JP3119926B2 - 火災検知器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火源から放射される赤
外線を検出して火災を検知する火災検知器に関するもの
であり、特に多波長の赤外線を同時に検出して火災と非
火災の区別を明確化する火災検知器に適応する。本発明
は、電熱器、調理などの非火災源による誤報を無くし、
比較的小規模な火災（燻焼状態）から火災の危険度に応
じた警報を発報し、速やかに初期対応をとれるための火
災検知器を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、火炎から放射される赤外線を
検知する炎検知器は実用化されている。たとえば、これ
らの炎検知器では、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
流であるが、炎以外の赤外線源による誤動作を減らすい
くつかの試みが提案されている。例えば、特開昭５０−
２４９７号は、４．３μｍとその前後の２波長における
放射線量を検出し、４．３μｍと他の２波長における放
射線量が一定値以上になった場合に炎として判断してい
る。特開昭５７−９６４９２号は、２つの凸部間に谷間
が存在するか否かを判別して炎の発生を感知することを
提唱している。

【０００３】その他、特開昭６１−３２１９５号は、近
赤外線域の波長の放射線を検出する第１の放射線検出手
段と、写真赤外領域の波長の放射線を検出する第２の放
射線検出手段と、前記第１および第２放射線検出手段か
らの出力信号を受信し、これらの出力信号のレベル差と
同期性とにより出力信号の論理的組み合せを演算する演
算手段と、演算手段からの組み合わせ出力信号により火
災信号とノイズ信号とを判別する検出手段を具備する火
災感知装置を開示する。これは、発炎火災と可視光ノイ
ズが２．３μｍと０．９μｍの赤外線の相関関係に同期
性を有し、燻焼火災は同期性を示さず、又発炎火災と燻
焼火災は近赤外線強度が写真赤外線強度より大きく、可
視光ノイズは近赤外線強度が写真赤外線強度より小さい
ことを利用し、上記２種の放射線を比較して火災と可視
光ノイズの区別、および発炎火災と燻焼火災を区別する
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、検知能
力を向上させようとすれば高価な量子型の赤外線センサ
ーを使用せざるを得ず、安価な焦電型の赤外線センサー
を用いると検知能力が不足し、比較的大規模な炎でなけ
れば検知できないという問題点があった。ことに、初期
火災の状態で正確に検知するには焦電型の赤外線センサ
ーでは困難であった。また、狭帯域のフィルターを備え
るなどの雑音低減化手段を講じた場合、たしかに信号帯
雑音比は向上して初期火災の検出能力は向上する。とこ
ろがその反面、急激な状態変化には追従しきれなくな
り、放火などの場合には手遅れになってしまう。本発明
者らは、このような状況を考え、十分な雑音低減化処理
機構により処理をおこないつつ急激な変化に対応できる
火災検知器を提供するものである。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】すなわち本発明は、
（１）火災から放射される赤外線を検出して発報する火
災検知器において、赤外線センサーの出力またはその増
幅処理等をされた出力があらかじめ定められた１つ以上
の区分値以下の場合にその区分値に応じた時定数の雑音
低減化処理を行なう機構を有する火災検知器。さらに
（２）上記（１）の区分値を、赤外線センサーおよび増
幅器の総合雑音電圧の１００倍を最大とする火災検知器
を提供する。

【０００６】以下にその詳細について述べる。図１は、
本発明による火災検知器の一概念図である。ここで、赤
外線源Ｆから放射される赤外線は、赤外線検知部ＤＴに
入射する。赤外線検知部ＤＴにおいて、入射した赤外線
はCO2の共鳴放射帯とそのほかに２以上の検知波長帯に
分離されて検出される。赤外線検知部ＤＴにおいて検出
された赤外線強度は、信号処理部ＳＰで処理され、赤外
線源の温度、発熱面積、放射エネルギー量、炎の有無、
およびこれらの変化率が計算される。この計算結果は判
断部Ｊで判定されて警報を発する。

【０００７】ここで、赤外線検知部ＤＴは赤外線センサ
ーおよびその出力信号を増幅する増幅器およびフィルタ
によって構成される。フィルタと増幅器は通常一体の構
成をなす。信号処理部においてはまずＤＴの出力信号を
あらかじめ決められた１つ以上の区分に分類する弁別手
段がある。ここでＤＴの出力信号の大きさが区分され、
区分によって雑音低減処理機構における時定数が決定さ
れる。区分は理想的には極力多くすることも可能である
が通常は１乃至１０個程度である。雑音低減処理機構は
雑音を避けるための処理機構であって通常低域通過フィ
ルタが用いられる。ＤＴの出力は雑音低減処理機構によ
って処理された後に赤外線源の温度、発熱面積、放射エ
ネルギー量、炎の有無、およびこれらの変化率が計算さ
れる。

【０００８】雑音低減処理機構の等価帯域幅（fx）をセ
ンサーおよび増幅器の総合の帯域幅（fa）の1／ｎ倍と
し、雑音が完全にランダムなものとすると雑音低減処理
機構により処理を行なった後の雑音は元の大きさの1／
√ｎとなる。ここで、雑音低減処理機構すなわちフィル
タ等の等価帯域幅と時定数は互いに逆比例の関係にあ
る。従って、等価帯域幅の狭いフィルタを雑音低減処理
機構として用いると雑音は大きく低減されるが、その代
わり時定数が大きくなることによって信号の変化に充分
追従できない場合がある。このためＤＴの出力信号がセ
ンサーおよび増幅器などの総合雑音は信号に比べて充分
大きい場合には、誤差も無視できうるので雑音低減処理
機構は用いない方がよい。通常、信号値が総合雑音値の
100倍より大であれば雑音の影響は無視できるものであ
る。

【０００９】信号値が総合雑音値の100倍以下すなわちS
/N比が100以下の場合には雑音の影響が無視できなくな
る。しかしながらここで大幅な雑音低減を行なうと応答
性が損なわれるので雑音低減は最小限にする必要があ
る。ただし、信号強度が小さい場合は発熱体や炎が存在
していたとしても差し迫った危険の可能性は低く、応答
性が多少損なわれたとしてもさほど問題はない。従っ
て、信号強度に応じて段階的に雑音低減の度合を強めて
いくとよい。信号強度が大きい場合に許容できる応答時
間は数秒である。これは、放火などの場合に炎の拡大す
る状態を想定している。また信号強度が小さい場合、す
なわち正常時に許容できる応答時間の上限は3乃至10分
である。これは電気器具等の過熱時間を想定している。
以上のことから、雑音低減処理機構によって許容できる
応答時間は、雑音低減処理機構を有さない場合の30乃至
100倍程度が妥当である。また以上の議論によって雑音
低減処理機構の有効範囲は総合雑音値の10倍程度までの
信号値となる。

【００１０】以上のことから、総合雑音値の100倍以下1
0倍までの信号強度においてこの間を数段階に区分して
その区分に応じた時定数を持った雑音低減処理機構を行
なうことで、雑音の低減と応答速度の悪化とを互いに両
立することができる。上記の弁別手段における区分と雑
音低減処理機構の時定数について詳細に述べる。まず、
雑音低減処理機構を用いるか否かを判別する第１の区分
値Th1は、総合雑音の100倍程度に設定し、これより信号
が小さい場合には雑音低減処理機構を用いる。ここで、
区分値をこの１つだけとして、ただ一通りの雑音低減処
理機構によって総合雑音値の10倍までの信号に適用しよ
うとすると、この場合のfxはfaの1/100となり、この区
分値を境界にして応答速度が極端に代わってしまい好ま
しくない。従ってここでのfxはfaの1/2程度が好まし
い。これによってth1の1/√2の信号強度まではS/Nが100
以上を保つことができる。また、th1の1/√2の値を第２
の区分値th2として信号がこれより小さい場合にはfxをf
aの1/4とすることによりth1の1/2の信号まではS/N比が1
00以上となる。以下同様に各区分値の比を√2とし、そ
れぞれの区分でのfxを2倍ずつ増して行くと、8段階の区
分値で総合雑音比の7倍までの信号についてS/N比を100
以上に保つことができる。上記の区分値の比はさらに小
さくすることも可能であり、また大きくすることも可能
であるが、各区分でのfxの変化が2を超えることは極端
な応答時間の変化を生じさせることになり好ましくな
い。また、信号強度に応じて連続的にfxを設定すること
が理想的であるが処理が複雑になることから各区分値の
比は√2からその1/2程度が適当である。

【００１１】本発明における雑音低減処理機構は、時定
数を変化することのできる低域通過フィルターであれば
良いが、最も簡便な方法としては信号を平均化し、その
平均化の時間幅を時定数とする方式でもよい。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例を図２に示す。図２に示し
た実施例では、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。ま
た、ただ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。本実施例においては、検出している赤外線の波長
帯は、第１のセンサーが中心波長3μm半値幅0.4μm，第
２のセンサーが中心波長4.4μm半値幅0.4μm，第３のセ
ンサーが中心波長5.5μm半値幅0.8μm，第４のセンサー
が中心波長8.5μm半値幅1.0μmである。

【００１３】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。ここで、増幅回路はフィルター回路を兼ね
ており、本実施例では通過中心周波数1Hzとしている。
また、本実施例ではチョッパーによる分断周期は1秒と
している。この周期は焦電型赤外線センサーを使用して
いる場合には0.01以上10秒以下が望ましく、その中でも
0.5〜2秒が最も望ましい。すなわち増幅回路の通過中心
周波数はチョッパの分断周波数に等しく設定される。Ａ
／Ｄ変換は、本実施例では一分断周期間に20回の変換を
行なっている。この変換回数は、一分断周期について10
回以上が望ましいが上限は信号処理の能力によって規定
されるべきものである。本発明の適用される火災検知器
の場合には、上限値として一分断周期間に1000回程度が
適当であり、これ以上の回数で変換を行なう必要はな
い。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、センサーに入射した赤外線の強度を電圧の数値とし
て得、得られた値をデジタル信号でホストコンピュータ
に伝送する操作を行なう。ホストコンピュータへは1秒
に1回の回数で信号を伝送する。すなわちチョッパの1分
断周期の測定値の平均を取り、これを伝送する。

【００１４】ホストコンピュータでは各波長帯の検出信
号から発熱源の温度、面積、放射エネルギー量およびそ
の増加率を算出する。この演算を行なう前段階として雑
音低減処理機構により処理を行なう。前記処理は、雑音
低減処理をホストコンピュ−タの演算処理により実現す
る。即ち信号の大きさが区分値以下の場合は、雑音低減
処理として、デジタル演算フィルタのプログラムが作動
し、フィルタ−機能が働く。本実施例においてはまず伝
送された信号を4秒毎に平均し、4秒毎の時系列信号とし
ている。ここで得られた4秒毎の測定値に対して段階的
区分を持った雑音低減処理機構により処理を行なう。本
実施例では4秒毎に平均した後の雑音値は約0.4mVであ
る。この値は当然のことながら使用するセンサーの種
類、増幅回路の増幅率などにより変わる。従って本実施
例では図３に示すように第１の区分値Th1は40mV、第２
の区分値Th2は28mV、以下第７の区分値まで設定してい
る。本実施例では雑音低減処理機構は単純移動平均と
し、移動平均の平均点数を時定数としている。例えばTh
1未満Th2以上の信号に対しては２点の移動平均、すなわ
ち8秒の時定数としている。以下、図３に示すように各
区分値と移動平均の点数（時定数）を設定している。

【００１５】図４に本実施例における雑音低減の効果を
示す。図に示すようにS/N比が向上している。また、200
℃の発熱体に対する誤差を図５に示す。図に示すように
誤差が10℃以上では問題になるが、元信号で問題になっ
た信号強度の1/10以下の信号まで誤差が無視できるよう
になっている。

【００１６】

【発明の効果】本発明の火災検知器により電気機器の過
熱等のごく初期の段階から発熱状態の推移が監視できる
ために誤報が少なく、かつ放火などに対しての応答の速
い火災検知器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明が適用される火災検知器の一構成例

【図２】は、本発明が適用される火災検知器の一実施例
の構成図

【図３】は、雑音低減処理機構の時定数を設定する区分
値の一例

【図４】は、本発明によって改善されたS/N比の一態様
を示す図

【図５】は、本発明によって改善された温度誤差の一態
様を示す図をそれぞれ表す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G08B 17/02 - 17/12 G01J 1/02 G01J 5/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火災から放射される赤外線を検出して発
   報する火災検知器において、赤外線センサーの出力また
   はその増幅処理等をされた出力が、あらかじめ定められ
   た１つ以上の区分値以下の場合にその区分値に応じた時
   定数の雑音低減化処理を行なう機構を有することを特徴
   とする火災検知器。
2. 【請求項２】 請求項１の区分値を、赤外線センサーお
   よび増幅器の総合雑音電圧の100倍を最大とすることを
   特徴とする請求項１に記載の火災検知器。