JPH05225469A - 火災検知器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、赤外線検出の感度と安定度を高
め、比較的小規模な火災から監視できる火災検知器を提
供するものである。 【構成】 赤外線を検出する赤外線センサーの前に、赤
外線を周期的に断続するチョッパを備えたものであっ
て、チョッパの駆動力に３極のステッピングモーターを
使用した火災検知器。 【効果】 本発明により、チョッパを増やし、高感度で
かつ安定した検知が可能な火災検知器を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火源から放射される赤
外線を検出して火災を検知する火災検知器に関するもの
であり、特に赤外線をチョッパによって周期的に断続さ
せて検出することで赤外線の検出精度を高める技術に関
する。本発明は、赤外線検出の感度と安定度を高め、比
較的小規模な火災から監視できる火災検知器を提供する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、火炎から放射される赤外線を
検知する炎検知器は実用化されている。また、これらの
炎検知器では、炎から放射される特有のスペクトル線
（4.4μm帯；CO2の共鳴放射帯）を検出するものが主流
であるが、炎以外の赤外線源による誤動作を減らすいく
つかの試みが提案されている。例えば、特開昭５０−２
４９７号は、４．３μｍとその前後の２波長における放
射線量を検出し、４．３μｍと他の２波長における放射
線量が一定値以上になった場合に炎として判断してい
る。特開昭５７−９６４９２号は、２つの凸部間に谷間
が存在するか否かを判別して炎の発生を感知することを
提唱している。

【０００３】その他、特開昭６１−３２１９５号は、近
赤外線域の波長の放射線を検出する第１の放射線検出手
段と、写真赤外領域の波長の放射線を検出する第２の放
射線検出手段と、前記第１および第２放射線検出手段か
らの出力信号を受信し、これらの出力信号のレベル差と
同期性とにより出力信号の論理的組み合せを演算する演
算手段と、演算手段からの組み合わせ出力信号により火
災信号とノイズ信号とを判別する検出手段を具備する火
災感知装置を開示する。これは、発炎火災と可視光ノイ
ズが２．３μｍと０．９μｍの赤外線の相関関係に同期
性を有し、燻焼火災は同期性を示さず、又発炎火災と燻
焼火災は近赤外線強度が写真赤外線強度より大きく、可
視光ノイズは近赤外線強度が写真赤外線強度より小さい
ことを利用し、上記２種の放射線を比較して火災と可視
光ノイズの区別、および発炎火災と燻焼火災を区別する
ものである。

【０００４】また本発明者らは、特願平２−０６１９５
１で監視域から放射される赤外線の２波長以上の波長帯
を検知し、それぞれの波長帯の赤外線強度の比に基づい
て赤外線源の温度を算出し、この温度から上記いずれか
の波長帯の赤外線強度を求めこの赤外線放射強度および
その波長帯を検出する赤外線検知器の出力とに基づいて
発熱面積を以下のようにして算出することにより火災の
状況判定を行なう火災検知方式を創作した。

【０００５】検知波長帯をλ1，λ2，…λn（n=２以上
の整数）とし、赤外線検知部ＤＴにおいて検出されたそ
れぞれの波長帯の検出出力をＶ1，Ｖ2，…Ｖnとする。
そしてこれらの検出出力は赤外線検知部ＤＴに入射した
各波長帯の赤外線強度を正確に反映しているものとす
る。ところで、プランクの放射則により、ある温度Ｔの
物体が波長λで半空間内に放射する赤外線の単位面積当
たりの放射強度は次式で表される。

【数１】

【０００６】なお、ここでＣ1，Ｃ2は、Ｃ1＝2πhc2，
Ｃ2＝hc／kで決まる定数である。ただし、hはプランク
定数、cは光速度、kはボルツマン定数である。上記の
（１）式に２つの検出波長帯λ1，λ2とその波長帯での
放射赤外線強度Ｐ1，Ｐ2を代入し、温度Ｔを求める近似
式を導くと、

【数２】

【０００７】ここで、赤外線源Ｆから赤外線検知部ＤＴ
までの間の吸収がλ1，λ2ともに無いとすれば上記
（２）式のＰ1，Ｐ2はＶ1，Ｖ2に置き換えることができ
る。すなわち、

【数３】 となる。（３）式より、異なった２波長の赤外線を各々
検出することによって赤外線源の温度が求められる。

【０００８】次に、上式（３）によって求めた温度Ｔか
らλ1或はλ2における単位面積当たりの黒体輻射強度
（これをＰ1’或はＰ2’とする）がプランクの輻射則す
なわち（１）式より求まる。一方、赤外線検知部ＤＴに
入射する赤外線の強度は赤外線源Ｆとの距離Ｌによっ
て、1／2πＬ2になる。したがって、上記求めた温度Ｔ
のある面積を持った（単位面積のｓ倍）赤外線源から赤
外線検知部ＤＴに入射すべき赤外線強度Ｐ1”或はＰ2”
は、Ｐ1’或はＰ2’に2πＬ2とｓを乗じた値となる。赤
外線検知部の出力が入射赤外線強度を正確に反映してい
ると仮定しているので、Ｖ1或はＶ2からＰ1或はＰ2がわ
かる。従って、距離Ｌを既知とすれば実際に検出された
入射赤外線強度Ｐ1或はＰ2と計算によって求めた入射赤
外線強度Ｐ1”或はＰ2”との比は赤外線源Ｆの面積ｓを
表していることになる。

【０００９】さらに、CO2の共鳴放射帯域を検出する赤
外線検知器を設け、ここで求めた赤外線源の温度および
発熱面積から式（１）によってCO2の共鳴放射帯域にお
ける黒体放射の赤外線強度Ｐco2’を算出し、上記Ｐ1な
どと同様に赤外線検知部に入射すべき赤外線強度Ｐco
2”を求め、これと実際に観測されたＰco2との比を算出
する。ここで、Ｐco2”》Ｐco2であれば赤外線源は炎を
伴うものである。このようにして火災の状況を把握する
ことが可能となる。

【００１０】さらに、特願平03―087322においては赤外
線センサーの視野内羽根枚数（γ）を１．５枚以上とす
ることにより、チョッパーと監視面との温度差を、赤外
線センサーの出力源とさせないことを特徴とする火災検
知装置を創作した。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
関係を達成するためにはチョッパの枚数を多くしなけれ
ばならず、チョッパを駆動するモーターに回転速度およ
び回転ムラに対する高い精度が要求される。さらに、こ
のモーターは小型軽量であることが要求される。このよ
うな要求のうち、一定速度での回転と小型軽量化は、チ
ョッパの駆動モーターにステッピングモーターを採用す
ることによって達成されるが、ステッピングモーターは
その機構上滑らかな回転が難しく、上記チョッパの枚数
に制限を加える原因になっていた。本発明ではこのよう
な観点から、ステッピングモーターの回転を滑らかにす
ることによってより理想的なチョッパの枚数を実現さ
せ、より感度、精度の高い火災検知器を提供するもので
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、赤外
線を検出する赤外線センサーの前に、赤外線を周期的に
断続するチョッパを備えたものであって、チョッパの駆
動力に３極のステッピングモーターを使用した火災検知
器および上記ステッピングモーターの極に印加する電圧
が５単位時間の正電圧区間の後に１単位時間の無電圧区
間があり、その後に５単位時間の負電圧時間があり、そ
の後に１単位時間の無電圧区間があって１周期となす信
号であって、それぞれの極に印加する信号が互いに４単
位時間毎の位相差を持つステッピングモーター駆動回路
を備えた火災検知器に関する。

【００１３】以下にその詳細について述べる。図１は本
発明において使用されるチョッパの駆動用モーターの内
部構造を摸式化したものである。また、図２は図１に示
されるモーターの駆動コイルＡ,Ｂ,Ｃの結線状態を示
す。図２にあるそれぞれの電極をＰ1、Ｐ2、Ｐ3とし、
例えばＰ1からＰ2に流れる電流をi12と表記することと
する。このモータを通常使用する場合には図７に示すよ
うな波形で各コイルに電流を流す。ここで、i12はコイ
ルＡに流れる電流であり、この符号が正の場合にはコイ
ルＡの回転子側がＮ極になり、逆側がＳ極になるように
コイルＡが巻かれているとする。同様にi23はコイルＢ
に流れる電流、i31はコイルＣに流れる電流である。

【００１４】図７においての時刻でのモーターの状態
は図８のに示す様になっている。すなわち、コイルＡ
には正の２単位の電流が流れコイルＢ、Ｃにはどちらも
負の１単位の電流が流れているため、コイルＡの回転子
側は２単位のＮ極に、コイルＢ、コイルＣの回転子側は
ともに１単位のＳとなっている。従って回転子はＳ極を
コイルＡ側に向け、Ｎ極をコイルＢ、コイルＣの中間に
向けている。の時刻では、コイルＡ、コイルＢには正
の１単位の電流、コイルＣには負の２単位の電流が流れ
ている。モーターの状態は図８のに示すようにコイル
Ｃは回転子側に２単位のＳ極、コイルＡ、コイルＢは回
転子側に１単位のＮ極となっている。回転子はＮ極がコ
イルＣに向き、Ｓ極がコイルＡ、コイルＢの中間に向い
ている。従って、時刻から時刻の間で回転子は60度
回転する。以下同様に時刻〜〜〜〜の各ステ
ップで60度ずつ回転子が回転し、ここまでの過程で１回
転する。

【００１５】これに対して、本発明では各電極に図３の
aに示すごとくの電圧波形を印加する。各コイルに流れ
る電流は図３のbに示すごとくから(12)までの12通り
の状態になる。図３のbにおいての時刻にはコイルＡ
に正の２単位の電流が流れ、図４のに示すごとくコイ
ルＡは回転子側が２単位のＮ極となっている。コイル
Ｂ、コイルＣはそれぞれ負の１単位の電流が流れ、回転
子側はそれぞれ１単位のＳ極となっている。従って、回
転子はＳ極をコイルＡに向け、Ｎ極をコイルＢ、コイル
Ｃの中間に向けている。図３のの時刻では、コイルＡ
には正の２単位の電流が流れ、コイルＢには電流が流れ
ず、コイルＣには負の２単位の電流が流れる。この状態
は、図４のに示すごとくコイルＡの回転子側は２単位
のＮ極、コイルＣの回転子側は２単位のＳ極となりコイ
ルＢは励磁されない。回転子はコイルＡにＳ極が、コイ
ルＣにＮ極が引き付けられ、それぞれのコイルからの吸
引力がきっ抗する点で静止する。すなわち回転子はＮ極
がの時刻から30度コイルＢ側に、Ｓ極がの時刻から
30度コイルＣ側に回転した状態となる。時刻では、コ
イルＡ、コイルＢにはそれぞれ１単位の正の電流が流
れ、コイルＣには負の２単位の電流が流れる。この場合
の励磁状態は図４のに示すごとくコイルＡ、コイルＢ
は回転子側に１単位のＮ極を持ち、コイルＣは回転子側
に２単位のＳ極を持つ。従って回転子はコイルＡとコイ
ルＢの中間にＳ極が向き、コイルＣにＮ極を向けること
になり、時刻からは30度回転したことになる。以下同
様に〜〜〜〜・・・〜(12)まで各ステップで30
度ずつ回転して１回転する。以上各コイルに図３に示す
波形の電流を加えることにより１ステップのモーターの
回転が通常時の1/2になる。

【００１６】

【実施例】図５は、本発明の一実施例の構成図である。
本実施例においては赤外線センサーの信号は増幅器で増
幅された後にＡ／Ｄ変換されてマイクロコンピュータＣ
ＰＵによる信号処理がされる。信号処理を行なうマイク
ロコンピュータＣＰからはモーター駆動回路に一定周期
のクロックが供給されている。図６は本発明の一実施例
におけるモーターの駆動回路の一例である。この回路に
おいてマイクロコンピュータＣＰＵから供給されるクロ
ックはＣＬＫの信号線に入力される。この実施例におい
ては駆動回路をデジタルカウンタとフリップフロップ等
の論理演算器を用いて構成しているが、図３に示す波形
とクロック信号の関係を記憶素子に記憶させ、クロック
信号によって記憶素子から波形を読み出すようにしても
よい。また、マイクロコンピュータＣＰＵの処理能力が
大きい場合にはプログラムによって波形を発生させるこ
とも可能である。実施例では本発明によりチョッパの枚
数を増し、視野内羽根枚数が3.4のチョッパを達成して
いる。これによって検知面とチョッパとの温度差による
不用信号の大きさが従来の1/10にまで減少している。

【００１７】

【発明の効果】本発明によってチョッパを増やし高感度
でかつ安定した検知が可能な火災検知器を提供できる。

【００１８】

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明において使用されるモーターの内部
構造の摸式図

【図２】は、図１に示すモーターの各コイルの結線状態
を示す図

【図３】は、本発明において各電極に印加する電圧波形
と各コイルに流れる電流の図

【図４】は、図３に示す各時刻におけるモーターの状態
を示す図

【図５】は、本発明の一実施例の構成図

【図６】は、本発明の一実施例におけるモーターの駆動
回路

【図７】は、従来の場合に各コイルに流れる電流の図

【図８】は、図７に示す各時刻におけるモーターの状態
を示す図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】赤外線を検出する赤外線センサーの前に、
   赤外線を周期的に断続するチョッパを備えたものであっ
   て、チョッパの駆動力に３極のステッピングモーターを
   使用したことを特徴とする火災検知器。
2. 【請求項２】請求項１のステッピングモーターの極に印
   加する電圧が５単位時間の正電圧区間の後に１単位時間
   の無電圧区間があり、その後に５単位時間の負電圧時間
   があり、その後に１単位時間の無電圧区間があって１周
   期となす信号であって、それぞれの極に印加する信号が
   互いに４単位時間毎の位相差を持つステッピングモータ
   ー駆動回路を備えたことを特徴とする火災検知器。