JPS6367239B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は炎より発せられる特有の放射線を検出
して屋外・屋内に拘らず炎を検出する炎検出装置
に関するものであり、より特定的には、黒煙を伴
う炎をも検出できる炎検出装置に関する。

(2) 技術の背景 可燃物が空気中で酸化燃焼する時に発生する炎
からの放射線には、可燃物の種類により定まる特
有の波長の放射線が含まれている。その中で、横
軸を波長λ、縦軸を強度Ｉとして第１図に図示し
た曲線Ａのように総ての酸化燃焼に特有のスペク
トルとして酸化の際に発生する炭酸ガスより発せ
られる4.4μｍ付近にピークを有する赤外線があげ
られる。

このような4.4μｍ付近の赤外線を検出して炎を
検出する炎検出装置はすでに存在するが、下記に
述べるように種々の問題点があり、感知能力を高
め、信頼性を向上させることが望まれている。ま
た黒煙を伴う炎であつても検出し得る炎検出装置
であることが望まれている。

(3) 従来技術と問題点 上記のように単に4.4μｍ付近の赤外線を検出す
る炎感知器は、第１図の曲線Ｂで示す低温度放射
物体などから発せられる4.4μｍ付近の赤外線をも
検出してしまい、炎検出として誤動作するという
問題点がある。

上記問題点を解決するものとして、第１図の例
示において、4.4μｍ付近の放射線を通過させるバ
ンドパスフイルタ、4.0μｍ付近の放射線を通過さ
せるバンドパスフイルタを設け、両フイルタを通
過した放射線の強度の差を検出し、炎に特有な波
長のスペクトルが線スペクトルになる場合を炎と
して検出する炎検出装置がある（例えば特公昭54
−9336号公報）。また上述のスペクトルがゆらぎ
を示すことを用いて炎を検出する炎検出装置があ
る。

しかしながら、このような炎検出装置は、下記
に述べるような問題点がある。例示として第１図
に図示の如く、夏のトタン屋根等の100℃位の炎
を発しない低温度放射物体に於ては前記4.4μｍ付
近と4.0μｍ付近の放射線強度の差ΔI₃が炎のとき
の差ΔI₁に比して十分な有意差がつかない。即ち
炎に対する感度を上げるよう強度差を小さく設定
すると低温度放射物体に対して誤動作し、誤動作
を防ぐように強度差を大きく設定すると炎が検出
できなくなるという問題点がある。

他の問題点としては、炎が発する4.4μｍ付近の
赤外放射線が空気中の炭酸ガスに吸収され、炎と
炎感知器の距離が大きくなると、当然、波長4.4μ
ｍ付近の放射線の検知感度が落ち炎が検知できな
くなることがある。

また他の問題としては、重油やガソリンのよう
に炭素含有率の高いものが空気中で燃焼する場
合、多量の炭酸ガスを発生する為4.4μｍ付近の放
射線が吸収され、炎を検出し難くなる。このこと
は上記の炎と感知器の距離が離れている場合に
は、上記の問題点が重畳される。

さらに他の問題点としては、太陽光が雨上りの
道路等に反射してゆらぐ、又は、パトロールカー
の回転燈などの点滅が放射線強度の差を生じさせ
て誤動作を惹起させる場合がある。

(4) 発明の目的 本発明は、屋内又は屋外に存在する炎以外の放
射線放射物体の影響を除去し炎検出の信頼性を向
上させ、通常の炎検出の感度を向上させ、さらに
黒煙を伴う炎であつても正確に炎検出を行うこと
のできる炎検出装置を提供することを目的とす
る。

(5) 発明の構成 本発明は、炎に特有な波長の赤外線の強度と前
記波長付近の波長の赤外線の時間的経過を統計的
処理するアダプテイブコントロール手法により誤
動作の要因となる前記複数波長の赤外線強度の炎
以外の影響を除去し炎の感知能力を高めるという
着想のもとに行なわれたものであり、本発明にお
いては、炎が発する特有の波長の放射線を受け入
れ対応する電気信号に変換する第１の放射線検出
手段、前記炎が発する特有の波長以外の放射線を
受け入れ対応する電気信号に変換する第２の放射
線検出手段、所定期間にわたる前記第１の放射線
検出手段の出力信号の平均値とその瞬時値との偏
差が所定値以上であるか否かを判定する第１の演
算比較手段、前記偏差と所定期間にわたる前記第
２の放射線検出手段の出力信号の平均値とその瞬
時値の偏差との比が所定値以上であるか否かを判
定する第２の演算比較手段、前記所定期間とは異
なる長さの期間にわたる前記第１の放射線検出手
段の出力信号の平均値と、最大値と最小値の差と
の比が所定値内であるか否かを判定する第３の演
算比較手段、及び前記所定期間とは異なる長さの
期間にわたる前記第１の放射線検出手段の出力信
号の変化に山又は谷部があるか否かを検出する凹
凸検出手段、を具備し、前記第１、第２及び第３
の演算比較手段、及び前記凹凸検出手段における
判定の結果にもとづき炎感知信号を出力するよう
にした、炎検出装置が提供される。

(6) 発明の実施例 第２図は、本発明の一実施例としての炎検出装
置の回路図を示す。

第２図について述べると、本発明の炎検出装置
は、炎を伴う放射線６からの放射線を検出する検
出部１、該検出部からの信号を演算する論理演算
部２、該論理演算部２からの信号を比較判断する
判断部４、及び警報を発する警報部５から構成さ
れる。

検出部１は、放射体６の火炎に特有な波長λ₁、
第１図に図示の例示においては4.4μｍ付近の放射
線を通過させる第１のバンドパスフイルタ１１、
該バンドパスフイルタからの信号を電気信号に変
換する第１の光電変換器１２、該光電変換器から
のアナログ信号をデイジタル信号に変換するAD
変換器１３からなる第１の放射線検出系統と前述
の波長λ₁とは異なり且つ波長λ₁の近傍にあつて炎
感知上放射線の識別性を有する波長λ₂、第１図に
図示の例示においては40μｍ付近の放射線を通過
させる第２のバンドパスフイルタ１４、第２の光
電変換器１５、第２のAD変換器１６からなる第
２の放射線検出系統から構成される。

第２の光電変換器１５及び第２のAD変換器１
６はそれぞれ第１の光電変換器１２及び第１の
AD変換器１３と同様のものである。

従つて、第１の放射線検出系統の出力としては
波長λ₁の放射線がデイジタル量の信号Ｓ１３とし
て、又、第２の放射線検出系統の出力としては波
長λ₂の放射線がデイジタル量の信号Ｓ１６として
それぞれ論理演算部に印加される。

論理演算部は下記のものから構成される。前記
信号Ｓ１３及びＳ１６のそれぞれを受け入れ記憶
するバツフアメモリ２１及び２８。バツフアメモ
リ２１及び２８にそれぞれ信号Ｓ１３及びＳ１６
が順次記憶され一定時間経過後、後段の回路に記
憶された信号を送出するためのクロツク信号を発
する第１のクロツク発振器２７。バツフアメモリ
２１及び２８から送出された信号の平均値AV_C、
AV_Rを求める第１及び第２の平均値演算回路２
２及び２９。前述のように得られた波長λ₁，λ₂に
ついての現在の放射線の値、すなわち、瞬時値
V_C，V_R（信号Ｓ１３，Ｓ１６）と平均値演算回路
２２及び２９において得られた波長λ₁，λ₂の放斜
線の平均値AV_C，AV_Rとの偏差σ_C，σ_Rを求める第
１及び第２の差回路２５，３０。第１の偏差σ_Cと
第２の偏差σ_Rの比Ｒ１を算出する割算回路３１。

論理演算部２はさらに下記のものから構成され
る。前述の第１のクロツク発振器２７の発振周波
数より高周波数、従つて短周期のクロツク信号を
第１のバツフアメモリ２１に印加する第２のクロ
ツク発振器３２。第２のクロツ発信器３２のクロ
ツク周波数によつてバツフアメモリ２１から送出
された信号にもとづき、平均値AV_C′を求める第
３の平均値演算回路３３、及び第２のクロツクパ
ルスの間隔内における前記バツフアメモリ２１か
ら送出された信号の最大値I_nax及び最小値I_nioを
検出する最大最小検出回路２３。該最大最小検出
回路２３からの最大値I_naxと最小値I_nioとの差σ_n
を求める第３の差回路２４。第３の平均値演算回
路３３からの値AV_C′と第３の差回路２４からの
差σ_nとの比を求める第２の割算回路２６。第２
のクロツクパルスの周期内において信号Ｓ１３に
山又は谷があるかどうかを検出し、山又は谷があ
る場合、論理「１」の信号Ｓ３４を出力する信号
凹凸検出回路３４。

上記の如く得られた信号σ_C，Ｒ１，Ｒ２，Ｓ３
４を判断部４に印加する。

判断部４は、偏差σ_Cが或る値α、例えば３以
上、好ましくは７以上である場合、論理＝「１」
を出力する第１の比較回路４１、比Ｒ２が或る範
囲内β₁〜β₂、例えば0.2〜1.0の間にある場合、論
理＝「１」を出力する第２の比較回路４２、比Ｒ
１が或る値γ、例えば0.7以上である場合、論理
＝「１」を出力する第３の比較回路４３、第１及
び第２の比較回路４１及び４２の論理出力信号を
論理積するアンドゲート４４、信号凹凸検出回路
３４からの論理出力信号と第３の論理出力信号を
論理積するアンドゲート４６、及びアンドゲート
４４及び４６の出力をさらに論理積するアンドゲ
ート４５、からなる。

アンドゲート４５の出力論理＝「１」の場合、
警報部５を作動させ炎を検知したことを通報す
る。警報部５は、たとえばブザー又はランプによ
る報知か又は外部へ火炎信号を出力する等の、従
来のものと同じである。

すなわち炎検出の論理は、下記の式及び条件が
同時に成立した場合を炎が存在するとして警報を
発する。

V_C−AV_C≧α ……(1) β₁I_nax−I_nio／AV_C′β₂……(2) I_nax〜i_nio間に凹凸がある ……(3) σ_C／σ_R≧γ ……(4) 第１式は、正規化したものである。

クロツク発振器２７は、初期状態として、一定
数の信号Ｓ１３，Ｓ１６がバツフアメモリ２１，
２８に記憶されるまではクロツクパルスを発振さ
れないようになつており、一定数の信号Ｓ１３，
Ｓ１６が記憶されるとクロツクパルスを発振し、
バツフアメモリ２１，２８に記憶されたデータ
を、AD変換器１３，１６から新しいデータがバ
ツフアメモリ２１，２８に入力される都度、後段
の回路に送出する。

バツフアメモリ２１，２８は一定個数のデータ
を記憶させ、最新のデータ（信号Ｓ１３，Ｓ１
６）が入力されるとき最も古いデータは送出さ
れ、これに伴つて平均値演算回路２２，２６にお
ける平均値も更新されていく。

又、クロツク発振器２７、または３２は一定数
の信号Ｓ１３，Ｓ１６がバツフアメモリ２１，２
８に記憶される都度クロツクパルスを発振し、ク
ロツクパルスの周期毎に後段の回路に送出するよ
うにしてもよい。そのときはクロツクパルスを受
信したあとはバツフアメモリ２１，２８の信号Ｓ
１３，Ｓ１６をクリアーし再度一定数の信号Ｓ１
３，Ｓ１６をバツフアメモリ２１，２８に記憶す
る。

上記の炎検出の基本原理について、以下に例を
挙げて述べる。

第３図は横軸を時間ｔ、縦軸を放射線強度Ｉに
とり、波長λ₁、例えば4.4μｍ付近の放射線の値
V_C及び波長λ₂、例えば4.0μｍ付近の放射線の値
V_Rをプロツトした曲線、V_C及びV_Rを第２図の平
均値演算回路２２及び２９で平均したものをプロ
ツトした曲線AV_C、AV_R、火炎が発生した場合
の波長λ₁，λ₂の放射線の値V_C′，V_R′を図示した
ものである。

尚、第３図は低温度放射物体として夏の日のト
タン屋根が周囲にある場合を例示しており、放射
線強度が時間の経過と共に変動する場合を示して
いる。

通常の炎の場合には、第３図に図示の特性図か
ら明らかなように、曲線V_C′のように急激な変化
が生じるので第１式を満足させ、また第２図のク
ロツク発振器３２の周期内にV_C′に山または谷が
あつて第３式を満足する。さらに高精度に検出す
るためには、第４式、σ_C／σ_Rγ（0.7）を満足さ せる。この場合、上記第２式を満足する。上記条
件成立によつて炎が存在すると見做す。これは従
来の検出に比し相当正確であり、検出感度を向上
させることができる。

さらに、本発明は黒煙を伴う炎の検出も可能で
あるようにされている。第４図は黒煙を伴う炎の
波長λ₁，λ₂の放射線V_C，V_Rをプロツトしたもの
であり、横軸は時間ｔ、縦軸は放射線強度Ｉであ
る。

黒煙を伴う炎であつても、第１式、第３式は成
立する。

さらに第４図のように、放射線はゆらいでお
り、経験的に、σ_C／σ_R≒１、第４式に当てはめる
とγ（≒0.7）以上、かつ、β₁（≒0.2）（I_nax−
I_nio）／AV_C′β₂（≒１）であることが知られて
いる。

以上から、第１式〜第４式の成立により黒煙を
伴う炎の検出が可能である。

次に低温度放射物体について述べる。低温度放
射物体からの放射線強度は第３図に図示の如く変
動しているが、第２図における平均値算出回路２
２で求めた平均値AV_Cと瞬時値V_Cとの偏差σ_Cは
僅かである。よつて上記第(1)式は成立せず、炎が
存在しているとは見做さない。従つて低温度放射
物体からの放射線による誤動作が防止できる。

また例えば、一過性のノイズによつて低温度放
射物体からの放射線が一時的に第１式を満足する
ような場合があつたとしても、他の第２式〜第４
式が同時に成立することはなく、一過性のノイズ
による誤動作が防止できる。

さらに太陽光が雨上りの道路等に反射するゆら
ぎ、又はパトロールカーの回転燈などが放射線強
度の差を生じさせる場合について述べる。このよ
うなゆらぎ、放射線強度の変化の周期に対し第２
図の平均値演算回路２２及び２９は相当長い周
期、例えば10分程度で平均値を算出する。従つて
ゆらぎ、放射線強度の変化の平均値と瞬時値との
差は或る範囲内にあり、低温放射物体のように、
第１式が成立しない。一時的に差が生じた場合も
他の第２式〜第４式が同時に成立することはな
い。以上からこの場合であつても誤動作すること
はない。

本発明の実施に当つては以上に述べたものの他
種々の変形形態をとることができる。例えば、第
２図における論理演算部２及び判断部４をマイク
ロプロセツサに置きかえることもできる。また、
以上の例示においてはデイジタル信号処理を主体
とした場合について述べたが、アナログ信号処理
又はハイブリツド形の信号処理にすることができ
る。さらに、平均値演算回路は単純移動平均を算
出する場合について例示したが、加重平均などを
用いても良い。クロツク発振器２４は、AD変換
器１３，１６からの信号Ｓ１３，Ｓ１６をバツフ
アメモリ２１，２５に取り込む際のタイミングパ
ルスを与えるようにすることができる。

(6) 発明の効果 以上から明らかなように、本発明によれば、屋
内又は屋外に存在する炎以外の放射線放射物体の
影響を除去し炎検出の信頼性を向上させ、通常の
炎検出の感度を向上させ、さらに黒煙を伴う炎で
あつても正確に炎検出を行うことのできる炎検出
装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は放射線強度の特性図、第２図は本発明
の一実施例としての炎検出装置の回路図、第３図
は本発明の炎検出装置の炎検出の説明に用いる特
性図、第４図は本発明の炎検出装置の炎検出の説
明図に用いる他の特性図、である。 （符号の説明）、１……検出部、１１，１４…
…バンドパスフイルタ、１２，１５……光電変換
器、１３，１６……AD変換器、２……論理演算
部、２１，２８……バツフアメモリ、２２，２
９，３３……平均値演算回路、２３……最大最小
検出器、２４，２５，３０……差回路、２６，３
１……割算回路、２７，３２……クロツク発振
器、３４……信号凹凸検出回路、４……判断部、
４１〜４３……比較回路、４４〜４６……アンド
ゲート、５……警報部、６……火炎。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炎が発する特有の波長の放射線を受け入れ対
   応する電気信号に変換する第１の放射線検出手
   段、 前記炎が発する特有の波長以外の放射線を受け
   入れ対応する電気信号に変換する第２の放射線検
   出手段、 所定期間にわたる前記第１の放射線検出手段の
   出力信号の平均値とその瞬時値との偏差が所定値
   以上であるか否かを判定する第１の演算比較手
   段、 前記偏差と所定期間にわたる前記第２の放射線
   検出手段の出力信号の平均値とその瞬時値の偏差
   との比が所定値以上であるか否かを判定する第２
   の演算比較手段、 前記所定期間とは異なる長さの期間にわたる前
   記第１の放射線検出手段の出力信号の平均値と、
   最大値と最小値の差との比が所定値内であるか否
   かを判定する第３の演算比較手段、及び、 前記所定期間とは異なる長さの期間にわたる前
   記第１の放射線検出手段の出力信号の変化に山又
   は谷部があるか否かを検出する凹凸検出手段、を
   具備し、 前記第１、第２及び第３の演算比較手段、及び
   前記凹凸検出手段における判定の結果にもとづき
   炎感知信号を出力するようにした、炎検出装置。