JPH06259675A - 火炎測定方法 - Google Patents
火炎測定方法Info
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- JPH06259675A JPH06259675A JP7276393A JP7276393A JPH06259675A JP H06259675 A JPH06259675 A JP H06259675A JP 7276393 A JP7276393 A JP 7276393A JP 7276393 A JP7276393 A JP 7276393A JP H06259675 A JPH06259675 A JP H06259675A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、火炎から放射される赤外線を検出
して火炎の規模を測定するものであり、特に多波長の赤
外線を同時に検出して火炎の正確な燃焼規模を測定する
火炎測定方法に関する。本発明は、燃料などの火炎の状
態に関わり無く有効な燃焼規模を測定する方法を提供す
る。 【構成】 CO2の共鳴放射帯を含む複数の赤外線放射帯
における赤外線強度を検出して、検出した赤外線の強度
から炎の特徴的な放射成分を差し引いた値を用いて火炎
の発熱規模を算出することを特徴とする火炎計測方法。 【効果】 火炎の燃焼規模を火炎から離れた位置から正
確に測定でき、燃焼物の種類によらず、燃焼の発熱量を
測定できる。
して火炎の規模を測定するものであり、特に多波長の赤
外線を同時に検出して火炎の正確な燃焼規模を測定する
火炎測定方法に関する。本発明は、燃料などの火炎の状
態に関わり無く有効な燃焼規模を測定する方法を提供す
る。 【構成】 CO2の共鳴放射帯を含む複数の赤外線放射帯
における赤外線強度を検出して、検出した赤外線の強度
から炎の特徴的な放射成分を差し引いた値を用いて火炎
の発熱規模を算出することを特徴とする火炎計測方法。 【効果】 火炎の燃焼規模を火炎から離れた位置から正
確に測定でき、燃焼物の種類によらず、燃焼の発熱量を
測定できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、火炎から放射される赤
外線を検出して火炎の規模を測定するものであり、特に
燃料などの火炎の状態に関わり無く正確な燃焼規模を測
定する方法に関する。
外線を検出して火炎の規模を測定するものであり、特に
燃料などの火炎の状態に関わり無く正確な燃焼規模を測
定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、火炎から放射される赤外線の
特定波長のみを検出し、火炎の燃焼規模を測定する火炎
測定方法は実用化されている。これらの火炎測定方法で
は、炎から放射される特有のスペクトル線（4.4μm帯；
CO2の共鳴放射帯）を検出するものが主流である。ま
た、COの共鳴放射帯（4.7μm帯）を検出することによ
り、不完全燃焼などの火炎の燃焼状態を測定する火炎測
定方法などが実用化されている。
特定波長のみを検出し、火炎の燃焼規模を測定する火炎
測定方法は実用化されている。これらの火炎測定方法で
は、炎から放射される特有のスペクトル線（4.4μm帯；
CO2の共鳴放射帯）を検出するものが主流である。ま
た、COの共鳴放射帯（4.7μm帯）を検出することによ
り、不完全燃焼などの火炎の燃焼状態を測定する火炎測
定方法などが実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
火炎測定方法は特定の条件の下で特定の燃料の燃焼のみ
を測定するものであり、例えば広範囲の空間の一部に生
じた火炎（火災など）の燃焼規模を測定することは不可
能であった。
火炎測定方法は特定の条件の下で特定の燃料の燃焼のみ
を測定するものであり、例えば広範囲の空間の一部に生
じた火炎（火災など）の燃焼規模を測定することは不可
能であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、（１）CO2の共鳴放射帯を含む複数の赤外線放射
帯における赤外線強度を検出して、検出した赤外線の強
度から炎特有の放射成分を差し引いた値を用いて火炎の
発熱規模を算出することを特徴とする火炎計測方法。 （２）上記（１）において、検出する赤外線放射帯が
2.8μm〜3.2μm，4.2μm〜4.6μm，4.6μm〜5.5μm
であることを特徴とする火炎計測方法。を発明した。
めに、（１）CO2の共鳴放射帯を含む複数の赤外線放射
帯における赤外線強度を検出して、検出した赤外線の強
度から炎特有の放射成分を差し引いた値を用いて火炎の
発熱規模を算出することを特徴とする火炎計測方法。 （２）上記（１）において、検出する赤外線放射帯が
2.8μm〜3.2μm，4.2μm〜4.6μm，4.6μm〜5.5μm
であることを特徴とする火炎計測方法。を発明した。
【０００５】
【本発明の具体的説明】以下、本発明を具体的に説明す
る。検知波長帯をλ1，λ2，…λn（n＝２以上の整数）
とし、赤外線センサーにおいて検出されたそれぞれの波
長帯の検出出力をＶ1，Ｖ2，…Ｖnとする。そしてこれ
らの検出出力は赤外線センサーに入射した各波長帯の赤
外線強度を正確に反映しているものとする。ところで、
プランクの放射則により、ある温度Ｔの物体が波長λで
半空間内に放射する赤外線の単位面積当たりの放射強度
は次式で表される。
る。検知波長帯をλ1，λ2，…λn（n＝２以上の整数）
とし、赤外線センサーにおいて検出されたそれぞれの波
長帯の検出出力をＶ1，Ｖ2，…Ｖnとする。そしてこれ
らの検出出力は赤外線センサーに入射した各波長帯の赤
外線強度を正確に反映しているものとする。ところで、
プランクの放射則により、ある温度Ｔの物体が波長λで
半空間内に放射する赤外線の単位面積当たりの放射強度
は次式で表される。
【数１】 なお、ここでＣ1，Ｃ2は、Ｃ1＝2πhc2，Ｃ2＝hc／kで
決まる定数である。ただし、hはプランク定数、cは光速
度、kはボルツマン定数である。
決まる定数である。ただし、hはプランク定数、cは光速
度、kはボルツマン定数である。
【０００６】上記の式１に２つの検出波長帯λ1，λ2と
その波長帯での放射赤外線強度Ｐ1，Ｐ2を代入し、温度
Ｔを求める近似式を導くと、
その波長帯での放射赤外線強度Ｐ1，Ｐ2を代入し、温度
Ｔを求める近似式を導くと、
【数２】 ここで、赤外線源Ｓから赤外線検知部Ｄまでの間の吸収
がλ1，λ2ともに無いとすれば上記式２のＰ1，Ｐ2はＶ
1，Ｖ2に置き換えることができる。すなわち、
がλ1，λ2ともに無いとすれば上記式２のＰ1，Ｐ2はＶ
1，Ｖ2に置き換えることができる。すなわち、
【数３】 となる。式３より、異なった２波長の赤外線を各々検出
することによって赤外線源の温度が求められる。
することによって赤外線源の温度が求められる。
【０００７】次に、式３によって求めた温度Ｔからλ1
或はλ2における単位面積当たりの黒体輻射強度（これ
をＰ1’或はＰ2’とする）がプランクの輻射則すなわち
式１より求まる。一方、赤外線検知部Ｄに入射する赤外
線の強度は赤外線源Ｓとの距離Ｌによって、1／2πＬ2
になる。したがって、上記求めた温度Ｔのある面積を持
った（単位面積のｓ倍）赤外線源から赤外線センサーに
入射すべき赤外線強度Ｐ1”或はＰ2”は、Ｐ1’或は
Ｐ2’に2πＬ2とｓを乗じた値となる。即ち、
或はλ2における単位面積当たりの黒体輻射強度（これ
をＰ1’或はＰ2’とする）がプランクの輻射則すなわち
式１より求まる。一方、赤外線検知部Ｄに入射する赤外
線の強度は赤外線源Ｓとの距離Ｌによって、1／2πＬ2
になる。したがって、上記求めた温度Ｔのある面積を持
った（単位面積のｓ倍）赤外線源から赤外線センサーに
入射すべき赤外線強度Ｐ1”或はＰ2”は、Ｐ1’或は
Ｐ2’に2πＬ2とｓを乗じた値となる。即ち、
【数４】 となる。ここで赤外線検知部の出力が入射赤外線強度を
正確に反映していると仮定しているので、Ｖ1或はＶ2か
ら上記式３、２を用いてＰ1或はＰ2がわかる。従って、
距離Ｌを既知とすれば実際に検出された入射赤外線強度
Ｐ1或はＰ2と計算によって求めた入射赤外線強度Ｐ1”
或はＰ2”との比は式４から判るように赤外線源Ｓの面
積ｓを表していることになる。
正確に反映していると仮定しているので、Ｖ1或はＶ2か
ら上記式３、２を用いてＰ1或はＰ2がわかる。従って、
距離Ｌを既知とすれば実際に検出された入射赤外線強度
Ｐ1或はＰ2と計算によって求めた入射赤外線強度Ｐ1”
或はＰ2”との比は式４から判るように赤外線源Ｓの面
積ｓを表していることになる。
【０００８】さらに、CO2の共鳴放射帯域を検出する波
長帯を用いて、上記手段で求めた赤外線源の温度および
発熱面積から式１によってCO2の共鳴放射帯域における
黒体放射の赤外線強度Ｐco2’を算出し、上記Ｐ1などと
同様に赤外線センサーに入射すべき赤外線強度Ｐco2”
を求め、これと実際に観測されたＰco2との比を算出す
る。ここで、Ｐco2”《Ｐco2であれば赤外線源は炎を伴
うものである。
長帯を用いて、上記手段で求めた赤外線源の温度および
発熱面積から式１によってCO2の共鳴放射帯域における
黒体放射の赤外線強度Ｐco2’を算出し、上記Ｐ1などと
同様に赤外線センサーに入射すべき赤外線強度Ｐco2”
を求め、これと実際に観測されたＰco2との比を算出す
る。ここで、Ｐco2”《Ｐco2であれば赤外線源は炎を伴
うものである。
【０００９】ところで、炎の放射は、炎の中の黒体の放
射部分と炎特有の放射の部分とに分けられ、黒体の部分
の放射と炎特有の部分の放射との和になっている。さら
に炎特有の放射成分は炎の大きさによってその量が変化
する。ここで、炎特有の放射が現れる波長帯は主にCO2
の共鳴放射帯で、4.2μm〜4.6μmの波長帯であるが、
4.6μm〜5.5μmの波長帯にも炎特有の放射が現れる。
波長帯に現れる放射は燃焼にともなって発生した水分
と考えられる。
射部分と炎特有の放射の部分とに分けられ、黒体の部分
の放射と炎特有の部分の放射との和になっている。さら
に炎特有の放射成分は炎の大きさによってその量が変化
する。ここで、炎特有の放射が現れる波長帯は主にCO2
の共鳴放射帯で、4.2μm〜4.6μmの波長帯であるが、
4.6μm〜5.5μmの波長帯にも炎特有の放射が現れる。
波長帯に現れる放射は燃焼にともなって発生した水分
と考えられる。
【００１０】そこで本発明者はノルマルヘプタンとメタ
ノ−ルを用いて炎の大きさを種々に変えたときの上記波
長帯、、の強度を測定した。その結果を図１に示
す。図１より、燃料の種類に依らず炎特有の放射成分は
図１のＦＲ点と黒体放射の線分を結ぶ線上にあることが
わかる。すなわち、炎特有の放射成分はＦＲ点の成分比
の波長帯と波長帯の強度を持っていることがわか
る。従って、炎特有の放射成分を差し引くと、炎の大き
さに関係なく黒体放射のライン上のある一点に集まり、
波長帯に加算されていた出力が補正され正確な温度を
測定することができる。本発明は、この知見をもとにな
されたものである。
ノ−ルを用いて炎の大きさを種々に変えたときの上記波
長帯、、の強度を測定した。その結果を図１に示
す。図１より、燃料の種類に依らず炎特有の放射成分は
図１のＦＲ点と黒体放射の線分を結ぶ線上にあることが
わかる。すなわち、炎特有の放射成分はＦＲ点の成分比
の波長帯と波長帯の強度を持っていることがわか
る。従って、炎特有の放射成分を差し引くと、炎の大き
さに関係なく黒体放射のライン上のある一点に集まり、
波長帯に加算されていた出力が補正され正確な温度を
測定することができる。本発明は、この知見をもとにな
されたものである。
【０００１１】炎の放射とは、燃焼によって発生したCO
2、H2O等の分子振動による共鳴放射と、燃焼によって発
生した黒鉛等の固体粒子による熱放射が重畳したもので
ある。固体粒子の放射はおおむね炎全体に分布し、気体
中に分散されている粒子による放射であるので半透明体
の放射である。そしてこの部分が半透明体としても、炎
がある程度大きいならば放射率はほぼ１と考えることが
できる。また、CO2、H2O等による炎特有の放射は放射効
率が非常に高く、炎の表面からの放射となる。従って、
例えばノルマルヘプタンの燃焼に伴う放射は、燃焼によ
って発生した黒鉛等の固体粒子による熱放射であるａ点
とCO2、H2O等による炎特有の放射であるFR点との間に引
いた直線上の放射成分を持つ。同様にメタノールの燃焼
に伴う放射はｂ点とFR点間の直線上の放射成分となる。
2、H2O等の分子振動による共鳴放射と、燃焼によって発
生した黒鉛等の固体粒子による熱放射が重畳したもので
ある。固体粒子の放射はおおむね炎全体に分布し、気体
中に分散されている粒子による放射であるので半透明体
の放射である。そしてこの部分が半透明体としても、炎
がある程度大きいならば放射率はほぼ１と考えることが
できる。また、CO2、H2O等による炎特有の放射は放射効
率が非常に高く、炎の表面からの放射となる。従って、
例えばノルマルヘプタンの燃焼に伴う放射は、燃焼によ
って発生した黒鉛等の固体粒子による熱放射であるａ点
とCO2、H2O等による炎特有の放射であるFR点との間に引
いた直線上の放射成分を持つ。同様にメタノールの燃焼
に伴う放射はｂ点とFR点間の直線上の放射成分となる。
【０００１２】炎の温度は炎の外層のガス体が最も高く
なる。従って熱放射をおこす温度は炎の最高温度ではな
い場合が多いが、炎全体を包括して規模を考える場合に
は、上記の考えに従って炎全体の放射、すなわち燃焼に
よって発生した黒鉛等の固体粒子による熱放射を考えた
方がよい。
なる。従って熱放射をおこす温度は炎の最高温度ではな
い場合が多いが、炎全体を包括して規模を考える場合に
は、上記の考えに従って炎全体の放射、すなわち燃焼に
よって発生した黒鉛等の固体粒子による熱放射を考えた
方がよい。
【０００１３】以下でこの温度を求める計算方法を検討
する。図１の例では、ノルマルヘプタンとメタノールの
それぞれの炎の特徴を示す直線の原点であるFR点は、波
長帯:波長帯=74:26の成分比を持つ。従ってこの点
を頂点とした形の相図を考えれば良い。
する。図１の例では、ノルマルヘプタンとメタノールの
それぞれの炎の特徴を示す直線の原点であるFR点は、波
長帯:波長帯=74:26の成分比を持つ。従ってこの点
を頂点とした形の相図を考えれば良い。
【００１１】このように考えると、実際に検出された炎
の放射成分からFR点で表される炎特有の放射を差し引け
ば炎中の熱放射の成分を分離することができ、これは図
中の黒体放射の曲線上に乗ることになる。このような処
理を行えば通常の黒体放射の温度計算と同様に波長帯
と波長帯の比率から式３の計算によって温度を求めら
れる。従って波長帯から炎の放射成分を差し引けば良
い。
の放射成分からFR点で表される炎特有の放射を差し引け
ば炎中の熱放射の成分を分離することができ、これは図
中の黒体放射の曲線上に乗ることになる。このような処
理を行えば通常の黒体放射の温度計算と同様に波長帯
と波長帯の比率から式３の計算によって温度を求めら
れる。従って波長帯から炎の放射成分を差し引けば良
い。
【００１２】以下、具体的な計算例を示す。この計算例
では、計算の簡略化をはかるために、近似計算を行って
いる。これは、図１等を検討すると、黒体放射の曲線の
特徴として、波長帯の割合が温度に対して変化が少な
く3波長合計の2割程度であることがわかる。従って波長
帯の割合が、波長帯−波長帯−波長帯の3波長
合計の約20％となるように炎特有の成分を差し引くこと
で、ほぼ黒体の放射成分を残すことができる。ここで、
差し引いた後の波長帯の割合の基準を700℃〜1000℃
の黒体放射に合わせておくことで誤差を少なくできる。
この場合に温度の計算結果に与える誤差は大きくても20
℃程度である。これを500℃以下の黒体放射に合わせた
場合は高温での誤差が大きくなる。
では、計算の簡略化をはかるために、近似計算を行って
いる。これは、図１等を検討すると、黒体放射の曲線の
特徴として、波長帯の割合が温度に対して変化が少な
く3波長合計の2割程度であることがわかる。従って波長
帯の割合が、波長帯−波長帯−波長帯の3波長
合計の約20％となるように炎特有の成分を差し引くこと
で、ほぼ黒体の放射成分を残すことができる。ここで、
差し引いた後の波長帯の割合の基準を700℃〜1000℃
の黒体放射に合わせておくことで誤差を少なくできる。
この場合に温度の計算結果に与える誤差は大きくても20
℃程度である。これを500℃以下の黒体放射に合わせた
場合は高温での誤差が大きくなる。
【００１３】以下にその計算手順を述べる。まず被検知
体の温度を少なくともCO2の共鳴放射域にある赤外線の
強度を含む複数の赤外線放射帯の強度の相対比を求める
前に、炎特有の放射成分を差し引く。例えば、３つの波
長帯の各成分〜を検出する赤外線センサーの出力値
をそれぞれV1,V2,V3とし、炎特有の成分として差し引く
値をVxとする。Vxは波長帯及び波長帯の炎特有の成
分の合計であり、それぞれの割合をVf2,Vf3とする。図
２のｃ点においては、VxはFR点からｃ点への直線の延長
上のｃ点から黒体放射の曲線までの距離であり、そのう
ちの波長帯の成分がVf2，波長帯の成分がVf3であ
る。また、基準となる黒体放射での波長帯の割合をR2
とすれば、
体の温度を少なくともCO2の共鳴放射域にある赤外線の
強度を含む複数の赤外線放射帯の強度の相対比を求める
前に、炎特有の放射成分を差し引く。例えば、３つの波
長帯の各成分〜を検出する赤外線センサーの出力値
をそれぞれV1,V2,V3とし、炎特有の成分として差し引く
値をVxとする。Vxは波長帯及び波長帯の炎特有の成
分の合計であり、それぞれの割合をVf2,Vf3とする。図
２のｃ点においては、VxはFR点からｃ点への直線の延長
上のｃ点から黒体放射の曲線までの距離であり、そのう
ちの波長帯の成分がVf2，波長帯の成分がVf3であ
る。また、基準となる黒体放射での波長帯の割合をR2
とすれば、
【数５】 となる。従って、
【数６】 となる。ここで求めたVxを用いて波長帯と波長帯か
ら炎の放射成分を差し引けば良い。
ら炎の放射成分を差し引けば良い。
【００１４】以上の手順によって、炎の放射成分から黒
体放射成分と炎特有の放射成分とが分離できる。炎の燃
焼規模を測定するには、ここで得られた黒体放射成分を
用いる。波長帯の値とここで補正された波長帯の値
を式３に当てはめることによって炎の温度が求まる。そ
して面積、Ｐco2”の計算はここで求めた温度から、面
積は波長帯に対して、Ｐco2”比は波長帯に対して
式４を適用して求める。
体放射成分と炎特有の放射成分とが分離できる。炎の燃
焼規模を測定するには、ここで得られた黒体放射成分を
用いる。波長帯の値とここで補正された波長帯の値
を式３に当てはめることによって炎の温度が求まる。そ
して面積、Ｐco2”の計算はここで求めた温度から、面
積は波長帯に対して、Ｐco2”比は波長帯に対して
式４を適用して求める。
【００１５】ここで求めた温度Ｔ、面積ｓの熱源の放射
エネルギーＷはステファン−ボルツマンの法則から、
エネルギーＷはステファン−ボルツマンの法則から、
【数７】 と表される。ここでσはステファン−ボルツマンの定数
で、σ＝5.673×10-12（Ｗ／cm2・deg4）である。しかし
ながら、実際の火炎では発生する熱エネルギーの大部分
が燃焼生成ガスの対流によって拡散する。発明者は、生
成ガスの対流によって拡散する熱量と放射熱量とが常に
一定の比率であることを見出した。放射熱量は図３に示
すごとく発熱量の30分の1乃至10分の1であり、平均的に
は放射熱量は発熱量の20分の1である。また、これは燃
料がメタノールの場合でもノルマルヘプタンの場合でも
ほぼ等しい値となっており、燃料の種類に影響を受ける
ものではない。
で、σ＝5.673×10-12（Ｗ／cm2・deg4）である。しかし
ながら、実際の火炎では発生する熱エネルギーの大部分
が燃焼生成ガスの対流によって拡散する。発明者は、生
成ガスの対流によって拡散する熱量と放射熱量とが常に
一定の比率であることを見出した。放射熱量は図３に示
すごとく発熱量の30分の1乃至10分の1であり、平均的に
は放射熱量は発熱量の20分の1である。また、これは燃
料がメタノールの場合でもノルマルヘプタンの場合でも
ほぼ等しい値となっており、燃料の種類に影響を受ける
ものではない。
【００１６】すなわち、火炎の燃焼規模を発熱量で表す
と、式７で求めた放射熱量の20倍の値が得られる。した
がって、上記１〜６式によって求めた温度面積から火炎
の発熱量を求めると、
と、式７で求めた放射熱量の20倍の値が得られる。した
がって、上記１〜６式によって求めた温度面積から火炎
の発熱量を求めると、
【数８】 となる。
【００１７】
【実施例】本発明の実施例として、火災検知に応用した
例を示す。図４は本発明を応用した火災検知機の一つの
構成例である。この例では、火源または類似の発熱源か
ら放射された赤外線をチョッパーによって周期的に分断
し、４個の焦電型赤外線センサーで各々異なった４波長
帯を検出する。これらのセンサーには、あらかじめ定ま
った波長帯を透過するバンドパスフィルターが内蔵され
ている。ただし、４個以下の焦電型赤外線センサーであ
っても、切替手段を用いて４つに分割した波長を検知す
る方式としてもよい。また、４個以下の焦電型赤外線セ
ンサーであっても、切替手段を用いて４種の波長帯を検
知する方式としてもよい。各々のセンサーで検出した信
号は、増幅回路で増幅した後にＡ／Ｄ変換器によってデ
ジタル信号に変換される。マイクロプロセッサはこのデ
ジタル信号に対してチョッパーの分断周期による同期検
波およびろ波を行ない、チョッパーによって分断されて
いた信号を連続的な信号系列に戻している。さらに、こ
こで得られた信号系列を通信用の信号系列に変換し、ホ
ストコンピュータにデジタル伝送を行なっている。
例を示す。図４は本発明を応用した火災検知機の一つの
構成例である。この例では、火源または類似の発熱源か
ら放射された赤外線をチョッパーによって周期的に分断
し、４個の焦電型赤外線センサーで各々異なった４波長
帯を検出する。これらのセンサーには、あらかじめ定ま
った波長帯を透過するバンドパスフィルターが内蔵され
ている。ただし、４個以下の焦電型赤外線センサーであ
っても、切替手段を用いて４つに分割した波長を検知す
る方式としてもよい。また、４個以下の焦電型赤外線セ
ンサーであっても、切替手段を用いて４種の波長帯を検
知する方式としてもよい。各々のセンサーで検出した信
号は、増幅回路で増幅した後にＡ／Ｄ変換器によってデ
ジタル信号に変換される。マイクロプロセッサはこのデ
ジタル信号に対してチョッパーの分断周期による同期検
波およびろ波を行ない、チョッパーによって分断されて
いた信号を連続的な信号系列に戻している。さらに、こ
こで得られた信号系列を通信用の信号系列に変換し、ホ
ストコンピュータにデジタル伝送を行なっている。
【００１８】図４の例で検出している赤外線の波長帯
は、図５に示すごとく低温域から高温域までの発熱体の
放射を効率良く検出する波長帯としている。すなわち、
中心波長3μm半値幅0.4μm，中心波長4.4μm半値幅
0.4μm，中心波長5.5μm半値幅0.8μm，中心波長8.
5μm半値幅1.0μmである。上記波長帯については、主
に高温域の発熱体の放射を検出し、波長帯で検出した
赤外線強度と組み合せて400℃以上の高温域の発熱体を
監視する。波長帯については炎の有無を監視する。波
長帯は低温域から高温に到るまで効率良く検出する波
長帯で、波長帯と組み合せて高温域の発熱体の監視
と、波長帯と組み合せて低温域の発熱体の監視、並び
に波長帯と組み合わせて炎の燃焼規模の測定を行
う。波長帯は、400℃以下の低温の発熱体の放射を効
率良く検出し、波長帯と組み合せて400℃以下の低温
域の発熱体の監視を行なう。燻焼状態から火災に到る過
程では、低温の発熱体が次第に高温になりながら拡大し
ていく。従って、低温から高温までの幅広い温度範囲で
発熱源の温度を監視できることが必要となる。
は、図５に示すごとく低温域から高温域までの発熱体の
放射を効率良く検出する波長帯としている。すなわち、
中心波長3μm半値幅0.4μm，中心波長4.4μm半値幅
0.4μm，中心波長5.5μm半値幅0.8μm，中心波長8.
5μm半値幅1.0μmである。上記波長帯については、主
に高温域の発熱体の放射を検出し、波長帯で検出した
赤外線強度と組み合せて400℃以上の高温域の発熱体を
監視する。波長帯については炎の有無を監視する。波
長帯は低温域から高温に到るまで効率良く検出する波
長帯で、波長帯と組み合せて高温域の発熱体の監視
と、波長帯と組み合せて低温域の発熱体の監視、並び
に波長帯と組み合わせて炎の燃焼規模の測定を行
う。波長帯は、400℃以下の低温の発熱体の放射を効
率良く検出し、波長帯と組み合せて400℃以下の低温
域の発熱体の監視を行なう。燻焼状態から火災に到る過
程では、低温の発熱体が次第に高温になりながら拡大し
ていく。従って、低温から高温までの幅広い温度範囲で
発熱源の温度を監視できることが必要となる。
【００１９】本実施例では図４に示す検知部の各センサ
−の検知波長帯は、3.0±0.2μｍ，4.4±0.2μｍ，5.0
±0.4μｍ，8.5±0.5μｍとなっている。ホストコンピ
ュ−タには計算式１〜８が記憶され、発熱体の温度、面
積、炎の有無ならびに放射熱量が算出される。また、ホ
ストコンピュ−タではセンサ−の出力がノイズレベルの
100倍以下の場合には雑音低減化のろ波処理を行う。ろ
波処理の時定数はセンサ−の出力がノイズレベルの100
倍以下の場合に8秒であり、センサ−の出力が小さい場
合には時定数を大きくし、10倍以下の場合に64秒として
いる。火災の判定は放射熱量から6段階の区分でなされ
る。さらに放射熱量の増加率を最小自乗法によって求
め、これが1W/sec以上の場合には発熱体が拡大中とし、
10W/sec以上の場合には急激に拡大中としている。拡大
中の場合には上記火災判定の区分を１段階危険側に進
め、急激に拡大中の場合には２段階危険側に進めてい
る。最小自乗法を行う際の記憶時間は、センサ−の出力
がノイズレベルの100倍以上の場合には20秒であるがセ
ンサ−の出力が小さい場合には記憶時間を長くし、セン
サ−の出力がノイズレベルの10倍以下である場合には３
分間としている。本実施例では図１のFR点を、波長帯
：波長帯＝74:26と設定している。また、式６のR2
を700℃の黒体放射を基準に0.21と設定している。
−の検知波長帯は、3.0±0.2μｍ，4.4±0.2μｍ，5.0
±0.4μｍ，8.5±0.5μｍとなっている。ホストコンピ
ュ−タには計算式１〜８が記憶され、発熱体の温度、面
積、炎の有無ならびに放射熱量が算出される。また、ホ
ストコンピュ−タではセンサ−の出力がノイズレベルの
100倍以下の場合には雑音低減化のろ波処理を行う。ろ
波処理の時定数はセンサ−の出力がノイズレベルの100
倍以下の場合に8秒であり、センサ−の出力が小さい場
合には時定数を大きくし、10倍以下の場合に64秒として
いる。火災の判定は放射熱量から6段階の区分でなされ
る。さらに放射熱量の増加率を最小自乗法によって求
め、これが1W/sec以上の場合には発熱体が拡大中とし、
10W/sec以上の場合には急激に拡大中としている。拡大
中の場合には上記火災判定の区分を１段階危険側に進
め、急激に拡大中の場合には２段階危険側に進めてい
る。最小自乗法を行う際の記憶時間は、センサ−の出力
がノイズレベルの100倍以上の場合には20秒であるがセ
ンサ−の出力が小さい場合には記憶時間を長くし、セン
サ−の出力がノイズレベルの10倍以下である場合には３
分間としている。本実施例では図１のFR点を、波長帯
：波長帯＝74:26と設定している。また、式６のR2
を700℃の黒体放射を基準に0.21と設定している。
【００２０】本発明によって測定した火炎の規模を火災
の判定に用いる。単純には例えば20KW以上の発熱量を持
つ火炎であれば火災と判断するが、床面10mの位置に設
置した本実施例ではこの判定を６段階とし、600W未満で
正常、600W以上で発熱体の存在を知らせる警報、1.5KW
以上で規模の大きな発熱体の存在を知らせる警報、3KW
以上で危険な発熱体の存在を知らせる警報、6KW以上で
火災の可能性が否定できない状態を知らせる警報、12KW
以上で火災の警報を発信する。もちろんこの値は設置す
る空間の状態によって随時設定する必要のある値であ
る。なお、実施例ではＲ2を700℃の黒体放射を基準に0.
21としたが、計算された温度に合わせて再計算させてよ
り正確な値とすることもできる。
の判定に用いる。単純には例えば20KW以上の発熱量を持
つ火炎であれば火災と判断するが、床面10mの位置に設
置した本実施例ではこの判定を６段階とし、600W未満で
正常、600W以上で発熱体の存在を知らせる警報、1.5KW
以上で規模の大きな発熱体の存在を知らせる警報、3KW
以上で危険な発熱体の存在を知らせる警報、6KW以上で
火災の可能性が否定できない状態を知らせる警報、12KW
以上で火災の警報を発信する。もちろんこの値は設置す
る空間の状態によって随時設定する必要のある値であ
る。なお、実施例ではＲ2を700℃の黒体放射を基準に0.
21としたが、計算された温度に合わせて再計算させてよ
り正確な値とすることもできる。
【００２１】
【発明の効果】本発明による火炎測定方法によって火炎
の燃焼規模を火炎から離れた位置から正確に測定でき
る。本発明の火炎測定方法は燃焼物の種類によらず、燃
焼の発熱量を測定できるため、特に火災の検出には有効
であり、初期火災の燃焼規模を正確に検出して的確な対
応を取ることが可能となる。さらに、燃焼物の種類によ
らずに燃焼規模が測定できるため、不特定燃料を使用す
る燃焼制御等に効果的である。
の燃焼規模を火炎から離れた位置から正確に測定でき
る。本発明の火炎測定方法は燃焼物の種類によらず、燃
焼の発熱量を測定できるため、特に火災の検出には有効
であり、初期火災の燃焼規模を正確に検出して的確な対
応を取ることが可能となる。さらに、燃焼物の種類によ
らずに燃焼規模が測定できるため、不特定燃料を使用す
る燃焼制御等に効果的である。
【図１】は、さまざまな発熱体を検出する実験を行った
ときの各波長帯のセンサー出力の相対比を示す。
ときの各波長帯のセンサー出力の相対比を示す。
【図２】は、本発明における処理手続き数式の参考図。
【図３】は、火炎の発熱量と放射熱量の関係を示す図。
【図４】は、本発明の一実施例である火災検知器の構成
図を示す。
図を示す。
【図５】は、一実施例である火災検知器の検出波長帯域
を示す。
を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】 CO2の共鳴放射帯を含む複数の赤外線放
射帯における赤外線強度を検出して、検出した赤外線の
強度から炎特有の放射成分を差し引いた値を用いて火炎
の発熱規模を算出することを特徴とする火炎測定方法。 - 【請求項２】 請求項１において、検出する赤外線放射
帯が2.8μm〜3.2μm，4.2μm〜4.6μm，4.6μm〜
5.5μmであることを特徴とする火炎測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7276393A JP2670959B2 (ja) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | 火炎測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7276393A JP2670959B2 (ja) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | 火炎測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06259675A true JPH06259675A (ja) | 1994-09-16 |
| JP2670959B2 JP2670959B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=13498737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7276393A Expired - Fee Related JP2670959B2 (ja) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | 火炎測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2670959B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1329860A3 (en) * | 2002-01-11 | 2003-09-03 | Hochiki Corporation | Flame detection device |
| JP2008202960A (ja) * | 2007-02-16 | 2008-09-04 | Japan Atomic Energy Agency | 熱物性測定装置 |
| JP2020094916A (ja) * | 2018-12-13 | 2020-06-18 | 深田工業株式会社 | 異常検知器 |
| JPWO2019160161A1 (ja) * | 2018-02-19 | 2020-12-10 | 株式会社Ihi | 熱源検出装置 |
| CN113808378A (zh) * | 2021-10-25 | 2021-12-17 | 应急管理部沈阳消防研究所 | 一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置及方法 |
| CN114174814A (zh) * | 2019-07-30 | 2022-03-11 | 安东帕普卢泰克有限责任公司 | 闪点确定或者燃点确定过程中的火焰监测 |
-
1993
- 1993-03-09 JP JP7276393A patent/JP2670959B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1329860A3 (en) * | 2002-01-11 | 2003-09-03 | Hochiki Corporation | Flame detection device |
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| US11933673B2 (en) | 2018-02-19 | 2024-03-19 | Ihi Corporation | Heat source detection device |
| JP2020094916A (ja) * | 2018-12-13 | 2020-06-18 | 深田工業株式会社 | 異常検知器 |
| CN114174814A (zh) * | 2019-07-30 | 2022-03-11 | 安东帕普卢泰克有限责任公司 | 闪点确定或者燃点确定过程中的火焰监测 |
| JP2022542652A (ja) * | 2019-07-30 | 2022-10-06 | アントン パール プルーブテック ゲーエムベーハー | 引火点決定または燃焼点決定の際の火炎監視 |
| US12196694B2 (en) | 2019-07-30 | 2025-01-14 | Anton Paar Provetec Gmbh | Flame monitoring in a flash point determination or combustion point determination |
| CN113808378A (zh) * | 2021-10-25 | 2021-12-17 | 应急管理部沈阳消防研究所 | 一种图像型感温火灾探测器抗热干扰性能试验装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2670959B2 (ja) | 1997-10-29 |
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Legal Events
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