(57)【要約】　　　（修正有）【課題】炎ではない赤外線現象を炎と誤検出することがなく、真実の炎の検出を的確に行うことができる赤外線式炎検出装置および赤外線式炎検出方法を提供する。【解決手段】炎から放射される赤外線の強度を観測することによって炎を検出する赤外線式炎検出装置において、波長感度の異なる赤外線検出器間の出力の時間のずれを測定する位相差検出手段２３０と、この手段からの出力により炎であることを判定する位相差ランダム性判定手段２４０により火災を検出する。【選択図】　図２
2004004023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炎から放射される赤外線の強度を観測することによって炎を検出する赤外線式炎検出装置において、
（ａ）波長感度の異なる赤外線検出器間の出力の時間のずれを測定する手段と、（ｂ）該手段からの出力により炎であることを判定する手段とを具備することを特徴とする赤外線式炎検出装置。
【請求項２】
主として燃焼時の炭酸ガス共鳴現象によって生ずる波長４．４μｍ付近の赤外線強度変化と、主として高温の燃焼残留物によって生ずる波長３．０μｍ付近の、赤外線強度変化の時間のずれを測定することにより、炎と炎以外の現象を判別することを特徴とする請求項第１項記載の赤外線式炎検出装置。
【請求項３】
前記赤外線強度の上昇を検出した際に、該赤外線強度変化の位相差を測定することを特徴とする請求項第１項又は第２項記載の赤外線式炎検出装置。
【請求項４】
前記赤外線強度変化幅の上昇を検出した際に、該赤外線強度変化の位相差を測定することを特徴とする請求項第１項又は第２項記載の赤外線式炎検出装置。
【請求項５】
前記赤外線強度変化あるいは赤外線強度変化の位相差をフーリエ変換によって観測することを特徴とする請求項第１項から第４項の何れか１項記載の赤外線式炎検出装置。
【請求項６】
炎から放射される赤外線の強度を観測することによって炎を検出する赤外線式炎検出方法において、
波長感度の異なる赤外線検出器間の出力の時間のずれを測定することによって炎であることを判定することを特徴とする赤外線式炎検出方法。
【請求項７】
炎が発生していない時間の背景輻射赤外線の平均的な強度を観測し、該平均的な強度から炎の検出閾値を決定することを特徴とする請求項第１項記載の赤外線式炎検出装置。
【請求項８】
炎が発生していない時間の背景輻射赤外線の平均的な変動を観測し、該平均的な変動から炎の検出閾値を決定することを特徴とする請求項第１項記載の赤外線検出装置。
【請求項９】
前記平均的な強度から赤外線強度を検出するための赤外線を透過するための窓の汚損状況に応じた炎の検出閾値を決定することを特徴とする請求項第７項記載の赤外線式炎検出装置。
【請求項１０】
前記平均的な変動から赤外線強度を検出するための赤外線を透過する窓の汚損状況に応じた炎の検出閾値を決定することを特徴とする請求項第８項記載の赤外線式炎検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火災の検出等に用いる赤外線式炎検出装置および赤外線式炎検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、炎検出装置は炎から放射される赤外線の強度およびその強度変化の特徴を観測することによって炎を検出していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のように炎から放射される赤外線の強度およびその強度変化の特徴を用いた場合には、炎ではない赤外線現象、例えば高温物体の通過等に対して誤って炎であると検出してしまう誤検出の可能性があった。
【０００４】
本発明では、上記問題点を除去し、炎ではない赤外線現象を炎と誤検出することがなく、真実の炎の検出を的確に行うことができる炎検出装置および炎検知方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕炎から放射される赤外線の強度を観測することによって炎を検出する赤外線式炎検出装置において、波長感度の異なる赤外線検出器間の出力の時間のずれを測定する手段と、この手段からの出力により炎であることを判定する手段とを具備することを特徴とする。
【０００６】
〔２〕上記〔１〕記載の赤外線式炎検出装置において、主として燃焼時の炭酸ガス共鳴現象によって生ずる波長４．４μｍ付近の赤外線強度変化と、主として高温の燃焼残留物によって生ずる波長３．０μｍ付近の、赤外線強度変化の時間のずれを測定することにより、炎と炎以外の現象を判別することを特徴とする。
【０００７】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の赤外線式炎検出装置において、前記赤外線強度の上昇を検出した際に、この赤外線強度変化の位相差を測定することを特徴とする。
【０００８】
〔４〕上記〔１〕又は〔２〕記載の赤外線式炎検出装置において、前記赤外線強度変化幅の上昇を検出した際に、該赤外線強度変化の位相差を測定することを特徴とする。
【０００９】
〔５〕上記〔１〕から〔４〕の何れか１項記載の赤外線式炎検出装置において、前記赤外線強度変化あるいは赤外線強度変化の位相差をフーリエ変換によって観測することを特徴とする。
【００１０】
〔６〕炎から放射される赤外線の強度を観測することによって炎を検出する赤外線式炎検出方法において、波長感度の異なる赤外線検出器間の出力の時間のずれを測定することによって炎であることを判定することを特徴とする。
【００１１】
〔７〕上記〔１〕記載の赤外線式炎検出装置において、炎が発生していない時間の背景輻射赤外線の平均的な強度を観測し、その平均的な強度から炎の検出閾値を決定することを特徴とする。
【００１２】
〔８〕上記〔１〕記載の赤外線式炎検出装置において、炎が発生していない時間の背景輻射赤外線の平均的な変動を観測し、その平均的な変動から炎の検出閾値を決定することを特徴とする。
【００１３】
〔９〕上記〔７〕記載の赤外線式炎検出装置において、前記平均的な強度から赤外線強度を検出するための赤外線を透過するための窓の汚損状況に応じた炎の検出閾値を決定することを特徴とする。
【００１４】
〔１０〕上記〔８〕記載の赤外線式炎検出装置において、前記平均的な変動から赤外線強度を検出するための赤外線を透過する窓の汚損状況に応じた炎の検出閾値を決定することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
まず、本発明の第１実施例について説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１実施例を示す炎検出装置の構成図、図２はその炎検出方式の構成図である。
【００１８】
図１において、１００は炎が輻射する赤外線のうち炎検出に使用する第１の赤外線波長域として４．４μｍ付近の波長域を通過させる赤外線フィルタ、１０５は炎が輻射する赤外線のうち炎検出に使用する第２の赤外線波長域として３．３μｍ付近の波長域を通過させる赤外線フィルタ、１１０は第１の波長域の赤外線強度を電圧に変換するサーモパイル素子、１１５は第２の波長域の赤外線強度を電圧に変換するサーモパイル素子、１２０は第１の波長域の赤外線強度電圧を増幅する増幅回路（Ａｍｐ）、１２５は第２の波長域の赤外線強度電圧を増幅する増幅回路（Ａｍｐ）、１３０は第１の波長域の赤外線強度の変化の周波数成分を制限するローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１３５は第２の波長域の赤外線強度の変化の周波数成分を制限するローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１４０は第１の波長域の赤外線強度電圧を保持するサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、１４５は第２の波長域の赤外線強度電圧を保持するサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、１５０は第１の波長域の赤外線強度を数値化するＡＤ変換器（Ａ−Ｄ）、１５５は第２の波長域の赤外線強度を数値化するＡＤ変換器（Ａ−Ｄ）、１６０は数値化された第１および第２の波長域の赤外線強度の変化に基づいて炎を検出判定する中央処理装置（ＣＰＵ）、１７０は第１の波長域の赤外線フィルタ１００および第２の波長域の赤外線フィルタ１０５を外部からの汚損や衝撃から保護し、赤外線を透過する保護サファイアガラス、１８０は火災が起こっていない通常の状態における背景赤外線源、１９０は火災が起こった際における赤外線源を示す。
【００１９】
図２において、２００は第１の４．４μｍ波長域の赤外線変動波形を互いに重畳した時間（分析）区間に区切って窓データの切り出しを行う処理、２０５は第２の３．３μｍ波長域の赤外線変動波形を互いに重畳した分析（時間）区間に区切って窓データの切り出しを行う処理、２１０は第１の波長域の変動波形のフーリエ変換処理、２１５は第２の波長域の変動波形のフーリエ変換処理、２２０は４．４μｍの波長域の変動波形とそのフーリエ変換を使って異常信号を検出する処理、２３０は第１の４．４μｍの波長域の変動スペクトルと第２の波長域の３．３μｍの変動スペクトルとの位相差を検出する処理、２４０は前記異常信号を検出する処理２２０で検出した異常信号の検出結果と前記位相差を検出する処理２３０で検出した位相差を用いて炎が発生したかどうか（位相差のランダム性）を判定出力する処理である。
【００２０】
図３に本発明の第１実施例における炎検出処理のフローチャートを示す。
【００２１】
この図に示すように、３００は処理の開始、３０５は初期化、３１０は４．４μｍおよび３．３μｍの２波長域の赤外線強度波形のうちフーリエ変換分析区間の４分の１の長さのサンプルを取り込む処理、３１５は４．４μｍおよび３．３μｍの２波長域の赤外線強度波形のそれぞれ一つのフーリエ変換分析区間分の窓関数の乗算処理、３２０は４．４μｍおよび３．３μｍの２波長域の赤外線強度波形のそれぞれ一つのフーリエ変換分析区間分の高速フーリエ変換処理、３２５は４．４μｍの波長域の変動成分があらかじめ設定した強度レベルに対する検出閾値を越えたかどうかの判定処理、３３０は４．４μｍおよび３．３μｍの２波長域の赤外線強度変動周波数成分の間の位相差を集計して数値化する処理、３３５は４．４μｍおよび３．３μｍの波長域の赤外線強度変動周波数成分間で位相差の大きな成分が多いかどうかの判定、３４０は炎が発生したと判断してその結果を出力する出力処理、３５０は終了処理、３６０は４．４μｍおよび３．３μｍの２波長域の赤外線強度波形のうち、分析区間内の最も古い４分の１のデータを廃棄する処理である。
【００２２】
以下、図１、図２および図３を用いて、本発明の第１実施例における炎検出装置の動作について説明する。
【００２３】
まず、火災が起こっていない状態における背景赤外線源１８０からはその表面温度や太陽光の反射に応じた赤外線が放射されている。この背景赤外線は保護サファイアガラス１７０を透過し、赤外線フィルタ１００および１０５によって通過する波長にそれぞれ制限され、４．４μｍ付近の赤外線がサーモパイル素子１１０に、３．３μｍ付近の赤外線がサーモパイル素子１１５に到達する。サーモパイル素子１１０および１１５はそれぞれの波長域の到達してきた赤外線の強度に応じた電気信号を生じ、増幅回路１２０および１２５によってそれぞれ電気信号を増幅する。ローパスフィルタ１３０および１３５はこれらそれぞれの電気信号の通過帯域を制限し、サンプルホールド回路１４０および１４５はこれらそれぞれの電気信号をサンプリングし、ＡＤ変換器１５０および１５５によってそれぞれの波長域における赤外線強度を数値化する。ＣＰＵ１６０はこれら２つの波長域の数値化された赤外線強度に対して炎検出処理を行う。
【００２４】
次に、本発明の第１実施例において、図１に示すＣＰＵ１６０が行う炎検出方式の構成について、図２のブロック図を用いて説明する。
【００２５】
まず、処理２００および２０５において、４．４μｍ波長域および３．３μｍ波長域の数値化された赤外線強度の時間波形に対して、予め定められたサンプル数の長さを持つ互いに重畳した分析区間の窓に応じたデータ切り出し処理を行う。さらに、処理２１０および２１５においてそれぞれの時間波形を複素スペクトルに変換するフーリエ変換処理を行う。本発明の第１実施例においては高速フーリエ変換アルゴリズムを用いるのが好適である。次に、処理２２０において４．４μｍ波長域の強度変化スペクトルの強度を予め定められた閾値と比較し、異常な信号が発生したかどうかを検出する。
【００２６】
一方、処理２３０において４．４μｍおよび３．３μｍの波長域の間の複素スペクトル間の位相差をクロススペクトルを用いて検出する。処理２４０では４．４μｍ波長域の異常信号検出２２０で異常信号が検出された場合に、４．４μｍと３．３μｍ間位相差検出２３０の結果を用いて位相差のランダム性を判定し、位相差が０ｄｅｇｒｅｅ以外の幅広い分布を示していれば炎であると判定して出力する。
【００２７】
次いで、図１におけるＣＰＵ１６０が図２で説明した処理ブロックを実行する手順を図３のフローチャートを用いて説明する。図３において、処理３００で処理を開始する。処理３０５では各種変数の初期値の設定などの初期化を行う。処理３１０では４．４μｍと３．３μｍのそれぞれの波長域の数値化された赤外線強度のうち、予め定められた分析区間の４分の１時間区間分のサンプルを取り込む。処理３１５では４．４μｍと３．３μｍのそれぞれの波長域の数値化された赤外線強度の予め定められた分析区間分の長さにわたって窓関数を乗算する。
【００２８】
この分析時間区間と窓関数の関係について、図４を用いて説明する。
【００２９】
図４は本発明の第１実施例による炎検出方式の赤外線強度と分析窓関数の関係についての説明図であり、横軸は時刻、縦軸は赤外線強度を示す。
【００３０】
この図において、４００は例えば４．４μｍの赤外線強度信号であり、４１０は第１の分析区間の窓関数、４２０は第２の分析区間の窓関数、４３０は第３の分析区間の窓関数をそれぞれ示している。このように分析区間の間を重畳して分析することによってデータを有効に用い、なおかつ変動現象をもれなく分析できるようにしている。ここでは４．４μｍ波長域の赤外線変動波形について例示したが、３．３μｍ波長域の背紫外線変動波形についても同様に時刻が４．４μｍ波長域と同期した同じ時刻の分析区間と窓関数を用いる。
【００３１】
説明を図３に示す処理３２０に戻す。処理３２０では、以上に説明したような４．４μｍおよび３．３μｍの波長域の互いに同期した分析区間一つについてそれぞれ高速フーリエ変換を行う。処理３２５では４．４μｍ波長域のスペクトル強度を検出閾値と比較して検出閾値よりも大きな成分があれば（ＹＥＳ）処理３３０に進む。
【００３２】
その図３における検出閾値との比較について図５を用いて説明する。
【００３３】
図５は本発明の第１実施例による炎検出方式における４．４μｍ波長域の赤外線強度変化の各分析区間における変動スペクトルの説明図であり、横軸は赤外線強度の変動周波数、縦軸は変動スペクトル強度、奥行き方向は時刻（分析区間）を示している。また、各分析区間における４．４μｍ波長域の赤外線強度の各変動周波数成分（複数）を５００で示す。更に、検出閾値は各変動周波数毎に定めて５１０のような傾斜を持った平面で表すことができる。
【００３４】
図３で示した例において、第１および第２の分析区間では、図１における火災が起こっていない背景赤外線源１８０の状態であり、全ての変動周波数成分が検出閾値よりも小さいため、図３の処理３２５の判定処理の結果、ＮＯの場合は処理３６０に進む。第３及び第４の分析区間では、図１において火災が起こった場合の赤外線源１９０の状態であり、変動周波数成分が閾値をこえるため、赤外線変動強度に何らかの異常があるとして、図３に示す処理３２５の判定処理の結果、ＹＥＳの場合は処理３３０に向かう。
【００３５】
説明を図３に示す処理３３０に戻す。処理３３０では４．４μｍ波長域と３．３μｍ波長域の赤外線変動周波数成分の間の位相差を集計する。
【００３６】
本発明の特徴は、この位相差による炎判定処理にあるため、炎固有の現象も含めて詳しく説明する。
【００３７】
まず、図１に示す火災が起こった際における赤外線源１９０のような炎の発生時の４．４μｍの波長域および３．３μｍの波長域の赤外線強度波形の変化の模様を図６に示す。
【００３８】
図６は本発明の第１実施例による炎検出方式における４．４μｍ波長域と３．３μｍ波長域の赤外線強度変化時間波形の説明図であり、横軸は時刻、縦軸は各波長域の赤外線強度である。
【００３９】
発火時刻までの４．４μｍおよび３．３μｍ波長域の強度変化はほぼ同じ変化を示す。これは赤外線源が主に太陽光線や発熱体で広範囲の赤外線波長を放射するのが一般的であるため、光線の強弱、発熱体の温度の上昇下降などの赤外線の変化は４．４μｍ波長域と３．３μｍ波長域で同相の変化を示すことがほとんどである。
【００４０】
一方、発火時刻後の４．４μｍおよび３．３μｍの赤外線強度波形の変化は発火前とは異なり互いの位相がずれるという性質がある。これは４．４μｍ波長域の赤外線は主として燃焼によって生成した炭酸ガスの共鳴現象によるものであるのに対し、３．３μｍ波長域の赤外線は主として不完全燃焼によって生じた燃焼残留物からの熱輻射によるものであることによる。これらの赤外線源の赤外線放射強度の強弱は互いに異なる現象から生じており、ガスの生成状況、燃焼速度の強弱、ガスおよび燃焼残留物の温度の上昇下降などの影響をそれぞれ異なる形で受けるため、一般に赤外線強度の上昇下降には時間的なずれを生ずる。
【００４１】
本発明はこのような燃焼現象の特徴を用いて、赤外線を発生する現象をとらえたあと赤外線の発生原因が炎であるかどうかを波長域の異なる赤外線強度の位相差のずれを用いて判断することを特徴とするものである。
【００４２】
図７に実際の赤外線を生ずる外乱と炎の４．４μｍ波長域と３．３μｍ波長域の赤外線強度の位相差についてクロススペクトル（複素数）で表現したデータを示す。
【００４３】
図７において、角度はクロススペクトルの位相角、半径方向はクロススペクトルの絶対値の対数スケール表示となっている。７００は炎ではなく６０Ｗの白熱電球を赤外線源として用いた場合の４．４μｍ波長域と３．３μｍ波長域のクロススペクトルの分布（変動周波数は区分せずにプロット）、７１０は実際の炎（ガソリンを火皿で燃焼させた場合）を赤外線源として用いた場合の４．４μｍ波長域と３．３μｍ波長域のクロススペクトルの分布（変動周波数は区別せずにプロット）である。７００で明らかなように、一般に白熱電球等の単純な熱源の場合、４．４μｍ波長域と３．３μｍ波長域の変動はほとんど同期するため、変動周波数によらずクロススペクトルの位相は０に近い。
【００４４】
一方、７１０に示すように炎の場合には４．４μｍ波長域と３．３μｍ波長の変動は互いにタイミングがずれる場合が多く、このずれはクロススペクトルの位相角として観測され、変動周波数によらず位相角を持った成分が多くなる。このような炎の互いに異なる赤外線波長領域の変動のタイミングのずれを観測して炎と炎以外の外乱赤外線源とを区別することが本発明の特徴である。
【００４５】
上記のように、第１実施例では、赤外線波長領域の変動のタイミングのずれをクロススペクトルの位相角の違いの形で観測して炎と炎以外の外乱赤外線源とを区別する。
【００４６】
図８では、図３に示す処理３３０における４．４μｍ波長と３．３μｍ波長域の赤外線変動周波数成分の間の位相差の集計方法について説明する。図８において横軸は４．４μｍ波長域の赤外線強度変化と３．３μｍ波長域の赤外線強度変化の間のクロススペクトルの位相成分、縦軸はスペクトルの度数を表す。８００は炎以外の外乱が赤外線源である場合の度数分布であり、８１０は炎が赤外線源である場合の度数分布である。第１実施例における位相差の集計方法においては斜線で塗りつぶしているように位相差が大きな成分の度数の割合を位相差の集計結果としている。つまり、位相差評価量をβとすると、
β＝Ｎ０　／Ｎａｌｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）
ここで、Ｎａｌｌ　は着目する時間区間における離散周波数成分の総数、Ｎ０　はクロススペクトルの位相差が予め定めたある特定の値よりも大きな位相差を持つ離散周波数成分の数を示す。
【００４７】
位相差評価量βを図８を用いて説明すると、度数分布の全面積中で位相角の絶対値がある程度の角度θよりも大きな斜線部分の面積の割合を示す数字である。βは０から１までの範囲を取り、大きいほど位相差の大きな成分の割合が多く、より炎らしいといえる。
【００４８】
説明を図３に示す処理３３０の処理に戻す。処理３３０ではこの位相差評価量βを集計する。処理３３５では位相差評価量βが予め定めた閾値よりも大きいかどうかで位相差の大きな成分が多いかどうかを判断し、位相差の大きな成分が少なければ処理３６０に進む。処理３６０では時間区間の中で最も古い１／４の変動波形データを廃棄し、処理３１０の新たなサンプル取り込みに戻る。一方、処理３４０では炎として判定した場合の出力処理を行い、３５０で終了する。
【００４９】
以上、説明した本発明の第１実施例による効果について説明する。
【００５０】
本発明の第１実施例では、まず赤外線の強度あるいは強度変化の上昇を検出するという、通常の赤外線式炎検出方式と同様の検出方式をとる。さらに、このような赤外線現象に対してその原因が炎によるものであるかどうかを、互いに異なる波長域の赤外線強度変化に時間のずれを生ずるという炎特有の特徴を用いて判定し、この処理によって炎以外の赤外線現象と炎による赤外線現象を確実に判定して炎である場合にのみ炎検出出力を行う。
【００５１】
したがって、このような第１実施例の構成で炎を検出する場合には、従来のように炎ではない赤外線現象、例えば高温物体の通過等による赤外線の変動入力に対して、過って炎であると検出してしまうような誤検出の可能性を排除し、炎のみを検出する特徴を持った炎検知装置となる。
【００５２】
次に、本発明の第２実施例について説明する。
【００５３】
図９は本発明の第２実施例による炎検出装置の構成図、図１０は本発明の第２実施例による炎検出装置の各信号のふるまいを示す図である。
【００５４】
図９において、９００は炎が輻射する赤外線のうち炎検出に使用する第１の赤外線波長域として４．４μｍ付近の波長域を通過させる赤外線フィルタ、９０５は炎が輻射する赤外線のうち炎検出に使用する第２の赤外線波長として３．３μｍ付近の波長域を通過させる赤外線フィルタ、９１０は第１の波長域の赤外線強度を電圧に変換するサーモパイル素子、９１５は第２の波長域の赤外線強度を電圧に変換するサーモパイル素子、９２０は第１の波長域の赤外線強度電圧を増幅する増幅回路（Ａｍｐ）、９２５は第２の波長域の赤外線強度電圧を増幅する増幅回路（Ａｍｐ）、９３０は第１の波長域の赤外線強度の変化のうち、予め定められた第１の変動周波数帯域の成分を通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、９３２は第１の波長の赤外線強度の変化のうち、予め定められた第２の変動周波数帯域の成分を通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、９３５は第２の波長域の赤外線強度の変化のうち、予め定めた第１の変動周波数帯域の成分を通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、９３７は第２の波長域の赤外線強度の変化のうち、予め定めた第２の変動周波数帯域の成分を通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、９４０は第１の波長域の赤外線強度変化の第１の変動周波数帯域の零交叉波形を作成するための電圧比較器（Ｃｏｍｐ）、９４２は第１の波長域の赤外線強度変化の第２の変動周波数帯域の零交叉波形を作成するための電圧比較器（Ｃｏｍｐ）、９４５は第２の波長域の赤外線強度変化の第１の変動周波数帯域の零交叉波形を作成するための電圧比較器（Ｃｏｍｐ）、９４７は第２の波長域の赤外線強度変化の第２の変動周波数帯域の零交叉波形を作成するための電圧比較器（Ｃｏｍｐ）、９５０は第１の波長域の赤外線強度変化の第１の変動周波数帯域と第２の波長域の赤外線強度変化の第１の変動周波数帯域との間の位相差信号を検出するための排他的論理和回路、９５２は第１の波長域の赤外線強度変化の第２の変動周波数帯域と第２の波長域の赤外線強度変化の第２の変動周波数帯域との間の位相差信号を検出するための排他的論理和回路、９５５は第１の変動周波数帯域の位相差信号の平滑化を行うためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）、９５７は第２の変動周波数帯域の位相差信号の平滑化を行うためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）、９６０は各変動周波数帯域の位相差信号を加算するための加算器（Ｍｉｘ）、９６５は各変動周波数帯域の位相差信号の和を予め定めた位相差信号のための閾値電圧Ｖ２　と比較するための比較器（Ｃｏｍｐ）、９７０は第１の赤外線波長域である４．４μｍ付近の変動周波数成分全体を抽出するためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）、９７２は第１の赤外線波長域の変動周波数成分全体の電力信号を得るための整流回路、９７５は第１の赤外線波長域の変動周波数成分全体の電力信号を平滑化するためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）、９８０は第１の赤外線波長域の変動周波数成分全体の電力信号と予め定められた閾値電圧Ｖ１　とを比較するための比較器（Ｃｏｍｐ）、９８５は第１の赤外線波長域の変動周波数成分全体の電力信号による赤外線変動の異常検出の結果と第１の赤外線波長域と第２の背紫外線波長域との変動成分の位相差による炎の判定とが共に炎であると判定しているかどうかを定める論理積回路、９９０は炎判定出力、９９５は火災が起こった際における赤外線源、９９８は第１の波長域の赤外線フィルタ９００および第２の波長域の赤外線フィルタ９０５を外部からの汚損や衝撃から保護し、赤外線を透過する保護サファイアガラスを示す。
【００５５】
次に、図９および図１０を用いて、本発明の第２実施例における炎検出装置の動作について説明する。
【００５６】
まず、炎検出装置の外部からの赤外線は保護サファイアガラス９９８を通過し、赤外線フィルタ９００および９０５によって通過する波長をそれぞれ制限され、４．４μｍ付近の赤外線がサーモパイル素子９１０に、３．３μｍ付近の赤外線がサーモパイル素子９１５に到達する。サーモパイル素子９１０および９１５はそれぞれの波長域の到達してきた赤外線の強度に応じた電気信号を生じ、増幅回路９２０および９２５によってそれぞれ電気信号を増幅する。バンドパスフィルタ９３０、９３２および９３５、９３７はこれらそれぞれの電気信号の変動周波数を制限する。なお、それぞれの波長域に対応するバンドパスフィルタ９３０と９３５および９３２と９３７はそれぞれ変動周波数に対して共通の通過帯域と位相特性を持つものを用いる。これらそれぞれの変動周波数を制限された信号の零交叉点をそれぞれ電圧比較器９４０、９４２、９４５、９４７で検出する。さらにそれぞれの変動周波数における波長域間の零交叉点のずれを排他的論理和回路９５０および９５２の排他的論理和によって検出し、ローパスフィルタ９５５および９５７によって平滑化する。
【００５７】
このような波長域間の帯域制限された変動周波数における位相のずれの検出について、図１０を用いて説明する。
【００５８】
図１０は図９におけるバンドパスフィルタ９３０からローパスフィルタ９５７のブロック動作について炎以外の場合と炎の場合の各信号の振る舞いについて説明するための図であり、図１０（ａ）は外乱に対する信号のふるまいを示す図、図１０（ｂ）は炎に対する各信号のふるまいを示す図である。
【００５９】
これらの図において、１０００は炎以外の赤外線源の４．４μｍ波長域の変動周波数を帯域制限された強度変化信号で例えば図９に示すバンドパスフィルタ９３０の出力、１００５はその零交叉によって２値化した信号で例えば図９の電圧比較器９４０の出力、１０１０は炎以外の赤外線源の３．３μｍ波長域の変動周波数を帯域制限された強度変化信号で例えば図９に示すバンドパスフィルタ９３５の出力、１０１５はその零交叉によって２値化した信号で例えば図９に示す電圧比較器９４５の出力、１０２０は２つの波長域の帯域制限信号の零交叉間の排他的論理和回路で例えば図９に示す排他的論理和回路９５０の出力、１０２５はその平滑化した信号で例えば図９に示すローパスフィルタ９５５の出力、１０３０は炎が赤外線源の場合の４．４μｍ波長域の変動周波数を帯域制限された強度変化信号で例えば図９に示すバンドパスフィルタ９３０の出力、１０３５はその零交叉によって２値化した信号で例えば図９に示す電圧比較器９４０の出力、１０４０は炎以外の赤外線源の３．３μｍ波長域の変動周波数を帯域制限された強度変化信号で例えば図９に示すバンドパスフィルタ９３５の出力、１０４５はその零交叉によって２値化した信号で例えば図９に示す電圧比較器９４５の出力、１０５０は２つの波長域の帯域制限信号の零交叉間の排他的論理和回路で例えば、図９に示す排他的論理和回路９５０の出力、１０５５はその平滑化した信号で例えば図９に示すローパスフィルタ９５５の出力である。
【００６０】
まず、図１０（ａ）に示すように、炎ではない赤外線源の場合には４．４μｍ波長域と３．３波長域の変動成分は一般に類似した変動波形を示す。このような場合には各波長域の対応する変動周波数帯域内の信号がほぼ同期して変動する（図１０の１０００および１００５参照）。このためその零交叉２値化信号である図９に示す例えば電圧比較器９４０および９４５の出力（図１０の１０１０および１０１５）もほぼ同期している。
【００６１】
したがって、その排他的論理和信号である図９の例えば排他的論理和回路９５０の出力はゼロであることが多く、時間幅の小さなパルスが多いものとなる（図１０の１０２０）。これを図９に示す例えばローパスフィルタ９５５で平滑化した出力は低いレベルで推移する（図１０の１０２５）。
【００６２】
これに対して、図１０（ｂ）に示すように、炎が赤外線源の場合には４．４μｍ波長域と３．３μｍ波長域の変動成分は一般的に変動波形が時間的にずれる。このような場合には各波長域の対応する変動周波数帯域内の信号が時間的に前後に変動する（図１０の１０３０および１０３５）。
【００６３】
このためその零交叉２値化信号である図９に示す例えば電圧比較器９４０および９４５の出力（図１０の１０４０および１０４５）も前後にずれる。
【００６４】
したがってその排他的論理和信号である図９に示す例えば排他的論理和回路９５０の出力にはある程度の時間幅を持ったパルスが多くなる（図１０の１０５０）。
【００６５】
これを図９に示す例えばローパスフィルタ９５５で平滑した出力は比較的高いレベルで推移する（図１０の１０５５）。
【００６６】
本発明の第２実施例では、以上のような信号の時間的なずれの検出を変動周波数帯域の異なる複数の帯域で行う。さらに、これら複数の変動周波数帯域の位相ずれを表す出力を加算器９６０で加算する。この加算器９６０の出力は比較器９６５で予め定めた閾値電圧Ｖ２　と比較することで炎らしいかどうかの判定を行う。
【００６７】
一方、これと平行して、４．４μｍ波長域の変動成分を用いて赤外線強度変化による赤外線源の検出を行う。この処理は通常の異常な赤外線源の検出を行うものであり、本発明では本質的なものではないため、簡易な構成を用いている。図９に示すハイパスフィルタ９７０で赤外線強度の変動成分のみを取り出し、整流回路９７２においてこれを整流する。さらに、ローパスフィルタ９７５においてこの整流後の波形を平滑化する。さらに、図９に示す比較器９８０においてこの赤外線変動の強度変化のレベルを予め定めた閾値電圧Ｖ１　と比較する。
【００６８】
このようにして強度変化による赤外線変動が検出された結果が比較器９８０から出力され、なおかつ４．４μｍ波長域と３．３μｍ波長域と３．３μｍ波長域の変動のずれの結果が比較器９６５から出力された場合に、論理積回路９８５によって炎が検出されたものと判断され、炎検出の出力９９０に炎検出結果を出力する。
【００６９】
以上説明した本発明の第２実施例による効果について説明する。
【００７０】
本発明の第２実施例では、まず赤外線の強度あるいは強度変化の上昇を検出するという、通常の赤外線式炎検出方式と同様の検出方式をとる。さらに、このような赤外線現象に対してその原因が炎によるものであるかどうかを、互いに異なる波長域の赤外線強度変化に時間のずれを生ずるという炎特有の特徴を用いて判定し、この処理によって炎以外の線現象と炎による赤外線現象を確実に判定して炎である場合にのみ炎検出出力を行う。
【００７１】
したがって、このような第２実施例の構成で炎を検出する場合には、従来のように炎ではない赤外線現象、例えば高温物体の通過等による赤外線の変動入力に対して過って炎であると検出してしまうような誤検出の可能性を排除し、炎のみを検出する特徴を持った炎検知装置となる。
【００７２】
本発明の第２実施例では２つの異なる波長域の赤外線強度変化の位相差をアナログ回路によって実現しているため、第１例のようにＣＰＵを用いた実施例と比較すると回路規模が小さく、コストも低くなるという長所がある。
【００７３】
さらに、本発明の利用形態について説明する。
【００７４】
本発明の第１および第２実施例において赤外線強度による異常な赤外線源の発生検出を行っているが、この検出に用いる方式はどのようなものであってもよい。本発明はこのような異常な赤外線源の発生が炎によるものであるかどうかの判定を高精度に行うものである。
【００７５】
本発明の実施例において波長の組み合わせは４．４μｍと３．３μｍの組だけではなく任意の組み合わせであってもよい。本発明では炎における化学的あるいは物理的な現象が時間差を持って生起している性質を用いるため、この時間差を観測する波長の組もこれら化学的あるいは物理的な現象の時間差を観測できる組み合わせであれば任意である。例えば、用途に応じて赤外線以外の可視光線や紫外線を用いることは容易に類推できる。
【００７６】
本発明の実施例においては、２つの波長域の組み合わせを用いたが第３、第４の波長域を用いて炎とそれ以外の現象の判定の精度を上げることは容易に類推できる。例えば本発明の実施例で用いた２つの波長域に加えて可視光と紫外線波長域を用いることで判定の精度を向上させることが可能である。
【００７７】
本発明の実施例においては、炎全体の赤外線強度を用いたが、炎を別々の波長域で画像として捕らえてその炎の画像の一部あるいは全部に対して本発明を用いて炎を判定することも容易に類推できる。例えば受光素子として赤外線に感度を持つシリコンＣＣＤ撮像素子を用い、撮像領域毎に炎であるかどうかの判定を行う等の方式は容易に類推できる。
【００７８】
次に、本発明の第３実施例について説明する。
【００７９】
図１１は本発明の第３実施例による炎検出装置の構成図である。また、図１２は本発明の第３実施例による検出装置の動作フローチャート、図１３はＣＰＵの処理ブロック図である。
【００８０】
図１１において、２１００は炎が輻射する赤外線のうち炎検出に使用する赤外線波長域として４．４μｍ付近の波長域を通過させる赤外線フィルタ、２１１０は赤外線強度を電圧に変換するサーモパイル素子、２１２０は赤外線強度電圧を増幅する増幅回路（Ａｍｐ）、２１３０は赤外線強度の変化の周波数成分を制限するローパスフィルタ（ＬＰＦ）、２１４０は赤外線強度電圧を保持するサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、２１５０は赤外線強度を数値化するＡＤ変換器、２１６０は数値化された赤外線強度の変化に基づいて炎を検出判定する中央処理装置（ＣＰＵ）、２１７０は赤外線フィルター２１００を外部からの汚損や衝撃から保護し、赤外線を透過する保護サファイアガラス、２１８０は火災が起こっていない通常の状態における背景赤外線源、２１９０は火災が起こった際における赤外線源を示す。
【００８１】
図１２は本発明の第３実施例における炎検出処理のフローチャートである。
【００８２】
この図において、２２００は処理の開始、２２１０は初期値の設定、２２２０は赤外線波高値の入力、２２３０は波高値と検出閾値の比較、２２４０は赤外線波高値の平均値の更新、２２５０は平均偏差の更新、２２６０は炎検出発報処理、２２７０は終了である。
【００８３】
図１３は本発明の第３実施例におけるＣＰＵ内部の処理のブロック図である。
【００８４】
この図において、２３００は赤外線強度入力、２３１０は赤外線強度の平均値推定、２３２０は平均値記憶、２３３０は平均偏差推定、２３４０は平均偏差記憶、２３５０は閾値設定、２３６０はレベル判定、２３７０は判定出力である。
【００８５】
次に、本発明の第３実施例における炎検出装置の動作を図１１を用いて説明する。
【００８６】
まず、火災が起こっていない通常の状態における背景赤外線源２１８０からはその表面温度や太陽光の反射に応じた赤外線が放射されている。この背景赤外線は保護サファイアガラス２１７０を通過し、赤外線フィルタ２１００によって通過する波長を制限され、４．４μｍ付近の赤外線がサーモパイル素子２１１０に到達する。サーモパイル素子２１１０は到達してきた赤外線の強度に応じた電気信号を生じ、増幅回路２１２０によってこの電気信号を増幅する。ローパスフィルタ２１３０はこの電気信号の通過帯域を制限し、サンプルホールド回路２１４０はこの電気信号をサンプリングし、ＡＤ変換器２１５０によって赤外線強度を数値化する。ＣＰＵ２１６０はこの数値化された赤外線強度に対して炎検出処理を行う。
【００８７】
次に、本発明の第３実施例において、図１１のＣＰＵ２１６０が行う処理について、図１２のフローチャートおよび図１３を用いて説明する。
【００８８】
まず、処理の開始２２００で処理を開始する。初期値の設定２２１０では図１３の平均値記憶２３２０及び平均偏差記憶２３４０の開始時の各種パラメータの初期化を行う。第３実施例においては以下のような式によって各種パラメータの初期化を行う。
【００８９】
【数１】
2004004023.tif 000003
【００９０】
【数２】
2004004023.tif 000004
【００９１】
2004004023.tif 000005
【００９２】
さらに、これらの推定値から以下の式によって初期の検出閾値を図１３の閾値設定２３５０においてあらかじめ設定しておく。
【００９３】
【数３】
2004004023.tif 000006
【００９４】
ここで、ｂＮ＋１　は第Ｎ＋１番目のサンプル時刻に対して用いる検出閾値、定数αは安全係数である。
2004004023.tif 000007
【００９５】
ここでは、改めて第ｉ番目（ｉはＮ＋１、Ｎ＋２、…）の赤外線波高値ｘｉ　が得られたとする。このときすでに、検出閾値ｂｉ　（ｉはＮ＋１、Ｎ＋２、…）が求まっているから、図１３のレベル判定２３６０において波高値Ｘｉ　と検出閾値ｂｉ　の比較２２３０で比較する。
【００９６】
もしも波高値ｘｉ　が検出閾値ｂｉ　よりも小さければ、赤外線波高値の平均偏差の更新２２５０に進む。
2004004023.tif 000008
【００９７】
【数４】
2004004023.tif 000009
【００９８】
ここで、Ｋｘ　は平均値を推定するための係数であり１よりも大きな定数を設定する。
2004004023.tif 000010
【００９９】
【数５】
2004004023.tif 000011
【０１００】
ここで、Ｋｄ　は平均偏差を推定するための係数であり、１よりも大きな定数を設定する。
2004004023.tif 000012
【０１０１】
【数６】
2004004023.tif 000013
【０１０２】
このように新たな検出域を計算して赤外線波高値の入力２２２０に戻る。
2004004023.tif 000014
【０１０３】
以上説明した本発明の第３実施例による効果について、図１４及び図１５を用いて説明する。
【０１０４】
図１４において、２４００は背景赤外線変動の波形、２４１０は推定平均値、２４２０は推定平均偏差、２４３０は検出閾値を示す。
【０１０５】
図１５において、図１５（ａ）は赤外線検知窓洗浄直後の背景赤外線検知出力、図１５（ｂ）は赤外線検知窓汚染後の背景赤外線検知出力をそれぞれ示しており、２５００は赤外線検出窓に汚損がない場合に観測される背景赤外線変動の波形、２５１０は赤外線検出窓に汚損がある場合に観測される背景赤外線変動の波形を示す。
【０１０６】
本発明の第３実施例に示したような方法を取れば、火災が起こっていない通常の状態における背景赤外線源２１８０（図１１参照）からの背景赤外線変動の波形２４００から赤外線強度の推定平均値２４１０を得ることができる。またこの赤外線強度の推定平均値２４１０に対する推定平均偏差２４２０も推定することができる。これら赤外線強度の推定平均値２４１０と推定平均偏差２４２０を基づいて災検出の検出閾値２４３０を定めるため、使用環境における背景赤外線の強弱の影響を受けることなく、最適な検出閾値２４３０で炎を検出することができる。
【０１０７】
また、図１５に示したように赤外線検出窓に汚損がない場合には、このときに観測される背景赤外線変動の波形から火災検出の検出閾値を比較的高く定めるのに対し、２５１０のように赤外線検出窓に汚損がある場合には、観測される背景赤外線変動の波形が小さくなるため、火災検出の検出閾値は自動的に低下する。このため、赤外線検出窓に汚損が生じた場合でも最適な検出閾値で火災を検出する。
【０１０８】
次に、本発明の第４実施例について説明する。
【０１０９】
本発明の第４実施例において、炎検出装置の構成は本発明の第３実施例と同様の構成であるため、図１１を用いて説明する。
【０１１０】
図１６は本発明の第４実施例における炎検出装置のフローチャートである。
【０１１１】
この図において、２６００は処理の開始、２６１０は初期値の設定、２６２０は赤外線波高値の入力とバッファリング、２６３０は赤外線波高値の時系列のフーリエ変換、２６４０は赤外線波高値の時系列のスペクトルと検出閾値の比較、２６５０はスペクトルの平均値の更新、２６６０はスペクトル平均偏差の更新、２６７０は炎検出発報処理、２６８０は終了である。
【０１１２】
図１７に本発明の第４実施例におけるＣＰＵ内部の処理のブロック図を示す。
【０１１３】
この図において、２７００は赤外線強度入力、２７１０は波形バッファ処理、２７２０はフーリエ変換、２７３０は各周波数毎の赤外線強度の平均値推定、２７４０は各周波数毎の平均値記憶、２７５０は各周波数毎の平均偏差推定、２７６０は各周波数毎の平均偏差記憶、２７７０は各周波数毎の閾値設定、２７８０は各周波数毎のレベル判定、２７９０は判定出力である。
【０１１４】
次に、本発明の第４実施例における炎検出装置の動作を、図１１を用いて説明する。
【０１１５】
まず、火災が起こっていない通常の状態における背景赤外線源２１８０からはその表面温度や太陽光の反射に応じた赤外線が放射されている。この背景赤外線は保護サファイアガラス２１７０を通過し、赤外線フィルタ２１００によって通過する波長を制限され、４．４μｍ付近の赤外線がサーモパイル素子２１１０に到達する。サーモパイル素子２１１０は到達してきた赤外線の強度に応じた電気信号を生じ、増幅回路２１２０によってこの電気振動を増幅する。ローパスフィルタ２１３０はこの電気信号の通過帯域を制限し、サンプルホールド回路２１４０はこの電気信号をサンプリングし、ＡＤ変換器２１５０によって赤外線強度を数値化する。ＣＰＵ２１６０はこの数値化された赤外線強度に対して炎検出処理を行う。
【０１１６】
次に、本発明の第４実施例において図１１のＣＰＵ２１６０が行う処理について、図１６と図１７を用いて説明する。
【０１１７】
まず、処理の開始２６００で処理を開始する。初期値の設定２６１０では開始時の各周波数平均値記憶２７４０と各周波数平均偏差記憶２７６０に記憶する各種パラメータの初期化を行う。第４実施例では波形バッファ処理２７１０において赤外線強度信号をあらかじめ定めた時間区間長の分析区間毎に区切ってフーリエ変換２７２０において離散フーリエ変換したスペクトル強度を用いた処理を行う。第４実施例においては以下のような式によって各種パラメータの初期化を行う。
【０１１８】
【数７】
2004004023.tif 000015
【０１１９】
【数８】
2004004023.tif 000016
【０１２０】
2004004023.tif 000017
【０１２１】
さらに、これらの推定値から以下の式によって各周波数閾値設定２７７０において初期の検出閾値をあらかじめ設定しておく。
【０１２２】
【数９】
2004004023.tif 000018
【０１２３】
ここで、Ｂ（ω）Ｍ＋１　は第Ｍ＋１番目の分析区間における変動周波数ωに対して用いる検出閾値、定数αは安全係数である。
2004004023.tif 000019
【０１２４】
波高値入力とバッファリング２６２０ではあらかじめ定めた分析区間の時間幅に相当するサンプル数の波高値を入力し、ＣＰＵ２１６０の内部バッファに格納する。
【０１２５】
次にフーリエ変換２６３０で図１７のフーリエ変換２７２０において離散フーリエ変換を行う。ＦＦＴアルゴリズムを使うのが好適である。ここでは改めて第ｊ番目（ｊ＝Ｍ＋１，Ｍ＋２，…）の分析区間における変動周波数ωの赤外線変動スペクトルＸ（ω）ｊ　が得られたとする。このときすでに検出閾値Ｂ（ω）ｊ　（ｊ＝Ｍ＋１，Ｍ＋２，…）が図１７の各周波数閾値設定２７７０で求まっているから、赤外線変動スペクトルの絶対値｜Ｘ（ω）ｊ　｜と検出閾値Ｂ（ω）ｊ　の比較２６４０を図１７の各周波数レベル判定２７８０で比較する。
【０１２６】
もしも赤外線変動スペクトルの絶対値｜Ｘ（ω）ｊ　｜が検出閾値Ｂ（ω）ｊ　よりも小さければスペクトル平均値の更新２６５０に進む。
2004004023.tif 000020
【０１２７】
【数１０】
2004004023.tif 000021
【０１２８】
ここでＫｘ　は平均値を推定するための係数であり、１よりも大きな定数を設定する。結果は図１７の各周波数平均値記憶２７４０に記憶する。
2004004023.tif 000022
【０１２９】
【数１１】
2004004023.tif 000023
【０１３０】
ここで、Ｋｄ　は平均偏差を推定するための係数であり、１よりも大きな定数を設定する。結果は図１７の各周波数平均偏差記憶２７６０に記憶する。
2004004023.tif 000024
【０１３１】
【数１２】
2004004023.tif 000025
【０１３２】
このように、新たな検出閾値を計算して波高値入力とバッファリング２６２０に戻る。
【０１３３】
一方、図１１において火災が起こった際における赤外線源２１９０が生じた場合には、通常のスペクトルの推定平均値と推定平均偏差で設定された検出閾値Ｂ（ω）ｊ＋１　よりも高いスペクトルが観測される。このような場合で、図１６におけるスペクトルの絶対値｜Ｘ（ω）ｊ　｜と検出閾値Ｂ（ω）ｊ　の比較２６４０を図１７の各周波数レベル判定２７８０で行った結果、スペクトルのほうが大きい場合には、炎検出発報処理２６７０にすすみ、図１７の判定出力２７９０により検出した場合の出力を行い終了２６８０となる。
【０１３４】
以上説明した本発明の第４実施例による効果について説明する。
【０１３５】
本発明の第４実施例では赤外線波高値の変化を離散フーリエ変換することにより離散周波数成分に分解している。このため、例えば、回転灯などの周期的な赤外線変動を示すような外乱は定常的なスペクトル強度として観測されるため、スペクトル平均値として閾値にあらかじめ含まれてしまう。
【０１３６】
また、一般に炎の赤外線強度変化は１／ｆ特性を示す不規則な変動周波数成分を持っており、前記外乱による一定な周波数以外の周波数成分を用いることによって周期的な外乱の影響を受けない周波数成分の上昇で炎を検出できる。したがって、第３実施例においては回転灯等の周期的な外乱が常に存在するような場合には、波高値に対する閾値が上昇するため検出が困難になる問題があったのに対し、第４実施例のように周波数成分を用いれば周期的な外乱があっても検出性能に対する影響が少ない。
【０１３７】
また、第３実施例において火炎検出の検出閾値を自動的に定めることによって、使用環境における背景赤外線の強弱の影響を受けることなく、最適な検出閾値で炎を検出するという効果は、第４実施例においても同様に有効である。
【０１３８】
さらに、第３実施例において赤外線検出窓に汚損が生じた場合でも、汚損に応じて検出閾値が低下することにより最適な検出閾値で火炎を検出するという効果は、第４実施例においても同様に有効である。
【０１３９】
本発明の第３実施例では背景赤外線強度の波高値、第４実施例では背景赤外線のスペクトル強度特徴量として用いて炎検出のための閾値を設定したが、本発明では必ずしもこれらの特徴量を使用する必要はなく、例えば波高値の移動平均値、フィルタバンク出力、線形予測係数などの特徴量を使用しても有効である。
【０１４０】
本発明の第３及び第４実施例では、波高値やスペクトルなどの特徴量の平均値とその平均偏差から検出閾値を決定したが、必ずしもこれらの統計量を用いて検出閾値を決定する必要はなく、例えば正規分布、Ｘ−２乗分布等を表現する平均値、標準偏差等の各種統計量を用いて検出閾値を決定することは、容易に類推できる。
【０１４１】
本発明の第３及び第４実施例では波高値やスペクトルなどの特徴量の平均値とその平均偏差を推定するに当たって簡便なローパスフィルタによる平均値、平均偏差の推定を行ったが、必ずしもこのような推定方法を取る必要はなく、ニューラルネットや特異値の判別除去法等による非線形な推定方法をとることは容易に類推できる。
【０１４２】
本発明の第３及び第４実施例では、波高値やスペクトルなどの特徴量と検出閾値の単純な比較によって炎検出の判定を行ったが、必ずしもこのような単純な検出の判定を行う必要はなく、特異であると検出された信号の継続性による判定や、スペクトルに対する重み付けを用いたパラメータを用いるなど、音声区間検出法等で用いられている各種の判定方法を使用することは容易に類推できる。
【０１４３】
本発明の第３及び第４実施例では、炎が輻射する赤外線のうち炎検出に使用する赤外線波長域として４．４μｍ付近の波長域を通過させる赤外線フィルタを用いたが、必ずしもこの波長域を用いる必要はなく、使用目的に応じて他の赤外線波長域や可視光、紫外線等を用いる場合でも本発明は有効である。
【０１４４】
図１８は本発明の第５実施例を示す炎検出方式の構成図であり、上記した第１〜第４実施例を組み合わせて構成される炎検出方式のブロック図である。
【０１４５】
図１８において、２８００は第１の４．４μｍ波長域の赤外線変動波形を互いに重畳した時間（分析）区間に区切って窓データの切り出しを行う処理、２８０５は第２の３．３μｍ波長域の赤外線変動波形を互いに重畳した分析（時間）区間に区切って窓データの切り出しを行う処理、２８１０は第１の波長域の変動波形のフーリエ変換処理、２８１５は第２の波長域の変動波形のフーリエ変換処理、２８２０はそのフーリエ変換処理後の平均値推定処理、２８２５はそのフーリエ変換処理後の平均偏差推定処理、２８３０は平均値記憶処理、２８３５は平均偏差記憶処理、２８４０は平均値と平均偏差とに基づく閾値設定処理、２８５０は閾値に基づくレベル判定処理、２８６０は第１の４．４μｍの波長域の変動スペクトルと第２の波長域の３．３μｍの変動スペクトルとの位相差を検出する処理、２８７０は前記位相差を検出する処理２８６０で検出した位相差を用いて位相差のランダム性を判定する位相差ランダム性判定処理、２８８０は前記位相差ランダム性判定と前記閾値に基づくレベル判定とに基づいて判定出力を得る判定出力処理である。
【０１４６】
あお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【０１４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【０１４８】
（Ａ）炎ではない赤外線現象を炎と誤検出することがなく、真実の炎の検出を的確に行うことができる。
【０１４９】
（Ｂ）まず赤外線の強度あるいは強度変化の上昇を検出するという、通常の赤外線式炎検出方式と同様の検出方式をとる。さらに、このような赤外線現象に対してその原因が炎によるものであるかどうかを、互いに異なる波長域の赤外線強度変化に時間のずれを生ずるという炎特有の特徴を用いて判定し、この処理によって炎以外の赤外線現象と炎による赤外線現象を確実に判定して炎である場合にのみ炎検出出力を行う。
【０１５０】
（Ｃ）まず赤外線の強度あるいは強度変化の上昇を検出するという、通常の赤外線式炎検出方式と同様の検出方式をとる。さらに、このような赤外線現象に対してその原因が炎によるものであるかどうかを、互いに異なる波長域の赤外線強度変化に時間のずれを生ずるという炎特有の特徴を用いて判定し、この処理によって炎以外の線現象と炎による赤外線現象を確実に判定して炎である場合にのみ炎検出出力を行う。
【０１５１】
（Ｄ）使用環境における背景赤外線の強弱や赤外線検出窓の汚損状態の影響を受けることなく、最適な閾値で炎を検出する炎検出装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す炎検出装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す炎検出方式の構成図である。
【図３】本発明の第１実施例における炎検出処理のフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施例による炎検出方式の赤外線強度と分析窓関数の関係についての説明図である。
【図５】本発明の第１実施例による炎検出方式における４．４μｍ波長域の赤外線強度変化の各分析区間における変動スペクトルの説明図である。
【図６】本発明の第１実施例による炎検出方式における４．４μｍ波長域と３．３μｍ波長域の赤外線強度変化時間波形の説明図である。
【図７】実際の赤外線を生ずる外乱と炎の４．４μｍ波長域と３．３μｍ波長域の赤外線強度の位相差についてクロススペクトル（複素数）で表現したデータを示す図である。
【図８】図３に示す処理３３０における４．４μｍ波長と３．３μｍ波長域の赤外線変動周波数成分の間の位相差の集計方法の説明図である。
【図９】本発明の第２実施例による炎検出装置の構成図である。
【図１０】本発明の第２実施例による炎検出装置の各信号のふるまいを示す図である。
【図１１】本発明の第３実施例による炎検出装置の構成図である。
【図１２】本発明の第３実施例による炎検出装置の動作フローチャートである。
【図１３】本発明の第３実施例による炎検出装置のＣＰＵ内部の処理ブロック図である。
【図１４】本発明の第３実施例による炎検出方式における検出閾値算出の説明図である。
【図１５】本発明の第３実施例による炎検出方式における赤外線検知窓汚染時の現象の説明図である。
【図１６】本発明の第４実施例による炎検出装置の動作フローチャートである。
【図１７】本発明の第４実施例による炎検出装置のＣＰＵ内部の処理ブロック図である。
【図１８】本発明の第５実施例を示す炎検出方式の構成図である。
【符号の説明】
１００，１０５，９００，９０５，２１００　　赤外線フィルタ
１１０，１１５，９１０，９１５，２１１０　　サーモパイル素子
１２０，１２５，９２０，９２５，２１２０　　増幅回路（Ａｍｐ）
１３０，１３５，９５５，９５７，９７０，９８０，２１３０　　ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１４０，１４５，２１４０　　サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）
１５０，１５５，２１５０　　ＡＤ変換器（Ａ−Ｄ）
１６０，２１６０　　中央処理装置（ＣＰＵ）
１７０，９９８，２１７０　　保護サファイアガラス
１８０，２１８０　　通常の状態における背景赤外線源
１９０，９９５，２１９０　　火災が起こった際における赤外線源
２００，２０５，２１０，２１５，２２０，２３０，２４０　　処理（図２）３００，３０５，３１０，３１５，３２０，３２５，３３０，３３５，３４０，３５０，３６０　　処理（図３）
４００　　赤外線強度信号
４１０　　第１の分析区間の窓関数
４２０　　第２の分析区間の窓関数
４３０　　第３の分析区間の窓関数
５００　　赤外線強度の各変動周波数成分
５１０　　傾斜を持った平面
７００　　６０Ｗの白熱電球を赤外線源とした場合クロススペクトルの分布
７１０　　実際の炎を赤外線源として用いた場合のクロススペクトルの分布
９３０，９３２，９３５，９３７　　バンドパスフィルタ（ＢＰＬ）
９４０，９４２，９４５，９４７　　電圧比較器（Ｃｏｍｐ）
９５０，９５２　　排他的論理和回路
９６０　　加算器（Ｍｉｘ）
９６５，９８０　　比較器（Ｃｏｍｐ）
９７０　　ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
９７２　　整流回路
９８５　　論理積回路
９９０　　炎判定出力
９９８　　保護サファイアガラス
１０００，１０１０，１０３０，１０４０　　バンドパスフィルタの出力
１００５，１０１５，１０３５，１０４５　　電圧比較器の出力
１０２０，１０５０　　排他的論理和回路の出力
１０２５，１０５５　　ローパスフィルタの出力
２２００，２２１０，２２２０，２２３０，２２４０，２２５０，２２６０，２２７０　　処理（図１２）
２３００，２３１０，２３２０，２３３０，２３４０，２３５０，２３６０，，２３７０　　処理（図１３）
２４００　　背景赤外線変動の波形
２４１０　　推定平均値
２４２０　　推定平均偏差
２４３０　　検出閾値
２５００　　赤外線検出窓に汚損がない場合に観測される背景赤外線変動の波形
２５１０　　赤外線検出窓に汚損がある場合に観測される背景赤外線変動の波形
２６００，２６１０，２６２０，２６３０，２６４０，２６６０，２６７０，２６８０　　処理（図１６）
２７００，２７１０，２７２０，２７３０，２７４０，２７５０，２７６０，２７７０，２７８０，２７９０　　処理（図１７）
２８００，２８０５，２８１０，２８１５，２８２０，２８２５，２８３０，２８３５，２８４０，２８５０，２８６０，２８７０，２８８０　　処理（図１８）
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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