JP7011969B2

JP7011969B2 - 炎検出装置

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Publication number: JP7011969B2
Application number: JP2018083522A
Authority: JP
Inventors: 秀成松熊; 裕二川本; 克明奥山; 功浅野
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Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2022-01-27
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Description

本発明は、有炎燃焼時のＣＯ₂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赤外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、有炎燃焼時に発生するＣＯ₂の共鳴放射波長帯域における赤外線強度を検出して、炎の有無を検出する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波長式の炎検出装置について、簡単に説明する。図１５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赤外線スペクトルを示す概念図であり、横軸は赤外線の波長、縦軸は赤外線の相対強度を示す。

図１５に示すように、燃焼炎のスペクトル特性１００においては、．５μｍ付近の波長帯域にＣＯ₂の共鳴放射に伴う赤外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５．０μｍ付近に、赤外線相対強度が低い波長帯域が存在する。以下では、特に断らない限り、ＣＯ₂共鳴放射帯とは、４．５μｍ帯を指すものとする。

２波長式の炎検出装置にあっては例えば、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赤外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させて、各々について検出センサにより該赤外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処理を施して、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に示す太陽光等の高温放射体や、スペクトル特性１０４に示す比較的低温の放射体、またスペクトル特性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、炎検出装置は透光性窓を介して有炎燃焼により発生する赤外線エネルギーを検出して、炎の有無を監視しており、炎の監視機能を維持するために、透光性窓の汚れを監視するための自己試験として、汚れ試験を行っている。

汚れ試験は、火災受信盤から定期的に送信される試験信号を受信した場合に、炎検知器の外側に設けられた試験光源から炎模擬光となる試験光を透光性窓に入射し、検出部で受光して、このときの受光信号を汚れていない初期状態と比較演算して減光率を求め、減光率が所定の汚れ閾値を超えた場合に汚れ警報信号を火災受信盤に送信して汚れ警報を出力させている。

図１６は従来の炎検出装置の外観を示した説明図であり、図１６（Ａ）は斜め上側から見降ろした図であり、図１６（Ｂ）は斜め下側から見上げた図である。

図１６に示すように、炎検出装置１２０は、ケース本体１２２の前面に設けられたカバーをセンサ収納部とし、このセンサ収納部１２４に左右一対の透光性窓１２６が設けられ、透光性窓１２６内の各々に対し、有炎燃焼により発生する赤外線エネルギーを受光する検出部が配置されている。また、透光性窓１２６の近傍となる上側に凸部１２８を張出し形成し、凸部１２８の下側の透光性窓１２６内の検出センサを見通せる位置に、試験光源を収納した試験光源部を備え、ここに透光性の試験窓１３０が設けられている。このような試験光源部を左右に対応して個別に設けている。

火災受信盤から試験信号を受信して透光性窓１２６の汚れ試験を行う場合には、一方の試験窓１３０の試験光源を所定時間、例えば２秒間、所定周波数で駆動して試験光を試験窓１３０から対応する側の透光性窓１２６に照射し、検出部で受光し、この受光レベルを汚れのない初期状態の受光レベルと比較して減光率を求めて汚れ度合を判断し、続いて、他方の試験窓１３０の試験光源を同じく２秒間、所定周波数で駆動して試験光を試験窓１３０から対応する側の透光性窓１２６に照射し、検出部で受光し、この受光レベルを汚れのない初期状態の受光レベルと比較して減光率を求めて汚れ度合を判断している。

特許第４４０４３２９号公報特許第４８１７２８５号公報特許第３３５７３３０号公報特開２００２－４２２６３号公報特許第４６２３６０８号公報

しかしながら、このような従来の透光性窓の汚れ試験を行うための試験光源及び試験窓を設けた凸部１２８は、透光性窓１２６の上側に張出形成されているため、透光性窓１２６の内部に配置された検出センサの検知エリア（視野範囲）が上方向で制約されている。

本発明は、透光性窓の汚れ試験を行う試験光源と試験窓を設けた筐体前面の凸部による検知エリアの制約を低減する炎検出装置を提供することを目的とする。

（炎検出装置）
本発明は、監視エリアを観測して燃焼炎の有無を判定する炎検出装置であって、
筐体前面に並べて配置された一対の透光性窓と、
燃焼炎から放射される放射線エネルギーを透光性窓の各々を介して検出する一対の検出センサと、
一対の透光性窓を挟んで、正面視における当該一対の透過性窓の並び方向と垂直な方向に沿って筐体前面から突出する凸部を有して配置された中央凸部と、
中央凸部に、一対の透過性窓の各々の側に面してそれぞれ配置された一対の試験窓と、
中央凸部の内部に設けられ、試験窓の各々、及び対応する透光性窓の各々を介して検出センサの各々に試験光を照射する一対の試験光源と、
を備えたことを特徴とする。

（試験光源の共用）
また、本発明は、監視エリアを観測して燃焼炎の有無を判定する炎検出装置であって、
筐体前面に並べて配置された一対の透光性窓と、
燃焼炎から放射される放射線エネルギーを透光性窓の各々を介して検出する一対の検出センサと、
一対の透光性窓を挟んで、正面視における当該一対の透過性窓の並び方向と垂直な方向に沿って筐体前面から突出する凸部を有して配置された中央凸部と、
中央凸部に、一対の透過性窓の各々の側に面してそれぞれ配置された一対の試験窓と、
中央凸部の内部に設けられ、試験窓の各々、及び対応する透光性窓を介して検出センサの各々に試験光を照射する１つの試験光源と、
を備えたことを特徴とする。

（基本的な効果）
本発明は、監視エリアを観測して燃焼炎の有無を判定する炎検出装置であって、筐体前面に並べて配置された一対の透光性窓と、燃焼炎から放射される放射線エネルギーを透光性窓の各々を介して検出する一対の検出センサと、一対の透光性窓を挟んで、正面視における当該一対の透過性窓の並び方向と垂直な方向に沿って筐体前面から突出する凸部を有して配置された中央凸部と、中央凸部に、一対の透過性窓の各々の側に面してそれぞれ配置された一対の試験窓と、中央凸部の内部に設けられ、試験窓の各々、及び対応する透光性窓の各々を介して検出センサの各々に試験光を照射する一対の試験光源とを備えたため、試験光源及び試験窓が設けられた中央凸部は、筐体前面に設けられた透光性窓の間に上下方向に配置されたことで、透光性窓の内側に配置された検出センサから見た検知エリア（視野範囲）は上下方向では制約されることがなく、炎監視を確実に行うことができる。

また、従来の透光性窓の上側横方向に凸部を張出し形成して配置した場合には試験光源と試験窓は２箇所に分けて設けているが、中央凸部に設けた場合には２つの試験光源と試験窓は、同じ場所に左右に分けて配置するだけで良く、中央凸部に対する試験光源及び試験窓の配置構造を簡単にすることができる。

（試験光源の共用による効果）
本発明は、監視エリアを観測して燃焼炎の有無を判定する炎検出装置であって、筐体前面に並べて配置された一対の透光性窓と、燃焼炎から放射される放射線エネルギーを透光性窓の各々を介して検出する一対の検出センサと、一対の透光性窓を挟んで、正面視における当該一対の透過性窓の並び方向と垂直な方向に沿って筐体前面から突出する凸部を有して配置された中央凸部と、中央凸部に、一対の透過性窓の各々の側に面してそれぞれ配置された一対の試験窓と、中央凸部の内部に設けられ、試験窓の各々、及び対応する透光性窓を介して検出センサの各々に試験光を照射する１つの試験光源とを備えため、中央凸部に試験光源を１つ収納し、１つの試験光源からの試験光を２組の検出部の検出センサで検出して試験することで、２組の検出部で試験光源を共用でき、試験光源の収納スペースを小さくすることができる。これにより中央凸部を小さく形成することが可能になり、中央凸部による検知エリアの制約をさらに緩和することができる。

炎検出装置に組み込まれる炎検出部の実施形態を示したブロック図炎検出装置の外観を示した説明図図２の炎検出装置を正面から示した説明図図２の炎検出装置を下側から見て中央凸部に配置された試験光源及び試験窓と透光性窓の内側に配置された炎検出部を一部断面で示した説明図図１の炎検出装置に組み込まれる検出ユニットを組立分解状態で示した説明図炎検出センサの構造を示した説明図図６の炎検出センサの等価回路を示した回路図図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赤外線透過率を示した特性図燃焼炎から放射される赤外線エネルギーを観測した場合に図１の炎検出部から出力される炎受光信号を示した信号波形図燃焼炎から放射される赤外線を観測した場合に図１の炎検出部から得られる炎受光信号Ｅ３の周波数分布を示した説明図試験光源をパルス駆動する駆動信号を示したタイムチャート試験光源を共用した炎検出装置の実施形態を正面から示した説明図図１２の炎検出装置を下側から見て中央凸部に配置された試験光源及び試験窓と透光性窓の内側に配置された炎検出部を一部断面で示した説明図図１２の試験光源をパルス駆動する駆動信号を示したタイムチャート燃焼炎と、その他の代表的な放射体の赤外線スペクトルを示した特性図従来の炎検出装置の外観を示した説明図

［炎検出装置］
（装置概要）
図１は炎検出装置に組み込まれる炎検出ユニットの実施形態を示したブロック図であり、２波長式の炎検出装置を例にとっている。本実施形態の炎検出装置は、監視エリアの炎の有無を検出する火災検出装置であるものとする。

図１に示すように、本実施形態の炎検出装置１０の検出部は、炎検出部１１－１と、同じ構成の別の炎検出部１１－２（図示省略）の２組が組み込まれている。

炎検出部１１－１は、炎検出ユニット１２ａ，１２ｂ、非炎検出ユニット１２ｃ、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）１５に設けられた判断部３６と試験制御部３８で構成される。

炎検出ユニット１２ａ，１２ｂは、監視エリアに存在する燃焼炎から放射される赤外線エネルギーを観測するものであり、燃焼炎からＣＯ₂共鳴に伴って放射される４．５μmを中心とする所定の波長帯域の赤外線を受光して光電変換し、炎受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力する。

炎検出ユニット１２ａ，１２ｂには、サファイアガラス等を用いた赤外線の透光性窓１８、炎検出センサ１６ａ，１６ｂ、前置フィルタ２４ａ，２４ｂ、プリアンプ２６ａ，２６ｂ、メインアンプ２８ａ，２８ｂが設けられ、メインアンプ２８ａ，２８ｂから出力された炎受光信号Ｅ１，Ｅ２は終段アンプ３０ａ，３０ｂで更に増幅されて炎受光信号Ｅ１’，Ｅ２’となり、ＭＰＵ１５のＡ／Ｄ変換ポート３５ａ，３５ｂでデジタル受光信号に変換して取り込まれる。

また、炎検出ユニット１２ａ，１２ｂからの炎受光信号Ｅ１，Ｅ２は加算アンプ３２で加算されて炎受光信号Ｅ３としてＭＰＵ１５に出力され、ＭＰＵ１５のＡ／Ｄ変換ポート３５ｃでデジタル受光信号に変換して取り込まれる。

以下では、Ａ／Ｄ変換前後で同じ記号を使用して説明する。後述する受光信号Ｅ４’についても同様である。

非炎検出ユニット１２ｃは、監視エリアに存在する燃焼炎以外の発熱体等から放射される赤外線エネルギーを観測するものであり、概ね５．０μｍ～７．０μｍの波長帯域の赤外線エネルギーを受光して電気信号に変換した非炎受光信号Ｅ４を出力する。

非炎検出ユニット１２ｃには、炎検出ユニット１２ａ，１２ｂと共用する赤外線の透光性窓１８－１、非炎検出センサ１６ｃ、前置フィルタ２４ｃ、プリアンプ２６ｃ、メインアンプ２８ｃが設けられ、メインアンプ２８ｃから出力された炎受光信号Ｅ４は終段アンプ３０ｃで更に増幅されて炎受光信号Ｅ４’となり、ＭＰＵ１５のＡ／Ｄ変換ポート３５ｄでデジタル受光信号に変換して取り込まれる。

判断部３６は、炎受光信号Ｅ１、Ｅ２を加算した受光信号Ｅ３の信号レベル、例えば受光信号Ｅ３の所定期間の積分値ΣＥ３が所定閾値以上又は所定閾値を上回った場合に、炎受光信号Ｅ３と非炎受光信号Ｅ４’の、同じ期間の積分値の比ΣＥ３／Σ４’を算出し、これが別の閾値以上又はそれを超えた場合に炎有りと判断する。

（汚れ試験の概要）
炎検出部１１－１の透光性窓１８－１に対しては試験光源として機能する試験光源６０－１が設けられる。試験光源６０－１は後の説明で明らかにする炎検出装置１０の筐体（ケース本体）５０の前面の中央凸部５４に配置され、自己試験の一項目である汚れ試験の際、試験光源６０－１の駆動による炎模擬光となる試験光を透光性の試験窓５６－１から出力し、この試験光を透光性窓１８－１内に配置された炎検出センサ１６ａ，１６ｂ及び非炎検出センサ１６ｃに受光させる。

中央凸部５４には別の炎検出部１１－２の透光性窓１８－２の汚れ試験に用いる試験光源６０－２と試験窓５６－２も同様に配置されている。

試験光源６０－１，６０－２には例えばクリプトンランプが使用される。また、試験光源６０－１には試験光を試験窓５６－１側、すなわち各検出センサに向けて反射する反射板として機能する反射フード７４－１が設けられる。一方で、反射フード７４－１は試験光源６０－１の試験光を試験窓５６－１からのみ出力させ、試験窓５６－２側には透過しないようになっている。また、試験光源６０－２にも同様に反射フード７４－２が設けられ、試験光を試験窓５６－２からのみ出力させる。

図１の例では、反射フード７４－１と７４－２は一体で、遮光性を有する板状部材の両面に反射コーティングを施している。

透光性窓１８－１の汚れ試験は、炎検出ユニット１２ａ，１２ｂからの受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算した炎受光信号Ｅ３に基づいて行われる。ＭＰＵ１５に設けられた試験制御部３８は、図示しない火災受信盤から定期的に送信された試験信号を受信すると、試験光源６０－１，６０－２を順次駆動して試験光を出力させ、このとき加算器３２から出力される炎受光信号Ｅ３を読み込んで初期状態（汚れのない状態）との比較演算により減光率を算出し、算出した減光率が所定の閾値以上又は所定の閾値を超えた場合に汚れ警報信号を火災受信盤に送信して汚れ警報を出力させ、管理者に炎検出装置１０の清掃計画等の策定を促す。

（装置外観とセンサユニット）
図２は炎検出装置の外観を示した説明図、図３は図２の炎検出装置を正面から示した説明図、図４は図２の炎検出装置を下側から見て中央凸部の試験光源及び試験窓と透光性窓内側の炎検出部を一部断面で示した説明図である。

図２乃至図４に示すように、炎検出装置１０は、筐体５０の前面に配置された前面カバーのセンサ収納部５２に、図１の炎検出部１１－１を含む２組の炎検出ユニットに対応して、赤外線の透光性窓１８－１，１８－２が設けられる。

なお、以下の説明で透光性窓１８－１，１８－２を区別する必要がない場合は、透光性窓１８ということがある。同様に、試験窓５６－１，５６－２についても試験窓５６ということがある。

透光性窓１８－１，１８－２内の各々には、図１に示した炎検出部１１－１、及び他の炎検出部１１－２における炎検出ユニット１２ａ，１２ｂの炎検出センサ１６ａ，１６ｂ及び非炎検出ユニット１２ｃの非炎検出センサ１６ｃが配置されている。

また、センサ収納部５２に設けられた透光性窓１８－１，１８－２の間には、中央凸部５４が張出し形成される。中央凸部５４には試験光源６０－１，６０－２が内蔵され、左右の側壁には試験窓５６－１，５６－２が配置される。

試験光源６０－１は試験光を試験窓５６－１から透光性窓１８－１に向けて出力する。また、試験光源６０－２は試験光を試験窓５６－２から透光性窓１８－２に向けて出力する。

図２及び図３に示した一対の透光性窓１８の内部には図５に示すようにセンサユニットが組み込まれている。センサユニットはユニット本体６２とユニットカバー６４で構成され、内部に回路基板４８をビス６８により固定して収納している。

回路基板４８には炎検出センサ１６ａ，１６ｂが隣接配置されている。ユニットカバー５６の、炎検出センサ１６ａ，１６ｂに対向する位置には受光開口６６ａ，６６ｂが形成され、監視エリア側から透光性窓１８を通った光を炎検出センサ１６ａ，１６ｂで受光できるようにしている。

また、回路基板４８には非炎検出センサ１６ｃが配置され、ユニットカバー６４の、非炎検出センサ１６ｃに対向する位置には受光開口６６ｃが形成され、監視エリア側から透光性窓１８を通った光を非炎検出センサ１６ｃで受光できるようにしている。

（炎検出ユニット１２ａ，１２ｂの構成）
図１に示した炎検出ユニット１２ａ，１２ｂにおいて、炎検出センサ１６ａ，１６ｂは燃焼炎からＣＯ₂共鳴に伴って放射される、概ね４．５μｍを中心波長とする赤外線波長帯域を有する赤外線エネルギーを電気信号に変換して受光信号として出力し、前置フィルタ２４ａ，２４ｂは炎検出センサ１６ａ，１６ｂから出力される受光信号から、炎の揺らぎ周波数に対応した所定の周波数帯域の信号成分のみを選択通過させ、プリアンプ２６ａ，２６ｂは前置フィルタ２４ａ，２４ｂを通過した信号成分を初段増幅し、メインアンプ２８ａ，２８ｂでさらに増幅して炎受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力する。そして、終段アンプ３０ａ，３０ｂはこれを炎判断処理に適した信号レベルに増幅して炎受光信号Ｅ１’，Ｅ２‘を出力する。

ここで、炎検出センサ１６ａ，１６ｂは、光学波長フィルタ２０ａ，２０ｂ、及び受光素子部２２ａ，２２ｂを備えている。

炎検出ユニット１２ａ，１２ｂから終段アンプ３０ａ，３０ｂを介して出力された炎受光信号Ｅ１‘，Ｅ’２は、ＭＰＵ１５に設けたＡ／Ｄ変換ポート３５ａ，３５ｂによりデジタル受光信号Ｅ１’，Ｅ２’に変換して読み込まれる。

また、炎検出ユニット１２ａ，１２ｂから出力された炎受光信号Ｅ１及びＥ２は加算アンプ３２で加算され、加算アンプ３２からの炎受光信号Ｅ３はＭＰＵ１５に設けたＡ／Ｄ変換ポート３５ｃによりデジタル受光信号Ｅ３に変換して読み込まれ、判断部３６で炎受光信号Ｅ３に基づく炎の有無の判断が実行される。以下、各構成について具体的に説明する。

なお、本実施形態においては受光信号Ｅ１’，Ｅ２’を炎の有無判断に使用していないが、これを適宜使用して判断するようにしても良い。

（炎検出センサ１６ａ，１６ｂ）
図６は炎検出センサの概略構成を示した説明図、図７は図６の炎検出センサの等価回路を示した回路図である。

図６に示すように、炎検出センサ１６ａは、基板４０の表面に支持配置された焦電体４５を備え、これに受光電極２５を設け、基板４０の裏面側に配置されたＦＥＴ２７、高抵抗（図示省略）を備えてなる受光素子部２２ａと、基板４０を基部３８上に支持しつつ基部３８を貫通して設けられた端子４２と、受光素子部２２ａの前方（図示上方）に光学波長フィルタ２０ａを備えたカバー部材４４とからなるパッケージ構成を有している。

また、受光素子部２２ａの等価回路は、図７に示すように、ＦＥＴ２７のゲートから例えば焦電体４５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。

ここで、光学波長フィルタ２０ａは、４．５μｍを中心とする所定の波長帯域を選択透過させるもので、例えば、シリコン、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。また、炎検出ユニット１２ｂの炎検出センサ１６ｂも、炎検出センサ１６ａと同じ構造となる。

更に、非炎検出ユニット１２ｃの非炎検出センサ１６ｃも、炎検出センサ１６ａと同じ構造となるが、光学波長フィルタ２０ｃとして、概ね５．０μｍを超える所定の波長帯域の赤外線を良好に透過するカットオンフィルタ（ロングパスフィルタ）を使用した点で相違する。

（透光性窓１８）
透光性窓１８－１は、図２及び図３に示したように、炎検出センサ１６ａ，１６ｂ及び非炎検出センサ１６ｃが収納された図６のセンサユニットの監視エリア側に相当する上面側であって、炎検出センサ１６ａ，１６ｂ及び非炎検出センサ１６ｃの前面側に設けた、センサ収納部５２の所定の開口部に配置され、上述のように、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。

このため炎検出センサ１６ａ，１６ｂ及び非炎検出センサ１６ｃは、受光限界視野が透光性窓１８－１の縁辺部で規制されることにより、所定の拡がり角度を有する視野範囲の検知エリアが設定される。

ここで、透光性窓１８－１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赤外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付近より長波長の赤外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１８－１は、炎検出センサ１６ａ，１６ｂ及び非炎検出センサ１６ｃで共用する。

（前置フィルタ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）
図１の炎検出ユニット１２ａ，１２ｂの前置フィルタ２４ａ，２４ｂは、周波数選択部として機能し、炎検出センサ１６ａ，１６ｂの受光素子部２２ａ，２２ｂ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からなる受光信号を出力する。

同様に、前置フィルタ２４ｃは、非炎検出センサ１６ｃの受光素子部２２ｃから出力された受光信号から、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２６ｃに特定の周波数帯域の信号成分からなる受光信号を出力する。

このような周波数選択フィルタは、前置フィルタとしてだけでなくプリアンプから終段アンプまで適宜に配置され、周波数選択（抽出）しつつ信号増幅されるようになっている。

（プリアンプ２６ａ，２６ｂ，２６ｃとメインアンプ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）
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増幅し、炎受光信号Ｅ１，Ｅ２として出力する。

終段アンプ３０ａ，３０ｂは、受光信号Ｅ１，Ｅ２を最終的に炎判断処理に適した信号レベルに調整増幅し、Ｅ１'，Ｅ２'としてＭＰＵ１５のＡ／Ｄ変換ポート３５ａ，３５ｂへ出力する。

同様に、プリアンプ２６ｃは、前置フィルタ２４ｃを介して出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２８ｃ、終段アンプ３０ｃは、プリアンプ２６ｃからの受光信号を、後述する炎判断処理に適した信号レベルに増幅し、炎受光信号Ｅ４、炎受光信号Ｅ４’として出力する。

（Ａ／Ｄ変換ポート３５ａ，３５ｂ，３５ｃ）
Ａ／Ｄ変換ポート３５ａ、３５ｂ，３５ｃはＭＰＵ１５の入力ポートとして設けたＡ／Ｄ変換器であり、炎受光信号Ｅ１'，Ｅ２'及び加算した炎受光信号Ｅ３をＭＰＵ１５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。

（非炎検出ユニット１２ｃ）
非炎検出ユニット１２ｃは、炎検出センサ１６ａ，１６ｂとは異なる所定の波長帯域の赤外線エネルギーを電気信号に変換して出力する非炎検出センサ１６ｃを備える。即ち、炎検出ユニット１２ａ，１２ｂは、燃焼炎からＣＯ₂共鳴により放射される、概ね４．５μｍを中心波長とする波長帯の赤外線エネルギーを電気信号に変換した炎受光信号Ｅ１，Ｅ２を出力するのに対し、非炎検出ユニット１２ｃは、概ね５．０μｍ～７．０μｍの波長帯域の赤外線エネルギーを電気信号に変換した非炎受光信号Ｅ４を出力する。

また、非炎検出ユニット１２ｃは、非炎検出センサ１６ｃに続いて、非炎検出センサ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。

非炎検出ユニット１２ｃのメインアンプ２８ｃから出力された非炎受光信号Ｅ４は、終段アンプ３０ｃによりさらに調整増幅されて非炎受光信号Ｅ４’となり、ＭＰＵ１５のＡ／Ｄ変換ポート３５ｄによりデジタル受光信号Ｅ４’に変換して読み込まれ、判断部３６で炎の判断処理に用いられる。

（非炎検出センサ１６ｃの構成）
非炎検出センサ１６ｃは、概ね５．０μｍを超える所定の波長帯域の赤外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７と同様の等価回路でなる受光素子部２２ｃを備え、図６に示したと同様な構造により、パッケージ化された構成とする。

（非炎検出センサ１６ｃの波長透過特性）
図８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８に示すように、図１の透光性窓１８－１であるサファイアガラスにより、概ね７．０μｍ付近以下の赤外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９０が得られる。

また、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赤外線エネルギーを選択透過する透過率特性９２が得られる。これらの組合せにより、概ね４．５μｍ付近を中心波長とする合成透過特性９４をもつバンドパスフィルタが構成される。

一方、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赤外線を選択透過するカットオンフィルタ特性を有する透過率特性９６が得られる。これとサファイアガラスの透過特性９０との組合せにより、概ね５．０μｍ～７．０μｍの波長帯域の赤外線を選択透過する合成特性９８をもつ広帯域バンドパスフィルタが構成される。

（判断部３６）
図９は燃焼炎から放射される赤外線を観測した場合に図１の炎検出部から出力される炎受光信号を示した信号波形図であり、図９（Ａ）はＡ／Ｄ変換ポート３５ａからの、受光信号Ｅ１'の信号波形を示し、図９（Ｂ）はＡ／Ｄ変換ポート３５ｂからの、受光信号Ｅ２'の信号波形を示す。

図９（Ａ）と（Ｂ）は、同じ構成の炎検出ユニット１２ａ，１２ｂ経由で同時に得られたもので、相似性を有する。また、終段アンプ３０ａと３０ｂの増幅率が同じであれば、ほぼ同じ波形となる。炎受光信号Ｅ３は、図９（Ａ）と図９（Ｂ）を、加算アンプ３２の増幅率を加味して合成した波形となる。

なお、本実施形態にあっては、Ａ／Ｄ変換は６４Ｈｚで受光信号をサンプリングして行うものとし、すなわち各信号につき１秒間に６４点のデジタルデータが得られるものとする。

判断部３６は、図９に示す炎受光信号について、Ｔ＝２秒（１２８データ）単位で基準電位からの差分の絶対値の和となる炎積分値ΣＥ３を求め、炎積分値ΣＥ３が所定の閾値以上又はこれを上回った場合に、次に説明する相対比判断へ進む。

判断部３６は、炎積分値ΣＥ３が所定の閾値以上又はこれを上回った場合、この時と同じ２秒間について、炎積分値ΣＥ３を求めたと同様にして非炎積分値ΣＥ４’を求める。

次いで、判断部３６は、炎積分値ΣＥ３と、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、炎と判定して炎有り判断の第１要素を充足したとする。

また、判断部３６は炎受光信号Ｅ３について、ΣＥ３の算出に使用したのと同じ２秒間分（１２８データ）を高速フーリエ変換して結果を分析し、たとえば８Ｈｚ以下の周波数帯域に主成分がある場合に炎有り判断の第２要素を充足したとし、第１要素と第２要素の両方を充足した場合に、炎有りと判断する。

図１０は、燃焼炎から放射される赤外線を観測した場合に図１の炎検出部から得られる炎受光信号Ｅ３の周波数分布を示した説明図である。判断部３６は、前述のとおり炎受光信号Ｅ３のＴ＝２秒間（１２８データ）分を高速フーリエ変換して、例えば図１０に示す周波数分布を得る。

図１０に示すように、燃焼炎から放射される赤外線を周波数軸で観測すると、概ね８Ｈｚよりも低周波側ＦＬに高い強度を示す周波数分布が得られることから、受光信号Ｅ３の周波数の主要な成分が８Ｈｚまでの周波数帯域ＦＬに存在することがわかる。一方、８Ｈｚを超え、１６Ｈｚまでの高周波側の周波数帯域ＦＨでは比較的強度の低い分布を示す。このような分布特性は、炎を観測した場合の信号の特徴である。

このため、炎受光信号Ｅ３の周波数分布に基づく炎判断は、例えば８Ｈｚまでの範囲となる低周波側の相対強度積分値ΣＦＬおよび８Ｈｚを超え１６Ｈｚまでの範囲となる高周波側の相対強度積分値ΣＦＨを求め、両積分値の比ΣＦＬ／ΣＦＨが、予め設定された閾値以下の場合には、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、炎有り判断の第２要素を充足しなかったとする。一方、ΣＦＬ／ΣＦＨが閾値を超えた場合には、炎有り判断の第２要素を充足したとする。判断部３６は、上記各判断をＴ＝２秒ごとに繰り返す。

（試験制御部３８）
図１１は試験光源をパルス駆動する駆動信号を示したタイムチャートであり、図１１（Ａ）は試験光源６０－１の駆動信号Ｅ１１を示し、図１１（Ｂ）は試験光源６０－２の駆動信号Ｅ１２を示す。

試験制御部３８は、火災受信盤が定期的に送信する試験信号を受信すると、図１１に示す駆動信号Ｅ１１，Ｅ１２を試験光源６０－１，６０－２に出力して発光駆動し、透光性窓１８－１，１８－２に試験光を出力して汚れ試験を行う。

試験制御部３８は、駆動信号Ｅ１，Ｅ２を期間Ｔ１、例えばＴ１＝２秒に亘り出力し、駆動信号Ｅ１，Ｅ２の周期はＴ２であり、更に駆動信号Ｅ１，Ｅ２は（Ｔ２／２）の位相ずれをもっている。

これにより駆動信号Ｅ１１がＨレベルとなって試験光源６０－１を発光しているとき駆動信号Ｅ１２がＬレベルとなって試験光源６０－２を消灯しており、また、駆動信号Ｅ１１がＬレベルとなって試験光源６０－１を消灯しているとき駆動信号Ｅ１２がＨレベルとなって試験光源６０－２を点灯しており、試験窓６０－１，６０－２からは交互に試験光が透光性窓１８－１，１８－２に向けて出力される。

このため試験制御部３８による透光性窓１８－１，１８－２の両方の汚れ試験のための試験時間は、駆動期間Ｔ１に位相ずれ（Ｔ２／２）を加えたＴ１＋（Ｔ２／２）となる。

これに対し図１６の従来例では、２組の透光性窓の試験を順番に行うことから、例えば、図１１（Ａ）の駆動をおこなって透光性窓１８－１の汚れを試験した後に、続いて図１１（Ｂ）の駆動をおこなって透光性窓１８－２の汚れを試験することになり、１台の炎検出装置１０について全体の試験時間は例えばＴ＝４秒となるが、本実施形態にあっては、従来の略半分の２秒強の時間で済む。このため多数の炎検出装置１０の汚れ試験を火災受信盤からの試験信号の送信で順番に行う場合、火災受信盤に汚れ試験による制御負荷が加わる時間を従来に比べて半減程度に短縮することができ、火災受信盤に制御負担が加わる時間を可能な限り短縮して本来の火災監視機能を維持することを可能とする。

（汚れ試験制御）
図１のＭＰＵ１５に設けられた試験制御部３８は、火災受信盤１０から試験信号を受信した場合に動作し、試験光源６０－１，６０－２を、図１１に示した駆動信号により発光駆動し、透光性窓１８－１，１８－２を介して炎受光部１１－１，１１－２に試験光を照射して汚れ試験を行う。

例えば透光性窓１８－１の汚れ試験を例にとると、試験制御部３８は試験光源６０－１を図１１の駆動信号Ｅ１１で発光駆動することにより、火災炎に相当する炎模擬光を試験窓５６－１を通して出力させ、透光性窓１８－１を介して炎検出センサ１６ａ，１６ｂに入射させる。試験光源６０－１からの炎模擬光は、炎検出センサ１６ａ，１６ｂで受光する４．５μｍを含み、且つ、炎に固有な２～８Ｈｚのゆらぎ周波数をもつ光としている。

透光性窓１８－１は工場出荷時に汚れはなく、その際に汚れ試験で得られた炎受光信号Ｅ３の受光レベルがそれぞれ基準受光レベルとしてＭＰＵ１５のメモリに記憶されており、減光率の演算に利用される。

すなわち、試験時の炎受光信号Ｅ３と基準受光レベルから減光率を求める。つまり、出荷時の減光率は０となっている。設置環境で運用期間が経過していくと、透光性窓１８－１に汚れが付着し、減光率は徐々に増加していく。

なお、減光率はこのように炎受光信号Ｅ３について求めても良いし、炎受光信号Ｅ１’，Ｅ２’、非炎受光信号Ｅ４’の何れかひとつ又は複数、又は全てについて求め、個別の減光率に基づいて以下に説明する補正を行っても良い。また、例えば各減光率の代表値や平均値を求めて汚れ警報や汚れ予告警報を行うようにしても良い。

試験制御部３８は、汚れ試験により減光率を求めると共に、（１－減光率）の逆数となる補正値を求めてメモリに記憶させ、その後の運用状態で検出される炎受光信号Ｅ３及び非炎受光信号Ｅ４’の受光レベル（受光値）を補正値で除算して汚れ補正を行い、判断部３６は汚れ補正された炎受光信号Ｅ３及び非炎受光信号Ｅ４’の受光値により火災を判断する。

また、試験制御部３８は、汚れ補正が不可能となる限界に対応した減光率となる閾値、例えば閾値０．５が予め設定されており、汚れ試験で求められた減光率が閾値以上又は閾値を上回った場合に透光性窓１８－１の汚れ補正が不可能（例えば補正をしても所定の監視エリア全体を監視できない状態）となる汚れ異常と判断し、火災受信盤に汚れ警報信号を送信して汚れ警報を出力させる制御を行う。

また、試験制御部３８は、閾値より小さい所定の予告閾値、例えば予告閾値０．４を予め設定し、汚れ試験で求められた減光率が予告閾値以上又は予告閾値を上回った場合に汚れ警報が近いと判断し、火災受信盤に汚れ予告警報信号を送信し、汚れ予告警報を出力させる制御を行うようにしても良い。

なお、本実施形態の汚れ試験は、透光性窓１８の汚れと試験窓５６の汚れをあわせて検出することになる。基準受光レベルを取得する場合には、透光性窓１８だけでなく試験窓５６も汚れていない状態で行う。

［試験光源を共用した炎検出装置の実施形態］
図１２は試験光源を共用した炎検出装置の実施形態を正面から示した説明図、図１３は図１２の炎検出装置を下側から見て中央凸部に配置された試験光源、試験窓及び透光性窓の内側に配置された炎検出部を一部断面で示した説明図、図１４は図１２の試験光源をパルス駆動する駆動信号を示したタイムチャートである。

図１２及び図１３に示すように、本実施形態の炎検出装置１０にあっては、筐体前面となるセンサ収納部５２の中央凸部５４の両側に配置された試験窓５６－１，５６－２の内側に１つの試験光源６０が配置されており、試験光源６０からの試験光を、その両側に位置する透光性窓１８－１，１８－２を介して炎検出センサ１６ａ，１６ｂ及び非炎検出センサ１６ｃの各々に試験光を照射するようにしたことを特徴とする。それ以外の構成は、図１乃至図３の実施形態と同じになる。

このように透光性窓１８－１，１８－２に対し試験光源６０を共用して１つにすることで、図２及び図３の炎検出装置で透光性窓１８－１，１８－２のそれぞれに対応して試験光源６０－１，６０－２を設けて汚れ試験を行う場合に比べ、試験光源６０が収納される中央凸部５４を小型化することができ、中央凸部５４の構造に規制にされることによる検知エリアの制約（縮小）をより一層緩和することができる。

図１４は図１２の試験光源をパルス駆動する駆動信号を示したタイムチャートである。本実施形態の場合、試験制御部３８は、火災受信盤が定期的に送信する試験信号を受信すると、図１４に示す駆動信号Ｅ１１（図１１（Ａ）の駆動信号に相当）を試験光源６０に出力して発光駆動し、両側に位置する試験窓５６－１，５６－２を介して透光性窓１８－１，１８－２に試験光を出力して汚れ試験を行う。

このため駆動信号Ｅ１１により試験光源６０を駆動するだけで、透光性窓１８－１，１８－２の汚れ試験が同時にでき、透光性窓１８－１，１８－２のそれぞれに対応して別々に試験光源６０－１，６０－２を設けた場合のように図１１（Ｂ）の駆動信号による駆動を行う必要がなく、したがって、試験時間を短縮できると共に、試験光源６０の駆動に係る消費電流を低減することができる。

［本発明の変形例］
（受光信号の平均）
上記の実施形態は、炎検出ユニット１２ａ，１２ｂからの炎受光信号Ｅ１，Ｅ２を加算器３２で加算した炎受光信号Ｅ３を用いて判断部３６により炎の有無の判断を行っているが、これに限定されず、例えば、炎検出ユニット１２ａ，１２ｂからの炎受光信号Ｅ１，Ｅ２の平均を求め、平均受光信号を取り込んで判断部３６により炎の有無の判断を行うようにしても良い。

（２波長方式）
また、上記の実施形態は、２波長方式の炎検出装置として、燃焼炎のＣＯ₂の共鳴放射帯である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赤外線を観測して炎を判定しているが、４．５μｍ付近の波長帯域と、２．３μｍ付近の波長帯域における各々の赤外線を観測して炎を判定するようにしても良い。

（３波長方式）
また、燃焼炎のＣＯ₂の共鳴放射帯である４．５μｍ帯の短波長側の、例えば、２．３μｍ付近の波長帯域における赤外線エネルギーを、５．０μｍ付近の波長帯域における赤外線を検出する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が炎からの放射の特徴に従うことを炎有りの判断要素とする３波長式の炎検出装置としても良い。

もちろん、他の波長帯を使用した１波長式、２波長式、３波長式、又は他の方式の炎検出装置としても良い。

また、赤外線以外の放射線エネルギーを観測する炎検出装置に適用しても良い。

（感度試験）
また上記の実施形態の試験制御部３８は、汚れ試験のほか、炎検出センサ１６ａ，１６ｂの感度試験を行うようにしても良い。試験制御部３８の感度試験は、火災受信盤から定期的に送信される試験信号を受信した場合に、試験光を炎検出センサ１６ａ，１６ｂに入射して、この時の受光レベルに基づいて受光感度を検出し、受光感度が所定の閾値感度に低下するまでは、検出感度の逆数となる補正値で受光値を補正し、検出感度が所定の感度閾値に低下して補正が不可能となった場合には、炎検出センサ１６ａ，１６ｂの故障信号を防災受信盤に送信してセンサ故障警報を出力させる制御を行う。この感度試験は、非炎検出センサ１６ｃについても同様に行う。

（その他）
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
１１－１：炎検出部
１２ａ，１２ｂ：炎検出ユニット
１２ｃ：非炎検出ユニット
１５：ＭＰＵ
１６ａ，１６ｂ：炎検出センサ
１６ｃ：非炎検出センサ
１８－１，１８－２：透光性窓
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ：光学波長フィルタ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ：受光素子部
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ：前置フィルタ
２５：受光電極
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ：プリアンプ
２７：ＦＥＴ
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ：メインアンプ
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ：終段アンプ
３２：加算アンプ
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ：Ａ／Ｄ変換ポート
３６：判断部
３８：試験制御部
４５：焦電体
５０：筐体
５２：センサ収納部
５４：中央凸部
５６－１，５６－２：試験窓
６０，６０－１，６０－２：試験光源
７４－１，７４－２：反射フード

Claims

監視エリアを観測して燃焼炎の有無を判定する炎検出装置であって、
筐体前面に並べて配置された一対の透光性窓と、
燃焼炎から放射される放射線エネルギーを前記透光性窓の各々を介して検出する一対の検出センサと、
前記一対の透光性窓を挟んで、正面視における当該一対の透過性窓の並び方向と垂直な方向に沿って前記筐体前面から突出する凸部を有して配置された中央凸部と、
前記中央凸部に、前記一対の透過性窓の各々の側に面してそれぞれ配置された一対の試験窓と、
前記中央凸部の内部に設けられ、前記試験窓の各々、及び対応する前記透光性窓の各々を介して前記検出センサの各々に試験光を照射する一対の試験光源と、
を備えたことを特徴とする炎検出装置。
監視エリアを観測して燃焼炎の有無を判定する炎検出装置であって、
筐体前面に並べて配置された一対の透光性窓と、
燃焼炎から放射される放射線エネルギーを前記透光性窓の各々を介して検出する一対の検出センサと、
前記一対の透光性窓を挟んで、正面視における当該一対の透過性窓の並び方向と垂直な方向に沿って前記筐体前面から突出する凸部を有して配置された中央凸部と、
前記中央凸部に、前記一対の透過性窓の各々の側に面してそれぞれ配置された一対の試験窓と、
前記中央凸部の内部に設けられ、前記試験窓の各々、及び対応する前記透光性窓の各々を介して前記検出センサの各々に試験光を照射する１つの試験光源と、
を備えたことを特徴とする炎検出装置。