JPS5884388A - 赤外線と紫外線の比率検知器を備えた火災検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は火災検、知装置に関する。特に、この発明は
赤外線（以下ＩＲとする）および紫外線（以下ＵＶとす
る）放射の両方に応答して警報を発すると共に、誤警報
を発する可能性が非常に少ない自動火災検知装置に関す
る。

多くの状況において、ある領域を火災または初期爆発に
関してモニター（監視）することが重要である。一般的
な例としては、液化プロパンのような高可燃性液体の貯
蔵または輸送のための監視設備がある。この種の設備は
多くの領域へ延長し、貯蔵タンク、ポンプおよびコンプ
レッサー装置、およびトラック積載領域を包含している
。この種の設備のほとんどは屋外にあるが、一部は屋内
にある。

この種の設備のための自動火災検知装置は、いかなる火
炎にも信頼性をもって応答すると共に、火炎以外の放射
線源に応答して警報または消火装置を作動させてはなら
ない。火災以外の放射線源には、太陽光、雷光、溶接光
、および他の高温物体、たとえば過熱コンプレッサーま
たはトラック・。

エンジンが包含される。

多くの通常の装置は、火災により発生される放射線に応
答する。この種の装置においては、ＩＲ放射線を検知す
ることが通常である。たとえば、米国特許第５，６６５
，４４０号（マクミナミン、１９７２年）明細書に開示
された装置は、火炎はＩＲを発生するが、ＵＶはほとん
どまたは全然発しないという誤った「事実」に基づいて
いる。しかし、火炎は検知できる範囲の短波長ＵＶ放射
線を発生することも知られている。短波長ＬＩＶ放射線
を感知することにより火災を検知する装置が、本件出願
人によって多年にわたり製造されてきた。

これらのＵＶ装置は有効でありかつ商業的に成功しては
いるが、これらの装置は保護領域内または外で生じる溶
接光のような非火災ＵＶ発生源によって誤警報を発生す
る可能を有している。

米国特許第３，６５３，０１６号；第５，６６５，４４
０号；第３，８２５，７５４号；第３，９３１，５２１
号および第４，１９９．６８２号明細書には、多数の検
知チャンネル、Ｉｌ’Ｌ検知と結合したＵＶ検知、ある
いはこれら特徴の組合わせを利用した火災または爆発検
知装置が開示されてい□る。しかしこれらの各装置にお
いては、検知器の出力信号はデジタルの［イエス・ノー
丁論理による特性を有している。

多チャンネノに型装置においては、これらデジタル出力
はＡＮＤまたはＮＯＲゲートのような従来の論理ゲート
へ適用されて、警報または消火装置を制御する合成出力
信号が発せられる。特ｔこ、前記米国特許第３，９３１
，５２１号および第４，１９９．６８２号明細書に開示
される装置においては、予め設定された閾値を越える出
力をそれぞれＮＯＲおよびＡＮＤゲートへ適用して、両
チャンネルからの入力が火災または他のモニター条件を
確実に表示する時、火災を警報するようになっている。

前記米国特許第３，６５３．０１６号明細書に開示され
た装置においては、主検知器は可視光線に応答し、ＵＶ
検知器が主検知チャンネルに直列に連結されている。こ
れは、火災の存在を確認する単純スイッチの作用を行な
う。前記米国特許第３，６６５．４４０号明細書に開示
された装置においては、主検知器はＩＲに応答するが、
この装置もまた明［ｆｌｉｃｋｅｒ）ＩＲ周波数を分析
するものである。明滅周波数は比較的短いので、装置の
応答時間は短い。さらに、この装置においては、ＩＲ倍
信号抑制するためにスイッチのような態様で正のＵＶ出
力信号を使用している。この装置は火炎にょるＵＶはほ
とんどまたは全熱発生されないと想定しているので、既
知のυＶ火災検知器で否定されている原理により作動し
ている。また、前記米国特許第３，９３１，５２１号お
よび第３，８２５，７５４号明細書に開示された装置が
、ＩＲスペクトルにおいてもっばら作動する検知器を利
用していることも重要である。

多数の火災検知装置が知られているが、それらは特に溶
接光のような非火災ＵＶ発生源が存する環境または屋外
で利用された時、誤警報を発する可能性を有している。

既知のＩＲ検知装置は、一般に低い信号・ノイズ比と制
限された範囲とに特徴がある。

したがって、この発明の第一の目的は、保護領域内にお
ける火災の存在を確実かつ迅速に警報すると同時に、火
災によって発生するものではないＩＢおよびＵＶ放射線
源を識別する自動火災検知装置を提供することにある。

この発明の別の目的は、背景ＩＲの時間変動レベルを自
動的に補償する前述の利点を有する装置を提供すること
にある。

この発明の別の目的は、非火災放射線の瞬間的発生源に
は応答しない前述の利点を有する装置を提供することに
ある。

この発明のさらに別の目的は、複雑な信号処理電子装置
を備えることなく、広範囲かつ高い感度で屋外でさえも
利用できることを特徴とする前述の利点を有する装置を
提供することにある。

この発明のさらに別の目的は、応答時間が速く、かつ特
定の種数の材料の燃焼に対して高い感度を有するように
構成される前述の利点を有する装置を提供することにあ
る。

この発明のさらに別の目的は、ＩＲおよびＵｖ放射線の
両方を継続的にモニターすると共に、自動的に検査さ■
る装置を提供することにある。

この発明のさらに別の目的は、モニター領域における火
災や溶接光や高温の存在を警報できる単一の検知装置を
提供することにある。

自動火災検知装置は、同時かつ継続的に同一領域をモニ
ターするＩＩ’Ｌおよび［）Ｖ検知器を備えている。Ｕ
Ｖ検知器は、典型的に火災に関係する１９０〜２７０ナ
ノメートルの範囲にある放射線に応答する。ＩＲ検知器
は、予め選定された種類の材料の燃焼によって発生する
火炎と特に関係のある狭い帯域幅内の放射線に応答する
。炭化水素火炎に対する好ましい形態においては、ＩＲ
検知器は４，１〜４．７マイクロメードルの範囲の放射
線に応答するようにＰ波される。

ＩＲおよびＵＶ信号処理電子装置は、それと関連する検
知器の出力信号を継続的に処理して、各検知器に付随す
る放射線強度に比例する標準化出力信号を発する。Ｕｖ
°チャンネルにおいて、処理電子装置はワンショット型
多調波発振器を含み、これはＵＶ検知器から入力を受け
、比率検出器へ入力信号を送る。ＩＲチャンネルにおい
て、処理電子装置は、出力信号が換算器へ直列に供給さ
れる作動増幅器と、比率検出器へ別の入力信号を送る電
圧周波数（Ｖ−Ｆ　”）変換器とを含む。ＩＲ処理電子
装置は、ＵＶ出力信号が無い場合に、増幅器の閾値を既
存背景ＩＲを増幅しないレベルに自動的に調整するフィ
ードバックループを含む。

ＩＲ増幅器は一定の高ゲインを有することが好ましい。

比率検出器は標準化ＩＲおよびＵＶ入力信号の比率を形
成し、それらをモニターされる火炎の種類を特徴付ける
既知の範囲値と比較する。もし検出した比率が前記範囲
内にある場合は、この比率検出器は火災警報を発する。

検出した比率がＩＪＶまたはＩＲ放射線が優勢であるこ
とを表示する場合は、それぞれＵＶまたはＩＲ警報を発
する。弁別装置は比率検出器の出力信号を受入れる。弁
別装置は、比率検出器から受は入れる出力信号の大部分
が同一型式の場合だけ、これらの警報信号を発する。

この発明の前述ならびに他の特徴および目的は、図面を
参照する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

第１図においては、支持柱１６上に喉付けられたハウジ
ング１９内に配置される一対の検知器１２・１４が示さ
れ―この検知器１２・１４は高可燃性炭化水素や炭素を
基体とする液体を貯蔵し移送するための施設のような保
護領域をモニターするよう配列されている。第２図にお
いて、検知器１２は紫外線（ＵＶ）放射、特に前述液体
の燃焼により発生される火炎の特性帯域幅である１９０
〜２７０ナノメートルの放射線に応答するようになって
いる。それに適する検知器１２は、アームチック・イン
ダストリーズ・インコーホレイテッドのエジソンーエレ
クトロニクス部門から、「エジソンＵ／Ｖチューブ」の
商標で製造販売されている。検知器１４は赤外線（ＩＲ
）放射、特に炭化水素および炭素を基体とする材料の燃
焼により発生される火炎の、狭い特性帯域幅内に存する
放射線に応答するようになっている。ＩＲ検知器に対し
て好ましい帯域幅は、４．４マイクロメートルのＣＯ冨
放射線を中心とし４．１〜４．７マイクロメードルの範
囲である。、・帯域幅はスペクトルｐ波により選択され
る。それに適するＩＲ検知器は、バーンズ・エンジニア
リング会社から「サーモパイルズ」および「ピロエレク
トリックス」の商標で製造販売されている。検知器１２
および１４は、一つのＵＶ検知器１２と一つのＩＲ検知
器１４が領域１８の同一部位を継続的にモニターするよ
うに一対にされている。以下の議論はこれら一対の検知
器の一つの出力にのみ限定されるが、屋外および屋内領
域を含む広範な領域を継続的にモニターするために、多
数の前述の一対の検知器および関連回路を同時に利用で
きることが明らかであろう。

第２図において、ＵＶ検知器１２の出力信号は信号処理
装置２０へ適用され、そこからワンショット型多調波発
振器２２へ入力信号を発信する。

検知器１２と処理装置２０とワンショット型多調波発振
器２２とでＵＶ信号チャンネル２４を形成し、これが比
率検出器２６Φ一つの入力２６ａへ供給される標準化出
力を発信する。同様に、ＩＲ検知器１４の出力信号は増
幅器２８へ適用され、そこから信号処理装置３０へ入力
信号を発信する。

検知器１４と増幅器２８と信号処理装置３０とで１１’
Ｌ信号チャンネル３２を形成し、その標準化出力は比率
検出器２６の他方の入力２６ｂへ供給される。

この発明の主要な特徴は、ＩＲおよび［ＪＶチャ比宇 ンネルからの゛標準化信号の比率を形成する一参寸検知
器にある。比率検出器２６は比較作用を行なうものであ
る。入力信号の比率は火災に関連する特性比率である所
定範囲値と比較される。検出器２６により形成された比
率がこの範囲内に存する場合は、比率検出器はライン３
４に「火災警報信号」を発信する。検知器１２および１
４において、υ■がＩＲよりはるかに多量に受容された
場合は、その比率は前記所定範囲外に存し、比率検出器
２６はライン３６にｒ　ＩＪ　Ｖ／Ｉ　Ｒ警報信号」を
発信する。この信号は検知器１２・１４によりモニター
される保護領域１Ｂにおいて、溶接作業が行なわれてい
ることを表示している。もし、検知器゛１２および１４
において、ＩＲがＵＶよりはるかに多量に受容された場
合は、その比率は所定範囲外に存し、し・１ジオ検出器
２６はライン３６にＩＲ出力信号を発信する。この信号
は保護領域１８においてジーゼルエンジンが過熱してい
るような過熱状態を表示している。この比率を形成する
にあたり、アナログまたはデジタル電子技術を利用でき
るが、火災により発生される放射線と非火災源から発生
される放射線とを識別するためのこの信号処理システム
は、前述のようにＡＮＤまたはＮＯＲゲートを単純に利
用する通常のデジタル処−技術とは顕著に相違するもの
である。デジタ・し型電子装置が好ましい。

ライン３４における「火災警報信号」はリレー６８を作
動し、このリレー３８によって火災警報が発せられるか
、消火装置が始動されるか、あるいは両方が作動される
。ライン３６における「Ｕｖ／ＩＲ警報信号」は同様に
ｔＪＶ／ＩＩ’Ｌ警報リレー４０を作動し、このリレー
４０によって前記領域において溶接作業または過熱状態
が存することを警告する警報が作動される。

この発明の別の重要な特徴□は、比率検出器からＩＲ増
幅器２８へのフィードバックループ４２にある。フィー
ドバックループ４２はＩＲチャンネル３２により増幅さ
れる信号の閾値レベルの継続的な自動調整を行うもので
ある。比率検出器のＵＶ入力２６ａに対して向けられる
検知されたＵＶ信号が存しない場合にこの調整が行なわ
れる。

この闇値調整においては、比率検出器２６へのチャンネ
ル３２の標準化ＩＲ出力信号が実質的に零であるように
なされる。その結果として、太陽光のＩＢのような背景
！Ｒが定常的に補償される。

したがって、ＩＲ検出チャンネル３２は、火災により発
生されるような異常ＩＲにのみ応答する。

即ち、非火災源からのＩＲは適当なＵＶ成分を持たず、
したがって比傘検出器はこの放射線を火災とは確昭しな
い。検知器１４において検知されたＩＲが−Ｈ補償閾値
レベルを越えると、警報システムの作動にはＩＲスペク
トルでの多量のエネルギーを必要としない。この特性に
より検知装置の感度と範囲は増大される。ＩＩ’Ｌ増幅
器２８のゲインは高くかつ一定に維持できる。その作動
結果として、ＩＲチャンネルは比較的多量の背景ＩＲ放
射線が存在していても、所定帯域幅における放射線の小
変化を検出できる。

検出システムにおける信号ノイズ比は、適切な帯域幅の
検知器１２・１４および前述の自動闇値調整回路を利用
することにより増大される。炭化水素火炎に対しては、
ＩＲ検知器の好ましい帯域幅は、４．１〜４，７マイク
ロメードルの範囲にある。

これは太陽による比較的低い放射線レベルと、火災によ
り発生する比較的高い放射線レベルを有するＩＲスペク
トルの一部である。特にこの帯域幅内では、太陽ＩＲエ
ネルギーは２．５マイクロメートルにおけるものの約１
／１０、そして１，５マイクロメートルにおけるものの
約１／１５である。これに対して、火災により発生され
るＩＲ放射線は、この帯域幅において、１．５または２
．５マイクロメートルにおけるものの約２倍の大きさを
有している。その結果、選択されたＩＲ帯域幅において
は、２．５〜２．７５マイクロメートル帯域におけるよ
り約２０倍、そして１．５〜３．０マイクロメートル帯
域におけるより約１００倍も良好になる。

前述の特徴に゛より、この装置の感度が従来の火災検知
装置より優れており、かつこの装置がより広い範囲にお
いて火災を検知できるという従来技術を越える重要な利
点がもたらされる。範囲の増大は主として、フィードバ
ックループ４２と増幅電子装置２Ｂ内の闇値調整回路（
ＵＶ検知器は本来的に広範囲装置である）とを有するＩ
Ｒ検出チャンネル３２の感度の増大によるものである。

ＩＲ検出は以下の３点の組合わせにより範囲が増大され
る。即ち、（１）火災が背景放射線に対して最も高い信
号ノイズ比をもたらす前述の帯域幅の選定、（２１前述
の自動闇値補償回路を利用すると共に、火災信号に対し
ては一定ゲインを有するが背景放射線は拒絶する高ゲイ
ンＩＲ増幅器２８を備えること、および（３）検出器が
適切な火災特性比率にあるＵＶおよびＩｆＬ放射線を同
時に検出する時のみ、火災信号を発信する比率検出装置
、がその３点である。より高い感度と範囲は瞬間的な比
率信号を識別することによりもたらされる。この識別機
能について第３図を参照して以下に詳細に説明する。

前述の火災検知装置は炭化水素火炎のモニタリングに関
連して説明されたが、これは水素火災のような他の形態
の燃焼のモニターのためにも容易に修正できる。検知器
１４は水素火炎のＨ，Ｏ特性スペクトルに焦点を合、わ
せるようにｐ波処理される。ライン３４に火災警報信号
を発信するＩＲ−ｔｔＶ比も、モニターされる火炎の一
形態および所望の感度および範囲値により変えられる。

少なくとも炭化水素火災において勧められる標準化範囲
値は１　：３〜３：１である。

第６図は第２図に示される回路をより詳細に説明するブ
ロック図である（同−一部品には同一参照番号が付けら
れている）。［ＪＶチャンネルにおいて、電力供給部４
４から［ＪＶ検知器１２を付勢するＤＣ変換装置４６へ
、ＤＣ出力が送られる。

ＵＶ検知器の出力はワンショット型多調波発振器４８へ
適用され、そこから比率検出器２６へ標準化出力が送ら
れる。ＩＲチャンネル３２において、ＩＲ検知器１４は
その出力を作動増幅器２２へ適用する。この増幅器はそ
の出力を、換算器５ｏへ供給し、その出力はその入力の
平方根になっている。

この出力は電圧周波数（Ｖ−Ｆ）変換器５２へ供給され
る。Ｖ−Ｆ変換器からのＩＦＬ出力信号は、比率検出器
２６の入力２６ｂへ適用される。閾値調整回路は、Ｖ−
Ｆ変換器５２の出力をサンプリングする抽出保持装置５
４内の離散計数器によってもたらされる。予調波発振器
４８の出力はライン５６を介して抽出保持装置５４内の
保持制御装置へ供給されて、検知可能なＵＶ信号の存否
に関連する情報を供給する。ＵＶが存する場合は、抽出
保持計数器はその前もってセットされり値に保持される
。ライン５６にＵＶ信号が存しない場合は、装置５４・
の計数器は二進法のアナログ出力信号を発信し、これは
ライン５８を介して作動増幅器２２へ供給されて、前述
のようにその作動閾値が調整される。

第３図に示される火災検知装置においては、比率検出器
２６は通常のデジタル電子装置回路を利用して三つの出
力信号−即ちライン３４による「火災信号」、ライン３
６による「ＵＶ信号（ま５たは溶接）」、またはライン
６０による「ＩＲ倍信号または過熱）」、のうちの１つ
の信号を発信する。ＩＲ放射線が過度となって検知した
比率３；所定範囲外となった時、ライン６０による「Ｉ
ＦＬ信号」が比率検出器２６から発信される。この信号
は、領域１８における高可燃性材料が発火した　　−自
然発火や過熱したコンプレッサーや他の高温物体、０存
在を表示するのに利用できる。

この発明の別の主要な特徴は、ライン３４・３６・６０
による比率検出器の出力信号を入力として受入れる弁別
装置６２にある。その弁別装置６２は受入れた出力信号
の大部分が三つの分類のうちの一つの分類に適合する場
合に、それと対応する出力信号を発信する。ライン３４
による信号の大部分が火災の放射線特性比率を表示する
場合は、弁別装置はライン６６により「火災警報信号」
を発信し、この信号がラッチ６８を作動し、次にそのラ
ッチ６８が「火災警報リレー」３８を作動する。

同様に、出力信号の大部分が過度の［ＪＶまたはＩＦＬ
放射線を表示する場合は、弁別装置６２によりライン６
４へ出力信号が発信される。これによリラツチ７０が作
動され、そのラッチ７ｏが「Ｕ■／ＩＲ警報リレー」７
２を作動し、溶接光または危険な高温の存在によって保
護領域１８内に潜在的な発火の危険があるとの警報が発
せられる。

第３図の火災検知装置はまた、一般に７４格示される自
動テスト回路を包含する。この自動テスト回路７４はそ
れぞれ検知器１４・１２の所定帯域幅内のＩＩ’Ｌおよ
びＵＶ放射線を発するためのランプ７６・７８を周期的
に点灯する出力信号を発信するものである。しかしモニ
ター領域に火災が存在すれば、前記ランプは前記検知装
置に反応を起こさせる。テスト中にラッチ６８・７ｏの
出力信号がリレー３８・７２へ向かうよりライン８ｏ・
８２を通って自動テスト回路へ向かうように、自動テス
ト装置７４はラッチ６８・７ｏとそれぞれのリレー３８
・７２との間に連結されるライン８ｏ・８２を有してい
る。火災や溶接作業や危険なＩＲ状態を表示するラッチ
６８・７ｏからの出力信号は、装置が作動していること
を確認するためにライン８０・８２を介する信号を発信
する。この装置が適切にテストを行なわない場合は、故
障リレー８４が作動される。故障リレー８４は故障警報
または故障ランプに取付けることができる。

この発明の火災検知装置は、その好ましい実施・例によ
り説明されたが、これまでの説明および図面から種々の
修正および変更が可能である。このような修正および変
更はこの発明の範囲内のものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は保護領域をモニターすべく配置されたこの発明
の火災検知装置の検知ヘッドの配列図、第２図はこの発
明の火災検知装置を示す単純化ブロック図、第３図は第
２図に示される型式の火災検知装置の詳細ブロック図で
ある。 １２・・紫外線（［ＪＶ）検知器、 １４・・赤外線（ＩＲ）検知器 １８・・所定領域、　　２０・・・第１信号処理装置、
２６・・・亡：≠形成装置、 ！ＩＯ・・第λ信号処理装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 量 （１）所定領域から発する紫外線放射を検知し、輪ａ紫
   外晶知装置に４龜する前記紫外線放射に対応する第１信
   号を発信する装置と、 前記所定領域から狭い帯域で発する赤外線放射を検知し
   、１品赤外晶知装−に詐龜する前記赤外線放射に対応す
   る第２信号を発信する装置と、 前記第１信号を処理して標準化紫外線信号を発信する電
   子装置と、 前記第２信号を処理して標準化赤外線信号を発信する電
   子装置と、 前記標準化赤外線信号に対する前記標準化紫外線信号の
   比率を形成し、前記比率を検知される火炎の特性範囲値
   と比較し、前記比率が前記範囲内に存する時に火災信号
   を発信する電子装置と、 からなる火炎によるものではない自然発生や人工背景の
   放射線による誤警報の可能性を少くした所定領域におけ
   る自動火災検知装置。 （２）背景からの放射線を継続的に補償するような前記
   赤外線信号処理装置用の自動闇値調整装置を備えること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の検知装置。 （３）前記調整装置が、標準化紫外線出力信号が存しな
   い時にその出力信号の値によって前記標準化赤外線出力
   信号を補償するような前記信号処理装置から前記ＩＲ信
   号増幅器へのフィードバックループを備えることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の検知装置。 （４１前記火災信号を受入れると共に、前記比率形成お
   よび比較電子装置の出力信号の大部分が前記火災信号で
   ある時にのみ、火災の発生を知らせる出力警報信号を発
   信するような電子弁別装置を備えることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の検知装置。 （５）前記赤外線検知器が主として狭い帯域幅内に存す
   る放射線に応答することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第４項のいずれかに記載の検知装置。 （６）前記帯域幅が炭化水素火炎に対して約４．１乃至
   ４．７マイクロメードルの範囲にあることを特徴とする
   特許請求の範囲第５項記載の検知装置。 （７）　　前記標準化紫外線信号が前記標準化赤外線信
   号を越え、しかも前記比率が前記既知の範囲外に外れた
   場合に、前記比率形成および比較電子装置が紫外線警報
   出力信号を発信するような装置を含むことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の検知装置。 （８）前記標準化赤外線信号が前記標準化紫外線信号を
   越え、しかも前記比率が前記既知の範囲外に外れた場合
   に、前記比率形成および比較電子装置が赤外線警報出力
   信号を発信するような装置を含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の検知装置。 （９）前記第２信号処理用電子装置が高い一定のゲイン
   を有する増幅器を含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の検知装置。 （１０）前記第２信号処理用電子装置がさらに、前記増
   幅器の出力信号を受信する換算器と、前記換算器の出力
   信号を受信する電圧周波数変換装置とを含むことを特徴
   とする特許請求の範囲第９項記載の検知装置。 （１１）前記フィードバックループが、サンプルへの変
   換装置の出力と、その出力が前記増幅器の一方の入力へ
   連結されるための保持装置との間に、連結部を備えたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の検知装置
   。 （１２）前記換算器が入力信号のほぼ平方根である出力
   信号を作ることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記
   載の検知装置。７．−