JPS5932096A - 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】 （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ずる炎からの放
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１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
燃焼に特有のスペり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、４ａｍ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
させることが望才れでいる。

寸た黒煙を伴う炎であっても検出し得る炎検出装置であ
ることが望−１，ている。

（３）従来技術と問題点 上記のように単に４．４μｍ付近の赤外ねを検出する炎
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伺近０赤外線をも検出して１−
１い、炎検出として誤動作するという間ｊ頂点がある。

上記問題点を解決するものとして、第１図の例示に」？
いて、４．４１１７１１伺近の放射線を通過させるバン
ドパスフィルタ、４，０μｍ　（＝Ｊ近の放Ｌｔ　Ｈヲ
通過させるバンドパスフィルタを設け、両フィルタを通
過した放射線の強度の差を検出し、炎に特有な波長のス
ペクトルが綜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÷
順。寸だ上述のスペクトルがゆらぎを示すことな用いて
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４．０８ｍ付近
の放射線強度の差Δ■、が炎のときの差△工、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太きく設定する
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、　４１ｒｔｎ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１へ１ｔが太きくなると、当然、波長４．４μ
ｍ付近の放射組の検知感度が落ち炎が検知できなくなる
ことがある。

捷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７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＆ｊ：　、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ぜ、
通常の炎検出の感度を向上させ、さらに黒煙を伴う炎で
あっ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
ティブコントロール手法Ｃてより誤動作の要因となる前
記枚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
を受は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は
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例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」す」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に１、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ｔ′）゛比較手段、及びＭｉｌ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ｊ
′ｌ’ｒ図を示す。

第２図について述べると、本発明の炎検出装ｆｉｑｔよ
、炎を伴う放射体０からの放射線を検出する検出ｔ：Ｖ
ｒ　１、該検出部からの借上うで演算する論理法３γ部
２、該論理法１゛謡じ２からの伯−号な比較判断するｉ
ｔ＋断部４、及び１゛１１“報を発する養報部５から４
１ｉ、７成される。

検出部】は、放射体６の火炎に’Ｒ＋’右な波ｌ、ελ
１、第１図に図示の例示においては４．４ｔｒｍ伺近の
放射線を：＋ｉｒｉ過させる第１のバンドパスフィルタ
１１、該バンドパスフィルタからの信七を電気信号に変
換する第１の光電変換器１２、該光電変換器からのアナ
ログ信号をディ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の近傍にあって炎感知上放射腺の識別性
を有する波長λ２、第１図に図示の例示に赴いては４．
０μｍ付近の放射線を通過させる第２のバンドパスフィ
ルタ１４、Ｅ＋γ２の光電変換器］５、第２のＡＤ変換
器１６妙・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１６はそれ
ぞれ第１の光電変換器１２及び第１のＡＤ変換器］３と
同様のものである。

従って、第１の放射線検出系１恍の出力とし−Ｃは波長
λ１の放射線がディジタル足のｎｉ電８１３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
線がディジタルｒ１ｔの信号Ｓ　］　Ｇとしてそれぞれ
論３↓ｌ演算部２に印加される。

論理演算部２は下記のものから構成される。１）１■記
信号Ｓ１３及びＳ１６のそれぞれを受は入ノを記憶する
バッファメモリ２１及び２８ｏ　バッファメモリ２１及
び２８にそれぞれ信号Ｓ］３及びＳ］、６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
するための夛ロック信号を発する第１のクロック発振器
２７ｏ　バッファメモリ２１及び２８から送出された信
号の平均値ＡＶ。

ＡＶ　　を求める第］及び第２の平均値演算回路２２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。、ＶＨ（４
８号Ｓ１３，５１６）と平均値演算回路２２及び２９に
おいて得られた波長λ１．λ２の放射線の平均値ＡＶｏ
、ＡＶＲとの偏差σ。、σ□を求める第１及び第２の差
回路２５．３０゜　第１の偏差σ。と第２の偏差σ□の
比Ｒ１をｊ】出するＳｊ；ｉｎ回路３】。

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のクロック発振器２７の発振周波数よシ篩周波数
、従って短周期のクロック信号を第１のバッファメモＩ
Ｊ　２１に印加する第２のクロック発振器３２ｏ第２の
クロック発振器３２のクロック周波数によってバッファ
メモリ２１から送出された信号にもとづき、平均値ＡＶ
ｏ′を求める第３の平均値演算回路３３、及び第２のク
ロックパルスの間隔内における前記バッファメモリ２１
から送出された信号の！ｆｋ犬値ＩＩｎ＆工及び最小値
工□□。を検出する最大最小検出回路２３゜該最大最小
検出回路２３からの最大値工ｍａｘと最小値工□、□□
との差σ、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。’と第３の差回路２４からの
差σ□との比を求める第２の割算回路２６゜第２のクロ
ッ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「ｌ」
の信号Ｓ３４を出力する化゛号凹凸検出回路３４゜ 上記の如く得られた信号σｃ　Ｒ１，Ｒ２，Ｓ３４を判
断部４に印加する。

判断部４は、偏差σＣが成る値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］
の比較回路４１、比Ｒ２が成る範囲内β１〜β２、例え
ば０．２〜１．０の間にある場合、論理＝「１」　を出
方する第２の比較回路４２、比Ｒ１が成る値乙例えば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】及び第２の比較回路４１及び４′２
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１［Ｊ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４
５、からなる。

アンドゲート４５の出力論理＝［］」　　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好報を発する。

Ｖｏ−ＡＶ、、　≧α・曲・（１） Ｃ −≧γ　　　　　　　・・・・・・　（４）＋７Ｒ クロック発振器２７は、初期状態として、一定数の信号
８１３，８１６がバックアメモリ２１．２８に記１．ホ
されるまではクロックパルスを発振さｉ″Ｌないように
なっておυ、一定数の信号Ｓ１３．Ｓ１６が記憶される
とクロックパルスを発振シ、バックアメモリ２１．２８
に記憶されたデータを’Ｉ　ＡＤ変換器］、３．１６か
ら新しいデータがバッファメモ１Ｊ２１，２Ｂに入力さ
れる都度、後段の回路に送出する。

バッファメモリ２１．２８は一定ｆ固訣のデータを記憶
させ、最新のデータ　（信号Ｓ１３，５１６）が入力さ
れるとぎ最も古いデータは送出さノＬ１　これに伴って
平均値演算回路２２．２９におりる平均値も更新されて
いく。

又、クロック発振器２７、またｉ−１：３２は一足数の
信号Ｓ１３．Ｓ１６がバッファメモり２１．２８に記憶
される都度クロックパルスを発振し、クロックパルスの
周期毎に後段の回路に送用するようにしてもよい。その
ときはクロックパルスを受信したあとはバッファメモｖ
２ｘ、２ｓの信号Ｓ１３゜Ｓ１６をクリアーし１１．７
Ｉｊｆ一定数の信号Ｓ１３゜Ｓ１６をバックアメモリ２
１．２８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４Ｊｌ軸を時間ｔ１縦軸を放射線強度工にとυ
、波長λ１、例えば４．４μｍ付近の放射線の値ｖｃ及
び波長λ２、例えば４．０μ７ｎ付近の放射線の値■Ｒ
をプロットした曲Ｍ、ＶＣ及びｖｏを第２図の平均値演
３）回路２２及び２９で平均しｆＣものをプロットした
曲線ＡＶｏ、　ＡＶ□４、　火炎が発生した場合の波長
λ１．λ２の放射線の値Ｖ。ｌ　、　ｖ、（／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シ、放射線強反が時間の
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Ｖｃ′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図のクロック発振器３２０
周期内にＶ。′に山または谷があって第３式を満足する
。さらに高精度に検出足させる。この場合、上記第２式
を？ｉ！ｌ！Ｉ足する。上記条件成立によって炎が存在
すると見做す。これは従来の検出に比し和尚正確であり
、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図は黒煙を伴う灸の波長λ１．λ２
の放射線■。、■□をブロンｌ−ｔ、たものであり、横
軸は時間ｔＸ縦紬は放射線強度■である。

黒煙を伴う炎であっても、第１式、第３式は成立する。

きらに第４図のように、放射線はゆらいで訃り、経験的
に、ａＯ／（、＃１、第４式に当てはめるとγ（＃０．
７）以上、かつ、β１（”；０．２）　〈（Ｉｍａｗ　
−’ｍ１ｎ）／　ＡＭ（３’　＜β２（竺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
らの放射線強反は第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２２で求めた平均値Ａｖ
ｏと瞬時値■。との偏差σ。れ】：僅かである。よりて
上り己第（１）式は成立せず、炎が存在しているとは見
做さない。従っ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っ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
ったと１７でも、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とできる
。

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位などが放射線強度の差を生じさ
せ′６場合について述べる。このようなゆらぎ、放射、
１１メ強度の変化の周期に対し第２図の平均値６１（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。従ってゆらぎ、放射線強度の便化の
平均値と瞬時値との差は成る範囲内にあり、低温放射物
体のように、第１式が成立しない。一時的Ｃ４Ｃ差が生
じ）こ場合も他の第２式〜第４式　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っても誤動作することはない。

本発明の実施に肖っては以上に述べたものの他種々の変
形形態なとることかでさる。例えば、第２図における論
理演算部２及び刊ｌｉｄ？部４７マイクロプロセノザに
１ｉＴさかえることもできる。丑た、以上の例示におい
てはディジタル信刊処理を生体どした場合について述ベ
ブ＠が、アナログ（１号処理又はハイブリッド形の信号
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３γ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。クロック発振器２４は、ＡＤ
変換器１３．１６からの信号Ｓ１３．Ｓ１６をバッファ
メモ１Ｊ２１，２５に取シ込む際のタイミングパルスを
与える工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、ｊ−ａ内又
は屋外に６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、通常の炎検出の感夏な向
上させ、さらに黒煙を伴う炎であっても正画６に炎検出
を行うことのできる炎検出装置が提供さノする。

【図面の簡単な説明】

第１図は放射線強度の特性図、第２図は本発明の一実力
（鴨例としての炎検出装置のｕ略図、第３図は本発明の
炎検出装置ｉｌの炎検出の説明に用いる特性図、；４’
ｙ　４図は本発明の炎検出装置の炎検出の説明に用いる
他の特性図、である。 （符−けの、１）ｌ明） １・・・’ｂｉｊ　出ｉ；Ｂ、　　　１１．　１４・・
・パントノ（スフイルり、１２、１５・・・光電変換器
、　　１３．１（５・・・ＡＤ変換器、２　・・論］１
１！　’ｔＬ’ｔ　：ｉ’＞：　ｆ％、　　２１，２８
・・・ノ（ソファ、メモリ、２２、２０．３３・・・平
均（：ｌｉ演算回路、２３・・・最大最小検出器、 ２４、２５．３（１・・・差回路、 ２６、：Ｎ・・・割Ω−回１・６、　　２７．３２・・
・クロック発１１艮柑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、　　訃９報部、６・・
・火炎。 特許出願人 日本ば備保障株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　山　口　昭　之

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は入れ対応する
   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は入れ対応
   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。