JP4393906B2

JP4393906B2 - 炎感知器

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Publication number: JP4393906B2
Application number: JP2004103893A
Authority: JP
Inventors: 貴俊山岸; 主久中野
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005291777A

Description

本発明は、炎感知器に関し、特に、その増幅部の出力信号が飽和レベル以上となったときの処理に関する。

従来の炎感知器としては、例えば増幅部を最適な感度ゲインに切り換え制御して、そのときの主波長センサ及び副波長センサの出力信号を増幅した増幅出力信号に基づいて、炎判別する２波長式炎感知器が提案されている（例えば特許文献１の第２の実施形態）。この炎判別処理としては、増幅部を最適な感度ゲインに切り換え制御した状態において、（１）主波長センサの増幅出力信号ＢＡの積分値が、所定のしきい値以上を検出した場合に、（２）主波長センサの増幅出力信号ＢＡの積分値と、副波長センサの増幅出力信号ＢＢの積分値の相対比を算出し、算出した相対比が所定のしきい値以上を検出した場合に、（３）主波長センサの増幅出力信号ＢＡの所定時間のサンプリングデータに基づいて周波数解析を行い、炎特有のゆらぎ周波数の特徴を検出した場合に炎有りと判定する（特許文献１の［００７５］）、というものであった。
特開２００１−３５６０４７号公報

従来の炎感知器は、増幅部を最低感度ゲインに切り換え制御したときに、主波長センサの増幅出力信号が飽和レベル以上となってしまった場合には、前記相対比を正確に算出できず、そのため、正確に炎判別処理が行えないという問題点がある。また、上記（３）の周波数解析は演算処理量が多いため、マイクロプロセッサに対する負荷が過大になるという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、第１の目的は増幅部を最低感度ゲインに切り換え制御したときに、主波長センサの増幅出力信号が飽和レベル以上となってしまった場合においても、正確に炎判別処理が行えるようにした炎感知器を提供すること、第２の目的は演算処理量を少なくして負荷を軽減させた炎感知器を提供することにある。

本発明に係る炎感知器は、ＣＯ₂共鳴放射の波長帯域の赤外線を受光して電気信号に変換して出力する第１赤外線センサと、該第１赤外線センサからの出力信号を所定の感度ゲインにより増幅して出力する第１増幅部と、前記ＣＯ₂共鳴放射の波長帯域近傍の赤外線を受光して電気信号に変換して出力する第２赤外線センサと、該第２赤外線センサからの出力信号を所定の感度ゲインにより増幅して出力する第２増幅部と、前記第１増幅部及び第２増幅部からの増幅出力信号をサンプリングするサンプリング手段と、該サンプリング手段によりサンプリングされた前記第１増幅部からの増幅出力信号の飽和状態を検出する飽和状態検出手段と、前記第１増幅部及び第２増幅部の所定の感度ゲインをそれぞれ複数段階に切換制御し、前記飽和状態検出手段が前記飽和状態を検出した場合に、前記第１増幅部及び第２増幅部の所定の感度ゲインを連動して低感度側の最適な感度ゲインに切換制御する感度ゲイン切換制御手段と、前記最適な感度ゲインに切換制御された状態において、前記サンプリング手段によりサンプリングされた前記第１増幅器及び第２増幅部からの増幅出力信号に基づいて、所定の炎判定処理を行う炎判定手段と、を備えた炎感知器において、前記感度ゲイン切換制御手段が、前記第１増幅部及び第２増幅部を最低感度ゲインに切換制御した状態で、前記飽和状態検出手段が、前記第１増幅部からの増幅出力信号の飽和状態を検出した場合には、前記炎判定手段は、前記所定の炎判定処理とは異なる炎判定処理として、前記第１増幅部からの増幅出力信号の波形データの周期が炎の揺らぎ周波数に相当する範囲内であるか否かによる炎判定を少なくとも行うものであり、前記サンプリング手段によりサンプリングされた前記第１増幅部からの増幅出力信号が取り込みレベル以上となったときから、該取り込みレベル未満となる前までにサンプリングされた前記第１増幅部及び第２増幅部からの１群の増幅出力信号をそれぞれの半波形データとして記憶する記憶手段を備える。
前記炎判定手段は、前記所定の炎判定処理として、前記記憶手段に記憶された前記第１増幅部及び前記第２増幅部における半波形データの積分値の相対比による炎判定を少なくとも行い、前記所定の炎判定処理とは異なる炎判定処理として、前記相対比による炎判定を行わずに、前記記憶手段に記憶された前記第１増幅部における複数の半波形データを用いて、所定時間内の前記複数の半波形データにおける増幅出力信号のサンプリング個数のそれぞれが炎の揺らぎ周波数に相当する範囲内でばらついていることにより、炎が発生していると判別する、炎判定を少なくとも行う。

本発明に係る炎感知器は、ＣＯ₂共鳴放射の波長帯域の赤外線を受光して電気信号に変換して出力する第１赤外線センサ、及び前記ＣＯ₂共鳴放射の波長帯域近傍の赤外線を受光して電気信号に変換して出力する第２赤外線センサからなる１対のセンサと、該１対のセンサの出力信号をそれぞれ増幅して、複数段階の感度ゲインにおける増幅出力信号をそれぞれ出力可能な第１増幅器群及び第２増幅器群からなる１対の増幅器群と、前記１対の増幅器群からの増幅出力信号をサンプリングするサンプリング手段と、該サンプリング手段によりサンプリングされた前記第１増幅器群からの複数段階の感度ゲインにおける増幅出力信号の飽和状態をそれぞれ検出する飽和状態検出手段と、該１対の増幅器群からの複数段階の感度ゲインにおける増幅出力信号のうち、同一段階の増幅出力信号同士に基づいて、所定の炎判定処理を行う炎判定手段と、を備えた炎感知器において、前記飽和状態検出手段が、前記第１赤外線センサ側の最低感度ゲインにおける増幅出力信号の飽和状態を検出した場合には、前記炎判定手段は、前記所定の炎判定処理とは異なる炎判定処理として、前記第１増幅器群からの増幅出力信号の波形データの周期が炎の揺らぎ周波数に相当する範囲内であるか否かによる炎判定を少なくとも行うものであり、前記サンプリング手段によりサンプリングされた前記第１増幅器群からの増幅出力信号が取り込みレベル以上となったときから、該取り込みレベル未満となる前までにサンプリングされた前記第１増幅器群及び第２増幅器群からの１群の増幅出力信号をそれぞれの半波形データとして記憶する記憶手段を備える。
前記炎判定手段は、前記所定の炎判定処理として、前記記憶手段に記憶された前記第１増幅器群及び前記第２増幅器群における半波形データの積分値の相対比による炎判定を少なくとも行い、前記所定の炎判定処理とは異なる炎判定処理として、前記相対比による炎判定を行わずに、前記記憶手段に記憶された前記第１増幅部における複数の半波形データを用いて、所定時間内の前記複数の半波形データにおける増幅出力信号のサンプリング個数のそれぞれが炎の揺らぎ周波数に相当する範囲内でばらついていることにより、炎が発生していると判別する、炎判定を少なくとも行う。

本発明によれば、増幅部を最適な感度ゲインに切り換え制御する２波長式炎感知器において、増幅部を最低感度ゲインに切り換え制御したときに、第１赤外線センサ（主波長センサ）の増幅出力信号が飽和レベル以上となってしまった場合でも（前記した相対比が正確に算出できなくても）、第１赤外線センサ（主波長センサ）の半波形データの周期が炎の揺らぎ周波数の範囲内かを判別すれば、正確に炎判別できる。また、第１赤外線センサ（主波長センサ）の半波形データの周期として、そのサンプリング個数を用いるだけなので、簡単な演算処理で済む。なお、時系列の出力波形データが飽和により波形が歪んで正確に得られなくなるため、正確な周波数解析の結果が得られない従来の問題点に対して、正確な結果を得ることが可能である。ここで、取り込みレベルはゼロレベル付近を避けたレベルであり、ノイズによる半波形データを取り込みにくいので、信頼性がよい。なお、飽和状態検出手段が飽和状態を検出するためのレベルとして、飽和状態に近いレベルとしてもよく、これに感度ゲイン切換制御手段の感度切換が連動するようにしてもよい。

また、本発明によれば、複数段階の増幅を行う増幅部群を備えた２波長式炎感知器においても、前記した増幅部を最適な感度ゲインに切り換え制御する２波長式炎感知器と同様の効果を得ることができる。

実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係る炎感知器の構成を示すブロック図である。なお、この炎感知器は例えば建物の室内、船舶等の移動体の室内等の風速の小さな箇所に配置されるものとする。この炎感知器は、光学波長フィルタ１１及び焦電センサ１２からなる赤外線センサ１３を備えており、この赤外線センサ１３はＣＯ₂共鳴放射の波長帯域（例えば４．５μｍ）の赤外線を受光して電気信号に変換して増幅器１４に出力する。この増幅器１４及びそれに後続するバンドパスフィルタ１５は増幅部１６を構成しており、増幅器１４で増幅された信号はバンドパスフィルタ１５でフィルタ処理されて、後述のように、炎のゆらぎ成分の周波数帯域の信号が出力される。バンドパスフィルタ１５の出力は半波整流器１７により半波整流されてマイクロプロセッサ３０に入力する。また、この炎感知器は、光学波長フィルタ２１及び焦電センサ２２からなる赤外線センサ２３を備えており、この赤外線センサ２３はＣＯ₂共鳴放射の波長帯域に隣接した帯域（例えば５．０μｍ）の赤外線を受光して電気信号に変換して増幅器２４に出力する。この増幅器２４及びそれに後続するバンドパスフィルタ２５は増幅部２６を構成しており、増幅器２４で増幅された信号はバンドパスフィルタ２５でフィルタ処理されて炎のゆらぎ成分の周波数帯域の信号が出力される。バンドパスフィルタ２５の出力は半波整流器２７により半波整流されてマイクロプロセッサ３０に入力する。なお、増幅器１４，２４はその感度ゲインが複数段階に切替可能に構成されているものとする。

マイクロプロセッサ３０は、Ａ／Ｄ変換器３１、ＣＰＵ３２、ＲＡＭ３３、ＲＯＭ３４、タイマ３５、低速クロック３６、高速クロック３７及びＩ／Ｏ（入出力）回路３８を備えており、半波整流器１７，２７の出力をＡ／Ｄ変換器３１を介して取り込んで、後述のような各種の演算処理を行って炎が発生しているかどうかを検出し、炎判別する。マイクロプロセッサ３０の高速クロック３７は、後述のように、初期設定をするときと、サンプリング処理をするときにそれぞれオン制御される。マイクロプロセッサ３０は、Ｉ／Ｏ回路３８を介して感度設定部４１、火災信号発生部４２及びゲイン切替器４３と接続されている。感度設定部４１は増幅器１４及び２４のゲインの初期値を設定するためのものであり、火災信号発生部４２は、ＣＰＵ３２が炎判別したときに、その検出信号を受信して火災信号を発生して出力するためのものである。また、ゲイン切替器４３はＣＰＵ３２の制御指令に従って増幅器１４及び２４のゲインを連動して切り替えるための処理をする。

なお、図１の赤外線センサ１３は本発明の第１赤外線センサに、増幅部１６は本発明の第１増幅部に、赤外線センサ２３は本発明の第２赤外線センサに、増幅部２６は本発明の第２増幅部に、ゲイン切替器４３は本発明の感度ゲイン切換制御手段に、ＲＡＭ３３は本発明の記憶手段にそれぞれ相当する。また、ＣＰＵ３２は本願発明のサンプリング手段、飽和状態検出手段及び炎判定手段を構成している。また、後述の波形データセットは本発明の半波形データに相当する。

次に、図１の炎感知器の増幅部１６，２６の周波数特性について説明する。
図２は本実施形態１の増幅部１６のゲインと従来の増幅部のゲインとの対比を示した特性図である。従来の増幅部は周波数に対して幅広なゲイン特性を有し、また、その中心周波数が概ね６Ｈｚ〜８Ｈｚに設定されているが、本実施形態の増幅部１６はその配置箇所が室内に特化されているので、そのゲイン特性は周波数に対して幅狭なゲイン特性となっており、また、その中心周波数が２Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲に設定されている。以下、このようなゲイン特性にした理由を説明する。

図３（ａ）（ｂ）は室内での炎のパワースペクトル（焦電センサにより得られたゆらぎスペクトル）を示した特性図であり、同図（ａ）は７ｃｍの火皿の例であり、同図（ｂ）は０．１ｍ²（直径３３ｃｍ）の例である。これらの特性から比較的低い周波数においてピーク値（最大値）が現れることが分かる。

図４は炎の大きさとピーク値（最大値）が現れる周波数（ゆらぎピーク周波数）との関係を示した特性である。ゆらぎピーク周波数は、７ｃｍの火皿から２ｍ位までの火皿はその直径の１／２乗に反比例する。したがって、本実施形態１においては、増幅部１６，２６の周波数帯の中心周波数が２Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲に設定されている。具体的には、バンドパスフィルタ１５，２５のフィルタ特性の中心周波数を２Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲に設定することにより実現している。

図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、火皿燃焼時のパワースペクトル、増幅部１６のゲイン特性及び増幅部１６の出力を示した特性図である。同図（ａ）に示されるように、火皿燃焼時のパワースペクトルのピーク値は周波数０Ｈｚ付近及び２．５Ｈｚ付近にそれぞれ現れるが、同図（ｂ）に示されるようなゲイン特性の増幅部１６により増幅することにより、同図（ｃ）に示されるような特性が得られる。即ち、２．５Ｈｚ付近にピーク値のあるデータが得られる。なお、増幅部２６のゲイン特性は上記の増幅部１６のゲイン特性と同一である。

図６は増幅部１６の出力波形を示したタイミングチャートである。赤外線センサ１３，２３の出力は、上述のように、増幅部１６，２６によりそれぞれ増幅された後に、半波整流器１７，２７により半波整流されてマイクロプロセッサ３０に入力される。図６において、増幅部１６の出力波形は上側が負電圧側であり、半波整流器１７により負電圧側が整流されており、取り込みレベルよりも負電圧側のデータＤＡがＡ／Ｄ変換され、サンプリングされてデータＤＡとして取り込まれる。そして、取り込みレベルよりも負電圧側になり、次に取り込みレベルよりも正電圧側になる直前の１群のデータＤＡを波形データセットＨＤＡとする。例えばデータＤＡ１〜ＤＡ７、ＤＡ８〜ＤＡ１４をそれぞれ波形データセットＨＤＡ１、ＨＤＡ２とする。また、図示しないが、増幅部２６の出力波形も、半波整流器２７により負電圧側が整流されており、負電圧側のデータＤＢがＡ／Ｄ変換され、サンプリングされてデータＤＢとして取り込まれる。そして、各波形データセットＨＤＡ（例えば、ＨＤＡ１、ＨＤＡ２）に対応する同時刻の各１群のデータＤＢ（例えば、データＤＢ１〜ＤＢ７、ＤＢ８〜ＤＢ１４）を各波形データセットＨＤＢ（例えば、ＨＤＢ１、ＨＤＢ２）とする。この各波形データセットＨＤＡ及びＨＤＢをそれぞれデータの単位として後述のように、炎判別のためのデータとして用いる。

図７及び図８はＣＰＵ３２による演算処理（データの取込・炎判別）の過程を示したフローチャートである。まず、ＣＰＵ３２は電源投入時に高速クロック３７をオンし（Ｓ１１）、各種の初期設定を行う（Ｓ１２）。初期設定の内容としては、マイクロプロセッサ３０の入出力ポートの設定、レジスタの初期化、ＲＡＭ３３のクリアなどである。初期設定が終わると、高速クロック３７をオフにし（Ｓ１３）、タイマ３５にサンプリング時間（時間間隔）を設定する（Ｓ１４）。次に、ＣＰＵ３２は低速クロック３６をオンにし（Ｓ１５）、タイマ３５に設定されたサンプリングの時間が到来するのを待機する（Ｓ１６）。タイマ３５に設定されたサンプリング時間が到来すると、高速クロック３７をオンにするとともに、Ａ／Ｄ変換器３１の電源をオンにする（Ｓ１７）。これにより、Ａ／Ｄ変換器３１は半波整流器１７，２７により半波整流されて入力してきた信号をＡ／Ｄ変換し、ＣＰＵ３２はＡ／Ｄ変換器３１によりＡ／Ｄ変換された信号（データＤＡ，ＤＢ）をサンプリングして取り込んでＲＡＭ３３に格納する（Ｓ１８）。このとき、ＣＰＵ３２は高速クロック３７に基づいて処理をするので、サンプリングして取り込んでＲＡＭ３３に格納するまでの処理は短時間に終わる。次に、ＣＰＵ３２は、高速クロック３７をオフにするとともにＡ／Ｄ変換器３１の電源をオフにする（Ｓ１９）。即ち、サンプリングが終了した後は低速クロック３６によるクロックによって処理をすることになる。

ＣＰＵ３２は半波整流器１７から取り込んだデータＤＡが飽和しているかどうかを判断する（Ｓ２０）。ここで、半波整流器１７からの入力電圧が負電圧側を整流したものであるので、データＤＡが第１の所定のレベル（飽和レベル）以下であるかどうかに基づいて判断することになる。データＤＡが飽和していると判断した場合には、増幅器１４のゲインが下げられるかどうかを判断する（Ｓ２１）。前記の判断（Ｓ２１）において、増幅器１４のゲインが下げられないという判断したときには、最低感度ゲインにおいてデータＤＡ（レベル）が飽和しているとして、ＲＡＭ３３のフラグ（飽和）をセットする（Ｓ２２）。また、増幅器１４のゲインが下げられるという判断したとき、即ち、増幅器１４（２４）のゲインが最低感度ゲインにまだ設定されていない場合には、ゲイン切替器４３に制御指令を送って増幅器１４，２４のゲインを１段階下げさせる（Ｓ２３）。そして、そのデータＤＡは上記のように飽和しているので、そのデータＤＡが含まれる波形データセットＨＤＡ及びこの波形データセットＨＤＡに対応する同時刻の波形データセットＨＤＢを破棄する（Ｓ２４）。

次に、ＣＰＵ３２は、そのデータＤＡが取り込みレベルにあるかどうかを判断する（Ｓ２５）。ここでは、データＤＡが負電圧側を整流したものであるので、図６の取り込みレベル以下であるかどうかに基づいて判断することになる。ＣＰＵ３２は、そのデータＤＡが取り込みレベル以下ではないと判断すると、前回のサンプリングのデータＤＡが取り込み可能なレベルであったかどうかを判断し（Ｓ２６）、前回も取り込み可能なレベルでないという判断をしたときには、次のサンプリング処理に移行するために、上記の処理（Ｓ１６）に移行する。

ＣＰＵ３２は、前回は取り込み可能なレベルであったという判断をしたときには、このデータＤＡ及びＤＢの段階で、波形データセットＨＤＡ及びＨＤＢは完了する（Ｓ２７）。図６の例では、例えばデータＤＡ７を取得した後のデータＤＡを取得したときの処理がこれに該当する。なお、フラグ（飽和）のセット状態のときには、この波形データセットＨＤＡに対してフラグ（飽和）のセット状態が記憶される。そして、その波形データセットＨＤＡ（例えばＨＤＡ１）が例えば第２の所定のレベルを超えているかどうかを判断する（Ｓ２８）。即ち、ここではデータＤＡが負電圧側に整流したものであるので、第２の所定のレベルより正電圧側の値になっているかどうかを判断し、正電圧側の値になっている場合には、次に、増幅器１４（２４）のゲインがまだ上げられるかどうかを判断し（Ｓ２９）、ゲインがまだ上られる状態の場合にはゲインを例えば１段階上げさせる（Ｓ３０）。

また、上記の判断（Ｓ２５）において、データＤＡが取り込みレベル以下であると判断された場合には、次に、このデータＤＡが波形の途中であるかどうかを判断する（Ｓ３１）。波形の途中であるという判断をした場合には、そのデータＤＡ及びＤＢを波形データセットＨＤＡ及びＨＤＢに追記（追記記憶）する（Ｓ３２）。図６の例では、例えばデータＤＡ１を所得した後にＤＡ２を所得したときが該当する。そして、次のサンプリング処理に移行するために、上記の処理（Ｓ１６）に移行する。上記の判断（Ｓ３１）において、波形の途中でないという判断をした場合には、新しい波形データセットＨＤＡ及びＨＤＢを作成する（Ｓ３３）。図６の例では、例えばデータＤＡ１、ＤＡ８を所得したときが該当する。そして、ＲＡＭ３３に記憶された波形データセットＨＤＡ及びＨＤＢの数が所定数を超えている場合には、一番古い波形データセットＨＤＡ及びＨＤＢを破棄し、判断対象となる波形データセットＨＤＡ及びＨＤＢの数を一定にする（Ｓ３４）。そして、次のサンプリング処理に移行するために、上記の処理（Ｓ１６）に移行する。

ＣＰＵ３２は、上記の処理（Ｓ２８）〜（Ｓ３０）が終了すると、つまり、波形データセットＨＤＡ及びＨＤＢの取り込みが完了する度に、炎が発生したかどうか、即ち火災が発生したかどうかを波形データセット（ＨＤＡ１、ＨＤＡ２、…及びＨＤＢ１、ＨＤＢ２…）に基づいて判断する（Ｓ３５）。火災が起きていないという判断をしたときには上記の処理（Ｓ１６）に移行する。なお、このときに、ＲＡＭ３３のフラグ（飽和）のセットを解除する。また、火災が起きたという判断をしたときには、火災信号をＩ／Ｏ回路３８を介して火災信号発生部４２に出力することになる（Ｓ３６）。

ＣＰＵ３２は、火災が起きたかどうかを波形データセット（ＨＤＡ１、ＨＤＡ２、…及びＨＤＢ１、ＨＤＢ２…）に基づいて判断するが（Ｓ３５）、このときには例えば次のような判断処理を行う。
（１）ＣＰＵ３２は、上記のフラグ（飽和）がセットされてない（データＤＡが飽和していない）場合には、ＲＡＭ３３に記憶された同時刻における増幅部１６及び増幅部２６における波形データセットＨＤＡ及びＨＤＢに対して、以下の（ａ）〜（ｃ）に示す複数の炎判定条件による炎判定を行って、複数の炎判定条件を満たした場合に炎が発生したと判定する。
（ａ）増幅部１６の波形データセットＨＤＡの積分値が第１の所定のしきい値以上。なお、波形データセットＨＤＡの積分値とは、例えば、波形データセットＨＤＡ１においては、この波形データセットＨＤＡ１を構成するデータＤＡ１〜ＤＡ７の加算値である。
（ｂ）増幅部１６及び増幅部２６における波形データセットＨＤＡ及びＨＤＢの積分値の相対比が第２の所定のきい値以上。なお、波形データセットＨＤＡ及びＨＤＢの積分値の相対比とは、例えば、波形データセットＨＤＡ１及びＨＤＢ１においては、この波形データセットＨＤＡ１を構成するデータＤＡ１〜ＤＡ７の加算値と、この波形データセットＨＤＢ１を構成するデータＤＢ１〜ＤＢ７の加算値との比である。
（ｃ）増幅部１６における波形データセットＨＤＡのサンプリング個数が炎の揺らぎ周波数に相当する範囲内である。
（２）ＣＰＵ３２は、上記のフラグ（飽和）がセットされている（データＤＡが飽和している）場合には、ＲＡＭ３３に記憶された増幅部１６の波形データセットＨＤＡを用いて、その周期が炎の揺らぎ周波数に相当する範囲内であるか否かによって炎判定を行う。なお、波形データセットＨＤＡの周期の算出には波形データセットＨＤＡのサンプリング個数が用いられる。

以上のように本実施形態１によれば、増幅部１６，２６が選択的に増幅する周波数帯域の中心周波数を２Ｈｚ〜５Ｈｚの範囲に設定したので、室内等の環境での炎のゆらぎ周波数に対応したものとなっており、炎感知器のＳ／Ｎが従来のものに比べて向上しており、また、振動による加速度は周波数の２乗に比例して大きくなるが、中心周波数を従来の６〜８Ｈｚから２Ｈｚ〜５Ｈｚにしたので、振動の影響を効果的に排除でき、特に、炎感知器を船舶等の移動体の室内に配置した場合の効果は顕著である。

また、ＣＰＵ３２は増幅部１６及び２６を最低感度ゲインに切り換え制御したときに、その出力が飽和してしまった場合でも（前記した相対比が正確に算出できなくても）、波形データセットＨＤＡの周期が炎の揺らぎ周波数の範囲内にあるかどうかに基づいて判別しているので、正確に炎判別できる。また、増幅部１６の波形データセットＨＤＡの周期を算出するのに、そのサンプリング個数を用いるだけなので、簡単な演算処理で済む。なお、従来の問題点、即ち炎特有のゆらぎ周波数の特徴を検出するために出力波形データの周波数解析を行う場合に、時系列の出力波形データが飽和により波形が歪んで正確に得られなくなるため、正確な周波数解析の結果が得られないという問題点に対して、本実施形態１によれば正確な結果を得ることが可能である。

また、本実施形態１においては、上記した（ａ）〜（ｃ）に示される複数の炎判定条件による炎判定を行うので、高精度に炎判別できる。また、複数の炎判定条件を満たす波形データセットＨＤＡ及びＨＤＢが例えば所定時間Ｔ（図６）内に所定数以上ある場合に、炎が発生していると判別するようにすれば、炎判別がより高精度にできる。またこのときに、前記複数の炎判定条件を満たす波形データセットＨＤＡのサンプリング個数のそれぞれが炎の揺らぎ周波数に相当する範囲内でばらついていることにより、炎が発生していると判別することで、回転灯などの周期性誤報源と炎とを識別可能となる。

また、本実施形態１においては、マイクロプロセッサ３０は、クロック供給源として、低速クロック３６と高速クロック３７とを備え、Ａ／Ｄ変換動作時においては高速クロック３７を用い、炎検出処理動作においては低速クロック３６を用いるようにしている。Ａ／Ｄ変換器３１はそのＡ／Ｄ変換動作を行うときには、内蔵されている基準抵抗に流れる電流が大きいため消費電力が大きく、そのため、早急に終了させれば消費電力が低減できるので、本実施形態１においては、Ａ／Ｄ変換動作時においては高速クロック３７を用い、Ａ／Ｄ変換動作を短時間で終了させるようにしており、低消費電力化を可能にしている。なお、マイクロプロセッサ３０の消費電力はクロック周波数が高くなるにつれて増加するが、その増加分は、Ａ／Ｄ変換器３１の消費電力に比べれば、些細なものであり、高速クロック３７を用いない場合と比べて消費電力を低減できる。また、炎検出処理動作においては低速クロック３６を用いることで、マイクロプロセッサ３０の消費電力を増加させないようにしている。したがって、上記のように消費電力が低減するので、システム当たりの接続台数を多くすることができる。

また、本実施形態１においては、マイクロプロセッサ３０は、電源投入時には高速クロック３７を用いて初期設定を行うようにしており、通常システムに決められているピーク電流許容時間内でイニシャル処理を終了することができるので、イニシャル処理時の信号線のピーク電流を火災信号として火災受信機側で誤検出するおそれがなくなっている。

実施形態２．
図９は本発明の実施形態２に係る炎感知器の構成を示したブロック図である。この炎感知器は、図１の増幅器１４及び２４がそれそれ複数の直列に接続された増幅器１４ａ〜１４ｃ及び増幅器２４ａ〜２４ｃからそれぞれ構成されている。

マイクロプロセッサ３０は、増幅器１４ａ〜１４ｃ及び増幅器２４ａ〜２４ｃの出力を全て取り込んで、上述の実施形態１と同様な処理をしており、例えば増幅器１４ａの出力が飽和状態になっていない場合には、上記の実施形態１の例と同様にして処理される。なお、増幅器１４ａ〜１４ｃの出力と増幅器２４ａ〜２４ｃの出力とを対比する場合には同一段階の増幅器同士の値を対比することになる。また、増幅器１４ａの出力が飽和状態になった場合には上述の実施形態１と同様に、増幅器１４ａの波形データセットＨＤＡを用いて、その周期が炎の揺らぎ周波数に相当する範囲内であるか否かによって炎判定を行う。この場合においても、波形データセットＨＤＡの周期の算出には波形データセットＨＤＡのサンプリング個数が用いられる。

本実施形態２においては、増幅器を複数個直列に接続して構成したので、ゲインの異なるデータＤＡ及びＤＢを同時に取り込むことが可能になっており、炎の動きは確率的であり、ゆらぎにも変動があるが、その変動に迅速に対応できる。

実施形態３．
なお、上述の実施形態２においては増幅器を３個直列に配置した例について説明したが、その個数を複数個であれば任意である。また、ゲインの異なる増幅器を複数並列に配置してもよい。また、炎の判別方法についても上記の例に限定されるものではなく、赤外線センサ１３及び／又は２３の出力を用いて適宜判断すればよい。また、図６において、半波整流器１７，２７により負電圧側を整流した例について説明したが、正電圧側を整流してもよい。

本発明の実施形態１に係る炎感知器の構成を示すブロック図である。本実施形態１の増幅部のゲインと従来の増幅部のゲインとの対比を示した特性図である。室内での炎のパワースペクトル（焦電センサにより得られたゆらぎスペクトル）を示した特性図である。炎の大きさとピーク値（最大値）が現れる周波数（ゆらぎピーク周波数）との関係を示した特性図である。火皿燃焼時のパワースペクトル、増幅部のゲイン特性及び増幅部の出力を示した特性図である。増幅部の出力波形を示したタイミングチャートである。ＣＰＵによる演算処理の過程を示したフローチャート（その１）である。ＣＰＵによる演算処理の過程を示したフローチャート（その２）である。本発明の実施形態２に係る炎感知器の構成を示したブロック図である。

符号の説明

１３赤外線センサ、１４増幅器、１５バンドパスフィルタ、１６増幅部、１７半波整流器、２３赤外線センサ、２４増幅器、２５バンドパスフィルタ、２６増幅部、３０マイクロプロセッサ、３１Ａ／Ｄ変換器、３６低速クロック、３７高速クロック、３８Ｉ／Ｏ回路、４１感度設定部、４２火災信号発生部、４３ゲイン切替器。

Claims

ＣＯ₂共鳴放射の波長帯域の赤外線を受光して電気信号に変換して出力する第１赤外線センサと、
該第１赤外線センサからの出力信号を所定の感度ゲインにより増幅して出力する第１増幅部と、
前記ＣＯ₂共鳴放射の波長帯域近傍の赤外線を受光して電気信号に変換して出力する第２赤外線センサと、
該第２赤外線センサからの出力信号を所定の感度ゲインにより増幅して出力する第２増幅部と、
前記第１増幅部及び第２増幅部からの増幅出力信号をサンプリングするサンプリング手段と、
該サンプリング手段によりサンプリングされた前記第１増幅部からの増幅出力信号の飽和状態を検出する飽和状態検出手段と、
前記第１増幅部及び第２増幅部の所定の感度ゲインをそれぞれ複数段階に切換制御し、前記飽和状態検出手段が前記飽和状態を検出した場合に、前記第１増幅部及び第２増幅部の所定の感度ゲインを連動して低感度側の最適な感度ゲインに切換制御する感度ゲイン切換制御手段と、
前記最適な感度ゲインに切換制御された状態において、前記サンプリング手段によりサンプリングされた前記第１増幅器及び第２増幅部からの増幅出力信号に基づいて、所定の炎判定処理を行う炎判定手段と、
を備えた炎感知器において、
前記感度ゲイン切換制御手段が、前記第１増幅部及び第２増幅部を最低感度ゲインに切換制御した状態で、前記飽和状態検出手段が、前記第１増幅部からの増幅出力信号の飽和状態を検出した場合には、前記炎判定手段は、前記所定の炎判定処理とは異なる炎判定処理として、前記第１増幅部からの増幅出力信号の波形データの周期が炎の揺らぎ周波数に相当する範囲内であるか否かによる炎判定を少なくとも行うものであり、
前記サンプリング手段によりサンプリングされた前記第１増幅部からの増幅出力信号が取り込みレベル以上となったときから、該取り込みレベル未満となる前までにサンプリングされた前記第１増幅部及び第２増幅部からの１群の増幅出力信号をそれぞれの半波形データとして記憶する記憶手段を備え、
前記炎判定手段は、
前記所定の炎判定処理として、前記記憶手段に記憶された前記第１増幅部及び前記第２増幅部における半波形データの積分値の相対比による炎判定を少なくとも行い、
前記所定の炎判定処理とは異なる炎判定処理として、前記相対比による炎判定を行わずに、前記記憶手段に記憶された前記第１増幅部における複数の半波形データを用いて、所定時間内の前記複数の半波形データにおける増幅出力信号のサンプリング個数のそれぞれが炎の揺らぎ周波数に相当する範囲内でばらついていることにより、炎が発生していると判別する、炎判定を少なくとも行うことを特徴とする炎感知器。
ＣＯ₂共鳴放射の波長帯域の赤外線を受光して電気信号に変換して出力する第１赤外線センサ、及び前記ＣＯ₂共鳴放射の波長帯域近傍の赤外線を受光して電気信号に変換して出力する第２赤外線センサからなる１対のセンサと、
該１対のセンサの出力信号をそれぞれ増幅して、複数段階の感度ゲインにおける増幅出力信号をそれぞれ出力可能な第１増幅器群及び第２増幅器群からなる１対の増幅器群と、
前記１対の増幅器群からの増幅出力信号をサンプリングするサンプリング手段と、
該サンプリング手段によりサンプリングされた前記第１増幅器群からの複数段階の感度ゲインにおける増幅出力信号の飽和状態をそれぞれ検出する飽和状態検出手段と、
該１対の増幅器群からの複数段階の感度ゲインにおける増幅出力信号のうち、同一段階の増幅出力信号同士に基づいて、所定の炎判定処理を行う炎判定手段と、
を備えた炎感知器において、
前記飽和状態検出手段が、前記第１赤外線センサ側の最低感度ゲインにおける増幅出力信号の飽和状態を検出した場合には、前記炎判定手段は、前記所定の炎判定処理とは異なる炎判定処理として、前記第１増幅器群からの増幅出力信号の波形データの周期が炎の揺らぎ周波数に相当する範囲内であるか否かによる炎判定を少なくとも行うものであり、
前記サンプリング手段によりサンプリングされた前記第１増幅器群からの増幅出力信号が取り込みレベル以上となったときから、該取り込みレベル未満となる前までにサンプリングされた前記第１増幅器群及び第２増幅器群からの１群の増幅出力信号をそれぞれの半波形データとして記憶する記憶手段を備え、
前記炎判定手段は、
前記所定の炎判定処理として、前記記憶手段に記憶された前記第１増幅器群及び前記第２増幅器群における半波形データの積分値の相対比による炎判定を少なくとも行い、
前記所定の炎判定処理とは異なる炎判定処理として、前記相対比による炎判定を行わずに、前記記憶手段に記憶された前記第１増幅部における複数の半波形データを用いて、所定時間内の前記複数の半波形データにおける増幅出力信号のサンプリング個数のそれぞれが炎の揺らぎ周波数に相当する範囲内でばらついていることにより、炎が発生していると判別する、炎判定を少なくとも行うことを特徴とする炎感知器。