JP7278129B2 - 炎検知器 - Google Patents

Description

本発明は、誤報源と炎とを判別した上で炎の発生を検出する炎検知器に関する。

一例として、トンネル内で発生する火災を検出するために使用される現行の炎検知器では、互いに異なる波長帯に検出感度を有する２つの素子によるそれぞれの検出結果を用いて、炎を検知している。

より具体的には、近赤外線領域を検出するセンサとしてフォトダイオードを用い、中赤外線領域を検出するセンサとして焦電素子を用い、これらのセンサで検出した波長に応じて、検出対象の火災と、誤検出要因となる光源との判別を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－１４１５５９号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
炎検知器を必要とする様々な現場状況に対応するためには、従来の炎検知器に対して、さらに誤検出要因を取り除くことができる機能を強化することが望まれている。すなわち、２波長を検知することで誤検出の抑制を図る従来技術に対して、さらなる誤検出の抑制を図ることが望まれている。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、誤検出を抑制し、炎検出精度の向上を実現する炎検知器を得ることを目的とする。

本発明に係る炎検知器は、中波長帯に検出感度を有し、炎の発生を検出する第１素子と、中波長帯よりも長い長波長帯に検出感度を有し、第１の誤報源を検出する第２素子と、中波長帯よりも短い短波長帯に検出感度を有し、第２の誤報源を検出する第３素子と、第１素子、第２素子、および第３素子のそれぞれの検出結果から、第１の誤報源および第２の誤報源と、炎とを判別した上で炎の発生を検出する検出部とを備え、検出部は、第１素子の検出結果を第２素子の検出結果で割って得られる第１の比率、および第１素子の検出結果を第３素子の検出結果で割って得られる第２の比率からなる２つの比率と、第１素子、第２素子、および第３素子による個々の検出結果からなる３つの検出結果と、を５つの指標値として採用し、第１の誤報源および第２の誤報源による誤報源を除外するための判別指標として２つの比率を利用し、検出精度を向上させるために５つの指標値の組み合わせを現場状況に応じて適切に選択することで、誤報源と炎とを判別した上で炎の発生を検出するものである。

本発明によれば、互いに異なる波長帯に検出感度を有する３つの素子によるそれぞれの検出結果を用いて、誤報源と炎とを判別した上で炎の発生を検出する構成を備えている。この結果、誤検出を抑制し、炎検出精度の向上を図った炎検知器を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る炎検知器であって、２波長サーモパイルの素子吸収膜構造を示す断面略図とともに、第３素子を併記した図である。 本発明の実施の形態１に係る炎検知器で用いられる２波長サーモパイルおよびフォトダイオードの有する分光吸収率特性を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る炎検知器の構成図である。 本発明の実施の形態１に係る炎および誤報源に関する波長に対する相対感度の特性をまとめた図である。 本発明の実施の形態１に係る検出部において、各素子による検出結果を、信号の大きさで分類するとともに、２つの比率を示した説明図である。

以下、本発明の炎検知器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明は、互いに異なる波長帯に検出感度を有する３つの素子によるそれぞれの検出結果を用いて、誤報源と炎とを判別した上で炎の発生を検出することで、誤検出を抑制し、炎検出精度の向上を図った炎検知器を実現したことを技術的特徴とするものである。

実施の形態１．
本実施の形態１では、互いに異なる波長帯に検出感度を有する３つの素子として、以下のような第１素子ＴＰ１、第２素子ＴＰ２、および第３素子ＰＤを用いる。
第１素子ＴＰ１：中波長帯に検出感度を有し、炎の発生を検出する。
第２素子ＴＰ２：中波長帯よりも長い長波長帯に検出感度を有し、第１の誤報源を検出する。
第３素子ＰＤ：中波長帯よりも短い短波長帯に検出感度を有し、第２の誤報源を検出する。

本実施の形態１では、第１素子ＴＰ１および第２素子ＴＰ２が、２波長サーモパイルとして構成され、第３素子ＰＤがフォトダイオードで構成される場合を例に、説明する。ここで、２波長サーモパイルは、吸収膜の材質と厚みにより、吸収波長の分光感度を調整できる構成となっている。

図１は、本発明の実施の形態１に係る炎検知器であって、２波長サーモパイルの素子吸収膜構造を示す断面略図とともに、第３素子ＰＤを併記した図である。また、図２は、本発明の実施の形態１に係る炎検知器で用いられる２波長サーモパイル（ＴＰ１、ＴＰ２）およびフォトダイオード（ＰＤ）の有する分光吸収率特性を示した図である。

図１に示すように、中波長帯に検出感度を有し、炎検出用の素子の役目を果たす第１素子ＴＰ１は、反射膜１１、干渉膜１２、吸収膜１３、保護膜１４が順次積層されて構成されている。一方、中波長帯よりも長い長波長帯に検出感度を有し、第１の誤報源を検出する役目を果たす第２素子ＴＰ２は、反射膜１１、干渉膜１２、保護膜１４が順次積層されて構成されている。

さらに、第１素子ＴＰ１および第２素子ＴＰ２で構成される２波長サーモパイルに加え、本実施の形態１に係る炎検知器は、中波長帯よりも短い短波長帯に検出感度を有し、第２の誤報源を検出する役目を果たす第３素子ＰＤを備えて構成されている。

第１素子ＴＰ１に吸収膜１３を設けることで、図２に示すように、２つの異なる分光吸収率特性を備えた２波長サーモパイルを形成することができる。そして、吸収膜１３の波長帯は、第１素子ＴＰ１の波長領域に分光感度を有するように選定されている。なお、第２素子ＴＰ２側に、第１素子ＴＰ１とは異なる吸収率を有する吸収膜１３を設ける構成を採用することも可能である。

さらに、フォトダイオードで構成された第３素子ＰＤは、図２に示すように、短波長帯に分光感度を有する。このような特性を有する第３素子ＰＤは、短波長帯において高い相対放射強度を有する照明、太陽光、アーク等の誤報源を、高感度で検出することができる。

それぞれの素子が検出感度を有する波長帯の具体的な数値例を挙げると、以下のようになる。
第１素子ＴＰ１における中波長帯：１．２μｍ以上８．０μｍ未満の範囲の波長
第２素子ＴＰ２における長波長帯：８．０μｍ以上の波長
第３素子ＰＤにおける短波長帯：１．２μｍ未満の波長

図３は、本発明の実施の形態１に係る炎検知器の構成図である。検出部１０は、２波長サーモパイルを構成する第１素子ＴＰ１および第２素子ＴＰ２と、フォトダイオードで構成された第３素子ＰＤのそれぞれから、検出結果を受信する。そして、検出部１０は、第１の誤報源および第２の誤報源と、炎とを判別した上で、炎の発生を検出する。

一例として、検出部１０は、第１の比率であるＴＰ１／ＴＰ２および第２の比率であるＴＰ１／ＰＤの２つの比率を判別指標として用いて、第１の誤報源および第２の誤報源と、炎とを判別した上で、炎の発生を検出することができる。

図４は、本発明の実施の形態１に係る炎および誤報源に関する波長に対する相対感度の特性をまとめた図である。図４において、「ヘプタン火災」は、炎として判別すべき検出対象であり、中波長帯において相対感度が高くなっている。一方、「１００℃高温物体」は、長波長帯において相対感度が高くなっている第１の誤報源に相当し、「太陽光」および「キセノンランプ」は、短波長帯において相対感度が高くなっている第２の誤報源に相当する。

従って、第１素子ＴＰ１は、「ヘプタン火災」を高い値として検出する。また、第２素子ＴＰ２は、第１の誤報源である「１００℃高温物体」を高い値として検出する。また、第３素子ＰＤは、第２の誤報源である「太陽光」および「キセノンランプ」を高い値として検出する。

この結果、第１の比率であるＴＰ１／ＴＰ２は、「ヘプタン火災」を検出することで高い値となる一方で、第１の誤報源である「１００℃高温物体」を検出することで低い値となる。同様に、第２の比率であるＴＰ１／ＰＤは、「ヘプタン火災」を検出することで高い値となる一方で、第２の誤報源である「太陽光」および「キセノンランプ」を検出することで低い値となる。

換言すると、判別指標となる第１の比率および第２の比率は、炎を検出した場合には高い値を示す傾向にあり、誤報源を検出した場合には低い値を示す傾向にある。従って、検出部１０は、第１の比率および第２の比率を用いることで、第１の誤報源および第２の誤報源と、炎とを判別した上で、炎の発生を高感度で検出することができる。

次に、検出部１０による具体的な検出例について図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係る検出部１０において、各素子による検出結果を、信号の大きさで分類するとともに、第１の比率であるＴＰ１／ＴＰ２および第２の比率であるＴＰ１／ＰＤの２つの比率の値を示した説明図である。図５では、検出結果として受信した信号の大きさ、および２つの比率の大きさを、大、中、小、極小の４段階として示している。

図５では、検出対象を、以下のような状態１～状態６に分類している。
状態１：検出対象が、照明、太陽光、アークなどの誤報源である場合
状態２：検出対象が、３００℃未満である場合
状態３：検出対象が、３００℃以上、５００℃未満である場合
状態４：検出対象が、５００℃以上、１０００℃未満である場合
状態５：検出対象が、１０００℃以上、３０００℃未満である場合
状態６：検出対象が、３０００℃以上である場合

本実施の形態１に係る炎検知器の検出対象である火災は、１０００℃以上の温度に相当し、状態５が該当する。炎の発生を検知することが主目的の第１素子ＴＰ１は、状態５に対して高い感度を有しているとともに、状態４および状態６に対しても高い感度を有している。

また、炎よりも長い波長帯に感度を有する第１の誤報源を検出することが主目的の第２素子ＴＰ２は、状態２に対して高い感度を有している。さらに、炎よりも短い波長帯に感度を有する第２の誤報源を検出することが主目的の第３素子ＰＤは、状態１に対して高い感度を有している。

ここで、２波長サーモパイルのみを用いた場合には、第１の比率であるＴＰ１／ＴＰ２の値を、誤報源を除外して炎検出を行うための判別指標として利用することができる。検出部１０は、第１の比率であるＴＰ１／ＴＰ２を炎検出のための判別指標として利用した場合には、火災に相当する状態５を高い感度として検出できるものの、状態１、状態４、および状態６に関しても、高い感度として検出してしまうこととなる。

特に、第２素子ＴＰ２は、誤報源である状態１に関しては検出感度が低い。この結果、第１の比率であるＴＰ１／ＴＰ２は、状態１においては高い値を示すこととなる。従って、検出部１０は、第１の比率であるＴＰ１／ＴＰ２を利用しただけでは、状態１を誤報源として確実に除外することが困難である。

このような問題に対処するために、本実施の形態１に係る炎検知器は、第３素子ＰＤをさらに有している。第３素子ＰＤは、照明、太陽光、アークなどの誤報源である状態１に関して検出感度が高い。この結果、第２の比率であるＴＰ１／ＰＤは、状態１において低い値を示すこととなる。従って、検出部１０は、第２の比率であるＴＰ１／ＰＤを、誤報源を除外するための判別指標として利用することで、状態１である誤報源を確実に除外することができる。

図５に示すように、検出部１０は、第１の比率であるＴＰ１／ＴＰ２が大であり、第２の比率であるＴＰ１／ＰＤが中である場合には、状態１～状態６の中で状態５であると識別することができる。すなわち、検出部１０は、互いに異なる波長帯に検出感度を有する３つの素子によるそれぞれの検出結果を用いて、誤報源と炎とを判別した上で炎の発生を検出することができる。

なお、上述した実施の形態１では、第１素子ＴＰ１および第２素子ＴＰ２を２波長サーモパイルとして構成する場合について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。第１素子ＴＰ１、第２素子ＴＰ２、および第３素子ＰＤをそれぞれ独立に配置して炎検知器を構成した場合にも、２波長サーモパイルを用いた場合と同様の効果を得ることができる。

また、上述した実施の形態１では、第１の比率であるＴＰ１／ＴＰ２および第２の比率であるＴＰ１／ＰＤの２つの比率を判別指標として用いて、誤報源と炎とを判別した上で炎の発生を検出する場合について説明した。しかしながら、本発明は、このような検知処理には限定されない。炎検知器を必要とする様々な現場状況に応じて、３つの素子のうちの２つの組み合わせによる検出結果の比率、および個々の検出結果に基づいて、検出精度を向上させるために適切な指標値の組み合わせを採用することが可能である。

換言すると、本発明は、中波長帯に検出感度を有し、炎の検出に適した第１素子と、中波長帯よりも長い長波長帯に検出感度を有し、誤報源の検出に適した第２素子と、中波長帯よりも短い短波長帯に検出感度を有し、誤報源の検出に適した第３素子とによる３つの検出結果を用いることに技術的特徴がある。そして、３つの検出結果をどのように組み合わせるかは、炎検知器を必要とする様々な現場状況に応じて適切に選択可能である。

なお、本願発明の各素子が検出感度を有する波長帯は、互いに重複しない範囲で連続しているが、例えば各波長帯の境目によって誤報が生じる場合は、該当する波長をフィルタによってカットしてもよい。

ＴＰ１ 第１素子、ＴＰ２ 第２素子、ＰＤ 第３素子、１０ 検出部。

Claims (1)

1. 中波長帯に検出感度を有し、炎の発生を検出する第１素子と、
   前記中波長帯よりも長い長波長帯に検出感度を有し、第１の誤報源を検出する第２素子と、
   前記中波長帯よりも短い短波長帯に検出感度を有し、第２の誤報源を検出する第３素子と、
   前記第１素子、前記第２素子、および前記第３素子のそれぞれの検出結果から、前記第１の誤報源および前記第２の誤報源と、炎とを判別した上で炎の発生を検出する検出部とを備え、
   前記検出部は、前記第１素子の検出結果を前記第２素子の検出結果で割って得られる第１の比率、および前記第１素子の検出結果を前記第３素子の検出結果で割って得られる第２の比率からなる２つの比率と、前記第１素子、前記第２素子、および前記第３素子による個々の検出結果からなる３つの検出結果と、を５つの指標値として採用し、前記第１の誤報源および前記第２の誤報源による誤報源を除外するための判別指標として前記２つの比率を利用し、検出精度を向上させるために前記５つの指標値の組み合わせを現場状況に応じて適切に選択することで、前記誤報源と炎とを判別した上で炎の発生を検出する
   炎検知器。

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