JP4584676B2

JP4584676B2 - 炎感知器

Info

Publication number: JP4584676B2
Application number: JP2004319258A
Authority: JP
Inventors: 貴俊山岸; 英聖森田
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2024-11-02
Also published as: JP2006133862A

Description

本発明は炎感知器に関し、特に炎感知の検出精度を向上させた炎感知器に関するものである。

従来の炎感知器は、赤外線センサ（焦電センサ）の出力を増幅し、増幅した出力をＭＰＵで構成された炎判別手段に取り込み、炎判別手段で炎感知を行うようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
図５は一例としての従来の炎感知器のセンサ出力を整流する回路図である。
従来の炎感知器のセンサ出力を整流する回路は、赤外線センサ（図示省略）の出力がコンデンサ１０１、抵抗１０２、１０３、１０５、ＦＥＴ１０４からなるソースフォロワに入力され、ダイオード１０６にによりダイオード検波されて整流されていた。このとき、ＦＥＴ１０４のＶgsとダイオード１０６のＶFが相殺されて、バイアス点が補償される。
このように炎感知器の赤外線センサの出力の波形の上側を検出するのが一般的である。
特許第３２１０５５４号公報（第８頁、図１６）

従来の炎感知器で、赤外線センサの出力を増幅する場合に、図５に示す回路構成によって上側半波を得るようにしたときに、赤外線センサの出力が小さいと、ＦＥＴとダイオードとの特性の違いや部品ごとのバラツキがあるため、それらによって得られる出力波形に電圧誤差が生じ、それが正確な火災判別の妨げとなるという問題点があった。
特に、複数の赤外線センサの出力間の比に基づいて火災判別を行う多波長検出方式では、出力が小さいと電圧誤差が無視できず、両者の比率が正確に算出できないため、検出感度を上げることができないという問題点があった。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので、赤外線センサのセンサ出力を増幅して整流した信号が基準電圧に対して正確に得られるようにして高精度な火災判別を行うことができる炎感知器を提供することを目的とする。

本発明に係る炎感知器は、赤外線センサと、該赤外線センサの出力信号を増幅する増幅手段と、該増幅手段で増幅された出力信号を用いて火災判別を行う判別手段とを備えた炎感知器において、前記判別手段はその電源電圧を基準電位として、上下に振幅する出力信号の下側半波を用いて火災判別するようにしたものである。

本発明は以上説明したように、赤外線センサの出力信号を増幅手段が増幅し、該増幅手段で増幅された出力信号を用いて火災判断を行う判別手段に入力する場合に、判別手段はその電源電圧を基準電位として、上下に振幅する出力信号の下側半波を用いて火災判別するようにしたので、判別手段の電源電圧を基準として正確に整流されることとなり、出力信号の検出精度が向上し、高精度な火災判別を行うことができるという効果がある。

図１は本発明に係る実施の形態１の炎感知器の構成を示すブロック図、図２は同炎感知器のＭＰＵの内部構成を示すブロック図、図３は同炎感知器の主赤外線センサの出力信号をＭＰＵに取り込むまでの具体的な構成を示す回路図、図４は炎の分光特性を示すグラフである。
図１に示す炎感知器は、内部に焦電体、高抵抗、ＦＥＴが組み込まれて構成された焦電素子からなる主赤外線センサ１を備えており、この主赤外線センサ１は炎を検出するためのＣＯ2共鳴放射に関する赤外線を受光し、電気信号に変換して増幅部４に出力する。
増幅器２及びそれに後続する周波数フィルタ３によって増幅部４が構成されており、増幅器４で増幅された信号は、下側整流器５により下側整流されてＭＰＵ６に入力される。

また、この炎感知器は主赤外線センサ１と同様の構成の副赤外線センサ１１を備えており、この副赤外線センサ１１は、主赤外線センサ１とは異なる波長帯域の赤外線を受光して電気信号に変換して増幅部１４に出力する。
増幅器１２及びそれに後続する周波数フィルタ１３によって増幅部１４が構成されており、増幅器１４で増幅された信号は、下側整流器１５により下側整流されてＭＰＵ６に入力される。

ＭＰＵ６は、図２に示すように、Ａ／Ｄ変換器２１、ＣＰＵ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４、タイマ２５及びＩ／Ｏ（入出力）回路２６を備えており、下側整流器５、１５の出力をＡ／Ｄ変換器２１を介して取り込んで、後述のように炎が発生しているかどうかを検出し、炎判別する。
ＭＰＵ６のタイマ２５は、Ａ／Ｄ変換器２１を介して出力を取り込むサンプリング間隔を設定する。

また、ＭＰＵ６はＩ／Ｏ回路２６を介して火災信号発生部３１と接続されている。火災信号発生部３１は、ＭＰＵ６が炎を検出したと判別したときに、ＭＰＵ６からの検出信号を受信して火災信号を出力するためのものである。
３２は電源部で、各部に電源を供給する。３３は電源部３２に所定の直流電圧を供給する電源兼信号線、３４は電源部３２及び電源兼信号線３３に設けられ、電源供給されていることを監視する回線電圧監視部で、火災の場合に電源兼信号線３３の回線電圧が異常でないことを確認してＭＰＵ６に検出信号の出力動作を行わせるようにしている。

次に、本発明の実施の形態１に係る炎感知器の主赤外線センサの出力信号をＭＰＵに取り込むまでの具体的な構成について図３に基づいて説明する。
図３において、主赤外線センサ１の出力を増幅する増幅器２はオペアンプで構成され、炎のゆらぎ成分を通過させる周波数フィルタ３は抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１からなる低い周波数帯域をカットするハイパスフィルタ３ａと、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２からなる高い周波数帯域をカットするローパスフィルタ３ｂとからなる。

その増幅器２はコンデンサ８を介して下側整流器５に接続されている。その下側整流器５はオペアンプ５ａと、ダイオード５ｂ及び抵抗５ｃと、コンデンサ８との間に設けられた抵抗５ｄとで構成されている。
そのオペアンプ５ａに増幅器２の出力が入力され、またオペアンプ５ａにはＭＰＵ６に供給される電源電圧が基準電位として入力されて、信号の基準電位はＭＰＵ６の電源電圧とされている。

そして、オペアンプ５ａの帰還経路には、ダイオード５ｂが配置されているため、基準電位の上側はほぼクリップされて高い電圧とはならず、オペアンプ５ａは下側を出力し、ＭＰＵ６のＡ／Ｄ変換器２１に入力される。
このＭＰＵ６のＡ／Ｄ変換器２１の分解能は、供給される電源電圧から０Ｖまでの間を分割することとなり、下側整流器５からの出力は電源電圧を基準電圧としており、下側波の変換のときに、分解能を十分に利用して正確にＡＤ変換できることになる。なお、Ａ／Ｄ変換器２１への入力は、下側整流器５において、基準電位の上側がほぼクリップされるので、高電圧によるＭＰＵ６の破壊は発生しない。

電源部３２は第１の定電圧ＩＣ３２ａと第２の定電圧ＩＣ３２ａとで構成され、その電源部３２には図示しない火災受信機からの電源兼信号線３３が接続されている。
また、主赤外線センサ１と直列に基準電位発生素子であるツエナーダイオード８が接続されている。
なお、基準電位を発生させる基準電位発生素子としてツエナーダイオード８を用いているが、ツエナーダイオード８の代わりにシャントレギュレータを用いることもできる。

また、図３は炎感知器の主赤外線センサの出力信号をＭＰＵに取り込むまでの具体的な構成を示すが、図１に示す副赤外線センサ１１にも図３に増幅部４及び下側整流器５と同様に増幅部１４及び下側整流器１５が設けられている。
なお、主赤外線センサ１側と相違するのは、副赤外線センサ１１側では焦電体の赤外線検出波長がＣＯ2共鳴放射の波長帯域より少しずれた波長帯域（例えば、５．０μｍ）の信号を出力するように構成されている点である。

次に、図４に示す炎感知器の主赤外線センサ１側と副赤外線センサ１１側の分光特性に基づいて火災と判別することができる理由について説明する。
図４のグラフにおいて、横軸に波長をとり、縦軸に強度をとると、高温物体から放出されるいわゆる黒体放射による光は実線で示すように連続分布となるのに対し、炎から放射される赤外線には、いわゆるＣＯ2共鳴放射により、点線で示すように特定の波長（例えば、例えば、４．４μｍ）で赤外線強度が増大する。

火災における炎からのピーク波長を主赤外線センサ１側で検出し、そのピークを外した熱放射による波長を副赤外線センサ１１側で検出し、両者のセンサ出力の比に基づいて（例えば３：１のとき）火災と判別するものである。
このような２つのセンサの出力信号を対比するときに、ＭＰＵ６が両出力信号を正確に取り込むことで、高精度な火災判別を行える。わずかな誤差でも出力の比としては大きな違いとなる。

次に、本発明に係る実施の形態１の炎感知器の動作について説明する。
主赤外線センサ１と副赤外線センサ１１のセンサ出力は、増幅部４、１４で各々増幅された後に、下側整流器５、１５によりそれぞれ下側整流されてＭＰＵ６に入力される。
ＭＰＵ６のＣＰＵ２２では、タイマ２５に設定されたサンプリング時間が到来すると、Ａ／Ｄ変換器２１によりＡ／Ｄ変換された主・副赤外線センサ１、１１に基づく下側波の信号をサンプリングする。
次に、ＣＰＵ２２は、波形データを作成するための処理を行って波形データを作成し、ＲＡＭ２４に格納する。
こうしてＲＡＭ２４への波形データの格納が完了する毎に、ＣＰＵ２２は炎かどうかを波形データに基づいて判断する。

以上のように本実施の形態１によれば、主・副赤外線センサ１、１１から交流成分のセンサ出力を増幅器２、１２で増幅した後、それらの信号について下側整流器５、１５により整流し、火災判別部であるＭＰＵ２２の電源電圧を基準電位として信号（下側波）をＭＰＵ２２に入力するようにしたので、上側の電圧はＭＰＵ２２の基準電圧付近でクリップされ、下側の電圧が正確に整流されることとなり、高精度な火災判別を行うことができるという効果がある。

上記実施の形態１では、主・副赤外線センサ１、１１のセンサ出力についてそれぞれＭＰＵ６に入力し、火災判別を行うようにしているが、主赤外線センサ１側のセンサ出力だけをＭＰＵ６に入力するようにしても火災判別の閾値を設けることによって火災判別を行うことができることはいうまでもなく、逆に多数のセンサを利用できることも勿論である。

本発明に係る実施の形態１の炎感知器の構成を示すブロック図。同炎感知器のＭＰＵの内部構成を示すブロック図。同炎感知器の主赤外線センサの出力信号をＭＰＵに取り込むまでの具体的な構成を示す回路図。炎の分光特性を示すグラフである。従来の炎感知器のセンサ出力を半波整流する回路図。

符号の説明

１主赤外線センサ、２増幅器、３周波数フィルタ、４増幅部、５下側整流器、６ＭＰＵ（火災判別部）、１１副赤外線センサ、１２増幅器、１３周波数フィルタ、１４増幅部、１５下側整流器。

Claims

赤外線センサと、該赤外線センサの出力信号を増幅する増幅手段と、該増幅手段で増幅された出力信号を用いて火災判別を行う判別手段とを備えた炎感知器において、
前記判別手段はその電源電圧を基準電位として、上下に振幅する出力信号の下側半波を用いて火災判別することを特徴とする炎感知器。
前記判別手段は前記増幅手段で増幅された出力信号を半波整流する整流器を備え、
前記整流器は、オペアンプと、該オペアンプに設けられたダイオードとを有し、前記オペアンプの動作基準電位を前記判別手段としてのＭＰＵの電源電圧としたことを特徴とする請求項１記載の炎感知器。
前記赤外線センサは主赤外線センサと副赤外線センサとを有し、
前記判別手段は、各センサの出力信号についてそれぞれ基準電位から下側半波を用いて火災判別を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の炎感知器。