JP4920671B2 - 炎検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、有炎燃焼時のＣＯ_２共鳴により発生する赤外線放射を検出して、炎の有無を判定する炎検出装置に関する。

従来、有炎燃焼により発生する赤外線放射を検出して、炎の有無を検出する炎検出装置にあっては、炎と炎以外の赤外線放射体との識別を行うため、有炎燃焼時に発生するＣＯ_２の共鳴放射による波長帯域を含む複数の波長帯域における放射線強度を検出して、それら複数の波長帯域における検出値の相対比により炎の有無を検出する２波長式、３波長式等の炎検出装置や炎検出方法がよく知られている。

ここで、従来技術における２波長式、及び、３波長式の炎検出装置について、簡単に説明する。
図１５は、燃焼炎と、その他の代表的な放射体の放射線スペクトルを示す概念図であり、横軸は放射線の波長、縦軸は放射線の相対強度を示す。
図１５に示すように、燃焼炎（スペクトル特性１ａ、１ｂ）においては、ＣＯ_２の共鳴放射により４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域に放射線相対強度のピークがあり、また、このピーク波長の近傍に存在する特徴的な波長としては、例えば、短波長側の３．８μｍ付近に、放射線相対強度が低い波長帯域が存在する。

なお、ＣＯ_２の共鳴放射により、４．３μｍ帯に赤外線の放射強度のピークがあることが知られている。しかしながら、実際に測定した場合にあっては、４．４〜４．５μｍ付近に放射強度のピークが現れることが経験的に示されている。したがって、以下では、特に断らない限り、ＣＯ_２共鳴放射帯とは、４．４〜４．５μｍ帯を指すものとする。

したがって、上述した２波長式の炎検出装置にあっては、４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域と、３．８μｍ付近の波長帯域における各々の放射エネルギーを狭帯域の光学波長バンドパスフィルタにより選択透過（通過）させて、受光素子により該放射エネルギーを検出して対応する電気信号に変換し、それぞれの検出出力の相対比をとり、所定のしきい値と比較することにより炎と判定する。これにより、炎以外の赤外線放射体、例えば、太陽光（６０００°Ｃ）等の高温放射体（スペクトル特性２）や、３００°Ｃ程度の比較的低温の放射体（スペクトル特性３）、人体などの低温放射体（スペクトル特性４）等との識別が可能となる。

また、上述した２波長に加え、ＣＯ_２の共鳴放射帯である４．４〜４．５μｍ帯の長波長側の、例えば、５．１μｍ付近の波長帯域における放射エネルギーを、上記２波長式と同様の手法で検出し、これらの３波長帯域における検出出力の相対比によって炎の有無を判定する３波長式の炎検出装置も知られており、このような炎検出方法により、炎と炎以外の赤外線放射体との識別性能をさらに向上させることができる。
このような複数波長方式の炎検出装置は、例えば、特許文献１、特許文献２等に記載されている。

特公昭５５−３３１１９号公報 特公昭５９−３４２５２号公報

しかしながら、上述した従来技術においては、以下に示すような問題を有していた。
（１）有炎燃焼時に発生するＣＯ_２の共鳴放射による波長帯域（４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域）を含む、複数の波長帯域における放射線の強度を検出するにあたって、一般に、光学式のバンドパスフィルタが使用されているが、これらの光学式バンドパスフィルタは、いずれも狭帯域バンドパスフィルタで構成されていたため、その製品価格が極めて高価であり、その結果、炎検出装置のコストアップを招くという問題を有していた。

また、炎検出の精度を向上させるために、上述した３波長式の炎検出装置のように、検出波長帯域数を更に増やした場合には、狭帯域バンドパスフィルタをさらに追加して使用しなければならず、炎検出装置の大幅なコストアップを招いていた。さらに、この場合、各々異なる通過波長帯域を有する狭帯域バンドパスフィルタを受光素子の前面に配置したセンサモジュールを、個別に備える必要があるため、炎検出装置の装置規模が大型化するという問題を有していた。

（２）また、４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域と、それよりも比較的短波長側、例えば、３．８μｍ付近の波長帯域における、それぞれの放射線相対強度の、例えば、相対比により炎を判定する２波長式の炎検出装置にあっては、炎以外の比較的低温側の赤外線放射体（例えば、図１５において、スペクトル特性３を示す比較的低温の放射体）等に対して、条件によっては、炎と誤識別する可能性があり、その識別性能が必ずしも十分ではなかった。

このような問題は、４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域と３．８μｍ付近の波長帯域における放射線相対強度の相対比が、炎の燃焼状態により大きく変動することに起因する。すなわち、図１５に示すように、比較的青い炎（完全燃焼に近い炎）が示すスペクトル特性１ａと、比較的赤い炎（不完全燃焼の度合いが大きい）が示すスペクトル特性１ｂにおいて、４．４〜４．５μｍ付近を含む長波長側では、炎の燃焼状態に関係なく放射線の相対強度は、ほぼ安定して略同等の傾向を示すのに対して、４．４〜４．５μｍ帯の短波長側、例えば、３．８μｍ付近の帯域では、炎の燃焼状態に応じて放射線の相対強度は、大きく変動する傾向を示す。

具体的には、３．８μｍ付近の波長帯域では、比較的赤い炎のスペクトル特性１ｂは、比較的青い炎のスペクトル特性１ａに比較して、放射線の相対強度が極めて大きく、４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域と３．８μｍ付近の波長帯域における放射線相対強度の相対比は、比較的赤い炎のスペクトル特性１ｂの場合、きわめて小さい値（すなわち、３．８μｍ付近の放射線相対強度を基準として、４．４〜４．５μｍ付近の放射線相対強度の相対比が、例えば、２程度）になり、比較的青い炎のスペクトル特性１ａの場合（すなわち、３．８μｍ付近の放射線相対強度を基準として、４．４〜４．５μｍ付近の放射線相対強度の相対比が、例えば、１０程度）に比較して、概ね５分の１以下となる。

そして、火災時等に発生する一般的な炎は比較的赤い炎であることから、炎以外の赤外線放射体の識別を行うために設定される、４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域と３．８μｍ付近の波長帯域における放射線相対強度の相対比に対するしきい値と、比較的赤い炎のスペクトル特性１ｂにおける相対比との間の差異が微小（しきい値との大小関係が微妙）となり、比較的低温の赤外線放射体との識別が困難になるという問題を有していた。

（３）炎検出装置は、一般に広い区域、例えば、トンネル内やビルの吹き抜け部など高天井を有する建物内などで発生する火災を監視するために適用されることが多いため、一台の炎検出装置における検出感度は、例えば、前方最遠で２０ｍ以上離れた区域を監視できるように高い検出感度に設定されている。そして、このような高い検出感度に設定されていることにより、火災監視区域内の、炎検出装置に比較的近距離の範囲を人体等の低温放射体が通過したような場合であっても、４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域に無視できない程の出力が現れることが、出願人の各種実験の結果、明らかとなっている。

また同様に、火災監視区域内の、炎検出装置に比較的近距離の範囲を車両が通過した場合にも、４．４〜４．５μｍ付近の帯域に無視できない程の出力が現れることが、出願人の各種実験の結果、明らかになっている。この車両通過時の４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域と３．８μｍ付近の波長帯域における放射線相対強度の相対比は、比較的低温側、例えば、図１５のスペクトル特性“３”の場合に近いものであることが実験によって明らかになっている。

このような人体や車両の通過時に、３．８μｍ付近の波長帯域で検出される放射線相対強度は、４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域の放射線相対強度よりも、比較的小さくなることから、４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域と３．８μｍ付近の波長帯域における放射線相対強度の相対比に基づいて、炎を識別する手法では、上記（２）の問題点において説明したように、比較的低温側の放射に対してしきい値の設定が微妙であるため、炎との識別が困難となり、誤検出を起こす可能性があった。

このような問題を解決するためには、４．４〜４．５μｍ帯の長波長側の、例えば、５．１μｍ付近の波長帯域を加え、３つの波長帯域の放射エネルギーを検出し、これらの検出出力の相対比によって炎の有無を判定する３波長式を採用する方法があるが、この場合、上記（１）の問題点が顕在化するという問題を有していた。

（４）また、一般に、トンネル用の炎検出装置等にあっては、検出性能の確認等を行うために、受光素子の直近に配置した試験ランプを点滅させ、擬似火炎光として受光素子に照射し、検出性能試験を行う方式が採用されている。ここで、直近の試験ランプ（ハロゲン球など）からの赤外線放射は、例えば、図１６に示すような放射スペクトル特性を有している。すなわち、試験ランプからの赤外線放射は、４．４〜４．５μｍ帯と３．８μｍ帯の放射線相対強度の相対比の点で、図１５に示したような有炎燃焼のスペクトル特性１a、１ｂとは全く異質のスペクトル特性を有しているため、４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域と３・８μｍ付近の波長帯域における放射線相対強度の相対比に基づいて、炎を判定（識別）する２波長式の炎検出装置にあっては、厳密な検出性能試験を行うことが困難であるという問題を有していた。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑み、簡易かつ安価な構成を用いつつ、ノイズ成分を少なくして炎と炎以外の放射線源との高い識別性能を実現することができる炎検出装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明に係る炎検出装置は、有炎燃焼時に発生するＣＯ_２共鳴により放射される、概ね４．５μｍを中心波長とする狭帯域波長の光のみを選択透過させる狭帯域バンドパスフィルタと、前記狭帯域バンドパスフィルタを透過した光を受光し電気信号に変換して出力する第１の受光素子と、前記狭帯域バンドパスフィルタの透過波長帯域の長波長側に隣接した、概ね５．０μｍを超える所定の波長帯域の光を透過させるカットオンフィルタと、前記カットオンフィルタを透過した光を受光し電気信号に変換して出力する第２の受光素子と、前記狭帯域バンドパスフィルタおよび前記カットオンフィルタ前面の観測対象となる監視エリア側に設けられた、概ね７．０μｍ以下の光を透過させ、それより長波長の光を遮断するロングウェーブカット特性を有するショートウェーブパスフィルタ部材と、前記第１の受光素子及び第２の受光素子の出力に基づいて所定規模以上の炎の有無を判定する判定手段と、を備え、前記第２の受光素子により設定される第２の検知エリアは、前記第１の受光素子により設定される第１の検知エリアの比較的近距離側のエリアと重なるように拡がり、且つ前記第１の検知エリアの拡がりの遠方最大距離に比べて、比較的短い遠方最大距離となるように設定されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の炎検出装置において、前記第１の受光素子及び前記第２の受光素子を、焦電体で構成したことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の炎検出装置において、前記狭帯域バンドパスフィルタは、前記第１の受光素子を収納した第１のセンサモジュールの、前記第１の受光素子の前面に配置され、前記カットオンフィルタは、前記第２の受光素子を収納した第２のセンサモジュールの、前記第２の受光素子の前面に配置され、前記ショートウェーブパスフィルタ部材は、前記第１のセンサモジュールおよび前記第２のセンサモジュールを収納する本体カバーの、前記第１の受光素子および前記第２の受光素子のうち少なくとも前記第２の受光素子の前面に設けられた窓用開口部に配置される、前記第１のセンサモジュールおよび前記第２のセンサモジュールの保護用透光性窓であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の炎検出装置において、前記ショートウェーブパスフィルタ部材は、サファイアガラスであることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の炎検出装置において、前記狭帯域バンドパスフィルタと、前記カットオンフィルタと、前記第１の受光素子と、前記第２の受光素子と、前記ショートウェーブパスフィルタ部材とから構成される炎検出部を一対備え、該一対の炎検知部により、該一対の炎検知部の設置位置を基準とする相異なる２方向に対し、前記第１の検知エリア及び前記第２の検知エリアからなる所定の検知エリアを設定して、特定の火災監視区域内で発生する炎を検出することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の炎検出装置において、前記一対の炎検知部は、トンネル内の所定の設置位置を基準として、前記トンネルの長手方向の左右２方向に対し、各々、前記第１の検知エリア及び前記第２の検知エリアからなる独立した３次元の前記検知エリアを設定して、前記トンネル内で発生する炎を検出することを特徴とする。

本発明によれば、簡易かつ安価な構成を用いつつ、ノイズ成分を少なくして炎と炎以外の放射線源との高い識別性能を有する炎検出装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明に係る炎検出装置の第１の実施形態を示す概略構成図であり、図２は、本実施形態に係る炎検出装置に適用されるセンサモジュールと、該センサモジュールを収納した本体カバーの構成例を示す概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る炎検知器は、大別して、所定の波長帯域を有する赤外線エネルギー（光エネルギー）を電気信号に変換して出力する第１の受光素子１０ａを備えたセンサモジュール１００ａと、第１の受光素子１０ａとは異なる所定の波長帯域を有する赤外線エネルギーを電気信号に変換して出力する受光素子１０ｂを備えたセンサモジュール１００ｂと、センサモジュール１００ａ、１００ｂの検知面側に配置されたセンサモジュール保護用の透光性窓１０８と、センサモジュール１００ａ、１００ｂから出力される各検出信号から、所定の周波数帯域の信号成分のみを通過させる前置フィルタ２０ａ、２０ｂと、前置フィルタ２０ａ、２０ｂを通過した信号成分を初段増幅するプリアンプ３０ａ、３０ｂと、プリアンプ３０ａ、３０ｂからの出力を、後述する炎判定処理に適した信号レベルに増幅するメインアンプ４０ａ、４０ｂと、メインアンプ４０ａ、４０ｂから出力される増幅出力（アナログ信号）をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と記す）５０ａ、５０ｂと、Ａ／Ｄ変換された増幅出力に基づいて、炎の判定処理を実行する炎判定処理部（炎判定手段）６０と、を有して構成されている。

以下、各構成について具体的に説明する。
（イ）センサモジュール１００ａ、１００ｂ
センサモジュール１００ａは、有炎燃焼時に発生するＣＯ_２共鳴により放射される概ね４．５μｍの波長帯域を中心波長とする狭帯域の放射線のみを高い透過率で透過する光学式の狭帯域バンドパスフィルタであって、例えば、中心波長±２００〜４００ｎｍの極めて狭い波長帯域の放射線を選択透過する光学波長フィルタ１０５ａと、該光学波長フィルタ１０５ａを透過した光を受光して電気信号に変換して出力する焦電型の第１の受光素子１０ａを備えている。

具体的には、図２に示すように、センサモジュール１００ａは、第１の受光素子１０ａが形成された基板１０１ａと、該基板１０１ａを基部１０３ａ上に支持するための基板搭載部１０２ａと、基板搭載部１０２ａ側の背面側から端子１０４ａが延在して設けられた基部１０３ａと、受光素子１０ａの前方に狭帯域バンドパスフィルタである光学波長フィルタ１０５ａを備えたカバー部材１０６ａとからなるパッケージ化された構成を有している。

また、センサモジュール１００ｂは、概ね５．０μｍを超える所定の波長帯域の放射線を良好に透過するカットオンフィルタで構成されるロングパスフィルタである光学波長フィルタ１０５ｂと、該光学波長フィルタ１０５ｂを透過した光を受光して電気信号に変換して出力する焦電型の第２の受光素子１０ｂを備えている。

具体的には、図２に示すように、センサモジュール１００ｂは、第２の受光素子１０ｂが形成された基板１０１ｂと、該基板１０１ｂを基部１０３ｂ上に支持するための基板搭載部１０２ｂと、基板搭載部１０２ｂ側の背面側から端子１０４ｂが延在して設けられた基部１０３ｂと、受光素子１０ｂの前方にロングパスフィルタである光学波長フィルタ１０５ｂを備えたカバー部材１０６ｂとからなるパッケージ化された構成を有している。

そして、これらのセンサモジュール１００ａ、１００ｂは、本体カバー１０７内に設けられた共通の取り付け部材１１０上に、互いに近接して所定の配列で配置されている。
なお、上述した光学波長フィルタ１０５ａ、１０５ｂは、例えば、シリコン、ゲルマニウム、サファイア等の基板上に、テルル化鉛ＰｂＴｅと硫化亜鉛ＺｎＳを蒸着積層することにより、上記所定の波長帯域の光を透過する特性を持たせることができる。

（ロ）透光性窓１０８
透光性窓１０８は、センサモジュール１００ａ、１００ｂが収納された本体カバー１０７の一面側（図２では上面側；監視エリア側に相当する）であって、センサモジュール１００ａ、１００ｂの前面側に設けられた所定の開口部に配置され、例えば、サファイアガラス等の赤外線透光性の部材により形成されている。したがって、上記受光素子１０ａ、１０ｂは、各々の受光限界視野が透光性窓１０８ａの縁辺部で規制されることにより、略同一の拡がり角度を有する検知エリアが設定される。
ここで、透光性窓１０８を構成するサファイアガラスは、概ね７．０μｍ付近以下の波長帯域の放射線を良好に透過するショートウェーブパス特性（換言すれば、概ね７．０μｍ付近より長波長の放射線を遮断するロングウェーブカット特性）を有するフィルタ部材として機能する。

（ハ）前置フィルタ２０ａ、２０ｂ
前置フィルタ２０ａ、２０ｂは、上記受光素子１０ａ、１０ｂの各々から出力される検出信号から、炎判定処理に用いられる特定の周波数帯域の信号成分のみを通過させて、後段の増幅手段（プリアンプ３０ａ、３０ｂ、メインアンプ４０ａ、４０ｂ）に伝達する機能を有している。

（ニ）プリアンプ３０ａ、３０ｂ／メインアンプ４０ａ、４０ｂ
プリアンプ３０ａ、３０ｂは、各前置フィルタ２０ａ、２０ｂを介して入力される信号成分を所定の増幅率で初段増幅し、メインアンプ４０ａ、４０ｂは、プリアンプ３０ａ、３０ｂからの各出力を、後述する炎判定処理に適した信号レベルに増幅する。

（ホ）Ａ／Ｄ変換器５０ａ、５０ｂ
Ａ／Ｄ変換部５０ａ、５０ｂは、メインアンプ４０ａ、４０ｂから出力されたアナログ信号を後段の炎判定処理部６０における炎判定処理に適したデジタル信号に変換する。なお、Ａ／Ｄ変換部５０ａ、５０ｂは、後段の炎判定処理部６０がデジタル信号処理を行う場合にのみ必要であり、アナログ信号レベルを直接基準値と比較するような処理回路の場合には省略することができる。

（ヘ）炎判定処理部６０
炎判定処理部６０は、マイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）等により構成され、第１の受光素子１０ａの受光出力（増幅出力）と第２の受光素子１０ｂの受光出力（増幅出力）の相対比を算出することにより、炎と炎以外の赤外線源（放射線源）との識別判定処理を行う。なお、炎判定処理部６０の具体的な処理動作については、後述する。

上述したような構成を有する炎検出装置において、火炎ＦＲから放射され、本体カバー１０７の透光性窓１０８及びセンサモジュール１００ａの光学波長フィルタ１０５ａを透過した赤外線エネルギーは、第１の受光素子１０ａで電気信号に変換され出力される。第１の受光素子１０ａからの受光出力は、前置フィルタ２０ａにより炎判定処理に用いられる特定の周波数帯域の信号成分のみが通過し、プリアンプ３０ａ、メインアンプ４０ａにより所定の信号増幅処理が施され、Ａ／Ｄ変換器５０ａによりデジタル信号に変換されて炎判定処理部６０に入力される。

一方、火炎ＦＲから放射され、本体カバー１０７の透光性窓１０８及びセンサモジュール１００ｂの光学波長フィルタ１０５ｂを透過した赤外線エネルギーは、第２の受光素子１０ｂで電気信号に変換され出力される。第２の受光素子１０ｂからの受光出力は、前置フィルタ２０ｂにより炎判定処理に用いられる特定の周波数帯域の信号成分のみが通過し、プリアンプ３０ｂ、メインアンプ４０ｂにより所定の信号増幅処理が施され、Ａ／Ｄ変換器５０ｂによりデジタル信号に変換されて炎判定処理部６０に入力される。

ここで、本実施形態に適用される各フィルタによる各波長におけるフィルタ特性と透過率について、具体的に説明する。
図３は、本実施形態に適用される光学波長フィルタ及び透光性窓の各波長における透過率を示す図である。ここでは、図２に示したセンサモジュール及び本体カバーの構成を適宜参照しながら説明する。

上述したように、透光性窓材１０８であるサファイアガラスにより、概ね７．０μｍ付近以下の放射線が良好に透過するショートウェーブパス特性（又は、ロングウェーブカット特性）を有する透過率特性１０８Ｓが得られるとともに、光学波長フィルタ１０５ａを構成する、概ね４．５μｍ付近を中心波長とする狭帯域バンドパスフィルタにより、図３に示すように、当該中心波長近傍の波長帯域の放射光を高い透過率で透過する透過率特性１０５Ｓａが得られ、これらの組合せにより、結果、Ｔａに示すような概ね４．５μｍ付近を中心波長とする中心波長透過率が高い狭帯域バンドパスフィルタが構成される。

一方、透光性窓材１０８であるサファイアガラスにより、概ね７．０μｍ付近以下の放射線が良好に透過するショートウェーブパス特性を有する透過率特性１０８Ｓが得られるとともに、光学波長フィルタ１０５ｂを構成するロングパスフィルタにより、概ね５．０μｍ付近を超える所定の波長帯域の放射光を良好に透過するカットオンフィルタ特性を有する透過率特性１０５Ｓｂが得られ、これらの組合せにより、結果、Ｔｂに示すような概ね５．０μｍ〜７．０μｍの中心波長透過率が比較的低い広帯域バンドパスフィルタが構成される。

ここで、透光性窓材１０８及び光学波長フィルタ１０５ａの透過率特性の合成（便宜的に、「第１のフィルタ特性」と記す）、並びに、透光性窓材１０８及び光学波長フィルタ１０５ｂの透過率特性の合成（便宜的に、「第２のフィルタ特性」と記す）の中心波長の透過率は、図３に示すように、第１のフィルタ特性の中心波長透過率が、第２のフィルタ特性の中心波長透過率に対して、およそ数倍程度大きい。しかし、第１のフィルタ特性は狭帯域バンドパスフィルタであるので、その透過帯域は、広帯域バンドフィルタである第２のフィルタ特性に比べ、数分の１程度である。しかし、第１のフィルタ特性は、中心波長透過率が高いため、透過率の帯域積分値Ｔａは、第２のフィルタ特性の透過率の帯域積分値Ｔｂに対し、同程度、あるいは、大き過ぎない程度に設定される。

このようなフィルタ特性を有する炎検出装置において、透光性窓材１０８を構成するショートウェーブパス特性を有するサファイアガラスは、赤外線透過材質として、一般的に使用されているものであり、また、５．０μｍ付近を超える所定の波長帯域の放射光を良好に透過するカットオンフィルタにより構成されるロングパスフィルタを備えたセンサモジュール１００ｂは、広い波長帯域に対して均一な感度特性を有している焦電型の受光素子を備えた汎用の人体検出用センサ等をそのまま利用することができるので、いずれも安価に入手することが可能であり、したがって、概ね５．０μｍ〜７．０μｍの広帯域バンドパスフィルタを極めて簡易かつ安価に構成することができる。

なお、概ね５．０μｍ付近を超える所定の波長帯域の放射光を良好に透過するカットオンフィルタにより構成されるロングパスフィルタを備えたセンサモジュール１００ｂに対し、概ね４．５μｍを中心波長とする狭帯域の放射線を選択透過する狭帯域バンドパスフィルタを備えたセンサモジュール１００ａは、現状で実質十数倍程度の価格差があり、極めて高価であるが、本実施形態においては、本体カバー内に収納される一組のセンサモジュールのうち、一方のみに狭帯域バンドパスフィルタを備えたセンサモジュール１００ａを採用しているので、従来技術における２波長式や３波長式の炎検出装置のように、検出する波長分の（高価な）狭帯域バンドパスフィルタを備えたセンサモジュールを設ける必要がなく、極めて安価に炎検出装置を構成することができる。

次いで、上述したセンサモジュール、及び、センサモジュールを収納した本体カバーにより設定される検知エリアの拡がりについて、図面を参照して説明する。
図４は、本実施形態に係る炎検出装置により設定される検知エリアの拡がりを説明する概略図である。

本実施形態に係る炎検出装置においては、図４に示すように、センサモジュール１００ｂにより設定される検知エリアＡＲｂ（すなわち、第２の受光素子１０ｂにより設定され、想定される炎以外の、特に、低温側の赤外線放射により、４．５μｍ帯の出力に影響を与える範囲での炎識別性能を向上するために、第２の波長帯域で該放射を捕らえようとする所定のエリア）が、センサモジュール１００ａ（すなわち、第１の受光素子１０ａ）により設定される検知エリアＡＲａ（所定規模以上の炎から、４．５μｍ帯（第１の波長帯域）の出力が良好に得られ、正しく炎を判定できる遠方限界までのエリア）の比較的近距離側のエリアに設定されている。

このような検知エリアの設定において、センサモジュール１００ｂ（第２の受光素子１０ｂ）におけるフィルタ特性（上述した第２のフィルタ特性に相当する）である、概ね５．０〜７．０μｍ付近の波長帯域は、基本的に、炎からの赤外線を検出する目的に用いるものではなく、想定される炎以外の、特に、低温側の赤外線放射に相当する変化が４．５μｍ帯の出力に影響を与え、炎として誤検出してしまう可能性の高い、炎検出装置の比較的近いエリアから、該赤外線放射の変化により第２の波長帯域による出力を得て炎と炎以外の識別性能を向上するように設定することが重要である。要するに、これを概ね４．５μｍ付近の波長帯域を検知するための検知エリアＡＲａと同様に設定するため、大きな検出感度に設定しても、受光素子１０ｂからの検出信号にはノイズ成分が増えるだけであることに基づいている。

したがって、概ね５．０〜７．０μｍ付近の波長帯域を、概ね４．５μｍ付近の波長帯域における炎の検出処理に影響を与える、比較的低温の放射線源、例えば、人体や車両等と炎との識別のためだけに利用することにより、少なくとも炎検出装置に比較的近い位置の前方を通過する人体や車両等と、炎との識別が可能な程度の出力が得られるように、センサモジュール１００ｂ（第２の受光素子１０ｂ）の検知エリアを設定すればよいことになる。ここで、第２の受光素子１０ｂにより設定される検知エリアを比較的近距離側のエリアに設定する手法としては、例えば、プリアンプ３０ｂ、メインアンプ４０ｂの増幅率を低くしたり、炎判定処理部６０での炎判定レベルを高くしたりする手法等を適用することができる。

次に、本実施形態に係る炎検出装置に適用される炎判定処理部における制御処理について、図面を参照して説明する。
図５は、本実施形態に係る炎検出装置に適用される炎判定処理部の処理動作の手順を示すフローチャートであり、図６は、本実施形態に適用される炎判定処理における判定結果を示す相関表である。

以下、各処理手順を図５を適宜参照しながら説明する。なお、必要に応じて図２に示したセンサモジュール及び本体カバーの構成を参照する。
（処理手順Ｓ１）
まず、第１の受光素子１０ａ及び第２の受光素子１０ｂの各受光出力（増幅出力）を、所定サンプリング周期でＡ／Ｄ変換器５０ａ、５０ｂを介して所定時間取り込み、該受光出力毎に強度の時間積分処理を行う。

（処理手順Ｓ２／Ｓ３）
次いで、上記処理手順Ｓ１において、積分処理した第１の受光素子１０ａの受光出力（以下、受光出力積分値という）、すなわち、透光性窓材１０８及び光学波長フィルタ１０５ａの透過率特性の合成（第１のフィルタ特性）を透過した放射線の受光出力積分値が、予め設定された基準レベルを超えたか否かを判定し、当該基準レベル以下の場合には、炎に相当する受光出力が検出されなかったものとして、処理手順Ｓ１に戻り、所定のサンプリング周期で受光出力の取り込みを繰り返す。
一方、上記受光出力積分値が、基準レベルを超えた場合には、処理手順Ｓ１で別に積分処理した受光素子１０ｂの受光出力（受光出力積分値）との相対比（すなわち、受光素子１０ａの受光出力積分値／受光素子１０ｂの受光出力積分値）を算出する。

（処理手順Ｓ４／Ｓ５）
次いで、算出された受光出力積分値の相対比が、予め設定されたしきい値レベルを超えるか否かを判定し、当該しきい値レベル以下の場合には、例えば、人体や車両等の炎以外の比較的低温の放射線源による受光出力があったものとして、処理手順Ｓ１に戻り、所定のサンプリング周期で受光出力の取り込みを繰り返す。

一方、上記受光出力積分値の相対比が、しきい値レベルを超えた場合には、炎と判定して、炎判定出力を行う。
ここで、上記しきい値レベルとしては、燃焼炎の受光出力積分値の相対比（受光素子１０ａの受光出力積分値／受光素子１０ｂの受光出力積分値）が、燃焼状態に関係なく、ほぼ５以上であること、及び、炎以外からの受光出力積分値の相対比が２以下であることに基づいて、例えば、３程度に設定すれば良いことになる。

したがって、上述した一連の炎判定処理により、図６に示すような放射線源の種類と判定結果との相関関係が得られ、炎と炎以外の放射線源との識別を確実に行うことができる。
具体的には、検出対象となる放射線源が、炎の場合には、概ね４．５μｍ帯の波長帯域に、放射線の相対強度の強い（高い）受光出力が検出されるとともに、４．５μｍ帯の長波長側である５．０〜７．０μｍ帯の波長帯域に、放射線の相対強度の極弱（微小な）受光出力が検出される。この場合、放射線相対強度の相対比は、例えば、５．０程度以上となって、炎判定の基準（しきい値レベル）である相対比“３”よりも大きくなるので、検出対象が炎であると判定される。

また、検出対象となる放射線源が、太陽光（６０００°Ｃ）等の高温放射体の場合や、車両等の比較的低温の放射体の場合には、概ね４．５μｍ帯の波長帯域に、放射線の相対強度の強い（高い）受光出力が検出されるとともに、４．５μｍ帯の長波長側である５．０〜７．０μｍ帯の波長帯域にも、放射線の相対強度の強い（高い）受光出力が検出される。この場合、放射線相対強度の相対比は、例えば、１．０〜１．２程度となって、炎判定の基準（しきい値レベル）である相対比“３”よりも小さくなるので、検出対象が炎以外の放射線源であると判定される。

さらに、検出対象となる放射線源が、人体などの低温放射体の場合には、概ね４．５μｍ帯の波長帯域に、放射線の相対強度の弱い（低い）受光出力が検出されるとともに、４．５μｍ帯の長波長側である５．０〜７．０μｍ帯の波長帯域に、放射線の相対強度の強い（高い）受光出力が検出される。この場合、放射線相対強度の相対比は、例えば、０．５程度となって、炎判定の基準（しきい値レベル）である相対比“３”よりも小さくなるので、検出対象が炎以外の放射線源であると判定される。

なお、上記処理手順Ｓ４において、受光出力積分値の相対比がしきい値レベルを超えた場合には、さらに精度の高い炎判定を行うようにしても良い。例えば、受光素子１０ａの受光出力（増幅出力）の所定時間のサンプリングデータに基づいて、高速フーリエ変換法（ＦＦＴ：Fast Fourier Transformation）等の周波数解析を行い、炎特有のちらつき周波数（又は、ゆらぎ周波数）が存在するかを解析する処理を適用することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る炎検出装置の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態においては、上述した第１の実施形態に示した炎検出装置の構成をトンネル用の炎検出装置（火災検知器）に適用した場合について説明する。
図７は、本発明に係る炎検出装置の第２の実施形態を示す概略構成図であり、図８は、本実施形態に係る炎検出装置のトンネル内での設置形態と検知エリアの拡がりを示す概略図である。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る炎検出装置２００は、筐体２０１の上部に設けられたセンサ収納部２０２に、炎検出装置２００のトンネル内壁面への設置状態において、少なくともトンネルの長手方向（図８（ｂ）の左右方向）に所定の曲率半径を有して曲面状に形成された傾斜曲面２０３ａ、２０３ｂと、傾斜曲面２０３ａ、２０３ｂの各々の周縁部（外周）に連続して設けられ、所定の傾斜角度を有して形成された急傾斜面２０４ａ、２０４ｂと、傾斜曲面２０３ａ、２０３ｂの各々に設けられた個別の透光性窓２０５ａ、２０５ｂと、各透光性窓２０５ａ、２０５ｂの内部に収納され、上記実施形態と同等の構成を有する一対のセンサモジュール２０６ａ、２０６ｂ、２０７ａ、２０７ｂと、各透光性窓２０５ａ、２０５ｂの近傍の、センサモジュール２０６ａ、２０６ｂ、２０７ａ、２０７ｂを見渡せる位置に、個別の試験ランプ２０８ａ、２０８ｂを収納し、かつ、炎検出装置２００の設置状態において、その下面側に試験光源用透光窓２０９ａ、２０９ｂを備えた試験用光源収納部２１０と、を有して構成されている。

ここで、センサモジュール２０６ａ、２０７ａは、上述した第１の実施形態におけるセンサモジュール１００ａに相当し、センサモジュール２０６ｂ、２０７ｂは、同様に、センサモジュール１００ｂに相当する。また、傾斜曲面２０３ａ、２０３ｂの各々に設けられた個別の透光性窓２０５ａ、２０５ｂは、上述した第１の実施形態における透光性窓１０８に相当し、サファイアガラスにより構成されている。

そして、このような構成を有する炎検出装置のトンネル内壁面への設置状態は、例えば、図８（ａ）に示すように、トンネル９０内部下方の一方の壁面（概ね、路面から２．５ｍ程度の高さ）９１ａに、トンネル９０の長手方向に沿って、路面９０ａ及び他方側の壁面９１ｂまでを監視するように設置されている。
また、その検知エリアは、センサモジュール２０６ａ、２０６ｂ、及び、２０７ａ、２０７ｂが、図７（ｂ）に示すように、トンネルの長手方向の一方側及び他方側の傾斜曲面２０３ａ、２０３ｂに設けられた透光性窓２０５ａ、２０５ｂに対して、各々所定の位置関係で、かつ、所定の傾斜角度で設置されていることにより、図８（ｂ）に示すように、各々所定の広がりを有する検知エリアＡａ、Ａｂ、及び、Ｂａ、Ｂｂが設定される。

ここで、上述したように、センサモジュール２０６ａ、２０７ａ（収納される受光素子）は、高い検出感度により、遠方監視特性に優れた広い検知エリアＡａ、Ｂａを設定している。また、センサモジュール２０６ｂ、２０７ｂ（収納される受光素子）は、センサモジュール２０６ａ、２０７ａよりも低い感度により、上記検知エリアＡａ、Ｂａのうち、比較的近距離側、すなわち、炎検出装置２００の近傍の前方領域を含む検知エリアＡｂ、Ｂｂを設定している。ここで、図８（ｂ）においては、検知エリアＡａ、Ｂａ、及び、Ａｂ、Ｂｂを平面的に示しているが、実際には、紙面に対して表裏方向にも検知エリアを有しており、３次元的な広がりを有する検知エリアが設定されている。

したがって、本実施形態に係る炎検出装置によれば、トンネル内において、人体や車両等の放射線源と炎との誤識別を抑制して、良好な炎検出を行うことができる炎検出装置を、従来技術に比較して装置規模を大型化することなく、極めて安価に実現することができる。
また、試験用光源収納部２１０に収納された試験ランプ２０８ａ、２０８ｂを、疑似炎状態になるように点滅させ、その試験光ＣＫを試験光源用透光窓２０９ａ、２０９ｂを介して、透光性窓２０５ａ、２０５ｂ内のセンサモジュール２０６ａ、２０６ｂ、及び、２０７ａ、２０７ｂに投光することにより、図１０に示したようなスペクトル特性を有する赤外線放射であっても、概ね４．５μｍ帯と概ね５．０〜７．０μｍ帯の波長帯域における受光出力積分値の相対比が、図６に示した炎相当（５．０程度以上）の値を示すことになるので、擬似火炎による検出性能試験を厳密に行うことができる。

なお、図８（ａ）、（ｂ）においては、トンネル９０内に設置された単一の炎検出装置２００のみを示したが、トンネル９０の長手方向に沿って、少なくとも隣接して配置される炎検出装置の位置を含み、各々の検知エリアＡａ、Ｂａが相互補完的に重なるように、例えば、２５ｍ間隔で炎検出装置が連続的に配置されている。また、図８（ａ）において、９３は、トンネル９０内部の視界を確保するナトリウム灯等の照明灯、９４は、トンネル９０内で発生した火災を検知する火災検知器、９５は、火災を検知した際に水を噴霧して火災の拡大を防ぐ水噴霧ヘッド、９６は、放水ノズルやホース等を収納した消火栓設備、９７は、トンネル９０内の換気を行うジェットファン、９８は、非常用通路や出口を避難者に認識させ、誘導する誘導表示灯である。
また、上述した実施形態にあっては、第１及び第２のセンサモジュールに対して、共通の透光性窓を配設するようにしているが、各センサモジュールに対して、個別の透光性窓を配設するようにしてもよい。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る炎検出装置の第３の実施形態について説明する。
まず、第３の実施形態に係る炎検出装置において、炎と識別する対象となる放射線源について説明する。
上述したように、第１及び第２の実施形態に示した炎検出装置においては、ＣＯ_２共鳴放射帯（第１の波長帯域：概ね４．５μｍを中心波長とする狭帯域）、及び、その長波長側の所定帯域（第２の波長帯域：例えば、概ね５．０〜７．０μｍの広帯域）を観測することにより、人体や車両等の比較的低温の放射線源と炎とを良好に識別することができるとともに、第２の波長帯域を選択抽出する広帯域バンドパスフィルタを簡易かつ安価な構成で実現することができることを説明した。

ところで、上述した炎検出装置が設置される環境（トンネル内等）においては、上述したような人体や車両等のように、４．５μｍを中心波長とする第１の波長帯域及び５．０〜７．０μｍの第２の波長帯域において、炎と明らかに異なるスペクトル特性（分光パターン）、又は、放射線相対強度の相対比（波長バランス）を有する放射線源の他に、炎と同等又は類似する分光パターン及び波長バランスを有する炎以外の放射線源が存在する。その代表例としては、白熱ランプ類を備えた照明設備や表示設備等があり、このような放射線源の場合、上述したような炎検出の手法によっては、炎との的確な識別が困難となる場合が生じる。

以下、図面を参照して具体的に説明する。
図９は、炎と回転灯との放射線スペクトルの関係を示す特性図である。ここで、回転灯は、白熱ランプ類を備えた設備の代表例であって、緊急車両や道路工事用の警告・案内表示等に多用されており、炎検出処理の観点から最も識別精度を必要とされる放射線源の一つである。なお、本実施形態に係る炎検出装置において識別対象となる放射線源は、これに限定されるものではないことは言うまでもない。

なお、図９の縦軸は、炎、回転灯各別個の相対強度であり、それぞれの場合のピーク（所定波長帯での）を“１”としている。実際の受光レベルは、検知センサと炎又は回転灯の距離、その他によって変化する。すなわち、観測体（この場合、炎や回転灯）の存在する場所によって、相対強度の小さい波長成分の信号レベルも大きくなる、ここでは、比較的検知センサの近くに存在する、又は、放射レベルの大きな回転灯について問題にしている。

図９に示すように、回転灯からの赤外線放射によるスペクトル特性５は、４．５μｍ及び５．０μｍ以上の波長帯域において、有炎燃焼のスペクトル特性１（図１５に示したスペクトル特性１ａ、１ｂと同等）と同等又は同様の変化傾向を有していることが、出願人の各種実験の結果、明らかとなっている。そのため、４．５μｍ及び５．０〜７．０μｍの波長帯域における放射線相対強度の相対比（５．０〜７．０μｍ帯の放射線相対強度に対する４．５μｍ帯の放射線相対強度）にのみ基づいて、炎と炎以外の放射線源とを識別する上記実施形態に係る手法によっては、炎と回転灯（炎以外の放射線源）とを的確に識別することが困難な場合が生じ、炎検出装置の信頼性が低下する可能性がある（以下、便宜的に「問題点（５）」と記す）。

なお、このような炎と回転灯等の白熱ランプ類とを識別する手法としては、上述したような放射線相対強度の相対比（波長バランス）による識別方法とは別個に、いわゆる、周波数解析法を適用したものが知られている。例えば、特開２０００−５７４５６号公報等には、検知センサからの受光信号をＭＰＵにサンプリングデータとして所定時間取り込み、当該データの周波数分布パターンを高速フーリエ変換法（ＦＦＴ）等の演算方法を適用して周波数解析し、火災を判定する方法が記載されている。

ここで、上記公報等に記載されている周波数解析の手法について、図面を参照して簡単に説明する。
図１０は、炎及び回転灯からの赤外線エネルギーに対する時系列観測波形（赤外線エネルギーの時間変動）を示す図であり、図１１は、図１０に示した時系列観測波形に基づいて周波数解析を行った場合の周波数分布パターン（スペクトルパターン）を示す図である。

一般に、燃え上がった炎は、周りの酸素を取り込んで大きく成長した後、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ことが知られている。したがって、炎の赤外線エネルギーを時系列的に観測すると、図１０（ａ）に示すように、低い周波数を含む周波数帯でちらつき（又は、ゆらぎ）を生じるという性質を有している。これに対して、回転灯は、白熱ランプの発光ガイド部材を定速度で回転させることにより、発光方向を周期的に変化させる機構を有しているため、その赤外線エネルギーを時系列的に観測すると、図１０（ｂ）に示すように、明確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依存するという性質を有している。

そして、図１０に示した時系列観測波形における赤外線エネルギーの周期的な変動に着目して、炎の赤外線エネルギーを周波数軸で観測すると、図１１（ａ）に示すように、概ね８Ｈｚよりも低周波側に高い出力レベルを示す周波数特性が得られることから、実質的な炎のちらつき周波数が８Ｈｚまでの周波数帯域に存在するのに対して、例えば、道路トンネル内で使用される２Ｈｚ程度の低周波で回転する回転灯の赤外線エネルギーの場合にあっては、基本周波数の整数倍の周波数に高調波成分が存在するため、図１１（ｂ）に示すように、周波数軸の略全域において（すなわち、８Ｈｚを越える周波数帯域にまで）高い出力レベルを示す周波数特性が得られる。

このように、炎と炎以外の放射線源においては、各々特有の周波数特性が得られることから、ちらつき周波数が概ね８Ｈｚよりも低周波側、及び、高周波側の各々の周波数帯域における信号レベルを所定の周波数間隔（たとえば、０．５Ｈｚピッチ）で高速フーリエ変換法（ＦＦＴ）により抽出し、各抽出信号レベルが個別に設定されたしきい値以上であるか否か、あるいは、抽出信号レベル相互の相対比が所定値以上であるか否かを判別することにより、炎のちらつき周波数を含む炎以外の放射線源（回転灯等）からの赤外線エネルギーを検出して、火災と誤って判定することを防止することができる。

したがって、本発明に係る第１及び第２の実施形態に加え、上述した公報等に記載された周波数解析による炎判定方法を適用することにより、炎と人体、車両、回転灯等の炎以外の放射線源との識別を行うことが考えられるが、上述した周波数解析の手法においては、火災判定の基準となる信号のサンプリング数が多いうえ、サンプリング動作に要する時間も長く、かつ、該サンプリングデータ（抽出信号）を演算処理する際のＭＰＵの負担が極めて大きくなるため、火災判定（サンプリング及び炎判定）に要する処理時間が増大して、良好な火災検知機能が阻害されるという問題を有している（以下、便宜的に「問題点（６）」と記す）。

ここで、炎検出装置（火災検知器）は、システム端末として防災受信盤から引き出された伝送路に多数接続されており、同時に、防災機器としての性質上、動作電源のバックアップが義務付けられているので、装置の大型化と高コスト化を避ける目的で、炎検出装置単体の消費電力を最大限低く抑える必要がある。そのため、炎検出装置に搭載されるＭＰＵとしては、例えば１ＭＨｚ程度の比較的低速の基本クロックで動作する低消費電力型のものを使用せざるを得ず、上記処理時間を容易に短縮することができないという制約がある。

そこで、本実施形態に係る炎検出装置は、上述した実施形態において、第１及び第２の波長帯域における放射線源からの赤外線エネルギーを検知する各検知センサ（センサモジュール）からの受光出力（検出信号）を炎判定処理部に伝達する各信号処理経路に設定される信号通過特性（周波数通過特性）を所定の関係に調整制御することにより、第１及び第２の波長帯域における実質的な炎特有のちらつき周波数帯域以外の周波数における信号レベル（信号成分の強度）の差分を、実質的な炎特有のちらつき周波数帯域の場合に比較して相対的に増大させる構成を有している。

以下、本実施形態に係る炎検出装置について、図面を参照して具体的に説明する。
図１２は、本発明に係る炎検出装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。ここで、上述した第１及び第２の実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。

図１２に示すように、本実施形態に係る炎検出装置は、大別して、第１の波長帯域の赤外線エネルギーを検出する第１の受光素子１０ａを備えたセンサモジュール１００ａと、第１の波長帯域よりも長波長側の第２の波長帯域の赤外線エネルギーを検出する受光素子１０ｂを備えたセンサモジュール１００ｂと、センサモジュール１００ａ、１００ｂの検知面側に共通に配置された透光性窓１０８と、センサモジュール１００ａ、１００ｂから出力される各受光出力から、所定の周波数帯域の信号成分のみを通過させる前置フィルタ（周波数フィルタ）２０ａ、２０ｃと、各前置フィルタ２０ａ、２０ｃを通過した信号成分を炎判定処理に適した所定の信号レベルに増幅するアンプ部３０Ａ、３０Ｂと、アンプ部３０Ａ、３０Ｂからの信号に基づいて、炎と炎以外の放射線源を識別し、火災を判定する処理を実行する炎判定処理部６０Ａと、を有して構成されている。

ここで、センサモジュール１００ａ、１００ｂに備えられた光学波長フィルタ１０５ａ、１０５ｂ、及び、透光性窓１０８は、上述した実施形態と同様に、各センサモジュール１００ａ、１００ｂに収納された受光素子１０ａ、１０ｂにより受光する赤外線エネルギーの波長が、各々概ね４．５μｍを中心波長とする狭帯域からなる第１の波長帯域、及び、概ね５．０〜７．０μｍの広帯域からなる第２の波長帯域となるように、フィルタ特性が設定されている。

前置フィルタ２０ａ及びアンプ部３０Ａからなる周波数抽出処理部（信号処理経路）ＰＲＯＡは、本発明における第１の周波数抽出手段を構成し、上記受光素子１０ａから出力される第１の波長帯域（４．５μｍを中心波長とする狭帯域）の受光出力のうち、所定の周波数帯域、例えば、概ね１〜８Ｈｚ帯域のちらつき周波数成分を効率よく通過させる第１の周波数通過特性で通過させ、増幅部３０Ａにより炎判定処理に適した所定の信号レベルに増幅する。

また、前置フィルタ２０ｃ及びアンプ部３０Ｂからなる周波数抽出処理部（信号処理経路）ＰＲＯＢは、本発明における第２の周波数抽出手段を構成し、上記受光素子１０ｂから出力される第２の波長帯域（５．０〜７．０μｍの広帯域）の検出信号のうち、所定の周波数帯域、例えば、概ね１〜１６Ｈｚ帯域のちらつき周波数成分のみを、上記第１の周波数通過特性と異なる第２の周波数通過特性で通過させ、増幅部３０Ｂにより炎判定処理に適した所定の信号レベルに増幅する。

ここで、周波数抽出処理部ＰＲＯＡ、ＰＲＯＢに設けられる前置フィルタ２０ａ及び２０ｃは、例えば、容量素子Ｃ及び抵抗素子ＲからなるＣＲフィルタ回路により構成することができるので、次段のアンプ部３０Ａ及び３０Ｂとともに、一体的な回路構成とすることができる。また、本実施形態においては、前置フィルタ２０ａ、２０ｃにより抽出された信号成分を増幅する手段として、各々単一のアンプ部３０Ａ、３０Ｂを示したが、具体的には、図１に示した構成と同様に、プリアンプとメインアンプにより構成されるものであってもよい。

炎判定処理部６０Ａは、アンプ部３０Ａ、３０Ｂからの信号に基づいて、炎と炎以外の放射線源（人体や車両等）との識別判定処理を行う。また、アンプ部３０Ａ、３０Ｂからの信号を比較することで、波長及び周波数の両面から“識別処理”を行うのと同等の効果を得ることになる。

次いで、本実施形態に適用される前置フィルタ（又は、周波数抽出処理部）における周波数通過特性と、上記炎判定処理部における炎判定の処理動作について、具体的に説明する。
図１３は、本実施形態に適用される周波数フィルタの周波数通過特性を示す特性図であり、図１４は、本実施形態に係る周波数フィルタを適用した場合の炎及び回転灯からの赤外線エネルギーに対する時系列観測波形（赤外線エネルギーの時間変動）を示す図である。まず、本実施形態における作用効果を明確にするため、第１の周波数通過特性と第２の周波数通過特性を同等に設定した場合（図１３（ａ））における時系列観測波形（図１４（ａ））とを適宜対比させながら説明する。

本実施形態に係る周波数フィルタ（前置フィルタ２０ｃ）は、図１３（ｂ）に示すように、第２の波長帯域（５．０〜７．０μｍの広帯域）の受光出力の信号周波数に対して、８Ｈｚよりも低周波側の周波数帯域においては、周波数抽出処理部ＰＲＯＡ、ＰＲＯＢ双方の周波数通過特性ＳＰＡ、ＳＰＢが同等になるように設定されているとともに、８Ｈｚよりも高周波側の周波数帯域においては、周波数抽出処理部ＰＲＯＡ側の周波数通過特性ＳＰＡに比較して、周波数抽出処理部ＰＲＯＢ側の周波数通過特性ＳＰＢが高くなるように設定されている。

すなわち、図１１（ａ）に示したように、実質的な炎特有のちらつき周波数は、概ね８Ｈｚよりも低周波側の周波数帯域に高い信号レベルが出現し、８Ｈｚよりも高周波側の周波数帯域においては、ほとんど出現しない（又は、信号レベルが極めて低い）のに対して、図１１（ｂ）に示したように、回転灯のちらつき周波数は、概ね全周波数帯域において高い信号レベルが出現する、という信号レベルの分布特性に基づいて、８Ｈｚよりも高周波側の周波数帯域（すなわち、実質的な炎特有のちらつき周波数帯域以外の周波数）における周波数通過特性を、低周波側の周波数帯域（すなわち、実質的な炎特有のちらつき周波数帯域）における周波数通過特性よりも高く設定することにより、炎と回転灯の場合で炎判定処理部６０Ａに出力される第１及び第２の波長帯域の受光出力の信号バランス（相対比）を、周波数通過特性を同等に設定した場合に比べて、大きく異ならせることができる。

そのため、図１３（ａ）に示した周波数通過特性ＳＰＡを有する周波数フィルタ（前置フィルタ２０ａ）を適用した場合の第１の波長帯域の受光出力に対する時系列観測波形は、回転灯が炎特有の周波数を含んでいるため、図１４（ａ）に示すように、炎（ＷＳＡ；図中、破線で表記）及び回転灯（ＬＴＡ；図中、実線で表記）それぞれの場合において、両者を明確に識別できるほどの違いが現れない。なお、本実施形態では、説明を簡単にするために、第１の波長帯域の受光出力に対する時系列観測波形は、略同等の信号レベルの振幅Ｘ_１、Ｘ_２を有しているものとする。

一方、上述したような周波数通過特性ＳＰＢを有する周波数フィルタ（前置フィルタ２０ｃ）を適用した場合の第２の波長帯域の受光出力に対する時系列観測波形は、回転灯が実質的な炎特有のちらつき周波数帯域以外の周波数においても高い信号レベルを有しているため、図１４（ｂ）に示すように、回転灯の時系列観測波形（ＬＴＢ；図中、実線で表記）は、炎の時系列観測波形（ＷＳＢ；図中、破線で表記）に比較して、高周波側の通過効率が高い分だけ、信号レベルの振幅が大きく現れる波形特性（炎の信号レベルの振幅Ｙ_１≪回転灯の信号レベルの振幅Ｙ_２）を示す。

したがって、炎判定処理部６０Ａにおける第１及び第２の波長帯域の受光出力の比較処理において、炎の場合にあっては、第２の波長帯域の周波数成分のうち、８Ｈｚより高周波側に信号レベルがほとんど出現しないため、その振幅は前置フィルタ２０ａの周波数通過特性ＳＰＡによっては顕著に拡大されることはなく（振幅は微小となり）、第１の波長帯域における受光出力に対する第２の波長帯域における受光出力の相対比は小さくなる。

これに対して、回転灯の場合にあっては、第２の波長帯域の略全周波数帯域に高い信号レベルが出現するため、その振幅は前置フィルタ２０ｃの周波数通過特性ＳＰＢによって顕著に拡大されることになり（振幅は過大となり）、第１の波長帯域における受光出力に対する第２の波長帯域における受光出力の相対比が大きくなる。

このように、本実施形態に係る炎検出装置によれば、回転灯からの第１及び第２の波長帯域における受光出力（周波数成分）の信号バランス（相対比）が、炎の場合に比較して顕著に異なることに基づいて、しきい値比較等の簡易な判断手法を適用して、炎と回転灯（炎のちらつき周波数を含む炎以外の放射線源）との識別を的確に行うことができる。

なお、従来の２波長式又は３波長式の炎検出装置においては、上記周波数抽出処理部に設けられる各波長帯に対応する周波数フィルタ（前置フィルタ）の周波数通過特性を異ならせることについては、何ら考慮されておらず、図１３（ａ）に示すように、ちらつき周波数の略全周波数帯域において、各周波数フィルタの周波数通過特性が略同等になるように設定されている。そのため、炎と回転灯からの第１及び第２の波長帯域における受光出力（周波数成分）の信号バランス（相対比）に顕著な差異が見られず、各波長帯域における信号バランス（すなわち、受光出力の比較処理）のみによっては、炎と回転灯とを的確に識別することができない。

これにより、上述した問題点（５）、（６）に示したような多量のデータをサンプリングして、複雑な演算処理を行う周波数解析を適用することなく、炎と回転灯等の放射線源との識別を行うことができるので、ＭＰＵを使用した場合における電気的及び時間的な負荷を大幅に軽減することができる。また、上述した第１及び第２の実施形態と同様に、第１及び第２の波長帯域の赤外線エネルギーを用いて炎と回転灯との識別を行うことができるので、上記実施形態との組み合わせにより、共通の装置構成を利用して、常に第１及び第２の波長帯域における赤外線エネルギーの信号レベルのバランスのみに基づいて、炎と炎以外の放射線源（人体、車両、回転灯等）とを的確に識別することができ、誤報の発生を防止して炎検出装置の信頼性を大幅に向上することができる。

なお、本実施形態においては、周波数フィルタの周波数通過特性を制御することにより、炎判定処理部において炎判定に処理に用いられる第１及び第２の波長帯域の受光出力の信号レベルの差分を拡大する手法について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、上記各波長帯域の受光出力の信号バランスの差異を顕著化するものであればよい。したがって、各周波数抽出処理部に設けられた周波数フィルタの通過特性に加え、アンプ部の信号増幅率を調整する手法、又は、アンプからの信号をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換された検知信号のデジタル値に、上記信号バランスの差異を顕著化するような所定の重み付けを行う手法等を良好に適用することができ、炎検出装置の回路構成における設計自由度を向上することができる。

以上説明したように、本発明によれば、有炎燃焼時に発生するＣＯ２共鳴により放射される、概ね４．５μｍを中心波長とする狭帯域波長の光のみを選択透過させる狭帯域バンドパスフィルタと、狭帯域バンドパスフィルタを透過した透過した光を受光し電気信号に変換して出力する第１の受光素子と、狭帯域バンドパスフィルタの透過波長帯域の長波長側に隣接した、概ね５．０μｍを超える所定の波長帯域の光を透過させるカットオンフィルタと、カットオンフィルタを透過した光を受光し電気信号に変換して出力する第２の受光素子と、狭帯域バンドパスフィルタおよびカットオンフィルタ前面の観測対象となる監視エリア側に設けられた、概ね７．０μｍ以下の光を透過させ、それより長波長の光を遮断するロングウェーブカット特性を有するショートウェーブパスフィルタ部材と、第１及び第２の受光素子の出力に基づいて所定規模以上の炎の有無を判定する判定手段と、を備えているので、第１の受光素子により炎特有の波長帯域の受光出力を良好に検出することができるとともに、第２の受光素子により人体や車両等の低温放射線源に基づく波長帯域の受光出力を良好に検出することができ、これらの受光出力に基づいて、炎と他の赤外線放射線源との識別を良好に行うことができる。

特に、本発明に係る炎検出装置においては、上記第２の受光素子により設定される第２の検知エリアは、第１の受光素子により設定される第１の検知エリアの拡がりの遠方最大距離に比べて、比較的短い遠方最大距離となるように設定されているので、炎検出装置の比較的近距離の位置を通過する人体や車両等の低温放射線源からの受光出力と、比較的遠方領域で発生する炎からの受光出力を、明確に区別して検出することができ、低温放射線源と炎との識別を良好に行うことができ、かつ、ノイズ要因を抑制することができる。

ここで、上記第１及び第２の受光素子を、焦電体で構成しているので、汎用の、広い波長帯域に対して均一な感度特性を有している受光素子を用いて、上記狭帯域バンドパスフィルタ、カットオンフィルタ及びショートウェーブパスフィルタ部材の組合せにより、所望のフィルタ特性を設定することができ、良好な炎検出性能を有する炎検出装置を安価に実現することができる。

また、上記狭帯域バンドパスフィルタは、第１の受光素子を収納した第１のセンサモジュールの、第１の受光素子の前面に配置され、カットオンフィルタは、第２の受光素子を収納した第２のセンサモジュールの、第２の受光素子の前面に配置され、ショートウェーブパスフィルタ部材は、第１および第２のセンサモジュールを収納する本体カバーの、第１および第２の受光素子のうち少なくとも第２の受光素子の前面に設けられた窓用開口部に配置される、第１および第２のセンサモジュールの保護用透光性窓であるので、いずれも比較的安価に入手することができる汎用のフィルタ部材により、所望のフィルタ特性を実現することができ、良好な炎判定性能を有する炎検出装置を、簡易な構成で安価に実現することができる。

さらに、上記ショートウェーブパスフィルタ部材は、例えば、サファイアガラスにより構成することができるので、人体や車両等の、特に低温放射線源に基づく波長帯域の受光出力を良好に検出することができ、炎と他の赤外線放射線源との識別を簡易、安価、かつ、良好に行うことができる。

また、本発明に係る炎検出装置においては、上記狭帯域バンドパスフィルタ、カットオンフィルタ及びショートウェーブパスフィルタ部材と、第１及び第２の受光素子から構成される炎検出部を一対備え、該一対の炎検知部により、該一対の炎検知部の設置位置を基準とする相異なる２方向、例えば、トンネルの長手方向の左右２方向に対し、所定の検知エリアを設定して、炎を検出するようにしているので、トンネル内等の特定の火災監視区域内で発生する炎と、炎検出装置の比較的近距離の位置を通過する人体や車両等の放射線源とを識別して、良好な炎検出を行うことができるとともに、従来技術に比較して装置規模を大型化することなく、簡易かつ安価に炎検出装置を構成することができる。

なお、本発明に係る炎検出装置においては、上記炎検出装置は、第１の受光素子の出力から所定の周波数の信号成分を選択抽出する第１の周波数抽出手段と、第２の受光素子の出力から所定の周波数の信号成分を選択抽出する第２の周波数抽出手段とを備え、各々の周波数抽出手段における信号成分の通過特性、すなわち、周波数通過特性が相互に異なるように設定することができる。これにより、各波長帯域における受光出力の信号バランスの差分を顕著化して、その信号バランスを比較することにより炎と炎以外の放射線源とを判別することができる。

また、上記第１及び第２の周波数抽出手段は、選択抽出した周波数のうち、少なくとも、実質的な炎特有のちらつき周波数帯域以外の周波数において、第２の周波数抽出手段により抽出された信号成分の強度が、第１の周波数通過手段により抽出された信号成分の強度よりも大きくなるように、信号通過特性を設定することができる。これにより、判定手段により、例えば、炎特有のちらつき周波数を含む炎以外の放射線源（回転灯等）からの受光出力の信号バランス（各信号成分の強度の差）が、炎の場合に比較して顕著になることに基づいて、炎と上記炎以外の放射線源との識別を的確に行うことができる。

本発明に係る炎検出装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。 第１の実施形態に係る炎検出装置に適用されるセンサモジュールと、該センサモジュールを収納した本体カバーの構成例を示す概略構成図である。 第１の本実施形態に適用される光学波長フィルタ及び透光性窓の各波長における透過率を示す図である。 第１の実施形態に係る炎検出装置により設定される検知エリアの拡がりを説明する概略図である。 第１の実施形態に係る炎検出装置に適用される炎判定処理部の処理動作の手順を示すフローチャートである。 第１の実施形態に適用される炎判定処理における判定結果を示す相関表である。 本発明に係る炎検出装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。 第２の実施形態に係る炎検出装置のトンネル内での設置形態と検知エリアの拡がりを示す概略図である。 炎と回転灯との放射線スペクトルの関係を示す特性図である。 炎及び回転灯からの赤外線エネルギーに対する時系列観測波形（赤外線エネルギーの時間変動）を示す図である。 図１０に示した時系列観測波形に基づいて周波数解析を行った場合の周波数分布パターンを示す図である。 本発明に係る炎検出装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。 本実施形態に適用される周波数フィルタの周波数通過特性を示す特性図である。 本実施形態に係る周波数フィルタを適用した場合の炎及び回転灯からの赤外線エネルギーに対する時系列観測波形（赤外線エネルギーの時間変動）を示す図である。 燃焼炎と、その他の代表的な放射体の放射線スペクトルを示す概念図である。 検出性能試験時に試験ランプから投光される試験光の放射スペクトル特性図である。

符号の説明

１０ａ 第１の受光素子
１０ｂ 第２の受光素子
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 前置フィルタ
３０ａ、３０ｂ プリアンプ
４０ａ、４０ｂ メインアンプ
５０ａ、５０ｂ Ａ／Ｄ変換器
６０、６０Ａ 炎判定処理部
１００ａ、１００ｂ センサモジュール
１０５ａ、１０５ｂ 光学波長フィルタ
１０８ 透光性窓
２００ 炎検出装置
２０８ａ、２０８ｂ 試験ランプ
ＰＲＯＡ、ＰＲＯＢ 周波数抽出処理部

Claims (6)

1. 有炎燃焼時に発生するＣＯ_２共鳴により放射される、概ね４．５μｍを中心波長とする狭帯域波長の光のみを選択透過させる狭帯域バンドパスフィルタと、
   前記狭帯域バンドパスフィルタを透過した光を受光し電気信号に変換して出力する第１の受光素子と、
   前記狭帯域バンドパスフィルタの透過波長帯域の長波長側に隣接した、概ね５．０μｍを超える所定の波長帯域の光を透過させるカットオンフィルタと、
   前記カットオンフィルタを透過した光を受光し電気信号に変換して出力する第２の受光素子と、
   前記狭帯域バンドパスフィルタおよび前記カットオンフィルタ前面の観測対象となる監視エリア側に設けられた、概ね７．０μｍ以下の光を透過させ、それより長波長の光を遮断するロングウェーブカット特性を有するショートウェーブパスフィルタ部材と、
   前記第１の受光素子及び第２の受光素子の出力に基づいて所定規模以上の炎の有無を判定する判定手段と、を備え、
   前記第２の受光素子により設定される第２の検知エリアは、前記第１の受光素子により設定される第１の検知エリアの比較的近距離側のエリアと重なるように拡がり、且つ前記第１の検知エリアの拡がりの遠方最大距離に比べて、比較的短い遠方最大距離となるように設定されていることを特徴とする炎検出装置。
2. 前記第１の受光素子及び前記第２の受光素子を、焦電体で構成したことを特徴とする請求項１記載の炎検出装置。
3. 前記狭帯域バンドパスフィルタは、前記第１の受光素子を収納した第１のセンサモジュールの、前記第１の受光素子の前面に配置され、
   前記カットオンフィルタは、前記第２の受光素子を収納した第２のセンサモジュールの、前記第２の受光素子の前面に配置され、
   前記ショートウェーブパスフィルタ部材は、前記第１のセンサモジュールおよび前記第２のセンサモジュールを収納する本体カバーの、前記第１の受光素子および前記第２の受光素子のうち少なくとも前記第２の受光素子の前面に設けられた窓用開口部に配置される、前記第１のセンサモジュールおよび前記第２のセンサモジュールの保護用透光性窓であることを特徴とする請求項１記載の炎検出装置。
4. 前記ショートウェーブパスフィルタ部材は、サファイアガラスであることを特徴とする請求項３記載の炎検出装置。
5. 前記狭帯域バンドパスフィルタと、前記カットオンフィルタと、前記第１の受光素子と、前記第２の受光素子と、前記ショートウェーブパスフィルタ部材とから構成される炎検出部を一対備え、
   該一対の炎検知部により、該一対の炎検知部の設置位置を基準とする相異なる２方向に対し、前記第１の検知エリア及び前記第２の検知エリアからなる所定の検知エリアを設定して、特定の火災監視区域内で発生する炎を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の炎検出装置。
6. 前記一対の炎検知部は、トンネル内の所定の設置位置を基準として、前記トンネルの長手方向の左右２方向に対し、各々、前記第１の検知エリア及び前記第２の検知エリアからなる独立した３次元の前記検知エリアを設定して、前記トンネル内で発生する炎を検出することを特徴とする請求項５記載の炎検出装置。
   

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