KR20140090315A - 터널 및 지하 차도 화재 감시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 및 지하 차도에 설치되어 화재가 발생할 경우 이를 감지하기 위한 터널 및 지하 차도 화재 감시 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 터널 및 지하 차도 화재 감시 장치는, 제1 광섬유 및 제2 광섬유를 포함하는 다수 개의 광섬유가 내부에 구비되고, 상기 제1 광섬유에 복수의 FBG(Fiber Bragg Grating) 온도센서가 캐스케이드 방식으로 형성되는 제1 온도 감지 튜브와; 제1' 광섬유 및 제2' 광섬유를 포함하는 다수 개의 광섬유가 내부에 구비되고, 상기 제2' 광섬유에 복수의 FBG(Fiber Bragg Grating) 온도센서가 캐스케이드 방식으로 형성되는 제2 온도 감지 튜브; 및 상기 제1 온도 감지 튜브와 상기 제2 온도 감지 튜브를 광학적으로 연결하는 광 어뎁터를 포함하고, 상기 제1 온도 감지 튜브와 상기 제2 온도 감지 튜브는 상기 제1 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성된 상기 제1 광섬유가 상기 제2 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 상기 제1' 광섬유와 광학적으로 연결되게 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

터널 및 지하 차도 화재 감시 장치{FIRE MONITORING APPARATUS FOR TUNNEL OR UNDERGROUND ROADWAY}

본 발명은 화재 감시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광센서 감지기를 이용하여 터널이나 지하공동구 등 비교적 광범위한 화재 감시대상물 전체 구간에 걸쳐 온도와 화재 발생 위치를 실시간으로 검출할 수 있는 화재 감시 장치에 관한 것이다.

현대사회의 복잡한 생활여건으로 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 건설구조라 할 수 있는 도로 터널은 우리나라의 지질학적 구조에 따라 물류비용 절감 및 자연보호라는 문제의 해결을 위하여 건설이 급증하고 있는 실정이다.

이러한 구조물은 반 밀폐구조로서 화재발생시 온도상승과 함께 유독성 연기의 확산으로 인해서 대피환경을 열악하게 하여 호흡과 시야장애 및 심리적인 공포감이 초래할 수 있으며, 피난 및 소화·구급활동에 제약을 받기 때문에 터널과 같은 구조물에서의 화재는 대형 인명 피해를 유발할 가능성이 아주 높은 것으로 보고되고 있으며, 또한 인명피해를 최소화하기 위해 초기 대피환경의 확보가 가장 중요하며, 이를 확보하기 위한 수단으로 초기에 화재를 감지하기 위한 감지설비와 제연설비의 중요성이 강조되고 있는 실정이다.

최근에 이러한 문제를 해소하기 위하여 터널 및 지하차도와 같이 길이 방향으로 긴 구조물 등의 화재 감시를 위해 열감지센서나 연기감지센서 등을 사용하여 자동 화재 탐지설비를 설계하여 왔다. 그러나, 이러한 열감지센서나 연기감지센서는 감지범위가 넓지 않기 때문에 터널 등과 같은 넓은 지역의 감시를 위해 매우 많은 수의 센서를 설치해야 하고, 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 있었다.

그리고, 정온식 감지 시스템에 있어서는, 70℃ 또는 90℃의 화재온도를 감지하면 감지기 내부의 절연체가 용융되어 꼬아져 있는 도체선이 단락됨으로써 화재신호를 발생시키는 원리로서, 70℃ 또는 90℃ 등 일정온도로 절연체의 용융점이 고정되기 때문에 주변 온도의 변화를 반영하지 못하여 정밀한 온도 검출이 어렵고, 70℃ 또는 90℃ 등 화재온도를 감지하기 전에는 온도를 표시할 수 없어서 열전도 상태를 알 수 없기 때문에 예비화재경보를 발령할 수 없었으며, 화재시 감지기가 동작한 지점은 표시하나 위치 정보가 부정확하여 신속한 화재의 감지 및 발화지점의 파악이 어려운 단점이 존재한다. 또한, 감지 거리도 약 1Km 이하로 제한되어 터널과 같은 장거리 구조물에는 부적합하고, 화재 발생시 감지선의 절연피복이 녹아버려 재사용을 할 수 없어 화재 발생 후 재설치해야 하는 단점도 있었다.

종래 화재감지 측정시스템은 대형 빌딩, 도로와 같이 길이 방향으로 긴 구조체의 경우 써머커플은 하나의 센서마다 하나의 케이블이 필요하기 때문에 케이블 배선 등에 따른 현장설치 용이성이 결여되어 있고, 무선 측정시스템이 일부 도입되어 운용중이나, 무선측정 시스템은 전원사용의 한계성으로 인하여 화재케이블로 활용되지 못하는 적용상의 한계성이 있었다. 또한 터널의 화재감지를 위해서 최근에는 라만 광섬유센서 측정시스템이 일부 도입되어 운영중이나, 라만 시스템은 화재감지를 위한 정밀도 확보를 위해서는 수십초에서 수분간의 데이터 분석 시간이 필요하여 실제 화재 조기경보에는 최적의 대안으로 적용되지 못하는 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 화재 감시 시스템의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, FBG 광센서 감지기를 이용함으로써 평시 화재 감시대상물의 전체 구간에 걸친 모든 지점의 온도를 실시간으로 감시하여 표시할 수 있는 화재 감시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 광센서감지기를 이용하여 검출된 광신호를 분석하여 화재 여부를 판단하고, 판단된 정보를 효율적으로 전달함으로써 조기에 정확한 위치에 효과적으로 화재경보를 발령하고 각종 소방설비를 제어하여 화재를 신속하게 진압할 수 있는 화재 감시 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

더불어, 본 발명은 그 센싱 목적 상 열전도가 우수한 강재에 의해 피복되어야 하는 화재감지용 광섬유 케이블을 구성함에 있어서, 종래 화재감지용 광섬유 케이블 대비 상대적으로 매우 작은 곡률로 휘어질 수 있어 작은 사이즈의 릴 형태로 운반 및 취급이 가능한 화재 감시 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터널 및 지하 차도 화재 감시 장치는, 제1 광섬유 및 제2 광섬유를 포함하는 다수 개의 광섬유가 내부에 구비되고, 상기 제1 광섬유에 복수의 FBG(Fiber Bragg Grating) 온도센서가 캐스케이드 방식으로 형성되는 제1 온도 감지 튜브와; 제1' 광섬유 및 제2' 광섬유를 포함하는 다수 개의 광섬유가 내부에 구비되고, 상기 제2' 광섬유에 복수의 FBG(Fiber Bragg Grating) 온도센서가 캐스케이드 방식으로 형성되는 제2 온도 감지 튜브; 및 상기 제1 온도 감지 튜브와 상기 제2 온도 감지 튜브를 광학적으로 연결하는 광 어뎁터를 포함하고, 상기 제1 온도 감지 튜브와 상기 제2 온도 감지 튜브는 상기 제1 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성된 상기 제1 광섬유가 상기 제2 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 상기 제1' 광섬유와 광학적으로 연결되게 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 터널 및 지하 차도 화재 감시 장치에 사용되는 온도 감지 튜브는, 다수 개의 광섬유와; 상기 광섬유의 길이방향을 따라 나선형 구조로 연장되며 상기 다수 개의 광섬유를 둘러싸는 금속 재질의 플렉서블 튜브; 및 상기 플렉서블 튜브의 외주면을 감싸는 외피를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 터널 및 지하 차도 화재 감시 장치에 의하면, 구조물의 길이에 제한없이 FBG 광섬유 온도 센서를 설치 사용할 수 있어 예컨데, 매우 긴 터널이나 차도에도 광섬유 기반의 온도 센서의 활용이 가능하게 되었다.

이에 따라, 라만 광섬유센서는 정밀도 향상을 위하여 수십초에서 수십분의 시간이 요구되는 반면, 본 발명의 화재 감시 장치는 다중 지점을 동시에 실시간으로 감시할 수 있고, 센싱 정밀도와 안정성도 함께 보장할 수 있으며, 또한 화재 발생시 그 발생 위치를 정확히 파악할 수 있는 효과가 있다.

또한, 광섬유 케이블이 나선형의 금속 재질의 피복으로 둘러싸여 있어 매우 작은 곡률로 휠 수 있고, 다양한 지물 구조에 유연하게 대응하여 탄력적으로 설치할 수 있는 바, 그 운반성, 취급성, 시공성 및 공사비 절감을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 및 지하차도 화재 감지 장치의 구성도.
도 2은 본 발명에 따른 일 실시예의 온도 감지 튜브의 구성예.
도 3는 본 발명에 따른 화재 감지 장치의 일 실시예로서, 온도 감지 튜브와 FBG 광섬유 센서 측정 장치 사이에 광 다중채널 스위치가 구비된 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 터널 및 지하차도 화재 감지 장치를 터널에 시공한 일 실시예.
도 5은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화재 감시 장치의 온도 감지 튜브의 분해 사시도.
도 6은 도 5의 결합 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 화재 감시 장치의 광섬유의 구성을 개략적으로 도시한 단면도.
도 8는 본 발명에 따른 화재 감시 장치의 광섬유 케이블이 릴 형태로 감긴 상태를 도시한 도면.

본 발명에 따른 터널 및 지하차도 화재 감지 장치는 내부에 다수 개의 광섬유를 구비하는 다수 개 온도 감지 튜브(20)와, 이웃하는 온도 감지 튜브(20)를 연결하는 광 어뎁터(60)와, 온도 감지 튜브(20)에 구비된 광섬유와 연결되어 온도 변화를 측정하는 FBG 광섬유 센서 측정 장치(10)로 구성된다.

그리고, 온도 감지 튜브(20) 내부에 구비된 다수 개의 광섬유 중 어느 하나의 광섬유에는 온도 센서(50)가 형성되어 있다.

여기서, 온도 센서(50)는 온도변화에 반응하는 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating) 온도센서로 형성될 수 있고, 이러한 브래그 격자(FBG) 온도센서는 바람직하게는 캐스케이드 방식으로 다수 개 형성될 수 있다.

따라서, 화재 발생에 의해 특정 FBG 온도센서(50)에 온도변화가 발생할 시 브래그 격자 간격의 변화가 발생하고, 이에 따라 반사되는 광의 파장이 달라지는 성질을 이용하여 반사광의 파장 변화량을 분석함으로써 온도변화(즉, 화재발생)를 감지하게 된다. 또한 각각 위치의 중심파장을 다르게 설계함으로써 화재발생시 정확한 화재 발생 위치를 파악할 수 있게 된다.

그리고, 터널 및 지하 차도 화재 감시 장치는 두 개의 온도 감지 튜브를 상호 연결시, 첫 번째 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성된 광섬유는 두 번째 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 광섬유와 연결되게 구성되는 것을 특징으로 한다.

마찬가지로, N 번째 온도 감지 튜브에 N+1 번째 온도 감지 튜브가 연속하여 연결될 시, N 번째 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성된 광섬유는 N+1 번째 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 광섬유와 연결되게 구성되는 것을 특징으로 한다. 여기서, N 번째, N+1 번째,.. 는 터널 및 지하 차도 화재 감시 장치의 일측 종단에서 타측 종단으로 향하는 순서를 의미하며, 일측과 타측은 최좌측과 최우측이거나, 또는 최우측과 최좌측일 수도 있다.

예컨데, 도 1의 경우, 상부 좌측에 설치되는 온도 감지 튜브가 N 번째 온도 감지 튜브가 되고, 상부 우측에 설치되는 온도 감지 튜브가 N+1 번째 온도 감지 튜브일 수 있다. 또는, 하부 좌측에 설치되는 온도 감지 튜브가 N 번째 온도 감지 튜브가 되고, 하부 우측에 설치되는 온도 감지 튜브가 N+1 번째 온도 감지 튜브일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 및 지하차도 화재 감지 장치의 구성도이다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

온도 감지 튜브(20)는 내부에 다수 개 광섬유를 구비하고, 적어도 하나의 제1 광섬유에는 복수 개 FBG 온도센서가 캐스케이드 방식으로 구비된다. 광 어뎁터(60)는 이웃하는 온도 감지 튜브(20)의 광섬유를 일 대 일로 연결하는 소자이다. FBG 광섬유 센서 측정 장치(10)는 각각의 광섬유에 광을 조사하고 FBG 온도 센서(50)로부터 반사되는 광을 분석하여 파장의 변화 여부를 통하여 온도를 측정하는 장치이다.

FBG 광섬유 센서 측정 장치(10)는 한 채널당 측정할 수 있는 가용 주파수 폭이 한정되어 있기 때문에 하나의 광섬유에 마련할 수 있는 FBG 온도 센서의 수는 제한된다. 예를 들어 1km 길이의 터널에 일정 간격으로 FBG 온도 센서를 설치하기는 여러 가닥의 광섬유 케이블이 필요하다. 본 발명에서는 이러한 한계를 극복하기 위하여 도 1과 같은 연결 방식을 제안하였다.

FBG 광섬유 센서 측정 장치(10)의 한 채널당 측정가능 파장범위는 80nm 또는 160nm로 하나의 FBG 온도 센서(50)가 2nm의 대역폭을 갖는다고 가정할 때, 하나의 채널로 측정할 수 있는 센서의 수는 약 80개가 된다. 따라서 하나의 광섬유에 5m 간격으로 FBG 온도 센서(50)를 설치한다고 가정하면, 하나의 광섬유로 감지할 수 있는 총 거리는 400m가 되는 것이다.

우리나라의 일반적인 터널은 2km 내외이기 때문에, 하나의 광섬유를 이용할 경우 터널 내의 화재 감지를 충실히 하지 못하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 하나의 온도 감지 튜브(20) 내에 FBG 온도 센서(50)가 구비되는 적어도 하나의 광섬유와 FBG 온도 센서(50)가 구비되지 않는 다심 광섬유를 동시에 삽입하여, 하나의 광섬유는 온도 측정용으로 사용하고, 나머지 광섬유는 이웃하는 온도 감지 튜브(20)와 광 어뎁터(60)에 의하여 지속적으로 연결되어 광신호 전달용으로 사용되도록 구성하였다.

도 1을 기준으로, 상부 좌측에 설치되는 제1 온도 감지 튜브(20)에는 21a, 23a, 25a, 27a 및 29a의 복수의 광섬유가 구비되고, 이 중 하나의 광섬유(21a)에만 일정 간격으로 FBG 온도센서(50)를 형성한다. 그리고, 상부 우측에 위치하는 제2 온도 감지 튜브(20)에는 21b, 23b, 25b, 27b 및 29b의 복수의 광섬유가 구비되고, 이 중 하나의 광섬유(23b)에만 일정 간격으로 FBG 온도 센서(50)를 형성한다.

다음으로 하부 우측에 위치하는 제3 온도 감지 튜브(20)에는 21c, 23c, 25c, 27c 및 29c의 복수의 광섬유가 구비되고, 이 중 하나의 광섬유(25c)에만 일정 간격으로 FBG 온도 센서(50)를 설치한다. 그리고, 하부 좌측에 위치하는 제4 온도 감지 튜브(20)에는 21d, 23d, 25d, 27d 및 29d의 복수의 광섬유가 구비되고, 이 중 하나의 광섬유(27d)에만 일정 간격으로 FBG 온도 센서(50)를 설치한다.

마지막으로 각 온도 감지 튜브 사이에 구비되는 광 어뎁터(60)를 이용하여 이웃하는 광섬유를 21a(센싱케이블), 23a(통신케이블)---23b(센싱케이블), 25a(통신케이블)---25b(통신케이블)--25c(센싱케이블), 및 27a(통신케이블)---27b(통신케이블)--27c(통신케이블)--27d(센싱케이블) 구조로 상호 연결하고, 제1 온도 감지 튜브(20)의 광섬유들를 FBG 센서 측정 장치(10)와 연결하면 모든 온도 감지 튜브(20)에 구비된 FBG 온도 센서(50)의 온도 변화를 측정할 수 있게 된다.

도 1의 상단 좌측의 온도 감지 튜브(20)는 내부에 제1 광섬유(21a) 및 제2 광섬유(23a)를 포함하는 다수 개의 광섬유(21a, 23a, 25a, 27a, 29a)가 구비되고, 상기 제1 광섬유에는 복수 개 FBG 광섬유 온도센서(50)가 캐스케이드 방식으로 연결 설치된다.

도 1의 상단 우측의 온도 감지 튜브(20)는 내부에 제1' 광섬유(21b) 및 제2' 광섬유(23b)를 포함하는 다수 개의 광섬유(21b, 23b, 25b, 27b, 29b)가 구비되고, 상기 제2' 광섬유에는 복수 개 FBG 광섬유 온도센서(50)가 캐스케이드 방식으로 연결 설치된다.

온도 감지 튜브 사이에는 광 어뎁터(60)를 구비하여 좌측 온도 감지 튜브(20)에 구비된 광섬유(21a)와 우측 온도 감지 튜브(20)에 구비된 광섬유(21b)를 광학적으로 연결하고, 좌측 온도 감지 튜브(20)에 구비된 광섬유(23a)와 우측 온도 감지 튜브(20)에 구비된 광섬유(23b)를 광학적으로 연결하였다.

결국, 상기와 같은 온도 감지 튜브의 연결 구조에 의하면, 제1 온도 감지 튜브는 제1 광섬유(21a) 및 제2 광섬유(23a)를 포함하는 다수 개의 광섬유가 내부에 구비되고, 상기 제1 광섬유(21a)에 FBG 온도센서(50)가 캐스케이드 방식으로 형성된다.

그리고, 제2 온도 감지 튜브는 제1' 광섬유(21b) 및 제2' 광섬유(23b)를 포함하는 다수 개의 광섬유가 내부에 구비되고, 상기 제2' 광섬유(23b)에 복수의 FBG(Fiber Bragg Grating) 온도센서(50)가 캐스케이드 방식으로 형성된다.

그리고, 제1 온도 감지 튜브와 제2 온도 감지 튜브는 광 어뎁터(60)에 의해 광학적으로 연결되고, 이 때 상기 제1 온도 감지 튜브와 상기 제2 온도 감지 튜브는 제1 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성된 제1 광섬유(21a)가 제2 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 상기 제1' 광섬유(21b)와 광학적으로 연결되게 구성된다.

여기서, 제2 온도 감지 튜브에 제3 온도 감지 튜브가 연속적으로 연결되고, 상기 제3 온도 감지 튜브는 제1'' 광섬유(21c), 제2'' 광섬유(23c) 및 제3'' 광섬유(25c)를 포함하는 다수 개의 광섬유가 내부에 구비되고, 상기 제3'' 광섬유(25c)에 FBG 온도센서(50)가 캐스케이드 방식으로 형성되며, 제1 온도 감지 튜브는 FBG 온도센서가 없는 제3 광섬유(25a)를 더 구비하고, 제2 온도 감지 튜브는 FBG 온도센서가 없는 제3' 광섬유(25b)를 더 구비하도록 구성할 경우, 다음과 같은 연결 구조를 갖게 된다.

즉, 상기 제2 온도 감지 튜브와 상기 제3 온도 감지 튜브를 광학적으로 연결하는 또 다른 광 어뎁터를 더 포함하고, 상기 제1 온도 감지 튜브와 상기 제2 온도 감지 튜브는, 제1 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 제3 광섬유(25a)가 상기 제2 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 제3' 광섬유(25b)와 광학적으로 연결된다.

그리고, 제2 온도 감지 튜브와 상기 제3 온도 감지 튜브는, 제2 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 상기 제1' 광섬유(21b)가 상기 제3 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 상기 제1'' 광섬유(21c)와 광학적으로 연결되고, 제2 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성된 제2' 광섬유(23b)가 제3 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 제2'' 광섬유(23c)와 광학적으로 연결된다.

그리고, 제2 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 제3' 광섬유(25b)는 제3 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성된 제3'' 광섬유(25c) 와 광학적으로 연결되게 구성된다.

광섬유 케이블은 외부 자극에 의하여 쉽게 손상이 발생되기 때문에, 본 발명에서는 열전도율이 높고 비교적 성형에 용이한 스테인레스 스틸 튜브 내부에 이를 보호함으로써 견고한 FBG 온도 센서를 제공할 수 있다.

FBG 광섬유 센서 측정 장치(10)는 가격이 상당히 고가이기 때문에 여러 대를 설치하는 것을 경제적 여건상 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에서는 다수 개 온도 감지 튜브(20)와 FBG 광섬유 센서 측정 장치(10) 사이에 광 다중채널 스위치(80)를 설치하였다.

도 3은 본 발명에 따른 화재 감지 장치의 일 실시예로서, 온도 감지 튜브(20)와 FBG 광섬유 센서 측정 장치(10) 사이에 광 다중채널 스위치(80)가 구비된 구성도이다. 광 다중채널 스위치(80)는 순차적으로 다수 개 온도 감지 튜브(20)에 설치된 광섬유 케이블과 접속되면서 해당 FBG 온도 센서의 변화값을 측정하도록 스위칭한다. 따라서 한 개의 온도 감지 튜브만을 측정할 수 있는 FBG 광섬유 센서 측정 장치(10)를 이용하여 복수 개의 온도 감지 튜브를 순차적으로 측정할 수 있는 이점이 있다.

도 4는 본 발명에 따른 터널 및 지하차도 화재 감지 장치를 터널에 시공한 일 실시예이다. 수 Km 터널 내에 도 1 또는 도 2에 제시된 화재 감지 장치를 광섬유 케이블(21) 형태로 시공하고, 광 다중채널 스위치(80)를 통해 연결된 FBG 광섬유 센서 측정 장치(10)를 통해 화재 발생 여부를 감지할 수 있게 된다. 도 4에서는 하나의 케이블(21)로 도시되어 있으나 이는 도면을 간단히 도시하기 위한 것이며 실질적으로는 도 1 또는 도 2와 같은 다수 개의 온도 감지 튜브(20)와 광 어뎁터(60)가 연속적으로 연결된 구조물이 설치되는 것이다.

또한, FBG 온도 센서(50)가 설치되지 않는 광섬유에 FBG 변형률계 센서, FBG 가속도계 센서 및 FBG 변위계 센서를 추가로 설치할 경우 터널의 변형률, 진동가속도, 처짐 등을 추가로 검출할 수 있는 이점이 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화재 감시 장치의 온도 감지 튜브의 분해 사시도이고, 도 6은 도 5의 결합 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 화재 감시 장치의 광섬유의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 화재 감시 장치는 그 센싱 목적 상 열전도가 우수한 강재에 의해 피복되어야 하는 화재감지용 광섬유 케이블을 구성함에 있어서, 종래 화재감지용 광섬유 케이블 대비 상대적으로 매우 작은 곡률로 휘어질 수 있어 작은 사이즈의 릴 형태로 운반 및 취급이 가능한 광섬유 케이블을 제시한다.

본 발명에 따른 화재 감시 장치의 온도 감지 튜브는 바람직하게는 케이블 형태로 구성되며, 이러한 광섬유 케이블 즉, 온도 감지 튜브(100)는 복수 개의 광섬유(110), 플렉서블 튜브(200) 및 외피(300)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따른 온도 감지 튜브(100)는 적어도 하나의 광섬유(110)를 포함하여 구성되거나 또는 복수의 광섬유 다발로 구성되고 어느 하나의 광섬유(110)에는 특정파장을 반사시키는 브래그 격자(130)가 형성되어 FBG 온도 센서 역할을 할 수도 있다.

여기서, 광섬유(110)는 도 1의 다수 개 광섬유 (21a,23a,25a,27a,29a) 중에서 선택된 적어도 하나의 광섬유 케이블일 수 있다.

온도 감지 튜브(100)를 구성하는 광섬유(110)는 특정 고정된 방향성을 가지지 않도록 서로에 대하여 느슨하게 배치되는 것이 좋다.

광섬유(110)는 유리코어 및 이를 둘러싸는 유리 크래딩(Cladding)으로 이루어진 유리섬유(120)를 포함하고, 유리 크래딩을 감싸며 마감하는 피복 레이어(140)를 더 포함하여 구성된다. 피복 레이어(140)는 하나 또는 다수개의 층으로 구성될 수 있으며 합성 수지재로 형성할 수 있다.

플렉서블 튜브(200)는 복수 개의 광섬유(110)를 적어도 부분적으로 둘러쌈으로써 하나의 광섬유 묶음을 구성할 수 있도록 하는 구성부이다. 바람직한 실시예에 따르면, 플렉서블 튜브(200)는 나선형 구조로 연장되는 스트립 또는 와이어 형태로 구성된다.

그리고, 플렉서블 튜브(200)의 나선형에 의해 형성된 중공에는 복수 개의 광섬유(110) 다발이 인입되어 플렉서블 튜브(200)의 길이 방향으로 연장되게 수용된다.

상기와 같은 구성에 의해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온도 감지 튜브(100)는 도 5,6과 같이 광섬유(110)의 길이방향을 따라 나선형으로 연장된 플렉서블 튜브(200)가 복수 개의 광섬유(110)를 둘러싸는 형태를 이루게 된다.

한편, 플렉서블 튜브(200)의 스트립 또는 와이어는 스틸(Steel)과 같이 열전도도가 우수한 금속 재질로 형성하는 것이 바람직한데, 이는 화재 발생시 열기가 플렉서블 튜브(200)를 통해 광섬유로 원활히 전달될 수 있도록 유도함으로써 FBG 온도 센서가 화재를 신속하고 정확하게 탐지할 수 있도록 하기 위함이다.

본 발명의 온도 감지 튜브(100)는 상기와 같이 광섬유(110)를 둘러싸며 보호하는 플렉서블 튜브(200)를 금속 등의 강재로 구성하더라도 플렉서블 튜브를 구성하는 단위 나선 간의 벤딩 동작이 가능하고, 이에 따라 플렉서블 튜브 전체가 작은 곡률로 휘어질 수 있어 작은 사이즈의 릴 형태로 운반 및 취급이 가능하고, 특히 화재 취약 지역의 다양한 지물 구조에 구애받지 않고 광섬유 케이블을 유연하게 구부려 탄력적으로 설치할 수 있게 된다.

외피(300)는 플렉서블 튜브(200)의 외주면을 마감하여 플렉서블 튜브와 광섬유(110)를 보호하는 피복층에 해당한다. 구체적으로 외피(300)는 플렉서블 튜브(200)의 길이 방향을 따라 감싸며 압지함으로써 벤딩 동작시에도 나선형 구조를 양호하게 유지할 수 있도록 하고, 외부 이물이 단위 나선 간의 이격 공간으로 유입되어 광섬유 케이블이 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이러한 외피(300)는 플렉서블 튜브(200)를 구성하는 단위 나선들이 양호한 나선 구조를 유지할 수 있도록 잡아주는 기능을 함과 동시에 화재 발생시 열기가 플렉서블 튜브(200)로 원활히 전달될 수 있는 구조와 재질로 형성되어야 한다.

상기와 같은 점을 고려한 바람직한 실시예에 따른 외피(300)는 다수의 금속사로 형성된 금속 브레이드(Steel Braid)인 것을 특징으로 한다. 즉, 도 5 및 도 6과 같이 금속 재질의 경사와 위사가 서로 아래위로 교차하여 짜여져 평면체의 금속 직물로 형성하였다.

이렇게 금속 직물 형태로 짜여진 외피(300)는 플렉서블 튜브(200)의 외주면을 감싸며 밀착됨으로써 광섬유 케이블의 외관을 형성하게 된다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 케이블 형태로 구성된 온도 감지 튜브가 릴 형태로 감긴 상태를 도시한 도면이다. 본 발명의 온도 감지 튜브(100)는 광섬유(110) 다발을 스틸과 같은 강재로 피복하더라도 플렉서블 튜브(200)와 외피(300)의 구조적 특징에 의해 유연 및 벤딩 동작이 원활히 가능하고, 이에 따라 도 8과 같이 매우 작은 곡률의 릴 형태로 감을 수 있어 대량의 광섬유 케이블을 매우 용이하게 운반 및 취급할 수 있게 된다.

한편, 도 8의 실시예의 경우 릴(5)에 감긴 광섬유 케이블(온도 감지 튜브)의 종단부는 피복 레이어가 입혀진 광섬유(110)의 일정 부분이 플렉서블 튜브(200)로부터 인출된 상태로 형성하고, 이렇게 외부로 인출된 광섬유(110)들의 각 단부에는 커넥터(150)를 형성하였다.

상기 커넥터(150)는 특정 릴에 감긴 광섬유 케이블을 또 다른 릴에 감긴 광섬유 케이블과 광학적으로 연결하기 위한 광 어뎁터(60) 연결용 커넥터이거나, 또는 광 다중채널 스위치(80)에 연결 접속하기 위한 커넥터이거나, 또는 FBG 온도센로부터 전송되는 센서신호를 이용해 화재여부 및 화재발생위치를 검출하는 FBG 광섬유 센서 측정 장치(10)와 연결하기 위한 커넥터일 수 있다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

10: FBG 광섬유 센서 측정 장치 20: 온도 감지 튜브
21a, 23a, 25a, 27a, 29a: 광 섬유
21b, 23b, 25b, 27b, 29b: 광 섬유
21c, 23c, 25c, 27c, 29c: 광 섬유
21d, 23d, 25d, 27d, 29d: 광 섬유
50: FBG 온도센서 60: 광 어뎁터
80: 광 다중채널 스위치 110: 광섬유
120: 유리섬유 130: 브래그 격자
140: 피복 레이어 150: 커넥터
200: 플렉서블 튜브 300: 외피(금속 브레이드)

Claims (7)

1. 터널 및 지하 차도에 설치되어 화재가 발생할 경우 이를 감지하기 위한 터널 및 지하 차도 화재 감시 장치에 있어서,
   제1 광섬유 및 제2 광섬유를 포함하는 다수 개의 광섬유가 내부에 구비되고, 상기 제1 광섬유에 복수의 FBG(Fiber Bragg Grating) 온도센서가 캐스케이드 방식으로 형성되는 제1 온도 감지 튜브;
   제1' 광섬유 및 제2' 광섬유를 포함하는 다수 개의 광섬유가 내부에 구비되고, 상기 제2' 광섬유에 복수의 FBG(Fiber Bragg Grating) 온도센서가 캐스케이드 방식으로 형성되는 제2 온도 감지 튜브; 및
   상기 제1 온도 감지 튜브와 상기 제2 온도 감지 튜브를 광학적으로 연결하는 광 어뎁터를 포함하고,
   상기 제1 온도 감지 튜브와 상기 제2 온도 감지 튜브는, 상기 제1 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성된 상기 제1 광섬유가 상기 제2 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 상기 제1' 광섬유와 광학적으로 연결되게 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 및 지하 차도 화재 감시 장치.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 온도 감지 튜브 내부에 더 구비되는 제3 광섬유;
   상기 제2 온도 감지 튜브 내부에 더 구비되는 제3' 광섬유;
   제1'' 광섬유, 제2'' 광섬유 및 제3'' 광섬유를 포함하는 다수 개의 광섬유가 내부에 구비되고, 상기 제3'' 광섬유에 복수의 FBG 온도센서가 캐스케이드 방식으로 형성되는 제3 온도 감지 튜브; 및
   상기 제2 온도 감지 튜브와 상기 제3 온도 감지 튜브를 광학적으로 연결하는 또 다른 하나의 광 어뎁터를 더 포함하고,
   상기 제1 온도 감지 튜브와 상기 제2 온도 감지 튜브는,
   상기 제1 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 상기 제3 광섬유가 상기 제2 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 상기 제3' 광섬유와 광학적으로 연결되고,
   상기 제2 온도 감지 튜브와 상기 제3 온도 감지 튜브는,
   상기 제2 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 상기 제1' 광섬유가 상기 제3 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 상기 제1'' 광섬유와 광학적으로 연결되고,
   상기 제2 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성된 상기 제2' 광섬유가 상기 제3 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 상기 제2'' 광섬유와 광학적으로 연결되며,
   상기 제2 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성되지 않은 상기 제3' 광섬유가 상기 제3 온도 감지 튜브의 FBG 온도센서가 형성된 상기 제3'' 광섬유와 광학적으로 연결되게 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 및 지하 차도 화재 감시 장치.
   
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 제1 온도 감지 튜브 또는 상기 제2 온도 감지 튜브는
   다수 개의 상기 광섬유;
   상기 광섬유의 길이방향을 따라 나선형 구조로 연장되며 상기 다수 개의 광섬유를 둘러싸는 금속 재질의 플렉서블 튜브; 및
   상기 플렉서블 튜브의 외주면을 감싸는 외피를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 및 지하 차도 화재 감지 장치.
   
4. 제3 항에 있어서,
   상기 외피는 다수의 금속사가 상호 교차하여 짜여진 금속 브레이드인 것을 특징으로 하는 터널 및 지하 차도 화재 감지 장치.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 온도 감지 튜브와 연결되어 상기 FBG 온도센서들의 온도 변화를 측정하는 FBG 광섬유 센서 측정 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 및 지하 차도 화재 감시 장치.
   
6. 제5 항에 있어서,
   상기 제1 온도 감지 튜브와 상기 FBG 광섬유 센서 측정 장치 사이에는 광 다중채널 스위치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 터널 및 지하 차도 화재 감지 장치.
   
7. 제1 항에 있어서,
   상기 FBG 온도센서가 설치되지 않는 적어도 하나의 광섬유에는 FBG 변형률계 센서, FBG 가속도계 센서 및 FBG 변위계 센서 중에서 선택된 적어도 하나의 센서가 형성되는 것을 특징으로 하는 터널 및 지하 차도 화재 감지 장치.
   

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