JP3313663B2

JP3313663B2 - 炎感知器

Info

Publication number: JP3313663B2
Application number: JP13414199A
Authority: JP
Inventors: 俊作中内; 正憲平沢
Original assignee: 国際技術開発株式会社
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2002-08-12
Anticipated expiration: 2019-05-14
Also published as: JP2000321132A; US20030042420A1; US6677590B2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は炎感知器に係り、特
に、太陽光や人工光の存在する場所で、それらの光の影
響を受けずに、炎を感知することができる炎感知器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】炎を感知するには、炎の中に含まれてい
る高温の炭酸ガスが発する共鳴放射を検出するのが良い
方法であることが従来から知られている。炭酸ガスの共
鳴放射の線スペクトルには多くの波長のものがあるが、
一般の人工照明や太陽光と区別するには、その中で赤外
線領域又は紫外線領域にあるものを炎の感知に利用する
のが好適である。

【０００３】何故なら、照明等の人工光の中には両帯域
に属する光の成分が少なくて、炎感知の際の外光の擾乱
が少ないからである。

【０００４】従来は太陽光のもとで炎を感知するため
に、炎が発生する炭酸ガスの共鳴放射による線スペクト
ルを検出して炎の発生を感知するようにしていた。その
方法として太陽光や人工光のような連続スペクトルと、
炎の線スペクトルとを区別するために、炎の線スペクト
ルだけを透過させる狭帯域の単色フィルターと、その帯
域の近傍の一つ又は複数の波長の光を透過させる複数の
狭帯域の単色フィルターとによって得られる、複数の出
力を比較計算して、その光が炎の線スペクトルか太陽光
に至る連続スペクトルかを区別するようにしていた。

【０００５】他の方法としては、炎の発生する光のちら
つきを利用して炎の発生を感知していた。

【０００６】従来の炭酸ガスの共鳴放射を利用する方法
の中でフィルターを使うものでは、誤報が少なくて確実
に炎を感知する炎感知器を得るには少なくとも三個の単
色フィルターを必要とし、また感知のための計算回路も
複雑になるので高価になる欠点を持っていた。

【０００７】また、２個以下のフィルターで構成したも
のは、誤報が多い欠点を持っていた。炎のちらつきを利
用したものも、安価ではあるが誤報が多い欠点を持って
いた。このため、本出願人は、２個のフィルターで、従
来の３個のフィルターを用いたものと同等の確実さで炎
を感知出来る炎検知器、或いは３個のフィルターを用い
ても計算回路が簡単な検知器を既に提案している。

【０００８】太陽光や一般の人工光或いはストーブから
の放射は可視光だけでなく、これらの赤外領域でも放射
が行われているが、これらの放射は連続スペクトルであ
る。これに対して、炎の発する炭酸ガスの共鳴放射のス
ペクトルは極く狭い領域にエネルギーが集中している線
スペクトルである。このため、上記の技術では、このよ
うな連続スペクトルと線スペクトルの差を炎の検出に利
用している。

【０００９】この技術では、炎が発する炭酸ガス共鳴放
射の線スペクトルの帯域を含む該帯域より広い帯域の光
を透過させる広帯域フィルターと、炭酸ガス共鳴放射の
線スペクトルの帯域だけを透過させる狭帯域フィルター
との２つのフィルターを使用し、広帯域フィルターの帯
域中心と狭帯域フィルターの帯域中心とを一致させる。
そして、これら２つのフィルターを透過してきた炎から
の光の強度（光のエネルギー）をそのフィルターの帯域
幅で除算して平均強度を求める。

【００１０】フィルターを透過する光のスペクトルの強
度が直線状の連続スペクトルである場合には、２つのフ
ィルターを透過した光のエネルギーは透過帯域幅に比例
するので、このエネルギーを帯域幅で除算した平均強度
は同じになる。

【００１１】しかしながら、透過する光が炭酸ガスが放
射する共鳴放射の線スペクトルであると、２つのフィル
ターは両方ともこの線スペクトルを透過させ、その透過
エネルギー量は略同じであるが、広帯域フィルターを透
過した光のエネルギーは広い帯域幅で除算されて平均強
度が算出され、狭帯域フィルターを透過したエネルギー
は狭い帯域幅で除算されて平均強度が算出されるので、
この２つの平均強度には差が生ずる。

【００１２】したがって、平均強度の差が閾値以上か否
かを判断することにより、炎を検出することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
技術では、広帯域フィルターの帯域中心と狭帯域フィル
ターの帯域中心とを一致させているので、直線状の連続
スペクトルが透過する場合には平均強度の差が０にな
る。このため、直線状の連続スペクトルとそれ以外のス
ペクトルとを識別するためには閾値を０付近の小さな値
に設定する必要がある。一方、広帯域フィルターの帯域
中心と狭帯域フィルターの帯域中心とを一致させるのは
製造上難しく、２つのフィルターの帯域中心が一致して
いないと、直線状の連続スペクトルが透過する場合であ
っても平均強度の差が０にならないため誤検出が発生す
る、という問題がある。

【００１４】また、炎が発する炭酸ガス共鳴放射の線ス
ペクトルの帯域の光だけを透過させない第１のフィルタ
ーと、線スペクトルの帯域を含む該帯域より広い帯域の
光を透過させると共に、帯域中心が線スペクトルの帯域
中心に一致するように設けられた第２のフィルターと、
を用い、この２つのフィルターを透過したエネルギー量
の減算を行って炎を検出する場合も同様である。

【００１５】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、製造が容易でかつ精度よく炎を検出するこ
とができる炎感知器を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明は、炎が発する炭酸ガス共鳴放射の線スペ
クトルの帯域の光だけを透過する狭帯域フィルターと、
前記線スペクトルの帯域を含む該帯域より広い帯域の光
を透過させると共に、帯域中心が前記線スペクトルの帯
域の帯域中心から離れた位置に設けられた広帯域フィル
ターと、前記狭帯域フィルターを透過した光を電気信号
に変換する第１の受光素子と、前記広帯域フィルターを
透過した光を電気信号に変換する第２の受光素子と、を
備えたことを特徴とする。

【００１７】フィルターを透過する光のスペクトルの強
度が連続スペクトルである場合には、広帯域フィルター
及び狭帯域フィルターの２つのフィルターを透過した光
のエネルギーは透過帯域幅に略比例するので、このエネ
ルギーを帯域幅で除算した平均強度の差は所定値未満に
なる。なお、この平均強度の差が生じる原因としては、
フィルターを透過する光のスペクトルの強度分布の形
状、２つのフィルターの帯域中心間の距離がある。

【００１８】これに対して炎の光だけが存在する場合
は、炎のスペクトルは線スペクトルであるから、広帯域
フィルター及び狭帯域フィルターを透過するスペクトル
は、主として線スペクトルだけであり、広帯域フィルタ
ーを透過したエネルギーも狭帯域フィルターを透過した
エネルギーもその量は略同じである。従って、広帯域フ
ィルターを透過した線スペクトルのエネルギーを透過帯
域幅で除算した平均強度は、狭帯域フィルターを透過し
た線スペクトルのエネルギーを線スペクトルの透過帯域
幅で除算した平均強度に比べて小さくなる。

【００１９】従って、狭帯域フィルター及び広帯域フィ
ルターの各々の透過帯域に亘る電気信号の平均強度の
差、すなわち狭帯域フィルターを透過した光の平均強度
から広帯域フィルターを透過した光の平均強度を減算し
た差が所定値以上か否かを判断することで炎を検出する
ことができる。炎の検出は、狭帯域フィルター及び広帯
域フィルターの各々の透過帯域に亘る電気信号の平均強
度の差が所定値以上か否かを判断する判断手段を設ける
ことによって達成することができる。なお、平均強度の
差は、差動増幅器、またはＣＰＵを含むデジタル回路で
演算することができる。

【００２０】また、第２の発明は、光を透過させるため
の所定帯域を持ち、該所定帯域内に炎が発する炭酸ガス
共鳴放射の線スペクトルの帯域の光だけを透過させない
帯域が形成された第１のフィルターと、前記所定帯域と
略同じ帯域でかつ前記線スペクトルの帯域を含む帯域の
光を透過させると共に、帯域中心が前記線スペクトルの
帯域の帯域中心から離れた位置に設けられた第２のフィ
ルターと、前記第１のフィルターを透過した光を電気信
号に変換する第１の受光素子と、前記第２のフィルター
を透過した光を電気信号に変換する第２の受光素子と、
を備えたことを特徴としている。

【００２１】フィルターを透過する光のスペクトルの強
度が連続スペクトルである場合には、２つのフィルター
を透過した光のエネルギーは透過帯域幅に略比例し、線
スペクトルの場合には、２つのフィルターを透過したエ
ネルギーは略同じである。従って、第２の受光素子で変
換された電気信号から第１の受光素子で変換された電気
信号を減算した信号の平均強度と、第１の受光素子で変
換された電気信号の平均強度との差、すなわち減算によ
り得られた平均強度から第１の受光素子で変換された電
気信号の平均強度を減算した差が所定値以上か否かを判
断することで炎を検出することができる。炎の検出は、
第２の受光素子で変換された電気信号から第１の受光素
子で変換された電気信号を減算した信号の線スペクトル
の帯域に亘る平均強度と、第２の受光素子で変換された
電気信号の第２のフィルターの透過帯域に亘る平均強度
との差が所定値以上か否かを判断する判断手段と、を設
けることによって達成することができる。

【００２２】なお、第１及び第２の発明の受光素子とし
ては、セレン化鉛又はサーモパイル又は焦電型受光素子
を使用することができる。また、炎の存否を、２つのフ
ィルターから得られる２つの電気信号に基づいて得られ
る炭酸ガスの共鳴放射の線スペクトルの強度によって判
断するようにしてもよく、２つのフィルターから得られ
る２つの電気信号に基づいて得られる炭酸ガスの共鳴放
射の線スペクトルの信号の中に含まれる炎の光のちらつ
きによる交流分によって判断するようにしてもよい。さ
らに、炎感知器の受光窓にドーム型の拡散透明板を使用
すると効果的である。

【００２３】また、上記第１の発明及び第２の発明で
は、前記第２の受光素子から出力された電気信号の強度
に応じて前記所定値を変化させるのが好ましく、前記第
２の受光素子から出力された電気信号の強度が大きくな
るに従って所定値を大きくするのがより好ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、炎が放射する４．４ミクロ
ンの波長の赤外線を利用して炎を検出する本発明の第１
の実施形態について説明する。

【００２５】図１で１は炎が発する炭酸ガス共鳴放射の
線スペクトルの帯域を含み、かつこの線スペクトルの帯
域より広い帯域の光を透過させると共に、帯域中心が線
スペクトルの帯域中心から所定波長離れた位置に設けら
れた広帯域フィルター、２は炎が発する炭酸ガス共鳴放
射の線スペクトルの帯域の光だけを透過する狭帯域フィ
ルター、３は広帯域フィルター１及び狭帯域フィルター
２の各々を透過した光を受光して各々電気信号に変換す
る受光素子、４と５は受光素子から出力された電気信号
を増幅する増幅器、６は広帯域フィルター１を透過し増
幅器４を通ったスペクトルの強度と、狭帯域フィルター
２を透過し増幅器５を通ったスペクトルの強度との差を
計算する計算回路、７は計算回路６の出力が所定値αを
越えたときに警報を発する警報回路である。

【００２６】図２で（ａ）は広帯域フィルター１の特
性、（ｂ）は広帯域フィルター１の他の特性、（ｃ）は
狭帯域フィルター２の特性を示す図で、横軸は波長、縦
軸は透過率を表し、０は透過率０％を、１．０は透過率
１００％を表す。また、Ｗ１、Ｗ１’は広帯域フィルタ
ー１の透過帯域幅でＷ２は狭帯域フィルター２の透過帯
域幅である。図２でＡは炭酸ガスの共鳴放射の線スペク
トルの位置を示しており、広帯域フィルター１の帯域中
心と狭帯域フィルター２の帯域中心とは一致しないよう
にされている。このように、帯域中心が一致しないよう
にすることにより帯域中心を一致させる場合と比較して
製造が容易になる。以下に述べる実施形態でＡの値は、
例えば、４．４ミクロンである。なお、本実施形態で
は、広帯域フィルター１として図２（ａ）の特性のフィ
ルターを使用し、狭帯域フィルター２として図２（ｃ）
の特性のフィルターを使用した例について説明する。

【００２７】図１の実施形態の詳細を説明する。広帯域
フィルター１は図２に示したように、炭酸ガスの共鳴放
射の波長である４．４ミクロンを中心とした炎が発する
炭酸ガス共鳴放射の線スペクトルの帯域Ｗ２を含み、か
つ帯域Ｗ２より広い帯域の光を透過させる帯域Ｗ１を持
っている。

【００２８】狭帯域フィルター２は、４．４ミクロンを
帯域の中心とし、炎の共鳴放射が存在する線スペクトル
の帯域Ｗ２だけを透過させるフィルターで、例えば４．
３ミクロンから４．５ミクロンまでを透過させるような
フィルターである。

【００２９】広帯域フィルター１の帯域中心は、狭帯域
フィルター２の帯域中心である４．４ミクロンの波長か
ら所定波長離れた位置に設けられている。Ｗ１／Ｗ２の
値は、１．５以上で通常は５〜１０位に選ばれる。ま
た、所定波長は受光素子の感度から外れないように定め
るのがよい。

【００３０】広帯域フィルター１と狭帯域フィルター２
とを透過した赤外線は、受光素子３によって電気信号に
変換される。そして、得られた２つの電気信号の一つ
は、増幅器４を通り、他の一つは増幅器５を通り、計算
回路６に入力される。

【００３１】受光素子３としては、３〜５ミクロンの赤
外線の波長域で良好な感度と短い応答時間を持つものが
好ましい。価格も比較的安くこの目的に合う受光素子と
しては、セレン化鉛、薄膜技術で形成したサーモパイ
ル、焦電型受光素子が適している。

【００３２】計算回路６は、増幅器４から出力された電
気信号、及び増幅器５から出力された電気信号に基づい
て平均強度の差ｂ１’−ａ１’＝ｃ１を計算する。ただ
し、増幅器４から出力された電気信号のレベルをａ１、
増幅器５から出力された電気信号のレベルをｂ１とする
と、平均強度ａ１’、ｂ１’はａ１’＝ａ１／Ｗ１、ｂ
１’＝ｂ１／Ｗ２である。

【００３３】なお、平均強度ａ１’、ｂ１’は、増幅器
４及び増幅器５の増幅率の調整で求めるようにしても良
いし、計算回路６によって演算で求めるようにしても良
い。

【００３４】人工光のような連続スペクトルの場合と炎
の線スペクトルの場合とでは、次に述べる理由で平均強
度の差ｃ１の値に差が生ずる。

【００３５】図３は４．４ミクロン前後の波長を持つ代
表的な連続スペクトルの例を示している。図３で３１は
電灯のような照明光のスペクトル、３２は４００℃前後
の黒体の放射スペクトル、３３は２００℃近辺の温度の
黒体放射のスペクトルを表す。図３では各スペクトルは
４．４ミクロンにおける放射強度を１として、他の波長
の所における強度はそれに対する相対的強度で表してあ
る。

【００３６】図３に示したように、黒体の放射スペクト
ルは４００℃近辺の温度の場合、４．４ミクロン前後の
波長のところでピークに達する。そして、４．４ミクロ
ンの波長を中心にその前後で少し強度が落ち、これより
低い温度では右肩上がり（傾き正）になり、これより高
い温度では右肩下がり（傾き負）の連続スペクトルにな
る。また、太陽や電灯等を光源とする大半の光も右肩下
がりの連続スペクトルである。連続スペクトルの場合、
波長に対する相対強度の変化、すなわち傾きは大きくな
いので、広帯域フィルター１及び狭帯域フィルター２を
透過した光（放射）の強度は、フィルターの透過帯域幅
に略比例する。従って、平均強度ａ１／ｗ１と平均強度
ｂ１／ｗ２とは略等しい。しかしながら、波長に対する
相対強度の変化が大きい場合には、各フィルターの帯域
中心の間隔に応じて平均強度の差が大きくなり、αを０
を越える所定値とすると、ｃ１＞αである。

【００３７】従って、αの値を最適な値にすることによ
り、連続スペクトルであるか否かを区別することができ
る。

【００３８】これに対して炎の光だけが存在する場合
は、炎のスペクトルは元来線スペクトルであるから、広
帯域フィルター及び狭帯域フィルターを透過するスペク
トルは、主として４．４ミクロンの線スペクトルだけで
あり、広帯域フィルター１を透過したエネルギーも狭帯
域フィルター２を透過したエネルギーもその量は略同じ
である。従って、広帯域フィルター１を透過した線スペ
クトルのエネルギーを全透過帯域幅Ｗ１で除算した平均
強度は、狭帯域フィルター２を透過した線スペクトルの
エネルギーを線スペクトルの全透過帯域幅Ｗ２で除算し
た強度に比べて小さくなり、ｂ１’＞ａ１’が成立す
る。そして、広帯域フィルターの帯域幅を広くするに従
ってｂ１’とａ１’との差ｃ１を大きくすることができ
る。

【００３９】以上のことから、連続スペクトルの場合と
線スペクトルの場合とではｂ１’からａ１’を減算した
差に相違があり、この相違に着目すれば太陽光や人工光
のような連続スペクトルを持つ一般の外光と線スペクト
ルをもつ炎とを区別することができる。

【００４０】線スペクトルだけが存在する場合も、線ス
ペクトルと連続スペクトルとが共存する場合も、要する
に炎の線スペクトルが存在しさえすれば、ｃ１＞αにな
るので、計算回路６または警報回路７でｃ１＞αか否か
を判断することにより炎を検出することができ、ｃ１＞
αのときに警報回路７から警報が発せられる。

【００４１】また、ｃ１＞αの判断だけでは、炎を検出
することが困難な場合には、広帯域フィルター１を透過
した光を検出する受光素子の出力の大きさβに応じて炎
を判断する閾値である所定値αを変化させればよい。こ
のようにすれば、太陽光や照明光の場合でフィルター１
を透過した光を検出する受光素子の出力の大きさβが大
きくなる場合には、βに従って閾値も大きくなるので誤
動作することはない。βが大きくて炎の線スペクトルの
場合には、βに比例してｃ１も大きく、閾値が大きくな
るので失報することはない。

【００４２】従って、計算回路6内にフィルター１を透
過した光を検出する受光素子の出力の大きさβに従って
炎検出の閾値である所定値αの大きさを変更するように
しておけば、βが大きくて炎の場合は炎と判断し、βが
大きくて太陽光や照明光の場合でも誤発報することはな
い。

【００４３】図４はアナログ計算回路を用いた炎感知器
の第２の実施形態を示すものである。図４で４１は増幅
器４の前段に接続された入力調整器、４２は増幅器４、
５の出力が入力される差動増幅器である。

【００４４】実際の広帯域フィルター１と狭帯域フィル
ター２とは図２のような理想的特性を持ってはいないの
で、特性の差異を調整するために、本実施形態では入力
調整器４１が用いられる。

【００４５】先ず、広帯域フィルター１及び狭帯域フィ
ルター２に同時に連続スペクトルの光、例えば電灯光を
入力すると、差動増幅器４２の一方の入力端には広帯域
フィルター１、受光素子３、入力調整器４１、及び増幅
器４を通った出力が入力される。

【００４６】一方、狭帯域フィルター２、受光素子３、
及び増幅器５を通った出力は差動増幅器４２の他方の入
力端子に入力される。この状態で差動増幅器４２の出力
端からは、両入力端子の入力の差が出力される。この出
力が上記で説明したαに相当する所定値になるように入
力調整器４１を調整する。この入力調整器４１は第１の
実施形態で説明した除算の役目をしている。

【００４７】図３に示したように、連続スペクトルの場
合は波長に対する相対強度の傾きは大きくないので、相
対強度の傾きが最も大きい連続スペクトルを発する人工
光に対して入力調整器４１を調整して、差動増幅器４２
の出力が所定値になるように調整すれば、その他の連続
スペクトル全てに対して差動増幅器４２の出力は所定値
以下になる。すなわち、図３のスペクトル３１、３２、
３３のどのタイプの連続スペクトルに対しても出力は所
定値以下になる。

【００４８】このようにして、本実施形態の炎感知器は
連続スペクトルの光に対して感度が低くなり、人工光や
太陽光で誤報を発することがなくなる。

【００４９】そして、炎の光の場合は図１で説明したよ
うに、増幅器４と増幅器５の出力に連続スペクトルの場
合より大きな差が生じるから、差動増幅器４２の作用で
その差が所定値以上であることが検出され、警報回路７
から警報が発っせられ炎の存在を検出することができ
る。

【００５０】なお、本実施形態においても第１実施形態
と同様に、フィルター８１を透過した光を検出する受光
素子の出力の大きさβに従って炎検出の閾値である所定
値の大きさを変更するようにしておけば、βが大きくて
炎の場合は炎と判断し、βが大きくて太陽光や照明光の
場合でも誤発報することはない。なお、受光素子の出力
の大きさβに従って炎検出の閾値の大きさを変更するこ
とは、以下で説明する実施形態にも適用できるものであ
る。

【００５１】次に、デジタル計算回路を用いた第３の実
施形態について説明する。

【００５２】図５で５１と５２はアナログ信号をデジタ
ル信号に変換するＡ−Ｄ変換器、５３はＣＰＵである。
ここでＡ−Ｄ変換器５１、５２は図５のようにＣＰＵ５
３の外部に設けてもよいが、ＣＰＵ５３内部に含まれて
も良い。炎の検出はＣＰＵ５３内のソフトウェアによっ
て行われる。そのソフトウエアの概略は次の通りであ
る。

【００５３】先ず広帯域フィルター１と狭帯域フィルタ
ー２に同時に連続スペクトルの光を照射する。そのとき
のＡ−Ｄ変換器５１の出力をａ、Ａ−Ｄ変換器５２の出
力をｂとする。

【００５４】このａ，ｂの何れかに重みを付けて次式が
成立するようにする。この場合、ａに一定数をかけて重
みをつけても、ｂに一定数をかけ重みをつけてもても何
れでもよい。いまａに重みをかけるとして、その重みを
ｋとして、ｂ−ｋ×ａ＝ｃになるようなｋを選択する。
重みｋはそれぞれの感知器の、主として広帯域フィルタ
ー１、狭帯域フィルター２の特性と受光素子３の特性と
によって定まる特有の値であり、これらの値は一度定め
ると、その値はその感知器固有のもので、周囲条件等に
よっては殆ど変わらない。

【００５５】これで炎感知器が警戒態勢に入れるように
なる。炎感知器が警戒態勢に入ったときのＡ−Ｄ変換器
５１と５２の出力値であるａ，ｂから、ｂ−ｋ×ａ＝ｃ
を計算する。

【００５６】ｃ≦γの場合（γは、閾値で第１実施例の
Ｗ２及びαを用いてＷ２αで表すことができる）は、炎
感知器に入射している光は連続スペクトルである。も
し、炎の発する線スペクトルが存在する場合は、太陽光
のような連続スペクトルの光が共存すると否とに拘わら
ず、ｃ＞γとなる。

【００５７】故に、ＣＰＵ５３を用いた炎感知器の場合
は、常時ｃの値を計算していて、この値が予め定めた所
定値γを越えた時に炎発生の警報を発するようにＣＰＵ
５３のプログラムを定めておけば良い。このようにし
て、デジタル回路による、誤報の殆ど無い炎感知器を得
ることができる。

【００５８】上述の実施形態の炎感知器は、炎の発する
比較的周波数の低いちらつきを利用していないが、この
ちらつきを炭酸ガスの発する線スペクトルのちらつきの
形で検出して炎の存在を知るようにすると、更に良好な
炎感知器を得ることができる。

【００５９】図６は、図４の炎感知器を基礎とするちら
つきを利用したアナログ型炎感知器の第４の実施形態で
ある。図６で、６１は電気的なフィルター、６２は警報
を発する警報回路である。フィルター６１は炎に含まれ
ている主として２０ヘルツ以下の周波数の信号を通過さ
せるアナログ型のローパスフィルターである。

【００６０】差動増幅器４２からの出力は、ちらついて
燃える炎の光の成分である直流分と交流分の両方の成分
を含んでいる。直流分は炎の平均的な大きさで決まる成
分で、交流分は炎のちらつきによって発生する成分であ
る。

【００６１】フィルター６１の出力はちらつきに基づく
交流分だけを通過させて警報回路６２に入力させる。一
方、差動増幅器４２からの、交流分と直流分の両方を含
んだ出力も直接、警報回路６２に入力される。

【００６２】警報回路６２は、フィルター６１から入力
されたちらつき成分の信号と、差動増幅器４２からフィ
ルター６１を通らずに直接入力された炎の大きさを示す
直流分とちらつきによる交流分の両方を含む信号の値と
の両者の信号レベルを計測し、その何れか一方が一定レ
ベルを越えたときに警報を発する回路（以下ＯＲ回路と
言う）、及びその両者が同時に一定レベルを越えたとき
に警報を発する回路（以下ＡＮＤ回路と言う）の２つを
持っており適宜使い分けができるように構成されてい
る。

【００６３】倉庫内の炎感知に使用する場合のように外
部の光の少ない場所では感度のよいＯＲ回路を使い、事
務所とか屋外で太陽光が存在する場所等のように外部光
が多い場所での炎感知には誤報の少ないＡＮＤ回路の使
用が好ましい。

【００６４】図７は、第３の実施形態にちらつきを利用
した本発明の炎感知器の第５の実施形態である。図７
で、７１はデジタルフィルターである。デジタルフィル
ター７１は、図６のフィルター６１と同じ働きを有す
る。このフィルター７１は図７のようにＣＰＵ５３の外
部に設けても良いが、ＣＰＵ５３内にソフトウェアとし
て内蔵されても良いもので、炎の光のちらつきに特有の
成分が、図５の説明におけるＣＰＵ５３内で計算された
差ｃのなかに含まれているか否かを検出する。

【００６５】そして、デジタル計算による炎のちらつき
による交流分の値と、炎の大きさを示す直流分及びちら
つきによる交流分の両方を含んだ値との両者が入力され
るＯＲ回路とＡＮＤ回路との両方をＣＰＵ５３中に含ん
でおり、この両方の回路を適宜使い分けられるように構
成されている。この両回路の使い分けは図６の実施形態
の場合と同じである。

【００６６】図８は本発明の第６の実施形態の概略構成
図である。図８で８１は帯域内全部を平等に透過させる
帯域透過フィルター、８２は炭酸ガスの共鳴放射だけを
阻止するフィルター、８３と８４は受光素子、８５はフ
ィルター８１を透過したスペクトルの平均強度を計算す
る回路、８６はフィルター８１とフィルター８２を透過
したスペクトルの差を計算する計算回路、８７は計算回
路８５と８６の出力の差を計算する回路、８８は計算回
路８７の出力が一定のレベルを越えたときに警報を発す
る警報回路である。

【００６７】図９はフィルター８１とフィルター８２の
透過帯域幅を示す図で（ａ）、（ｂ）はフィルター８１
の、（ｃ）はフィルター８２の透過帯域幅を示してい
る。図９でＷ３はフィルター８１の透過帯域幅を、Ｗ４
とＷ５はフィルター８２の透過帯域幅を、Ｗ６はフィル
ター８２の二つの透過帯域幅の間に挟まれた透過阻止帯
域幅を示している。フィルター８１の透過帯域幅として
は、図９（ａ）、（ｂ）のいずれを使用するようにして
もよい。各々の帯域幅は、Ｗ３＝Ｗ４＋Ｗ５＋Ｗ６の関
係にある。

【００６８】Ａは炭酸ガスの共鳴放射の線スペクトルの
位置を示しており、フィルター８１の帯域中心とフィル
ター８２の帯域中心とは所定波長だけ離れている。この
ように、帯域中心を所定波長離すことにより、帯域中心
を一致させる場合より製造が容易になる。フィルター８
１とフィルター８２とを透過した光は、各々受光素子８
３と８４に入力され、電気信号に変換される。受光素子
８３からの出力は、計算回路８５内でフィルター８１の
透過帯域幅Ｗ３で除算され平均強度として計算回路８５
から出力される。

【００６９】一方、２つの受光素子８３、８４の出力
は、その２つの出力の差を計算する回路、例えば差動増
幅器等で構成された計算回路８６に入力され、その差が
計算される。受光素子８３には、炭酸ガスの共鳴放射の
帯域を含むエネルギーが入力され、受光素子８４には、
炭酸ガスの共鳴放射の帯域を除いたエネルギーが入力さ
れるので、計算回路８６の計算では、炭酸ガスの共鳴放
射の帯域である図９のＷ６の帯域のエネルギーに、帯域
中心のずれに相当する誤差及びフィルターを透過する光
のスペクトルの強度分布の形状に応じた誤差を加算した
値が出力される。この出力を帯域Ｗ６で除算して得られ
る平均強度は、放射体が白熱電灯の場合のように、フィ
ルター８１の透過帯域Ｗ３内の放射が連続スペクトルで
ある場合には、計算回路８５で算出された平均強度と上
記の誤差による所定の差が生じる。

【００７０】従って計算回路８５と８６の出力の差を計
算する回路８７の出力は、入力が連続スペクトルの場合
は所定値となる。しかしながら、炎からの光のように、
その赤外光の領域でのスペクトルが殆ど炭酸ガスの共鳴
放射によって占められている場合は、計算回路８７の出
力は大きくなる。

【００７１】フィルター８１からの出力はその共鳴放射
の線スペクトルだけになり、そして計算回路８５はその
線スペクトルの強度をフィルター８１の帯域幅Ｗ３で除
算した平均強度として出力するので、フィルター８１の
帯域幅Ｗ３が炭酸ガスの共鳴放射の帯域幅Ｗ６より広い
場合は、計算回路８５から出力される炭酸ガスの共鳴放
射の強度は、帯域幅が広い分だけ減少した値として出力
される。

【００７２】一方、計算回路８６の出力は、フィルター
８１とフィルター８２の出力の差の部分、即ち誤差を含
む炭酸ガスの共鳴放射の分だけが出力される。

【００７３】従って、計算回路８５と計算回路８６の出
力には差が生じ、その差は計算回路８７によって計算さ
れて出力される。この出力の値は炎が大きい程そして、
Ｗ３／Ｗ６の値が大きい程大きくなる。

【００７４】このようにして連続スペクトルを持つ外光
と線スペクトルを持つ炎の光とが区別される。同じ理由
で、連続スペクトルと線スペクトルの両方が混在してい
るときは、誤差を含む線スペクトルの値だけが計算回路
８７から出力される。

【００７５】計算回路８７の出力が予め定めてある所定
値を越すと警報回路８８が動作し、警報を発する。

【００７６】フィルター８２の特性を一つのフィルター
で実現するのが困難な場合は、図９に示した透過帯域Ｗ
４の帯域を持つ帯域透過フィルターと、Ｗ５の帯域を持
つ帯域透過フィルターの２個のフィルターを用い、その
出力を加算回路で重ねることによって、フィルター８２
の特性を持つフィルターを実現できる。

【００７７】図１０には炎感知器の受光面の上に設けら
れるドーム状の窓を示している。図１０で１０１は感知
器本体、１と２はフィルター、１０２は表面或いは裏面
を粗面にした透明なドームである。

【００７８】フィルター１或いははフィルター２は一般
に平面であるから、その感度は球形に近い指向特性をも
っており、そのため炎の発生位置によって炎感知器の感
度が変わったり、フィルター１とフィルター２の位置と
炎の発生位置との相対位置の違いによる感度差が現れた
りする。その欠点を除くために、乱反射性を持つドーム
状の窓を設ける。

【００７９】この窓は中赤外線を良く透過するプラスチ
ックで作るのが好適である。普通のガラスは中赤外線の
透過率が悪いので好ましくない。このドームには、表面
或いは裏面に多数の凹凸を設けて乱反射特性を持たせ
る。ドーム状の窓の乱反射性のために、感知器本体１０
１に到来する光の方向による差による性能の違いは緩和
される。なお、フィルター８１、８２を用いる場合も同
様にドームを用いることができる。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、２つのフ
ィルターの帯域中心を離れた位置に設けたので、製造が
容易でかつ精度よく炎を検出することができる、という
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施形態で使用するフィルター
の特性図である。

【図３】連続スペクトルを発する各種の放射体のスペク
トルの代表例を示す図である。

【図４】アナログ回路による第２の実施形態を示す図で
ある。

【図５】デジタル回路による第３の実施形態を示す図で
ある。

【図６】アナログ回路による第４の実施形態を示す図で
ある。

【図７】デジタル回路による第５の実施形態を示す図で
ある。

【図８】ちらつきを利用した第6の実施形態を示す図で
ある。

【図９】第6の実施形態で使用するフィルターの特性図
である。

【図１０】ドーム状の窓を示す図である。

【符号の説明】

１フィルター２フィルター３受光素子４差動増幅器５増幅器６差動増幅器７警報回路４１入力調整器４２差動増幅器４３増幅器５１Ａ−Ｄ変換器５２Ａ−Ｄ変換器５３ＣＰＵ６１ローパスフィルター７１デジタルフィルター８１フィルター８２フィルター８５計算回路８６計算回路８７計算回路１０２ドーム状窓

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平10−326391（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−76922（ＪＰ，Ａ) 特開平４−227599（ＪＰ，Ａ) 特開2000−215364（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−79123（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−44937（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−96098（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 1/02 - 1/04 G01J 1/42 G08B 17/12 G01J 5/02 G01N 21/53

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炎が発する炭酸ガス共鳴放射の線スペクト
ルの帯域の光だけを透過する狭帯域フィルターと、前記線スペクトルの帯域を含む該帯域より広い帯域の光
を透過させると共に、帯域中心が前記線スペクトルの帯
域の帯域中心から離れた位置に設けられた広帯域フィル
ターと、前記狭帯域フィルターを透過した光を電気信号に変換す
る第１の受光素子と、前記広帯域フィルターを透過した光を電気信号に変換す
る第２の受光素子と、前記広帯域フィルターを透過して電気信号に変換された
光のエネルギー量を前記広帯域フィルターの透過帯域幅
で除算して平均強度を算出し、前記狭帯域フィルターを
透過して電気信号に変換された光のエネルギー量を前記
狭帯域フィルターの透過帯域幅で除算して平均強度を算
出する回路と、前記狭帯域フィルター及び前記広帯域フィルターの各々
の透過帯域に亘る前記電気信号の平均強度の差が０を超
える所定値以上か否かを判断する判断手段と、を備えた炎感知器。
【請求項２】前記第２の受光素子から出力された電気信
号の強度に応じて前記所定値を変化させた請求項１に記
載の炎感知器。
【請求項３】光を透過させるための所定帯域を持ち、該
所定帯域内に炎が発する炭酸ガス共鳴放射の線スペクト
ルの帯域の光だけを透過させない帯域が形成された第１
のフィルターと、前記所定帯域と略同じ帯域でかつ前記線スペクトルの帯
域を含む帯域の光を透過させると共に、帯域中心が前記
線スペクトルの帯域の帯域中心から離れた位置に設けら
れた第２のフィルターと、前記第１のフィルターを透過した光を電気信号に変換す
る第１の受光素子と、前記第２のフィルターを透過した光を電気信号に変換す
る第２の受光素子と、前記第２の受光素子で変換された電気信号から前記第１
の受光素子で変換された電気信号を減算した信号の線ス
ペクトルの帯域に亘る第１の平均強度と、前記第２の受
光素子で変換された電気信号の第２のフィルターの透過
帯域に亘る第２の平均強度と、を算出する回路と、前記第１の平均強度と前記第２の平均強度との差が０を
超える所定値以上か否かを判断する判断手段と、を備えた炎感知器。
【請求項４】前記平均強度の差を差動増幅器によって求
める請求項１〜請求項３の何れかに記載の炎感知器。
【請求項５】前記平均強度の差をＣＰＵを含むデジタル
回路で演算する請求項１〜請求項３の何れかに記載の炎
感知器。。
【請求項６】前記受光素子にセレン化鉛又はサーモパイ
ル又は焦電型受光素子を使用することを特徴とする請求
項１〜請求項５の何れかに記載の炎感知器。
【請求項７】炎の存否を、前記２つのフィルターから得
られる２つの電気信号に基づいて得られる前記炭酸ガス
の共鳴放射の線スペクトルの信号の中に含まれる炎の光
のちらつきによる交流分によって判断することを特徴と
する請求項１〜請求項６の何れかに記載の炎感知器。
【請求項８】前記炎感知器の受光窓にドーム型の拡散透
明板を使用することを特徴とする請求項１〜請求項７の
何れかに記載の炎感知器。