JP3188392B2

JP3188392B2 - 火災検出方法

Info

Publication number: JP3188392B2
Application number: JP07057896A
Authority: JP
Inventors: 順一山口; 栄司高橋
Original assignee: SOHGO SECURITY SERVICES CO.,LTD.
Current assignee: SOHGO SECURITY SERVICES CO.,LTD.
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 2001-07-16
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JPH09259372A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は火災検出方法に係
り、特に、監視区域内の赤外線を受光し、赤外線の受光
量に基づき監視区域内の火災の発生を検出する火災検出
器の火災検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に監視区域内の赤外線の受光強度に
基づき監視区域内の火災の発生を検出する火災検出器
は、図１９に示すように監視区域内の赤外線を受光し、
受光強度に応じた検出信号を出力する受光部１１と、受
光部１１からの検出信号に基づき火災が発生したか否か
を判断し、火災が発生していると判断したときに警報を
出力する判断部１２から構成されている。

【０００３】図２０に炎から放射される赤外線の波長と
強度の特性図を示す。可燃物が空気中で酸化燃焼すると
きに発生する炎からの放射線の中で、有機物の酸化燃焼
に特有のスペクトルとして、酸化の際に発生する炭酸ガ
スより発せられる４．３μｍ付近にピークを有する赤外
線が知られている。この４．３μｍ付近の赤外線を検出
することにより、ほとんど全ての火災を検出することが
できる。

【０００４】このことから、図１９に示す火災検出器
は、受光部１１に４．３μｍ付近の赤外線のみを透過す
るフイルタ１１ｂと、フイルタを通過した４．３μｍ付
近の赤外線を受光し、受光強度に応じた検出信号を出力
する受光素子１１ａを設け、判断部１２は、受光素子１
１ａからの検出信号が入力されると、受光レベルが予め
定めた閾値を越えたときに火災が発生したと判断して、
警報を出力するようにしている。

【０００５】また、炎を発生させる発熱体から放射され
る赤外線の波長は、図２０に示されるように２〜３μｍ
の間にピークを有していることも知られている。つま
り、火災発生時は、炭酸ガスにより発せられる４．３μ
ｍ付近と、発熱体から放射される２．５μｍ付近の赤外
線の間の３．５μｍ付近に赤外線放射強度の弱い谷間が
存在することになる。

【０００６】このことから、図２１に示す火災検出器
は、４．３μｍの赤外線を透過するフィルタ１４ｂを有
し、受光素子１４ａで検出する第１の受光部１４と、
３．５μｍの赤外線を透過するフィルタ１５ｂを有し、
受光素子１５ａで検出する第２の受光部１５とを設け、
第１の受光部１４からの検出信号と、第２の受光部１５
からの検出信号の出力の差が、予め決められた範囲を越
えたときに火災が発生したと判断して警報を出力するよ
うにしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の火災
検出方法では炎特有の波長の赤外線を検出して火災の発
生を検出しているため、ガスコンロやストーブ、バーナ
ーなどの火災以外の炎から放射される赤外線と、火災に
より発生した炎からの赤外線を区別することができない
という問題点があった。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、火災による炎と火災以外の炎を区別し、火災のみを
確実に検出することができる火災検出方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するため手段】本発明の請求項１は、監視
区域内の赤外線を受光し、受光強度に応じた検出信号を
出力する受光部と、該検出信号に基づいて火災が発生し
たか否かを判断する判断部とを有する火災検出器を用い
て火災を検出する火災検出方法であって、前記検出信号
を一定の時間聞隔でサンプリングし、デジタル信号に変
換する第１のステップと、前記第１のステップで得られ
た前記デジタル信号の周波数成分を求める第２のステッ
プと、前記第２のステップで求めた周波数成分データに
ついて所定の周波数区間毎の周波数成分データに最も密
接した直線の傾きを求める第３のステップと、火災を検
出したときの検出信号から求めた傾きデータを基準デー
タとして予め記憶しておき、該基準データと前記第３の
ステップで求めた傾きデータの差を求める第４のステッ
プと、前記第４のステップにより求められた差のデータ
に基づいて形成される楕円の主軸の傾きと重心の位置を
求める第５のステップと、前記第５のステップにより求
められた主軸の傾きと重心の位置がそれぞれ所定の範囲
内にあるときに火災が発生したと判断する第６のステッ
プとにより火災が発生したか否かの判断を行う。

【００１０】請求項１によれば、材木、紙、木綿などの
火災の時に燃焼する材料の炎とガスコンロやストーブな
どの非火災の炎との特性の差を検出することができる。
つまり、材木、紙、木綿などの火災の時に燃焼する材料
の炎とガスコンロやストーブなどの非火災の炎とを確実
に区別し、非火災による炎を火災による炎と誤って判断
することがなくなる。

【００１１】請求項２は、第５のステップにより求めら
れた主軸の傾きと重心の位置がそれぞれ所定の範囲にあ
り、かつ、過去所定回数で得られた主軸の傾きと重心の
位置が、予め決められた回数以上所定の範囲内にあると
き、または、予め決められた回数連続して所定の範囲内
にあるときに警報を出力する第６のステップにより火災
が発生したか否かの判断を行なうことを特徴とする。

【００１２】請求項２によれば、主軸の傾きと重心の位
置がそれぞれ所定の範囲にあり、かつ、過去所定回数で
得られた主軸の傾きと重心の位置が、予め決められた回
数以上所定の範囲内にあるとき、または、予め決められ
た回数連続して所定の範囲内にあるときに警報を出力す
る第６のステップにより火災が発生したか否かの判断を
行なう。したがって、火災の判定を確実に行うことがで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本願の火災検出方法の実施例を図
面を用いて説明する。図１に本発明の一実施例のブロッ
ク構成図を示す。図１において、１は、監視区域の赤外
線を受光し、赤外線の受光強度に応じた検出信号を出力
する受光部である。２は、受光部１からの検出信号が入
力され、該検出信号に基づいて監視区域内に火災が発生
しているか否かを判断し、火災が発生していると判断し
たときに警報を出力する判断部である。

【００１４】図２に本発明の一実施例の判断部の動作フ
ローチャートを示す。受光部１は監視区域内の赤外線を
受光し、赤外線の受光強度に応じた検出信号を出力す
る。この検出信号は判断部２に入力される。判断部２で
は、検出部１から供給される検出信号を一定の時間間隔
（ここでは、０．５ｍｓとする）でサンプリングし、ア
ナログ信号である検出信号をデジタル信号に変換する
（ステップ１０１）。

【００１５】そして、所定時間（ここでは、２秒間とす
る）の間に入力された検出信号についてフーリエ変換を
行ない、２秒間で得られた検出信号の周波数成分を求め
る（ステップ１０２）。図３〜図７に燃える材料に応じ
た検出信号の周波数成分データを示す。図３は木材、図
４は紙、図５は木綿、図６はコンロ、図７はバーナーの
検出信号の周波数成分データである。

【００１６】フーリエ変換により得られた周波数成分デ
ータ（図３〜図７）は、周波数位置によっては火災の炎
（木材や紙、木綿等を燃やしたときの炎）と非火災の炎
（コンロ、バーナー等の炎）との区別が可能な場合があ
る。しかし、炎の規模などによって周波数成分が変化
し、周波数成分データが上下にシフトするため、周波数
成分データをこのまま用いて火災の炎を確実に検出する
ことはできない。

【００１７】そこで、周波数成分データ（図３〜図７）
について、注目周波数ｆｉの前後一定の周波数区間内の
周波数成分データについて、周波数成分データにできる
だけ密接になる直線をあてはめ、その直線の傾きを求め
る（ステップ１０３）。この直線の傾きを注目周波数ｆ
ｉでの傾きとする。この処理を、注目周波数ｆｉを演算
対象周波数区間内（ここでは、１０Ｈｚ〜１００Ｈｚと
する）でシフトしながら繰り返し行なうことによって演
算対象区間内の各注目周波数ｆｉにおける傾きが求めら
れる。これを周波数成分データの傾きデータとする。

【００１８】ここで、周波数成分データへの直線のあて
はめは、数学的手法として一般的に用いられている最小
二乗法により行なう。直線と各点の残差二乗和が最小と
なるように、直線パラメータを変えながら繰り返し計算
を行なうことによって周波数成分デー夕に最も密接にな
る直線を求める。

【００１９】［周波数成分データに密接した直線の傾き
の計算］ステップ１０２で得られた周波数成分データに
ついて、まず、周波数ｆと周波数成分データＥ（ｆ）の
対数を求める。ｆ' = ｌｏｇ₁₀ ｆＥ( ｆ）' = ｌｏｇ₁₀ Ｅ( ｆ）図８に示す各点に対してできるだげ密接になる直線１を
求める。

【００２０】ｌ：Ｅ（ｆ）' ＝ａ＋ｂｆ' まず、求めるべき直線１と各点のずれ量δの平方の和Ｄ
を

【００２１】

【数１】

【００２２】により求める。この平方の和Ｄの値が大き
くなれば直線１から各点が離れていることになり、平方
の和Ｄが０になると、各点がすべて直線１上に存在する
ことになる。したがって、平方の和Ｄができる限り小さ
くなる助変数ａとｂを求めれば、各点にできるだけ密接
な直線１を求めることができる。

【００２３】そこで、平方の和Ｄの第１次偏導関数を０
とおき、Ｄの極値を求めると、

【００２４】

【数２】

【００２５】

【数３】

【００２６】となりこの連立一次方程式を解くことによ
って、求めようとする直線１の助変数ａとｂの値が求め
られる。すると、図９に示す結果が得られる。図９は、
図３〜図７に示した周波数成分データについての傾きデ
ータを求めた結果を表示したものである。図９に示す太
線は、予め火災のときに燃えると思われる材木を燃やし
たときの検出信号から求めた傾きデータの平均である。
ここでは、この傾きデータを基準データとする。

【００２７】図９において、火災の炎の傾きデータは、
基準データと似通った位置に作成されるが、非火災炎の
デー夕は基準データとは離れた位置に大きく異なるパタ
ーンとして作成される。次に、ステップ１０３にて得ら
れた傾きデータと、前記基準データとの差を求める（ス
テップ１０４）。

【００２８】ステップ１０４にて、差のデータが求めら
れると、各点の座標位置を検出し、次に述べる処理によ
って図１０に示すような差のデータをほぽ含む楕円の主
軸の傾きおよび重心の座標位置を求める（ステップ１０
５）。［楕円の主軸の傾きと重心の位置の計算］点ｇの座標位
置をｇ（ｆ，ｄ）として、以下の式より各点の重み関数
Ｗ（ｆ，ｄ）を求める。ここで、ｘとｙは火災と判断す
るためによりよい結果が得られるように予め設定されて
いる定数である。また、実施例において、ｆmin は１０
Hz、ｆmax は１００Hz、ｆmid は３１〜３２Hz（周波数
は対数表示のためｆmax からｆmin を引いて２で割った
ものとは一致しない）である。

【００２９】

【数４】

【００３０】ここで、楕円の重心座標位置をＧ（ｆg ，
ｄg ）、楕円の主軸の傾きをａとして下の式よりａおよ
びＧを求める。

【００３１】

【数５】

【００３２】上記の式により座標上の原点を基準とした
時の０次モーメントが求められる。

【００３３】

【数６】

【００３４】上記の式により座標上の原点を基準とした
ときの１次モーメントが求められる。

【００３５】

【数７】

【００３６】上記の式により座標上の原点を基準とした
ときの２次モーメントが求められる。

【００３７】

【数８】

【００３８】上記の式により重心Ｇの座標が求められ
る。

【００３９】

【数９】

【００４０】上記の式により重心Ｇを基準としたときの
２次モーメントが求められる。

【００４１】

【数１０】

【００４２】以上の式により楕円の主軸の傾きａが求め
られる。木材や紙、木綿等を燃やした場合には、基準デ
ータと傾きデータとの差はほとんどないので、横軸付近
に平たい楕円、すなわち主軸の傾きａの値は零近傍で、
重心の座標Ｇの基準データとの差ｄｇの値が横軸近傍の
楕円が得られる。これに対し、コンロやバーナー等の炎
の場合には、木材等の場合に比べ、差のデータとして大
きな値が得られる。したがって、斜めに傾いた楕円や、
横軸から離れた座標位置に重心を持つ楕円が作られ、主
軸の傾きａおよび重心の座標Ｇの基準データとの差ｄｇ
の値が木材等の場合と異なるものとなる。

【００４３】図１２〜図１６に燃焼する材料に応じた主
軸の傾きａおよび重心の座標Ｇの特性図を示す。図１２
は木材、図１３は紙、図１４は木綿、図１５はコンロ、
図１６はバーナーの特性を示す。図１２、図１３、図１
４に材木、紙、木綿の材料の燃焼時の特性はほぼ共通の
領域（主軸の傾きａ及び重心の座標Ｇの基準データとの
差ｄg の両方の値が零付近）に集中してロットリングさ
れているのに対し、図１５、図１６に示すコンロ、バー
ナーの特性は材木、紙、木綿の燃焼とは異なる位置にロ
ットリングされる。このため、図１１に示すように火災
の時に燃焼する材木、紙、木綿のなどの材料による検出
結果が含まれる領域を予め火災領域として設定してお
く。

【００４４】そして、ステップ１０５で求めた検出結果
が火災領域内にあるか否かを調べ、検出結果が火災領域
内にある場合に火災と判断して（ステップ１０６）警報
を出力する（ステップ１０７）。これにより、非火災で
あるコンロやバーナーの場合と火災である木材や紙、木
綿を燃やした場合と区別することができる。

【００４５】なお、本実施例においては、判断部２は求
められた主軸の傾きａと重心の位置Ｇがそれぞれ所定の
範囲内であったときに火災と判断し、警報を出力する
が、判断の確実性を増すために複数回の検出結果を求め
て判定を行ってもよい。図１７に本発明の第２実施例の
動作フローチャートを示す。

【００４６】本実施例は図２のフローチャートとはステ
ップＳ２０７の判断が異なる。ステップＳ２０７は、主
軸の傾きａと重心の座標Ｇy がそれぞれ火災領域内であ
り、かつ、過去所定回数に得られた検出結果が予め決め
られた回数以上火災領域内である場合に火災と判断す
る。

【００４７】本実施例によれば、過去所定回数に得られ
た検出結果が予め決められた回数以上火災領域内にある
時に火災と判断するため、判断の確実性を増すことがで
きる。図１８に本発明の第３実施例の動作フローチャー
トを示す。

【００４８】本実施例は図２、図１７のフローチャート
とはステップＳ３０７の判断が相違する。ステップＳ３
０７では、主軸の傾きａと重心の座標Ｇy がそれぞれ火
災領域内であり、かつ、過去に得られた検出結果が連続
して所定回数以上火災領域内である場合に火災と判断す
る。

【００４９】本実施例によれば、検出結果が火災領域内
であり、かつ、過去に得られた検出結果が連続して所定
回数以上火災領域内である場合に火災と判断するので判
断の確実性を増すことができる。このように第２及び第
３実施例では、過去所定回数のうち予め決められた回数
以上または、連続して所定回数以上火災と判断される判
断結果が得られなけれぱ警報を出力しない。これによ
り、コンロ等の発火直後と木材などを燃やした場合とで
炎の性状が似通っていたり、また、コンロなどの炎に強
風を与えたときに検出結果が火災領域内となる場合であ
っても、一時的に火災領域に得られた検出信号について
は、ステップ２０７およびステップ３０７において、連
続して検出されることがないので火災とは判断されず、
誤って警報が出力されることがなくなる。

【００５０】

【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項１によれ
ば、材木、紙、木綿などの火災の時に燃焼する材料の炎
とガスコンロやストーブなどの非火災の炎とを確実に区
別して検出することができるため、非火災による炎を火
災による炎とを誤って判断することがなくなるという特
長を有する。

【００５１】請求項２によれば、主軸の傾きと重心の位
置がそれぞれ所定の範囲にあり、かつ、過去所定回数で
得られた検出結果が、予め決められた回数以上火災領域
内にあるとき、または、予め決められた回数連続して火
災領域内にあるときに警報を出力するため、火災の判定
を確実に行うことができるなどの特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のブロック構成図である。

【図２】本発明の第１実施例の判断部の動作説明図であ
る。

【図３】材木燃焼時の検出信号の周波数特性図である。

【図４】紙燃焼時の検出信号の周波数特性図である。

【図５】木綿燃焼時の検出信号の周波数特性図である。

【図６】コンロ燃焼時の検出信号の周波数特性図であ
る。

【図７】バーナー燃焼時の検出信号の周波数特性図であ
る。

【図８】周波数ｆに対する周波数成分データＥ（ｆ）の
対数の特性図である。

【図９】周波数成分データについての傾きデータを示す
特性図である。

【図１０】周波数に対する標準データとの差の特性図で
ある。

【図１１】重心と傾きにより設定される座標位置を示す
図である。

【図１２】材木燃焼時のの重心と傾きにより設定される
座標位置を示す図である。

【図１３】紙燃焼時のの重心と傾きにより設定される座
標位置を示す図である。

【図１４】木綿燃焼時の重心と傾きにより設定される座
標位置を示す図である。

【図１５】コンロ燃焼時の重心と傾きにより設定される
座標位置を示す図である。

【図１６】バーナー燃焼時の重心と傾きにより設定され
る座標位置を示す図である。

【図１７】本発明の第２実施例の判断部の動作フローチ
ャートである。

【図１８】本発明の第３実施例の判断部の動作フローチ
ャートである。

【図１９】従来の一例のブロック構成図である。

【図２０】炎から放射される赤外線の波長と強度の特性
図である。

【図２１】従来の他の一例のブロック構成図である。

【符号の説明】

１受光部２判断部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G08B 17/00 G08B 17/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】監視区域内の赤外線を受光し、受光強度
に応じた検出信号を出力する受光部と、該検出信号に基
づいて火災が発生したか否かを判断する判断部とからな
る火災検出器を用いて火災を検出する火災検出方法であ
って、前記検出信号を一定の時間間隔でサンプリングし、デジ
タル信号に変換する第１のステップと、前記第１のステップで得られた前記デジタル信号の周波
数成分を求める第２のステップと、前記第２のステップで求めた周波数成分データについて
所定の周波数区間毎の周波数成分データに最も密接した
直線の傾きを求める第３のステップと、火災を検出したときの検出信号から求めた傾きデータを
基準データとして予め記憶しておき、該基準データと前
記第３のステップで求めた傾きデータの差を求める第４
のステップと、前記第４のステップにより求められた差のデータに基づ
いて形成される楕円の主軸の傾きと重心の位置とを求め
る第５のステップと、前記第５のステップにより求められた主軸の傾きと重心
の位置がそれぞれ所定の範囲内にあるときに火災が発生
したと判断する第６のステップとにより火災が発生した
か否かを判断することを特徴とする火災検出方法。
【請求項２】第５のステップにより求められた主軸の
傾きと重心の位置がそれぞれ所定の範囲にあり、かつ、
過去所定回数で得られた主軸の傾きと重心の位置が、予
め決められた回数以上所定の範囲内にあるとき、また
は、予め決められた回数連続して所定の範囲内にあると
きに警報を出力する第６のステップにより火災が発生し
たか否かの判断を行なうことを特徴とする請求項１記載
の火災検出方法。