenn eine Infrarotenergie, deren Lichtmenge groß ist, aus einer Flamme emittiert wird und auf die Flammenerfassungs-vorrichtung des Beispiels der 4 einfällt, die Lichtmenge der Infrarotstrahlen innerhalb des Ausgangsbereichs des Infrarotbildgebers 32 abgeschwächt. Deswegen kann ein Infrarot-Bildsignal erhalten werden, indem die Bit (z.B. 10 Bit), die dem Ausgangsbereich des Infrarotbildgebers 32 vorgegeben sind, am besten ausgenutzt werden.
Das heißt, dass in dem Fall, wo Infrarotstrahlen aus einer Flamme einer Erfassungsobjektgröße auf den Infrarotbildgeber 32 einfallen, der Flammenausgangsbereich (siehe den Flammenausgangsbereich 100 in 3), der aus der Flamme erhalten wird, in hohem Maße die obere Grenze des Ausgangsbereichs des Infrarotbildgebers 32 überschreitet, wie es der Fall bei dem CCD-Bildgeber der 3 ist. Deswegen besteht eine Möglichkeit, dass ein Halo-Effekt auftreten wird. Jedoch wird in dem Beispiel der 4 90% oder mehr der Lichtenergie der Infrarotstrahlen durch das Infrarot-Bandpassfilter 30 abgeschwächt, so dass der oben beschriebene Flammenausgangsbereich auf den Ausgangsbereich des Infrarotbildgebers 32 abgeschwächt wird. Deswegen kann ein Infrarotbild aus der Flamme verarbeitet werden, indem die Auflösung der 10 Bit, die dem Infrarotbildgeber 32 vorgegeben sind, am besten ausgenutzt wird.
Unter Bezugnahme nun auf 5 ist eine Flammenerfassungsvorrichtung veranschaulicht, die in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Infrarotstrahlsensor zum Erfassen der Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband mit der ersten Ausführungsform der 1 kombiniert ist.
In 5 sind ein Eintrittsfenster 10, ein ND-Filter 12, ein Abschneidefilter 14 für sichtbares Licht, eine erste Linse 16, ein Aperturmechanismus 18, eine zweite Linse 20, ein CCD-Bildgeber 22 und ein Verstärkungsabschnitt 22 identisch zu jenen der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform. Zusätzlich zu diesen Bestandteilen schließt die Flammenerfassungsvorrichtung der Ausführungsform der 5 ferner ein zweites Eintrittsfenster 36, ein Infrarot-Schmalbandpassfilter 38, einen Infrarotsensor 40, einen Frequenzfilter 42, einen zweiten Verstärkungsabschnitt 44 und einen zweiten Verstärkungssteuerabschnitt 46 ein. Das zweite Eintrittsfenster 36 verwendet Saphirglas, das zum Verhindern von Staub, Tautropfen etc. bereitgestellt ist. Obwohl das zweite Eintrittsfenster 36 getrennt von dem ersten Eintrittsfenster 10 bereitgestellt ist, um die Beschreibung zu vereinfachen, können sie zusammen in einem Spektralsystem, wie etwa einem Prisma, kombiniert sein.
Das Infrarot-Schmalbandpassfilter 38 dient als ein Auswahlfilter für eine spezifische Wellenlänge und verwendet ein Filter mit einer Bandpasscharakteristik von 4,5 μm, was die Mittenwellenlänge des CO₂-Resonanzstrahlungsbands ist, das Wellenlängen einschließt, die dem Licht zu eigen sind, das aus Flammen abgestrahlt wird.
Der Infrarotsensor 40 ist ein Sensor mit einer Erfassungsempfindlichkeit bei der Mittenwellenlänge 4,5 μm des CO₂-Resonanzstrahlungsbands und ist in der Lage, beispielsweise einen pyroelektrischen Sensor, etc. einzusetzen. Es sei darauf hingewiesen, dass Fälle vorhanden sind, wo der Infrarotsensor 40 integral mit einem Infrarot-Bandpassfilter gebildet ist. In einem derartigen Fall wird das Infrarot-Schmalbandpassfilter 38 unnötig.
Ein Erfassungssignal aus dem Infrarotsensor 40 wird in das Frequenzfilter 42 eingegeben, in welchem ein Flammenflackerfrequenzband ausgewählt und extrahiert wird. Das heißt, dass es, da die Flammenflackerfrequenz vorhanden ist, beispielsweise bei ungefähr 2 bis 3 Hz, notwendig ist, beispielsweise ein Filter zu verwenden, das es zulässt, dass 2 bis 3 Hz durchlaufen.
Ein Ausgangssignal aus dem Frequenzfilter 42 wird von dem Verstärkungsabschnitt 44 verstärkt und in den Verarbeitungsabschnitt 28 eingegeben. Der Verstärkungsabschnitt 44 ist mit einem Verstärkungssteuerabschnitt 46 zum Einstellen des Pegels eines Extraktionssignals in einem Flammenflacker-Frequenzband, das von dem Frequenzfilter 42 ausgegeben wird, versehen.
Der Verarbeitungsabschnitt 28 verarbeitet das Bildsignal, das aus dem CCD-Bildgeber 22 ausgegeben wird, und extrahiert die zeitliche Flammenvergrößerung und -Verkleinerung.
Andererseits ist für das Signal, das durch das Frequenzfilter 42 extrahiert ist, der Verarbeitungsabschnitt 28 in der Lage, die Erfassung einer Flammenflackerfrequenz zu bestimmen, wenn ein Signal mit einem vorbestimmten Pegel durch den Verstärkungsabschnitt 44 erhalten wird. Das heißt, dass, wenn das Erfassungssignal, das über den Infrarotdetektor 40, das Frequenzfilter 42 und den Verstärkungsabschnitt 44 erhalten ist, einen vorbestimmten Pegel aufweist, die Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband extrahiert worden sind und die Flammenflackerfrequenz extrahiert worden ist. Deswegen kann eine Flammenbestimmung ausgeführt werden. Ferner kann, wenn diese Flammenbestimmung mit der Flammenbestimmung auf der Grundlage der zeitlichen Flammenvergrößerung und -Verkleinerung kombiniert wird, das Erfassen einer Flamme mit einem höheren Maß einer Genauigkeit verwirklicht werden.
Zusätzlich dazu, dass man in der Lage ist, eine Flamme durch den CCD-Bildgeber 22 zu erfassen, der strukturell einfach und kostengünstig ist, kann die Erfassung der Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband bei geringen Kosten durch die Verwendung des strukturell einfachen Infrarotdetektors 40 verwirklicht werden. Deswegen kann die Flammenerfassungsvorrichtung der Ausführungsform der 5 zu geringen Kosten verwirklicht werden.
Unter Bezugnahme nun auf 6 ist eine Intensitätsverteilung für die Lichtenergie in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband veranschaulicht, das Wellenlängen einschließt, die einem von Flammen abgestrahlten Licht zu eigen sind, das von dem Infrarotdetektor 40 der 5 erfasst wird. Bei der Intensitätsverteilung nimmt die Intensität bei der Mittenwellenlänge 4,5 μm des CO₂-Resonanzstrahlungsbands einen Spitzenwert an und nimmt an beiden Seiten des Spitzenwerts scharf ab. Deswegen kann, wenn diese Wellenlänge erfasst wird, eine Flammenbestimmung zuverlässig durchgeführt werden.
Unter Bezugnahme nun auf 7 ist eine Flammenerfassungsvorrichtung veranschaulicht, die in Übereinstimmung mit einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzenintensität der Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband unter Verwendung einer Mehrzahl von Infrarotsensoren erfasst wird.
In 7 sind die Bestandteile auf der Seite eines CCD-Bildgebers 22 wie in der Ausführungsform der 3 identisch zu jenen der ersten Ausführungsform der 1. Zusätzlich zu diesen Bestandteilen sind drei Infrarotsensoren 40a, 40b, 40c auf der Seite eines Eintrittsfensters 36 zum Erfassen der Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband bereitgestellt. Das vordere Eintrittsfenster jeder der drei Infrarotsensoren 40a, 40b, 40c ist mit einem Infrarot-Schmalbandpassfilter ausgestattet. Wie in dem Wellenlängenspektrum des CO₂-Resonanzstrahlungsbands der
8 gezeigt, weist das Filter des ersten Infrarotsensors 40a eine Mittenfrequenz λ1 auf, die beispielsweise 3,9 μm beträgt. Das Filter des zweiten Infrarotsensors 40b weist eine Mittenfrequenz λ2 auf, die die Mittenwellenlänge 4,5 μm des CO₂-Resonanzstrahlungsbands ist. Die Mittenwellenlänge λ3 des Filters des dritten Infrarotsensors 40c beträgt 5,0 μm, höher als λ2 (= 4,5 μm). Deswegen sind die Infrarot-Schmalbandpassfilter der Infrarotsensoren 40a bis 40c in der Lage, direkt eine Spitzenwertverteilung zu erfassen, in welcher die Wellenlänge λ1 in dem Wellenlängenspektrum des CO₂-Resonanzstrahlungsbands auf einen niedrigen Pegel, λ2 auf einen Spitzenpegel und λ3 auf einen niedrigen Pegel geht.
Die Ausgänge der Infrarotsensoren 40a bis 40c werden in die Frequenzfilter 42a, 42b und 42c eingegeben. Jedes Frequenzfilter extrahiert eine Flammenflackerfrequenz, beispielsweise ein Frequenzband von 2 bis 3 Hz. Die Ausgänge der Frequenzfilter 42a bis 42c werden durch die Verstärkungsfilter 44a bis 44c verstärkt, die die Verstärkungssteuerabschnitte 46a bis 46c aufweisen, und werden in einen Verarbeitungsabschnitt 28 eingegeben. Deswegen kann der Verarbeitungsabschnitt 28 eine Flammenbestimmung durch ein Extrahieren einer Verteilung von Spitzenwerten in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband, wie sie etwa in 8 gezeigt ist, gleichzeitig mit der Erfassung von Flammenflackerfrequenzen aus den Signalen durchführen, die aus den Verstärkungsabschnitten 44a bis 44c ausgegeben werden. Zusätzlich zu der Extraktion der Flammenflackerfrequenzen und der Extraktion der Spitzenwertverteilung kann eine Flammenbestimmung unter Verwendung der Änderungen in der zeitlichen Flammenvergrößerung und -Verkleinerung ausgeführt werden, die aus dem Bildsignal erhalten werden, das aus dem CCD-Bildgeber 22 ausgegeben wird.
In der Ausführungsform der 7 folgen auf die Infrarotsensoren 40a bis 40c die Frequenzfilter 42a bis 42c, die Flammenflackerfrequenzen extrahieren. Jedoch können in dem Fall, wo eine Flammenbestimmung nur durch ein Extrahieren einer Verteilung von Spitzenwerten in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband, wie etwa dem in 8 gezeigten, durchgeführt wird, die Frequenzfilter 42a bis 42c zum Extrahieren einer Flammenflackerfrequenz eliminiert werden. Zusätzlich wird in der Ausführungsform der 7 der CCD-Bildgeber 22 zur Bildverarbeitung verwendet, und nur die Infrarotsensoren 42a bis 42c werden verwendet, um die Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband zu erfassen. Deswegen kann die Flammenerfassungsvorrichtung der Ausführungsform der 7 strukturell einfach und kostengünstig ausgeführt werden, verglichen mit dem Fall eines Einsetzens eines Infrarotbildgebers.
Wie oben stehend im Detail offenbart, weist die Erfindung die folgenden Vorteile auf:

(1) In der ersten Ausführungsform der 1 wird 90% oder mehr des Lichts, das auf den CCD-Bildgeber 22 einfällt, durch das ND-Filter (Lichtabschwächungsfilter) 12 abgeschwächt, so dass die Einfallslichtmenge innerhalb des Dynamikbereichs des CCD-Bildgebers 22 ist. Deswegen kann, wenn eine Flamme fotografiert wird, ein Halo-Effekt, der bei herkömmlichen Flammenerfassungsvorrichtungen auftritt, die einen CCD-Bildgeber einsetzen, verhindert werden, und eine Flammenbestimmung kann zuverlässig durch ein Verarbeiten eines Bildsignals ausgeführt werden, das aus dem CCD-Bildgeber 22 ausgegeben wird, der strukturell einfach und kostengünstig ist.
(2) In der Ausführungsform der 5 werden zusätzlich zu einer Flammenbestimmung auf der Grundlage der Erfassung eines Flammenbilds durch den CCD-Bildgeber 22 die Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband durch ein Einsetzen des spezifischen Bandpassfilters 38 und des Infrarotsensors 40 erfasst. Deswegen kann zusätzlich zu den Vorteilen des CCD-Bildgebers 22 eine Flammenbestimmungsgenauigkeit auf einfache Weise zu geringen Kosten durch die direkte Erfassung der Infrarotstrahlen in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband verbessert werden.
(3) In der Ausführungsform der 7 wird zusätzlich zu einer Flammenbestimmung auf der Grundlage der Bildverarbeitung, die durch den CCD-Bildgeber 22 durchgeführt wird, eine Verteilung von Spitzenintensitäten in dem CO₂-Resonanzstrahlungsband durch eine Mehrzahl von spezifischen Bandpassfiltern und Infrarotsensoren erfasst. Deswegen kann eine Flammenbestimmung mit einem höheren Maß einer Genauigkeit durchgeführt werden.

Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf die hierin gegebenen Details beschränkt. Da diese Erfindung auf verschiedene Arten ausgeführt werden kann, ohne von dem Grundgedanken und den wesentlichen Eigenschaften davon abzuweichen, sind die vorliegenden Ausführungsformen nur veranschaulichend und nicht einschränkend. Der Umfang der Ansprüche ist durch Artikel 69 des EPÜ-Protokolls definiert.

Claims

Flammenerfassungsvorrichtung zum Erfassen eine Flamme, die durch ein Feuer herbeigeführt ist, umfassend: a) ein Lichtabschwächungsfilter (12) zum Abschwächen von 90%oder mehr eines Lichts mit Wellenlängen in einem Sichtbaren-zu-Nahen-Infrarot-Band, das von der Flamme abgestrahlt wird; b1) einen Bildgeber (22), der eine Bildaufnahmeempfindlichkeit in einem Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht zu Nah-Infrarot aufweist, zum Fotografieren eines Bilds des Lichts mit abgeschwächten Sichtbaren-zu-Nah-Infrarot-Band-Wellenlängen aus dem Lichtabschwächungsfilter (12) und zum Ausgeben eines entsprechenden Bildsignals; b2) wobei die Lichtmenge von dem Überwachungsbereich in einem normalen Überwachungszustand ohne jedwedes Feuer von dem Lichtabschwächungsfilter (12) auf 10% oder weniger verringert ist, derart, dass der Bildgeber (22) in dem normalen Überwachungszustand ohne jedwedes Feuer das Bildsignal mit einem Pegel von nahezu Null ausgibt; b3) wobei der Bildgeber (22) in dem Fall, dass eine Flamme, die durch ein Feuer herbeigeführt ist, von dem CCD-Bildgeber (22) fotografiert wird, ein Flammenbildsignal ausgibt; und c) einen Verarbeitungsabschnitt (28) zum Bestimmen der Flamme aus dem Flammenbildsignal, das von dem Bildgeber (22) erhalten wird.
Flammenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Bildgeber (22) einen Bildgeber mit einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD, charged-coupled device) umfasst.
Flammenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lichtabschwächungsfilter umfasst: ein Neutraldichte-(ND)-Filter (12) zum Abschwächen von 90%oder mehr von Licht einer vorbestimmten Wellenlänge in einem Sichbaren-zu-Nahinfrarot-Band; und ein Abschneidefilter (14) für sichtbares Licht zum Abschneiden von Licht mit einer Wellenlänge von 800 nm oder weniger in einem sichtbaren Band.
Flammenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend: ein Transmissionsfilter (38) einer spezifischen Wellenlänge zum Transmittieren von Licht mit Wellenlängen in einem CO₂-Resonanzstrahlungsband; einen Infrarotsensor (40) zum Aufnehmen des Lichts, das durch das Transmissionsfilter (38) der spezifischen Wellenlänge transmittiert wird, und zum Konvertieren des aufgenommenen Lichts in ein elektrisches Signal; und den Verarbeitungsabschnitt (28) zum Bestimmen der Flamme aus Änderungen in der zeitlichen Vergrößerung und Verringerung des Bilds, das von dem Bildgeber (22) erhalten wird, und aus einer Flackerfrequenz, die aus dem elektrischen Signal erhalten wird, das von dem Infrarotsensor (40) ausgegeben wird.
Flammenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend: einen ersten Infrarotsensor (40a), der mit einem ersten Transmissionsfilter einer spezifischen Wellenlänge versehen ist, das Licht mit einer ersten Wellenlänge niedriger als die Mittenwellenlänge eines CO₂-Resonanzstrahlungsbands transmittiert, wobei der erste Infrarotsensor (40a) betriebsfähig ist, das Licht, das durch das erste Transmissionsfilter einer spezifischen Wellenlänge transmittiert wird, zu empfangen und das empfangene Licht in ein elektrisches Signal zu konvertieren; einen zweiten Infrarotsensor (40b), der mit einem zweiten Transmissionsfilter einer spezifischen Wellenlänge versehen ist, das Licht mit einer zweiten Wellenlänge transmittiert, die die Mittenwellenlänge des CO₂-Resonanzstrahlungsbands ist, wobei der zweite Infrarotsensor (40b) betriebsfähig ist, das Licht, das durch das zweite Transmissionsfilter einer spezifischen Wellenlänge transmittiert wird, zu empfangen und das empfangene Licht in ein elektrisches Signal zu konvertieren; einen dritten Infrarotsensor (40c), der mit einem dritten Transmissionsfilter einer spezifischen Wellenlänge versehen ist, das Licht mit einer dritten Wellenlänge höher als die zweite Wellenlänge transmittiert; wobei der dritte Infrarotsensor (40c) betriebsfähig ist, das Licht, das durch das dritte Transmissionsfilter einer spezifischen Wellenlänge transmittiert wird, zu empfangen, und das empfangene Licht in ein elektrische Signal zu konvertieren; und den Verarbeitungsabschnitt (28) zum Bestimmen der Flamme aus Änderungen in der zeitlichen Vergrößerung und Verkleinerung des Bilds, das von dem Bildgeber (22) erhalten wird, und aus einer Verteilung von Spitzenwerten, die aus den elektrischen Signalen erhalten werden, die von den ersten, zweiten und dritten Infrarotsensoren (40a, 40b, 40c) ausgegeben werden.
Flammenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend einen Aperturmechanismus (18) zum Einstellen einer Menge von Einfallslicht.
Flammenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend: einen Verstärkungsabschnitt (24, 44) zum Verstärken eines Signals, das in den Verarbeitungsabschnitt (28) eingegeben wird; und einen Verstärkungssteuerabschnitt (26, 46), der in dem Verstärkungsabschnitt (24, 46) bereitgestellt ist.