JPS6298224A - 炎検知器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、屋外もしくは屋内において火災の発生を迅
速に検知する炎検知器に関する。

〔従来の技術〕

従来、炎の分光放射率は、第６図にａで示されるように
、波長４．３μｍにおいて００２共鳴放射によるピーク
が存在することは知られている。

そして、この波長の赤外線を検知して炎を検知すると、
１）炎に対する感度がよい、２）照明光などの人工光に
は波長４．３μｍの成分が少いので誤動作がない、３）
放電の火花などによる誤動作がない、という利点がある
。そこで、波長４．３μｍ付近の波長域における炎特有
のゆらぎを検出することによって炎の発生を検知する炎
検知器は、既に種々提案されている。

ところが、この装置においても、太陽光や金属などの高
い反射率を有する物質からの太陽光の反射光が受光部分
に直接入射すると、誤動作を起こす場合があり、特に屋
外での使用に問題がある。

ここで、太陽光は、約５７００に’の黒体放射エネルギ
から大気中において吸収されたものを減じた残りが地上
に届く。このス（クトルは第６図にｂで示されるように
なる。但し、第６図のａ、ｂはピークエネルギでそれぞ
れ規格化されており、直接の比較はできない。第６図の
ｂから明らかなように、太陽光のスペクトルでは、ＣＯ
２の吸収によって波長４，３μｍ付近の強度はピークに
比べてかなり小さい。そこで、炎からの放射エネルギが
小さくて太陽光の放射エネルギが大きい可視域の１波長
と、波長４３μｍ付近の赤外線との２波長を用いて炎の
検出をおこなう装置が、特開昭４９−１２８７８２号公
報において知られている。しかしながら、夏期の強烈な
太陽光の下では、波長４３μｍ付近でも炎と同程度の放
射強度がある場合もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

特開昭４９−１２８７８２号公報に記載されている装置
では、可視光に感度を有する第１の受光素子の出力信号
と、赤外線に感度を有する第２の受光素子の出力信号と
の位相差がちる部分を積分し、この積分値が所定値に達
しだときに火災として検知するように構成されている。

ところが、強い太陽光の入射があり、かつ、それは可視
光成分と若干位相がずれて検出された場合、妨害光のみ
存在する場合にも炎として検出されてしまう。そして、
このことは積分値の判断レベルを高く設定することによ
って防止できるけれども、そうすると実際の火災の検出
精度が悪化してしまう。

この発明は、このような従来技術の欠点を解消し、実際
の火災が発生している場合のみを正確に検出することが
できる炎検知器を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明に係る炎検知器
は、炎に特有な波長域に対して感度を有する第１の受光
素子と、可視域の特定波長域に対して感度を有する第２
の受光素子と、第１の受光素子の出力を積分する第１の
積分手段と、第１の受光素子の出力と第２の受光素子の
出力との位相を比較する位相比較手段と、第１の受光素
子の出力のうち第２の受光素子の出力と位相のずれた部
分のみを積分する第２の積分手段と、第１、第２の積分
手段の積分値を互いに比較する比較手段と、第１の受光
素子の出力に基いて炎のゆらぎを検出するゆらぎ検出部
と、ゆらぎ検出部の出力を計数するカウンターと、前記
ゆらぎ検出部の出力により作動を開始し、第１、第２の
積分手段及びカウンターの作動を制御する制御部と、前
記カウンター出力と前記比較手段の比較結果に基いて炎
が存在するかどうかを判断し、炎が存在するときは警報
を出力し、炎が存在しないときには前記制御部をリセッ
トする判断回路を含む炎検知部とから構成されることを
特徴とするものである０ これを実施例に対応する第１図により説明すると、炎に
特有な波長域に感度を有する第１の受光素子２の出力は
、所定値を越えたとき第１の積分回路１５によシ積分さ
れる。まだ、可視光に感度を有する第２の受光素子４の
出力は第１の受光素子の出力との位相のずれを位相比較
回路１０で判別され、第１の受光素子２の出力のうち位
相のずれた部分のみを第２の積分回路１６で積分する。

そして、積分回路１５と１６とで積分した値を比較回路
１８で比較する。また、炎の発生の検知には炎のゆらぎ
の検出が重要で、このために第１の受光素子の出力が所
定の基準レベルを越えているか否かをコンズレータ１３
で判断し、炎のゆらぎによって生ずる基準レベルを越え
る出力のあった回数をカウンター２３で計数しておこな
う。そして、この計数結果と、前記比較回路の比較結果
から炎の発生を検知し警報を発する。即ち、カウンター
の計数値からゆらぎが検出され、２つの受光素子の位相
がずれだときの第１の受光素子２の出力の積分値が所定
の基準値を越えたとき、炎の発生と判断する。

そして、前記積分回路１５．１６とカウンターを制御す
る制御用フリップフロップ２９が設けられており、この
制御用フリップフロップは、前記した炎のゆらぎを検知
するコンノミレータ１３によりセットされ、これと共に
積分回路１５、Ｉ６とカウンター２３とが作動を開始す
る。カウンター２３のみ出力が出だときに比較回路１８
．２０のどちらかに出力がない場合、あるいは所定時間
の経過後フリップフロップ２９がリセットされるとその
出力信号で積分回路とカウンターとがリセットされる。

〔作用〕

太陽光の如き妨害光のみが存在し、炎が存在しない場合
には第１の受光素子の出力も若干生じ、それは第２の受
光素子の出力と若干位相がずれることがある。従って、
第１、第２の積分手段の積分値も共に増加するが、両積
分値の比によって炎か否かを判断するから妨害光である
ことが明確に判別される。従来の例では第２の積分手段
の積分値が増加すると炎として検出される可能性がある
のに対し、この発明ではこのような誤検出は生じない。

また、炎と妨害光とが混在している場合には、両受光素
子の出力の位相のずれは妨害光のみの場合に比較して大
きいので、第１の積分手段の積分値に比べて第２の積分
手段の積分値は妨害光のみが存在するときに対して相対
的に大きくなり、炎の発生が正確に検知される。更に、
炎のみが存在する場合には、第２の受光素子の出力は殆
どないので、両積分値の比はほぼ１であり、従って炎と
して明確に検知される。

さらに、第１の受光素子に入射する短時間の赤外光ノイ
ズに対しても、炎のゆらぎの数を計数することにより誤
検出することを防いでいる。

これに加えて、検出手段のリセット機能によって、炎が
存在しないと判断されたときには、すぐにリセットされ
て、次の現象、例えば火災の発生、への対応がとれるだ
め検出に時間おくれがない。

〔実施例〕

以下、図面に基いてこの発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図はこの発明の炎検知器の１実施例を示すブロック
図であり、２は波長４３μｍ付近の赤外線に感度を有す
る赤外線センサで、例えば第２図に示すような分光透過
率特性を有する赤外バンドパスフィルタを透過した光を
受光するよう配置されたサーモズイル、サーミスタある
いは焦電素子などからなる。４は可視光に対して感度を
有する可視光センサで、両センサ２．４は互に近接して
配置されているか、もしくは被検知物に対して互に共役
な位置に配置されている０ ６．８はそれぞれセンサ２．４の出力信号を増巾する増
巾器で、相互のセンサ２．４の時定数を合せる部分と、
両センサ２．４の出力信号の炎に特有な３〜３０Ｈｚの
周波数成分のみを選択的に増巾する部分とからなる。１
０は両増巾器６．８の出力が共に入力され、両出力波形
の位相を比較する位相比較回路で、例えば第３図に示す
ように構成されている。第３図において、ＣＰｌは増巾
器６の出力ａが正の場合に”Ｈ”、負の場合にＬ”を出
力するコンパレータ、ＣＦ２は増巾器８の出力すが正の
場合もしくはＯの場合（絶対値が所定値よりも小さい場
合）に”Ｌ“、負の場合に“Ｈ”を出力するコンパレー
タ、Ｃ２０は増巾器８の出力すが正の場合に“Ｈ”、負
の場合もしくはＯの場合（絶対値が所定値よりも小さい
場合）にＬ″″を出力するコンパレータである。そして
、コン・ＳレータＣＰ１、ＣＦ２の出力はアンド回路部
、を介してオア回路に入力されている。一方、コンパレ
ータＣＰ１の出力はインバータＩＶを介してアンド回路
ＡＮ２に入力され、コンノミレータＣＰ３の出力はその
ままアンド回路ＡＮ２に入力される。アンド回路ＡＮ２
の出力はオア回路ＯＲに入力される。

このような構成によって、位相比較回路１０の出力Ｃ′
（即ち、オア回路ＯＲの出力ｃＩ）は、出力すの絶対値
が炎だけが存在する場合の出力よりも小さい場合に”Ｈ
”、及び出力すが炎だけが存在する場合よりも大きいけ
れども出力ａと出力すとの符号が逆の場合に“Ｈ″とな
り、それ以外の場合はＬ”となる。即ち、コンノミレー
タＣＰ２、Ｃ２０の判定レベルは上述の如き炎だけが存
在する場合の出力すの大きさに応じて正側もしくは負側
に若干オフセットされている。

第１図に戻って、１２は増巾器６の出力ａを全波整流す
る全波整流回路、１３はコン・ぐレータで全波整流回路
の出力と予め定められた所定の基準レベル値ｖ１とを比
較してこれを越えるとき出力する。この所定の基準レベ
ル値によって検知すべき炎の赤外放射量が決定される。

１５は積分回路であって、全波整流回路１２の出力Ｃを
、コンノミレータ１３の出力が“Ｈ”のときに開となる
スイッチｓｗ１を介して入力し、積分する。１４はアン
ドゲートで、入力はコンパＳし一夕１３の出力及び位相
比較回路１０の出力である。１６は積分回路で、全波整
流回路１２の出力をアンドゲート１４の出力が“Ｈ”の
とき開トなるスイッチＳＷ２を介して入力し、積分する
。１８は積分回路１５の出力ｄと積分回路１６の出力ｅ
とを比較する比較回路で、出力ｅが出力ｄの所定の割合
以上であれば”Ｈ″を出力する。その回路構成は第５図
に示すとおりで、入力電圧ｄを抵抗Ｒ０、Ｒ２により所
定の割合で分割し、分割電圧と入力電圧ｅとをコンパレ
ータＣＰ４で比較する。２０は積分回路１６の出力ｅと
所定の設定値とを比較する比較回路で、出力ｅが所定の
設定値ｖ２を越えると“Ｈ″を出力する。２２はアンド
ゲートで、比較回路１８の出力ｆと比較回路２０の出力
ｆ′とが共にＨ″のときにのみ“Ｈ″を出力する。２３
はカウンターで、コン・ξレータ１３の出力の立ち上シ
信号の回数を計数し、所定の数を越えたときに”Ｈ”を
出力する。２４はアンドゲートで、アンドゲート２２の
出力ｆ及びカウンター２３の出力ｇが共に”Ｈ″である
ときに警報出力りを出力する。２６もアンドゲートで、
入力はカウンター２３の出力ｇと、アンドゲート２２の
出力がインバータ２５を経て入力される。２７はタイマ
ーで、コンパレータ１３の出力が１Ｈ”となった立ち上
り信号でセットされ、そのあと所定時間経過後に“Ｈ”
を出力するように構成されてイルカ、コンパレータ１３
の立ち下り信号によりセットされ、そのあと所定時間後
にＨ”を出力するように構成してもよい。２８はオアゲ
ートで、アンドゲート２６の出力、あるいはタイマー２
７の出力がＨ″となったとき、フリツプフロップ２９を
リセットする。２９は積分回路及びカウンター制御用フ
リツプフロツｆであり、コンパレータ１３でセットされ
、オアゲート２８の出力でリセットされる。その出力は
積分回路１５．１６及びカウンター２３に接続され、出
力が”Ｈ″のときに積分回路及びカウンターを作動させ
、出力が”Ｌ″となったときこれらの回路をリセットす
る。

次に、この実施例の動作について説明する。

第４図ａ、ｂは連続して燃える炎＾、妨害光（Ｂ）、妨
害光と炎（Ｃ）のそれぞれの場合における赤外線センサ
２、可視光センサ４の出力信号を増巾器６．８で増巾し
、出力された信号波形を示すもので、赤外線センサの出
力を全波整流回路１２で整流した出力波形Ｃは上記３つ
の場合のいづれも同様な波形を出力する場合を示してい
る。

前記全波整流後の信号Ｃはコンパレター１３で所定の基
準レベル値ｖ１と比較され、Ｖｌを越えるとき送出され
る立上り信号の回数をカウンター２３で計数し、予め設
定された所定値を越えたとき、立上シ信号”Ｈ”をアン
ドゲート２４に送出する。その波形を第４図ｇに示す。

炎のみが存在し、妨害光がほとんど存在しない場合、増
巾器６の出力ａは、第４図囚に示すように炎のゆらぎに
応じて変化するのに対し、炎に含まれる可視光成分はご
く少いので、増巾器８の出力すは、第４図（８）に示す
ように、ごく小さい。従って、位相比較回路１０の出力
Ｃ′は、＠４図（５）にＣ′で示すようにＨ”のままと
なる。

積分回路１５によって積分される増巾器１２の出力は、
第４図■に示す全波整流回路出力Ｃのうち、黒く塗りつ
ぶされた面積に対応するものとなシ、一方、積分回路１
６によって積分される増巾器１２の出力も、第４図■に
示す全波整流回路出力Ｃのうちで黒く塗りつぶされた面
積に対応するものとなり、両種分値は互に等しくなる。

従って、両種分回路１５．１６の出力ｄ、　　ｅは、第
４図囚に６％　ｅで示されるようにほぼ同じになるので
、比較回路１８の出力ｆは°Ｈ″となる。

一方、第４図［Ｆ］）を参照しつつ妨害光のみが存在す
る場合を説明する。例えば太陽光の反射光が直接センサ
２．４に入射し、かつ、炎と同様の周波数成分をもった
ゆらぎ方をした場合、増巾器６の出力ａは、太陽光に含
まれる波長４３μｍの赤外光成分に応じて炎の存在した
場合と同様の波形となる。一方、増巾器８の出力すば、
太陽光に含まれる可視光成分に応じたａと相似な波形と
なる。ここで、両波形の振巾比は、太陽光の可視光成分
と波長４３μｍの成分との比であり、天候や反射物の特
性によって変化する。

従って、位相比較回路１０の出力Ｃ′は、第４図（Ｂ）
において、Ｃ′に示されるような波形となり、この出力
Ｃ′が”Ｈ”のときしかスイッチＳＷ２は開とならない
から、積分回路１６によって積分される増巾器６の出力
ａは第４図（Ｂ）に示す全波整流回路出力Ｃの波形のう
ち、黒く塗りつぶされた部分の面積のみとなる。

従って、積分回路１６の出力ｅは、積分回路１５の出力
ｄに比較して著しく小さくなるから、比較回路１８の出
力は”Ｌ″のままとなる。ここで、妨害光のみ存在する
場合にも両増巾器６．８の出力ａ％　ｂのずれが生じる
のは、両センサ２．４の時定数の微妙な違いや、両セン
サ２．４に入射する妨害光の時間的なずれに起因してい
る。

次に、第４図（Ｃ）を参照しつつ炎と妨害光とが共に存
在する場合を説明すると、増巾器６の出力ａと増巾器８
の出力すとはそれぞれ独立した波形となっている。従っ
て、位相比較回路１゜の出力Ｃ′は、第４図（Ｃ）にＣ
′で示すように変化するから、積分回路１６によって積
分される増巾器６の出力ａは、第４図（Ｃ）のＣに黒く
塗りつぶされている面積に対応し、この面積は第４図［
Ｆ］）に示される妨害光のみの場合に比較して太きい。

そこで、積分回路１６の出力ｅは第４図［Ｆ］）に示す
場合よりも速い速度で増大し、その出力ｅは積分回路１
５の出力ｄの所定割合（Ｒ工／Ｒ１＋Ｒ２、第５図参照
）以上であり、比較回路１８の゛出力も”Ｈ″となる。

積分回路１６の出力ｅが比較回路２０に予め設定された
設定値Ｖ２を越えると、比較回路２０の出力ｆ′は”Ｈ
”となる。

第４図に示す警報出力りはアンドゲート２２．２４によ
ってｆｌ　ｆ’、ｇがともに”Ｈ”のときに”Ｈ″とな
る。つまり、カウンター２３の出力ｇが°Ｈ″になった
時点で、積分値を比較する比較回路１８の出力ｆ及び比
較回路２０の出力ｆ′が共に”Ｈ”であるときに警報出
力が送出される。

また、カウンター２３の出力ｇがＨ”になった時点で、
比較回路１８の出力ｆと比較回路２０の出力ｆ′のどち
らかが“Ｌ″であれば、アンドゲート２６の出力が”Ｈ
″となり、オアゲート２８を経てフリップフロップ２９
をリセットする。フリップフロップ２９がリセットされ
ると、その出力信号によって積分回路１５．１６及びカ
ウンター２３がリセットされ、初期状態に戻る。

このように妨害光が入射したような場合には、これを妨
害光と判断した直後に積分回路１５．１６とカウンター
２３をリセットするので、妨害光の入射直後に火災が発
生しても正確に炎を検知することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明に係る炎検知器は、太陽
光等の強い妨害光に含まれる４３μｍの波長の赤外光に
対しても、これを炎として誤検出する可能性をなくすこ
とができると共に、また、妨害光が入射したような場合
には、これを妨害光と判断した値後に炎検知回路部分を
１ノセツトするから、妨害光の入射直後に火災が発生し
たような場合でも、時間おくれなく直ちに火災を検出し
て警報を発することができ、信頼性の高い炎検知器を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の炎検知器の１実施例を示す回路ブロ
ック図。第２図は赤外パントノミスフィルタの分光透過
率を示す図。第３図は位相判炎及び太陽光のスにクトル
分布を示す図。 ２：第１の受光素子、４：第２の受光素子、１３：コン
パレータ、１５．１６′積分回路、１８、比較回路、２
３：カウンター、２７：タイマー、２９　：　制御フリ
ップフロップ液炙兜ｍ） 、Ａｓ２図 揶３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炎に特有な波長域に対して感度を有する第１の受光素子
   と、可視域の特定波長域に対して感度を有する第２の受
   光素子と、第１の受光素子の出力を積分する第１の積分
   手段と、第１の受光素子の出力と第２の受光素子の出力
   との位相を比較する位相比較手段と、第１の受光素子の
   出力のうち第２の受光素子の出力と位相のずれた部分の
   みを積分する第２の積分手段と、第１、第２の積分手段
   の積分値を互に比較する比較手段と、第１の受光素子の
   出力に基いて炎のゆらぎを検出するゆらぎ検出部と、前
   記ゆらぎ検出部の出力を計数するカウンターと、前記ゆ
   らぎ検出部の出力により作動を開始し、第１、第２の積
   分手段及びカウンターの作動を制御する制御部と、前記
   カウンター出力と前記位相比較手段の比較結果に応じて
   炎が存在するか否かを判断し、炎が存在するときは警報
   を出力し、炎が存在しないときには前記制御部をリセッ
   トする判断回路を含む炎検知手段とから構成されること
   を特徴とする炎検知器。