(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第１の検知された火災サインを示す第１の信号を出力する第１の検知手段と、
第２のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第２の検知された火災サインを示す第２の信号を出力する第２の検知手段と、
前記第１及び第２の信号を組み合わせるための信号処理手段と
を備えており、
前記第１及び第２の検知手段の出力が前記信号処理手段に結合されており、該信号処理手段が、前記第１及び第２の信号を第１の所定の基準値と比較して、該第１及び第２の信号の組合せが該第１の所定の基準値を越える場合に火災状態信号を出力するマルチサイン火災検知装置であって、
前記第１の検知手段が煙を検知し、前記第２の検知手段が一酸化炭素を検知し、
前記第１及び第２の信号の前記組合せが、一酸化炭素検知器の出力を示す信号における周囲のベースラインからの変化の割合に基づいていることを特徴とするマルチサイン火災検知装置。
【請求項２】
第１のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第１の検知された火災サインを示す第１の信号を出力する第１の検知手段と、
第２のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第２の検知された火災サインを示す第２の信号を出力する第２の検知手段と、
前記第１及び第２の信号を組み合わせるための信号処理手段と
を備えており、
前記第１及び第２の検知手段の出力が前記信号処理手段に結合されており、該信号処理手段が、前記第１及び第２の信号を第１の所定の基準値と比較して、該第１及び第２の信号の組合せが該第１の所定の基準値を越える場合に火災状態信号を出力するマルチサイン火災検知装置であって、
前記信号処理手段が、前記第１の信号及び前記第２の信号のうちの少なくとも１つのベースライン値を決定するためのベースライン決定手段を含んでおり、該ベースライン値が、該第１及び第２の信号のうちの少なくとも１つの経時変化の平均的な割合に基づいていて、該信号処理手段が、該第１及び第２の信号のうちの１つの変化の瞬間的な割合が該ベースライン値を超える場合に火災状態信号を出力することを特徴とするマルチサイン火災検知装置。
【請求項３】
第１のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第１の検知された火災サインを示す第１の信号を出力する第１の検知手段と、
第２のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第２の検知された火災サインを示す第２の信号を出力する第２の検知手段と、
前記第１及び第２の信号を組み合わせるための信号処理手段と
を備えており、
前記第１及び第２の検知手段の出力が前記信号処理手段に結合されており、該信号処理手段が、前記第１及び第２の信号を第１の所定の基準値と比較して、該第１及び第２の信号の組合せが該第１の所定の基準値を越える場合に火災状態信号を出力するマルチサイン火災検知装置であって、
前記信号処理手段が、前記第１の信号及び前記第２の信号のうちの少なくとも１つのベースライン値を決定するためのベースライン決定手段を含んでおり、該ベースライン値が、該第１及び第２の信号のうちの１つの経時的な火災サインの平均値に基づいていて、該信号処理手段が、該第１及び第２の信号のうちの１つの瞬間的な値が該ベースライン値を超える場合に火災状態信号を出力することを特徴とするマルチサイン火災検知装置。
【請求項４】
第１のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第１の検知された火災サインを示す第１の信号を出力する第１の検知手段と、
第２のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第２の検知された火災サインを示す第２の信号を出力する第２の検知手段と、
前記第１及び第２の信号を組み合わせるための信号処理手段と
を備えており、
前記第１及び第２の検知手段の出力が前記信号処理手段に結合されており、該信号処理手段が、前記第１及び第２の信号を第１の所定の基準値と比較して、該第１及び第２の信号の組合せが該第１の所定の基準値を越える場合に火災状態信号を出力するマルチサイン火災検知装置であって、
前記第１の検知手段に接続されている第１の変化率比較手段と、
前記第２の検知手段に接続されている第２の変化率比較手段と
をさらに備えており、
前記第１の変化率比較手段が、前記第１の信号の変化率を第１の変化率閾値と比較し、前記第２の変化率比較手段が、前記第２の信号の変化率を第２の変化率閾値と比較し、前記第１の信号の変化率又は前記第２の信号の変化率が、前記第１及び第２の変化率閾値の各々をそれぞれ超える場合に火災状態信号が出力されることを特徴とするマルチサイン火災検知装置。
【請求項５】
第１のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第１の検知された火災サインを示す第１の信号を出力する第１の検知手段と、
第２のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第２の検知された火災サインを示す第２の信号を出力する第２の検知手段と、
前記第１及び第２の信号を組み合わせるための信号処理手段と
を備えており、
前記第１及び第２の検知手段の出力が前記信号処理手段に結合されており、該信号処理手段が、前記第１及び第２の信号を第１の所定の基準値と比較して、該第１及び第２の信号の組合せが該第１の所定の基準値を越える場合に火災状態信号を出力するマルチサイン火災検知装置であって、
前記信号処理手段が、前記第１及び第２の信号を乗算するための手段を含んでおり、該第１及び第２の信号の積が前記第１の所定の基準値を超える場合に火災状態信号を出力し、さらに、該信号処理手段が、前記第１の検知手段及び前記第２の検知手段のうちの１つの出力が第２の所定の基準値未満である場合に火災状態を検知するためのゼロ状態検知手段を含んでいることを特徴とするマルチサイン火災検知装置。
【請求項６】
前記ゼロ状態検知手段が、前記第１及び第２の信号のうちの１つが前記第１及び第２の所定の基準値のうちの１つを超える場合に火災状態を表示するためのＯＲ論理手段を含んでいることを特徴とする請求項５に記載のマルチサイン火災検知装置。
【請求項７】
第１のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第１の検知された火災サインを示す第１の信号を出力する第１の検知手段と、
第２のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第２の検知された火災サインを示す第２の信号を出力する第２の検知手段と、
前記第１及び第２の信号を組み合わせるための信号処理手段と
を備えており、
前記第１及び第２の検知手段の出力が前記信号処理手段に結合されており、該信号処理手段が、前記第１及び第２の信号を第１の所定の基準値と比較して、該第１及び第２の信号の組合せが該第１の所定の基準値を越える場合に火災状態信号を出力するマルチサイン火災検知装置であって、
前記信号処理手段が、前記第１及び第２の信号を乗算するための手段と、該第１及び第２の信号のうちの少なくとも１つを該第１及び第２の信号の積に加算するための手段とを含んでおり、該積と該第１及び第２の信号のうちの少なくとも１つとの和が、該第１の所定の基準値を超える場合に火災状態信号を出力することを特徴とするマルチサイン火災検知装置。
【請求項８】
前記第１の検知手段が、火災の可能性のある状態を示す煙を検知し、前記第２の検知手段が、火災の可能性のある状態を示すガスを検知することを特徴とする請求項７に記載のマルチサイン火災検知装置。
【請求項９】
前記第１の検知手段が、火災の可能性のある状態を示す第１のガスを検知し、前記第２の検知手段が、火災の可能性のある状態を示す第２のガスを検知することを特徴とする請求項７に記載のマルチサイン火災検知装置。
【請求項１０】
前記第１の検知手段が、火災の可能性のある状態を示す微粒子を検知し、前記第２の検知手段が、火災の可能性のある状態を示す温度を検知することを特徴とする請求項７に記載のマルチサイン火災検知装置。
【請求項１１】
前記第１の検知手段が、火災の可能性のある状態を示す温度を検知し、前記第２の検知手段が、火災の可能性のある状態を示すガスを検知することを特徴とする請求項７に記載のマルチサイン火災検知装置。
【請求項１２】
前記第１の検知手段が、煙、一酸化炭素、温度、二酸化炭素、塩酸、酸化可能なガス及び窒素酸化物からなる火災サインのグループから選択された、少なくとも１つの第１のタイプの火災サインを検知し、前記第２の検知手段が、煙、一酸化炭素、温度、二酸化炭素、塩酸、酸化可能なガス及び窒素酸化物からなる火災サインのグループから選択された、少なくとも１つの第２のタイプの火災サインを検知することを特徴とする請求項７に記載のマルチサイン火災検知装置。
【請求項１３】
第１のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第１の検知された火災サインを示す第１の信号を出力する第１の検知手段と、
第２のタイプの火災サインを検知するための手段であって、第２の検知された火災サインを示す第２の信号を出力する第２の検知手段と、
前記第１及び第２の信号を組み合わせるための信号処理手段と
を備えており、
前記第１及び第２の検知手段の出力が前記信号処理手段に結合されており、該信号処理手段が、前記第１及び第２の信号を第１の所定の基準値と比較して、該第１及び第２の信号の組合せが該第１の所定の基準値を越える場合に火災状態信号を出力するマルチサイン火災検知装置であって、
前記信号処理手段が、前記第１及び第２の信号を乗算するための手段と、該第１及び第２の信号の積を前記第１の所定の基準値と比較するための手段と、該積が該第１の所定の基準値未満である場合に、該第１及び第２の信号の各々を第２及び第３の所定値と比較するための手段とを含んでおり、該信号処理手段が、該積が該第１の所定の基準値を超えるか、又は該第１及び第２の信号のうちの１つが該第２及び第３の所定値のうちの１つを超える場合に火災状態を表示することを特徴とするマルチサイン火災検知装置。
【請求項１４】
前記第１の検知手段が、火災の可能性のある状態を示す煙を検知し、前記第２の検知手段が、火災の可能性のある状態を示すガスを検知することを特徴とする請求項１３に記載のマルチサイン火災検知装置。
【請求項１５】
前記第１の検知手段が、火災の可能性のある状態を示す第１のガスを検知し、前記第２の検知手段が、火災の可能性のある状態を示す第２のガスを検知することを特徴とする請求項１３に記載のマルチサイン火災検知装置。
【請求項１６】
前記第１の検知手段が、火災の可能性のある状態を示す微粒子を検知し、前記第２の検知手段が、火災の可能性のある状態を示す温度を検知することを特徴とする請求項１３に記載のマルチサイン火災検知装置。
【請求項１７】
前記第１の検知手段が、火災の可能性のある状態を示す温度を検知し、前記第２の検知手段が、火災の可能性のある状態を示すガスを検知することを特徴とする請求項１３に記載のマルチサイン火災検知装置。
【請求項１８】
前記第１の検知手段が、煙、一酸化炭素、温度、二酸化炭素、塩酸、酸化可能なガス及び窒素酸化物からなる火災サインのグループから選択された、少なくとも１つの第１のタイプの火災サインを検知し、前記第２の検知手段が、煙、一酸化炭素、温度、二酸化炭素、塩酸、酸化可能なガス及び窒素酸化物からなる火災サインのグループから選択された、少なくとも１つの第２のタイプの火災サインを検知することを特徴とする請求項１３に記載のマルチサイン火災検知装置。
【発明の詳細な説明】
［発明の背景］
好ましくない火災の早い検知及び鎮火は数１０年の間の国家的な優先事項である。特殊な検知器が火災検知器（イオン化及び光電子方式）の開発の前に使用されていたが、比較的安価で敏感な煙検知器は火災による生命と財産の損失を減少させることに大きな影響を持っていた。これらの技術は現在非常に完成度が高く、極めて入手が可能である。現在の煙検知器には幾つかの問題点が確認されている。バッテリー電源装置は例え火災が家庭の電気装置に影響を与えても検知器が動作する様に良好であることを最初に前提にしていた。しかし、経験からバッテリーの取替を怠ることによりバッテリーで動作する装置の大部分が動作しないことが示されている。この問題はバッテリーを解決しようとする問題より遥かに重大である。更に、煙検知器に対する警報の失敗率は非常に高い。典型的な失敗対実際の火災警報は１０：１の次数である。ブリーン（Breen）（“False Fire Alarms in College Dormitories-The Problem Revisited,”（大学生寮での火災の誤警報−問題の再調査）SFPE技術報告85-3、防火協会の技術者、Boston, MA, 1985）は大学生の寮の場合誤警報対正しい警報の率は５０：１を越えると報告している。煙検知器のバッテリーを取り替えることに対する居住者の失敗は公衆教育及び配線式検知器へ戻ることを通して取り組まれている。誤警報の問題は、更に検知器の高感度の設定を全般的に下げることにより取り組まれている。警報の信頼性を危険な状態にすることに依るこのトレードオフは好都合に見えるが、規定された保護のレベルを明らかに下げることに成る。
明確にするため、次の定義を予め定めこの明細書のテーマを正しく理解する手助けにする：“煙”とは火災からの燃焼物の濃縮状態の成分として定義している。“火災サイン”は周囲環境内に変化を生ずるあらゆる火災からできたものとして定義している。“火災からできたもの”は煙や、電磁放射、伝導性の熱、対流性熱の様な明確なエネルギー形態、又は音響エネルギー、又はCo, CO2, NO等のあらゆる特有なガスであり、これらは火災により生ずる。“マルチサイン火災検知”は２個以上の火災サインの測定であり火災の存在を確認する。
［関連技術の説明］
火災検知の現在の技術の状態はグロスハンドラ−（Grosshandler）による最近の評論誌（“An Assessment of Technologies for advanced Fire Detection,"これは１９９２年１１月９−１３日に開催されたASME Winter Annual MeetingでHeat Transfer in Fire and Comdustion Systemsに関するシンポジュームに提出された）と、自動火災検知に関する第９回国際会議の会報及び第１回（１９８８年）、第２回（１９８９年）、第３回（１９９１年）の火災安全科学に関するシンポジュームに良くまとめられている。火災検知の研究は次の三つの異なった領域の研究に論理的に分けられる：新規な検知器、改良された信号処理、火災及び火災でない環境に対する検知器の反応のアセスメント。
グロスハンドラ−（Grosshandler）は新規な即ち革新的なセンサー技術の非常に徹底した論評を示した。これらの技術には微量子、化学的、光学的、及び音響的なセンサーが含まれている。概評論誌には能動的に行われる多くの技術と火災検知には特に調査されていない潜在的な応用が含まれている。
信号処理法はマイクロプロセッサの時代には多くの注目を受けていた。安価な計算電力とデジタルエレクトロニクスにより商用システムに非常に適用できる複雑な検知アルゴリズムが作られている。殆どの部分に対し、研究されたアルゴリズムは火災力学、煙発生及び火災サインの発生に含まれる他の処理に特別に関連した方法よりも一般的なアルゴリズムであることは興味のあることである。注目すべき例外はイシイ他の方法であり（“An Algorithm for Improving the Reliability of Detection with Processing of Multiple Sensors' Signal"、火災安全ジャーナル１７、１９９１年、４６９−４８４ページ）、この方法では簡単なゾーン火災モデルがデータとして相互相関アルゴリズムで使用されている火災源発生率を演繹するため使用されている。この方法は興味があるが、ゾーンを作る火災の一番最初の段階に良く適合していないゾーンモデル化手段に関する信頼性はまだ有効でなく更に検知が求められていた。それにも拘らず、これは研究されることを必要とする方向を示している。幸運なことに、ゾーンモデル形式を含まない多くの道が研究されている。
火災及び火災でない場合のサイン及びこれらのサインに対する検知の反応は、新規なセンサの開発と発展、現存センサの改良及び検知アルゴリズムに対し無条件に重要である。利用できる多くの標準的な試験があり、研究者は日常的に試験的な試験源を使用しているが、研究すべき必要のある試験源のタイプに対する問題に払われている配慮が不十分であり、これらの試験源が実験的な研究と試験にどのように最良に適合するかに払われている配慮が不十分である。包括的な試験源のタイプが本当の火災警報及び有害な警報の試験源の両方に対し検知器の性能を必要なものにすることが必要である。誤った警報のシナリオをまねる有害な警報の試験源の定義には特により徹底的に研究する必要がある。改良された検知器の性能が全体的に成功するのは、実際の火災の特徴が決まることに制約されており、有害な警報源により十分な取り組みが行われている。重要な一つの研究の結果は中程度の囲いの中での試験結果が火災源の規模にも注意を払い優秀な洞察力を与えていることを明らかに示している。ヘスケスタッド（Heskestad）とニューンマン（Newman）の研究は（“Fire Detection Using Cross-Correlations of Sensor Signals,"火災安全ジャーナル、１８（４）、１９９２年）、この良い例である。
装置の問題に関係しない最も誤った警報は非発火性のエアゾールから生ずる。調理用エアゾール、ほこり、タバコ、エアゾールが放出され、車の排気は誤警報を生ずるエアゾール試験源の例である。調理用のエアゾールと蒸気（例えば、シャワーからの）は最も一般的な誤警報源である。これらの例の中で、タバコの煙と車の排気のみが一酸化炭素を含むと予想される。これにより一酸化炭素は検知目的に対する関心をそそる火災サインとなる。一酸化炭素が多くの火災による死者の中で原因となる作用因であり、火災サインとしてＣＯを使用することがより好ましい。ＣＯに中毒特性があるので、非発火状態のＣＯが存在することによる誤警報は完全な誤警報でないことを示すことができる。むしろ、この種の警報はビルの居住者の一般的な安全のために好ましい。
これらの要因に基づき、煙検知器／ＣＯ検知器を組み合わせる可能性の検討が今までの発明の大きな焦点であった。ＣＯを検知する広範囲な潜在的な方法がある。これらの範囲はＩＲ（赤外線）吸収に対する電気化学的センサーからゲルのセルに対する酸化されるガスセンサ（酸化スズ）までである。
これらの原理の体系の中で、酸化されるガスセンサは識別力が最も少ない。炭化水素を含む酸化されるあらゆる種類が検知される。第一世代の酸化されるガスセンサは１９７０年代の初期に開発され３００−４００℃で動作した。ブッコウスキ（Bukowski）及びブライト（Bright）によるNISTでの研究（“Some Problems Noted in the Use of Taguchi Semiconductor Gas Sensors as Residential Fire/Smoke Detectors,"NBSTR 74-591, 国家標準局、Gaithersburg, MD, １９７４年１２月）はこの様な検知器で誤警報問題を説明しており、火災検知器として比較的低い性能を示している。NISTの研究者は酸化されるガスセンサが、ヘアースプレイ、防臭剤、消毒用アルコール、タバコ、及び調理用エアゾールにより誤警報になる傾向があることを見つけた。これらの誤警報サインは従来の煙検出器が悩まされていた多くのことを含んでいる。この様に、酸化されるガスセンサーは誤警報を阻止する用語で従来の検出器を補充することは殆どできない。特に、これらのサインのどれもがＣＯを含んでいない。これはＣＯを選択して測定するセンサーが酸化されるガス検出器とするより従来の煙検出器と一緒にすることがはるかに有益であることを示している。ハルウッド（Harwood）他により行われた最近の研究では（“The Use of Low Power Carbon Monoxide Sensors to Provide Early Warning of Fire,"火災安全ジャーナル、１７、１９９１年、ページ４３１−４４３）、非常に小さなタイプの酸化されるガスセンサーが評価され、ＢＳ５４４５試験火災を検知する能力の点において従来の検知より優れていることが判明したことが示されていることに興味がある。これらの同じ研究者は酸化されるガス検知器が誤警報に強いことを知っている。該研究者は該試験時にあらゆるスプレオエアゾール又は調理用エアゾールを含まなかったことに興味がある。これらの最近の報告は検知器の性能を評価する現実の火災源を使用することに危険の状態が増し、誤警報に強いことを満たしている。
ハルウッド他は更にPtを加え周囲温度の動作を電源の必要条件まで下げる酸化されるガス検知器の開発を続けた。この強化策は電力の問題よりより重要な２つの欠点を有している。最初に、高い動作温度は湿気と室温で問題となる燃え易いいガスにより検知器の汚れが過小評価される傾向がある。これは誤警報の問題となる。第２に、加熱されたセンサーは煙突効果により検知器の収容容器の煙入力特性を利用している。これは部屋の温度の動作と共に無くなる。オカヤマ（Okayama）（“Approach to Detection of Fires in Their Very Early Stage by Odor Sensors and Neural Net,"火災安全科学−第三回国際シンポジュームの議事録、Elsevier Scient Publishers,Ltd., １９９１年、ページ９５５−９６４）は異なった厚さの二つの異なった酸化スズを使用し非いぶり揮発性材料は除くが、いぶり源を検知する研究が報告されている。この識別は成功し、より多くの一般的な適応性を有する可能性があるが、オカヤマが試験したやっかいな警報源は通常の誤警報源を示していない。
電気化学的センサーとＣＯに対するＩＲ吸収手段が現在存在する。電気化学的センサーは工業衛生の応用に広く使われており、ＩＲ吸収は火災及び燃焼場所で広く使用されている。電気化学的センサーは適正に入手できる（数１００ドル）が、セルは定期的に取り替える必要がある。このように、現在のバッテリー動作検知器には同じ保守の問題が幾つかある。ＩＲ吸収は周囲のＣＯをｐｐｍのレベルで測定することを容易にするように決定される。これらの方法に対する大きな障壁は所要の装置の価格である。最近の技術開発と大量生産の経済により価格の問題は解決できるはっきりした兆候がある。
米国特許番号第４６３９５９８号（Kern）では火災センサー相互相関器回路及び方法が示されている。Kernは光学フレイミング（flaming）火災センサーシステムに関係している。このシステムはEMスペクトルの異なる波長領域の２つの放射センサーの相関を使用している。この特許ではフレイミング火災からの放射が火災の規模により０．２から５Ｈｚの範囲の１次周波数を有していることを使用している。フレイミング火災の特性は広く研究され火災の文献に記載されている。火災が放射線を発することが知られているEMスペクトルの２つの領域の相互相関を使用しているが、放射線出力のスペクトル領域か又は０．２から５Ｈｚの周波数範囲で強い周波数成分を持たないスペクトル領域のいずれかが不足している誤警報が除かれる。これによりフレイミング火災と火災でない放射源の間に識別が与えられる。これらの光学フレイミング火災検知システムの場合、全ての火災検知システムの様に、火災に対する感度は検知システムの有効性が制限された様相でない。むしろ、非火災源から火災源を区別する能力がこれらのシステムの制限された様相である。Kernは単独の火災サイン、フレイミング火災の放射出力の種々の様相を扱っている。火災のマルチサインを使用する本発明は、フレイミング及びいぶり火災の両方に適用できるが、Kernの方法はいぶり火災には役に立たない。
［発明の要約］
本発明は、それ故マルチサイン火災検知システムであり、異なる火災のサインを検知する２つのセンサー即ち検知器が使用されており、組み合わされた出力により火災の検知性能が改善される。請求項の発明に基づく２つの検知器を使用することにより、検知器が１つの場合より火災をより早く、しかも確実に検知できる。更に、本発明により誤警報により強い火災検知装置となり、これにより現在の検知器が有する重要な問題に取り組むことができる。
本発明に基づくマルチサイン火災検知装置は第１のタイプの火災サインを検知する第１の検知器手段を備えている；第１の検知手段は第１の検知された火災サインを示す第１の信号を出力する。第２の検出器手段は第２のタイプの火災サインを検知するため与えられている；該第２の検知器手段は第２の検知された火災サインを示す第２の信号を出力する。第１と第２の信号を組み合わせるため、信号処理用手段が与えられている。第１と第２の検知器の出力は該信号処理用手段に結合されている；該信号処理用手段は第１と第２の信号を第１の予め決められた基準値と比較し、第１と第２の信号の組み合わせが該第１の予め決められた基準値を越えるならば火災状態を出力する。該信号処理用手段は第１と第２の信号を掛け算するための手段を含んでおり、第１と第２の信号の積が第１の予め決められた基準値を越えるならば火災状態信号を出力する。
本発明の他の実施態様は、第１と第２の信号の和が第１の予め決められた基準値を越えるならば信号処理用手段が火災状態信号を出力する様に、第１と第２の信号を加える手段を含んでいる信号処理用手段を利用している。
信号処理用手段は第１と第２の信号の積を第１の予め決められた基準値と比較する手段と、更に該積が第１の予め決められた値未満ならば、第１と第２の信号のそれぞれを第２と第３の予め決められた値とそれぞれ比較する手段を含むことができる。該信号処理手段は次に第１と第２の信号の一つが第２と第３の予め決められた基準値の一つを越えるならば火災状態を示す。
第１と第２の検知装置は、微粒子、ガス、温度、微粒子の大きさの分布等を検知する。検知される特別な微粒子ガスは煙、一酸化炭素、二酸化炭素、塩酸、酸化するガス、酸化窒素等である。
前述の他に、本発明は前述の様に第１と第２の検知手段を与える段階を備えた方法を有した火災を検知する方法を含んでいる。次の段階は、第１の検知手段により第１の火災サインを検知すること、及び第１の火災サインを示す第１の信号を発生することである。第２の火災サインは次に第２の検知手段により検知され、該第２の検知手段は第２の火災サインを示す第２の信号を出力する。第１と第２の信号は組み合わされ、組み合わされた結果を発生する。該組み合わされた結果は次に第１の予め決められた値と比較され；該組み合わせた結果が第１の予め決められた値未満ならば第１の信号は第２の予め決められた値と比較され、第２の信号は第３の予め決められた値と比較される。組み合わされた結果が第１の予め決められた値を越えるならば、第１の信号が第２の予め決められた値を越えるならば、又は第２の信号が第３の予め決められた値を越えるならば、火災状態が示される。
前述の実施態様の信号処理用手段は第１と第２の信号を加える前に第１と第２の信号のそれぞれに予め決められた重み付け係数を掛ける手段を含むことができる。この重み付け係数は重み付けられた第１と第２の信号を発生し、更に該信号処理用手段は重み付けられた第１と第２の信号の和が予め決められた値を越えるならば火災状態信号を出力する様に構成されている。信号処理用手段は更に第１と第２の信号の少なくとも一つに対しベースラインを決定するベースライン決定手段を含むことができる。該ベースラインの値は第１又は第２の信号の移動平均か又は第１と第２の信号の一方のオーバータイムの変化率のいずれかに基づいている。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施態様の概要を示す。
図２は本発明で配置された実施態様の試験環境を示す。
図３は試験環境の他の図を示す。
図４は本発明の信号処理用手段の実施態様を示す。
図５は本発明の信号処理用手段の他の実施態様を示す。
図６は本発明の信号処理用手段の他の実施態様を示す。
図７は本発明の信号処理用手段の他の実施態様を示す。
図８は幾つかのヘプタンの試験に対する周囲状況に関するＣＯ濃度の変化を示す。
図９はイオン化検知器により測定された煙を示す。
図１０は光電検知器により測定された煙を示す。
図１１は火災の発生の前兆源に対するＣＯの形成と煙の生成の結果を示す。
図１２は火のない前兆の発生源に対するＣＯの形成と煙の減少の結果を示す。
図１３はいぶられているＰＶＣの絶縁ケーブルに対するＣＯの濃度の増加と測定された煙の製造対時間を示す。
図１４は前述に示した多数の検知アルゴリズムに対する煙対ＣＯ濃度のプロットを示す。
図１５は図１４の曲線２と３を組み合わせることにより得られる警報の曲線である。
図１６は請求項の発明に対する改善された反応時間である。
図１７は請求項の発明に対する改善された反応時間である。
図１８は誤警報を減らすため請求項の発明の能力を示す。
図１９は図５に示す発明と類似の実施態様であり、信号処理用手段が２つの入力の掛け算の器の替わりに加算器を含む実施態様である。
図２０は本発明の信号処理用手段の他の実施態様である。
図２１は本発明の他の様相であり、検知器出力が微分回路に入力されることを示している。
［好ましい実施例の詳細な説明］
本発明の開発においては、多くの予備的試験が行われ、管理された環境内で多数の異なる火災サイン検知器の特徴が定められている。
試験は2.8×2.8×3.7ｍ（9.25×9.25×12ft）の部屋（1027ft3）の中で行われた。壁は0.5インチの石膏ボードの二つの層で組み立てられている。全ての継ぎ目はテープを張られスパックルが付けられ、室内はペンキが塗られている。図２は試験の室の概要を示している。３つの観察用の窓があり、１つは左側の壁の中にあり、正面側、１つは後ろの壁の右角にあり、第３の窓は右側の壁の中にある。標準的なドアが正面の壁の中央にある。換気装置が部屋の正面の右角の床にある38ｃｍ×38ｃｍのダクトを通して備えられている。部屋は部屋の後ろの左角の中にダクトで送られている0.9m3／ｓ（2000cfm）のファンで排気されている。
実験は二つの試験のシリーズに分けられる。最初のシリーズは燃料源のそれぞれによる多くの試験からなる。それぞれの試験は入口のダクトを除いて閉じた室で試験源を発火させることからなる（図２を参照）。この配置は試験室内が静かな状態を構成している。第２の試験シリーズは攪拌された環境の状態で発火された同じ試験源からなる。この状態は試験の室の中に送風される入口のダクト内の小さな15ｃｍ（６インチ）のファンを使用して作られる。
図３は試験の室の天井の上の機器の配置を示している。煙の掩蔽は（１）Ｓｉｍｐｌｅｘ（ｔｍ：登録商標名）イオン化検知器（モデル4098−9716）と、（２）Ｓｉｍｐｌｅｘ光電検知器（モデル4098−9701）、及び（３）ホトダイオードを用いたダイオードレーザの構成を用いて測定される。室内の温度は（１）Ｓｉｍｐｌｅｘ熱検知器（モデル4098−9731）と、（２）Ｔ型熱電対と、及び（３）ツリー状の１０個のＫ型熱電対とで測定される。一酸化炭素の濃度は以下に記載する様な標準ガスサンプリング技術を用いて測定される。
殆ど市販的に入手できる一地点煙検知器は密閉した装置として設計されており、その装置の中で煙の掩蔽は警報又は警報のない状態のいずれかとして信号を送る。試験の空間に於て煙の掩蔽のレベルに比例した信号を出す入手可能な検出器を使用することが好ましい。これは統合された火災検知システムの部品として設計されたＳｉｍｐｌｅｘ検知器を使用することで得られる。これらの検知器は典型的には商業的及び公共的な建物の中で使用されており、通常住宅の建物で使用されるものより高価な検知器である。この様に、これらの検知器は多くの一地点検知器よりもより丈夫で誤警報を出すことが少ない傾向であると考えられている。製造業者の経験も同じ事を示している。
Ｓｉｍｐｌｅｘ検知器は特別に設計されたハードウエア／ソフトウエアのパッケージで提供されており通常はＵＬ（ｔｍ）試験用に使用されている。このパッケージ（ＵＬテスター）は４秒から５秒毎に検知器をポーリングし、データをコンピュータのファイルに保存する。専有の制限により、これらの検知器の設計はＵＬテスター無しに検知器から測定値を得る事を行っていない。ＵＬテスターからの出力は煙検知器を評価する場合にＵＬで使用した標準の煙に基づく単位長さ当りの掩蔽のパーセントとして与えられる。この様に、煙検知器は直接煙による光の減衰を測定しないが、該出力はＵＬ標準の煙に基づく等価的な煙の掩蔽（％／メーター）として表される。第３の煙測定装置は波長が６７０ｎｍの５ｍＷのレーザ（Meredith Instruments(tm)）とフォトダイオード受信機からなる。光の百分率透過は経路の長さが２８２ｃｍ（9.25ft）以上であると測定されている。
ツリー状の１０個のＫ型熱電対は天井から部屋の中央近くの床まで伸びている。熱電対は３０ｃｍ（１２インチ）離れて置かれており、床の上６１ｃｍ（２４インチ）から始まっている。Ｔ型の熱電対は0.005インチの玉のある３６awg（アメリカ針金ゲージ）のワイヤで作られており、Ｓｉｍｐｌｅｘ熱検知器の近くに置かれている。この細かなゲージの熱電対は、Ｋ型の２４awgの熱電対に対し比較される火を検知する強化された能力が与えられた応答が早くなると選択され評価される。
ガスの分析はＣＯ，ＣＯ2，及びＯ2からなる。一酸化炭素は±１％フルスケールの精度の５００ppmレンジを使用しＢｅｃｋｍａｎ（tm）８８０ＡＮＤＩＲ分析器で測定された。二酸化炭素は±0.5％フルスケールの精度の１パーセントレンジを使用しＨｏｒｉｂａ（tm）ＶＩＡ−５１０ＮＤＩＲ分析器で測定された。酸素濃度は±１％フルスケールの精度の０から２５パーセントのレンジを使用しＳｅｒｖｏｍｅｘ（tm）５４０Ａ分析器で測定された。ガスサンプリングプローブは天井の下に７．６ｃｍ（３インチ）伸びている６ｍｍ（０．２５インチ）の直径の銅管からなる。ガスサンプリングシステムに対する９０パーセント反応時間はＣＯ，ＣＯ2，及びＯ2の分析器に対しそれぞれ１３、１７、及び１５秒である。
Ｓｉｍｐｌｅｘ検知器を除いた全ての機器からの出力はＰＣコンピュータとＬＡＢＴＥＣＨ（tm）Ｎｏｔｅｂｏｏｋデータ収集ソフトウエアを使用し１秒間隔で記録されている。データ整理は標準のスプレッドシートソフトウエアで行った。
各試験源の詳細な記載を以下に示す。特別に異なった事が無ければ、試験の源は室の全面の左側面の各壁から６１ｃｍ（２４インチ）の所で、床からほぼ１０ｃｍ（４インチ）の上に置かれている。この位置は試験源と検知器をできるだけ離す様に選ばれているが入口のダクトの前には試験源は置かれない。全ての場合、該源はデータの収集の開始から１００秒の時点でスタートする。データ収集の最初の１００秒は各測定に対しベースラインを定めるため使用されている。
いぶりの源に使用されるホットプレートは１９ｃｍ（７．５インチ）の正方形の表面を有するＴｈｅｒｍｏｌｙｎｅ（tm）ＨＰ４６８２５  １１００Ｗのユニトである。サンプルは該ホットプレートの上側の上にある０．６ｃｍ（０．２５インチ）のアルミニウムプレートの上に置かれている。アルミニウムプレートの側面に挿入されたＫ型の熱電対は試験の間温度を監視している。
紙巻タバコ
４つのＭａｒｌｂｏｒｏ（tm）紙巻タバコが中心の近くでリング状のスタンドから水平方向にほぼ２ｃｍの所に取り付けられている。該スタンドは検知器の下に置かれ、該紙巻タバコは壁から５１ｃｍ（２０インチ）の所で床から１６８ｃｍ（６６インチ）の上にある。試験は更に床から１４７ｃｍ（５８インチ）の上で、壁から３０ｃｍ（１２インチ）の位置にある室の前方の右角にある紙巻タバコを用いても行った。
ろうそく
高さが５ｃｍで、直径が４ｃｍの６個のろうそくを基準の位置に置いた。該ろうそくはデータの収集の開始後１００秒の時点で発火するマッチで火がつけられた。試験は更に同じ高さに置かれているが検知器の下に中心があるろうそくでも行った。
自動車の排気
内燃機関を有した１９８６年Ｆｏｒｄ（tm）ピックアップトラックからの排気を直径が７．６ｃｍ（３インチ）のアルミニウムダクトを通して入れた。該ダクトの開放端は壁から６１ｃｍで床から２０ｃｍの上に置き排気を上の方に排出した。
エアゾール
ヘアースプレーのエアゾール管は検知器のほぼ６１ｃｍ（２ft）で吹きつけられた。他の試験は室の前方の左角から吹きつけられた空気清浄器からなる。これらの試験は誤警報状態を起こす点に於て有効性が少ない。
料理時の煙
料理時の煙はホットプレートの上に置かれたポット内の植物油を加熱する事より生ずる。底の直径が１６．５ｃｍのポットは深さが２ｃｍのオイルで満たした。Ｋ型の熱電対はオイル内に置き試験の間温度を監視した。データの収集はホットプレートがスイッチを入れた時開始した。該ホットプレートは最初最大に設定され、次にオイルの温度の値が５００Ｋに達した時半分の電力まで下げられた。この手順から生じた蒸気は典型的に料理時に現れる見本である。第２の料理時のシナリオは検知器の下で壁から５１ｃｍ（２０インチ）で床から１３２ｃｍ（５２インチ）の上に位置している２５ｃｍ（１０インチ）のフライパン内で５個の細長いベーコンを料理した事からなる。該フライパンは一方の試験に対してはプロパンガスバーナーで加熱し、第２の試験のシナリオに対してはホットプレートの上で加熱した。プロパンガスバーナーはフライパンが置かれた時ＣＯの発生源である。これは鍋の表面で炎を消す事による。フライパンが無い時バーナーは測定できるＣＯを生じなかった。
ほこり
ほこりは細かい灰色コンクリート粉が４分の１入った１０ガロンウエット／ドライ真空を用いて発生させた。該ほこりは排出ポートから垂直に外に進む。標準的な位置は真空となる。
くすぶった状態の木材
ＵＬ標準ＮＯ．２６８の後のモデル化されたポンデローサマツの棒はホットプレートの上で加熱されくすぶった状態の源とされた。棒の大きさは7.6×2.5×1.9ｃｍ（３×１×0.75インチ）である。ホットプレートは400℃(673Ｋ）の温度まで室の外で予め加熱され、100秒加熱される前に標準的な位置に置かれた。該プレートは室の外で加熱されあらゆる熱プルーム（plume）の影響を避ける。100秒後に、８個の棒はホットプレートの上でスポーク状に置かれた（広い側が下）。
綿のろうそくの芯
EN54と同様に、綿のろうそくの芯（ＮＯ．１１１５．Pepperell Braiding Co.(tm)）をくすぶりの源を作るため使用した。２０個の13ｃｍ（５インチ）の長さの綿のろうそくの芯がリング状のスタンドから吊され、ろうそくの芯は互いに隣接している。該スタンドはろうそくの芯の終わりが標準的な源の位置にあるように置いた。ろうそくの芯はマッチを使用して火がつけられ発火後すぐに吹き消されくすぶり状態にした。
ＰＶＣ絶縁ケーブル
ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）の被覆（Ｇｒａｎｇｅｒ（tm）18/3ＳＪＴ）を有する電気ケーブルはホットプレートの上に置きくすぶり源とした。６個の１５ｃｍ（６インチ）の長さのケーブルを該ホットプレートの上から２ｃｍ離した。該ホットプレートは４００℃まで室の外で予め加熱し１００秒ホットプレートの上に置く前に標準的な源の位置に置いた。
ポリウレタンの泡
３個の13×13×2.5ｃｍ（5×5×1インチ）のポリウレタンの泡を積み7.5ｃｍの高さのパイルを作った。該泡は密度が18.4kg/cm3（1.15 ld/ft3）であり耐火性が無かった。データ収集後１００秒の時点で、マッチを使用し泡の底部分の角に発火した。
ヘプタン
流動性の火を10×10×2.2ｃｍ（4×4×0.88インチ）の金属製の鍋の中で１００ｍＬのヘプタンを燃焼させ作った。点火の前に燃料は２０ｍＬの水の支持層の上の鍋の中に注いだ。発火はマッチで行った。
ちぎった紙
この源はＵＬ２６８で特別なものとして紙の火災（試験Ａ）の後でモデル化された。新聞紙（黒色のみ）をほぼ長さが８ｃｍで幅が0.6ｃｍの細片にちぎった。最初の試験は直径が１０ｃｍで長さが1.2ｃｍの垂直の金属の管（7.6ｃｍの直径の管も使用した）の中に入れられた1.2オンスのちぎった新聞紙で行った。底を一時的に覆い、燃料を勝手に下げ紙の上が管の上から１０ｃｍ下に置いた。直径が約2.5ｃｍの穴を紙の中央を通し作った。次に一時的な蓋を取った。該紙は管の底の中央をマッチで発火した。この設定により最初の７０秒間多量の煙が生じ、次に約２０秒間火炎に移った。多量の煙により煙検知器はプラム（plume）が検知器に接触すると煙検知器は飽和した。これは管がより小さい場合更に飽和する。更に試験は１０クォートの容器の中で１オンスにちぎった紙で行った。該紙はマッチで発火し火炎が生じた。
織物
二つの異なるタイプの織物、ポリ／綿及び綿の織物を試験した。それぞれの織物は水平方向に幅が６４ｃｍの長さで掛けられた２５×６４ｃｍ（１０×２５インチ）の細片として燃やした。該織物は織物の角の１つにマッチで発火した。
結果
試験は測定の再現力を得るため殆どの試験源に対し３回行った。一般に、試験は図８から１０で判る様に全く再現可能である。該図８から１０はヘプタンプール火災に対する選択された測定を示している。図８は３回のヘプタン試験のそれぞれに対し周囲の状態対時間に対するＣＯ濃度の変化を示している。ＣＯの上昇は殆ど同じであり、約１５ppmの値で横ばい状態になった。図９と図１０はそれぞれイオン化及び光電検知器により測定した煙を示している。これも、データは全ての３回の試験に対し全く良く一致している。イオン化検知器により得られるメートル当たり7.7パーセントの掩蔽の値（フィート当たり2.4パーセント）は該検知器に対し測定可能な最大の限度であることに注目する必要がある。同じヘプタンの試験もガスサンプルシステムを使用して及び使用しないで行った。これらの試験はガスサンプルプローブの効果が煙検知器の近くの位置では効果がないことを示している。
煙検知器を警報レベルまで到達させる火の無い前兆源を作ることは考えている以上に難しいことが示されている。これは幾つかの安価な単独局の装置が誤警報を取り除く目的で独特に設計された機構を有することと比較したＳｉｍｐｌｅｘ検知器の結果であると一部考えられている。誤警報は有害な警報源に対しメートル当たり4.8パーセント（フィート当たり1.5％）の掩蔽に対応した煙検知器出力であると考えられる。４．８のレベルはイオン化及び光電検知器が以下に記載の警報の基準に等価な基準で比較される代表的な値として選んだ。有害な警報源の中で、イオン化検知器のみが、静止状態にある検知器の下の紙巻タバコに対してとガスバーナーの上のフライベーコンに対して警報を出した。他の警報源に対する警報状態はメートル当たり3.2パーセント（フィート当たり1.0％）の掩蔽の煙検知器の閾値までは達していない。光電検知器は車の排気及びろうそくの場合を除いて、殆どの警報源に対し警報を出した。大きな水のポットを沸かすことにより生ずる火で無い上記の前兆の警報源についても試みた。しかし、室の中で１６％から８２％までの相対湿度に増加しても、光電検知器は反応しなかった。又、イオン化検知器はメートル当たり1.3パーセント（フィート当たり0.4％）の掩蔽のみの散発的なピークに達した。水分の少ない冬の状態は誤警報レベルを得ることに障害となる。
これらの実験では完全に行われないが、料理されたもの及び蒸気は住宅用の煙検知器に対し誤警報の大きな源である。共通の誤警報源に対する標準化された試験は現在の検知器の性能と十分に比較し、新しい火災検知器技術の改善された性能を評価するために必要である。これは野外試験と取り替えることができないが、検知器の誤警報の故障発生率を比較するための基準とすることができる。ＵＬ２６８標準には次の３つの前兆警報源を利用する３つの試験が明記されている：（１）湿度試験、（２）ほこり試験、及び（３）ペイントローディング（Paint Loading）試験。これらの試験は警報源にさらされた後、検知器の感度の変化を決める様に主として設計されている。この様に、これらの試験は誤警報を生ずる警報源のレベルと、検知器が火の無い前兆警報源により警報を出す時間とを扱っていない。言い換えれば、該試験は誤警報に対する検知器の故障発生率の故障発生率を扱う比較用のベースラインを作ることができない。
一般に、攪拌状態での処理試験により検知器の感度を調べる能力が減る。警報源に最初に生ずるこれらの状態は（火が出る前兆及び火が出ない前兆）は希釈が大きくなることにより検知が難しくなる。これはＣＯ及び煙検知の両方の場合正しかった。
予期した通り、イオン化検知器はフレイミング源に対し光電検知器より感度が良かった。しかし、いぶり源の場合反対のことは必ずしも正しく無かった。表１は火災源の場合イオン化及び光電検知器がメーター当たり4.8％（ft当たり1.5％）の掩蔽の値に到達する点火からの所要実時間を示すことによりこの点を図示している。表から判る様に、イオン化検知器は全てのフレイミング源に対しより早く応答した。該イオン化検知器は更に４つのいぶり火災前兆源のうち２つに対し光電検知器よりすぐに応答した。表５と６で判る様に、イオン化検知器は更に紙巻タバコとガスバーナーの上のフライベーコンに対しより早く警報を出したことは注目すべきおもしろい点である。しかし、一般に光電検知器はより誤警報を出す傾向があった。イオン化検知器はヘアスプレー、ほこり及び料理用油に対しては無視できる応答を生じたが、光電検知器に対してはメーター当たり6.4％（ft当たり２％）の掩蔽より大きな値が観測された。
表２は代表的な火災前兆源に対する煙とＣＯ検知器に対する初期応答時間のデータを示している。検知器が応答を開始した点火からの時間を表に載せている。警報状態に対する時間は重要性がより大きいが、これを比較すると種々の検知器の相対的応答能力が示されており、適当に選択した警報レベルに関連した不確定性を避けることができた。火災源の全てに対し、イオン化検知器は光電検知器の前又は同時に応答を開始した。しかし、表１で判る様に、光電検知器はくすぶっている木又はＰＶＣケーブルの場合にすぐ警報状態に達した。警報源の全ての場合表２から判る様に、ＣＯ検知器はイオン化又は光電検知器の両方より早く反応した。煙検知器に対する応答時間は３０から３００パーセント長かった。これらの結果はＣＯ検知器を使用するとＣＯを生ずる火災前兆源に対する警報を出す時間をかなり短くできたことを示している。
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警報アルゴリズムにＣＯ測定を含む利点は以下の２つの例に於て知ることができる。ＣＯの形成及び煙の発生に対する結果はそれぞれ火が出る前兆及び火が出ない前兆の発生源に対する図１１と図１２に示している。図１１はＣＯ濃度の増加と２０個のいぶり綿のろうそくの芯に対する測定された煙の発生量対時間を示している。ＣＯの増加によりいぶっているろうそくの芯の検知が早くなる。約２８５秒で測定された一酸化炭素の濃度は急速に４０ppmまで増加し、最後にろうそくの芯が燃焼し終えたと同時に７０ppmの最大値に達した。イオン化検知器は４４１秒で反応を開始し、これは４６５秒で最初の光電検知器の反応を開始する場合より早かったが、ＣＯ検知器に比較するとかなり遅かった。
火のでない前兆（加熱された油からの料理時の蒸気）に対する検知器の反応は図１２に示している。この場合、光電検知器は検知器の出力に立ちこめた蒸気の上昇により示される様に加熱された油の蒸気に非常に敏感であった。メーター当たり14.5パーセントの煙の掩蔽（フィート当たり4.7％）の高さの値は試験の終わりで達した。イオン化検知器は試験全体の間に亙り大きな反応を示さなかった。燃焼の不足によるＣＯの発生は無かった。
これら二つの発生源からの結果は、ＣＯ濃度とイオン化検知出力の組み合わせが火の出る前兆を検知し誤警報を除くための良いマルチサイン技術であることを示している。これはHeskestadとNewmanの見つけたものと一致している。ＣＯを増加させることは二つの利点がある。一つは検知時間が短くなることであり、二つ目はこれらの発生源（例えば、料理時の蒸気、シャワーの蒸気、ほこり）がＣＯを発生しない様に多くの誤警報を避けることができることである。しかし、ＣＯのみの検知は十分で無い。これはある潜在的な火災の発生する前兆はＣＯに対し十分なレベルを発生しないからである。例えば、いぶられているＰＶＣ被覆ケーブルはＣＯの増加は２ｐｐｍ未満であった。しかしメートル当たり12.5パーセント（フィート当たり４％）の掩蔽の煙のレベルが光電検知器を使用して測定された。この例は火の発生の前兆と火で無い発生の前兆の状態を区別できる煙及びＣＯの測定を使用したマルチサイン検知技術を確立する必要が指摘される。本発明はこの種のマルチサイン検知技術に向けられている。
これらの試験の結果はＣＯ測定を使用するにより多くの火災に対する警報の時間を大幅に短くでき、標準的な煙検知器と共に、誤警報を少なくできる。この目的に対し、多くのマルチサイン信号処理アルゴリズムを試験し本発明を発展させるため有望な検知技術を明らかにする。多数の実験と可能な警報アルゴリズムの研究における時間が制限されることにより、適切な傾向（例えば、早い火災検知及び少ない誤警報）を与える簡単な検知アルゴリズムを明らかにすることを与えることが焦点である。行った方法は図１４に示してあり、該図は煙の掩蔽対ＣＯの濃度をプロットしている。このプロットは幾つかのマルチサイン検知アルゴリズムの方法を図示している。ライン１はメートル当たり4.8パーセント（ft当たり1.5％）に設定された煙検知器の警報を示している。検知器を動作させる発生源は対象とする有害警報源の値より低い値を出力している。
曲線２は煙測定の和と（ＡＮＤ）ＣＯ濃度又は（ＯＲ）煙測定値又は（ＯＲ）ＣＯ濃度が取るプリセットの値を求めることによる“ＡＮＤ／ＯＲ”論理の使用を示している。この例では、警報の値は１０であり（即ち、Smoke＋CO=10）煙はメーター当りのパーセント掩蔽で測定され、ＣＯ濃度は百万分の単位（ppm）として測定した。曲線１と比べて、曲線２は個別に検討すると、煙検知器の感度は実際上減少している。警報に対する所要の煙のレベルは４．８の代わりに10である。検知器の感度を下げることは、誤警報を少なくするための共通の方法である［４］。しかし、減少した感度も実際の火災に対してはとても大きな反応時間である。火災の成長は指数的であるので、反応時間が大きくなれば火災による死者につながる。ＣＯレベルに変化のアルゴリズムを入れることは誤警報を減らす元々の目的を保ちながらこの反応時間を減少させることに役立つ。例えば、メーター当り５パーセントの煙の測定で警報を出す様にするためには、測定されたＣＯの増加は５ppmにする必要がある。誤警報源の殆どはＣＯを発生しないので、マルチサイン検知アルゴリズムは図１４の曲線２の下を満たす有害警報源を生ずる煙を取り除いている。このタイプの検知アルゴリズムも、例えばくすぶったろうそくの芯の試験に示す様に、ＣＯが煙より大幅に早く検知される火災の発生の前兆に対しより早い警報の反応を示している。
本発明の一般的な実施態様は図１と４に示している。検知器１と検知器４は例えばそれぞれ煙検知器とＣＯ検知器とすることができる。これらの検知器の出力は例えばＣＰＵである信号処理装置に送られる。該信号処理装置は第１と第２の信号を組み合わせ、更に該第１と第２の信号をメモリ３０３内に記憶された予め決められた基準値と比較する。これら信号の組み合わせが予め決められた基準値を越えていることを該信号処理装置が決定するならば、信号は警報４に送られ火災状態が存在することを示す。図４は信号処理装置３の１つの実施態様のより詳細な図を示している。検知器１と２の出力信号ＡとＢはそれぞれ乗算器３０１に入力される。乗算器３０１は信号Ａ×Ｂの掛け算を行い、出力Ｃを発生する。出力Ｃは比較装置３０２に送られる。この装置は出力Ｃの値をメモリ３０３に記憶された基準値Ｄと比較する。出力Ｃが基準値Ｄを越えていることを比較装置３０２が決定するならば、信号は警報４に送られ火災状態を示す。出力Ｃが基準値Ｄより大きく無ければ、“警報無し”信号が発生する。装置の動作が記録され又は監視されていれば、警報無し信号はメモリ３０４内に記録される。図１４では、曲線３は一定値２５として積を表している。図１４では曲線を明確にするため、正接の共通点で任意に図示している。この曲線の漸近特性により、煙掩蔽とＣＯ濃度の変化の両方に対するゼロで無い値はこの検知アルゴリズムでは警報を信号にするため必要である。この特徴は必ずしも記載されない。これは測定されたＣＯ濃度内で変化の無い近くに生ずる火災源があるからである（例えば、くすぶっているＰＶＣケーブル）。それ故、実際の場合には、このアルゴリズムは煙とＣＯに対して限定される警報と組み合わされることが好ましい。図では、警報状態は積が２５以上の場合、又はＣＯの変化が２０ppm以上の場合、又は煙のレベルがメートル当り１０パーセント以上であったならば存在する。この種の実施態様は後で検討する。
信号処理用手段の更に他の実施態様を図５に示す。この図では乗算装置３０１が加算装置３０６に置き換えられている。この実施態様では、信号ＡとＢの出力が加えられ、加算装置３０６からの出力Ｃとして出力される。出力Ｃは次に基準値Ｄと比較される。出力Ｃが基準値Ｄを越えていなければ、火災で無い状態信号が発生する。図４の実装では前述の様に検知される火災のタイプにより検知器１には高い出力を生ずるが、検知器２には出力を生じなければ制限を受け、図４の出力Ｃはゼロとなり、例え火災状態が存在しても火災状態は信号化されない。図５の実施態様では非常に低い基準値を使用しているので、この問題は取り除かれる；しかし、これには非常に高い誤警報の発生があり、それ故受け入れることができない。図６と図７の実施態様ではそれ故ゼロの状態信号を扱う様にされている。図６に関して、入力回路３０５は検知器１と２から信号ＡとＢを受け、第１の信号ＡとＢを掛け合わせ、次にこの出力ＡとＢの少なくとも１つ及び任意の場合２つをこの積に加え、これにより出力Ｃを生ずる。出力Ｃは比較装置３０２により基準値Ｄと比較され、該出力Ｃが基準値Ｄを越えるならば警報４に火災状態信号を送る。該基準値は特別な応用に適する様に最適にされる。
図１４と１５に関連し、ゼロ近くの煙又はＣＯの測定の問題を取り除く１つの方法及び装置は実際にＯＲ論理を使用し曲線２と３を組み合わせる事である。ＡＮＤ及びＯＲ論理を使用した同様の組み合わせを曲線４に表している。この例では、ＡＮＤ及びＯＲの組み合わせの両方に対する警報レベルは３５である。それ故、二つの状態は単一の反応式として表す事ができる。このタイプの検知アルゴリズムは煙とＣＯ出力の積と個々の出力の和が規定値に等しい時（ＡＮＤ論理）警報状態に達した事を示している。警報は更に積又は個々の信号の一つが警報値に等しいならば（ＯＲ論理）信号化される。
ブール論理を使用し、種々の警報閾値とこれらの信号の種々の組み合わせを選択する事により、無数の数の警報曲線を作ることができる。図１５はＯＲ論理を使用し図１４の曲線２と３を種々の警報レベルと重み付け係数と組み合わせる事により得られた警報曲線の例を示している。図１４の曲線２は煙の測定が図１５の曲線２’の場合より多く重み付けられるように変化している（即ち、１０パーセントの煙対１０ppmのＣＯからの線の代わりに８パーセントの煙対１２ppmのＣＯからの線である）。この様に変化すると、ＣＯ成分に対する検知アルゴリズムの感度が減少する事を表している。これは、例えば紙巻タバコの煙からのＣＯによる誤警報を減少する事に役立つ。
図１５の破線及び点線は二つの異なる検知アルゴリズムに対する個々の曲線を示している。連続線はＯＲ論理を使用して二つのアルゴリズムを組み合わせる事から得られる警報状態を示している。警報は状態２’（Smoke＋(2/3)CO≧８）又は状態３（Smoke*CO≧10）のいずれかが正しければ示される。この警報アルゴリズムは曲線２’を使用しより簡単に煙とＣＯの両方を発生する火災源に対しより感度がある。更に、該アルゴリズムは煙とＣＯの両方に対し独自の警報範囲を設定でき、これにより曲線３の漸近的な動作を避けることができる。
ゼロ状態を扱う本発明の実施態様は図７に示している。図７は掛け算装置３０１に送られる検知器１と２からの信号ＡとＢを示しており、これにより出力Ｃが形成される。出力Ｃは比較装置３０２に送られ、この装置で出力Ｃが基準値Ｄと比較される。出力Ｃがメモり３０３に記憶されている基準値Ｄを越えていれば、火災状態信号が警報４に送られ、それ故火災状態が示される。出力Ｃが基準値Ｄを越えていなければ、他の開始３０７が実行される。この開始は装置３０８と３０９の比較を開始する。メモリ３１０内の記憶されている基準値Ｅは比較装置３０８内で出力Ａと比較される。出力Ａが基準値Ｅを越えていれば比較装置３０８は火災状態信号を警報４に送る。出力Ａが基準値Ｅを越えていなければ、比較装置３０８はいかなる警報信号も送出しない。同時に、出力Ｂはメモリ３１１内に記憶されている基準値Ｆと比較される。出力Ｂが基準値Ｆを越えていれば、火災状態信号は警報４に送出される。出力Ｂが基準値Ｆを越えていなければ、警報は送出されない。この構成により、Ａが大きな数であり、Ｂがゼロであれば、出力Ｃが基準値Ｄを越えなくても出力Ａは基準値Ｅを越え、これにより適当な警報信号が示される。基準値Ｄ，Ｅ及びＦは十分大きな値に設定し、誤警報の発生の総計を最小にすることができる。図１９は図７に示した実施態様と類似の実施態様を示しているが、掛け算器３０１が加算器３０６と置き換えられている。
本発明の更に他の実施態様を図２０に示す；図２０の実施態様は図７及び１９の実施態様と類似している；しかし、図２０では掛け算器３１２と３１３はそれぞれ入力ＡとＢを重み付け係数α及びβと掛け算をするため与えられている。該係数αとβはそれぞれメモリ３１４と３１５から与えられる。これらの重み付け係数は特別な応用に基づき決定され、検知器ＡとＢの一方からの入力は高い重み付けの値を有するように重み付ける必要があり、特別な応用に対し火災検知を正確にする。特別な重み付け係数の決定はここで含まれた情報を考慮して、通常の技術者の技術の範囲にある。
信号の特別な重み付けをどのように行うかの例は、信号処理用手段がパワーを上昇された信号と重み付け係数α及びβを掛け算をし、又は加算を行うことにより形成されるシステムである。例として、信号処理用手段は次の計算の１つを行う；
（αＡn）（Ｂm）
又は
（αＡn）＋（βＢm）
ここにα、β、ｎ及びｍは予め決められた定数で、ＡとＢは第１と第２の信号である。三角関数、指数関数又は対数関数の様な関数のあらゆる組み合わせは信号の値と警報／警報なしの信号との所望の関係に基づく第１と第２の信号の重み付けを変えるため使用されることに注意する必要がある。これらの関数は例えばマクローリン級数、テーラー級数、及びフーリエ級数関数の様な周知の級数展開法を使用して信号処理用手段により決定される。
図２１は本発明の実施態様で、検知器１の出力は微分回路に入力され、時間に対する出力の変化率ｄＡ／ｄｔを計算する。微分回路の出力は次の数式を計算する回路に与えられる：
0003779325.tif 000004
この計算の出力はＡ*が微分回路の出力Ａ’と比較されることを意味している。Ａ’がＡ*より大きければ、火災状態が信号化される。Ａ’がＡ*より大きくなければ、警告は鳴らない。図２１の回路は検知器１と２の出力ＡとＢの一方又は両方に対し実施され、本発明のあらゆる他の実施態様の回路と共に使用される。
図に示した本発明の実施態様を実施するため必要な特別な回路は、ここに含んだ本発明の説明に基づき当業者には周知である。ここに説明した様に、本発明の種々の実施態様は多くの方法で実施される。ハードウェアの技術者は前に述べた関数を行う手段を実施するため、個々の部品で構成されている論理素子を使用してアルゴリズムを実現できる。該実施態様は他のものとして、多くの利用可能なタイプのＲＯＭの１つで、又は局部的な検知場所で検知器を含んだユニットを形成するため適当なハードウェアの位置で実現できる。他の実施態様は検知の場所に局所的に置かれる検知器を備え、該検知器の信号は遠隔コンピュータにフィードバックされる。該コンピュータは前述の実施態様に基づく出力を分析し、処理する様に構成されている。図には種々の基準値と係数を示しており、これらは信号のプロセッサの中と外の両方のメモリ位置に記憶されている。この発明の目的のため、実際の基準値と係数の値の情報を記憶するメモリ位置は信号プロセッサの一部である場合もあり、又は外部のメモリ源からの信号プロセッサに送られる場合もある。前述で示した様に、本発明の特別な構成は特別に要望された応用に非常に広く基づいている。本発明の方法及び装置の特別な素子は明確に添付の請求項に記載している。
表３と表４は検知器が警報を出す時間と二つの異なったアルゴリズムの比較を示している。両方を比較すると、検知器が警報を出す時間はメートル当たり4.8パーセント（ft当たり1.5％）の掩蔽の警報値に基づいていた。両方の表は、検知器の警報時間に対する警報時間を比較しており、この警報時間はＣＯの濃度（ppm）の変化と煙の掩蔽（メーター当りのパーセント）の積が１０以上である検知アルゴリズム基準に基づいている。図示した全ての試験は室内で静止した状態を示している。
表３では、イオン化検知器から煙掩蔽の測定値を得ている。全般的に、アルゴリズム（Ion * CO=１０）は煙検知器のみよりも火の発生する前兆と火の発生しない前兆とを区別する手段が良いことが示されている。イオン化検知器と比較すると、マルチサイン技術は誤警報が同じ数になった。それぞれは紙巻タバコから成る試験とガスバーナーの上のフライベーコンの試験に対し警報を出した。しかし、マルチサイン検知アルゴリズムは火災検知器に幾つかの改善を与えている。イオン化検知器はいぶられているＰＶＣケーブルに対し警報を出さないが、警報レベルはマルチサイン検知アルゴリズムを使用した時は得られている。
0003779325.tif 000005
0003779325.tif 000006
光電検知器と比較すると、マルチサイン技術はより良い改善が示されている。光電検知器はマルチサインアルゴリズムの場合誤警報が２つであるのに比較して６個の誤警報を発生した。該検知器は更に火炎を出す紙の試験と綿のろうそくの芯の試験に対しては警報を出さなかった。マルチサインアルゴリズムを使用するとこれらの試験の両方に対し警報を出した。
表４は光電検知出力を使用したマルチサインアルゴリズム基準（即ち、Photo * CO=１０）に対する検知器の警報性能を比較している。Photo * CO検知アルゴリズムがヘアースプレーの試験とホットプレートの上のフライベーコンの試験の場合も誤警報が追加されて発生するが、この点を除いて結果はIon * CO検知アルゴリズムの結果と同じである。１つの小さな改善は紙巻タバコの試験の場合マルチサインアルゴリズムはイオン化検知器が警報を出した後３８秒まで誤警報を生じなかった点である。
表３と４は更に二つのマルチサインアルゴリズムが火を発生する前兆の源の場合検知時間が短く成ることを示している。表３では全ての試験源に対しIon * CO検知アルゴリズムはイオン化検知器より警報を出す時間が短いことを示していることが判る。光電検知器に比較すると、マルチサイン検知アルゴリズムの場合はいぶられている木とＰＶＣケーブルを除いた全ての試験源に対しより早い反応時間が達成できた。
表４で判る様に、Photo * CO検知アルゴリズムは警報を出す時間を短くする点において、Ion * CO検知アルゴリズム程うまく行かなかった。これは殆どの火を出す前兆の試験源に対し、Ion * CO検知アルゴリズムがPhoto * CO検知アルゴリズムより警報を出す時間が短かったことを部分的に示している。イオン化検知器と比較すると、Photo * CO検知アルゴリズムは火を出す前兆の試験の約半分の時間だけ警報時間が短く成った。しかし、マルチサイン検知アルゴリズムを使用することが光電検知器を使用することより優秀に成ったことが証明された。マルチサイン検知アルゴリズムはいぶり状態のＰＶＣケーブルの場合を除いた全ての場合に警報時間が短く成った（１つの試験では等しい）。
図１６と１７は研究された二つのマルチサイン検知アルゴリズムに対する改善された反応時間の説明を示している。図１６は木をいぶった状態の試験の間イオン化検知器で測定したメートル当りの煙の掩蔽対CO濃度（ppm）の変化を示している。図には２つの曲線を示している。曲線１はイオン化検知器に対するメートル当り4.8パーセントの警報レベルを示しており、曲線２はマルチサイン検知アルゴリズム（Ion * CO=１０）を示している。煙の掩蔽とＣＯの濃度は基本的に時間と共に増加し、原点（０，０）からの距離は時間に比例している。言い換えれば、原点から曲線の等しい点までのベクトルが長く成れば警報を出す時間が長く成る。データはそれがイオン化検知警報レベルと交差する前に（曲線１）Ion * CO検知アルゴリズムウェルと交差していることが明確に判る。この様に、マルチサイン検知アルゴリズムはイオン化検知器のみの場合の４７１秒に比較して警報を出す時間が１７２秒になる。図１７は同じく木をいぶった試験に対しPhoto * CO検知アルゴリズムの場合の同様な結果を示している。このアルゴリズムは光電検知器のみの場合の１５１秒に比較して警報を出す時間が１３４秒になる。
図１８は誤警報を除くマルチサイン検知技術の能力を図示している。図１８は光電検知器で測定したメートル当りの煙の掩蔽対有害な警報源に対するＣＯ濃度の変化を示している。煙の源は料理用の油で加熱した。図から判る様に、料理用の煙は光電検知器の煙の大きな信号となる。この信号は警報閾値を十分に越えている（即ち、誤警報となる）。対照的に、マルチサイン検知アルゴリズムを使用することにより誤警報が取り除かれるが、これは煙対ＣＯのデータが曲線の下に来る基準を作ることによる。幾つかのデータは警報基準曲線の上に位置することが時間内に連続的に生じない優れた見せかけのデータであることを示している。殆どの検知システムでは幾つかの信号条件（例えば、時間平均）を採用しているので、これらデータの点は誤警報のトリガを表していない。
前述の様に、本発明は当業者に周知の標準煙検知器より優れた改善された火災検知能力を提供している。該改善された能力はＣＯ測定と共に煙を測定する様に、二つの火災サインを組み合わせることにより与えられている。誤警報は、煙又は微粒子の検知器とＣＯ又はガスの検知器を掛け合せた前述のマルチサイン検知アルゴリズム使用することにより減少するが、感度は増加する。非常に誤警報を減少する簡単なアルゴリズムをイオン化及び光電検知器のみと比較した。このアルゴリズムは更にイオン化検知器より全ての火災を発生する前兆に対し検知時間を短くできた。
本発明の特別な応用には火災サインのベースラインのレベルを定めることが必要であり、該ベースラインは火災サインが空気中にあることに関連した微粒子及びガスの通常のレベルより高いレベルの製造環境又は他の環境により生ずる。本発明は信号処理用手段が標本化処理に基づくベースラインを作る様に構成される。このベースラインは火災サインの平均値又は幾つかの時間の適当な期間にわたる火災サインの平均変化率のいずれかに基づいている。このベースラインが定まると、信号処理用手段は火災サインの瞬時の値とベースラインの間の差、即ち火災サインの瞬時の変化率とマルチサイン検知器アルゴリズムに対する入力としてのベースラインとの差を使用している。
更に、本発明は特別な煙の値を検知する代わりの煙検知器が大きさが微粒子の分布を検知する様に構成することができ、該検知器は多数の微粒子の大きさを検知し、微粒子の大きさの分布に関するデータをメモリ内に記憶された閾値と比較する。更に、前述の本発明の例は微粒子検知器とガス検知器を利用したマルチサイン火災検知装置に基本的に向けられているが、検知器のあらゆる組み合わせが実現でき、請求された発明の範囲にある。異なる種類のガスを検知する二つのガス検知器、又は煙検知器、ガス検知器、熱検知器等の組み合わせを前述の様に処理する検知器の出力として利用できる。検知器の組み合わせは、煙、一酸化炭素、温度、二酸化炭素、塩酸、酸化ガス、及び酸化窒素を含んでいる。他の検知器は装置の応用に基づき選択できる。
前述の発明は広範囲に商業上に利用できる利点を有していることは容易に明らかである。前述の発明の特別な形態は、これらの技術が当業者に明らかである範囲で変形して表すことができる。それ故、本発明の範囲を完全に決めるに当り、請求項を参考にしてのみ行うことができる。
【図１】
0003779325.tif 000007
【図４】
0003779325.tif 000008
【図２】
0003779325.tif 000009
【図３】
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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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
0003779325.tif 000027