JPH028717A - 炎感知器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、炎の放射する特徴的な発光スペクトルのみ
感知し、他の発熱物体による誤動作をなくしたことを特
徴とする炎感知器に関する。

［従来の技術］ 従来より赤外線式炎感知器については、いろいろな方式
が提案されているが、いずれも下記原理に基づくもので
ある。

災厄外の黒体から放射される赤外線の発光スぺクトル分
布はブランクの法則に従い、連続スペクトルとなってお
り、そのピーク値は黒体の温度により決定され、２００
℃、４００℃、１０００℃の黒体の発光スペクトル分布
は第１図（イ）、（ロ）、　（ハ）に示すようになる。

これに対し、炎を伴う物体においては、ブランクの法則
に従わず、第１図中（ニ）に示すような特徴的な発光ス
ペクトル分布を持っている。この４．３μｍ付近のピー
クは、ＣＯ２共鳴放射現象によるものである轟従って、
炎を感知するには、この４．３μｍ付近のピークを検出
すればよいおけであり、従来においては、４．３μｍ付
近の放射線量とＣｏ２共鳴放射のない３．５μｍ付近の
放射線量の差を検出する手段（特許公開公報昭４８−９
００３０号）が提案されている。しかし、この手段によ
れば、第１図中（イ）、または（ロ）の如くエネルギー
放射量のピークが３．５μｍよりも長い波長域にあるよ
うな発光スペクトル分布を有する放射物体を炎と感知し
てしまう。従って、４．３μｍとその近傍の２波長の単
なる差を取るだけでは、炎のみを選択的に感知できると
は限らないのである。　このため、３．５μｍ、４．３
７ｚｍ及び５゜１μｍの３つの選択的受光手段による受
光量を。

それぞれＱ３．６１　ｅ＜、ｓ＊　ｅａ、ｔとし−（８
４，３−８５、ｔ）　−（ｅ、、６−ｅ４．３）なる演
算を行なって、４．３μｍと他の２波長における差が、
ある一定値以上になった場合に炎を感知する手段（特許
公開公報昭５０−２４９７号）が提案されているが、こ
の手段は、下記問題点がある。

炎を伴わない発熱体の強度が強い場合においては、３波
長の各選択受光手段における少しの不平衡により、誤動
作を生ずる可能性がある。特に、赤外光フィルターにお
いては、その多層薄膜コーティングという工程の性質上
、均一な特性のものは造りにくい。従って、前述の２つ
の手段ともに、ある一定値を適当に選ぶことによって誤
動作を少なくすることはできるが、その設定に非常な困
難を伴う。

また、炎感知器に使用する赤外線センサの対象波長域は
、中赤外光領域であるが、この領域において使用可能な
赤外線センサとして、 ａ）ＰｂＳｅ、ＰｂＳ等の量子型センサｂ）サーモパイ
ル Ｃ）焦電型センサ 等が上げられる。

この中で、ａ）は他と比較して一桁はど高い感度を持つ
が１価格においても高価であり、一般にはＣ）の焦電型
センサが良く用いられる。

しかし、焦電型センサは、その動作原理によりセンサ単
体では炎感知の用途に使用することはできない。焦電型
センサは、強誘電体の焦電効果を利用しているが、これ
は入射エネルギーの微分値に比例した焦電流を生ずる現
象であるため、定常的な出力を得ることはできない、従
って、なんらかの光学的チョッパを使用せざるを得ない
。

ｂ）のサーモパイルは、直流出力型のセンサであり、基
本的には、単体で炎感知器に使用できるが、ケースの過
渡的な温度変化等の外乱に弱く、ａ）、ｃ）より低感度
であり、更に直流増幅が必要であるため、増幅器のドリ
フト、オフセラ（・も無視できない。

［発明が解決しようとする問題点］ 炎を伴う放射物体と他の放射物体との明確な区分及びそ
れらの物体からの放射線が重畳し、尚且つその強度が炎
を伴わない物体の方が強い時でも。

その中に炎の存在を感知すること。

前述の装置を機械的可動部を廃し、高信頼性で。

しかも安価に供給すること。

［問題を解決するための手段］ この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、その手段とするところは、炎の発光スペクトル特
有の形を明確に識別するために、４．３μｍを含む、少
なくとも３つ以上の特定の波長のみを選択的に受光する
受光手段を有し、それぞれの受光量の差の比を取ること
により、炎の発光スペクトルを明確に区別することであ
り、また、光電変換素子にサーモパイルを用い、各素子
及び増幅器の熱的平衡を保つためのケースに入れ、その
出力差を取ることにより、熱的外乱の影響をなくしたこ
とである。

［実施例］ 第１図が本発明のブロック図で、１の赤外線放射物体か
らでた赤外線は２，３．４のバンドパスフィルターを通
しそれぞれのサーモパイルに入射する。サーモパイルの
出力は６のチョッパー増幅器により所定のレベルに増幅
された後、７．８の差動増幅器に入力される。７の差動
増幅器Ａ、８の差動増幅器Ｂはその差動利得をそれぞれ
Ａシロ。

Ａν、とすれば、ＡシＢ／Ａシロ＝α程度に設定されて
おり、さらに差動増幅器Ｂの出力には図中１０．１１で
示す抵抗器と理想化ダイオードによる非線形回路が接続
されており、この増幅器の出力が負になった時、その出
力電圧を抵抗でに分圧するようになっており、差動増幅
器Ａの出力にはＶｘなる電圧を発生する９の直流電圧発
生器が接続され、その出力をＶｘ分シフトさせている。

４．３μｍ、３．９μｍ、３．５μｍの各選択的受光手
段による６のチョッパー増幅器による出力電圧を８４．
３＋　　３．１１＋　８３．５とすれｔｆ、８の出力が
正の時は。

（８４，３−＋３３．ｅ）　　Ｖｘ＞α（ｅ３．。−ｅ
　３．５）−■の時、炎を感知する。

８の出力が負の時は、α×−＝βとすると、（ｅ＜、ａ
　　ｅａ、＊）　　Ｖｘ＞β（ｅ　ｓ、　ｅ　　ｅ　Ｌ
　６）−■の時、炎を感知する。

上記、第１式、第２式、右辺がｅ４．２−ｅｘ、ａの値
を予測する項であり、その値よりＶｘ分以上高くなった
時、炎を感知する。

ここで、Ｖｘは各受光手段の出力が０に近い時、上記が
不確定になるのを防止するためである。また、α、βを
８の符号により設定する理由は、発熱体の温度が高温の
時と低温の時では３．５μｍから４．３μｍ付近での発
光スペクトル分布の形状が異なり、高温側、すなわち ｅａ、５−ｅ３．６＜０ なる領域では、第４図４２に示すような形状になる場合
があり、それにより下式を満足するようβを設定する。

（ｅ４．ａ−ｓｓ、Ｊ／（ｅｓ、ｓ　　ｅａ、ｓ）　＝
β−■β−側の発熱体も同様で、下式よりαを設定する
。

（ｅ＜、ｓ−ｅ　ｓ、　ｓ）／　（ｅ　ａ、　ｓ−ｅ　
ｓ、　５）　＝α−■このα、βの設定に際しては、発
熱体の温度範囲を１００℃〜１０００℃とし、この範囲
であれば誤動作しない値に設定する。

また、発熱体の温度が１００℃以下、もしくは５００℃
近くの場合は、α、βが大きくなる場合があるが、この
時は、ｅ３．＊−ｅａ、ｓの絶対値が小さいので、Ｖｘ
にて誤動作を防止する。第３図が本実施例の断面図であ
り、３つのセンサの熱的平衡を保つため、３つのセンサ
を金属ケースに入れ、更に空気の対流を防ぐためと熱的
に結合するため、低温ハンダですきまをモールドしてい
る。また、電子回路を実装している７のプリント基板も
同様の対策をしている。更に、これらを外部と断熱され
たケースに入れ、内ケースでの温度勾配が生じないよう
、考慮している。

［発明の効果］ このように構成された炎感知器では、炎に特有な発光ス
ペクトル分布のみを検出し、他の物体に対する誤動作が
なく、また工場等における複数の放射物体からの放射線
が複雑に重畳する環境においても、炎の存在を明確に感
知することが可能である。

また、本発明においては、機械的可動部がなく。

高信頼性の装置を安価に供給可能であり、工業的利用価
値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、各物体の発光スペク１−ル分布、第２図は、
炎感知器のブロック図、第３図は、炎感知器のセンサ及
びチョッパーアンプ部の断面図、第４図は各物体の発光
スペクトリ分布の拡大図である。 （イ）２００℃の黒体の発光スペクトル分布（ロ）４０
０℃ （ハ）１０００℃ （ニ）炎を伴う物体 ２〜４ 赤外線放射物体 赤外線バンドパスフィルタ サーモパイル チョッパー増幅器 差動増幅器Ａ 〃　　　Ｂ 直流電圧発生器 抵抗器 理想化ダイオード 比較器 金属ケース シリコンウェハー 樹脂リング 赤外バンドパスフィルター プリント基板 低温ハンダ サーモパイル 低温発熱体の発光スペクトル分布 高温 ｘＩ１１ 箪長くμｍ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）炎に特有なＣＯ＿２の共鳴放射による、波長４．
   ３μｍの赤外線を検出する炎感知器において、この波長
   を選択的に受光する第１の受光手段と、上記波長帯を含
   まず、尚且つ上記波長近傍の赤外線を選択的に受光する
   第２、第３、もしくはそれ以上の受光手段を有し、第１
   の受光手段と第２の受光手段との放射強度の差と、第２
   の受光手段と第３の受光手段との放射強度の差を演算し
   、後者の演算結果に基づき、第１、第２の受光手段の放
   射強度の差を予測し、この値と実測値におけるそれとの
   差及び比が一定値以上の時、炎を感知することにより、
   炎特有な４．３μｍ付近の線スペクトルのみに感知し、
   他の物体が放射する連続スペクトルとの区別を明確にし
   、誤動作をなくしたことを特徴とする炎感知器。
2. （２）前記受光素子にサーモパイルを用い、それぞれの
   サーモパイルの熱的平衡を保つため、熱容量が大きく、
   熱伝導率の良い容器に入れ、更に外部からの熱伝導を少
   なくするために、熱的に絶縁された容器で覆ったことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）前記サーモパイルの信号を増幅する増幅器にチョ
   ッパースタピライズドアンプを用い、それを前記のケー
   スに入れることにより、配線間のペルチェ効果による熱
   起電力の影響を少なくした、特許請求の範囲第２項記載
   の装置。