JP3815643B2

JP3815643B2 - Flame detector

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Publication number: JP3815643B2
Application number: JP36146098A
Authority: JP
Inventors: 秀成松熊
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2018-12-18
Also published as: JP2000182162A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、火災によって生じた物理現象（熱、煙、炎）を利用し、自動的に火災の発生を検出して火災検出信号を受信機に発する、消防設備用検出装置のうちの炎検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の赤外線式炎検出装置（以下、単に「炎検出装置」という）としては、例えば、図１３に示すようなものが知られている。図１３において、１は検知素子、２は周波数フィルタ、３は比較器、４は波長バンドパスフィルタである。なお、実際には、信号増幅用のアンプなども含まれるが、説明の簡単化のために省略する。
【０００３】
この従来の炎検出装置は、監視エリア内の赤外線エネルギーを検知素子１で電気信号に変換し、周波数フィルタ２によって、その電気信号の「所定の低域周波数成分」を取り出すとともに、その低域周波数成分のレベルが基準レベルを越えた場合に、火災検出信号を出力するというものである。ここで、「所定の低域周波数成分」とは、炎から放射される赤外線エネルギーのゆらぎ（又はちらつき）の周波数ｆｃを含む成分であり、ｆｃは、数Ｈｚ以下のきわめて低い周波数である。
【０００４】
図１４は、炎の燃え方の模式図である。一般に炎は着火直後に小さく、だんだんと大きくなった後、可燃物の燃え尽きに伴って小さくなり、遂には消えるという成長過程をたどるが、短い時間で見た場合、炎の大きさはある周期で大きくなったり小さくなったりを繰り返している。すなわち、図に示すように、燃え上がった炎は周りの酸素を取り込んで大きく成長するものの、周囲の酸素が少なくなると一瞬小さくなり、再びその外側からの酸素供給を受けて大きく成長するという変動を周期的に繰り返しているものであり、そして、この繰り返しのサイクル（周波数ｆｃ）は、可燃物、例えば液体燃料にあっては、その大きさ（の平方根）に反比例するという性質をもっていることが明らかにされている。例えば、「消防研究報告，第５３号２４（１９８２）」（山下邦博著）によれば、次式▲１▼のとおり示されている。
【０００５】
ｆｃ＝ｋ／√Ｌ〔Ｈｚ〕・・・・・ ▲１▼
但し、ｋは燃料の種類に応じた係数、Ｌは燃料の大きさを表す値である。なお、Ｌは、図１５に示すように、液体燃料４を入れた規定サイズの角皿５の開口面積Ｓ（Ｓ＝Ｄ2）を２．７倍した値である。
【０００６】
ここで、Ｓは、火災検出装置の性能基準を定める消防検定規格によれば、検出対象にノーマル・ヘプタン燃料を用いた場合、Ｓ＝０．１ｍ2、又は０．５ｍ2とされるのが一般的である。これらの値を式▲１▼に当てはめると、Ｓ＝０．１ｍ2の条件でｆｃは約２．５Ｈｚとなり、Ｓ＝０．５ｍ2の条件でｆｃは約１．８Ｈｚとなるから、図１３の構成において、周波数フィルタ２の通過周波数を、２．５Ｈｚや１．８Ｈｚ若しくはこの両方に合わせておけば、火災による「炎」を検出できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の炎検出装置にあっては、式▲１▼で与えられる単一の周波数ｆｃを含む「所定の低域周波数成分」のレベルのみに基づいて炎の検出判定を行っていたため、以下の理由から、火災と関係のない物理現象にも誤って反応することがあり、信頼性の点で充分でないという問題点があった。
【０００８】
図１６は、赤外線エネルギーの時間変動（チョッパを介して取り出した赤外線エネルギーの時間軸上の出力変動）を示す図であり、（ａ）は炎、（ｂ）は水銀灯、（ｃ）は回転灯の図である。なお、炎は炎検出装置である以上当然の検出対象であるが、水銀灯は道路などの照明によく用いられ、また、回転灯は緊急自動車をはじめ、駐車場の出入り口や道路工事の警告表示又は店舗の誘導案内などによく用いられているものであり、いずれも日常的に目にする赤外線エネルギー放射体の例である。
【０００９】
図１６（ａ）において、炎の赤外線エネルギーはきわめて低い周波数ｆｃを含む周波数帯の周波数でゆらいでおり、その理由は先の説明のとおりである。これに対して、水銀灯の赤外線エネルギーは、図１６（ｂ）に示すように、一定レベル（電源変動やノイズ分を無視）で推移し、そのゆらぎの周波数はほぼ０Ｈｚ（直流分のみ）である。
【００１０】
一方、回転灯の赤外線エネルギーは、図１６（ｃ）に示すように、間欠的に変化して明らかな周期的変動を伴っており、その周波数は回転灯の回転数に同期している。なお、回転灯の種類は様々であり、１個のランプを定速度で一方向に回転（毎秒２回転程度）させるものから、複数のランプを同期若しくは非同期で回転させるものまでいろいろあり、その周波数成分も様々であるが、周期的性質をもつ点で同一である。
【００１１】
ここで、炎、水銀灯及び回転灯の赤外線エネルギーの出力変動（例えば、チョッパを介して取り出した赤外線エネルギーの出力変動）を周波数軸で観察してみると、図１７のようになる。図１６と同様に（ａ）は炎、（ｂ）は水銀灯、（ｃ）は回転灯である。横軸は周波数であり、原点が０Ｈｚ（直流分）である。なお、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、原点付近のレベルは相当大きく、グラフに納まりきらないため、図示の都合上ピークを省略してある。
【００１２】
今、（ａ）の炎と（ｂ）の水銀灯に着目すると、両者の差は一目瞭然である。すなわち、炎は０Ｈｚを越える周波数域６において若干のレベルをもつ一方、水銀灯の同等周波数域７におけるレベルはほぼゼロである。したがって、従来技術における周波数ｆｃを用いて両者のレベルを比較すれば、炎と水銀灯を識別できる。
【００１３】
しかしながら、（ｃ）の回転灯にあっては、０Ｈｚを越える周波数域８において若干のレベルをもつ点で、（ａ）の炎との類似性が高い。したがって、従来技術における周波数ｆｃを用いて、「炎」、「水銀灯」及び「回転灯」のレベルを比較した場合、炎と水銀灯又は水銀灯と回転灯を識別できるものの、炎と回転灯の明確な識別は困難であった。
【００１４】
このことは、従来の炎検出装置を設置した場所に、例えば、回転灯を点けた緊急自動車が接近すると、誤って火災検出信号を出力する可能性のあることを示唆しており、防災設備の信頼性の点で是非とも解決しておかなければならない技術課題があることを意味している。
【００１５】
この課題を解決するために、例えば、炎を伴う赤外線放射物体から放射される赤外線のスペクトル分布は、いわゆるＣＯ2共鳴放射と呼ばれる現象より４．４μｍ近辺にピークが現れることが知られているので、検出素子の前面に、４．４μｍを中心とする波長を通過するバンドパスフィルタと、４．４μｍ近辺を含まない波長を通過する１又は複数のバンドパスフィルタとを配置して、それぞれのバンドパスフィルタを通過した赤外線の強度レベル差が所定値以上の場合に火災と判定する構成がある。
【００１６】
しかしながら、この構成にあっても、精度はよくなるものの、完全に炎と回転灯を識別することは困難であり、また、挟帯域のバンドパスフィルタは高価であることから、複数設ける場合には、製品全体の価格が高くなってしまい、さらに、製品が大型化してしまうという問題点がある。
【００１７】
なお、以上の説明では、炎以外の赤外線エネルギー放射体として、「水銀灯」と「回転灯」を示したが、これは代表例である。すなわち、「水銀灯」はエネルギー変動のないものの代表例であり、「回転灯」はエネルギー変動の周期が上式▲１▼で与えられる周波数ｆｃに近い周波数成分をもち、間欠的に変化するものの代表例である。
【００１８】
そこで本発明は、炎と他の赤外線エネルギー放射体との識別性能、特に、炎の赤外線エネルギー変動と類似性の高い他の赤外線エネルギー放射体との識別性能を向上し、以って防災設備の信頼性改善に寄与する社会生活上有益な炎検出装置の提供を目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の炎検出装置は、赤外線エネルギーを電気信号に変換する検知素子と、
前記検知素子の出力信号を定期的にサンプリングするサンプリング手段と、
所定時間にわたり前記サンプリング手段から出力される複数のサンプリング値の中から前記検知素子の出力信号の最大値を抽出する最大値抽出手段と、
前記所定時間にわたり前記サンプリング手段から出力される複数のサンプリング値の中から前記検知素子の出力信号の最小値を抽出する最小値抽出手段と、
前記最大値抽出手段により抽出された最大値と、前記最小値抽出手段により抽出された最小値との比率値を演算する演算手段と、
前記演算手段の比率値に基づいて火災の判定を行なう判定手段と、
を備えたことを特徴とする。
請求項２記載の炎検出装置は、赤外線エネルギーを電気信号に変換する検知素子と、
前記検知素子の出力信号を定期的にサンプリングするサンプリング手段と、
所定時間にわたり前記サンプリング手段から出力される複数のサンプリング値の中から前記検知素子の出力信号の最大値を抽出する最大値抽出手段と、
前記所定時間にわたり前記サンプリング手段から出力される複数のサンプリング値の中から前記検知素子の出力信号の最小値を抽出する最小値抽出手段と、
前記最大値抽出手段により抽出された最大値と、前記最小値抽出手段により抽出された最小値との比率値を演算する演算手段と、
前記演算手段の比率値に基づいて火災候補の判定を行なう第１の判定手段と、
前記検知素子の出力信号から炎の赤外線エネルギーのゆらぎ周波数を含む所定周波数域の信号を抽出する第１の抽出手段と、
前記検知素子の出力信号から炎の赤外線エネルギーのゆらぎ周波数を含まず、且つ、前記第１の抽出手段により抽出される前記所定周波数域よりも高周波側に隣接し又は極めて接近する所定周波数域の信号を抽出する第２の抽出手段と、
前記第１の抽出手段により抽出された出力信号と、前記第２の抽出手段により抽出された出力信号とに基づいて火災候補の判定を行なう第２の判定手段と、
前記第１の判定手段及び前記第２の判定手段の２つの判定結果から火災判定信号を発生する信号発生手段と、
を備えたことを特徴とする。
請求項３記載の炎検出装置は、請求項１又は２記載の炎検出装置において、前記判定手段又は前記第１の判定手段は、
炎の赤外線エネルギーによる前記検知素子の出力信号の最大値と最小値による比率値、或いは、炎以外の火災誤報要因である赤外線エネルギーによる前記検知素子の出力信号の最大値と最小値の比率値に基づいて予め定められた炎と判定する比率値の範囲内に前記演算手段の比率値がある場合は火災と判定し、該範囲内に前記演算手段の比率値がない場合は非火災と判定することを特徴とする。
請求項４記載の炎検出装置は、請求項３記載の炎検出装置において、前記予め定められた炎と判定する比率値の範囲は、
前記赤外線エネルギーの放射体を回転灯などの前記検知素子へ赤外線を間欠的に入射させるものとしたときの前記演算手段の比率値の範囲と前記赤外線エネルギーの放射体を火災に伴う炎としたときの前記演算手段の比率値の範囲との間に適宜設定される一のしきい値と、
前記赤外線エネルギーの放射体を水銀灯などの前記検知素子へ赤外線を一定レベルで入射させるものとしたときの前記演算手段の比率値の範囲と前記赤外線エネルギーの放射体を火災に伴う炎としたときの前記演算手段の比率値の範囲との間に適宜設定される他のしきい値との範囲で設定されることを特徴とする。
請求項５記載の炎検出装置は、請求項１又は２記載の炎検出装置において、前記最大値抽出手段は、
前記所定時間にわたり前記サンプリング手段により出力されるサンプリング値のうち、大きい方から複数個のサンプリング値を抽出し、該抽出した複数個のサンプリング値の平均値を算出することにより、前記検知素子の出力信号の最大値を抽出し、
前記最小値抽出手段は、
前記所定時間にわたり前記サンプリング手段により出力されるサンプリング値のうち、小さい方から複数個のサンプリング値を抽出し、該抽出した複数個のサンプリング値の平均値を算出することにより、前記検知素子の出力信号の最小値を抽出することを特徴とする。
請求項６記載の炎検出装置は、請求項１又は２記載の炎検出装置において、前記最大値抽出手段は、
サンプリング値を複数個記憶する最大値記憶手段を含み、前記サンプリング手段により順次出力されたサンプリング値が前記最大値記憶手段に記憶されているサンプリング値より大きい場合は、該出力されたサンプリング値を前記記憶手段に記憶させることにより最大値記憶手段の記憶を更新させ、所定時間経過後に前記最大値記憶手段に記憶されている複数個のサンプリング値の平均値を算出することにより、前記検知素子の出力信号の最大値を抽出し、
前記最小値抽出手段は、
サンプリング値を複数個記憶する最小値記憶手段を含み、前記サンプリング手段により順次出力されたサンプリング値が前記最小値記憶手段に記憶されているサンプリング値より小さい場合は、該出力されたサンプリング値を前記記憶手段に記憶させることにより最小値記憶手段の記憶を更新させ、前記所定時間経過後に前記最小値記憶手段に記憶されている複数個のサンプリング値の平均値を算出することにより、前記検知素子の出力信号の最小値を抽出することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、赤外線式炎検出装置（以下、単に「炎検出装置」）に適用した実施例として図面を参照しながら説明する。
【００２１】
＜原理説明＞
図１は、本実施の形態における炎検出装置の概念的な構成図である。この図において、１０は例えば炎に固有のＣＯ2共鳴放射による高いピークを持つ波長４．４μｍを中心とした波長域の通過特性を有する波長バンドパスフィルタ、１１は波長バンドパスフィルタ１０を通過した赤外線エネルギー１２を電気信号１３に変換する検知素子（特に限定しないが、例えば、焦電体を用いたもの）、１４は所定時間Ｔ内での電気信号１３の最大値Ｓｍａｘを抽出する最大値抽出部（最大値抽出手段）、１５は所定時間Ｔ内での電気信号１３の最小値Ｓｍｉｎを抽出する最小値抽出部（最小値抽出手段）、１６は所定時間Ｔ内でのＳｍａｘとＳｍｉｎの比Ｆ（Ｆ＝Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ）を演算する比演算部（演算手段）、１７は比Ｆと所定の基準値ＳＬａ、ＳＬｂ（ＳＬａ：一のしきい値、ＳＬｂ：他のしきい値）とを比較してＳＬａ＜Ｆ＜ＳＬｂとなった場合に火災検出信号をアクティブにする判定部（判定手段）である。
【００２２】
この構成によれば、炎から放射される赤外線エネルギー１２を電気信号１３に変換し、この電気信号１３の所定時間Ｔ内での最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎを抽出するとともに、最大値と最小値の比Ｆ（＝Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ）を演算してこの比Ｆが所定範囲内、すなわち、一の基準値ＳＬａよりも大きく且つ他の基準値ＳＬｂよりも小さいときに火災検出信号をアクティブにするという回路作用が得られ、二つの基準値ＳＬａ、ＳＬｂを適切に設定すれば、ＳＬａ＜Ｆ＜ＳＬｂの条件で、炎と炎以外の赤外線エネルギー放射体（水銀灯や回転灯）との識別を正確に行うことができる。
【００２３】
このことを詳しく説明すると、図２は、炎、水銀灯及び回転灯の時間軸上における赤外線エネルギーのプロフィールを重ね合わせて示す図であり、それぞれのプロフィールは前出の図１６（ａ）〜（ｃ）で示したものと同一のものである。先にも述べたように、水銀灯の赤外線エネルギーは（ノイズや電源変動を無視すれば）ほぼ一定のレベルで推移し、また、回転灯の赤外線エネルギーは（周囲の壁などからの反射を考えなければ）ゼロレベルとあるレベルの間を周期的（間欠的）に変動する。したがって、水銀灯の最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎの比Ｆは極端に言えばＳｍａｘ＝Ｓｍｉｎであるからぼぼ１となり、また、回転灯の最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎの比Ｆも極端に言えばＳｍｉｎ＝０であるからほぼ０となる。
【００２４】
これに対して、炎の赤外線エネルギーは、炎の熱源の赤外線エネルギーＥ（殆ど変動しない）と炎の内外炎の赤外線エネルギーｅ（変動する）との総和であり、ｅのピークｔｏピークを便宜的にｅＰＰとすると、最大値ＳｍａｘはＥ＋ｅＰＰ、最小値ＳｍｉｎはＥとなることから、炎の最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎの比Ｆ（＝Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ＝Ｅ／（Ｅ＋ｅＰＰ））は、少なくとも１より小さく、且つ、０より大きい値となる。
【００２５】
したがって、ＳＬａを０より若干大きい値にするとともに、ＳＬｂを１より若干小さい値にすれば、炎の最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎの比ＦをＳＬａとＳＬｂの間に位置させることができ、前述の条件（ＳＬａ＜Ｆ＜ＳＬｂ）を満たして、炎を正確に識別できるのである。
【００２６】
なお、以上の説明では、最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎの比ＦをＳｍｉｎ／Ｓｍａｘで求めているが、これは最も簡易な計算方法を示したに過ぎない。要は、ＳｍａｘとＳｍｉｎの比率又はその量的割合を表す値であればよく、例えば、（Ｓｍａｘ−Ｓｍｉｎ）／（Ｓｍａｘ＋Ｓｍｉｎ）で求めたり、これを百分率にしたり、若しくは任意の値で正規化したりしてもよい。計算精度や識別性能及び回路構成等を勘案して適当な手法を選択すればよい。
【００２７】
また、ＳｍａｘやＳｍｉｎの抽出は、単純に所定時間内の最大値や最小値を求めてもよいが、実際の電気信号１３はノイズ等の影響によってしばしば鋭く変化するので、実用上は、所定時間内での複数の極大値、極小値の平均化を行うことによって最大値、最小値を求める手法や、重み付け手法、演算時定数などを併用して過度な検出を抑制する対策を講じるのが望ましい。
【００２８】
＜第１の実施の形態＞
図３は、本発明の第１の実施の形態のブロック図であり、炎検出装置２０は、所定の周期（例えば３２Ｈｚ程度）で開閉するチョッパ機構２１、チョッパ機構２１を通過した光のうち炎の赤外線エネルギー２２の波長域（例えば、４．４μｍを中心とする波長域）に相当する波長成分を通過させる光学波長フィルタ２３、光学波長フィルタ２３を通過した赤外線エネルギーを電気信号２４に変換して出力する焦電型赤外線検知素子（以下「検知素子」と略す）２５、電気信号２４を交流増幅する交流増幅回路２６、所定周期ごとに出力されるサンプリング信号２９ａに同期して交流増幅回路２６の出力２６ａをサンプリングするサンプルホールド回路２７、チョッパ機構２１を駆動するチョッパ駆動回路２８、チョッパ機構２１の駆動周期に同期したサンプリング信号２９ａを発生するサンプリング信号発生回路２９、検知素子２５の温度若しくは検知素子２５の周囲温度を検出する温度センサ３０、温度センサ３０の出力３０ａに対応した温度補正信号３１ａを発生する温度補正回路３１、温度補正信号３１ａを加味しつつサンプルホールド回路２７のサンプリング出力２７ａを直流増幅する直流増幅回路３２、直流増幅回路３２の出力（検知素子２５に入射する赤外線エネルギー２２の強度すなわち放射温度を表す信号）３２ａをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部３３を備える。
【００２９】
炎検出装置２０は、さらに、Ａ／Ｄ変換されたサンプリングデータの所定時間Ｔ内での最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎを抽出する最大・最小抽出部３４ａと、最大・最小抽出部３４ａで抽出された最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎの比Ｆ（＝Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ）を演算するとともに比Ｆを所定のアルゴリズムで評価して火災に伴う炎の発生を判定する判定部（第１判定手段）３４ｂとを含む信号処理部３４、並びに、サンプリングデータを記憶するためのメモリ３５を備える。
【００３０】
なお、図では直流増幅回路３２の出力３２ａをＡ／Ｄ変換器３３でＡ／Ｄ変換して信号処理部３４に取り込むようにしているが、サンプルホールド回路２７の出力２７ａをＡ／Ｄ変換して取り込むようにしてもよい。
【００３１】
図４は、図３の信号処理部３４のアルゴリズムを示す図である。なお、図４のアルゴリズムはフローチャートで示してあるが、これは、ソフトウェア処理への限定的適用のみを意味するものではない。
【００３２】
このフローチャートでは、まず、Ａ／Ｄ変換部３３でＡ／Ｄ変換されたサンプリングデータを所定時間Ｔにわたってメモリ３５に記憶し（Ｓ０）、次に、所定時間Ｔの経過を検出（Ｓ１）したときに、メモリ３５に記憶されたサンプリングデータの中から最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎを抽出し（Ｓ２、Ｓ３）、次いで、Ｓｍｉｎと第１しきい値ＳＬ１とを比較して「Ｓｍｉｎ＞ＳＬ１」の場合に以下の処理を行う。
【００３３】
ここに、ＳＬ１は炎検出の最低しきい値レベルであり、このレベルは、例えば、検出対象とする規模の燃焼炎から放射される赤外線エネルギーによる放射温度の予想最小値よりも若干低い適宜のレベルである。
【００３４】
Ｓｍｉｎ＞ＳＬ１の場合（Ｓ４のＹＥＳ判定）は、まず、ＳｍａｘとＳｍｉｎの比Ｆ（＝Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ）を演算し（Ｓ５）、次に、比Ｆと第２しきい値（一のしきい値）ＳＬ２とを比較（Ｓ６）して「Ｆ＞ＳＬ２」の場合に、さらに、比Ｆと第３しきい値（他のしきい値）ＳＬ３とを比較（Ｓ７）して「Ｆ＜ＳＬ３」の場合に火災に伴う炎発生であると判定し、火災検出信号をアクティブにする（Ｓ８）。
【００３５】
ここに、ＳＬ２は炎と回転灯（回転灯は間欠的変動を伴う赤外線エネルギー放射体の代表）とを識別するためのもの、ＳＬ３は炎と水銀灯（水銀灯は一定レベルで推移する赤外線エネルギー放射体の代表）とを識別するためのものであり、適切なレベルは以下の事実に基づいて設定されるものである。
【００３６】
図５は、第２しきい値（一のしきい値）ＳＬ2及び第３しきい値（他のしきい値）ＳＬ3の設定範囲を示す図である。先にも説明したように、回転灯の場合のサンプリングデータの最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎの比Ｆ（=Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ）はほぼ０である。また、水銀灯の場合のサンプリングデータの同比Ｆはほぼ１である。これに対して、炎の場合、比Ｆは、本件発明者らの実験によれば、ノーマル・ヘプタン燃焼炎で約０．３５〜０．７５の範囲であった。
【００３７】
したがって、第２しきい値ＳＬ２を、０より大きく且つ０．３５より小さい適宜の値（例えば、０．３）にするとともに、第３しきい値ＳＬ３を、１より小さく且つ０．７５より大きい適宜の値（例えば、０．８）にすることにより、「Ｆ＞ＳＬ２」を満足しない場合は間欠的変動を伴う赤外線エネルギー放射体（代表的に回転灯）であると判定でき、また、「Ｆ＜ＳＬ３」を満足しない場合は一定レベルで推移する赤外線エネルギー放射体（代表的に水銀灯）であると判定でき、結局、「ＳＬ２＜Ｆ＜ＳＬ３」を満足した場合のみに火災に伴う炎であると判定することができるから、炎と他の赤外線エネルギー放射体の識別性能、特に、炎の赤外線エネルギー変動と類似性の高い他の赤外線エネルギー放射体との識別性能を向上することができる。
【００３８】
図６は、図３のメモリ３５の使い方を、信号処理部３４の処理と共に示す図である。この図において、メモリ３５には、所定時間Ｔ内でのＮ個のサンプリング値の全てを順次に格納できるＮ個の記憶領域が設けられており、Ｎは、例えば、Ｔを２秒、サンプリング周期を３２Ｈｚとすると、２×３２＝６４になる。なお、Ｔを長くするとＮが増えて精度の点で好ましいものの、判断の遅れにつながるため、精度と応答性のバランスを考慮して適切な値に設定すべきことはいうまでもない。
【００３９】
Ｎ＝６４と仮定すると、信号処理部３４は、所定時間Ｔの経過後又は６４回の記憶動作後（Ｓ２０）、メモリ３５には６４個のサンプリング値（Ｓａｍｐｌｅ１〜Ｓａｍｐｌｅ６４）が記憶されるので、この６４個のサンプリング値の中から最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎを抽出し（Ｓ２１）、両者の比Ｆ（又は両者の量的割合を示す値）を演算して（Ｓ２２）、その演算結果に基づいて図４のステップＳ６〜Ｓ７と同様のアルゴリズムで火災判定を行う（Ｓ２３）。
【００４０】
図７は、図６の変形例である。この例では、信号処理部３４は、メモリ３５に記憶されたＮ個（便宜的に６４個）のサンプリング値（Ｓａｍｐｌｅ１〜Ｓａｍｐｌｅ６４）の中の大きい方からｍ個（便宜的に３個）の最大値（Ｓｍａｘ１〜Ｓｍａｘ３）と、小さいほうからｍ個（便宜的に３個）の最小値（Ｓｍｉｎ１〜Ｓｍｉｎ３）を選び出し（Ｓ２１ａ、Ｓ２１ｂ）、各選択値の平均値をそれぞれ最大値Ｓｍａｘ、最小値Ｓｍｉｎとして抽出する（Ｓ２１ｃ、Ｓ２１ｄ）。これによれば、ノイズ等に起因するサンプリング値の瞬時変動の影響を回避して、火災判定の精度向上を図ることができる。なお、この例では、最大値と最小値の選択数（ｍ）を同一としているが、異ならせても構わず、特にノイズ等の影響を受けやすい方の選択数（ｍ）を大きくするのが望ましい。
【００４１】
図８は、図６の変形例であり、メモリ３５の記憶容量を削減するように工夫した例である。図８（ａ）において、メモリ３５には二つの記憶領域が設けられている。その一つは最大値Ｓｍａｘの記憶更新用領域（以下「最大値記憶部３５ａ」という）であり、他の一つは最小値Ｓｍｉｎの記憶更新用領域（以下「最小値記憶部３５ｂ」という）である。これら二つの記憶領域には、所定時間Ｔ内に順次入力されるＮ個のサンプリング値Ｓａｍｐｌｅの最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎが逐次更新されながら記憶される。
【００４２】
図８（ｂ）は信号処理部３４におけるその更新動作を概念的に示す図である。最大値記憶部３５ａと最小値記憶部３５ｂの各入力側には、それぞれ最大値比較部３５ｃと最小値比較部３５ｄが設けられており、最大値比較部３５ｃは、順次入力されるＳａｍｐｌｅと最大値記憶部３５ａの記憶内容（Ｓｍａｘ）とを比較してＳａｍｐｌｅ＞Ｓｍａｘのとき、すなわち、サンプリング値が記憶内容を上回るときに、そのときのＳａｍｐｌｅでＳｍａｘを更新し、また、最小値比較部３５ｄは、順次入力されるＳａｍｐｌｅと最小値記憶部３５ｂの記憶内容（Ｓｍｉｎ）とを比較してＳａｍｐｌｅ＜Ｓｍｉｎのとき、すなわち、サンプリング値が記憶内容を下回るときに、そのときのＳａｍｐｌｅでＳｍｉｎを更新するという機能を有する。したがって、所定時間Ｔ内でのＮ個、例えば、６４個のサンプリング値について、この処理を行うことで、結果的に所定時間Ｔ経過後又はＮ回のサンプリング動作後、最大値記憶部３５ａには６４個の中での最大値が、また、最小値記憶部３５ｂには６４個の中での最小値がそれぞれ記憶されることになる。
【００４３】
なお、最大値比較部３５ｃと最小値比較部３５ｄの実現方法は問わない。上記機能を有していればよく、ハードウェアで実体的に構成してもソフトウェアで仮想的に構成してもよい。
【００４４】
図９は、図８の変形例であり、ノイズ等の影響を受け難くするとともに、メモリ３５の記憶容量を削減するように工夫した例である。図８との相違は、最大値記憶部３５ａと最小値記憶部３５ｂの双方にそれぞれｍ個（便宜的に３個とする）ずつの記憶領域を設け、所定時間Ｔ内に順次入力されるＮ個のサンプリング値の大きい方の３個（Ｓｍａｘ１〜Ｓｍａｘ３）と、小さい方の３個（Ｓｍｉｎ１〜Ｓｍｉｎ３）を逐次更新しながら記憶するようにした点にある。但し、最大値記憶部３５ａ内のＳｍａｘ１〜Ｓｍａｘ３の関係、及び、最小値記憶部３５ｂ内のＳｍｉｎ１〜Ｓｍｉｎ３の関係は、それぞれＳｍａｘ１≧Ｓｍａｘ２≧Ｓｍａｘ３、Ｓｍｉｎ１≦Ｓｍｉｎ２≦Ｓｍｉｎ３となっている。
【００４５】
今、ｉ個目のサンプリング値（Ｓａｍｐｌｅ＿ｉ）を入力したとすると、このＳａｍｐｌｅ＿ｉとＳｍａｘ１〜Ｓｍａｘ３、Ｓｍｉｎ１〜Ｓｍｉｎ３を順次に比較し、例えば、Ｓａｍｐｌｅ＿ｉがＳｍａｘ１を上回る場合には、Ｓｍａｘ１の記憶部にＳａｍｐｌｅ＿ｉを新Ｓｍａｘ１として更新記憶する。また、Ｓａｍｐｌｅ＿ｉがＳｍｉｎ１を下回る場合には、Ｓｍｉｎ１の記憶部にＳａｍｐｌｅ＿ｉを新Ｓｍｉｎ１として更新記憶する。
次に、旧Ｓｍａｘ１をＳｍａｘ２の記憶部に移して新Ｓｍａｘ２として更新記憶し、旧Ｓｍａｘ２をＳｍａｘ３の記憶部に移して新Ｓｍａｘ３として更新記憶する（繰り下げ更新する）。また、旧Ｓｍｉｎ１をＳｍｉｎ２の記憶部に移して新Ｓｍｉｎ２として更新記憶し、旧Ｓｍｉｎ２をＳｍｉｎ３の記憶部に移して新Ｓｍｉｎ３として更新記憶する（繰り下げ更新する）。なお、途中からの場合（Ｓｍａｘ２やＳｍａｘ３又はＳｍｉｎ２やＳｍｉｎ３）も同様の処理を行う。
以上の処理により、Ｎ個のサンプリング値の中の大きい方の３個と小さい方の３個が記憶されることになる。
【００４６】
これによれば、所定時間Ｔの経過後又はＮ回のサンプリング動作の完了後、メモリ３５には、所定時間Ｔ内に順次入力されるＮ個のサンプリング値の中の大きい方の３個（Ｓｍａｘ１〜Ｓｍａｘ３）と、小さい方の３個（Ｓｍｉｎ１〜Ｓｍｉｎ３）が記憶されることになるから、図７と同様に、Ｓｍａｘ１〜Ｓｍａｘ３の平均値を求めて最大値Ｓｍａｘとし、且つ、Ｓｍｉｎ１〜Ｓｍｉｎ３の平均値を求めて最小値Ｓｍｉｎとするとともに、両者の比Ｆ又は両者の量的割合を表す値を演算し、その演算結果に基づいて火災判定を行えばよい。
【００４７】
＜第２の実施の形態＞
図１０は、本発明の第２の実施の形態の炎検出装置４０のブロック図であり、前述の第１の実施の形態（図３）と同一の構成要素には同じ符号を付してある。
【００４８】
第１の実施の形態との相違は、検知素子２５から出力される電気信号２４より炎の赤外線エネルギーのゆらぎ周波数（冒頭の周波数ｆｃ）に相当する周波数を中心とした所定周波数域ｆCL1〜ｆCH1（以下、第一周波数域Ａという）の信号４１ａを取り出す第１周波数フィルタ（第一抽出手段）４１を有する点、同電気信号２４から第一周波数域Ａに隣接する高周波数側の所定周波数域ｆCL2〜ｆCH2（以下、第二周波数域Ｂという）の信号４２ａを取り出す第２周波数フィルタ（第二抽出手段）４２を有する点、これら二つの信号４１ａ、４２ａを交流増幅する交流増幅回路４３、４４を有する点、交流増幅後の信号４３ａ、４４ａを所定のサンプリング信号２９ａに同期してサンプリングするサンプルホールド回路４５、４６を有する点、サンプリング回路４５、４６の出力４５ａ、４６ａを温度補正信号３１ａを加味して直流増幅する直流増幅回路４７、４８を有する点、直流増幅回路３２、４７、４８の出力３２ａ、４７ａ、４８ａ（正確にはＡ／Ｄ変換器３２ｂ、４７ｂ、４８ｂによってそれぞれＡ／Ｄ変換された信号）に基づいて火災判定を行う信号処理部４９を有する点にある。
【００４９】
ここに、信号処理部４９は、Ａ／Ｄ変換器３２ｂの出力の所定時間Ｔ内での最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎを抽出する最大・最小抽出部４９ａ、最大・最小抽出部４９ａで抽出されたＳｍａｘとＳｍｉｎの比Ｆ（＝Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ）を演算するとともに比Ｆを所定のアルゴリズムで評価して火災に伴う炎の発生を判定する第１判定部（第１判定手段）４９ｂ、Ａ／Ｄ変換器４７ｂ、４８ｂの出力を評価して火災に伴う炎の発生を判定する第２判定部（第２判定手段）４９ｃ、第１の判定部４９ｂの判定結果と第２判定部４９ｃの判定結果とを総合的に評価して火災検出信号を発生する第３判定部（信号発生手段）４９ｄを備える。
【００５０】
なお、検知素子２５以降の信号を増幅、Ａ／Ｄ変換し、ＭＰＵ等の信号処理装置に取り込み、この信号処理装置で周波数解析等を含む全ての処理を行うようにしてもよい。
【００５１】
図１１は、燃焼炎からの赤外線エネルギーを観測して得られた信号強度と周波数の関係を示す図であり、縦軸は通過信号のレベル、横軸は周波数である。図１１において、周波数軸の原点近くのハッチングは、第１周波数フィルタ４１を通過した第一周波数域Ａの信号を表しており、また、その右側のハッチングは、第２周波数フィルタ４２を通過した第二周波数域Ｂの信号を表している。第一周波数域Ａは、例えば、０．５Ｈｚ〜８．０Ｈｚであり、第二周波数域Ｂは、例えば、８．５Ｈｚ〜１６．０Ｈｚである。この周波数範囲は環境等に対応するように変更可能である。
【００５２】
なお、図では第一周波数域Ａと第二周波数域Ｂを不連続にしているが、連続させることも、あるいは一部をオーバラップさせることも可能である。また、第二周波数域Ｂは、一つの周波数域に限らず、複数の周波数域であってもよい。重要なことは、第一周波数域Ａに炎の赤外線エネルギーのゆらぎ周波数（冒頭の周波数ｆｃ）が含まれていて、且つ、第二周波数域Ｂに同周波数（ｆｃ）が含まれていないことである。
【００５３】
第２判定部４９ｃは、第一周波数域Ａの信号と第二周波数域Ｂの信号とに基づいて火災の判定を行う部分であり、その好ましい判定のアルゴリズムは、図１２の符号５１の範囲で囲まれたように示される。ちなみに、符号５２で囲まれた範囲は第１実施例と同一の判定アルゴリズムであり、本実施の形態では、この判定結果が火災に伴う炎の可能性ありの場合（Ｓ７のＹＥＳ判定の場合）に火災候補としてフラグ（ＦＬＧ１）にＴｒｕｅ（真値）をセット（Ｓ８）し、そうでない場合に同フラグ（ＦＬＧ１）にＦａｌｓｅ（偽値）をセット（Ｓ９）するようになっている。なお、図１２のアルゴリズムはフローチャートで示してあるが、これは、ソフトウェア処理への限定的適用のみを意味するものではない。
【００５４】
図１２において、ＷHは高周波側の第二周波数域Ｂの信号レベル積分値を示し、ＷLは低周波側の第一周波数域Ａの信号レベル積分値を示している。なお、積分値に限らず平均値であってもよい。要はそれぞれの周波数域における雑音成分を取り除いた信号レベルのエネルギー総括値であればよい。
【００５５】
このフローチャートでは、まず、ＷHが所定のしきい値ＳＬHを越えているか否かを判定する（Ｓ１０）。ここで、ＳＬHのレベルは、炎のＷHよりも高く、且つ、炎と同様に赤外線エネルギーの変動をもち、間欠的に変化する他の赤外線エネルギー放射体、例えば、冒頭の「回転灯」のＷHよりも低い適宜のレベルである。
したがって、Ｓ１０でＹＥＳ判定となった場合は、炎と同様に赤外線エネルギーの変動をもち、間欠的に変化する他の赤外線エネルギー放射体、例えば、冒頭の「回転灯」であることがわかり、この場合は火災でないためフローを終了する。
【００５６】
一方、Ｓ１０でＮＯ判定となった場合は、例えば、冒頭の「回転灯」でないことが明らかとなるものの、「炎」であるか、または、赤外線エネルギー変動のない他の赤外線エネルギー放射体、例えば、冒頭の「水銀灯」であるかを識別できないので、これを識別するために、ＷLが所定のしきい値ＳＬLを越えているか否かを判定する（Ｓ１１）。ここで、ＳＬLのレベルは、炎のＷLよりも低い適宜のレベルである。
【００５７】
したがって、Ｓ１１でＮＯ判定となった場合は、直流分のみの赤外線エネルギーをもつ他の赤外線エネルギー放射体、例えば、冒頭の「水銀灯」であることがわかり、この場合も火災でないためフローを終了するが、Ｓ１１でＹＥＳ判定となった場合は、直流分に加えてＳＬLを越えるＷLをもつ赤外線エネルギー放射体、すなわち、「炎」であり、火災に伴う炎の可能性があるから、火災候補としてフラグ（ＦＬＧ２）にＴｒｕｅ（真値）をセット（Ｓ１２）する。
【００５８】
なお、Ｓ１０の判定結果がＹＥＳの場合又はＳ１１の判定結果がＮＯの場合は同フラグ（ＦＬＧ２）にＦａｌｓｅ（偽値）をセットする（Ｓ１３）。
【００５９】
フラグ（ＦＬＧ２）の内容は、第１の実施の形態と同様のアルゴリズムに基づく炎判定の結果を示すフラグ（ＦＬＧ１）の内容とともに総合的に評価される（Ｓ１４）。すなわち、Ｓ１４では、ＦＬＧ１とＦＬＧ２の四通りの組み合わせから、火災発生（レベルＡ）、火災発生の可能性あり（レベルＢ）及び非火災（レベルＣ）という３段階の火災検出レベル判定を行っており、この火災検出レベルに応じた適切な処理を行う（Ｓ１５）ようになっている。これにより、第１の実施の形態に比べて火災に伴う炎検出の信頼性向上を図っている。
【００６０】
以上のとおり、本実施の形態によれば、赤外線エネルギー放射体の放射温度の最大値Ｓｍａｘと最小値Ｓｍｉｎの比Ｆ（＝Ｓｍｉｎ／Ｓｍａｘ）に基づく炎検出を行うとともに、炎の赤外線エネルギーのゆらぎ周波数（冒頭の周波数ｆｃ）に相当する周波数を中心とした第一周波数域Ａの信号成分（ＷL）と、この第一周波数域Ａに隣接する高周波数側の第二周波数域Ｂの信号成分（ＷH）とを抽出し、これら二つの信号成分（ＷL、ＷH）に基づいて火災の判定を行い、これら二つの判定結果を総合的に評価して火災の判定を行っているので、火災判定の信頼性を向上できるとともに、明らかな火災検出（レベルＡ）から念のための火災検出（レベルＢ）及び非火災（レベルＣ）までの状況に応じた火災検出信号を出力することができ、きめこまかな火災警報処理を実行することができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、赤外線エネルギーを電気信号に変換する検知素子の出力信号の所定時間内での最大値と最小値を抽出し、その最大値と最小値の比率又はその量的割合を表す演算値に基づいて火災の判定を行うので、該演算値に特有の傾向が現れる炎、回転灯及び水銀灯を識別することができる。したがって、炎と類似性のある他の赤外線エネルギー放射体と炎とを誤認することがなくなり、誤警報を回避して炎検出の確度を向上することができる。
また、赤外線エネルギーを電気信号に変換する検知素子の出力信号の所定時間内での最大値と最小値を抽出し、その最大値と最小値の比率又はその量的割合を表す演算値に基づいて火災の判定を行うとともに、前記検知素子の出力信号から炎の赤外線エネルギーのゆらぎ周波数を含む所定周波数域の信号と、炎の赤外線エネルギーのゆらぎ周波数を含まず且つ前記所定周波数域よりも高周波側に隣接し又は極めて接近する他の所定周波数域の信号とを抽出し、該二つの抽出信号に基づいて火災の判定を行い、且つ、これら二つの判定結果から火災判定信号を発生することにより、火災判定の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の原理的な構成図である。
【図２】炎、水銀灯及び回転灯の時間軸上における赤外線エネルギーのプロフィールを重ね合わせて示す図である。
【図３】第１の実施の形態のブロック図である。
【図４】第１の実施の形態の炎判定アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図５】第２しきい値ＳＬ2及び第３しきい値ＳＬ3の設定範囲を示す図である。
【図６】図３のメモリの使い方を示す図である。
【図７】図６の変形例である。
【図８】図６の変形例である。
【図９】図８の変形例である。
【図１０】第２の実施の形態のブロック図である。
【図１１】二つの周波数域の模式図である。
【図１２】第２の実施の形態の炎判定アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１３】従来例の概念的な構成図である。
【図１４】炎の燃え方の模式図である。
【図１５】ゆらぎ周波数を求めるためのモデル火炎図である。
【図１６】炎を含む赤外線エネルギー放射体の特性図（時間軸）である。
【図１７】炎を含む赤外線エネルギー放射体の特性図（周波数軸）である。
【符号の説明】
ＳＬａ基準値（一のしきい値）
ＳＬｂ基準値（他のしきい値）
ＳＬ２第２しきい値（一のしきい値）
ＳＬ３第３しきい値（他のしきい値）
１１検知素子
１４最大値抽出部（最大値抽出手段）
１５最小値抽出部（最小値抽出手段）
１６比演算部（演算手段）
１７判定部（判定手段）
３４信号処理部（サンプリング手段）
３５メモリ
４１第１周波数フィルタ（第一抽出手段）
４２第２周波数フィルタ（第二抽出手段）
４９信号処理部（サンプリング手段）
４９ｂ第１判定部（第１判定手段）
４９ｃ第２判定部（第２判定手段）
４９ｄ第３判定部（信号発生手段）[0001]
[Industrial application fields]
The present invention uses a physical phenomenon (heat, smoke, flame) caused by a fire, automatically detects the occurrence of a fire, and emits a fire detection signal to a receiver. It relates to the device.
[0002]
[Prior art]
As a conventional infrared flame detection device (hereinafter simply referred to as “flame detection device”), for example, the one shown in FIG. 13 is known. In FIG. 13, 1 is a sensing element, 2 is a frequency filter, 3 is a comparator, and 4 is a wavelength bandpass filter. In practice, an amplifier for signal amplification is also included, but it is omitted for the sake of simplicity.
[0003]
This conventional flame detection device converts infrared energy in the monitoring area into an electrical signal by the sensing element 1, extracts a “predetermined low frequency component” of the electrical signal by the frequency filter 2, and the low frequency When the component level exceeds the reference level, a fire detection signal is output. Here, the “predetermined low frequency component” is a component including a frequency fc of fluctuation (or flickering) of infrared energy radiated from the flame, and fc is a very low frequency of several Hz or less.
[0004]
FIG. 14 is a schematic view of how a flame burns. In general, the flame is small immediately after ignition, gradually increases, then decreases with the burnout of the combustible material, and finally disappears, but when viewed in a short time, the size of the flame is a certain period. It repeats increasing and decreasing. In other words, as shown in the figure, the flame that burns up grows large by taking in the surrounding oxygen, but it decreases for a moment when the surrounding oxygen decreases, and again grows greatly by receiving oxygen supply from the outside again. It is clear that the repetition cycle (frequency fc) has a property of being in inverse proportion to the size (square root) of a combustible material such as liquid fuel. Has been. For example, according to “Fire Research Report, No. 53, No. 24 (1982)” (by Kunihiro Yamashita), the following equation (1) is shown.
[0005]
fc = k / √L [Hz] (1)
Here, k is a coefficient corresponding to the type of fuel, and L is a value representing the size of the fuel. As shown in FIG. 15, L is a value obtained by multiplying the opening area S (S = D 2) of the specified size square dish 5 containing the liquid fuel 4 by 2.7.
[0006]
Here, S is generally set to S = 0.1 m @ 2 or 0.5 m @ 2 when normal heptane fuel is used as a detection target according to the fire fighting certification standard that defines the performance standards of fire detection devices. It is. When these values are applied to equation (1), fc is about 2.5 Hz under the condition of S = 0.1 m 2, and fc is about 1.8 Hz under the condition of S = 0.5 m 2, so that the configuration of FIG. If the pass frequency of the frequency filter 2 is adjusted to 2.5 Hz, 1.8 Hz, or both, a “flame” due to fire can be detected.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional flame detection device, the flame detection determination is performed based only on the level of the “predetermined low frequency component” including the single frequency fc given by Equation (1). For the following reasons, there is a problem that it may react erroneously to a physical phenomenon unrelated to a fire and is not sufficient in terms of reliability.
[0008]
FIG. 16 is a diagram showing the time variation of infrared energy (output variation on the time axis of infrared energy extracted via a chopper), (a) flame, (b) mercury lamp, and (c) rotating lamp. FIG. The flame is a natural detection target as long as it is a flame detection device, but the mercury lamp is often used for lighting of roads, etc., and the revolving light is used for emergency vehicles, parking lot entrances and road construction warning indications or It is often used for store guidance and the like, and all are examples of infrared energy radiators that are seen daily.
[0009]
In FIG. 16A, the infrared energy of the flame fluctuates in the frequency band including the extremely low frequency fc, and the reason is as described above. On the other hand, as shown in FIG. 16B, the infrared energy of the mercury lamp changes at a constant level (ignoring power fluctuations and noise), and the frequency of the fluctuation is almost 0 Hz (DC only). .
[0010]
On the other hand, as shown in FIG. 16C, the infrared energy of the rotating lamp changes intermittently and is accompanied by obvious periodic fluctuations, and the frequency is synchronized with the rotational speed of the rotating lamp. There are various types of rotating lamps, ranging from rotating one lamp in one direction at a constant speed (about 2 rotations per second) to rotating multiple lamps synchronously or asynchronously. The components vary, but they are the same in that they have periodic properties.
[0011]
Here, when the output fluctuation of the infrared energy of the flame, the mercury lamp and the rotating lamp (for example, the output fluctuation of the infrared energy taken out through the chopper) is observed on the frequency axis, it is as shown in FIG. As in FIG. 16, (a) is a flame, (b) is a mercury lamp, and (c) is a rotating lamp. The horizontal axis is frequency, and the origin is 0 Hz (DC component). Note that, in (a), (b), and (c), the level near the origin is considerably large and does not fit in the graph, so the peak is omitted for convenience of illustration.
[0012]
Now, paying attention to the flame (a) and the mercury lamp (b), the difference between the two is obvious. That is, the flame has a slight level in the frequency range 6 exceeding 0 Hz, while the level in the equivalent frequency range 7 of the mercury lamp is almost zero. Therefore, if the level of both is compared using the frequency fc in the prior art, the flame and the mercury lamp can be distinguished.
[0013]
However, the rotating lamp of (c) is highly similar to the flame of (a) in that it has a slight level in the frequency range 8 exceeding 0 Hz. Therefore, when the levels of “flame”, “mercury lamp”, and “rotating lamp” are compared using the frequency fc in the prior art, the flame and the mercury lamp or the mercury lamp and the rotating lamp can be distinguished, but the flame and the rotating lamp are clearly distinguished. Identification was difficult.
[0014]
This suggests that, for example, when an emergency vehicle with a rotating lamp approaches the place where the conventional flame detection device is installed, there is a possibility that a fire detection signal may be output by mistake. This means that there are technical issues that must be solved by all means in terms of reliability.
[0015]
In order to solve this problem, for example, it is known that the spectral distribution of infrared rays emitted from an infrared emitting object accompanied by a flame has a peak around 4.4 μm due to a phenomenon called CO2 resonance radiation. A band-pass filter that passes a wavelength centered at 4.4 μm and one or a plurality of band-pass filters that pass a wavelength not including the vicinity of 4.4 μm are arranged on the front surface of the detection element, and each band pass There is a configuration in which a fire is determined when the difference in the intensity level of the infrared light that has passed through the filter is a predetermined value or more.
[0016]
However, even with this configuration, although accuracy is improved, it is difficult to completely distinguish between a flame and a rotating lamp, and a narrow band-pass filter is expensive. There is a problem that the price of the entire product becomes high and the product becomes large.
[0017]
In the above description, “mercury lamp” and “rotating lamp” are shown as infrared energy radiators other than the flame, but this is a representative example. That is, the “mercury lamp” is a representative example of a lamp without energy fluctuation, and the “rotary lamp” has a frequency component close to the frequency fc given by the above equation (1), and is representative of a lamp that changes intermittently. It is an example.
[0018]
Therefore, the present invention improves the discrimination performance between flames and other infrared energy radiators, in particular, the discrimination performance between other infrared energy radiators having high similarity to the infrared energy fluctuations of the flames. The purpose is to provide a flame detection device useful for social life that contributes to improving reliability.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  The flame detection device according to claim 1, a sensing element that converts infrared energy into an electrical signal;
  Sampling means for periodically sampling the output signal of the sensing element;
  Predetermined timeAmong a plurality of sampling values output from the sampling meansMaximum value extraction means for extracting the maximum value of the output signal of the sensing element;
  The predetermined timeAmong a plurality of sampling values output from the sampling meansMinimum value extraction means for extracting the minimum value of the output signal of the sensing element;
  Extracted by the maximum value extraction meansMaximum value and, Extracted by the minimum value extraction meansRatio to minimum valueRate valueComputing means for computing
  Of the computing meansRatio valueDetermining means for determining a fire based on
It is provided with.
  The flame detection device according to claim 2 is:A sensing element that converts infrared energy into an electrical signal;
  Sampling means for periodically sampling the output signal of the sensing element;
  Maximum value extraction means for extracting the maximum value of the output signal of the sensing element from a plurality of sampling values output from the sampling means over a predetermined time;
  Minimum value extraction means for extracting the minimum value of the output signal of the sensing element from the plurality of sampling values output from the sampling means over the predetermined time;
  A computing means for computing a ratio value between the maximum value extracted by the maximum value extracting means and the minimum value extracted by the minimum value extracting means;
  First determination means for determining a fire candidate based on the ratio value of the calculation means;
  First extraction means for extracting a signal in a predetermined frequency range including a fluctuation frequency of the infrared energy of the flame from the output signal of the detection element;
  A signal in a predetermined frequency range that does not include the fluctuation frequency of the infrared energy of the flame from the output signal of the detection element and is adjacent to or very close to the high frequency side of the predetermined frequency range extracted by the first extraction means Second extracting means for extracting
  Second determination means for determining a fire candidate based on the output signal extracted by the first extraction means and the output signal extracted by the second extraction means;
  Signal generating means for generating a fire determination signal from two determination results of the first determination means and the second determination means;
HavingIt is characterized by.
  The flame detection device according to claim 3 is a claim.1 orIn the flame detection device according to 2,The determination unit or the first determination unit includes:
  The ratio value between the maximum value and the minimum value of the output signal of the detection element due to the infrared energy of the flame, or the ratio value of the maximum value and the minimum value of the output signal of the detection element due to the infrared energy that is a false alarm factor other than the flame If the ratio value of the calculation means is within the range of the ratio value determined based on the flame determined in advance, it is determined that there is a fire.It is characterized by that.
  The flame detection device according to claim 4 is a claim.3In the described flame detection device,The range of the ratio value determined as the predetermined flame is:
  When the infrared energy radiator is made to intermittently make infrared rays incident on the detection element such as a rotating lamp, and the ratio value range of the computing means and the infrared energy radiator is a flame accompanying a fire A threshold value appropriately set between the ratio value range of the calculation means;
  A range of ratio values of the calculation means when the infrared energy radiator is incident on the detection element such as a mercury lamp at a certain level, and the infrared energy radiator is a flame accompanying a fire. It is set in a range with another threshold value set appropriately between the range of the ratio value of the calculation means.It is characterized by that.
  The flame detection device according to claim 5 is:The flame detection device according to claim 1 or 2, wherein the maximum value extraction means includes:
  Out of the sampling values output by the sampling means over the predetermined time, a plurality of sampling values are extracted from the larger one, and an average value of the extracted sampling values is calculated, thereby outputting the sensing element Extract the maximum value of the signal,
  The minimum value extracting means includes
  Out of the sampling values output by the sampling means over the predetermined time, a plurality of sampling values are extracted from the smaller one, and an average value of the extracted sampling values is calculated, thereby outputting the sensing element Extract the minimum value of the signalIt is characterized by that.
  The flame detection device according to claim 6 is a claim.1 or 2In the described flame detection device,The maximum value extracting means includes
  A maximum value storage means for storing a plurality of sampling values, and if the sampling values sequentially output by the sampling means are larger than the sampling values stored in the maximum value storage means, the output sampling values are By updating the storage of the maximum value storage means by storing in the storage means, and calculating the average value of a plurality of sampling values stored in the maximum value storage means after elapse of a predetermined time, the output of the detection element Extract the maximum value of the signal,
  The minimum value extracting means includes
  Including a minimum value storage means for storing a plurality of sampling values, and when the sampling values sequentially output by the sampling means are smaller than the sampling values stored in the minimum value storage means, the output sampling values are By updating the storage of the minimum value storage means by storing in the storage means, and calculating an average value of a plurality of sampling values stored in the minimum value storage means after the predetermined time has elapsed, Extract the minimum value of the output signalIt is characterized byThe
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as examples applied to an infrared flame detector (hereinafter simply referred to as “flame detector”).
[0021]
<Principle explanation>
FIG. 1 is a conceptual configuration diagram of a flame detection apparatus according to the present embodiment. In this figure, 10 is a wavelength bandpass filter having a pass characteristic in a wavelength region centered on a wavelength of 4.4 μm, for example, having a high peak due to CO2 resonance radiation inherent to the flame, and 11 is an infrared ray that has passed through the wavelength bandpass filter 10. A sensing element for converting the energy 12 into the electrical signal 13 (not particularly limited, for example, using a pyroelectric material), 14 is a maximum value extraction unit for extracting the maximum value Smax of the electrical signal 13 within a predetermined time T (Maximum value extraction means), 15 is a minimum value extraction unit (minimum value extraction means) for extracting the minimum value Smin of the electrical signal 13 within a predetermined time T, and 16 is a ratio F of Smax and Smin within the predetermined time T. (F = Smin / Smax) is a ratio calculation unit (calculation means), and 17 is a ratio F and predetermined reference values SLa and SLb (SLa: one threshold value, SLb: other threshold value). Compare to SLa <F <judging unit to activate a fire detection signal when a SLb is (judgment means).
[0022]
According to this configuration, the infrared energy 12 radiated from the flame is converted into an electric signal 13, and the maximum value Smax and the minimum value Smin within a predetermined time T of the electric signal 13 are extracted, and the maximum value and the minimum value are extracted. The ratio F (= Smin / Smax) is calculated and the fire detection signal is activated when the ratio F is within a predetermined range, that is, larger than one reference value SLa and smaller than another reference value SLb. If the circuit action is obtained and the two reference values SLa and SLb are appropriately set, the discrimination between the flame and the infrared energy radiator other than the flame (mercury lamp or rotating lamp) can be accurately performed under the condition of SLa <F <SLb. It can be carried out.
[0023]
This will be described in detail. FIG. 2 is a diagram in which the profiles of infrared energy on the time axis of a flame, a mercury lamp, and a rotating lamp are superimposed and each profile is shown in FIGS. 16 (a) to (c). ). As mentioned earlier, the infrared energy of mercury lamps stays at a fairly constant level (ignoring noise and power fluctuations), and the infrared energy of rotating lamps must be reflected from the surrounding walls. F) It fluctuates periodically (intermittently) between zero level and a certain level. Therefore, the ratio F between the maximum value Smax and the minimum value Smin of the mercury lamp is extremely low because Smax = Smin, and the ratio F between the maximum value Smax and the minimum value Smin of the rotating lamp is extremely low. Since = 0, it is almost zero.
[0024]
On the other hand, the infrared energy of the flame is the sum of the infrared energy E of the heat source of the flame (which hardly changes) and the infrared energy e of the flame of the flame inside and outside (which fluctuates). When ePP is set to ePP, the maximum value Smax is E + ePP and the minimum value Smin is E. Therefore, the ratio F (= Smin / Smax = E / (E + ePP)) of the maximum value Smax and the minimum value Smin of the flame is at least 1 The value is small and greater than zero.
[0025]
Therefore, if SLa is set to a value slightly larger than 0 and SLb is set to a value slightly smaller than 1, the ratio F between the maximum value Smax and the minimum value Smin of the flame can be positioned between SLa and SLb. The flame can be accurately identified by satisfying the above condition (SLa <F <SLb).
[0026]
In the above description, the ratio F between the maximum value Smax and the minimum value Smin is obtained as Smin / Smax. However, this is only the simplest calculation method. In short, any value that represents the ratio of Smax and Smin or a quantitative ratio thereof may be used. For example, it is obtained by (Smax−Smin) / (Smax + Smin), or is obtained as a percentage or normalized by an arbitrary value. May be. An appropriate method may be selected in consideration of calculation accuracy, identification performance, circuit configuration, and the like.
[0027]
For extraction of Smax and Smin, the maximum value and the minimum value within a predetermined time may be simply obtained. However, since the actual electric signal 13 often changes sharply due to the influence of noise or the like, in practice, the maximum value or the minimum value is determined. It is desirable to take measures to suppress excessive detection by using a method that obtains the maximum and minimum values by averaging multiple local maximums and local minimums, weighting methods, calculation time constants, etc. .
[0028]
<First Embodiment>
FIG. 3 is a block diagram of the first embodiment of the present invention. The flame detection device 20 is configured to open and close at a predetermined cycle (for example, about 32 Hz), and the flame out of the light that has passed through the chopper mechanism 21. An optical wavelength filter 23 that passes a wavelength component corresponding to a wavelength region of infrared energy 22 (for example, a wavelength region centered on 4.4 μm), and the infrared energy that has passed through the optical wavelength filter 23 is converted into an electrical signal 24. A pyroelectric infrared detecting element (hereinafter abbreviated as “detecting element”) 25 to output, an AC amplifying circuit 26 for AC amplifying the electrical signal 24, and a sampling signal 29a output at predetermined intervals in synchronization with the AC amplifying circuit 26. A sample hold circuit 27 that samples the output 26 a, a chopper drive circuit 28 that drives the chopper mechanism 21, and a drive cycle of the chopper mechanism 21 A sampling signal generation circuit 29 for generating a sampling signal 29a, a temperature sensor 30 for detecting the temperature of the detection element 25 or the ambient temperature of the detection element 25, and a temperature for generating a temperature correction signal 31a corresponding to the output 30a of the temperature sensor 30 DC circuit 32 for amplifying the sampling output 27a of the sample hold circuit 27 while taking into account the correction circuit 31 and the temperature correction signal 31a, the output of the DC amplifier circuit 32 (the intensity of the infrared energy 22 incident on the detection element 25, ie, the radiation temperature) A / D converter 33 for A / D converting the signal 32a.
[0029]
The flame detection device 20 is further extracted by a maximum / minimum extraction unit 34a that extracts a maximum value Smax and a minimum value Smin within a predetermined time T of the A / D converted sampling data, and a maximum / minimum extraction unit 34a. A determination unit (first determination unit) 34b that calculates a ratio F (= Smin / Smax) between the maximum value Smax and the minimum value Smin and evaluates the ratio F with a predetermined algorithm to determine the occurrence of flame due to a fire; And a memory 35 for storing sampling data.
[0030]
In the figure, the output 32a of the DC amplifying circuit 32 is A / D converted by the A / D converter 33 and taken into the signal processing unit 34. However, the output 27a of the sample hold circuit 27 is A / D converted. You may make it take in.
[0031]
FIG. 4 is a diagram showing an algorithm of the signal processing unit 34 in FIG. Note that although the algorithm of FIG. 4 is shown in a flowchart, this does not mean only limited application to software processing.
[0032]
In this flowchart, first, the sampling data A / D converted by the A / D converter 33 is stored in the memory 35 for a predetermined time T (S0), and then the passage of the predetermined time T is detected (S1). Then, the maximum value Smax and the minimum value Smin are extracted from the sampling data stored in the memory 35 (S2, S3), and then Smin is compared with the first threshold value SL1 to satisfy “Smin> SL1”. If so, do the following:
[0033]
Here, SL1 is a minimum threshold level for flame detection, and this level is an appropriate level that is slightly lower than the expected minimum value of radiation temperature due to infrared energy radiated from a combustion flame of a scale to be detected, for example. It is.
[0034]
When Smin> SL1 (YES determination in S4), first, a ratio F (= Smin / Smax) of Smax and Smin is calculated (S5), and then the ratio F and the second threshold value (one threshold) are calculated. Value) SL2 is compared (S6), and when “F> SL2”, the ratio F is compared with the third threshold (other threshold) SL3 (S7) and “F <SL3 In the case of "", it is determined that a flame has occurred due to a fire, and the fire detection signal is activated (S8).
[0035]
Here, SL2 is for distinguishing between a flame and a rotating lamp (a rotating lamp is a representative of an infrared energy radiator with intermittent fluctuations), and SL3 is a flame and a mercury lamp (a mercury lamp is an infrared energy radiator that moves at a constant level). The appropriate level is set based on the following facts.
[0036]
FIG. 5 is a diagram showing a setting range of the second threshold value (one threshold value) SL2 and the third threshold value (other threshold value) SL3. As described above, the ratio F (= Smin / Smax) of the maximum value Smax and the minimum value Smin of the sampling data in the case of the rotating lamp is almost zero. The same ratio F of sampling data in the case of a mercury lamp is approximately 1. On the other hand, in the case of flame, the ratio F was in the range of about 0.35 to 0.75 in the normal heptane combustion flame according to the experiments by the present inventors.
[0037]
Therefore, the second threshold value SL2 is set to an appropriate value (for example, 0.3) that is larger than 0 and smaller than 0.35, and the third threshold value SL3 is smaller than 1 and larger than 0.75. By setting to an appropriate value (for example, 0.8), when “F> SL2” is not satisfied, it can be determined that the infrared energy radiator (typically a rotating lamp) is accompanied by intermittent fluctuations. If F <SL3 ”is not satisfied, it can be determined that the infrared energy radiator (typically a mercury lamp) changes at a constant level. After all, only when“ SL2 <F <SL3 ”is satisfied Since it can be determined that there is, it is possible to improve the discrimination performance between flames and other infrared energy emitters, in particular, the discrimination performance between other infrared energy emitters that are highly similar to the infrared energy fluctuation of the flame. Kill.
[0038]
FIG. 6 is a diagram showing how to use the memory 35 of FIG. 3 together with the processing of the signal processing unit 34. In this figure, the memory 35 is provided with N storage areas in which all of the N sampling values within a predetermined time T can be sequentially stored, where N is, for example, T for 2 seconds and the sampling period If 32 Hz, then 2 × 32 = 64. Although it is preferable in terms of accuracy when N is increased when T is lengthened, it leads to a delay in judgment. Needless to say, an appropriate value should be set in consideration of the balance between accuracy and responsiveness.
[0039]
Assuming N = 64, the signal processing unit 34 stores 64 sampling values (Sample 1 to Sample 64) in the memory 35 after the elapse of the predetermined time T or 64 storage operations (S20). The maximum value Smax and the minimum value Smin are extracted from the 64 sampling values (S21), and the ratio F between them (or a value indicating the quantitative ratio between the two) is calculated (S22). Based on this, fire determination is performed by the same algorithm as in steps S6 to S7 in FIG. 4 (S23).
[0040]
FIG. 7 is a modification of FIG. In this example, the signal processing unit 34 has a maximum of m (for convenience, 3) maximum values among the N (for convenience, 64) sampling values (Sample 1 to Sample 64) stored in the memory 35. A value (Smax1 to Smax3) and m (for convenience, 3) minimum values (Smin1 to Smin3) are selected (S21a, S21b), and the average value of each selected value is set to the maximum value Smax and the minimum value, respectively. Extracted as Smin (S21c, S21d). According to this, it is possible to avoid the influence of the instantaneous fluctuation of the sampling value caused by noise or the like and improve the accuracy of the fire determination. In this example, the number of selections (m) of the maximum value and the minimum value is the same, but they may be different. In particular, the number of selections (m) that is susceptible to noise or the like is increased. desirable.
[0041]
FIG. 8 is a modified example of FIG. 6, and is an example devised to reduce the storage capacity of the memory 35. In FIG. 8A, the memory 35 is provided with two storage areas. One is a storage update area for the maximum value Smax (hereinafter referred to as “maximum value storage unit 35a”), and the other is a storage update area for the minimum value Smin (hereinafter referred to as “minimum value storage unit 35b”). It is. In these two storage areas, the maximum value Smax and the minimum value Smin of the N sampling values Sample sequentially input within the predetermined time T are stored while being sequentially updated.
[0042]
FIG. 8B is a diagram conceptually showing the update operation in the signal processing unit 34. A maximum value comparison unit 35c and a minimum value comparison unit 35d are provided on each input side of the maximum value storage unit 35a and the minimum value storage unit 35b, respectively. When Sample> Smax is compared with the storage content (Smax) of the value storage unit 35a, that is, when the sampling value exceeds the storage content, Smax is updated with the Sample at that time, and the minimum value comparison unit 35d Compares the sample input sequentially with the stored content (Smin) of the minimum value storage unit 35b, and when Sample <Smin, that is, when the sampling value falls below the stored content, Smin is updated with the sample at that time. It has a function to do. Therefore, by performing this processing for N sampling values within the predetermined time T, for example, 64 sampling values, as a result, after the predetermined time T has elapsed or after N sampling operations, the maximum value storage unit 35a has The maximum value among the 64 is stored, and the minimum value among the 64 is stored in the minimum value storage unit 35b.
[0043]
In addition, the realization method of the maximum value comparison part 35c and the minimum value comparison part 35d does not ask | require. As long as it has the above functions, it may be configured with hardware or virtually with software.
[0044]
FIG. 9 is a modified example of FIG. 8, and is an example in which the memory 35 is less affected by noise and the like, and the storage capacity of the memory 35 is reduced. The difference from FIG. 8 is that each of the maximum value storage unit 35a and the minimum value storage unit 35b is provided with m storage areas (three for convenience), and N is sequentially input within a predetermined time T. The larger three sampling values (Smax1 to Smax3) and the smaller three (Smin1 to Smin3) are stored while being sequentially updated. However, the relationship between Smax1 to Smax3 in the maximum value storage unit 35a and the relationship between Smin1 to Smin3 in the minimum value storage unit 35b are Smax1 ≧ Smax2 ≧ Smax3 and Smin1 ≦ Smin2 ≦ Smin3, respectively.
[0045]
If the i-th sampling value (Sample_i) is input, this Sample_i is sequentially compared with Smax1 to Smax3 and Smin1 to Smin3. For example, when Sample_i exceeds Smax1, Sample_i is stored in the storage unit of Smax1. Is updated and stored as a new Smax1. When Sample_i is lower than Smin1, Sample_i is updated and stored as new Smin1 in the storage unit of Smin1.
Next, the old Smax1 is moved to the storage unit of Smax2 and updated and stored as the new Smax2, and the old Smax2 is moved to the storage unit of Smax3 and updated and stored as the new Smax3 (reduced update). In addition, the old Smin1 is moved to the storage unit of Smin2 and updated and stored as the new Smin2, and the old Smin2 is moved to the storage unit of Smin3 and updated and stored as the new Smin3 (updated down). In the middle (Smax2And Smax3 or Smin2 and Smin3) perform the same processing.
As a result of the above processing, the larger three of the N sampling values and the smaller three are stored.
[0046]
According to this, after the elapse of the predetermined time T or the completion of the N sampling operations, the memory 35 stores the larger three of the N sampling values sequentially input within the predetermined time T (Smax1). ~ Smax3) and the smaller three (Smin1 to Smin3) are stored, so as in FIG. 7, the average value of Smax1 to Smax3 is obtained as the maximum value Smax, and Smin1 to Smin3 An average value may be obtained and set as the minimum value Smin, a value representing the ratio F between them or a quantitative ratio between the two may be calculated, and fire determination may be performed based on the calculation result.
[0047]
<Second Embodiment>
FIG. 10 is a block diagram of the flame detection device 40 according to the second embodiment of the present invention, and the same components as those in the first embodiment (FIG. 3) are denoted by the same reference numerals. .
[0048]
The difference from the first embodiment is that a predetermined frequency range fCL1 to fCH1 (centered on a frequency corresponding to the fluctuation frequency (initial frequency fc) of the infrared energy of the flame from the electric signal 24 output from the sensing element 25 (center frequency). Hereinafter, a first frequency filter (first extraction means) 41 for extracting a signal 41a in the first frequency band A), a predetermined frequency band fCL2 on the high frequency side adjacent to the first frequency band A from the electric signal 24. A point having a second frequency filter (second extraction means) 42 for extracting a signal 42a of .about.fCH2 (hereinafter referred to as second frequency band B), and AC amplifying circuits 43 and 44 for amplifying these two signals 41a and 42a. A sample holding circuit 45, 46 for sampling the signals 43a, 44a after AC amplification in synchronization with a predetermined sampling signal 29a; The output 45a, 46a of the singing circuit 45, 46 has a DC amplifying circuit 47, 48 which amplifies the DC by adding the temperature correction signal 31a, and the output 32a, 47a, 48a of the DC amplifying circuit 32, 47, 48 Is a signal processing unit 49 that makes a fire determination based on signals A / D converted by the A / D converters 32b, 47b, and 48b.
[0049]
Here, the signal processing unit 49 is extracted by a maximum / minimum extraction unit 49a and a maximum / minimum extraction unit 49a that extract the maximum value Smax and the minimum value Smin within a predetermined time T of the output of the A / D converter 32b. A first determination unit (first determination means) 49b that calculates the ratio F of Smax and Smin (= Smin / Smax) and evaluates the ratio F with a predetermined algorithm to determine the occurrence of a flame due to a fire, A / A second determination unit (second determination unit) 49c that evaluates the outputs of the D converters 47b and 48b to determine the occurrence of a flame due to a fire, the determination result of the first determination unit 49b, and the determination of the second determination unit 49c A third determination unit (signal generation means) 49d that comprehensively evaluates the result and generates a fire detection signal is provided.
[0050]
The signal after the detection element 25 may be amplified, A / D converted, and taken into a signal processing device such as an MPU, and all processing including frequency analysis may be performed by this signal processing device.
[0051]
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the signal intensity and the frequency obtained by observing infrared energy from the combustion flame. The vertical axis represents the level of the passing signal, and the horizontal axis represents the frequency. In FIG. 11, the hatching near the origin of the frequency axis represents the signal in the first frequency range A that has passed through the first frequency filter 41, and the hatching on the right side thereof represents the second signal that has passed through the second frequency filter 42. A signal in two frequency ranges B is shown. The first frequency range A is, for example, 0.5 Hz to 8.0 Hz, and the second frequency range B is, for example, 8.5 Hz to 16.0 Hz. This frequency range can be changed to correspond to the environment.
[0052]
In the figure, the first frequency range A and the second frequency range B are discontinuous, but they can be continuous or partially overlapped. Further, the second frequency range B is not limited to one frequency range, and may be a plurality of frequency ranges. What is important is that the first frequency range A includes the fluctuation frequency of the infrared energy of the flame (the initial frequency fc) and the second frequency range B does not include the same frequency (fc). is there.
[0053]
The second determination unit 49c is a part that performs fire determination based on the signal of the first frequency band A and the signal of the second frequency band B. The preferable determination algorithm is in the range of reference numeral 51 in FIG. Shown as enclosed. Incidentally, the range surrounded by the reference numeral 52 is the same determination algorithm as in the first example, and in this embodiment, when this determination result is a possibility of a flame due to a fire (in the case of YES determination in S7) As a fire candidate, True (true value) is set in the flag (FLG1) as a fire candidate (S8). Otherwise, False (false value) is set in the flag (FLG1) (S9). Although the algorithm of FIG. 12 is shown in a flowchart, this does not mean only limited application to software processing.
[0054]
In FIG. 12, WH represents a signal level integrated value in the second frequency region B on the high frequency side, and WL represents a signal level integrated value in the first frequency region A on the low frequency side. The average value is not limited to the integral value. In short, it is sufficient if the signal level energy sum is obtained by removing noise components in each frequency range.
[0055]
In this flowchart, first, it is determined whether WH exceeds a predetermined threshold value SLH (S10). Here, the level of SLH is higher than the WH of the flame, and other infrared energy radiators that change in the infrared energy in the same manner as the flame and change intermittently, for example, the WH of the “rotating lamp” at the beginning. Lower than the appropriate level.
Therefore, if the determination is YES in S10, it can be seen that the other infrared energy radiator, such as the “rotating light” at the beginning, has a change in infrared energy as in the case of a flame and changes intermittently. If it is not a fire, the flow ends.
[0056]
On the other hand, when the determination is NO in S10, for example, it is clear that it is not the “rotating light” at the beginning, but it is “flame” or other infrared energy radiator having no infrared energy fluctuation, for example, Since it is not possible to identify whether it is a “mercury lamp” at the beginning, it is determined whether or not WL exceeds a predetermined threshold value SLL in order to identify this (S11). Here, the level of SLL is an appropriate level lower than the WL of flame.
[0057]
Therefore, if the determination is NO in S11, it can be seen that this is another infrared energy radiator having infrared energy of only a direct current component, for example, the “mercury lamp” at the beginning. However, if YES is determined in S11, an infrared energy radiator having a WL exceeding SLL in addition to the direct current component, that is, “flame”, and there is a possibility of a flame due to a fire. True (true value) is set in the flag (FLG2) (S12).
[0058]
If the determination result in S10 is YES or the determination result in S11 is NO, the flag (FLG2) is set to False (false value) (S13).
[0059]
The contents of the flag (FLG2) are comprehensively evaluated together with the contents of the flag (FLG1) indicating the result of the flame determination based on the same algorithm as in the first embodiment (S14). That is, in S14, three levels of fire detection levels are judged from the four combinations of FLG1 and FLG2: fire occurrence (level A), possibility of fire occurrence (level B), and non-fire (level C). Therefore, an appropriate process according to the fire detection level is performed (S15). Thereby, the reliability improvement of the flame detection accompanying a fire is aimed at compared with 1st Embodiment.
[0060]
As described above, according to the present embodiment, flame detection is performed based on the ratio F (= Smin / Smax) of the maximum value Smax and the minimum value Smin of the radiation temperature of the infrared energy radiator, and the fluctuation of the infrared energy of the flame is detected. A signal component (WL) in the first frequency range A centered on a frequency corresponding to the frequency (the frequency fc at the beginning) and a signal component in the second frequency range B on the high frequency side adjacent to the first frequency range A ( WH) is extracted, fire is judged based on these two signal components (WL, WH), and these two judgment results are comprehensively evaluated to make a fire judgment. It can improve reliability and can output fire detection signals according to the situation from clear fire detection (level A) to just-in-time fire detection (level B) and non-fire (level C). Top Kana fire alarm processing can be executed.
[0061]
【The invention's effect】
According to the present invention, the maximum value and the minimum value within a predetermined time of the output signal of the detection element that converts infrared energy into an electrical signal are extracted, and the ratio between the maximum value and the minimum value or the quantitative ratio is calculated. Since the fire is determined based on the value, it is possible to identify a flame, a rotating lamp, and a mercury lamp in which a tendency peculiar to the calculated value appears. Therefore, it is possible to avoid misidentifying other infrared energy radiators and flames similar to flames, and to improve the accuracy of flame detection by avoiding false alarms.
Further, the maximum value and the minimum value within a predetermined time of the output signal of the detection element that converts infrared energy into an electrical signal are extracted, and the ratio between the maximum value and the minimum value or the calculated value representing the quantitative ratio is used. A fire is determined, and a signal in a predetermined frequency range including the fluctuation frequency of the infrared energy of the flame from the output signal of the detection element, and a frequency higher than the predetermined frequency range does not include the fluctuation frequency of the infrared energy of the flame. Extracting signals of other predetermined frequency bands that are adjacent or very close to each other, making a fire determination based on the two extracted signals, and these two determination resultsFrom fire judgment signalThis can improve the reliability of fire determination.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle configuration diagram of an embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing superimposed infrared energy profiles on a time axis of a flame, a mercury lamp, and a rotating lamp.
FIG. 3 is a block diagram of the first embodiment.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a flame determination algorithm according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a setting range of a second threshold value SL2 and a third threshold value SL3.
6 is a diagram showing how to use the memory of FIG. 3;
7 is a modification of FIG.
FIG. 8 is a modification of FIG.
FIG. 9 is a modification of FIG.
FIG. 10 is a block diagram of a second embodiment.
FIG. 11 is a schematic diagram of two frequency ranges.
FIG. 12 is a flowchart illustrating a flame determination algorithm according to the second embodiment.
FIG. 13 is a conceptual configuration diagram of a conventional example.
FIG. 14 is a schematic view of how a flame burns.
FIG. 15 is a model flame diagram for obtaining a fluctuation frequency.
FIG. 16 is a characteristic diagram (time axis) of an infrared energy radiator including a flame.
FIG. 17 is a characteristic diagram (frequency axis) of an infrared energy radiator including a flame.
[Explanation of symbols]
SLa reference value (one threshold)
SLb reference value (other threshold)
SL2 second threshold (one threshold)
SL3 3rd threshold (other threshold)
11 Sensing element
14 Maximum value extraction unit (maximum value extraction means)
15 Minimum value extraction unit (minimum value extraction means)
16 Ratio calculation part (calculation means)
17 Determination part (determination means)
34 Signal processor (sampling means)
35 memory
41 1st frequency filter (1st extraction means)
42 Second frequency filter (second extraction means)
49 Signal processor (sampling means)
49b 1st determination part (1st determination means)
49c 2nd determination part (2nd determination means)
49d 3rd determination part (signal generation means)

Claims

A sensing element that converts infrared energy into an electrical signal;
Sampling means for periodically sampling the output signal of the sensing element;
Maximum value extraction means for extracting the maximum value of the output signal of the sensing element from a plurality of sampling values output from the sampling means over a predetermined time; and
Minimum value extraction means for extracting the minimum value of the output signal of the sensing element from the plurality of sampling values output from the sampling means over the predetermined time;
Calculating means for calculating the maximum value extracted by the maximum value extracting means, a ratio rate value and the minimum value extracted by the minimum value extraction means,
Determining means for determining a fire based on the ratio value of the calculating means;
A flame detection apparatus comprising:

A sensing element that converts infrared energy into an electrical signal;
Sampling means for periodically sampling the output signal of the sensing element;
Maximum value extraction means for extracting the maximum value of the output signal of the sensing element from a plurality of sampling values output from the sampling means over a predetermined time; and
Minimum value extraction means for extracting the minimum value of the output signal of the sensing element from the plurality of sampling values output from the sampling means over the predetermined time;
Calculating means for calculating the maximum value extracted by the maximum value extracting means, a ratio rate value and the minimum value extracted by the minimum value extraction means,
First determination means for determining a fire candidate based on the ratio value of the calculation means;
First extraction means for extracting a signal in a predetermined frequency range including a fluctuation frequency of the infrared energy of the flame from the output signal of the detection element;
A signal in a predetermined frequency range that does not include the fluctuation frequency of the infrared energy of the flame from the output signal of the detection element and is adjacent to or very close to the high frequency side of the predetermined frequency range extracted by the first extraction means Second extracting means for extracting
An output signal extracted by said first extraction means, a second determination means for determining a fire candidates on the basis of the output signal extracted by said second extraction means,
Signal generating means for generating a fire determination signal from two determination results of the first determination means and the second determination means;
A flame detection apparatus comprising:

The determination unit or the first determination unit includes:
The ratio value between the maximum value and the minimum value of the output signal of the detection element due to the infrared energy of the flame, or the ratio value of the maximum value and the minimum value of the output signal of the detection element due to the infrared energy that is a false alarm factor other than the flame If the ratio value of the calculation means is within the range of the ratio value determined based on the flame determined in advance, it is determined as fire, and if there is no ratio value of the calculation means within the range, it is determined as non-fire. The flame detection apparatus according to claim 1 or 2, wherein

The range of the ratio value determined as the predetermined flame is:
When the infrared energy radiator is made to intermittently make infrared rays incident on the detection element such as a rotating lamp, and the ratio value range of the computing means and the infrared energy radiator is a flame accompanying a fire A threshold value appropriately set between the ratio value range of the calculation means;
A range of ratio values of the calculation means when the infrared energy radiator is incident on the detection element such as a mercury lamp at a certain level, and the infrared energy radiator is a flame accompanying a fire. 4. The flame detection device according to claim 3 , wherein the flame detection device is set in a range with another threshold value appropriately set between the ratio value range of the calculation means.

The maximum value extracting means includes
Out of the sampling values output by the sampling means over the predetermined time, a plurality of sampling values are extracted from the larger one, and an average value of the extracted sampling values is calculated, thereby outputting the sensing element Extract the maximum value of the signal,
The minimum value extracting means includes
Out of the sampling values output by the sampling means over the predetermined time, a plurality of sampling values are extracted from the smaller one, and an average value of the extracted sampling values is calculated, thereby outputting the sensing element The flame detection device according to claim 1 , wherein a minimum value of the signal is extracted .

The maximum value extracting means includes
A maximum value storage means for storing a plurality of sampling values, and if the sampling values sequentially output by the sampling means are larger than the sampling values stored in the maximum value storage means, the output sampling values are By updating the storage of the maximum value storage means by storing in the storage means, and calculating the average value of a plurality of sampling values stored in the maximum value storage means after elapse of a predetermined time, the output of the detection element Extract the maximum value of the signal,
The minimum value extracting means includes
Including a minimum value storage means for storing a plurality of sampling values, and when the sampling values sequentially output by the sampling means are smaller than the sampling values stored in the minimum value storage means, the output sampling values are By updating the storage of the minimum value storage means by storing in the storage means, and calculating an average value of a plurality of sampling values stored in the minimum value storage means after the predetermined time has elapsed, flame detection apparatus according to claim 1, wherein extracting the minimum value of the output signal.