JPS6046433A - 炎検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、輻射エネルギーにより炎の存在を検出する装
置に関する。

従来提案されている炎検出装置としては、赤外線又は紫
外線の特定波長域の輻射エネルギーが所定の大きさにあ
るか否かにより検出するタイプのもの、あるいは、二波
長方式と云われる炭酸ガスの共鳴線の４．５μｍ帯の輻
射エネルギーと共鳴線以外の波長（例えば３．５μｍ）
の幅射エネルギーを測定し、前者の輻射エネルギーが犬
き（・ことを検知して炎を検出するタイプのものがある
。

しかしながら、かかるタイプの装置は、誤報があり信頼
性の点で不充分なものであった。即ち、装置近傍に存在
する物体からの輻射エネルギー、太陽光等の炎以外の輻
射エネルギーも当然検出装置に入射する。その結果、上
記前者のタイプのものにあっては所定のエネルギーのレ
ベルを検出した場合、それが炎からのものであるか否か
を充分に判別できたいま〜警報を発生するので、それが
誤報になることが多い。また、後者のタイプのものにあ
って′は、２つの波長におけるエネルギーレベルの関係
が炭酸ガスの共鳴線の輻射エネルギーレベルのそれと同
じにあるような輻射エネルギーが、炎以外から入射した
場合には誤報を発生する。

本発明は、かかる現状に鑑みなされたもので、誤報を発
生する可能性のほとんどない信頼性の高い炎検出装置の
提供を目的とする。

即ち、本発明は、仄酸ガスの共鳴線の輻射エネルギーを
検出する炭酸ガスエネルギー検出手段と、該炭酸ガスエ
ネルギー検出手段により検出されたエネルギーに基づき
所定波長範囲における炎の輻射エネルギーを算出する算
出手段と、前記所定波長範囲における全輻射エネルギー
を検出する全輻射エネルギー検出手段と、該算出された
炎の輻射エネルギーと、該検出された全輻射エネルギー
とを比較する比較回路とからなり、両者の輻射エネルギ
ーがはｇ等しいことを検知して炎を検出することを特徴
とする炎検出装置である。

本発明によれば、炎検知に対する信頼性が極めて向上し
た装置にすることができる。

本発明において、炭酸ガスエネルギー検出手段は、全暢
射エネルギーより炭酸ガスの共鳴線に相当する波長の輻
射エネルギーを選択的に検出するものである。燃焼等よ
り生成した励起振動状態の炭酸ガスは、より低い励起振
動状態あるいは基底振動状態に戻るとき、特定波長帯、
即ち共鳴線の赤外光を放射する。この炭酸ガスの共鳴線
は２〜３μｍ帯、４．５μｍ帯が知られており、本発明
の炭酸ガスエネルギー検出手段会家力ちる波長の少なく
とも一考の輻射エネルギーを測定する。

以下図面に基づいて具体的に説明する。

第１図は輻射エネルギーの分光分布を示す図で、本発明
の詳細な説明するために示したものであり、第２図は本
装置の一例である。

第１図において、曲ｍＡは炎の放射スペクトルに対する
もので、炭酸ガスの共鳴線として波長４．５μｍ伺近に
鋭いピークを示し、２〜３μｍ付近に小さなピークがあ
る。′曲線Ｂは太陽光あるいは比較的高温の物体からの
輻射エネルギー分布で、２μｍより短い波長にピークを
有する。

曲Ｈａはこれとは逆に比較的低温度の物体力・らの輻射
エネルギー分布で４．４μｍより長℃・波長にピークが
ああ。本発明は、か〜るＡ曲線と炎以外の曲線Ｂ又はＣ
とを次のようにして区別する。

即ち、共鳴線の波長に相当する４、５μｍ帯の波長の輻
射エネルギーを検出し、それを電気的に増巾して波長λ
１からλ２までの全輻射エネルギーを算出する。

一方、これとは別に波長λｌからλ２までの全輻射エネ
ルギーを測定し、この全輻射エネルギーと前記算出によ
りめた輻射エネルギーとを比較する。この比較により前
者が後者より大きい場合は、炎以外からの輻射エネルギ
ーであると判断し、前者と後者がはｙ等して場合は、炎
からの輻射エネルギーであると判断する。

第２図の装置において、輻射源１５からの輻射エネルギ
ーを集光する集光レンズ１の後方にビームスプリッタ−
２が設けてあり、集光された輻射エネルギーが二方向に
分割されるようになっている。かＮるビームスプリッタ
−は、シリコン又はゲルマニウムの平板を光軸に対し約
４５度傾斜するように設けてあり、入射した輻射エネル
ギーの約半分をそのま３−透過し、残部は下方に反射す
る。３は波長４．４μｍの輻射エネルギーを選択的に透
過する）（ンドノくスフイルターを具有した赤外線受光
素子で、前記ビームスプリッタ−で分割された一方の輻
射エネルギー（即ち、透過光）が入射する位置に設けて
あり、輻射エネルギーあるいはエネルギー変動に比例し
た電気信月を発生する。４はシリコン窓を有する赤外線
受光素子で、ビームスプリッタ−で分割された他方の輻
射エネルギーが入射する位置に設けてあり、輻射エネル
ギーあるいはエネルギー変動に比例した電気信号を発生
する。

この受光素子は、第１図の波長λ　からλ２の範囲の輻
射エネルギーに対してのみ電気信号を発生するが、こ４
の素子の代りにλ□より短かい波長又はλ２より長い波
長の輻射エネルギーに対しても電気信号を発生する受光
素子を使用する場合は波長λ１からλ２の輻射エネルギ
ーを透過するフィルターを使用すればよい。かくして受
光素子４により波長λｌからλ２の範囲の全輻射エネル
ギーあるいはエネルギー変動に比例した電気信号を発生
する。これら受光素子３および４で発生した電気信号は
、増巾率を増減できる増巾回路５及び６により増巾され
る。この増巾ギは自動増巾率調整回路７により調整が可
能である。

８及び９は周波数０１〜２０　Ｈ２の信号を透過するバ
ンドパスフィルターである。炎より放射される輻射エネ
ルギ〜の強度は時間的に変動しており、その周波数は０
．１〜２０　Ｈ２である。

従ってこのバンドパスフィルターを設けることにより装
置の信頼性が増ず。か又るバンドパスフィルターを設け
る代りに、上記周波数範囲に感度を有する焦電型受光素
子を３，４に使用してもはｙ同等の効果が得られる。

１０は演算回路で、フィルター８及び９からの信号を比
較する。

第３図は別の実施例で、第２図の装置における自動増巾
率調整回路及び演算回路の代りにＣ！ＰＶ　１３を設け
たものである。

第４図は更に別の実施例で、狼光レンズ１とビームスプ
リッタ−２との間に赤外線透過ファイバー２２を設け、
ヘッド２１に収容された集光レンズで集光された相対エ
ネルギーはファイバー２２を伝送されビームスプリッタ
−に入射する。図面には省略したがビームスプリッタ−
に入射した輻射エネルギーは堀２図又は第３図に記載の
回路により処理される。この装置においては、ヘッド２
１とビームスプリッタ−とを離れた位置に設けることが
できるので狭い個所へヘッドを設置する場合、あるいは
爆発性雰囲気、強電界領域へヘッドを設置する場合に特
に適している。

第５図及び第６図は、ビームスプリッタ−により分割さ
れ輻射エネルギーをできる限り多く受光素子に入射させ
るようｋした装置である。

第５図はビームスプリッタ−と受光素子の間に内面に金
属２４をコートしたガラス管２３を設け、ビームスプリ
ッタ−２により分割された輻射エネルギーはガラス管内
面で反射されつつ受光素子２５へ導びかれる。例えばフ
ァイバー２２の直径】ｔＲＴｎ受光素子２５の直径２節
・、ファイバ一端面と受光素子の距離６鴫、ガラス管２
３の内径１．７闇とした場合、受光素子２５への入射エ
ネルギーは、ガラス管２３を設けない場合の約２倍であ
った。

第６図は第５図のガラス管の代りに赤外透過率が大きく
反射率の小さいフッ化物ガラス、または周期律表第Ｈａ
族のフッ化物（Ｍｇｔｚ、　ＣａＦ２またはＢａＦ２）
の円柱（円錐状でも可能）を配置したものである。赤外
光はこの円柱の内面で全反射して進むが、光ファイバー
のように外周に低密度のクラッド層を設けてコア／クラ
ッド界面で全反射をさせてもよい。直径１．８１１１ｉ
１のｃａＦ２単結晶の６ツドな用いて２６のガラス部品
を加工し、鎖５図の場合と同様に抛６図のように配置し
て測定したところ、２６の挿入前後で受光素子への入射
エネルギーは約２倍増加した。

細、５図、第６図のよう−にするとビームスプリッタ−
からのエネルギーが多゛量に受光素子へ導入されるので
、ｓ　／　Ｈ比が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は輻射エネルギーの分光分布を示す図である。４
２２図、第３図は本発明による装置のブロック図である
。第４図〜第６図は本発明による装置の一部断面図であ
る。 １　・・・第光レンズ ２　・・・ビームスプリッタ− ３、４，２５・・・受光素子 ５．６　・・・増巾回路 １０　・・・演算回路 ２２　・・・赤外透過ファイバー ７ｚ用 ７３）判 才＋［ ７５閲 、？６）ＹＪ 手続補正書 昭和５９年　２月／２日 特許庁長官　若杉和夫殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第１３１９２４号 ２、発明の名称 炎検出装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都千代田区丸の自重丁目１番２号名称　（
００４）旭硝子株式会社 外１名 ５、補正命令の日付 なし　（自発補正） ６、補正により増加する発明の数　なし８、補正の内容 （１）特許請求の範囲の欄 別紙の通り （２）　発明の詳細な説明の欄 げ〕　明細書第４頁３行〜１２行の「炭酸ガスの・曲・
である。」を次のように補正する。 「特許請求の範囲第１項に記載の装置である。」（ロ）
明細書第５頁１９行、第５頁１９行目の「のようにして
区別する。・・・・・・・・・判断する。」を次のよう
に補正する。 「測定値即ち、炭酸ガスの共鳴線に相当する波長（４，
４μｍ又ｌ′ｉ２〜３μｍ）の輻射エネルギーＥＣと波
長λ１がらλ２における波長範囲の輻射エネルギーＥａ
とに基づいて、次のように区別する。 その第１の方法としては、前記測定値Ｅａに基づき予め
記憶しである炎の分光分布を想定し、炭酸ガスの共鳴線
に相当する波長の輻射エネルギーＥｃ′を算出する。こ
のＥ、／と測定値である輻射エネルギーＥｃとを対比し
Ｅｃ′がＥｃより大きいか又はほぼ同じときに炎から輻
射エネルギー、則ち曲線Ａであると判断する。 また、Ｅａに基づき予め記憶しである黒体輻射の分光分
布を想定し、共鳴線に想当する波長の輻射エネルギーＥ
ｃ′を算出する。このＥｃ′とＥｃヲ対比しＥｃがＥｃ
′より大きいかはソ等しいときに曲線Ａであると判断す
ることもできる。 一方、第２の方法としては、逆に、前記測定値Ｅｃに基
づき、予め記憶しである炎の分光分布を想定し、λｌか
らλ２の波長範囲の輻射エネルギーＥａ’　ｋ算出する
。このＥａ′と前記測定値Ｅａとを対比しＥａ′がＥａ
より小さいか又ははソ等しいときに炎からの輻射エネル
ギー即ち曲線Ａであると判断する。 更に、Ｅｃに基づき黒体輻射の分光分布を想定し、波長
λ１〜λ２の輻射エネルギーＥａ’ｅ算出する。このＥ
／と測定値Ｅａと、を対比し、Ｅａ′がＦｆａより大き
いかはソ等し、いときに曲ｆｆＭＡであると判断すΣこ
ともできる。 か＼る波長範囲λｌ〜λ２は、特に限定されるものでは
ないが、実用的には炭酸ガスの共鳴線を含む赤外領域、
具体的には１μｍ〜１５μｍが使用される。可視光の領
域を含んでもよい。 また、共鳴線のエネルギーは、共鳴線を中心に±０．５
μｍの波長域を使用するのが感度が高く実用上好ましい
。」別紙 ２、特許請求の範囲 （１）炭酸ガスの共鳴線における輻射エネルギーを検出
する炭酸ガスエネルギー検出手段と、亙定波長範囲にお
ける全輻射エネルギーを検出する全輻射エネルギー検出
手段と、一方の（刀　前記比較回路で比較される輻射エ
ネルギーは、周波数０．１〜２０Ｈ２の範囲である特許
請求の範囲第１項記載の装置。 （３）輻射エネルギーを集光する集光レンズと、該集光
された輻射エネルギーを二方向に分光するブームスプリ
ッターとを設け、分光された一方の輻射エネルギーは前
記炭酸ガス検出手段へ導入され、分光された他方の輻射
エネルギーは前記全輻射エネルギー検出手段へ導入され
るようにした特許請求の範囲第２項記載の装置。 （４）　前記集光レンズの後方に集光された輻射エネル
ギーを前記ビームスプリッタ−へ導入する赤外透過ファ
イバーが設けられている特許請求の範囲第３項記載の装
置。 手続補正書 昭和５９年９月μ六日 特許庁長官　志賀　学　殿 １．１Ｒ件の表示 昭和５８年特許願第１３１９２４号 ２、発明の名称 炎検出装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都千代田区丸の自重丁目１番２号名称　（
００４）旭硝子株式会社 外１名 ５、補正命令の日付 自発補正 ６、補正により増加する発明の数　なし７、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 ８、補正の内容 （１）明細書第５頁第１９行〜ＷＳ６頁１１行目の「曲
線Ｂ又はＣ・・・・ｔ５２図の装置において、」までを
次のように補正する。 「曲線ＢまたはＣとを測定値である炭酸ガスの共鳴線に
相当する波長（約４．４ｐｍ又は２〜Ｊ＋、ｍ）の輻射
エネルギーＥｃ及び波長λ１からλ２における輻射エネ
ルギーＥａとに基づいて、次のように区別する。 その第１の方法としては、前記測定値Ｅａ及び予め記憶
しである炎の分光分布とより炭酸ガスの共鳴線に相当す
る波長の輻射エネルギーＥｃを算出する。このＥｃ’と
測定値である輻射エネルギーＥｃとを対比しＥｃがＥｃ
より小さいかほぼ同じときに炎からの輻射エネルギー、
即ち曲線Ａであると判断する。この際、記憶しておく炎
の分光分布は、炭酸ガスの共鳴線以外にも輻射エネルギ
ーが比較的多くあるものが望ましい。 また、Ｅａと予め記憶しである曲線Ｃのような炭酸ガス
共鳴線より波長側にピークのある黒体輻射の分光分布と
に基づき、炭酸ガス共鳴線に相当する波長の輻射エネル
ギーＥ（’を算出する。このＥｃとＥｃとを対比しＥｃ
がＥｃより大きいとき曲線Ａであると判断する。 一方、第２の方法としては、逆に前記測定値Ｅｃと予め
記憶しである炎の分光分布とより、λ１からλ２の波長
範囲の輻射エネルギーＢａを算出する。このＥａと前記
測定値Ｅａとを対比し、Ｅａ′がＥａより大きいか又は
ほぼ等しいときに炎からの輻射エネルギー即ち曲線Ａで
あると判断する。 更に、Ｅｃと曲線Ｃのような黒体輻射の分光分布とより
波長へ１〜λ２の輻射エネルギーＨａ’を算出する。こ
のＥａ′と測定値Ｅａとを対比し、Ｅａ’がＥａより大
きいときに曲線Ａであると判断することもできる。 かかる波長範囲λ１〜λ２は、特に限定されるものでは
ないが、実用的には炭酸ガスの共鳴線を含む赤外領域、
具体的にはｉ１〜１５　ｐ＋１１が使用される。可視光
の領域を含んでもよい。 また、共鳴線のエネルギーは、共％線を中心に±０．５
１Ｌｍの波長域を使用するのが感度が高く実用上好まし
い、」以上

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　炎の放射スペクトル中の炭酸ガスの共鳴線の輻
   射エネルギーを検出する炭酸ガスエネルギー検出手段と
   、該炭酸ガスエネルギー検出手段により検出されたエネ
   ルギーに基づぎ所定波長範囲における炎の輻射エネルギ
   ーを算出する算出手段と、前記所定波長範囲における全
   輻射エネルギーを検出する全輻射エネルギー検出手段と
   、該算出された炎の輻射エネルギーと、該検出された全
   輻射エネルギーとを比較する比較回路とからなり、両者
   がはｇ等しいことを検知して炎を検出することを特徴と
   する炎検出装置。
2. （２）　前記比較回路で比較される輻射エネルギーは、
   周波数０．１〜２０　Ｈｚの範囲である特許請求の範囲
   第１項記載の装置。
3. （３）　輻射エネルギーを集光する集光レンズと、該集
   光された輻射エネルギーを二方向に分光するビームスプ
   リッタ−とを設け、分光された一方の輻射エネルギーは
   前記炭酸ガス検出手段へ導入され、分光された他方の輻
   射エネルギーは前記全輻射エネルギー検出手段へ導入さ
   れるようにした特許請求の範囲第２項記載の装置。
4. （４）　前記集光レンズの後方に集光された輻射エネル
   ギーを前記ビームスプリッタ−へ導入する赤外透過ファ
   イバーが設けられている特許請求の範囲第３項記載の装
   置。