JP2005038000A

JP2005038000A - 炎検出装置

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Publication number: JP2005038000A
Application number: JP2003197187A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Yamagishi; 貴俊山岸
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-15
Also published as: JP4037802B2

Abstract

【課題】高い処理能力を必要とせずに単位時間当たりの処理量を抑えて、消費電力やコストの増加を抑え、高精度に炎を検出すること。
【解決手段】炎に特有な波長の光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、炎に特有な波長の光を検出して電気信号を出力する光検出素子と、該光検出素子の出力信号を増幅する増幅部と、該増幅部の出力信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、該ＡＤ変換部の出力信号から特定の周波数成分を抽出するデジタル信号処理部と、該デジタル信号処理部の出力信号を用いて炎を判断する判断部とを備え、前記サンプリング周波数は、既知であるノイズ源の周波数帯域よりも低く、かつ、該ノイズ源の周波数帯域を前記特定の周波数帯域以外に折り返すように設定したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炎に特有な波長の光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関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の炎検出装置として、本出願人は、炎に特有な波長の光を検出する光検出素子の検出信号を１２０Ｈｚを超えるサンプリング周波数でサンプリングする炎検出装置を開示した。これにより、ノイズ源である商用電源周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）のノイズ信号が炎判断に用いる炎のゆらぎ周波数付近を含む所定の周波数成分に折り返し雑音として重畳しないようにして、高精度に炎を検出することが可能となった。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００２−１３３０６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この炎検出装置は、１２０Ｈｚを超えるサンプリング周波数でサンプリングされた出力信号から炎のゆらぎ周波数成分を含む所定の周波数成分をデジタルフィルタで抽出して、デジタルフィルタの出力信号を用いて炎判断を行っている。特に炎のゆらぎ周波数のような低い周波数で急峻なカットオフ特性を持つアナログフィルタの設計が困難であるのに対して、デジタルフィルタは理想的なフィルタ特性を容易に作ることができるので、フィルタ透過周波数帯域以外の周波数帯域のノイズ信号を十分に減衰し、高精度に炎を検出することができる。しかしながら、１２０Ｈｚを超えるサンプリング周波数でサンプリングするため、高い処理能力を必要とする。そのため、単位時間当たりの処理量が増加し、消費電力やコストの増加といった問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、高い処理能力を必要とせずに単位時間当たりの処理量を抑えて、消費電力やコストの増加を抑え、高精度に炎を検出することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、炎に特有な波長の光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、炎に特有な波長の光を検出して電気信号を出力する光検出素子と、該光検出素子の出力信号を増幅する増幅部と、該増幅部の出力信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、該ＡＤ変換部の出力信号から特定の周波数成分を抽出するデジタル信号処理部と、該デジタル信号処理部の出力信号を用いて炎を判断する判断部とを備え、前記サンプリング周波数は、既知であるノイズ源の周波数帯域よりも低く、かつ、該ノイズ源の周波数帯域を前記特定の周波数帯域以外に折り返すように設定したことを特徴とする。
【０００７】
また、前記所定のサンプリング周波数または前記特定の周波数を設定可能な設定部を備えたことを特徴とする。
【０００８】
【実施例】
本発明の第１実施例を図１〜図２に基づいて説明する。図１は、炎に特有な波長の光を検出して火災時に発生する炎を検出する炎検出装置の構成を示す概略ブロック図である。図２は、図１のＭＰＵ７の動作を示すフローチャートである。
【０００９】
図１において、１は炎に特有な波長の光を検出して電気信号を出力する光検出素子であり、例えば炎に特有な赤外線波長の光を検出して電気信号を出力する焦電素子である。２は光検出素子１の出力信号を増幅する増幅部である。３は増幅部２の出力信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換するＡＤ変換部である。４はＡＤ変換部３の出力信号から特定の周波数成分を抽出するデジタル信号処理部であり、例えばデジタルフィルタにより構成される。デジタルフィルタは、特に炎のゆらぎ周波数のような低い周波数で急峻なカットオフ特性を持つアナログフィルタの設計が困難であるのに対して、理想的なフィルタ特性を容易に作ることができるので、フィルタ透過周波数帯域以外の周波数帯域のノイズ信号を十分に減衰できるという利点がある。
【００１０】
５はデジタル信号処理部４の出力信号を用いて炎を判断する判断部である。６はＲＡＭ９（後述する）に記憶されたサンプリング間隔（サンプリング周波数）になるとＭＰＵ７（後述する）に取込信号を送出するタイマー部であり、この取込信号に基づいて、ＭＰＵ７は、ＡＤ変換部３に所定のサンプリング周波数でサンプリングを行わせる。７は炎検出装置全体の制御を行うマイクロコンピュータ（以下、ＭＰＵという）であり、ＡＤ変換部３、デジタル信号処理部４、判断部５、タイマー部６を内部に備えるが、ＡＤ変換部３、デジタル信号処理部４、判断部５、タイマー部６を適宜ＭＰＵ７の外部に備えるようにしてもよい。８は図２に示すフローチャート等のプログラムが格納されるＲＯＭである。９はデジタル信号処理部４の出力信号等を記憶するＲＡＭである。
【００１１】
１０はＡＤ変換部３における所定のサンプリング周波数を決定するサンプリング間隔や、デジタル信号処理部４において抽出される出力信号の特定の周波数成分（つまり、特定の周波数の上限および特定の周波数の下限で決定される周波数範囲）を決定するフィルタ係数、タップ数等の各種設定情報を設定可能な設定部である。設定部１０は、例えば、サンプリング間隔、フィルタ係数、タップ数等の各種設定情報を外部から入力可能な構成となっている。
【００１２】
１１は設定部１０によって設定されたサンプリング間隔、フィルタ係数、タップ数等の各種設定情報を格納する記憶部であり、例えば、書き換え可能な不揮発性のＥＥＰＲＯＭである。この記憶部１１には予めサンプリング間隔、フィルタ係数、タップ数等の各種設定情報の基準値であるデフォルトデータが格納されており、例えば、サンプリング周波数を４５Ｈｚとして決定するためにサンプリング間隔を２２ｍＳとして、また、デジタル信号処理部４における特定の周波数成分を７〜１２Ｈｚ（つまり、特定の周波数の上限を７Ｈｚ、特定の周波数の下限を１２Ｈｚ）として決定するために必要なフィルタ係数、タップ数が適宜の任意値として格納されている。１２は判断部５の炎判断により火災信号を出力する出力部である。
【００１３】
ここで、図２のフローチャートに先だって、ＡＤ変換部３における所定のサンプリング周波数と、デジタル信号処理部４において抽出される出力信号の特定の周波数成分との関係について説明する。
【００１４】
まず、本発明の炎検出装置は、光検出素子１の出力信号を増幅部２で増幅し、増幅部２の出力信号を所定のサンプリング周波数でＡＤ変換部３によりデジタル信号に変換し、ＡＤ変換部３の出力信号から特定の周波数成分をデジタル信号処理部４で抽出し、デジタル信号処理部４の出力信号を用いて炎判断部５で炎を判断するものである。
【００１５】
ここで、記憶部１１に予め格納されたデフォルトデータが、サンプリング周波数４５Ｈｚ、特定の周波数の上限を７Ｈｚ、特定の周波数の下限を１２Ｈｚとするような任意の値に設定されており、これを炎検出装置の動作に用いる場合を想定すると、標本化定理により、原信号（この場合は、増幅部２の出力信号）に含まれる周波数成分のうち、サンプリング周波数の１／２よりも高い周波数成分が含まれていると、その成分がサンプリング結果（この場合は、ＡＤ変換部３の出力信号）には、サンプリング周波数の１／２以内の周波数成分に折り返されることとなる。この場合、ＡＤ変換部３のサンプリング周波数を４５Ｈｚに設定してあるため、既知のノイズ源の一例としての商用電源周波数５０Ｈｚは５Ｈｚ（＝５０−４５／２×２）、商用電源周波数６０Ｈｚは１５Ｈｚ（＝６０−４５／２×２）に折り返される。
【００１６】
そして、ＡＤ変換部３の出力信号からデジタル信号処理部４により抽出される出力信号の特定の周波数成分としては、この場合、特定の周波数成分を７〜１２Ｈｚとして設定してあるため、炎に特徴的な炎のゆらぎ周波数成分を含んだ所定の低周波数成分（７〜１２Ｈｚ）が抽出されるが、この抽出されたデジタル信号処理部４の出力信号は、既知のノイズ源の一例としての商用電源周波数５０Ｈｚ、６０Ｈｚの折り返された５Ｈｚ、１５Ｈｚの周波数成分を含まない。すなわち、ノイズ源のノイズ信号は特定周波数帯域７〜１２Ｈｚ以外に折り返される。
【００１７】
このように、本発明の炎検出装置は、ＡＤ変換部３のサンプリング周波数が、既知であるノイズ源の周波数帯域よりも低く、かつ、該ノイズ源の周波数帯域を炎判断に必要な特定の周波数帯域以外に折り返すような条件となるように、各種設定情報を設定して、炎判断に必要な出力信号中にノイズ源のノイズ信号を含まないようにしたものであるので、従来例の炎検出装置と同様にノイズ源のノイズ成分を分離した高精度の出力信号が得られると共に、サンプリング周波数の低下により、高い処理能力を必要とせずに単位時間当たりの処理量を抑えて、消費電力やコストの増加を抑え、高精度に炎を検出することができるのである。
【００１８】
なお、記憶部１１に予め格納された各種設定情報のデフォルトデータとしては、前記条件に合うように適宜任意の値を設定してあればよい。例えば、サンプリング周波数が２７．５Ｈｚとなるようにサンプリング間隔を３６．３６ｍＳに設定し、また、特定の周波数の上限が７Ｈｚ、特定の周波数の下限が１２Ｈｚとなるようにフィルタ係数、タップ数等を適宜の任意値に設定したとしても、このときのノイズ源の一例である商用電源周波数５０Ｈｚは５Ｈｚ（＝１３．７５−（５０−２７．５／２×３））、商用電源周波数６０Ｈｚは５Ｈｚ（＝６０−２７．５／２×４）に折り返されることとなり、特定の周波数帯域以外に折り返すことが可能である。
【００１９】
つぎに、図２のＭＰＵ７の動作を示すフローチャートに基づいて、炎検出装置の動作を説明する。
【００２０】
まず、最初に、設定部１０により、サンプリング間隔、フィルタ係数、タップ数等の各種設定情報を設定する（ステップＳ１）。設定操作としては、詳細には説明しないが、例えば、設定部１０にパソコン等の外部機器をケーブルで接続し、予め設定したい各種設定情報の任意値を記憶させた外部機器の外部データを設定部１０に入力させる。なお、設定する各種設定情報については前記条件に合うように適宜任意の値を設定するものとする。また、記憶部１１のデフォルトデータを使用する場合は設定部１０に何の入力も行わない。
【００２１】
つぎに、例えば、所定の入力待機時間を経過後、ＭＰＵ７は設定部１０に各種設定情報入力があった場合は（ステップＳ２）、入力された各種設定情報を記憶部１１に格納する（ステップＳ３）。そして、記憶部１１の各種設定情報をＲＡＭ９に格納する（ステップＳ４）。また、設定部１０に各種設定情報入力がなかった場合は（ステップＳ２）、記憶部１１に予め格納されたデフォルトデータの各種設定情報をＲＡＭ９に格納する（ステップＳ４）。そして、ＭＰＵ７は、タイマー部６と協働して、ＲＡＭ９に格納されたサンプリング間隔により設定された所定のサンプリング周波数で光検出素子１の出力信号のサンプリングを行う（ステップＳ５）。つまり、光検出素子１の出力信号を増幅部２で増幅し、増幅部２の出力信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号にＡＤ変換部３が変換する。そして、ＡＤ変換部３の出力信号をＲＡＭ９に格納する。
【００２２】
つぎに、ＭＰＵ７は、ＲＡＭ９に格納されたフィルタ係数、タップ数等により設定された特定の周波数範囲（つまり、特定の周波数の上限および特定の周波数の下限で決定される周波数範囲）における出力信号の特定の周波数成分の抽出を行う（ステップＳ６）。つまり、ＲＡＭ９に格納されたＡＤ変換部３の出力信号から特定の周波数成分をデジタル信号処理部４が抽出する。そして、デジタル信号処理部４の出力信号をＲＡＭ９に格納する。
【００２３】
そして、ＭＰＵ７は、ＲＡＭ９に格納されたデジタル信号処理部４の出力信号を用いて炎を判断する（ステップＳ７）。例えば、ＲＡＭ９に格納されたデジタル信号処理部４の出力信号の所定数の実効値を算出し、この算出値がＥＥＰＲＯＭ１１に格納された炎判断値未満の場合（ステップＳ７）は、ステップＳ５の通常監視状態へ戻り、また、この算出値がＥＥＰＲＯＭ１１に格納された炎判断値以上の場合（ステップＳ７）は、出力部１２が火災信号を出力する（ステップＳ８）。
【００２４】
なお、再度、ステップＳ１の各種設定情報の設定を行いたい場合は、ステップＳ５〜ステップＳ７の間に、設定部１０を監視するステップを設け、入力があった場合に、ステップＳ１へ戻るようにするとよい。
【００２５】
また、各種設定情報としてデフォルトデータを使用するのみであり、設置現場の環境変化に対応して適宜変更を行う必要がない場合は、設定部１０を省略してもよく、その場合、ステップＳ１〜ステップＳ３を省略するとよい。
【００２６】
この炎検出装置は、サンプリング周波数は、既知であるノイズ源の周波数帯域よりも低く、かつ、該ノイズ源の周波数帯域を特定の周波数帯域以外に折り返すように設定したので、高い処理能力を必要とせずに単位時間当たりの処理量を抑えて、消費電力やコストの増加を抑え、高精度に炎を検出することができる。
【００２７】
また、所定のサンプリング周波数または特定の周波数を設定可能な設定部を備えたので、設置現場などの環境が変化しても、設置現場に合わせて、所定のサンプリング周波数または特定の周波数を適宜設定変更可能となり、高精度に炎を検出することができる。例えば、設置現場毎の風量、風向等の環境変化に対応して変化する炎のゆらぎ周波数に合わせて、炎判断に用いる特定の周波数帯域を最適に設定し、それに合わせて商用電源ノイズが特定の周波数帯域付近に折り返し雑音として重畳しないようにサンプリング周波数を設定したり、また、設置現場に特有のノイズ源の周波数帯域がある場合に、まず、特有のノイズが炎のゆらぎ周波数付近に折り返し雑音として重畳することを極力避けるようにサンプリング周波数を設定し、それに合わせてを極力出力信号が得られるように、つまり、炎のゆらぎ周波数をなるべく含有するように炎判断に用いる特定の周波数帯域を最適に設定することが可能となる。
【００２８】
前記実施例において、受光素子１は、炎に特有な赤外線波長の光を検出する焦電素子としたが、炎に特有な赤外線波長の光を検出するサーモパイル、炎に特有な可視光波長の光を検出するフォトダイオード、炎に特有な紫外線波長の光を検出するフォトダイオード、例えば薄膜ダイアモンドフォトダイオードのいずれかであってもよく、炎に特有な各種の波長の光を検出して精度の高い火災検出が可能となる。なお、各受光素子は検出する炎に特有な波長の光を選択的に透過するフィルタを介して受光素子が光を検出することが望ましい。
【００２９】
また、前記実施例において、増幅部２が光検出素子１の出力信号を増幅するようにしたが、増幅部２を省略した構成としてもよい。この場合、光検出素子１の出力信号が、直接ＡＤ変換部３により所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換される。
【００３０】
さらに、前記実施例において、デジタル信号処理部４をデジタルフィルタにより構成したが、それ以外のものであってもよく、例えば、高速フーリエ変換法（ＦＦＴ：ｆａｓｔＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）や最大エントロピー法（ＭＥＭ：ｍａｘｉｍｕｍｅｎｔｒｏｐｙｍｅｔｈｏｄ）であってもよい。
【００３１】
また、前記実施例において、設定部１０は、各種設定情報をパソコン等の外部機器によって外部から入力可能な構成ととしたが、設定部自体が各種設定情報の入力操作を行える各種ボタンを備えているように構成してもよい。例えば、サンプリング間隔の設定を選択するサンプリング間隔設定ボタン、フィルタ係数の設定を選択するフィルタ係数設定ボタン、ピッチ数の設定を選択するピッチ数設定ボタン等の各種設定情報選択ボタンと、各種設定情報における設定したい数値を入力するためのテンキーと、各種設定情報の設定の確定を行う実行ボタンと、各種設定情報の設定作業ステップを完了させる設定完了ボタン等により各種ボタンを構成し、設定操作としては、例えば、サンプリング間隔を設定する場合は、サンプリング間隔設定ボタンを押し、つぎにテンキーにより設定したい数値を入力し、そして実行ボタンを押すというような操作を設定したい各種設定情報毎に行い、最後に、各種設定情報の設定が終了したら、設定完了ボタンを押して各種設定情報の設定作業ステップを完了させるという操作を行えばよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の炎検出装置は以上のように構成したので、以下の様な効果を奏する。請求項１記載の発明によれば、サンプリング周波数は、既知であるノイズ源の周波数帯域よりも低く、かつ、該ノイズ源の周波数帯域を特定の周波数帯域以外に折り返すように設定したので、高い処理能力を必要とせずに単位時間当たりの処理量を抑えて、消費電力やコストの増加を抑え、高精度に炎を検出することができる。
【００３３】
また、請求項２記載の発明によれば、所定のサンプリング周波数または特定の周波数を設定可能な設定部を備えたので、設置現場などの環境が変化しても、設置現場に合わせて、所定のサンプリング周波数または特定の周波数を適宜設定変更可能となり、高精度に炎を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す、炎検出装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１のＭＰＵ７の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１光検出素子
２増幅部
３ＡＤ変換部
４デジタル信号処理部
５判断部

Claims

炎に特有な波長の光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、
炎に特有な波長の光を検出して電気信号を出力する光検出素子と、該光検出素子の出力信号を増幅する増幅部と、該増幅部の出力信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、該ＡＤ変換部の出力信号から特定の周波数成分を抽出するデジタル信号処理部と、該デジタル信号処理部の出力信号を用いて炎を判断する判断部とを備え、
前記サンプリング周波数は、既知であるノイズ源の周波数帯域よりも低く、かつ、該ノイズ源の周波数帯域を前記特定の周波数帯域以外に折り返すように設定したことを特徴とする炎検出装置。
前記所定のサンプリング周波数または前記特定の周波数を設定可能な設定部を備えたことを特徴とする請求項１記載の炎検出装置。