JP2018044792A - Flame detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は炎検知器に関する。 The present invention relates to a flame detector.
従来、輻射式の火災検知器としては、火炎から放射される特定波長帯の輻射エネルギーが一定量以上に達したことを検出する定輻射式、火炎特有のちらつきを検出するちらつき式、さらに複数の波長帯の輻射エネルギーの大きさを比較する2波長式、3波長式等の各種方式が存在する。そして、これらの輻射式火災検知器においては、火炎から放射される紫外線や赤外線等の輻射光を受光センサ(例えばフォトダイオード、焦電センサ、放電管等)で検出するものがある。 Conventionally, as a radiation type fire detector, a constant radiation type that detects that the radiation energy of a specific wavelength band radiated from a flame has reached a certain amount or more, a flicker type that detects flicker peculiar to a flame, and more than one There are various methods, such as a two-wavelength method and a three-wavelength method, for comparing the magnitude of radiation energy in the wavelength band. Some of these radiation-type fire detectors detect radiation light such as ultraviolet rays and infrared rays emitted from a flame with a light receiving sensor (for example, a photodiode, a pyroelectric sensor, a discharge tube).
赤外線式炎検知器の具体的構造としては、複数のセンサのうち炭酸ガス共鳴放射帯(4.3〜4.5μm 近傍)を捉えるセンサと、その長波長側、及び/又は短波長側に他のセンサを1ないし複数そなえており、それらの信号を増幅し、AD変換し、炎検出アルゴリズムを組み込んだ演算処理装置にて判定するように構成される。 As a specific structure of the infrared flame detector, a sensor that captures the carbon dioxide resonance radiation band (near 4.3 to 4.5 μm) of a plurality of sensors, and other sensors on the long wavelength side and / or short wavelength side thereof. One or more are provided, and these signals are amplified, AD-converted, and determined by an arithmetic processing unit incorporating a flame detection algorithm.
受光した赤外線の変化量に応じた信号を出力するセンサであれば、背景信号の周波数成分から、炎特有の周波数成分(ちらつき)を抽出して火災判定に利用するものが知られている。 As long as the sensor outputs a signal corresponding to the amount of change in received infrared light, a sensor that extracts a flame-specific frequency component (flicker) from a frequency component of a background signal and uses it for fire determination is known.
一方、受光した赤外線の絶対量に応じて信号を出力するものであれば、センサからの信号には環境変化によるもの(例えば背景にある赤外放射、朝夕の寒暖差など)が含まれるため、それらの環境ノイズ(比較的ゆっくり変化する信号)と、急激に変化する信号との差(変化量)を炎判定に利用する。 On the other hand, if the signal is output according to the absolute amount of received infrared light, the signal from the sensor includes environmental changes (for example, infrared radiation in the background, temperature difference between morning and evening), The difference (change amount) between the environmental noise (a signal that changes relatively slowly) and the signal that changes abruptly (change amount) is used for flame determination.
各センサの変化量を信号として扱うことで、背景の環境に左右されない炎検出を行うことができる。その上で、基本的には炭酸ガス共鳴放射帯の信号変化量のみが大きい場合に、炎と判定する。 By treating the amount of change of each sensor as a signal, flame detection independent of the background environment can be performed. In addition, basically, when only the signal change amount of the carbon dioxide resonance radiation band is large, it is determined as a flame.
しかしながら、炭酸ガス共鳴放射帯の信号変化量のみが大きいときに炎と判定するアルゴリズムの場合、炭酸ガスを含む熱風からの放射、或いは排気ガスなどの燃焼ガスでも、炎を誤検知してしまう場合がある。 However, in the case of an algorithm that determines a flame when only the signal change amount of the carbon dioxide resonance radiation band is large, the flame is erroneously detected even with radiation from hot air containing carbon dioxide gas or combustion gas such as exhaust gas There is.
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、精度よく炎を検知することができる炎検知器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a flame detector capable of accurately detecting a flame.
上記目的を達成するために、本発明に係る炎検知器は、炭酸ガス共鳴放射帯のピーク波長を含む第1帯域の赤外光を透過する第1帯域フィルターと、前記第1帯域とは異なる第2帯域の赤外光を透過させると共に、帯域中心が前記炭酸ガス共鳴放射帯の帯域中心から離れた位置に設けられた第2帯域フィルターと、前記第1帯域及び前記第2帯域とは異なる第3帯域の赤外光を透過させると共に、帯域中心が前記炭酸ガス共鳴放射帯の帯域中心から離れた位置に設けられた第3帯域フィルターと、前記第1帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する第1検出素子と、前記第2帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する第2検出素子と、前記第3帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する第3検出素子と、前記第1検出素子によって検出された電気信号の第一平均値、前記第2検出素子によって検出された電気信号の第二平均値、及び前記第3検出素子によって検出された電気信号の第三平均値を算出する平均算出部と、前記第1検出素子によって検出された電気信号の、前記第一平均値からの第一変化量、前記第2検出素子によって検出された電気信号の、前記第二平均値からの第二変化量、及び前記第3検出素子によって検出された電気信号の、前記第三平均値からの第三変化量を算出する変化量算出部と、前記変化量算出部によって算出された前記第一変化量、前記第二変化量、及び前記第三変化量のいずれか一つ又は複数を判定閾値と比較して、炎を検知したか否かを判定する判定部と、を含み、前記判定部は、前記第二変化量、及び前記第三変化量から求められる、波長とエネルギーとの関係を表す近似直線から得られる、前記第一変化量に対応する計算値を雑音量として算出し、前記雑音量に応じて検知感度を変更して、炎を検知したか否かを判定する。 In order to achieve the above object, a flame detector according to the present invention is different from the first band filter, which transmits a first band infrared light including a peak wavelength of a carbon dioxide resonance radiation band, and the first band. The first band and the second band are different from the second band filter that transmits infrared light of the second band and the band center is provided at a position away from the band center of the carbon dioxide resonance radiation band. A third band filter that transmits infrared light in the third band and whose band center is located away from the band center of the carbon dioxide resonance radiation band; and infrared light that has passed through the first band filter. A first detection element that detects and converts it into an electrical signal, a second detection element that detects and converts infrared light that has passed through the second band filter, and an infrared that has passed through the third band filter Detecting light and electrical signal A third detection element to be converted, a first average value of the electrical signal detected by the first detection element, a second average value of the electrical signal detected by the second detection element, and detection by the third detection element An average calculating unit for calculating a third average value of the electrical signal, and a first change amount of the electrical signal detected by the first detection element from the first average value, detected by the second detection element. A change amount calculating unit that calculates a second change amount from the second average value of the electric signal and a third change amount from the third average value of the electric signal detected by the third detection element; Whether or not a flame is detected by comparing one or more of the first change amount, the second change amount, and the third change amount calculated by the change amount calculation unit with a determination threshold value. A determination unit for determining Calculated from the approximate straight line representing the relationship between wavelength and energy, obtained from the second change amount and the third change amount, and a calculated value corresponding to the first change amount as a noise amount, The detection sensitivity is changed according to the amount to determine whether or not a flame has been detected.
本発明に係る炎検知器によれば、第1検出素子によって、炭酸ガス共鳴放射帯のピーク波長を含む第1帯域の赤外光を透過する第1帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する。第2検出素子によって、第1帯域とは異なる第2帯域の赤外光を透過させる第2帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する。第3検出素子によって、第1帯域及び第2帯域とは異なる第3帯域の赤外光を透過させる第3帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する。 According to the flame detector of the present invention, the first detection element detects the infrared light transmitted through the first band filter that transmits the first band infrared light including the peak wavelength of the carbon dioxide resonance radiation band. Convert it into an electrical signal. The second detection element detects infrared light that has passed through a second band filter that transmits infrared light in a second band different from the first band, and converts it into an electrical signal. The third detection element detects infrared light transmitted through a third band filter that transmits infrared light in a third band different from the first band and the second band, and converts the detected infrared light into an electrical signal.
そして、平均算出部によって、前記第1検出素子によって検出された電気信号の第一平均値、前記第2検出素子によって検出された電気信号の第二平均値、及び前記第3検出素子によって検出された電気信号の第三平均値を算出する。変化量算出部によって、前記第1検出素子によって検出された電気信号の、前記第一平均値からの第一変化量、前記第2検出素子によって検出された電気信号の、前記第二平均値からの第二変化量、及び前記第3検出素子によって検出された電気信号の、前記第三平均値からの第三変化量を算出する。 Then, the average calculation unit detects the first average value of the electrical signal detected by the first detection element, the second average value of the electrical signal detected by the second detection element, and the third detection element. The third average value of the electrical signal is calculated. From a first change amount of the electrical signal detected by the first detection element by the change amount calculation unit from the first average value and from the second average value of the electrical signal detected by the second detection element. And a third change amount from the third average value of the electrical signal detected by the third detection element is calculated.
そして、判定部によって、前記変化量算出部によって算出された前記第一変化量、前記第二変化量、及び前記第三変化量のいずれか一つ又は複数を判定閾値と比較して、炎を検知したか否かを判定する。このとき、前記判定部は、前記第二変化量、及び前記第三変化量から求められる、波長とエネルギーとの関係を表す近似直線から得られる、前記第一変化量に対応する計算値を雑音量として算出し、前記雑音量に応じて検知感度を変更して、炎を検知したか否かを判定する。 Then, the determination unit compares any one or more of the first change amount, the second change amount, and the third change amount calculated by the change amount calculation unit with a determination threshold value, and It is determined whether or not it has been detected. At this time, the determination unit obtains the calculated value corresponding to the first change amount obtained from the approximate straight line representing the relationship between the wavelength and energy obtained from the second change amount and the third change amount as noise. It is calculated as an amount, and the detection sensitivity is changed according to the noise amount, and it is determined whether or not a flame is detected.
本発明の炎検知器によれば、炭酸ガス共鳴放射帯の赤外光、及び炭酸ガス共鳴放射帯とは異なる2つの帯域の赤外光の各々を検出して電気信号に変換し、それぞれの平均値との変化量を算出し、判定閾値と比較して、炎を検知したか否かを判定するときに、雑音量に応じて検知感度を変更して、炎を検知したか否かを判定することにより、精度よく炎を検知することができる、という効果が得られる。 According to the flame detector of the present invention, infrared light in the carbon dioxide resonance radiation band and infrared light in two bands different from the carbon dioxide resonance radiation band are detected and converted into electrical signals, respectively. When calculating the amount of change from the average value and comparing it with the determination threshold, it is determined whether the flame is detected by changing the detection sensitivity according to the amount of noise. By determining, the effect that a flame can be detected accurately is acquired.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<本発明の実施の形態の概要>
焦電センサを使用した従来方式(例えば、特許文献1、2)によれば、ノイズカットや周波数分解の信号処理が必要であり、処理の高速化や検知時間の遅延が課題である。
<Outline of Embodiment of the Present Invention>
According to the conventional method using a pyroelectric sensor (for example, Patent Documents 1 and 2), signal processing for noise cut and frequency decomposition is necessary, and speeding up of processing and delay of detection time are problems.
本実施の形態の炎検知器は、サーモパイルセンサを用いており、赤外信号の強さに応じた直流成分の電気信号を処理するため、周波数分解処理が不要であり、高感度かつ早期検知が可能である。 The flame detector of the present embodiment uses a thermopile sensor and processes an electrical signal of a DC component corresponding to the intensity of the infrared signal, so no frequency decomposition processing is required, and high sensitivity and early detection are possible. Is possible.
しかし、サーモパイルセンサを用いた従来方式(例えば、特許文献4)では、高温の熱風で誤作動する事例もあった。そこで、検知する赤外波長の数を少なくとも3つ以上備えるようにして、炭酸ガス共鳴放射帯以外の二つ(以上)のセンサの信号を比較して、熱風か否かを判定するようにした。 However, in the conventional method using a thermopile sensor (for example, Patent Document 4), there is a case where malfunction occurs due to high-temperature hot air. Therefore, the number of infrared wavelengths to be detected is at least three, and the signals of two (or more) sensors other than the carbon dioxide resonance radiation band are compared to determine whether the air is hot. .
具体的には、4.0μm近傍、4.5μm近傍、5.0μm近傍の帯域のみを透過する帯域フィルター(バンドパスフィルター)を装着した三つの赤外線センサから出力される信号を増幅し、AD変換を経てCPUに信号入力する。 Specifically, it amplifies the signals output from three infrared sensors equipped with band filters (bandpass filters) that transmit only the bands near 4.0μm, 4.5μm, and 5.0μm, and after undergoing AD conversion, the CPU Input signal to.
当該CPUには炎検知アルゴリズムが組み込まれており、当該炎検知アルゴリズムは、当該三つの赤外センサから出力される信号変化の特徴から炎判定を行う。また、当該CPUには熱風と炎とを判別するアルゴリズムも組み込まれている。 A flame detection algorithm is incorporated in the CPU, and the flame detection algorithm makes a flame determination from the characteristics of signal changes output from the three infrared sensors. The CPU also incorporates an algorithm for discriminating hot air and flame.
有機物が炎を伴って燃焼するときに、二酸化炭素の共鳴放射帯(4.5μm)の赤外線を放射することが知られている。よって4.5μm近傍の帯域とそれ以外の4.0μm近傍の帯域及び5.0μm近傍の帯域の信号の強さを比較することで、炎を検知したか否かを判定できる。 It is known that when organic matter burns with a flame, it emits infrared rays in the resonance emission band (4.5 μm) of carbon dioxide. Therefore, it is possible to determine whether or not a flame has been detected by comparing the signal strength in the band near 4.5 μm, the band near 4.0 μm, and the band near 5.0 μm.
しかし、二酸化炭素を含む高温の気流からも、4.5μm近傍の帯域の放射があり、高感度、早期検知の炎判定アルゴリズムにあっては、高温の熱風で誤作動する事例があった。 However, even in a high-temperature air stream containing carbon dioxide, there is radiation in the band near 4.5 μm, and there were cases in which the high-sensitivity and early detection flame judgment algorithm malfunctioned with high-temperature hot air.
そこで、本実施の形態では、4.0μm近傍の帯域及び5.0μm近傍の帯域の信号も比較し、4.0μm近傍の帯域の信号が5.0μm 近傍の帯域の信号よりも大きい(高温の放射を伴う)場合と、そうでない場合の少なくとも二つの場合に分けて炎判定を行う手段を備えることとした。 Therefore, in the present embodiment, the signal in the band near 4.0 μm and the signal in the band near 5.0 μm are also compared, and the signal in the band near 4.0 μm is larger than the signal in the band near 5.0 μm (with high temperature radiation). It was decided to provide a means for performing flame determination separately for at least two cases of cases and cases not.
すなわち、4.0μm 近傍の帯域の信号変化量≦5.0μm 近傍の帯域の信号変化量の場合は火災判定を厳しく行うようにした。 In other words, when the signal change amount in the band near 4.0 μm ≦ signal change amount in the band near 5.0 μm, the fire judgment is strictly performed.
また、炎を検知する原理について説明する。 The principle of detecting a flame will be described.
ステファンボルツマンの法則より、黒体の波長別の放射エネルギーは図13のようになることが分かっている。この温度放射別のピークはWienの変位則に従うが、炭酸ガス共鳴放射帯付近では、波長とエネルギーとの関係は、直線で近似できることが分かる。 From Stefan-Boltzmann's law, it is known that the radiant energy for each wavelength of a black body is as shown in FIG. Although the peak for each temperature radiation follows Wien's displacement law, the relationship between wavelength and energy can be approximated by a straight line in the vicinity of the CO2 resonance radiation band.
従って、4.0μm近傍と5.0μm近傍とを捉える(帯域フィルター付き)赤外センサの信号値から得られる近似直線で、黒煙などによる炭酸ガス共鳴放射帯での灰色放射量を求めることができ、これを雑音量として取り除けば、炭酸ガス共鳴放射による放射量だけ取り出すことができ、閾値と比較して、炎判定をすることができる。また、雑音量に応じて、検知感度を変更することにより、精度よく炎判定をすることができる。 Therefore, in the approximate straight line obtained from the signal value of the infrared sensor (with bandpass filter) that captures the vicinity of 4.0μm and 5.0μm, the amount of gray radiation in the carbon dioxide resonance radiation band due to black smoke can be obtained, If this is removed as the amount of noise, only the amount of radiation due to carbon dioxide resonance radiation can be extracted, and flame determination can be made in comparison with a threshold value. In addition, it is possible to accurately determine the flame by changing the detection sensitivity according to the amount of noise.
また、炎判定の判定結果に応じて火災信号を出力する際に、雑音量、又は雑音量との差分に応じて、火災信号を出力するまでの火災判定速度を変化させる。これにより、炎が大きいほど、早く火災信号を出力するようにし、炎が小さいほど、遅く火災信号を出力するようにすることができる。 Further, when a fire signal is output according to the determination result of the flame determination, the fire determination speed until the fire signal is output is changed according to the noise amount or the difference from the noise amount. Accordingly, the fire signal can be output earlier as the flame is larger, and the fire signal can be output later as the flame is smaller.
<システム構成>
以下、本発明の実施の形態に係る炎検知器について説明する。
<System configuration>
Hereinafter, a flame detector according to an embodiment of the present invention will be described.
図1に示すように、本発明の実施の形態に係る炎検知器10は、炎が発する炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm近傍の帯域の赤外光を検出する第1センサ12と、炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の帯域の4.0μm近傍の帯域の赤外光を検出する第2センサ14と、炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の帯域の5.0μm近傍の帯域の赤外光を検出する第3センサ16と、第1センサ12からの信号を増幅する増幅部18と、第2センサ14からの信号を増幅する増幅部20と、第3センサ16からの信号を増幅する増幅部22と、増幅部18、20、22からの信号を増幅する増幅部24と、増幅部24からの信号をディジタル値に変換するAD変換部26と、炎検知のための前処理や外部出力部32を制御する第1の演算処理部28と、炎を検知する処理を行う第2の演算処理部30と、外部出力部32とを備えている。 As shown in FIG. 1, a flame detector 10 according to an embodiment of the present invention includes a first sensor 12 that detects infrared light in the vicinity of 4.5 μm of a carbon dioxide resonance radiation band emitted by a flame, and carbon dioxide gas. A second sensor 14 that detects infrared light in a band near 4.0 μm in a wavelength band shorter than the resonance radiation band, and detects infrared light in a band near 5.0 μm in a wavelength band longer than the carbon dioxide resonance radiation band. A third sensor 16; an amplifier 18 for amplifying a signal from the first sensor 12; an amplifier 20 for amplifying a signal from the second sensor 14; and an amplifier 22 for amplifying a signal from the third sensor 16. An amplifier 24 for amplifying the signals from the amplifiers 18, 20, 22; an AD converter 26 for converting the signal from the amplifier 24 into a digital value; and a pre-processing and external output unit 32 for flame detection The first arithmetic processing unit 28 to be controlled and the process of detecting the flame are performed. A second arithmetic processing unit 30, and an external output unit 32.
第1センサ12は、炎が発する炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm近傍の帯域の赤外光を透過するフィルター12Aと、フィルター12Aを透過した赤外光を検出して直流成分の電気信号に変換する検出素子12Bとを備えている。 The first sensor 12 detects infrared light transmitted through the filter 12A and a filter 12A that transmits infrared light in the vicinity of 4.5 μm of the carbon dioxide resonance radiation band emitted by the flame, and converts it into an electrical signal of a DC component. Detecting element 12B.
第2センサ14は、炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の帯域の4.0μm近傍の帯域の赤外光を透過させるフィルター14Aと、フィルター14Aを透過した赤外光を検出して直流成分の電気信号に変換する検出素子14Bとを備えている。 The second sensor 14 detects the infrared light transmitted through the filter 14A and a filter 14A that transmits infrared light in a band in the vicinity of 4.0 μm having a wavelength shorter than the carbon dioxide resonance radiation band. And a detecting element 14B for converting to.
第3センサ16は、炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の帯域の5.0μm近傍の帯域の赤外光を透過させるフィルター16Aと、フィルター16Aを透過した赤外光を検出して直流成分の電気信号に変換する検出素子16Bとを備えている。 The third sensor 16 transmits infrared light in a band near 5.0 μm in a wavelength band longer than the carbon dioxide resonance radiation band, and detects infrared light transmitted through the filter 16A to detect an electric signal of a DC component. And a detection element 16B for converting to the above.
なお、炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm 近傍の帯域の赤外光を検出する弱い電気信号を確実に捉えるために、第1センサ12と同じセンサを更に設けてもよい。 Note that the same sensor as the first sensor 12 may be further provided in order to reliably capture a weak electric signal for detecting infrared light in a band near 4.5 μm of the carbon dioxide resonance radiation band.
検出素子12B、14B、16Bは、サーモパイルで構成されているが、InAsSb素子など、他の光起電力タイプの素子にて構成することもある。なお、InAsSb素子は、サーモパイルと比較して赤外線検出速度が極めて速いため、InAsSb素子を用いることにより、回路構成は同じでも、AD変換速度を速くする事で、極めて高速に炎を検出することが出来る炎検知器が可能となる。 The detection elements 12B, 14B, and 16B are composed of thermopiles, but may be composed of other photovoltaic type elements such as InAsSb elements. Note that the InAsSb element has an extremely high infrared detection speed compared to the thermopile, so even if the circuit configuration is the same, the InAsSb element can detect flames at a very high speed by increasing the AD conversion speed. The flame detector that can be made becomes possible.
増幅部18、20、22は、第1センサ12、第2センサ14、及び第3センサ16の各々の電気信号をそれぞれ独立して増幅する。 The amplifying units 18, 20, and 22 independently amplify the electrical signals of the first sensor 12, the second sensor 14, and the third sensor 16, respectively.
増幅部24は、増幅部18、20、22によって個別に増幅された電気信号を、一定の時間で順次切り替えて一つの電気信号に集約するスイッチ部(図示省略)を含み、当該スイッチ部により一つに集約された電気信号を、当該電気信号の強さに応じて選択的(信号が小さいときは高利得、信号が大きいときは低利得)に増幅する。 The amplifying unit 24 includes a switch unit (not shown) that sequentially switches the electrical signals individually amplified by the amplifying units 18, 20, and 22 and aggregates them into a single electrical signal. The electrical signal collected into one is selectively amplified (high gain when the signal is small, and low gain when the signal is large) according to the strength of the electrical signal.
第1の演算処理部28及び第2の演算処理部30は、それぞれCPUで構成されており、第1の演算処理部28及び第2の演算処理部30を、機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図2に示すように、第1の演算処理部28は、信号取得部40、補正係数設定部42、補正部44、及び警報表示部46Aを備えている。また、第2の演算処理部30は、平均算出部50、変化量算出部52、火災判定部54、回数判定部56、警報制御部58、及び警報出力部46Bを備えている。 The first arithmetic processing unit 28 and the second arithmetic processing unit 30 are each composed of a CPU, and the function obtained by dividing the first arithmetic processing unit 28 and the second arithmetic processing unit 30 for each function realization means. If it demonstrates with a block, as shown in FIG. 2, the 1st arithmetic processing part 28 is provided with the signal acquisition part 40, the correction coefficient setting part 42, the correction | amendment part 44, and the alarm display part 46A. The second arithmetic processing unit 30 includes an average calculation unit 50, a change amount calculation unit 52, a fire determination unit 54, a frequency determination unit 56, an alarm control unit 58, and an alarm output unit 46B.
信号取得部40は、AD変換部26から出力された信号から、第1センサ12からの電気信号の値、第2センサ14からの電気信号の値、第3センサ16からの電気信号の値を取得する。 The signal acquisition unit 40 calculates the value of the electrical signal from the first sensor 12, the value of the electrical signal from the second sensor 14, and the value of the electrical signal from the third sensor 16 from the signal output from the AD conversion unit 26. get.
補正係数設定部42は、図3に示すように、第1センサ12、第2センサ14、及び第3センサ16に対して、黒体炉などの基準光源から赤外光の基準光を照射したときに、信号取得部40によって取得された電気信号の各々の値(図4(A)参照)に基づいて、以下の第1の補正ステップ〜第3の補正ステップにより、補正係数を事前に設定する。 As shown in FIG. 3, the correction coefficient setting unit 42 irradiates the first sensor 12, the second sensor 14, and the third sensor 16 with infrared reference light from a reference light source such as a black body furnace. Sometimes, based on each value of the electric signal acquired by the signal acquisition unit 40 (see FIG. 4A), the correction coefficient is set in advance by the following first to third correction steps. To do.
第1の補正ステップでは、図4(B)に示すように、センサ間の感度のばらつきを均等化するための補正係数を設定する。例えば、第1センサ12からの電気信号の値の最大値及び最小値の差分と、第2センサ14からの電気信号の値の最大値及び最小値の差分と、第3センサ16からの電気信号の値の最大値及び最小値の差分とが同一になるように処理するための補正係数を設定する。 In the first correction step, as shown in FIG. 4B, a correction coefficient for equalizing the sensitivity variation between the sensors is set. For example, the difference between the maximum value and the minimum value of the electric signal value from the first sensor 12, the difference between the maximum value and the minimum value of the electric signal value from the second sensor 14, and the electric signal from the third sensor 16. A correction coefficient for processing so that the difference between the maximum value and the minimum value of the values is the same is set.
第2の補正ステップでは、第1の補正ステップで設定された補正係数を用いた上で、図4(C)に示すように、炎検知器10の個体間の感度のばらつきを均等化するための補正係数を設定する。例えば、第1センサ12からの電気信号の値の最大値及び最小値の差分と、第2センサ14からの電気信号の値の最大値及び最小値の差分と、第3センサ16からの電気信号の値の最大値及び最小値の差分との各々が、それぞれの基準値と同一になるように処理するための補正係数を設定する。 In the second correction step, after using the correction coefficient set in the first correction step, as shown in FIG. 4C, in order to equalize variation in sensitivity among the flame detectors 10. Set the correction factor. For example, the difference between the maximum value and the minimum value of the electric signal value from the first sensor 12, the difference between the maximum value and the minimum value of the electric signal value from the second sensor 14, and the electric signal from the third sensor 16. The correction coefficient for processing is set so that each of the difference between the maximum value and the minimum value of the values becomes the same as the reference value.
第3の補正ステップでは、第1の補正ステップ及び第2の補正ステップで設定された補正係数を用いた上で、図4(D)に示すように、第1センサ12、第2センサ14、及び第3センサ16の各々からの電気信号の値に対して、オフセット補正を行うための補正係数を設定する。 In the third correction step, after using the correction coefficients set in the first correction step and the second correction step, as shown in FIG. 4D, the first sensor 12, the second sensor 14, And the correction coefficient for performing offset correction is set with respect to the value of the electric signal from each of the third sensors 16.
補正部44は、信号取得部40によって取得された、第1センサ12からの電気信号の値、第2センサ14からの電気信号の値、及び第3センサ16からの電気信号の値に対して、補正係数設定部42によって設定された補正係数を用いて補正を行い、第2の演算処理部30へ出力する。 The correction unit 44 performs the electrical signal value from the first sensor 12, the electrical signal value from the second sensor 14, and the electrical signal value from the third sensor 16 acquired by the signal acquisition unit 40. Then, correction is performed using the correction coefficient set by the correction coefficient setting unit 42, and the correction coefficient is output to the second arithmetic processing unit 30.
平均算出部50は、補正部44によって補正された第1センサ12からの電気信号の値の移動平均値(例えば過去100秒間の平均値)を、第1センサ12の信号の監視環境信号値として算出する(図5(A)参照)。また、平均算出部50は、同様に、補正部44によって補正された第2センサ14からの電気信号の値の移動平均値を、第2センサ14の信号の監視環境信号値として算出する。また、平均算出部50は、同様に、補正部44によって補正された第3センサ16からの電気信号の値の移動平均値を、第3センサ16の信号の監視環境信号値として算出する。 The average calculation unit 50 uses the moving average value of the value of the electric signal from the first sensor 12 corrected by the correction unit 44 (for example, the average value for the past 100 seconds) as the monitoring environment signal value of the signal of the first sensor 12. Calculate (see FIG. 5A). Similarly, the average calculation unit 50 calculates the moving average value of the value of the electric signal from the second sensor 14 corrected by the correction unit 44 as the monitoring environment signal value of the signal of the second sensor 14. Similarly, the average calculation unit 50 calculates the moving average value of the value of the electric signal from the third sensor 16 corrected by the correction unit 44 as the monitoring environment signal value of the signal of the third sensor 16.
変化量算出部52は、補正部44によって補正された第1センサ12からの電気信号のライブ値と、平均算出部50によって算出された第1センサ12の信号の監視環境信号値との差を、第一変化量として算出する(図5(B)参照)。また、変化量算出部52は、同様に、補正部44によって補正された第2センサ14からの電気信号のライブ値と、平均算出部50によって算出された第2センサ14の信号の監視環境信号値との差を、第二変化量として算出する。また、変化量算出部52は、同様に、補正部44によって補正された第3センサ16からの電気信号のライブ値と、平均算出部50によって算出された第3センサ16の信号の監視環境信号値との差を、第三変化量として算出する。 The change amount calculation unit 52 calculates the difference between the live value of the electrical signal from the first sensor 12 corrected by the correction unit 44 and the monitoring environment signal value of the signal of the first sensor 12 calculated by the average calculation unit 50. The first change amount is calculated (see FIG. 5B). Similarly, the change amount calculation unit 52 also monitors the live value of the electrical signal from the second sensor 14 corrected by the correction unit 44 and the monitoring environment signal of the signal of the second sensor 14 calculated by the average calculation unit 50. The difference from the value is calculated as the second change amount. Similarly, the change amount calculation unit 52 also monitors the live value of the electrical signal from the third sensor 16 corrected by the correction unit 44 and the monitoring environment signal of the signal of the third sensor 16 calculated by the average calculation unit 50. The difference from the value is calculated as the third change amount.
ここで、炎を検知する原理について説明する。 Here, the principle of detecting a flame will be described.
まず、図6に示すように、炎が発する炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm 近傍の帯域の赤外光を検出した信号、4.0μm 近傍の帯域の赤外光を検出した信号、5.0μm 近傍の帯域の赤外光を検出した信号を比較すると、熱放射の場合には、ウィーンの変位則により、温度別でスペクトル分布線の傾きが変わる。370℃で約4.5μm近傍の帯域が緩やかにピークを持ち、370℃より高温の場合は左上がりとなり、370℃より低温の場合は右上がりとなる。 First, as shown in FIG. 6, a signal detecting infrared light in the vicinity of 4.5 μm of the carbon dioxide resonance radiation band emitted by the flame, a signal detecting infrared light in the band near 4.0 μm, and a signal near 5.0 μm. Comparing the signals detected with infrared light in the band, in the case of thermal radiation, the slope of the spectral distribution line changes according to temperature according to Wien's displacement law. The band in the vicinity of about 4.5 μm at 370 ° C has a gradual peak, rising to the left when the temperature is higher than 370 ° C and rising to the right when the temperature is lower than 370 ° C.
炎の場合には、炭酸ガス共鳴放射により、4.5μm近傍の帯域にピークを持つ波形となる。また、高温生成物(煙等)により高温側(左上がり)の放射が複合する。 In the case of a flame, a waveform having a peak in a band near 4.5 μm is generated by carbon dioxide resonance radiation. In addition, high-temperature products (smoke etc.) combine radiation on the high temperature side (upward to the left).
熱風の場合には、4.5μm近傍の帯域にピークを持つ波形となるが、高温生成物(煙等)を含まないので低温側(右上がり)の放射が複合する。 In the case of hot air, it has a waveform with a peak in the vicinity of 4.5 μm.
本実施の形態の火災判定における雑音量の導出概要図を図7に示す。また、火災判定に用いる閾値テーブルの例を図8に示す。 FIG. 7 shows a schematic diagram for deriving the amount of noise in the fire determination of the present embodiment. An example of a threshold table used for fire determination is shown in FIG.
一例として炎の赤外放射を受光し、図7のような信号の変化量が各帯域において得られたとすると火災判定は以下の(1)〜(3)のステップで行われる。 As an example, if the infrared radiation of the flame is received and the change amount of the signal as shown in FIG. 7 is obtained in each band, the fire determination is performed in the following steps (1) to (3).
(1)4.0μm近傍の帯域の変化量と波長5.0μm近傍の帯域の変化量とを用いた近似直線より、炭酸ガス共鳴放射を無視した波長4.5μm近傍の帯域にあたる計算値を雑音量として算出する。この雑音量により、火災以外の赤外放射体の影響の大きさを表すこととしている。 (1) From the approximate line using the amount of change in the band near 4.0 μm and the amount of change in the band near 5.0 μm, the calculated value in the band near 4.5 μm ignoring carbon dioxide resonance radiation is calculated as the amount of noise. To do. The amount of noise represents the magnitude of the influence of infrared radiators other than fire.
(2)雑音量と波長4.5μm近傍の帯域の変化量との比を判定比として算出する。 (2) The ratio between the amount of noise and the amount of change in the band near the wavelength of 4.5 μm is calculated as the determination ratio.
(3)求めた雑音量を参照値として火災判定のための閾値を選択し、判定値をあてはめ火災判定を行う。 (3) A threshold for fire determination is selected using the obtained noise amount as a reference value, and a fire determination is made by applying the determination value.
このように、雑音量を、閾値テーブルの参照値として扱うことにより、火災を検出しにくい環境や監視対象の変化に対応した火災判断が可能となり製品仕様をより確実にしている。 In this way, by treating the amount of noise as a reference value in the threshold value table, it is possible to make a fire determination corresponding to an environment in which a fire is difficult to detect or a change in the monitoring target, thereby further ensuring product specifications.
4.5μm近傍の帯域では、判定比が閾値以上であるという条件を満たした場合、炎を検知したと判断する。なお、閾値テーブルでは、雑音量毎に、第一変化量(4.5μm 近傍)についての判定比の閾値が定められている。 In the band near 4.5 μm, it is determined that a flame has been detected when the condition that the determination ratio is equal to or greater than the threshold is satisfied. In the threshold value table, the threshold value of the determination ratio for the first change amount (near 4.5 μm) is determined for each noise amount.
以上説明した原理にしたがって、本実施の形態では、火災判定部54は、変化量算出部52によって算出された第一変化量(4.5μm 近傍)の値、第二変化量(4.0μm近傍)の値、及び第三変化量(5.0μm 近傍)の値の少なくとも1つが閾値E以上であり、かつ、第二変化量の値及び第三変化量の値の近似直線から得られる4.5μm 近傍の計算値(雑音量)と、第一変化量との比について、閾値と比較した結果が、予め定められた条件を満たした場合に炎を検知したと判定する。なお、閾値Eは、炎判定を行うか否かの最小の信号変化量であり、共通閾値の一例である。一方、炎判定のための閾値テーブルでは、比の閾値が、判定閾値の一例である。 In accordance with the principle described above, in the present embodiment, the fire determination unit 54 calculates the value of the first change amount (near 4.5 μm) and the second change amount (near 4.0 μm) calculated by the change amount calculation unit 52. Value and the third change (near 5.0 μm) is greater than or equal to the threshold E, and the calculation is around 4.5 μm obtained from the approximate line of the second change value and the third change value. About the ratio of the value (noise amount) and the first change amount, it is determined that the flame is detected when the result of comparison with the threshold satisfies a predetermined condition. The threshold E is the minimum signal change amount indicating whether or not to perform flame determination, and is an example of a common threshold. On the other hand, in the threshold table for flame determination, the ratio threshold is an example of the determination threshold.
ここで、火災判定部54は、第二変化量の値が、前記第三変化量の値より大きい場合、第一変化量の計算値を雑音量として、雑音量と第一変化量との比に対する閾値を、閾値テーブルから取得して、判定を行う。一方、火災判定部54は、第二変化量の値が前記第三変化量の値以下である場合、厳しく判定するための予め定められた比に対する閾値(例えば、雑音量が0の場合に対応する閾値)を用いて、判定を行う。 Here, when the value of the second change amount is larger than the value of the third change amount, the fire determination unit 54 uses the calculated value of the first change amount as the noise amount, and the ratio between the noise amount and the first change amount. The threshold value for is acquired from the threshold value table and the determination is made. On the other hand, when the value of the second change amount is equal to or less than the value of the third change amount, the fire determination unit 54 responds to a threshold value (for example, when the noise amount is 0) for a strict determination. Determination is performed using a threshold value).
上述した火災判定部54による判定は、一定周期で繰り返し実行される。 The determination by the fire determination unit 54 described above is repeatedly executed at a constant period.
回数判定部56は、図9に示すように、火災判定部54により連続で炎を検知したと判定された回数が予め定められた連続回数以上の場合、又は火災判定部54により一定の時間内に炎を検知したと判定された回数が予め定められた累積回数以上の場合に、監視環境信号値(移動平均値)を固定値とするとともに、火災信号を出力する。 As shown in FIG. 9, the number-of-times determination unit 56 is configured such that when the number of times it is determined that the fire determination unit 54 has continuously detected flames is greater than or equal to a predetermined number of consecutive times, When the number of times it is determined that a flame has been detected is greater than or equal to a predetermined cumulative number, the monitoring environment signal value (moving average value) is set to a fixed value and a fire signal is output.
本実施の形態では、雑音量及び/又は第一変化量と雑音量の差分に応じて、火災信号を出力するまでの火災判定速度を変化させるように回数に関する閾値を変更する。例えば、雑音量が大きいほど、又は第一変化量と雑音量の差分が大きいほど、火災信号を出力するまでの火災判定速度を速くように回数に関する閾値を小さく変更する。 In the present embodiment, the threshold relating to the number of times is changed so that the fire determination speed until the fire signal is output is changed according to the noise amount and / or the difference between the first change amount and the noise amount. For example, the threshold value regarding the number of times is changed to be smaller so that the fire determination speed until the fire signal is output becomes faster as the noise amount is larger or the difference between the first change amount and the noise amount is larger.
警報制御部58は、回数判定部56から火災信号が出力された場合、火災を報知するように警報表示部46A及び警報出力部46Bを制御する。例えば、警報表示部46Aは赤色LEDを点灯させ、警報出力部46Bはフォトカプラを導通状態にさせ、外部出力部32を構成する接点出力を作動させる。 The alarm control unit 58 controls the alarm display unit 46A and the alarm output unit 46B so as to notify a fire when a fire signal is output from the number determination unit 56. For example, the alarm display unit 46A turns on the red LED, the alarm output unit 46B makes the photocoupler conductive, and activates the contact output constituting the external output unit 32.
<炎検知器の作用>
次に、本発明の実施の形態に係る炎検知器10の作用について説明する。
<Operation of flame detector>
Next, the operation of the flame detector 10 according to the embodiment of the present invention will be described.
まず、設置前の炎検知器10に対して、事前に補正係数を設定する。具体的には、黒体炉などの基準光源から、第1センサ12、第2センサ14、及び第3センサ16に対して赤外光の基準光を照射しているときに、炎検知器10の補正係数設定部42が、上記の第1の補正ステップ〜第3の補正ステップにより、補正係数を設定する。 First, a correction coefficient is set in advance for the flame detector 10 before installation. Specifically, when the reference light source such as a black body furnace emits infrared reference light to the first sensor 12, the second sensor 14, and the third sensor 16, the flame detector 10. The correction coefficient setting unit 42 sets the correction coefficient through the first to third correction steps.
補正係数が設定された炎検知器10が、火災判定を行うべき場所に設置され、炎検知器10の第1センサ12、第2センサ14、及び第3センサ16の各々から電気信号が出力され、増幅部18、20、22、24、AD変換部26を介して各信号の値が、第1の演算処理部28に入力されているときに、炎検知器10の第1の演算処理部28及び第2の演算処理部30によって、図10、図11に示す火災判定処理ルーチンが一定の周期毎に繰り返し実行される。 The flame detector 10 in which the correction coefficient is set is installed at a place where a fire determination is to be performed, and an electrical signal is output from each of the first sensor 12, the second sensor 14, and the third sensor 16 of the flame detector 10. The first arithmetic processing unit of the flame detector 10 when the value of each signal is input to the first arithmetic processing unit 28 via the amplification units 18, 20, 22, 24, and the AD conversion unit 26. The fire determination processing routine shown in FIGS. 10 and 11 is repeatedly executed at regular intervals by the 28 and the second arithmetic processing unit 30.
ステップ100では、信号取得部40が、AD変換部26から出力された信号から、第1センサ12からの電気信号の値、第2センサ14からの電気信号の値、第3センサ16からの電気信号の値を取得する。 In step 100, the signal acquisition unit 40 determines the value of the electric signal from the first sensor 12, the value of the electric signal from the second sensor 14, and the electric value from the third sensor 16 from the signal output from the AD conversion unit 26. Get the value of the signal.
次のステップ102では、補正部44が、上記ステップ100で取得した第1センサ12からの電気信号の値、第2センサ14からの電気信号の値、第3センサ16からの電気信号の値に対して、事前に設定された補正係数を用いて補正を行う。 In the next step 102, the correction unit 44 converts the value of the electric signal from the first sensor 12, the value of the electric signal from the second sensor 14, and the value of the electric signal from the third sensor 16 acquired in step 100. On the other hand, correction is performed using a preset correction coefficient.
そして、ステップ104では、平均算出部50は、第1センサ12からの電気信号の値、第2センサ14からの電気信号の値、第3センサ16からの電気信号の値の各々に対して、上記ステップ102で補正されたセンサ値と、過去に上記ステップ102で補正されたセンサ値とに基づいて、移動平均値を算出する。 In step 104, the average calculation unit 50 calculates the electrical signal value from the first sensor 12, the electrical signal value from the second sensor 14, and the electrical signal value from the third sensor 16. A moving average value is calculated based on the sensor value corrected in step 102 and the sensor value corrected in step 102 in the past.
ステップ106では、変化量算出部52は、第1センサ12からの電気信号の値、第2センサ14からの電気信号の値、第3センサ16からの電気信号の値の各々に対して、上記ステップ102で補正されたセンサ値と、上記ステップ104で算出された移動平均値とに基づいて、第一変化量、第二変化量、第三変化量を算出する In step 106, the change amount calculation unit 52 performs the above-described operation for each of the value of the electrical signal from the first sensor 12, the value of the electrical signal from the second sensor 14, and the value of the electrical signal from the third sensor 16. Based on the sensor value corrected in step 102 and the moving average value calculated in step 104, the first change amount, the second change amount, and the third change amount are calculated.
そして、ステップ108では、火災判定部54は、上記ステップ106で算出された第一変化量、第二変化量、第三変化量と、過去に上記ステップ106で算出された第一変化量、第二変化量、第三変化量とに基づいて、第一変化量、第二変化量、第三変化量のいずれかの値が、一定の時間、負の基準値以下となる状態を継続したか否かに応じて、移動平均値をリセットするか否かを判定する。移動平均値をリセットする場合には、ステップ110へ移行し、上記ステップ102で補正されたセンサ値を用いて、第1センサ12からの電気信号の値、第2センサ14からの電気信号の値、第3センサ16からの電気信号の値の各々に対して、移動平均値をリセットする。 In step 108, the fire determination unit 54 determines the first change amount, the second change amount, and the third change amount calculated in step 106, the first change amount calculated in step 106 in the past, and the first change amount. Whether the value of one of the first variation, second variation, or third variation has been kept below the negative reference value for a certain period of time based on the second variation and the third variation It is determined whether or not to reset the moving average value depending on whether or not. When resetting the moving average value, the process proceeds to step 110, and the value of the electric signal from the first sensor 12 and the value of the electric signal from the second sensor 14 are used using the sensor value corrected in step 102. The moving average value is reset for each value of the electrical signal from the third sensor 16.
一方、移動平均値をリセットしない場合には、ステップ112へ移行する。 On the other hand, when the moving average value is not reset, the routine proceeds to step 112.
ステップ112では、火災判定部54は、上記ステップ106で算出された第一変化量、第二変化量、第三変化量の全てが、予め定められた閾値E未満であるか否かを判定する。第一変化量、第二変化量、第三変化量の全てが、予め定められた閾値E未満であると判定された場合には、ステップ114において、現時点で火災モード又は注意出力モードであれば、通常モードへ移行し、火災判定処理ルーチンを終了する。なお、現時点で通常モードであれば、そのまま通常モードを継続する。
なお、図12に示すように、火炎を伴わない環境変化が発生し、ライブ値がバイアス値から乖離した場合は、環境変化の雑音量による誤作動を防止するために、感度を低感度に切り替える。なお、感度の変更は、最小検出感度(閾値E)の変更により行う。
In step 112, the fire determination unit 54 determines whether or not all of the first change amount, the second change amount, and the third change amount calculated in step 106 are less than a predetermined threshold value E. . If it is determined that all of the first change amount, the second change amount, and the third change amount are less than the predetermined threshold value E, in step 114, the current change mode is the fire mode or the attention output mode. Then, the process proceeds to the normal mode, and the fire determination processing routine is terminated. If the current mode is the current mode, the normal mode is continued as it is.
In addition, as shown in FIG. 12, when an environmental change without a flame occurs and the live value deviates from the bias value, the sensitivity is switched to a low sensitivity in order to prevent malfunction due to the noise amount of the environmental change. . The sensitivity is changed by changing the minimum detection sensitivity (threshold value E).
第一変化量、第二変化量、第三変化量の少なくとも1つが、予め定められた閾値E以上であると判定された場合には、ステップ116において、火災判定部54は、第二変化量が第三変化量以下か否かを判定する。第二変化量が第三変化量以下である場合には、ステップ118において、熱風により炎を誤判定する可能性があることを示す疑惑フラグを成立させる。一方、第二変化量が第三変化量より大きい場合に、ステップ122へ移行する。 If it is determined that at least one of the first change amount, the second change amount, and the third change amount is greater than or equal to a predetermined threshold E, the fire determination unit 54 determines in step 116 that the second change amount. Is determined to be less than or equal to the third change amount. If the second change amount is less than or equal to the third change amount, in step 118, a suspicion flag indicating that there is a possibility that the flame is erroneously determined by hot air is established. On the other hand, when the second change amount is larger than the third change amount, the routine proceeds to step 122.
そして、ステップ122では、火災判定部54は、上記ステップ106で算出された第二変化量、第三変化量から近似直線を導出し、導出した近似直線を用いて、第一変化量に対応する計算値を、雑音量として算出する。 In step 122, the fire determination unit 54 derives an approximate line from the second change amount and the third change amount calculated in step 106, and uses the derived approximate line to correspond to the first change amount. The calculated value is calculated as a noise amount.
ステップ124では、火災判定部54は、上記ステップ118で設定された疑惑フラグ、及び/又は上記ステップ122で算出された雑音量に応じて、第一変化量に関する判定比の閾値を取得する。 In step 124, the fire determination unit 54 acquires a threshold value of the determination ratio related to the first change amount according to the suspicion flag set in step 118 and / or the noise amount calculated in step 122.
そして、ステップ125では、火災判定部54は、上記ステップ122で算出された雑音量、及び/又は第一変化量と雑音量との差分に応じて、連続回数に関する閾値N及び累積回数に関する閾値Mを設定する。 In step 125, the fire determination unit 54 determines the threshold value N related to the continuous count and the threshold value M related to the cumulative count according to the noise amount calculated in step 122 and / or the difference between the first change amount and the noise amount. Set.
次のステップ126では、火災判定部54は、上記ステップ106で算出された第一変化量と、上記ステップ122で算出された雑音量とに基づいて、第一変化量に関する判定比を算出し、上記ステップ124で取得した閾値を用いて、第一変化量に関する判定比が、対応する閾値以上であるか否かを判定する。第一変化量に関する判定比が、対応する閾値未満である場合には、炎を検知しないと判定し、現時点のモードを継続したまま、火災判定処理ルーチンを終了する。 In the next step 126, the fire determination unit 54 calculates a determination ratio related to the first change amount based on the first change amount calculated in step 106 and the noise amount calculated in step 122. Using the threshold acquired in step 124, it is determined whether the determination ratio related to the first change amount is equal to or greater than the corresponding threshold. When the determination ratio regarding the first change amount is less than the corresponding threshold value, it is determined that no flame is detected, and the fire determination processing routine is terminated while the current mode is continued.
一方、第一変化量に関する判定比が、対応する閾値以上である場合には、炎を検知したと判定し、ステップ128へ移行する。 On the other hand, if the determination ratio regarding the first change amount is equal to or greater than the corresponding threshold value, it is determined that a flame has been detected, and the process proceeds to step 128.
ステップ128では、回数判定部56は、上記ステップ126の判定結果と、過去の上記ステップ126の判定結果と、上記ステップ125で設定された連続回数に関する閾値Nとに基づいて、連続で炎を検知したと判定された回数が予め定められた連続回数N以上であるか否かを判定する。連続で炎を検知したと判定された回数が連続回数N以上である場合には、火災が発生したと判断し、ステップ134へ移行する。一方、連続で炎を検知したと判定された回数が連続回数N未満である場合には、ステップ130へ移行する。 In step 128, the number determination unit 56 continuously detects flames based on the determination result in step 126, the determination result in the previous step 126, and the threshold value N regarding the continuous number of times set in step 125. It is determined whether or not the number of times determined to have been equal to or greater than a predetermined number of consecutive times N. If the number of times it is determined that the flame has been detected continuously is equal to or greater than the number N of consecutive times, it is determined that a fire has occurred, and the routine proceeds to step 134. On the other hand, if the number of times it has been determined that flames have been detected continuously is less than the number N of consecutive times, the routine proceeds to step 130.
ステップ130では、回数判定部56は、上記ステップ126の判定結果と、過去の上記ステップ126の判定結果と、上記ステップ125で設定された累積回数に関する閾値Mとに基づいて、一定の時間内に炎を検知したと判定された回数が予め定められた累積回数M以上であるか否かを判定する。一定の時間内に炎を検知したと判定された回数が累積回数M以上である場合には、火災が発生したと判断し、ステップ134へ移行する。一方、連続で炎を検知したと判定された回数が累積回数M未満である場合には、ステップ132へ移行し、注意出力モードへ移行して、火災判定処理ルーチンを終了する。 In step 130, the number of times determination unit 56 within a certain time based on the determination result of step 126, the determination result of the previous step 126, and the threshold value M regarding the cumulative number of times set in step 125. It is determined whether or not the number of times it has been determined that a flame has been detected is equal to or greater than a predetermined cumulative number M. If the number of times it is determined that a flame has been detected within a certain time is greater than or equal to the cumulative number M, it is determined that a fire has occurred, and the routine proceeds to step 134. On the other hand, when the number of times it has been determined that flames have been continuously detected is less than the cumulative number M, the process proceeds to step 132, the process proceeds to the caution output mode, and the fire determination process routine ends.
ステップ134では、回数判定部56は、第1センサ12からの電気信号の値、第2センサ14からの電気信号の値、第3センサ16からの電気信号の値の各々に対する移動平均値を、現時点の移動平均値に固定するように設定する。そして、ステップ136において、警報制御部58は、火災モードへ移行して、火災信号を警報制御部46A及び警報出力部46Bに対して出力し、火災判定処理ルーチンを終了する。警報出力部46Bに出力された火災信号は、外部出力部32を構成する接点出力を作動させる。 In step 134, the number determination unit 56 calculates the moving average value for each of the value of the electric signal from the first sensor 12, the value of the electric signal from the second sensor 14, and the value of the electric signal from the third sensor 16. Set to fix the current moving average value. In step 136, the alarm control unit 58 shifts to the fire mode, outputs a fire signal to the alarm control unit 46A and the alarm output unit 46B, and ends the fire determination processing routine. The fire signal output to the alarm output unit 46B activates the contact output constituting the external output unit 32.
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る炎検知器によれば、炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm近傍の帯域の赤外光、炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の帯域の4.0μm近傍の帯域の赤外光、及び炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の帯域の5.0μm近傍の帯域の赤外光の各々を検出して直流成分の電気信号に変換し、それぞれの電気信号の、移動平均値からの変化量である第一変化量、第二変化量、及び第三変化量に基づいて、炎を検知したか否かを判定することにより、熱風による誤作動を解消し、精度よく炎を検知することができる。 As described above, according to the flame detector according to the embodiment of the present invention, infrared light in the band near 4.5 μm of the carbon dioxide resonance radiation band, 4.0 μm in the wavelength band shorter than the carbon dioxide resonance radiation band. Infrared light in the nearby band and infrared light in the band near 5.0 μm in the wavelength band longer than the carbon dioxide resonance radiation band are detected and converted into an electrical signal of a direct current component. By determining whether or not a flame has been detected based on the first change, second change, and third change, which are the changes from the moving average value, the malfunction caused by hot air is eliminated and accuracy is increased. Can detect flames well.
また、赤外光の各々を検出して直流成分の電気信号に変換するサーモパイルを用いるため、周波数分解処理が不要であり、早期検知が可能である。 In addition, since a thermopile that detects each infrared light and converts it into an electrical signal of a direct current component is used, frequency decomposition processing is unnecessary and early detection is possible.
なお、上記の実施の形態において、補正された第1センサ12からの電気信号のセンサ値、補正された第2センサ14からの電気信号のセンサ値、補正された第3センサ16からの電気信号のセンサ値に応じて、最小検出感度を表す閾値Eを変更するようにしてもよい。 In the above embodiment, the corrected sensor value of the electrical signal from the first sensor 12, the corrected sensor value of the electrical signal from the second sensor 14, and the corrected electrical signal from the third sensor 16. The threshold value E representing the minimum detection sensitivity may be changed according to the sensor value.
例えば、火災判定部54が、補正部44によって補正された、第1センサ12からの電気信号のセンサ値、第2センサ14からの電気信号のセンサ値、及び第3センサ16からの電気信号のセンサ値の少なくとも一つが、予め定められた範囲外である場合、火災判定で用いられる閾値Eを高くするように変更する。 For example, the fire determination unit 54 corrects the sensor value of the electrical signal from the first sensor 12, the sensor value of the electrical signal from the second sensor 14, and the electrical signal from the third sensor 16 corrected by the correction unit 44. When at least one of the sensor values is out of a predetermined range, the threshold value E used for fire determination is changed to be higher.
ここで、最小検出感度を表す閾値Eを変更する原理について図12を用いて説明する。 Here, the principle of changing the threshold value E representing the minimum detection sensitivity will be described with reference to FIG.
火炎を伴わない急な環境変化が起きた場合、環境変化雑音による誤作動(移動平均がライブ値に近づくときの問題)を防止するための措置として、バイアス値を基準として定められた範囲内のライブ値であれば、高感度(標準感度)とし、範囲外であれば、低感度とする。感度の変更は、最小検出感度(閾値E)の変更により行う。なお、感度切り替えの基準となる範囲は、補正係数を用いた補正の影響を考慮して決定すればよい。 As a measure to prevent malfunction caused by environmental change noise (problem when moving average approaches live value) when sudden environmental change without flame occurs, If it is a live value, the sensitivity is high (standard sensitivity), and if it is out of range, the sensitivity is low. The sensitivity is changed by changing the minimum detection sensitivity (threshold value E). Note that the range serving as a reference for sensitivity switching may be determined in consideration of the effect of correction using a correction coefficient.
このように、火炎を伴わない急な環境変化が起きた場合に、最小検出感度に対応する閾値Eを変更して低感度とすることにより、環境変化雑音による誤作動を解消し、更に精度よく炎を検知することができる。 In this way, when a sudden environmental change that does not involve a flame occurs, the threshold value E corresponding to the minimum detection sensitivity is changed to a low sensitivity, so that malfunction due to environmental change noise is eliminated and the accuracy is improved. A flame can be detected.
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記の実施の形態では、第二変化量より第三変化量が大きい場合に、厳しく判定するための閾値を用いて、炎を検知したか否かを判定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。第二変化量より第三変化量が小さい場合にのみ、判定比に関する条件を満たせば、炎を検知したと判定するようにしてもよい。この場合には、第二変化量より第三変化量が大きいと、炎を検知したとは判定されない。 For example, in the above embodiment, when the third change amount is larger than the second change amount, the case where it is determined whether or not a flame has been detected using a threshold value for strict determination has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. Only when the third change amount is smaller than the second change amount, it may be determined that the flame is detected if the condition regarding the determination ratio is satisfied. In this case, if the third change amount is larger than the second change amount, it is not determined that the flame is detected.
また、上記の実施の形態では、火災判定部54により連続で炎を検知したと判定された回数が予め定められた連続回数以上の場合、又は火災判定部54により一定の時間内に炎を検知したと判定された回数が予め定められた累積回数以上の場合に、火災信号を出力する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。火災判定部54により連続で炎を検知したと判定された回数が予め定められた連続回数以上の場合であって、かつ、火災判定部54により一定の時間内に炎を検知したと判定された回数が予め定められた累積回数以上の場合に、火災信号を出力するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, when the number of times that the fire determining unit 54 determines that the flame has been continuously detected is equal to or greater than the predetermined number of times, or the fire determining unit 54 detects the flame within a certain time. The case where the fire signal is output when the number of times determined to have been equal to or greater than the predetermined cumulative number has been described as an example, but is not limited thereto. It is determined that the number of times it is determined that the flame has been detected continuously by the fire determination unit 54 is equal to or greater than a predetermined number of consecutive times, and that the fire determination unit 54 has determined that the flame has been detected within a certain period of time. A fire signal may be output when the number of times is equal to or greater than a predetermined cumulative number.
また、炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm近傍の帯域以外に、4.0μm近傍の帯域の赤外線および5.0μm近傍の帯域の赤外線を検出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm近傍の帯域以外として、炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm近傍の帯域とは異なる2つ以上の帯域の赤外線であれば、他の帯域の赤外線を検出してもよい。例えば、炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の2つ以上の帯域の赤外線を各々検出してもよい。この場合であっても、図14に示すように、炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の2つの帯域(例えば、3.0μm近傍の帯域と4.0μm近傍の帯域)について第二変化量の値及び第三変化量の値を計算し、第二変化量の値及び第三変化量の値の近似直線から得られる4.5μm 近傍の計算値(雑音量)を計算すればよい。 Moreover, although the case where infrared rays in the band near 4.0 μm and infrared rays in the band near 5.0 μm are detected in addition to the carbon dioxide resonance radiation band in the vicinity of 4.5 μm has been described as an example, the present invention is not limited to this. . Other than the band near 4.5 μm of the carbon dioxide resonance radiation band, infrared rays in other bands may be detected as long as the infrared rays are in two or more bands different from the band near 4.5 μm of the carbon dioxide resonance radiation band. . For example, two or more bands of infrared rays having a wavelength shorter than the carbon dioxide resonance radiation band may be detected. Even in this case, as shown in FIG. 14, the value of the second change amount and the second change amount for the two bands having a wavelength shorter than the carbon dioxide resonance radiation band (for example, the band near 3.0 μm and the band near 4.0 μm). It is only necessary to calculate the value of the three changes and calculate the calculated value (noise amount) near 4.5 μm obtained from the approximate line of the values of the second change and the third change.
また、炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の2つ以上の帯域の赤外線を各々検出してもよい。この場合であっても、図15に示すように、炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の2つの帯域(例えば、5.0μm近傍の帯域と6.0μm近傍の帯域)について第二変化量の値及び第三変化量の値を計算し、第二変化量の値及び第三変化量の値の近似直線から得られる4.5μm 近傍の計算値(雑音量)を計算すればよい。 Moreover, you may each detect the infrared rays of two or more bands with a wavelength longer than a carbon dioxide resonance radiation band. Even in this case, as shown in FIG. 15, the values of the second change amount and the second change amount for the two bands having a wavelength longer than the carbon dioxide resonance radiation band (for example, the band near 5.0 μm and the band near 6.0 μm). It is only necessary to calculate the value of the three changes and calculate the calculated value (noise amount) near 4.5 μm obtained from the approximate line of the values of the second change and the third change.
また、平均算出部50は、各センサからの電気信号の値の移動平均値を、各センサの信号の監視環境信号値として算出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、各センサからの電気信号の値の加重平均値を、各センサの信号の監視環境信号値として算出するようにしてもよい。 Moreover, although the average calculation part 50 demonstrated as an example the case where the moving average value of the value of the electrical signal from each sensor was calculated as a monitoring environment signal value of the signal of each sensor, it is not limited to this. The weighted average value of the electric signal value from each sensor may be calculated as the monitoring environment signal value of the signal of each sensor.
また、上記の実施の形態において、閾値テーブルから、閾値を取得する場合を例に説明したが、閾値を求める関数を導出しておき、当該関数から、閾値を取得するようにしてもよい。
また、火災判定部54は、第一変化量と雑音量との判定比が、判定閾値以上であるか否かを判定して、炎を検知したか否かを判定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、火災判定部54は、第一変化量と雑音量との差分が、判定閾値以上であるか否かを判定して、炎を検知したか否かを判定するようにしてもよい。また、例えば、火災判定部54は、第一変化量と雑音量との差分が、判定閾値以上であるか否か、及び第一変化量と雑音量との判定比が、判定閾値以上であるか否かを判定して、炎を検知したか否かを判定するようにしてもよい。
In the above embodiment, the case where the threshold value is acquired from the threshold value table has been described as an example. However, a function for obtaining the threshold value may be derived, and the threshold value may be acquired from the function.
In addition, the fire determination unit 54 has been described as an example in which it is determined whether or not the determination ratio between the first change amount and the noise amount is equal to or greater than a determination threshold value and whether or not a flame is detected. However, the present invention is not limited to this. For example, the fire determination unit 54 may determine whether or not the difference between the first change amount and the noise amount is greater than or equal to a determination threshold value, and determine whether or not a flame has been detected. In addition, for example, the fire determination unit 54 determines whether or not the difference between the first change amount and the noise amount is greater than or equal to the determination threshold, and the determination ratio between the first change amount and the noise amount is greater than or equal to the determination threshold. It may be determined whether or not a flame has been detected.
10 炎検知器
12 第1センサ
12A、14A、16A フィルター
12B、14B、16B 検出素子
14 第2センサ
16 第3センサ
18、20、22、24 増幅部
26 AD変換部
28 第1の演算処理部
30 第2の演算処理部
32 外部出力部
40 信号取得部
42 補正係数設定部
44 補正部
46A 警報表示部
46B 警報出力部
50 平均算出部
52 変化量算出部
54 火災判定部
56 回数判定部
58 警報制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flame detector 12 1st sensor 12A, 14A, 16A Filter 12B, 14B, 16B Detection element 14 2nd sensor 16 3rd sensor 18, 20, 22, 24 Amplification part 26 AD conversion part 28 1st arithmetic processing part 30 Second calculation processing unit 32 External output unit 40 Signal acquisition unit 42 Correction coefficient setting unit 44 Correction unit 46A Alarm display unit 46B Alarm output unit 50 Average calculation unit 52 Change amount calculation unit 54 Fire determination unit 56 Number of times determination unit 58 Alarm control Part
Claims (12)
前記第1帯域とは異なる第2帯域の赤外光を透過させると共に、帯域中心が前記炭酸ガス共鳴放射帯の帯域中心から離れた位置に設けられた第2帯域フィルターと、
前記第1帯域及び前記第2帯域とは異なる第3帯域の赤外光を透過させると共に、帯域中心が前記炭酸ガス共鳴放射帯の帯域中心から離れた位置に設けられた第3帯域フィルターと、
前記第1帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する第1検出素子と、
前記第2帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する第2検出素子と、
前記第3帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する第3検出素子と、
前記第1検出素子によって検出された電気信号の第一平均値、前記第2検出素子によって検出された電気信号の第二平均値、及び前記第3検出素子によって検出された電気信号の第三平均値を算出する平均算出部と、
前記第1検出素子によって検出された電気信号の、前記第一平均値からの第一変化量、前記第2検出素子によって検出された電気信号の、前記第二平均値からの第二変化量、及び前記第3検出素子によって検出された電気信号の、前記第三平均値からの第三変化量を算出する変化量算出部と、
前記変化量算出部によって算出された前記第一変化量、前記第二変化量、及び前記第三変化量のいずれか一つ又は複数を判定閾値と比較して、炎を検知したか否かを判定する判定部と、を含み、
前記判定部は、前記第二変化量、及び前記第三変化量から求められる、波長とエネルギーとの関係を表す近似直線から得られる、前記第一変化量に対応する計算値を雑音量として算出し、前記雑音量に応じて検知感度を変更して、炎を検知したか否かを判定する
炎検知器。 A first band filter that transmits infrared light in the first band including the peak wavelength of the carbon dioxide resonance radiation band;
A second band filter that transmits infrared light in a second band different from the first band, and a band center is provided at a position away from the band center of the carbon dioxide resonance radiation band;
A third band filter that transmits infrared light of a third band different from the first band and the second band, and a band center provided at a position away from the band center of the carbon dioxide resonance radiation band;
A first detection element that detects infrared light transmitted through the first band filter and converts the infrared light into an electrical signal;
A second detection element that detects infrared light transmitted through the second band filter and converts the infrared light into an electrical signal;
A third detection element for detecting infrared light transmitted through the third band filter and converting it into an electrical signal;
The first average value of the electrical signal detected by the first detection element, the second average value of the electrical signal detected by the second detection element, and the third average of the electrical signal detected by the third detection element An average calculation unit for calculating a value;
A first change amount from the first average value of the electrical signal detected by the first detection element; a second change amount from the second average value of the electrical signal detected by the second detection element; And a change amount calculation unit for calculating a third change amount from the third average value of the electrical signal detected by the third detection element;
Whether one or more of the first change amount, the second change amount, and the third change amount calculated by the change amount calculation unit is compared with a determination threshold value, and whether or not a flame is detected. A determination unit for determining,
The determination unit calculates, as a noise amount, a calculated value corresponding to the first change amount obtained from an approximate straight line representing a relationship between a wavelength and energy obtained from the second change amount and the third change amount. A flame detector that determines whether or not a flame has been detected by changing the detection sensitivity according to the amount of noise.
前記第3帯域フィルターの前記第3帯域を、前記炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の帯域を含むものとした請求項1〜請求項3の何れか1項記載の炎検知器。 The second band of the second band filter includes a band having a wavelength shorter than the carbon dioxide resonance radiation band,
The flame detector according to any one of claims 1 to 3, wherein the third band of the third band filter includes a band having a longer wavelength than the carbon dioxide resonance radiation band.
前記第3帯域フィルターの前記第3帯域を、前記炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の帯域を含むものとした請求項1〜請求項3の何れか1項記載の炎検知器。 The second band of the second band filter includes a band having a wavelength shorter than the carbon dioxide resonance radiation band,
The flame detector according to any one of claims 1 to 3, wherein the third band of the third band filter includes a band having a shorter wavelength than the carbon dioxide resonance radiation band.
前記第3帯域フィルターの前記第3帯域を、前記炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の帯域を含むものとした請求項1〜請求項3の何れか1項記載の炎検知器。 The second band of the second band filter includes a band having a wavelength longer than the carbon dioxide resonance radiation band,
The flame detector according to any one of claims 1 to 3, wherein the third band of the third band filter includes a band having a longer wavelength than the carbon dioxide resonance radiation band.
前記第二変化量が、前記第三変化量以下である場合、前記判定閾値として、前記第1閾値より大きい第2閾値を用いて、炎を検知したか否かを判定する請求項7項記載の炎検知器。 When the second change amount is larger than the third change amount, the determination unit determines whether or not a flame is detected using the first threshold value as the determination threshold value,
The said 2nd variation | change_quantity is less than the said 3rd variation | change_quantity, It determines whether the flame was detected using the 2nd threshold value larger than a said 1st threshold value as said determination threshold value. Flame detector.
前記判定部は、一定周期で、炎を検知したか否かを繰り返し判定し、
前記回数判定部は、連続で炎を検出したと判定された回数が、予め定められた連続回数以上である場合、又は/及び一定期間内で炎を検出したと判定された回数が、予め定められた累積回数以上である場合、火災信号を出力する請求項1〜請求項10の何れか1項記載の炎検知器。 And further including a number determination unit,
The determination unit repeatedly determines whether or not a flame is detected at a constant period,
The number of times determination unit determines in advance that the number of times it has been determined that flames have been detected continuously is equal to or greater than a predetermined number of times, or / and the number of times it has been determined that flames have been detected within a certain period of time. The flame detector according to any one of claims 1 to 10, wherein a fire signal is output if the accumulated number of times is greater than or equal to the number of accumulated times.
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