JP5612968B2 - Flame detector - Google Patents
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Description
本発明は炎を判別する炎感知器に関し、特に2波長式で炎を確実に検出することができる炎感知器に関するものである。
The present invention relates to a flame detector that discriminates flames, and more particularly to a flame detector that can reliably detect flames using a two-wavelength method.
火災の炎を判別する際に、炎が発する赤外線のうち、CO2共鳴帯域等に関連して2以上の波長帯域の赤外線出力を得て、その比によって高温物体等からの赤外線を排除して炎を判別することは、従来から各種手法によって用いられている。
例えば、従来の赤外線炎検知機は、火災に特有な波長の赤外線と、その近傍の波長の赤外線を検出し、二つの赤外線のエネルギー量の比により、炎による火災を検知するようにしている(例えば、特許文献1参照)。
When determining the flame of a fire, it obtains infrared output of two or more wavelength bands in relation to the CO2 resonance band, etc., among the infrared rays emitted from the flame, and the ratio eliminates infrared rays from high-temperature objects etc. Is conventionally used by various methods.
For example, a conventional infrared flame detector detects an infrared ray having a wavelength specific to a fire and an infrared ray having a wavelength in the vicinity thereof, and detects a fire caused by a flame by a ratio of energy amounts of two infrared rays ( For example, see Patent Document 1).
従来の赤外線炎検知機では、火災に特有な波長の赤外線と、その近傍の波長の赤外線を検出し、二つの赤外線のエネルギー量の比によって炎による火災を検知するようにしているが、実際の炎からの出力比はゆらぎ方が一定でなくばらつくため、二つの赤外線の出力比が所定の範囲にあることだけでは確実に炎による火災を検知することができないという問題点があった。
In conventional infrared flame detectors, infrared rays with wavelengths that are unique to fire and those in the vicinity of them are detected, and fires due to flames are detected by the ratio of the energy amounts of the two infrared rays. Since the output ratio from the flame is not constant and fluctuates, there is a problem that it is impossible to reliably detect a fire due to the flame if the output ratio of the two infrared rays is within a predetermined range.
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、実際の炎のゆらぎ方が一定でないことから、検出したパルスの波形に関するデータが所定の分布状態にあることを捉えて確実に炎の火災を判別する炎感知器を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve such problems, and since the actual way of fluctuation of the flame is not constant, the fact that the data regarding the waveform of the detected pulse is in a predetermined distribution state is surely captured. The purpose is to obtain a flame detector that distinguishes fire.
本発明に係る炎感知器は、炎が発するCO2共鳴放射の波長帯域の赤外線を検出する赤外線センサと、該赤外線センサの検出信号を所定の時間間隔で取り込んで、前記検出信号が所定の波形判別レベルを超えるときを波形の始まりと認識し、前記所定の波形判別レベルを下回るまでを一つのパルスの波形として作成し、複数のパルスのパルス幅を波形データとして取得する波形データ取得手段と、該波形データ取得手段が取得した複数のパルスの波形データのパルス幅の分布に基づいて炎を判別する炎判別手段と、を備え、前記炎判別手段は、所定時間内に波形が12個以上存在する場合に、最新の波形データ12個のうち、パルス幅が所定範囲内に全て収まると共に、その所定範囲を3分割した範囲で、炎のゆらぎ方が一定でなくばらつくことに対応したパルスの波形データの分布である短い方の分割範囲及び長い方の分割範囲にそれぞれ波形データが3個以上含まれているとき、炎と判別することを特徴とする。
A flame detector according to the present invention includes an infrared sensor for detecting infrared rays in a wavelength band of CO2 resonance radiation emitted by a flame, and a detection signal of the infrared sensor at a predetermined time interval. A waveform data acquisition means for recognizing the start of the waveform as exceeding the level, creating a waveform of one pulse until the waveform falls below the predetermined waveform determination level, and acquiring the pulse width of a plurality of pulses as waveform data; Flame discrimination means for discriminating flames based on the pulse width distribution of the waveform data of the plurality of pulses acquired by the waveform data acquisition means, and the flame discrimination means has 12 or more waveforms within a predetermined time. In this case, out of the 12 latest waveform data, the pulse width is all within the predetermined range, and the fluctuation of the flame is not constant and varies in the range obtained by dividing the predetermined range into three. When three or more pieces of waveform data are included in the shorter divided range and the longer divided range which are the distribution of the waveform data of the pulse corresponding to the above, it is determined that the flame is detected.
本発明は以上説明したように、波形データ取得手段は赤外線センサの検出信号を取り込んで複数のパルスの波形データを取得し、炎判別手段は該波形データが所定の分布状態にあることに基づいて炎を判別するようにしたので、実際の炎のゆらぎ方が一定でなくばらつくことに対応したパルスの波形データの分布から判断できることとなり、炎を確実に判別することができる。
As described above, according to the present invention, the waveform data acquisition means takes in the detection signal of the infrared sensor to acquire waveform data of a plurality of pulses, and the flame determination means is based on the fact that the waveform data is in a predetermined distribution state. Since the flame is discriminated, it can be judged from the distribution of pulse waveform data corresponding to the fact that the actual flame fluctuation is not constant and varies, and the flame can be discriminated reliably.
図1は本発明に係る実施の形態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は同炎感知器の赤外線センサの出力信号をMPUに取り込んで波形が連続する場合の波形の個数判別処理を示す説明図、図4は同炎感知器の赤外線センサの出力信号をMPUに取り込んだパルスの波形データの種類を示す説明図、図5は同炎感知器の赤外線センサの出力信号をMPUに取り込んだパルスの各種波形データを示すテーブル、図6は同炎感知器の動作を示すフローチャートである。
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等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2に出力する。増幅器2で増幅された信号はMPU3に入力される。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a flame detector according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of an MPU of the flame detector, and FIG. 3 is an output of an infrared sensor of the flame detector. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the types of waveform data of pulses obtained by capturing the output signal of the infrared sensor of the flame detector into the MPU. FIG. 5 is a table showing various waveform data of pulses obtained by taking the output signal of the infrared sensor of the flame detector into the MPU, and FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the flame detector.
The flame detector shown in FIG. 1 includes a main
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12に出力する。増幅器12で増幅された信号はMPU3に入力される。
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。
The flame detector includes a
Note that the main
MPU3は、図2に示すように、A/D変換器31、CPU32、パルスの波形データを記憶するROM33、RAM34、タイマ35及びI/O(入出力)回路36を備えており、増幅部2からの出力をA/D変換器31を介して取り込んで、後述のように連続している波形の個数判別と波形が炎であることの判別を行う。MPU3のタイマ35はA/D変換器31を介して出力を取り込むサンプリング間隔を設定する。
As shown in FIG. 2, the
また、MPU3はI/O回路36を介して火災信号発生部21と接続されている。火災信号発生部21はMPU3が波形が炎であると判別したときに、MPU3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、図示しない火災受信機と接続されている。 22は電源部で、各部に電源を供給する。23は電源部22に所定の直流電圧を供給する電源兼信号線、24は電源部22及び電源兼信号線23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23の回線電圧が異常でないことを確認してMPU3に検出信号の出力動作を行わせるようにしている。
The MPU 3 is connected to the fire
次に、本発明に係る実施の形態の炎感知器の動作について図6のフローチャートに基づいて説明する。
概略的に、図6のフローチャートでは、サンプリング処理として、所定の間隔でA/D変換器31を介して赤外線センサ1、11の出力を取り込み、検出レベルとする。主赤外線センサ1から継続して得られる検出レベルから、炎のゆらぎに基づく波形を検出して、個々の波形データを作成してRAM34に記憶する。そして、この波形に基づいて炎を判別するが、このときに波形が継続して得られることの判別と、波形が炎の特徴を有することの判別との2つの観点から判別を行っている。これらに基づいて炎と判別されるときに、火災信号を送出する。
図6において、まず主赤外線センサ1と副赤外線センサ11のセンサ出力は、増幅部2、12で各々増幅された後に、MPU3に入力される。
MPU3のCPU32では、タイマ35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31によりA/D変換された主赤外線センサ1及び副赤外線センサ11の検出信号を例えば50msという所定の周期でサンプリングする(ステップS1)。
Next, the operation of the flame detector according to the embodiment of the present invention will be described based on the flowchart of FIG.
Schematically, in the flowchart of FIG. 6, as sampling processing, the outputs of the
In FIG. 6, sensor outputs from the main
When the sampling time set in the
次に、サンプリングした主赤外線センサ1の検出信号から炎のゆらぎに基づく最新のパルスの波形を検出する(ステップS2)。
このパルスの波形の検出は、サンプリングにより取り込んだ検出信号の検出レベルが所定の波形判別レベルを越えるときに波形の始まりと認識し、波形判別レベルを下回るまでを一つの波形とし、その越え始めをタイムスタンプとしてメモリであるRAM34に記憶し、以降一つの波形として必要な波形データを作成する。このタイムスタンプは、後の波形が連続して発生していることの確認に使用される。
ここで、波形データとしては、図4に示すような超え始めのタイムスタンプ、主波長の高さ(最大値)、主波長/副波長の波形の面積比、主波長のパルス幅があり、これらを各波形毎に記憶する。
Next, the latest pulse waveform based on the fluctuation of the flame is detected from the sampled detection signal of the main infrared sensor 1 (step S2).
This pulse waveform is detected when the detection level of the detection signal acquired by sampling exceeds the predetermined waveform discrimination level, and is recognized as the beginning of the waveform. The time stamp is stored in the
Here, as waveform data, there are a time stamp at the beginning of exceeding as shown in FIG. 4, the height of the main wavelength (maximum value), the area ratio of the main wavelength / subwavelength waveform, and the pulse width of the main wavelength. Is stored for each waveform.
即ち、主波長の高さについては、波形が始まり、サンプリングのたびに検出データが上昇して、主波長においてレベルの上昇から下降へ転じるとき、最後の上昇している検出データを最大値とし、それを主波長の波形の高さとしてRAM34に記憶する。
また、主波長/副波長の波形の面積比については、上昇していた検出データが下降へ転じて、波形判別レベルを下回る前の値までの積分値を算出し、同時に積算されている副波長の積分値との比率を算出し、それを主波長/副波長の波形の面積比としてRAM34に記憶する。この主波長/副波長の波形の面積比は主波長/副波長の分光比率となる。
主波長のパルス幅については、検出データが波形判別レベルを下回るときに波形が終了したと判断し、タイムスタンプから下回るまでをサンプリングの回数で時間を表し、パルス幅としてRAM34に記憶する。
That is, for the height of the main wavelength, when the waveform starts, the detection data rises at every sampling, and when the level shifts from rising to falling at the main wavelength, the last rising detection data is set to the maximum value, This is stored in the
As for the area ratio of the main wavelength / sub-wavelength waveform, the detected data that had risen turned down, the integrated value up to the value before the waveform discrimination level was lowered, and the sub-wavelengths that were simultaneously integrated Is calculated and the ratio is stored in the
With respect to the pulse width of the main wavelength, it is determined that the waveform has been completed when the detection data falls below the waveform discrimination level, and the time until it falls below the time stamp is expressed as the number of sampling times, and is stored in the
このような波形を検出し始めてから終わるまでに、タイムスタンプ、波形の高さ(最大値)、主波長/副波長の波形の面積比(分光比率)、主波長のパルス幅の波形データは、図5の表に示すように、それぞれ12個分記憶されており、最新のパルスである13個目が発生したときには、一番古い波形データをクリアすることで、常時12個分の波形データを記憶するようにしている。
このようにして最新のパルスの波形を検出したら、CPU32はRAM34から最も古いパルスのデータを削除する(ステップS3)。
しかる後に、CPU32は最新のパルスの波形データをRAM34に記憶する(ステップS4)。
From the start to the end of detection of such a waveform, the time stamp, the height of the waveform (maximum value), the area ratio (spectral ratio) of the main wavelength / subwavelength waveform, and the waveform data of the pulse width of the main wavelength are As shown in the table of FIG. 5, 12 pieces of data are stored, and when the 13th pulse, which is the latest pulse, is generated, the oldest waveform data is cleared, so that 12 pieces of waveform data are always obtained. I remember it.
When the latest pulse waveform is detected in this way, the
Thereafter, the
このようにしてRAM34に最新のパルスの波形データが順次記憶されいくが、波形の始まりとしてタイムスタンプもRAM34に記憶される。
そして、波形が継続して得られることの判別として、パルスの波形の個数判別は、図3に示すように、パルスの波形が連続している場合にCPU32がRAM34に記憶されている波形を読み込みにいき、判別したい時点から遡って15秒間という所定時間に波形が12個以上の所定数存在するかどうかを判別する(ステップS5)。
そして、これを満足するときに、CPU32が波形判別手段として機能し、波形が継続して得られていると判別し、次の波形が炎であることの判別を行うステップに進む。
このように、15秒間に波形が12個以上存在することにより、炎が継続していることを確認することができると共に、一過性の現象を除外することができる。
さらに、15秒とは異なる10秒間に波形が12個とは異なる8個以上存在することを判別して、波形が継続しながらある程度分布していることを簡便に判断してもよく、またパルス間隔が5秒以内の状態が20秒以上継続することを判別して、波形が継続して得られることを判別してもよい。
In this way, the latest pulse waveform data is sequentially stored in the
As a determination that the waveform is continuously obtained, the number of pulse waveforms is determined by reading the waveform stored in the
When this is satisfied, the
As described above, when there are twelve or more waveforms in 15 seconds, it is possible to confirm that the flame continues and to eliminate a transient phenomenon.
Further, it may be determined that there are 8 or more waveforms different from 12 in 10 seconds different from 15 seconds, and it can be easily determined that the waveform is distributed to some extent while continuing. It may be determined that the waveform is continuously obtained by determining that the state within the interval of 5 seconds continues for 20 seconds or more.
上述した波形が継続して得られていることの判別は、1つの、つまり主赤外線センサ1の検出信号に基づいて行うことができるが、次のステップの波形が炎であることの判別は、主赤外線センサ1と副赤外線センサ11の検出信号に基づいて行われる。
このように、主赤外線センサ1と副赤外線センサ11の検出信号に基づいて火災と判別するのは、物体から放出されるいわゆる黒体放射は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、特定の波長(例えば、4.4μm)で赤外線強度が増大するというように分光分布が異なるため、火災における炎からのピーク波長を主赤外線センサ1の側で検出し、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の側で検出し、両者のセンサ出力の比、即ち波長間の分光比率が炎の火災のときには例えば3:1となるからである。
この波長間の分光比率は、主波長/副波長の波形の面積比から算出される。
The determination that the waveform described above is continuously obtained can be made based on one detection signal, that is, the detection signal of the main
Thus, it is determined that the fire is based on the detection signals of the main
The spectral ratio between the wavelengths is calculated from the area ratio of the main wavelength / subwavelength waveform.
そこで、パルスの波形が炎の特徴を有することの判別は、実際の炎のゆらぎ方が一定でないことから、主波長の高さと、主波長/副波長の波形の面積比(分光比率)と、波形のパルス幅がばらつくことにより、これらのそれぞれのバラツキ具合によって判断される。
(1)主波長の高さにおけるバラツキについて説明する。
各波形ごとの波形データに、サンプリング時の出力のうち、主波長の最大値を主波長の高さとして、RAM34に記憶されている。CPU32はRAM34内の波形データ12個のうち、高さが全て所定レベル以上であるとともに、レベルとして最大の値に対する比率で、0.8以下を1個以上含まれているときに炎と判別する(ステップS6)。
Therefore, the determination that the pulse waveform has flame characteristics is that the actual fluctuation of the flame is not constant, so the main wavelength height and the area ratio (spectral ratio) of the main wavelength / subwavelength waveform, As the pulse width of the waveform varies, it is determined by the degree of variation of each of these.
(1) The variation in the height of the dominant wavelength will be described.
The waveform data for each waveform is stored in the
(2)主波長/副波長の波形の面積比(分光比率)のバラツキについて説明する。
まず、主赤外線センサ1から得られたパルスの波長と、副赤外線センサ11から得られた波長との面積比、即ち波長間の面積比が3以上のパルスが2つ以上あるかどうかを確認し(ステップS7)、次に波長間の面積比が2以上のパルスが4つ以上あるかどうかを確認し(ステップS8)、最後に全てのパルスの波長間の分光比率が1以上であるかどうかを確認し(ステップS9)、波長間の分光比率が3以上のパルスが2つ以上あり、さらに2以上のパルスが4つ以上あり、且つ全てのパルスの波長間の分光比率が1以上である場合にCPU32は炎判別手段として機能し、炎の火災と判別する。
(2) Variation in the area ratio (spectral ratio) of the main wavelength / subwavelength waveform will be described.
First, it is confirmed whether there are two or more pulses having the area ratio between the wavelength of the pulse obtained from the main
(3)波形のパルス幅のバラツキについて説明する。
各波形ごとの波形データに、サンプリング時の出力が波形判別レベルを越えてから下回るまでの時間に相当するパルス幅が算出されて、RAM34に記憶されている。
このRAM34内の波形データ12個のうち、パルス幅が所定範囲内に全て収まると共に、その所定範囲を3分割した範囲で、短い方の分割範囲及び長い方の分割範囲にそれぞれ3個以上含まれているとき、全てのパルスのパルス幅が所定範囲内にあるとして炎と判別する(ステップS10)。
(3) Variation in the pulse width of the waveform will be described.
In the waveform data for each waveform, a pulse width corresponding to the time from when the output at the time of sampling exceeds the waveform discrimination level to when it falls is calculated and stored in the
Of the twelve waveform data in the
このように、ステップS6のパルスレベルによる炎の判別と、ステップS7〜9の波長間の分光比率による炎の判別と、ステップS10のパルス幅とによる炎の特徴を有していること判別の全てで炎であると判別された場合に、炎の火災と判別される(ステップS10)。
そして、炎の火災と判別されると、MPU6は火災信号発生部21に検出出力を行い、火災信号発生部21は、電源兼信号線23を介して火災受信機に火災信号を出力する。
As described above, all of the determination of the flame based on the pulse level in step S6, the determination of the flame based on the spectral ratio between the wavelengths in steps S7 to S9, and the determination of the flame characteristic based on the pulse width in step S10. When it is determined that the flame is a flame, it is determined that the flame is a fire (step S10).
When it is determined that the fire is a flame, the MPU 6 outputs a detection signal to the
この実施の形態のように、波形個数判別手段であるCPU32は波形記憶手段であるRAM34に記憶されているパルスの波形が15秒の所定時間内に12個の所定数以上存在することを確認して主赤外線センサ1が検出したパルスの波形が継続して得られていると判別するようにしたことにより、従来のように炎のゆらぎに基づく波形の幅を決定したり、周波数分布を作成する必要がなく、波形記憶手段であるRAM34に記憶されている波形から所定時間内のパルスの波形の数を数えるだけの単純な処理で、簡便にしかも確実に炎によるパルスの波形が分布していることが分かる。
このようにパルスの波形が継続して得られていると判別する場合には、例えば突然視野内に飛び込んできた熱源は非常に大きな出力を発生させるが、一過性の出力として除外することができ、また衝撃が加わった場合にも大きな出力を発生させるが、そういった一過性の誤報要因による出力も除外することができる。
As in this embodiment, the
When it is determined that the pulse waveform is continuously obtained in this way, for example, a heat source that suddenly jumps into the visual field generates a very large output, but may be excluded as a transient output. In addition, even when an impact is applied, a large output is generated, but an output caused by such a temporary false alarm factor can also be excluded.
また、この実施の形態では、演算手段及び炎判別手段として機能するCPU32は、主赤外線センサ1と副赤外線センサ11の検出信号の出力比を複数のパルス毎に演算し、該パルス毎の出力比が所定の分布状態にあることに基づいて炎を判別するようにしたので、実際の炎がばらつくことに対応した出力比の分布状態から判断できることとなり、炎を確実に判別することができる。
また、CPU32は、両赤外線センサから得られた波長間の複数の分光比率と複数の閾値とを比較して該波長間の分光比率が所定の分布状態にあることを求めるようにしたので、実際の炎のゆらぎ方が一定でなく、そのばらつきを判断することとなるため、炎をより一層確実に判別することができる。
Further, in this embodiment, the
Since the
さらに、この実施の形態では、波形データ取得手段及び炎判別手段として機能するCPU32は、赤外線センサの検出信号を取り込んで、複数のパルスの波形データを取得し、該複数のパルスの波形データが分布していることに基づいて炎を判別するようにしたので、実際の炎のゆらぎ方が一定でなくばらつくことに対応したパルスの波形データの分布から判断できることとなり、炎を確実に判別することができる。
このようなパルスの波形データとしては、パルスの波形の高さ、パルス幅があるが、その他の要素であってもよい。
また、CPU32は、各パルスの波形の高さ及びパルス幅に対してそれぞれ所定の閾値と比較して各々の分布を判別しているので、実際の炎のばらつきを種々の角度から判断するため、炎をより一層確実に判別することができる。
Further, in this embodiment, the
Such pulse waveform data includes the height and width of the pulse waveform, but may be other factors.
In addition, since the
1 主赤外線センサ、2 増幅部、3 MPU(火災判別部)、11 副赤外線センサ、21 火災信号発生部、22 電源部、23 電源兼信号線、24 回線電圧監視部、31 A/D変換器、32 CPU、33 ROM、34 RAM、35 タイマ、36 I/O回路。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
該赤外線センサの検出信号を所定の時間間隔で取り込んで、前記検出信号が所定の波形判別レベルを超えるときを波形の始まりと認識し、前記所定の波形判別レベルを下回るまでを一つのパルスの波形として作成し、複数のパルスのパルス幅を波形データとして取得する波形データ取得手段と、
該波形データ取得手段が取得した複数のパルスの波形データのパルス幅の分布に基づいて炎を判別する炎判別手段と、
を備え、
前記炎判別手段は、所定時間内に波形が12個以上存在する場合に、最新の波形データ12個のうち、パルス幅が所定範囲内に全て収まると共に、その所定範囲を3分割した範囲で、炎のゆらぎ方が一定でなくばらつくことに対応したパルスの波形データの分布である短い方の分割範囲及び長い方の分割範囲にそれぞれ波形データが3個以上含まれているとき、炎と判別することを特徴とする炎感知器。 An infrared sensor for detecting infrared rays in a wavelength band of CO2 resonance radiation emitted by a flame;
The detection signal of the infrared sensor is taken at a predetermined time interval, the time when the detection signal exceeds a predetermined waveform discrimination level is recognized as the start of the waveform, and the waveform of one pulse until it falls below the predetermined waveform discrimination level Waveform data acquisition means for creating as a waveform data and acquiring the pulse width of a plurality of pulses,
Flame discrimination means for discriminating flame based on the pulse width distribution of the waveform data of the plurality of pulses acquired by the waveform data acquisition means;
Equipped with a,
The flame discriminating means is a range in which the pulse width is all within a predetermined range, and the predetermined range is divided into three, when 12 or more waveforms are present within a predetermined time. When 3 or more waveform data are included in the shorter divided range and the longer divided range, which are distributions of pulse waveform data corresponding to fluctuations in the fluctuation of the flame, the flame is identified. A flame detector characterized by that.
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