JP7032982B2 - 炎検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、有炎燃焼時のＣＯ₂共鳴により発生する放射線エネルギーを検出して、炎の有無を判断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、有炎燃焼時に発生するＣＯ₂の共鳴放射波長帯域における放射線（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１３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１３に示すように、燃焼炎のスペクトル特性２００においては、ＣＯ₂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５．０μｍ付近に、放射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。

このような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、各々について検出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断する。

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２０２に示す太陽光等の高温放射体や、スペクトル特性２０４に示す比較的低温の放射体、またスペクトル特性２０６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。受光素子としては例えば焦電体が利用されている。

また、炎検出装置は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自己試験を行っている。透光性窓の汚れを監視する自己試験は、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、炎検出装置に設けられた試験光源から炎疑似光となる試験光を透光性窓に入射し、受光素子で受光して、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１４は従来の透光性窓の検知エリアを示した説明図である。図１４に示すように、従来の炎検出装置１００は、筐体前面に一対の透光性窓１０２が設けられており、透光性窓１０２は円形であり、透光性窓１０２の外周縁により受光素子の視野範囲が規制されている。

特許第４４０４３２９号公報 特許第４８１７２８５号公報 特許第３３５７３３０号公報

一般に、図１４に示すように、火災による炎の発生を監視する監視エリア１０４は矩形であることが少なくない。このため、図１４の検知エリア１０６に内接する矩形エリア１０８を広くすることが望まれる。このことによって監視エリア１０４を広く設定できれば、たとえば炎検出装置１００の設置台数を少なくすることが可能になり、全体の設備コストが抑えられる。

ところが、この矩形エリア１０８を拡大するため、円形の透光性窓１０２を拡大すると、方形区域の拡大に伴って、不要な検知エリア（図１４の検知エリア１０６から監視エリア１０４を除いた部分）も拡大することになる。

本発明は、矩形の検知エリアを拡大する一方で、不要な検知エリアの拡大を抑制した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、監視エリアの燃焼炎から放射される放射線エネルギーを検出して、燃焼炎の有無を判断する炎検出装置であって、
筐体の前面に並べて配置され、四角形状とした一対の透光性窓と、
筐体の前面に、一対の透光性窓に挟まれて筐体の前面から監視エリア側に張出し形成された中央凸部と、
各透光性窓に対応して筐体の前面内側に配置された一対の検出センサと、
各透光性窓に対応して中央凸部の各透光性窓側となる側面の各々に配置された一対の試験窓と、
各試験窓に対応して中央凸部の内部に配置され、対応した試験窓を介して当該試験窓に対応した透光性窓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）
一対の試験光源の各々からの試験光は、試験光源に対応しない試験窓からは照射されない。

（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、透光性窓を介して検出センサにより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、透光性窓を四角形状としたため、四角形状とした透光性窓の外周縁で受光素子の視野範囲が規制されて矩形の検知エリアが形成され、円形の透光性窓の場合のように矩形の監視エリアに対する不感帯の発生が抑制され、矩形エリアを相対的に拡大することができる。

また、円形の透光性窓の外径を拡大する場合に比べ、透光性窓の大型化を防ぐことができ、また不要な検知エリアの拡大も回避することができる。

例えば、正方形とした透光性窓は、円形とした透光性窓に外接する四角形状とした場合、従来の円形の透光性窓の面積をＳ１、半径をｒとし、四角形状とした透光性窓の面積をＳ２とし、矩形エリアに不感帯を発生しないための円形の透光性窓の面積をＳ３とすると、
Ｓ１＝πｒ²
Ｓ２＝４ｒ²
Ｓ３＝２πｒ²
となり、矩形エリアに不感帯を発生しないための円形の透光性窓は２倍（Ｓ３／Ｓ１＝２）にサイズを大きくする必要があるが、四角形状とした透光性窓の場合は約１．２７倍（Ｓ２／Ｓ１＝１．２７３８・・・）のサイズアップで済む。

（試験光源の効果）
また、四角形状とした透光性窓は、筐体の前面に張出し形成された中央凸部の両側に配置されており、中央凸部の両側壁面に、四角形状とした透光性窓に対応して一対の試験窓が配置され、各透光性窓に対応して検出センサが設けられ、中央凸部の内部に、一対の試験窓を介して各透光性窓に試験光を照射する一対の試験光源が設けられたため、実質的に２つの受光素子と透光性窓とで形成される２つの矩形エリアにより、長方形状に広い矩形エリアを得ることができる。

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 図１の炎検出装置に組み込まれる炎検出部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透過率を示した特性図 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 従来の円形透光性窓と本実施形態の四角形状の透光性窓の検知エリアを対比して示した説明図 従来の円形透光性窓、本実施形態の四角形状の透光性窓、及び従来のサイズを拡大した円形透光性窓を対比して示した説明図 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 従来の透光性窓の検知エリアを示した説明図

［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部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、監視領域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放射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１８－１、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。後述する非炎受光信号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放射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から出力された非炎受光信号Ｅ４は終段アンプ３０ｃで更に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を加算した炎受光信号Ｅ３の信号レベル、例えば炎受光信号Ｅ３の所定期間の炎積分値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からの炎受光信号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、このとき加算アンプ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検出ユニット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、四角形状とした赤外線の透光性窓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。

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（図示省略）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’，Ｅ２’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炎受光信号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）
四角形状とした透光性窓１８は、図２乃至図４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有効視野範囲７２ａ，７２ｂの検知エリアが設定される。

ここで、透光性窓１８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、炎受光信号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、炎受光信号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、非炎受光信号Ｅ４、非炎受光信号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を判断部１５のデジタル処理に適したデジタル受信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率特性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率特性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透過率特性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の炎検出部から得られる炎受光信号を示した信号波形図であり、図９（Ａ）は終段アンプ３０ａからの、炎受光信号Ｅ１'の信号波形を示し、図９（Ｂ）は終段アンプ３０ｂからの、炎受光信号Ｅ２'の信号波形を示す。図９（Ａ）と（Ｂ）は、同じ構成の炎受光ユニット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、炎有りと判断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、上と同じ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の炎検出ユニット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、炎受光信号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を超える例えば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、炎に相当する受光信号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。

［透光性窓］
図１１は従来の円形透光性窓と本実施形態の四角形状の透光性窓の検知エリアを対比して示した説明図であり、図１１（Ａ）は従来の円形透光性窓の場合を示し、図１１（Ｂ）は本実施形態の四角形状の透光性窓の場合（理想状態）を示す。

（透光性窓の形状）
図１１（Ａ）示した従来の炎検出装置１００の円形の透光性窓１０２の場合にあっては、検知エリア１０６内に確保できる最大の矩形エリアは矩形エリア１０８である。矩形の監視エリアの最大も矩形エリア１０８と同じになる。また、不感帯１０９が発生している。

これに対し図１１（Ｂ）に示す本実施形態の四角形状とした透光性窓１８の場合にあっては検知エリア１０６ｓ内に確保できる矩形エリア１０８ｓの最大は検知エリア１０６ｓと同じになり、したがって矩形エリア内に設定できる監視エリア１０４ｓの最大も検知エリア１０６ｓと同じになり、不感帯も発生しない。このようにして、検知エリア内の矩形エリアが効率的に拡大される。

図１２は従来の円形透光性窓、本実施形態の四角形状の透光性窓、及び従来の円形透光性窓のサイズを拡大した円形透光性窓の各場合を対比して示した説明図である。

図１２に示す従来の円形とした透光性窓１０２は、半径をｒとすると、面積Ｓ１は
Ｓ１＝πr2
であり、また、本実施形態による四角形状とした透光性窓１８の場合、従来の円形に外接するサイズとしたとき、面積Ｓ２は、
Ｓ２＝４ｒ²
であり、更に、図１１（Ａ）の不感帯１０４を無くすためにサイズアップした円形の透光性窓１０２ａの面積Ｓ３は、
Ｓ３＝２πｒ²
となる。

このため従来の円形の透光性窓１０２を、不感帯１０９の発生しない円形の透光性窓１０２ａとするためには、円形の透光性窓１０２の面積を
Ｓ３／Ｓ１＝２πｒ²／πr²＝２倍
とする必要があるが、四角形状とした本実施形態の透光性窓１８とするためには、円形の透光性窓１０２の面積を
Ｓ２／Ｓ１＝４ｒ²／πr²＝４／π＝１．２７４倍程度
とすれば良い。このため、炎検出装置の大型化を抑制することができる。

（透光性窓と試験窓の配置）
図２及び図３に示したように、四角形状とした透光性窓１８－１，１８－２は、センサ収納部５２の前面に張出し形成された中央凸部５４の両側に配置されており、中央凸部５４の両側壁面に、四角形状とした透光性窓１８－１，１８－２に対応して試験窓５６－１，５６－２が配置され、中央凸部５４の内部に、試験窓５６－１，５６－２を介して四角形状とした透光性窓１８－１，１８－２に試験光を照射する試験光源６０－１，６０－２が設けられている。

そして、透光性窓１８－１，１８－２は、一辺が中央凸部５４の付け根に位置するように配置される。すなわち、透光性窓１８－１，１８－２を相互に比較的近接して配置することができるので、配置上も炎検出装置の大型化を抑制することができる。

（試験制御部３８）
試験制御部３８は、火災受信盤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、順次、所定周期で発光駆動し、透光性窓１８－１，１８－２を介して炎検出部１１－１，１１－２に試験光を出力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を発光駆動することにより、燃焼炎に相当する炎疑似光を試験窓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からの炎疑似光は、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１８－１，１８－２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の受光信号レベルがそれぞれ基準受光信号レベルとして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と基準受光信号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１８－１，１８－２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１８－１，１８－２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。

［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を加算アンプ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の有無を判断しているが、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の有無を判断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放射線エネルギーを、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、又は他の方式のと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、炎検出センサ１６ａ，１６ｂの感度試験を行う。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
１１－１，１１－２：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
６０－１，６０－２：試験光源
７４－１，７４－２：反射フード

Claims (2)

1. 監視エリアの燃焼炎から放射される放射線エネルギーを検出して、燃焼炎の有無を判断する炎検出装置であって、
   筐体の前面に並べて配置され、四角形状とした一対の透光性窓と、
   前記筐体の前面に、前記一対の透光性窓に挟まれて前記筐体の前面から前記監視エリア側に張出し形成された中央凸部と、
   前記各透光性窓に対応して前記筐体の前面内側に配置された一対の検出センサと、
   前記各透光性窓に対応して前記中央凸部の各透光性窓側となる側面の各々に配置された一対の試験窓と、
   前記各試験窓に対応して前記中央凸部の内部に配置され、対応した試験窓を介して当該試験窓に対応した透光性窓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。
   
2. 請求項１記載の炎検出装置であって、
   前記一対の試験光源の各々からの試験光は、前記試験光源に対応しない試験窓からは照射されないことを特徴とする炎検出装置。

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