JP6826719B2

JP6826719B2 - 炎検知器

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Publication number: JP6826719B2
Application number: JP2016177811A
Authority: JP
Inventors: 亮石川; 武士高嶋; 健二木戸; 正憲平澤
Original assignee: Fukada Kogyo Co Ltd
Current assignee: Fukada Kogyo Co Ltd
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2036-09-12
Also published as: JP2018044792A

Description

本発明は炎検知器に関する。

従来、輻射式の火災検知器としては、火炎から放射される特定波長帯の輻射エネルギーが一定量以上に達したことを検出する定輻射式、火炎特有のちらつきを検出するちらつき式、さらに複数の波長帯の輻射エネルギーの大きさを比較する２波長式、３波長式等の各種方式が存在する。そして、これらの輻射式火災検知器においては、火炎から放射される紫外線や赤外線等の輻射光を受光センサ（例えばフォトダイオード、焦電センサ、放電管等）で検出するものがある。

赤外線式炎検知器の具体的構造としては、複数のセンサのうち炭酸ガス共鳴放射帯（4.3〜4.5μm 近傍）を捉えるセンサと、その長波長側、及び／又は短波長側に他のセンサを１ないし複数そなえており、それらの信号を増幅し、ＡＤ変換し、炎検出アルゴリズムを組み込んだ演算処理装置にて判定するように構成される。

受光した赤外線の変化量に応じた信号を出力するセンサであれば、背景信号の周波数成分から、炎特有の周波数成分（ちらつき）を抽出して火災判定に利用するものが知られている。

一方、受光した赤外線の絶対量に応じて信号を出力するものであれば、センサからの信号には環境変化によるもの（例えば背景にある赤外放射、朝夕の寒暖差など）が含まれるため、それらの環境ノイズ（比較的ゆっくり変化する信号）と、急激に変化する信号との差（変化量）を炎判定に利用する。

各センサの変化量を信号として扱うことで、背景の環境に左右されない炎検出を行うことができる。その上で、基本的には炭酸ガス共鳴放射帯の信号変化量のみが大きい場合に、炎と判定する。

特開平１−７４６９６号公報特開平３−２６３１９７号公報特開平８−１１５４８０号公報特開平１０−３２６３９１号公報

しかしながら、炭酸ガス共鳴放射帯の信号変化量のみが大きいときに炎と判定するアルゴリズムの場合、炭酸ガスを含む熱風からの放射、或いは排気ガスなどの燃焼ガスでも、炎を誤検知してしまう場合がある。

本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、精度よく炎を検知することができる炎検知器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る炎検知器は、炭酸ガス共鳴放射帯のピーク波長を含む第１帯域の赤外光を透過する第１帯域フィルターと、前記第１帯域とは異なる第２帯域の赤外光を透過させると共に、帯域中心が前記炭酸ガス共鳴放射帯の帯域中心から離れた位置に設けられた第２帯域フィルターと、前記第１帯域及び前記第２帯域とは異なる第３帯域の赤外光を透過させると共に、帯域中心が前記炭酸ガス共鳴放射帯の帯域中心から離れた位置に設けられた第３帯域フィルターと、前記第１帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する第１検出素子と、前記第２帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する第２検出素子と、前記第３帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する第３検出素子と、前記第１検出素子によって検出された電気信号の第一平均値、前記第２検出素子によって検出された電気信号の第二平均値、及び前記第３検出素子によって検出された電気信号の第三平均値を算出する平均算出部と、前記第１検出素子によって検出された電気信号の、前記第一平均値からの第一変化量、前記第２検出素子によって検出された電気信号の、前記第二平均値からの第二変化量、及び前記第３検出素子によって検出された電気信号の、前記第三平均値からの第三変化量を算出する変化量算出部と、前記変化量算出部によって算出された前記第一変化量、前記第二変化量、及び前記第三変化量のいずれか一つ又は複数を判定閾値と比較して、炎を検知したか否かを判定する判定部と、を含み、前記判定部は、前記第二変化量、及び前記第三変化量から求められる、波長とエネルギーとの関係を表す近似直線から得られる、前記第一変化量に対応する計算値を雑音量として算出し、前記雑音量に応じて検知感度を変更して、炎を検知したか否かを判定する。

本発明に係る炎検知器によれば、第１検出素子によって、炭酸ガス共鳴放射帯のピーク波長を含む第１帯域の赤外光を透過する第１帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する。第２検出素子によって、第１帯域とは異なる第２帯域の赤外光を透過させる第２帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する。第３検出素子によって、第１帯域及び第２帯域とは異なる第３帯域の赤外光を透過させる第３帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する。

そして、平均算出部によって、前記第１検出素子によって検出された電気信号の第一平均値、前記第２検出素子によって検出された電気信号の第二平均値、及び前記第３検出素子によって検出された電気信号の第三平均値を算出する。変化量算出部によって、前記第１検出素子によって検出された電気信号の、前記第一平均値からの第一変化量、前記第２検出素子によって検出された電気信号の、前記第二平均値からの第二変化量、及び前記第３検出素子によって検出された電気信号の、前記第三平均値からの第三変化量を算出する。

そして、判定部によって、前記変化量算出部によって算出された前記第一変化量、前記第二変化量、及び前記第三変化量のいずれか一つ又は複数を判定閾値と比較して、炎を検知したか否かを判定する。このとき、前記判定部は、前記第二変化量、及び前記第三変化量から求められる、波長とエネルギーとの関係を表す近似直線から得られる、前記第一変化量に対応する計算値を雑音量として算出し、前記雑音量に応じて検知感度を変更して、炎を検知したか否かを判定する。

本発明の炎検知器によれば、炭酸ガス共鳴放射帯の赤外光、及び炭酸ガス共鳴放射帯とは異なる２つの帯域の赤外光の各々を検出して電気信号に変換し、それぞれの平均値との変化量を算出し、判定閾値と比較して、炎を検知したか否かを判定するときに、雑音量に応じて検知感度を変更して、炎を検知したか否かを判定することにより、精度よく炎を検知することができる、という効果が得られる。

本発明の実施の形態に係る炎検知器の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係る炎検知器の第１の演算処理部及び第２の演算処理部の構成を示すブロック図である。補正係数を設定する方法を説明するための図である。（Ａ）各センサの電気信号を示す図、（Ｂ）センサのばらつきを補正した、各センサの電気信号を示す図、（Ｃ）個体別のばらつきを補正した、各センサの電気信号を示す図、及び（Ｄ）オフセット補正した、各センサの電気信号を示す図である。（Ａ）監視環境信号値とライブ値とを示す図、及び（Ｂ）変化量を示す図である。熱放射と炎と熱風とにおける変化量の分布を示す図である。雑音量を計算する方法を説明するための図である。閾値テーブルを示す図である。火災判定を行う方法を説明するための図である。本発明の実施の形態に係る炎検知器の第１の演算処理部及び第２の演算処理部における火災判定処理ルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る炎検知器の第１の演算処理部及び第２の演算処理部における火災判定処理ルーチンを示すフローチャートである。感度を変更する方法を説明するための図である。黒体の波長別の放射エネルギーを示すグラフである。雑音量を計算する方法を説明するための図である。雑音量を計算する方法を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

＜本発明の実施の形態の概要＞
焦電センサを使用した従来方式（例えば、特許文献１、２）によれば、ノイズカットや周波数分解の信号処理が必要であり、処理の高速化や検知時間の遅延が課題である。

本実施の形態の炎検知器は、サーモパイルセンサを用いており、赤外信号の強さに応じた直流成分の電気信号を処理するため、周波数分解処理が不要であり、高感度かつ早期検知が可能である。

しかし、サーモパイルセンサを用いた従来方式（例えば、特許文献４）では、高温の熱風で誤作動する事例もあった。そこで、検知する赤外波長の数を少なくとも３つ以上備えるようにして、炭酸ガス共鳴放射帯以外の二つ（以上）のセンサの信号を比較して、熱風か否かを判定するようにした。

具体的には、4.0μm近傍、4.5μm近傍、5.0μm近傍の帯域のみを透過する帯域フィルター（バンドパスフィルター）を装着した三つの赤外線センサから出力される信号を増幅し、ＡＤ変換を経てＣＰＵに信号入力する。

当該ＣＰＵには炎検知アルゴリズムが組み込まれており、当該炎検知アルゴリズムは、当該三つの赤外センサから出力される信号変化の特徴から炎判定を行う。また、当該ＣＰＵには熱風と炎とを判別するアルゴリズムも組み込まれている。

有機物が炎を伴って燃焼するときに、二酸化炭素の共鳴放射帯（4.5μm）の赤外線を放射することが知られている。よって4.5μm近傍の帯域とそれ以外の4.0μm近傍の帯域及び5.0μm近傍の帯域の信号の強さを比較することで、炎を検知したか否かを判定できる。

しかし、二酸化炭素を含む高温の気流からも、4.5μm近傍の帯域の放射があり、高感度、早期検知の炎判定アルゴリズムにあっては、高温の熱風で誤作動する事例があった。

そこで、本実施の形態では、4.0μm近傍の帯域及び5.0μm近傍の帯域の信号も比較し、4.0μm近傍の帯域の信号が5.0μm 近傍の帯域の信号よりも大きい（高温の放射を伴う）場合と、そうでない場合の少なくとも二つの場合に分けて炎判定を行う手段を備えることとした。

すなわち、4.0μm 近傍の帯域の信号変化量≦5.0μm 近傍の帯域の信号変化量の場合は火災判定を厳しく行うようにした。

また、炎を検知する原理について説明する。

ステファンボルツマンの法則より、黒体の波長別の放射エネルギーは図１３のようになることが分かっている。この温度放射別のピークはWienの変位則に従うが、炭酸ガス共鳴放射帯付近では、波長とエネルギーとの関係は、直線で近似できることが分かる。

従って、4.0μm近傍と5.0μm近傍とを捉える（帯域フィルター付き）赤外センサの信号値から得られる近似直線で、黒煙などによる炭酸ガス共鳴放射帯での灰色放射量を求めることができ、これを雑音量として取り除けば、炭酸ガス共鳴放射による放射量だけ取り出すことができ、閾値と比較して、炎判定をすることができる。また、雑音量に応じて、検知感度を変更することにより、精度よく炎判定をすることができる。

また、炎判定の判定結果に応じて火災信号を出力する際に、雑音量、又は雑音量との差分に応じて、火災信号を出力するまでの火災判定速度を変化させる。これにより、炎が大きいほど、早く火災信号を出力するようにし、炎が小さいほど、遅く火災信号を出力するようにすることができる。

＜システム構成＞
以下、本発明の実施の形態に係る炎検知器について説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る炎検知器１０は、炎が発する炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm近傍の帯域の赤外光を検出する第１センサ１２と、炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の帯域の4.0μm近傍の帯域の赤外光を検出する第２センサ１４と、炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の帯域の5.0μm近傍の帯域の赤外光を検出する第３センサ１６と、第１センサ１２からの信号を増幅する増幅部１８と、第２センサ１４からの信号を増幅する増幅部２０と、第３センサ１６からの信号を増幅する増幅部２２と、増幅部１８、２０、２２からの信号を増幅する増幅部２４と、増幅部２４からの信号をディジタル値に変換するＡＤ変換部２６と、炎検知のための前処理や外部出力部３２を制御する第１の演算処理部２８と、炎を検知する処理を行う第２の演算処理部３０と、外部出力部３２とを備えている。

第１センサ１２は、炎が発する炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm近傍の帯域の赤外光を透過するフィルター１２Ａと、フィルター１２Ａを透過した赤外光を検出して直流成分の電気信号に変換する検出素子１２Ｂとを備えている。

第２センサ１４は、炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の帯域の4.0μm近傍の帯域の赤外光を透過させるフィルター１４Ａと、フィルター１４Ａを透過した赤外光を検出して直流成分の電気信号に変換する検出素子１４Ｂとを備えている。

第３センサ１６は、炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の帯域の5.0μm近傍の帯域の赤外光を透過させるフィルター１６Ａと、フィルター１６Ａを透過した赤外光を検出して直流成分の電気信号に変換する検出素子１６Ｂとを備えている。

なお、炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm 近傍の帯域の赤外光を検出する弱い電気信号を確実に捉えるために、第１センサ１２と同じセンサを更に設けてもよい。

検出素子１２Ｂ、１４Ｂ、１６Ｂは、サーモパイルで構成されているが、ＩｎＡｓＳｂ素子など、他の光起電力タイプの素子にて構成することもある。なお、ＩｎＡｓＳｂ素子は、サーモパイルと比較して赤外線検出速度が極めて速いため、ＩｎＡｓＳｂ素子を用いることにより、回路構成は同じでも、ＡＤ変換速度を速くする事で、極めて高速に炎を検出することが出来る炎検知器が可能となる。

増幅部１８、２０、２２は、第１センサ１２、第２センサ１４、及び第３センサ１６の各々の電気信号をそれぞれ独立して増幅する。

増幅部２４は、増幅部１８、２０、２２によって個別に増幅された電気信号を、一定の時間で順次切り替えて一つの電気信号に集約するスイッチ部（図示省略）を含み、当該スイッチ部により一つに集約された電気信号を、当該電気信号の強さに応じて選択的（信号が小さいときは高利得、信号が大きいときは低利得）に増幅する。

第１の演算処理部２８及び第２の演算処理部３０は、それぞれＣＰＵで構成されており、第１の演算処理部２８及び第２の演算処理部３０を、機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図２に示すように、第１の演算処理部２８は、信号取得部４０、補正係数設定部４２、補正部４４、及び警報表示部４６Ａを備えている。また、第２の演算処理部３０は、平均算出部５０、変化量算出部５２、火災判定部５４、回数判定部５６、警報制御部５８、及び警報出力部４６Ｂを備えている。

信号取得部４０は、ＡＤ変換部２６から出力された信号から、第１センサ１２からの電気信号の値、第２センサ１４からの電気信号の値、第３センサ１６からの電気信号の値を取得する。

補正係数設定部４２は、図３に示すように、第１センサ１２、第２センサ１４、及び第３センサ１６に対して、黒体炉などの基準光源から赤外光の基準光を照射したときに、信号取得部４０によって取得された電気信号の各々の値（図４（Ａ）参照）に基づいて、以下の第１の補正ステップ〜第３の補正ステップにより、補正係数を事前に設定する。

第１の補正ステップでは、図４（Ｂ）に示すように、センサ間の感度のばらつきを均等化するための補正係数を設定する。例えば、第１センサ１２からの電気信号の値の最大値及び最小値の差分と、第２センサ１４からの電気信号の値の最大値及び最小値の差分と、第３センサ１６からの電気信号の値の最大値及び最小値の差分とが同一になるように処理するための補正係数を設定する。

第２の補正ステップでは、第１の補正ステップで設定された補正係数を用いた上で、図４（Ｃ）に示すように、炎検知器１０の個体間の感度のばらつきを均等化するための補正係数を設定する。例えば、第１センサ１２からの電気信号の値の最大値及び最小値の差分と、第２センサ１４からの電気信号の値の最大値及び最小値の差分と、第３センサ１６からの電気信号の値の最大値及び最小値の差分との各々が、それぞれの基準値と同一になるように処理するための補正係数を設定する。

第３の補正ステップでは、第１の補正ステップ及び第２の補正ステップで設定された補正係数を用いた上で、図４（Ｄ）に示すように、第１センサ１２、第２センサ１４、及び第３センサ１６の各々からの電気信号の値に対して、オフセット補正を行うための補正係数を設定する。

補正部４４は、信号取得部４０によって取得された、第１センサ１２からの電気信号の値、第２センサ１４からの電気信号の値、及び第３センサ１６からの電気信号の値に対して、補正係数設定部４２によって設定された補正係数を用いて補正を行い、第２の演算処理部３０へ出力する。

平均算出部５０は、補正部４４によって補正された第１センサ１２からの電気信号の値の移動平均値（例えば過去１００秒間の平均値）を、第１センサ１２の信号の監視環境信号値として算出する（図５（Ａ）参照）。また、平均算出部５０は、同様に、補正部４４によって補正された第２センサ１４からの電気信号の値の移動平均値を、第２センサ１４の信号の監視環境信号値として算出する。また、平均算出部５０は、同様に、補正部４４によって補正された第３センサ１６からの電気信号の値の移動平均値を、第３センサ１６の信号の監視環境信号値として算出する。

変化量算出部５２は、補正部４４によって補正された第１センサ１２からの電気信号のライブ値と、平均算出部５０によって算出された第１センサ１２の信号の監視環境信号値との差を、第一変化量として算出する（図５（Ｂ）参照）。また、変化量算出部５２は、同様に、補正部４４によって補正された第２センサ１４からの電気信号のライブ値と、平均算出部５０によって算出された第２センサ１４の信号の監視環境信号値との差を、第二変化量として算出する。また、変化量算出部５２は、同様に、補正部４４によって補正された第３センサ１６からの電気信号のライブ値と、平均算出部５０によって算出された第３センサ１６の信号の監視環境信号値との差を、第三変化量として算出する。

ここで、炎を検知する原理について説明する。

まず、図６に示すように、炎が発する炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm 近傍の帯域の赤外光を検出した信号、4.0μm 近傍の帯域の赤外光を検出した信号、5.0μm 近傍の帯域の赤外光を検出した信号を比較すると、熱放射の場合には、ウィーンの変位則により、温度別でスペクトル分布線の傾きが変わる。370℃で約4.5μm近傍の帯域が緩やかにピークを持ち、370℃より高温の場合は左上がりとなり、370℃より低温の場合は右上がりとなる。

炎の場合には、炭酸ガス共鳴放射により、4.5μm近傍の帯域にピークを持つ波形となる。また、高温生成物（煙等）により高温側（左上がり）の放射が複合する。

熱風の場合には、4.5μm近傍の帯域にピークを持つ波形となるが、高温生成物（煙等）を含まないので低温側（右上がり）の放射が複合する。

本実施の形態の火災判定における雑音量の導出概要図を図７に示す。また、火災判定に用いる閾値テーブルの例を図８に示す。

一例として炎の赤外放射を受光し、図７のような信号の変化量が各帯域において得られたとすると火災判定は以下の（１）〜（３）のステップで行われる。

（１）4.0μｍ近傍の帯域の変化量と波長5.0μｍ近傍の帯域の変化量とを用いた近似直線より、炭酸ガス共鳴放射を無視した波長4.5μm近傍の帯域にあたる計算値を雑音量として算出する。この雑音量により、火災以外の赤外放射体の影響の大きさを表すこととしている。

（２）雑音量と波長4.5μm近傍の帯域の変化量との比を判定比として算出する。

（３）求めた雑音量を参照値として火災判定のための閾値を選択し、判定値をあてはめ火災判定を行う。

このように、雑音量を、閾値テーブルの参照値として扱うことにより、火災を検出しにくい環境や監視対象の変化に対応した火災判断が可能となり製品仕様をより確実にしている。

4.5μm近傍の帯域では、判定比が閾値以上であるという条件を満たした場合、炎を検知したと判断する。なお、閾値テーブルでは、雑音量毎に、第一変化量（4.5μm 近傍）についての判定比の閾値が定められている。

以上説明した原理にしたがって、本実施の形態では、火災判定部５４は、変化量算出部５２によって算出された第一変化量（4.5μm 近傍）の値、第二変化量（4.0μm近傍）の値、及び第三変化量（5.0μm 近傍）の値の少なくとも１つが閾値Ｅ以上であり、かつ、第二変化量の値及び第三変化量の値の近似直線から得られる4.5μm 近傍の計算値（雑音量）と、第一変化量との比について、閾値と比較した結果が、予め定められた条件を満たした場合に炎を検知したと判定する。なお、閾値Ｅは、炎判定を行うか否かの最小の信号変化量であり、共通閾値の一例である。一方、炎判定のための閾値テーブルでは、比の閾値が、判定閾値の一例である。

ここで、火災判定部５４は、第二変化量の値が、前記第三変化量の値より大きい場合、第一変化量の計算値を雑音量として、雑音量と第一変化量との比に対する閾値を、閾値テーブルから取得して、判定を行う。一方、火災判定部５４は、第二変化量の値が前記第三変化量の値以下である場合、厳しく判定するための予め定められた比に対する閾値（例えば、雑音量が０の場合に対応する閾値）を用いて、判定を行う。

上述した火災判定部５４による判定は、一定周期で繰り返し実行される。

回数判定部５６は、図９に示すように、火災判定部５４により連続で炎を検知したと判定された回数が予め定められた連続回数以上の場合、又は火災判定部５４により一定の時間内に炎を検知したと判定された回数が予め定められた累積回数以上の場合に、監視環境信号値（移動平均値）を固定値とするとともに、火災信号を出力する。

本実施の形態では、雑音量及び／又は第一変化量と雑音量の差分に応じて、火災信号を出力するまでの火災判定速度を変化させるように回数に関する閾値を変更する。例えば、雑音量が大きいほど、又は第一変化量と雑音量の差分が大きいほど、火災信号を出力するまでの火災判定速度を速くように回数に関する閾値を小さく変更する。

警報制御部５８は、回数判定部５６から火災信号が出力された場合、火災を報知するように警報表示部４６Ａ及び警報出力部４６Ｂを制御する。例えば、警報表示部４６Ａは赤色ＬＥＤを点灯させ、警報出力部４６Ｂはフォトカプラを導通状態にさせ、外部出力部３２を構成する接点出力を作動させる。

＜炎検知器の作用＞
次に、本発明の実施の形態に係る炎検知器１０の作用について説明する。

まず、設置前の炎検知器１０に対して、事前に補正係数を設定する。具体的には、黒体炉などの基準光源から、第１センサ１２、第２センサ１４、及び第３センサ１６に対して赤外光の基準光を照射しているときに、炎検知器１０の補正係数設定部４２が、上記の第１の補正ステップ〜第３の補正ステップにより、補正係数を設定する。

補正係数が設定された炎検知器１０が、火災判定を行うべき場所に設置され、炎検知器１０の第１センサ１２、第２センサ１４、及び第３センサ１６の各々から電気信号が出力され、増幅部１８、２０、２２、２４、ＡＤ変換部２６を介して各信号の値が、第１の演算処理部２８に入力されているときに、炎検知器１０の第１の演算処理部２８及び第２の演算処理部３０によって、図１０、図１１に示す火災判定処理ルーチンが一定の周期毎に繰り返し実行される。

ステップ１００では、信号取得部４０が、ＡＤ変換部２６から出力された信号から、第１センサ１２からの電気信号の値、第２センサ１４からの電気信号の値、第３センサ１６からの電気信号の値を取得する。

次のステップ１０２では、補正部４４が、上記ステップ１００で取得した第１センサ１２からの電気信号の値、第２センサ１４からの電気信号の値、第３センサ１６からの電気信号の値に対して、事前に設定された補正係数を用いて補正を行う。

そして、ステップ１０４では、平均算出部５０は、第１センサ１２からの電気信号の値、第２センサ１４からの電気信号の値、第３センサ１６からの電気信号の値の各々に対して、上記ステップ１０２で補正されたセンサ値と、過去に上記ステップ１０２で補正されたセンサ値とに基づいて、移動平均値を算出する。

ステップ１０６では、変化量算出部５２は、第１センサ１２からの電気信号の値、第２センサ１４からの電気信号の値、第３センサ１６からの電気信号の値の各々に対して、上記ステップ１０２で補正されたセンサ値と、上記ステップ１０４で算出された移動平均値とに基づいて、第一変化量、第二変化量、第三変化量を算出する

そして、ステップ１０８では、火災判定部５４は、上記ステップ１０６で算出された第一変化量、第二変化量、第三変化量と、過去に上記ステップ１０６で算出された第一変化量、第二変化量、第三変化量とに基づいて、第一変化量、第二変化量、第三変化量のいずれかの値が、一定の時間、負の基準値以下となる状態を継続したか否かに応じて、移動平均値をリセットするか否かを判定する。移動平均値をリセットする場合には、ステップ１１０へ移行し、上記ステップ１０２で補正されたセンサ値を用いて、第１センサ１２からの電気信号の値、第２センサ１４からの電気信号の値、第３センサ１６からの電気信号の値の各々に対して、移動平均値をリセットする。

一方、移動平均値をリセットしない場合には、ステップ１１２へ移行する。

ステップ１１２では、火災判定部５４は、上記ステップ１０６で算出された第一変化量、第二変化量、第三変化量の全てが、予め定められた閾値Ｅ未満であるか否かを判定する。第一変化量、第二変化量、第三変化量の全てが、予め定められた閾値Ｅ未満であると判定された場合には、ステップ１１４において、現時点で火災モード又は注意出力モードであれば、通常モードへ移行し、火災判定処理ルーチンを終了する。なお、現時点で通常モードであれば、そのまま通常モードを継続する。
なお、図１２に示すように、火炎を伴わない環境変化が発生し、ライブ値がバイアス値から乖離した場合は、環境変化の雑音量による誤作動を防止するために、感度を低感度に切り替える。なお、感度の変更は、最小検出感度（閾値Ｅ）の変更により行う。

第一変化量、第二変化量、第三変化量の少なくとも１つが、予め定められた閾値Ｅ以上であると判定された場合には、ステップ１１６において、火災判定部５４は、第二変化量が第三変化量以下か否かを判定する。第二変化量が第三変化量以下である場合には、ステップ１１８において、熱風により炎を誤判定する可能性があることを示す疑惑フラグを成立させる。一方、第二変化量が第三変化量より大きい場合に、ステップ１２２へ移行する。

そして、ステップ１２２では、火災判定部５４は、上記ステップ１０６で算出された第二変化量、第三変化量から近似直線を導出し、導出した近似直線を用いて、第一変化量に対応する計算値を、雑音量として算出する。

ステップ１２４では、火災判定部５４は、上記ステップ１１８で設定された疑惑フラグ、及び／又は上記ステップ１２２で算出された雑音量に応じて、第一変化量に関する判定比の閾値を取得する。

そして、ステップ１２５では、火災判定部５４は、上記ステップ１２２で算出された雑音量、及び／又は第一変化量と雑音量との差分に応じて、連続回数に関する閾値Ｎ及び累積回数に関する閾値Ｍを設定する。

次のステップ１２６では、火災判定部５４は、上記ステップ１０６で算出された第一変化量と、上記ステップ１２２で算出された雑音量とに基づいて、第一変化量に関する判定比を算出し、上記ステップ１２４で取得した閾値を用いて、第一変化量に関する判定比が、対応する閾値以上であるか否かを判定する。第一変化量に関する判定比が、対応する閾値未満である場合には、炎を検知しないと判定し、現時点のモードを継続したまま、火災判定処理ルーチンを終了する。

一方、第一変化量に関する判定比が、対応する閾値以上である場合には、炎を検知したと判定し、ステップ１２８へ移行する。

ステップ１２８では、回数判定部５６は、上記ステップ１２６の判定結果と、過去の上記ステップ１２６の判定結果と、上記ステップ１２５で設定された連続回数に関する閾値Ｎとに基づいて、連続で炎を検知したと判定された回数が予め定められた連続回数Ｎ以上であるか否かを判定する。連続で炎を検知したと判定された回数が連続回数Ｎ以上である場合には、火災が発生したと判断し、ステップ１３４へ移行する。一方、連続で炎を検知したと判定された回数が連続回数Ｎ未満である場合には、ステップ１３０へ移行する。

ステップ１３０では、回数判定部５６は、上記ステップ１２６の判定結果と、過去の上記ステップ１２６の判定結果と、上記ステップ１２５で設定された累積回数に関する閾値Ｍとに基づいて、一定の時間内に炎を検知したと判定された回数が予め定められた累積回数Ｍ以上であるか否かを判定する。一定の時間内に炎を検知したと判定された回数が累積回数Ｍ以上である場合には、火災が発生したと判断し、ステップ１３４へ移行する。一方、連続で炎を検知したと判定された回数が累積回数Ｍ未満である場合には、ステップ１３２へ移行し、注意出力モードへ移行して、火災判定処理ルーチンを終了する。

ステップ１３４では、回数判定部５６は、第１センサ１２からの電気信号の値、第２センサ１４からの電気信号の値、第３センサ１６からの電気信号の値の各々に対する移動平均値を、現時点の移動平均値に固定するように設定する。そして、ステップ１３６において、警報制御部５８は、火災モードへ移行して、火災信号を警報制御部４６Ａ及び警報出力部４６Ｂに対して出力し、火災判定処理ルーチンを終了する。警報出力部４６Ｂに出力された火災信号は、外部出力部３２を構成する接点出力を作動させる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る炎検知器によれば、炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μｍ近傍の帯域の赤外光、炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の帯域の4.0μｍ近傍の帯域の赤外光、及び炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の帯域の5.0μｍ近傍の帯域の赤外光の各々を検出して直流成分の電気信号に変換し、それぞれの電気信号の、移動平均値からの変化量である第一変化量、第二変化量、及び第三変化量に基づいて、炎を検知したか否かを判定することにより、熱風による誤作動を解消し、精度よく炎を検知することができる。

また、赤外光の各々を検出して直流成分の電気信号に変換するサーモパイルを用いるため、周波数分解処理が不要であり、早期検知が可能である。

なお、上記の実施の形態において、補正された第１センサ１２からの電気信号のセンサ値、補正された第２センサ１４からの電気信号のセンサ値、補正された第３センサ１６からの電気信号のセンサ値に応じて、最小検出感度を表す閾値Ｅを変更するようにしてもよい。

例えば、火災判定部５４が、補正部４４によって補正された、第１センサ１２からの電気信号のセンサ値、第２センサ１４からの電気信号のセンサ値、及び第３センサ１６からの電気信号のセンサ値の少なくとも一つが、予め定められた範囲外である場合、火災判定で用いられる閾値Ｅを高くするように変更する。

ここで、最小検出感度を表す閾値Ｅを変更する原理について図１２を用いて説明する。

火炎を伴わない急な環境変化が起きた場合、環境変化雑音による誤作動（移動平均がライブ値に近づくときの問題）を防止するための措置として、バイアス値を基準として定められた範囲内のライブ値であれば、高感度（標準感度）とし、範囲外であれば、低感度とする。感度の変更は、最小検出感度（閾値Ｅ）の変更により行う。なお、感度切り替えの基準となる範囲は、補正係数を用いた補正の影響を考慮して決定すればよい。

このように、火炎を伴わない急な環境変化が起きた場合に、最小検出感度に対応する閾値Ｅを変更して低感度とすることにより、環境変化雑音による誤作動を解消し、更に精度よく炎を検知することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上記の実施の形態では、第二変化量より第三変化量が大きい場合に、厳しく判定するための閾値を用いて、炎を検知したか否かを判定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。第二変化量より第三変化量が小さい場合にのみ、判定比に関する条件を満たせば、炎を検知したと判定するようにしてもよい。この場合には、第二変化量より第三変化量が大きいと、炎を検知したとは判定されない。

また、上記の実施の形態では、火災判定部５４により連続で炎を検知したと判定された回数が予め定められた連続回数以上の場合、又は火災判定部５４により一定の時間内に炎を検知したと判定された回数が予め定められた累積回数以上の場合に、火災信号を出力する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。火災判定部５４により連続で炎を検知したと判定された回数が予め定められた連続回数以上の場合であって、かつ、火災判定部５４により一定の時間内に炎を検知したと判定された回数が予め定められた累積回数以上の場合に、火災信号を出力するようにしてもよい。

また、炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm近傍の帯域以外に、4.0μｍ近傍の帯域の赤外線および5.0μｍ近傍の帯域の赤外線を検出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm近傍の帯域以外として、炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm近傍の帯域とは異なる２つ以上の帯域の赤外線であれば、他の帯域の赤外線を検出してもよい。例えば、炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の２つ以上の帯域の赤外線を各々検出してもよい。この場合であっても、図１４に示すように、炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の２つの帯域（例えば、3.0μｍ近傍の帯域と4.0μｍ近傍の帯域）について第二変化量の値及び第三変化量の値を計算し、第二変化量の値及び第三変化量の値の近似直線から得られる4.5μm 近傍の計算値（雑音量）を計算すればよい。

また、炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の２つ以上の帯域の赤外線を各々検出してもよい。この場合であっても、図１５に示すように、炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の２つの帯域（例えば、5.0μｍ近傍の帯域と6.0μｍ近傍の帯域）について第二変化量の値及び第三変化量の値を計算し、第二変化量の値及び第三変化量の値の近似直線から得られる4.5μm 近傍の計算値（雑音量）を計算すればよい。

また、平均算出部５０は、各センサからの電気信号の値の移動平均値を、各センサの信号の監視環境信号値として算出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、各センサからの電気信号の値の加重平均値を、各センサの信号の監視環境信号値として算出するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態において、閾値テーブルから、閾値を取得する場合を例に説明したが、閾値を求める関数を導出しておき、当該関数から、閾値を取得するようにしてもよい。
また、火災判定部５４は、第一変化量と雑音量との判定比が、判定閾値以上であるか否かを判定して、炎を検知したか否かを判定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、火災判定部５４は、第一変化量と雑音量との差分が、判定閾値以上であるか否かを判定して、炎を検知したか否かを判定するようにしてもよい。また、例えば、火災判定部５４は、第一変化量と雑音量との差分が、判定閾値以上であるか否か、及び第一変化量と雑音量との判定比が、判定閾値以上であるか否かを判定して、炎を検知したか否かを判定するようにしてもよい。

１０炎検知器
１２第１センサ
１２Ａ、１４Ａ、１６Ａフィルター
１２Ｂ、１４Ｂ、１６Ｂ検出素子
１４第２センサ
１６第３センサ
１８、２０、２２、２４増幅部
２６ＡＤ変換部
２８第１の演算処理部
３０第２の演算処理部
３２外部出力部
４０信号取得部
４２補正係数設定部
４４補正部
４６Ａ警報表示部
４６Ｂ警報出力部
５０平均算出部
５２変化量算出部
５４火災判定部
５６回数判定部
５８警報制御部

Claims

炭酸ガス共鳴放射帯のピーク波長を含む第１帯域の赤外光を透過する第１帯域フィルターと、
前記第１帯域とは異なる第２帯域の赤外光を透過させると共に、帯域中心が前記炭酸ガス共鳴放射帯の帯域中心から離れた位置に設けられた第２帯域フィルターと、
前記第１帯域及び前記第２帯域とは異なる第３帯域の赤外光を透過させると共に、帯域中心が前記炭酸ガス共鳴放射帯の帯域中心から離れた位置に設けられた第３帯域フィルターと、
前記第１帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する第１検出素子と、
前記第２帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する第２検出素子と、
前記第３帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する第３検出素子と、
前記第１検出素子によって検出された電気信号の第一平均値、前記第２検出素子によって検出された電気信号の第二平均値、及び前記第３検出素子によって検出された電気信号の第三平均値を算出する平均算出部と、
前記第１検出素子によって検出された電気信号の、前記第一平均値からの第一変化量、前記第２検出素子によって検出された電気信号の、前記第二平均値からの第二変化量、及び前記第３検出素子によって検出された電気信号の、前記第三平均値からの第三変化量を算出する変化量算出部と、
前記第二変化量、及び前記第三変化量から求められる、波長とエネルギーとの関係を表す近似直線から得られる、前記第一変化量に対応する計算値を雑音量として算出し、前記雑音量に応じて判定閾値を変更し、前記第一変化量と前記判定閾値とを比較して、炎を検知したか否かを判定する判定部と、を含み、
前記判定部による判定結果に応じて火災信号を出力する際に、前記第一変化量と前記雑音量との差分に応じて、火災信号を出力するまでの火災判定速度を変化させる
炎検知器。
前記判定部は、前記雑音量に応じて判定閾値を変更し、前記第一変化量と前記雑音量の差分及び／又は比が、前記判定閾値より大きい場合には、炎を検知したと判定する請求項１記載の炎検知器。
前記第２帯域フィルターの前記第２帯域を、前記炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の帯域を含むものとし、
前記第３帯域フィルターの前記第３帯域を、前記炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の帯域を含むものとした請求項１又は２記載の炎検知器。
前記第２帯域フィルターの前記第２帯域を、前記炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の帯域を含むものとし、
前記第３帯域フィルターの前記第３帯域を、前記炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の帯域を含むものとした請求項１又は２記載の炎検知器。
前記第２帯域フィルターの前記第２帯域を、前記炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の帯域を含むものとし、
前記第３帯域フィルターの前記第３帯域を、前記炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の帯域を含むものとした請求項１又は２記載の炎検知器。
前記判定部は、前記第二変化量が、前記第三変化量より大きいか否かに基づいて、判定閾値を変更して、炎を検知したか否かを判定する請求項１〜請求項５の何れか１項記載の炎検知器。
前記判定部は、前記第二変化量が前記第三変化量より大きい場合、前記判定閾値として、第１閾値を用いて、炎を検知したか否かを判定し、
前記第二変化量が、前記第三変化量以下である場合、前記判定閾値として、前記第１閾値より大きい第２閾値を用いて、炎を検知したか否かを判定する請求項６項記載の炎検知器。
前記判定部は、前記第一変化量、前記第二変化量、及び前記第三変化量の少なくとも１つの値が、検知閾値以上である場合に、炎を検知したか否かを判定する請求項１〜請求項７の何れか１項記載の炎検知器。
前記第１検出素子、第２検出素子、及び第３検出素子の素子感度のばらつきを補正するために、前記第１検出素子によって検出された電気信号、前記第２検出素子によって検出された電気信号、及び前記第３検出素子によって検出された電気信号を補正すると共に、オフセット補正を行う補正部を更に含む請求項１〜請求項８の何れか１項記載の炎検知器。
回数判定部を更に含み、
前記判定部は、一定周期で、炎を検知したか否かを繰り返し判定し、
前記回数判定部は、連続で炎を検出したと判定された回数が、予め定められた連続回数以上である場合、又は／及び一定期間内で炎を検出したと判定された回数が、予め定められた累積回数以上である場合、火災信号を出力する請求項１〜請求項９の何れか１項記載の炎検知器。
前記第１検出素子、前記第２検出素子、及び前記第３検出素子に、サーモパイル又はＩｎＡｓＳｂ素子を使用することを特徴とする請求項１〜請求項１０の何れか１項記載の炎検知器。