KR101191717B1

KR101191717B1 - 광섬유를 이용한 화재 감지 장치 및 이를 이용한 화재 감지 방법

Info

Publication number: KR101191717B1
Application number: KR1020110024861A
Authority: KR
Inventors: 이규완; 정성훈
Original assignee: (주)카이센
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2012-10-16
Also published as: KR20110107259A; KR20110107283A

Abstract

본 발명은 광섬유를 이용한 화재 감지 장치 및 이를 이용한 화재 감지 방법에 관한 것으로서, 본 발명에서는 터널, 지하차도, 지하공동구 등의 지역에 광섬유케이블을 설치하여 화재를 감지하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치에 있어서, 광섬유케이블의 복수 개소에 설치되어 화재 발생시 상기 광섬유케이블을 굽힘 또는 절단 변형시키는 광섬유변형기와, 광섬유변형기에 펄스 레이저광을 조사하는 광조사부와, 광조사부에 의해 조사된 광이 상기 광섬유케이블에서 산란되어 후방 반사되는 후방산란광을 수광하고, 이를 전기적인 신호를 변환하여 증폭시키는 광분석기와, 광분석기의 출력신호를 분석하여 화재 발생 유무 및 화재 발생 위치를 파악하는 신호처리부 및 신호처리부의 화재 발생 유무 및 화재 발생 위치를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치가 제공된다.

Description

광섬유를 이용한 화재 감지 장치 및 이를 이용한 화재 감지 방법{FIRE ALERT APPARATUS USING FOR FIBER OPTICS AND FIRE ALERTING METHOD USING IT}

본 발명은 광섬유를 이용한 화재 감지 장치 및 이를 이용한 화재 감지 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광섬유와 광섬유변형기를 이용하여 터널이나 지하공동구 등 비교적 광범위한 선형 구간을 갖는 방호구역에 걸쳐 화재 발생 위치를 실시간으로 검출할 수 있는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치 및 이를 이용한 화재 감지 방법에 관한 것이다.

현대사회의 복잡한 생활 여건으로 인하여 공동 생활시설, 플랜트 생산시설, 위험시설은 특정지역에 밀집 분포될 수밖에 없는 상황에 있으며, 전력, 통신, 가스, 지역난방, 급배수 설비 등의 생활 시설들은 지하공동구에 집합되어 일괄 설치되는 추세에 있다. 또한 지하공동구와 유사한 구조물이라 할 수 있는 도로 터널은 우리나라의 지질학적 구조에 따라 물류비용 절감 및 자연보호라는 문제의 해결을 위하여 건설이 급증하고 있는 실정이다.

이러한 구조물은 다양한 종류의 위험물을 저장 및 취급하고 있으며 사회적으로 매우 중요한 시설물인 관계로 일단의 재해가 발생할 경우에는 엄청난 규모의 피해가 전체 사회로 확산될 것을 충분히 예상하면서도, 환경적 특징이라고 할 수 있는 습기나 먼지의 과다한 체류, 다양한 기류의 변화, 그리고 무엇보다도 현장의 접근이 용이하지 못하여 유지보수업무의 효율성을 기대하기 어렵다는 이유로 그 중요성에 비하여 마땅히 적합한 자동화재탐지설비를 설치하지 못하였다.

이러한 문제를 해소하기 위하여 건축물이나 터널과 같은 구조물 등의 화재 감시를 위해 전기적 또는 전자적 열감지센서나 연기감지센서 등을 사용하여 화재감시시스템을 설계하여 왔다. 그러나, 이러한 열감지센서나 연기감지센서는 감지범위가 넓지 않기 때문에 터널 등과 같은 넓은 지역의 감시를 위해 매우 많은 수의 센서를 설치해야 하고, 각 센서마다 무선 또는 유선 통신을 연결하여야 하므로 이로 인해 과대한 설치비용이 소요되는 문제점이 있었으며, 또한, 이렇게 설치된 센서는 공동구나 도로 터널의 환경이 습기와 먼지가 많은 장소로 센서의 고장으로 수명이 짧아 유지 보수 비용과 교체 비용이 많이 드는 단점이 있어 왔다.

유지 보수 비용과 교체 비용을 절약하고자 화재 발생 위치 및 해당 지점의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 라만 OTDR 시스템이 제시되었다. 라만 OTDR 시스템은 레이저 펄스 입사후 후방 산란광이 되돌라 오는 시간을 계산함으로써 레이저 펄스가 반사된 지점의 거리를 산출하여 화재 발생위치를 검출하고, 라만 효과를 이용하여 온도 변화에 대한 Stokes광과 Anti-stokes광의 세기비로서 온도를 측정하는 시스템이다. 이러한 라만 OTDR 시스템은 정확하다는 이점은 있으나, 라만 효과를 이용하여 온도를 측정하는 장비가 고가이어서 실질적으로 산업계에 설치하기 어려우며, 온도 측정을 위하여 수십 초에서 수 분 동안의 데이터 분석 시간이 요구되어 신속한 대응을 요하는 화재 발생에 적용할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 라만 OTDR 시스템의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 실시간으로 온도 상승을 감지할 수 있고, 각 센서별로 유무선 통신 장치 연결이 불필요하면서도 저가의 측정장비로도 측정이 가능하고 설치 비용이 저렴한 광섬유를 이용한 화재 감지 장치 및 이를 이용한 화재 감지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적은 터널, 지하차도, 지하공동구 등의 지역에 광섬유케이블을 설치하여 화재를 감지하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치에 있어서, 광섬유케이블의 복수 개소에 설치되어 화재 발생시 상기 광섬유케이블을 굽힘 또는 절단 변형시키는 광섬유변형기와, 광섬유변형기에 펄스 레이저광을 조사하는 광조사부와, 광조사부에 의해 조사된 광이 상기 광섬유케이블에서 산란되어 후방 반사되는 후방산란광을 수광하고, 이를 전기적인 신호를 변환하여 증폭시키는 광분석기와, 광분석기의 출력신호를 분석하여 화재 발생 유무 및 화재 발생 위치를 파악하는 신호처리부 및 신호처리부의 화재 발생 유무 및 화재 발생 위치를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치에 의해 달성 가능하다.

본 발명의 또 다른 목적은 터널, 지하차도, 지하공동구 등의 지역에 광섬유케이블을 설치하여 화재를 감지하는 광섬유를 이용한 화재 감지 방법에 있어서, 화재 발생 지점의 광섬유케이블을 변형시키는 제 1단계와, 광섬유케이블에 펄스 레이저광을 입사시키는 제 2단계와, 입사된 펄스 레이즈광이 산란되어 다시 입사 방향으로 반송되는 후방산란광을 수광하는 제 3단계와, 수광된 후방산란광을 전기적인 신호를 변환하여 증폭시키는 제 4단계 및 제 4단계의 증폭신호를 분석하여 화재 발생 유무 및 화재 발생 위치를 파악하고, 이를 디스플레이하는 제 5단계를 포함하는 광섬유를 이용한 화재 감지 방법에 의해서도 달성 가능하다.

본 발명에 따른 광섬유를 이용한 화재 감지 장치 및 이를 이용한 화재 감지 방법은 화재 발생시 원래의 형상으로 복원하는 형상 기억 합금을 이용하여 광섬유에 급격한 구부림을 유발하고 이를 일반 OTDR로 측정함으로써 분석 데이터량이 비교적 적으므로 실시간으로 화재 발생 위치를 정확하게 감지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에서는 광섬유를 이용함으로써 종래 전기적 또는 전자적 센서 장치를 이용하는 화재 감지 장치에 비하여 측정장비가 매우 저가이고 실시간 화재감지가 가능하고 센서와의 통신 회선을 설치하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있고, 하나의 광섬유를 이용하여 비교적 넓은 지역의 화재 감지를 설치할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 광섬유를 이용한 화재 감지 장치의 구성 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 화재 감지 장치에 사용되는 광섬유변형기의 일 예.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 화재 감지 장치에 사용되는 광섬유변형기의 일 예.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 화재 감지 장치에 사용되는 광섬유변형기의 일 예.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 화재 감지 장치에 사용되는 광섬유변형기의 일 예.
도 6은 본 발명에 따른 일 실시예의 화재 감지 장치에 사용되는 광섬유변형기의 일 예.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 광섬유를 이용한 화재 감지 장치의 구성 블록도이다. 광섬유를 이용한 화재 감지 장치는 광섬유변형기(500)가 설치되는 광섬유케이블(600)에 펄스 레이저 광을 조사하는 광조사부(100)와, 광섬유케이블(600)에 조사되는 레이저광과 조사된 광이 산란된 후 되돌아오는 후방 산란광을 서로 다른 방향으로 분리시키는 광순환기(200)와, 후방 산란광을 감지하는 감지기와 감지신호를 증폭하는 증폭기를 구비하는 광분석기(300)와, 광분석기(300)로부터 출력되는 신호를 처리하여 화재 발생 위치를 파악하는 신호처리부 및 이를 디스플레이하는 디스플레이부로 구성된다. 또한 복수 개 광섬유케이블(600)을 선택적으로 선택하기 위한 광스위치가 선택적으로 더 구비될 수도 있다.

광조사부(100)는 전원공급부, 펄스발생부 및 레이저다이오드 모듈로 구성되며, 전원공급부는 각 부에 필요한 전원을 공급하는 장치이며, 펄스발생부는 레이저다이오드 모듈을 구동시키기 위한 구동전류를 펄스형태로 발생시키는 장치이다. 이러한 전류성분의 펄스 파형을 입력신호로 이용하여 레이저다이오드를 구동시켜 펄스광으로 고속 변환한 후 광섬유케이블(600)을 통하여 펄스 광을 전송한다.

광조사부(100)로부터 조사된 레이저 펄스는 광섬유케이블(600)을 통하여 전달되는데 광섬유로부터 발생하는 후방 산란광은 입사광의 반대방향으로 진행하여 광조사부(100)로 다시 되돌아 온다. 따라서, 후방 산란광을 측정하기 위해서는 입사방향으로 되돌아가지 않도록 다른 방향으로 분리하는 부품이 필요한 바, 이러한 부품이 광순환기(200)이다.

광순환기(200)로부터 출력되는 후방 산란광은 광분석기(300)로 입력되는데, 광분석기는 입사된 후방 산란광을 신호처리 가능한 전기적 신호로 변환시켜주는 감지기와, 감지 증폭시켜 주는 증폭기로 구성되어, 입력되는 후방 산란광을 전기적 신호로 변환하고 이를 증폭시키는 기능을 한다. 후방 산란광은 98% 이상이 레이레히(Rayleigh) 산란광으로 구성되므로, 감지기와 광순환기(200) 사이에 레이레히광 필터를 선택하여 부과할 수 있다.

신호처리부(300)는 컴퓨터를 이용하여 DSP(digital signal processor)화된 OTDR 보드를 제어하고 데이터를 획득한다. DSP화된 OTDR 보드는 펄스발생기, 레이저다이오드, 포토다이오드, 광순환기 및 데이타수집기(data acquisition)를 포함한다. 컴퓨터는 DSP화된OTDR 보드와 RS232 방식을 이용하여 통신하며 부품들을 제어한다. OTDR 센서 시스템의 제어와 시스템으로부터의 데이터 획득을 포함한 OTDR의 신호처리는 특정한 신호처리프로그램에 의해 수행된다. 신호처리프로그램은 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)의 원리를 이용하여 레이저 펄스 입사 후 일정 세기 이상의 산란광이 되돌아 오는 시간을 계산함으로써 화재 발생 유무 및 레이저 펄스가 반사된 지점의 거리를 산출하여 화재 발생위치를 검출할 수 있다.

이러한 방법을 통하여 얻어진 화재정보, 즉, 방호구역 내의 화재 발생 유무 및 화재 발생 위치 정보는 디스플레이부에 표시된다.

본 발명에 따른 광섬유를 이용한 화재 감지 장치는 방호구역에서 화재가 발생할 경우 해당 위치에 설치된 광섬유케이블(600)에 굽힘(bending)을 유발시키는 광섬유변형기(500)가 복수 개소에 설치된다. 광섬유변형기(500)는 주위 온도가 일정 온도 이상이 될 경우 고정된 광섬유케이블(600)을 절단시키거나 굽힘을 유발시켜 변형을 발생시키는 장치이다.

도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 광섬유변형기(500)의 일 예이다. 도 2의 광섬유변형기(500)는 50℃ 이상의 열이 가해질 경우 수축되는 원래 상태로 복원되는 형상기억합금(520)을 이용하여 구현한 예이다. 케이스 내에 형상기억합금(520)을 원래 상태에서 팽창시켜 일 단을 제 1 고정부(510)에 고정시키고, 타 단은 광섬유케이블(600)에 접착제 등을 이용하여 고정시킨다. 상온에서는 도 2(a)에 도시된 바와 같이 형상기억합금(520)은 팽창시킨 상태를 유지하다가, 화재가 발생하면 형상기억합금(520)에는 50 이상의 열이 가해지고 도 2(b)에 도시된 바와 같이 형상기억합금(520)은 원래 상태로 수축하게 된다. 수축되는 형상기억합금(520)에 부착된 광섬유케이블(600)은 도 2(b)에 도시된 바와 같이 큰 굽힘이 발생되고 이러한 굽힘은 OTDR 시스템에 의해서 감지되는 원리를 이용한 것이다.

본 발명에서는 고온용 형상기억합금을 사용하였는데, 고온용 형상기억합금으로 스프링 또는 판재를 형성하면 30℃ 이하의 실내온도에서 당기거나 구부리면 스프링의 경우는 늘어난 상태, 판재는 구부러져 있는 상태가 되고, 이것을 드라이어 등을 이용하여 50℃ 이상으로 가열하면 원래의 형상으로 되돌아가게 된다.

어떤 온도(저온상이 생성되는 온도 Ms, 상기 예에서는 30)이하에서 변형을 부여한 후 일정 온도(고온상이 완전히 생성되는 온도 Af, 상기 예에서는 50℃) 이상까지 가열하면 변형 전의 형상으로 되돌아가는 성질을 형상기억효과라고 하며, 이러한 현상을 나타내는 금속을 형상기억합금이라 한다.

형상기억합금은 Ni-Ti계, Cu계, Fe계 등의 다양한 재질로 형성될 수 있는데, 가장 대표적인 Ni-Ti계 합금은 절삭 가공성은 매우 나쁘나 프레스, 압연 등의 열간 가공이 용이하여 주로 사용되고 있다.

도 2의 실시예의 경우, 화재가 진화되고 온도가 상온으로 하강되더라도 원상태로 변형되지 않기 때문에 광섬유변형기(500)를 교체하여야 한다. 화재 진압 후 온도가 정상적으로 떨어진 후에도 재활용이 가능한 예를 도 3을 이용하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 광섬유변형기(500)의 일 예이다. 도 3의 광섬유변형기(500)는 50℃ 이상의 열이 가해질 경우 수축되는 원래 상태로 복원되는 형상기억합금(520)과 일반 금속(590)을 이용하여 구현한 예이다. 케이스 내에 형상기억합금(520)을 원래 상태에서 팽창시켜 일 단을 제 1 고정부(510)에 고정시키고, 타 단은 광섬유케이블(600)에 접착제 등을 이용하여 고정시킨다. 일반 금속으로 이루어진 탄성체(590)를 도 3에 도시된 바와 같이 일 단을 제 2 고정부(580)에 고정시키고, 타 단은 광섬유케이블(600)에 접착제 등을 이용하여 고정시킨다.

상온에서는 도 3(a)에 도시된 바와 같이 형상기억합금(520)은 팽창시킨 상태를 유지하고, 일반 금속 탄성체(590)는 탄성이 가해지지 않은 상태를 유지하다가, 화재가 발생하면 형상기억합금(520)에는 50℃ 이상의 열이 가해지고 도 3(b)에 도시된 바와 같이 형상기억합금(520)은 원래 상태로 수축하게 되고, 일반 금속 탄성체(590)는 늘어진 상태로 변형된다. 수축되는 형상기억합금(520)에 부착된 광섬유케이블(600)은 도 3(b)에 도시된 바와 같이 큰 굽힘이 발생되고 이러한 굽힘은 OTDR 시스템에 의해서 감지되는 원리를 이용한 것이다. 이후, 화재가 진압되고, 온도가 정상 온도로 하강하면, 늘어진 일반 금속 탄성체(590)는 수축력이 작용되어 도 3(a)와 같은 상태로 복원하게 되므로 광섬유변형기(500)를 재활용할 수 있게 된다.

형상 기억 합금 외에도 우드메탈이라는 합금을 이용할 수 있다. 우드메탈은 비스무트 50%, 납 24%, 주석 14%, 카드뮴 12%의 비율로 이루어진 합금으로서, 녹는점이 낮아 70℃의 온도에서 녹는다. 물론 우드메탈의 녹는점은 구성 금속의 비율을 어느 정도 조절하면 약간의 조절이 하다. 우드메탈은 형상 기억 합금보다 원가가 싼 이점이 있어 실제 적용하기 용이하다. 도 3의 예에서는 형상기억합금(520)으로 스프링을 형성하는 대신 우드메탈로 형성된 막대 또는 스프링으로 형성할 수 있음은 물론이다.

도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 광섬유변형기(500)의 일 예이다. 도 4의 실시예에서는 화재 발생시 광섬유케이블을 절단하는 광섬유변형기를 도시하였다. 실린더(530) 내부에 열을 가할 경우 부피가 팽창되는 물질(540)을 넣고, 상부는 팽창에 따라 상부로 올라가는 밀봉 마개(550)를 설치하고, 밀봉 마개(550) 상부에 절단기(560)를 설치하였다. 절단기(560)의 대표적인 예로는 날카로운 금속성의 칼날을 들 수 있다. 평상시에는 도 3(a)에 도시한 바와 같은 상태를 유지하다가 화재가 발생하면 도 3(b)에 도시한 바와 같이 밀봉 마개(550)가 상승하고, 이에 따라 상부에 설치된 절단기(560)가 상승하면서 광섬유케이블(600)을 절단하게 된다. 따라서 OTDR은 절단에 의한 후방산란광을 검출하여 화재 발생 위치 및 화재 발생을 감지하게 된다.

열을 가할 경우 부피가 팽창되는 물질(540)의 대표적인 예는 표 1과 같으며, 수은이 가장 유리하나 유해 물질이므로 아세톤을 다음으로 가장 적합한 물질이다.

물질명	수은	에테르	아세톤	크로로포름	사염화탄소	메탄올	벤젠	브롬수	에탄올
열팽창계수(mm/K)	61	1.51	14.3	12.7	12.2	12.0	11.5	11.2	11.0
끊는 점(℃)	356	34	56.5	61.2	77	64.7	80.1	59	78

도 4의 예에서는 광섬유케이블(600)이 절단되는 것으로 설명하였으나, 밀봉 마개(550) 상부에 설치되는 절단기(560) 대신에 금속봉 등을 설치할 경우 광섬유케이블(600)에 굽힘을 유발시킬 수 있음은 물론이다. 화재 발생시 광섬유케이블(600)을 절단시킬 경우에는 도 3의 실시예에서 광섬유케이블(600)이 인입되는 인입구(555)와 광섬유케이블(600)이 인출되는 인출구(565)에서 광섬유케이블(600)을 접착제 등으로 고정시키는 것이 좋다.

본 발명에서 제시된 도 1의 화재 감지 장치에 의한 화재 감지 방법은 터널, 지하차도, 지하공동구 등의 지역에 광섬유케이블을 설치하여 화재를 감지하는 광섬유를 이용한 화재 감지 방법에 있어서, 화재 발생 지점의 광섬유케이블을 굽힘 또는 절단 변형시키는 제 1단계와, 광섬유케이블에 펄스 레이저광을 입사시키는 제 2단계와, 입사된 펄스 레이즈광이 산란되어 다시 입사 방향으로 반송되는 후방산란광을 수광하는 제 3단계와, 수광된 후방산란광을 전기적인 신호를 변환하여 증폭시키는 제 4단계 및 제 4단계의 증폭신호를 분석하여 화재 발생 유무 및 화재 발생 위치를 파악하고, 이를 디스플레이하는 제 5단계에 의해 이루어짐을 알 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 화재 감지 장치에 사용되는 광섬유변형기의 일 예이다. 도 2 내지 도 4에 제시된 광섬유변형기는 형상기억합금을 사용하는데 고가이기 때문에 실제 산업계에 적용하기에는 약간의 어려움이 있다. 도 5 및 도 6에서는 형상기억합금 대신 비교적 낮은 가격으로 구현할 수 있는 광섬유변형기를 제시한다.

도 5에서는 내부에 열팽창 물질을 담고 있는 유리관과 일반 금속재 스프링을 이용하여 광섬유변형기를 구현하였다. 도 5(a)는 화재가 발생하기 전의 광섬유변형기의 설치 상태이며, 도 5(b)는 화재가 발생한 경우 광섬유변형기의 변형 상태를 도시한 것이다. 케이스(70)를 케이스 고정나사(71)를 이용하여 고정하고, 내부 관통통로(73)로 광섬유 케이블(60)을 통과시킨다. 광섬유 케이블(60)이 지나가는 통로와 수직되는 방향에서 한쪽에는 열팽창 물질(77)을 담고 있는 유리관(75)을 이용하여 광섬유케이블(60)을 지지한다. 반대쪽에서는 일반 금속재로 만들어지고 압축 상태에 있는 스프링(87)을 설치하여 광섬유케이블(60)이 직선 상태를 유지하도록 지지한다. 즉, 스프링(87)의 압축력을 유리관(75)이 지지하고 있는 상태를 이룸으로써 광섬유케이블(60)은 굴곡이 없는 평평한 상태를 유지하게 된다.

열팽창 물질(77)이 충진된 유리관(75)의 일 단은 제3고정부(79)를 통해 케이스(70)에 고정되고, 타 단은 케이블 제1 지지대(81)를 통해 광섬유케이블(60)을 지지하는 기능을 한다. 이때 열팽창 물질(77)은 유리관(75) 내부에 밀봉 상태로 충진되어야 하는데, 제3고정부(79) 및 케이블 제1 지지대(81)를 이용하여 밀봉할 수도 있고, 제3고정부(79) 및 케이블 제1 지지대(81) 외의 별도의 마개를 추가로 구비하여 밀봉할 수도 있음은 물론이다. 이와 유사하게 일반금속재 압축 스프링(87)의 일 단은 제4고정부(83)를 통해 케이스(70)에 고정되고, 타 단은 케이블 제2지지대(85)를 통하여 광섬유케이블(60)을 사이에 두고 케이블 제1 지지대(81)와 힘의 균형을 이루게 된다. 유리관(75) 내부에 충진되는 열팽창물질(77)의 종류에 따라서 화재 감지 시점을 용이하게 설정할 수 있으며, 이를 육안으로 확인할 수 있도록 색상을 달리하여 구현할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 38℃에서 68℃ 사이에서 유리관이 파열되는 것은 적색을 띠도록 구현하고, 66℃에서 93℃ 사이에서 유리관이 파열되는 것은 녹색을 띠도록 구현하는 것이다.

화재 발생 전에는 도 5(a)와 같은 상태를 유지한다. 화재가 발생하면, 도 5(b)와 같은 변형이 발생된다. 즉, 주위 온도가 상승하고, 상승된 온도에 의해 유리관(75) 내부에 충진된 열팽창물질의 부피가 커지게 되어 유리관(75)을 파괴시킨다. 이로 인해 압축 상태로 있던 스프링(87)은 이완되며, 이완된 스프링(87)에 의해 광섬유케이블(60)이 구부러지게 되는 것이다. 따라서 OTDR은 구부러짐에 의한 후방산란광을 검출하여 화재 발생 위치 및 화재 발생을 감지하게 된다.

도 5의 경우에도 열팽창 물질(77)이 충진된 유리관(75) 대신에 우드메탈로 형성된 막대 또는 스프링 형상으로 대체할 수 있음은 물론이며, 우드메탈과 광섬유케이블(60)이 접촉하는 부분에서 우드메탈의 단면을 넓게 형성하여 광섬유케이블(60)을 지지할 수 있을 정도로 형성할 경우에는 별도의 마개(81)를 제거할 수 있다. 화재 발생시 우드메탈로 형성된 막대 또는 스프링이 녹음으로써 도 5(b)와 같은 상태로 되어 광섬유케이블(60)이 구부러지게 되는 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 일 실시예의 화재 감지 장치에 사용되는 광섬유변형기의 일 예이다. 도 6에서는 내부에 열팽창률이 상이한 일반 금속재로 이루어지는 바이메탈(93, 95)를 구비하고, 바이메탈 상부에 돌기부(97)를 형성하고, 화재 발생시 돌기부(97)가 광섬유케이블(60)을 변형시키는 원리를 이용하여 광섬유변형기를 구현하였다. 도 6(a)는 화재가 발생하기 전의 광섬유변형기의 설치 상태이며, 도 6(b)는 화재가 발생한 경우 광섬유변형기의 변형 상태를 도시한 것이다.

케이스(70)를 케이스 고정나사(71)를 이용하여 고정하고, 내부 관통통로(73) 사이로 광섬유 케이블(60)을 통과시킨다. 광섬유 케이블(60)이 지나가는 통로(73)의 하단부에는 열팽창률이 상이한 두 개의 금속(93, 95)으로 이루어지는 바이메탈을 제5고정부(91)로 케이스(70)에 고정하고, 두 개의 금속 중 열팽창률이 상대적으로 낮은 금속(93)에는 외측으로 돌출되는 돌기부(97)를 형성한다. 또한 광섬유케이블(60)을 사이에 두고, 돌기부(97)와 대향되는 부분에는 바이메탈이 휘어질 경우 돌기부(97)가 수용될 수 있는 수용공간(99)을 형성한다.

화재 발생 전에는 도 6(a)와 같은 상태를 유지한다. 화재가 발생하면, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 변형된다. 즉, 주위 온도가 상승하고, 상승된 온도에 의해 바이메탈(93, 95)이 도면상의 상측으로 휘어지고, 이에 따라 돌기부(97)도 상측으로 휘어진다. 휘어진 돌기부(97)에 의해 광섬유케이블(60)이 구부러지게 되는 것이다. 따라서 OTDR은 구부러짐에 의한 후방산란광을 검출하여 화재 발생 위치 및 화재 발생을 감지하게 된다. 도 6에 제시된 실시예에서 바이메탈과 수용공간(99)의 위치는 하나의 실시예에 불과한 것으로, 광섬유케이블(60)을 사이에 두고 대향되는 위치라면 어디라도 무방한 것으로서, 예로서 바이메탈이 도면상으로 광섬유케이블(60) 상부에 위치하고, 수용공간(99)이 하부에 위치하여도 무방함은 물론이다.

본 발명의 바람직한 실시례가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다.

100: 광조사부 200: 광순환기
300: 광분석기 500: 광섬유변형기
510: 제 1 고정부 520: 형상기억합금
530: 실린더 540: 열팽창 물질
550: 밀봉 마개 555: 인입구
560: 절단기 565: 인출구
580: 제 2 고정부 590: 일반 금속 탄성체
600: 광섬유케이블

Claims

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화재가 발생할 수 있는 구조물 또는 지역에 광섬유케이블을 설치하여 화재를 감지하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치에 있어서,
광섬유케이블의 복수 개소에 설치되어 화재 발생시 상기 광섬유케이블을 구부리거나 절단시키는 광섬유변형기; 상기 광섬유변형기에 펄스 레이저광을 조사하는 광조사부; 상기 광조사부에 의해 조사된 광이 상기 광섬유케이블에서 산란되어 후방 반사되는 후방 산란광을 수광하고, 이를 전기적인 신호를 변환하여 증폭시키는 광분석기; 및 상기 광분석기의 출력신호를 분석하여 화재 발생 유무 및 화재 발생 위치를 파악하는 신호처리부를 포함하고,
상기 광섬유변형기는,
상기 광섬유케이블이 각각 인입되고 인출되는 인입구와 인출구를 갖는 케이스와, 상기 케이스 내부에 설치되며 내부에는 열팽창 물질을 수용하고 상부에는 상기 열팽창 물질의 팽창에 따라 상부로 상승하는 밀봉 마개를 구비하는 실린더와, 상기 밀봉 마개 상부에 설치되는 절단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치.
화재가 발생할 수 있는 구조물 또는 지역에 광섬유케이블을 설치하여 화재를 감지하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치에 있어서,
광섬유케이블의 복수 개소에 설치되어 화재 발생시 상기 광섬유케이블을 구부리거나 절단시키는 광섬유변형기; 상기 광섬유변형기에 펄스 레이저광을 조사하는 광조사부; 상기 광조사부에 의해 조사된 광이 상기 광섬유케이블에서 산란되어 후방 반사되는 후방 산란광을 수광하고, 이를 전기적인 신호를 변환하여 증폭시키는 광분석기; 및 상기 광분석기의 출력신호를 분석하여 화재 발생 유무 및 화재 발생 위치를 파악하는 신호처리부를 포함하고,
상기 광섬유변형기는,
상기 광섬유케이블이 각각 인입되고 인출되는 인입구와 인출구를 갖는 케이스와, 일 단은 상기 케이스의 제 3 고정부에 고정되고 타 단은 상기 광섬유케이블을 지지하도록 구성되며 내부에 열팽창물질이 충진된 유리관과, 일 단은 상기 케이스의 제 4 고정부에 고정되고 타 단은 상기 광섬유케이블을 사이에 두고 상기 유리관의 타 단과 힘의 균형을 이루면서 압축된 상태로 설치되는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치.
화재가 발생할 수 있는 구조물 또는 지역에 광섬유케이블을 설치하여 화재를 감지하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치에 있어서,
광섬유케이블의 복수 개소에 설치되어 화재 발생시 상기 광섬유케이블을 구부리거나 절단시키는 광섬유변형기; 상기 광섬유변형기에 펄스 레이저광을 조사하는 광조사부; 상기 광조사부에 의해 조사된 광이 상기 광섬유케이블에서 산란되어 후방 반사되는 후방 산란광을 수광하고, 이를 전기적인 신호를 변환하여 증폭시키는 광분석기; 및 상기 광분석기의 출력신호를 분석하여 화재 발생 유무 및 화재 발생 위치를 파악하는 신호처리부를 포함하고,
상기 광섬유변형기는,
상기 광섬유케이블이 각각 인입되고 인출되는 인입구와 인출구를 갖는 케이스와, 일 단은 상기 케이스의 제 3 고정부에 고정되고 타 단은 상기 광섬유케이블을 지지하도록 구성되며 막대 형상 또는 스프링 형상으로 구비되는 우드메탈과, 일 단은 상기 케이스의 제 4 고정부에 고정되고 타 단은 상기 광섬유케이블을 사이에 두고 상기 우드메탈의 타 단과 힘의 균형을 이루면서 압축된 상태로 설치되는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치.
제 7항에 있어서,
상기 유리관의 타 단에는 상기 광섬유케이블을 지지하기 위한 케이블 제 1 지지대가 더 구비되어, 상기 케이블 제 1 지지대와 상기 광섬유케이블이 맞닿는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치.
제 6항 또는 제 7항에 있어서,
상기 열팽창물질은 수은, 에테르, 아세톤, 크로로포름, 사염화탄소, 메탄올, 벤젠, 브롬수 및 에탄올 중에서 선택된 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치.
화재가 발생할 수 있는 구조물 또는 지역에 광섬유케이블을 설치하여 화재를 감지하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치에 있어서,
광섬유케이블의 복수 개소에 설치되어 화재 발생시 상기 광섬유케이블을 구부리거나 절단시키는 광섬유변형기; 상기 광섬유변형기에 펄스 레이저광을 조사하는 광조사부; 상기 광조사부에 의해 조사된 광이 상기 광섬유케이블에서 산란되어 후방 반사되는 후방 산란광을 수광하고, 이를 전기적인 신호를 변환하여 증폭시키는 광분석기; 및 상기 광분석기의 출력신호를 분석하여 화재 발생 유무 및 화재 발생 위치를 파악하는 신호처리부를 포함하고,
상기 광섬유변형기는,
상기 광섬유케이블이 각각 인입되고 인출되는 인입구와 인출구를 갖는 케이스와, 일 단은 상기 케이스의 제 5 고정부에 고정되고 타 단은 자유단으로 형성되는 바이메탈과, 상기 바이메탈을 이루는 금속 중에서 열팽창계수가 적은 금속상에 형성되는 돌기부와, 상기 광섬유케이블을 사이에 두고 화재 발생시 상기 돌기부가 휘어지는 위치에 상기 돌기부를 수용할 수 있는 수용공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 화재 감지 장치.
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