JPS61501659A - 火災探知器回路 - Google Patents
火災探知器回路Info
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- JPS61501659A JPS61501659A JP60501006A JP50100685A JPS61501659A JP S61501659 A JPS61501659 A JP S61501659A JP 60501006 A JP60501006 A JP 60501006A JP 50100685 A JP50100685 A JP 50100685A JP S61501659 A JPS61501659 A JP S61501659A
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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】
デュアル・スペクトル周波数感応火災探知器発明の背景
1、 発明の分野
この発明は火災探知システムに関し、特に火元からの刺激と火元以外からの刺激
を区別するようにデザインされた火災探知システムに関する。
2、 従来技術の説明
光電トランジスタによって火災の存在を探知することは、比較的簡単なことであ
る。しかしながらこれは、普通の火災からの刺激と火災源以外からの他の熱又は
光刺激とを確実に区別せねばならない時には、より難しくなる。太陽、紫外線照
明具、溶接、白熱源等からの放射線はしばしば、火災探知システムで発生される
誤警報に関する特別の問題を与える。
改善された識別は、システムに使用された光検出器のスペクトル感応を制限する
ことによって発生されたということが知られている。火災源以外の刺激に対して
確実に区別すると同時に、火災探知のため適当な感度を発生する問題の解決に対
して異なったアプローチを利用する多数の従来技術に、異なったスペクトル感応
帯を持つ複数の信号チャンネルが使用されてきた。
チンツォーりの特許第3,931,521号は、長波長放射エネルギー感応検出
チャンネルと短波長放射エネルギー感応チャンネルとを使用し、且つ誤トリガー
の可能性を排除するために一致信号検出の状態を置く、デュアル・チャンネル火
災及び爆発検出システムを開示している。チンツォーり等の特許第3.825.
754号は、一方での大爆発火災と他方での火災を生じない高エネルギー閃光/
爆発とを区別することの特徴を前述の特許の開示に加えている。ケルン及びチン
ツォーりの特許第4.296,324号は、長波長チャンネルが電磁放射のほぼ
4−以上のスペクトル帯域の放射エネルギーに感応し、且つ短波長チャンネルが
ほぼ3.5IiJR以下のスペクトル帯域の放射エネルギーに感応し、検出され
るべき火災又は爆発の少なくとも一方の燃焼産物と関連する大気による吸収波長
に感応する少なくとも一つのチャンネルを有する、デュアル・スペクトル赤外線
火災探知システムを開示している。特許第3.665,440に於いてマクメナ
ミンは、紫外線及び赤外線検出器及び、紫外線検出信号が上記赤外線検出器から
の出力信号を抑制するために使用される論理システムを利用する火災検出器を開
示している。そのうえ、はぼ10階の火災ちらつき(フリッカ−)周波数に感応
するように、両検出器と直列にフィルターが提供されている。結果として、ちら
つき赤外線放射線がある時にのみ、警報信号が発生される。マツチやシガレット
・ライターからのような低レベル赤外線信号の進入を阻止するためのスレッショ
ルド回路もまた含まれ、警報の開始から短期のスプリアス信号を妨げるための遅
延回路が組込まれている。
特許第3,739.365号及び第3,940,753号に於いてムラ−は、そ
れらからの信号がほぼ5乃至25 Hzの放射線の異なったスペクトル・レンジ
にそれぞれ感応する光電探知器を利用するデュアル・チャンネル検出システムを
開示している。それぞれのチャンネルの信号が、選択された値又は値のレンジと
予め設定された量以上異なる時、差動増幅器がそれらのシステムの一方で警報信
号を発生する。他方のシステムに於いて、上記差動増幅器からの出力信号は、ス
レッショルド回路及び遅延回路を有する位相比較器に供給される。入力信号が位
相が同じで、スレッショルド・レベルを越える振幅であり、且つプリセットされ
た遅延時間を越える十分な期間である時にのみ、警報信号が提供される。
ベインの特許第3.609.364号は、太陽放射線及びロケット・エンジン軸
放射線に対して識別するように向けられた特別な注意を有する高高度ロケット船
内の水素点火を特に検出するために多チャンネルを利用している。
マツグリの特許第4.249,168号は、4.1乃至4.8IImのレンジの
波長及び1.5乃至3虜のレンジの波長にそれぞれ感応するデュアル・チャンネ
ルを利用している。
両チャンネルの信号は、火炎ちらつき周波数感応のために4けられる。両チャン
ネルは、発生されるべき火災警報信号のために両チャンネルの検出の一致が必要
とされるように、ANDゲートに接続されている。他方の火災警報又は火災検出
システムは、マクドナルドの特許第3,995,221号、スキャピラ等の特許
第4,206.454号、マクメナミンの特許第3,665.440号、スチー
ル等の特許第3,122.638号及びりI/ユーガーの特許第2.722.6
77号及び第2.762,033号に開示されている。
火災検出のための従来の多くのシステムにもかかわらず、誤警報に対する識別の
十分に有効であることを立証するシステがないという事実が残っている。感度が
向上されたこれらのシステムに於いては、誤警報免疫のような他の性能パラメー
タの対陣する低落が現れる。本発明は、他の性能を犠牲にすることなしに、小火
災検出感度を向上するようなテクニックに向けられている。
11列11
要するに、本発明に従った構成は、それぞれ異なったスペクトル・レンジに感応
し、その出力が異なった通過帯域のちらつき周波数感応特性を有する狭帯域信号
処理チャンネルに供給される、一対の検出器を含む。本発明の好ましい態様に於
いては、長波長検出器は14乃至25譚のスペクトル感応を持っており、短波長
検出器は0.8乃至1.1譚のスペクトル感応を持っている。
火炎が波長にかかわらずちらつき周波数スペクトルを持っていることをテストが
示した。風即ち空気流により相当散らされる火炎は一般的に、静止空気中の火炎
より高いちらつき周波数内容を持っている。静止空気中の火炎は一般的に、少な
くとも4 Hzまでのちらつき周波数内容を持っている。
非火炎源は一般的に、連続する(即ちDC)放射線かまたは、いくらかの他の装
置によって変調されたならば、周期信号の特徴がある。例えば、電気ストーブや
白熱電球は、連続的な(DC)放射線かまたは、扇風機によってチョップされた
ならば周期的な変調された放射線を持つことができる。いくらかの光源もまた、
60又は1201hのACライン周波数で変わる交互の(即ちAC)゛放射線成
分を持つことができる。
太陽放射線のような他の非火炎源は、大気の瞬きのために、ちらつき周波数スペ
クトルと同様に見えるかもしれないことができる。
この発明の目的は、火炎のちらつき周波数スペクトルを認め、周期的な即ち変調
された非火炎源からそれを識別することである。加えて、火炎のちらつき周波数
スペクトル内容が、振幅及び周波数スペクトルの両方に於いて、きらめく日光の
スペクトル内容と異なっている故に、本発明はまた、火炎と探知器の大距離にあ
ってでさえも、2つの間で識別できる。
本発明に従った高感度火災探知器は、誤警報免疫を犠牲にすることなしに検出可
能な入力刺激の広いダイナミック・レンジを達成するために、スペクトル識別、
ちらつき周波数識別、自動利得制御11 (AGC)及び比検出を使用する。そ
れぞれお互いから大きく分離された2つのスペクトル領域の放射線の検出は、誤
警報免疫を向上させるために供される。最大の誤警報源は、それら2つの大きく
分離された領域に観察された時、火炎の放射線スペクトルと非常に異なった放射
線スペクトルを持っている。ちらつき周波数スペクトル内の選択された周波数へ
のそれら2つの領域の信号上の変調の濾波は、誤警報に対する付加の識別を提供
し、その最大は監視の火炎のそれらと異なる強度変動スペクトルを持つ。強度レ
ベルのワイド・レンジを許すと同時にこの識別を保護するために、ちらつき変調
スペクトル情報は、その絶対値と無関係に比で計った方法で検出される。信号レ
ベルの付加的な変化は、信号処理に先んじる増幅器の可変利得段によって可能に
される。
処理されるべき火炎ちらつき一信号は、一方のタイム・インターバルから他方に
大きく変化するスペクトルを持つことを示されることができる。しかしながら、
このちらつきスペクトルは、全体の放射線スペクトルを横切って放射線を変調す
る。故に、どの特定のちらつき一周波数にも含まれる信号エネルギーが変動する
が、しかしこのテクニックによって使用された周波数のための両スペクトル領域
に於いてはほぼ等しい。結局、1秒の感応遅延が、火炎ちらつきによって引起こ
されない非常に短期間の間、誤警報の可能性を除去するために組込まれる。
ちらつきスペクトル識別は、フィルターの周波数で変調周波数内容を抽出するた
めに、並列の1つ以上の狭帯域フィルターを通してちらつき信号を通すことによ
って得られる。ここで狭帯域は、最大利得の周波数の1/1oと1/2の間の分
数である通過帯域幅に当はまる。トレード・オフは、(帯域幅を減することによ
り向上される)周波数分解能と、(帯域幅を増すことによって減じられる)感応
時間との間に存在する。
本発明の好ましい態様に於ける成る変更は、火災探知の異なった特定の目標のた
めに企てられることができる。最大感度のために提供された成る特定の構成は、
ORゲート及び遅延回路に向けられた出力と共に述べられたような2つのデュア
ル狭帯域チャンネルを利用する。上記チャンネルは、チャンネル入力での火炎ち
らつきフィルターの周波数レンジを除いては、お互いに同一のものである。
最大誤警報免疫のためにデザインされた変化に於いて、複数の(少なくとも3つ
の)デュアル狭帯域チャンネルが並列に提供され、その出力はAND回路と遅延
段に結合されている。デュアル・チャンネルは、それらの入力での火炎ちらつき
フィルターの周波数レンジを除いては、同様のものである。
他の変更は、異なった周波数火炎ちらつきフィルターを有する一対の狭帯域チャ
ンネルが周期信号検出器と並列に動作されるように使用されることができる。上
記周期信号検出器の出力は反転され、狭帯域チャンネルからの出力信号と共にA
NDゲートに印加される。従って、2つの異なったスペクトル検出器のいずれか
からの周期信号の検出で、全探知回路が阻止される。上記周期信号検出器は、自
動相関の数理的処理に基かれている。放射線信号は、0乃至2秒にわたる種々の
遅延の後、それ自身と連続的に比較される。上記比較は、現在の極性対遅延され
た信号サンプルの、即ち同様の極性が論理1を発生し、反対の極性が論理Oを発
生する、排他的OR機能を行うことから成る。それぞれの遅延インターバルの間
、排他的OR出力の平均が発生される。異なった遅延の後、それ自身と信号極性
の相関をそれぞれ表わす平均のこの分類は、入来信号の周期性の程度を測定する
ため容易に電子的に処理されることができる。例えば、ランダム信号は、その帯
域幅を相互に長く比較する遅延の後に、それ自身と比較された時、反転極性と等
しく示すために丁度同様のものであるだろう。故に平均相関はOであるだろう。
しかしながら上記周期信号は、1ピリオド遅延された時、同一極性を示すだろう
。故にその相関は、この遅延の後、高いであろう。減衰し次に再び高まるものと
は対照的に遅延を増すため0に減衰する相関のためのテストによって、識別がラ
ンダムと周期信号の間で成されることができる。狭帯域チャンネルを有する周期
信号検出器の組合わせの他の変更もまた、本発明に従って提供される。
の た
本発明をより理解することは、添附図面と共に成される以下の詳細な説明の研究
から持たれることができる。即ち、第1図は本発明に従った成る特定の構成を示
す簡略化されたブロック図である。
第1A図は、第1図の構成の一部の回路詳細を示す回路図である。
第2図は、本発明に従った他の構成のより詳細なブロック及び回路図である。
第3 (A−C)図は、第2図に示された回路及び異なったタイプの入射放射線
のための本発明に従った他の特定の構成を示す以下の図面の種々のポイントで遭
遇されることができる波形のシリーズを表わす図である。
第4図は、第2図の構成の変更を示す簡略化されたブロック図である。
第5図は、第2図の構成の他の変更を示す簡略化されたブロック図である。
第5A図は、第5図の周期信号検出器の実施例を、示す簡略化されたブロック図
である。
第5B図は、第5図の周期信号検出器がどのようにマイクロプロセッサ−を使用
して実行されることができるかを示すフロー・チャートである。
第6図は、第5図の構成の変更を示す簡略化されたブロック図である。そして、
第7図は、本発明に従った他の構成を示す簡略化されたブロック図である。
しい、 の1
第1図は、本発明に従った一つの基礎原理の構成をブロック図の形で示している
。第1図のシステム10は、一対の分離した放射線信号チャンネル12.14を
含むもので、これらはそれぞれ対応する放射線検出器に結合されており、その入
力端への一致信号によって出力警報信号を発生するANDゲート16に出力を提
供する。
上記チャンネル12の放射線検出器18は長波長検出器であり、7乃至25II
11のレンジの放射線に感応する。上記チャンネル14の検出器20は、0.8
乃至1.1pILのレンジの放射線に感応する。上記長波長検出器18からの信
号は、増幅器段22で増幅され、その周波数レンジの火炎ちらつきのための2乃
至5陽のレンジの通過帯域を有する帯域通過フィルター24に印加される。上記
フィルター24からの信号は、その出力が上記ANDゲート16の一方の入力端
に印加されるスレッショルド回路26に向けられる。
上記チャンネル14は、上記短波長検出器2oのスペクトル感応及びその帯域通
過フィルター34の周波数レンジを除いては、上記チャンネル12と同様のもの
であって、上記フィルター34は、その周波数レンジの火炎ちらつき信号に対す
る感応を提供するため、6乃至12セの通過帯域にセットされている。チャンネ
ル14は、上記短波長検出器2oと上記帯域通過フィルター34の間に結合され
た増幅器32と、上記フィルター34と上記ANDゲート16の他方の入力端と
の間に結合されたスレッショルド34とで完成される。
上記スレッショルド回路26.36は、第1A図に示されるように、スレッショ
ルド・コンパレーターの前に急速充電。
スロー減衰回路を有している。これは、多サイクルのちらつき周波数が上記コン
パレーターにセットされた必要とされる振幅以上が上記フィルターを通過すると
いうことを必要としている。第1A図の回路は、抵抗器27と直列のダイオード
25及び、接地された抵抗器28とキャパシター29の並列回路網とを含む。上
記ダイオード25に印加される正極性信号は、上記キャパシター29を充電する
ことに役立つ。しかしながら、上記抵抗器27.28によって提供される分圧器
の故に、上記キャパシターは正パルスのフル振幅に応じてすぐさま充電される。
抵抗器28とキャパシター29のR−C回路網は、印加さ汽たパルス信号の相互
パルス・インターバルを越える時定数を有している。故に、続(パルスは、それ
が十分に放電されることができる前に、上記キャパシター29の充電を増加させ
、よって上記増幅器30に印加される電圧のレベルを増強する。
上記ちらつき周波数スペクトル分布を濾波するだめのの成る通過帯域以上を使用
するテクニックは、同様の波長又は同様の検出器さえも上記2つの帯域通過回路
のそれぞれのために使用されることができるように、概括されることができる。
一つのそのような構成は、第2図のブロック図と回路図の組合わせに描かれてい
る。第2図の構成40は、一対のデュアル狭帯域チャンネル42.44を含んで
示されており、これらの両方とも異なったスペクトル感応を有する検出器−増幅
器回路に、同様のスタイルで結合されている。14−25g、レンジの放射線に
感応する長波長検出器46が増幅器47に結合されており、その出力は両チャン
ネルの上方信号経路に印加される。同様に、0.8−1.1uのレンジの波長に
感応する短波長検出器48が増幅器49に結合されており、その出力は上記2つ
のチャンネル42.44のそれぞれの下方信号経路に印加される。
上記狭帯域チャンネル42は、2つの信号経路50.52の対称的な構成として
示されており、直列に結合された狭帯域フィルター54.全波整流器56.低域
通過フィルター58及び比コンパレータ一段60をそれぞれ含んでいる。それぞ
れの経路はまた、62のようなスレッショルド・コンパレーターを含むもので、
これは比コンパレーター60.と並列に結合されている。上記信号経路50,5
2の2つの比コンパレーター60.608は、減衰器回路網64を介してそれら
の入力端に相互接続されている。上記2つの比コンパレーター60.60a及び
上記2つのスレッショルド・コンパレーター62,62aの出力端は、上記デュ
アル狭帯域チャンネル42を完成させるANDゲート66の入力端に接続されて
いる。上記デュアル狭帯域チャンネル44は、上記入力フィルター54.54a
の通過帯域がチャンネル42.44で異なっていることを除いては、上記チャン
ネル42と全く同様のものである。また、上記アンプ47.49の可変利得は、
上記チャンネル42の2つの比コンパレーター60,608の入力端でのポイン
トから制御されるということに注意されたい。
上記検出器46は、少なくとも90°円錐視野を越える1 4−25譚波長のレ
ンジ内の入射放射線に反応するサーモパイル検出器である。該サーモバイル検出
器46からの電気信号は、利得制御電圧の関数として760乃至19.000の
利得レンジを有する上記AC結合前置増幅器47によって増幅される。
上記検出器48は、0.8乃至1.1譚領域の波長を有する放射線の検出を成す
光導電モードのシリコン・ダイオードから成っている。増幅器4つは、上記アン
プ47に関して述べられたのと同様の利得制御回路を利用する非反転演算増幅器
である。該増幅器49のための全信号利得は、7と174の間で可変である。
上記狭帯域フィルター54.54aは、ちらつきスペクトル情報の引出しのため
に、1つ以上の単独のフィルター段を実際に含むことができる。成る構成に於い
ては、これらのフィルターはそれぞれ3つのOと4つの極を得るために2つの演
算増幅器を組込んでいる。アクティブ整流器が、ダイオード順降下を取除くため
に、上記整流器56,56aのために提供される。これらは、上記狭帯域フィル
ター段ター54aの平均出力を引出すため0.4Hz2極低域通過平滑フィルタ
ーによってフォローされる。
上記2つのスペクトル・チャンネルからの信号の比較が、上記2つのコンパレー
ター60及び60aと論理ゲート66で、比で計った方法で行なわれる。それぞ
れのコンパレーターは、他方のいくらかの一定の割合、この場合60%よりも大
きいかどうか見るために、一方の信号をテストする。両コンパレーターは、小さ
な方の信号が大きい方と無関係に大きい方の60%以上である場合にのみ、真出
力を与えるだろう。
従って、ゲート66は、両信号が(コンパレーター62及び62aによって設定
された)プリセットされたスレッショルド以上であるか、信号振幅がお互いに0
.6二1.0の比の範囲内である場合にのみ、真出力を与える。上記比のための
正確な値は、誤警報免疫と識別との間のトレード・オフを提供するために修正さ
れることができる。より小さな数字の比(例えばo、5)は、所定のタイム・イ
ンターバル内の火災のi!!識確率を増すだろうが、しかし非火炎源が誤警報を
与えるだろう確率をもまた増すだろう。
上記2つのチャンネル42.44のANDゲート66からの出力信号は、ORゲ
ート68に印加され、次に遅延段70に供給される。ちらつきの多周波数が比較
されることができ、論理ANDかまたは、個々の比比較出力のゲート68での論
理OR組合わせかから全火災信号出力を発生されることができる。論理入力AN
D (出力に当はまる全ての個々の比較)は、火災を見落とすことの増された確
率を犠牲にして誤警報を最小にする。論理OR<当はまるいずれかの個々の比較
が出力を生ずる)の使用は、増された誤警報確率を犠牲にして火災を見る確率を
増す。従って、誤警報免疫と検出感度の間のトレード・オフは、上記比コンパレ
ーターの成分値の選択によって、又は論理ゲート構成変更によって第2図の回路
構成で成されることができる。上記ゲート68の出力端の上記遅延段70は、非
火災特質の短時間の滞在から増された誤警報免疫を提供するために働(。この遅
延段70の遅延時定数は、はぼ1秒にセットされることが好ましく、そのため火
災信号は、最終出力が上記遅延段70から発生される前の時間のその長さの間、
上記ゲート68の出力に与えられねばならない。
いくらかの波形が、種々のタイプの入力刺激のために第2図の回路構成の異なっ
た番号を付されたポイントに対応して、第3 (A−C)図に示されている。放
射線が現実の火炎源からであるケースエのためには、第3(A)図の波形が当は
まる。上、2増幅器47.49のそれぞれの出力から取られた波形1及び2は、
実質上ランダムである。波形2は、波形1より高い周波数内容を僅かに示してい
る。
それぞれちらつきフィルター54.54aの出力端に存在する波形3及び4は、
同様のエンベロープを示すが、しかしお互いの正確な複製ではない。これらの波
形3及び4の特徴は、それらが変化する振幅を有する周波数の小レンジによって
左右されるということである。
上記経路50の低域通過フィルター58と比コンパレーター60の間で取られた
波形5は滑らかなものであり、波形3の振幅をフォローする単極性波形である。
信号経路52の匹敵するポイントに存在する波形6は、波形5と非常に似通って
いる。
直射太陽光のようなランダム性質の非火災放射線から生ずる波形を示す第3(B
)図を参照すると、波形1及び2は両方ともほとんどランダムであるということ
が注意されるだろう。波形2は、より短い波形レンジのより一般的なスペクトル
分布のため、波形1より大きな振幅のものであるが、しかし波形1と類似性を帯
びていない。第3(B)図に於いて、波形3及び4は、変化する振幅の単周波数
サイン・カーブである。しかしながら変化は、これら2つの波形で異なっている
。上記ランダムな非火災入力放射線のために、波形5及び6は振幅が変化し、本
質的にランダムであり、且つ単極性のものである。波形5は波形3をフォローし
、波形6は波形4のエンベロープをフォローする。しかしながら波形6は、波形
5をフォローせず、それ故上記ANDゲート66からの真の放射線のための誤警
報を妨げる。
第3(C〉図は、チョップされた日光のような周期的な非火災信号源からの、第
3のタイプの入力放射線のために発生された波形を示している。このタイプの放
射線は、太陽で照らされた窓の前面の扇風機、池の波で反射された日光、等から
自然に発生されることができる。この場合、波形1は大いに繰返されるが、しか
し貧弱なサイン・カーブではない。波形2は波形1と非常に同様のものであるが
、しかし異なった振幅を持っている。波形3及び4は、それぞれ波形1及び2の
より小さな振幅のものである。波形5及び6は、上記比コンパレーター60.6
08からの真出力を生成し損うだろう徐々に上昇する信号である。
第4図の火災探知システム80は、複数n個の狭帯域チャンネル対82,84,
86.・・・86nが上記構成40に含まれた一対のそのようなチャンネルの信
号の代わりに並列に含まれることを除いては、第2図のシステム40と同様であ
る。
同様の2つの検出器及び前置増幅器段46.47.48゜49は、上記狭帯域チ
ャンネル82以下参照の全てに対する入力を発生するため使用される。第4図の
構成8oの個々の狭帯域チャンネルのそれぞれは、それらのそれぞれの入力に異
なった通過帯域の狭帯域フィルターを有して提供されている。また、それぞれの
狭帯域チャンネルの出力は、−瞬の状態から誤警報に対して見張るためにほぼ1
秒遅延の後、出力警報信号を発生するための遅延段9oに真出力が供給されるた
った1つのANDゲート88に結合されている。
増されたいくらかの狭帯域チャンネル段及び、真信号が上記ANDゲート88に
より通されることができる前に、それぞれの狭帯域チャンネルからの出力が真で
あるという要求の故に、この構成8oは、最大誤警報免疫が所望であるそれらの
応用のために好ましい。
第3 (A−C)図の波形は、丁度第2図の構成に於いてと同様に、第4図の構
成で発生される。上記増幅器47.49の出力端のポイント1及び2が、第2図
に対応して第4図に示されている。
第5図は、信号インバーター110,112と直列の2つのチャンネルの周期信
号検出器106,108の付加を有する第2図の構成40に対応する構成1oo
を示している。第5図の構成100の全ての4つの経路の出力端は、遅延段11
8と直列であるANDゲート116に結合されている。
第5図の構成100は、周期信号検出経路によって与えられた付加的な保護と共
に第2図の構成4oと同様のスタイルで行う。第3(C)図に描かれた最も下の
波形が7又は8で表わされていることに注意されたい。その波形は、周期的な非
火災源が検出された時、第5図の周期信号検出器106゜108の出力端のポイ
ント7及び8に存在する。上記波形7又は8がハイになった時、上記ANDゲー
ト116の入力の1つがローになるように、応用可能なインバーター110又は
112によって状態が反転され、従って狭帯域チャンネル102.104のいず
れがから発生されることができるいずれかの真出力を阻止する。従って、周期信
号が上記長波長検出器46かまたは短波長検出器48かにある時、火災警報が上
記ANDゲート116をどうしても通り抜けることはできない。
上記周期的な信号検出器のアナログ態様に於いては、入力は第5A図に於いて、
クロック73によって駆動されるシフト・レジスタ72の入力端に結合されたコ
ンパレーター71に印加されるもので、上記コンパレーター71は上記シフトレ
ジスタ72のそれぞれの出力端にもまた結合された複数の排他的ORゲート74
にも結合されている。それぞれのゲート74の出力端は、合計段76に平滑フィ
ルター75を介して結合されており、また対応する差動増幅器77の一方の入力
端にも上記フィルター75を介して結合されているもので、それぞれの増幅器7
7の他方の入力は上記合計段76の出力から取られている。精密整流器78が、
差動増幅器81を通して出力信号を発生する第2の合計増幅器79に、上記差動
増幅器77の個々の出力を印加するために接続されている。
第5Alilの回路に於いて、信号極性は、Oに基準された上記コンパレーター
71で確立され、成るポジションによる上記レジスターのシフトと同時に(上記
クロック73によって)上記シフト・レジスター72に周期的に入れられる。最
も新しい信号極性が、上記シフトされた極性のそれぞれと連続的に比較される(
排他的にORされる)。信号が小遅延の間それ自身と相関される故に、常にハイ
であるだろう第1のほとんどない平均(4まで)を無視した後、残りの相関時平
均は、それらの広がり、即ち平均偏差を評価される。これは、合計器76の助力
、精密整流器78.第2の合計器79及び差動増幅器81からの絶対値関数で行
なわれる。処理されるべき相関信号は、それらの合成平均を確立するために先ず
結合され且つ平滑される。それぞれの個々の(平滑された)相関信号は次に、上
記合成平均及び絶対値回路(精密整流器81)によって正極性を与えられた差か
ら減ぜられる。それらの絶対値偏差の合計は最後に、一定の基準と比較され、入
来信号が周期的であろうとなかろうと、決定が結果として生ずる。
上記信号が周期性を示す場合にのみ、個々の相関信号は、上記差動増幅器81の
スレッショルド以上にそれらの平均偏差を上昇させるのに十分な広がりを示すだ
ろう。
より適切な態様に於いては、上記処理はマイクロプロセッサ、即ち第5B図に示
されたフロー・チャートによって行なわれる。上記マイクロプロセッサ態様に於
いては、アナログ対ディジタル゛(A/D)変換器は、全てリード・オンリー・
メモリ(ROM>に入れられている固定プログラムで行なわれる浦波、比較、平
均化、等がされることができる形に、入来信号を変換する。
第5B図のフロー・チャートに使用された変数は、以下のように定義される。即
ち、
X(i) =iでサンプルされた符号ビット・アナログ信号
i =サンプル変数;x(i)=O乃至31のレンジ内のXのi(番目)のサン
プル
だめの変数
Y(j) =先の31のサンプルとx(i)の排他的R
Y(j) =平滑されたY(j>。アナログ表示が低域通過フィルターである:
デイジタル表示が先のV(j>の90%を取り、且つ現在のY(j)の10%を
加える。
マ −最近の31のY(j>の平均
の絶対差
スレッショルド
動作に於いては、第5B図のフロー・チャートは、非常に密接に第5A図のハー
ドウェア表示に匹敵する。符号ビットX (i)は、先ず上記A/D変換器から
得られ、32ピツトのシフト・レジスターに保持される。Xのi (番目)のサ
ンプルx (i)が次に、上記シフト・レジスターに配置された先の31サンプ
ルと排他的ORされる。その結果Y(j)は、1かまたはOのディジタル信号で
ある。
平滑機能として、Y(j>の10%がXの(i−1)番目のサンプルから残るY
(j)の90%に加えられるように、32ワード・メモリー・ロケーションY(
j>が確立される。
次に、先のY(j)の代わりに上記Y(j)メモリー・ロケーションに総計が入
れられる。結果として、Y(j)がOから1に変化し且つ少なくともXの10サ
ンプリングの間そのまま残るならば、Y(j)は10番目のサンプルが取られる
まで1のレベルに到達しないだろう。
平均マが次に、全てのY(j)から取られる。始動からこのYは、32サンプル
が取られるまで、その安定したステート値に到達しないだろう。Y(j)及びY
から、絶対床がりΔY(j>が、差の絶対値を取ることによって計算される。
このプログラムに於いては、簡単な差が使用された。より複雑化されたプログラ
ムは、等しい効果を有する標準偏着(差の二乗平均)を使用することができる。
jで示されたループは、それぞれ新しいサンプルx (i)と共にY(j)、Δ
Y(j)の32の値の全てを更新する。
上記jループが完了したならば、ΔY(j)の最近の20の値のみが、平均広が
りΔ■を計算するために使用される。以前に言及したように、サンプル遅延の開
信号が常にそれ自身と相関されるだろう。ΔY(j)の最近の20の値のみを取
ることは、その効果を押し止どめる。
最後に、平均広がりΔYは、広がりが「周期」信号、入力Xを分類するのに十分
であるかどうかを決定するために、スレッショルドTと比較される。
実際問題として、この自己相関計画は、周期信号の振幅が2のファクターに関し
てランダム信号のそれより大きいならば、(ノイズのような)ランダム信号の面
前で周期的な信号を認めることが可能である。
第6図は、第5図の構成100に関して構成120の変更を示している。(第5
図の106,108と同様の)周期信号検出器126.128は、インバーター
130,132と直列に接続されて示されており、上記対応する狭帯域チャンネ
ルの比検出器60及びスレッショルド検出器62と交差結合されているというこ
とを除いては、第5図と同様の狭帯域チャンネル122.124に関連して示さ
れている。全ての4つの出力は、対によってANDゲート138,139に印加
され、該ANDゲートの出力は、その出力が遅延段142を駆動するORゲート
140に代わるがねる印加される。第6図の構成120は、誤警報に対して向上
された保護を有する良好な感度を提供するもので、それは入力放射線波長の成る
レンジの周期的な信号がその放射線検出器のため狭帯域チャンネルを阻止し、高
められたスレッショルドを有するスレッショルド・モードに他方の狭帯域チャン
ネルを置くからである。従って、一方のチャンネルの周期的な信号が検出された
時、増されたスレッショルドは、発生されるべきいずれかの出力信号のために与
えられるべき他方のチャンネルのより強い信号を直ちに必要とする。
例えば、チョップされた日光は短波長チャンネルを阻止するだろうが、しかし長
波長チャンネルは阻止しないだろう。
従って上記比コンパレーター60は、チャンネル120のスレッショルド・コン
パレーター62がその増されたスレッショルドを有するだろうのに対して、チャ
ンネル124のスレッショルド・コンパレーター62であるだろうように阻止さ
れるだろう。
第5図の構成100が、周期的な放射線に応じて別なふうに発生されることがで
きる誤警報信号に対して効果的に保護するとはいえ、周期信号がまた存在する時
、火災の面前で、どのような警報信号も少しも発生しないことができるだろうと
いう欠点を持つ。換言すれば、第5図の構成100は、周期信号がある時は何時
でも本質的に無能にされる。(即ち、チョップされた日光は、またもある火災に
対して構成100を盲目にする。)この欠点は、増されたスレッショルドを有し
、それによって減ぜられた感度を有するにもかかわらず、他のスペクトル・レン
ジのための狭帯域チャンネルに機能し続けることを許すまで、周期信号がそのス
ペクトル・レンジ中に検出された時、同様のレンジの波長のために対応する狭帯
域チャンネルを無能にする間、第6図の構成120でいくらか克服される。
第7図は、ブロック図の形で本発明に従った別の構成を示している。第7図の構
成140は、それぞれ長波長検出器−増幅器46.47及び短波長検出器−増幅
器48.49と直列にスペクトル・アナライザー142.144を挿入する。
この構成は、前述の構成の広いスペクトル周波数分布とは対照的に個々のライン
・スペクトルを認めるアプローチを使用している。142のようなスペクトル・
アナライザーの出力は、周波数f (1)−f (4)に対応する1つ以上の出
力ライン上の信号の供給であるであろう。上記短波長チャンネル・スペクトル・
アナライザー144のための対応する周波数出力は、ORゲート150に向けら
れた共通ラインに結合器段148を介してその出力が印加される比コンパレータ
ー146のグループに、アナライザー142からのそれらと共に対になって向け
られる。上記結合器段148は、第2図の構成40に於いてと同様の最大感度の
ための信号ORゲート、又は第4図の構成80に於いてと同様の最大識別のため
の信号ANDゲートであることができる。それは、(出力を発生するための4つ
の入力のいずれか2つの出力のような)識別の中間レベルを許す、より複雑なゲ
ート・アレーであることもまたできる。上記スペクトル・アナライザーからの出
力信号もまた、第6図の段122.124と同様である対応するちらつきスペク
トル弁別器152.154に印加される。上記ちらつきスペクトル弁別器段15
2.154の出力は、その出力が上記ORゲート150の他方の入力端に同様に
供給されるORゲート156を介して印加される。
上記スペクトラム・アナライザー142.144はまた、まだ有効な他の赤外線
検出器から動作する回路のその部分に取り残された対応する赤外線検出器のため
のちらつきスペクトル弁別器152又は154を阻止するために使用される周期
信号検出器160又は162に信号を供給する。周期信号検出器160,162
は、第5図の周期信号検出器106゜108と同様である。しかしながらそれは
、周期的な放射線が上記結合段148に対する阻止入力端のORゲート164に
信号を提供するために検出された時、無能にされたチャンネルの一方で、上記比
コンパレーター146が比比較を提供するためのデュアル入力信号を欠く故に、
必要である。例えば、その枝を無能にする周期信号検出器160からの阻止信号
に帰着する周期信号が検出器46によって長波長枝に検出されたならば、上記短
波長検出器48を含む他の枝がなお、ORゲート156及び150を介して出力
を到達する上記ちらつきスペクトル弁別器154の出力にアクティブ信号を、短
波長レンジの火災信号の検出の場合には、提供することによって機能することが
できる。
本明細書中のこれまでに示され且つ述べられたような本発明に従った構成は、増
された感度及び誤警報に対して向上された免疫を有する火災探知システムを有利
に提供する。これらの構成のいくらかは、従来の探知システムの4フイート(約
1.22m)離れてのみ検出可能である同様の火災と対照してみると、30フイ
ート(約9.14m)離れた距離で燃えている燃料の直径5インチ(約12.7
clR)の皿火災を探知する能力を証明した。同時に、本発明のこの構成は、従
来の探知システムより非火災源の存在に対して免疫性であった。チョップされた
日光のような周期的な背景信号に対して向上された免疫は、お互いに密接に隣接
するスペクトル・レンジを有する従来のそれらの検出器と対照してみると、2つ
のスペクトル・レンジの分離によって成る点に関して与えられる。いくらかの回
路構成が図面に示されたように邪魔に見えてくることができるのに対して、それ
は全く無理の無いレベルにそのような回路構成のサイズを減するために、現代の
マイクロ・チップ・テクノロジイー及び非常に小型のマイクロプロセッサの出現
で今日可能である。
本発明が有利に使用されることができる方法を示す目的のために本発明に従った
デュアル・スペクトル周波数応動火災探知器の特定の構成が前述されているとは
いえ、本発明がそれらに限定されないことが認められるだろう。よって、当業者
に思付かれることができるどのような且つ全ての変更、修正及び等価の構成は、
添附された請求の範囲に定義されたような本発明の範囲内であると見なされるべ
きである。
O
−一一一一一一一一」
Oθ ee @ e
国 砒 !1 審 輯 牛
ANNEX To aErE INTERNAτX0NAL 5EARCHRE
PORT ON
Claims (40)
- 1.長波長放射線に応じた電気信号を発生するよう適合された第1の検出器と、 短波長放射線に応じた電気信号を発生するよう適合された第2の検出器と、 それぞれ対応する検出器の出力端に直列の帯域通過フィルターとスレッショルド 回路を有する、上記第1及び第2の検出器のそれぞれに結合された第1及び第2 の信号チャンネルと、 上記両チャンネルのスレッショルド回路の出力端に対応する電気信号に応じた放 射線の検出を表わす信号を提供するための手段と、 を具備し、 上記それぞれのチャンネルの帯域通過フィルターの通過帯域がお互いに異なって おり、オーバーラップしない、デュアル・チャンネル火災探知回路。
- 2.上記長波長検出器の帯域通過フィルダーがほぼ2乃至5H2の通過帯域を持 っており、且つ上記短波長検出器の帯域通過フィルターがほぼ6乃至12H2の 通過帯域を持っている、請求の包囲第1項に記載の回路。
- 3.上記長波長検出器及び短波長検出器のスペクトル、レンジがお互いから十分 に外されている、請求の範囲第1項に記載の回路。
- 4.上記長波長検出器のスペクトル・レンジがほぼ14乃至25μmであり、且 つ上記短波長検出器のスペクトル・レンジがほぼ0.8乃至1.1μmである、 請求の範囲第3項に記載の回路。
- 5.信号処理用の複数のデュアル狭帯域チャンネルを含み、前記チャンネルは上 記第1及び第2の検出器に並列に結合されており、それぞれの狭帯域チャンネル は同様の通過帯域特性の狭帯域フィルターをその入力端に含むデュアル信号処理 経路を持ち、一方の狭帯域チャンネルの狭帯域フィルターは他方の狭帯域チャン ネルの狭帯域フィルターから通過帯域特性に於いて異なっている、請求の範囲第 1項に記載の回路。
- 6.それぞれ大きな利得再変性を持つ、上記対応する放射線検出器の出力端に結 合された一対の前置増幅器と、前記チャンネルの一方の信号経路に発生された信 号のレベルに応じて前記増幅器についての利得を制御するために前記増幅器に結 合された自動利得制御回路とをさらに含む、請求の範囲第5項に記載の回路。
- 7.前記チャンネルの信号経路と直列にそれぞれ接続され、且つ短対長波長信号 振幅比が第1の検出信号を発生しない比以上及び以下の比ウィンドーを提供する ようにそれぞれ相互接続された、一対の比コンパレーターをそれぞれの狭帯域チ ャンネルが含む、請求の範囲第5項に記載の回路。
- 8.それぞれの狭帯域チャンネルがその中にそれぞれの信号経路用のスレッショ ルド・コンパレーターを含み、上記スレッショルド・コンパレーターは対応する 比コンパレーターと並列に前記経路に接続され、且つ前記論理ゲートに出力信号 を提供する、請求の範囲第7項に記載の回路。
- 9.前記対の狭帯域チャンネルの出力端が前チャンネルのどちらかによって火災 源からの放射線の探知に対応する出力信号を発生するOR論理ゲートに結合され ている、請求の範囲第8項に記載の回路。
- 10.瞬間的な状態からの結果として生する火災警報信号に対して保護するため に上記OR論理ゲートの出力端に直列に結合された遅延段をさらに含む、請求の 範囲第9項に記載の回路。
- 11.上記個々の狭帯域チャンネルの全ての出力信号の一致で火災検出信号を発 生するため上記第1及び第2の検出器及び論理ゲートにお互い並列に結合された 少なくとも3つのデュアル狭帯域チャンネルを含む、請求の範囲第5項に記載の 回路。
- 12.一対の狭帯域チャンネル段を有し且つそれらのどちらかによって周期信号 の検出の場合には前記信号処理手段を阻止するように結合されたそれぞれの並列 回路経路の検出器に結合された一対の周期信号検出器をさらに含む、請求の範囲 第5項に記載の回路。
- 13.それぞれの周期信号検出器が共通の論理ゲートにそれについての出力端の 接続を通して一方の対応する狭帯域チャンネルと関連されており、且つ他方の狭 帯域チャンネルの比検出器及びスレッショルド検出器段と前記周期信号検出器の 出力端を交差結合する回路手段をさらに含む、請求の範囲第12項に記載の回路 。
- 14.上記第1の検出器が光学放射線に感応する短波長検出器であり、上記第2 の検出器が赤外線放射線に感応する長波長検出器であり、上記短波長検出器に接 続された上記周期信号検出器が周期信号からの結果として生する誤った火災検出 信号を発生することに対して保護するために短波長周期信号の検出で上記長波長 信号経路のスレッショルドを増すように動作する、請求の範囲第13項に記載の 回路。
- 15.それぞれの狭帯域チャンネルの出力及び関連する周期信号検出器経路の出 力が対応するANDゲートの対にされた入力端に印加され、出力火災警報信号を 提供するための直列に接続されたORゲートと遅延段をさらに含み、上記ORゲ ートは真である上記ANDゲート出力のいずれかで出力信号を発生させるように それぞれのANDゲートの出力端に接続されている、請求の範囲第14項に記載 の回路。
- 16.上記第1及び第2の信号チャンネルが前記電気信号を処理するための比コ ンパレーターとスレッショルド・コンパレーターをそれぞれ含み、それぞれの検 出器と対応する信号チャンネルとの間に挿入されたスペクトル分析手段をさらに 含み、上記長波長放射線検出器のためのスペクトル分析手段と上記短波長放射線 検出器のためのスペクトル分析手段とは両検出器による同様のちらつき周波数の 入射放射線の検出で出力火災警報信号を発生するためのそれぞれの比コンパレー ターに同様の出力周波数信号を供給するように相互接続されている、請求の範囲 第5項に記載の回路。
- 17.それぞれの狭帯域チャンネル段が対応するスペクトル分析手段からの分離 したちらつき周波数信号を受信するように、及び火災に対応する分離した信号の 組合わせの受信で火災の検出を示す出力信号を発生するように結合されている、 請求の範囲第16項に記載の回路。
- 18.そのチャンネルに結合されたスペクトル分析手段による周期放射線信号の 検出で狭帯域チャンネルを阻止するための手段をさらに含む、請求の範囲第17 項に記載の回路。
- 19.上記スペクトル分析手段のいずれかの周期信号放射線の検出で上記比コン パレーターの出力を阻止するための手段をさらに含む、請求の範囲第18項に記 載の回路。
- 20.上記狭帯域チャンネルのいずれか又は比コンパレーターによる火災検出信 号の検出で出力火災信号を発生するための手段をさらに含む、請求の範囲第19 項に記載の回路。
- 21.入射長波長放射線に応じた電気信号を発生するための第1の検出器手段と 、 入射短波長放射線に応じた電気信号を発生するための第2の検出器手段と、 それらの中の前記検出器によって発生された電気信号を受信するために並列に結 合された第1及び第2のデュアル経路狭帯域チャンネル段と、 火災源からの放射線を受信する前記検出器で出力信号を発生するため前記段の出 力を結合するように接続された論理手段と、 を具備するデュアル・スペクトル周波数応答火災検知器。
- 22.前記信号経路のそれぞれは、火炎ちらつき周波数が発見される予め設定さ れたレンジ内の通過帯域を持つ狭帯域フィルターを含む、請求の範囲第21項に 記載の探知器。
- 23.所定の狭帯域チャンネル段内の上記狭帯域フィルターの通過帯域は同様で あるが、他方の狭帯域チャンネル段の狭帯域フィルターの通過帯域と異なってい る、請求の範囲第22項に記載の探知器。
- 24.一方の狭帯域チャンネル段のフィルターの通過帯域がほぼ2乃至5H2で あり、他方の狭帯域チャンネル段のフィルターの通過帯域がほぼ6乃至12H2 である、請求の範囲第23項に記載の探知器。
- 25.上記第1の検出器が反応する放射線の波長のレンジが、上記第2の検出器 が感応する放射線のレンジから十分に外されている、請求の範囲第24項に記載 の探知器。
- 26.上記第1の検出器が14乃至25μmのレンジの波長を持つ放射線に感応 し、且つ上記第2の検出器が0.8乃至1.1μmのレンジの波長を持つ放射線 に感応する、請求の範囲第25項に記載の探知器。
- 27.狭帯域チャンネル段内の一対の信号経路が上記狭帯域フィルターによって 通された信号を受信するための比コンパレーター段を含み、前記比コンパレータ ー段は出力信号が前記フィルターによって通されたちらつき周波数信号の受取で 発生される比ウィンドーを確立するよう相互接続されている、請求の範囲第23 項に記載の探知器。
- 28.それぞれの信号経路は予め設定されたスレッショルド・レベルを越える前 記経路に沿った前記フィルターによって通された信号に応じた出力信号を発生す るためのスレッショルド・コンパレーターを含む、請求の範囲第27項に記載の 探知器。
- 29.前記比コンパレーター及びスレッショルド・コンパレーターからの出力信 号を受信して、前記コンパレーターからの予め設定された出力状態に応じた火災 信号を発生するように接続された論理回路ゲートをさらに含む、請求の範囲第2 8項に記載の探知器。
- 30.それによって発生された電気信号を増幅するため関連した検出器と直列に それぞれ接続され、実質的なレンジ以上である利得をそれぞれ持つ、一対の前置 増幅器と、上記探知器の最大感度を増すために信号レベルに従ってそれぞれの前 置増幅器の利得を制御するように前記チャンネル段の一方内の信号経路に結合さ れた手段とをさらに含む、請求の範囲第23項に記載の探知器。
- 31.上記第1及び第2の狭帯域チャンネル段と並列の少なくとも1つの付加の 狭帯域チャンネル段をさらに含み、上記付加の狭帯域チャンネル段のそれぞれは 他方の狭帯域チャンネル段の狭帯域フィルターの通過帯域と異なったその中の狭 帯域フィルターのための通過帯域を持つ、請求の範囲第22項に記載の探知器。
- 32.上記放射線検出器に結合され、且つ周期信号放射線の検出で上記1つ以上 の狭帯域段を阻止するように選択的に結合された周期信号検出手段をさらに含む 、請求の範囲第23項に記載の探知器。
- 33.それぞれ異なったスペクトル・レンジの放射線に感応し、それらに対応す る電気信号を発生するために有効である、火災源からの放射線に感応する複数の 検出器と、それぞれ直列の、それぞれの通過特性がお互いに異なっており、且つ 前記火災源からの放射線の異なった火炎ちらつきスペクトル内容に応答するため にオーパーラップしていない、帯域通過フィルターとスレッショルド回路とを含 む、前記検出器に結合された複数の電気信号チャンネルと、それぞれのスレッシ ョルド回路の出力端の対応する電気信号に応じた火災源からの放射線の検出を表 わす信号を提供するための手段と、 を具備する火災探知器回路。
- 34.それぞれのチャンネルが上記いくらかの検出器の数に等しい複数の信号経 路を含み、それぞれの経路は前記検出器の対応する1つに結合され、且つ直列の 帯域通過フィルターとスレッショルド回路を含み、所定のチャンネル内の信号経 路のフィルターは同様の通過帯域特性を持つように選択されている、請求の範囲 第33項に記載の回路。
- 35.上記検出器は2つであり且つそれぞれ長波長検出器と短波長検出器であり 、検出器と上記電気信号チャンネルの関連した信号経路との間に個々に接続され た可変利得増幅器をさらに含む、請求の範囲第34項に記載の回路。
- 36.それぞれのチャンネルは、上記信号経路の間に且つ上記スレッショルド・ コンパレーターと並列に交差結合された比コンパレーターをさらに含む、請求の 範囲第35項に記載の回路。
- 37.上記比コンパレーターはデュアル入力を持つ一対の増幅器を含み、それぞ れの増幅器の一方の入力端は関連した信号経路に直接接続され、且つ他方の入力 端はそれぞれの増幅器の選択された信号比の上記2つの信号経路からの信号を結 合するために他方の信号経路に分圧器を介して接続されている、請求の範囲第3 6項に記載の回路。
- 38.上記比コンパレーター増幅器の出力及び上記スレッショルド回路の出力が 論理AND回路に印加される、請求の範囲第37項に記載の回路。
- 39.上記長波長検出器及び上記短波長検出器にそれぞれ結合された一対の周期 信号検出器と、上記2つの信号チャンネルと上記2つの周期信号検出器の出力を 結合するように結合されたAND論理回路とをさらに含み、それぞれの周期信号 検出器はいずれかの波長レンジの周期信号の検出で上記AND論理回路を阻止す るために信号インバーターと直列に接続されている、請求の範囲第37項に記載 の回路。
- 40.一対のAND論理回路と、上記AND論理回路の対応する一方に対する対 によって上記信号チャンネルと上記周期信号検出器とを接続する手段とをさらに 含み、一方の対の周期信号検出器の出力端は、一方の波長レンジの周期信号放射 線の検出が他方の波長レンジの放射線に対応する信号のためのスレツショルドを 引き揚げるように、他方の対の信号チャンネルの比検出器及びスレッショルド回 路と相互接続されている、請求の範囲第39項に記載の回路。
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