JP6430795B2 - 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放射線エネルギーを検出して、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１４は、燃焼炎と、その他の代表的な放射体の赤外波長域における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１４に示すように、燃焼炎のスペクトル特性１００においては、ＣＯ_２の共鳴放射により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、長波長側の５．１μｍ付近に、放射線相対強度が低い波長帯域が存在する。

なお、理論上は４．３μｍ帯にＣＯ_２の共鳴放射による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、実際に燃焼炎を観測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。

そして、２波長式の炎検出装置にあっては例えば、４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域と、５．１μｍ付近の波長帯域における各々の放射線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、受光センサにより該放射線エネルギーを検出し、これを光電変換したうえで増幅等所定の加工を施してエネルギー量に対応する電気信号（以下、「受光信号」という）とし、上記各々の波長帯域の受光信号レベルの相対比をとり、所定の閾値と比較することにより炎の有無を判定する。これにより、炎以外の赤外線放射体、例えば、スペクトル特性１０２に示す太陽光（６０００°Ｃ）等の高温放射体や、スペクトル特性１０４に示す３００°Ｃ程度の比較的低温の放射体、スペクトル特性１０６に示す人体などの低温放射体等と炎との識別が可能となる。

また、例えば、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帯に対し短波長側の、例えば、３．８μｍ付近の波長帯域における放射線エネルギーを２波長式と同様の手法で検出し、これらの３波長帯域における各受光信号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ている。

このような炎検出装置をトンネルに設置して道路トンネル内での車両炎を監視する場合、炎検出装置を左右の両方向に検出エリアを持ち、トンネルの長手方向に沿って、隣接して配置される炎検出装置との検出エリアが相互補完的に重なるように、例えば、２５ｍ間隔で連続的に配置している。また、受光素子としては例えば焦電体が利用されている。

また、近年にあっては、トンネルの長手方向における炎検出装置の検出エリア（設置間隔）を例えば５０ｍ間隔に拡大して設置台数を低減することが望まれており、炎の検出エリアを拡大するため、炎から放射される４．５μｍ付近の放射線エネルギーを受光する受光ユニットを例えば従来の倍数に増設し、各受光センサで光電変換しこれらを必要に応じ適宜それぞれ増幅等して加工した各受光信号を加算することで、検出エリアを拡大してもＳ／Ｎ比を損なうことなく、十分な検出感度が得られるようにしている。

特公昭５５−３３１１９号公報 特公昭５９−３４２５２号公報 特許第３３５７３３０号公報

しかしながら、このように受光センサを設けた受光ユニットの受光信号から炎を判断するようにした炎検出装置にあっては、例えば長期間に亘り使用している間に、受光センサの劣化や故障、また受光ユニットの電気回路の劣化や故障等により受光ユニットが正常に受光信号を出力しなくなる場合があり、複数の受光ユニットの受光信号を加算して行う場合についても同様である。

本発明は、同一波長帯について複数の受光ユニットの受光出力に基づいて炎を判定、判断する炎検出装置について、受光ユニットの障害の有無を確実に判断して燃焼炎の有無を判断し検出可能とする炎検出装置を提供することを目的とする。

ここで、受光ユニットとは、光学波長フィルタと、受光素子を含む光電変換部を備えた受光センサと、該受光センサからの光電変換信号を必要に応じ適宜例えば増幅等して加工処理し受光信号として出力する電気回路を含む信号検出回路ユニットを指すものとする。

（炎検出装置）
本発明は、燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測して燃焼炎の有無を判断し検出する炎検出装置であって、
放射線エネルギーのうち、同一の波長帯を観測した受光信号を出力する複数の受光ユニットと、
該複数の受光ユニットで略同時期に観測して出力した所定期間分の各受光信号の、相互の相関を燃焼炎の有無判断の１要素とする判断部と、
を備えたことを特徴とする。

（障害判断）
判断部は、各受光信号の相互相関が低い場合には、複数の受光ユニットの少なくとも１つが障害ありと判断する１要素とする。

（受光ユニットの詳細）
複数の受光ユニットの各々は、
燃焼炎から放射される、ＣＯ_２共鳴放射帯域を含む所定波長帯域の光を選択透過させる光学波長フィルタと、
光学波長フィルタを透過した光を受光素子で受光して光電変換した電気信号に基づく受光信号を出力する１または複数の受光素子と、
を有する受光センサを備える。

受光ユニットの各々は更に、受光センサからの電気信号から所定周波数帯域の信号成分を選択抽出する周波数選択部と、
周波数選択部から出力する信号成分を増幅する増幅部と、
を備える。

（２つの受光ユニット）
受光ユニットは、少なくとも２つ設ける。

（受光ユニットの光学波長フィルタ共用）
各受光ユニットの光学波長フィルタは共用できる。

（信号振幅の相関）
判断部は、各受光信号の相互の相関を、所定期間分の各受光信号を複数の時間区間に分割した、各分割区間同士の信号積分値の比に基づいて判定する。

（信号振幅の相関による炎判断）
判断部は、
各分割区間同士の信号積分値の比の全てが所定の炎判定閾範囲内にある場合、受光ユニットへ入力された光が炎からの放射による可能性有りとし、炎有り判断の１要素とする。

（信号振幅の相関による障害判断）
また、各分割区間同士の信号積分値の比の少なくとも１つが所定の障害判定閾範囲内にある場合、受光ユニットの障害判断の１要素とする。

（信号振幅の相関による炎判断の詳細）
判断部は、
複数の受光ユニットから出力された所定期間分の各受光信号Ｅ１〜Ｅｍを１以上の整数ｎの時間区間に分割した場合、これらｎ個の区間の各々について１の受光信号Ｅ１の信号積分値ΣＥ１１〜ΣＥ１ｎと、同じ時間区間に対応する他の受光信号Ｅｍの積分値ΣＥｍ１〜ΣＥｍｎの比Ｒ１〜Ｒｎを、
Ｒ１〜Ｒｎ＝ΣＥ１１／ΣＥｍ１〜ΣＥ１ｎ／ΣＥｍｎ
として求め、
最初の時間区間の信号積分値の比Ｒ１に対し残りの時間区間の信号積分値の比Ｒ２〜Ｒｎの全てが所定の閾範囲内にある場合は、炎有り判断の１要素とする。

（信号振幅の相関による障害判断の詳細）
また、判断部は、最初の時間区間の信号積分値の比Ｒ１に対し残りの時間区間の信号積分値の比Ｒ２〜Ｒｎの少なくとも１つが所定の障害判定閾範囲内にある場合は、受光ユニットの障害判断の１要素とする。

（周波数分布の相関）
判断部は、各受光信号相互の相関を、所定期間分の各受光信号から求めたそれぞれの周波数分布を比較して判定する。

（周波数分布の相関による炎判断）
判断部は、
所定期間分の各受光信号を複数の時間区間に分割した、所定範囲の周波数の相対レベル分布を求め、
各分割区間同士の周波数相対レベル分布の積分値の比の全てが所定の炎判定閾範囲内にある場合、炎有り判断の１要素とする。

（周波数分布の相関による障害判断）
また、各分割区間同士の周波数相対レベル分布の積分値の比の少なくとも１つが所定の障害判定閾範囲内にある場合、受光ユニットの障害判断の１要素とする。

（基本的な効果）
本発明は、燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測して燃焼炎の有無を判断し検出する炎検出装置であって、放射線エネルギーのうち、同一の波長帯を観測した受光信号を出力する複数の受光ユニットと、該複数の受光ユニットで略同時期に観測して出力した所定期間分の各受光信号の、相互の相関を燃焼炎の有無判断の１要素とする判断部とを備えるようにしたため、複数の受光ユニットで略同時期に観測して出力した所定期間分の受光信号の、相互の相関を炎判断の他の１要素とすることで、複数の受光ユニットが正常に動作していれば相関が高くなって燃焼炎の有無判断の１要素とすることができ、一方、複数の受光ユニットの少なくとも１つが故障して受光信号に異常変動等が起きた場合は相関が低くなり、これによって受光ユニットの障害判断の１要素とすることができ、受光ユニットの障害の有無を確実に判断して燃焼炎の有無を判断し検出可能とする。

（障害判断による効果）
また、判断部は、各受光信号の相互相関が低い場合には、複数の受光ユニットの少なくとも１つが障害ありと判断する１要素とするようにしたため、長期間に亘り使用している間に、受光センサの劣化や故障、また受光ユニットの電気回路の劣化や故障等により受光ユニットが正常に受光信号を出力しなくなる障害を確実に判断して対処可能とする。

（受光ユニットによる効果）
また、複数の受光ユニットの各々は、燃焼炎から放射される、ＣＯ_２共鳴放射帯域を含む所定波長帯域の光を選択透過させる光学波長フィルタと、光学波長フィルタを透過した光を受光素子で受光して光電変換した電気信号に基づく受光信号を出力する１または複数の受光素子とを有する受光センサを備え、更に、受光センサからの電気信号から所定周波数帯域の信号成分を選択抽出する周波数選択部と、周波数選択部から出力する信号成分を増幅する増幅部とを備えることで、複数の光電ユニットの各々は、燃焼炎から放射される、概ね４．５μｍを中心波長とする狭帯域波長の放射線エネルギーの確実に光電変換して受光信号を出力することを可能とする。

また、受光センサ内に複数の受光素子を設けることで、例えば、複数の受光素子の受光特性の相違によるばらつきを、複数の受光素子で光電変換した受光出力の加算により抑制して揃えることを可能とする。

（２つの受光ユニット）
また、受光ユニットは、少なくとも２つ設けるようにすることで、判断部によって、２つの受光ユニットで略同時期に観測して出力した所定期間分の受光信号の、相互の相関を炎判断の他の１要素とすることを可能とする。

（受光ユニットの光学波長フィルタ共用による効果）
また、各受光ユニットの光学波長フィルタは共用することで、光学波長フィルタと、受光素子を含む光電変換部を備えた受光センサの簡単にして小型化を図ることを可能とする。

（信号振幅の相関による炎判断の効果）
また、判断部は、各受光信号の相互の相関を、所定期間分の各受光信号を複数の時間区間に分割した、各分割区間同士の信号積分値の比の全てが所定の炎判定閾範囲内にある場合、受光ユニットへ入力された光が炎からの放射による可能性有りとし、炎有り判断の１要素とすることで、各受光ユニットが正常に動作していることを判断して、例えば複数の受光信号の加算信号から燃焼炎の有りを判断し検出することを可能とする。

（信号振幅の相関による障害判断の効果）
また、判断部は、各分割区間同士の信号積分値の比の少なくとも１つが所定の障害判定閾範囲内にある場合、受光ユニットの障害判断の１要素とし、受光ユニットの障害を確実に判断可能とする。

（信号振幅の相関による炎判断詳細の効果）
また、判断部は、複数の受光ユニットから出力された所定期間分の各受光信号Ｅ１〜Ｅｍを１以上の整数ｎの時間区間に分割した場合、これらｎ個の分割区間の各々について１の受光信号Ｅ１の信号積分値ΣＥ１１〜ΣＥ１ｎと、同じ時間区間に対応する他の受光信号Ｅｍの積分値ΣＥｍ１〜ΣＥｍｎの比Ｒ１〜Ｒｎを、
Ｒ１〜Ｒｎ＝ΣＥ１１／ΣＥｍ１〜ΣＥ１ｎ／ΣＥｍｎ
として求め、最初の時間区間の信号積分値の比Ｒ１に対し残りの時間区間の信号積分値の比Ｒ２〜Ｒｎの全てが所定の炎判定閾範囲内にある場合は、炎有り判断の１要素とするようにしたため、最初の時間区間の２つの受光信号Ｅ１，Ｅ２の振幅変化が概ね一致している相関を基準に、残りの時間区間の相関のずれを比較し、相関のずれが少ない場合は２つの受光ユニットが正常に動作しているとして、例えば複数の受光信号の加算信号から燃焼炎の有りを判断し検出することを可能とする。

（信号振幅の相関による障害判断詳細の効果）
また、判断部は、最初の時間区間の信号積分値の比Ｒ１に対し残りの時間区間の信号積分値の比Ｒ２〜Ｒｎの少なくとも１つが所定の障害判定閾範囲内にある場合は、受光ユニットの障害判断の１要素とすることで、最初の時間区間の２つの受光信号Ｅ１，Ｅ２の相関を基準に、残りの時間区間の相関のずれが大きい場合は、受光ユニットの障害判断の１要素とし、受光ユニットの障害を確実に判断可能とする。

（周波数分布の相関による炎判断の効果）
また、判断部は、各受光信号相互の相関を、所定期間分の各受光信号を複数の時間区間に分割した、所定範囲の周波数の相対レベル分布を求め、各分割区間同士の周波数相対レベル分布の積分値の比の全てが所定の炎判定閾範囲内にある場合、炎有り判断の１要素とすることで、各受光ユニットが正常に動作していることを判断して、例えば複数の受光信号の加算信号から燃焼炎の有りを判断し検出することを可能とする。

（周波数分布の相関による障害判断）
また、判断部は、区分された周波数帯同士の相対レベルの積分値の比の少なくとも１つが所定の障害判定閾範囲内にある場合、受光ユニットの障害判断の１要素とすることで、受光ユニットの障害を確実に判断可能とする。

炎検出装置の実施形態を示したブロック図 図１の炎検出装置に適用される受光ユニットの概略構成を示した説明図 図２の受光センサの等価回路を示した回路図 燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測した場合に図１の受光ユニットの各々から出力される受光信号を示した信号波形図 ２つの受光信号の振幅変化の相関を判断する図１の判断部の処理動作の手順を示したフローチャート 燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測した場合に図１の受光ユニットの各々から出力される受光信号の周波数分布を示した説明図 ２つの受光信号の周波数分布の相関を判断する図１の判断部の処理動作の手順を示したフローチャート 受光ユニットに設けた複数の受光素子からの受光信号を加算する炎検出装置の実施形態を示したブロック図 図８の受光センサの等価回路を示した回路図 トンネル内に設置して火災を監視する２波長方式としての炎検出装置の他の実施形態を示したブロック図 図１０の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 ける透過率を示した特性図 トンネル内に設置する炎検出装置の外観を示した説明図 炎検出装置のトンネル内での設置形態と検出エリアの拡がりを示した特性図 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した特性図

［炎検出装置の概要］
図１は本発明に係る炎検出装置の実施形態を機能構成により示したブロック図、図２は図１の炎検出装置に適用される受光ユニットの概略構成を示した説明図、図３は図２の受光センサの等価回路を示した回路図である。

図１に示すように、本実施形態の炎検出装置１０は、監視領域に存在する燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測するものであり、大別して、燃焼炎から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帯の放射線エネルギーを観測して光電変換による受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力する２組の受光ユニット１２ａ，１２ｂと、受光ユニット１２ａ，１２ｂが出力する受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３（＝Ｅ１＋Ｅ２）と、２組の受光ユニット１２ａ，１２ｂで略同時期に観測して出力した所定期間分の受光信号の、相互の相関を燃焼炎の有無判断の１要素とする判断部１５とを備える。

なお、本実施形態では、受光ユニット１２ａ，１２ｂからの受光信号Ｅ１，Ｅ２を最終的に加算アンプ３２で加算して判断部１５に入力し、また、加算アンプ３２を設けたことで、受光信号Ｅ１，Ｅ２をアンプ３０ａ，３０ｂで２倍増幅して判断部１５に入力している。

（受光ユニットと加算アンプの構成）
受光ユニット１２ａ，１２ｂは、燃焼炎から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帯域を有する放射線エネルギーを電気信号に変換して出力する受光センサ１６ａ，１６ｂと、受光センサ１６ａ，１６ｂから出力される各受光信号から、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２４ａ、２４ｂと、前置フィルタ２４ａ、２４ｂを通過した信号成分を初段増幅するプリアンプ２６ａ、２６ｂと、プリアンプ２６ａ、２６ｂからの出力を、後述する炎判断処理に適した信号レベルに増幅して受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力するメインアンプ２８ａ、２８ｂとで構成される。

ここで、受光センサ１６ａ，１６ｂは、サファイアガラス等の赤外線透光性の部材を用いて共用する透光性窓１８、光学波長フィルタ２０ａ，２０ａ、及び焦電型の受光素子２２ａ，２２ｂを備えている。

受光ユニット１２ａ，１２ｂからアンプ３０ａ，３０ｂを介して出力された受光信号Ｅ１、受光信号Ｅ２、及び加算アンプ３２からの加算信号は、判断部１５に設けたＡ／Ｄ変換ポート３５ａ，３５ｂ，３５ｃによりデジタル受光信号に変換して読み込まれ、後述する炎判断が実行される。以下、各構成について具体的に説明する。

（受光センサ１６ａ，１６ｂ）
受光ユニット１２ａに設けた受光センサ１６ａは、光学波長フィルタ２０ａ、受光素子２２ａ及び共用する透光性窓１８で構成される。光学波長フィルタ２０ａは、有炎燃焼時に発生するＣＯ２共鳴により放射される概ね４．５μｍの波長帯域を含む所定帯域の光のみを高い透過率で透過する光学式のバンドパスフィルタであって、例えば、４．５μｍを含み且つ、後述する他の波長帯域を含まない、所定帯域の光を選択透過する。受光素子２２ａは焦電体とＦＥＴによる光電変換機能を備え、光学波長フィルタ２０ｂを透過した光を受光して電気信号に変換して出力する。

具体的には、図２に示すように、受光センサ１６ａは、基板３６ａの表面に配置された複数の焦電体２５と基板３６ａの裏面に配置されたＦＥＴ２７を備えた受光素子２２ａと、基板３６ａを基部３８ａ上に支持するための基板搭載部４０ａと、基板搭載部４０ａ側の背面側から端子４２ａが延在して設けられた基部３８ａと、受光素子２２ａ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２０ａを備えたカバー部材４４ａとからなるパッケージ化された構成を有している。

また、受光素子２２ａの等価回路は、図３に示すように、ＦＥＴ２７のゲートから例えば焦電体２５と高抵抗２９の並列回路を介してゲート端子Ｇに接続し、またＦＥＴ２７のドレインとソースをそれぞれドレイン端子Ｄとソース端子Ｓに接続している。

また、受光センサ１６ｂも、図２及び図３に示した受光センサ１６ａと同様であり、４．５μｍの波長帯域を含む所定帯域の放射線を選択透過する光学波長フィルタ２０ｂと、光学波長フィルタ２０ｂを透過した光を受光して電気信号に変換して出力する複数の焦電体２５とＦＥＴ２７による光電変換機能を備えた受光素子２２ｂとを備えている。

また、受光センサ１６ａ，１６ｂは、本体カバー４６内に設けられた共通の取り付け部材４８上に、互いに近接して所定の配列で配置されている。

ここで、光学波長フィルタ２０ａ、２０ｂ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、公知の方法でそれぞれ形成することができる。

（透光性窓１８）
透光性窓１８は、受光センサ１６ａ、１６ｂが収納された本体カバー４６の監視エリア側に相当する上面側であって、受光センサ１６ａ、１６ｂの前面側に設けた所定の開口部に配置し、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している。このため受光素子２２ａ、２２ｂは、各々の受光限界視野が透光性窓１８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４８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。また、本実施形態にあっては、透光性窓１８は共用部材として、受光センサ１６ａ，１６ｂに含まれるものとして説明する。

（前置フィルタ２４ａ、２４ｂ）
前置フィルタ２４ａ、２４ｂは、周波数選択部として機能し、受光センサ１６ａ，１６ｂの受光素子２２ａ、２２ｂの各々から出力される受光信号から、炎判断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る例えばアクティブフィルタであり、後段のプリアンプ２６ａ、２６ｂに特定の周波数帯域の信号成分を含む受光信号を出力する。

（プリアンプ２６ａ、２６ｂとメインアンプ２８ａ、２８ｂ）
プリアンプ２６ａ、２６ｂは、前置フィルタ２４ａ、２４ｂを介して入力される受光信号を所定の増幅率で初段増幅し、メインアンプ２８ａ，２８ｂは、プリアンプ２６ａ、２６ｂからの各受光信号を、後述する炎判断処理に適した信号レベルに増幅し、受光信号Ｅ１，Ｅ２として出力する。

（加算アンプ３２）
加算アンプ３２は、受光ユニット１２ａ，１２ｂのメインアンプ２８ａ，２８ｂからの電流出力となる受光信号Ｅ１，Ｅ２を入力して電流加算した後に、後段の判断部１５に設けたＡ／Ｄ変換ポート３５ｃの入力に適した電圧レベルの加算信号に変換して出力する。

（Ａ／Ｄ変換ポート３５ａ，３５ｂ，３５ｃ）
Ａ／Ｄ変換ポート３５ａ、３５ｂ，３５ｃは判断部１５の入力ポートとして設けたＡ／Ｄ変換器であり、受光信号（アナログ受光信号）Ｅ１，Ｅ２及び加算信号を判断部１５のデジタル処理に適したデジタル信号に変換して読み込む。

（判断部１５）
判断部１５は、ハードウェアとして、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ変換ポート３５ａ，３５ｂ，３５ｃを含む各種の入出力ポート等を備えたマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）等で構成する。また、判断部１５は、ＣＰＵによるプログラムの実行により炎判断と障害判断の制御機能を実現する。

判断部１５は、受光ユニット１２ａ，１２ｂで略同時期に観測して出力した所定期間分の受光信号Ｅ１，Ｅ２の、相互の相関を燃焼炎の有無判断の１要素とする制御を行う。

即ち、判断部１５は、受光ユニット１２ａ，１２ｂで略同時期に観測して出力した所定期間分の受光信号Ｅ１，Ｅ２の、相互の相関を求め、相互の相関が所定基準を充足する場合は、両信号に相関があり、したがって受光ユニット１２ａ，１２ｂは正常と判定して、受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３に基づき燃焼炎の有無を判断し検出する制御を行う。

また、判断部１５は、同様にして求めた所定期間分の受光信号Ｅ１，Ｅ２の、相互の相関が所定基準を充足しない場合は、両信号に相関が無く、したがって受光ユニット１２ａ，１２ｂの（少なくとも一方について）障害ありとする判断の１要素とする制御を行う。ここで、判断部１５が受光ユニット１２ａ，１２ｂの障害判断の１要素とする制御を行う場合、受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３に基づく燃焼炎の有無を判断する制御は行わない。

（受光信号Ｅ１，Ｅ２の、相互の相関による炎判断と障害判断）
判断部１５による受光ユニット１２ａ，１２ｂで略同時期に観測して出力した所定期間分の受光信号Ｅ１，Ｅ２の、相互の相関を求めて行う炎判断と受光ユニット１２ａ，１２ｂの障害判断の詳細を説明すると次のようになる。

図４は燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測した場合に図１の受光ユニット１２ａ，１２ｂの各々から出力される受光信号を示した信号波形図である。

図４に示す受信信号Ｅ１，Ｅ２（実際には受光信号２・Ｅ１と受光信号２・Ｅ２）の信号波形は、判断部１５に設けたＡ／Ｄ変換ポート３５ａ，３５ｂで、各受光信号Ｅ１，Ｅ２を例えば６４Ｈｚでサンプリングしてデジタル受光信号に変換し、１回の相関演算の対象として所定期間Ｔ＝２秒の受光信号Ｅ１，Ｅ２をバッファメモリに一時的に記憶した状態を、アナログ波形として示している。

判断部１５は、所定期間Ｔ＝２秒を、例えば５００ミリ秒の４つの時間区間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４に分割し、受光信号Ｅ１，Ｅ２の中点となる基準電位からのプラス及びマイナス側の振幅との差分の絶対値となる積分値として、受光信号Ｅ１について、各時間区間Ｔ１〜Ｔ４の積分値ΣＥ１１，ΣＥ１２，ΣＥ１３，ΣＥ１４を求め、また、受光信号Ｅ２について、各時間区間Ｔ１〜Ｔ４の積分値ΣＥ２１，ΣＥ２２，ΣＥ２３，ΣＥ２４を求める。

次いで、判断部１５は、同じ時間区間Ｔ１〜Ｔ４同士の各々について、受光信号Ｅ１の信号積分値ΣＥ１１，ΣＥ１２，ΣＥ１３，ΣＥ１４と、受光信号Ｅ２の積分値ΣＥ２１ΣＥ２２，ΣＥ２３，ΣＥ２４の比Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を、
Ｒ１＝ΣＥ１１／ΣＥ２１ 式（１）
Ｒ２＝ΣＥ１２／ΣＥ２２ 式（２）
Ｒ３＝ΣＥ１３／ΣＥ２３ 式（３）
Ｒ４＝ΣＥ１４／ΣＥ２４ 式（４）
として求め、これを受光信号Ｅ１，Ｅ２の、相互の相関とする。

この相互の相関を与える受光信号Ｅ１，Ｅ２の時間区間Ｔ１〜Ｔ４における積分値の比Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、その値が１の場合に受光信号Ｅ１，Ｅ２の振幅が完全に一致しており、一方、１より小さくなったり、大きくなったりすると、受光信号Ｅ１，Ｅ２の振幅が不一致の度合いが大きくなることを意味する。

このため受光信号Ｅ１，Ｅ２の相互の相関を判断するため、判断部１５は、最初の時間区間Ｔ１の積分値の比Ｒ１に基づき、下限閾値ＴＨ１と上限閾値ＴＨ２を持つ炎判定閾範囲を設定する。

判断部１５は、下限閾値ＴＨ１及び上限閾値Ｔｈ２を、最初の時間区間Ｔ１の比Ｒ１に対し例えば±１０％の上限と下限の閾値ＴＨ１、ＴＨ２を、ＴＨ１＝０．９・Ｒ１、ＴＨ２＝１．１・Ｒ１として炎判定閾範囲を設定する。これを一般的に表現すると、最初の区間Ｔ１の信号積分値の比Ｒ１に、１未満の所定の定数αを乗じて下限閾値ＴＨ１（＝α・Ｒ１）を設定すると共に、１を超える所定の定数βを乗じて上限閾値ＴＨ２（＝β・Ｒ１）を設定ことを意味し、係数α，βの値は必要に応じて適宜の値が設定可能である。

このように下限閾値ＴＨ１と上限閾値ＴＨ２を持つ炎判定閾範囲を設定した場合、判断部１５は、次の条件の成立の有無を判定する。
０．９Ｒ１≦Ｒ２≦１．１Ｒ１ 式（５）
０．９Ｒ１≦Ｒ３≦１．１Ｒ１ 式（６）
０．９Ｒ１≦Ｒ４≦１．１Ｒ１ 式（７）

判断部１５は、前記式（５）〜（７）の全ての条件の成立を判定した場合、即ち、最初の時間区間Ｔ１の信号積分値の比Ｒ１に対し、残りの時間区間Ｔ２〜Ｔ４の全ての信号積分値の比Ｒ２〜Ｒ４が所定の炎判定閾範囲内にある場合、受光信号Ｅ１，Ｅ２の振幅が概ね一致して受光ユニット１２ａ，１２ｂは正常に機能としていることから炎有りの判断の１要素とし、例えば受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３に基づく炎判断を許容する。

この場合の受光信号Ｅ３による炎判断として、判断部１５は、例えば受光信号Ｅ３から高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の演算方法により周波数分布を求め、炎固有のゆらぎ周波数を含む例えば８Ｈｚ以下の周波数分布の積分値を求め、この積分値が所定の閾値以上の場合に、炎の可能性ありと判断し、更に他の炎判断の要素を考慮して炎と判断する処理を行う。

また、判断部１５は、前記式（５）〜（７）の少なくとも何れか１つの条件の不成立を判定した場合、即ち、最初の時間区間Ｔ１の信号積分値の比Ｒ１に対し残りの時間区間Ｔ２〜Ｔ４の信号積分値の比Ｒ２〜Ｒ４の少なくとも１つが所定の炎判定閾範囲を外れた場合、換言すると、所定の障害判定閾範囲内にある場合は、受光ユニット１２ａ，１２ｂの障害判断の１要素とし、受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３に基づく炎判断を抑止し、他の条件と合わせて受光ユニット１２ａ又は１２ｂの障害の可能性を判定する。例えば、相互の相関に基づく受光ユニット１２ａ，１２ｂの障害判定が所定回数又は所定時間連続した場合に、受光ユニット１２ａ，１２ｂの障害を判定する。

（一般化した相互の相関の判断）
ここで、所定期間Ｔを分割する区間数ｉをｉ＝１〜ｎと一般化し、また受光信号をＥ１〜Ｅｍと一般化すると、判断部１５は、所定期間Ｔを、区間Ｔ１〜Ｔｎに分割し、受光信号Ｅ１，Ｅｍの中点となる基準電位に対する差分の絶対値を積算した値（振幅積分値）として、受光信号Ｅ１について、各時間区間Ｔ１〜Ｔｎの積分値ΣＥ１１〜ΣＥ１ｎを求め、また、受光信号Ｅｍについて、各時間区間Ｔ１〜Ｔｎの積分値ΣＥｍ１〜ΣＥｍｎを求め、更に、両者の比Ｒ１〜Ｒｎを、
Ｒ１〜Ｒｎ＝ΣＥ１１／ΣＥｍ１〜ΣＥ１ｎ／ΣＥｍｎ
として求め、これを受光信号Ｅ１，Ｅｍの、相互の相関とする。

次いで、前述と同様にして下限閾値ＴＨ１と上限閾値ＴＨ２を設定した場合、判断部１５は、次の炎判定閾範囲内となる条件の成立の有無を判定する。
０．９Ｒ１≦Ｒ２≦１．１Ｒ１〜０．９Ｒ１≦Ｒｎ≦１．１Ｒ１
この炎判定閾範囲内となる条件の成立を判定した場合、受光信号Ｅ１，Ｅ２の振幅か概ね一致して受光ユニット１２ａ，１２ｂは正常に機能としていることから炎有りの判断の１要素とし、例えば受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３に基づく炎判断を許容する。

また、判断部１５は、炎判定閾範囲外となる少なくとも何れか１つの条件の不成立を判定した場合、即ち、所定の障害判定閾範囲内にあると判定した場合は、受光ユニット１２ａ，１２ｂの障害判断の１要素とし、受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３に基づく炎判断を抑止し、他の条件と合わせて受光ユニット１２ａ又は１２ｂの障害の可能性を判断する。

（炎判断の処理動作）
図５は２つの受光信号の振幅変化の相関を判断する図１の判断部の処理動作の手順を示したフローチャートである。

（ステップＳ１）
まず、判断部１５は、受光ユニット１２ａ，１２ｂから出力する受光信号Ｅ１，Ｅ２を、所定サンプリング周期でＡ／Ｄ変換ポート３５ａ、３５ｂを介して所定時間Ｔ、例えばＴ＝２秒に亘り取り込み、バッファメモリに一時的に記憶する。

（ステップＳ２）
次いで、判断部１５は、ステップＳ１で取り込んだ所定期間Ｔの受光信号Ｅ１，Ｅ２を４つの時間区間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４に分割し、各分割区間Ｔ１〜Ｔ４の受光信号Ｅ１の信号振幅の積分値ΣＥ１１，ΣＥ１２，ΣＥ１３，ΣＥ１４と、受光信号Ｅ２の積分値ΣＥ２１，ΣＥ２２，ΣＥ２３，ΣＥ２４を算出する。

なお、ステップＳ２以降の処理は、判断部１５がＡ／Ｄ変換ポート３５ｃから取り込んでいる受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３の信号レベルが所定の閾値以上となった場合に実行することが望ましい。

（ステップＳ３）
次いで、判断部１５は、ステップＳ２で算出した受光信号Ｅ１，Ｅ２の各分割区間Ｔ１〜Ｔ４の積分値の比Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を前記式（１）〜（４）により算出する。

（ステップＳ４）
次いで、判断部１５は、最初の時間区間Ｔ１の積分値の比Ｒ１に基づき、下限閾値ＴＨ１と上限閾値ＴＨ２を、例えばＴＨ１＝０．９・Ｒ１、ＴＨ２＝１．１・Ｒ１とした炎判定閾範囲を設定する。

（ステップＳ５）
次いで、判断部１５は、ステップＳ３で算出した受光信号Ｅ１，Ｅ２の最初の時間区間Ｔ１に続く残りの時間区間Ｔ２〜Ｔ４の積分値の比Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が前記式（５）〜（７）により下限閾値ＴＨ１と上限閾値ＴＨ２を持つ炎判定閾範囲内か否か判定する。

（ステップＳ６、Ｓ７）
次いで、判断部１５は、ステップＳ６で前記式（５）〜（７）の全ての条件が成立することで、時間区間Ｔ２〜Ｔ４の積分値の比Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が全て炎判定閾範囲内にあることを判定した場合に、受光信号Ｅ１，Ｅ２の振幅が概ね一致して受光ユニット１２ａ，１２ｂは正常に機能していることから炎判断の１要素と判断し、ステップＳ７に進んで受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３に基づく炎判断を許容する。

（ステップＳ６、Ｓ８）
一方、判断部１５は、ステップＳ６で前記式（５）〜（７）の少なくとも何れか１つの条件の不成立を判定した場合、即ち、ＴＨ１＝０．９・Ｒ１、ＴＨ２＝１．１・Ｒ１とした炎判定閾範囲外にあることを判定した場合（ＴＨ１＝０．９・Ｒ１未満で且つＴＨ２＝１．１・Ｒ１より大きい障害判定閾範囲内にあることを判定した場合）、受光ユニット１２ａ，１２ｂの障害を判定する要素の１つと判断し、ステップＳ８に進んで、受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３に基づく炎判断を抑止し、他の障害要素と合わせて受光ユニット１２ａ又は１２ｂの障害を判断する。

［受光信号Ｅ１，Ｅ２の周波数分布の、相互の相関による判断］
（判断部１５の概要）
図１に示した判断部１５の他の実施形態として、受光信号Ｅ１，Ｅ２の周波数分布から相互の相関を求めて炎判断と受光ユニット１２ａ，１２ｂの障害判断を行うことができる。

この場合、判断部１５は、受光ユニット１２ａ，１２ｂから出力された受光信号Ｅ１，Ｅ２の相互の相関を、所定期間分の各受光信号を複数の時間区間に分割して、各分割区間の受光信号から所定範囲の周波数の相対レベル分布（周波数分布）を求め、各分割区間同士の周波数の相対レベル分布の積分値の比が全て所定の炎判定閾範囲内にある場合、炎有り判断の１要素とする。

また、判断部１５は、各分割区間同時の区分された周波数の相対レベル分布の積分値の比の少なくとも１つが所定の障害判定閾範囲内にある場合、受光ユニット１２ａ，１２ｂの障害判断の１要素とする。

（判断部の周波数分布の相互相関に基づく炎判断と障害判断）
図６は、燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測した場合に図１の受光ユニット１２ａ，１２ｂの各々から出力される受光信号Ｅ１，Ｅ２の周波数分布を示した説明図である。

図６に示すように、燃焼炎から放射される放射線エネルギーを周波数軸で観測すると、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し、８Ｈｚを超える例えば１６Ｈｚまでの高周波側は低いレベルを示す。このため、受光信号Ｅ１，Ｅ２の周波数分布の相互の相関は、例えば８Ｈｚまでの範囲となる低周波側の周波数分布の相関を判断すれば良い。

まず、判断部１５は、受光ユニット１２ａ，１２ｂから出力された所定期間Ｔ＝２秒の受光信号Ｅ１，Ｅ２をＡ／Ｄ変換してバッファメモリに記憶し、例えば５００ミリ秒の４つの時間区間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４に分割し、各時間区間Ｔ１〜Ｔ４の受光信号Ｅ１，Ｅ２をそれぞれ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して、各時間区間での周波数の相対レベル分布を求める。

続いて、判断部１５は、受光信号Ｅ１の各区間Ｔ１〜Ｔ４の周波数の相対レベル分布の積分値Σｆ１１，Σｆ１２，Σｆ１３，Σｆ１４を求め、また、受光信号Ｅ２についても、各区間Ｔ１〜Ｔ４の周波数の相対レベル分布の積分値Σｆ２１，Σｆ２２，Σｆ２３，Σｆ２４を求める。

次いで、判断部１５は、同じ時間区間Ｔ１〜Ｔ４の各々について、受光信号Ｅ１の周波数分布の積分値Σｆ１１，Σｆ１２，Σｆ１３，Σｆ１４と、受光信号Ｅ２の周波数分布の積分値Σｆ２１Σｆ２２，Σｆ２３，Σｆ２４との比Ｒｆ１，Ｒｆ２，Ｒｆ３，Ｒｆ４を、
Ｒｆ１＝Σｆ１１／Σｆ２１ 式（８）
Ｒｆ２＝Σｆ１２／Σｆ２２ 式（９）
Ｒｆ３＝Σｆ１３／Σｆ２３ 式（１０）
Ｒｆ４＝Σｆ１４／Σｆ２４ 式（１１）
として求め、これを受光信号Ｅ１，Ｅ２の、周波数分布の相互の相関とする。

この相互の相関を与える受光信号Ｅ１，Ｅ２の時間区間Ｔ１〜Ｔ４における周波数の相対レベル分布の積分値の比Ｒｆ１，Ｒｆ２，Ｒｆ３，Ｒｆ４は、その値が１の場合に受光信号Ｅ１，Ｅ２の周波数の相対レベル分布が完全に一致しており、一方、１より小さくなったり、大きくなったりすると、受光信号Ｅ１，Ｅ２の周波数の相対レベル分布が不一致の度合いが大きくなることを意味する。

このため受光信号Ｅ１，Ｅ２の周波数の相対レベル分布の相互の相関を判断するため、判断部１５は、最初の時間区間Ｔ１の積分値の比Ｒｆ１に基づき、下限閾値ＴＨ１と上限閾値ＴＨ２を持つ炎判定閾範囲を設定する。

判断部１５は、下限閾値ＴＨｆ１及び上限閾値ＴＨｆ２を、最初の時間区間Ｔ１の比Ｒｆ１に対し例えば±１０％の炎判定閾範囲とし、ＴＨｆ１＝０．９・Ｒｆ１、ＴＨｆ２＝１．１・Ｒｆ１に設定する。

このように下限閾値ＴＨ１と上限閾値ＴＨ２を持つ炎判定閾範囲を設定した場合、判断部１５は、次の条件の成立の有無を判定する。
０．９Ｒｆ１≦Ｒｆ２≦１．１Ｒｆ１ 式（１２）
０．９Ｒｆ１≦Ｒｆ３≦１．１Ｒｆ１ 式（１３）
０．９Ｒｆ１≦Ｒｆ４≦１．１Ｒｆ１ 式（１４）

判断部１５は、前記式（１２）〜（１４）の全ての条件の成立を判定した場合、即ち、最初の時間区間Ｔ１の周波数の相対レベル分布の積分値の比Ｒｆ１に対し、残りの時間区間Ｔ２〜Ｔ４の全ての周波数の相対レベル分布の積分値の比Ｒｆ２〜Ｒｆ４が所定の炎判定閾範囲内にある場合、受光信号Ｅ１，Ｅ２の周波数分布が概ね一致して受光ユニット１２ａ，１２ｂは正常に機能としていることから炎有りの判断の１要素とし、例えば受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３に基づく炎判断を許容する。

また、判断部１５は、前記式（１２）〜（１４）の少なくとも何れか１つの条件の不成立を判定した場合、即ち、最初の時間区間Ｔ１の周波数分布の積分値の比Ｒｆ１に対し残りの時間区間Ｔ２〜Ｔ４の周波数の相対レベル分布の積分値の比Ｒｆ２〜Ｒｆ４の少なくとも１つが所定の炎判定閾範囲を外れた場合、換言すると、所定の障害判定閾範囲内にある場合は、受光ユニット１２ａ，１２ｂの障害判断の１要素とする。

（周波数分布の相関に基づく炎判断と障害判断の処理動作）
図７は２つの受光信号の周波数分布の相関を判断する図１の判断部の処理動作の手順を示したフローチャートである。
（ステップＳ１１）
まず、判断部１５は、受光ユニット１２ａ，１２ｂから出力する受光信号Ｅ１，Ｅ２（実際には受光信号２・Ｅ１と受光信号２・Ｅ２）を、所定サンプリング周期でＡ／Ｄ変換ポート３５ａ、３５ｂを介して所定時間Ｔ、例えばＴ＝２秒に亘り取り込み、バッファメモリに一時的に記憶する。

（ステップＳ１２）
次いで、判断部１５は、ステップＳ１１で取り込んだ所定期間Ｔの受光信号Ｅ１，Ｅ２を４区間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４に分割し、各区間Ｔ１〜Ｔ４の受光信号Ｅ１を高速フーリエ変換して８Ｈｚ以下の周波数範囲における相対レベル分布の積分値Σｆ１１，Σｆ１２，Σｆ１３，Σｆ１４と、受光信号Ｅ２について、高速フーリエ変換して８Ｈｚ以下の周波数範囲における相対レベルの積積分値Σｆ２１，Σｆ２２，Σｆ２３，Σｆ２４を算出する。

なお、ステップＳ１２以降の処理は、判断部１５がＡ／Ｄ変換ポート３５ｃから取り込んでいる受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３の信号レベルが所定の閾値以上となった場合に実行することが望ましい。

（ステップＳ１３）
次いで、判断部１５は、ステップＳ１２で算出した受光信号Ｅ１，Ｅ２の各区間Ｔ１〜Ｔ４の周波数の相対レベル分布の積分値の比Ｒｆ１，Ｒｆ２，Ｒｆ３，Ｒｆ４を前記式（８）〜（１１）により算出する。

（ステップＳ１４）
次いで、判断部１５は、最初の区間Ｔ１の周波数の相対レベル分布の積分値の比Ｒｆ１に基づき、下限閾値ＴＨｆ１と上限閾値ＴＨｆ２を、例えばＴＨｆ１＝０．９・Ｒｆ１、ＴＨｆ２＝１．１・Ｒｆ１に設定する。

（ステップＳ１５）
次いで、判断部１５は、ステップＳ１３で算出した受光信号Ｅ１，Ｅ２の最初の区間Ｔ１に続く残り区間Ｔ２〜Ｔ４の周波数の相対レベル分布の積分値の比Ｒｆ２，Ｒｆ３，Ｒｆ４を前記式（１２）〜（１４）により下限閾値ＴＨ１と上限閾値ＴＨ２を持つ炎判定閾範囲内となるか否か判定する。

（ステップＳ１６、Ｓ１７）
次いで、判断部１５は、ステップＳ１６で前記式（１２）〜（１４）の全ての条件が成立することで炎判定閾範囲内にあることを判定した場合、受光信号Ｅ１，Ｅ２の周波数分布か概ね一致して受光ユニット１２ａ，１２ｂは正常に機能としていることから炎判断の１要素と判定し、ステップＳ１７に進んで、受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３に基づく炎判断を許容する。

（ステップＳ１６、Ｓ１８）
一方、判断部１５は、ステップＳ１６で前記式（１２）〜（１４）の少なくとも何れか１つの条件の不成立を判定した場合、即ち、ＴＨｆ１＝０．９・Ｒｆ１、ＴＨｆ２＝１．１・Ｒｆ１とした炎判定閾範囲外にあることを判定した場合（ＴＨｆ１＝０．９・Ｒｆ１未満又はＴＨｆ２＝１．１・Ｒｆ１より大きい障害判定閾範囲内にあることを判定した場合）、受光ユニット１２ａ，１２ｂの障害を判定する要素の１つと判断し、ステップＳ１８に進んで、受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３に基づく炎判断を抑止し、他の障害要素と合わせて受光ユニット１２ａ又は１２ｂの障害を判断する。

［複数の受光素子を備えた受光ユニットの実施形態］
図８は受光ユニットに設けた複数の受光素子からの受光信号を加算する炎検出装置の他の実施形態による機能構成を示したブロック図である。

図８に示すように、本実施形態の受光ユニット１２ａ，１２ｂに設けた受光センサ１６ａ，１６ｂは、４つの受光素子２２ａ，２２ｂを各々備えている。受光素子２２ａ，２２ｂは、図２に示したカバー部材４４ａ，４４ｂの内部に配置した基板３６ａ，３６ｂの表側に例えば４個の焦電体２５を配置し、図９の受光センサ１６ａの等価回路に示すように、焦電体２５、高抵抗２９及びＦＥＴ２７で構成した４つの受光素子２２ａを設け、各ＦＥＴ２７のドレインとゲートをそれぞれドレイン端子Ｄとゲート端子Ｇに共通接続し、各ＦＥＴ２７のソースはソース端子Ｓ１〜Ｓ４に個別に接続している。

４つの受光素子２２ａ，２２ｂの出力は４つの前置フィルタ２４ａ，２４ｂを通過した後に、電流出力となる４つの受光信号を加算（電流加算）してプリアンプ２６ａ，２６ｂに入力している。

ここで、４つの受光素子２２ａ，２２ｂからの受光出力は、４つの前置フィルタ２４ａ，２４ｂを通過した後に受光電流を加算してプリアンプ２６ａ，２６ｂに入力していることから、ランダムなノイズ成分については電流加算による増加はほとんどなく、燃焼炎から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帯の放射線エネルギーを光電変換した信号成分の電流加算となり、Ｓ／Ｎ比を低下させることなく、１つの受光素子による受光出力の概ね４倍に相当する受光電流としての受光信号を生成可能とする。

このように光学ユニット１２ａ，１２ｂは、受光する燃焼炎から放射された放射線エネルギーが微弱であっても、４つの受光素子２２ａ，２２ｂで光電変換した受光信号を加算することで、受光ユニット１２ａ，１２はＳ／Ｎ比を低下することなく十分なレベルをもつ受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力可能となり、炎検出エリアを大幅に拡大可能とする。

なお、プリアンプ２６ａ，２６ｂから判断部１５までの構成及び機能は、図１の実施形態の場合と同様になることから、その説明を省略する。

また、受光センサ１６ａ，１６ｂに設ける受光素子２２ａ，２２ｂの数は必要に応じて適宜に定めることができる。また、受光センサ１６ａ，１６ｂに設ける受光素子２２ａ，２２ｂの数は同数としても良いし、その数を異ならせるようにしても良い。

［トンネル用炎検出装置］
次に、図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に適用した場合の実施形態について説明する。

（２波長式の炎検出装置）
図１０はトンネル内に設置して炎を監視する２波長方式として炎検出装置の他の実施形態を示したブロック図である。

図１０に示すように、受光ユニット１２ａ，１２ｂは、図１の実施形態と同じであり、燃焼炎から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帯の放射線エネルギーを観測した受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力し、加算アンプ３２で受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３出力すると共に受光信号Ｅ３のレベルに合せるように受光信号Ｅ１，Ｅ２を２倍に増幅して出力し、それぞれ判断部１５に設けたＡ／Ｄ変換ポート３５ａ〜３５ｃの各々でデジタル受光信号に変換して取り込んでいる。

（受光ユニット１２ｃ）
受光ユニット１２ｃは、受光センサ１６ａ，１６ｂとは異なる所定の波長帯域を有する放射線エネルギーを電気信号に変換して出力する受光センサ１６ｃを備える。即ち、光ユニット１６ａ，１６ｂは、燃焼炎から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帯の放射線エネルギーを電気信号に変換した受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力するのに対し、受光ユニット１２ｃは、概ね５．０μｍ〜７．０μｍの波長帯域の放射線エネルギーを電気信号に変換した受光信号Ｅ４を出力する。

また、受光ユニット１２ｃは、受光センサ１６ｃに続いて、受光センサ１６ｃから出力される受光信号から、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２４ｃと、前置フィルタ２４ｃを通過した信号成分を初段増幅するプリアンプ２６ｃと、プリアンプ２６ｃからの出力を増幅するメインアンプ２８ｃとで構成される。受光ユニット１２ｃのメインアンプ２８ｃから出力された受光信号Ｅ４は、アンプ３０ｃにより２倍の電圧レベルに増幅され、判断部１５のＡ／Ｄ変換ポート３５ｄによりデジタル受光信号に変換して読み込まれ、炎の判断処理に用いられる。

（受光センサ１６ｃの構成）
受光センサ１６ｃ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２０ｃと、光学波長フィルタ２０ｃを透過した光を受光して電気信号に変換して出力する図３の等価回路でなる受光素子２２ｃを備え、図２に示したと同様な構造により、パッケージ化された構成を有し、光学ユニット１２ａ，１２ｂの受光センサ１６ａ，１６ｂと共に、本体カバー４６内に設けられた共通の取り付け部材４８上に、互いに近接して所定の配列で配置している。

（透光性窓１８）
透光性窓１８は、図２に示した受光センサ１６ａ，１６ｂと共に受光センサ１６ｃが収納された本体カバー４６の監視エリア側となる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、受光センサ１６ａ，１６ｂ、１６ｃの受光素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、各々の受光限界視野が透光性窓１８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。

（受光センサ１６ａ〜１６ｃの波長透過特性）
図１１は、図１０の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した特性図である。

図１１に示すように、図１０の透光性窓１８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５０が得られるとともに、光学波長フィルタ２０ａ，２０ｂを構成する、概ね４．５μｍ付近を中心波長とするバンドパスフィルタにより、当該中心波長近傍の波長帯域の放射線エネルギーを高い透過率で透過する透過率特性５２が得られ、これらの組合せにより、概ね４．５μｍ付近を中心波長とする中心波長透過率が高い合成特性５４をもつ狭帯域バンドパスフィルタが構成される。

一方、透光性窓１８であるサファイアガラスにより、概ね７．０μｍ付近以下の放射線エネルギー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５０が得られると共に、光学波長フィルタ２０ｃ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線エネルギー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５６が得られ、これらの組合せにより、概ね５．０μｍ〜７．０μｍの波長帯域の放射線エネルギーを高い透過率で透過する合成特性５８をもつ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１８及び光学波長フィルタ２０ａ，２０ｂの透過率特性の合成特性５４、並びに、透光性窓材１８及び光学波長フィルタ２０ｃの透過率特性の合成特性５８の中心波長の透過率は、合成特性５４の中心波長透過率が、合成特性５８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、合成特性５４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合成特性５８に比べ、数分の１程度である。

（２波長方式による炎判断）
判断部１５は、受光ユニット１２ａ，１２ｂから出力される受光信号Ｅ１，Ｅ２（実際には受光信号２・Ｅ１と受光信号２・Ｅ２）の所定期間の、相互の相関から炎有りの１要素を判断した場合、加算した受光信号Ｅ３および受光ユニット１２ｃから出力した受光信号Ｅ４を、Ａ／Ｄ変換ポート３５ｃ，３５ｄを介して所定時間取り込み、受光信号Ｅ３，Ｅ４毎に信号振幅の時間積分処理を行い、積分値ΣＥ３，ΣＥ４を算出する。ここで、積分値ΣＥ３，ΣＥ４は、便宜上、炎積分値ΣＥ３，非炎積分値ΣＥ４として区別する。

次いで、判断部１５は、炎積分値ΣＥ３が、予め設定された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判断し、一方、炎積分値ΣＥ３が基準レベルを超えた場合には、非炎積分値ΣＥ４との相対比（ΣＥ３／ΣＥ４）を算出し、相対比（ΣＥ３／ΣＥ４）が、予め設定された閾値を超えた場合は、炎と判定して炎判断の１要素とし、閾値以下の場合には、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、炎判断は抑止して行わない。

なお、判断部１５は、受光ユニット１２ａ，１２ｂから出力される受光信号Ｅ１，Ｅ２の所定期間の、相互の相関から炎有理の１要素を判断した場合、図１の実施形態に示したように、Ａ／Ｄ変換ポート３５ｃを介して所定時間取り込んだ、加算した受光信号Ｅ３の高速フーリエ変換による８Ｈｚ以下の周波数帯域の周波数分布を他の１要素とし、複数の要素に基づく複合的な炎判断を行う。

（トンネル用炎検出装置の外観と検知エリア）
図１２は、図１０の機能構成を備えたトンネル用の炎検出装置の外観を示した説明図であり、図１０に示した機能構成を２系統組み込んでいる。

図１２に示すように、炎検出装置１０は、筐体６０の上部に設けられたセンサ収納部６２に透光性窓６４ａ、６４ｂ（図１０の透光性窓１８に相当）を設け、透光性窓６４ａ，６４ｂ内の各々に、図１０に示した光学ユニット１２ａ〜１２ｃの受光センサ１６ａ〜１６ｃを配置している。また、透光性窓６４ａ、６４ｂの近傍の内部の受光素子を見渡せる位置に、個別の試験ランプを収納した試験光源用透光窓６６ａ、６６ｂを設けている。

このような構成を有する炎検出装置１０のトンネル内への設置は、図１３に示すように、例えば、トンネル内部下方の一方の壁面６８の概ね、路面から２．５ｍ程度の高さに、トンネルの長手方向に沿って例えば５０メートル間隔で設置している。

炎検出装置１０の検知エリアは、図１３に示すように、トンネル長手方向及び横方向に所定の広がりを有する検知エリア７０ａ，７０ｂが設定される。ここで、図１０に示した燃焼炎から放射される、概ね４．５μｍを中心波長とする狭帯域波長帯の放射線エネルギーを観測して受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力する受光ユニット１２ａ，１２ｂは、高い検出感度の設定により、遠方監視特性に優れた広い検知エリア７０ａ，７０ｂを設定している。

一方、概ね５．０μｍ〜７．０μｍの波長帯域の放射線エネルギーを観測する光学ユニット１２ｃは、低い検出感度の設定により、検知エリア７０ａ，７０ｂの中の比較的近距離側となる炎検出装置１０の近傍の前方領域を含む検知エリア７２ａ，７２ｂを設定している。

なお、図１３で検知エリア７０ａ，７０ｂ及び、７２ａ，７２ｂを平面的に示しているが、実際には、３次元的な広がりを有する検知エリアを設定している。

［本発明の変形例］
上記の実施形態は、各受光信号の相互の相関を、所定期間分の各受光信号を複数の時間区間に分割した、各分割区間同士の信号積分値の比から燃焼炎の有無を判定しているが、本発明は、信号積分値の比に限定されず、各受光信号の相関係数等の適宜の値による相互の相関から燃焼炎の有無を判定しても良い。

上記の実施形態は、トンネル用の２波長方式の炎検出装置として、燃焼炎のＣＯ_２の共鳴放射帯である４．４〜４．５μｍ付近の波長帯域と、５．０μｍ付近の波長帯域における各々の放射線エネルギーを観測して炎を判定しているが、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線エネルギーを観測して炎を判定するようにしても良い。

また、２波長に加え、燃焼炎のＣＯ_２の共鳴放射帯である４．４〜４．５μｍ帯の短波長側の、例えば、３．８μｍ付近の波長帯域における放射線エネルギーを、２波長式と同様の手法で検出し、これらの３波長帯域における受光信号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としても良い。

また、本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

１０：炎検出装置
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ：受光ユニット
１５：判断部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ：受光センサ
１８：透光性窓
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ：光学波長フィルタ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ：受光素子
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ：前置フィルタ
２５：焦電体
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ：プリアンプ
２７：ＦＥＴ
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ：メインアンプ
３０ａ，３０ｂ：アンプ
３２：加算アンプ
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ：Ａ／Ｄ変換ポート

Claims (8)

1. 燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測して燃焼炎の有無を判断し検出する炎検出装置であって、
   放射線エネルギーのうち、同一の波長帯を観測した受光信号を出力する複数の受光ユニットと、
   前記複数の受光ユニットで略同時期に観測して出力した所定期間分の各受光信号の、相互の相関を燃焼炎の有無判断の１要素とすると共に、前記各受光信号の相互の相関が低い場合には、前記複数の受光ユニットの少なくとも１つが障害ありと判断する１要素とする判断部と、
   を備え、
   前記判断部は、前記各受光信号の相互の相関を、所定期間分の各受光信号を複数の時間区間に分割した、各分割区間同士の信号積分値の比に基づいて判定することを特徴とする炎検出装置。
   
2. 請求項１記載の炎検出装置に於いて、前記判断部は、前記各分割区間同士の信号積分値の比の全てが所定の炎判定閾範囲内にある場合、炎有り判断の１要素とする。
   
3. 請求項１記載の炎検出装置に於いて、前記判断部は、前記各分割区間同士の信号積分値の比の少なくとも１つが所定の障害判定閾範囲内にある場合、前記受光ユニットの障害判断の１要素とすることを特徴とする炎検出装置。
   
4. 請求項１記載の炎検出装置に於いて、
   前記判断部は、
   前記複数の受光ユニットから出力された所定期間分の各受光信号Ｅ１〜Ｅｍを１以上の整数ｎの時間区間に分割した場合、これらｎ個の分割区間の各々について１の受光信号Ｅ１の信号積分値ΣＥ１１〜ΣＥ１ｎと、同じ時間区間に対応する他の受光信号Ｅｍの積分値ΣＥｍ１〜ΣＥｍｎの比Ｒ１〜Ｒｎを、
   Ｒ１〜Ｒｎ＝ΣＥ１１／ΣＥｍ１〜ΣＥ１ｎ／ΣＥｍｎ
   として求め、
   最初の時間区間の信号積分値の比Ｒ１に対し残りの時間区間の信号積分値の比Ｒ２〜Ｒｎの全てが所定の炎判定閾範囲内にある場合は、炎有り判断の１要素とすることを特徴とする炎検出装置。
   
5. 請求項１記載の炎検出装置に於いて、
   前記判断部は、
   前記複数の受光ユニットから出力された所定期間分の各受光信号Ｅ１〜Ｅｍを１以上の整数ｎの時間区間に分割した場合、これらｎ個の分割区間の各々について１の受光信号Ｅ１の信号積分値ΣＥ１１〜ΣＥ１ｎと、同じ時間区間に対応する他の受光信号Ｅｍの積分値ΣＥｍ１〜ΣＥｍｎの比Ｒ１〜Ｒｎを、
   Ｒ１〜Ｒｎ＝ΣＥ１１／ΣＥｍ１〜ΣＥ１ｎ／ΣＥｍｎ
   として求め、
   最初の時間区間の信号積分値の比Ｒ１に対し残りの時間区間の信号積分値の比Ｒ２〜Ｒｎの少なくとも１つが所定の障害判定閾範囲内にある場合は、前記受光ユニットの障害判断の１要素とすることを特徴とする炎検出装置。
   
6. 燃焼炎から放射される放射線エネルギーを観測して燃焼炎の有無を判断し検出する炎検出装置であって、
   放射線エネルギーのうち、同一の波長帯を観測した受光信号を出力する複数の受光ユニットと、
   前記複数の受光ユニットで略同時期に観測して出力した所定期間分の各受光信号の、相互の相関を燃焼炎の有無判断の１要素とすると共に、前記各受光信号の相互の相関が低い場合には、前記複数の受光ユニットの少なくとも１つが障害ありと判断する１要素とする判断部と、
   を備え、
   前記判断部は、前記各受光信号相互の相関を、所定期間分の各受光信号から求めたそれぞれの周波数分布を比較して判定することを特徴とする炎検出装置。
   
7. 請求項６記載の炎検出装置に於いて、前記判断部は、
   前記所定期間分の各受光信号を複数の時間区間に分割した、所定範囲の周波数の相対レベル分布を求め、
   各分割区間同士の周波数相対レベル分布の積分値の比の全てが所定の炎判定閾範囲内にある場合、炎有り判断の１要素とすることを特徴とする炎検出装置。
   
8. 請求項６記載の炎検出装置に於いて、前記判断部は、
   前記所定期間分の各受光信号を複数の時間区間に分割した、所定範囲の周波数の相対レベル分布を求め、
   各分割区間同士の周波数相対レベル分布の積分値の比の少なくとも１つが所定の障害判定閾範囲内にある場合、前記受光ユニットの障害判断の１要素とすることを特徴とする炎検出装置。

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