JPH1139576A

JPH1139576A - 火災検知方法および火災検知装置ならびに火災検知プログラムを記録した記録媒体ならびに火災検知データを記録した記録媒体

Info

Publication number: JPH1139576A
Application number: JP19130197A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nakamura; 雅之中村; Iwao Sugimoto; 岩雄杉本; Hiroki Kuwano; 博喜桑野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1997-07-16
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】火災初期の燻焼や無炎燃焼などの段階で高感
度に確実に火災を検知する新たな火災検知方法および装
置を提供する。【解決手段】あるエリアｉに設置されたセンサ装置が
ガス検知し、主成分分析など既存のパターン認識法を用
いてガスの判別を行う（Ｓ１〜Ｓ４）。ガスを検知しな
ければ、フラグｆｉ＝０とする。ガスの判別をして、そ
れが湿度であればｆｉ＝１とする。湿度でなければｆｉ
＝０とする（Ｓ４〜Ｓ７）。このようにして、Ｎヵ所の
エリアをモニタして（Ｓ８，Ｓ９）、Ｊ＝ｆｌ＋ｆ２＋
…＋ｆＮを計算し（Ｓ１０）、０＜Ｊ＜Ｎであれば（Ｓ
１１）、ｆｉが１であるエリアが火災である可能性が高
いと判断する（Ｓ１２）。Ｊ＝０あるいはＪ＝Ｎの時は
ガスを検知していないか、アルコールなど湿度以外のガ
スを検知したか、または通常の湿度変化という可能性が
高いため非火災と判断する（Ｓ１３）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は火災検知方法および
火災検知装置ならびに火災検知プログラムを記録した記
録媒体ならびに火災検知データを記録した記録媒体に関
し、特に、装置の過負荷による発熱や電気配線の発熱な
ど、物の加熱によって発生する火災の内で加熱により湿
度が増大するような火災を、初期の段階で検知する技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の火災検知方法は、火災によって発
生する煙、熱、燃焼ガスや有機ガスを検知していた。こ
のような火災検知器として、煙感知器、熱感知器、塩素
ガス感知器などがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の火災検知器には、以下のような解決すべき課題
があった。すなわち、煙感知器、熱感知器などは、火災
の際にかならず発生する現象である煙、熱を感知するた
め、火災の発見は確実であるが、炎や煙が発生する前の
燻焼や無炎燃焼の段階で火災を発見するには感度が低
い。また、塩素ガス感知器は高感度ではあるが、塩素ガ
スを発生する燃焼物は限定されており、汎用の火災検知
器とはいえない。

【０００４】一方、通信施設など高価な機械を有する施
設においては、火災を早期に、できれば炎や煙が発生す
る前の燻焼や無炎燃焼の段階で確実に検知し、被害を最
小限にくい止める必要がある。

【０００５】本発明は、上述の点に鑑みて成されたもの
で、その目的は、火災初期の燻焼や無炎燃焼など段階
で、高感度に確実に火災を検知する新たな火災検知方法
を提供するとともに、廉価な水晶発振子で実現できる高
感度、廉価な火災検知装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の火災検知方法の発明は、複数のセンサを
用いて火災初期における湿度上昇を検出し、検出した湿
度上昇に応じて火災を検知することを特徴とする。

【０００７】ここで、前記センサはガス検知機能も有
し、ガスの発生と前記湿度上昇とをほぼ同時に検出した
場合に火災であると判定するとすることができる。

【０００８】請求項３の火災検知方法の発明は、火災を
検知しようとする場所の複数ヵ所にそれぞれ設置された
複数のセンサ装置により該複数ヵ所の湿度変化を検出す
るステップと、検出した湿度変化が湿度上昇である時
に、１ヵ所以上の湿度上昇が、その他の場所の湿度上昇
よりも大きい場合に火災と判定するステップとを有する
ことを特徴とする。

【０００９】ここで、前記複数ヵ所の湿度変化を検出す
るステップが、それぞれ異なる吸着膜を表面に形成した
複数の水晶発振子を備えた前記センサ装置の出力から前
記吸着膜への被検知ガスの吸着量に応じた発振周波数の
変化を検出する第１のステップと、前記発振周波数の変
化を処理する第２のステップと、前記第２のステップで
得られた処理結果のデータを予め用意したデータべース
と照合することにより被検知ガスのガス種の判別および
湿度上昇の判別を行う第３のステップと、前記第１から
第３のステップを複数配置した前記センサ装置の各々に
対して順次繰り返すステップとを有するとすることがで
きる。

【００１０】また、前記第３のステップにより湿度の上
昇を判別した時に、前記第２のステップで得られた処理
結果のデータの時間変化を前記データべースと照合する
ことで火災による燃焼ガスの発生を検出するステップを
含むとすることができる。

【００１１】さらに、前記第３のステップは主成分分析
などのパターン認識法を用いて前記ガス種の判別および
前記湿度上昇の判別を行うとすることができる。

【００１２】さらに、前記第３のステップにより湿度の
上昇を検知して火災である可能性が高いと判断すると、
前記データベースである主成分分析などの散布図におい
て前記センサ装置の応答Ｙと燃焼ガスのクラスタの重心
とからの距離Ｄｔを計算し、該Ｄｔと１回前の距離Ｄｔ
−１とを比較し、Ｄｔ＜Ｄｔ−１ならば、フラグＳを１
だけ増やし、Ｄｔ＞Ｄｔ−１ならば、フラグＳは０にリ
セットし、この作業を何回か繰り返し、ある基準回数Ｍ
をＳが越えた時点で、前記センサ装置の応答Ｙが燃焼ガ
スのクラスタに近づいていると判断して、火災の判断を
するステップを含むとすることができる。

【００１３】請求項８の火災検知装置の発明は、複数の
センサを用いて火災初期における湿度上昇を検出する検
出手段と、該検出手段により検出した湿度上昇に応じて
火災であると判定する判定手段とを有することを特徴と
する。

【００１４】ここで、前記センサはガス検知機能も有
し、前記判定手段はガスの発生と前記湿度上昇とをほぼ
同時に検出した場合に火災であると判定するとすること
ができる。

【００１５】請求項１０の火災検知装置の発明は、火災
を検知しようとする場所の複数ヵ所にそれぞれ設置され
た複数のセンサ装置により該複数ヵ所の湿度変化を検出
する検出手段と、該検出手段により検出した湿度変化が
湿度上昇である時に、１ヵ所以上の湿度上昇が、その他
の場所の湿度上昇よりも大きい場合に火災と判定する判
定手段とを有することを特徴とする。

【００１６】ここで、前記検出手段が、それぞれ異なる
吸着膜を表面に形成した複数の水晶発振子を備えた前記
センサ装置の出力から前記吸着膜への被検知ガスの吸着
量に応じた発振周波数の変化を検出する第１の処理機能
と、前記発振周波数の変化を処理する第２の処理機能
と、前記第２の処理機能により得られた処理結果のデー
タを予め用意したデータべースと照合することにより被
検知ガスのガス種の判別および湿度上昇の判別を行う第
３の処理機能と、前記第１から第３の処理機能を複数配
置した前記センサ装置の各々に対して順次繰り返す処理
機能とを有するとすることができる。

【００１７】また、前記判定手段は、第３の処理機能に
より湿度の上昇を判別した時に、前記第２の処理機能で
得られた処理結果のデータの時間変化を前記データべー
スと照合することで火災による燃焼ガスの発生を検出す
るとすることができる。

【００１８】さらに、前記第３の処理機能は主成分分析
などのパターン認識法を用いて前記ガス種の判別および
前記湿度上昇の判別を行うとすることができる。

【００１９】さらに、前記判定手段は、前記第３の処理
機能により湿度の上昇を検知して火災である可能性が高
いと判断すると、前記データベースである主成分分析な
どの散布図において前記センサ装置の応答Ｙと燃焼ガス
のクラスタの重心とからの距離Ｄｔを計算し、該Ｄｔと
１回前の距離Ｄｔ−１とを比較し、Ｄｔ＜Ｄｔ−１なら
ば、フラグＳを１だけ増やし、Ｄｔ＞Ｄｔ−１ならば、
フラグＳは０にリセットし、この作業を何回か繰り返
し、ある基準回数ＭをＳが越えた時点で、前記センサ装
置の応答Ｙが燃焼ガスのクラスタに近づいていると判断
して、火災の判断をするとすることができる。

【００２０】請求項１５の記録媒体の発明は、コンピュ
ータによって火災検知を行なうための火災検知プログラ
ムを記録した記録媒体であって、該火災検知プログラム
はコンピュータに、火災を検知しようとする場所の複数
ヵ所にそれぞれ設置された複数のセンサ装置の出力によ
り該複数ヵ所の湿度変化を検出させ、検出した湿度変化
が湿度上昇である時に、１ヵ所以上の湿度上昇が、その
他の場所の湿度上昇よりも大きい場合に火災と判定させ
ることを特徴とする。

【００２１】ここで、前記火災検知プログラムはコンピ
ュータに、前記複数ヵ所の湿度変化を検出させる際に、
それぞれ異なる吸着膜を表面に形成した複数の水晶発振
子を備えた前記センサ装置の出力から前記吸着膜への被
検知ガスの吸着量に応じた発振周波数の変化を検出さ
せ、前記発振周波数の変化を処理させ、前記処理結果の
データを予め用意したデータべースと照合させることに
より被検知ガスのガス種の判別および湿度上昇の判別を
行わせ、上記各動作を複数配置した前記センサ装置の各
々に対して順次繰り返させるとすることができる。

【００２２】さらに、前記火災検知プログラムはコンピ
ュータに、前記湿度の上昇を判別させた時に、前記処理
結果のデータの時間変化を前記データべースと照合させ
ることで火災による燃焼ガスの発生を検出させるとする
ことができる。

【００２３】さらに、前記火災検知プログラムはコンピ
ュータに、主成分分析などのパターン認識法を用いて前
記ガス種の判別および前記湿度上昇の判別を行わせると
することができる。

【００２４】さらに、前記火災検知プログラムはコンピ
ュータに、前記データベースである主成分分析などの散
布図において前記センサ装置の応答Ｙと燃焼ガスのクラ
スタの重心とからの距離Ｄｔを計算させ、該Ｄｔと１回
前の距離Ｄｔ−１とを比較させ、Ｄｔ＜Ｄｔ−１なら
ば、フラグＳを１だけ増やさせ、Ｄｔ＞Ｄｔ−１なら
ば、フラグＳは０にリセットさせ、この作業を何回か繰
り返させ、ある基準回数ＭをＳが越えた時点で、前記セ
ンサ装置の応答Ｙが燃焼ガスのクラスタに近づいている
と判断させることで、火災発生の判断をさせるとするこ
とができる。

【００２５】請求項２０の記録媒体の発明は、コンピュ
ータによって火災を検知するためのデータを記録した記
録媒体であって、該データは、異なる吸着膜を表面に形
成した複数の水晶発振子の、前記吸着膜への既知のガス
または湿度の吸着量に応じた各水晶発振子の発振周波数
の変化を処理したものであることを特徴とする。

【００２６】本発明では、上記構成により、火災初期に
発生する湿度変化を認識、検知するため、従来の検知器
では検知できなかった高感度な火災検知が可能となる。
また、本発明では、廉価な水晶発振子式のセンサを用い
ることで、比較的廉価に火災検知装置が提供できる。ま
た、本発明では、複数位置の湿度変化から火災判断をす
るため、確実に火災を検知できる。さらに、本発明で
は、センサ応答の時間変化から燃焼ガスの発生を検出す
るため、より確実な火災検知が可能となる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。

【００２８】［概要説明］最初に本発明の実施の形態の
原理および概要について説明する。

【００２９】ガソリンや火薬あるいはプロパンガスな
ど、それ自体引火性の強いものを除いて、建築材料や屋
内の各種の設備や装置に使用されている、木材、紙、樹
脂、塗料などの材料は、どんな材料も水分を含んでお
り、加熱したときには熱分解よりも先に、まず湿度変化
（湿度上昇）が起こる。そのため、装置の過負荷による
発熱や電気配線の発熱など、物の加熱によって発生する
火災において、火災初期の燻焼や無炎燃焼の段階にも湿
度の上昇があり、この湿度変化を検知できれば火災の早
期検知が可能となる。本発明は、特に火災初期における
ガス吸着膜への被検知ガス分子の吸着を以下のように本
願発明者が詳細に検討した結果なされたものである。

【００３０】まず、ポリエチレンや、ポリクロロトリフ
ロロエチレンや、ポリエチレンとポリテトラフロロエチ
レンの混合物等の含弗素系高分子や炭化水素系高分子、
あるいはフェニルアラニンなどのアミノ酸、グルコーズ
などの糖をターゲットとし、高周波スパッタリングによ
って水晶発振子上にガス吸着膜を形成し、これらガス吸
着膜へのＰＶＣ（塩化ビニールコーティング）ケーブル
被膜の燃焼ガス、回路基板の燃焼ガスの吸着による水晶
発振子の発振周波数の変化を調べた。

【００３１】水晶発振子の発振周波数はガス吸着膜の質
量変化、すなわち吸着した被検知ガスの質量に比例する
ことが知られている。よって、ガス吸着膜を形成した水
晶発振子はガスを検知するセンサとみなすことができ
る。これらガス検知センサは燃焼ガスに含まれる塩化水
素など、通常の雰囲気には含まれないガスに対して感度
が高いが、同時に湿度変化に対しても感度が高い。ただ
し、単一のセンサでは、ガスを検知したのか湿度を検知
したのか判別がつかない。

【００３２】そこで、本発明では、ガス吸着膜が異なる
水晶発振子、すなわち検知対象ガスの異なるセンサＬ個
（Ｌは２以上の整数）をひと組としたセンサ装置を構成
する。このセンサ装置の、ある時刻における各水晶発振
子の発振周波数の変化ｗｌ、ｗ２、…、ｗＬを、水晶発
振子の発振周波数変化の２乗和の平方根

【００３３】

【数１】Ｘ＝√（ｗ１² ＋ｗ２² ＋…＋ｗＬ² ）で割った値、すなわち正規化した各水晶発振子の発振周
波数変化の値を求め、Ｌ次元のデータ

【００３４】

【数２】Ｙ＝（ｗ１／Ｘ、ｗ２／Ｘ、…、ｗＬ／Ｘ）を得る。このＬ次元のデータＹを、以下、センサ装置の
応答Ｙと称する。

【００３５】この多次元（Ｌ次元）のデータであるセン
サ装置の応答Ｙの分布を、パターン認識法のひとつであ
る主成分分析（文献：奥野・久米、芳賀、吉澤、「多変
量解析法」、日科技連、ｌ９７１年）によって、できる
だけ情報を落とさずに低次元のデータの分布に変換し、
散布図上にプロットする。具体的手順は以下の通りであ
る。

【００３６】Ｌ次元のデータ（ｗ１／Ｘ、ｗ２／Ｘ、
…、ｗＬ／Ｘ）に関して主成分Ｚを、

【００３７】

【数３】Ｚ＝α１×（ｗ１／Ｘ）＋α２×（ｗ２／Ｘ）
＋…＋αＬ×（ｗＬ／Ｘ）と定義する。主成分Ｚにおいて、

【００３８】

【数４】 α１² ＋α２² ＋…＋αＬ² ＝１（式１）を満たし、かつ分散が最大であるものを第１主成分とす
る。同様に、上式ｌを満たし、第１主成分と無相関で分
散が最大であるものを第２主成分とする。

【００３９】この方法で、既知のガスならびに湿度につ
いてセンサ装置の応答Ｙを散布図上にプロットすると、
ガスの種類ならびに湿度によって、散布図上の固有の場
所にセンサ装置の応答Ｙがクラスタ状にプロットされ
る。図５はその散布図の一例で、後述する実例において
その詳細を説明するが、湿度、ＰＶＣケーブルの燃焼ガ
ス、エポキシ回路基板の燃焼ガスのクラスタがそれぞれ
固有の場所にプロットされている。つまりこの散布図上
のクラスタが、ガスの種類の判別または湿度の判別をす
る際のデータべースとなる。この散布図上のクラスタの
データは、火災を検知するためのデータベースとして、
フロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録
させることができる。湿度を含めた未知のガスに対する
センサ装置の応答Ｙをこの散布図上にプロットし、その
プロットがどのクラスタに近いかでガスの種類ならびに
湿度の判別をすることができる。

【００４０】上記のセンサ装置を用いて、火災初期の湿
度変化を検知すれば、火災の早期検知が可能となるが、
湿度は通常の雰囲気にも含まれるため、単純に湿度変化
を検知するだけでは火災と判断することはできない。し
かしながら、通常の湿度変化は火災時に起こる湿度変化
よりもゆっくり起こるため、複数地点の湿度は同一とみ
なしてよい。火災によって局所的な湿度変化が起こる
と、複数地点での湿度は同一でなくなる。つまり火災検
知をしたい場所にＮ個の上記センサ装置を設置してのＮ
ヵ所のエリアの湿度をモニターし、Ｎヵ所のエリアすべ
てが同じ湿度であれば正常、１エリアでも高いところが
あればそこを火災点と判断することができる。このよう
に複数地点での湿度をモニターすることによって火災に
よる湿度変化か非火災による湿度変化かの判断が可能と
なる。

【００４１】［装置構成］図１は本発明の一実施形態の
火災検知装置の構成を示す。火災を検知するセンサとし
て、基準水晶発振子１と、表面にガス吸着膜２を設けた
複数Ｌ個のガス検知用水晶発振子３を用いている。これ
らの水晶発振子１、３の発振周波数は一例として９ＭＨ
ｚである。ガス検知用水晶発振子３は８個まで取り付け
可能であり、各ガス吸着膜２は材質、作製条件を変えて
それぞれ吸着特性を変えてある。また、ガス検知用水晶
発振子３と基準水晶発振子１にはそれぞれ発振回路４、
５が設けられ、この発振回路４、５は対応するガス検知
用水晶発振子３と基準水晶発振子１の発振周波数で発振
するようになっている。

【００４２】マルチプレクサ６はどれかひとつの発振回
路４を選択する。乗算・サンプリング・分周回路７は選
択された発振回路４と発振回路５の出力の周波数差を周
波数とする信号を出力する。カウンタ８は乗算・サンプ
リング・分周回路７のこの出力信号の周波数を計測す
る。

【００４３】以上の１から８の要素によって構成される
センサ装置９を複数個、ＲＳ４８５などのような遠距離
通信が可能で、かつ複数のアドレスのモニタが可能であ
るマルチドロップ機能をもつインターフェース（図示し
ない）を用いて、コンピュータ１０につなげることによ
って、複数のエリアの湿度をモニターし、データ処理を
行う。このコンピュータ１０としては、一般的なパーソ
ナルコンピュータ等が適用可能である。

【００４４】［装置の全体の動作］次に、図１に示す火
災検知装置の動作について説明する。各発振回路４、５
を動作状態にすると、ガス検知用水晶発振子３と基準水
晶発振子１は発振を始める。ガスが発生すると、各ガス
検知用水晶発振子３上のガス吸着膜２への被検知ガス分
子の吸着が開始し、その吸着量に応じて各ガス検知用水
晶発振子３の発振周波数がシフトし、これにより各発振
回路４の発振周波数がシフトする。この発振周波数のシ
フトは、各ガス検知用水晶発振子３のガス吸着膜２に吸
着した被検知ガスの質量に比例する。

【００４５】マルチプレクサ６はある一定周期、例えば
１秒おきに、どれかひとつの発振回路４を選択し、乗算
・サンプリング・分周回路７はその選択された発振回路
４と基準の発振回路５の出力の周波数差を周波数とする
信号を出力する。発振回路５に接続されている基準水晶
発振子１の発振周波数は常に一定なので、乗算・サンプ
リング・分周回路７はガス検知用水晶発振子３上のガス
吸着膜２へ吸着したガスの質量に比例した周波数を持つ
信号を出力する。

【００４６】カウンタ８はこの出力信号の周波数を計測
するので、結局、ガス検知用水晶発振子３上のガス吸着
膜２へ吸着したガスの質量（詳しくは、ガスの質量に相
応するカウント値）を出力することになる。マルチプレ
クサ６が周期的に発振回路４を選択することによって、
各ガス検知用水晶発振子３上のガス吸着膜２へ吸着した
ガスの質量を出力することができる。これらセンサ装置
９を火災検知をしたい場所、例えば計算機室の中の、Ｎ
ヵ所（Ｎは２以上の整数）のエリアに設置して、コンピ
ュータ１０で各センサ装置９の出力をモニターする。

【００４７】あるエリアｉ（ｉは１からＮの整数）に設
置されたセンサ装置９がガス検知し、上述の主成分分析
など既存のパターン認識法を用いてガスの判別を行う。
ガスを検知しなければ、フラグｆｉ＝０とする。ガスの
判別をして、それが湿度であればｆｉ＝１とする。湿度
でなければｆｉ＝０とする。

【００４８】このようにして、Ｎヵ所のエリアをモニタ
して、

【００４９】

【数５】Ｊ＝ｆｌ＋ｆ２＋…＋ｆＮを計算し、０＜Ｊ＜Ｎであればｆｉが１であるエリアが
火災である可能性が高いと判断する。Ｊ＝０あるいはＪ
＝Ｎの時はガスを検知していないか、アルコールなど湿
度以外のガスを検知したか、または通常の湿度変化とい
う可能性が高いため非火災と判断する。

【００５０】さらに好ましくは、上記のようにして湿度
上昇を検知して火災である可能性が高いと判断すると、
主成分分析などの散布図においてセンサ装置９の応答Ｙ
と燃焼ガスのクラスタの重心とからの距離Ｄｔを計算す
る。Ｄｔと１回前の距離Ｄｔ−１とを比較し、Ｄｔ＜Ｄ
ｔ−１ならば、フラグＳを１だけ増やす。Ｄｔ＞Ｄｔ−
１ならば、フラグＳは０にリセットする。この作業を何
回か繰り返し、ある基準回数ＭをＳが越えた時点で、セ
ンサ装置９の応答Ｙが燃焼ガスのクラスタに近づいてい
ると判断し、より確実な火災判断をする。

【００５１】［制御手順］次に、図２、図３のフローチ
ャートを参照して、図１の火災検知装置のコンピュータ
１０の具体的な演算制御の手順について説明する。な
お、図２、図３の手順は、コンピュータ１０の内部メモ
リにプログラム形態で展開され、実行されるもので、フ
ロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に格納で
きるものである。

【００５２】まず、コンピュータ１０が実行する図２の
手順について説明する。

【００５３】最初に、エリアｉをｉ＝１に初期設定する
（Ｓ１）。

【００５４】次に、あるエリアｉに設置されたセンサ装
置９の検知出力のモニターを行なう（Ｓ２）。そのセン
サ装置の出力信号に基づきガスを検知したか否かを判定
する（Ｓ３）。ガス検知していないと判定した時には、
フラグｆｉを立てない（ｆｉ＝０とする）（Ｓ７）。

【００５５】上記Ｓ３でガスを検知したと判定した時
は、通常、それがなんのガスであるかわからないので、
上記センサ装置の応答Ｙを主成分分析してガスの判別を
行う（Ｓ４）。ガスの判別をして、それが湿度変化（湿
度上昇）であれば（Ｓ５）、フラグｆｉを立てる（ｆｉ
＝１とする）（Ｓ６）。しかし、例えば、酒などに含ま
れるエタノールであればフラグを立てない（ｆ＝０とす
る）（Ｓ７）。

【００５６】次に、エリアｉを１だけインクリメントす
る（ｉ＝ｉ＋１）（Ｓ８）。モニターするエリアの数を
Ｎとするとき、ｉ＞Ｎでないならば、上記のＳ２に戻っ
て、上述の処理を繰り返す（Ｓ９）。

【００５７】湿度は火災でなくても発生するため、複数
の全てのエリアの湿度上昇を感知すればそれは非火災に
よる湿度変化であり、あるエリアだけの湿度上昇を感知
したのであればそれは火災による湿度変化とみなすこと
ができる。つまり、モニターするエリアの数をＮ、ある
エリアｉでのフラグをｆｉとした時、

【００５８】

【数６】Ｊ＝ｆ１＋ｆ２＋…＋ｆＮを計算し（Ｓ１０）、０＜Ｊ＜Ｎであれば（Ｓ１１），
フラグｆｉが１であるエリアｉが火災である可能性が高
いと判断し、火災警報を発生する（Ｓ１２）。０＜Ｊ＜
Ｎでない場合、すなわち、Ｊ＝０またはＪ＝Ｎの場合
は、非火災と判断して火災警報は発生しない（Ｓ１
３）。

【００５９】なお、０＜Ｊ＜Ｎという判断基準は火災を
検知したい場所の広さ、あるいはセンサ装置の故障など
による誤報をどれくらい少くするかによって可変とす
る。つまり、センサ装置が故障するとそのエリアのフラ
グは常に０となる状況も考えられるため０＜Ｊ＜Ｎの判
断基準のままでは通常の湿度変化を火災と判断してしま
う。このような場合には、上記Ｓ１１の判断基準を、例
えば０＜Ｊ＜Ｎ−１とすることによって誤報を低減でき
る。

【００６０】あるいは故障の種類によっては常にフラグ
ｆｉが１となる場合も考えられる。この場合には、上記
Ｓ１１の判断基準を、さらに１＜Ｊ＜Ｎ−１とすること
によって誤報を低減できるが、反対に火災検知の感度は
低下することになる。

【００６１】このように、誤報の低減と火災検知の感度
向上とはトレードオフの関係にあるため、Ｊの判断基準
は誤報によるロスと火災によるロスとのかねあいから決
定する。

【００６２】ところで、火災の初期には湿度変化が起こ
るが、だんだん火災が進行するにしたがって燃焼ガス、
例えばＰＶＣケーブルであれば塩化水素ガスが発生して
くるので、その燃焼ガスを検出することで、火災の判断
をより確実なものにすることが出来る。すなわち、上記
センサ装置９の応答Ｙの時間変化から、センサ装置９が
燃焼ガスに応答していることを検出することで、湿度変
化を検出したときに、それが通常の湿度変化なのかそれ
とも火災による湿度変化なのかをより確実に判断する方
法を図３のフローチャートを参照して以下に説明する。

【００６３】上述した主成分分析を用いてガス種または
湿度の判別を行う時に、センサ装置９の応答Ｙと、コン
ピュータ１０の内部メモリに予め格納したデータべース
の散布図上の既知のガスまたは湿度のクラスタの重心と
の距離を計算し、計算した最も近い距離のものを検知ガ
スまたは湿度と判別するだけでは、センサ装置９の応答
Ｙが燃焼ガスのクラスタに近くなっても、それ以上に湿
度のクラスタに近ければ湿度だと判別してしまう。一
方、湿度のクラスタに近くても、時間経過とともに燃焼
ガスのパターンに近づけば、それは燃焼ガスを検出して
いることを示している。

【００６４】そこで、コンピュータ１０は、図２のＳ１
〜Ｓ１１の工程を実行することにより、主成分分析など
の散布図において湿度上昇を検知し、０＜Ｊ＜Ｎが肯定
判定となり、火災の疑いが生じると、直ちに火災と判断
することなく（Ｓ２１）、フラグｔ，Ｓをｔ＝１，Ｓ＝
０に初期設定する（Ｓ２２）。

【００６５】次に、燃焼ガスのクラスタ（領域）の重心
からの距離Ｄｔを計算する（ここでｔは判別の回数であ
る）（Ｓ２３）。

【００６６】Ｄｔと１回前の距離Ｄｔ−１とを比較し、
Ｄｔ＜Ｄｔ−１ならば( Ｓ２４) 、フラグＳを１増やす
( Ｓ２５) 。Ｄｔ＞Ｄｔ−１ならば，Ｓは０にリセット
する（Ｓ２６）。つまり、センサ装置９の応答Ｙが連続
して燃焼ガスのクラスタに近づいているかどうかを判断
する。この作業を何回か繰り返し、Ｓがある基準回数Ｍ
を越えた時点で（Ｓ２７），センサ装置９の応答Ｙが燃
焼ガスのクラスタに近づいていると判断し、火災である
と判断をし、火災警報を発生する（Ｓ２９）。

【００６７】以上の処理により、湿度変化を検出したと
きに、それが通常の湿度変化なのかそれとも火災による
ものなのかをより確実に判断することができる。なお、
図示はしていないが、図３のフローにおいて、経過時間
に対応する判別回数ｔの最大値Ｔを予め設定しておき、
ｔ＞Ｔに達したら、図３のループを抜けて本処理を終了
するのが好ましい。

【００６８】［実験結果：その１］次に、上述の本発明
の実施形態に基づいた測定結果について説明する。

【００６９】まず、燃焼実験室内の天井と（センサ装置
Ａとする）、実験室外（センサ装置Ｂとする）に一つづ
つセンサ装置を設置した。よって、この場合はＮ＝２で
ある。

【００７０】図４は、通信用ＰＶＣケーブルを加熱した
ときの、センサ装置Ａの各水晶発振子の周波数変化の経
過時間依存性を表している。縦軸は水晶発振子の周波数
変化であって、ガスの吸着量とみなすことができる。デ
ータ取り込みの時間間隔は５秒である。加熱に用いたヒ
ータの温度変化も併せて示してある。水晶発振子（セン
サ）はセンサ１からセンサ５まで５個の水晶発振子（セ
ンサ）を用いている。それぞれの水晶発振子（センサ）
のガス吸着膜材科は、センサ１：ポリクロロトリフロロ
エチレン、センサ２：フェニルアラニン、センサ３：ポ
リクロロトリフロロエチレンとフェニルアラニン、セン
サ４：グラファイト、センサ５：グルコースである。試
験開始後８００秒くらいで、加熱用ヒータの温度が２５
０℃を越えて温度上昇が飽和し始めたあたりから、各水
晶発振子の発振周波数が変化し始めている。

【００７１】この実験では、ＰＶＣケーブルはその被覆
が軟化した程度で、目で確認できる煙は発生せず、煙感
知器では検知できない初期の火災に相当する。このよう
に本発明の火災検知装置は、初期火災で湿度変化をもた
らす種類の火災であれば、従来の火災検知器よりも感度
の高い火災検知が可能であることがわかる。

【００７２】図５は、本発明のセンサ装置における湿度
に対する応答、ＰＶＣケーブルを加熱して生じるガスに
対する応答、エポキシ回路基板を加熱して生じるガスに
対する応答を、主成分分析による散布図上に表示した図
である。湿度に対する応答は相対湿度３％から７０％ま
での応答である。ＰＶＣケーブル、エポキシ回路基板は
燃焼試験室で２００℃から２６０℃で加熱し、生じたガ
スに対する応答をとった。主成分分析に用いたパラメー
タは、前述したように、各水晶発振子の発振周波数の変
化ｗ１、ｗ２、…、ｗＬを、水晶発振子の発振周波数変
化の２乗和の平方根Ｘ＝√（ｗ１² ＋ｗ２² ＋…＋ｗＬ
² ）で割った値、すなわち正規化した各水晶発振子の発
振周波数変化の値である。センサ装置の応答Ｙをこの図
５の散布図上にプロットし、そのプロットがどのクラス
タに近いかでガスの判別をすることができる。

【００７３】このガス判別を行う時間間隔は１００秒で
ある。図４における測定開始後、ｌ０００秒から２００
０秒までのセンサ装置の応答Ｙを１００秒ごとに×の印
で図５にプロットしてある。１０００秒後のセンサ装置
の応答Ｙは湿度のクラスタにプロットされ、２０００秒
後のセンサ装置の応答ＹはＰＶＣケーブル燃焼ガスのク
ラスタにプロットされている。

【００７４】この図５から加熱初期にはＰＶＣケーブル
から水分（湿度）が発生し、温度が上昇するにつれてＰ
ＶＣケーブル固有の燃焼ガスが発生することがわかる。
この実験では、ガス検知の閾値を、水晶発振子の発振周
波数変化の平均値での２０Ｈｚと定めた。実験開始から
１０００秒後に水晶発振子の発振周波数変化の平均値が
２０Ｈｚを越え、湿度を検知した段階でｆｌ＝１であ
る。ガス検知の閾値は火災検知の感度である。燃焼実験
室外に設置したセンサ装置Ｂは燃焼ガスに触れないた
め、水晶発振子の発振周波数変化はほとんど０であっ
た。よって、ｆ２＝０であり、この場合、Ｎ＝２、ｆ１
＝１、ｆ２＝０、Ｊ＝１で、０＜Ｊ＜Ｎであるので、燃
焼実験室内で火災が発生していると判断できる（図２の
Ｓ１１参照）。

【００７５】また、測定開始から１０００秒後に湿度と
判断してから、ＰＶＣケーブルのクラスタの重心からの
距離Ｄｔを逐次計算した。この場合のクラスタの重心と
は図５の散布図におけるＰＶＣケーブルの燃焼データ２
点の中点（9.3 、−9.0 ）である。２次元の散布図にお
けるセンサ装置の応答Ｙは徐々にＰＶＣケーブルのクラ
スタに近づき、図３のフローチャートのＳ２７において
Ｍを３としたところ、測定開始１３００秒の地点でＳ＞
Ｍとなり、火災であることを判断した。

【００７６】［実験結果：その２］次に、計算機室にセ
ンサ装置Ａ、Ｂを約３０ｍ離して２つ設置し、２４時間
２エリアのモニタを行った時の、各センサ装置の水晶発
振子センサの発振周波数変化を、それぞれ図６、図７に
示す。この期間、計算機室では火災など何の異常もなか
ったため、得られた水晶発振子センサの発振周波数変化
は湿度によるものである。図６では相対湿度も併せて表
示してある。センサ装置Ａの水晶発振子センサの発振周
波数変化と相対湿度との相関は高く、水晶発振子センサ
が湿度に応答していることがわかる。また、図７は図６
と非常に良く似ており、図７のセンサ装置Ｂも通常の湿
度変化に応答していることがわかる。

【００７７】図８は、図６、図７において、水晶発振子
センサの発振周波数変化の平均値が２０Ｈｚを越えたデ
ータで、センサ装置Ａ、Ｂについて同じ時点のもの１０
点を選び、Ａ、Ｂそれぞれについてセンサ装置の応答Ｙ
を求め、主成分分析を行って散布図にプロットしたもの
である。両センサ装置Ａ，Ｂとも平均値２０Ｈｚを越え
たタイミングは同じであった。×の印が図６から求めた
センサ装置Ａの応答、△の印が図７から求めたセンサ装
置Ｂの応答である。両応答とも湿度のクラスタにプロッ
トされ、湿度であると判別している。この時、Ｎ＝２、
ｆ１＝ｆ２＝１、Ｊ＝２で、Ｊ＝Ｎから非火災であると
判断した。

【００７８】さらにこの場合においてもまた、ＰＶＣケ
ーブルのクラスタの重心、エポキシ回路基板のクラスタ
の重心からの距離Ｄｔを逐次計算した。エポキシ回路基
板のクラスタの重心とは３点のエポキシ回路基板燃焼ガ
スデータの重心（9.5 、4.6）である。両センサ装置の
応答はＰＶＣケーブルのクラスタにもエポキシ回路基板
のクラスタにも近づかず、図３のフローチャートのＳ２
７においてＭを３としたところ、常にＳ＜Ｍであり、火
災判断をしなかった。

【００７９】［他の実施形態］上述した本発明の実施形
態では、湿度の検出手段として、水晶発振子式のセンサ
を用いた場合を説明したが、本発明はこれに限定され
ず、湿度の検出手段として、例えば、公知の静電容量
法、電気抵抗法、あるいは電気分解法等の他の湿度検知
センサを用いて、火災を検知しようとする場所内の複数
ヵ所の湿度をモニタすることによっても火災を検知でき
ることは明らかである。この場合の、火災による湿度変
化を検知するためのフローチャートの一例を図９に示
す。図９の手順は、図２の手順からＳ３，Ｓ４の処理を
取り除いたもので、その他の処理は同様なので、その詳
細な説明は省略する。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
火災初期に発生する湿度変化を認識、検知するため、従
来の検知器では検知できなかった高感度な火災検知が可
能となる。

【００８１】また、本発明では、廉価な水晶発振子式の
センサを用いることで、比較的廉価に火災検知装置が提
供できる。

【００８２】また、本発明では、複数位置の湿度変化か
ら火災判断をするため、確実に火災を検知できるという
効果がある。

【００８３】さらに、本発明では、センサ応答の時間変
化から燃焼ガスの発生を検出するため、より確実な火災
検知が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施形態の火災検知装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態の火災検知方法を説明する
フローチャートである。

【図３】本発明の一実施形態の火災検知方法において、
湿度を検出したときに、それが通常の湿度変化か火災に
よるものかを確実に判断する方法を説明するフローチャ
ートである。

【図４】通信用ＰＶＣケーブルを加熱したときの、セン
サ装置の５個の水晶発振子の発振周波数変化と加熱温度
変化を示す図である。

【図５】センサ装置の、湿度に対する応答、ＰＶＣケー
ブルを加熱して生じるガスに対する応答、エポキシ回路
基板を加熱して生じるガスに対する応答の、主成分分析
による散布図である。

【図６】計算機室に設置したセンサ装置Ａの２４時間の
水晶発振子の発振周波数変化を示す図である。

【図７】計算機室に設置したセンサ装置Ｂの２４時間の
水晶発振子の発振周波数変化を示す図である。

【図８】計算機室におけるセンサ装置Ａ、Ｂの応答で、
水晶発振子の発振周波数変化の平均値が２０Ｈｚを越え
たものを主成分分析し、散布図にプロットした図であ
る。

【図９】本発明の他の実施形態における動作手順を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

１基準水晶発振子２ガス吸着膜３ガス検知用水晶発振子４、５発振回路６マルチプレクサ７乗算・サンプリング・分周回路８カウンタ９センサ装置１０コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のセンサを用いて火災初期における
湿度上昇を検出し、検出した湿度上昇に応じて火災を検
知することを特徴とする火災検知方法。
【請求項２】請求項１に記載の火災検知方法におい
て、前記センサはガス検知機能も有し、ガスの発生と前
記湿度上昇とをほぼ同時に検出した場合に火災であると
判定することを特徴とする火災検知方法。
【請求項３】火災を検知しようとする場所の複数ヵ所
にそれぞれ設置された複数のセンサ装置により該複数ヵ
所の湿度変化を検出するステップと、検出した湿度変化が湿度上昇である時に、１ヵ所以上の
湿度上昇が、その他の場所の湿度上昇よりも大きい場合
に火災と判定するステップとを有することを特徴とする
火災検知方法。
【請求項４】請求項３に記載の火災検知方法におい
て、前記複数ヵ所の湿度変化を検出するステップが、それぞれ異なる吸着膜を表面に形成した複数の水晶発振
子を備えた前記センサ装置の出力から前記吸着膜への被
検知ガスの吸着量に応じた発振周波数の変化を検出する
第１のステップと、前記発振周波数の変化を処理する第２のステップと、前記第２のステップで得られた処理結果のデータを予め
用意したデータべースと照合することにより被検知ガス
のガス種の判別および湿度上昇の判別を行う第３のステ
ップと、前記第１から第３のステップを複数配置した前記センサ
装置の各々に対して順次繰り返すステップとを有するこ
とを特徴とする火災検知方法。
【請求項５】請求項４に記載の火災検知方法におい
て、前記第３のステップにより湿度の上昇を判別した時
に、前記第２のステップで得られた処理結果のデータの
時間変化を前記データべースと照合することで火災によ
る燃焼ガスの発生を検出するステップを含むことを特徴
とする火災検知方法。
【請求項６】請求項４に記載の火災検知方法におい
て、前記第３のステップは主成分分析などのパターン認
識法を用いて前記ガス種の判別および前記湿度上昇の判
別を行うことを特徴とする火災検知方法。
【請求項７】請求項４に記載の火災検知方法におい
て、前記第３のステップにより湿度の上昇を検知して火
災である可能性が高いと判断すると、前記データベース
である主成分分析などの散布図において前記センサ装置
の応答Ｙと燃焼ガスのクラスタの重心とからの距離Ｄｔ
を計算し、該Ｄｔと１回前の距離Ｄｔ−−１とを比較
し、Ｄｔ＜Ｄｔ−１ならば、フラグＳを１だけ増やし、
Ｄｔ＞Ｄｔ−１ならば、フラグＳは０にリセットし、こ
の作業を何回か繰り返し、ある基準回数ＭをＳが越えた
時点で、前記センサ装置の応答Ｙが燃焼ガスのクラスタ
に近づいていると判断して、火災の判断をするステップ
を含むことを特徴とする火災検知方法。
【請求項８】複数のセンサを用いて火災初期における
湿度上昇を検出する検出手段と、該検出手段により検出した湿度上昇に応じて火災である
と判定する判定手段とを有することを特徴とする火災検
知装置。
【請求項９】請求項８に記載の火災検知装置におい
て、前記センサはガス検知機能も有し、前記判定手段は
ガスの発生と前記湿度上昇とをほぼ同時に検出した場合
に火災であると判定することを特徴とする火災検知装
置。
【請求項１０】火災を検知しようとする場所の複数ヵ
所にそれぞれ設置された複数のセンサ装置により該複数
ヵ所の湿度変化を検出する検出手段と、該検出手段により検出した湿度変化が湿度上昇である時
に、１ヵ所以上の湿度上昇が、その他の場所の湿度上昇
よりも大きい場合に火災と判定する判定手段とを有する
ことを特徴とする火災検知装置。
【請求項１１】請求項１０に記載の火災検知装置にお
いて、前記検出手段が、それぞれ異なる吸着膜を表面に形成した複数の水晶発振
子を備えた前記センサ装置の出力から前記吸着膜への被
検知ガスの吸着量に応じた発振周波数の変化を検出する
第１の処理機能と、前記発振周波数の変化を処理する第２の処理機能と、前記第２の処理機能により得られた処理結果のデータを
予め用意したデータべースと照合することにより被検知
ガスのガス種の判別および湿度上昇の判別を行う第３の
処理機能と、前記第１から第３の処理機能を複数配置した前記センサ
装置の各々に対して順次繰り返す処理機能とを有するこ
とを特徴とする火災検知装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の火災検知装置にお
いて、前記判定手段は、第３の処理機能により湿度の上
昇を判別した時に、前記第２の処理機能で得られた処理
結果のデータの時間変化を前記データべースと照合する
ことで火災による燃焼ガスの発生を検出することを特徴
とする火災検知装置。
【請求項１３】請求項１１に記載の火災検知装置にお
いて、前記第３の処理機能は主成分分析などのパターン
認識法を用いて前記ガス種の判別および前記湿度上昇の
判別を行うことを特徴とする火災検知装置。
【請求項１４】請求項１１に記載の火災検知装置にお
いて、前記判定手段は、前記第３の処理機能により湿度
の上昇を検知して火災である可能性が高いと判断する
と、前記データベースである主成分分析などの散布図に
おいて前記センサ装置の応答Ｙと燃焼ガスのクラスタの
重心とからの距離Ｄｔを計算し、該Ｄｔと１回前の距離
Ｄｔ−１とを比較し、Ｄｔ＜Ｄｔ−１ならば、フラグＳ
を１だけ増やし、Ｄｔ＞Ｄｔ−１ならば、フラグＳは０
にリセットし、この作業を何回か繰り返し、ある基準回
数ＭをＳが越えた時点で、前記センサ装置の応答Ｙが燃
焼ガスのクラスタに近づいていると判断して、火災の判
断をすることを特徴とする火災検知装置。
【請求項１５】コンピュータによって火災検知を行な
うための火災検知プログラムを記録した記録媒体であっ
て、該火災検知プログラムはコンピュータに、火災を検知しようとする場所の複数ヵ所にそれぞれ設置
された複数のセンサ装置の出力により該複数ヵ所の湿度
変化を検出させ、検出した湿度変化が湿度上昇である時に、１ヵ所以上の
湿度上昇が、その他の場所の湿度上昇よりも大きい場合
に火災と判定させることを特徴とする火災検知プログラ
ムを記録した記録媒体。
【請求項１６】請求項１５に記載の記録媒体におい
て、前記火災検知プログラムはコンピュータに、前記複
数ヵ所の湿度変化を検出させる際に、それぞれ異なる吸着膜を表面に形成した複数の水晶発振
子を備えた前記センサ装置の出力から前記吸着膜への被
検知ガスの吸着量に応じた発振周波数の変化を検出さ
せ、前記発振周波数の変化を処理させ、前記処理結果のデータを予め用意したデータべースと照
合させることにより被検知ガスのガス種の判別および湿
度上昇の判別を行わせ、上記各動作を複数配置した前記センサ装置の各々に対し
て順次繰り返させることを特徴とする火災検知プログラ
ムを記録した記録媒体。
【請求項１７】請求項１５に記載の記録媒体におい
て、前記火災検知プログラムはコンピュータに、前記湿
度の上昇を判別させた時に、前記処理結果のデータの時
間変化を前記データべースと照合させることで火災によ
る燃焼ガスの発生を検出させることを特徴とする火災検
知プログラムを記録した記録媒体。
【請求項１８】請求項１５に記載の記録媒体におい
て、前記火災検知プログラムはコンピュータに、主成分
分析などのパターン認識法を用いて前記ガス種の判別お
よび前記湿度上昇の判別を行わせることを特徴とする火
災検知プログラムを記録した記録媒体。
【請求項１９】請求項１５に記載の記録媒体におい
て、前記火災検知プログラムはコンピュータに、前記デ
ータベースである主成分分析などの散布図において前記
センサ装置の応答Ｙと燃焼ガスのクラスタの重心とから
の距離Ｄｔを計算させ、該Ｄｔと１回前の距離Ｄｔ−１
とを比較させ、Ｄｔ＜Ｄｔ−１ならば、フラグＳを１だ
け増やさせ、Ｄｔ＞Ｄｔ−１ならば、フラグＳは０にリ
セットさせ、この作業を何回か繰り返させ、ある基準回
数ＭをＳが越えた時点で、前記センサ装置の応答Ｙが燃
焼ガスのクラスタに近づいていると判断させることで、
火災発生の判断をさせることを特徴とする火災検知プロ
グラムを記録した記録媒体。
【請求項２０】コンピュータによって火災を検知する
ためのデータを記録した記録媒体であって、該データ
は、異なる吸着膜を表面に形成した複数の水晶発振子
の、前記吸着膜への既知のガスまたは湿度の吸着量に応
じた各水晶発振子の発振周波数の変化を処理したもので
あることを特徴とする火災を検知するためのデータを記
録した記録媒体。