JPH10221163A

JPH10221163A - 火災検出装置

Info

Publication number: JPH10221163A
Application number: JP2232497A
Authority: JP
Inventors: Miki Suzuki; 美樹鈴木; Hitoshi Masuda; 仁史増田; Hidenori Okuda; 秀憲奥田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の火災検出装置は、火災の位置を２次元
的な方向しか検出できず正確な検出ができなかった。ま
た赤外線検出信号は、検出素子と火源との距離に影響さ
れ変化するため、正確な温度を検出することが難しく、
誤報が発生しやすかった。【解決手段】焦電型薄膜熱検出素子群を採用し、２次
元の赤外線検出視野を持つ複数個のセンサ１ａ，１ｂを
用い、検出視野を重なるように配置し、各センサ１ａ，
１ｂより検出された熱画像とセンサ間の距離により、重
なり視野内に発生する火災の火源位置を位置演算部８に
より３次元的に検出する構成にした。これによって火源
位置からセンサ１ａ，１ｂまでの距離を検出可能にし、
また赤外線検出信号に距離による補正を加えるようにし
て、正確な火災温度を算出し、近距離の大きな熱源と遠
距離の小さな火災との区別を可能にして誤報を防止でき
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アトリュウム等巨
大空間の火災検出に用いられる火災検出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の技術としては、量子型赤
外線センサによるもの、熱型赤外線センサによるものが
ある。量子型赤外線センサは感度が高く、応答性は速い
が高価でかつメンテナンスが困難な冷却が必要である。

【０００３】一方、熱型赤外線センサは比較的感度が低
く、応答性は遅いが高価な冷却が不要なためよく実用化
されている。このうち焦電型赤外線センサを使ったもの
では、２次元熱画像を得るための手段として、１次元に
焦電型熱検出素子を配置した単一アレイセンサを回転さ
せる方式のものがある。すなわち、図５（ａ）は従来の
火災検出装置の視野を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の投
影視野範囲の平面図である。すなわち、これは焦電型熱
検出素子１０２の前方に赤外線を集光する集光鏡（レン
ズ）１０３を配置した温度検出器（焦電型赤外線セン
サ）１０１を走査駆動モータ１０４にて回転させ、円板
状の温度範囲１０５の炎の検出を行うものである。

【０００４】火災判定方法として一般的なものは、赤外
線の大きさと、単位時間当たりの増加率を検出し、一定
の強度と増加率以上の熱物体を火災として判定するもの
がある。また、光源を火災と誤判定する防止策として、
紫外線・赤外線併用方式がある。これは、赤外線エネル
ギーと紫外線エネルギーを各々別々に検出し、２値の大
小で検出した熱物体が炎であるか光源であるかを認識
し、火災の誤判定を防止するものである。

【０００５】センサから火災の火源方向を検出する一般
的な方法として、図６（ａ）に示す２次元熱画像を検出
し、最大値を示す画素の中心を火源方向とする方法、ま
た位置精度を向上させる方法として、熱画像を図６
（ｂ）に示す一次近似等高線図へ変換し、最大値領域の
中心または重心を火源方向として検出する方法がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の焦電型赤外線センサ１０１を応用した火災検出
装置はレンズ１０３を通した焦電型熱検出素子１０２の
１画素分の投影視野範囲１０６と、検出する熱物体の大
きさにより、検出信号が変化してしまい熱物体の温度を
正確に検出できず、火災の誤報が発生しやすいという課
題があった。

【０００７】すなわち、焦電型熱検出素子１０２は、熱
物体の大きさが投影視野範囲１０６に対し熱物体の大き
さが小さいと、熱物体周辺の低い周辺温度の影響で焦電
型赤外線センサ１０１の出力が小さくなり、投影視野範
囲１０６に対し熱物体の大きさが大きいと、熱物体の周
辺温度に影響されず、出力は物体の温度に応じて一定出
力するといった性質がある。

【０００８】このため、たばこや懐中電灯等、小さな熱
源または光源が火災検出装置近傍にあると、赤外線検出
信号は検出視野の広い範囲で大きく、遠くにある炎は狭
い範囲で小さくなり、熱物体の正確な温度が検出でき
ず、火災の誤報が発生しやすいという課題があった。

【０００９】またアトリュウム等の広い空間において
は、アトラクションにより、たとえば小さなたいまつや
炭火または加熱調理用の鉄板等を火災として判定しては
ならない火源または熱源があり、従来の火災検出装置
は、調整可能な火災判定用の敷居値を設けているが、実
際の設定は、現場で感度を調整して合わせ込むという経
験的な方法によって行っていた。

【００１０】また火災検出装置の感度を遠距離まで伸ば
すために、増幅部の感度を上げる必要があり、この場合
近距離の火災を検出すると図６（ｃ）に示すように赤外
線検出信号の大半が飽和し、火災の火源の輪郭が検出で
きず火源方向が特定できないため、遠距離用や近距離用
の複数の増幅率を持った増幅部を設けるか、高分解能で
レンジの大きい高価な増幅部が必要であった。

【００１１】さらに従来の火災検出装置では、検出でき
る火災の火源位置は２次元的なものであり、装置から火
源への方向しか検出できず、火源の３次元的な位置を検
出できないという課題があった。また走査駆動モータ１
０４による走査部の走査範囲、走査ステップは固定され
ていて、検出した火源の方向及び大きさの精度は低いも
のであった。

【００１２】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、火災の誤報を防止し、火災判定の敷居値を
簡単に設定でき、火災の位置を正確に検出できる火災検
出装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の火災検出装置は、複数の焦電型薄膜熱検出素
子（以下、熱検出素子と略す）群からなるセンサを複数
個用い、かつこれらの赤外線検出視野を重なるように配
置し、出力される複数の熱画像情報を集め、これらの情
報を処理する機能を有する構成にしたものである。そし
てこの構成により、火災の火源位置を３次元的な位置と
して検出することやセンサから火災の火源までの距離を
検出することができるとともに、赤外線検出信号に距離
補正の演算が可能になり、これによって火災温度を正確
に検出することができる。

【００１４】また本発明は、チョッパの速度を可変制御
することにより、赤外線検出信号を飽和することなしに
検出することができる。

【００１５】また本発明は、熱画像の検出状態により、
チョッパと走査部に可変制御機能を持たせ、より正確な
火源方向を検出することができる。

【００１６】さらに本発明は、装置本体外部から設定可
能な敷居値を設け、より定量的に火災判定基準を設定す
ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
複数の焦電型薄膜熱検出素子（熱検出素子）群とこの熱
検出素子群と一体になり赤外線検出視野を有する赤外線
透過レンズと、この赤外線透過レンズを介し前記熱検出
素子群へ入射する赤外線の通路を開閉するチョッパと、
前記熱検出素子群により検出した信号を増幅する増幅手
段と、前記チョッパの温度を検出するチョッパ温度検出
手段とを有する赤外線検出部と、この赤外線検出部を走
査させるとともに走査位置を検出する走査位置検出部
と、前記赤外線検出部より出力される赤外線検出信号と
前記走査位置検出部から出力される走査位置信号とを相
互に関連づけて熱画像を演算する熱画像演算部と、前記
熱画像と前記チョッパ温度を出力する出力部とを備えた
センサを複数個具備し、これらのセンサを前記赤外線検
出部の検出視野が相互に重なるように配置するととも
に、前記複数のセンサの熱画像信号を受信し、火災の位
置を算出する位置演算部を設けたものである。

【００１８】以下に、上記位置演算部での位置の算出方
法の具体例を図面を用いて説明する。

【００１９】すなわち、図４（ａ）は本発明の一実施例
の火災検出装置におけるセンサの火源に対する視野方向
を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の視野方向の２次元平面
図である。同図において、１はセンサで２つのセンサ１
ａ，１ｂからなり、センサ１ａ，１ｂの各平面視野の中
心間の距離Ｌを有して並列配置されている。２は火災の
火源で、センサ１ａ，１ｂの各平面視野中心から火源ま
での距離ｍ１、ｍ２を有している。また、火源２とセン
サ１ａ，１ｂの各水平視野中心とはセンサ１ａ，１ｂの
並設方向と角度α、βを有している。ｘ、ｙはセンサ１
ａの中心を原点にしたときの火源２の位置座標（ｘ、
ｙ）を示す。ここでＬは予め設定される一定値であり、
また熱画像により角度α、βの火源方向は検出できると
ともに、センサ１の視野方向と水平面とのなす角度γも
検出できる。

【００２０】したがって、図４（ａ）より下記の式が成
り立つ。Ｌ＝m２* COS(β)＋m１* COS(α）−−−−−−−−−（１） m１* SIN(α)＝m２* SIN(β) −−−−−−−−−−−（２）ｘ＝−ｍ１* COS(α) −−−−−−−−−−−−−−（３）ｙ＝ｍ１* SIN（α） − −−−−−−−−−−−−（４）上式（１）〜（４）より火源の位置はｘ＝COS(α) * SIN(β) * Ｌ／SIN(α＋β) ｙ＝SIN(α) * SIN(β) * Ｌ／SIN(α＋β) として算出できる。

【００２１】したがって、上記ｘ、ｙの演算機能と角度
γの検出機能を火災検出装置に設けることにより、火災
位置を３次元的に検出することができる。

【００２２】また、請求項２記載の発明は、前記位置演
算部から得られる火災の位置より、センサから火災の火
源までの距離を算出し、この距離と赤外線検出信号とチ
ョッパ温度から火災温度を補正算出し、前記火災の位置
と火災温度を相互に関連づけるとともに、温度画像を算
出する温度画像演算部とを設けたものである。

【００２３】センサから火災の火源までの距離は次のよ
うにして算出することができる。すなわち、上記式
（１），（２）よりｍ１＝Ｌ * SIN(β)／SIN(α＋β) ｍ２＝Ｌ * SIN(α)／SIN(α＋β) ｍ１，ｍ２；図４（ｂ）でのセンサ１から火源２までの
距離この距離ｍ１，ｍ２と赤外線検出信号Ｖとチョッパ温度
Ｔｃから火災温度Ｔｋを次式により補正算出することが
できる。

【００２４】Ｔｋ∽ｆ（Ｖ、Ｔｃ、ｍ１） or Ｔｋ∽
ｆ（Ｖ、Ｔｃ、ｍ２）ｆ（）；補正関数したがって、火災温度を正確に検出でき、さらに火災の
位置と火災温度を相互に関連づけて温度画像を演算する
ことにより、正確な火災の温度分布を検出することがで
きる。

【００２５】また、請求項３記載の発明は、赤外線検出
信号が大きく、熱画像から火災の火源方向が正確に検出
できない飽和発生時に、飽和解消レベルまでチョッパの
開閉速度を増加し、チョッパの開閉速度変化による熱検
出素子群の感度低下を算出し、通常感度、すなわち通常
時のチョッパ開閉速度による赤外線検出信号の値に換算
した赤外線検出信号を熱画像演算部へ出力する感度制御
部を設けたものである。

【００２６】通常のチョッパ開閉速度をＮ０、飽和時の
チョッパ開閉速度をＮ１、このチョッパ開閉速度の増速
時の検出信号（感度）をＶ１としたとき、チョッパ制御
部（感度制御部）により換算された赤外線検出信号Ｖ
は、次のように表すことができる。

【００２７】Ｖ＝Ｖ１ * Ｎ１／Ｎ０したがって、換算された赤外線検出信号Ｖを熱画像演算
部へ入力することにより、赤外線を飽和することなく増
幅し、火災の火源方向を正確に検出できる。

【００２８】また、請求項４記載の発明は、装置本体外
部から設定可能な設定温度と火災温度を比較し、この設
定温度より火災温度が大きい場合、走査範囲を設定温度
より大きい範囲に設定し、赤外線検出部の走査ステップ
を通常より細かく制御する走査部を設けたものである。
このため、火災の火源位置と大きさを短い時間で正確に
検出できる。

【００２９】また、請求項５記載の発明は、装置本体外
部から設定可能な設定温度と火災温度を比較し、設定温
度より火災温度が大きい場合、温度画像から、設定温度
より大きい部分を検出画素数として取り出し、検出画素
数と装置本体外部から設定可能な設定画素数とを比較
し、この検出画素数が前記設定画素数より大きい場合、
火災と判定する火災判定部とを設けたものである。この
ため、火災の火源温度と大きさの敷居値を定量的にしか
も簡単に設定することができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００３１】図１は火災検出装置の検出視野範囲を示す
斜視図であり、検出視野については理解し易くするため
片側センサのみで表している。したがって、並設されて
いる他のセンサも前記センサと同じ赤外線検出視野を有
するものである。

【００３２】図において、３は火災検出装置で、装置本
体内部にはセンサ１ａ、１ｂを２個使用し、水平走査角
４が重なるように配置されている。５は縦に複数個配置
した焦電型薄膜熱検出素子（熱検出素子）群からなる垂
直視野角である。６は熱検出素子１個分の検出視野、７
は赤外線透過部材である。

【００３３】図２は、火災検出装置の回路ブロック図で
ある。すなわち、センサ１ａ，１ｂは水平走査角４ａ，
４ｂが重り、重なり視野角４ｃを形成するように配置さ
れている。８はセンサ１ａ，１ｂより出力される熱画像
から、火災の火源方向を検出するとともに火災位置を算
出する位置演算部で、熱画像を一時近似し、最大値領域
の重心を火災の火源方向として検出するものである。ま
た温度画像演算部９は、位置演算部８の火災位置信号に
よりセンサ１ａ，１ｂから、図４に示す火源２までの距
離ｍ１、ｍ２を算出し、この距離ｍ１、ｍ２とセンサ１
ａ，１ｂから出力される熱画像とチョッパ温度により火
災温度を補正計算し、さらに火災位置と火災温度から温
度画像を算出する。装置本体外部より設定可能な設定温
度入力手段１１から設定温度と火災温度とは温度比較手
段１３によって比較され、設定温度より大きな火災温度
部分が切り出し手段１４に出力される。そして切り出し
手段１４において、設定温度より大きな火災温度部分を
温度画像から検出画素数及び検出画素位置１８として切
り出す。また外部より設定可能な設定画素数入力手段１
２からの設定画素数信号と切り出し手段１４からの信号
とを画素数比較手段１５（すなわち火災判定部）で比較
し、検出画素数が設定画素数より大きい場合に、火災警
報信号１６を出力する。なお、１０は温度画像１７とチ
ョッパ温度を装置本体外部に出力する出力手段である。

【００３４】図３にセンサの回路ブロック図を示す。図
において、２４はセンサ１の外部より入射する赤外線
で、赤外線２４は、赤外線透過窓材１９、赤外線透過レ
ンズ２０、チョッパ２６を介して熱検出素子群２１に入
射する。そして熱検出素子群２１よりの赤外線検出信号
は増幅手段２２にて増幅される。チョッパ２６は、チョ
ッパ用駆動モータ２７によって回転駆動される。３２は
チョッパ２６の開閉速度を検出するチョッパ開閉速度検
出手段、３１はチョッパ温度検出手段であり、これら赤
外線透過窓材１９、赤外線透過レンズ２０、チョッパ２
６、熱検出素子群２１、増幅手段２２、チョッパ温度検
出手段３１、チョッパ開閉速度検出手段３２から赤外線
検出部３３を構成している。赤外線検出部３３は走査用
駆動モータ２９により走査方向３０の方向に回転するよ
うにしている。熱画像演算部２３は赤外線検出部３３の
位置を検出する走査位置検出手段３４からの走査位置信
号と増幅手段２２よりの赤外線検出信号により熱画像を
算出し、熱画像を出力部３５へ出力するものである。感
度制御部２８は熱画像から火災の火源２の方向が正確に
検出できないときに、熱画像演算部２３よりチョッパ開
閉速度変更信号を入力し、チョッパ用駆動モータ２７に
よってチョッパ２６の開閉速度を増加させ、熱検出素子
群２１の検出感度を低下させるとともに、赤外線検出信
号を通常感度に換算して熱画像演算部２３へ出力するよ
うにしている。

【００３５】チョッパ開閉速度検出手段３２は、この信
号を感度制御部２８に入力することで正確な感度換算を
可能にしている。走査部２５は、設定温度より大きな火
災温度を検出した場合、切り出し検出画素位置１８と走
査位置検出手段３４からの信号によって、赤外線検出部
３３の走査範囲を大きな火災温度部分に限定して細かい
ステップで走査用モータ２９を制御している。

【００３６】上記実施例のように、熱検出素子群２１か
らなる複数個のセンサ１ａ、１ｂを用い、かつこれらの
赤外線検出視野を重なるように配置し、出力される複数
の熱画像情報を集め、これらの情報を処理する機能を有
する構成とすることにより、火災の火源位置を空間的に
より正確に検出できる。また火災温度を正確に検出する
ことができるとともに、火災判定部に温度と火災の大き
さの敷居値を設けることにより、定量的な火災判定基準
の設定を可能にし、誤報を防止することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１記載の発明によれば、複数のセンサの赤外線検出視野
を重なるように配置し、これら複数のセンサから出力さ
れる熱画像を一括に処理するもので、この構成によれ
ば、火災位置を空間的に正確に検出でき、放水銃のよう
な消火装置と本発明の火災検出装置とを組合わせれば、
無駄な放水をせずに的確な火災位置に放水し消化できる
という効果を奏する。

【００３８】請求項２記載の発明は、火災位置より、セ
ンサから火災の火源までの距離を算出し、火災温度をこ
の距離と赤外線検出信号とチョッパ温度により補正計算
するもので、この構成によれば、火災の火源温度が正確
に検出でき、近距離のタバコや懐中電灯と遠距離の炎と
を判別し、誤報を防止できるという効果を奏する。

【００３９】請求項３記載の発明は、チョッパの開閉速
度を制御し、赤外線検出信号を飽和することなく検出す
るもので、この構成によれば、複数の増幅率を持った増
幅手段やレンジが大きく高分解能な増幅手段を新たに設
けることなく、センサから火災の火源方向を正確に検出
できるという効果を奏する。

【００４０】請求項４記載の発明は、火災温度と設定温
度を比較し、火災温度が大きい場合、走査範囲を設定温
度より大きい火災温度の範囲に限定し走査ステップを通
常より細かく制御するもので、この構成によれば、特に
遠距離の火災の火源位置を精度よく検出できるという効
果を奏する。

【００４１】請求項５記載の発明は、火災の温度と大き
さの敷居値を火災判定基準として設定するもので、この
構成によればアトリュウム等内部に存在することが許さ
れる火源の温度と大きさをもとに、敷居値を定量的に、
簡単に設定することができるとともに火災警報信号の誤
報を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の火災検出装置の検出視野範
囲を示す斜視図

【図２】同火災検出装置の回路ブロック図

【図３】同火災検出装置のセンサの回路ブロック図

【図４】（ａ）は同火災検出装置のセンサの火源に対す
る視野方向を示す平面図（ｂ）は（ａ）の平面図

【図５】（ａ）は従来の火災検出装置の視野を示す平面
図（ｂ）は（ａ）の投影視野範囲の平面図

【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来の火災検出装置
で検出された熱画像を示す説明図

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂセンサ２火源３火災検出装置８位置演算部９温度画像演算部２０赤外線透過レンズ２１焦電型薄膜熱検出素子（熱検出素子）群２２増幅手段２３熱画像演算部２４赤外線２５走査部２６チョッパ２８感度制御部３１チョッパ温度検出手段３３赤外線検出部３４走査位置検出部３５出力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の焦電型薄膜熱検出素子（以下熱検出
素子と略す）群と、この熱検出素子群と一体になった赤
外線検出視野を有する赤外線透過レンズと、この赤外線
透過レンズを介し前記熱検出素子群へ入射する赤外線の
通路を開閉するチョッパと、前記熱検出素子群により検
出した赤外線検出信号を増幅する増幅手段と、前記チョ
ッパの温度を検出するチョッパ温度検出手段とを有する
赤外線検出部を備え、前記赤外線検出部を走査させると
ともに走査位置を検出する走査位置検出部と、赤外線検
出信号と走査位置信号を相互に関連づけた熱画像を演算
する熱画像演算部と、前記熱画像とチョッパ温度を出力
する出力部とを備えてなるセンサを複数個具備し、前記
赤外線検出部の検出視野が相互に重なるように配置する
とともに、前記複数のセンサの熱画像信号を受信し、火
災の火源位置を算出する位置演算部を備えたことを特徴
とする火災検出装置。
【請求項２】位置演算部から得られる火災の火源位置よ
り、センサから火源までの距離を算出し、この距離と赤
外線検出信号とチョッパ温度から火災温度を補正算出
し、前記火災の位置と火災温度を相互に関連づけるとと
もに、温度画像を算出する温度画像演算部を設けた請求
項１記載の火災検出装置。
【請求項３】赤外線検出信号が大きく、熱画像から火災
の火源の方向が正確に検出できない場合にチョッパの開
閉速度を増加させ、前記チョッパの開閉速度変化による
前記赤外線検出信号の低下分を通常時のチョッパ開閉速
度による赤外線検出信号の値へ換算し、熱画像演算部へ
出力する感度制御部を設けた請求項１記載の火災検出装
置。
【請求項４】装置本体外部から設定可能な設定温度と火
災温度を比較し、この設定温度より前記火災温度が大き
い場合、走査範囲を設定温度より大きい範囲だけに設定
し、前記赤外線検出部の走査ステップを通常より細かく
制御する走査部を設けた請求項１記載の火災検出装置。
【請求項５】装置本体外部から設定可能な設定温度と火
災温度を比較し、この設定温度より前記火災温度が大き
い場合、温度画像から、前記設定温度より大きい部分を
検出画素数として取り出し、装置本体外部から設定可能
な設定画素数と検出画素数を比較し、この検出画素数が
前記設定画素数より大きい場合、火災と判定する信号を
出力するようにした請求項１記載の火災検出装置。