JP6894551B2 - 炎検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、有炎燃焼に伴う光の放射を検出して、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ＣＯ₂の共鳴放射による波長帯を含む複数の波長帯における放射線強度を検出して、それら複数の波長帯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、ＣＯ₂の共鳴放射により４．５μｍ付近の波長帯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が存在する。

なお、理論上は４．３μｍ帯にＣＯ₂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、ＣＯ₂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付近の波長帯と、５．１μｍ付近の波長帯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、ＣＯ₂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間隔又は５０ｍ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。

特公昭５５−３３１１９号公報 特公昭５９−３４２５２号公報 特許第３３５７３３０号公報 特開平３−７８８９９号公報 特開２００１−３５６０４７号公報

ところで、従来の炎検出装置にあっては、燃焼炎からのＣＯ₂の共鳴放射による４．５μｍ付近の波長帯とこの波長帯を含まない例えば５．１μｍ付近の波長帯における放射線エネルギーによる各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しているが、閾値の設定如何によっては、正確に炎の有無を判断しえない場合が想定され、炎の有無をより正確に判断するためには、異なる波長帯の受光信号レベルの相対比以外の要素を取り入れて炎の有無を判断することが望まれる。

本発明は、燃焼炎から放射される放射線エネルギーの複数の波長帯について複数の受光ユニットによる受光出力の時間的変化の同時性に基づいて燃焼炎の有無を確実に判断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、炎検出装置であって、
監視領域の、それぞれ異なる所定波長帯の放射線エネルギーを観測した受光信号を出力する複数の受光ユニットと、
各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から求めたそれぞれの周波数分布の、各受光信号間の相互の相関を燃焼炎の有無判断の第１の要素とする判断部と、
を備えたことを特徴とする。

判断部は、第１の要素として、所定期間分の各受光信号をそれぞれ複数の時間区間に対応する複数の分割区間に分割し、当該所定期間内の複数の分割区間のうち基準となる分割区間についての周波数分布としての周波数の相対レベル分布の所定周波数範囲における積分値の、各受光信号間の相互の比に対する、他の分割区間についての周波数分布としての周波数の相対レベル分布の所定周波数範囲における積分値の比に基づいて燃焼炎の有無を判断する。

判断部は、燃焼炎の有無判断の第２の要素として、当該所定期間分の各受光信号のうち少なくとも１つの受光信号に基づいて燃焼炎の有無を判断し、第１の要素の判断結果と第２の要素の判断結果とに基づいて炎を検出する。

判断部は、第１の要素として、所定期間分の各受光信号の各々を複数の時間区間毎に分割した分割区間のうち最初の時間区間に対応する分割区間を、各受光信号の基準となる分割区間とする。

時間区間は、所定期間を等時間間隔に分割した区間とする。

判断部は、第１の要素として、基準となる分割区間についての比に対する、他の複数の分割区間についての比が所定の判定範囲内にある場合、燃焼炎有りと判断する。

判断部は、最初の分割区間についての比に対して、所定の許容上限と許容下限を設定する。

判断部は、第２の要素として、少なくとも１つの受光信号の周波数分布を求め、当該周波数分布の所定の周波数以下の積分値が所定の閾値以上の場合、燃焼炎有りと判断する。

（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、燃焼炎から放射される、それぞれ異なる所定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、各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、相関が高い場合は燃焼炎から放射される放射線エネルギーの時間的な変化が略一致していることから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、この相関を炎有り判断の１要素とすることで、燃焼炎の有無をより確実に判断し検出可能とする。

（受光ユニットによる効果）
また、１の受光ユニットは、燃焼炎から放射される、ＣＯ₂共鳴放射帯域を含む所定波長帯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、他の受光ユニットは、燃焼炎から放射される、ＣＯ₂共鳴放射帯域を含まない所定波長帯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ことで、光電ユニットの各々は、燃焼炎から放射される、概ね４．５μｍを中心波長とする帯域波長の放射線エネルギー及びこれとは異なる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異なる波長帯における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。

（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、燃焼炎の有りをより確実に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、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、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、燃焼炎の有りをより確実に判断し検出することを可能とする。

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 燃焼炎の放射線スペクトルを示した特性図 図１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 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１０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炎検出装置の他の実施形態を示したブロック図 図１２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 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、図４は燃焼炎の放射線スペクトルを示した特性図、図５は図１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図４に示すスペクトル特性５０をもつ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て光電変換による受光信号Ｅ１を出力する受光ユニット１２ａと、燃焼炎からＣＯ₂共鳴により放射される概ね４．５μｍを含まない例えば概ね２．３μｍ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Ｅ２を出力する受光ユニット１２ｂと、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要素とする判断部１５とを備える。

（受光ユニット構成）
受光ユニット１２ａ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と、受光センサ１６ａ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２４ａと、前置フィルタ２４ａを通過した信号成分を初段増幅するプリアンプ２６ａと、プリアンプ２６ａ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を出力するメインアンプ２８ａとで構成する。

また、受光ユニット１２ｂは、燃焼炎からり放射される、概ね２．３μｍを中心波長とする狭帯域波長帯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１６ｂと、受光センサ１６ｂ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２４ｂと、前置フィルタ２４ｂを通過した信号成分を初段増幅するプリアンプ２６ｂと、プリアンプ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Ｅ２を出力するメインアンプ２８ｂとで構成する。

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２８ａ，２８ｂを介して出力された受光信号Ｅ１、受光信号Ｅ２は、判断部１５に設けたＡ／Ｄ変換ポート３０ａ，３０ｂ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で構成する。光学波長フィルタ２０ａは、図５に示すように、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の波長帯を含む所定帯域の光のみを高い透過率で透過する透過特性５４をもつ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２０ａ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２５ａと基板３６ａの裏面に配置されたＦＥＴ２７ａ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、ＦＥＴ２７ａ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。

一方、受光センサ１６ｂは、光学波長フィルタ２０ｂ、受光素子２２ｂ及び共用する透光性窓１８で構成する。光学波長フィルタ２０ｂは、図５に示すように、燃焼炎から放射される概ね２．３μｍの波長帯を含む所定帯域の光のみを高い透過率で透過する透過特性５８をもつ光学式のバンドパスフィルタであって、例えば、２．３μｍを含み、ＣＯ₂共鳴により放射される概ね４．５μｍの波長帯の波長帯を含まない、所定帯域の光を選択透過する。受光素子２２ｂ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１６ｂは、基板３６ｂの表面に配置された複数の焦電体２５ｂと基板３６ｂの裏面に配置されたＦＥＴ２７ｂを備えた受光素子２２ｂと、基板３６ｂを基部３８ｂ上に支持するための基板搭載部４０ｂと、基板搭載部４０ｂ側の背面側から端子４２ｂが延在して設けられた基部３８ｂと、受光素子２２ｂ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２０ｂを備えたカバー部材４４ｂ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２２ｂの等価回路は、図３に示す受光素子２２ａと同様である。

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、図５に示すように、概ね７．０μｍ付近以下の波長帯の放射線を良好に透過するショートウェーブパス特性５２、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。

（受光センサ１６ａ，１６この波長透過特性）
図５は、図１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１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５２と、光学波長フィルタ２０ａ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の、当該中心波長近傍の波長帯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５４との組合せにより、概ね４．５μｍの波長帯の放射線エネルギーを高い透過率で透過する透過特性５６をもつ狭帯域バンドパスフィルタを構成する。

また、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５２と、光学波長フィルタ２０ａを構成する、概ね２．３μｍ付近を中心波長とするバンドパスフィルタの、当該中心波長近傍の波長帯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５８との組合せにより、概ね２．３μｍの波長帯の放射線エネルギーを高い透過率で透過する透過特性６０をもつ狭帯域バンドパスフィルタを構成する。

（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。

（Ａ／Ｄ変換ポート３０ａ，３０ｂ）
Ａ／Ｄ変換ポート３０ａ、３０ｂ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３０ａ，３０ｂ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、受光ユニット１２ａ，１２ｂへ入力された光が炎からの放射による可能性有りとし、炎有りの１要素として、炎の有無を判断し検出する制御を行う。

（受光信号Ｅ１，Ｅ２の、相互の相関による炎判断）
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の詳細を説明すると次のようになる。

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から出力される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による受光信号Ｅ１と、受光ユニット１２ｂから出力される２．３μｍを中心波長とする狭帯域波長帯の放射線エネルギーによる受光信号Ｅ２を示しており、受光信号Ｅ１に対し受光信号Ｅ２はレベルの低い相似した波形となっている。

また、図６に示す受信信号Ｅ１，Ｅ２の信号波形は、判断部１５に設けたＡ／Ｄ変換ポート３０ａ，３０ｂ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。

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の振幅波形が概ね相似し、受光ユニット１２ａ，１２ｂは共に燃焼炎からの放射線エネルギーをそれぞれ異なる波長帯で観測していると推定できることから、この場合に、炎有りの判断の１要素とし、例えば燃焼炎からＣＯ₂共鳴により放射される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による十分な振幅レベルを持つ受光信号Ｅ１に基づく炎判断を許容する。

この場合の受光信号Ｅ１による炎判断として、判断部１５は、例えば受光信号Ｅ１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は、燃焼炎以外からの放射線エネルギーによる受光信号Ｅ１，Ｅ２と推定できるので、炎有りの１要素とせず、受光信号Ｅ１に基づく炎判断を抑止する。

（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の振幅波形が概ね相似し、受光ユニット１２ａ，１２ｂは燃焼炎からの放射線エネルギーを観測していると推定できることから、炎有りの判断の１要素とし、受光信号Ｅ１に基づく炎判断を許容する。

一方、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は、燃焼炎以外からの放射線エネルギーによる受光信号Ｅ１，Ｅ２と推定できるので、炎有りの１要素とせず、受光信号Ｅ１に基づく炎判断を抑止する。

（炎判断の処理動作）
図７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３０ａ、３０ｂ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３０ａから取り込んでいる受光信号Ｅ１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の振幅波形が概ね相似して燃焼炎からの放射線エネルギーによる受光信号であると推定して、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、受光ユニット１２ａ，１２ｂからの受光信号Ｅ１，Ｅ２は燃焼炎からの放射線エネルギーによるものではないと推定し、ステップＳ８に進んで、受光信号Ｅ１に基づく炎判断を抑止する。

［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、受光ユニット１２ａ，１２ｂ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要素として、炎の有無を判断し検出する制御を行う。

（判断部の周波数分布の相互相関に基づく炎判断）
図８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８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。

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相似し、受光ユニット１２ａ，１２ｂは共に燃焼炎からの放射線エネルギーによる受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力していると推定でき、炎有りの判断の１要素とし、例えば受光信号Ｅ１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は、受光ユニット１２ａ，１２ｂは燃焼炎以外からの放射線エネルギーによる受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力していると推定でき、炎有りの１要素とせず、受光信号Ｅ１に基づく炎判断を抑止する。

（周波数分布の相関に基づく炎判断の処理動作）
図９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を、所定サンプリング周期でＡ／Ｄ変換ポート３０ａ、３０ｂ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３０ａから取り込んでいる受光信号Ｅ１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相似し、受光ユニット１２ａ，１２ｂは燃焼炎からの放射線エネルギーによる受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力している推定し、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、受光ユニット１２ａ，１２ｂは燃焼炎以外の放射線エネルギーによる受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力していると推定し、ステップＳ１８に進んで、受光信号Ｅ１炎判断を抑止する。

［複数の受光素子を備えた受光ユニットの実施形態］
図１０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１０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２５ａ，２５ｂを配置し、図１１の受光センサ１６ａの等価回路に示すように、焦電体２５ａ、高抵抗２９及びＦＥＴ２７ａで構成した４つの受光素子２２ａを設け、各ＦＥＴ２７ａ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ＦＥＴ２７ａのソースはソース端子Ｓ１〜Ｓ４に個別に接続している。

再び図１０を参照するに、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からの受光出力は、４つの前置フィルタ２４ａを通過した後に受光電流を加算してプリアンプ２６ａ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。

この点は、４つの受光素子２２ｂからの出力についても同様であり、４つの前置フィルタ２４ｂを通過した後に受光電流を加算してプリアンプ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、燃焼炎から放射される、概ね２．３μｍ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。

図１２はトンネル内に設置して炎を監視する炎検出装置の他の実施形態を示したブロック図である。

（受光ユニット１２ａ，１２ｂ）
図１２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と概ね２．３μｍ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Ｅ２を出力し、それぞれ判断部１５に設けたＡ／Ｄ変換ポート３０ａ，３０ｂ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、受光ユニット１２ｃは、概ね５．０μｍ〜７．０μｍの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Ｅ３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とで構成する。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Ｅ３は、判断部１５のＡ／Ｄ変換ポート３０ｃ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１３は、図１２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１３に示すように、受光センサ１６ａの透過特性５６と受光センサ１６ｂの透過特性６０は図５と同じになる。

一方、受光センサ１６ｃは、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５２と、光学波長フィルタ２０ｃを構成するロングパスフィルタの、概ね５．０μｍ付近を超える所定の波長帯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６２との組合せにより、概ね５．０μｍ〜７．０μｍの波長帯の放射線エネルギーを高い透過率で透過する透過特性６４をもつ広帯域バンドパスフィルタを構成する。

（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、受光信号Ｅ１および受光ユニット１２ｃから出力した受光信号Ｅ３を、Ａ／Ｄ変換ポート３０ａ，３０ｃを介して所定時間取り込み、受光信号Ｅ１，Ｅ３毎に信号振幅の時間積分処理を行い、積分値ΣＥ１，ΣＥ３を算出する。ここで、積分値ΣＥ１，ΣＥ３は、便宜上、炎積分値ΣＥ１，非炎積分値ΣＥ３として区別する。

次いで、判断部１５は、炎積分値ΣＥ１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ΣＥ１が基準レベルを超えた場合には、非炎積分値ΣＥ３との相対比（ΣＥ１／ΣＥ３）を算出し、相対比（ΣＥ１／ΣＥ３）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りの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３０ａを介して所定時間取り込んだ受光信号Ｅ１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ようにしてもよい。

［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、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。

また、上記の実施形態は、トンネル用の炎検出装置として、燃焼炎のＣＯ₂共鳴放射帯である４．５μｍ付近の波長帯と２．３μｍ付近の波長帯の放射線エネルギーの観測による相関と、及び５．０μｍ付近の波長帯における放射線エネルギーを観測して炎を判定しているが、４．５μｍ付近の波長帯と２．３μｍの波長帯の放射線エネルギーの観測による相関と、３．８μｍ付近の波長帯における放射線エネルギーを観測して炎の有無を判定するようにしても良い。

また、４．５μｍ付近の波長帯と２．３μｍの波長帯の放射線エネルギーの観測による相関に加え、３．８μｍ付近の波長帯及び５．０μｍ付近の波長帯における放射線エネルギーを観測して炎の有無を判定するにようにしても良い。

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
２５ａ，２５ｂ：焦電体
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ：プリアンプ
２７ａ，２７ｂ：ＦＥＴ
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ：メインアンプ
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ：Ａ／Ｄ変換ポート

Claims (7)

1. 監視領域の、それぞれ異なる所定波長帯の放射線エネルギーを観測した受光信号を出力する複数の受光ユニットと、
   前記各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から求めたそれぞれの周波数分布の、前記各受光信号間の相互の相関を燃焼炎の有無判断の第１の要素とする判断部と、
   を備え、
   前記判断部は、前記第１の要素として、前記所定期間分の前記各受光信号をそれぞれ複数の時間区間に対応する複数の分割区間に分割し、当該所定期間内の複数の前記分割区間のうち基準となる分割区間についての前記周波数分布としての周波数の相対レベル分布の所定周波数範囲における積分値の、前記各受光信号間の相互の比に対する、他の分割区間についての前記周波数分布としての周波数の相対レベル分布の前記所定周波数範囲における積分値の比に基づいて燃焼炎の有無を判断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、燃焼炎の有無判断の第２の要素として、前記所定期間分の各受光信号のうち少なくとも１つの受光信号に基づいて燃焼炎の有無を判断し、前記第１の要素の判断結果と前記第２の要素の判断結果とに基づいて炎を検出することを特徴とする炎検出装置。
   
3. 請求項２記載の炎検出装置に於いて、前記判断部は、前記第２の要素として、前記少なくとも１つの受光信号の周波数分布を求め、当該周波数分布の所定の周波数以下の積分値が所定の閾値以上の場合、燃焼炎有りと判断することを特徴とする炎検出装置。
   
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の炎検出装置に於いて、前記判断部は、前記第１の要素として、前記所定期間分の各受光信号の各々を複数の時間区間毎に分割した前記分割区間のうち最初の時間区間に対応する前記分割区間を、前記各受光信号の前記基準となる分割区間としたことを特徴とする炎検出装置。
   
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の炎検出装置に於いて、前記時間区間は、前記所定期間を等時間間隔に分割した区間としたことを特徴とする炎検出装置。
   
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の炎検出装置に於いて、前記判断部は、前記第１の要素として、前記基準となる分割区間についての前記比に対する、他の複数の分割区間についての前記比が所定の判定範囲内にある場合、燃焼炎有りと判断することを特徴とする炎検出装置。
   
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の炎検出装置に於いて、前記判断部は、前記最初の分割区間についての前記比に対して、所定の許容上限と許容下限を設定することを特徴とする炎検出装置。

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