JPH0466299B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、屋外もしくは屋内において火災の
発生を迅速に検知する炎検知器に関する。

〔従来の技術〕

従来、炎の分光放射率は、第６図にａで示され
るように、波長4.3μｍにおいてCO₂共鳴放射によ
るピークが存在することは知られている。そし
て、この波長の赤外線を検知して炎を検知する
と、１）炎に対する感度がよい、２）照明光など
の人工光には波長4.3μｍの成分が少いので誤動作
がない、３）放電の火花などによる誤動作がな
い、という利点がある。そこで、波長4.3μｍ付近
の波長域における炎特有のゆらぎを検出すること
によつて炎の発生を検知する炎検知器は、既に
種々提案されている。

ところが、この装置においても、太陽光や金属
などの高い反射率を有する物質からの太陽光の反
射光が受光部分に直接入射すると、誤動作を起こ
す場合があり、特に屋外での使用に問題がある。

ここで、太陽光は、約5700〓の黒体放射エネル
ギから太気中において吸収されたものを減じた残
りが地上に届く。このスペクトルは第６図にｂで
示されるようになる。但し、第６図のａ，ｂはピ
ークエネルギでそれぞれ規格化されており、直接
の比較はできない。第６図のｂから明らかなよう
に、太陽光のスペクトルでは、CO₂の吸収によつ
て波長4.3μｍ付近の強度はピークに比べてかなり
小さい。そこで、炎からの放射エネルギが小さく
て太陽光の射エネルギが大きい可視域の１波長
と、波長4.3μｍ付近の赤外線との２波長を用いて
炎の検出をおこなう装置が、特開昭49−128782号
公報において知られている。しかしながら、夏期
の強烈な太陽光の下では、波長4.3μｍ付近でも炎
と同程度の放射強度がある場合もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

特開昭49−128782号公報に記載されている装置
では、可視光に感度を有する第１の受光素子の出
力信号と、赤外線に感度を有する第２の受光素子
の出力信号との位相差がある部分を積分し、この
積分値が所定値に達したときに火災として検知す
るように構成されている。ところが、強い太陽光
の入射があり、かつ、それは可止光成分と若干位
相がずれて検出された場合、妨害光のみ存在する
場合にも炎として検出されてしまう。そして、こ
のことは積分値の判断レベルを高く設定すること
によつて防止できるけれども、そうすると実際の
火災の検出精度が悪化してしまう。

この発明は、このような従来技術の欠点を解消
し、実際の火災が発生している場合のみを正確に
検出することができる炎検知器を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は上記問題点を解決するもので、炎に
特有な波長域に対して感度を有する第１の受光素
子と、可視光の特定波長域に対して感度を有する
第２の受光素子と、前記第１の受光素子の出力を
積分する第１の積分手段と、前記第１の受光素子
の出力と前記第２の受光素子の出力との位相を比
較する手段と、前記第１の受光素子の出力のうち
前記第２の受光素子の出力と位相がずれた部分の
みを積分する第２の積分手段と、前記積分手段の
積分値が所定値を越えたとき、前記第１の積分手
段の積分値と前記第２の積分手段の積分値との割
合に基づいて炎が存在するか否かを示す判定信号
を出力する判定手段と、前記判定手段が炎が存在
しないと判定したときに前記第１、第２の積分手
段の積分値をリセツトするリセツト手段とを備え
たことを特徴とするものである。

そして、判定手段は、第２の積分手段の積分値
と所定値を比較し、第２の積分手段の積分値が所
定値を越えたとき、炎が存在するか否かを示す判
定信号を出力する判定するようにしてもよい。

［作用］ 炎が存在するか否かの判定を、積分手段の積分
値が誤差範囲を示す所定値を越えたときに行うこ
とにより、より正確に炎の存在を検出することが
できる。

そして、太陽光の如き妨害光のみが存在する場
合は、第１の受光素子の出力と第２の受光素子の
出力との位相のずれは小さく、第１の積分手段の
積分値に比べて第２の積分手段の積分値は十分に
小さいから、妨害光であることが明確に判別さ
れ、誤検出することがない。

炎と妨害光とが混在している場合には、第１の
受光素子の出力と第２の受光素子の出力との位相
のずれは妨害光のみの場合に比較して大きく、第
１の積分手段の積分値に比べて第２の積分手段の
積分値は相対的に大きくなるから、炎の発生が正
確に検知される。

炎のみが存在する場合には、炎に含まれる可視
光成分が少ないので第１の受光素子の出力と第２
の受光素子の出力との位相のずれは大きくなり、
第１、第２の積分手段の積分値の割合はほぼ１対
１となるので炎として正確に検知される。

さらに、炎が存在しないと判断されたときは、
判定手段から出力される信号によりリセツト手段
が作動し、第１、第２の積分手段の積分値が直ち
にリセツトされるから、時間遅れなく次の炎の検
知に備えることができる。

〔実施例〕

以下、図面に基いてこの発明の実施例を詳細に
説明する。

第１図はこの発明の炎検知器の１実施例を示す
ブロツク図であり、２は波長4.3μｍ付近の赤外線
に感度を有する赤外線センサで、例えば第２図に
示すような分光透過率特性を有する赤外バンドパ
スフイルタを透過した光を受光するよう配置され
たサーモパイル、サーミスタあるいは焦電素子な
どからなる。４は可視光に対して感度を有する可
視光センサで、両センサ２，４は互に近接して配
置されているか、もしくは被検知物に対して互に
共役な位置に配置されている。

６，８はそれぞれセンサ２，４の出力信号を増
巾する増巾器で、相互のセンサ２，４の時定数を
合せる部分と、両センサ２，４の出力信号の炎に
特有な３〜30Hzの周波数成分のみを選択的に増巾
する部分とからなる。１０は両増巾器６，８の出
力が共に入力され、両出力波形の位相を比較する
位相比較回路で、例えば第３図に示すように構成
されている。第３図において、CP₁は増巾器６の
出力ａが正の場合に“Ｈ”、負の場合に“Ｌ”を
出力するコンパレータ、CP₂は増幅器８の出力ｂ
が正の場合に“Ｌ”、負もしくは０の場合に“Ｈ”
を出力するコンパレータ、CP₃は増幅器８の出力
ｂが正もしくは０の場合に“Ｈ”、負の場合に
“Ｌ”を出力するコンパレータである。そして、
コンパレータCP₁，CP₂の出力はアンド回路AN₁
を介してオア回路に入力されている。一方、コン
パレータCP₁の出力はインバータIVを介してアン
ド回路AN₂に入力され、コンパレータCP₃の出力
はそのままアンド回路AN₂に入力される。アン
ド回路AN₂の出力はオア回路ORに入力される。

このような構成によつて、位相比較回路１０の
出力c′（即ち、オア回路ORの出力c′）は、出力ｂ
の絶対値が炎だけが存在する場合の出力よりも小
さい場合に“Ｈ”、及び出力ｂが炎だけが存在す
る場合よりも大きいけれども出力ａと出力ｂとの
符号が逆の場合に“Ｈ”となり、それ以外の場合
は“Ｌ”となる。即ち、コンパレータCP₂、CP₃
の判定レベルは上述の如き炎だけが存在する場合
の出力ｂの大きさに応じて正側もしくは負側に若
干オフセツトされている。

第１図に戻つて、１２は増巾器６の出力ａを全
波整流する全波整流回路、１３はコンパレータで
全波整流回路の出力と予め定められた所定の基準
レベル値V₁とを比較してこれを越えるとき“Ｈ”
を出力する。この所定の基準レベル値によつて検
知すべき炎の赤外放射量が決定される。１５は積
分回路であつて、全波整流回路１２の出力ｃを、
コンパレータ１３の出力が“Ｈ”のときに閉とな
るスイツチSW₁を介して入力し、積分する。１４
はアンドゲートで、入力はコンパレータ１３の出
力及び位相比較回路１０の出力である。１６は積
分回路で、全波整流回路１２の出力をアンドゲー
ト１４の出力が“Ｈ”のとき閉となるスイツチ
SW₂を介して入力し、積分する。１８は積分回路
１５の出力ｄと積分回路１６の出力ｅとを比較す
る比較回路で、出力ｅが出力ｄの所定の割合以上
であれば“Ｈ”を出力する。その回路構成は第５
図に示すとおりで、入力電圧ｄを抵抗R₁，R₂に
より所定の割合で分割し、分割電圧と入力電圧ｅ
とをコンパレータCP₄で比較する。２０は積分回
路１６の出力ｅと所定の設定値とを比較する比較
回路で、出力ｅが所定の設定値V₂を越えると
“Ｈ”を出力する。２２はアンドゲートで、比較
回路１８の出力ｆと比較回路２０の出力f′とが共
に“Ｈ”のときにのみ“Ｈ”を出力する。なお、
ここで、所定の設定値V₂は、第１、第２の受光
素子の出力間の位相のずれのうち、回路要素の特
性のばらつきなどの原因で生ずる誤差範囲のもの
を除くための値である。２３はカウンターで、コ
ンパレータ１３の出力の立ち上り信号の回数を計
数し、所定の数を越えたときに“Ｈ”を出力す
る。２４はアンドゲートで、アンドゲート２２の
出力ｆ及びカウンター２３の出力ｇが共に“Ｈ”
であるときに警報出力ｈを出力する。２６もアン
ドゲートで、入力はカウンター２３の出力ｇと、
アンドゲート２２の出力がインバータ２５を経て
入力される。２７はタイマーで、コンパレータ１
３の出力が“Ｈ”となつた立ち上り信号でセツト
され、そのあと所定時間経過後に“Ｈ”を出力す
るように構成されているが、コンパレータ１３の
立ち下り信号によりセツトされ、そのあと所定時
間後に“Ｈ”を出力するように構成してもよい。
２８はオアゲートで、アンドゲート２６の出力、
あるいはタイマー２７の出力が“Ｈ”となつたと
き、フリツプフロツプ２９をリセツトする。２９
は積分回路及びカウンター制御用フリツプフロツ
プであり、コンパレータ１３でセツトされ、オア
ゲート２８の出力でリセツトされる。その出力は
積分回路１５，１６及びカウンター２３に接続さ
れ、出力が“Ｈ”のときに積分回路及びカウンタ
ーを作動させ、出力が“Ｌ”となつたときこれら
の回路をリセツトする。

次に、この実施例の動作について説明する。第
４図ａ，ｂは連続して燃える炎Ａ、妨害光Ｂ、妨
害光と炎Ｃのそれぞれの場合における赤外線セン
サ２、可視光センサ４の出力信号を増巾器６，８
で増巾し、出力された信号波形を示すもので、赤
外線センサの出力を全波整流回路１２で整流した
出力波形ｃは上記３つの場合のいづれも同様な波
形を出力する場合を示している。前記全波整流後
の信号ｃはコンパレータ１３で所定の基準レベル
値V₁と比較され、V₁を越えるとき送出される立
上り信号の回数をカウンター２３で計数し、予め
設定された所定値を越えたとき、立上り信号
“Ｈ”をアンドゲート２４に送出する。その波形
を第４図ｇに示す。

炎のみが存在し、妨害光がほとんど存在しない
場合、増巾器６の出力ａは、第４図Ａに示すよう
に炎のゆらぎに応じて変化するのに対し、炎に含
まれる可視光成分はごく少いので、増巾器８の出
力ｂは、第４図Ａに示すように、ごく小さい。従
つて、位相比較回路１０の出力c′は、第４図Ａに
c′で示すように“Ｈ”のままとなる。積分回路１
５によつて積分される増巾器１２の出力は、第４
図Ａに示す全波整流回路出力ｃのうち、黒く塗り
つぶされた面積に対応するものとなり、一方、積
分回路１６によつて積分される増巾器１２の出力
も、第４図Ａに示す全波整流回路出力ｃのうちで
黒く塗りつぶされた面積に対応するものとなり、
両積分値は互に等しくなる。

従つて、両積分回路１５，１６の出力ｄ，ｅ
は、第４図Ａにｄ，ｅで示されるようにほぼ同じ
になるので、比較回路１８の出力ｆは“Ｈ”とな
る。

一方、第４図Ｂを参照しつつ妨害光のみが存在
する場合を説明する。例えば太陽光の反射光が直
接センサ２，４に入射し、かつ、炎と同様の周波
数成分をもつたゆらぎ方をした場合、増巾器６の
出力ａは、太陽光に含まれる波長4.3μｍの赤外光
成分に応じて炎の存在した場合と同様の波形とな
る。一方、増巾器８の出力ｂは、太陽光に含まれ
る可視光成分に応じたａと相似な波形となる。こ
こで、両波形の振巾比は、太陽光の可視光成分と
波長4.3μｍの成分との比であり、天候や反射物の
特性によつて変化する。従つて、位相比較回路１
０の出力c′は、第４図Ｂにおいて、c′に示される
ような波形となり、この出力c′が“Ｈ”のときし
かスイツチSW₂は開とならないから、積分回路１
６によつて積分される増巾器６の出力ａは第４図
Ｂに示す全波整流回路出力ｃの波形のうち、黒く
塗りつぶされた部分の面積のみとなる。

従つて、積分回路１６の出力ｅは、積分回路１
５の出力ｄに比較して著しく小さくなるから、比
較回路１８の出力は“Ｌ”のままとなる。ここ
で、妨害光のみ存在する場合にも両増巾器６，８
の出力ａ，ｂのずれが生じるのは、両センサ２，
４の時定数の微妙な違いや、両センサ２，４に入
射する妨害光の時間的なずれに起因している。

次に、第４図Ｃを参照しつつ炎と妨害光とが共
に存在する場合を設明すると、増巾器６の出力ａ
と増巾器８の出力ｂとはそれぞれ独立した波形と
なつている。従つて、位相比較回路１０の出力
c′は、第４図Ｃにc′で示すように変化するから、
積分回路１６によつて積分される増巾器６の出力
ａは、第４図Ｃのｃに黒く塗りつぶされている面
積に対応し、この面積は第４図Ｂに示される妨害
光のみの場合に比較して大きい。そこで、積分回
路１６の出力ｅは第４図Ｂに示す場合よりも速い
速度で増大し、その出力ｅは積分回路１５の出力
ｄの所定割合（R₁／R₁＋R₂、第５図参照）以上
であり、比較回路１８の出力も“Ｈ”となる。

積分回路１６の出力ｅが比較回路２０に予め設
定された設定値V₂を越えると、比較回路２０の
出力′は“Ｈ”となる。

第４図に示す警報出力ｈはアンドゲート２２，
２４によつてｆ，f′，ｇがともに“Ｈ”のときに
“Ｈ”となる。つまり、カウンター２３の出力ｇ
が“Ｈ”になつた時点で、積分値を比較する比較
回路１８の出力ｆ及び比較回路２０の出力f′が共
に“Ｈ”であるときに警報出力が送出される。

また、カウンター２３の出力ｇが“Ｈ”になつ
た時点で、比較回路１８の出力ｆと比較回路２０
の出力f′のどちらかが“Ｌ”であれば、アンドゲ
ート２６の出力が“Ｈ”となり、オアゲート２８
を経てフリツプフロツプ２９をリセツトする。フ
リツプフロツプ２９がリセツトされると、その出
力信号によつて積分回路１５，１６及びカウンタ
ー２３がリセツトされ、初期状態に戻る。

このように妨害光が入射したような場合には、
これを妨害光と判断した直後に積分回路１５，１
６とカウンター２３をリセツトするので、妨害光
の入射直後に火災が発生しても正確に炎を検知す
ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明に係る炎検知器は、
判定手段が第１、第２の積分手段の積分値を比較
し、その割合に基づいて炎の存在を判定するもの
であるが、炎が存在するか否かの判定を、積分手
段の積分値が所定値を越えたときに行うことによ
り、太陽光等の強い妨害光が受光素子に入射した
場合でも、これを妨害光と誤りなく判定し、より
正確に炎の存在を検出することができる。

そして、炎が存在しないと判定されたときは、
判定手段から出力される判定結果の信号に基づい
て直ちに第１、第２の積分手段の積分値がリセツ
トされて次の検出動作に備えるから、妨害光が受
光素子に入射した直後に火災が発生したような場
合でも、時間遅れなく検知することができるもの
で、従来の炎検知器よりも一層信頼性の高い炎検
知器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の炎検知器の１実施例を示す
回路ブロツク図。第２図は赤外バンドパスフイル
タの分光透過率を示す図。第３図は位相判別回路
を示すブロツク図。第４図は第１図に示す回路の
各部出力信号波形を示す図。第５図は比較回路を
示すブロツク図。第６図は炎及び太陽光のスペク
トル分布を示す図。 ２……第１の受光素子、４……第２の受光素
子、１３……コンパレータ、１５，１６……積分
回路、１８……比較回路、２３……カウンター、
２７……タイマー、２９……制御フリツプフロツ
プ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炎に特有な波長域に対して感度を有する第１
   の受光素子と、 可視光の特定波長域に対して感度を有する第２
   の受光素子と、 前記第１の受光素子の出力を積分する第１の積
   分手段と、 前記第１の受光素子の出力と前記第２の受光素
   子の出力との位相を比較する手段と、 前記第１の受光素子の出力のうち前記第２の受
   光素子の出力と位相がずれた部分のみを積分する
   第２の積分手段と、 前記積分手段の積分値が所定値を越えたとき、
   前記第１の積分手段の積分値と前記第２の積分手
   段の積分値との割合に基づいて炎が存在するか否
   かを示す判定信号を出力する判定手段と、 前記判定手段が炎が存在しないと判定したとき
   に前記第１、第２の積分手段の積分値をリセツト
   するリセツト手段 とを備えたことを特徴とする炎検知器。 ２ 前記判定手段は、前記第２の積分手段の積分
   値と所定値を比較する比較手段を含み、該比較手
   段による比較の結果、第２の積分手段の積分値が
   所定値を越えたとき、炎が存在するか否かを示す
   判定信号を出力することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の炎検知器。