JPH0570092B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は火炎検知器に関する。

＜従来の技術＞ 以下の説明においてはトンネル内に設置される
火炎検知器を例示して説明する。しかし、本発明
はトンネル内に使用されるものに限定されない。

本発明と類似する従来の火炎検知器は見当たら
ないため、一般によく見られるCO₂共鳴放射現象
の原理を用いた火炎検知器について説明する。

一般に物体から放射されるスペクトルは下記す
るプランクの分光放射の式に従つている。

Ｗ＝C₁λ^-5〔exp（C₂／λT）−１〕^-1 但しC₁；3.74×10⁴ C₂；1.438×10⁴ λ；波長 Ｔ；絶対温度 この曲線は第２図のＢおよびＣに示されてい
る。同図Ｂは物体の温度が400℃の場合であつて、
4.3μｍ付近にピークを有しており、Ｃは1000℃の
場合であつて、2.0μｍ付近にピークを有してい
る。

しかしながら、火炎の場合には、上記Ｂ，Ｃの
ような単純な曲線とはならずに、Ａのように、２
箇所にピークを有する曲線となる。

すなわち、Ａは物体が燃焼した場合の火炎のス
ペクトルであつて、2μｍ付近にピークのある灰
色放射部分と、4.3μｍ付近にピークのあるCO₂共
鳴放射部分に分かれる赤外線スペクトルを示して
いる。

従来の火炎検知器のひとつとして、CO₂共鳴放
射スペクトルである4.3μｍ付近のピークとCO₂共
鳴放射のない3.5μｍ付近の出力差を判断して火炎
の有無を検出する火炎検知器（従来例その１）が
ある。

ところが、火炎を伴わない高温物体、例えばガ
スストーブ等の温度が約400℃前後であるからウ
イーンの変位法則により、ピーク波長が4.3μｍ付
近に位置し、第２図Ｂ線のようなスペクトルを示
す場合があり、誤認するおそれがある。

また前記火炎検知器の誤認等を排除するため
に、火炎が有する呼吸作用（いわゆるチラツキ現
象）によつて放射強度が周期的に変動しているこ
とを利用している火炎検知器（従来例その２）が
ある。この火炎検知器の原理は、前記呼吸作用の
周波数は１Hz〜５Hz程度が最も多いので、この周
波数を検出するとともに、前記出力比の検出の両
方で火炎の有無を判別しようとするものである。

ところがトンネル内においては、例えばパトロ
ールカー等の回転灯などのため、赤、青、黄色等
が点滅することがあり、しかもその点滅の周波数
は数Hz〜十数Hzであるため、これらの誤動作を引
き起こす要素が複合された形となり、誤つた判断
をおこす可能性がある。

またトンネル内においては、自動車のヘツドラ
イトや排気ガスから出る有機化合物等の燃焼ガス
およびトンネル内に配備された蛍光灯その他の自
然光による外乱光の影響が著しいため、これら全
てのノイズ要素が複合されているため、火災発生
していないのにかかわらず、誤つた判断や失報を
生じる危険性を帯びている。

従つて、前記した単なる4.3μｍ帯の放射線量と
3.5μｍ帯の放射線量の差をとつて検出する手段
と、火炎のチラツキ現象から求める手段の両方共
動作を防止する上では十分であるとは言えない。

また最近では、このような誤動作を防止するた
め、3.5μｍ、4.3μｍ、5.1μｍという波長における
放射線量を検出し、4.3μｍと他の２波長における
赤外放射線量の差がある一定値以上になつた場合
に、火炎があるものとして感知するようにした手
段（特開昭50−2497号公報）および火炎特有の波
長4.3と火炎を発生させる発熱体の灰色放射波長
2.5μｍのピーク間に両波長の谷間が存在すること
に着目した手段（特開昭57−69492号公報）など
が提案されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、上記両公報（特開昭50−2497号
公報および特開昭57−69492号公報）に使用され
ているPZT系セラミツクス焦電型赤外線検出器
等では、焦電素子を有している関係上、周囲温度
の変化により赤外線を誤つて検出してしまう場合
がある。

例えば自動車が渋滞しているときなどには、周
囲温度は普段よりも10℃ぐらい上昇することがあ
り、また気象の急激な変化により周囲温度が激変
することもある。そしてこの種の火炎検知器は例
えば10℃／minの温度変化でも電源電圧にラツチ
する程度の変動検知回路が設けてあり、この回路
の動作により、検知器の動作が停止してしまうと
いう問題点かある。

また別の種類の焦電材料は電圧性を有するの
で、素子の熱膨張や外部からの振動で生じる圧電
気が誤信号として生じる可能性もある。

一方、焦電素子等の検出器そのものの指向性
（視野角）は全角100度程度ぐらいしかないため、
広い角度全体にわたつての検出が困難であつた。
さらに、角度により検出距離が異なつていたた
め、死角部分が生じ、その角度で火災が発生して
も感知できないという危険性を持つている。従つ
て、安全面においても充分であるとは言えない。
本発明は上記事情に鑑みて創案されたもので、上
記した各種の問題点を排除した新規有用なる火災
検知器を提供することを目的としている。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明に係る火災検知器は、CO₂共鳴放射を検
出するCO₂共鳴放射検出系と、赤外線を検出する
赤外線検出系と、紫外線を検出する紫外線検出系
と、これらの検出系からの出力を受けて火炎の有
無を判断する火炎有無判断回路とを備えており、
前記火炎有無判断回路は、CO₂共鳴放射検出系の
出力と、赤外線検出系の出力との差を求め、当該
差を波長差で割つたスペクトルの傾きが予め設定
された準備値より大きく、かつ前記紫外線検出系
の出力が予め設定された基準値以上である場合に
のみ火炎検出信号を出力するように構成してあ
る。

＜作用＞ 本発明は上記した従来の各種問題点を排除する
ために、火炎を伴う物体から放射される特有な波
長である4.3μｍ（CO₂共鳴放射波長）付近のスペ
クトルの立ち下り部分の傾きが非常にシヤープで
あることと、火炎から放射される帯域は遠赤外線
帯域だけでなく、僅かではあるが紫外線帯域も存
在していることに着目し、この紫外線検帯域にあ
るスペクトルを検出し、前記両波長帯域のスペク
トルの存在を確認することにより、火炎を伴う物
体の存在を判別する。

＜実施例＞ 以下、図面を参照して本考案に係る一実施例を
説明する。

第１図は本発明の一実施例としての火炎検知器
のブロツク図、第３図は火炎を伴う物体と伴わな
い物体を判別するための演算原理を説明するため
の図面、第４図は紫外線波長帯域での火炎スペク
トルを示す図面である。

本発明の火炎検知器はCO₂共鳴放射検出系１０
と、赤外線検出系２０と、紫外線検出系３０と、
前記紫外線検出系３０、赤外線検出系２０および
紫外線検出系３０からの出力を受けて火炎の有無
を判断する火炎有無判断回路５０を基本構成とし
ている。

なお４０は検出すべき火炎を示している。

前記CO₂共鳴放射検出系１０内の１１はY′＝fθ
（但しY′は像高、ｆは焦点距離、θは入射角）を
満たすような歪曲収差を充分持たせた魚眼レンズ
で、通常は複数枚のレンズ系で構成されている。
すなわち、この魚眼レンズ１１は画面周辺部の歪
曲収差が100％になるように設定されているので、
180度の視野角を有している。１２は非球面のプ
ラスチツク対物レンズで球面収差の殆どない（ス
テイグマチツクな）屈折面を持つているため、球
面収差を非常に小さくしてあり、次段の検出器１
３の受光面に微小スポツトを結像させることがで
きるものである。

１３は4.3±0.1μｍ帯域の波長しか通さないよ
うに干渉フイルタを有する検出器、１４は帯域増
幅器である。

赤外線検出系２０のほうも前記CO₂共鳴放射検
出系１０に準じており、２１は魚眼レンズ、２２
は対物レンズ、２３は赤外線検出器、２４は帯域
増幅器であり、いずれも5.3±0.2μｍ付近に帯域
感度を有している。

紫外線検出系３０は魚眼レンズ３１、対物レン
ズ３２および紫外線光電検出器３３を有してい
る。この紫外線光電管検出器３３は180nｍ〜
260nｍ帯域の紫外線のみに感度を持つように設
定されている。この検出器３３の電極材料はカツ
トオフ波長λ₀との関係式 λ₀＝hc／eφ＝1240／φ（eV） ｅ……ブランクの定数 ｃ……光速 φ……仕事関数 により5.0eVの仕事関数を持つNi等が用いられて
いる。なお前記検出器１３および２３は波長感度
がフラツトな焦電型赤外線検出器（もしくは半導
体赤外検出器）が用いられている。

火炎有無判断回路５０は、前記CO₂共鳴放射検
出系１０の増幅器１４および赤外線検出系２０の
増幅器２４からの出力信号を受けて両出力の差を
演算するコンパレータ５１と、このコンパレータ
５１の出力と予め設定された基準値とを比較し、
記述値との差がプラスの場合に『Ｈ』、マイナス
の場合に『Ｌ』を出力する２値化回路５３とを有
している。５２は帯域増幅器、５４は帯域増幅器
５２の出力と予め設定した基準値と比較して、基
準値との差がプラスの場合には『Ｈ』、マイナス
の場合に『Ｌ』を出力する２値化回路である。な
お５５はAND回路である。

以上のように構成した火炎検知器において、前
記コンパレータ５１は検出器１３の出力V_4.3と検
出器２３の出力V_5.1との差（V_A）をとり、その
値を２値化回路５３に入力し、当該２値化回路５
３は予め設定された基準値よりも大きい場合には
『Ｈ』を出力するようになつている。

第３図において、Ａは火炎のスペクトル、Ｂは
CO₂共鳴放射スペクトルと同様のピークをもつ火
炎を伴わない物体からのスペクトル、Ｃは100℃
前後の火炎を伴わない低温物体のスペクトルであ
る。

V_Aは火炎特有のCO₂共鳴放射スペクトルのピ
ーク値である4.3μｍと立ち下り部分の5.1μｍの放
射強度差の出力である。n_Aは（V_5.1−V_4.3）／
（5.1−4.3）による傾斜を示す。V_Bは火炎を伴わ
ない物体の4.3μｍと5.1μｍの放射強度差で、n_Bは
その傾きである。V_Cも同様に火炎を伴わない低
温物体の4.3μｍと5.1μｍの放射強度の出力であ
り、n_Cはその傾きである。

第３図からわかるように、火炎を伴うCO₂共鳴
反射スペクトルの傾きは非常にシヤープ、火炎を
伴わない物体のスペクトルの傾きはブロードであ
る。従つて、傾きの大きさはn_A≫n_Bであり、n_Aと
n_Cとでは符号が変わる。

従つて、前記２値化回路５３の基準値としては
n_Bの値よりやや大きい値を設定しておくことによ
り、火炎特有のCO₂共鳴放射スペクトルのピーク
と同様のピークを持つ火炎を伴わない物体のスペ
クトルとの判別は容易にできる。

また火炎を伴わない低温物体とは傾きの符号が
異なるため、これも容易に判別することができ
る。さらに、火炎を伴わない物体のスペクトルは
その温度が何度であろうとプランクの法則によ
り、単一スペクトルであつて且つその傾きはブロ
ードなカーブを示すため、火炎を伴う物体からの
スペクトルの傾きとは基本的に異なつている。従
つて、２値化回路５３からは火炎以外の物体から
の出力信号は生じない。

さらに、火炎を伴う物体からは微弱ではある
が、第４図に示すように、200nｍ付近の紫外線
も放射される。この200nｍ付近は太陽光、白熱
電灯等の外乱光の影響を全く受けない帯域であ
り、且つ赤外光のような火炎を伴わない物体のス
ペクトル等の影響も殆どないため、火炎以外の物
体スペクトルや外乱光等によつて反応はしない。
なおこの紫外線光電管検出器３３はガス増倍増幅
作用を備えているため、1PW程度の微弱光をも
検出できる感度を有している。

従つて、増幅器５２から出力される信号は火炎
のみを感知した時にのみ出力される。

以上要約すれば、AND回路５５へ入力される
信号は両者とも非常に信ぴよう性の高い火炎信号
で、どちらか一方の信号を出力しなければAND
回路５５の出力は『Ｈ』にならない。すなわち、
AND回路５５は火炎検出信号を出力しない。

＜発明の効果＞ 本発明に係る火炎検知器は、CO₂共鳴放射を検
出するCO₂共鳴放射検出系と、赤外線を検出する
赤外線検系と、紫外線を検出する紫外線検出系
と、これらの検出系からの出力を受けて火炎の有
無を判断する火炎有無判断回路とを備えており、
前記火炎有無判断回路は、CO₂共鳴放射検出系の
出力と、赤外線検出系の出力との差を求め、当該
差を波長差で割つたスペクトルの傾きが予め設定
された基準値より大きく、かつ前記紫外線検出系
の出力が予め設定された基準値以上である場合に
のみ火炎検出信号を出力するように構成されてい
るので、下記する効果を有する。

ノイズ要素となる各種の外乱光および火炎を
伴わない発熱体からの放射線による誤動作を生
じることがない。

周囲温度の変化が大きく生じても紫外線検出
器そのものが温度による感度変化を示さないの
で、全く影響がなく、従つてこれによる誤動作
はありえない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての火炎検知器
のブロツク図、第２図は火炎を伴う物体と伴わな
い物体から発射されるスペクトルを示す図面、第
３図は火炎を伴う物体と伴わない物体を判別する
ための演算原理を説明するための図面、第４図は
紫外線波長帯域での火炎スペクトルを示す図面で
ある。 １０……CO₂共鳴放射検出系、２０……赤外線
検出系、３０……紫外線検出系、４０……火炎、
５０……火炎有無判断回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ CO₂共鳴放射を検出するCO₂共鳴放射検出系
   と、赤外線を検出する赤外線検出系と、紫外線を
   検出する紫外線検出系と、これらの検出系からの
   出力を受けて火炎の有無を判断する火炎有無判断
   回路とを具備しており、前記火炎有無判断回路
   は、CO₂共鳴放射検出系の出力と、赤外線検出系
   の出力との差を求め、当該差を波長差で割つたス
   ペクトルの傾きが予め設定された準備値より大き
   く、かつ前記紫外線検出系の出力が予め設定され
   た基準値以上である場合にのみ火炎検出信号を出
   力することを特徴とする火炎検知器。