JP5164282B2 - 炎検出装置およびその検知感度設定方法 - Google Patents
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Description
そして、光学式の波長バンドパスフィルタ111の役割としては、炎から発せられる輻射光には、可視光、紫外光、および赤外光といった様々な波長域の光が含まれているが、燃焼炎にはCO2の共鳴放射により4.4μm〜4.5μm付近に放射線相対強度のピークがあることが知られていることから、この4.4μm〜4.5μm付近の波長帯域の光を良好に透過させるために検知センサの受光素子前面に光学式の波長バンドパスフィルタ111を設けることにより、燃焼炎特有の受光出力を捕らえるようにするものである。
図24に示すように、2波長式の炎検出装置(以下、便宜的に「第2の従来技術」という)は、上述した炎検出装置の構成(図23)と略同等の赤外線エネルギー検出系を二組備えている。波長バンドパスフィルタ111aは、有炎燃焼時に発生するCO2共鳴により放射される4.4μm〜4.5μm付近の波長帯域の光を透過させる光学式の波長バンドパスフィルタであり、一方、波長バンドパスフィルタ111bは、たとえば4.4μm〜4.5μm付近の波長帯域の短波長側の3.8μm付近の波長帯域の光を透過させる光学式の波長バンドパスフィルタである。また、検知センサ110aおよび検知センサ110bは、波長バンドパスフィルタ111aおよび波長バンドパスフィルタ111bを透過した光を受光して電気信号に変換して出力する。
上述したような第1乃至第3の従来技術は、例えば特許文献1〜3等に記載されている。
すなわち、検知センサの出力信号レベルは、検知センサと被検体(放射線源)との間の距離L、および、被検体からの赤外線エネルギーの検知センサへの入射角θ(θ=0゜は検知センサの受光面に垂直に入射した場合)によって大きく異なり、距離Lまたは入射角θが小さくなるほど出力信号レベルは増大する傾向を示す。
火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置において、
検知感度を複数段階に切り換え制御する感度切換制御手段と、
前記増幅部からの前記増幅出力信号の飽和状態を検出する飽和検出手段と、を備え、
前記感度切換制御手段は、前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出した場合に、検知感度を前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出しない検知感度まで低感度側に段階的に切り換え制御し、1段階高い所定の検知感度において前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出し、該検知感度より1段階低い検知感度において前記増幅出力信号が所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記飽和状態を検出した検知感度に切り換え制御して、最適な検知感度に設定し、
前記炎判定手段は、前記最適な検知感度に切り換え設定した状態における前記増幅部からの前記増幅出力信号に基づいて、当該最適な検知感度に対応する前記検知エリア内の特定のエリアの炎の判定処理を行うことを特徴とする。
火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置において、
検知感度を複数段階に切り換え制御する感度切換制御手段と、
前記増幅部からの前記増幅出力信号の飽和状態を検出する飽和検出手段と、を備え、
前記感度切換制御手段は、前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出した場合に、検知感度を前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出しない検知感度まで低感度側に段階的に切り換え制御し、最低検知感度においても前記飽和状態を検出した場合は、該最低検知感度の設定状態を維持して、最適な検知感度に設定し、
前記炎判定手段は、前記最適な検知感度に切り換え設定した状態における前記増幅部からの前記増幅出力信号に基づいて、当該最適な検知感度に対応する前記検知エリア内の特定のエリアの炎の判定処理を行うことを特徴とする。
火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置において、
検知感度を複数段階に切り換え制御する感度切換制御手段と、
前記増幅部からの前記増幅出力信号の飽和状態を検出する飽和検出手段と、を備え、
前記感度切換制御手段は、前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出した場合に、検知感度を最低検知感度に切り換え制御し、該最低検知感度における前記増幅出力信号が、所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記検知感度を高感度側に段階的に切り換え制御し、1段階高い所定の検知感度において前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出し、該検知感度より1段階低い検知感度において前記増幅出力信号が前記所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記飽和状態を検出した検知感度に切り換え制御して、最適な検知感度に設定し、
前記炎判定手段は、前記最適な検知感度に切り換え設定した状態における前記増幅部からの前記増幅出力信号に基づいて、当該最適な検知感度に対応する前記検知エリア内の特定のエリアの炎の判定処理を行うことを特徴とする。
火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置において、
検知感度を複数段階に切り換え制御する感度切換制御手段と、
前記増幅部からの前記増幅出力信号の飽和状態を検出する飽和検出手段と、を備え、
前記感度切換制御手段は、前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出した場合に、検知感度を最低検知感度に切り換え制御し、該最低検知感度における増幅出力信号が、所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記検知感度を高感度側に段階的に切り換え制御し、最低検知感度においても前記飽和状態を検出した場合は、該最低検知感度の設定状態を維持して、最適な検知感度に設定し、
前記炎判定手段は、前記最適な検知感度に切り換え設定した状態における前記増幅部からの前記増幅出力信号に基づいて、当該最適な検知感度に対応する前記検知エリア内の特定のエリアの炎の判定処理を行うことを特徴とする。
火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置の検知感度設定方法において、
前記増幅部から出力される前記増幅出力信号の飽和状態を検出した場合に、前記飽和状態を検出しない検知感度まで低感度側に段階的に切り換え制御し、1段階高い所定の検知感度において前記飽和状態を検出し、該検知感度より1段階低い検知感度において前記増幅出力信号が所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記飽和状態を検出した検知感度に切り換え制御して、前記検知エリア内の特定のエリアに対応する最適な検知感度に設定することを特徴とする。
火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置の検知感度設定方法において、
前記増幅部から出力される前記増幅出力信号の飽和状態を検出した場合に、前記飽和状態を検出しない検知感度まで低感度側に段階的に切り換え制御し、最低検知感度においても前記飽和状態を検出した場合は、該最低検知感度の設定状態を維持して、前記検知エリア内の特定のエリアに対応する最適な検知感度に設定することを特徴とする。
火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置の検知感度設定方法において、
前記増幅部から出力される前記増幅出力信号の飽和状態を検出した場合に、検知感度を最低検知感度に切り換え制御し、該最低検知感度における前記増幅出力信号が、所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記検知感度を高感度側に段階的に切り換え制御し、1段階高い所定の検知感度において前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出し、該検知感度より1段階低い検知感度において前記増幅出力信号が前記所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記飽和状態を検出した検知感度に切り換え制御して、前記検知エリア内の特定のエリアに対応する最適な検知感度に設定することを特徴とする。
火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置の検知感度設定方法において、
前記増幅部から出力される前記増幅出力信号の飽和状態を検出した場合に、検知感度を最低検知感度に切り換え制御し、該最低検知感度における前記増幅出力信号が、所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記検知感度を高感度側に段階的に切り換え制御し、最低検知感度においても前記飽和状態を検出した場合は、該最低検知感度の設定状態を維持して、前記検知エリア内の特定のエリアに対応する最適な検知感度に設定することを特徴とする。
さらに、検知感度を段階的に切り換え設定することにより、検知エリアの拡がりを段階的に調整することができるので、検知エリア内で発生した火炎の位置を概略的に把握することができる。したがって、たとえば、放水装置に対して、この火炎発生領域に関する情報を提供することにより、消火時間の短縮および水損の影響を低減することができるとともに、また、給水設備等の規模を削減して設備コストを抑えることができる。
<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部の構成例を示す図であり、図3は、本実施形態に係る炎検出装置に適用される増幅部の作用を示す図である。
(イ)センサ部SEN
センサ部SENは、有炎燃焼時に発生するCO2共鳴により放射される概ね4.4μm〜4.5μm付近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波長バンドパスフィルタ(光学波長フィルタ)11と、該光学波長フィルタ11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受光素子10を備えている。
フィルタ部FLTは、上記受光素子10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Apのみを通過させて、後段の増幅部AMPに伝達する前置フィルタ20を有して構成されている。
(ハ)増幅部AMP
増幅部AMPは、抵抗R1を介してフィルタ部FLTからの信号成分Apが一方の入力端子(−)に接続され、基準レベルが他方の入力端子(+)に接続されたアンプ40と、該アンプ40の入力端子(−)と出力端子間に接続された抵抗R2、R3および抵抗R2に並列接続されたコンデンサCと、抵抗R2、R3の接続接点と基準レベルとの間に、直接接続された抵抗R4、および、各々切換スイッチ(アナログスイッチ)SW1、SW2を介して接続された抵抗R5、R6とを備えている。
しかしながら、図3(b)に示すような増幅部の構成においては、可変抵抗Rvの抵抗値を変化させることにより増幅率を可変調整した場合、抵抗R、Rv、コンデンサCからなるフィルタの特性が一緒に変化してしまい、所望の出力信号特性を得られなくなるという問題を有している。
したがって、このような増幅部AMPの構成によれば、フィルタ部FLTを通過する信号成分Apを、段階的に可変設定される所定の増幅率で、後述する炎判定処理に適した信号レベルに増幅することができる。なお、本実施形態においては、切換スイッチSW1、SW2がともに導通状態(ON)にあるとき、最高増幅率(最高検知感度)となり、切換スイッチSW1、SW2がともに遮断状態(OFF)にあるとき、最低増幅率(最低検知感度)となる。
A/D変換部50は、増幅部AMPから出力された増幅出力信号Bpを、後段の信号処理部PROにおける各種信号処理に適したデジタル信号に変換する。なお、A/D変換部50は、後段の信号処理部PRO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を有する場合には省略することができる。
信号処理部PROは、A/D変換器50によりA/D変換された増幅出力信号Bpの信号レベル(増幅出力信号レベル)が飽和レベルに達しているか否か(飽和状態)を検出する飽和検出部(飽和検出手段)61と、飽和検出部61により増幅出力信号レベルの飽和を検出した場合に、制御信号CS1、CS2を出力して、上記切換スイッチSW1、SW2の導通/遮断状態を制御して、増幅部AMPの増幅率を段階的に切り換え、最適な検知感度を設定する感度切換制御部(感度切換制御手段)62と、感度切換制御部62により設定された検知感度(増幅率)における、増幅部AMPからの増幅出力信号Bpに基づいて、火炎等の有無を検出する判定処理を実行する炎判定部(炎判定手段)63とを備えている。
図4は、本実施形態に係る炎検出装置の検知感度設定方法の処理手順を示すフローチャートである。ここでは、図1に示した炎検出装置の概略構成を適宜参照しながら説明する。
そして、火炎FRが観測されると、受光素子10により火炎FRの輻射エネルギーに応じた検出信号Spが出力され、前置フィルタ20により特定の周波数帯域の信号成分Apのみが通過して増幅部AMPに出力される。増幅部AMPは、上記初期状態により設定される最高増幅率に基づいて、信号成分Apを増幅処理し、A/D変換器50を介してA/D変換された増幅出力信号Bpを信号処理部PROに出力する。
具体的には、処理手順S103において、増幅出力信号Bpの飽和を検出した場合には、感度切換制御部62から制御信号CS1を出力して、切換スイッチSW1を遮断状態とし、実質的に抵抗R6を増幅部AMPから切り離すことにより、増幅部AMPの増幅率を段階的に低くして検知感度を1段階低下させる(S106)。
上述したような一連の処理手順によれば、増幅部AMPの増幅率を段階的に変化させることにより、信号処理部PROに入力される増幅出力信号Bpの飽和状態を回避する最適な検知感度を設定して、適切な信号レベルを有する増幅出力信号Bpに基づいて炎判定処理を実行することができるので、炎判定の精度を向上させることができる。
たとえば、検知感度(すなわち、増幅部AMPの増幅率)を初期状態(最高感度)に設定して読み込んだ増幅出力信号Bpが、飽和状態であることを検出した場合には、切換スイッチSW1、SW2の双方をOFF制御して、増幅部AMPの増幅率を最低の増幅率に切り換えることにより、検知感度を最低感度に設定し、最低感度側から段階的に高感度側に切り換える手法であってもよい。
また、本実施形態におけるこのような最適感度設定方法によれば、飽和状態が検出されない検知感度のうち、一番高い検知感度を最適検知感度とするように切り換え設定して、炎判定を行うことができるので、信号対ノイズ比(S/N)を改善して、炎判定処理の精度を一層向上することができる。
これにより、上記一連の処理手順において、炎有りと判断される可能性が僅かでもある場合には、最終的に無条件で火災発生信号を出力することができ、失報の発生を確実に防止することができる。
上述した実施形態においては、増幅部AMPからの増幅出力信号Bpの飽和状態に基づいて、増幅部AMPの増幅率(すなわち、検知感度)の切り換え制御、および、炎判定処理を実行する場合について説明したが、炎検出装置の検知感度は、炎の検知エリアと密接に関連していることから、上記と同様の処理手順を用いて、火炎の発生領域を概略的に把握することができる。すなわち、炎判定部63により炎有りと判定された場合、その時点で設定されている検知感度に対応した有効検知エリア内に火炎が位置していると判定される。
図5は、本実施形態に係る火災位置判定方法の第1の具体例を示す検知エリアの概略図であり、図6は、検知感度と火災発生領域との関係を示すテーブルである。
図4に示したフローチャートの処理手順S101〜S104において設定された検知感度(最高感度)に対応する検知エリアは、図5(a)に示すように、炎検出装置100から最も遠方の領域までを監視対象とする有効検知エリアARaとなる。このとき、炎検出装置100近傍の無効検知エリアAXaは、比較的大きな領域にならざるを得ない。
したがって、図6に示すように、切換スイッチSW1、SW2がともにON制御された状態で、炎判定部63により炎有りと判定された場合には、有効検知エリアARa内で火炎faが発生していると判定する(関連付ける)ことができる。
したがって、図6に示すように、切換スイッチSW1がOFF制御され、切換スイッチSW2がON制御された状態で、炎判定部63により炎有りと判定された場合には、有効検知エリアARb内に火炎fbが発生していると判定することができる。
したがって、図6に示すように、切換スイッチSW1、SW2がともにOFF制御された状態で、炎判定部63により炎有りと判定された場合には、有効検知エリアARc内に火炎fcが発生していると判定することができる。
また、検知感度を順次変化させることにより、炎検出装置の近傍に設定される無効検知エリアを実質的に縮小することができ、有効検知エリアを相対的に拡大して広範囲の火炎監視機能を実現することができる。
図7は、本実施形態に係る火災位置判定方法の第2の具体例を示すフローチャートであり、図8は、本実施形態に係る火災位置判定方法における炎発生エリアの判定処理の一例を示す概略図であり、図9は、本実施形態に係る火災位置判定方法における炎発生エリアの判定処理の他の例を示す概略図である。ここでは、図1に示した炎検出装置の概略構成を適宜参照して説明する。
そして、火炎FRを観測することにより受光素子10から検出信号Spが出力され、前置フィルタ20により特定の周波数帯域の信号成分Apのみが通過して増幅部AMPにより増幅処理される。
信号処理部PROは、増幅部AMPからの増幅出力信号Bpを順次読み込み(S302)、炎判定部63により炎の有無を判定する(S303)。この判定結果は、設定されている検知感度(最高感度)に対応する有効検知エリア(図5(a)に示したARaに相当)と関連付けて、エリア情報としてメモリ等の記憶手段に格納する(S304)。
そして、1段階低下した検知感度で、再び火炎FRを観測し、上記一連の処理手順(S302〜S304)と同様に、信号処理部PROは、増幅部AMPからの増幅出力信号Bpを順次読み込んで(S306)、炎の有無を判定し(S307)、その判定結果を、設定されている検知感度(最高感度より1段階低い検知感度)に対応する有効検知エリア(図5(b)に示したARbに相当)と関連付けて、エリア情報として取得する(S308)。
そして、最低感度で、再び火炎FRを観測し、上記一連の処理手順(S302〜S304、S306〜S308)と同様に、増幅部AMPからの増幅出力信号Bpを順次読み込んで(S310)、炎の有無を判定し(S311)、その判定結果を、設定されている検知感度(最低感度)に対応する有効検知エリア(図5(c)に示したARcに相当)と関連付けて、エリア情報として取得する(S312)。
そして、抽出された各有効検知エリア相互の差分となる領域を算出して(S315)、当該領域を炎発生エリアと判定し(S316)、火災発生信号に該炎発生エリアの情報を付加して出力する(S317)。
なお、この第2の具体例にあっては、基本的に炎検出装置の切り換え設定が可能な全ての検知感度において、炎判定処理とともに飽和状態検出処理が行われ、最適検知感度の決定後、最適検知感度より低感度側の全ての検知感度に切り換え制御される。
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。
第2の実施形態は、上述した第1の実施形態の炎検出装置を2波長検出方式に適用したものである。
図10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11は、本実施形態に係る炎検出装置に適用されるセンサ部の構成例を示す図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
(イ)センサ部SENA、SENB
センサ部SENAは、有炎燃焼時に発生するCO2共鳴により放射される、概ね4.4〜4.5μm付近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、たとえば、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(第1の光学波長フィルタ)11Aと、該光学波長フィルタ11A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。
なお、上述した光学波長フィルタ11A、11Bは、たとえば、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、上記所定のフィルタ特性を持たせることができる。
また、各光学波長フィルタ11A、11B単体で所望のフィルタ特性が得られない場合には、たとえば、上記透光性窓18を構成するサファイアガラスが有するフィルタ特性、すなわち、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ハイカット特性等を利用した複合フィルタとして用いることもできる。
信号処理部PROは、第1の検知グループKGAからの出力信号(A/D変換器50Aから出力される増幅出力信号BA)の信号レベルが飽和レベルに達しているか否か(飽和状態)を検出する飽和検出部(飽和検出手段)61と、飽和検出部61により増幅出力信号レベルの飽和を検出した場合に、制御信号CS1、CS2を出力して、第1の検知グループKGAの切換スイッチSW1Aおよび第2の検知グループKGBの切換スイッチSW1B、あるいは、第1の検知グループKGAの切換スイッチSW2Aおよび第2の検知グループKGBの切換スイッチSW2Bの導通/遮断状態を連動して制御し、増幅部AMPA、AMPBの増幅率を段階的に切り換え、最適な検知感度を設定する感度切換制御部(感度切換制御手段)62と、感度切換制御部62により設定された検知感度(増幅率)における、第1の検知グループKGAおよび第2の検知グループKGB双方からの出力信号(増幅出力信号BA、BB)に基づいて、火炎等の有無を検出する判定処理を実行する炎判定部(炎判定手段)63とを備えている。
すなわち、初期状態として、感度切換制御部62により制御信号CS1、CS2が出力され、増幅部AMPAの切換スイッチSW1A、SW2A、および、増幅部AMPBの切換スイッチSW1B、SW2Bを連動してともに導通状態に切り換え制御することにより、双方の増幅部AMPA、AMPBの増幅率を最大に設定して、炎検出装置の検知感度を最高感度に設定する。
そして、1段階低下した検知感度で、再び火炎FRを観測して、上記処理手順と同様に、増幅部AMPAからの増幅出力信号BAの飽和検出処理、増幅部AMPAおよび増幅部AMPBからの増幅出力信号BA、BBに基づく炎判定処理、および、増幅部AMPA、AMPBの増幅率の連動切換処理(感度切換処理)を実行する。
また、本実施形態に係る検知感度設定方法に基づいて実現される火炎発生領域の判定方法、さらには、その他の処理手順等についても、上述した第1の実施形態に示した手法を良好に適用することができる。
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、図面を参照して説明する。
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り、図13は、本実施形態に係る炎検出装置に適用されるセンサ部の構成例を示す図であり、図14は、本実施形態に係る炎検出装置に適用されるセンサ部における受光素子の配置例を示す図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
(イ)センサ部SENC/フィルタ部FLTC
センサ部SENCは、略同一の検知エリアを有するように設定され、かつ、火炎FR等の熱源からの赤外線エネルギーを略同時に検出する複数の受光素子10a〜10dと、受光素子10a〜10dの前面に共通に設けられ、概ね4.4μm〜4.5μm付近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波長バンドパスフィルタ(光学波長フィルタ)11と、を有して構成され、フィルタ部FLTCは、該受光素子10a〜10dの各々から個別に出力される検出信号Sa〜Sd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Aa〜Adのみを通過させる前置フィルタ20a〜20dを有して構成されている。
加算増幅部AMPCは、前置フィルタ20a〜20dを通過する信号成分Aa〜Adを初段増幅して出力線La〜Ldに出力するプリアンプ30a〜30dと、信号処理部PROからの制御信号CS3、CS4に基づいて、出力線La〜Ld相互の接続状態、すなわち、プリアンプ30b〜30dの出力の接点NAに対する接続状態を制御する切換スイッチSW3、SW4と、プリアンプ30a〜30dの出力線La〜Ldを結合接続(出力信号を加算)して得られる出力信号を、後述する信号処理部PROにおける信号処理に適した信号レベルに増幅するメインアンプ40Cと、を有して構成されている。
信号処理部PROは、加算増幅部AMPCからA/D変換器50Cを介して出力される増幅出力信号BCの信号レベルが飽和レベルに達しているか否か(飽和状態)を検出する飽和検出部61と、飽和検出部61により増幅出力信号レベルの飽和を検出した場合に、制御信号CS3、CS4を出力して、加算増幅部AMPCの切換スイッチSW3、SW4の導通/遮断状態を制御し、加算増幅率(出力線La〜Ldの出力数)を段階的に切り換え、最適な検知感度を設定する感度切換制御部62と、感度切換制御部62により設定された検知感度(加算増幅率)における増幅出力信号BCに基づいて、火炎等の有無を検出する判定処理を実行する炎判定部63とを備えている。
図15は、本実施形態に係る炎検出装置に適用される増幅部における出力線相互の接続状態とその作用を説明するための概念図である。
このような構成を有する炎検出装置の検知感度設定方法は、上述した第1の実施形態(図4参照)と同様に、加算増幅部AMPCの加算増幅率(出力線La〜Ldの出力数)を段階的に可変制御することにより検知感度を3段階に切り換え、加算増幅部AMPCからの増幅出力信号BCが飽和状態とならない最適な検知感度に設定された状態で炎判定処理を行うことを特徴とする。
そして、火炎FRを観測すると、加算増幅部AMPCから出力される増幅出力信号BCを順次読み込んで、飽和検出部61により増幅出力信号BCの飽和状態が検出され、飽和状態にない場合には、炎判定部63において加算増幅部AMPCからの増幅出力信号BCに基づいて炎の有無が判定される。
さらに、本実施形態においては、センサ部SENCの構成として、同一の特性を有する複数の受光素子10a〜10dを同一の基板上に近接して配置され、一体的にパッケージ化されたものを示したが、本発明はこれに限定されるものではない。
図16は、本実施形態に係る炎検出装置に適用されるセンサ部の他の構成例を示す図であり、図17は、本実施形態に係る炎検出装置に適用されるセンサ部における受光素子の他の配置例を示す図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
次に、本発明に係る炎検出装置の第4の実施形態について、図面を参照して説明する。
第4の実施形態は、上述した第3の実施形態の炎検出装置を2波長検出方式に適用したものである。
図18は、本発明に係る炎検出装置の第4の実施形態を示す概略構成図であり、図19は、本実施形態に係る炎検出装置に適用されるセンサ部の構成例を示す図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
(イ)センサ部SEND、SENE
センサ部SENDは、有炎燃焼時に発生するCO2共鳴により放射される、概ね4.4〜4.5μm付近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、たとえば、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(第1の光学波長フィルタ)11Dと、該光学波長フィルタ11Dを透過した光を略同時に受光して電気信号に変換して個別に出力する複数の第1の受光素子10a〜10dを備えている。すなわち、センサ部SEND(第1の検知グループKGD)は、炎特有の波長帯域を有する赤外線エネルギーのみを抽出して、検出するように構成されている。
なお、光学波長フィルタ11D、11Eは、上述した第2の実施形態に示したものと同様に、所定のフィルタ特性を持たせることができる。
信号処理部PROは、第1の検知グループKGDからの出力信号(A/D変換器50Dから出力される増幅出力信号BD)の飽和状態を検出する飽和検出部61と、飽和検出部61により増幅出力信号レベルの飽和状態を検出した場合に、制御信号CS3、CS4を出力して、第1の検知グループKGDの切換スイッチSW3Dおよび第2の検知グループKGEの切換スイッチSW3E、あるいは、第1の検知グループKGDの切換スイッチSW4Dおよび第2の検知グループKGEの切換スイッチSW4Eの導通/遮断状態を連動して制御し、増幅部AMPD、AMPEの加算増幅率を段階的に切り換え、最適な検知感度を設定する感度切換制御部62と、感度切換制御部62により設定された検知感度(加算増幅率)における、第1の検知グループKGDおよび第2の検知グループKGE双方からの出力信号に基づいて、火炎等の有無を検出する判定処理を実行する炎判定部63とを備えている。
特に、第1の検知グループKGD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の検知グループKGE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るので、これらの出力信号に基づいて、炎と他の赤外線放射線源との識別を良好に行って、より炎判定処理の精度を向上することができる。
また、本実施形態に係る検知感度設定方法に基づいて実現される火炎発生領域の判定方法、さらには、その他の処理手順等についても、上述した各実施形態に示した手法を良好に適用することができる。
次に、本発明に係る炎検出装置の第5の実施形態について、図面を参照して説明する。
図20は、本発明に係る炎検出装置の第5の実施形態を示す概略構成図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
なお、本実施形態に係る検知感度設定方法は、図4に示したように、検知感度を最高感度から順次段階的に低感度側に切り換え制御する手法の他に、検知感度を最高感度から一旦最低感度に切り換え、第1の検知グループからの出力信号の飽和状態および所定のしきい値かを監視しながら、順次段階的に高感度側に切り換え制御する手法を適用することもできる。
次に、本発明に係る炎検出装置の第6の実施形態について、図面を参照して説明する。
図21は、本発明に係る炎検出装置の第6の実施形態を示す概略構成図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
ここで、各切換スイッチSW1G、SW2Gは、信号処理部PROの感度切換制御部62から出力される制御信号CS8、CS9に基づいて、導通/遮断状態が切り換え制御される。なお、他の構成については、上述した各実施形態と同等または略同等の構成を有しているので、その説明を省略する。
したがって、たとえば、受光素子10a〜10dの素子寸法が略同一に形成されている場合には、検知グループKG11の信号増幅率(すなわち、プリアンプ30a、30bの増幅率と、接点naにおける加算効果を考慮した実質的な増幅率)を基準として、検知グループKG12の信号増幅率(すなわち、プリアンプ30cの増幅率)を略同一に設定し、また、検知グループKG13の信号増幅率(すなわち、プリアンプ30dの増幅率)を略2倍に設定することにより実現される。
また、本実施形態に係る検知感度設定方法に基づいて実現される火炎発生領域の判定方法、さらには、図10および図18に示したような2組の検知グループを有する構成(2波長検出方式)、その他の処理手順等についても、上述した各実施形態に示した構成および手法を良好に適用することができる。
次に、本発明に係る炎検出装置の第7の実施形態について、図面を参照して説明する。
図22は、本発明に係る炎検出装置の第7の実施形態を示す概略構成図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
なお、他の構成については、上述した各実施形態と同等または略同等の構成を有しているので、その説明を省略する。
すなわち、火炎FRが観測した場合、初期状態として、飽和検出部61により最大の増幅率を有する検知グループKG21からの出力信号(増幅出力信号LHa)が選択されて取り込まれ、感度切換制御部62により、当該出力信号について飽和検出処理、および、所定のしきい値との比較処理が実行される。
また、本実施形態に係る検知感度設定方法に基づいて実現される火炎発生領域の判定方法、さらには、図10および図18に示したような2組の検知グループを有する構成(2波長検出方式)、その他の処理手順等についても、上述した各実施形態に示した構成および手法を良好に適用することができる。
さらに、上述した各実施形態において、検知感度の段階数や受光素子の数等は、適宜変更設定できるものであることは言うまでもない。
FLT フィルタ部
AMP 増幅部
PRO 信号処理部
SW1、SW2 切換スイッチ
10、10a〜10f 受光素子
20、20a〜20f 前置フィルタ
30、30a〜30f プリアンプ
40、40a〜40c メインアンプ
50、50a〜50c A/D変換器
61 飽和検出部(飽和検出手段)
62 感度切換制御部(感度切換制御手段)
63 炎判定部(炎判定手段)
FR 火炎
Claims (11)
- 火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置において、
検知感度を複数段階に切り換え制御する感度切換制御手段と、
前記増幅部からの前記増幅出力信号の飽和状態を検出する飽和検出手段と、を備え、
前記感度切換制御手段は、前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出した場合に、検知感度を前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出しない検知感度まで低感度側に段階的に切り換え制御し、1段階高い所定の検知感度において前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出し、該検知感度より1段階低い検知感度において前記増幅出力信号が所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記飽和状態を検出した検知感度に切り換え制御して、最適な検知感度に設定し、
前記炎判定手段は、前記最適な検知感度に切り換え設定した状態における前記増幅部からの前記増幅出力信号に基づいて、当該最適な検知感度に対応する前記検知エリア内の特定のエリアの炎の判定処理を行うことを特徴とする炎検出装置。 - 火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置において、
検知感度を複数段階に切り換え制御する感度切換制御手段と、
前記増幅部からの前記増幅出力信号の飽和状態を検出する飽和検出手段と、を備え、
前記感度切換制御手段は、前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出した場合に、検知感度を前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出しない検知感度まで低感度側に段階的に切り換え制御し、最低検知感度においても前記飽和状態を検出した場合は、該最低検知感度の設定状態を維持して、最適な検知感度に設定し、
前記炎判定手段は、前記最適な検知感度に切り換え設定した状態における前記増幅部からの前記増幅出力信号に基づいて、当該最適な検知感度に対応する前記検知エリア内の特定のエリアの炎の判定処理を行うことを特徴とする炎検出装置。 - 火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置において、
検知感度を複数段階に切り換え制御する感度切換制御手段と、
前記増幅部からの前記増幅出力信号の飽和状態を検出する飽和検出手段と、を備え、
前記感度切換制御手段は、前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出した場合に、検知感度を最低検知感度に切り換え制御し、該最低検知感度における前記増幅出力信号が、所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記検知感度を高感度側に段階的に切り換え制御し、1段階高い所定の検知感度において前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出し、該検知感度より1段階低い検知感度において前記増幅出力信号が前記所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記飽和状態を検出した検知感度に切り換え制御して、最適な検知感度に設定し、
前記炎判定手段は、前記最適な検知感度に切り換え設定した状態における前記増幅部からの前記増幅出力信号に基づいて、当該最適な検知感度に対応する前記検知エリア内の特定のエリアの炎の判定処理を行うことを特徴とする炎検出装置。 - 火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置において、
検知感度を複数段階に切り換え制御する感度切換制御手段と、
前記増幅部からの前記増幅出力信号の飽和状態を検出する飽和検出手段と、を備え、
前記感度切換制御手段は、前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出した場合に、検知感度を最低検知感度に切り換え制御し、該最低検知感度における増幅出力信号が、所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記検知感度を高感度側に段階的に切り換え制御し、最低検知感度においても前記飽和状態を検出した場合は、該最低検知感度の設定状態を維持して、最適な検知感度に設定し、
前記炎判定手段は、前記最適な検知感度に切り換え設定した状態における前記増幅部からの前記増幅出力信号に基づいて、当該最適な検知感度に対応する前記検知エリア内の特定のエリアの炎の判定処理を行うことを特徴とする炎検出装置。 - 前記炎判定手段は、最適な検知感度に切り換え設定した状態における前記増幅部からの前記増幅出力信号が、所定のしきい値以上であることを検出した場合に炎有りと判定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。
- 前記炎判定手段は、最適な検知感度に切り換え設定した状態における前記増幅部からの前記増幅出力信号が、所定のしきい値以上を検出した場合に、前記増幅出力信号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ことを特徴とする請求項1乃至4記載のいずれかに記載の炎検出装置。
- 前記炎判定手段は、前記判定処理により炎有りと判定した場合は、当該検知感度に対応した有効検知エリア内に火炎が位置していると判定することを特徴とする請求項5または6記載の炎検出装置。
- 火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置の検知感度設定方法において、
前記増幅部から出力される前記増幅出力信号の飽和状態を検出した場合に、前記飽和状態を検出しない検知感度まで低感度側に段階的に切り換え制御し、1段階高い所定の検知感度において前記飽和状態を検出し、該検知感度より1段階低い検知感度において前記増幅出力信号が所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記飽和状態を検出した検知感度に切り換え制御して、前記検知エリア内の特定のエリアに対応する最適な検知感度に設定することを特徴とする炎検出装置の検知感度設定方法。 - 火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置の検知感度設定方法において、
前記増幅部から出力される前記増幅出力信号の飽和状態を検出した場合に、前記飽和状態を検出しない検知感度まで低感度側に段階的に切り換え制御し、最低検知感度においても前記飽和状態を検出した場合は、該最低検知感度の設定状態を維持して、前記検知エリア内の特定のエリアに対応する最適な検知感度に設定することを特徴とする炎検出装置の検知感度設定方法。 - 火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置の検知感度設定方法において、
前記増幅部から出力される前記増幅出力信号の飽和状態を検出した場合に、検知感度を最低検知感度に切り換え制御し、該最低検知感度における前記増幅出力信号が、所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記検知感度を高感度側に段階的に切り換え制御し、1段階高い所定の検知感度において前記飽和検出手段が前記飽和状態を検出し、該検知感度より1段階低い検知感度において前記増幅出力信号が前記所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記飽和状態を検出した検知感度に切り換え制御して、前記検知エリア内の特定のエリアに対応する最適な検知感度に設定することを特徴とする炎検出装置の検知感度設定方法。 - 火炎を観測して得られる光を受光して電気信号に変換して出力する受光素子を有する検知センサと、前記検知センサからの出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅部と、前記増幅部から出力される増幅出力信号に基づいて炎の判定処理を行う炎判定手段と、を備え、前記検知センサに対して特定の拡がりを有する検知エリアの全域を、前記受光素子により監視する炎検出装置の検知感度設定方法において、
前記増幅部から出力される前記増幅出力信号の飽和状態を検出した場合に、検知感度を最低検知感度に切り換え制御し、該最低検知感度における前記増幅出力信号が、所定のしきい値以下であることを検出した場合には、前記検知感度を高感度側に段階的に切り換え制御し、最低検知感度においても前記飽和状態を検出した場合は、該最低検知感度の設定状態を維持して、前記検知エリア内の特定のエリアに対応する最適な検知感度に設定することを特徴とする炎検出装置の検知感度設定方法。
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