JP3781247B2

JP3781247B2 - Flame detector

Info

Publication number: JP3781247B2
Application number: JP01753999A
Authority: JP
Inventors: 秀成松熊; 裕史島; 真人相澤
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JP2000215364A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、火災によって生じた物理現象（熱、煙、炎）を利用し、自動的に火災の発生を検出する火災検出装置のうちの赤外線式炎検出装置（以下、単に「炎検出装置」という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の炎検出装置としては、例えば、図１６に示すようなものが知られている。図１６において、１は光学的な波長バンドパスフィルタ、２は検知素子、３は周波数フィルタ、４は比較器である。なお、実際には、信号増幅用のアンプなども構成に含まれるが、説明の簡単化のために省略する。
【０００３】
この従来の炎検出装置は、有効検知エリア（後述）内の赤外線エネルギーを検知素子２で電気信号に変換し、周波数フィルタ３によって、その電気信号の「所定の低域周波数成分」を取り出すとともに、その低域周波数成分のレベルが基準レベルを越えた場合に、火災検出信号を出力するというものである。ここで、「所定の低域周波数成分」とは、炎から放射される赤外線エネルギーのゆらぎ（又はちらつき）の周波数ｆｃを含む成分である。
【０００４】
図１７は、有炎燃焼に伴う赤外線エネルギーの放射強度を時間軸上で観測した場合のグラフである。炎から放射される赤外線エネルギーは熱源からのエネルギーＥと内外炎のエネルギーｅとを足し合わせたもので、Ｅはほぼ一定のレベルで推移しほとんど変動しないのに対して、ｅはＣＯ₂共鳴放射や燃焼に伴う酸素の消耗と周囲からの供給のサイクルに従って数Ｈｚ程度の低い周波数（上記のｆｃに相当）で周期的に変動することが知られており、周波数フィルタ３の通過中心周波数をｆｃに合わせておけば、火災による「炎」を検出できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の炎検出装置にあっては、検知素子２が一つ設けられ、その検知素子２の検知面前面に設定される検知エリア内の赤外線エネルギーを検知して、例えば、その変動成分（上記の周波数ｆｃに相当する成分）を検出するものであるが、検知素子２の検知面に到達する赤外線エネルギーの強さは検知エリア内の火点位置に応じて大きく変化（例えば、検知面からの距離の二乗に反比例）するため、例えば、微弱な赤外線エネルギーを検知しようとすれば、検知素子２を含む検知系の検出感度を高くしなければならないものの、そうすると、距離が近い火点からの赤外線エネルギーに対して感度オーバーとなってしまい、検知系の出力範囲を越えて出力が飽和するという不都合がある。さらに、一つの検知素子２の担当する検知エリア内の火点位置をまったく把握できないという不都合がある。
【０００６】
このことを詳説すると、図１８は、検知素子２の検知エリアを平面的に見た図であり、６は検知素子２の検知面の法線５に対して所定の角度２θ（θは一般に５０度程度）で放射状に広がる検知エリアである。Ｌｍａｘは検知素子２を含む検知系の遠距離検知限界距離（一般に２０ｍ程度）であり、規定の火災モデル（例えば、０．１又は０．５平方メートルの角皿に入れられたノーマル・ヘプタン燃料の燃焼炎）を火災として検知できる限界の距離である。検知素子２の検知面に到達する赤外線エネルギーの強さは、火点から検知素子２までの距離の二乗に反比例し、また、上記法線５に対する赤外線入射角が大きくなるにつれて減少するため、同赤外線エネルギーの強さは、結局、検知エリア６内の火点位置に応じて大きく変化することになる。
【０００７】
いま、火災モデルの位置を検知エリア６内の「イ」とすると、その火点からの赤外線エネルギーの変動成分は検知素子２を含む検知系によってぎりぎり火災として検知できるが、一方、火災モデルよりも小さな炎、例えば、ライターの炎等であっても、検知素子２に近い、例えば、「ロ」にあれば、検知素子２の検知面に到達する赤外線エネルギーは大きいので、検知系は同様に検知し、火災と判断してしまう場合がある。また、「ロ」の位置に前述の火災モデルに相当する規模の炎がある場合には、検知素子２の検知面に到達する赤外線エネルギーが過大となって、検知系の出力範囲を越えてしまい、その火点からの赤外線エネルギーの変動成分を抽出して火災判断するような信号解析はできなくなる。
【０００８】
位置ロを含む範囲６ａは無効検知エリア（火災と非火災とを適切に判断して火災のみを検出できることを保証できないエリア）と呼ばれており、有炎燃焼に伴う赤外線エネルギーを検知し、火災と非火災とを適切に判断して火災のみを検出できることを保証できる範囲は検知エリア６から無効検知エリア６ａを除外したハッチングで示すエリア（有効検知エリア）６ｂである。
【０００９】
言うまでもなく、炎検出装置の目的は検知エリア６内の、所定規模を超える炎を検知することにあり、遠距離検知限界距離Ｌｍａｘをできるだけ長くして、有効検知エリア６ｂを拡大するとともに、無効検知エリア６ａをできるだけ狭くすることが求められるものの、検知系の検出感度を高めてＬｍａｘを長くして有効検知エリア６ｂを拡大しようとすると、結果、無効検知エリア６ａも広がり、一方、検知系の検出感度を低くして無効検知エリア６ａを狭くしようとすると、結果、Ｌｍａｘが短くなって有効検知エリア６ｂも縮小するという相反する結果となり、有効検知エリア６ｂの拡大と無効検知エリア６ａの縮小という二つの命題をともに達成できないという第一の問題点がある。
【００１０】
また、実質的な検知エリア（有効検知エリア）６ｂで発生した炎の検知は可能であるものの、その検知エリア内での火点位置は大雑把にせよ把握できないため、例えば、放水銃との連動システムを構成した場合、放水銃装置に対してピンポイントの放水地点情報を提供できず、有効検知エリア６ｂの全範囲に対して万遍なく放水することを余儀なくされるから、給水設備の大規模化を招き、設備コストがアップすると共に消火までに時間がかかるという第二の問題点がある。
【００１１】
そこで本発明は、有効検知エリアの拡大と無効検知エリアの縮小を共に達成することを第一の目的とし、検知エリアで発生した炎の位置を大まかに把握することを第二の目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、赤外線エネルギーを電気信号に変換する検知素子を含む検知系を複数備え、複数の検知系毎の検出感度をそれぞれ異ならせるとともに、複数の検知系毎の検知素子を直近且つ同方向を向くように配置するようにした。
【００１３】
具体的には、赤外線エネルギーを電気信号に変換する検知素子と、前記検知素子の出力信号から炎の赤外線成分を抽出する抽出手段と、前記抽出手段の出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅手段と、前記増幅手段から出力される出力信号により火災の判定を行う判定手段とを含む検知系を複数備え、前記複数の検知系毎の検出感度をそれぞれ異ならせるとともに、前記複数の検知系毎の検知素子を直近且つ同方向を向くように配置することを特徴とする。
また、前記増幅手段の増幅率、又は、検知波長帯域、又は、前記判定手段の火災判定を行うためのしきい値を前記複数の検知系毎に異ならせることで検出感度をそれぞれ異ならせることを特徴とする。
また、前記増幅手段の増幅率、前記判定手段の火災判定を行うためのしきい値、検知波長帯域のうちの少なくとも２つを組み合わせて前記複数の検知系毎に異ならせることで検出感度をそれぞれ異ならせることを特徴とする。
また、前記複数の検知系の判定手段での判定結果に基づいて火災発生位置を特定する位置判定部を備えたことを特徴とする。
また、前記複数の検知系の増幅手段から出力される出力信号のレベルの相関関係に基づいて火災発生位置を特定する位置判定部を備えたことを特徴とする。
また、前記複数の検知系毎の有効検知エリアの広がり角を略同一にする有効検知エリア制限手段を備えたことを特徴とする。
また、前記複数の検知系毎の検知素子は、一体的にパッケージ化されたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、赤外線式炎検出装置（以下、単に「炎検出装置」）に適用した実施例として図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態における炎検出装置１０の概念的な構成図である。この図において、１１Ａ及び１１Ｂは赤外線エネルギー１２を電気信号１３Ａ、１３Ｂに変換する検知素子（特に限定しないが例えば焦電体を用いたもの）、１４Ａ、１４Ｂは炎の赤外線エネルギーのゆらぎ周波数を含む所定周波数域の信号を抽出する周波数フィルタ（抽出手段に相当；以下「フィルタ」と略す）、１５Ａ、１５Ｂはフィルタリングされた信号を増幅する増幅部（増幅手段に相当）、１６Ａ、１６Ｂは増幅後の信号Ｓ１、Ｓ２を所定のしきい値ＴＨ１、ＴＨ２と比較して火災の発生を判定した際に検出信号を出力する判定部（判定手段に相当）、１７は判定部１６Ａ又は判定部１６Ｂから検出信号が出力されたときに火災検出信号を出力する出力部である。
【００１６】
ここで、符号に“Ａ”を付した構成要素、すなわち、検知素子１１Ａ、フィルタ１４Ａ、増幅部１５Ａ及び判定部１６ＡをＡ系の検知系と呼称し、同様に“Ｂ”を付した検知素子１１Ｂ、フィルタ１４Ｂ、増幅部１５Ｂ及び判定部１６ＢをＢ系の検知系と呼称することにすると、これら二つの検知系は、以下に説明する目的のため、検出感度が異なるように調節されている点に特徴がある。
【００１７】
図２はＡ系の検知系（以下「Ａ系」と略す）の検知エリア平面図、図３はＢ系の検知系（以下「Ｂ系」と略す）の検知エリア平面図である。これら両図において、２０はＡ系の遠距離検知限界線、２１はＢ系の遠距離検知限界線、２２はＡ系の近距離検知限界線、２３はＢ系の近距離検知限界線、２４はＡ系の有効検知エリア、２５はＢ系の有効検知エリアである。Ａ系の遠距離検知限界線２０が最も遠く、Ｂ系の遠距離検知限界線２１、Ａ系の近距離検知限界線２２及びＢ系の近距離検知限界線２３の順に炎検出装置１０（検知素子１１Ａ、１１Ｂ）に近くなっている。
【００１８】
Ａ系の遠距離検知限界線２０と近距離検知限界線２２の位置は例えばＡ系の検出感度で決まり、同様に、Ｂ系の遠距離検知限界線２１と近距離検知限界線２３の位置はＢ系の検出感度で決まる。そして、各検知系の検出感度は、Ａ系の増幅部１５ＡとＢ系の増幅部１５Ｂで各々独立して調節できる。例えば、Ａ系の増幅部１５Ａの増幅率を、Ｂ系の増幅部１５Ｂの増幅率より高く設定すれば、Ｂ系の検出感度に比べてＡ系の検出感度が高く設定されるため、これら四つの限界線２０〜２３を図示の位置関係にすることができる。
【００１９】
図４は、検出感度を高く設定した場合（図４（ａ））と低く設定した場合（図４（ｂ））で距離との受信信号レベルとの関係を示す図である。この図において、ＯＶＦは検知系の出力飽和レベル、ＬＣは火炎からの赤外線エネルギーを同一とした場合の距離に応じた受信レベルの変化を示す線（実際には指数関数曲線であるが図では便宜的に直線で表している）である。なお、ＴＨはレベルで火災と判断する場合のしきい値である。
【００２０】
図４（ａ）に示すように、検出感度が充分に高い場合、近距離Ｌ１からの赤外線エネルギーによる受信レベルＭ１がＯＶＦを超えるような場合でも、遠距離Ｌ２からの赤外線エネルギーによる受信レベルＭ２は、その離隔距離だけＬＣに沿って減少する結果、Ｍ２＜Ｍ１となり、ＯＶＦを下回る小さなレベルになる。一方、図４（ｂ）に示すように、同一の条件で検出感度を低くした場合を考えると、近距離Ｌ１と遠距離Ｌ２からの赤外線エネルギーによる受信レベルＭ３、Ｍ４は、検出感度を高くした場合のＭ１、Ｍ２に比べて当然低くなる。なお、受信レベルＭ４は、当然、受信レベルＭ３に比べて低くなる。
【００２１】
以上のことから、
（ａ）検出感度を高くした場合
利点：遠距離Ｌ２からの赤外線エネルギーの信号レベルＭ２が大きいため、有効検知エリアを拡大できる。
欠点：近距離Ｌ１からの赤外線エネルギーの信号レベルＭ１がＯＶＦを超えるため、無効検知エリアも拡大する。。
（ｂ）検出感度を低くした場合
利点：近距離Ｌ１からの赤外線エネルギーの信号レベルＭ３がＯＶＦを超えないため、無効検知エリアを縮小できる。
欠点：遠距離Ｌ２からの赤外線エネルギーの信号レベルＭ４が小さいため、有効検知エリアも縮小する。
という相反する特性が得られることが分かる。このことから、Ａ系とＢ系の検出感度を異ならせることにより、両系の合成特性として、遠距離Ｌ２からの赤外線エネルギーの信号レベルが大きく、且つ、近距離Ｌ１からの赤外線エネルギーの信号レベルがＯＶＦを超えない、という両系の利点を兼ね備えた好ましい特性を得られるのである。すなわち、この好ましい特性を持つことにより、有効検知エリアを拡大でき、且つ、無効検知エリアを縮小できるのである。
【００２２】
図５は、以上のように設定したＡ系及びＢ系の検知エリアを重畳させた平面図であり、Ａ系の有効検知エリア２４とＢ系の有効検知エリア２５が一部でオーバラップ（符号２４／２５で示すクロスハッチング部分）している様子が示されている。この図において、ａ〜ｆは規定の火災モデルによる火点であり、検知素子１１Ａ、１１Ｂの検知面に到達する赤外線エネルギーＬ＊（＊はａ〜ｆ）を強さ順に並べると、Ｌａ＜Ｌｂ＜Ｌｃ＜Ｌｄ＜Ｌｅ＜Ｌｆである。ここに、ＬａはＡ系の火災判定のためのしきい値ＴＨ１以下のレベル、ＬｂはＡ系のしきい値ＴＨ１を若干上回るレベル、ＬｃはＢ系の火災判定のためのしきい値ＴＨ２を若干上回るレベル、ＬｄはＡ系の出力飽和レベルＯＶＦ１を若干下回るレベル、ＬｅはＢ系の出力飽和レベルＯＶＦ２を若干下回るレベル、ＬｆはＢ系の出力飽和レベルＯＶＦ２を完全に上回るレベルである。なお、火災判定のためのしきい値ＴＨ１及びＴＨ２の適切なレベルは、各検知系の有効検知エリア２４、２５の遠距離検知限界線２０、２１上に火災モデルを置いたときに、その有炎燃焼に伴う赤外線エネルギーを、他の赤外線放射源（例えば、ランプ類やライターの炎）が近距離検知限界線２２、２３上のどこにあっても、それらと誤認することなく検知できるレベルで与えられる。
【００２３】
図６は、図５の各火点位置（ａ〜ｆ）に対応する赤外線エネルギーレベル（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ、Ｌｅ、Ｌｆ）と、しきい値（ＴＨ１、ＴＨ２）及び出力飽和レベル（ＯＶＦ１、ＯＶＦ２）との関係を示す概念図である。なお、図中の赤外線エネルギーレベル（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ、Ｌｅ、Ｌｆ）の順番は、図面の下から上になるにつれて強く（大きく）なっているが、その間隔やスケールは実際の強度レベルを表すものではない。単に強度の順位を示しているにすぎない。
【００２４】
この図において、ＤＲ１はＡ系の火災として適切に判別できる範囲、ＤＲ２はＢ系の火災として適切に判別できる範囲である。ＤＲ１の出力飽和レベルＯＶＦ１に対してＤＲ２の出力飽和レベルＯＶＦ２は強（大）レベル側にシフトし、同様に、ＤＲ１の下限を決めるしきい値ＴＨ１に対してＤＲ２の下限を決めるしきい値ＴＨ２も強（大）レベル側にシフトしている。
【００２５】
以上の構成を有する本実施の形態の炎検出装置１０によれば、その動作フローチャートを図７に示すように、Ａ系の増幅部１５Ａの出力信号Ｓ１がしきい値ＴＨ１を越えた場合（ＳＴＥＰ１のＹＥＳ判定）、または、Ｂ系の増幅部１５Ｂの出力信号Ｓ２がしきい値ＴＨ２を越えた場合（ＳＴＥＰ２のＹＥＳ判定）に火災検出信号を出力する（ＳＴＥＰ３）という作用が得られる。
【００２６】
すなわち、図６のＬｄ、Ｌｃ又はＬｂで考えると、これらはＡ系のしきい値ＴＨ１を越えるとともにＡ系の出力飽和レベルＯＶＦ１を下回っているから、Ｌｄ、Ｌｃ又はＬｂの検知に伴って火災検出信号を出力でき、また、Ｌｅ、Ｌｄ又はＬｃで考えると、これらはＢ系のしきい値ＴＨ２を越えるとともにＢ系の出力飽和レベルＯＶＦ２を下回っているから、Ｌｅ、Ｌｄ又はＬｃの検知に伴って火災検出信号を出力でき、結局、従来技術では検知できなかった位置「ｅ」の火点を加えて、「ｄ」、「ｃ」及び「ｂ」の各位置の火点を検出できるという作用効果が得られる。
【００２７】
かかる効果は、炎検出装置１０に二つの検知系を備えるとともに、各検知系の検出感度を異ならせたことによって、遠距離検知限界線を遠くに置くことと近距離検知限界線を近くに置くことを両立できたからであり、遠距離検知限界距離Ｌｍａｘを犠牲にすることなく、無効検知エリアを縮小することができ、実質的な有効検知エリア（有効検知エリア２４＋有効検知エリア２５）を拡大できたからである。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、Ａ系とＢ系の検出感度を異ならせる方法として増幅部の増幅率を調節しているが、本発明はこれに限らない。要は、Ａ系とＢ系の検出感度を異ならせて、検知エリアを図２や図３のようにすればよく、例えば、Ａ系とＢ系の検知波長帯域を異ならせたり、しきい値レベルを異ならせたりしてもよい。
【００２９】
図８は、有炎燃焼の赤外線エネルギーのスペクトル分布図であり、４．５μｍ付近のピークは、いわゆるＣＯ₂共鳴放射によるものである。今、Ａ系とＢ系の増幅率やしきい値レベル等の検知波長帯以外の条件を同一にするとともに、Ａ系の検知素子１１Ａの検知面前面に広帯域（例えば３〜５μｍ）の光学波長フィルタを設け、且つ、Ｂ系の検知素子１１Ｂの検知面前面に挟帯域（例えば４．５μｍを中心とするもの）の光学波長フィルタを設ければ、これら二つの検知系で同一の炎を検出したときに得られる赤外線エネルギーの強度は、Ａ系の場合に右下がりハッチング部分、Ｂ系の場合にクロスハッチング部分の面積相当となって、広帯域側（Ａ系）で強く、挟帯域側（Ｂ系）で弱くなるから、結果的に検出感度を異ならせることとなり、上記実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、この実施の形態の場合には、光学波長フィルタ以外の回路構成を同一にでき、且つ、回路特性を揃えることができるので、製造コストを抑制できるというメリットが得られる。
【００３０】
図９は、火点位置を大まかに把握できるように改良した炎検出装置の構成図であり、上記実施例と共通する構成要素に同一の符号を付すことにすれば、相違点は、Ａ系の判定部１６Ａの火災判定結果とＢ系の判定部１６Ｂの火災判定結果に基づいて火点位置を三つの領域Ｅ_A〜Ｅ_Cに判定する位置判定部３１と、位置判定部３１による火災位置の判定結果を火点検出信号として出力する位置情報出力部３２とを備えた点にある。
【００３１】
図１０は、位置判定部３１における判定概念図であり、位置判定部３１は、Ａ系とＢ系の火災判定結果の組み合わせ（Ａ系だけの火災判定、ＡＢ両系の火災判定、Ｂ系だけの火災判定、両系の非火災判定）のうちの（４）を除く、（１）〜（３）について、火点エリアＥ_A、Ｅ_B及びＥ_Cにおける火災発生を判定する。
【００３２】
これらの組み合わせを図５の検知エリア平面図に当てはめると、（１）はＥ_Cに相当し、（２）はＥ_Bに相当し、（３）はＥ_Aに相当し、（４）はエリア外又は無効検知エリアに相当するから、結局、Ａ系の火災判定結果とＢ系の火災判定結果を利用することにより、火点位置の判定を行うことができる。
【００３３】
図１１は、火点位置を大まかに把握できるように改良した炎検出装置の他の構成図であり、上記実施例と共通する構成要素に同一の符号を付すことにすれば、相違点は、Ａ系の増幅部１５Ａの出力信号Ｓ１とＢ系の増幅部１５Ｂの出力信号Ｓ２の相関値を六つのしきい値ＴＨ３〜ＴＨ８と比較して火点位置を三つの領域Ｅ_A〜Ｅ_Cで判定する位置判定部３１′と、火災検出信号の出力時に位置判定部３１′による火災位置の判定結果を火点検出信号として出力する位置情報出力部３２′とを備えた点にある。
【００３４】
図１２は、位置判定部３１′及び位置情報出力部３２′の動作フローチャートであり、このフローでは、まず、Ｓ１／Ｓ２を変数Ｒにセット（ＳＴＥＰ１０）した後、ＴＨ３＜Ｒ＜ＴＨ４、ＴＨ５＜Ｒ＜ＴＨ６及びＴＨ７＜Ｒ＜ＴＨ８の各判定条件を順次に評価し（ＳＴＥＰ１１〜ＳＴＥＰ１３）、それぞれの条件を満たしたときに火災検出位置Ｅ_A、Ｅ_B又はＥ_Cを判定し、火災検出信号の出力に合わせて各検出位置の情報を出力する（ＳＴＥＰ１４〜ＳＴＥＰ１６）というものである。
【００３５】
Ｓ１／Ｓ２は、火災を判定した検知系がＡ系であるか又はＢ系であるか若しくはその両方の系であるかを判定するための演算値である。すなわち、Ａ系のみで火災を検出した場合はＳ２は０に近づきＲは最大となり、Ｂ系のみで火災を検出した場合はＳ１は０に近づきＲは最小となり、ＡＢ両系で火災を検出した場合はＳ１とＳ２は近づきＲが１に近づくから、Ｒ（＝Ｓ１／Ｓ２）の値を適当なしきい値と比較することにより、火災発生の位置（領域）を判定することができる。なお、実際の演算処理テクニックでは、Ｓ２＝０の場合のゼロ除算エラーを回避するために、Ｓ１／Ｓ２の演算前にＲに無限大若しくは事実上無限大とみなすことのできる最大値（以下、便宜的に∞）をセットするが、ここでは特に言及しない。
【００３６】
ここで、六つのしきい値（ＴＨ３〜ＴＨ８）の大小関係は、ＴＨ３＜ＴＨ４＜ＴＨ５＜ＴＨ６＜ＴＨ７＜ＴＨ８であり、これらのしきい値のレベルを適切に設定することによって、検出位置Ｅ_AをＢ系の近距離検知限界線２３とＡ系の近距離検知限界線２２の間に置くことができ、また、検出位置Ｅ_BをＡ系の近距離検知限界線２２とＢ系の遠距離検知限界線２１の間に置くことができ、さらに、検出位置Ｅ_CをＢ系の遠距離検知限界線２１とＡ系の遠距離検知限界線２０の間に置くことができる（図４参照）。
【００３７】
したがって、図９又は図１１に示す実施の形態の場合、火点位置を三つの領域（Ｅ_A、Ｅ_B、Ｅ_C）に分けて把握できるので、例えば、放水銃に対する放水ポイントを同領域の大きさで指定することができ、従来技術に比べて狭い範囲への放水指示が可能になるので、放水量を節約して給水設備の簡素化を図ることができるという格別な効果が得られる。
【００３８】
なお、上記の各実施の形態において、図１３に示すように、二つの検知素子１１Ａ、１１Ｂを一つのパッケージ４０に収めるようにすると、炎検出装置への実装が容易になるうえ、小型化も図れるから望ましく、さらに、パッケージ４０を焦電薄膜型赤外線素子を用いたアレイ構造とすれば、従来型の焦電素子に比べて熱応答がよくなり、良好な感度特性が得られるので好ましい。
【００３９】
図１４は、二つの検知素子１１Ａ、１１Ｂのレイアウト図である。検知素子１１Ａ、１１Ｂはできるだけ接近して隣り合うように、且つ、その検知面が同方向を向くように配置されている。具体的には、検知素子１１Ａ、１１Ｂは、パッケージ４１Ａ、４１Ｂ内に実装され、パッケージ４１Ａ、４１Ｂの前面に設けられた受光窓４２Ａ、４２Ｂを介して入射される赤外線を受光する。４３Ａ、４３Ｂは光学波長バンドパスフィルタで、受光窓４２Ａ、４２Ｂに実装されている。検知素子１１Ａ、１１Ｂと受光窓４２Ａ、４２Ｂとの位置関係等で決まる検知素子１１Ａ、１１Ｂの各々の検知角度（有効検知エリアの広がり角）はともに２θであるが、充分に離れた場所で見た場合、これら二つの検知素子１１Ａ、１１Ｂの合成検知角度は正確には≒２θであるものの単一の検知角度２θと等値とみなして差し支えない。
【００４０】
なお、検知素子毎の検知角度のバラツキにより、合成検知角度と単一の検知角度との差を無視できない場合は、図１５に示すように、二つの検知素子１１Ａ、１１Ｂの周囲に適当な遮光部材（有効検知エリア制限手段に相当）５０、５１を設けることが望ましい。遮光部材５０、５１の位置や高さなどを調節することにより、二つの検知素子１１Ａ、１１Ｂの合成検知角度を２θ′に設定することができる。
【００４１】
なお、上記実施の形態にあっては、検知系をＡ系とＢ系の二系統にしているが、三系統若しくはそれ以上の多系統にして、各系の検知系毎に検出感度を異ならせてもよい。また、検知系を増やすことで、図９や図１１に示す実施の形態の場合、更に細かく火点位置を特定することができる。
【発明の効果】
本発明によれば、赤外線エネルギーを電気信号に変換する検知素子を含む検知系を複数備え、複数の検知系毎の検出感度をそれぞれ異ならせるとともに、複数の検知系毎の検知素子を直近且つ同方向を向くように配置するようにしたので、遠距離検知限界線を遠くに置くことと近距離検知限界線を近くに置くことを両立でき、実質的な有効検知エリアを拡大できる。
【００４２】
また、前記検知系は、検知素子の出力信号から炎の赤外線成分を抽出する抽出手段、抽出手段の出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅手段、及び、増幅手段から出力される出力信号により火災の判定を行う判定手段を備え、前記複数の検知系の判定手段での判定結果に基づいて火災発生位置を特定する位置判定部、若しくは、前記複数の検知系の増幅手段から出力される出力信号のレベルの相関関係に基づいて火災発生位置を特定する位置判定部を有するので、検知エリアで発生した炎の位置を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のブロック図である。
【図２】Ａ系の検知エリア平面図である。
【図３】Ｂ系の検知エリア平面図である。
【図４】検出感度と受信信号レベルの関係を示す図である。
【図５】ＡＢ両系を合わせた検知エリア平面図である。
【図６】ＡＢ両系のしきい値及び出力飽和レベルのレベル関係図である。
【図７】実施の形態の火災判定フローチャートである。
【図８】有炎燃焼の赤外線エネルギーのスペクトル分布図である。
【図９】火点位置判定のための構成図である。
【図１０】火点位置判定の判定概念図である。
【図１１】他の実施の形態のブロック図である。
【図１２】他の実施の形態の火点位置判定フローチャートである。
【図１３】パッケージ化された検知素子を含む要部ブロック構成図である。
【図１４】検知素子のレイアウト図である。
【図１５】遮光部材を含む検知素子のレイアウト図である。
【図１６】従来例の概念的な構成図である。
【図１７】有炎燃焼に伴う赤外線エネルギーの放射強度を示すグラフである。
【図１８】従来例の検知エリア平面図である。
【符号の説明】
１１Ａ検知素子
１１Ｂ検知素子
１４Ａ周波数フィルタ（抽出手段）
１４Ｂ周波数フィルタ（抽出手段）
１５Ａ増幅部（増幅手段）
１５Ｂ増幅部（増幅手段）
１６Ａ判定部（判定手段）
１６Ｂ判定部（判定手段）
３１、３１′ 位置判定部
５０、５１遮光部材（有効検知エリア制限手段）[0001]
[Industrial application fields]
The present invention uses an infrared flame detection device (hereinafter simply referred to as a “flame detection device”) among fire detection devices that automatically detect the occurrence of a fire using physical phenomena (heat, smoke, flame) caused by a fire. )).
[0002]
[Prior art]
As a conventional flame detection apparatus, for example, one shown in FIG. 16 is known. In FIG. 16, 1 is an optical wavelength bandpass filter, 2 is a sensing element, 3 is a frequency filter, and 4 is a comparator. In practice, an amplifier for signal amplification is also included in the configuration, but it is omitted for simplification of description.
[0003]
This conventional flame detection device converts infrared energy in an effective detection area (described later) into an electrical signal by the detection element 2 and extracts a “predetermined low frequency component” of the electrical signal by the frequency filter 3. When the level of the low frequency component exceeds the reference level, a fire detection signal is output. Here, the “predetermined low frequency component” is a component including a frequency fc of fluctuation (or flickering) of infrared energy radiated from the flame.
[0004]
FIG. 17 is a graph in the case where the radiant intensity of infrared energy accompanying flammable combustion is observed on the time axis. The infrared energy radiated from the flame is the sum of the energy E from the heat source and the energy e of the inner and outer flames. E changes at a substantially constant level and hardly fluctuates, whereas e is the CO. ₂ It is known that it fluctuates periodically at a low frequency (corresponding to fc above) of several Hz according to the consumption of oxygen accompanying resonance radiation and combustion and the cycle of supply from the surroundings. By adjusting to fc, “flame” due to fire can be detected.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional flame detection device, one detection element 2 is provided, and infrared energy in a detection area set in front of the detection surface of the detection element 2 is detected, for example, the fluctuation component thereof. (The component corresponding to the above-mentioned frequency fc) is detected, but the intensity of the infrared energy that reaches the detection surface of the detection element 2 varies greatly according to the fire point position in the detection area (for example, the detection surface). In order to detect weak infrared energy, for example, the detection sensitivity of the detection system including the detection element 2 must be increased. There is an inconvenience that the output becomes saturated beyond the output range of the detection system. Furthermore, there is an inconvenience that the position of a fire point in the detection area in charge of one detection element 2 cannot be grasped at all.
[0006]
To explain this in detail, FIG. 18 is a plan view of the detection area of the detection element 2, and 6 is a predetermined angle 2θ (θ is generally 50 with respect to the normal 5 of the detection surface of the detection element 2. It is a detection area that spreads radially. Lmax is a long-range detection limit distance (generally about 20 m) of the detection system including the detection element 2, and is a specified fire model (for example, normal heptane fuel placed in a square dish of 0.1 or 0.5 square meter). This is the limit of distance that can be detected as a fire. The intensity of the infrared energy reaching the detection surface of the detection element 2 is inversely proportional to the square of the distance from the fire point to the detection element 2 and decreases as the infrared incident angle with respect to the normal 5 increases. After all, the intensity of the infrared energy greatly varies depending on the fire point position in the detection area 6.
[0007]
Now, if the position of the fire model is “a” in the detection area 6, the fluctuation component of the infrared energy from the fire point can be detected as a last minute fire by the detection system including the detection element 2, but on the other hand, than the fire model Even if it is a small flame, for example, a lighter flame, if it is close to the detection element 2, for example, “B”, the infrared energy that reaches the detection surface of the detection element 2 is large, so the detection system similarly detects However, it may be judged as a fire. In addition, if there is a flame of the scale corresponding to the above-mentioned fire model at the position of “B”, the infrared energy reaching the detection surface of the detection element 2 becomes excessive and exceeds the output range of the detection system. Therefore, it becomes impossible to perform signal analysis to extract a fluctuation component of infrared energy from the fire point and judge a fire.
[0008]
The range 6a including the position b is called the invalid detection area (the area where it is not possible to guarantee that only a fire can be detected by properly judging fire and non-fire). An area (effective detection area) 6b indicated by hatching in which the invalid detection area 6a is excluded from the detection area 6 can be assured that only a fire can be detected by appropriately determining whether or not non-fire.
[0009]
Needless to say, the purpose of the flame detection device is to detect a flame exceeding a predetermined scale in the detection area 6, extending the effective detection area 6 b by increasing the long-range detection limit distance Lmax as much as possible, and detecting invalidity. Although it is required to make the area 6a as narrow as possible, when the detection sensitivity of the detection system is increased to increase the effective detection area 6b by increasing Lmax, the invalid detection area 6a is also expanded as a result. If the sensitivity is reduced and the invalid detection area 6a is narrowed, the result is a contradictory result that Lmax is shortened and the effective detection area 6b is also reduced, which is the expansion of the effective detection area 6b and the reduction of the invalid detection area 6a. The first problem is that we cannot achieve one proposition together.
[0010]
Further, although it is possible to detect the flame generated in the substantial detection area (effective detection area) 6b, the position of the fire point in the detection area cannot be roughly grasped. In this case, it is not possible to provide pinpoint water discharge point information to the water gun apparatus, and it is necessary to discharge water uniformly over the entire range of the effective detection area 6b. There is a second problem that the equipment cost increases and it takes time to extinguish the fire.
[0011]
Accordingly, the first object of the present invention is to achieve both expansion of the effective detection area and reduction of the invalid detection area, and a second object is to roughly grasp the position of the flame generated in the detection area. It is.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a plurality of detection systems including detection elements that convert infrared energy into an electrical signal, and the detection sensitivities for each of the plurality of detection systems are different from each other. Arranged to face.
[0013]
Specifically, a detection element that converts infrared energy into an electrical signal, an extraction means that extracts an infrared component of a flame from the output signal of the detection element, and an output signal of the extraction means is amplified by a predetermined amplification factor. A plurality of detection systems including amplifying means for output and a determination means for determining fire based on an output signal output from the amplification means, and each of the plurality of detection systems has different detection sensitivities; It is characterized in that the detection elements for each detection system are arranged so as to be closest and in the same direction.
Further, the detection sensitivity may be varied by varying the amplification factor of the amplification means, the detection wavelength band, or the threshold value for performing the fire determination of the determination means for each of the plurality of detection systems. Features.
Further, the detection sensitivity can be made different for each of the plurality of detection systems by combining at least two of the amplification factor of the amplification unit, the threshold value for performing the fire determination of the determination unit, and the detection wavelength band. It is characterized by making it different.
Further, the present invention is characterized in that a position determination unit for specifying a fire occurrence position based on the determination results of the determination means of the plurality of detection systems is provided.
Further, the present invention is characterized by further comprising a position determination unit that identifies a fire occurrence position based on a correlation between levels of output signals output from the amplification means of the plurality of detection systems.
Further, the present invention is characterized in that an effective detection area limiting unit is provided that makes the spread angles of the effective detection areas for the plurality of detection systems substantially the same.
The detection elements for each of the plurality of detection systems are integrally packaged.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as examples applied to an infrared flame detector (hereinafter simply referred to as “flame detector”).
[0015]
FIG. 1 is a conceptual configuration diagram of a flame detection apparatus 10 according to the present embodiment. In this figure, 11A and 11B are sensing elements that convert infrared energy 12 into electrical signals 13A and 13B (though not particularly limited, for example, using pyroelectric materials), and 14A and 14B include the fluctuation frequency of the infrared energy of the flame. A frequency filter for extracting a signal in a predetermined frequency range (corresponding to extraction means; hereinafter abbreviated as “filter”), 15A and 15B are amplifying sections (corresponding to amplifying means) for amplifying the filtered signal, and 16A and 16B are after amplification. A determination unit (corresponding to a determination unit) that outputs a detection signal when the occurrence of a fire is determined by comparing the signals S1 and S2 with predetermined thresholds TH1 and TH2, and 17 is determined from the determination unit 16A or the determination unit 16B. It is an output part which outputs a fire detection signal when a detection signal is output.
[0016]
Here, the components with “A” added to the reference, that is, the detection element 11A, the filter 14A, the amplification unit 15A, and the determination unit 16A are referred to as the A-system detection system, and similarly, the detection elements with “B” added thereto. 11B, filter 14B, amplification unit 15B, and determination unit 16B are referred to as a B-system detection system, these two detection systems are adjusted to have different detection sensitivities for the purpose described below. There is a feature in the point.
[0017]
FIG. 2 is a detection area plan view of an A-system detection system (hereinafter abbreviated as “A system”), and FIG. 3 is a detection area plan view of a B-system detection system (hereinafter abbreviated as “B system”). In both of these figures, 20 is a long distance detection limit line for the A system, 21 is a long distance detection limit line for the B system, 22 is a short distance detection limit line for the A system, 23 is a short distance detection limit line for the B system, 24 Is an A system effective detection area, and 25 is a B system effective detection area. The long distance detection limit line 20 of the A system is the farthest, the long distance detection limit line 21 of the B system, the short distance detection limit line 22 of the A system, and the short distance detection limit line 23 of the B system in this order. It is close to the elements 11A, 11B).
[0018]
The positions of the A-system long-range detection limit line 20 and the short-range detection limit line 22 are determined by, for example, the detection sensitivity of the A-system. Similarly, the positions of the B-system long-range detection limit line 21 and the short-range detection limit line 23 are Determined by the detection sensitivity of the B system. The detection sensitivity of each detection system can be adjusted independently by the A-system amplification unit 15A and the B-system amplification unit 15B. For example, if the amplification factor of the A-system amplification unit 15A is set higher than the amplification factor of the B-system amplification unit 15B, the detection sensitivity of the A-system is set higher than the detection sensitivity of the B-system. The two limit lines 20 to 23 can be in the illustrated positional relationship.
[0019]
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the distance and the received signal level when the detection sensitivity is set high (FIG. 4A) and when the detection sensitivity is set low (FIG. 4B). In this figure, OVF is the output saturation level of the detection system, and LC is a line indicating the change in reception level according to the distance when the infrared energy from the flame is the same (actually an exponential curve, but in the figure it is convenient. Are represented by straight lines). TH is At level This is the threshold value when judging a fire.
[0020]
As shown in FIG. 4A, when the detection sensitivity is sufficiently high, the reception level M2 due to the infrared energy from the long distance L2 is equal to the reception level M2 due to the infrared energy from the short distance L1 even if the reception level M1 from the short distance L1 exceeds OVF. As a result of decreasing along the LC by the separation distance, M2 <M1, and a small level lower than OVF. On the other hand, as shown in FIG. 4B, considering the case where the detection sensitivity is lowered under the same conditions, the reception levels M3 and M4 by the infrared energy from the short distance L1 and the long distance L2 increase the detection sensitivity. Naturally, it is lower than M1 and M2. The reception level M4 is naturally lower than the reception level M3.
[0021]
From the above,
(A) When the detection sensitivity is increased
Advantage: Since the signal level M2 of the infrared energy from the long distance L2 is large, the effective detection area can be expanded.
Disadvantage: Since the signal level M1 of the infrared energy from the short distance L1 exceeds OVF, the invalid detection area is also enlarged. .
(B) When the detection sensitivity is lowered
Advantage: Since the signal level M3 of the infrared energy from the short distance L1 does not exceed OVF, the invalid detection area can be reduced.
Disadvantage: Since the signal level M4 of the infrared energy from the long distance L2 is small, the effective detection area is also reduced.
It can be seen that the conflicting characteristics are obtained. Therefore, by making the detection sensitivity of the A system and B system different, the signal level of the infrared energy from the long distance L2 is large and the signal level of the infrared energy from the short distance L1 is a composite characteristic of both systems. Therefore, it is possible to obtain preferable characteristics that have the advantages of both systems that do not exceed OVF. That is, by having this preferable characteristic, the effective detection area can be enlarged and the invalid detection area can be reduced.
[0022]
FIG. 5 is a plan view in which the detection areas of the A system and the B system set as described above are overlapped. The A system effective detection area 24 and the B system effective detection area 25 are partially overlapped (symbols). The cross hatching portion shown by 24/25) is shown. In this figure, a to f are fire points according to a prescribed fire model. When infrared energy L * (* is a to f) reaching the detection surfaces of the detection elements 11A and 11B are arranged in order of intensity, La <Lb <Lc <Ld <Le <Lf. Here, La is a level below the threshold TH1 for the A system fire judgment, Lb is a level slightly higher than the A system threshold TH1, and Lc is a threshold TH2 for the B system fire judgment. A slightly higher level, Ld is a level slightly lower than the A system output saturation level OVF1, Le is a level slightly lower than the B system output saturation level OVF2, and Lf is a level completely higher than the B system output saturation level OVF2. Appropriate levels of the threshold values TH1 and TH2 for determining fire are determined when the fire model is placed on the long-range detection limit lines 20 and 21 of the effective detection areas 24 and 25 of each detection system. Other infrared radiation sources (for example, lamps and lighter flames) detect the near-field detection limit of the infrared energy associated with flame combustion. 22, 23 is given at a level that can be detected without mistaking them anywhere.
[0023]
6 shows infrared energy levels (La, Lb, Lc, Ld, Le, Lf), threshold values (TH1, TH2) and output saturation levels ( It is a conceptual diagram which shows the relationship with OVF1, OVF2). Note that the order of the infrared energy levels (La, Lb, Lc, Ld, Le, Lf) in the figure becomes stronger (larger) from the bottom to the top of the figure, but the interval and scale are the actual intensity. It does not represent a level. It merely shows the ranking of strength.
[0024]
In this figure, DR1 is a range that can be appropriately determined as an A-system fire, and DR2 is a range that can be appropriately determined as a B-system fire. The output saturation level OVF2 of DR2 shifts to the strong (large) level side with respect to the output saturation level OVF1 of DR1, and similarly, the threshold value TH2 that determines the lower limit of DR2 with respect to the threshold value TH1 that determines the lower limit of DR1. Has also shifted to the strong (large) level side.
[0025]
According to the flame detection apparatus 10 of the present embodiment having the above configuration, when the output signal S1 of the A-system amplification unit 15A exceeds the threshold value TH1 (STEP 1), as shown in the operation flowchart of FIG. (YES determination), or when the output signal S2 of the B-system amplifier 15B exceeds the threshold value TH2 (STEP2 YES determination), a fire detection signal is output (STEP3).
[0026]
That is, considering Ld, Lc, or Lb in FIG. 6, they exceed the threshold value TH1 of the A system and are lower than the output saturation level OVF1 of the A system. Therefore, a fire occurs when Ld, Lc, or Lb is detected. Detection signals can be output, and considering Le, Ld, or Lc, they exceed the B system threshold TH2 and are below the B system output saturation level OVF2, so that detection of Le, Ld, or Lc is possible. With this, a fire detection signal can be output. After all, the fire point at the position “e”, which could not be detected by the prior art, can be added to detect the fire points at the positions “d”, “c”, and “b”. The effect is obtained.
[0027]
Such an effect is that the flame detection apparatus 10 is provided with two detection systems, and the detection sensitivity of each detection system is made different so that the long-range detection limit line is placed far and the short-range detection limit line is placed close to each other. This is because the invalid detection area can be reduced without sacrificing the long distance detection limit distance Lmax, and the substantial effective detection area (effective detection area 24 + effective detection area 25) can be expanded. This is because the.
[0028]
In the above-described embodiment, the amplification factor of the amplification unit is adjusted as a method for differentiating the detection sensitivity between the A system and the B system, but the present invention is not limited to this. In short, the detection sensitivity of the A system and the B system may be made different so that the detection area is as shown in FIGS. 2 and 3, for example, the detection wavelength bands of the A system and the B system may be made different, You may vary the level.
[0029]
FIG. 8 is a spectrum distribution diagram of infrared energy of flammable combustion, and a peak around 4.5 μm is a so-called CO. ₂ This is due to resonance radiation. Now, the conditions other than the detection wavelength band such as the amplification factor and the threshold level of the A system and the B system are made the same, and a broadband (for example, 3 to 5 μm) optical wavelength in front of the detection surface of the A system detection element 11A If a filter is provided and an optical wavelength filter with a narrow band (for example, centering around 4.5 μm) is provided in front of the detection surface of the B-system detection element 11B, the same flame is detected by these two detection systems. The intensity of the infrared energy obtained at this time is equivalent to the area of the right-down hatching portion in the case of the A system and the cross hatching portion in the case of the B system, and is strong on the wide band side (A system) and narrow on the narrow band side (B As a result, the detection sensitivity is varied, and the same effect as the above embodiment can be obtained. In the case of this embodiment, since the circuit configuration other than the optical wavelength filter can be made the same and the circuit characteristics can be made uniform, there is an advantage that the manufacturing cost can be suppressed.
[0030]
FIG. 9 is a block diagram of a flame detection apparatus improved so that the hot spot position can be roughly grasped. If the same reference numerals are given to the same components as those in the above embodiment, the difference is that Based on the fire determination result of the determination unit 16A and the fire determination result of the B-system determination unit 16B, the fire point position is set to three regions E. _A ~ E _C The position determination unit 31 for determining the fire position and the determination result of the fire position by the position determination unit 31 Output as a fire point detection signal The position information output unit 32 is provided.
[0031]
FIG. 10 is a conceptual diagram of the determination in the position determination unit 31. The position determination unit 31 is a combination of fire determination results for the A system and the B system (fire determination for only the A system, fire determination for both AB systems, only for the B system. (1) to (3), excluding (4) of (Fire determination of both systems, non-fire determination of both systems) _A , E _B And E _C Determine the fire occurrence in
[0032]
When these combinations are applied to the detection area plan view of FIG. _C (2) is E _B (3) is E _A Since (4) corresponds to an out-of-area or invalid detection area, the fire point position can be determined by using the A-system fire determination result and the B-system fire determination result. .
[0033]
FIG. 11 is another configuration diagram of the flame detection apparatus improved so that the hot spot position can be roughly grasped. If the same reference numerals are given to the same components as those in the above embodiment, the difference is as follows. The correlation value between the output signal S1 of the A-system amplification unit 15A and the output signal S2 of the B-system amplification unit 15B is compared with six threshold values TH3 to TH8, and the fire point position is set to three regions E. _A ~ E _C And a position information output unit 32 ′ that outputs a fire position determination result by the position determination unit 31 ′ as a fire point detection signal when a fire detection signal is output.
[0034]
FIG. 12 is an operation flowchart of the position determination unit 31 ′ and the position information output unit 32 ′. In this flow, first, after setting S1 / S2 to a variable R (STEP 10), TH3 <R <TH4, TH5 < Each determination condition of R <TH6 and TH7 <R <TH8 is sequentially evaluated (STEP11 to STEP13), and when each condition is satisfied, the fire detection position E _A , E _B Or E _C The information of each detection position is output in accordance with the output of the fire detection signal (STEP 14 to STEP 16).
[0035]
S1 / S2 is a calculation value for determining whether the detection system that has determined the fire is the A system, the B system, or both. That is, when fire is detected only in the A system, S2 approaches 0 and R is maximum, and when only fire is detected in the B system, S1 approaches 0 and R becomes minimum, and fire is detected in both AB systems. In this case, since S1 and S2 approach and R approaches 1, the position (region) where the fire occurs can be determined by comparing the value of R (= S1 / S2) with an appropriate threshold value. In an actual calculation technique, in order to avoid a divide-by-zero error in the case of S2 = 0, the maximum value that can be regarded as infinite or practically infinite in R before the calculation of S1 / S2 (hereinafter, For convenience, ∞) is set, but is not mentioned here.
[0036]
Here, the magnitude relationship of the six threshold values (TH3 to TH8) is TH3 <TH4 <TH5 <TH6 <TH7 <TH8, and the detection position E is set by appropriately setting the levels of these threshold values. _A Can be placed between the short distance detection limit line 23 of the B system and the short distance detection limit line 22 of the A system, and the detection position E _B Can be placed between the short distance detection limit line 22 of the A system and the long distance detection limit line 21 of the B system. _C Can be placed between the long distance detection limit line 21 of the B system and the long distance detection limit line 20 of the A system (see FIG. 4).
[0037]
Therefore, in the case of the embodiment shown in FIG. 9 or FIG. _A , E _B , E _C For example, the water discharge point for the water discharge gun can be specified by the size of the same area, and the water discharge instruction can be directed to a narrow range compared to the conventional technology, thus reducing the water discharge amount. Therefore, it is possible to obtain a special effect that simplification of water supply facilities can be achieved.
[0038]
In each of the above-described embodiments, as shown in FIG. 13, if the two detection elements 11A and 11B are housed in one package 40, the mounting on the flame detection device is facilitated and the size can be reduced. In addition, it is desirable that the package 40 has an array structure using a pyroelectric thin film type infrared element, since the thermal response is better than that of a conventional pyroelectric element, and good sensitivity characteristics can be obtained.
[0039]
FIG. 14 is a layout diagram of the two sensing elements 11A and 11B. The detection elements 11A and 11B are arranged so as to be adjacent as close as possible and so that their detection surfaces face in the same direction. Specifically, the detection elements 11A and 11B are mounted in the packages 41A and 41B and receive infrared rays incident through the light receiving windows 42A and 42B provided on the front surfaces of the packages 41A and 41B. 43A and 43B Optical wavelength A band-pass filter is mounted on the light receiving windows 42A and 42B. Each of the detection angles of the detection elements 11A and 11B (the spread angle of the effective detection area) determined by the positional relationship between the detection elements 11A and 11B and the light receiving windows 42A and 42B is 2θ. In this case, although the combined detection angle of these two detection elements 11A and 11B is exactly ≈2θ, it can be regarded as equivalent to the single detection angle 2θ.
[0040]
If the difference between the combined detection angle and the single detection angle cannot be ignored due to variations in the detection angle of each detection element, as shown in FIG. 15, an appropriate light shielding is provided around the two detection elements 11A and 11B. It is desirable to provide members (corresponding to effective detection area limiting means) 50, 51. By adjusting the positions and heights of the light shielding members 50 and 51, the combined detection angle of the two detection elements 11A and 11B can be set to 2θ ′.
[0041]
In the above embodiment, the detection system has two systems, A system and B system. However, the detection sensitivity is different for each detection system by using three or more systems. May be. In addition, by increasing the number of detection systems, in the case of the embodiment shown in FIGS. 9 and 11, the hot spot position can be specified more finely.
【The invention's effect】
According to the present invention, a plurality of detection systems including detection elements that convert infrared energy into an electrical signal are provided, the detection sensitivities of the plurality of detection systems are made different, and the detection elements of the plurality of detection systems are the closest and the same. Since it is arranged so as to face the direction, it is possible to simultaneously place the long-range detection limit line and the short-range detection limit line close to each other, and it is possible to expand a substantial effective detection area.
[0042]
The detection system is output from an extraction means for extracting the infrared component of the flame from the output signal of the detection element, an amplification means for amplifying the output signal of the extraction means with a predetermined amplification factor, and an amplification means. A determination unit configured to determine a fire based on an output signal; output from a position determination unit that identifies a fire occurrence position based on a determination result in the determination unit of the plurality of detection systems; or output from the amplification unit of the plurality of detection systems Since it has the position determination part which specifies a fire occurrence position based on the correlation of the level of the output signal to be performed, the position of the flame which generate | occur | produced in the detection area can be grasped | ascertained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment.
FIG. 2 is a plan view of an A-system detection area.
FIG. 3 is a plan view of a B-system detection area;
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between detection sensitivity and a received signal level.
FIG. 5 is a plan view of a detection area in which both AB systems are combined.
FIG. 6 is a level relationship diagram of threshold values and output saturation levels of both AB systems.
FIG. 7 is a fire determination flowchart according to the embodiment.
FIG. 8 is a spectrum distribution diagram of infrared energy of flame combustion.
FIG. 9 is a configuration diagram for determining a hot spot position.
FIG. 10 is a determination conceptual diagram of a hot spot position determination.
FIG. 11 is a block diagram of another embodiment.
FIG. 12 is a fire point position determination flowchart according to another embodiment.
FIG. 13 is a block diagram of a main part including a packaged sensing element.
FIG. 14 is a layout diagram of sensing elements.
FIG. 15 is a layout diagram of a sensing element including a light shielding member.
FIG. 16 is a conceptual configuration diagram of a conventional example.
FIG. 17 is a graph showing the radiation intensity of infrared energy associated with flammable combustion.
FIG. 18 is a plan view of a detection area of a conventional example.
[Explanation of symbols]
11A sensing element
11B sensing element
14A frequency filter (extraction means)
14B frequency filter (extraction means)
15A Amplification part (amplification means)
15B Amplification part (amplification means)
16A determination part (determination means)
16B determination part (determination means)
31, 31 'position determination unit
50, 51 Shading member (effective detection area limiting means)

Claims

赤外線エネルギーを電気信号に変換する検知素子と、
前記検知素子の出力信号から炎の赤外線成分を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段の出力信号を所定の増幅率により増幅して出力する増幅手段と、
前記増幅手段から出力される出力信号により火災の判定を行う判定手段とを含む検知系を複数備え、
前記複数の検知系毎の検出感度をそれぞれ異ならせるとともに、
前記複数の検知系毎の検知素子を直近且つ同方向を向くように配置することを特徴とする炎検出装置。A sensing element that converts infrared energy into an electrical signal;
Extraction means for extracting the infrared component of the flame from the output signal of the sensing element;
Amplifying means for amplifying and outputting the output signal of the extracting means at a predetermined amplification rate;
A plurality of detection systems including a determination unit that determines a fire by an output signal output from the amplification unit,
While differentiating the detection sensitivity for each of the plurality of detection systems,
A flame detection apparatus, wherein the detection elements for each of the plurality of detection systems are arranged so as to be closest and in the same direction.

前記増幅手段の増幅率を前記複数の検知系毎に異ならせることで検出感度をそれぞれ異ならせることを特徴とする請求項１記載の炎検出装置。2. The flame detection device according to claim 1, wherein the detection sensitivity is made different by making the amplification factor of the amplification means different for each of the plurality of detection systems.

検知波長帯域を前記複数の検知系毎に異ならせることで検出感度をそれぞれ異ならせることを特徴とする請求項１記載の炎検出装置。The flame detection device according to claim 1, wherein the detection sensitivity is made different by making a detection wavelength band different for each of the plurality of detection systems.

前記判定手段の火災判定を行うためのしきい値を前記複数の検知系毎に異ならせることで検出感度をそれぞれ異ならせることを特徴とする請求項１記載の炎検出装置。2. The flame detection device according to claim 1, wherein the detection sensitivity is made different by making the threshold value for performing the fire judgment of the judgment means different for each of the plurality of detection systems.

前記増幅手段の増幅率、前記判定手段の火災判定を行うためのしきい値、検知波長帯域のうちの少なくとも２つを組み合わせて前記複数の検知系毎に異ならせることで検出感度をそれぞれ異ならせることを特徴とする請求項１記載の炎検出装置。The detection sensitivity is varied by combining at least two of the amplification factor of the amplification unit, the threshold value for performing the fire determination of the determination unit, and the detection wavelength band, and making each of the plurality of detection systems different. The flame detection device according to claim 1.

前記複数の検知系の判定手段での判定結果に基づいて火災発生位置を特定する位置判定部を備えたことを特徴とする請求項１記載の炎検出装置。The flame detection apparatus according to claim 1, further comprising a position determination unit that specifies a fire occurrence position based on determination results of the determination units of the plurality of detection systems.

前記複数の検知系の増幅手段から出力される出力信号のレベルの相関関係に基づいて火災発生位置を特定する位置判定部を備えたことを特徴とする請求項１記載の炎検出装置。The flame detection apparatus according to claim 1, further comprising a position determination unit that identifies a fire occurrence position based on a correlation between levels of output signals output from the amplification units of the plurality of detection systems.

前記複数の検知系毎の有効検知エリアの広がり角を略同一にする有効検知エリア制限手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の炎検出装置。The flame detection device according to claim 1, further comprising an effective detection area limiting unit that makes the spread angles of the effective detection areas of the plurality of detection systems substantially the same.

前記複数の検知系毎の検知素子は、一体的にパッケージ化されたことを特徴とする請求項１記載の炎検出装置。The flame detection device according to claim 1, wherein the detection elements for each of the plurality of detection systems are integrally packaged.