JPH05159176A

JPH05159176A - 火災検知方法

Info

Publication number: JPH05159176A
Application number: JP3349907A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Naya; 一成納屋
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd; Nikko Kyodo Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1991-12-10
Filing date: 1991-12-10
Publication date: 1993-06-25
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JP2673135B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、火源から放射される赤外線を検出
して火災を検知する火災検知方法に関するものであり、
特に多波長の赤外線を同時に検出して火災と非火災の区
別を明確化する火災検知方法を提供する。【構成】火源から放射される赤外線を複数の波長帯で
検出し、各波長帯間の赤外線強度の比と赤外線強度の絶
対値によって、火災か否かを判断する火災検知方法にお
いて、各波長帯間の赤外線強度の比によって求めた温度
Ｔと赤外線強度の絶対値によって求めた火源の面積ｓか
ら火源の放射エネルギー量Ｗを次の式Ｗ＝Ｔ⁴σ・ｓ（ただしσ＝5.673×10^-12(Ｗ／cm²・de
g⁴)）から求めて、火源が火災であるか否かを判断する火災検
知方法。【効果】本発明の火災検知器を使用することによっ
て、従来の火災検知器の困難であった火災初期の状態か
ら検知し、しかも連続的に状態を監視することで従来の
火災検知器では判別の困難な非火災を効果的に判別し、
高感度で誤報の少ない火災の検知が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火源から放射される赤
外線を検出して火災を検知する火災検知方法に関するも
のであり、特に多波長の赤外線を同時に検出して火災と
非火災の区別を明確化する火災検知方法に適応する。本
発明は、電熱器、調理などの非火災源による誤報を無く
し、比較的小規模な火災（燻焼状態）から火災の危険度
に応じた警報を発報し、速やかに初期対応をとれるため
の火災検知方法を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の煙、熱などを感知する火災検知方
法では、煙や熱が大空間を有する建屋内では検知器のあ
る上部まで影響しないため検知が困難であり、赤外線を
用いた検知器を使用する必要がある。従来より、火炎か
ら放射される赤外線を検知する炎検知器は実用化されて
いる。また、これらの炎検知器では、炎から放射される
特有のスペクトル線（4.4μｍ帯；CO₂の共鳴放射帯）を
検出するものが主流であるが、炎以外の赤外線源による
誤動作を減らすいくつかの試みが提案されている。例え
ば、特開昭５０−２４９７号は、４．３μｍとその前後
の２波長における放射線量を検出し、４．３μｍと他の
２波長における放射線量が一定値以上になった場合に炎
として判断している。特開昭５７−９６４９２号は、２
つの凸部間に谷間が存在するか否かを判別して炎の発生
を感知することを提唱している。

【０００３】その他、特開昭６１−３２１９５号は、近
赤外線域の波長の放射線を検出する第１の放射線検出手
段と、写真赤外領域の波長の放射線を検出する第２の放
射線検出手段と、前記第１および第２放射線検出手段か
らの出力信号を受信し、これらの出力信号のレベル差と
同期性とにより出力信号の論理的組み合せを演算する演
算手段と、演算手段からの組み合わせ出力信号により火
災信号とノイズ信号とを判別する検出手段を具備する火
災感知装置を開示する。これは、発炎火災と可視光ノイ
ズが２．３μｍと０．９μｍの赤外線の相関関係に同期
性を有し、燻焼火災は同期性を示さず、又発炎火災と燻
焼火災は近赤外線強度が写真赤外線強度より大きく、可
視光ノイズは近赤外線強度が写真赤外線強度より小さい
ことを利用し、上記２種の放射線を比較して火災と可視
光ノイズの区別、および発炎火災と燻焼火災を区別する
ものである。

【０００４】しかしながら、電灯等赤外域の輻射強度に
比較して可視又は近赤外域の輻射強度が大きい場合は非
火災と判断する方式では、通常的な電灯による誤報を少
なくはしたが、火災以外の発熱体であっても可視又は近
赤外線を放射しないものあるいはそれが弱いものであれ
ば火災と判断し、誤報を発する。すなわち、電熱器等で
は誤報を発し、その適用に制約が大きい。また、４．３
μｍとその前後の２波長における放射線量を検出し、
４．３μｍと他の２波長における放射線量が一定値以上
になった場合に炎として判断する方法では、炎を検知す
ることはできてもその炎が火災に由来するものかあるい
は有益な熱源に由来するものかは検知できない。すなわ
ち、ガスレンジ、ガスストーブ等の炎で誤報を発する欠
点がある。さらに、２．３μｍと０．９μｍの２種の放
射線のレベル差と同期性とを比較して火災と可視光ノイ
ズの区別、および発炎火災と燻焼火災を区別するもので
は、火災の種類、燃え方によっては必ずしもここでいう
同期性がみられるとの補償はなく、信頼性を欠く。

【０００５】また本発明者らは、このような状況に対し
て特願平２−０６１９５１号で監視域から放射される赤
外線の２波長以上の波長帯を検知し、それぞれの波長帯
の赤外線強度の比に基づいて赤外線源の温度を算出し、
この温度から上記いずれかの波長帯の赤外線強度を求め
この赤外線放射強度およびその波長帯を検出する赤外線
検知器の出力とに基づいて発熱面積を以下のようにして
算出することにより火災の状況判定を行なう火災検知方
式を考案した。

【０００６】検知波長帯をλ1，λ2，…λn（n=２以上
の整数）とし、赤外線検知部ＤＴにおいて検出されたそ
れぞれの波長帯の検出出力をＶ1，Ｖ2，…Ｖnとする。
そしてこれらの検出出力は赤外線検知部ＤＴに入射した
各波長帯の赤外線強度を正確に反映しているものとす
る。ところで、プランクの放射則により、ある温度Ｔの
物体が波長λで半空間内に放射する赤外線の単位面積当
たりの放射強度は次式で表される。

【数１】なお、ここでＣ1，Ｃ2は、Ｃ1＝2πhc²，Ｃ2＝hc／kで
決まる定数である。ただし、hはプランク定数、cは光速
度、kはボルツマン定数である。上記の（１）式に２つ
の検出波長帯λ1，λ2とその波長帯での放射赤外線強度
Ｐ1，Ｐ2を代入し、温度Ｔを求める近似式を導くと、

【数２】ここで、赤外線源Ｆから赤外線検知部ＤＴまでの間の吸
収がλ1，λ2ともに無いとすれば上記（２）式のＰ1，
Ｐ2はＶ1，Ｖ2に置き換えることができる。すなわち、

【数３】となる。（３）式より、異なった２波長の赤外線を各々
検出することによって赤外線源の温度が求められる。

【０００７】次に、上式（３）によって求めた温度Ｔか
らλ1或はλ2における単位面積当たりの黒体輻射強度
（これをＰ1’或はＰ2’とする）がプランクの輻射則す
なわち（１）式より求まる。一方、赤外線検知部ＤＴに
入射する赤外線の強度は赤外線源Ｆとの距離Ｌによっ
て、1／2πＬ²になる。したがって、上記求めた温度Ｔ
のある面積を持った（単位面積のｓ倍）赤外線源から赤
外線検知部ＤＴに入射すべき赤外線強度Ｐ1”或はｐ2”
は、Ｐ1’或はＰ2’に2πＬ²とｓを乗じた値となる。赤
外線検知部の出力が入射赤外線強度を正確に反映してい
ると仮定しているので、Ｖ1或はＶ2からＰ1或はＰ2がわ
かる。従って、距離Ｌを既知とすれば実際に検出された
入射赤外線強度Ｐ1或はＰ2と計算によって求めた入射赤
外線強度Ｐ1”或はＰ2”との比は赤外線源Ｆの面積ｓを
表していることになる。

【０００８】さらに、CO₂の共鳴放射帯域を検出する赤
外線検知器を設け、ここで求めた赤外線源の温度および
発熱面積から式（１）によってCO₂の共鳴放射帯域にお
ける黒体放射の赤外線強度Ｐco2’を算出し、上記Ｐ1な
どと同様に赤外線検知部に入射すべき赤外線強度Ｐco
2”を求め、これと実際に観測されたＰco2との比を算出
する。ここで、Ｐco2”》Ｐco2であれば赤外線源は炎を
伴うものである。このようにして火災の状況を把握する
ことが可能となる。

【０００９】しかしながら実際の火災に対しては状況の
把握とそれに基づいた適切な警報の発報が必要であり、
ここで把握された火災状況をいかに判断するかが重要に
なってくる。上記火災検知方法では、火源の温度、面積
から状況を把握するものである。しかしながら温度が一
定値以上の熱源を警戒しかつ面積が一定値以上の熱源を
火災と判定するこの方法では、温度が低いが大面積の発
熱であるが故に火災の危険がある場合、例えば暖房器具
の過熱などのような場合には火災の危険性を把握するこ
とができない。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らはこのような
状況に対して火災の規模と周囲に与える熱量に着目し、
これによって正確な火災検知と警報の発報を行なう火災
検知方法を考案した。すなわち (1) 火源から放射される赤外線を複数の波長帯で検出
し、各波長帯間の赤外線強度の比と赤外線強度の絶対値
によって、火災か否かを判断する火災検知方法におい
て、各波長帯間の赤外線強度の比によって求めた温度Ｔ
と赤外線強度の絶対値によって求めた火源の面積ｓから
火源の放射エネルギー量Ｗを次の式Ｗ＝Ｔ⁴σ・ｓ（ただしσ＝5.673×10^-12(Ｗ／cm²・de
g⁴)）から求めて、火源が火災であるか否かを判断することを
特徴とする火災検知方法。 (2) 火源の放射エネルギー量があらかじめ決められた
複数の段階に応じた量であるときに、その段階に応じた
火災の危険性を発報する上記(1)に記載の火災検知方
法。 (3) 火源の放射エネルギー量があらかじめ決められた
値を越え、かつ放射エネルギー量の増加率もしくは火源
の面積の増加率があらかじめ決められた１または複数の
値以上の段階に達した場合にその段階に応じた火災の危
険性を発報する火災検知方法。である。

【００１１】以下にその具体的な方法について述べる。
図１は、本発明が適用される火災検知器の概念図であ
る。赤外線源Ｆから放射される赤外線は、赤外線検知部
ＤＴに入射する。赤外線検知部ＤＴにおいて、入射した
赤外線はCO₂の共鳴放射帯とそのほかに２以上の検知波
長帯に分離されて検出される。赤外線検知部ＤＴにおい
て検出された赤外線強度は、信号処理部ＳＰで処理さ
れ、赤外線源の温度、発熱面積、放射エネルギー量、炎
の有無、およびこれらの変化率が計算される。この計算
結果は判断部Ｊで判定されて警報を発する。

【００１２】信号処理部ＳＰにおける処理の内容を具体
的に説明する。前記赤外線検知部ＤＴにおいて分離され
た波長帯のうちCO₂の共鳴放射帯をλcとし、そのほかの
検知波長帯をλ1，λ2，…λn（n=２以上の整数）とす
る。また、赤外線検知部ＤＴにおいて検出されたそれぞ
れの波長帯の検出出力のうちCO₂の共鳴放射帯の検出出
力をＶcとし、そのほかの波長帯の検出出力をＶ1，Ｖ
2，…Ｖnとする。そしてこれらの検出出力は赤外線検知
部Ｄに入射した各波長帯の赤外線強度を正確に反映して
いるものとする。ところで、プランクの放射則により、
ある温度Ｔの物体が波長λで半空間内に放射する赤外線
の単位面積当たりの放射強度は次式で表される。

【数４】なお、ここでＣ1，Ｃ2は、Ｃ1＝2πhc²，Ｃ2＝hc／kで
決まる定数である。ただし、hはプランク定数、cは光速
度、kはボルツマン定数である。上記の（４）式に２つ
の検出波長帯λ1，λ2とその波長帯での放射赤外線強度
Ｐ1，Ｐ2を代入し、温度Ｔを求める近似式を導くと、

【数５】ここで、赤外線源Ｆから赤外線検知部ＤＴまでの間の吸
収がλ1，λ2ともに無いとすれば上記（５）式のＰ1，
Ｐ2はＶ1，Ｖ2に置き換えることができる。すなわち、

【数６】となる。式（６）より、異なった２波長の赤外線を各々
検出することによって赤外線源の温度が求められる。温
度を求める波長帯は、ただ一つの組み合せでも可能であ
るが、望むべくは２つ以上の波長帯の組み合せを用いて
赤外線源の温度によって切り替られることが望ましい。
例えば、100℃程度の温度から検知する場合には10μm前
後の波長帯を用い、1000℃以上の温度を検知する場合に
は3μm前後の波長帯を用いるなどとするとより正確な温
度の検知ができ、ごく初期の段階から火災の正確な状況
把握が可能となる。

【００１３】次に、上式（６）によって求めた温度Ｔか
らλ1或はλ2における単位面積当たりの黒体輻射強度
（これをＰ1’或はＰ2’とする）がプランクの輻射則す
なわち式（４）より求まる。一方赤外線検知部ＤＴに入
射する赤外線の強度は赤外線源Ｆとの距離Ｌによって、
1／2πＬ²になる。したがって、上記求めた温度Ｔのあ
る面積を持った（単位面積のｓ倍）赤外線源から赤外線
検知部ＤＴに入射すべき赤外線強度Ｐ1”或はＰ2”は、
Ｐ1’或はＰ2’に2πＬ²とｓを乗じた値となる。すなわち、Ｐ1”＝Ｐ1’×2πＬ²×ｓ（７）Ｐ2”＝Ｐ2’×2πＬ²×ｓ（８）となる。赤外線検知部の出力が入射赤外線強度を正確に
反映していると仮定しているので、Ｖ1或はＶ2から上記
式（６）、（５）を用いてＰ1或はＰ2がわかる。従っ
て、距離Ｌを既知とすれば実際に検出された入射赤外線
強度Ｐ1或はＰ2と計算によって求めた入射赤外線強度Ｐ
1”或はＰ2”との比は式（７）、（８）から判るように
赤外線源Ｆの面積ｓを表していることになる。

【００１４】さらに、ここで求めた赤外線源の温度およ
び発熱面積から式（４）によってCO₂の共鳴放射帯域に
おける黒体放射の赤外線強度Ｐco2’を算出し、上記Ｐ
1”などと同様に赤外線検知部に入射すべき赤外線強度
Ｐco2”を求め、これと実際に観測されたＰco2との比を
算出する。ここで、Ｐco2>>Ｐco2”であれば赤外線源は
炎を伴うものである。

【００１５】前記した手段によって赤外線源の温度およ
び面積が求められる。ところで、赤外線源の温度が高い
場合でもその大きさ、すなわち面積が小さければ火災で
はなく、また逆に温度が低く面積の大きい場合は火災の
可能性が高い。このようにあらゆる状態の熱源を考える
上で重要となるのは、その熱源が周囲に与える熱量であ
る。すなわち、周囲に与える熱量が大きければ延焼の危
険性が増大し、拡大速度も大きくなる。火源が周囲に与
える熱量はすなわち火源の放射エネルギー量によって定
まる。従って、放射エネルギー量を火源の規模と考える
ことができる。ある温度Ｔ、面積ｓの熱源の放射エネル
ギーＷはステファン―ボルツマンの法則から、Ｗ＝Ｔ⁴σ・ｓ（９）と表される。ここでσはステファン―ボルツマンの定数
で、σ＝5.673×10^-12（Ｗ／cm²・deg⁴）である。従っ
て、赤外線源の温度、面積から火源の規模が求まる。

【００１６】図１に示す判断部Ｊでは、信号処理部ＳＰ
にて前記した手段によって求めた放射エネルギー量がそ
の対象とする空間における危険状態の発熱量を越えた場
合に警報を発する。一般的な火災については、火源の発
熱量が5kW〜20kWで危険な状態、すなわちその空間に居
合せた人間が危険と感じる状態になるとされている。も
ちろんこの値は、対象とする空間の大きさ、用途などに
よって変えられる性格のものである。また、前記危険状
態の発熱量より小さい値に１つ以上の小区分を設け、放
射エネルギー量がそれぞれの区分を越える毎に危険性を
段階的に区分して警報を発することで、火災の初期状態
から、警戒の警報を発報することができ、より確度の高
い火災の検知が可能となる。図２には初期火災の燻焼か
ら発炎火災に到るまでの放射エネルギー量の変化と警報
の段階的区分の一例として、警報を６段階とした例を示
す。図２に示すように火災のごく初期の段階で発熱体の
存在による警戒警報が出されるため、初期火災の発見を
容易にすることができ、さらにその危険度による警報が
発報されるため初期対応が容易となる。ここで、段階的
区分は６段階に限らず、通常２〜９段階程度である。

【００１７】さらに、放射エネルギー量の増加に着目す
ることで火災の状態変化をより正確に把握することがで
きる。すなわち、放射エネルギー量が大きくかつ放射エ
ネルギー量が増加傾向にある場合には火災の可能性が非
常に高い。また、放射エネルギー量が大きくともその時
間的な変化がない場合には火災ではなく、暖房などの有
用炎である場合が多い。従って、例えば図２に示すごと
く６段階の段階的区分で警報を発令することに加えて放
射エネルギー量の増加率によって警報の発令を行なうこ
とでさらに早い段階から確実な火災の検知が可能にな
る。

【００１８】放射エネルギーの増加率は、算出した放射
エネルギー量の一定時間の変化率から求める。この方法
として、放射エネルギーの算出値を時系列的に一定時間
記憶し、その時系列値に移動平均などの高域遮断フィル
タ処理を施した後に一定時間はなれた２つの放射エネル
ギー値を比較する方法や、一定時間記憶された時系列値
をもとに、これらの値から最小２乗法によって変化の傾
向を求める方法などを用いる。増加率を算出する際の記
憶時間は、10秒以上であることが望ましいが、警報の遅
れを避けるために3分以下であることが望ましい。

【００１９】火災判断の基準は、放射エネルギー量の増
加率があらかじめ決められた一定値を越えた場合、あら
かじめ決めた１つ以上の段階的区分に分ける場合、放射
エネルギーの増加率がその発熱源の放射エネルギー量の
一定割合以上の増加を示す場合、そしてその増加率がそ
の発熱源の放射エネルギーのあらかじめ決めた１つ以上
の段階的区分の割合に分ける場合などがある。これら
は、その空間の用途などによって決まる要求に応じて適
宜選択される。通常、この区分は１〜５程度が適当であ
る。警報は放射エネルギー量の増化率が上記基準を越え
た場合または上記区分の中に該当する場合に発熱源を火
災と判定する場合と、増加率の各段階に応じて例えば前
述の放射エネルギー量で決まる６段階の区分の警報を上
位の警報に移行させる場合があり、これも対象とする空
間の仕様によって適宜選択される。

【００２０】さらに、図３に示した例のように放射エネ
ルギー量とその増加率の値によって火災可能性指数を定
義する。火災の可能性指数があらかじめ決めた１つ以上
の段階的区分を越えた場合にその場合に応じた警報を発
報することでより正確な火災検知が可能となる。この段
階的区分は通常２〜９段階程度が望ましい。

【００２１】上記温度、面積放射エネルギーおよび放射
エネルギーの増加率のほかに、さらに信号処理部ＳＰで
算出したＰco2”とＰco2の比から、Ｐco2>>Ｐco2”であ
る場合には赤外線源は炎を伴うものである旨の警報を発
することよって火災検知の正確度がさらに向上する。

【００２２】さまざまな場合の温度、発熱面積、放射エ
ネルギー量の変化を摸式的に表すと、図４、図５、図６
の様になる。ここで、図４は揚げ物等の調理の場合であ
る。調理を行なっている最中に油が過熱して着火した場
合である。また、図５はパネルヒーター等の暖房の場合
である。使用中に機器の故障から過熱した場合である。
図６は、電気器具等を可燃物で覆った状態で燻焼から火
災に到る場合である。

【００２３】調理の場合では調理開始から数分で温度は
定常状態に到るが、発熱面積は調理器具によって決ま
り、調理開始時から略一定である。さらに点ａ1から、
例えば油料理等の油が過熱し、点ｆ1で燃え上がった場
合を想定している。点ａ1からの温度の上昇は緩やかで
あるが点ｆ1では温度の急激な上昇があり、また発熱面
積も炎の大きさの分だけ増大する。このような場合、放
射エネルギー量は調理開始から温度の上昇に伴って増加
し、数分で定常状態に到る。さらに油の過熱によって点
ａ1から放射エネルギーが増加し、点ｆ1で急激な増加が
起こる。従来のように一定温度以上である面積以上の発
熱体を火災と判断する火災検知方法の場合、図４のに
示す警報となる。すなわち、油が過熱して着火に到った
後に温度が警報基準値Taを超え、ほぼ同時に発熱面積が
警報基準値Saを超えて火災の警報が出されている。これ
に対して、本発明による放射エネルギー量を６段階に区
分して段階的に警報を発報する方式では図４のに示す
警報となる。すなわち、調理開始後まもなく放射エネル
ギー量が第１の警報基準E1を超え発熱体の存在を報じ
る。さらに第２の警報基準E2を超えたところで高温物体
の存在を報じるが、調理の場合はその後定常状態にな
る。調理を行なっている間はこの状態が連続している
が、このような場合にはその場に出向いて確認すること
も可能である。さらに点ａ1を過ぎ、過熱状態になると
放射エネルギー量は第３の警報基準E3を超え、高温危険
の警報となる。さらに過熱が続き、点ｆ1を超えて着火
に到った瞬間に放射エネルギーは警報基準E4,E5を超え
火災の警報が出される。

【００２４】暖房の場合は、パネルヒーターの様な比較
的低温で大面積のものが安全性の面から多く用いられて
いる。この場合は図５に示すごとく暖房開始から緩やか
に50℃前後の温度まで上昇し以後は一定に保たれる。ま
た、発熱面積は暖房開始時からほぼ一定である。点ａ2
から暖房器の温度調節が故障し、温度が上昇した場合を
示している。暖房の場合の放射エネルギー量は、暖房開
始時から温度の上昇に伴って増加する。暖房の場合、温
度は比較的低温であるが面積が大きいために放射エネル
ギー量は大きい。点ａ2から器具の過熱に伴って放射エ
ネルギー量が増大している。この場合の警報は図５に示
すようになる。ここで、は従来のように一定温度以上
である面積以上の発熱体を火災と判断する火災検知方法
の場合であるがこの場合は温度の上昇が緩やかであるた
めに温度の警報基準Taを超えず、警報は全く出されな
い。これに対して放射エネルギー量では、発熱温度が低
くても発熱面積が大きいために大きな値を示しているこ
とが明かである。この場合の警報は、に示すごとく暖
房開始まもなく発熱体の存在を示し、その後高温物体の
存在を示す。点ａ2以降の温度上昇においても温度の上
昇は緩やかであっても放射エネルギーの増加は大きく、
過熱状態に移行してまもなく高温危険の警報となり、さ
らに放射エネルギー量がE4を超えて火災の可能性を示す
段階にまで到っている。この段階で確認することで火災
の発生を未然に防止することが可能である。

【００２５】電気器具等に可燃物が被さった状態で燻焼
状態から火災に到る場合には、温度の上昇とともに発熱
面積も拡大する。図６において点ｆ3は、燻焼状態から
着火した時点を示している。点ｆ3から温度が急上昇し
発熱面積も急激に拡大する。放射エネルギー量は、時間
の経過とともに加速度的に増加し、点ｆ3以降は急激に
増大する。この場合、温度は着火に到る以前に警報基準
値Taを超えるが発熱面積は着火後に警報基準値Saを超え
る。従って、従来の温度と面積から火災の判定を行なう
場合には図６のごとく着火後に火災の警報を発してい
る。これに対して放射エネルギー量で火災の判断を行な
った場合には時間の経過とともに放射エネルギー量が急
激に増加し、発熱体の存在、高温物体の存在、高温危
険、と順次警報が発せられ、着火以前に警報基準値E4を
超えて火災の可能性を示す警報を発する。そして着火と
ほぼ同時に火災の警報を発する。したがって火災の可能
性を報じられた時点で適切な対処をとることができる。

【００２６】さらに、放射エネルギー量の増加率を火災
の判定に含めた場合は次のようになる。図７、図８、図
９は、前記のさまざまな場合における放射エネルギー量
の増加率および増加率を含めた火災判定による警報を表
している。この例では、放射エネルギー増加率の判定区
分としてD1、D2の値を設定している。放射エネルギーの
増加率がD1以上になった場合には発熱体が拡大中である
とし、D2以上になった場合には急激に拡大中である。こ
こに示した例では、放射エネルギー量による判定と放射
エネルギーの増加率による判定を組み合せて最終的な警
報が発報される。

【００２７】放射エネルギーの増加がD1未満の場合、放
射エネルギー量がE3未満すなわち高温物体の存在までの
場合には最終的な警報を発報せず、放射エネルギー量が
E3以上すなわち高温危険かそれ以上の判定のときのみ放
射エネルギー量による判定を最終的な警報として発報す
る。放射エネルギーの増加率がD1以上になった場合に
は、その時の放射エネルギー量がE3未満の場合すなわち
高温物体の存在までの場合には放射エネルギー量による
判定を最終的な警報として発報し、放射エネルギー量が
E3以上すなわち高温危険かそれ以上の判定のときには放
射エネルギー量による判定をさらに一段階進めた警報を
発報する。すなわち放射エネルギー量による判定が高温
危険の場合には火災の可能性有りとして発報し、放射エ
ネルギー量による判定が火災の可能性または火災の場合
には火災の警報を発報する。

【００２８】放射エネルギーの増加率がD2以上になった
場合には、その時の放射エネルギー量がE1未満の場合に
は警報を発報せず、放射エネルギー量がE1以上E3未満に
なった場合には放射エネルギー量による判定を一段階進
めた警報を発報する。すなわち放射エネルギー量による
判定が発熱体の存在を示す場合には高温物体の存在とし
て発報し、放射エネルギー量による判定が高温物体の存
在の場合には高温危険として発報する。さらに放射エネ
ルギー量がE3以上の場合には、放射エネルギー量による
判定を二段階進めて最終的な警報を発報する。すなわち
この場合には火災の警報を発報する。

【００２９】調理の場合の放射エネルギーの増加率は、
図７に示す通り調理開始時に大きく定常状態になるにし
たがって小さくなる。さらに過熱状態で再び増加率が上
がり、着火した時点で非常に大きい放射エネルギーの増
加が有ることを示している。この場合に前記の手順にし
たがった警報が図７のである。ここで、は放射エネ
ルギー量による判定結果で、図４のと等価である。調
理開始時は放射エネルギーの増加率が高いことから、発
熱体の存在、高温物体の存在を示す警報が出される。し
かし、定常状態では何も警報を発報していない。過熱が
始まってまもなく放射エネルギー量による判定が高温危
険の状態になるため、ここで高温危険の警報が発報され
る。その後放射エネルギーの増加率も上昇し、D1を超え
たところで火災の可能性の警報となる。さらに着火した
時点で火災の警報を発報する。

【００３０】暖房の場合も放射エネルギーの増加率は、
図８に示す通り開始時に大きく定常状態になるにしたが
って小さくなる。さらに過熱状態で再び増加率が上昇す
る。この場合の警報が図８のである。ここで、は放
射エネルギー量による判定結果で、図６のと等価であ
る。暖房の開始時も放射エネルギーの増加率が高く、発
熱体の存在を示す警報が出される。しかし、その後の定
常状態では何も警報を発報していない。過熱が始まって
まもなく放射エネルギー量による判定が高温危険の状態
になるため、ここで高温危険の警報が発報される。その
後放射エネルギーの増加率も上昇し、D1を超えたところ
で火災の可能性の警報となる。さらに放射エネルギー量
の判定が火災の可能性を示したところで火災の警報を発
報する。

【００３１】電気器具等に可燃物が被さっている状態で
燻焼から着火に到る場合は、図９に示すごとく時間の経
過とともに放射エネルギーの増加率も上昇する。ここ
で、は放射エネルギー量による判定結果で、図６の
と等価である。放射エネルギーの増加率がD1以上になっ
た時点で、放射エネルギー量による判定は高温物体の存
在を示しているため最終的な警報は高温危険が出され
る。その後放射エネルギー量による判定が高温危険とな
ったところで火災の可能性の警報が出され、放射エネル
ギーの増加率がD2以上になったところで火災の警報とな
る。以上議論したように放射エネルギーの増加率を火災
の判定に含めることにより、定常状態の有用な発熱体に
対して発報せず、さらに着火等に到る前に発報すること
のできる火災検知器が実現する。

【００３２】また、図３に示すように火災の可能性指数
を放射エネルギー量と放射エネルギーの増加率との関数
として定義し、この値から最終的な警報を発報するとさ
らに正確な火災検知が可能になる。

【００３３】以上の議論は、赤外線検知部の出力が各波
長帯とも正確に入射赤外線強度を反映していると仮定し
ていたが、実際には波長帯を分離するためのフィルタ
ー、赤外線検出器などによって各波長帯の間で赤外線検
出感度すなわち入射赤外線強度に対する赤外線検出部の
出力が各波長帯間で異なる場合が生じる可能性がある
が、このような場合にはその補正値を信号処理部におい
てそれぞれの波長帯の出力値に乗ずれば良い。また、大
気による赤外線の吸収が無いものとして取り扱っている
が、大気の吸収が無い波長帯を検知波長帯に選べば良い
が、このような波長帯を選択できない場合には、距離に
応じた大気吸収の補正値を乗ずれば良い。しかしなが
ら、大気によって吸収される波長帯は大気の状態（湿
度，CO₂，含有する微量ガス等）によって影響されるた
め誤差が大きくなり適当ではない。

【００３４】

【実施例】本実施例においては、検出している赤外線の
波長帯は、中心波長3μm半値幅0.4μm，中心波長4.
4μm半値幅0.4μm，中心波長5.5μm半値幅0.8μm，
中心波長8.5μm半値幅1.0μmである。図１０は前記の検
知波長帯を持った火災検知器の一つの構成例である。こ
の実施例では、火源または類似の発熱源から放射された
赤外線をチョッパーによって周期的に分断し、４個の焦
電型赤外線センサーで各々異なった４波長帯を検出す
る。これらのセンサーには、あらかじめ定まった波長帯
を透過するバンドパスフィルターが内蔵されている。ま
た、ただ４個以下の焦電型赤外線センサーであっても、
切替手段を用いて４種の波長帯を検知する方式としても
よい。各々のセンサーで検出した信号は、増幅回路で増
幅した後にＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換さ
れる。マイクロプロセッサはこのデジタル信号に対して
チョッパーの分断周期による同期検波およびろ波を行な
い、チョッパーによって分断されていた信号を連続的な
信号系列に戻している。さらに、ここで得られた信号系
列を通信用の信号系列に変換し、ホストコンピュータに
デジタル伝送を行なっている。ホストコンピュータに
は、図１における信号処理部ＳＰおよび判断部Ｊが含ま
れる。

【００３５】燻焼状態から火災に到る過程では、低温の
発熱体が次第に高温になりながら拡大していく。従っ
て、低温から高温までの幅広い温度範囲で発熱源の温度
を監視できることが必要となる。上記波長帯のうち、低
温の発熱を監視するのはおよびである。この２波長
の組合せによって、100℃〜400℃までの発熱源の温度、
発熱面積を監視する。また、高温の発熱を監視するのは
およびの波長帯であり、この組合せによって300℃
以上の発熱源の温度、発熱面積を監視する。また、炎の
有無を監視する波長帯がである。

【００３６】本実施例において、発熱源からの赤外線は
チョッパーＣによって分断された後に赤外線センサーＳ
１〜Ｓ２へ入射する各赤外線センサーの検知波長帯はＳ
１がであり、以下それぞれのセンサーの番号と検知波
長帯の番号は一致する。赤外線センサーの出力信号は、
増幅器Ａでそれぞれのセンサーの系統別に増幅されてＡ
／Ｄ変換器ＡＤに入力される。Ａ／Ｄ変換器はマルチプ
レクサを内蔵し、各センサー系統の信号を切替ながらデ
ジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器は各センサーの系
統別に１つづつ装備してもよいのは当然である。デジタ
ル信号に変換された各センサーの信号は、マイクロコン
ピュータＭＣによって同期検波されてチョッパーの断続
周期と等しい周波数の信号、すなわちチョッパーによっ
て断続された赤外線に対応する信号のみが選択的にとり
出される。また、マイクロコンピュータＭＣは上記のよ
うにして取り出した信号を通信用デジタル符号列に変換
してホストコンピュータへ出力する。もちろんＡ／Ｄ変
換器を通さずにアナログ信号のままでホストコンピュー
タへ送信し、ホストコンピュータでＡ／Ｄ変換して上記
の処理を行なってもよいが適当ではない。また同期検波
をアナログ信号のままで行なってもよいが、火災検知器
として必要とされるダイナミックレンジをとることは困
難である。

【００３７】ホストコンピュータでは各波長帯の検出信
号から発熱源の温度、面積、放射エネルギー量およびそ
の増加率を算出する。各波長帯の検出信号は、そのまま
ではそれぞれの波長帯間の強度比を反映しているわけで
はない。すなわちセンサーＳ１〜Ｓ４に装備された赤外
バンドパスフィルターの透過率、各センサー間の感度の
ばらつき、各増幅器間の増幅率のばらつきなどによっ
て、それぞれのセンサーの系統での感度が異なるためで
ある。ホストコンピュータでは、これらのばらつきを補
正する補正値を記憶している。従ってホストコンピュー
タでは正確に計算が行なわれる。

【００３８】ホストコンピュータの処理手順の一例を図
１１のフローチャートに示す。検知部分からデジタル信
号で送られてきた検出信号はまず雑音低減のためろ波処
理をされる。ろ波処理は移動平均等のデジタルフィルタ
によって行なわれる。次にとの波長帯ととの波
長帯の組み合せによる温度の計算を行なう。算出された
温度が約300℃〜400℃を越えている場合にはとの波
長帯の組み合わせによって算出された温度の方が正確で
あるのでこれを採用して発熱面積の算出をの波長帯で
行なう。他方、温度が低い場合にはとの波長帯の組
み合せの方が正確であるので、これを採用してまたは
の波長帯で発熱面積の算出を行なう。発熱面積の算出
の次の手順は、の波長帯を用いて発熱物体が炎を伴う
ものであるかの計算を行なう。ここで得られる値は、発
熱物体が黒体であった場合のの波長帯が検出するべき
赤外線強度と実際に検出した赤外線強度の比（以後CO₂
比）である。さらに温度と発熱面積から放射エネルギー
量を求める。

【００３９】以上のようにして求めた温度、発熱面積、
CO₂比、放射エネルギー量はホストコンピュータの記憶
エリアに1〜10分の時間範囲で時系列的に記憶される。
また、ホストコンピュータのディスプレイ画面に時系列
のグラフ表示され、警備員が状態を視認できるようにな
っている。また、必要に応じてプリントアウトされる。
ここで記憶された放射エネルギー量の時系列データから
放射エネルギー量の増加率を算出する。本実施例では最
小２乗法によって求まる係数から放射エネルギー量の増
加率を導いている。また、必要に応じて温度、発熱面積
の増加率を求めることも可能である。

【００４０】火災の判定は、放射エネルギー量の絶対量
で表１に示すように６段階の区分になっている。さらに
CO₂比が２以上の場合には炎の存在がある旨の警報を出
すようにされている。また、1秒間に放射エネルギー量
が約2W増加する場合には拡大中と判断し、さらに1秒間
の放射エネルギー量の増加が約20Wに達した場合には急
激に増加中と判定し警報を発する。

【００４１】警報はホストコンピュータのディスプレイ
画面に表示するとともに、音声合成で警備室および当該
建築物全館に放送される。さらにすべての記録がホスト
コンピュータの磁気ディスク装置または磁気テープ装置
等の外部記憶装置に記録される。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【作用】本発明の火災検知器を使用することによって、
従来の火災検知器では検知の困難であった火災初期の状
態から検知し、しかも連続的に状態を監視することで従
来の火災検知器では判別の困難な非火災を効果的に判別
し、高感度で誤報の少ない火災の検知が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の火災検知方法の概念図。

【図２】燻焼火災から発炎火災へ移行する場合の放射
エネルギー量の変化と火災の判定区分の一例を示す図。

【図３】放射エネルギー量と放射エネルギの増加率とか
ら火災の可能性を定義する概念図。

【図４】調理の場合の温度、面積、放射エネルギー量
の変化を示す図、及び対応する火災の警報の例を示す
図。

【図５】暖房の場合の温度、面積、放射エネルギー量
の変化を示す図、及び対応する火災の警報の例を示す
図。

【図６】可燃物が電気器具等に被さった状態で燻焼か
ら着火に到った場合の温度、面積、放射エネルギー量の
変化を示す図、及び対応する火災の警報の例を示す図。

【図７】調理の場合の放射エネルギーの増加率と警報
の状態を表す図。

【図８】暖房の場合の放射エネルギーの増加率と警報
の状態を表す図。

【図９】可燃物が電気器具等に被さった状態で燻焼か
ら着火に到った場合の放射エネルギーの増加率と、警報
の状態を表す図。

【図１０】本発明の実施例で用いた検知の構成を示す
図。

【図１１】本発明の一実施例におけるホストコンピュ
ータの動作概念図。

【符号の説明】

Ｆ赤外線源ＤＴ赤外線検知部ＳＰ信号処理部Ｊ判断部Ｓ１〜Ｓ４赤外線センサーＡ増幅器ＡＤＡ／Ｄ変換器ＭＰマイクロコンピュータ温度、発熱面積から判定した火災警報放射エネルギー量から判定した火災警報放射エネルギーの増加率をに組み合せて判定した
火災警報

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】火源から放射される赤外線を複数の波長
帯で検出し、各波長帯間の赤外線強度の比と赤外線強度
の絶対値によって、火災か否かを判断する火災検知方法
において、各波長帯間の赤外線強度の比によって求めた
温度Ｔと赤外線強度の絶対値によって求めた火源の面積
ｓから火源の放射エネルギー量Ｗを次の式Ｗ＝Ｔ⁴σ・ｓ（ただしσ＝5.673×10^-12(Ｗ／cm²・de
g⁴)）から求めて、火源が火災であるか否かを判断することを
特徴とする火災検知方法。
【請求項２】火源の放射エネルギー量があらかじめ決
められた複数の段階に応じた量であるときに、その段階
に応じた火災の危険性を発報する請求項１に記載の火災
検知方法。
【請求項３】火源の放射エネルギー量があらかじめ決
められた値を越え、かつ放射エネルギー量の増加率もし
くは火源の面積の増加率があらかじめ決められた１また
は複数の値以上の段階に達した場合にその段階に応じた
火災の危険性を発報することを特徴とする火災検知方
法。