JP2019174337A

JP2019174337A - 炎検出装置

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Publication number: JP2019174337A
Application number: JP2018064315A
Authority: JP
Inventors: 秀成松熊; Hidenari Matsukuma; 浅野　功; Isao Asano; 功浅野
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP2022160504A; JP7177598B2; JP7400034B2

Abstract

【課題】炎からの放射線エネルギーを受光する複数の受光ユニットからの受光信号を加算して検出感度を高める炎検出装置について、単一の受光ユニットのみが見えている範囲を実質的に視野範囲外とするようにしてS/Nの低い視野領域を排除する。【解決手段】複数の受光ユニット12a,12bを設け、放射線エネルギーのうち、同一の波長帯を観測した受光信号E1,E2を出力する。判断部38は受光ユニット12a,12bから出力された受光信号E1,E2を加算器32で加算した加算受光信号E3に基づいて炎の有無を判断する。判断制御部36は受光信号E1,E2の差分が所定値以下の場合、判断部38による炎の有無の判断又は判断結果の採用を許容し、差分が所定値を上回った場合は判断部38による炎の有無の判断又は判断結果の採用を禁止し、S/Nが悪化した受光信号により炎の有無を判断しないようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、有炎燃焼時のＣＯ２共鳴により発生する赤外線放射を検出して、炎の有無を判定する炎検出装置に関する。

従来、有炎燃焼により発生する放射線エネルギーを検出して、炎の有無を検出する炎検出装置にあっては、炎と炎以外の赤外線放射体との識別を行うため、有炎燃焼時に発生するＣＯ２の共鳴放射による波長帯域を含む複数の波長帯域における放射線強度を検出して、それら複数の波長帯域における検出値の相対比により炎の有無を検出する２波長式、３波長式等の炎検出装置や炎検出方法がよく知られている。

ここで、従来技術における２波長式、及び、３波長式の炎検出装置について、簡単に説明する。

図１０は、燃焼炎と、その他の代表的な放射体の赤外波長域における放射線スペクトルを示す概念図であり、横軸は放射線の波長、縦軸は放射線の相対強度を示す。

図１０に示すように、燃焼炎のスペクトル特性１００においては、ＣＯ２の共鳴放射により４．５μｍ付近の波長帯域に放射線相対強度のピークがあり、また、このピーク波長の近傍に存在する特徴的な波長としては、例えば、長波長側の５．０μｍ付近に、放射線相対強度が低い波長帯域が存在する。

２波長式の炎検出装置にあっては例えば、４．５μｍ付近の波長帯域と、５．０μｍ付近の波長帯域における各々の放射線エネルギーを狭帯域の光学波長バンドパスフィルタにより選択透過（通過）させて、受光センサにより該放射線エネルギーを検出し、これを光電変換したうえで増幅等所定の加工を施してエネルギー量に対応する電気信号（以下、「受光信号」という）とし、上記各々の波長帯域の受光信号レベルの相対比をとり、所定の閾値と比較することにより炎の有無を判定する。

これにより、炎以外の赤外線放射体、例えば、スペクトル特性１０２に示す太陽光（６０００°Ｃ）等の高温放射体や、スペクトル特性１０４に示す比較的低温の放射体（３００℃程度）、またスペクトル特性１０６に示す人体などの低温放射体等と炎との識別が可能となる。

また、例えば、上述した２波長に加え、ＣＯ２の共鳴放射帯である４．５μｍ帯に対し短波長側の、例えば、２．３μｍ付近の波長帯域における放射線エネルギーを２波長式と同様の手法で検出し、これらの３波長帯域における各受光信号の相対比によって炎の有無を判定する３波長式の炎検出装置も知られており炎と炎以外の赤外線放射体との識別性能をさらに向上させている。

また、近年にあっては、炎の検出エリアを拡大するため、炎から放射される４．５μｍ付近の放射線エネルギーを受光する受光ユニットを例えば従来の倍数に増設し、各受光センサで光電変換しこれらを必要に応じ適宜それぞれ増幅等して加工した各受光信号を加算することで、検出エリアを拡大してもＳ／Ｎ（信号対ノイズ比）を損なうことなく、十分な検出感度が得られるようにしている。

特開２０１６−１２８７９６号公報特許第３３５７３３０号公報

しかしながら、炎から放射される４．５μｍ付近の放射線エネルギーを受光する受光ユニットを複数設け、各受光信号を加算して検出感度を高めるようにした炎検出装置にあっては従来、複数の受光ユニットに設けられた受光センサは、配置位置の相違から視野が異なるため、単一の受光センサのみが見えている単一視野範囲が存在し、単一視野範囲に存在する炎からの放射線エネルギーに対してはＳ／Ｎを高めることができない問題がある。

このような単一視野範囲ではたとえば、遠方の炎は検出できないにも関わらず比較的近くの外乱光源の影響を受けて誤動作する危険性がある。

本発明は、受光ユニットの障害を確実に判断するため、炎から放射される放射線エネルギーを受光する受光ユニットを複数設け、各受光信号を加算して検出感度を高めるようにした炎検出装置について、単一の受光ユニットのみが見えている範囲を実質的に視野範囲外とするようにして、Ｓ／Ｎの低い視野領域を排除した炎検出装置を提供することを目的とする。

（炎検出装置）
本発明は、燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測して燃焼炎の有無を判断し検出する炎検出装置であって、
放射線エネルギーのうち、同一の波長帯を観測した受光信号を出力する複数の受光ユニットと、
複数の受光ユニットから出力された複数の受光信号に基づいて炎有無を判断する判断部と、
複数の受光ユニットから出力された各受光信号の間の差分に基づいて判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を許容する判断制御部と、
を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測して燃焼炎の有無を判断し検出する炎検出装置であって、
放射線エネルギーのうち、同一の波長帯を観測した受光信号を出力する複数の受光ユニットと、
複数の受光ユニットから出力された複数の受光信号に基づいて炎有無を判断する判断部と、
複数の受光ユニットから出力された各受光信号の間の差分を検出し、差分が所定値以下又は所定値を下回った場合に判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を許容し、差分が所定値以上又は所定値を上回った場合に判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を禁止する判断制御部と、
を備えたことを特徴とする。

（複数の受光信号の積分値差分による判断制御）
判断制御部は、所定期間分の複数の受光信号の振幅積分値の差分を検出し、振幅積分値の差分に基づいて炎有無の判断又は判断結果の採用を許容する。

また、判断制御部は、所定期間分の複数の受光信号の振幅積分値の差分を検出し、振幅積分値の差分が所定値以下又は所定値を下回った場合に判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を許容し、振幅積分値の差分が所定値以上又は所定値を上回った場合に判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を禁止する。

（基本的な効果）
本発明は、燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測して燃焼炎の有無を判断し検出する炎検出装置であって、放射線エネルギーのうち、同一の波長帯を観測した受光信号を出力する複数の受光ユニットと、複数の受光ユニットから出力された複数の受光信号に基づいて炎有無を判断する判断部と、複数の受光ユニットから出力された各受光信号の間の差分に基づいて判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を許容する判断制御部と、を備えたため、
或いは、燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測して燃焼炎の有無を判断し検出する炎検出装置であって、放射線エネルギーのうち、同一の波長帯を観測した受光信号を出力する複数の受光ユニットと、複数の受光ユニットから出力された複数の受光信号に基づいて炎有無を判断する判断部と、複数の受光ユニットから出力された各受光信号の間の差分を検出し、差分が所定値以下又は所定値を下回った場合に判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を許容し、差分が所定値以上又は所定値を上回った場合に判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を禁止する判断制御部と、を備えたため、
複数の受光ユニットを設けた場合に受光位置の相違により単一の受光ユニットのみが見えている単一視野範囲を実質的に排除することで、低Ｓ／Ｎの不要な視野拡がりを抑制するので、たとえばこのような不要視野範囲に存する外乱光源などによる誤動作を回避できる。すなわち、有効視野を高Ｓ／Ｎの範囲に絞り込むことができる。

（複数の受光信号の積分値差分による判断制御の効果）
判断制御部は、所定期間分の複数の受光信号の振幅積分値の差分を検出し、振幅積分値の差分に基づいて炎有無の判断又は判断結果の採用を許容する。

また、判断制御部は、所定期間分の複数の受光信号の振幅積分値の差分を検出し、振幅積分値の差分が所定値以下又は所定値を下回った場合に判断部による炎有無の判断を許容し、振幅積分値の差分が所定値以上又は所定値を上回った場合に判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を禁止するようにしたため、複数の受光信号の差分を確実に検出して炎有無の判断又は判断結果の採用を許容するか禁止するかを制御できる。

炎検出装置の実施形態を示したブロック図炎検出装置の外観を示した説明図受光センサの構造を示した説明図図３の受光センサの等価回路を示した回路図受光センサの配置と視野範囲を示した説明図燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測した場合に図１の受光ユニットから出力される受光信号を示した信号波形図燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測した場合に図１の受光ユニットから得られる加算受光信号の周波数分布を示した説明図２波長方式の炎検出装置の実施形態を示したブロック図図８の実施形態に適用される光学波長フィルタ及び透光性窓の各波長における透過率を示した特性図燃焼炎と、その他の代表的な放射体の放射線スペクトルを示した特性図

［炎検出装置］
（装置概要）
図１は炎検出装置の実施形態を示したブロック図である。図１に示すように、本実施形態の炎検出装置１０は、２組の受光ユニット１２ａ，１２ｂ、ＭＰＵ（マイクロコンピュータユニット）１５に設けられた判断制御部３６と判断部３８で構成される。

受光ユニット１２ａ，１２ｂは、監視領域に存在する燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測するものであり、大別して、燃焼炎からＣＯ２共鳴に伴って放射される、概ね４．５μｍを中心波長とする波長帯の放射線エネルギーを観測して光電変換し、受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力する。

受光ユニット１２ａ，１２ｂには、受光センサ２２ａ，２２ｂ、前置フィルタ２４ａ，２４ｂ、プリアンプ２６ａ，２６ｂ、メインアンプ２８ａ，２８ｂが設けられ、メインアンプ２８ａ，２８ｂから出力された受光信号Ｅ１，Ｅ２は終段アンプ３０ａ，３０ｂでさらに増幅され、ＭＰＵ１５のＡ／Ｄ変換ポート３５ａ，３５ｂでデジタル受光信号に変換して取り込まれる。

また、受光ユニット１２ａ，１２ｂからの受光信号Ｅ１，Ｅ２は加算器３２で加算増幅されて加算受光信号Ｅ３としてＭＰＵ１５に出力され、ＭＰＵ１５のＡ／Ｄ変換ポート３５ｃでデジタル受光信号に変換して取り込まれる。判断制御部３６は、受光ユニット１２ａ，１２ｂから出力された受光信号Ｅ１，Ｅ２の間の差分ΔＥを検出し、差分ΔＥが所定値以下又は所定値を下回った場合に判断部３８による炎有無の判断を許容し、差分ΔＥが所定値を上回った場合に判断部３８による炎有無の判断を禁止する、或いは判断結果を採用しない（たとえば炎有りの判断結果であっても外部へ出力しない）ようにしてもよい。

差分ΔＥはたとえば、受光信号Ｅ１に基づくデジタル受光信号と、受光信号Ｅ２に基づくデジタル受光信号Ｅ１’，Ｅ２’について、各々所定期間の積分値を求め、その差として算出する。

判断部３８は、加算器３２から出力された加算受光信号Ｅ３に基づき燃焼炎の有無を判断して検出する。

（装置外観とセンサユニット）
図２は炎検出装置の外観を示した説明図である。図２に示すように、炎検出装置１０は、天井面の検知器ベースに取り付けられる本体５０の下部に設けられたカバー５２の下面に透光性窓１８を設け、透光性窓１８の内部に配置された基板５４に、図１に示した光学ユニット１２ａ，１２ｂの受光センサ１６ａ，１６ｂを配置している。また、透光性窓１８の近傍の内部の受光素子を見渡せる位置に、個別の試験ランプを外部試験光源として収納した試験光源用透光窓２５を設けている。

（受光ユニット１２ａ，１２ｂの構成）
図１に示した受光ユニット１２ａ，１２ｂにおいて、受光センサ１６ａ，１６ｂは燃焼炎からＣＯ２共鳴に伴って放射される、概ね４．５μｍを中心波長とする赤外線波長帯域を有する放射線エネルギーを電気信号に変換して受光信号として出力し、前置フィルタ２４ａ，２４ｂは受光センサ１６ａ，１６ｂから出力される受光信号から、炎の揺らぎ周波数に対応した所定の周波数帯域の信号成分を選択通過させ、プリアンプ２６ａ，２６ｂは前置フィルタ２４ａ，２４ｂを通過した信号成分を初段増幅し、メインアンプ２８ａ，２８ｂ、終段アンプ３０ａ，３０ｂは炎判断処理に適した信号レベルに増幅して受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力する。

ここで、受光センサ１６ａ，１６ｂは、サファイアガラス等の赤外線透光性の部材を用いて共用する透光性窓１８、光学波長フィルタ２０ａ，２０ｂ、及び受光素子２２ａ，２２ｂを備えている。

終段アンプ３０ａ，３０ｂを介して出力された受光信号Ｅ１，Ｅ２は、ＭＰＵ１５に設けたＡ／Ｄ変換ポート３５ａ，３５ｂによりデジタル受光信号に変換して読み込まれ、判断制御部３６による炎有無の判断の許容又は禁止判定され、許容される場合は判断部３８に対し許容が指示され、火災有無が判断される。

また、受光ユニット１２ａ，１２ｂから出力された受光信号Ｅ１およびＥ２は加算器３２で加算され、加算器３２からの加算受光信号Ｅ３はＭＰＵ１５に設けたＡ／Ｄ変換ポート３５ｃによりデジタル受光信号に変換して読み込まれ、判断制御部３６から炎有無の判断の許容指示を受けた判断部３８による炎有無の判断が実行される。以下、各構成について具体的に説明する。

（受光センサ１６ａ，１６ｂ）
図３は受光センサの概略構成を示した説明図、図４は図３の受光センサの等価回路を示した回路図である。

図３に示すように、受光センサ１６ａ，１６ｂは、基板４０ａ，４０ｂの表面に支持配置された焦電体４５ａ，４５ｂを備え、これに受光電極２５ａ、２５ｂを設け、基板４０ａ，４０ｂの裏面側に配置されたＦＥＴ２７を備えてなる受光素子部２２ａ，２２ｂと、基板４０ａ，４０ｂを基部３８ａ，３８ｂ上に支持するため、基部３８ａ，３８ｂを貫通して設けられた端子４２ａ，４２ｂと、受光素子部２２ａ，２２ｂの前方に４．５μｍを中心とした赤外線を選択透過する光学波長フィルタ２０ａ，２０ｂを備えたカバー部材４４ａ，４４ｂとからなるパッケージ化された構成を有している。

また、受光素子部２２ａ，２２ｂの等価回路は、図４に示すように、ＦＥＴ２７のゲートから例えば焦電体４５ａと、図４では図示省略した高抵抗２９の並列回路を介してゲート端子Ｇに接続し、またＦＥＴ２７のドレインとソースをそれぞれドレイン端子Ｄとソース端子Ｓに接続している。各端子は図４の端子４２ａとして（図４には２本しか図示していないが、それぞれに対応する端子がある）パッケージ外部に引き出される。

ここで、光学波長フィルタ２０ａは、例えば、シリコン、ゲルマニウム、サファイア等の基板上に、公知の方法でそれぞれ形成することができる。

（透光性窓１８）
透光性窓１８は、図２及び図３に示したように、受光センサ１６ａ，１６ｂが収納された図４のセンサユニットの監視エリア側に相当する上面側であって、受光センサ１６ａ，１６ｂの前面側に設けた所定の開口部に配置され、上述のように、例えば、サファイアガラス等の赤外線透光性の部材により形成している。このため受光素子部２２ａ，２２ｂは、受光限界視野が透光性窓１８の縁辺部で規制されることにより、所定の拡がり角度を有する検知エリアが設定される。本実施形態にあっては、透光性窓１８は共用部材として、受光センサ１６ａ，１６ｂに含まれるものとして説明する。

（受光センサ１６ａ，１６ｂの視野範囲）
図５は受光センサの配置と視野範囲を示した説明図である。図５に示すように、回路基板４８上に隣接して配置された受光センサ１６ａ，１６ｂは、透光性窓１８の内側に配置されており、軸心線間距離で示す所定の間隔ｄだけ離れた異なる位置に配置されている。

このため受光センサ１６ａ，１６ｂは所定の拡がり角度θをもつ視野範囲を検知エリアとしているが、位置の相違により、受光センサ１６ａの上側の視野範囲の限界線６０と受光センサ１６ｂの上側の視野範囲の限界線６２との間の領域６４は、受光センサ１６ａのみから見える単一視野範囲となる。

また、受光センサ１６ａの下側の視野範囲の限界線６０と受光センサ１６ｂの下側の視野範囲の限界線６２との間の領域６６は、受光センサ１６ｂのみから見える単一視野範囲となる。

このため単一視野範囲６４に存在する炎からの放射線エネルギーは受光センサ１６ａのみで受光され、図１の受光ユニット１２ａからの受光信号Ｅ１は所定レベルとなるが、受光ユニット１２ｂからの受光信号Ｅ２はゼロレベルとなり、加算器３２からの加算受光信号Ｅ３は受光信号Ｅ１と同じであり、Ｓ／Ｎの改善により検出感度を高めることはできない。

また、単一視野範囲６６に存在する炎からの放射線エネルギーは受光センサ１６ｂのみで受光され、図１の受光ユニット１２ｂからの受光信号Ｅ２は所定レベルとなるが、受光ユニット１２ａからの受光信号Ｅ１はゼロレベルとなり、加算器３２からの加算受光信号Ｅ３は受光信号Ｅ２と同じであり、Ｓ／Ｎの改善により検出感度を高めることはできない。

このようにＳ／Ｎ改善により検出感度を高めることのできない単一視野範囲６４，６６からの放射線エネルギーに対し、本実施形態にあっては、判断制御部３６により判断部３８による炎有無の判断を禁止することで、実質的に単一視野範囲６４，６６を有効視野範囲外とした炎検出を可能とする。

（前置フィルタ２４ａ）
前置フィルタ２４ａは、周波数選択部として機能し、受光センサ１６ａの受光素子部２２ａから出力される受光信号から、炎判断処理に用いられる特定の周波数帯域の信号成分のみを通過させる例えばアクティブフィルタであり、後段のプリアンプ２６ａに特定の周波数帯域の信号成分を含む受光信号を出力する。このような周波数選択フィルタは、前置フィルタとしてだけでなくプリアンプから終段アンプまで適宜に配置され、周波数選択（抽出）しつつ信号増幅されるようになっている。

（プリアンプ２６ａ，２６ｂとメインアンプ２８ａ，２８ｂ）
プリアンプ２６ａ，２６ｂは、前置フィルタ２４ａ，２４ｂを介して入力される受光信号を所定の増幅率で初段増幅し、メインアンプ２８ａ，２８ｂは、プリアンプ２６ａ，２６ｂからの各受光信号を、受光信号Ｅ１，Ｅ２として出力する。終段アンプ３０ａ，３０ｂは、受光信号Ｅ１，Ｅ２を最終的に炎判断処理に適した信号レベルに調整増幅し、Ｅ１’，Ｅ２’としてＭＰＵ１５のＡ／Ｄ変換ポート３５ａ，３５ｂへ出力する。

（加算アンプ３２）
加算アンプ３２は、受光ユニット１２ａ，１２ｂのメインアンプ２８ａ，２８ｂからの受光信号Ｅ１，Ｅ２を入力して加算した後に、後段のＭＰＵ１５に設けたＡＤ変換ポート３５ｃの入力に適した電圧レベルの加算信号Ｅ３に変換して出力する。

（Ａ／Ｄ変換ポート３５ａ，３５ｂ，３５ｃ）
Ａ／Ｄ変換ポート３５ａ、３５ｂ，３５ｃはＭＰＵ１５の入力ポートとして設けたＡ／Ｄ変換器であり、受光信号（アナログ受光信号）Ｅ１，Ｅ２を終段アンプ３０ａ，３０ｂで処理した後の各信号及び加算信号Ｅ３をデジタル信号に変換して読み込む。

（判断制御部３６）
図６は燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測した場合に図１の受光ユニットから出力される受光信号を示した信号波形図であり、図６（Ａ）はＡ／Ｄ変換ポート３５ａからの、Ｅ１’由来のデジタル信号波形を示し、図６（Ｂ）はＡ／Ｄ変換ポート３５ｂからの、Ｅ２’由来のデジタル信号波形を示す。

なお、本実施形態にあっては、Ａ／Ｄ変換は６４Ｈｚで受光信号をサンプリングして行うものとし、すなわち各信号につき１秒間に６４点のデジタルデータが得られるものとする。また、簡単のため、以降はＡ／Ｄ変換後の信号も変換前と同じく受光信号Ｅ１’，Ｅ２’，Ｅ３という。

判断制御部３６は、図１の受光ユニット１２ａ，１２ｂから出力される図６に示す受光信号Ｅ１’，Ｅ２’の間の差分を検出する。判断制御部３６による差分の検出は、図６に示す受光信号Ｅ１’、Ｅ２’をＴ＝２秒（１２８データ）単位で、受光信号Ｅ１，Ｅ２の中点となる基準電位からのプラス及びマイナス側の振幅との差分の絶対値となる積分値ΣＥ１’，ΣＥ２’を求め、積分値の差分ΔＥを、
ΔＥ＝ΣＥ１’−ΣＥ２’
として算出する。

続いて、判断制御部３６は、積分値の差分ΔＥの絶対値が所定値以下又は所定値を下回った場合に判断部３８による炎有無の判断を許容し、一方、積分値の差分のΔＥの絶対値が所定値以上又は所定値を上回った場合には、判断部３８による炎有無の判断を禁止する制御を行う。

このため受光ユニット１２ａ，１２ｂが正常に動作している場合に、受光信号Ｅ１’，Ｅ２’の積分値の差分ΔＥの絶対値が所定値以下又は所定値を下回ることから、判断制御部３８は判断部３８による炎有無の判断を許容する。

これに対し受光ユニット１２ａ，１２ｂの何れか一方が障害を起した場合には、受光信号Ｅ１’，Ｅ２’の相違が大きくなり、受光信号Ｅ１’，Ｅ２’の積分値の差分ΔＥの絶対値が所定値以上又は所定値を上回ることから、判断制御部３６は判断部３８による炎有無の判断を禁止する。或いは、積分値の差分のΔＥの絶対値が所定値以上又は所定値を上回った場合には、判断部３８で判断結果を採用しない（たとえば炎有りの判断結果であっても外部へ出力しない）ようにしても良い。

また、判断制御部３６が受光信号Ｅ１’，Ｅ２’の積分値の差分ΔＥの絶対値が所定値以上又は所定値を上回ることで判断部３８による炎有無の判断を禁止する制御は、受光ユニット１２ａ，１２ｂの何れかの障害に起因している可能性が高いことから、判断制御部３６は装置内に設けている内部試験光源の駆動により試験光を受光センサ１６ａ，１６ｂに照射する試験を行い、このとき受光ユニット１２ａ，１２ｂから出力される受光信号Ｅ１，Ｅ２から障害を検出して確定する制御を行う。

更に、図５に示した単一視野範囲６４，６６の何れかから放射線エネルギーを受けた場合にも、受光信号Ｅ１’，Ｅ２’の相違が大きくなり、受光信号Ｅ１’，Ｅ２’の積分値の差分ΔＥの絶対値が所定値以上又は所定値を上回ることから、判断制御部３８は判断部３８による炎有無の判断を禁止し、これにより単一視野範囲６４，６６を実質的に炎検出器１０の視野範囲外とすることができる。

（判断部３８）
判断部３８は、加算器３２で加算された図６に示す受光信号Ｅ１’，Ｅ２’を２秒ごとに加算した加算受光信号Ｅ３を加算受光信号Ｅ３の中点となる基準電位からのプラス及びマイナス側の振幅との差分の絶対値となる積分値ΣＥ３を求める。

次いで、判断部３８は、積分値ΣＥ３が、予め設定された基準レベル以下の場合には、炎に相当する受光出力が検出されなかったものと判断し、一方、積分値ΣＥ３が基準レベルを超えた場合には、炎有り判断の第１要素とする。

また、判断部３８は加算受光信号Ｅ３を２秒間（１２８データ）ごとに高速フーリエ変換して結果を分析し、たとえば８Ｈｚ以下の周波数帯域に主成分がある場合に炎有り判断の第２要素とし、第１要素と第２要素とに基づく複合的な炎有無判断を行う。

図７は、燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測した場合に図１の受光ユニットから得られる加算受光信号Ｅ３の周波数分布を示した説明図である。判断部３８は、図６に示す受光信号Ｅ１’，Ｅ２’を加算した加算受光信号Ｅ３をＴ＝２秒間（１２８データ）ごとに高速フーリエ変換して、図７に示す周波数分布を得る。

図７に示すように、燃焼炎から放射される放射線エネルギーを周波数軸で観測すると、概ね８Ｈｚよりも低周波側に高い出力レベルを示す周波数特性ＦＬが得られることから、受光信号Ｅ３の周波数の主要な成分が８Ｈｚまでの周波数帯域ＦＬに存在し、８Ｈｚを超える例えば１６Ｈｚまでの高周波側の周波数帯域ＦＨは低いレベルを示す。このような分布特性は、炎を観測した場合の信号の特徴である。

このため、加算受光信号Ｅ３の周波数分布に基づく炎判断は、例えば８Ｈｚまでの範囲となる低周波側の周波数分布ＦＬの積分値ΣＦＬおよび８Ｈｚを超え１６Ｈｚまでの範囲
となる高周波側の積分値ΣＦＨを求め、両積分値の比ΣＦＬ／ΣＦＨが、予め設定された閾値以下の場合には、炎に相当する受光出力が検出されなかったものと判断し、一方、ΣＦＬ／ΣＦＨが閾値を超えた場合には、炎有り判断の第２要素とする。

そして、判断部３８は、炎有り判断の第１要素と２要素の両方が成立し、且つ、たとえばこれが所定回数連続した場合に炎有りとの判断を確定して火災検出信号を外部に出力する。

［２波長式の炎検出装置］
（受光ユニット１２ａ，１２ｂ）
図８は２波長方式としての炎検出装置の実施形態を示したブロック図である。図８に示すように、本実施形態による２波長方式の炎検出装置１０は、燃焼炎からＣＯ２共鳴により放射される、概ね４．５μｍを中心波長とする狭帯域波長帯の放射線エネルギーを観測して光電変換による受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力する２組の受光ユニット１２ａ，１２ｂに加え、新たに概ね５．０μｍ〜７．０μｍの波長帯域の放射線エネルギーを電気信号に変換した受光信号Ｅ４を出力する受光ユニット１２ｃが設けられる。

受光ユニット１２ａ，１２ｂは、図１の実施形態と同じであり、燃焼炎からＣＯ２共鳴により放射される、概ね４．５μｍを中心波長とする狭帯域波長帯の放射線エネルギーを観測した受光信号Ｅ１，Ｅ２出力する。

受光ユニット１２ａ，１２ｂ，１２ｃからの受光信号に基づくＥ１’，Ｅ２’，Ｅ４’及び加算器３２からの加算受光信号Ｅ３は、それぞれＭＰＵ１５に設けたＡ／Ｄ変換ポート３５ａ，３５ｂ，３５ｄ，３５ｃの各々でデジタル受光信号に変換して取り込こまれている。

ＭＰＵ１５に設けられた判断制御部３６は図１の実施形態と同じであり、受光ユニット１２ａ，１２ｂから出力された受光信号Ｅ１’，Ｅ２’の間の差分ΔＥを検出し、差分ΔＥの絶対値が所定値以下又は所定値を下回った場合に判断部３８による炎有無の判断を許容し、差分ΔＥの絶対値が所定値以上又は所定値を上回った場合に判断部３８による炎有無の判断を禁止する。ここでも、図１の１波長式の実施形態同様に、積分値の差分のΔＥの絶対値が所定値以上又は所定値を上回った場合には、判断部３８で判断結果を採用しないようにしても良い。

（受光ユニット１２ｃ）
受光ユニット１２ｃは、受光センサ１６ａ，１６ｂとは異なる所定の波長帯域を有する放射線エネルギーを電気信号に変換して出力する受光センサ１６ｃを備える。即ち、受光ユニット１２ａ，１２ｂは、燃焼炎からＣＯ２共鳴により放射される、概ね４．５μｍを中心波長とする狭帯域波長帯の放射線エネルギーを電気信号に変換した受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力するのに対し、受光ユニット１２ｃは、本実施形態においては概ね５．０μｍ〜７．０μｍの赤外線波長帯域の放射線エネルギーを電気信号に変換した受光信号Ｅ４を出力する。

また、受光ユニット１２ｃは、受光センサ１６ｃに続いて、受光センサ１６ｃから出力される受光信号から、所定の周波数帯域の信号成分のみを通過させる前置フィルタ２４ｃと、前置フィルタ２４ｃを通過した信号成分を初段増幅するプリアンプ２６ｃと、プリアンプ２６ｃからの出力を増幅するメインアンプ２８ｃとで構成される。受光ユニット１２ｃのメインアンプ２８ｃから出力された受光信号Ｅ４は、終段アンプ３０ｃを介して、ＭＰＵ１５のＡ／Ｄ変換ポート３５ｄへ入力され、デジタル受光信号に変換して読み込まれ、炎の判断処理に用いられる。

（受光センサ１６ｃの構成）
受光センサ１６ｃは、概ね５．０μｍを超える所定の波長帯域の放射線を良好に透過するカットオンフィルタで構成されるロングパスフィルタである光学波長フィルタ２０ｃと、光学波長フィルタ２０ｃを透過した光を受光して電気信号に変換して出力する図４の受光素子部２２ａと同様の等価回路でなる受光素子部２２ｃを備え、図３に示した受光センサ１６ａと同様な構造により、パッケージ化された構成とする。

（受光センサ１６ａ〜１６ｃの波長透過特性）
図９は、図８の実施形態に適用される光学波長フィルタ及び透光性窓の各波長における透過率を示した特性図である。

図９に示すように、図８の透光性窓１８であるサファイアガラスにより、概ね７．０μｍ付近以下の放射線が良好に透過するショートウェーブパス特性（又は、ロングウェーブカット特性）を有する透過率特性７０が得られる。そして、光学波長フィルタ２０ａ，２０ｂを構成する、概ね４．５μｍ付近を中心波長とするバンドパスフィルタにより、当該中心波長近傍の波長帯域の放射線エネルギーを透過する透過率特性７２が得られる。これらの組合せにより、合成特性７４をもつ狭帯域バンドパスフィルタが構成される。

一方、透光性窓１８であるサファイアガラスの透過率特性７０と、光学波長フィルタ２０ｃを構成するロングパスフィルタの透過率特性７６の組合せにより、概ね５．０μｍ〜７．０μｍの波長帯域の放射線エネルギーを透過する合成特性７８をもつ広帯域バンドパスフィルタが構成される。

ここで、５．０〜７．０μｍの帯域を検出する受光センサ１６ｃの視野は、有効視野を概ね包含するようにする。

（２波長方式による炎判断）
ＭＰＵ１５に設けられた判断部３８は、判断制御部３６による炎有無の判断を許容する制御指示を受けた場合、当該許容判断の元となった受光信号Ｅ１’，Ｅ２’に対応する期間の受光信号Ｅ３，Ｅ４’の各々について信号振幅（基準電位からの差分の絶対値）の時間積分処理を行い、積分値ΣＥ３，ΣＥ４’を算出する。ここで、積分値ΣＥ３，ΣＥ４’は、便宜上、炎積分値ΣＥ３，非炎積分値ΣＥ４’として区別する。

次いで、判断部１５は、炎積分値ΣＥ３が、予め設定された基準レベル以下の場合には、炎に相当する受光出力が検出されなかったものと判断し、一方、炎積分値ΣＥ３が基準レベルを超えた場合には、非炎積分値ΣＥ４’との相対比ΣＥ３／ΣＥ４’を算出し、相対比（ΣＥ３／ΣＥ４’）が、予め設定された閾値を超えた場合は、炎と判定して炎有り判断の第１要素とし、閾値以下の場合には、例えば、人体等の炎以外の比較的低温の放射線源による受光出力があったものとして、炎判断は抑止して行わない。

炎判断の第１要素は、図１の実施形態においてはΣＥ３が基準レベル（閾値）を超えることで成立するのに対し、本実施形態における炎判断の第１要素は、ΣＥ３が基準レベル（閾値）を超え、且つ相対比ΣＥ３／ΣＥ４’が別の閾値を超えることで成立する。

また、判断部３８は、判断制御部３６による炎有無の判断を許容する制御指示を受けた場合、図１の実施形態に示したように、加算器３２から出力された積分値の比ΣＦＬ／ΣＦＨが基準レベルを超えた場合には、炎判断の第２要素とする。

そして、判断部３８は、炎有り判断の第１要素と第２要素の両方が成立し、且つ、たとえば所定の回数連続した場合に炎有りと判断を確定して火災検出信号を外部に出力する。

［本発明の変形例］
上記の実施形態は、受光ユニット１２ａ，１２ｂからの受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算器３２で加算して加算受光信号Ｅ３として判断部３８により炎有無の判断を行っているが、これに限定されず、例えば、受光ユニット１２ａ，１２ｂからの受光信号Ｅ１’，Ｅ２’の平均を求め、平均受光信号に基づいて判断部３８により炎有無の判断するようにしても良い。

上記の実施形態は、２波長方式の炎検出装置として、燃焼炎のＣＯ２の共鳴放射帯である４．５μｍ付近の波長帯域と、５．０μｍ付近の波長帯域における各々の放射線エネルギーを観測して炎を判定しているが、４．５μｍ付近の波長帯域と、２．３μｍ付近の波長帯域における各々の放射線エネルギーを観測して炎を判定するようにしても良い。

また、燃焼炎のＣＯ２の共鳴放射帯である４．５μｍ帯の短波長側の、例えば、２．３μｍ付近の波長帯域における放射線エネルギーを、５．０μｍ付近の波長帯域における放射線エネルギーを検出し、これらの３波長帯域における受光信号の相対比が炎からの放射の特徴に従うことを炎有りの判断要素とする３波長式の炎検出装置としても良い。

また、本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

１０：炎検出装置
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ：受光ユニット
１５：ＭＰＵ
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ：受光センサ
１８：透光性窓
２０ａ，２０ｂ，２０ｄ：光学波長フィルタ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ：受光素子部
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ：前置フィルタ
４５ａ，４５ｂ：焦電体
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ：プリアンプ
２７：ＦＥＴ
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ：メインアンプ
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ：終段アンプ
３２：加算器
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ：Ａ／Ｄ変換ポート
３６：判断制御部
３８：判断部

Claims

燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測して燃焼炎の有無を判断し検出する炎検出装置であって、
放射線エネルギーのうち、同一の波長帯を観測した受光信号を出力する複数の受光ユニットと、
前記複数の受光ユニットから出力された複数の受光信号に基づいて炎有無を判断する判断部と、
前記複数の受光ユニットから出力された各受光信号の間の差分に基づいて前記判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を許容する判断制御部と、
を備えたことを特徴とする炎検出装置。
燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測して燃焼炎の有無を判断し検出する炎検出装置であって、
放射線エネルギーのうち、同一の波長帯を観測した受光信号を出力する複数の受光ユニットと、
前記複数の受光ユニットから出力された複数の受光信号に基づいて炎有無を判断する判断部と、
前記複数の受光ユニットから出力された各受光信号の間の差分を検出し、前記差分が所定値以下又は前記所定値を下回った場合に前記判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を許容し、前記差分が前記所定値以上又は前記所定値を上回った場合に前記判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を禁止する判断制御部と、
を備えたことを特徴とする炎検出装置。
請求項１乃至２記載の炎検出装置に於いて、前記判断制御部は、所定期間分の前記複数の受光信号の振幅積分値の差分を検出し、前記振幅積分値の差分に基づいて炎有無の判断又は判断結果の採用を許容することを特徴とする炎検出装置。
請求項３記載の炎検出装置に於いて、前記判断制御部は、所定期間分の前記複数の受光信号の振幅積分値の差分を検出し、前記振幅積分値の差分が所定値以下又は前記所定値を下回った場合に前記判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を許容し、前記振幅積分値の差分が前記所定値以上又は前記所定値を上回った場合に前記判断部による炎有無の判断又は判断結果の採用を禁止することを特徴とする炎検出装置。