JPH0632137B2 - デュアルスペクトル火災識別センサ - Google Patents

デュアルスペクトル火災識別センサ

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JPH0632137B2
JPH0632137B2 JP57093258A JP9325882A JPH0632137B2 JP H0632137 B2 JPH0632137 B2 JP H0632137B2 JP 57093258 A JP57093258 A JP 57093258A JP 9325882 A JP9325882 A JP 9325882A JP H0632137 B2 JPH0632137 B2 JP H0632137B2
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  • Fire-Extinguishing By Fire Departments, And Fire-Extinguishing Equipment And Control Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、防火区域または防火室内の危険な火または爆
発を検出し、消化剤を噴出して火を消火する装置に係
り、特に、防火区域の壁を貫通する発射体によって作ら
れる閃光と火災とを識別し、火災を検出した時のみ、消
火剤を噴出する装置に関する。
〔従来技術および従来技術の問題点〕
人を危険から保護するために、区域や部屋を火災から保
護することが必要な場合が多い。たとえば、飛行機の乗
務員室,客室,およびエンジン室は、火災が発生する
と、たちまち惨事を引起こす可能性のある場所である。
しかし、飛行機に積まれる消火剤は重量を増し、性能を
低下させるので、一般には、予期できる火災を消火する
のに必要な量の消火剤のみ積み込む。消火剤の噴出のタ
イミングは重要である。すなわち、あまりにも早く噴出
すると、本当に必要な時には消火剤がなくなってしま
う。しかし、あまりにも遅く噴出すると、火災を消火す
ることができなくなってしまう。
飛行機,戦車および兵員輸送車のような軍用の乗物は、
発射体または砲火によって発生する火災に晒される可能
性がある。発射体または砲弾が部屋の壁を貫通する時、
紫外線,可視光線,および赤外線スペクトル領域にわた
る放射エネルギの閃光を発する。従来の火気センサは、
それぞれの性能に応じて、次のいずれかの動作をしがち
である。すなわち、火気センサが閃光を火気と判定し
て、火災が実際に発生する前に消火剤を噴出する。また
は、火気センサが閃光を火災ではないと判定した場合
は、急速に成長した火災を連続した閃光と判定して、消
火剤を噴出しないでしまう。(従来文献において、デテ
クタとセンサは、時々同意的に用いられる。本願明細書
では、デテクタは、電磁放射を電気信号に変換する放射
感応素子を示す。センサは、少なくとも1個のデテクタ
を用いたシステムを示し、デテクタからの信号を増幅し
処理する他の電子装置を含む。) 米国特許第4,206,454号に開示されている火気センサ
は、火気を検出することができかつ、発射体の貫通によ
って生じる閃光を抑制するように反応するものであっ
た。反射体からの閃光は、急な立上がりを有する短波成
分と緩やかな立上がりを有する長波成分とを放射する。
この長波成分は、スレッシュホールドレベルを通過する
とすぐ、消火剤を噴出させる。しかし、そのような動作
は、発射体の貫通によって火災が生じなければ不必要で
あるし、または、火災の発生が遅れた場合(たとえば漏
れた燃料に遅れて点火された場合)には、早すぎる。
米国特許第4,220,857号に開示されている火気センサも
発射体の閃光を火災と判定するので、同様の欠点を有す
る。衝撃があった際、発射体はしばしば火花を散らした
り、または爆発をともなう。この場合の燃焼は非常に短
い時間で終り、連続した炭化水素の火は生じなけいけれ
ども、火花も爆発も燃焼の結果、生成物として多量の二
酸化炭素を生じる。この火気センサは、たとえば4.4
マイクロメータで二酸化炭素の分子の非プランクエミッ
ション(non−Planckian emission)が同様の波長での
プランクエミッションを越えた状態に反応するので、火
災出力信号が得られる。このようにして、消火剤が噴出
され、寿命の短い閃光および爆発を抑制する。
米国特許第4,101,767号に開示されている火気センサシ
ステムもまた、火から閃光を区別するのに問題がある。
このシステムは、基本的には色温度がある値(たとえば
−2400゜K)よりも大きい場合は、出力しない識別回路
を有した単一チャンネル火気センサである。このセンサ
システムは、特に、装甲した乗物に対するヒートラウン
ドアタック(HEAT round attack)用に設計された。こ
の場合、短波デテクタにより色温度がプリセット値より
も小さいことが検出される前に、長波信号(4.4マイ
クロメータ)は、ヒートラウンドインパクト(HEAT rou
nd impact)の後に、センサのスレッシュホールド以下
に低下する。しかし、航空機に対する応用において、以
上の事はあまり起こらない。そのため、このシステムを
用いた場合、短時間で消滅してしまう閃光を消すために
消火剤が噴出される可能性がある。
〔発明の目的〕
したがって本発明の目的は、火災を検出し、消火剤を噴
出することにより、上記した従来の火災センサの欠点を
除去した新規で精度のよい火災センサを提供することで
ある。
本発明の他の目的は、放射エネルギの瞬時閃光からこの
閃光の直後に生じ、デテクタシステムによって連続する
閃光と判定される可能性のある火災を区別できる新規で
精度のよい火災センサを提供することである。
〔発明の構成(要約)〕
上記した従来技術の欠点を除去する一方で、これ等の目
的を達成するために、本発明では、火災をともなわない
閃光の場合における光学的条件を電気的にシュミレート
する。消火剤を噴出させるタイミングは、しばしば起こ
る誤ったアラームに反応しないタイミングであり(すな
わち、閃光があったが火災が生じない時には、消火剤を
噴出しない)、かつ消火剤で火を消すのに遅くないタイ
ミングである。
本発明は、第1のデテクタと第2のデテクタとを有する
3チャンネルセンサシステムを提供する。第1のデテク
タは第1の所定のスペクトルバンドの内の電磁エネルギ
を検出し、検出されたエネルギの大きさに比例して第1
の制御信号を出力する。第2のデテクタは第2の所定の
スペクトルバンドの内の電磁エネルギを検出し、検出さ
れたエネルギの大きさに比例して第2の制御信号を出力
する。このセンサシステムの第1のチャンネルは、第1
のデテクタに応答し、第1の制御信号が第1の所定レベ
ルを越えた時は常に第3の制御信号を出力する。第2の
チャンネルは、第2のデテクタに応答し、第2の制御信
号が第2の所定レベルを越えた時はいつも第4の制御信
号を出力する。第3のチャンネル、第1および第2の制
御信号に応答し、第1および第2の制御信号の振幅の差
が第3の所定のレベルを越えるまで、第5の制御信号を
出力する。第3のレベルを越えた時、第3のチャンネル
は“遅延期間”と称される期間、第5の制御信号の出力
を停止する。第1,第2および第3のチャンネルは、出
力回路に電気的に接続されている。この出力回路は、第
1,第2および第3のチャンネルから、それぞれ第1,
第2,および第3の制御信号が同時に出力された時の
み、出力信号を出力する。この出力信号は、さらに処理
されてもよいし、電気機械的火災消火装置を駆動するた
めに用いられてもよい。
遅延期間の長さは、第3のチャンネルに設けられた種々
のタイプの遅延回路によって、いろいろ決定される。使
用される遅延回路のタイプは、モニター区域で発生が予
想される火災または爆発の種類によって決まる。簡単な
遅延回路では、第1と第2の制御信号の差が第3の所定
レベルを越えたあとで、所定の期間、第5の制御信号を
単に停止させる。
〔発明の実施例〕
第1図において、3チャンネルセンサシステム10は、
光子デテクタ15と温度デテクタ20を有する。光子デ
テクタ15は、比較的短い波長(たとえば、0.7〜
1.2ミクロン)内の放射エネルギに応答する。温度デ
テクタ20は、比較的長い波長(たとえば、7〜30ミ
クロン)のスペクトルバンドに応答する。デテクタ15
および20のアナログ出力は、増幅器25および30で
それぞれ増幅される。増幅器25および30の出力(以
下、それぞれノード35および40と称する)は、増幅
器35および40にそれぞれ供給される。増幅器35の
出力は、所定のスレッシュホールドレベVT1を有するス
レッシュホールド装置45に供給される。増幅器40の
出力は、所定のスレッシュホールドレベルVT2を有する
スレッシュホールドデバイス50に供給される。スレッ
シュホールドデバイス45および50は、増幅器35お
よび40のアナログ出力をそれぞれ論理制御信号に変換
する。増幅器35の出力がスレッシュホールドレベルV
T1より低い時、スレッシュホールドデバイス45は制御
信号を出力しない(出力は論理“0”)。しかし、増幅
器35の出力がスレッシュホールドレベルVT1を越えた
時、スレッシュホールドデバイス45は制御信号を出力
する(出力は論理“1”)。スレッシュホールドデバイ
ス50は同様に作動する。スレッシュホールドデバイス
45および50の出力(以下、それぞれノードqおよび
rと称する)は、ANDゲート55に供給される。
増幅器25および30の出力は、コンパレータ・スレッ
シュホールド回路60に供給される。コンパレータ・ス
レッシュホールド回路60は、その2つの入力の増幅の
差が所定のレベルを越えた時のみ、論理制御信号を出力
する。
また、増幅器25の出力は、立上がり時間検出回路65
に供給されており、増幅器30の出力は、他の立上がり
時間検出回路70に供給されている。これ等の立上がり
時間検出回路65,70は、それぞれ入力信号の変化の
割合に比例したアナログ出力を出力する。立上がり時間
検出回路65の出力(以下、ノードdと称する),立上
がり時間検出回路70の出力(以下、ノードeと称す
る)およびコンパレータ・スレッシュホールド回路60
の出力(以下、ノードcと称する)は、可変遅延回路7
5の3入力となっている。可変遅延回路75は、全ての
3入力端子に制御信号を入力した後、所定の期間、論理
制御信号を出力する。
また、増幅器25および30の出力は、それぞれ連結単
板スイッチ85および86を介して、デュアル・タイム
コンスタント回路80に供給される。連結スイッチ85
および86の状態はスイッチドライバ90によって制御
される。スイッチドライバ90は、コンパレータ・スレ
ッシュホールド回路60によって制御されるコンパレー
タ・スレッシュホールド回路60が制御信号を出力する
と、スイッチドライバ90は、連結スイッチ85および
86を閉状態にする。制御信号が出力されなくなると、
スイッチドライバ90は連結スイッチ85および86を
開状態にする。したがって、デュアル・タイムコンスタ
ント回路80は、コンパレータ・スレッシュホールド回
路60が論理制御信号を出力した時のみ(すなわち、ノ
ードcがハイである時のみ)、増幅器25および30の
出力を入力する。
連結スイッチ85および86が閉じると、デュアル・タ
イムコンスタント回路80は、ノードaおよびbの電位
によって充電される。デュアル・タイムコンスタント8
0の出力(以下、ノードgおよびhと称する)は、デュ
アル・スレッシュホールド回路95に供給される。デュ
アル・スレッシュホールド回路95は、ノードgおよび
hのアナログ信号を論理信号(以下、ノードkおよびm
と称する)に変換する。デュアル・スレッシュホールド
回路95の2出力は、ANDゲート98の入力端子に供給
される。
アンドゲート98の出力(以下、ノードnと称する),
コンパレータ・スレッシュホールド回路60の出力,お
よび可変遅延回路75の出力(以下、ノードfと称す
る)は、全てNORゲート99の入力となっている。NORゲ
ート99の出力(以下、ノードpと称する)は、ANDゲ
ート55の第3入力となっている。ANDゲート55の出
力(以下、ノードsと称する)は、電気機械的火災消火
装置に供給されている。
ほとんどの応用例において、大きな振幅の光信号は、小
さな振幅の光信号により減衰に時間を要する。したがっ
て、光信号(長い波長か短い波長のいずれか、あるいは
両者)の振幅に応じてタイムコンスタント回路を充電す
ることによって、タイムコンスタント回路の減衰を、火
災が発生しない場合における光信号の減衰のモデルまた
はシュミレーションとして用いることができる。
変化する立上がり時間の遅延も同様に用いることができ
る。対空発射体が飛行機の外装を貫通した時に生じる急
峻な立上がりを有する光信号を発生する刺激はほとんど
ない。このことは、特に、長い波長の場合に当てはま
る。したがって、光信号の立上がり時間が増加するにつ
いれて遅延が増加するタイムコンスタント回路は、急峻
な立上がりを有する信号に対しては僅かな遅れ(すなわ
ち、約1〜30ミリセコンドの範囲で)示す。しかし、
非常にゆっくりした立上がり時間(たとえば、保守要員
が歩き回る時に発生する可能性のある10分の数秒の立
上がり時間)に対しては、非常に長い遅延(数秒)が起
こる可能性がある。
このように、立上がり時間にともなう遅延を用いた場合
の長所は、間違った警報を生み出す刺激に対する免疫性
が大きいことである。一方、振幅にともなう遅延は、発
射体の貫通の減衰ををよくシュミレートできるので、閃
光と火とを効果的に区別することができる。
第1図に示したセンサシステムの動作を第2図に示した
タイミングチャートに基づいて説明する。第2図は発射
体または砲弾がセンサシステム10によってモニタされ
ている区域の壁を貫通し、火災を起こした場合について
示している。発射体または砲弾が壁を貫通すると、放射
エネルギを発する閃光を発生する。この閃光は、比較的
急な立上がりの短波成分からなり、この成分は光子デテ
クタ15によって検出され、ノードaに第2図に示した
波形を生じさせる。さらに、閃光は、比較的ゆるやかな
立上がりの長波成分を有し、これは温度デテクタ20に
よって検出され、ノードbに第2図に示した波形を生じ
させる。
ノードaの波形が時刻tでスレッシュホールド値VT1
を越えるので、ノードqの信号は論理“1”に上昇し、
ノードaでの波形がスレッシュホールド値VT1より上に
ある限り、この状態に留まる。閃光の短波長成分が長波
長成分より速く立上がるので、両者の振幅の差によっ
て、コンパレータ・スレッシュホールド回路が動作し、
時刻tで論理制御信号を出力する。ノードcの信号に
よってスイッチドライバ90が付勢され、連結スイッチ
85および86が閉じ、ノードaおよびbの信号がデュ
アル・タイムコンスタント回路80に供給され、ノード
gおよびhに第2図に示した波形が得られる。
デュアル・タイムコンスタント回路80が充電される
と、ノードgおよびhの波形によって、時刻tでデュ
アル・スレッシュホールド回路95が付勢され、ノード
kおよびmに論理制御信号を出力する。ANDゲート98
の2入力は、ともに論理“1”なので、時刻tで論理
制御信号を出力する。NORゲート99は、全ての入力が
論理“0”である時、論理制御信号を出力する。コンパ
レータ・スレッシュホールド回路60が、時刻tで制
御信号を出力すると、NORゲート出力は停止し、これに
よりノードsに制御信号が出力されなくなる。
閃光の比較的ゆるやかな立上がりの長波長成分が増加す
るので、立上がり時間検出回路70は信号を出力する。
時刻tで、両立上がり時間検出回路の出力が可変遅延
回路75を動作させるほど大きくなり、可変遅延回路7
5は所定の期間(ここでは、t〜t)、制御信号を
出力する。可変遅延回路が制御信号を出力する期間は、
対空砲火の貫通による急峻な立上がり時間によって生じ
る遅延が、可変振幅遅延回路の遅延よりも短くなるよう
に設定される。このように、可変振幅遅延回路が、戦闘
における被害に対して、消火剤を噴出させるための制御
を主に行う。
しかし、ゆるやかな立上がり時間の信号に関しては、可
変遅延回路75を、たとえば保守要員の動きなどによっ
て生じる誤り動作を避けるために、遅延を実験的に設定
する。
時刻tで、閃光のゆるやかな立上がりの長波長成分が
スレッシュホールドレベルVT2よりも大きくなり、ノー
ドrで論理“1”波形が得られる。時刻tで、減衰し
つつある閃光の短波長成分は減少し、一方長波長成分は
増加を続け、発射体または砲弾による火災を誘引しつつ
ある。両成分の振幅の差が、スレッシュホールドレベル
よりも低下し、コンパレータ・スレッシュホールド回路
は、時刻tで、ノードcに制御信号を出力するのを停
止する。これにより、連続スイッチ85および86は開
らき、デュアル・タイムコンスタント回路80の出力は
減衰し始める。ノードgまたはhの波形のいずれかがデ
ュアル・スレッシュホールド回路95のスレッシュホー
ルドより低下した時、入力の一つ(ここでは、ノード
k)が、時刻tでANDゲート98からなくなり、ANDゲ
ート98の出力が論理“0”に戻る。
時刻tで、NORゲート99の入力は、全て論理“0”
になるので、ノードpの波形は論理“1”になる。した
がって、ANDゲート55の入力は、全て論理“1”にな
るので、ANDゲート55は時刻tで出力制御信号を出
力する。この制御信号によって、火災が大事に到る前に
消火剤を噴出して、建物の火災を消火することができ
る。
仮に、発射体または砲弾によって火災が引起こされない
時は、ノードaおよび/まははbの波形は、それぞれス
レッシュホールドレベルVT1またVT2より小さいであろ
う。この場合、ノードqおよび/またはの出力は論理
“0”となるので、ANDゲート55は、時刻tで出力
制御信号を出力しないであろう。
閃光が消えるのに十分な時間、消火剤の噴出を禁止する
回路は、第1図に示した実施例に限定されない。第3図
に、他の3チャンネル・センサシステム100が示され
ている。センサシステム100は、光子デテクタ105
および温度デテクタ110を有する。両デテクタは、あ
るスペクトルバンド内の放射エネルギを検出し、検出し
た放射エネルギの振幅に比例した出力を出力する。第1
図のシステムと同様に、光子デテクタは0.7〜1.2
ミクロのバンド幅で放射エネルギを検出する。また、温
度デテクタは、7〜30ミクロンのバンド幅で動作す
る。光子デテクタの出力は増幅器115によって増幅さ
れ、温度デテクタ110の出力は増幅器120によって
増幅される。
増幅器115および120の出力(以下、それぞれ、ノ
ードuおよびvと称する)はコンパレータ・スレッシュ
ホールド回路145の入力に供給される。コンパレータ
・スレッシュホールド回路は、入力信号の振幅差が所定
のスレッシュホールドレベルを越えた時は常にノードy
に制御信号を出力する。また、増幅器115および12
0の出力は、それぞれ増幅器125および130に供給
される。これ等の増幅器125および130は、それぞれ
スレッシュホールド回路135および140に出力を供
給する。スレッシュホールド回路135は、入力が所定
のスレッシュホールド値VT3を越えた時ノードwに制御
信号を出力する。また、スレッシュホールド回路140
は、入力が所定のスレッシュホールドレベルVT4を越え
た時、ノードxに制御信号を出力する。スレッシュホー
ルド回路135および140の出力は、ANDゲート155の
2入力を構成している。
センサシステム100の遅延機能は、固定遅延回路15
0によって行なわれる。固定遅延回路150は、コンパ
レータ・スレッシュホールド回路145からの信号が入
力されない時、ノードzに論理制御信号を出力する。コ
ンパレータ・スレッシュホールド回路145が論理制御
信号を出力した時、固定遅延回路150は、入力信号の
ある間、およびその後の所定の期間(遅延時間)、制御
信号の出力を停止する。固定遅延回路150の出力は、
ANDゲート155の第3の入力となっているので、ノー
ドzの出力制御信号は遅延時間出力されない。
センサシステム100の動作を第4図のタイミングチャ
ートを用いて説明する。なお、第4図は、第2図での仮
定と同様の仮定でのタイミングチャートである。時刻t
11で、閃光の短波長成分がスレッシュホールドレベル
T3を越えた時、スレッシュホールド回路135の出力
は、第4図のノードwに示すように論理“1”に上昇す
る。短波uおよびvの振幅差が、時刻t12〜t13で、コ
ンパレータ・スレッシュホールド回路145を越えた
時、論理1が出力され、固定遅延回路150(第4図の
ノードy)に供給される。固定遅延回路150は、第4
図のノードzに示されるように、時刻t12で論理制御信
号を出力するのを停止し、コンパレータ・スレッシュホ
ールド回路145が時刻t13で制御信号の出力を停止
し、その後所定の期間(t13〜t15)固定遅延回路15
0の出力は論理“0”に留まる。
時刻t14で、発生しつつある火災の長波長成分によっ
て、ノードvの波形はスレッシュホールド値VT4を越え
るので、スレッシュホールド回路140は、論理“1”
を出力する。固定遅延回路150の所定の期間が時刻t
15で終ると、固定遅延回路150は再び論理“1”を出
力する。ANDゲート155の全ての入力は、論理“1”
なので、ANDゲート155は、出力制御信号を出力す
る。この信号は発生しつつある火災を消すために、消火
剤を噴出させるために用いられてもよい。
本発明は以上述べたような構成なので、放射エネルギを
瞬時的に発する閃光から、この閃光の直後に生じデテク
タシステムによって連続する閃光と判定される可能性の
ある火災とを精度よく区別できる。
なお、本発明は前記した実施例に限らず、その要旨を逸
脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1の実施例の3チャンネルセンサ
システムのブロック図、第2図は、第1図に示したセン
サシステムの動作を説明するためのタイミングチャー
ト、第3図は、本発明の第2の実施例の3チャンネルセ
ンサシステムのブロック図、第4図は、第3図に示した
センサシステムの動作を説明するためのタイミングチャ
ートである。 15……光子デテクタ、20……温度デテクタ、25,
30……増幅器、45,50……スレッシュホールドデ
バイス、60……コンパレータ・スレッシュホールド回
路、65,70……立上がり時間検出回路、75……可
変遅延回路、80……デュアル・タイムコンスタント回
路、90……スイッチドライバ、95……デュアル・ス
レッシュホールド回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−149498(JP,A) 実開 昭55−10105(JP,U)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の放射エネルギデテクタに応答し、こ
    の第1のデテクタが、第1のスペクトルバンド内で第1
    の所定レベルより大きい振幅を有する電磁エネルギを検
    出した時、第1の制御信号を出力する第1の制御信号手
    段と; 第2の放射エネルギデテクタに応答し、この第2のデテ
    クタが、第2のスペクトルバンド内で第2の所定レベル
    より大きい振幅を有する電磁エネルギを検出した時、第
    2の制御信号を出力する第2の制御信号手段と; 第1および第2の放射エネルギデテクタに応答し、第1
    のデテクタにより検出されたエネルギの振幅と第2のデ
    テクタにより検出されたエネルギの振幅との差が第3の
    所定レベルより越えている時は第3の制御信号を出力す
    る第3の制御信号手段と; 第3の制御信号に応答し、第3の制御信号が出力されな
    い時は第4の制御信号を出力し、かつ第3の制御信号が
    出力されている時は常に、かつ第3の制御信号が出力さ
    れなくなってからさらに所定の期間、第4の制御信号を
    出力しない第4の制御信号手段と; 第1、第2および第4の制御信号に応答し、第1、第2
    および第4の制御信号が全て同時に出力された時のみ出
    力信号を出力する出力ゲート手段とを含むことを特徴と
    するデュアルスペクトル火災識別センサ。
  2. 【請求項2】第3の制御信号手段は、第1のデテクタの
    出力の振幅が、第2のデテクタの出力の振幅より大きく
    なった時、付勢されることを特徴とする特許請求の範囲
    第(1) 項記載のデュアルスペクトル火災識別センサ。
  3. 【請求項3】第1のスペクトルバンドは、波長が0.7 〜
    1.2 ミクロンの範囲内の幅を有し、第2のスペクトルバ
    ンドは、波長が7 〜30ミクロンの範囲の幅を有すること
    を特徴とする特許請求の範囲第(1) 項記載のデュアルス
    ペクトル火災識別センサ。
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