(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-28
(45)【発行日】2023-08-07
(54)【発明の名称】炎検出装置
(51)【国際特許分類】
G08B 17/12 20060101AFI20230731BHJP
【FI】
G08B17/12 A
(21)【出願番号】P 2022004823
(22)【出願日】2022-01-17
(62)【分割の表示】P 2018083522の分割
【原出願日】2018-04-25
【審査請求日】2022-02-01
(73)【特許権者】
【識別番号】000003403
【氏名又は名称】ホーチキ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079359
【氏名又は名称】竹内 進
(72)【発明者】
【氏名】松熊 秀成
(72)【発明者】
【氏名】川本 裕二
(72)【発明者】
【氏名】奥山 克明
(72)【発明者】
【氏名】浅野 功
【審査官】西巻 正臣
(56)【参考文献】
【文献】特許第4623608(JP,B2)
【文献】特開2017-162110(JP,A)
【文献】特開平06-325271(JP,A)
【文献】特開2002-031571(JP,A)
【文献】特開2001-076265(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01J1/00-1/60
11/00
G01N27/00-27/10
27/14-27/24
G08B17/00-17/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
透光性窓と検出センサとを有し、検知エリアの燃焼炎から放射され前記透光性窓を透過した放射線を前記検出センサで受光する検出ユニットを複数備え、
前記検知エリアが前記検出ユニットの各々に対応してそれぞれ形成され、
複数の前記検知エリア側の所定位置から前記透光性窓の各々に試験光を照射して前記検出ユニットを試験するための共通の試験光照射部が、
前記透光性窓の各々に前記試験光を照射可能に、前記複数の検出ユニットの
配置位置の中央部に突出する凸部に配置されたことを特徴とする炎検出装置。
【請求項2】
請求項1記載の炎検出装置に於いて、
前記試験光照射部は、
前記透光性窓の各々に面して配置された試験窓と、
前記試験窓の各々、及び対応する前記透光性窓の各々を介して前記検出センサの各々に前記試験光を照射する
1つの試験光源と、
を備えたことを特徴とする炎検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有炎燃焼時のCO2共鳴により発生する赤外線放射を検出して、炎の有無を判定する炎検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、有炎燃焼により発生する赤外線エネルギーを検出して、炎の有無を検出する炎検出装置にあっては、有炎燃焼時に発生するCO2の共鳴放射波長帯域における赤外線強度を検出して、炎の有無を検出する炎検出装置や炎検出方法がよく知られている。
【0003】
ここで、従来技術における2波長式の炎検出装置について、簡単に説明する。
図15は、燃焼炎と、その他の代表的な放射体の赤外波長域における赤外線スペクトルを示す概念図であり、横軸は赤外線の波長、縦軸は赤外線の相対強度を示す。
【0004】
図15に示すように、燃焼炎のスペクトル特性100においては、4.5μm付近の波長帯域にCO
2の共鳴放射に伴う赤外線相対強度のピークがあり、また、このピーク波長の近傍に存在する特徴的な波長としては、例えば、長波長側の5.0μm付近に、赤外線相対強度が低い波長帯域が存在する。以下では、特に断らない限り、CO
2共鳴放射帯とは、4.5μm帯を指すものとする。
【0005】
2波長式の炎検出装置にあっては例えば、4.5μm付近の波長帯域と、5.0μm付近の波長帯域における各々の赤外線エネルギーを狭帯域の光学波長バンドパスフィルタにより選択透過させて、各々について検出センサにより該赤外線エネルギーを検出し、これを光電変換したうえで増幅等所定の処理を施して、エネルギー量に対応する電気信号(以下、「受光信号」という)とし、上記各々の波長帯域の受光信号レベルの相対比をとり、所定の閾値と比較することにより炎の有無を判定する。
【0006】
これにより、炎以外の赤外線放射体、例えば、スペクトル特性102に示す太陽光等の高温放射体や、スペクトル特性104に示す比較的低温の放射体、またスペクトル特性106に示す人体などの低温放射体等と炎との識別が可能となる。
【0007】
また、炎検出装置は透光性窓を介して有炎燃焼により発生する赤外線エネルギーを検出して、炎の有無を監視しており、炎の監視機能を維持するために、透光性窓の汚れを監視するための自己試験として、汚れ試験を行っている。
【0008】
汚れ試験は、火災受信盤から定期的に送信される試験信号を受信した場合に、炎検知器の外側に設けられた試験光源から炎模擬光となる試験光を透光性窓に入射し、検出部で受光して、このときの受光信号を汚れていない初期状態と比較演算して減光率を求め、減光率が所定の汚れ閾値を超えた場合に汚れ警報信号を火災受信盤に送信して汚れ警報を出力させている。
【0009】
図16は従来の炎検出装置の外観を示した説明図であり、
図16(A)は斜め上側から見降ろした図であり、
図16(B)は斜め下側から見上げた図である。
【0010】
図16に示すように、炎検出装置120は、ケース本体122の前面に設けられたカバーをセンサ収納部とし、このセンサ収納部124に左右一対の透光性窓126が設けられ、透光性窓126内の各々に対し、有炎燃焼により発生する赤外線エネルギーを受光する検出部が配置されている。また、透光性窓126の近傍となる上側に凸部128を張出し形成し、凸部128の下側の透光性窓126内の検出センサを見通せる位置に、試験光源を収納した試験光源部を備え、ここに透光性の試験窓130が設けられている。このような試験光源部を左右に対応して個別に設けている。
【0011】
火災受信盤から試験信号を受信して透光性窓126の汚れ試験を行う場合には、一方の試験窓130の試験光源を所定時間、例えば2秒間、所定周波数で駆動して試験光を試験窓130から対応する側の透光性窓126に照射し、検出部で受光し、この受光レベルを汚れのない初期状態の受光レベルと比較して減光率を求めて汚れ度合を判断し、続いて、他方の試験窓130の試験光源を同じく2秒間、所定周波数で駆動して試験光を試験窓130から対応する側の透光性窓126に照射し、検出部で受光し、この受光レベルを汚れのない初期状態の受光レベルと比較して減光率を求めて汚れ度合を判断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【文献】特許第4404329号公報
【文献】特許第4817285号公報
【文献】特許第3357330号公報
【文献】特開2002-42263号公報
【文献】特許第4623608号公報
【文献】特開2001-076265号公報
【文献】特開2002-048638号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
しかしながら、このような従来の透光性窓の汚れ試験を行うための試験光源及び試験窓を設けた凸部128は、透光性窓126の上側に張出形成されているため、透光性窓126の内部に配置された検出センサの検知エリア(視野範囲)が上方向で制約されている。
【0014】
本発明は、透光性窓の汚れ試験を行う試験光源と試験窓を設けた筐体前面の凸部による検知エリアの制約を低減する炎検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
(炎検出装置)
本発明は、炎検出装置であって、
透光性窓と検出センサとを有し検知エリアの燃焼炎から放射され透光性窓を透過した放射線を検出センサで受光する検出ユニットを複数備え、
検知エリアが検出ユニットの各々に対応してそれぞれ形成され、
複数の検知エリア側の所定位置から透光性窓の各々に試験光を照射して検出ユニットを試験するための共通の試験光照射部が、透光性窓の各々に試験光を照射可能に、複数の検出ユニットの配置位置の中央部に突出する凸部に配置されたことを特徴とする。
【0016】
ここで、試験光照射部は、
透光性窓の各々に面して配置された試験窓と、
試験窓の各々、及び対応する透光性窓の各々を介して検出センサの各々に試験光を照射する1つの試験光源と、
を備える。
【発明の効果】
【0017】
(基本的な効果)
本発明は、炎検出装置であって、透光性窓と検出センサとを有し検知エリアの燃焼炎から放射され透光性窓を透過した放射線を検出センサで受光する検出ユニットを複数備え、検知エリアが検出ユニットの各々に対応してそれぞれ形成され、複数の検知エリア側の所定位置から透光性窓の各々に試験光を照射して検出ユニットを試験するための共通の試験光照射部が、複数の検出ユニットの間に配置されたため、試験光源及び試験窓が設けられた試験光照射部は、筐体前面に設けられた透光性窓の間に配置されたことで、透光性窓の内側に配置された検出センサから見た検知エリア(視野範囲)は制約されることがなく、炎監視を確実に行うことができる。
【0018】
(試験光照射部に試験窓と試験光源とを備えた効果)
また、従来の透光性窓の上側横方向に凸部を張出し形成して配置した場合には試験光源と試験窓は2箇所に分けて設けているが、本発明の試験光照射部は、透光性窓の各々に面して配置された試験窓と、試験窓の各々、及び対応する透光性窓の各々を介して検出センサの各々に試験光を照射する試験光源とを備えたため、試験光源と試験窓は、同じ場所に分けて配置するだけで良く、試験光源及び試験窓の配置構造を簡単にすることができる。
【0019】
(試験光照射部が複数の検出ユニットの中央部に配置された効果)
試験光照射部は、透光性窓の各々に試験光を照射可能に、複数の検出ユニット相互間の中央部に配置されたため、中央部に試験光源を配置し、試験光源からの試験光を複数の検出ユニットの検出センサで検出して試験することで、複数の検出ユニットで試験光照射部を共用でき、試験光源の収納スペースを小さくすることができる。これにより試験光照射部を小さく形成することが可能になり、試験光照射部による検知エリアの制約を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【
図1】炎検出装置に組み込まれる炎検出部の実施形態を示したブロック図
【
図4】
図2の炎検出装置を下側から見て中央凸部に配置された試験光源及び試験 窓と透光性窓の内側に配置された炎検出部を一部断面で示した説明図
【
図5】
図1の炎検出装置に組み込まれる検出ユニットを組立分解状態で示した説明図
【
図7】
図6の炎検出センサの等価回路を示した回路図
【
図8】
図1の実施形態に適用される光学波長フィルタ及び透光性窓の各波長における赤外線透過率を示した特性図
【
図9】燃焼炎から放射される赤外線エネルギーを観測した場合に
図1の炎検出部から出力される炎受光信号を示した信号波形図
【
図10】燃焼炎から放射される赤外線を観測した場合に
図1の炎検出部から得られる炎受光信号E3の周波数分布を示した説明図
【
図11】試験光源をパルス駆動する駆動信号を示したタイムチャート
【
図12】試験光源を共用した炎検出装置の実施形態を正面から示した説明図
【
図13】
図12の炎検出装置を下側から見て中央凸部に配置された試験光源及び 試験窓と透光性窓の内側に配置された炎検出部を一部断面で示した説明図
【
図14】
図12の試験光源をパルス駆動する駆動信号を示したタイムチャート
【
図15】燃焼炎と、その他の代表的な放射体の赤外線スペクトルを示した特性図
【発明を実施するための形態】
【0021】
[炎検出装置]
(装置概要)
図1は炎検出装置に組み込まれる炎検出ユニットの実施形態を示したブロック図であり、2波長式の炎検出装置を例にとっている。本実施形態の炎検出装置は、監視エリアの炎の有無を検出する火災検出装置であるものとする。
【0022】
図1に示すように、本実施形態の炎検出装置10の検出部は、炎検出部11-1と、同じ構成の別の炎検出部11-2(図示省略)の2組が組み込まれている。
【0023】
炎検出部11-1は、炎検出ユニット12a,12b、非炎検出ユニット12c、MPU(マイクロプロセッサユニット)15に設けられた判断部36と試験制御部38で構成される。
【0024】
炎検出ユニット12a,12bは、監視エリアに存在する燃焼炎から放射される赤外線エネルギーを観測するものであり、燃焼炎からCO2共鳴に伴って放射される4.5μmを中心とする所定の波長帯域の赤外線を受光して光電変換し、炎受光信号E1,E2を出力する。
【0025】
炎検出ユニット12a,12bには、サファイアガラス等を用いた赤外線の透光性窓18、炎検出センサ16a,16b、前置フィルタ24a,24b、プリアンプ26a,26b、メインアンプ28a,28bが設けられ、メインアンプ28a,28bから出力された炎受光信号E1,E2は終段アンプ30a,30bで更に増幅されて炎受光信号E1’,E2’となり、MPU15のA/D変換ポート35a,35bでデジタル受光信号に変換して取り込まれる。
【0026】
また、炎検出ユニット12a,12bからの炎受光信号E1,E2は加算アンプ32で加算されて炎受光信号E3としてMPU15に出力され、MPU15のA/D変換ポート35cでデジタル受光信号に変換して取り込まれる。
【0027】
以下では、A/D変換前後で同じ記号を使用して説明する。後述する受光信号E4’についても同様である。
【0028】
非炎検出ユニット12cは、監視エリアに存在する燃焼炎以外の発熱体等から放射され
る赤外線エネルギーを観測するものであり、概ね5.0μm~7.0μmの波長帯域の赤外線エネルギーを受光して電気信号に変換した非炎受光信号E4を出力する。
【0029】
非炎検出ユニット12cには、炎検出ユニット12a,12bと共用する赤外線の透光性窓18-1、非炎検出センサ16c、前置フィルタ24c、プリアンプ26c、メインアンプ28cが設けられ、メインアンプ28cから出力された炎受光信号E4は終段アンプ30cで更に増幅されて炎受光信号E4’となり、MPU15のA/D変換ポート35dでデジタル受光信号に変換して取り込まれる。
【0030】
判断部36は、炎受光信号E1、E2を加算した受光信号E3の信号レベル、例えば受光信号E3の所定期間の積分値ΣE3が所定閾値以上又は所定閾値を上回った場合に、炎受光信号E3と非炎受光信号E4’の、同じ期間の積分値の比ΣE3/Σ4’を算出し、これが別の閾値以上又はそれを超えた場合に炎有りと判断する。
【0031】
(汚れ試験の概要)
炎検出部11-1の透光性窓18-1に対しては試験光源として機能する試験光源60-1が設けられる。試験光源60-1は後の説明で明らかにする炎検出装置10の筐体(ケース本体)50の前面の中央凸部54に配置され、自己試験の一項目である汚れ試験の際、試験光源60-1の駆動による炎模擬光となる試験光を透光性の試験窓56-1から出力し、この試験光を透光性窓18-1内に配置された炎検出センサ16a,16b及び非炎検出センサ16cに受光させる。
【0032】
中央凸部54には別の炎検出部11-2の透光性窓18-2の汚れ試験に用いる試験光源60-2と試験窓56-2も同様に配置されている。
【0033】
試験光源60-1,60-2には例えばクリプトンランプが使用される。また、試験光源60-1には試験光を試験窓56-1側、すなわち各検出センサに向けて反射する反射板として機能する反射フード74-1が設けられる。一方で、反射フード74-1は試験光源60-1の試験光を試験窓56-1からのみ出力させ、試験窓56-2側には透過しないようになっている。また、試験光源60-2にも同様に反射フード74-2が設けられ、試験光を試験窓56-2からのみ出力させる。
【0034】
図1の例では、反射フード74-1と74-2は一体で、遮光性を有する板状部材の両面に反射コーティングを施している。
【0035】
透光性窓18-1の汚れ試験は、炎検出ユニット12a,12bからの受光信号E1,E2を加算した炎受光信号E3に基づいて行われる。MPU15に設けられた試験制御部38は、図示しない火災受信盤から定期的に送信された試験信号を受信すると、試験光源60-1,60-2を順次駆動して試験光を出力させ、このとき加算器32から出力される炎受光信号E3を読み込んで初期状態(汚れのない状態)との比較演算により減光率を算出し、算出した減光率が所定の閾値以上又は所定の閾値を超えた場合に汚れ警報信号を火災受信盤に送信して汚れ警報を出力させ、管理者に炎検出装置10の清掃計画等の策定を促す。
【0036】
(装置外観とセンサユニット)
図2は炎検出装置の外観を示した説明図、
図3は
図2の炎検出装置を正面から示した説明図、
図4は
図2の炎検出装置を下側から見て中央凸部の試験光源及び試験窓と透光性窓内側の炎検出部を一部断面で示した説明図である。
【0037】
図2乃至
図4に示すように、炎検出装置10は、筐体50の前面に配置された前面カバーのセンサ収納部52に、
図1の炎検出部11-1を含む2組の炎検出ユニットに対応して、赤外線の透光性窓18-1,18-2が設けられる。
【0038】
なお、以下の説明で透光性窓18-1,18-2を区別する必要がない場合は、透光性窓18ということがある。同様に、試験窓56-1,56-2についても試験窓56ということがある。
【0039】
透光性窓18-1,18-2内の各々には、
図1に示した炎検出部11-1、及び他の炎検出部11-2における炎検出ユニット12a,12bの炎検出センサ16a,16b及び非炎検出ユニット12cの非炎検出センサ16cが配置されている。
【0040】
また、センサ収納部52に設けられた透光性窓18-1,18-2の間には、中央凸部54が張出し形成される。中央凸部54には試験光源60-1,60-2が内蔵され、左右の側壁には試験窓56-1,56-2が配置される。
【0041】
試験光源60-1は試験光を試験窓56-1から透光性窓18-1に向けて出力する。また、試験光源60-2は試験光を試験窓56-2から透光性窓18-2に向けて出力する。
【0042】
図2及び
図3に示した一対の透光性窓18の内部には
図5に示すようにセンサユニットが組み込まれている。センサユニットはユニット本体62とユニットカバー64で構成され、内部に回路基板48をビス68により固定して収納している。
【0043】
回路基板48には炎検出センサ16a,16bが隣接配置されている。ユニットカバー56の、炎検出センサ16a,16bに対向する位置には受光開口66a,66bが形成され、監視エリア側から透光性窓18を通った光を炎検出センサ16a,16bで受光できるようにしている。
【0044】
また、回路基板48には非炎検出センサ16cが配置され、ユニットカバー64の、非炎検出センサ16cに対向する位置には受光開口66cが形成され、監視エリア側から透光性窓18を通った光を非炎検出センサ16cで受光できるようにしている。
【0045】
(炎検出ユニット12a,12bの構成)
図1に示した炎検出ユニット12a,12bにおいて、炎検出センサ16a,16bは燃焼炎からCO
2共鳴に伴って放射される、概ね4.5μmを中心波長とする赤外線波長帯域を有する赤外線エネルギーを電気信号に変換して受光信号として出力し、前置フィルタ24a,24bは炎検出センサ16a,16bから出力される受光信号から、炎の揺らぎ周波数に対応した所定の周波数帯域の信号成分のみを選択通過させ、プリアンプ26a,26bは前置フィルタ24a,24bを通過した信号成分を初段増幅し、メインアンプ28a,28bでさらに増幅して炎受光信号E1,E2を出力する。そして、終段アンプ30a,30bはこれを炎判断処理に適した信号レベルに増幅して炎受光信号E1’,E2‘を出力する。
【0046】
ここで、炎検出センサ16a,16bは、光学波長フィルタ20a,20b、及び受光素子部22a,22bを備えている。
【0047】
炎検出ユニット12a,12bから終段アンプ30a,30bを介して出力された炎受光信号E1‘,E’2は、MPU15に設けたA/D変換ポート35a,35bによりデジタル受光信号E1’,E2’に変換して読み込まれる。
【0048】
また、炎検出ユニット12a,12bから出力された炎受光信号E1及びE2は加算アンプ32で加算され、加算アンプ32からの炎受光信号E3はMPU15に設けたA/D変換ポート35cによりデジタル受光信号E3に変換して読み込まれ、判断部36で炎受光信号E3に基づく炎の有無の判断が実行される。以下、各構成について具体的に説明する。
【0049】
なお、本実施形態においては受光信号E1’,E2’を炎の有無判断に使用していないが、これを適宜使用して判断するようにしても良い。
【0050】
(炎検出センサ16a,16b)
図6は炎検出センサの概略構成を示した説明図、
図7は
図6の炎検出センサの等価回路を示した回路図である。
【0051】
図6に示すように、炎検出センサ16aは、基板40の表面に支持配置された焦電体45を備え、これに受光電極25を設け、基板40の裏面側に配置されたFET27、高抵抗(図示省略)を備えてなる受光素子部22aと、基板40を基部38上に支持しつつ基部38を貫通して設けられた端子42と、受光素子部22aの前方(図示上方)に光学波長フィルタ20aを備えたカバー部材44とからなるパッケージ構成を有している。
【0052】
また、受光素子部22aの等価回路は、
図7に示すように、FET27のゲートから例えば焦電体45と高抵抗29の並列回路を介してゲート端子Gに接続し、またFET27のドレインとソースをそれぞれドレイン端子Dとソース端子Sに接続している。
【0053】
ここで、光学波長フィルタ20aは、4.5μmを中心とする所定の波長帯域を選択透過させるもので、例えば、シリコン、サファイア等の基板上に、公知の方法でそれぞれ形成することができる。また、炎検出ユニット12bの炎検出センサ16bも、炎検出センサ16aと同じ構造となる。
【0054】
更に、非炎検出ユニット12cの非炎検出センサ16cも、炎検出センサ16aと同じ構造となるが、光学波長フィルタ20cとして、概ね5.0μmを超える所定の波長帯域の赤外線を良好に透過するカットオンフィルタ(ロングパスフィルタ)を使用した点で相違する。
【0055】
(透光性窓18)
透光性窓18-1は、
図2及び
図3に示したように、炎検出センサ16a,16b及び非炎検出センサ16cが収納された
図6のセンサユニットの監視エリア側に相当する上面側であって、炎検出センサ16a,16b及び非炎検出センサ16cの前面側に設けた、センサ収納部52の所定の開口部に配置され、上述のように、例えば、サファイアガラス等の赤外線透光性の部材により形成している。
【0056】
このため炎検出センサ16a,16b及び非炎検出センサ16cは、受光限界視野が透光性窓18-1の縁辺部で規制されることにより、所定の拡がり角度を有する視野範囲の検知エリアが設定される。
【0057】
ここで、透光性窓18-1を構成するサファイアガラスは、概ね7.0μm付近以下の波長帯域の赤外線を良好に透過するショートウェーブパス特性、換言すれば、概ね7.0μm付近より長波長の赤外線を遮断するロングウェーブカット特性を有するフィルタ部材として機能する。また、本実施形態にあっては、透光性窓18-1は、炎検出センサ16a,16b及び非炎検出センサ16cで共用する。
【0058】
(前置フィルタ24a,24b,24c)
図1の炎検出ユニット12a,12bの前置フィルタ24a,24bは、周波数選択部として機能し、炎検出センサ16a,16bの受光素子部22a,22bから出力される受光信号から、炎判断処理に用いられる特定の周波数帯域の信号成分のみを通過させる例えばアクティブフィルタであり、後段のプリアンプ26a,26bに特定の周波数帯域の信号成分からなる受光信号を出力する。
【0059】
同様に、前置フィルタ24cは、非炎検出センサ16cの受光素子部22cから出力された受光信号から、炎判断処理に用いられる特定の周波数帯域の信号成分のみを通過させる例えばアクティブフィルタであり、後段のプリアンプ26cに特定の周波数帯域の信号成分からなる受光信号を出力する。
【0060】
このような周波数選択フィルタは、前置フィルタとしてだけでなくプリアンプから終段アンプまで適宜に配置され、周波数選択(抽出)しつつ信号増幅されるようになっている。
【0061】
(プリアンプ26a,26b,26cとメインアンプ28a,28b,28c)
プリアンプ26a,26bは、前置フィルタ24a,24bを介して入力される受光信号を所定の増幅率で初段増幅し、メインアンプ28a,28bは、プリアンプ26a,26bからの各受光信号を増幅し、炎受光信号E1,E2として出力する。
【0062】
終段アンプ30a,30bは、受光信号E1,E2を最終的に炎判断処理に適した信号レベルに調整増幅し、E1',E2'としてMPU15のA/D変換ポート35a,35bへ出力する。
【0063】
同様に、プリアンプ26cは、前置フィルタ24cを介して出力される受光信号を所定の増幅率で初段増幅し、メインアンプ28c、終段アンプ30cは、プリアンプ26cからの受光信号を、後述する炎判断処理に適した信号レベルに増幅し、炎受光信号E4、炎受光信号E4’として出力する。
【0064】
(A/D変換ポート35a,35b,35c)
A/D変換ポート35a、35b,35cはMPU15の入力ポートとして設けたA/D変換器であり、炎受光信号E1',E2'及び加算した炎受光信号E3をMPU15のデジタル処理に適したデジタル信号に変換して読み込む。
【0065】
(非炎検出ユニット12c)
非炎検出ユニット12cは、炎検出センサ16a,16bとは異なる所定の波長帯域の赤外線エネルギーを電気信号に変換して出力する非炎検出センサ16cを備える。即ち、炎検出ユニット12a,12bは、燃焼炎からCO2共鳴により放射される、概ね4.5μmを中心波長とする波長帯の赤外線エネルギーを電気信号に変換した炎受光信号E1,E2を出力するのに対し、非炎検出ユニット12cは、概ね5.0μm~7.0μmの波長帯域の赤外線エネルギーを電気信号に変換した非炎受光信号E4を出力する。
【0066】
また、非炎検出ユニット12cは、非炎検出センサ16cに続いて、非炎検出センサ16cから出力される受光信号から、所定の周波数帯域の信号成分のみを通過させる前置フィルタ24cと、前置フィルタ24cを通過した信号成分を初段増幅するプリアンプ26cと、プリアンプ26cからの出力を増幅するメインアンプ28cとで構成される。
【0067】
非炎検出ユニット12cのメインアンプ28cから出力された非炎受光信号E4は、終段アンプ30cによりさらに調整増幅されて非炎受光信号E4’となり、MPU15のA
/D変換ポート35dによりデジタル受光信号E4’に変換して読み込まれ、判断部36で炎の判断処理に用いられる。
【0068】
(非炎検出センサ16cの構成)
非炎検出センサ16cは、概ね5.0μmを超える所定の波長帯域の赤外線を良好に透過するカットオンフィルタで構成されるロングパスフィルタである光学波長フィルタ20cと、光学波長フィルタ20cを透過した光を受光して電気信号に変換して出力する
図7と同様の等価回路でなる受光素子部22cを備え、
図6に示したと同様な構造により、パッケージ化された構成とする。
【0069】
(非炎検出センサ16cの波長透過特性)
図8は、
図1の実施形態に適用される光学波長フィルタ及び透光性窓の各波長における透過率を示した特性図である。
【0070】
図8に示すように、
図1の透光性窓18-1であるサファイアガラスにより、概ね7.0μm付近以下の赤外線が良好に透過するショートウェーブパス特性(又は、ロングウェーブカット特性)を有する透過率特性90が得られる。
【0071】
また、光学波長フィルタ20a,20bを構成する、概ね4.5μm付近を中心波長とするバンドパスフィルタにより、当該中心波長近傍の波長帯域の赤外線エネルギーを選択透過する透過率特性92が得られる。これらの組合せにより、概ね4.5μm付近を中心波長とする合成透過特性94をもつバンドパスフィルタが構成される。
【0072】
一方、光学波長フィルタ20cを構成するロングパスフィルタにより、概ね5.0μm付近を超える所定の波長帯域の赤外線を選択透過するカットオンフィルタ特性を有する透過率特性96が得られる。これとサファイアガラスの透過特性90との組合せにより、概ね5.0μm~7.0μmの波長帯域の赤外線を選択透過する合成特性98をもつ広帯域バンドパスフィルタが構成される。
【0073】
(判断部36)
図9は燃焼炎から放射される赤外線を観測した場合に
図1の炎検出部から出力される炎受光信号を示した信号波形図であり、
図9(A)はA/D変換ポート35aからの、受光信号E1'の信号波形を示し、
図9(B)はA/D変換ポート35bからの、受光信号E2'の信号波形を示す。
【0074】
図9(A)と(B)は、同じ構成の炎検出ユニット12a,12b経由で同時に得られたもので、相似性を有する。また、終段アンプ30aと30bの増幅率が同じであれば、ほぼ同じ波形となる。炎受光信号E3は、
図9(A)と
図9(B)を、加算アンプ32の増幅率を加味して合成した波形となる。
【0075】
なお、本実施形態にあっては、A/D変換は64Hzで受光信号をサンプリングして行うものとし、すなわち各信号につき1秒間に64点のデジタルデータが得られるものとする。
【0076】
判断部36は、
図9に示す炎受光信号について、T=2秒(128データ)単位で基準電位からの差分の絶対値の和となる炎積分値ΣE3を求め、炎積分値ΣE3が所定の閾値以上又はこれを上回った場合に、次に説明する相対比判断へ進む。
【0077】
判断部36は、炎積分値ΣE3が所定の閾値以上又はこれを上回った場合、この時と同じ2秒間について、炎積分値ΣE3を求めたと同様にして非炎積分値ΣE4’を求める。
【0078】
次いで、判断部36は、炎積分値ΣE3と、非炎積分値ΣE4’との相対比(ΣE3/ΣE4’)を算出し、相対比(ΣE3/ΣE4’)が、予め設定された閾値を超えた場合は、炎と判定して炎有り判断の第1要素を充足したとする。
【0079】
また、判断部36は炎受光信号E3について、ΣE3の算出に使用したのと同じ2秒間分(128データ)を高速フーリエ変換して結果を分析し、たとえば8Hz以下の周波数帯域に主成分がある場合に炎有り判断の第2要素を充足したとし、第1要素と第2要素の両方を充足した場合に、炎有りと判断する。
【0080】
図10は、燃焼炎から放射される赤外線を観測した場合に
図1の炎検出部から得られる炎受光信号E3の周波数分布を示した説明図である。判断部36は、前述のとおり炎受光信号E3のT=2秒間(128データ)分を高速フーリエ変換して、例えば
図10に示す周波数分布を得る。
【0081】
図10に示すように、燃焼炎から放射される赤外線を周波数軸で観測すると、概ね8Hzよりも低周波側FLに高い強度を示す周波数分布が得られることから、受光信号E3の周波数の主要な成分が8Hzまでの周波数帯域FLに存在することがわかる。一方、8Hzを超え、16Hzまでの高周波側の周波数帯域FHでは比較的強度の低い分布を示す。このような分布特性は、炎を観測した場合の信号の特徴である。
【0082】
このため、炎受光信号E3の周波数分布に基づく炎判断は、例えば8Hzまでの範囲となる低周波側の相対強度積分値ΣFLおよび8Hzを超え16Hzまでの範囲と
なる高周波側の相対強度積分値ΣFHを求め、両積分値の比ΣFL/ΣFHが、予め設定された閾値以下の場合には、炎に相当する受光出力が検出されなかったものと判断し、炎有り判断の第2要素を充足しなかったとする。一方、ΣFL/ΣFHが閾値を超えた場合には、炎有り判断の第2要素を充足したとする。判断部36は、上記各判断をT=2秒ごとに繰り返す。
【0083】
(試験制御部38)
図11は試験光源をパルス駆動する駆動信号を示したタイムチャートであり、
図11(A)は試験光源60-1の駆動信号E11を示し、
図11(B)は試験光源60-2の駆動信号E12を示す。
【0084】
試験制御部38は、火災受信盤が定期的に送信する試験信号を受信すると、
図11に示す駆動信号E11,E12を試験光源60-1,60-2に出力して発光駆動し、透光性窓18-1,18-2に試験光を出力して汚れ試験を行う。
【0085】
試験制御部38は、駆動信号E1,E2を期間T1、例えばT1=2秒に亘り出力し、駆動信号E1,E2の周期はT2であり、更に駆動信号E1,E2は(T2/2)の位相ずれをもっている。
【0086】
これにより駆動信号E11がHレベルとなって試験光源60-1を発光しているとき駆動信号E12がLレベルとなって試験光源60-2を消灯しており、また、駆動信号E11がLレベルとなって試験光源60-1を消灯しているとき駆動信号E12がHレベルとなって試験光源60-2を点灯しており、試験窓60-1,60-2からは交互に試験光が透光性窓18-1,18-2に向けて出力される。
【0087】
このため試験制御部38による透光性窓18-1,18-2の両方の汚れ試験のための試験時間は、駆動期間T1に位相ずれ(T2/2)を加えたT1+(T2/2)となる。
【0088】
これに対し
図16の従来例では、2組の透光性窓の試験を順番に行うことから、例えば、
図11(A)の駆動をおこなって透光性窓18-1の汚れを試験した後に、続いて
図11(B)の駆動をおこなって透光性窓18-2の汚れを試験することになり、1台の炎検出装置10について全体の試験時間は例えばT=4秒となるが、本実施形態にあっては、従来の略半分の2秒強の時間で済む。このため多数の炎検出装置10の汚れ試験を火災受信盤からの試験信号の送信で順番に行う場合、火災受信盤に汚れ試験による制御負荷が加わる時間を従来に比べて半減程度に短縮することができ、火災受信盤に制御負担が加わる時間を可能な限り短縮して本来の火災監視機能を維持することを可能とする。
【0089】
(汚れ試験制御)
図1のMPU15に設けられた試験制御部38は、火災受信盤10から試験信号を受信した場合に動作し、試験光源60-1,60-2を、
図11に示した駆動信号により発光駆動し、透光性窓18-1,18-2を介して炎受光部11-1,11-2に試験光を照射して汚れ試験を行う。
【0090】
例えば透光性窓18-1の汚れ試験を例にとると、試験制御部38は試験光源60-1を
図11の駆動信号E11で発光駆動することにより、火災炎に相当する炎模擬光を試験窓56-1を通して出力させ、透光性窓18-1を介して炎検出センサ16a,16bに入射させる。試験光源60-1からの炎模擬光は、炎検出センサ16a,16bで受光する4.5μmを含み、且つ、炎に固有な2~8Hzのゆらぎ周波数をもつ光としている。
【0091】
透光性窓18-1は工場出荷時に汚れはなく、その際に汚れ試験で得られた炎受光信号E3の受光レベルがそれぞれ基準受光レベルとしてMPU15のメモリに記憶されており、減光率の演算に利用される。
【0092】
すなわち、試験時の炎受光信号E3と基準受光レベルから減光率を求める。つまり、出荷時の減光率は0となっている。設置環境で運用期間が経過していくと、透光性窓18-1に汚れが付着し、減光率は徐々に増加していく。
【0093】
なお、減光率はこのように炎受光信号E3について求めても良いし、炎受光信号E1’,E2’、非炎受光信号E4’の何れかひとつ又は複数、又は全てについて求め、個別の減光率に基づいて以下に説明する補正を行っても良い。また、例えば各減光率の代表値や平均値を求めて汚れ警報や汚れ予告警報を行うようにしても良い。
【0094】
試験制御部38は、汚れ試験により減光率を求めると共に、(1-減光率)の逆数となる補正値を求めてメモリに記憶させ、その後の運用状態で検出される炎受光信号E3及び非炎受光信号E4’の受光レベル(受光値)を補正値で除算して汚れ補正を行い、判断部36は汚れ補正された炎受光信号E3及び非炎受光信号E4’の受光値により火災を判断する。
【0095】
また、試験制御部38は、汚れ補正が不可能となる限界に対応した減光率となる閾値、例えば閾値0.5が予め設定されており、汚れ試験で求められた減光率が閾値以上又は閾値を上回った場合に透光性窓18-1の汚れ補正が不可能(例えば補正をしても所定の監視エリア全体を監視できない状態)となる汚れ異常と判断し、火災受信盤に汚れ警報信号を送信して汚れ警報を出力させる制御を行う。
【0096】
また、試験制御部38は、閾値より小さい所定の予告閾値、例えば予告閾値0.4を予め設定し、汚れ試験で求められた減光率が予告閾値以上又は予告閾値を上回った場合に汚れ警報が近いと判断し、火災受信盤に汚れ予告警報信号を送信し、汚れ予告警報を出力さ
せる制御を行うようにしても良い。
【0097】
なお、本実施形態の汚れ試験は、透光性窓18の汚れと試験窓56の汚れをあわせて検出することになる。基準受光レベルを取得する場合には、透光性窓18だけでなく試験窓56も汚れていない状態で行う。
【0098】
[試験光源を共用した炎検出装置の実施形態]
図12は試験光源を共用した炎検出装置の実施形態を正面から示した説明図、
図13は
図12の炎検出装置を下側から見て中央凸部に配置された試験光源、試験窓及び透光性窓の内側に配置された炎検出部を一部断面で示した説明図、
図14は
図12の試験光源をパルス駆動する駆動信号を示したタイムチャートである。
【0099】
図12及び
図13に示すように、本実施形態の炎検出装置10にあっては、筐体前面となるセンサ収納部52の中央凸部54の両側に配置された試験窓56-1,56-2の内側に1つの試験光源60が配置されており、試験光源60からの試験光を、その両側に位置する透光性窓18-1,18-2を介して炎検出センサ16a,16b及び非炎検出センサ16cの各々に試験光を照射するようにしたことを特徴とする。それ以外の構成は、
図1乃至
図3の実施形態と同じになる。
【0100】
このように透光性窓18-1,18-2に対し試験光源60を共用して1つにすることで、
図2及び
図3の炎検出装置で透光性窓18-1,18-2のそれぞれに対応して試験光源60-1,60-2を設けて汚れ試験を行う場合に比べ、試験光源60が収納される中央凸部54を小型化することができ、中央凸部54の構造に規制にされることによる検知エリアの制約(縮小)をより一層緩和することができる。
【0101】
図14は
図12の試験光源をパルス駆動する駆動信号を示したタイムチャートである。本実施形態の場合、試験制御部38は、火災受信盤が定期的に送信する試験信号を受信すると、
図14に示す駆動信号E11(
図11(A)の駆動信号に相当)を試験光源60に出力して発光駆動し、両側に位置する試験窓56-1,56-2を介して透光性窓18-1,18-2に試験光を出力して汚れ試験を行う。
【0102】
このため駆動信号E11により試験光源60を駆動するだけで、透光性窓18-1,18-2の汚れ試験が同時にでき、透光性窓18-1,18-2のそれぞれに対応して別々に試験光源60-1,60-2を設けた場合のように
図11(B)の駆動信号による駆動を行う必要がなく、したがって、試験時間を短縮できると共に、試験光源60の駆動に係る消費電流を低減することができる。
【0103】
[本発明の変形例]
(受光信号の平均)
上記の実施形態は、炎検出ユニット12a,12bからの炎受光信号E1,E2を加算器32で加算した炎受光信号E3を用いて判断部36により炎の有無の判断を行っているが、これに限定されず、例えば、炎検出ユニット12a,12bからの炎受光信号E1,E2の平均を求め、平均受光信号を取り込んで判断部36により炎の有無の判断を行うようにしても良い。
【0104】
(2波長方式)
また、上記の実施形態は、2波長方式の炎検出装置として、燃焼炎のCO2の共鳴放射帯である4.5μm付近の波長帯域と、5.0μm付近の波長帯域における各々の赤外線を観測して炎を判定しているが、4.5μm付近の波長帯域と、2.3μm付近の波長帯域における各々の赤外線を観測して炎を判定するようにしても良い。
【0105】
(3波長方式)
また、燃焼炎のCO2の共鳴放射帯である4.5μm帯の短波長側の、例えば、2.3μm付近の波長帯域における赤外線エネルギーを、5.0μm付近の波長帯域における赤外線を検出する2波長式と同様の手法で検出し、これらの3波長帯域における受光信号の相対比が炎からの放射の特徴に従うことを炎有りの判断要素とする3波長式の炎検出装置としても良い。
【0106】
もちろん、他の波長帯を使用した1波長式、2波長式、3波長式、又は他の方式の炎検出装置としても良い。
【0107】
また、赤外線以外の放射線エネルギーを観測する炎検出装置に適用しても良い。
【0108】
(感度試験)
また上記の実施形態の試験制御部38は、汚れ試験のほか、炎検出センサ16a,16bの感度試験を行うようにしても良い。試験制御部38の感度試験は、火災受信盤から定期的に送信される試験信号を受信した場合に、試験光を炎検出センサ16a,16bに入射して、この時の受光レベルに基づいて受光感度を検出し、受光感度が所定の閾値感度に低下するまでは、検出感度の逆数となる補正値で受光値を補正し、検出感度が所定の感度閾値に低下して補正が不可能となった場合には、炎検出センサ16a,16bの故障信号を防災受信盤に送信してセンサ故障警報を出力させる制御を行う。この感度試験は、非炎検出センサ16cについても同様に行う。
【0109】
(その他)
また、本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
【符号の説明】
【0110】
10:炎検出装置
11-1:炎検出部
12a,12b:炎検出ユニット
12c:非炎検出ユニット
15:MPU
16a,16b:炎検出センサ
16c:非炎検出センサ
18-1,18-2:透光性窓
20a,20b,20c:光学波長フィルタ
22a,22b,22c:受光素子部
22c:非炎検出素子部
24a,24b,24c:前置フィルタ
25:受光電極
26a,26b,26c:プリアンプ
27:FET
28a,28b,28c:メインアンプ
30a,30b,30c:終段アンプ
32:加算アンプ
35a,35b,35c,35d:A/D変換ポート
36:判断部
38:試験制御部
45:焦電体
50:筐体
52:センサ収納部
54:中央凸部
56-1,56-2:試験窓
60,60-1,60-2:試験光源
74-1,74-2:反射フード