(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光エネルギーを受光して電気信号に変換する検知センサから出力された受光検知信号をプロセッサに入力し、高速フーリエ変換法を用いた周波数解析により火災を判定する火災検知器に於いて、
炎の光エネルギーのゆらぎ中心周波数を含む第１周波数帯域と炎のゆらぎ中心周波数を含まず且つ前記第１周波数帯域よりも高周波側の周波数を含む第２周波数帯域の信号成分を含んだ受光検知信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングした後にフーリエ変換を行って前記第１周波数帯域および前記第２周波数帯域のパワースペクトル成分を演算するフーリエ変換部と、
前記第１周波数帯域内の規定周波数帯域にゆらぎ中心周波数をピークとしてその両側の強度が低下するスペクトル分布形状からなる炎のスペクトルパターンが存在することを検出した場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する第１火災判定部と、
前記第１火災判定部で火災の可能性ありと判定された場合に、前記第２周波数帯域側に周期的変動を伴うエネルギー放射源の高調波成分が存在しないことを検出した場合は火災の可能性ありと判定し、前記高調波成分が存在することを検出した場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する第２火災判定部と、
前記第２火災判定部で火災の可能性ありと判定された場合に、前記第１周波数帯域のパワースペクトル成分の積分値と前記第２周波数帯域のパワースペクトル成分の積分値を算出し、前記第１周波数帯域の積分値が前記第２周波数帯域の積分値に比べて所定倍以上大きい場合に火災と判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する第３火災判定部と、を備えたことを特徴とする火災検知器。
【請求項２】
請求項１記載の火災検知器に於いて、前記第１火災判定部は、前記パワースペクトル成分の中から大きい順に少なくとも３つのパワースペクトル成分を検索し、検索した全てのパワースペクトラム成分が前記規定周波数帯域に存在する場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了することを特徴とする火災検知器。
【請求項３】
請求項２記載の火災検知器に於いて、前記第１火災判定部は、火災の可能性ありと判定した場合、３番目のパワースペクトル成分に所定値を乗算した値が前記１番目のパワースペクトル成分以上の場合は火災の可能性ありと判定し、それ未満の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了することを特徴とする火災検知器。
【請求項４】
請求項１記載の火災検知器に於いて、前記第２火災判定部は、前記第１火災判定部で火災の可能性ありと判定された場合に、前記第２周波数帯域側のパワースペクトラム成分の平均値に対する各成分の差の絶対値の総和を算出し、該総和が所定値未満の場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了することを特徴とする火災検知器。
【請求項５】
請求項１記載の火災検知器に於いて、前記第３火災判定部は、前記第２周波数帯域の積分値に所定値を乗算した値が、前記第１周波数帯域の積分値未満の場合に火災と判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了することを特徴とする火災検知器。
【請求項６】
光エネルギーを受光して電気信号に変換する検知センサから出力された受光検知信号をプロセッサに入力し、高速フーリエ変換法を用いた周波数解析により火災を判定する火災検知器に於いて、
炎の光エネルギーのゆらぎ中心周波数を含む第１周波数帯域と炎のゆらぎ中心周波数を含まず且つ前記第１周波数帯域よりも高周波側の周波数を含む第２周波数帯域の信号成分を含んだ受光検知信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングした後にフーリエ変換を行って前記第１周波数帯域および前記第２周波数帯域のパワースペクトル成分を演算するフーリエ変換部と、
前記パワースペクトル成分の中から大きい順に少なくとも３つのパワースペクトル成分を検索し、検索した全てのパワースペクトラム成分が前記第１周波数帯域内の規定周波数帯域に存在する場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する火災判定部と、
を備えたことを特徴とする火災検知器。
【請求項７】
請求項６記載の火災検知器に於いて、前記火災判定部は、火災の可能性ありと判定した場合、３番目のパワースペクトル成分に所定値を乗算した値が前記１番目のパワースペクトル成分以上の場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了することを特徴とする火災検知器。
【請求項８】
光エネルギーを受光して電気信号に変換する検知センサから出力された受光検知信号をプロセッサに入力し、高速フーリエ変換法を用いた周波数解析により火災を判定する火災検知器に於いて、
炎の光エネルギーのゆらぎ中心周波数を含む第１周波数帯域と炎のゆらぎ中心周波数を含まず且つ前記第１周波数帯域よりも高周波側の周波数を含む第２周波数帯域の信号成分を含んだ受光検知信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングした後にフーリエ変換を行って第１周波数帯域および第２周波数帯域のパワースペクトル成分を演算するフーリエ変換部と、
前記第２周波数帯域側のパワースペクトラム成分の各成分のばらつきが所定値未満の場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する火災判定部と、
を備えたことを特徴とする火災検知器。
【請求項９】
請求項８記載の火災検知器に於いて、前記火災判定部は、前記第２周波数帯域側のパワースペクトル成分の平均値に対する各成分の差の絶対値の総和を算出し、該総和が所定値未満の場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了することを特徴とする火災検知器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、監視区域の光エネルギーを受光して電気信号に変換する検知センサから出力される受光検知信号をプロセッサに入力して高速フーリエ変換法を用いた周波数解析により火災を判定する火災検知器及び火災検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、所定の監視区域、例えばトンネル内の壁面や天井にはトンネル内の火災を検出する火災検知器が設置され、トンネル長手方向の両側区域の火災を検出している。このような火災検知器としては、炎からの光や放射熱を受ける検知センサを用いて火災を検知し、防災受信盤へ火災信号を送出するものがある。
【０００３】
火災の炎とそれ以外の非火災源、例えば回転灯を識別する方法として本願発明者等は、光エネルギーを電気信号に変換する検知センサからの受光検知信号をＭＰＵ（マイクロプロセッサ）に入力し、高速フーリエ変換法を用いた周波数解析により火災を判定する方法を提案している（特開２０００−５７４５６号）。
【０００４】
この火災検知方法は、回転灯などの周期的変動を伴うエネルギー放射源との識別性能を向上するためには、８Ｈｚ以上の周波数帯域において周波数スペクトルの強度分布を調べることが有効であるという点に着目したもので、次の手順をとる。
【０００５】
（１）受光検知信号から炎の光エネルギーのゆらぎ中心周波数を含む第１周波数帯域である０．５Ｈｚ〜８．０Ｈｚのパワースペクトル成分を高速フーリエ変換法にて抽出する。
【０００６】
（２）受光検知信号から炎の光エネルギーのゆらぎ中心周波数を含む第１周波数帯域である０．５〜８．０Ｈｚの成分を含まず、且つ第１周波数帯域よりも高周波側の周波数である第２周波数帯域である８．５Ｈｚ〜１６．０Ｈｚのパワースペクトル成分を高速フーリエ変換法にて抽出する。
【０００７】
（３）第１周波数帯域の抽出成分が第１所定値以上のレベルをもち、第２周波数帯域の抽出成分が第２所定値以上のレベルを持たない場合、又は両者の比率が所定値以上の場合、火災が発生したと判定する。
【０００８】
これは出願人の種々の実験の結果、実質的な炎のゆらぎ周波数は、８．０Ｈｚまでの範囲にあるのに対し、非火災源である回転灯の周波数は８．０Ｈｚを越える範囲まであることが判明したためである。尚、一般的な火災モデルにあっては、炎のゆらぎ中心周波数ｆｃは、４．０〜５．０Ｈｚ以下で例えば約２．５Ｈｚや約１．８Ｈｚにあることが知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フーリエ変換で求めた炎と回転灯の周波数スペクトルの分布パターンを比べた場合、炎の場合には中心周波数のピーク相対強度に対しその両側に段階的に相対強度が低下するのに対し、回転灯の場合には回転周波数の基本成分とその整数倍の周波数となる高調成分以外の周波数では相対強度が極端に低くなっている。
【００１０】
このためフーリエ変換により求められた周波数スペクトルの分布パターン形状そのものを調べることができれば、回転灯による誤報の問題を解決できる。
【００１１】
しかし、炎と回転灯の周波数スペクトルの分布パターン形状の相違を簡単に比べることのできるアルゴリズムは確立されておらず、前述したように、０．５〜８．０Ｈｚの周波数スペクトル成分および８．５Ｈｚ〜１６．０Ｈｚの周波数スペクトル成分と閾値とのレベル比較による火災判断を行っており、炎と回転灯の周波数スペクトルの分布パターン形状の相違を十分に捕えた判定が困難であった。
【００１２】
また火災検知器のＭＰＵとしては、例えば１ＭＨｚといった非常に低速の基本クロックで動作する低消費電力のＭＰＵを使用しているため、特に火災でない場合での火災検知処理については、処理時間をできる限り短くすることが望まれる。
【００１３】
本発明は、炎の中心周波数強度に対する周波数スペクトルの分布パターンを直接的に調べて回転灯などによる誤報を防止して火災判断の信頼性を向上し、且つ火災ではない場合で火災検知の処理時間をできる限り短縮してＭＰＵの処理負担を低減するようにした火災検知器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、次のように構成する。
（火災検知器）
本発明は、光エネルギーを受光して電気信号に変換する検知センサから出力された受光検知信号をプロセッサに入力し、高速フーリエ変換法を用いた周波数解析により火災を判定する火災検知器を対象し、簡単な火災判定処理から順次複雑な火災判定処理を段階的に行うようにしたことを特徴とする。
【００１５】
即ち、本発明の火災検知器は、炎のエネルギーのゆらぎ中心周波数を含む第１周波数帯域（例えば０．５Ｈｚ〜８．０Ｈｚ）と炎のゆらぎ中心周波数を含まず且つ第１周波数帯域よりも高周波側の周波数を含む第２周波数帯域（例えば８．５Ｈｚ〜１６．０Ｈｚ）の信号成分を含んだ受光検知信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングした後にフーリエ変換を行って第１周波数帯域および第２周波数帯域のパワースペクトル成分を演算するフーリエ変換部と、第１周波数帯域内の規定周波数帯域（例えば０．５Ｈｚ〜５．０Ｈｚ）にゆらぎ中心周波数をピークとしてその両側の強度が低下するスペクトル分布形状からなる炎のスペクトルパターンが存在することを検出した場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する第１火災判定部と、第１火災判定部で火災の可能性ありと判定された場合に、第２周波数帯域側に周期的変動を伴うエネルギー放射源による高調波成分が存在していないことを検出した場合は火災の可能性ありと判定し、高調波成分が存在することを検出した場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する第２火災判定部と、第２火災判定部で火災の可能性ありと判定された場合に、第１周波数帯域のパワースペクトル成分の積分値と第２周波数帯域のパワースペクトル成分の積分値を算出し、第１周波数帯域の積分値が第２周波数帯域の積分値に比べて所定倍以上大きい場合に火災と判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する第３火災判定部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
このように火災の判定を簡単な処理から複雑な処理に向って順番に行うことで、回転灯などによる誤報を防止して火災判断の信頼性を向上し、また非火災であった場合は、簡単な処理の段階で火災が発生していないとして処理を終了することで、火災でない場合での火災検知の処理時間を短縮することができる。
【００１７】
ここで第１火災判定部は、パワースペクトル成分の中から大きい順に少なくとも３つのパワースペクトル成分を検索し、検索した全てのパワースペクトラム成分が規定周波数帯域（例えば０．５Ｈｚ〜５．０Ｈｚ）に存在する場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する。
【００１８】
これは炎の場合は、ゆらぎ中心周波数が４．０Ｈｚ〜５．０Ｈｚ以下にあること、中心周波数をピークとして段階的に徐々に強度が低下していることが判明している。また、回転灯の場合は、回転周波数の基本成分（例えば２．０Ｈｚ）をピークにその整数倍の周波数（４．０Ｈｚ，６．０Ｈｚ・・・・）に高調波成分があることが判明している。
【００１９】
したがって、規定周波数帯域０．５Ｈｚ〜５．０Ｈｚで見た場合、炎の場合は大きい順に３つのパワースペクトル成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の周波数が全て含まれるが、回転灯の場合は、大きい方の２つのパワースペクトル成分Ｍ１，Ｍ２の周波数２．０Ｈｚ，４．０Ｈｚしか含まれないことになり、これによって火災か非火災かを判断できる。
【００２０】
また第１火災判定部は、火災の可能性ありと判定した場合、３番目のパワースペクトル成分Ｍ３に所定値（例えば８）を乗算した値が１番目のパワースペクトル成分Ｍ１以上の場合は火災の可能性ありと判定し、それ未満の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する。
【００２１】
これは回転灯の回転むら等に起因してその周波数スペクトルにゆらぎがあり、このため基本成分および高調波成分のピークからずれた位置でスペクトル成分が検出され、回転灯であっても、大きい順に３つのパワースペクトル成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の周波数が規定周波数帯域０．５Ｈｚ〜５．０Ｈｚ全て含まれてしまう可能性がある。
【００２２】
そこで１番小さい成分Ｍ３を例えば８倍した値が１番大きい値Ｍ１以上であれば（パワースペクトルの変化が緩か）、火災の可能性ありと判定し、１番大きい値Ｍ１未満であれば（パワースペクトルの変化が急俊）、例えば回転灯によるものと判定する。
【００２３】
第２火災判定部は、第１火災判定部で火災の可能性ありと判定された場合に、第２周波数帯域側のパワースペクトラム成分の平均値に対する各成分の差の絶対値の総和を算出し、この総和が所定値を未満の場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する。
【００２４】
これは実質的な炎のゆらぎ周波数は、第１周波数帯域の上限となる８．０Ｈｚまでの範囲にあるのに対し、非火災源である回転灯は、その高調波成分が８．０Ｈｚを越える範囲まであることが判明している。したがって、第２周波数帯域である８．０Ｈｚ〜１６．０Ｈｚの平均値を出し、その平均値と個々の成分との差を求めると、炎の場合は差が殆どないため差の絶対値の合計は小さくなるが、回転灯の場合は高調波成分により差が大きくなるために差の絶対値の合計値も大きくなり、これによって火災か回転灯かを判定できる。
【００２５】
第３火災判定部は、第２周波数帯域の積分値に所定値（例えば３．２５）を乗算した値が、前記第１周波数帯域の積分値未満の場合に火災と判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する。
【００２６】
これは、第１周波数帯域（例えば０．５ＨＺ〜８．０Ｈｚ）の積分値と第２周波数帯域（例えば８．５Ｈｚ〜１６．０Ｈｚ）の積分値とを比べた場合、炎の場合は第１周波数帯域の積分値の方が第２周波数帯域の積分値より所定倍以上大きいことが判明している。したがって、第２周波数帯域である８．５Ｈｚ〜１６．０Ｈｚの積分値に例えば３．２５倍した値が、第１周波数帯域である０．５Ｈｚ〜８．０Ｈｚの積分値未満の場合に火災と判定し、それ以外の場合に例えば回転灯によるものと判定する。
【００２７】
また本発明は、前述した第１火災判定部及び第２火災判定部の各々を単独に使用して火災を判定することもできる。
【００２８】
本発明は、光エネルギーを受光して電気信号に変換する検知センサから出力された受光検知信号をプロセッサに入力し、高速フーリエ変換法を用いた周波数解析により火災を判定する火災検知器に於いて、炎の光エネルギーのゆらぎ中心周波数を含む第１周波数帯域と炎のゆらぎ中心周波数を含まず且つ第１周波数帯域よりも高周波側の周波数を含む第２周波数帯域の信号成分を含んだ受光検知信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングした後にフーリエ変換を行って第１周波数帯域および第２周波数帯域のパワースペクトル成分を演算するフーリエ変換部と、パワースペクトル成分の中から大きい順に少なくとも３つのパワースペクトル成分を検索し、検索した全てのパワースペクトラム成分が第１周波数帯域内の規定周波数帯域（例えば０．５Ｈｚ〜５．０Ｈｚ）に存在する場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する火災判定部とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
この場合、火災判定部は、火災の可能性ありと判定した場合、３番目のパワースペクトル成分に所定値（例えば８）を乗算した値が１番目のパワースペクトル成分以上の場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する。
【００３０】
また本発明は、光エネルギーを受光して電気信号に変換する検知センサから出力された受光検知信号をプロセッサに入力し、高速フーリエ変換法を用いた周波数解析により火災を判定する火災検知器に於いて、炎の光エネルギーのゆらぎ中心周波数を含む第１周波数帯域と炎のゆらぎ中心周波数を含まず且つ第１周波数帯域よりも高周波側の周波数を含む第２周波数帯域の信号成分を含んだ受光検知信号を、所定のサンプリング周波数でサンプリングした後にフーリエ変換を行って第１周波数帯域および第２周波数帯域のパワースペクトル成分を演算するフーリエ変換部と、第２周波数帯域側のパワースペクトラム成分の各成分のばらつきが所定値未満の場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定して処理を終了する火災判定部とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
この場合、火災判定部は、第２周波数帯域のパワースペクトル成分の平均値に対する各成分の差の絶対値の総和を算出し、この総和が所定値、例えば５０００未満の場合は火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定する。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による火災検知器の構成を示したブロック図である。図１において、火災検知器１は、光学波長バンドパスフィルタ３を備えた検知センサ２、前置フィルタ５、増幅部６、ＡＤ変換器７及びＭＰＵ８で構成される。
【００４２】
光学波長バンドパスフィルタ３は、炎に固有のＣＯ2 共鳴放射により高いピーク値をもつ概ね波長４．４μｍを中心とする波長帯域を選択的に通過させる特性を持っており、所定の監視区域から入射する光エネルギー４について、波長４．４μｍを中心とする波長帯域の成分を通して検知センサ２に入射する。この光学波長バンドパスフィルタ３は必要に応じて設けられる。
【００４３】
検知センサ２は光学波長バンドパスフィルタ３を通して入射した光エネルギーを受光して電気信号に変換し、受光検知信号を出力する。検知センサ２としては例えば焦電型のセンサを用いることができる。前置フィルタ５は本発明の高速フーリエ変換によるスペクトルパターンから火災を判断するために必要とする受光検知信号における所定の波長帯域の信号成分を通すもので、ローパスフィルタが使用される。
【００４４】
即ち本発明にあっては、炎のゆらぎ中心周波数を含む実質的な炎のゆらぎ周波数帯域である例えば０．５Ｈｚ〜８．０Ｈｚの周波数帯域を含む例えば１６．０Ｈｚまでの周波数帯域を通過し、１６．０Ｈｚ以上の周波数成分をカットするローパスフィルタを使用する。
【００４５】
増幅部６は前置フィルタ５で抽出した０〜１６．０Ｈｚの周波数成分を持つ受光検知信号を増幅する。ＡＤ変換器７は増幅部６からの受光検知信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタル受光検知信号に変換することで、ＭＰＵ８に取り込む。なお、ＡＤ変換器７は、ＭＰＵ８の内部回路として通常、設けられている。
【００４６】
ここで、ＡＤ変換器７によるサンプリング周波数は、ＭＰＵ８の高速フーリエ変換で周波数解析する上限周波数を１６．０Ｈｚとすると、その２倍となる３２Ｈｚに設定されるものであるが、この実施形態にあっては周波数解析の精度を高めるためにサンプリング周波数を２倍の６４Ｈｚに設定している。
【００４７】
このためＭＰＵ８における高速フーリエ変換にあっては３２Ｈｚまでのパワースペクトル成分を解析できるが、本発明に実施形態にあってはその内の１６Ｈｚまでを有効な解析結果として扱うようにしている。
【００４８】
ＭＰＵ８は１６Ｈｚまでの周波数帯域の受光検知信号をＡＤ変換器７によるサンプリングによりデジタルデータに変換して入力し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いた周波数解析により火災を判定する。
【００４９】
図２は図１のＭＰＵ８のプログラム制御により実現される本発明の火災検知処理の実施形態の機能ブロック図である。
【００５０】
図２において、この火災検知処理はフーリエ変換部９、第１火災判定部１０、第２火災判定部１１、第３火災判定部１２及びタイミング制御部１３で構成される。フーリエ変換部９は、サンプリングデータとして入力される受光検知信号について高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行ってパワースペクトル成分を演算する。
【００５１】
例えばフーリエ変換部９は、図１のＡＤ変換器７によりサンプリング周波数６４Ｈｚで例えばサンプリング周期２秒間に亘りサンプリング数Ｎ＝１２８点として取り込んだサンプリングデータを対象に、高速フーリエ変換のアルゴリズムにしたがって実数部と虚数部とからなる複素スペクトル成分を０〜１６．０Ｈｚの周波数帯域について演算する。
【００５２】
次に０〜１６．０Ｈｚの周波数帯域の複素スペクトル成分の実数部と虚数部の二乗を加算して平方根を開く絶対値演算を行って、パワースペクトル成分を演算する。
【００５３】
図３（Ａ）は図２のフーリエ変換部９で算出された炎から得られた受光検知信号のパワースペクトル成分の演算結果であり、０．５Ｈｚのピッチ周波数で算出しており、０．５〜１６．０Ｈｚの周波数帯域について３２点のパワースペクトル成分が算出される。
【００５４】
ここで０〜１６．０Ｈｚの周波数帯域は、０．５〜８．０Ｈｚの第１周波数帯域１４と８．５〜１６．０Ｈｚの第２周波数帯域１５に分けている。第１周波数帯域１４には炎の光エネルギーのゆらぎ中心周波数が含まれる。これに対し第２周波数帯域１５は、炎のゆらぎ中心周波数を含まず且つ第１周波数帯域１４よりも高周波側の周波数を含む領域である。尚、第１周波数帯域１４の高周波側と第２周波数帯域１５の低周波側とは一部重複しても良い。
【００５５】
また第１周波数帯域１４については０．５〜５．０Ｈｚの第１規定周波数帯域１６が設定されているが、これは後の説明で明らかにする第１火災判定部１０の処理で使用する帯域である。また８．０〜１６．０Ｈｚの第２規定周波数帯域１７が第２周波数帯域１５側に設定されているが、この帯域は後の説明で明らかにする第２火災判定部１１の判定に使用する帯域である。
【００５６】
図３（Ａ）における０．５〜１６．０Ｈｚの周波数帯域の３２点のパワースペクトル成分は、パワースペクトル成分Ｐ１〜Ｐ３２で表す。この炎のパワースペクトル成分のパターンにあっては、２．５Ｈｚのパワースペクトル成分Ｐ５が最大であり、その両側に段階的に低下するパワースペクトル成分が存在する分布パターンとなっている。
【００５７】
図３（Ｂ）は非火災報の原因となる回転灯から得られた受光検知信号の０〜１６．０Ｈｚの周波数帯域におけるパワースペクトル成分の演算結果であり、例えば２Ｈｚで回転する回転灯からの受光検知信号を例にとっている。
【００５８】
この回転灯のパワースペクトル成分にあっては、その回転周波数２Ｈｚを基本周波数ｆ0 として相対強度の強い基本成分を持ち、基本周波数ｆ0 ＝２Ｈｚの整数倍となる２ｆ0 ＝４Ｈｚ，３ｆ0 ＝６Ｈｚ，４ｆ0 ＝８Ｈｚ，・・・８ｆ0 ＝１６Ｈｚにほぼ段階的に減衰する高調波成分が存在しており、それ以外の周波数にあっては相対強度が極端に低くなっている。
【００５９】
図２のフーリエ変換部９で演算された０〜１６．０Ｈｚの帯域のパワースペクトル成分に対しては、第１火災判定部１０、第２火災判定部１１及び第３火災判定部１２の順番に簡単な処理から複雑な処理に段階的に火災判定を行うようにしている。タイミング制御部１３は、フーリエ変換部９、第１火災判定部１０、第２火災判定部１１及び第３火災判定部１２の処理の開始と終了に伴う連携を制御する。
【００６０】
第１火災判定部１０は、図３の第１周波数帯域１４内の０．５〜５．０Ｈｚの第１規定周波数帯域１６に炎のスペクトルパターンが存在するか否か検出し、炎のスペクトルパターンが存在した場合は火災の可能性ありと判定し、炎のスペクトルパターンが存在しなかった場合は火災が発生していないと判定して、処理を終了する。
【００６１】
この第１火災判定部１０における第１規定周波数帯域１６に炎のスペクトルパターンが存在するか否かの判定は、図３に示したような０．５〜１６．０Ｈｚのパワースペクトル成分Ｐ１〜Ｐ３２を対象に大きい順に３つのパワースペクトル成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を検索し、検索した３つのパワースペクトル成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の周波数の全てが０．５〜５．０Ｈｚの第１規定周波数帯域１６に存在するか否かを判定する。
【００６２】
そして、大きい順に検索した３つのパワースペクトル成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３が全て第１規定周波数帯域１６に存在すれば火災の可能性ありと判定し、次の第２火災判定部１１に処理を移す。一方、大きい順に検索した３つのパワースペクトル成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の全てが第１規定周波数帯域１６に存在しなければ、火災ではないと判定して処理を終了させる。
【００６３】
図４は第１火災判定部１０によって火災の可能性ありと判定される場合の炎の火災検知信号のパワースペクトル成分を０〜８．０Ｈｚの周波数帯域について示している。
【００６４】
炎の場合は、ゆらぎ中心周波数が４．０Ｈｚ〜５．０Ｈｚ以下の例えば約２．５Ｈｚや約１．８Ｈｚにあることが知られており、このゆらぎ中心周波数をピークとして段階的に徐々に強度が低下していくパワースペクトルパターンを持っている。
【００６５】
このため、第１火災判定部１０により０．５〜１６．０Ｈｚの周波数帯域の３２点のパワースペクトル成分について大きい順に３つのパワースペクトル成分を検索すると、図４のように１番大きいパワースペクトル成分は周波数２．０Ｈｚの成分Ｍ１、２番目に大きいのは２．５Ｈｚの成分Ｍ２、更に３番目に大きいのは１．０Ｈｚの成分Ｍ３が検索され、全て第１規定周波数帯域１６に存在することから、この場合には火災の可能性ありと判定される。
【００６６】
図５は第１火災判定部１０によって火災ではないと判定される回転灯のパワースペクトル成分を０〜８．０Ｈｚの周波数帯域について示している。回転灯の場合は、回転周波数を例えば２．０Ｈｚとすると、これを基本周波数ｆ0 として、その整数倍の周波数、即ち２ｆ0 ＝４Ｈｚ，３ｆ0 ＝６Ｈｚ，４ｆ0 ＝８Ｈｚ，・・・に高調波成分を持っている。
【００６７】
このため、回転灯の０．５〜１６．０Ｈｚのパワースペクトル成分について第１火災判定部１０により大きい順に３つのパワースペクトル成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を検索すると、図５のように基本周波数ｆo ＝２Ｈｚの成分Ｍ１、２倍周波数２ｆ0 ＝４Ｈｚの成分Ｍ２及び３倍周波数３ｆ0 ＝６Ｈｚの成分Ｍ３が検索され、１番目と２番目のパワースペクトル成分Ｍ１，Ｍ２は０．５〜５．０Ｈｚの第１規定周波数帯域１６に含まれるが、３番目のパワースペクトル成分Ｍ３は含まれず、これによって火災でないと判定する。
【００６８】
更に図２の第１火災判定部１０にあっては、回転灯の周波数のゆらぎによって回転灯のパワースペクトル成分が誤って火災と判定される場合があることから、これを回避するため、１番大きいパワースペクトル成分Ｍ１と３番目に大きいパワースペクトル成分Ｍ３に所定値例えば所定値＝８を掛け合わせた値を比較し、３番目の値を例えば８倍した値が１番大きいパワースペクトル成分Ｍ１より小さければ、火災でないと判定するようにしている。
【００６９】
図６は回転灯の周波数のゆらぎで火災と誤判定される場合のパワースペクトル成分である。図６の回転灯のパワースペクトル成分にあっては、回転周波数は基本周波数としてのｆ0 ＝２Ｈｚであるが、実際の回転灯にあっては回転のムラや緊急車両の走行中の衝撃や他の要因などにより、回転周波数である基本周波数ｆ0 に若干のゆらぎを生ずる場合がある。
【００７０】
図６では基本周波数ｆ0 が２．０Ｈｚから低い方にゆらいだ場合のパワースペクトル成分である。このような回転灯の回転周波数のゆらぎが起きると、ＦＦＴにより求められるパワースペクトル成分がピーク部分からずれる。このため第１火災判定部１０により大きい順に３つのパワースペクトル成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を検索すると、この場合、全て０．５〜５．０Ｈｚの第１規定周波数帯域１６に含まれてしまい、回転灯のパワースペクトル成分でありながら火災の可能性ありと判定されてしまう。
【００７１】
そこで１番大きいパワースペクトル成分Ｍ１と３番目に小さいパワースペクトル成分Ｍ３を例えば８倍した値を比較すると、Ｍ１＞（８×Ｍ３）となり、第１規定周波数帯域１６に大きい順に３つのパワースペクトル成分Ｍ１〜Ｍ３の全てが存在しても、この場合は火災でないと判定する。
【００７２】
この１番大きいパワースペクトル成分Ｍ１と３番目のパワースペクトル成分Ｍ３を規定値倍して比較する理由は、回転灯の場合にはパワースペクトル成分がピーク値に対し急激に減衰して急峻なパターンを持っており、この急峻なパターンであることを認識して火災でないと判定している。
【００７３】
次に図２の第２火災判定部１１の処理を説明する。第２火災判定部１１は第１火災判定部１０で火災の可能性ありと判定された場合に起動し、図３の第２周波数帯域１５側に周期的変動を伴うエネルギー放射源、例えば回転灯による高調波成分が存在するか否か検出し、存在しない場合は火災の可能性ありと判定し、存在する場合は火災が発生していないと判定する。
【００７４】
この高周波側の周波数帯域に回転灯のスペクトルパターンが存在するか否かを判定する第２火災判定部１１は、具体的には次の演算処理を行う。
【００７５】
まず第２周波数帯域１５側に８．０〜１６．０Ｈｚの第２規定周波数帯域１７を設定して１７点のパワースペクトル成分を対象に平均値を算出する。次に算出した平均値と各パワースペクトル成分の差の絶対値の総和を算出する。そして、この総和が予め実験的に求めた所定値例えば５０００と比較し、所定値５０００未満の場合は火災の可能性ありと判定し、所定値５０００を越えた場合には火災が発生していないと判定する。
【００７６】
この第２火災判定部１１による火災判定処理の原理は、炎の実質的なパワースペクトルパターンは８Ｈｚまでの第１周波数帯域１４に存在し、非火災源である回転灯のパワースペクトル成分の高調波成分は８Ｈｚを越える第２周波数帯域１５まで存在することが判明していることから、第２周波数帯域１５を含む８．０〜１６．０Ｈｚの第２規定周波数帯域１７の１７点のパワースペクトル成分について平均値に対するスペクトル成分のばらつきを調べ、ばらつきが大きい場合に回転灯のパワースペクトル成分が存在していると判断するようにしている。
【００７７】
即ち第２周波数帯域１５を含む８．０〜１６．０Ｈｚの第２規定周波数帯域１７の１７点のパワースペクトル成分について平均値に対する差の絶対値の総和を求めた場合、炎の場合は図３（Ａ）から明らかなように差がほとんどないために合計値は小さくなるが、図３（Ｂ）の回転灯の場合は平均値に対する差が大きいために合計値は大きくなり、これによって火災の可能性があるか火災でないかを判定することができる。
【００７８】
尚、上記の実施形態にあっては、第２規定周波数帯域１７の各パワースペクトル成分の平均値に対する各成分の差の絶対値の総和によりスペクトル成分のばらつきを調べているが、他の処理で調べるようにしていも良いことはもちろんである。また、第２規定周波数帯域１７としては、第２周波数帯域を１５を含む所定の帯域を適宜設定することができる。
【００７９】
次に図２の第３火災判定部１２の処理を説明する。第３火災判定部１２は第２火災判定部１１で火災の可能性ありとの判定結果が得られた場合に起動し、図３の０．５〜１６．０Ｈｚの３２点のパワースペクトル成分について、第１周波数帯域１４と第２周波数帯域１５に分けてパターンの分布を調べて比較判断する。
【００８０】
即ち第３火災判定部１２は、第１周波数帯域１４のパワースペクトル成分Ｐ１〜Ｐ１６の積分値ＷＬと、第２周波数帯域１５のパワースペクトル成分Ｐ１７〜Ｐ３２の積分値ＷＨを算出する。続いて第２周波数帯域の積分値ＷＨに所定値例えば所定値＝３．２５を乗算した値（３．２５ＷＨ）が、第１周波数帯域の積分値ＷＬと比較して
ＷＬ＞（３．２５ＷＨ）
の場合には火災と判定し、そうでない場合には火災が発生していないと判定して処理を終了する。
【００８１】
この第３火災判定部１２の比較判断は、積分値の比を用いて
（ＷＬ／ＷＨ）＞３．２５
と変形することもできるが、ＭＰＵの処理として比率を算出する割算処理には時間がかかるため、本発明にあっては乗算処理により比較してＭＰＵの処理負担を低減している。
【００８２】
このように第１周波数帯域１４と第２周波数帯域１５のそれぞれについてパワースペクトル成分の積分値を求めて大小関係を比較する処理は、第１火災判定部１０、第２火災判定部１１の処理時間に比べ最も処理に時間が掛かることになるが、炎であるか非火災源の回転灯であるかの識別性能は十分に得られている。
【００８３】
しかも本発明にあっては、第１火災判定部１０及び第２火災判定部１１によって第３火災判定部１２による判定処理では除去できない非火災要因が予め取り除かれていることから、第３火災判定部１２による火災の判定性能は極めて高いものとなる。
【００８４】
図７は図２の実施形態による本発明の火災検知処理のフローチャートである。本発明の火災検知処理にあっては、ステップＳ１で受光検知信号をＡＤ変換器７でデジタルデータに変換して取得し、ステップＳ２でＦＦＴ演算（高速フーリエ変換）を行って、０〜１６Ｈｚの周波数帯域について例えば０．５Ｈｚのピッチ周波数でパワースペクトル成分を演算する。
【００８５】
続いてステップＳ３で第１火災判定部１０による第１火災判定処理を行い、ステップＳ４で火災の可能性がなければ直ちに処理を終了する。火災の可能性があれば、ステップＳ５で第２火災判定部１１による第２火災判定状態を行う。この第２火災判定処理について、ステップＳ６で火災の可能性がなければ処理を終了する。
【００８６】
火災の可能性があれば、ステップＳ７で第３火災判定部１２による第３火災判定処理を行う。そしてステップＳ８で火災でなければ処理を終了し、火災であった場合には、ステップＳ９で火災断定処理を行う。この火災断定処理は、火災検知器にあっては受信機側に対し火災検出信号を送出する処理となる。
【００８７】
図８は図７のステップＳ３の火災判定処理をサブルーチンとして示している。第１火災判定処理にあっては、ステップＳ１で０．５〜１６．０Ｈｚの周波数帯域の３２点のパワースペクトル成分を対象に、大きい順に３つのパワースペクトル成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を検索し、次にステップＳ２で検索したパワースペクトル成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の全てが０．５〜５．０Ｈｚの第１規定周波数帯域１６内に存在するか否かチェックし、存在しなければ処理を終了し、存在した場合にはステップＳ３に進む。
【００８８】
ステップＳ３にあっては、１番大きいパワースペクトル成分Ｍ１と３番目のパワースペクトル成分Ｍ３に所定値＝８を乗算した値を比較し、パワースペクトル成分Ｍ１より（Ｍ３×所定値）が大きければ火災の可能性ありと判断し、そうでなければ処理を終了する。これによって、図６に示したように回転灯の回転周波数のゆらぎにより回転灯のパワースペクトル成分を誤って火災と判断してしまうことを防止する。
【００８９】
図９は図７のステップＳ５の第２火災判定処理の詳細をサブルーチンで示している。この第２火災判定処理にあっては、ステップＳ１で８．０〜１６．０Ｈｚの第２規定周波数帯域１７のパワースペクトル成分の平均値ををまず算出し、次にステップＳ２で算出した平均値と各パワースペクトル成分との差の絶対値を合算する。
【００９０】
そしてステップＳ３で合算値が予め求めた所定値＝５０００より小さければ火災の可能性ありと判断して図７のメインルーチンにリターンし、所定値５０００以上であれば例えば回転灯のパワースペクトル成分と判断して処理を終了する。
【００９１】
図１０は図７のステップＳ７の第３火災判定処理の詳細をサブルーチンで示している。この第３火災判定処理にあっては、ステップＳ１で０．５〜８．０Ｈｚの第１周波数帯域１４のパワースペクトル成分の積分値ＷＬと８．５〜１６．０Ｈｚの第２周波数帯域１５のパワースペクトル成分の積分値ＷＨを算出する。
【００９２】
次にステップＳ２で第１周波数帯域１４の積分値ＷＬと第２周波数帯域１５の積分値ＷＨに所定値３．２５を乗算した値を比較し、
ＷＬ＞（ＷＨ×所定値）
であれば火災と判定して、図７のメインルーチンにリターンし、そうでなければ一連の処理を終了する。
【００９３】
なお上記の実施形態にあっては、受光検知信号の高速フーリエ変換で得られたパワースペクトル成分を対象に、第１火災判定部１０、第２火災判定部１１及び第３火災判定部１２の処理を火災の可能性が判定されるごとに段階的に行うようにしているが、本発明の他の実施形態として第１火災判定部１０、第２火災判定部１１及び第３火災判定部１２のそれぞれは独立して火災検知処理として機能することができる。
【００９４】
即ち図２の実施形態において、フーリエ変換部９と第１火災判定部１０のみの構成、フーリエ変換部９と第２火災判定部１１のみの構成、更にフーリエ変換部９と第３火災判定部１２との構成のいずれかの実施形態をとることも可能である。
【００９５】
更に図７の処理にあっては、第１火災判定処理、第２火災判定処理及び第３火災判定処理の順番に火災判定を行っているが、処理時間の制約を外した場合には３つの火災判定処理の順番は任意の順番に組み合わせることができ、３つを組み合わせた際に、その火災判断の信頼性は同じ結果となる。
【００９６】
また本発明は、その目的と利点を損なわない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、受光検知信号について高速フーリエ変換により得られたパワースペクトル成分を対象に、炎と炎以外の回転灯などの非火災要因を判定する火災判定処理を複数段階に設け、簡単な処理から火災判定処理を段階的に行うようにしたことで、火災による炎を検知した場合は正確に火災を判定でき、一方、非火災時にあっては、より複雑な火災判定処理を行うことなく、簡単な火災判定処理で火災でないと判定して処理を終了できるため、火災ではない場合での火災検知の処理時間を短縮することができる。
【００９８】
また本発明にあっては、第１火災判定部、第２火災判定部及び第３火災判定部による火災判断を段階的に行っているが、それぞれ次のような効果を有する。
【００９９】
第１火災判定部は、パワースペクトル成分の中から大きい順に少なくとも３つのパワースペクトル成分を検索し、検索した全てのパワースペクトル成分が炎のゆらぎ中心周波数の上限を越えない規定周波数帯域に存在する場合に火災の可能性ありと判定し、それ以外の場合は火災が発生していないと判定することで、炎によるスペクトルパターンの分布そのものを正確に捕えて火災を判断し、また回転灯などの非火災要因を排除できる。
【０１００】
第２火災判定部は、炎のパワースペクトル成分が殆ど存在しない規定周波数帯域において、回転灯の高調波成分となるパワースペクトル成分を調べることで火災でないことを確実に認識し、回転灯による誤報を確実に防止できる。
【０１０１】
更に第３火災判定部は、炎のパワースペクトル成分が存在する低周波帯域と回転灯の高調波パワースペクトル成分が存在する高周波帯域のパワースペクトル成分の積分値の比較によって極めて信頼性の高い火災判断ができる。また低周波帯域の積分値と高周波帯域の積分値の比較において、高周波帯域の積分値に所定値を乗算した値を低周波帯域の積分値と比較しているため、両者の比率を算出して大小関係を比較するＭＰＵの処理に比べ、ＭＰＵの処理負担が少なく、より高速の火災判定処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による火災検知器のブロック図
【図２】図１のＭＰＵによる本発明の機能構成のブロック図
【図３】フーリエ変換で求めた炎と回転灯のスペクトル成分の説明図
【図４】炎のスペクトル成分に対する第１火災判定処理の説明図
【図５】回転灯のスペクトル成分に対する第１火災判定処理の説明図
【図６】周波数がゆらいだ場合の回転灯のスペクトル成分に対する第１火災判定処理の説明図
【図７】本発明による火災検知処理のフローチャート
【図８】図７における第１火災判定処理のフローチャート
【図９】図７における第２火災判定処理のフローチャート
【図１０】図７における第３火災判定処理のフローチャート
【符号の説明】
１：火災検知器
２：検知センサ
３：光学波長バンドパスフィルタ（４．４μｍ狭帯域バンドパスフィルタ）
４：光エネルギー
５：前置フィルタ
６：増幅部
７：ＡＤ変換器
８：ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）
９：フーリエ変換部
１０：第１火災判定部
１１：第２火災判定部
１２：第３火災判定部
１３：タイミング制御部
１４：第１周波数帯域
１５：第２周波数帯域
１６：第１規定周波数帯域
１７：第２規定周波数帯域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003665559.tif 000007
【図７】
0003665559.tif 000008
【図８】
0003665559.tif 000009
【図９】
0003665559.tif 000010
【図１０】
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