JPS602609B2 - 炎検出方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は動的な外乱光による誤動作を防止した炎検出方
法および装置に関する。

火災の際に生じる炎を検出して火災を感知しようとする
ことは既知である。

このような用途に用いられる検出装置は各種外乱光が存
在する中から信号光を正確に弁別して作動するものでな
ければならない。火災の際に生じる炎は時間に対しその
光強度が変化するので、ちらつきが含まれていることが
知られている。

これに対し、外乱光としてはたとえば自動車用トンネル
内について例をとると、昼光、照明光、走行車輪のヘッ
ドライト光および緊急自動車などの回転灯光などがある
。

前二者は光強度がほぼ一定しているから静的な外乱光で
あり、後二者はその光強度が時間に対し変化する、いい
かえれば、ちらつきを含むから動的な外乱光といえる。
既知の炎検知方法は、炎の存在により入射光量が増大す
ることを利用するもの、炎のちらつきに特有の周波数成
分の有無を検出するもの、および炎による静的光量の増
大と炎のちらつきに特有の周波数成分との同時存在の有
無を検出するものの３方法に額形化することができる。
第１の方法は一時的な光たとえば車輪のヘッドライトの
光が光電素子に一時的に入射すると、誤動作する欠点が
ある。第２の方法は瞬間的な光のくり返し、たとえば回
転灯の光で誤動作する欠点がある。回転灯の光は発光周
期が１〜汎ｚであり、しかも高調波成分を多量に含んで
いる関係で炎のちらつきに特有の周波数成分の全域にわ
たって周波数成分が分布しているためである。第３の方
法は一時的な光と瞬間的な光とが同時に存在した場合、
たとえば緊急車のヘッドライトと回転灯との光が同時に
感知器の光電素子に入射した場合は誤動作する欠点があ
る。このように、既知の炎検知方法はいずれも動的な外
乱光に対して必ずしも十分満足できるものではなかつた
。

本発明者は炎の検出について種々研究の結果、炎は動的
な外乱光に比較して光のちらつきの相対的振幅が異なる
ということを見出した。

本発明はこの知見に基づいてなされたもので、従来の欠
点を除去し、特に動的な外乱光に対して誤動作の著しく
少ない炎の検知方法および装置を提供することを目的と
する。本発明は入力光に含まれる周波数成分に注目し、
炎のちらつきに特有の周波数成分の相対的振幅が第１の
所定値以上であり、かつ入力光に含まれる交流成分の相
対的振幅が上記第１の所定値より大きな第２の所定値以
下であることを判定することにより炎を検出することを
特徴とする。

また、本発明は光蚤素子により得られる電気信号から自
動利得制御回路を経て炎のちらつきに特有の周波数成分
を抽出し、この利得制御された周波数成分のレベルが第
１の所定値以上であるか、および自動利得制御回路の出
力に含まれる交流成分が上記第１の所定値より大きな第
２の所定値以下であるかをそれぞれレベル検出回路で検
出し、判定回路で上記各条件を満足するかどうかを判定
することを特徴とする。以下、本発明の詳細を説明する
。

本発明の炎の検知方法の原理を最初に説明する。第２図
ィに示すように、炎の光が光電素子に入射した場合はａ
に示すような電気信号が得られるのに対し、回転灯の光
の場合はｂに示すような電気信号となる。前述したよう
に、両者は交流の周波数成分としては概ね共通しており
、したがって炎のちらつきに特有の周波数成分のみを帯
城ろ波器を用いて抽出しても外乱光を正確に弁別できな
い。しかし「回転灯光の場合は上記周波数成分の相対的
振幅が大きく、これに対し炎の場合は相対的振幅が小さ
いという特徴がある。そして、この振幅の猿向は入力光
の絶対量の如何にかかわらず常に一様に現われるもので
ある。本発明方法はこのような特徴を巧みに応用するも
のであって、まず入力光からあらかじめ定めたある所定
の周波数成分を抽出し、その抽出成分の相対的振幅が第
１の所定値以上であるか否かと、入力光に含まれる交流
成分の相対的な振幅が上記第１の所定値より大きい第２
の所定値以下であるか杏かとをそれぞれ判定し、少なく
とも上記条件が満足する場合に炎を検出するようにした
ものである。したがって、本発明方法において上記相対
的振幅とは入力光の平均値に対する所望の周波数成分の
振幅の相対的な割合を意味し、単に入力光中の所望の周
波数成分の振幅の絶対値を意味するものではない。この
ことは入力光の絶対的量は必須の要素ではないことを明
らかにするが、他方後述のように上記絶対的量が所定値
以上であることを付随的条件として判定することは許容
されるものである。また、炎のちらつきに特有の周波数
としては一般に数十ＫＨｚ以下特に火災炎にあってはた
とえば１〜３皿Ｚの範囲内において任意の単一または帯
域の周波数を設定することができる。また、第２の所定
値以下であるかを検出されるところの交流成分とは入力
光の含む全交流成分が判定の対象とされるばかりでなく
、炎のちらつきに特有の周波数または他の周波数が対象
とされてもよい。したがって、検出すべき炎の性質およ
びまたは存在し得る外乱光の種類などに応じて最も適当
な周波数を抽出すべき周波数として設定すればよい。つ
ぎに、第１および第２の所定値は検出すべき炎の性質お
よびまたは存在し得る外乱光の種類などを勘案してあら
かじめ求めることができる、なお、炎からの光が入力し
たとしても、その入力光の強度が非常に小さい場合、た
とえば監視領域外からの鏡射である場合または極めて小
規模な炎の場合は検出系として十分なＳＮ比を確保でき
ないので、炎の検出はなされなくてよい。第１図は本発
明の炎検出装置の一実施例を示す回路のブロックダイア
グラムである。

本実施例は本発明方法の実施に適応する装置の一例を示
すものである。図において、１は光電素子で、入力光を
光電変換して電気信号を得るように作用する。２は上記
電気信号が入力される自動利得制御回路、３は結合コン
デンサ、４は低域ろ波器、５は増幅器である。

この増幅器の出力として検出されるべき炎のちらつきに
特有の周波数成分が得られる。６は第１のレベル検出回
路で、上記所定の周波数成分の相対的低レベルを検出す
る。

７は波形整形回路で、回路６が応動したときにその出力
が入力される。

この回路７の出力はゲート８を介して計数回路９に入力
し、計数回路９の所定出力により出力回路１０が作動し
、炎判定をする。一方、１１は第２のレベル検出回路で
、自動利得制御回路２の出力に含まれる交流成分の相対
的高レベルを検出する。１２は反転回路で、常時出力が
あり、第２のレベル検出回路１１が応敷したときに反転
して出力を生じなくなる。

この反転回路１２は上記ゲート８を制する。以上におい
て、ゲート８、計数回路９、出力回路１０および反転回
路１２は判定回路１３を構成する。なお、計数回路９は
ディジタル形、アナログ形のいずれでもよいが、後者の
場合はたとえば積分回路１４としベル検出回路１５とで
形成される。

さらに計数回路９は一定時間ごとにリセットされるよう
に構成することができる。つぎに、動作を第２図をも参
照しながら説明する。

第２図は第１図の各部の電気的波形図である。光電素子
１に光入力があると、第２図イに示すような電気信号が
その出力端ィに得られる。すなわち入力光が炎の光であ
る場合は．ａ、回転灯光の場合はｂに示すような波形と
なる。この電気信号は自動利得制御回路２にて平均値一
定の電気信号に変換され、したがって結合コンデンサ３
を介した低域ろ波器４の入力機口には第２図口に示すよ
うな電気信号が現われる。なお、自動利得制御回路２は
、入力信号の平均値に応敷するから、低域周波数につい
て負帰還がかかり、その出力は高域周波数特性を示すこ
ととなる。したがって、自動利得制御回路２および低域
ろ波器４により帯域通過る波器が形成され、所望のとお
り検出されるべき炎のちらつきに特有の周波数成分が抽
出される。第１のレベル検出回路６の検出レベルは第２
図口においてレベルＬ，であり、第２のレベル検出回路
１１の検出レベルは同じくレベルＬ２である。今、炎の
光が光翼素子１に入力したとすると、第１図の口点にお
いて現われる電気信号は第２図口のａであるから、第１
のレベル検出回路６から検出出力があり、このため第１
図のハ点には第２図ハのａに示すような電気信号が現わ
れる。これに対し、第２のレベル検出回路１１は検出出
力を生じないから、反転回路１２は出力を生じている。
したがってゲート８は開いているので、波形整形回路７
の出力は計数回路９で計数される値が所定値に達すると
出力回路１０が作動し炎検出を示す。すなわち、第２図
ホのａは積分回路１４の出力端である第１図のホ点の電
気信号波形を示し、第２図へはしベル検出回路１５の出
力端であるへ点の電気信号波形を示す。したがって、炎
の光の場合は判定回路１３は炎を検出するので、火災警
報を発することができる。一方、光鰭素子１に回転灯光
が入力した場合は、第１図イ〜へ点にはそれぞれ第２図
イ〜へにおけるｂに示すような波形の電気信号が現われ
る。

すなわち、第２図イのｂの波形の立上りの関係で若干の
時間差を伴いながら第１，第２のレベル検出回路６，１
１がともに検出出力を生じる。第１のレベル検出回路６
が若干早く動作するため、ゲート８が開き計数回路９が
計数を開始するが、すぐ第２のレベル検出回路１１が動
作し、反転回路１２を介してゲートが閉じる。これによ
り計数回路９がリセットされる。したがって、判定回路
１３は回転灯光のような外乱光では誤動作をしないこと
を理解できるであろう。さらに、ヘッドライトの光と回
転灯光とが同時に入力した場合、ヘッドライトの光は一
定の強度であるから、結局第１図の口点では第２図口の
ｂと同様の電気信号となり、したがって誤動作をしない
。この場合、さらにヘッドライトの光が瞬間的に変化し
たとしても、判定回路１３中に実施例におけるような計
数機能を付与してお仇よ、誤動作を避けられるのはいう
までもない。さらに、たとえばヘッドライトの光が緩慢
に比較的小さな変化を継続した場合などのように自動利
得制御回路２が作動し、かつ、所定周波数成分を含んで
いたとしても、その相対的振幅が所定値範囲より小さい
場合は、第１のレベル検出回路６が応動しない。

したがって、この場合も判定回路１３は炎検出をしない
。第３図は本発明装置の他の実施例を示すブロックダイ
アグラムである。

本実施例は第１図示実施例の構成にさらに入力光の絶対
量が所定値以上である場合に炎検出を可能とするような
機能を付加したものである。図示第１図と同一部分には
同一符号を付して説明する。すなわち、光電素子１の出
力端に結合コンデンサ１６を介して増幅器１７を接続す
ることにより光電素子１の出力電気信号から直接交流成
分を抽出し、これを平均値化回路１８にて平均値化し、
つぎに第３のレベル検出回路１９で所定レベル以上であ
るかどうか判定する。２０はアンドゲートで、反転回路
１２の出力と、第３のレベル検出回路１９の出力とが同
時に存在するときにゲート８を開くようにゲート８を制
御する。

すなわち、第２のレベル検出回路１１が応敷せず、かつ
第３のレベル検出回路１９が応敷したときにゲート８を
開くように判定回路１３中に論理回路が設けられる。つ
ぎに、動作を第４図をも参照しながら説明する。

第２図イ〜二は第１図中の対応する符号の点における各
電気信号波形を示す。第２図各図において波形ａは炎の
光が入力した場合、ｂは回転灯光の場合、ｃは低い光義
度レベルで所定値範囲の周波数成分を含む動的外乱光の
場合のそれぞれの電気信号を示す。光電素子１の出力電
気信号から結合コンデンサ１６によって交流成分が直接
抽出され、増幅器１７で増幅されると、第３図のハ点に
は第２図ハに示す電気信号が得られ、この電気信号はさ
らに平均値化回路１８を経て第２図ニに示す電気信号に
変換される。第３のレベル検出回路１９は第２図二にお
いてレベルＬ３に検出レベルが設定される。したがって
、平均値が所定レベル−以上であるａ、ｂ両波形の場合
はアンドゲート２８の一方の入力端に入力信号が印力ｏ
される。したがって、これらの場合は第１図示実施例に
おけると同様にゲート８が開閉制御される結果、炎の有
無の判定を正確に行なうものである。つぎに、ｃ波形の
場合は平均値化回路１８の出力の平均値が所定レベルＬ
３以下であるため、第３のレベル検出回路１９は応敷し
ない。このため、アンドゲート２０が開かれないから、
ゲート８は閉じたままとなる。これに対し、自動利得制
御回路２を介することにより、第１のレベル検出回路６
はａの場合と同様に応動するが、ゲート８が閉じたまま
であるから、炎検出いいかえれば誤動作をすることはな
い。上述の各実施例において第２のレベル検出回路１１
への入力信号として自動利得制御回路２の出力を低域ろ
波器４を介さずに印加したが、本発明はこれに限定され
ない。必要なら炎のちらつきに特有の周波数帯城または
他の適当な周波数帯城中から選択してもよい。また、主
として動的外乱光はトンネル内における火災感知器とし
て使用される場合を引用して説明したが、本発明はこの
ような用途に限定されるものではなく、屋内用、燃焼装
置用など任意の用途に適応するものである。

したがって、炎のちうつきに特有の周波数も炎の種類、
性格によって変わることはいうまでもない。さらに、光
電素子としてはフオトトランジスタ、光導電素子、フオ
トダィオード、熱電対など光を電気信号に変換する素子
ならなんでもよい。さらに、光は可視光以外に赤外線、
紫外線など不可視光も含まれる。さらに、光電素子は１
個に限らず、各レベル検出回路ごとに設けてもよい。以
上詳述したように、本発明は炎と外乱光との周波数成分
の相対的な振幅の大小が所定の条件を満足するか判定し
、これによって炎を検出する方法および装置であるから
、外乱光が炎に類似の周波数成分を有していたとしても
誤動作をすることがなく、すこぶる正確で信頼性の高い
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路のブロックダイア
グラム、第２図は第１図各部の電気信号波形図、第３図
は同じく他の実施例を示す回路のフロックダィアグラム
、第４図は第３図各部の電気信号波形図である。 １・・・・・・光電素子、２・・・・・・自動利得制御
回路、６…・・・第１のレベル検出回路、１１…・・・
第２のレベル検出回路、１３…・・・判定回路。 グー図 オ２図 牙３図 才４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力光に含まれる検出すべき炎のちらつきに特有の
   周波数成分の相対的な振幅が第１の所定値以上であり、
   かつ入力光に含まれる交流成分の相対的な振幅が上記第
   １の所定値より大きな第２の所定値以下であることを判
   定することにより炎を検出することを特徴とする炎検出
   方法。 ２ 入力光に含まれる交流成分の平均強度が所定値以上
   であるときに応動し得るようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲１記載の炎検出方法。 ３ 検出すべき炎の光を受光し得るように配設され入力
   光を電気信号に変換する光電素子と、上記電気信号が入
   力される自動利得制御回路と、この回路の出力の交流成
   分のうち検出すべき炎のちらつきに特有の周波数成分が
   所定の相対的低レベルを有するときに応動する第１のレ
   ベル検出回路と、上記交流成分が所定の相対的高レベル
   を有するときに応動する第２のレベル検出回路と、第１
   のレベル検出回路が応動しかつ第２のレベル検出回路が
   応動しないときに炎検出の出力を生じ得る判定回路とを
   具備したことを特徴とする炎検出装置。 ４ 前記光電素子から得られる電気信号の交流成分の平
   均値を求める平均値化回路と、この回路の出力が所定の
   レベル以上のときに応動する第３のレベル検出回路とを
   具備し、前記判定回路は第３のレベル検出回路が応動し
   ない限り炎検出の出力を生じ得ないように制御されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲３記載の炎検出装置。 ５ 前記炎に特有の周波数成分は前記自動利得制御回路
   および低域ろ波器によって抽出されることを特徴とする
   特許請求の範囲３記載の炎検出装置。 ６ 前記判定回路は、前記第２のレベル検出回路が応動
   していないときに開いており応動したときに閉じ得るゲ
   ートと、このゲートを介して前記第１のレベル検出回路
   の出力に応じて動作する計数回路と、この計数回路が所
   定の計数動作をしたときに応動する出力回路とを含んで
   なることを特徴とする特許請求の範囲３記載の炎検出装
   置。 ７ 前記判定回路は、前記第１のレベル検出回路の出力
   に応じて動作する計数回路と、この計数回路が所定の計
   数動作をしたときに応動する出力回路と、第１のレベル
   検出回路および計数回路の間に介在するゲートと、前記
   第２のレベル検出回路が応動せずに前記第３のレベル検
   出装置が応動したときにのみ出力を生じて上記ゲートを
   開く論理回路とを含んでなることを特徴とする特許請求
   の範囲４記記載の炎検出装置。