JP2670959B2 - 火炎測定方法 - Google Patents
火炎測定方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、火炎から放射される赤
外線を検出して火炎の規模を測定するものであり、特に
燃料などの火炎の状態に関わり無く正確な燃焼規模を測
定する方法に関する。
外線を検出して火炎の規模を測定するものであり、特に
燃料などの火炎の状態に関わり無く正確な燃焼規模を測
定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、火炎から放射される赤外線の
特定波長のみを検出し、火炎の燃焼規模を測定する火炎
測定方法は実用化されている。これらの火炎測定方法で
は、炎から放射される特有のスペクトル線（４．４μｍ
帯；ＣＯ２の共鳴放射帯）を検出するものが主流であ
る。また、ＣＯの共鳴放射帯（４．７μｍ帯）を検出す
ることにより、不完全燃焼などの火炎の燃焼状態を測定
する火炎測定方法などが実用化されている。
特定波長のみを検出し、火炎の燃焼規模を測定する火炎
測定方法は実用化されている。これらの火炎測定方法で
は、炎から放射される特有のスペクトル線（４．４μｍ
帯；ＣＯ２の共鳴放射帯）を検出するものが主流であ
る。また、ＣＯの共鳴放射帯（４．７μｍ帯）を検出す
ることにより、不完全燃焼などの火炎の燃焼状態を測定
する火炎測定方法などが実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
火炎測定方法は特定の条件の下で特定の燃料の燃焼のみ
を測定するものであり、例えば広範囲の空間の一部に生
じた火炎（火災など）の燃焼規模を測定することは不可
能であった。
火炎測定方法は特定の条件の下で特定の燃料の燃焼のみ
を測定するものであり、例えば広範囲の空間の一部に生
じた火炎（火災など）の燃焼規模を測定することは不可
能であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、（１）被検知体からのＣＯ２の共鳴放射帯を含む
複数の赤外線放射帯における赤外線強度を検出して、そ
の検出値の相対比及び絶対値及びそれらの時間的変化か
ら火災か否かを判定する火災検知器において、検出した
赤外線の強度から炎の特徴的な放射成分を差し引いた値
の相対値または絶対値から被検知体の温度Ｔ、面積ｓを
算出した後、火災の発熱量Ｗを、Ｗ＝Ｔ４δ・ｓ×２０
（ここで、δはステファン−ボルツマンの定数）から求
めることを特徴とする火災測定方法、（２）上記（１）
において、前記複数の赤外線放射帯が２．８μｍ〜
３．２μｍ，４．２μｍ〜４．６μｍ，４．６μｍ
〜５．５μｍであることを特徴とする火災測定方法、及
び（３）上記（２）において、前記４．２μｍ〜４．
６μｍの赤外線の強度と４．６μｍ〜５．５μｍの赤
外線の強度から炎の特徴的な放射成分を差し引いた値を
用いて、被検知体の温度、面積を算出することを特徴と
する火災測定方法、を発明した。
めに、（１）被検知体からのＣＯ２の共鳴放射帯を含む
複数の赤外線放射帯における赤外線強度を検出して、そ
の検出値の相対比及び絶対値及びそれらの時間的変化か
ら火災か否かを判定する火災検知器において、検出した
赤外線の強度から炎の特徴的な放射成分を差し引いた値
の相対値または絶対値から被検知体の温度Ｔ、面積ｓを
算出した後、火災の発熱量Ｗを、Ｗ＝Ｔ４δ・ｓ×２０
（ここで、δはステファン−ボルツマンの定数）から求
めることを特徴とする火災測定方法、（２）上記（１）
において、前記複数の赤外線放射帯が２．８μｍ〜
３．２μｍ，４．２μｍ〜４．６μｍ，４．６μｍ
〜５．５μｍであることを特徴とする火災測定方法、及
び（３）上記（２）において、前記４．２μｍ〜４．
６μｍの赤外線の強度と４．６μｍ〜５．５μｍの赤
外線の強度から炎の特徴的な放射成分を差し引いた値を
用いて、被検知体の温度、面積を算出することを特徴と
する火災測定方法、を発明した。
【０００５】
【本発明の具体的説明】以下、本発明を具体的に説明す
る。検知波長帯をλ１，λ２，…λｎ（ｎ＝２以上の整
数）とし、赤外線センサーにおいて検出されたそれぞれ
の波長帯の検出出力をＶ１，Ｖ２，…Ｖｎとする。そし
てこれらの検出出力は赤外線センサーに入射した各波長
帯の赤外線強度を正確に反映しているものとする。とこ
ろで、プランクの放射則により、ある温度Ｔの物体が波
長λで半空間内に放射する赤外線の単位面積当たりの放
射強度は次式で表される。
る。検知波長帯をλ１，λ２，…λｎ（ｎ＝２以上の整
数）とし、赤外線センサーにおいて検出されたそれぞれ
の波長帯の検出出力をＶ１，Ｖ２，…Ｖｎとする。そし
てこれらの検出出力は赤外線センサーに入射した各波長
帯の赤外線強度を正確に反映しているものとする。とこ
ろで、プランクの放射則により、ある温度Ｔの物体が波
長λで半空間内に放射する赤外線の単位面積当たりの放
射強度は次式で表される。
【数１】 なお、ここでＣ１，Ｃ２は、Ｃ１＝２πｈｃ２，Ｃ２＝
ｈｃ／ｋで決まる定数である。ただし、ｈはプランク定
数、ｃは光速度、ｋはボルツマン定数である。
ｈｃ／ｋで決まる定数である。ただし、ｈはプランク定
数、ｃは光速度、ｋはボルツマン定数である。
【０００６】上記の式１に２つの検出波長帯λ１，λ２
とその波長帯での放射赤外線強度Ｐ１，Ｐ２を代入し、
温度Ｔを求める近似式を導くと、
とその波長帯での放射赤外線強度Ｐ１，Ｐ２を代入し、
温度Ｔを求める近似式を導くと、
【数２】 ここで、赤外線源Ｓから赤外線検知部Ｄまでの間の吸収
がλ１，λ２ともに無いとすれば上記式２のＰ１，Ｐ２
はＶ１，Ｖ２に置き換えることができる。すなわち、
がλ１，λ２ともに無いとすれば上記式２のＰ１，Ｐ２
はＶ１，Ｖ２に置き換えることができる。すなわち、
【数３】 となる。式３より、異なった２波長の赤外線を各々検出
することによって赤外線源の温度が求められる。
することによって赤外線源の温度が求められる。
【０００７】次に、式３によって求めた温度Ｔからλ１
或はλ２における単位面積当たりの黒体輻射強度（これ
をＰ１’或はＰ２’とする）がプランクの輻射則すなわ
ち式１より求まる。一方、赤外線検知部Ｄに入射する赤
外線の強度は赤外線源Ｓとの距離Ｌによって、１／２π
Ｌ２になる。したがって、上記求めた温度Ｔのある面積
を持った（単位面積のｓ倍）赤外線源から赤外線センサ
ーに入射すべき赤外線強度Ｐ１”或はＰ２”は、Ｐ１’
或はＰ２’にｓを乗じ２πＬ２で除した値となる。即
ち、
或はλ２における単位面積当たりの黒体輻射強度（これ
をＰ１’或はＰ２’とする）がプランクの輻射則すなわ
ち式１より求まる。一方、赤外線検知部Ｄに入射する赤
外線の強度は赤外線源Ｓとの距離Ｌによって、１／２π
Ｌ２になる。したがって、上記求めた温度Ｔのある面積
を持った（単位面積のｓ倍）赤外線源から赤外線センサ
ーに入射すべき赤外線強度Ｐ１”或はＰ２”は、Ｐ１’
或はＰ２’にｓを乗じ２πＬ２で除した値となる。即
ち、
【数４】 となる。ここで赤外線検知部の出力が入射赤外線強度を
正確に反映していると仮定しているので、Ｖ１或はＶ２
から上記式３、１を用いてＰ１’或はＰ２′がわかる。
従って、距離Ｌを既知とすれば実際に検出された入射赤
外線強度Ｐ１或はＰ２は、Ｐ１”或はＰ２”に相当する
とすれば、入射赤外線強度Ｐ１或はＰ２と計算によって
求めた入射赤外線強度Ｐ１’或はＰ２’との比は式４か
ら判るように赤外線源Ｓの面積ｓを表していることにな
る。
正確に反映していると仮定しているので、Ｖ１或はＶ２
から上記式３、１を用いてＰ１’或はＰ２′がわかる。
従って、距離Ｌを既知とすれば実際に検出された入射赤
外線強度Ｐ１或はＰ２は、Ｐ１”或はＰ２”に相当する
とすれば、入射赤外線強度Ｐ１或はＰ２と計算によって
求めた入射赤外線強度Ｐ１’或はＰ２’との比は式４か
ら判るように赤外線源Ｓの面積ｓを表していることにな
る。
【０００８】さらに、ＣＯ２の共鳴放射帯域を検出する
波長帯を用いて、上記手段で求めた赤外線源の温度およ
び発熱面積から式１によってＣＯ２の共鳴放射帯域にお
ける黒体放射の赤外線強度Ｐｃｏ２’を算出し、上記Ｐ
１などと同様に赤外線センサーに入射すべき赤外線強度
Ｐｃｏ２”を求め、これと実際に観測されたＰｃｏ２と
の比を算出する。ここで、Ｐｃｏ２”《Ｐｃｏ２であれ
ば赤外線源は炎を伴うものである。
波長帯を用いて、上記手段で求めた赤外線源の温度およ
び発熱面積から式１によってＣＯ２の共鳴放射帯域にお
ける黒体放射の赤外線強度Ｐｃｏ２’を算出し、上記Ｐ
１などと同様に赤外線センサーに入射すべき赤外線強度
Ｐｃｏ２”を求め、これと実際に観測されたＰｃｏ２と
の比を算出する。ここで、Ｐｃｏ２”《Ｐｃｏ２であれ
ば赤外線源は炎を伴うものである。
【０００９】ところで、炎の放射は、炎の中の黒体の放
射部分と炎特有の放射の部分とに分けられ、黒体の部分
の放射と炎特有の部分の放射との和になっている。さら
に炎特有の放射成分は炎の大きさによってその量が変化
する。ここで、炎特有の放射が現れる波長帯は主にＣＯ
２の共鳴放射帯で、４．２μｍ〜４．６μｍの波長帯
であるが、４．６μｍ〜５．５μｍの波長帯にも炎特
有の放射が現れる。波長帯に現れる放射は燃焼にとも
なって発生した水分と考えられる。
射部分と炎特有の放射の部分とに分けられ、黒体の部分
の放射と炎特有の部分の放射との和になっている。さら
に炎特有の放射成分は炎の大きさによってその量が変化
する。ここで、炎特有の放射が現れる波長帯は主にＣＯ
２の共鳴放射帯で、４．２μｍ〜４．６μｍの波長帯
であるが、４．６μｍ〜５．５μｍの波長帯にも炎特
有の放射が現れる。波長帯に現れる放射は燃焼にとも
なって発生した水分と考えられる。
【００１０】そこで本発明者はノルマルヘプタンとメタ
ノールを用いて炎の大きさを種々に変えたときの上記波
長帯、、の強度を測定した。その結果を図１に示
す。図１より、燃料の種類に依らず炎特有の放射成分は
図１のＦＲ点と黒体放射の線分を結ぶ線上にあることが
わかる。すなわち、炎特有の放射成分はＦＲ点の成分比
の波長帯と波長帯の強度を持っていることがわか
る。従って、炎特有の放射成分を差し引くと、炎の大き
さに関係なく黒体放射のライン上のある一点に集まり、
波長帯に加算されていた出力が補正され正確な温度を
測定することができる。本発明は、この知見をもとにな
されたものである。
ノールを用いて炎の大きさを種々に変えたときの上記波
長帯、、の強度を測定した。その結果を図１に示
す。図１より、燃料の種類に依らず炎特有の放射成分は
図１のＦＲ点と黒体放射の線分を結ぶ線上にあることが
わかる。すなわち、炎特有の放射成分はＦＲ点の成分比
の波長帯と波長帯の強度を持っていることがわか
る。従って、炎特有の放射成分を差し引くと、炎の大き
さに関係なく黒体放射のライン上のある一点に集まり、
波長帯に加算されていた出力が補正され正確な温度を
測定することができる。本発明は、この知見をもとにな
されたものである。
【００１１】炎の放射とは、燃焼によって発生したＣＯ
２、Ｈ２Ｏ等の分子振動による共鳴放射と、燃焼によっ
て発生した黒鉛等の固体粒子による熱放射が重畳したも
のである。固体粒子の放射はおおむね炎全体に分布し、
気体中に分散されている粒子による放射であるので半透
明体の放射である。そしてこの部分が半透明体として
も、炎がある程度大きいならば放射率はほぼ１と考える
ことができる。また、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等による炎特有の
放射は放射効率が非常に高く、炎の表面からの放射とな
る。従って、例えばノルマルヘプタンの燃焼に伴う放射
は、燃焼によって発生した黒鉛等の固体粒子による熱放
射であるａ点とＣＯ２、Ｈ２Ｏ等による炎特有の放射で
あるＦＲ点との間に引いた直線上の放射成分を持つ。同
様にメタノールの燃焼に伴う放射はｂ点とＦＲ点間の直
線上の放射成分となる。
２、Ｈ２Ｏ等の分子振動による共鳴放射と、燃焼によっ
て発生した黒鉛等の固体粒子による熱放射が重畳したも
のである。固体粒子の放射はおおむね炎全体に分布し、
気体中に分散されている粒子による放射であるので半透
明体の放射である。そしてこの部分が半透明体として
も、炎がある程度大きいならば放射率はほぼ１と考える
ことができる。また、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等による炎特有の
放射は放射効率が非常に高く、炎の表面からの放射とな
る。従って、例えばノルマルヘプタンの燃焼に伴う放射
は、燃焼によって発生した黒鉛等の固体粒子による熱放
射であるａ点とＣＯ２、Ｈ２Ｏ等による炎特有の放射で
あるＦＲ点との間に引いた直線上の放射成分を持つ。同
様にメタノールの燃焼に伴う放射はｂ点とＦＲ点間の直
線上の放射成分となる。
【００１２】炎の温度は炎の外層のガス体が最も高くな
る。従って熱放射をおこす温度は炎の最高温度ではない
場合が多いが、炎全体を包括して規模を考える場合に
は、上記の考えに従って炎全体の放射、すなわち燃焼に
よって発生した黒鉛等の固体粒子による熱放射を考えた
方がよい。
る。従って熱放射をおこす温度は炎の最高温度ではない
場合が多いが、炎全体を包括して規模を考える場合に
は、上記の考えに従って炎全体の放射、すなわち燃焼に
よって発生した黒鉛等の固体粒子による熱放射を考えた
方がよい。
【００１３】以下でこの温度を求める計算方法を検討す
る。図１の例では、ノルマルヘプタンとメタノールのそ
れぞれの炎の特徴を示す直線の原点であるＦＲ点は、波
長帯：波長帯＝７４：２６の成分比を持つ。従って
この点を頂点とした形の相図を考えれば良い。
る。図１の例では、ノルマルヘプタンとメタノールのそ
れぞれの炎の特徴を示す直線の原点であるＦＲ点は、波
長帯：波長帯＝７４：２６の成分比を持つ。従って
この点を頂点とした形の相図を考えれば良い。
【００１４】このように考えると、実際に検出された炎
の放射成分からＦＲ点で表される炎特有の放射を差し引
けば炎中の熱放射の成分を分離することができ、これは
図中の黒体放射の曲線上に乗ることになる。このような
処理を行えば通常の黒体放射の温度計算と同様に波長帯
と波長帯の比率から式３の計算によって温度を求め
られる。従って波長帯から炎の放射成分を差し引けば
良い。
の放射成分からＦＲ点で表される炎特有の放射を差し引
けば炎中の熱放射の成分を分離することができ、これは
図中の黒体放射の曲線上に乗ることになる。このような
処理を行えば通常の黒体放射の温度計算と同様に波長帯
と波長帯の比率から式３の計算によって温度を求め
られる。従って波長帯から炎の放射成分を差し引けば
良い。
【００１５】以下、具体的な計算例を示す。この計算例
では、計算の簡略化をはかるために、近似計算を行って
いる。これは、図１等を検討すると、黒体放射の曲線の
特徴として、波長帯の割合が温度に対して変化が少な
く３波長合計の２割程度であることがわかる。従って波
長帯の割合が、波長帯−波長帯−波長帯の３波
長合計の約２０％となるように炎特有の成分を差し引く
ことで、ほぼ黒体の放射成分を残すことができる。ここ
で、差し引いた後の波長帯の割合の基準を７００℃〜
１０００℃の黒体放射に合わせておくことで誤差を少な
くできる。この場合に温度の計算結果に与える誤差は大
きくても２０℃程度である。これを５００℃以下の黒体
放射に合わせた場合は高温での誤差が大きくなる。
では、計算の簡略化をはかるために、近似計算を行って
いる。これは、図１等を検討すると、黒体放射の曲線の
特徴として、波長帯の割合が温度に対して変化が少な
く３波長合計の２割程度であることがわかる。従って波
長帯の割合が、波長帯−波長帯−波長帯の３波
長合計の約２０％となるように炎特有の成分を差し引く
ことで、ほぼ黒体の放射成分を残すことができる。ここ
で、差し引いた後の波長帯の割合の基準を７００℃〜
１０００℃の黒体放射に合わせておくことで誤差を少な
くできる。この場合に温度の計算結果に与える誤差は大
きくても２０℃程度である。これを５００℃以下の黒体
放射に合わせた場合は高温での誤差が大きくなる。
【００１６】以下にその計算手順を述べる。まず被検知
体の温度を少なくともＣＯ２の共鳴放射域にある赤外線
の強度を含む複数の赤外線放射帯の強度の相対比を求め
る前に、炎特有の放射成分を差し引く。例えば、３つの
波長帯の各成分〜を検出する赤外線センサーの出力
値をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３とし、炎特有の成分とし
て差し引く値をＶｘとする。Ｖｘは波長帯及び波長帯
の炎特有の成分の合計であり、それぞれの割合をＶｆ
２，Ｖｆ３とする。図２のｃ点においては、ＶｘはＦＲ
点からｃ点への直線の延長上のｃ点から黒体放射の曲線
までの距離であり、そのうちの波長帯の成分がＶ
ｆ２，波長帯の成分がＶｆ３である。また、基準とな
る黒体放射での波長帯の割合をＲ２とすれば、
体の温度を少なくともＣＯ２の共鳴放射域にある赤外線
の強度を含む複数の赤外線放射帯の強度の相対比を求め
る前に、炎特有の放射成分を差し引く。例えば、３つの
波長帯の各成分〜を検出する赤外線センサーの出力
値をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３とし、炎特有の成分とし
て差し引く値をＶｘとする。Ｖｘは波長帯及び波長帯
の炎特有の成分の合計であり、それぞれの割合をＶｆ
２，Ｖｆ３とする。図２のｃ点においては、ＶｘはＦＲ
点からｃ点への直線の延長上のｃ点から黒体放射の曲線
までの距離であり、そのうちの波長帯の成分がＶ
ｆ２，波長帯の成分がＶｆ３である。また、基準とな
る黒体放射での波長帯の割合をＲ２とすれば、
【数５】 となる。従って、
【数６】 となる。ここで求めたＶｘを用いて波長帯と波長帯
から炎の放射成分を差し引けば良い。
から炎の放射成分を差し引けば良い。
【００１７】以上の手順によって、炎の放射成分から黒
体放射成分と炎特有の放射成分とが分離できる。炎の燃
焼規模を測定するには、ここで得られた黒体放射成分を
用いる。波長帯の値とここで補正された波長帯の値
を式３に当てはめることによって炎の温度が求まる。そ
して面積、Ｐｃｏ２”の計算はここで求めた温度から、
面積は波長帯に対して、Ｐｃｏ２”比は波長帯に対
して式４を適用して求める。
体放射成分と炎特有の放射成分とが分離できる。炎の燃
焼規模を測定するには、ここで得られた黒体放射成分を
用いる。波長帯の値とここで補正された波長帯の値
を式３に当てはめることによって炎の温度が求まる。そ
して面積、Ｐｃｏ２”の計算はここで求めた温度から、
面積は波長帯に対して、Ｐｃｏ２”比は波長帯に対
して式４を適用して求める。
【００１８】ここで求めた温度Ｔ、面積ｓの熱源の放射
エネルギーＷはステファン−ボルツマンの法則から、
エネルギーＷはステファン−ボルツマンの法則から、
【数７】 と表される。ここでσはステファン−ボルツマンの定数
で、σ＝５．６７３×１０−１２（Ｗ／ｃｍ２・ｄｅｇ
４）である。しかしながら、実際の火炎では発生する熱
エネルギーの大部分が燃焼生成ガスの対流によって拡散
する。発明者は、生成ガスの対流によって拡散する熱量
と放射熱量とが常に一定の比率であることを見出した。
放射熱量は図３に示すごとく発熱量の３０分の１乃至１
０分の１であり、平均的には放射熱量は発熱量の２０分
の１である。また、これは燃料がメタノールの場合でも
ノルマルヘプタンの場合でもほぼ等しい値となってお
り、燃料の種類に影響を受けるものではない。
で、σ＝５．６７３×１０−１２（Ｗ／ｃｍ２・ｄｅｇ
４）である。しかしながら、実際の火炎では発生する熱
エネルギーの大部分が燃焼生成ガスの対流によって拡散
する。発明者は、生成ガスの対流によって拡散する熱量
と放射熱量とが常に一定の比率であることを見出した。
放射熱量は図３に示すごとく発熱量の３０分の１乃至１
０分の１であり、平均的には放射熱量は発熱量の２０分
の１である。また、これは燃料がメタノールの場合でも
ノルマルヘプタンの場合でもほぼ等しい値となってお
り、燃料の種類に影響を受けるものではない。
【００１９】すなわち、火炎の燃焼規模を発熱量で表す
と、式７で求めた放射熱量の２０倍の値が得られる。し
たがって、上記１〜６式によって求めた温度面積から火
炎の発熱量を求めると、
と、式７で求めた放射熱量の２０倍の値が得られる。し
たがって、上記１〜６式によって求めた温度面積から火
炎の発熱量を求めると、
【数８】 となる。
【００２０】
【実施例】本発明の実施例として、火災検知に応用した
例を示す。図４は本発明を応用した火災検知機の一つの
構成例である。この例では、火源または類似の発熱源か
ら放射された赤外線をチョッパーによって周期的に分断
し、４個の焦電型赤外線センサーで各々異なった４波長
帯を検出する。これらのセンサーには、あらかじめ定ま
った波長帯を透過するバンドパスフィルターが内蔵され
ている。ただし、４個以下の焦電型赤外線センサーであ
っても、切替手段を用いて４つに分割した波長を検知す
る方式としてもよい。また、４個以下の焦電型赤外線セ
ンサーであっても、切替手段を用いて４種の波長帯を検
知する方式としてもよい。各々のセンサーで検出した信
号は、増幅回路で増幅した後にＡ／Ｄ変換器によってデ
ジタル信号に変換される。マイクロプロセッサはこのデ
ジタル信号に対してチョッパーの分断周期による同期検
波およびろ波を行ない、チョッパーによって分断されて
いた信号を連続的な信号系列に戻している。さらに、こ
こで得られた信号系列を通信用の信号系列に変換し、ホ
ストコンピュータにデジタル伝送を行なっている。
例を示す。図４は本発明を応用した火災検知機の一つの
構成例である。この例では、火源または類似の発熱源か
ら放射された赤外線をチョッパーによって周期的に分断
し、４個の焦電型赤外線センサーで各々異なった４波長
帯を検出する。これらのセンサーには、あらかじめ定ま
った波長帯を透過するバンドパスフィルターが内蔵され
ている。ただし、４個以下の焦電型赤外線センサーであ
っても、切替手段を用いて４つに分割した波長を検知す
る方式としてもよい。また、４個以下の焦電型赤外線セ
ンサーであっても、切替手段を用いて４種の波長帯を検
知する方式としてもよい。各々のセンサーで検出した信
号は、増幅回路で増幅した後にＡ／Ｄ変換器によってデ
ジタル信号に変換される。マイクロプロセッサはこのデ
ジタル信号に対してチョッパーの分断周期による同期検
波およびろ波を行ない、チョッパーによって分断されて
いた信号を連続的な信号系列に戻している。さらに、こ
こで得られた信号系列を通信用の信号系列に変換し、ホ
ストコンピュータにデジタル伝送を行なっている。
【００２１】図４の例で検出している赤外線の波長帯
は、図５に示すごとく低温域から高温域までの発熱体の
放射を効率良く検出する波長帯としている。すなわち、
中心波長３μｍ半値幅０．４μｍ，中心波長４．４
μｍ半値幅０．４μｍ，中心波長５．０μｍ半値幅
０．８μｍ，中心波長８．５μｍ半値幅１．０μｍで
ある。上記波長帯については、主に高温域の発熱体の
放射を検出し、波長帯で検出した赤外線強度と組み合
せて４００℃以上の高温域の発熱体を監視する。波長帯
については炎の有無を監視する。波長帯は低温域か
ら高温に到るまで効率良く検出する波長帯で、波長帯
と組み合せて高温域の発熱体の監視と、波長帯と組み
合せて低温域の発熱体の監視、並びに波長帯と組み
合わせて炎の燃焼規模の測定を行う。波長帯は、４０
０℃以下の低温の発熱体の放射を効率良く検出し、波長
帯と組み合せて４００℃以下の低温域の発熱体の監視
を行なう。燻焼状態から火災に到る過程では、低温の発
熱体が次第に高温になりながら拡大していく。従って、
低温から高温までの幅広い温度範囲で発熱源の温度を監
視できることが必要となる。
は、図５に示すごとく低温域から高温域までの発熱体の
放射を効率良く検出する波長帯としている。すなわち、
中心波長３μｍ半値幅０．４μｍ，中心波長４．４
μｍ半値幅０．４μｍ，中心波長５．０μｍ半値幅
０．８μｍ，中心波長８．５μｍ半値幅１．０μｍで
ある。上記波長帯については、主に高温域の発熱体の
放射を検出し、波長帯で検出した赤外線強度と組み合
せて４００℃以上の高温域の発熱体を監視する。波長帯
については炎の有無を監視する。波長帯は低温域か
ら高温に到るまで効率良く検出する波長帯で、波長帯
と組み合せて高温域の発熱体の監視と、波長帯と組み
合せて低温域の発熱体の監視、並びに波長帯と組み
合わせて炎の燃焼規模の測定を行う。波長帯は、４０
０℃以下の低温の発熱体の放射を効率良く検出し、波長
帯と組み合せて４００℃以下の低温域の発熱体の監視
を行なう。燻焼状態から火災に到る過程では、低温の発
熱体が次第に高温になりながら拡大していく。従って、
低温から高温までの幅広い温度範囲で発熱源の温度を監
視できることが必要となる。
【００２２】本実施例では図４に示す検知部の各センサ
ーの検知波長帯は、３．０±０．２μｍ，４．４±０．
２μｍ，５．０±０．４μｍ，８．５±０．５μｍとな
っている。ホストコンピュータには計算式１〜８が記憶
され、発熱体の温度、面積、炎の有無ならびに放射熱量
が算出される。また、ホストコンピュータではセンサー
の出力がノイズレベルの１００倍以下の場合には雑音低
減化のろ波処理を行う。ろ波処理の時定数はセンサーの
出力がノイズレベルの１００倍以下の場合に８秒であ
り、センサーの出力が小さい場合には時定数を大きく
し、１０倍以下の場合に６４秒としている。火災の判定
は放射熱量から６段階の区分でなされる。さらに放射熱
量の増加率を最小自乗法によって求め、これが１Ｗ／ｓ
ｅｃ以上の場合には発熱体が拡大中とし、１０Ｗ／ｓｅ
ｃ以上の場合には急激に拡大中としている。拡大中の場
合には上記火災判定の区分を１段階危険側に進め、急激
に拡大中の場合には２段階危険側に進めている。最小自
乗法を行う際の記憶時間は、センサーの出力がノイズレ
ベルの１００倍以上の場合には２０秒であるがセンサー
の出力が小さい場合には記憶時間を長くし、センサーの
出力がノイズレベルの１０倍以下である場合には３分間
としている。本実施例では図１のＦＲ点を、波長帯：
波長帯＝７４：２６と設定している。また、式６のＲ
２を７００℃の黒体放射を基準に０．２１と設定してい
る。
ーの検知波長帯は、３．０±０．２μｍ，４．４±０．
２μｍ，５．０±０．４μｍ，８．５±０．５μｍとな
っている。ホストコンピュータには計算式１〜８が記憶
され、発熱体の温度、面積、炎の有無ならびに放射熱量
が算出される。また、ホストコンピュータではセンサー
の出力がノイズレベルの１００倍以下の場合には雑音低
減化のろ波処理を行う。ろ波処理の時定数はセンサーの
出力がノイズレベルの１００倍以下の場合に８秒であ
り、センサーの出力が小さい場合には時定数を大きく
し、１０倍以下の場合に６４秒としている。火災の判定
は放射熱量から６段階の区分でなされる。さらに放射熱
量の増加率を最小自乗法によって求め、これが１Ｗ／ｓ
ｅｃ以上の場合には発熱体が拡大中とし、１０Ｗ／ｓｅ
ｃ以上の場合には急激に拡大中としている。拡大中の場
合には上記火災判定の区分を１段階危険側に進め、急激
に拡大中の場合には２段階危険側に進めている。最小自
乗法を行う際の記憶時間は、センサーの出力がノイズレ
ベルの１００倍以上の場合には２０秒であるがセンサー
の出力が小さい場合には記憶時間を長くし、センサーの
出力がノイズレベルの１０倍以下である場合には３分間
としている。本実施例では図１のＦＲ点を、波長帯：
波長帯＝７４：２６と設定している。また、式６のＲ
２を７００℃の黒体放射を基準に０．２１と設定してい
る。
【００２３】本発明によって測定した火炎の規模を火災
の判定に用いる。単純には例えば２０ＫＷ以上の発熱量
を持つ火炎であれば火災と判断するが、床面１０ｍの位
置に設置した本実施例ではこの判定を６段階とし、６０
０Ｗ未満で正常、６００Ｗ以上で発熱体の存在を知らせ
る警報、１．５ＫＷ以上で規模の大きな発熱体の存在を
知らせる警報、３ＫＷ以上で危険な発熱体の存在を知ら
せる警報、６ＫＷ以上で火災の可能性が否定できない状
態を知らせる警報、１２ＫＷ以上で火災の警報を発信す
る。もちろんこの値は設置する空間の状態によって随時
設定する必要のある値である。なお、実施例ではＲ２を
７００℃の黒体放射を基準に０．２１としたが、計算さ
れた温度に合わせて再計算させてより正確な値とするこ
ともできる。
の判定に用いる。単純には例えば２０ＫＷ以上の発熱量
を持つ火炎であれば火災と判断するが、床面１０ｍの位
置に設置した本実施例ではこの判定を６段階とし、６０
０Ｗ未満で正常、６００Ｗ以上で発熱体の存在を知らせ
る警報、１．５ＫＷ以上で規模の大きな発熱体の存在を
知らせる警報、３ＫＷ以上で危険な発熱体の存在を知ら
せる警報、６ＫＷ以上で火災の可能性が否定できない状
態を知らせる警報、１２ＫＷ以上で火災の警報を発信す
る。もちろんこの値は設置する空間の状態によって随時
設定する必要のある値である。なお、実施例ではＲ２を
７００℃の黒体放射を基準に０．２１としたが、計算さ
れた温度に合わせて再計算させてより正確な値とするこ
ともできる。
【００２４】
【発明の効果】本発明による火炎測定方法によって火炎
の燃焼規模を火炎から離れた位置から正確に測定でき
る。本発明の火炎測定方法は燃焼物の種類によらず、燃
焼の発熱量を測定できるため、特に火災の検出には有効
であり、初期火災の燃焼規模を正確に検出して的確な対
応を取ることが可能となる。さらに、燃焼物の種類によ
らずに燃焼規模が測定できるため、不特定燃料を使用す
る燃焼制御等に効果的である。
の燃焼規模を火炎から離れた位置から正確に測定でき
る。本発明の火炎測定方法は燃焼物の種類によらず、燃
焼の発熱量を測定できるため、特に火災の検出には有効
であり、初期火災の燃焼規模を正確に検出して的確な対
応を取ることが可能となる。さらに、燃焼物の種類によ
らずに燃焼規模が測定できるため、不特定燃料を使用す
る燃焼制御等に効果的である。
【図１】は、さまざまな発熱体を検出する実験を行った
ときの各波長帯のセンサー出力の相対比を示す。
ときの各波長帯のセンサー出力の相対比を示す。
【図２】は、本発明における処理手続き数式の参考図。
【図３】は、火炎の発熱量と放射熱量の関係を示す図。
【図４】は、本発明の一実施例である火災検知器の構成
図を示す。
図を示す。
【図５】は、一実施例である火災検知器の検出波長帯域
を示す。
を示す。
Claims (3)
- 【請求項１】被検知体からのＣＯ２の共鳴放射帯を含む
複数の赤外線放射帯における赤外線強度を検出して、そ
の検出値の相対比及び絶対値及びそれらの時間的変化か
ら火災か否かを判定する火災検知器において、検出した
赤外線の強度から炎の特徴的な放射成分を差し引いた値
の相対値または絶対値から被検知体の温度Ｔ、面積ｓを
算出した後、火災の発熱量Ｗを Ｗ＝Ｔ４δ・ｓ×２０ （ここで、δはステファン−ボルツマンの定数）から求
めることを特徴とする火災測定方法。 - 【請求項２】 前記複数の赤外線放射帯が２．８μｍ
〜３．２μｍ，４．２μｍ〜４．６μｍ，４．６μ
ｍ〜５．５μｍであることを特徴とする請求項１記載の
火災測定方法。 - 【請求項３】 前記４．２μｍ〜４．６μｍの赤外線
の強度と４．６μｍ〜５．５μｍの赤外線の強度から
炎の特徴的な放射成分を差し引いた値を用いて、被検知
体の温度、面積を算出することを特徴とする請求項２記
載の火災測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7276393A JP2670959B2 (ja) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | 火炎測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7276393A JP2670959B2 (ja) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | 火炎測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06259675A JPH06259675A (ja) | 1994-09-16 |
| JP2670959B2 true JP2670959B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=13498737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7276393A Expired - Fee Related JP2670959B2 (ja) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | 火炎測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2670959B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1329860B1 (en) * | 2002-01-11 | 2006-11-08 | Hochiki Corporation | Flame detection device |
| JP4812026B2 (ja) * | 2007-02-16 | 2011-11-09 | 独立行政法人日本原子力研究開発機構 | 熱物性測定装置 |
| AU2019221160B2 (en) | 2018-02-19 | 2021-12-16 | Ihi Corporation | Heat source detection device |
| JP7292701B2 (ja) * | 2018-12-13 | 2023-06-19 | 深田工業株式会社 | 異常検知器 |
| DE102019120512B4 (de) * | 2019-07-30 | 2021-02-25 | Anton Paar Provetec Gmbh | Flammüberwachung bei Flammpunktbestimmung oder Brennpunktbestimmung |
| CN113808378B (zh) * | 2021-10-25 | 2024-07-12 | 应急管理部沈阳消防研究所 | 一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置及方法 |
-
1993
- 1993-03-09 JP JP7276393A patent/JP2670959B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06259675A (ja) | 1994-09-16 |
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