JP2823900B2 - 火災検知システム - Google Patents

火災検知システム

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JP2823900B2 JP1273657A JP27365789A JP2823900B2 JP 2823900 B2 JP2823900 B2 JP 2823900B2 JP 1273657 A JP1273657 A JP 1273657A JP 27365789 A JP27365789 A JP 27365789A JP 2823900 B2 JP2823900 B2 JP 2823900B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光ファイバの温度感受性を利用した火災検
知システムに関するものである。
(従来の技術) 化学プラント、トンネル、ビル等においては、火災の
発生を早期に検知する集中監視システムの開発が強く要
請されている。この集中監視システムにおいては、火災
の発生を短時間に正確に検知できること並びに火災の発
生位置を特定できることが必要である。これらの要求を
満たす火災検知方式として、光ファイバの温度感受性を
利用した検知システムが既知であり、例えば特開昭63−
73400号公報に開示されている。この既知の火災検知装
置では、火災検知すべき測定領域に光ファイバを配設
し、光ファイバの入射端からパルス状レーザ光を投射
し、光ファイバで発生する後方散乱光を受光し、後方散
乱光の強度及び後方散乱光の到達時間から光ファイバの
各部位の温度及び位置を検知している。そして検出温度
から火災の発生を検知している。
(発明が解決しようとする課題) 光ファイバの温度感受性を利用した火災検知方式は1
本の光ファイバを用いて監視すべき領域の複数の部位の
温度変化を検出でき並びに各部位の位置を特定できるた
め、火災の発生を集中監視するモニタ装置として極めて
有意義なものである。
しかしながら、光ファイバを用いる温度検出システム
は距離分解能によって制約を受けるため、検出温度は単
位分解能距離当りの平均温度になってしまう。このた
め、上述した既知の火災検知センサのように1本の光フ
ァイバを測定区域内に単に配設したにすぎないシステム
では位置的な検知精度が不充分であり、しかも温度変化
量が小さく昇温特性もゆるやかであるため、実際に火災
検知システムに適用するには種々の難点があるのが実情
である。すなわち、距離分解能が7.5mの温度計測システ
ムを用いる場合において、その光ファイバの微小長部分
例えば1mの部分が加熱されても、平均化された温度が出
力されるため検出開始瞬時には実際の温度よりも低い温
度が検出され、長時間経過しても検出温度が実際の温度
と一致しないのが実情である。従って既知の火災検知シ
ステムにそのまま適用したのでは、火災の発生を検知す
るまでに時間がかかりすぎる不具合があった。
従って、本発明の目的は上述した欠点を除去し、距離
分解能によって規定される距離よりも精密な測定点毎に
検知でき、しかも火災の発生を速やかに検知できる火災
検知システムを提供するものである。
(課題を解決するための手段) 本発明による火災検知システムは、パルス光を放射す
る光源と、 複数のリング状巻回部を有し、入射パルス光に基き温
度に応じた強度の後方散乱光を発生する光ファイバと、 発生した後方散乱光のうちラマン散乱光を受光する光
検出器と、 前記光検出器からの出力信号に基き各巻回部の温度を
指示する信号を順次出力する演算処理装置と、 各巻回部の温度変化の時間微分を出力する微分器とを
具え、 温度指示信号と微分信号とに基き火災の発生を検知す
ることを特徴とするものである。
(作 用) 前述したように、光ファイバの温度感受特性は距離分
解能による制約を受けるため、被測定区域に光ファイバ
を単に配設しただけでは、火災検知システムとして充分
な応答性を得ることができない。このため、本発明で
は、1本の光ファイバに多数のリング状巻回部を形成
し、この巻回部を火災検知センサ部とし、この検知セン
サ部の温度変化から火災の発生を検知する。リング状巻
回部付近で火災が発生すると巻回部を構成する光ファイ
バ全体が受熱するため、発火区域の面積が小さくても受
熱する光ファイバ長を実質的に長くすることができ、速
やかに実際の温度を検出することができる。この結果火
災の発生初期に相当するような火災の発生区域が小さい
場合でも火災の発生を速やかに検知することができる。
また、リング状巻回部は所望のピッチで自在に形成でき
るので、火災が発生する可能性の高い区域は短いピッチ
で多数個の巻回部を形成し、火災の発生する危険性の少
ない区域には長いピッチでラフに形成することもでき
る。さらに、受熱するファイバ長が実質的に長くなるこ
とにより、検出温度の時間微分値も極めて大きな値とな
る。この結果、温度変化の時間微分を限界値と比較する
ことにより、火災の発生と認定できる高温度に昇温する
前に火災の発生を検知でき、一層速やかに火災の発生を
検知することができる。
(実施例) 第1図は本発明による火災検知システムの一例の構成
を示す線図である。例えば半導体レーザで構成する光源
1からパルス状の光を放射する。このパルス光を集光光
学系、光カップラ2を経て光ケーブル3に投射する。光
カップラ2はハーフミラーや光ファイバカップラを用い
ることができる。光ケーブル3は、グレーテッド・イン
デクスマルチモード光ファイバを金属シース内に収容し
た光ケーブルを用いる。光ファイバにパルス光を入射さ
せると、光ファイバの各部位でレイリー散乱が発生する
と共にラマン散乱が発生し、レイリー散乱光及びラマン
散乱光を含む光が後方散乱光として入射側に向けて伝播
する。この後方散乱光のうち、ラマン散乱光の強度は光
ファイバの温度に強く依存して変化するから、ラマン散
乱光強度を検出することにより光ファイバの各部位にお
ける温度を検出することができる。尚、投射パルス光と
してラマン閾値以上のパルス光及びラマン閾値以下のパ
ルス光のいずれをも用いることができ。光ケーブル3に
は複数のリング状巻回部3a〜3iを形成し、これら巻回部
を火災検知センサ部とする。これら巻回部は所望のピッ
チで所望の位置に形成できる。リング状巻回部3a〜3i
は、用いる光ファイバと温度計測システムによって決ま
る最短均熱長以上の長さを巻回することが望ましい。こ
こで、最短均熱長は以下のように定義する。光ファイバ
に沿って温度Tの矩形状の温度分布区域が存在すると想
定した場合、距離分解能の影響によって、矩形状温度分
布区域の中央部が最高温度となりその両端部分がなだら
かに低下する温度分布として検出される。この場合矩形
区域の中央部が温度Tとして検出されるには矩形状の温
度区域が所定の長さl0よりも長くならなければならな
い。この長さl0は光ファイバ及び温度計測システムによ
って規定され、この長さl0を最短均熱長と規定する。従
って、例えば7.5mの距離分解能の場合約15m程度巻回し
て1個の巻回部を構成する。また、巻回方法として、周
囲空間から光ケーブルへの熱伝達を良好にするため光フ
ァイバケーブルの表面領域が広く露出するように各リン
グが互いに重なり合わないようにずらして巻回すること
が望ましく、リングをずらして同心状に巻回したり、或
は同一径のリングが一方向にずれるように巻回する。こ
のように、各リングが互いに重なり合わないようにずら
して巻回することにより、各リング部の光ファイバの受
熱量が増大し、一層速やかに温度検出することができ
る。
各巻回部3a〜3iからの後方散乱光は、光ファイバ3を
入射側に向けて伝播し、光カップラ2を経て干渉フィル
タ4に入射し、ラマン散乱光のうち特定の波長域の光だ
けが光検出器5に入射する。この光検出器5は高周波数
で対応できるアバランシェフォトダイオードで構成す
る。光検出器5からの出力信号をA/D変換器6によりデ
ジタル信号に変換して演算処理装置7に供給する。演算
処理装置7では、ラマン散乱光の強度及び到達時間に基
いて光ファイバの各巻回部3a〜3iの温度を順次出力す
る。そして、各巻回部の検出温度はモニタ8に表示さ
れ、監視者はモニタに表示された温度情報に基いて被測
定域の温度状態を監視することができる。演算処理装置
7で求めた各巻回部の温度情報をバッファ9に一旦記憶
し、微分器10において各巻回部3a〜3iの温度変化の時間
微分dT/dtを求め、その値を第1比較器11に供給する。
第1比較器では、昇温速度の限界値に相当する時間微分
の限界値を予め記憶しておき、順次入力する温度変化の
時間微分値を限界値と比較し、検出した時間微分値が限
界値を超えた場合出力信号をアンドゲート12に供給す
る。さらに、演算処理装置7で求めた各巻回部の温度情
報を別のバッファ13に一旦記憶し、順次第2比較器14及
び第3比較器15にそれぞれ供給する。第2比較器14にお
いて、各巻回部の温度を第1の限界温度と比較する。こ
の第1の限界温度は、各巻回部の周囲状況を考慮し火災
の発生と認定できる温度よりも若干低い温度に設定し、
例えばトンネル火災の検知に使用する場合季節変動や日
照変化を加味したトンネル内の平常の温度よりも例えば
10℃高い温度に設定する。そして、各巻回部の温度が第
1の限界温度を超えた場合アンドゲート12に出力信号を
発生し、この出力信号をオアゲート16に供給する。第3
の比較器15において、火災の発生と認定できる第1の限
界温度よりも高い第2の限界温度と比較し、この第2の
限界温度を超えた場合オアゲート16に出力信号を供給し
て警報信号を発生する。これらの比較動作は、タイミン
グコントローラ(図示せず)によって各測定部位毎に同
期して行なう。温度変化の時間微分は、各測定部位にお
ける温度上昇の目安とすることができる。よって、時間
微分dT/dtを限界値と比較することにより異常事態が発
生したと判断でき、火災発生初期にみられる急激な温度
上昇に基き火災の発生を速やかに検知できる。一方、時
間微分だけから判断した場合誤報となるおそれもある。
このため、本例では、第2比較器14において検出温度が
所定の限界温度を超えているか否かを並列して判断し、
検出温度も限界値を超えた場合火災の発生と判断する。
このように構成することにより、火災が発生してから短
時間のうちに速やかに火災の発生を検出できると共に、
誤報の発生も未然に防止することができる。このように
温度変化の時間微分に基く検知ルートを設けることによ
り、従来の検知システムに比べて短時間で一層速やかに
火災の発生を検知できる。
次に、本発明による火災検知システムによる実験結果
について説明する。屋外に幅3m、高さ4m、長さ7.2mの模
擬トンネルを設置し、トンネル中央の床面上に0.7m×0.
7mの火皿を配置しガソリンを燃焼させた。光ケーブルと
してコア径85μm、クラッド径125μmのグレーテッド
・インデクスマルチモード光ファイバを用い、この光フ
ァイバを直径1.2mmの金属シース内に収容したものを使
用した。この光ケーブル20mを30cm径でリング状に巻回
して巻回部を作り、この巻回部をトンネルの天井部に吊
り下げ検知センサ部とした。この結果を第2図に示す。
第2図において横軸は発火後の経過時間を示し、縦軸は
検出温度を示す。第2図において、実線は火皿の真上に
設置した巻回部の検出温度を示し、一点鎖線は火皿の真
上から1m横に変位した位置の温度変化を示し、2点鎖線
は巻回せず光ケーブルを直線状に敷設したときの温度を
示す。また、破線は火皿の真上に設置した熱電対によっ
て検出された温度変化を示す。実線で示す本発明による
温度検出センサは、発火後数秒経過してから昇温を開始
し、極めて急激な昇温特性を示し、約40秒経過後に飽和
に近づいている。また一点鎖線で示す火皿から1m変位し
た位置の昇温特性も同様に急激な立上がりを示してい
る。さらに、光ケーブルを直線状に敷設した場合昇温が
はるかにゆるやかであった。これに対して、熱電対によ
る検出結果は、比較的ゆるやかな昇温特性を示し、50〜
70℃における昇温速度は本発明による温度検出センサの
約1/3程度であった。
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形
や変更が可能である。上述した実施例では、温度検出セ
ンサとして光ファイバを金属シース内に収容した光ケー
ブルを用いたが、光ファイバそのものを温度検出センサ
として用いることができ、或いは光ファイバを耐熱性繊
維やシリコン樹脂等の耐熱性樹脂で被覆した光ファイバ
を用いることもできる。
さらに、バッファ、微分器、比較器の処理系を複数個
並列に接続して並列処理することもできる。
(発明の効果) 以上説明した本発明の効果を要約すると次の通りであ
る。
(1) ファイバをリング状に巻回しこの巻回部を火災
検知センサ部としているから、受熱する光ファイバ長を
実質的に長く設定でき、この結果発火源の区域が小さく
ても発火の発生を精確に検知することができる。
(2) リング状巻回部は所望の位置に、所望のピッチ
で形成できるので、発火源となるおそれの濃い区域に密
集して配置でき、火災の監視をより能率的に行なうこと
ができる。
(3) 検知センサ部の受熱量が一層大きくなるので、
火災に対する昇温検出の応答性が極めて良好であり、こ
の結果、発火後極めて短時間で火災の発生を検知するこ
とができる。
(4) 温度検出の応答性が良好なため、温度変化の時
間微分を限界値と比較することにより、火災が発生した
と判断する基準温度を低く設定でき、この結果、発火か
らより一層短い時間で火災の発生を検知することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による火災検知システムの一例の構成を
示す線図、 第2図は本発明による火災検知システムの発火からの経
過時間と検出温度との関係を示すグラフである。 1……光源、2……光カップラ 3……光ケーブル、3a〜3i……巻回部 5……光検出器、7……演算処理装置 9……バッファ、10……微分器 11,14,15……比較器、12……アンドゲート 16……オアゲート
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−123933(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G08B 17/06 G01N 21/65 G01N 21/53

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パルス光を放射する光源と、 複数のリング状巻回部を有し、入射パルス光に基き温度
    に応じた強度の後方散乱光を発生する光ファイバと、 発生した後方散乱光のうちラマン散乱光を受光する光検
    出器と、 前記光検出器からの出力信号に基き各巻回部の温度を指
    示する信号を順次出力する演算処理装置と、 各巻回部の温度変化の時間微分を出力する微分器とを具
    え、 温度指示信号と微分信号とに基き火災の発生を検知する
    ことを特徴とする火災検知システム。
  2. 【請求項2】前記光ファイバが金属シース内に収容され
    ていることを特徴とする請求項1に記載の火災検知シス
    テム。
  3. 【請求項3】前記リング状巻回部が、光ファイバと温度
    計測システムによって定まる最短均熱長以上の長さに亘
    って巻回されていることを特徴とする請求項1又は2に
    記載の火災検知システム。
  4. 【請求項4】前記微分信号を基準限界値と比較する第1
    の比較器と、 前記温度指示信号を第1の基準限界温度と比較する第2
    の比較器と、 前記温度指示信号を第1の基準限界温度より高い第2の
    基準限界温度と比較する第3の比較器と、 前記第1及び第2比較器からの出力信号が入力したとき
    出力信号を発生するアンドゲートと、 前記アンドゲートからの出力信号又は第3比較器からの
    出力信号の少なくとも一方の出力信号が入力したとき火
    災の発生を表示する警報信号を発生するオアゲートとを
    さらに具えることを特徴とする請求項1から3までのい
    ずれか1項に記載の火災検知システム。
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