JPH0291548A - 光ファイバ火災センサ - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、同時に多点の火災を検知可能な火災センサに
係わり、特にトンネル内、工場等の長大な設備の防災を
目的として用いられる光ファイバ火災センサに関するも
のである。

「従来の技術およびその課題」 従来、光ファイバを用いて火災検知を行うためのものと
して、ＯＴ　Ｄ　Ｒ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔ　ｉｍｅ　Ｄ
　ｏｍａｉｎＲｅｒ　ｌｅｃｔｏｍｅｔｏｒｙ）の手法
を用い、光ファイバの配設位置の温度を計測する温度セ
ンサが知られている。

この従来の光ファイバ温度センサとしては、例えば、光
ファイバのアンチストークスラマン散乱光を用いた０Ｔ
ＤＲ分布型温度センサがあり、このものは光ファイバを
所定の測定箇所に布設し、光ファイバの一端から測定光
を入射するとともに、光ファイバからのアンチストーク
スラマン散乱光を計測することにより、光ファイバ布設
位置の温度分布を検知することができるようになってい
る。

この光ファイバとしては通常の石英系光ファイバが使用
される。

しかしながら、このような光ファイバ温度センサを、火
災センサに適用させる場合、火災における布設位置の温
度上昇は測定できるが、火災初期などの非温度上昇時や
１発煙燃焼を主体とする火災に対ニアては検知すること
ができず、防災面で特に重要となる火災初期の煙検知が
可能な光ファイバセンサの開発が望まれている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、火災初期
などでの発煙、あるいは発煙と温度上昇の両方を計測可
能でかつ安全性が高く高感度な光ファイバ火災センサの
提供を目的としている。

「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するために、請求項！に記載した発明で
は、測定光の光源と、該測定光を所定の測定位置に伝送
し出射端から放射する測定光用ファイバと、該測定光用
ファイバの出射端から放射された測定光が直接入射され
ずかつ測定光が煙の微粒子に当たって散乱された散乱光
を入射可能な状態で配設された受信用ファイバと、受信
用ファイバに入射した散乱光を受光感知する光検出器と
を備えて光ファイバ火災センサを構成した。

また、請求項２に記載した発明は、複数の測定点に対応
するように布設された受信用ファイバの各測定点に、測
定光を伝送し出射端から放射する測定光用ファイバと該
測定光用ファイバの出射端から放射された測定光が煙の
微粒子に当たって散乱された散乱光を上記受信用ファイ
バに入射させる集光体とからなる散乱光発生部を配置し
、かつ上記各測定光用光ファイバと受信用ファイバに同
時にパルス光を入射させ、受信用ファイバから得られた
波形から散乱光の受信の有無を計測する散乱光検出装置
を設けて光ファイバ火災センサを構成した。

また、請求項３に記載した発明では、請求項２記載の光
ファイバ火災センサにおいて、受光用ファイバから得ら
れた波形から散乱光の受信の有無を計測するとともに、
受信用ファイバによりラマン散乱を検知し、受信用ファ
イバ配設位置の温度を同時に検出する散乱光検出装置を
設けて光ファイバ火災センサを構成した。

作用」 １；Ｈ求項ｌに記載した発明による光ファイバ火災セン
サは、上記のような構成としたことにより、太夫時に煙
が発生すると、側車光用ファイバの出射鶏から放射され
た測定光が煙の微粒子に当たっで散乱され、この散乱光
が受信用ファイバに入射され、受信用ファイバに入射し
た散乱光を光検出器で感知して、煙の発生を検出するこ
とができる。

また、請求項２に記載した発明による光ファイバ火災セ
ンサは、上記構成にしたことによって、各測定光用光フ
ァイバと受信用ファイバに同時にパルス光を入射させ、
各測定点のうちのいずれが１つあるいは２つ以上の測定
点に煙が存在すると、受信用ファイバ内に散乱光が入射
され、受信用ファイバから得られた波形から散乱光の受
信の有無を散乱光検出装置で計測して火災による発煙の
長手方向の分布を計測することができる。

また、請求項３に記載した発明による光ファイバ火災セ
ンサは、請求項２記載の光ファイバ火災センサにおいて
、受光用ファイバから得られた波形から散乱光の受信の
有無を計測するとともに、受信用ファ、イバによりラマ
ン散乱を検知し、受信用ファイバ配設位置の温度を同時
に検出する散乱光検出装置を設置ｊたことにより、各測
定点のうちのいずれか１つあるいは２つ以上の測定点に
煙が存在すると、受信用ファイバ内に散乱光が入射され
、受信用ファイバから得られた波形から散乱光の受信の
有無を散乱光検出装置で計測して火災による発煙の長手
方向の分布を計測することができ、かつ受信用ファイバ
配設位置の温度を同時に検出して、火災による温度上昇
を感知することができる。

「実施例」 第１図は本発明方法の一実施例を説明するための図であ
って、図中符号ｌは光ファイバ火災センサ（以下、セン
サと云う）である。

このセンサｌは、測定光の光源２と、測定光を所定の測
定位置に伝送し出射端３から放射する測定光用ファイバ
４と、測定光用ファイバ４の出射端３から放射された測
定光が煙の微粒子で散乱された散乱光を入射する受信用
ファイバ５と、受信用ファイバ５に入射した散乱光を受
光感知する光検出器６とを備えて構成されている。また
上記測定光用ファイバ４の出射端３と受信用ファイバ５
との間には、分枝管７が配設されている。この分枝管７
内には、挿入された測定光用ファイバ４の出射端３から
放射される測定光の分散を抑制して受信用ファイバ５と
平行に放射するためのロッドレンズ８と、このロッドレ
ンズ８から放射された測定光が直接入射されず、かつ分
枝管７内に侵入して測定光放射位置に達した煙の微粒子
に当たって生じた散乱光を入射して受信用ファイバ５の
コア９に入射させることができるように配設された集光
レンズ１０が各々配設されている。また、この分枝管７
には、煙を分枝管７内に送り込むための導入路が形成さ
れている。更に、この分枝管７内には外部からの光が入
らない構造になっている。

なお、この例では集光レンズｌＯとしてロッドレンズを
用いたが、凸レンズや凹面鏡などの他の集光可能な光学
部品を用いて構成しても良い。

上記測定光用ファイバおよび受信用ファイバとしては、
光通信に通常使用されている石英系、多成分系のシング
ルモードファイバ、マルチモードファイバなどが好適に
使用され、特に測定光用ファイバ４としてパワー伝送用
のファイバを用いることが好ましい。また上記測定光の
光源としてはレーザーダイオードが好適に使用される。

更に上記光検出器としはＡＰ−Ｄなどのフォトダイオー
ドが好適に使用される。

このように構成されたセンサ１では、光源２から測定光
用ファイバ４に入射して、出射端３から放射させるとと
もに、受信用ファイバ５に接続された光検出器６を受信
可能な状態としておくことにより、万一測定位置に火災
が発生し、発煙を生じた際に、煙が分枝管７内に入り、
受信用ファイバ５と平行に放射された測定光の放射位置
に煙微粒子が入って散乱光を生じ、この散乱光が集光レ
ンズＩＯを介して受信用ファイバ５のコア９内に入射さ
れ、受信用ファイバ５内を通って光検出器６に伝送され
、この光検出器６で受光感知される。

そして光検出器６による散乱光の受光感知によって、分
、枝管７の設置位置の近傍で火災による発煙が発生した
ことを感知することができる。なお、このセンサｌにお
ける検出煙量は、光源２の光強度や光検出器６の感度な
どによって異なるが、煙量で０．０５μｍの粒子が１０
７個／Ｆｅｅｔ３で検知が可能である。

このセンサｌは、先の構成としたことにより、火災初期
における発煙を極めて高感度で測定することができる。

次に、請求項２に記載した発明の一実施例を説明する。

第２図は、請求項２に記載した発明の一実施例を示す図
であって、符号１１はセンサである。なお、この図にお
いて、先の第１図に示した構成要素と同一の構成要素に
は同一符号を付し、その説明を省略する。この例による
センサ１１は、複数の測定点に対応するように布設され
た受信用ファイバ５の各測定点に、測定充用ファイバ４
の出射端３が挿入された分枝管７を各々配設し、かつ各
測定光用光ファイバ４と受信用ファ、イバ５に同時にパ
ルス光を入射させ、受信用ファイバ５から得られた波形
から散乱光の受信の有無を計測４Φ０ＴＤＲ装置１２を
設けて構成されている。

上記分枝管７内には、挿入された出射端３から放射され
た測定光を受信用ファイバ５と′＋１〕に放射するロッ
ドレンズ８と、ロッドレンズ８から放射された測定光が
燈の微粒子に当たつご散乱さノ′１、た散乱光を受信用
ファイバ５に入射させる集光レンズ１０とが各々配設さ
れている。

先のように構成されたセンサ１１は、０ＴＤＲ装置１２
の光源２から、各測定光用ファイバ４および受信用ファ
イバ５にパルス光を入射し、受信用ファイバ５からの発
煙時に発生する散乱光の長手方向の分布を０ＴＤＲ装置
１２でモニターしておく。そしてセンサ１１を布設した
監視域のいずれかで火災による発煙が発生した際には、
０ＴＤＲ装置１２で観察される受信用ファイバ５より得
られる波形が、散乱光受信位置で、第３図の図中破線で
示すようにピークとなって容易に計測される。なお、こ
のピークの大きさは測定点の煙量によって変化し、煙量
が多く散乱光強度が大きくなれば、ピークも大きなもの
となる。

このセンサ１１では、各測定点のいずれかで火災による
発煙が発生した際、０ＴＤＲ装置１２で観察される受信
用ファイバ５より得られる波形が、散乱光受信位置でピ
ークとなって容易に計測され、受信用ファイバ５の長手
方向の発煙の分布を計測することができ、光ファイバを
用いて例えばトンネル内などの長大な設備の防災に適用
が可能となり、安全性が高く高感度なセンナとなる。

次に、請求項３に記載した発明の一実施例を説明する。

第４図は、請求項３に記載した発明の一実施例を示す図
であって、符号１３はセンサである。なお、この図にお
いて、先の第１図および第２図に示した構成要素と同一
の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

この例によるセンサ１３は、第２図に示したセンサ１１
とほぼ同様の構成であって、０ＴＤＲ装置として、受信
用ファイバ５から得られた波形から散乱光の受信の有無
を計測するとともに、受信用ファイバ５によりラマン散
乱を検知し、センサ布設位置の温度を同時に検出する０
ＴＤＲ装置１４を設けた構成になっている。

この０ＴＤＲ装置１４は、ラマン０ＴＤＲ用の波長０．
８４０μｍのパルス光を受信用ファイア（５内に入射す
る第１の、レーザーダイオード１５と、各測定光用ファ
イバ４に波長０．９０４μｍのパルス光を入射する第２
のレーザーダイオード１６と、受信用ファイバ５内に入
射された波長０．８４０μｍのパルス光のアンチストー
クス光（波長０．８１０７ｚ＋ｎ）および受信用ファイ
バ５内を伝送された波長０．９０４μｍの散乱光を計測
可能な光検出器１７を備えて、いる。また光検出器１７
と受信用ファイバ４の間には、受信用ファイバ５から得
られ゛る光を波長ｏ、ｓｔｏμｍのアンチストークス光
と波長０．９０４μｍの散乱光に分波する分波器１８が
設けられている。

上記第２のレーザーダイオード１６は、パルス幅が２０
０μｓ以上の高デユーティ−で駆動し、散乱光を多くす
ることが望ましい。また、測定光用ファイバ４には、５
０／１２５Ｇ　Ｉ　、８０／１２５ＣＩ　、　２００／
２５０Ｇ１等のパワー伝送に適したものが好適に使用さ
れる。なお、受信用ファイバ５としては通常の５０７１
２５Ｇ　Ｉファイバが使用される。この受信用ファイバ
５として通常光通信用の低損失石英系ファイバを用いる
ならば、受信用ファイバ５の長さを２〜１０Ｋｍ程度の
長さとすることが可能である。

このセンサ１３は、第１のレーザーダイオード！５から
受信用ファイバ５にラマン散乱測定用のパルス光を入射
させ、これと同時に第２のレーザーダイオード１６から
各測定光用ファイバ４に散乱光発生用のパルス光を入射
させ、受信用ファイバ５から得られるアンチスト−クス
光により受信用ファイバ５の長手方向の温度分布と、発
煙時に発生する散乱光の長手方向の分布とをモニターし
ておく。そしてセンサ１３を布設した監視域のいずれか
で火災が発生した場合には、火災発生位置の近傍に配設
された分枝管７内に火災により生じた煙が入り、測定光
が煙の微粒子に当たって生じた散乱光が受信用ファイバ
５内に入射され、この散乱光が０ＴＤＲ装置１４で検出
される。更にまた、この煙の検出と同時あるいは短時間
経過した後に火災発生域の受信用ファイバ５の温度が上
昇し、この温度上昇がアンチストークス光の測定波長（
この例では波長０．８１０μｍ）のラマン散乱光強度が
変化し、この・変化が０ＴＤＲ装置１４のモニターに計
測される。そして煙の発生と温度上昇の両方が計測され
ることによって、センサ１４を布設箇所のいずれの箇所
で火災が発生したかを的確に検知することができる。

この例によるセンサ１３は、受信用ファイバ５から得ら
れた波形から散乱光の受信の有無を計測するとともに、
受信用ファイバ５によりラマン散乱を検知し、受信用フ
ァイバ５配設位置の温度を同時に検出する０ＴＤＲ装置
１４を設けたことにより、センサ１４布設箇所のいずれ
かで火災が発生した際に、煙の発生と温度上昇の両方が
計測され、センサ１４を布設箇所のいずれの箇所で火災
が発生したかを的確に検知することができる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明による光ファイバ火災セン
サは、上述のような構成としたことにより、次のような
効果を奏する。

請求項１に記載した発明では、測定光用ファイバの出射
端から放射した測定光が煙の微粒子に当たった際に生じ
る散乱光を、受信用ファイバで伝送して光検出器で検出
することにより、火災初期における発煙を極めて高感度
で測定することができる。

また請求項２に記載した発明では、各測定点のいずれか
で火災による発煙が発生した際、受信用ファイバより得
られる波形から受信用ファイバの長手方向の発煙の分布
を計測することができるので、光ファイバを用いて例え
ばトンネル内などの長大な設備の防災に適用させること
ができる。また、センサが光ファイバを用いて構成され
ているので、センサ自体の安全性を高めることができる
。

更に散乱光検出装置を用いて高感度で火災発生位置を検
知することができる。

また請求項３に記載した発明では、受信用ファイバから
得られた波形から散乱光の受信の有無を計測するととも
に、受信用ファイバによりラマン散乱を検知し、受信用
ファイバ配設位置の温度を同時に検出する散乱光検出装
置を設けたことにより、センサ布設箇所のいずれかで火
災が発生した際に、煙の発生と温度上昇の両方が計測さ
れて、布設箇所のいずれの箇所で火災が発生したかを的
確に検知することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１に記載した発明の一実施例を示す図で
あって、センサの構成図、第２図は請求項２に記載した
発明の一実施例を示す図であって、センサの構成図、第
３図は第２図のセンサにおける波形の変化を説明するた
めの図、第４図は請求項３に記載した発明の一実施例を
示す図であって、センサの構成図である。 １．１１．１３・・・センサ、２・・・光源、３・・・
出射端、４・・・測定光用ファイバ、５・・・受信用フ
ァイバ、６・・・光検出器、７・・・分岐管（散乱光発
生部）、１２．１４・・・０ＴＤＲ装置（散乱光検出装
置）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定光の光源と、該測定光を所定の測定位置に伝
   送し出射端から放射する測定光用ファイバと、該測定光
   用ファイバの出射端から放射された測定光が直接入射さ
   れずかつ測定光が煙の微粒子に当たって散乱された散乱
   光を入射可能な状態で配設された受信用ファイバと、受
   信用ファイバに入射した散乱光を受光感知する光検出器
   とを備えた光ファイバ火災センサ。
2. （２）複数の測定点に対応するように布設された受信用
   ファイバの各測定点に、測定光を伝送し出射端から放射
   する測定光用ファイバと該測定光用ファイバの出射端か
   ら放射された測定光が煙の微粒子に当たって散乱された
   散乱光を上記受信用ファイバに入射させる集光体とから
   なる散乱光発生部を配置し、かつ上記各測定光用光ファ
   イバと受信用ファイバに同時にパルス光を入射させると
   ともに、受信用ファイバから得られた波形から散乱光の
   受信の有無を計測する散乱光検出装置を設けてなる光フ
   ァイバ火災センサ。
3. （３）請求項２記載の光ファイバ火災センサにおいて、
   受光用ファイバから得られた波形から散乱光の受信の有
   無を計測するとともに、受信用ファイバによりラマン散
   乱を検知し、受信用ファイバ配設位置の温度を同時に検
   出する散乱光検出装置を設けたことを特徴とする光ファ
   イバ火災センサ。