WO1996035930A1

WO1996035930A1 - Moniteur pour l'environnement

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Publication number: WO1996035930A1
Application number: PCT/JP1996/001208
Authority: WO
Inventors: Kazunari Naya
Original assignee: Japan Energy Corporation
Priority date: 1995-05-08
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 1996-11-14
Also published as: DE69625871D1; KR970705010A; US5811811A; EP0769688A1; EP0769688B1; DE69625871T2; EP0769688A4

Description

明細書

環境監視装置技術分野

本発明は、赤外線検知方式に基づく環境監視技術に関するものであり、特に入射赤外線を複数の波長帯に分離し、各分離波長帯の赤外線強度をセンサで検出し、その出力に基づいて監視領域の温度検出および火災の判定が可能な環境監視装置のチヨッビング機構に利用して有効な技術に関する。背景技術

従来より火災の発生を動的に検知する火災検知方法および装置として、例えば炎から発せられる赤外線を検知する赤外線検知方式が知られている。かかる赤外線検知方式の火災検知装置においては、赤外線検出器の前方に入射する赤外線を断続するチヨツバ一が設けられている。従来の一般的なチョッパ一にあっては、検出器の視野内に熱源が存在しない場合でもチョッパーと背景との間に温度差があると検出器が反応して出力しまうという欠点があった。そこで、本出願人は、チョツバ一と背景との間に温度差があると検出器が反応して出力しないようにしたチョッパーに関する発明を出願した（特開平 4一 2 9 9 7 9 7号）。

しかしながら、上記先願に記載のチヨツバ一を使用した火災検知装置にあっては、比較的広い視野を監視する場合、火災の有無は検知することは可能であるが、視野内のどの場所で火災が発生しているのか認識できないとともに、複数の火災が発生している場合には検出器の出力が相互干渉して火災の有無そのものを認識できないことがあり得ることが明らかになった。例えば、 A , B 2つの火源を考えた場合、検出器には火源 Aからの赤外線と火源 Bからの赤外線とが入射する：このとき、それぞれの火源からの赤外線の方向が異なっていると、チョッパーで遮られるタイミングが異なり、極端な場合には火源 Aからの赤外線がチョツバ一で遮られているときに火源 Bからの赤外線がチョッパーのスリット（開口部）を通って検出器に到達する場合があるこのような場合、検出器に到達する赤外線はチヨッパーで遮られないのと同じ結果になってしまい、実際には 2箇所の火源であるのを火源がないと判断してしまう可能性がある。

この発明は上記のような問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、広い視野を監視する場合にもその視野内のどの場所で火災が発生しているのか認識できるとともに、複数の火災が発生している場合にもそれぞれ火災の発生およびその位置を認識できるような火災検知技術を提供することにある。この発明の他の目的は、チヨッパーのみを替えるだけで従来の火災検知装置における信号処理回路および判定回路を利用して火災の有無およびその発生位置を検知することができるようにすることにある。発明の開示

上記目的を達成するため、この発明は、センサ（検出素子）の受光部の直径と同程度の幅を有する複数のスリットが放射状に形成された円盤と回転式のチヨッパーとを同軸上にそれぞれ回転可能に配置して、スリッ卜の一つがセンサに対向しているときにそのセンサに入射される赤外線がチヨッパ一により、 2〜 1 6回好ましくは 2〜8回分断されるような回転速度で円盤およびチヨツバ一回転させるとともに、チヨッパ一および円盤の後方に互いに異なる波長帯を検出する複数の赤外線センサを、回転軸を中心にして怪方向に沿って配置した組を、 2組以上設けるようにしたものである。

上記の場合、チョッパーの開口部の数は、配置するセンサの組数の 2倍もしくはその倍数とするのが好ましい。また、チョッパーの開口部の幅は、開口部のピッチの 2分の 1以下が良い。さらに、チョッパーの周波数は 1〜 1 0 O H zが良く、使用するセンサが焦電型のときは 1 H z程度が好ましく、それ以外のセンサを用いる時は、チヨツバ一の周波数は 1〜 1 O O H zが良い。

—方、円盤に形成するスリッ卜の数は、配置するセンサの組数の 2倍もしくはその倍数とするのが好ましい：

チヨッパーと円盤の回転方向は任意であり、同一方向に回転させても逆方向に回転させても良い。

チヨッパーと円盤の位置もどちらが前でも後でも良いが、チヨッパーが前にあった方が好ましい— 上記した手段によれば、例えば 2組のセンサ群を直交するように配置した場合、監視域を X方向と Y方向にそれぞれスキャンした検出信号が得られるため、視野内のどの位置で火災が発生しているのか認識することが容易となるとともに、複数の位置で火災が発生した場合にもこれらを区別して検知することが可能となる。また、チョッパーの開口部の数および円盤に形成するスリットの数を、それぞれ配置するセンサの組数の 2倍もしくはその倍数とすることにより、各センサ群の出力を同位相とすることができるため、その後の信号処理が容易になる。

さらに、チョッパーを円盤よりも前に配置するようにすれば、両者間の温度差に起因する判断ミスを減らすことができる。図面の簡単な説明

図 1は本発明が適用された環境監視装置の基本構成を示す概略構成図である。図 2は、本発明における赤外線センサ群 5の配置例を示す説明図である。

図 3は、チヨツバ一および円盤の詳細とこれらと赤外線センサ群との関係を示す正面説図である。

図 4は、チヨツバ—および円盤と赤外線センサ群との関係および減速器の樺成例を示す側面説明図である。

図 5は、本発明の環境監視装置における火災発生位置の認識の仕方を示すもので、特に監視域内における発熱体の位置を示す図である。

図 6は、赤外線センサ群 S 1 1〜S 1 4の出力に基づく赤外線強度を濃淡で 2 次元的に表わした横方向スキャン画像図である。

図 7は、赤外線センサ群 S 2 1〜S 2 4の出力に基づく赤外線強度を濃淡で 2 次元的に表わした縦方向スキャン画像図である。

図 8は、図 6の横方向スキヤン画像と図 7の縦方向スキャン画像を合成した画像を表わした合成図である。

図 9は、図 1に示す構成の火災検知器においてさまざまな発熱体を検出する実験を行ったときの各波長体の赤外線センサの出力の相対比を示す説明図である：図 1 0は、従来のサ一モビュ—ヮで観察した温度分布の映像を示す図である：図 1 1は、本発明の環境監視装置のセンサ出力に基づく赤外線強度分布を等高線および濃淡で 2次元的に表示した図である。

図 1 2は、本発明の環境監視装置のセンサのうち 5 . 5 /z mと 8 . 5〃mの波長を検知するセンサの出力に基づいて前記実施例の方法により各部の温度を計算して、その温度分布を等高線および濃淡で 2次元的に表示した図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。

図 1は本発明方法が適用される環境監視装置の基本構成図である。炎その他の赤外線源 Sから放射される赤外線は、赤外線検知部 Dに入射する。赤外線検知部 Dにおいて、赤外線は複数の波長帯に分離され、それぞれの波長帯での赤外線強度が検知される。

赤外線検知部 Dは、入射する赤外線を周期的に分断する回転式チョッパー 1と. 放射状に形成されたスリット 2 aを有する円盤 2と、これらをそれぞれ所定の速度で回転駆動するモータ 3と、上記チヨッパ一 1および円盤 2の後方に配置された赤外線センサ群 5と、これらの赤外線センサ群 5から出力された信号を処理する信号処理回路 6と、信号処理回路 6からの出力に基づいて火災の判定を行なう判定回路 7とから構成されている。

特に限定されないが、上記赤外線センサ群 5は、互いに異なる波長帯の赤外線を検出する 4つの焦電型赤外線センサを 1組として、それが 2組配置されている: 各赤外線センサには所定の波長帯の赤外線を透過するバンドバスフィルタが内蔵されている。図 2には上記赤外線センサ群 5の配置例が示されている。同図において、 S 1 1〜S 1 4が 1組の赤外線センサ群、 S 2 1〜S 2 4が他の 1組の赤外線センサ群であり、各組の赤外線センサ群はそれぞれ円盤 2の後方にその回転軸を中心とする径方向に沿って直線状に配置され、かつ赤外線センサ群 S 1 1〜 S 1 4と赤外線センサ群 S 2 1〜S 2 4とは、 9 0度の角度をなして互いに直交するように、つまり全体として十字状をなすように配置されている。

特に限定されないが各組の 4つの赤外線センサは、それぞれ①波長 2 . 8〜 3 2 mを含む波長帯、 ②波長 4 . 2〜4 . 6 を含む波長帯、 ③波長 4 . 6〜 5 . 4 i mを含む波長帯、 ④波長 8 . 0〜 9 . 0 mを含む波長帯、の 4つの波長帯の赤外線を検出するように構成されている。例えば、検出波長が、それぞれ ①中心波長 3/xm、半値幅 0. 4 mの波長帯、 ②中心波長 4. 4 zm、半値幅 0. 4izmの波長帯、 ③中心波長 5. 5 um, 半値幅 0. 8 ΠΙの波長帯、 ④中心波長 8. 5 m、半値幅 1. 0//mの波長帯、の 4つの波長帯の赤外線を検出するように選択される。これらの波長帯のうち 1つは C0₂分子の共鳴放射波長帯（4. 3 jam) を含んでいる。この実施例では、 ②の波長帯がそれに相当する。検出波長帯の数は、上記のように 4つに限定されるものではなく、 3分割でも可能であり、実用上は 5〜 6分割までで十分である。尚、 ④の赤外線センサは、 6. 5 / m以上の波長帯の赤外線を検出するセンサや 8 以上の波長帯の赤外線を検出するセンサを用いてもよい。

赤外線センサとしては、半導体赤外線センサその他焦電型赤外線センサ以外のものを使用してもよい。

焦電型赤外線センサは、タンタル酸リチウムや P b (Z r _x T i i- _y) 0₃ に代表される焦電体の薄板の表面および裏面に蒸着等により電極を形成したものである。

チョッパー 1の回転駆動には、パルスモータ一、直流モータ一などが適しているが、直流モーターの場合にはチヨツバ一 1または円盤 2の回転数を検知するためのフォトインタラプタのような回転検知器が必要である。パルス乇一ターでチヨッパ一を駆動する場合には、駆動回路から回転数を知ることができるので、チョッパーの回転速度を検出するフォトインタラブタは不用となる。この実施例では直流モータ一が使用されているとともに、モータ一の回転を減速しかつ一つのモーターでチョッパー 1および円盤 2を回転できるようにするための減速器 4 が設けられている。

図 3および図 4にチョッパー 1および円盤 2の詳細とこれらと赤外線センサ群 5との関係および減速器 4の構成例が示されているなお、 8は円盤（もしくはチョッパー）のスリットの位置を検知するためのフォトインタラプタ、 9はチヨッパ一近傍の温度を検出するための温度センサである.

この実施例のチョッパー 1には、互いに等角度（90度:）をおいて 4つ（赤外線センサの組数の 2倍: > の開口部 1 aが設けられている開口部 l aの幅は 45 度である。一方、円盤 2には 4 5度の角度をおいて 8つ（赤外線センサの組数の 4倍）のスリット 2 aが設けられている。スリット 2 aの幅は赤外線センサの受光部の直径よりも若干広い程度（約 5 . 6度）に設定されている。スリット 2 a はその幅が狭過ぎると分解能が低下するので、受光部の直径と同程度（受光部の直径の 1〜 2倍の幅）にするのが望ましい。ここで言うスリット 2 aの幅は複数配列されているうちの最も中心側のセンサに対向するスリットの幅である。また、受光部の直径とは、図示されているセンサの外観上の直径のことではない。図示されているセンサは、パッケージングされたものであり、内部に素子が配置されており、その受光部の直径のことである。

モータ一 3の回転速度はチヨツバ一 1の周波数が 1 H zとなるように制御され、また減速器 4の減速比は、スリット 2 aの一つがセンサに対向しているときにチヨッパ一 1が 2〜 1 6回好ましくは 2〜8回入射赤外線を断続するように決定する。つまり、図 3のように回転方向がチョッパー 1と同一の場合、減速比は 1 Z 3 2〜 1 / 2 5 6となる。ただし、チョッパーと円盤の回転方向は任意であり、逆方向に回転させるようにしても良い。チョッパー 1のチヨッビング回数（断続回数）が多いとスキャンに時間がかかり好ましくない。また、センサから再現性良く安定した信号を得るためには、チヨッパー 1のチヨッビング回数は 2回以上必要である。

上記.フォトインタラプタ 8の検知信号は信号処理回路 6に供給され、円盤 2のスリットの位置またはチョッパー 1の回転速度が演算され、予め決定された所定の回転数になるようにモーター 3に対して制御信号が出力される。

上記赤外線センサ S 1 1〜S 1 4， S 2 1〜S 2 4からの出力信号も信号処理回路 6に入力され、ここで A Z D変換、同期検波等の処理がなされる。さらに、判定回路 7は、信号処理回路 6からの信号に基づいて赤外線源の温度、発熱面積並びにそれらの時間変化を演算し、その結果に基づいて赤外線源が火災か否かを判定し、火災と判断したときは警報器やモニタの駆動信号を出力する - なお、上記信号処理装置 6の機能の一部と判定回路 7の機能は、マイクロコンピュータを用いて処理するようにしてもよい：

上記実施例においては、 2組の赤外線センサ群 S 1 1〜5 1 4と5 2 1〜5 2 4を、それぞれ円盤 2の回転軸を中心として互いに直交すなわち十字状をなすように配置しているので、監視域すなわち検知器の視野内に図 5に示すような発熱分布があった場合、一方の赤外線センサ群 S 1 1〜S 1 4の出力に基づく赤外線強度を濃淡で 2次元的に表すと図 6に示すように視野内を横方向にスキャンした画像信号を得ることができる。

また、他方の赤外線センサ群 S 2 1〜S 2 4の出力に基づく赤外線強度を濃淡で 2次元的に表すと図 7に示すように視野内を縦方向にスキャンした画像信号を得ることができる。

従って、これらの画像を合成することにより、図 8に示すような画像が得られる。図 8において、符号 Gで示されているのは、ゴーストであるが、これと監視カメラなどから得られる圃像とを重ね合わせることで、赤外線源すなわち発熱体の位置を特定することができる。

なお、上記実施例においては、 2組の赤外線センサ群を十字伏に配置するとしたが、 3組の赤外線センサ群を用意してそれらを互いに 6 0度ずつずれた直線状に配置するようにしても良い。これによつて、 3方向にスキャンした画像信号が得られるので、赤外線源の位置の特定がさらに容易となる。

発熱体の大きさは、スキャンによるセンサ出力信号の波形により大体の大きさを把握してから計算する。スリッ卜から見渡せる範囲より発熱部分が大きい場合は、スリットが発熱部分をスキャンする移動範囲よりその発熱面積を知ることができ、スリットから見渡せる範囲より発熱部分が小さい場合は、後述する計算で発熱面積を計算する。

実際の火災では、 .炎の無いくん焼伏態から炎を伴う火災に到るまでの過程で、低温の発熱体が次第に高温になりながら面積が拡大していく現象が現れる。従つて、低温から高温まで幅広い温度範囲で発熱体の温度を監視できることが望ましい。そこで、この実施例においては、 ②の波長帯の赤外線を検出するセンサからの出力に基づいて炎の有無を監視し、 ①の波長帯の赤外線を検出するセンサと③ の波長帯の赤外線を検出するセンサからの出力に基づいて高温域を監視し、 ④の波長帯の赤外線を検出するセンサと③の波長帯の赤外線を検出するセンサからの出力に基づいて低温域を監視するようにしている：以下、上記 4つの波長帯の赤外線を検出するセンサからの出力に基づく具体的な火災の判定方法の一例について説明する。

検知する波長帯を λ 1， λ 2 , · · · λη (η = 2以上の整数）とし、赤外線検知部 Dにおいて検出されたそれぞれの波長帯の検出出力を V 1， V2, . · · Vnとすると温度 Τは、次式〔数 1〕

T = C2 ¹ —え² X 【数 1】

Θ2- V2 / λ2

η

a 1■ Vi い 1 / で示されるような近似式で表わされる。なお、ここで C2は、 C2=h c/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。また、 a l， a 2 , · · · an (nは 2以上の整数）は、各センサの感度のバラツキや回路の増幅度のバラツキ等を補正するための係数である。単位面積当たりの発熱体が半空間に放射する放射線の強度を Pとすると、センサの出力値 Vとは、

a n · Vn = P n/ (2 πし²)

の関係がある。ここで、しは検知器と発熱体との ¾離である。

赤外線による火災検知において、炎特有の放射成分の波長帯は炎の大きさ、質によらずほぼ一定のものであるが、放射全体に含まれる炎特有の放射成分の量は炎の大きさ、質などによって異なる。炎の放射は、炎の中の黒体の放射部分と炎特有の放射の部分とに分けられ、黒体の部分の放射と炎特有の部分との放射の和になっている。さらに、炎特有の放射成分は炎の大きさによってその量が変化する。ここで、炎特有の放射が現れる波長帯は主に co₂の共鳴放射体である波長帯②であるが、波長帯③にも炎特有の放射が現れる。波長帯③に現れる放射は燃焼にともなって発生した水分からの放射と考えられる。

図 9は、被検知体の温度を少なくとも C0₂の共鳴放射域にある赤外線の強度を含む複数の赤外線放射帯の強度の相対比を示す一例であり、図 1に示す構成の火災検知器において様々な発熱体を検出する実験を行なったときの各波長帯のセンサー出力の相対比を示したものである。炎特有の放射成分は、波長帯②と波長帯③において図 9の F R点の成分比を持っている。この点を中心としてそれぞれ異なった可燃物の燃焼によるセンサ一出力の比が直線上に乗る。すなわち、あらゆる種類の炎の波長帯②と波長帯③における炎特有の放射成分は F R点で表わされる成分比となっている。その炎が持っている分だけ差し引くと、炎の大きさに関係なく黒体放射のライン上のある一点に集まる。

炎の放射とは、燃焼によって発生した C 0₂、 H ₂0等の分子振動による共鳴放射と、燃焼によって発生した黒鉛等の固体粒子による熱放射が重畳したものである。固体粒子の放射はおおむね炎全体に分布し、気体中に分散されている粒子による放射であるので半透明体の放射である。そして、この部分が半透明体としても、炎がある程度大きいならば放射率（ある物体のある温度での波長えの放射強度と黒体のある温度での波長えの放射強度との比）は、ほぼ 1と考えることがでさる。

また、 C 0₂、 H ₂0等による炎特有の放射は放射効率が非常に高く、炎の表面からの放射となる。従って、例えばノルマルヘプタンの燃焼に伴う放射は、燃焼によって発生した黒鉛等の固体粒子による熱放射である図 9の a点と C 0₂、 H ₂ 0等による炎特有の放射である F R点との間に引いた直線上の放射成分を持つ _c 同様にメタノールの燃焼に伴う放射は、図 9の b点と F R点間の直線上の放射成分となる。

炎の温度は炎の外層のガス体が最も高くなる。従って、熱放射を起こす温度は炎の最高温度ではない場合が多いが、炎全体を包括して規模を考える場合には、「燃焼によって発生した黒鉛等の固体粒子による熱放射が重畳したものであり、固体粒子の放射はおおむね炎全体に分布し、気体中に分散されている粒子による放射であるので半透明体の放射である」という上記の考えに従って炎全体の放射即ち燃焼によって発生した黒鉛等の固体粒子による熱放射を考えた方がよい：以下でこの温度を求める計算方法を検討する- 図 9の例では、ノルマルヘプ夕ンとメタノールのそれぞれの炎の特徴を示す直線の原点である F R点は、波長帯 ②：波長帯③ = 7 4 ： 2 6の成分比を持つ：従って、この点 F Rと波長帯①と波長帯②とを頂点とした相図（状態図）を考えれば良いこのように考えると、実際に検出された炎の放射成分から FR点で表される炎特有の放射を差し引けば炎中の熱放射の成分を分離することができ、これは図中の黒体放射の曲線上に乗ることになる。このような処理を行えば通常の黒体放射の温度計算と同様に波長帯①と波長帯③の比率から上記〔数 1〕の式の計算によって温度を求められる。従って、波長帯③から炎の放射成分を差し引けば良い。以下、具体的な計算例を示す。この計算例では、計算の簡略化を図るために、近似計算を行っている。これは、図 9等を検討すると、黒体放射の曲線の特徴として、波長帯②の割合が温度に対して変化が少なく 3波長合計の 2割程度であることがわかる。従って波長帯②の割合が、波長帯①，波長帯②，波長帯③の 3波長合計の約 20%となるように炎特有の成分を差し引くことで、ほぼ黒体の放射成分を残すことができる。ここで、差し引いた後の波長帯②の割合の基準を 70 0'C〜1 OOO'Cの黒体放射に合わせておくことで誤差を少なくできる。

この場合に温度の計算結果に与える誤差は大きくても 20°C程度である。これを 500°C以下の黒体放射に合わせた場合は高温での誤差が大きくなる。

以下にその計算手順を述べる。まず被検知体の温度を少なくとも co₂の共鳴放射域にある赤外線の強度を含む複数の赤外線放射帯の強度の相対比を求める前に、炎特有の放射成分を差し引く。例えば、 3つの波長帯の各成分①〜③のセンサ一の出力値をそれぞれ V 1 , V2 , V3とし、炎特有の成分として差し引く値を Vxとする。 Vxは波長帯②及び波長帯③の炎特有の成分の合計であり、それぞれの割合を Vf2, Vf3とする。また、基準となる黒体放射での波長帯②の割合を R2とすれば、

' 【数 ' 従って、

V2-R2 · (V1+V2+V3)

Vx: · · ' 【数 3】

Vf2-Vf3 となる。ここで求めた Vxを用いて波長帯②との波長帯③から炎の放射成分を差し引けば良い。波長帯①の値とここで補正された波長帯③の値 V3 ' を〔数 1〕に当てはめることによって炎の温度 Tが求まる。ここで求めた温度から波長帯② および波長帯③の単位面積当たりの放射強度を計算で求める。ブランクの放射則をそれぞれの放射帯に適用して求めた単位面積当たりの放射強度を P 2 ' , P 3 * とすると、センサの出力の計算値は、

V2" =P 2 ' / (2 πし ² · a 2)

V3" = P3， / (27cL² · a 3)

となる。従って、面積 Sおよび C0₂比 Rは、

S = V3 ' /V3" - V3 ' - 2 L² · a 3/P 3 '

R-V2' /V2" =V2' · 2 πい ' a2ZP2'

で表される。

上述した手順により赤外線源の温度および面積が求められる。ところで、赤外線源の温度が高い場合でもその大きさ、すなわち面積が小さければ火災ではなくまた逆に温度が低くとも面積の大きい場合は火災の可能性が高い。このようにあらゆる状態の熱源を考える上で重要となるのは、その熱源が周囲に与える熱量である。すなわち、周囲に与える熱量が大きければ延焼の危険性が増大し、拡大速度も大きくなる。火源が周囲に与える熱量はすなわち火源の放射エネルギー量によって定まる。

従って、放射エネルギー量を火源の規模と考えることができる。ある温度 T、面積 sの熱源の放射エネルギー Wはステファン—ボルツマンの法則から、

W = T⁴a · s

と表される。ここで σはステファン一ボルツマンの定数で、ひ =5. 673 X 10 ¹² (W/cm² - deg⁴) である：従って、赤外線源の温度、面積から火源までの規模が求まる。

本実施例では上記手段によって求めた放射エネルギー量がその対象とする空間における危険状態の発熱量を越えた場合に警報を発する：一般的な火災については、火源の発熱量が 5 kW〜 20 kWで危険な状態、すなわちその空間に居合せた人間が危険と感じる状態になるとされている：もちろんこの値は、対象とする空間の大きさ、用途などによって変えられる性格のものである。また、前記危険状態の発熱量より小さい値に 1つ以上の小区分を設け、放射エネルギー量がそれぞれの区分を越える毎に危険性を段階的に区分して警報を発することで、火災の初期状態から、警戒の警報を発報することができ、より確度の高い火災の検知が可能となるのみならず初期対応が容易となる。

さらに、放射エネルギー量の増加に着目することで火災の状態変化をより正確に把握することができる。すなわち、放射エネルギー量が大きくかつ放射エネルギー量が増加傾向にある場合には火災の可能性が非常に高い。また、放射エネルギ—量が大きくともその時間的な変化がない場合には火災ではなく、暖房などの有用炎である場合が多い。従って、放射エネルギー量の増加率によって警報の発令を行うことでさらに早い段階から確実な火災の検知が可能になる。

放射エネルギーの増加率は、算出した放射エネルギー量の一定時間の変化率から求める。この方法として、放射エネルギーの算出値を時系列的に一定時間記憶し、その時系列値に移動平均などの高域遮断フィルタ処理を施した後に一定時間離れた 2つの放射エネルギー値を比較する方法や、一定時間記憶された時系列値をもとに、これらの値から最小 2乗法によって変化の傾向を求める方法などを用いる。増加率を算出する際の記憶時間は、 1 0秒以上であることが望ましいが、警報の遅れを避けるために 3分以下であることが望ましい。

火災判断の基準は、放射エネルギー量の増加率が予め決められた一定値を越えた場合、予め決めた 1つ以上の段階的区分に分ける場合、放射エネルギーの増加率がその発熱源の放射エネルギー量の一定割合以上の増加を示す場合、そしてその増加率がその発熱源の放射エネルギーの予め決めた 1つ以上の段階的区分の割合に分ける場合なと'がある。これらは、その空間などによって決まる要求に応じて適宜選択される。通常この区分は 1〜5程度が適当である。警報は放射エネルギ一量の増加率が上記基準を越えた場合または上記区分の中に該当する場合に発熱源を火災と判定する場合と、増加率の各段階に応じて例えば放射エネルギー量で決まる 6段階の区分の警報を上位の警報に移行させる場合があり、これも対象とする空間の仕様によって適宜選択される

(具体例）上記実施例を適用した環境監視装置を、高温（3 0 0〜5 0 0 °C ) の流体が流れるパイプ群およびその流体を流すポンプを備えたプラントに設置して、各部の温度分布を検知する実験を行なった。また、比較のため、従来の赤外線検知方式のサーモビューヮを同一位置に設置してプラント各部分の温度分布を検知する実験も合わせて行なった。実験は、中央に通路がありその両側に複数の縦方向のパイブが並んでいる場所を選択して、その通路の手前から遠ざかる方向を臨むような視野が得られるように装置を通路の中央に設置した。

図 1 0に従来のサ一モビュ一ヮで観察した温度分布の映像を、また図 1 1に本発明の環境監視装置のセンサ出力に基づく赤外線強度分布を、それぞれ等高線および濃淡で 2次元的に表示したものを示す。一方、図 1 2には、本発明の環境監視装置のセンサのうち 5 . 5〃mと 8 . 5 /x mの波長を検知するセンサの出力に基づいて前記実施例の方法により各部の温度を計算して、その温度分布をそれぞれ等高線および濃淡で 2次元的に表示したものを示す。図 1 0〜図 1 2において濃い部分（ハッチングのピッチの狭い部分）ほど温度が高いことを表している。図 1 0および図 1 1に表れている中央の 2つの高温部はブラント内のポンプであることが確認された。図 1 0と図 1 1の結果は非常に似ていることから、本発明の環境監視装置によって従来のサーモビューヮで得られる温度分布とほぼ同様の赤外線強度分布が得られることが分かる。なお、図 1 0のサ一モビューヮの視野と図 1 1の本発明の環境監視装置の視野の広さは異なっている。また、図 1 2 で表れている高温部に相当するプラント内の部位を調べたところ、パイプの一部が、面積は小さいが極めて高温になっていることが確認された。一方、図 1 1の赤外線強度分布映像にはこの局所的高温部が表れていなかった。面積が極めて小さいためであると考えれる。以上の実験から、本発明の環境監視装置は局所的高温の検知感度に優れていることが分かる。従って、本願発明装置によれば温度異常や火災の早期発見が可能となるは明らかである

以上説明したように、この発明は、センサの受光部の直径よりも若干広い幅を有する複数のスリッ卜が放射状に形成された円盤と回転式のチヨッパーとを同軸上にそれぞれ回転可能に配置して、スリットの一つがセンサに対向しているときにそのセンサに入射される赤外線がチヨツバ一により 2〜 1 6回分断されるような回転速度で円盤およびチヨッパ一回転させるとともに、チヨッパーおよび円盤の後方に互いに異なる波長帯を検出する複数の赤外線センサを回転軸を中心にして径方向に沿って配置した組を、 2組以上設けるようにしたので、例えば 2組のセンサ群を直交するように配置した場合、監視域を X方向と Y方向にそれぞれスキャンした検出信号が得られるため、視野内のどの位置で火災が発生しているのか認識することが容易となるとともに、複数の位置で火災が発生した場合にもこれらを区別して検知することが可能となるという効果がある。

しかも本発明によれば、チヨッパーのみを替えるだけで従来の火災検知装置における信号処理回路および判定回路を利用して火災の有無およびその発生位置を検知することができるようになる。

また、チョッパーの開口部の数を、配置するセンサの組数の 2倍もしくはその倍数とするとともに、円盤に形成するスリットの数を、配置するセンサの組数の 2倍もしくはその倍数とするようにしたので、各センサ群の出力を同位相とすることができ、その後の信号処理が容易になるという効果がある。

さらに、チョッパーを円盤よりも前に配置するようにしたので、両者間の温度差に起因する判断ミスを減らすことができるという効果がある。産業上の利用可能性

本発明の環境監視装置は、火災の判断だけではなく、温度異常の検知（例えば、プラントにおける温度異常が発生した箇所の検知）にも有効である。

Claims

請求の範囲

1 . 入射赤外線を複数の波長帯に分離し、各波長帯の赤外線強度をセンサで検出し、その出力に基づいて監視領域の温度を検出可能な環境監視装置において、上記センサの受光部の直径と同程度の幅を有する複数のスリッ卜が放射状に形成された円盤と回転式のチョッパーとを同軸上にそれぞれ回転可能に配置して、上記スリッ卜の一つがセンサに対向しているときにそのセンサに入射される赤外線が上記チョツバ一により 2〜 1 6回分断されるような回転速度で上記円盤およびチョッパ一を回転させるとともに、上記チョッパ一および円盤の後方に互いに異なる波長帯の赤外線を検出する複数のセンサを上記チョツバ一の回転軸を中心にして径方向に沿って配置した組を、 2組以上設けたことを特徴とする環境監視装

2 . 上記チョッパーの開口部の数は、配置するセンサの組数の 2倍もしくはその倍数とし、また上記円盤に形成するスリットの数は、配置するセンサの組数の 2 倍もしくはその倍数としたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の環境監視装置。

3 . 上記チヨツバ一は上記円盤の前方に配置するようにしたことを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の環境監視装置。