JP2006098372A - 炎感知器 - Google Patents

Abstract

【課題】素子の前面に設けられたバンドパスフィルタに不要な波長帯域の光を直接照射させないようにして、バンドパスフィルタの温度上昇を防止し、精度よく炎を検知する。
【解決手段】本体と、該本体の開口部を覆う保護フィルタと、該本体内に設けられ、特定波長の赤外線を透過するバンドパスフィルタを前面に有し、前記保護フィルタ及び前記バンドパスフィルタを介して炎から発生する赤外線を検出する素子を内部に収容した素子筐体とを備えてなる炎感知器において、前記保護フィルタの裏面側に、可視光線及び近赤外線をカットする蒸着膜が形成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、炎感知器に関する。

炎感知器の従来例としては、例えば特開２００１−３５６０４７号公報（特許文献１）に記載のものがある。同公報の炎感知器は、ＣＯ２共鳴放射の波長帯の赤外線である例えば概ね４．４〜４．５μｍ付近の赤外線を透過し、例えばシリコンを基材とする第１の狭帯域バンドパスフィルタとその透過光を受光する第１の受光素子を備えたセンサ部Ａと、ＣＯ２共鳴放射の波長帯近傍の赤外線である概ね５．０μｍ付近の赤外線を透過し、例えばシリコンを基材とするする第２の狭帯域バンドパスフィルタとその透過光を受光する第２の受光素子を備えたセンサ部Ｂとを備え、これらセンサ部Ａ、Ｂの前面には、サファイアガラス等の赤外線透光性の部材により形成された共通の保護フィルタが設けられている。

これにより、第１の受光素子には、第１の狭帯域バンドパスフィルタで設定された４．４〜４．５μｍ付近の赤外線に基づいたセンサ出力が生じ、また、第２の受光素子には、第２の狭帯域バンドパスフィルタで設定された５．０μｍ付近の赤外線に基づいたセンサ出力が生じ、この第１の受光素子のセンサ出力と第２のセンサ出力との比率を演算する等の所定のアルゴリズムを用いて、火災を検出している。
特開２００１−３５６０４７号公報

サファイアガラスは概ね０．３〜７．６μｍの放射光を透過する。つまり、赤外線の他に、可視光線及び近赤外線も透過するので、第１及び第２の狭帯域バンドパスフィルタには、可視光線及び近赤外線が直接照射されることとなる。しかしながら、第１及び第２の狭帯域バンドパスフィルタの基材であるシリコンは、物性上、概ね１．１μｍを境に長波長側を多く透過し、短波長側を多く吸収する性質があるため、シリコン基材に吸収された可視光線及び近赤外線の光エネルギーは熱に変換され、シリコン基材の温度変化を第１及び第２の受光素子が検出してしまい、本来感度を抑制しなければならない可視光線、近赤外線に対して感度を持ってしまうという問題があった。特に、炎感知器の設置環境には、太陽光や電球などの誤報要因が存在し、これらから放射される可視光線及び近赤外線の強度は非常に大きいため、センサ出力に占めるノイズ成分が非常に大きくなり、精度よく火災を検出することができなかった。これは、４．４〜４．５μｍ付近の赤外線に基づいた火災検出を行う１波長式の炎感知器や、その他の多波長式の炎感知器についても同様の問題点である。

したがって、この発明では、素子の前面に設けられたバンドパスフィルタに不要な波長帯域の光を直接照射させないようにして、バンドパスフィルタの温度上昇を防止し、精度よく炎を検知することができる炎感知器を得ることを目的としている。

この発明の請求項１に係る炎感知器は、本体と、該本体の開口部を覆う保護フィルタと、該本体内に設けられ、特定波長の赤外線を透過するバンドパスフィルタを前面に有し、前記保護フィルタ及び前記バンドパスフィルタを介して炎から発生する赤外線を検出する素子を内部に収容した素子筐体とを備えてなる炎感知器において、前記保護フィルタの裏面側に、可視光線及び近赤外線をカットする蒸着膜が形成されていることを特徴とする。

また、この発明の請求項２に係る炎感知器は、前記バンドパスフィルタの基材はシリコン基材で構成され、前記保護フィルタの裏面側に形成された蒸着膜は、前記シリコン基材の最短透過波長よりも長い波長までカットする膜で構成されることを特徴とする。

請求項１に係る炎感知器は、保護フィルタの裏面側に、可視光線及び近赤外線をカットする蒸着膜が形成されているので、素子の前面に設けられたバンドパスフィルタには、可視光線及び近赤外線の不要な波長帯域の光が直接照射されず、バンドパスフィルタを構成する基材が不要な波長帯域の光を吸収することによって起こる、バンドパスフィルタの温度上昇が防止され、素子にはバンドパスフィルタで設定した帯域の波長の赤外線のみに基づくセンサ出力が生じるため、精度よく炎を検知することができる。

また、現場に設置された炎感知器は、外側が塵埃等によって汚れることもあり、清掃によって傷がついてしまうこともあるが、蒸着膜は、保護フィルタの裏面にのみ蒸着されるので、環境耐久性に優れる。

また、請求項２に係る炎感知器は、蒸着膜が、バンドパスフィルタの基材であるシリコン基材の最短透過波長である概ね１．１μｍよりも長い波長、例えば１．８μｍまでカットする膜で構成される。シリコン基材は、１．１μｍよりも短波長側の放射光ほどの吸収率ではないが、１．１μｍよりも長波長側の放射光も吸収する。そのため、蒸着膜をシリコン基材の最短透過波長よりも長い波長までカットする膜で構成して、より広い近赤外線の波長帯域をバンドパスフィルタに直接照射させないようにすることで、バンドパスフィルタを構成する基材が不要な波長帯域の光を吸収することによって起こる、バンドパスフィルタの温度上昇がより防止される。

なお、バンドパスフィルタに可視光線及び近赤外線の不要な波長帯域の光を直接照射させない構成として、バンドパスフィルタと保護フィルタとの間に別のシリコン基材を介在させる方法も考えられるが、別のシリコン基材は１．１μｍよりも長い波長の近赤外線を透過し、バンドパスフィルタの温度上昇が生じるため、本発明のほうが簡易な構成で、より効果的にバンドパスフィルタの温度上昇を防止することができる。

図１はこの発明を利用した炎感知器の構成を示す断面図であり、図２はこの発明を利用した炎感知器の構成を示す正面図である。

図において、炎感知器１は、表カバー３と表カバー３の内面から立設された隔壁３ａ上を覆う裏カバー２とからなる本体としてのケース４を備えており、図示しない取り付けベースに結合されて天井面等に取り付けられる。

ケース４内に収納されるプリント基板５には、それぞれ受光素子８ｂ、９ｂが内蔵される素子筐体８、９が搭載されている。この素子筐体８、９の最前面には、バンドパスフィルタ８ａ、９ａが設けられている。

このバンドパスフィルタ８ａ、９ａは、特定の波長帯の赤外線のみを透過させるものであり、例えば、バンドパスフィルタ８ａは、炎から放射されるＣＯ２共鳴放射の波長帯の赤外線である概ね４．４〜４．５μｍ付近の赤外線のみを通過させるために、概ね１．１μｍ以上の放射光を透過させるシリコン基材の両面に概ね４．４〜４．５μｍ付近の赤外線のみを通過させる蒸着膜を形成したものであり、また、バンドパスフィルタ９ａは、炎から放射されるＣＯ２共鳴放射の波長帯近傍の赤外線である概ね５．０μｍ付近の赤外線のみを通過させるために、シリコン基材の両面に概ね５．０μｍ付近の赤外線のみを通過させる蒸着膜を形成したものである。

表カバー３は、外殻円筒形でその表面側の中央部に窓部となる開口部６が形成されており、この開口部６を裏面から覆うように保護フィルタとしての例えばサファイアガラス７が固定されている。この開口部６によって、受光素子８ｂ、９ｂの視野角が決定されている。

サファイアガラス７は、概ね０．３〜７．６μｍの放射光を透過させるものであり、このサファイアガラス７の裏面には、蒸着によって積層された蒸着膜７ａが形成されている。蒸着膜７ａは、バンドパスフィルタ８ａ、９ａのシリコン基材によって吸収される下限カットオフ波長である概ね１．１μｍよりも短波長側の波長帯域の、可視光線及び近赤外線をカットするだけでなく、波長１．１μｍよりも長波長側である波長、例えば、１．８μｍの波長までをカットするように設定されている。

素子筐体８は、ホルダ１３内に収容され、例えば焦電体のような素子である受光素子８ｂ、９ｂが、表カバー３の開口部６との相対位置に位置する如く、プリント基板５に搭載されている。プリント基板５は、表カバー３とその隔壁３ａ上を覆う裏カバー２により形成された収容部３ｂ内に収容されている。サファイアガラス７の蒸着膜７ａが収容部３ｂ内に位置することによって、蒸着膜７ａは、塵埃等による汚れや、清掃による傷がつくことがなく、環境耐久性に優れている。

以上のような構成の炎感知器１における炎検知について説明すると、まず、サファイアガラス７に、火災による炎から発生する放射光の他に、誤報要因である太陽光、電球等から放射される可視光線及び近赤外線を含む外部からの放射光が照射される。サファイアガラス７は、概ね０．３〜７．６μｍの放射光を透過するが、裏面に形成された蒸着膜７ａにより、概ね０．３〜１．８μｍの可視光線及び近赤外線がカットされた概ね１．８〜７．６μｍの波長の放射光のみが収容部３ｂ内に透過されることになる。

バンドパスフィルタ８ａ、９ａには、概ね１．８〜７．６μｍの波長の放射光が照射される。そして、CO２共鳴帯の波長である概ね４．４〜４．５μｍ付近の赤外線のみがバンドパスフィルタ８ａを透過し、また、CO２共鳴帯近傍の波長である概ね５．０μｍ付近の赤外線のみがバンドパスフィルタ９ａを透過して、受光素子８ｂ、９ｂに到達するが、その際、シリコン基材によって大きい吸収率で吸収される下限カットオフ波長である概ね１．１μｍよりも短波長側の放射光及び１．１μｍよりも短波長側の放射光ほどの大きい吸収率ではないが吸収がある概ね１．１〜１．８μｍの放射光からなる、可視光線及び近赤外線の不要な波長帯域の光が直接照射されないので、バンドパスフィルタ８ａ、９ａは、シリコン基材の温度上昇が防止されて、バンドパスフィルタ８ａ、９ａで設定した帯域の波長の赤外線のみに基づいたセンサ出力が受光素子８ｂ、９ｂに生じる。そして、受光素子８ｂのセンサ出力と受光素子９ｂのセンサ出力との比率を演算する等の所定のアルゴリズムを用いて、炎の発生を感知することで、精度よく炎を検知することができるようになっている。

この実施形態における炎感知器１は、本体としてのケース４と、該ケース４の開口部６を覆う保護フィルタとしてのサファイアガラス７と、該ケース４内に設けられ、特定波長の赤外線を透過するバンドパスフィルタ８ａ、９ａを前面に有し、サファイアガラス７及びバンドパスフィルタ８ａ、９ａを介して炎から発生する赤外線を検出する受光素子８ｂ、９ｂを内部に収容した素子筐体８、９とを備えてなる炎感知器１において、サファイアガラス７の裏面側に、可視光線及び近赤外線をカットする蒸着膜７ａが形成されている。

そして、サファイアガラス７に形成された蒸着膜７ａによって、バンドパスフィルタ８ａ、９ａに可視光線及び近赤外線の不要な波長帯域の光を直接照射させないようにすることができ、バンドパスフィルタ８ａ、９ａを構成する基材が不要な波長帯域の光を吸収することによって起こる、バンドパスフィルタ８ａ、９ａの温度上昇が防止される。そのため、受光素子８ｂ、９ｂにはバンドパスフィルタ８ａ、９ａで設定した帯域の波長の赤外線のみを通過させて、バンドパスフィルタ８ａ、９ａで設定した帯域の波長の赤外線のみに基づくセンサ出力が生じるため、精度よく炎を検知することができる。

また、現場に設置された炎感知器１は、外側が塵埃等によって汚れることもあり、清掃によって傷がついてしまうこともあるが、蒸着膜７ａは、サファイアガラス７の裏面にのみ蒸着されるので、環境耐久性に優れる。

また、この炎感知器１は、バンドパスフィルタ８ａ、９ａの基材はシリコン基材で構成され、サファイアガラス７の裏面側に形成された蒸着膜７ａは、シリコン基材の最短透過波長である概ね１．１μｍよりも長い波長、例えば１．８μｍまでカットする膜で構成される。

シリコン基材は、１．１μｍよりも短波長側の放射光ほどの吸収率ではないが、１．１μｍよりも長波長側の放射光も吸収する。そのため、蒸着膜７ａをシリコン基材の最短透過波長よりも長い波長までカットする膜で構成して、より広い近赤外線の波長帯域をバンドパスフィルタ８ａ、９ａに直接照射させないようにすることで、バンドパスフィルタ８ａ、９ａを構成するシリコン基材が不要な波長帯域の光を吸収することによって起こる、バンドパスフィルタ８ａ、９ａの温度上昇がより防止される。

なお、バンドパスフィルタ８ａ、９ａに可視光線及び近赤外線の不要な波長帯域の光を直接照射させない構成として、バンドパスフィルタ８ａ、９ａとサファイアガラス７との間に別のシリコン基材を介在させる方法も考えられるが、別のシリコン基材は１．１μｍよりも長い波長の近赤外線を透過し、バンドパスフィルタ８ａ、９ａの温度上昇が生じるため、本発明のほうが簡易な構成で、より効果的にバンドパスフィルタ８ａ、９ａの温度上昇を防止することができる。

また、蒸着膜７ａがカットする下限カットオフ波長は、上述の１．８μｍに限定されず、炎感知器１が有する上述の設定された検出波長帯域の赤外線の検出性能に支障をきたさない波長であればよく、例えば検出波長の最小値である４．４μｍ又は４．４μｍをやや下回る波長に設定してもよい。

なお、この実施形態では、保護フィルタの裏面側に形成されて可視光線及び近赤外線をカットする膜を蒸着膜としたが、同様の機能を有するその他の膜であってもよい。

なお、この実施形態では、受光素子が２つの場合について説明したが、２つ以上の複数の受光素子を設ける場合や単一の受光素子を設ける場合であってもよく、炎を判別するためのアルゴリズムには各種の手法が採用できる。

この発明の一実施形態を示す断面図。 この発明の一実施形態を示す正面図。

符号の説明

４ ケース（本体）
６ 開口部
７ サファイアガラス（保護フィルタ）
７ａ 蒸着膜
８ 素子筐体
８ａ バンドパスフィルタ
８ｂ 受光素子（素子）
９ 素子筐体
９ａ バンドパスフィルタ
９ｂ 受光素子（素子）

Claims (2)

1. 本体と、該本体の開口部を覆う保護フィルタと、該本体内に設けられ、特定波長の赤外線を透過するバンドパスフィルタを前面に有し、前記保護フィルタ及び前記バンドパスフィルタを介して炎から発生する赤外線を検出する素子を内部に収容した素子筐体とを備えてなる炎感知器において、
   前記保護フィルタの裏面側に、可視光線及び近赤外線をカットする蒸着膜が形成されていることを特徴とする炎感知器。
2. 前記バンドパスフィルタの基材はシリコン基材で構成され、前記保護フィルタの裏面側に形成された蒸着膜は、前記シリコン基材の最短透過波長よりも長い波長までカットする膜で構成されることを特徴とする請求項１の炎感知器。

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