KR20170013046A

KR20170013046A - 광섬유온도센서와 정온식감지선형감지기를 이용한 하이브리드 화재감시 시스템

Info

Publication number: KR20170013046A
Application number: KR1020150105881A
Authority: KR
Inventors: 오태주; 신재만; 박병구; 유종관
Original assignee: 삼현컴텍(주)
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2017-02-06
Also published as: KR101712277B1

Abstract

본 발명은 광섬유온도센서와 정온식감지선형감지기를 이용한 화재감시 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 넓은 구간의 분포온도를 측정하여 비교적 큰 화재를 감지하는데 용이한 광섬유온도센서와 특정 위치의 온도가 기준온도를 초과하는지를 감지하는데 용이한 정온식감지선형감지기가 상호보완하도록 하여 화재의 발생 여부를 신속히 파악하여 대처할 수 있는 광섬유온도센서와 정온식감지선형감지기를 이용한 화재감시 시스템에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서의 본 발명은, 피측정대상물과, 상기 피측정대상물에 설치되는 광섬유와, 상기 광섬유에 빛을 주사하는 광원부와, 상기 광섬유의 시단부에 구비되는 온도산출유닛 및 제어부를 포함하여 구성되는 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시장치에 있어서, 상기 광섬유가 설치되어 있는 피측정대상물의 전체구간 또는 일부구간에는 정온식 감지선형이 더 구비되고, 상기 정온식 감지선형에는 상기 정온식 감지선형의 전류값 또는 저항값을 측정하여 화재발생 여부와 발생위치를 감지하는 선형화재감지부가 구비되며, 상기 선형화재감지부는 상기 제어부와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있다.

Description

광섬유온도센서와 정온식감지선형감지기를 이용한 하이브리드 화재감시 시스템{HYBRID FIRE MONITORING SYSTEM USING FIBER OPTIC TEMPERATURE SENSORS AND LINEAR FIXED-TEMPERATURE DETECTORS}

본 발명은 광섬유온도센서와 정온식감지선형감지기를 이용한 화재감시 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 넓은 구간의 분포온도를 측정하여 비교적 큰 화재를 감지하는데 용이한 광섬유온도센서와 특정 위치의 온도가 기준온도를 초과하는지를 감지하는데 용이한 정온식감지선형감지기가 상호보완하도록 하여 화재의 발생 여부를 신속히 파악하여 대처할 수 있는 광섬유온도센서와 정온식감지선형감지기를 이용한 화재감시 시스템에 관한 것이다.

도시화와 산업화가 가속될수록 이들 시설들을 유지하기 위한 전기, 가스, 수도, 통신 등과 같은 각종 유틸리티(120)(utility) 시설도 더욱 많아지고 복잡해지게 되었다. 더 나아가 오늘날에는 쾌적하고 안전한 생활환경에 대한 욕구가 증가함에 따라 위험하고 미관을 해치는 유틸리티(120)는 지하에 매설되는 경우가 증가하게 되었다. 전선이나 통신선 또는 가스관 등과 같은 시설을 지하에 매설하는 경우에 도심미관을 깨끗하게 할 뿐만 아니라 각종 사고로부터 유틸리티(120)뿐만 아니라 사람들의 안전도 보장할 수 있다는 이점이 있다.

하지만, 지하에 매설된 유틸리티(120)는 육안으로 쉽게 점검을 하기가 어렵고, 사람의 접근이 어려운 지하에서 화재가 발생하는 경우에 엄청난 피해를 유발하게 될 뿐만 아니라 복구에도 많은 시간과 비용이 들게 된다. 따라서 지하에 매설된 유틸리티(120)를 점검하는 일은 매우 중요한 일이 되었다. 하지만, 공기가 잘 통하지 않고 좁은 지하공간을 작업자가 수시로 드나들면서 육안으로 점검을 하는 것은 매우 번거롭고 어려운 일일 뿐만 아니라 많은 비용이 들게 된다. 또한, 전기합선 등과 같은 사고는 언제 어디서 발생할지 예측하기도 어렵기 때문에 투입되는 비용에도 불구하고 매우 비효율적이다. 따라서 오늘날에는 지하에 매설된 각종 유틸리티(120)를 감시하거나 점검하기 위하여 각종 센서나 감시카메라 등이 활용되고 있다.

종래에 지하에 매설된 유틸리티(120)에서 화재가 발생하는지를 감시하기 위하여 다양한 온도센서가 사용되었다. 온도센서에는 단일센서와 선형센서가 있다. 단일센서는 센서가 구비된 특정위치의 온도를 개별적으로 측정하는 센서를 말한다. 즉, 100m거리의 구간을 1m단위로 측정하기 위해서는 100개의 온도센서가 필요로 하며, 그마저도 각 센서들 사이의 온도를 감시하는데는 한계가 있다. 반면, 선형센서는 케이블형상으로 구성된 센서가 특정구간에 포설되어 상기 케이블형태의 센서 전구간에서 연속적으로 온도를 감지할 수 있는 센서를 말한다. 따라서 수킬로에서 수십 또는 수백 킬로미터 단위로 매설되는 지하의 유틸리티(120)를 감시하는 데는 광섬유센서와 같은 선형센서가 적합하다.

종래에 지하매설물의 온도나 화재감지를 위하여 사용되는 선형센서로 광섬유센서가 주로 사용되고 있었다. 광섬유센서를 이용한 온도측정시스템에 관한 종래기술로 대한민국 공개특허 제10-2010-0018345호, 대한민국 등록특허 제10-1135513호 등이 있다. 광섬유를 이용한 온도센서는 온도나 먼지 또는 습도 등의 영향을 거의 받지 않을 뿐만 아니라 수 킬로미터에서 수십 킬로미터까지 원하는 길이로 포설하여 원하는 부위의 온도를 연속적으로 측정할 수 있다는 이점이 있다. 따라서 저렴한 비용으로 광범위한 지역을 감지할 수 있다.

하지만, 광섬유를 이용한 온도센서는 연속적으로 역산란(back scattering)되는 신호를 감지하여 온도를 산출하기 때문에 그 파장의 크기가 최소 측정점 간격이 된다. 일반적으로, 광섬유를 이용한 온도센서 1m 간격으로 피측정대상물의 온도를 측정하고, 이와 같이 측정된 온도는 특정 지점에 대한 온도가 아니라 1m 구간에 대한 평균온도가 된다. 오늘날 가장 발전된 형태의 광섬유 온도센서도 피측정 대상물에 대한 0.5m 거리의 평균온도를 측정하는 정도이다. 따라서 특정 포인트(예를 들어 1cm 구간)에서 합선에 의한 스파크가 발생하여 국부적으로 온도가 급상승하는 경우에는 광섬유를 이용한 온도센서로는 이를 조기에 발견하기 어려운 문제점이 있다. 따라서 최소한 화재가 발생할 위험성이 높은 구간이나 화재가 발생할 경우에 피해가 클 것으로 예상되는 구간만이라도 국부적인 온도 급상승을 조기에 발견하여 화재를 예방하거나 조기에 진화할 수 있는 시스템이 필요하다.

KR

10-2010-0042773

A

KR

10-2010-0018345

A

KR

10-1135513

B1

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로, 넓은 구간에서 비교적 큰 화재를 감시하는데 용이한 광섬유를 이용한 온도센서와 특정 부위의 짧은 구간에서 특정온도를 초과하는 현상을 감지하는데 용이한 정온식 감지선형 감지기를 혼합하는 온도감지시스템을 이용하여 초기화재의 발견과 화재의 위치와 진행정도 등을 용이하게 탐지할 수 있는 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서의 본 발명은, 피측정대상물과, 상기 피측정대상물에 설치되는 광섬유와, 상기 광섬유에 빛을 주사하는 광원부와, 상기 광섬유의 시단부에 구비되는 온도산출유닛 및 제어부를 포함하여 구성되는 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시장치에 있어서, 상기 광섬유가 설치되어 있는 피측정대상물의 전체구간 또는 일부구간에는 정온식 감지선형이 더 구비되고, 상기 정온식 감지선형에는 상기 정온식 감지선형의 전류값 또는 저항값을 측정하여 화재발생 여부와 발생위치를 감지하는 선형화재감지부가 구비되며, 상기 선형화재감지부는 상기 제어부와 전기적으로 연결되도록 구비될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 정온식 감지선형은 상기 광섬유와 나란하게 설치될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 제어부는 상기 온도산출유닛에 의하여 산출된 광섬유의 온도 값이 미리 설정된 기준온도를 초과하거나 상기 선형화재감지부에서 화재감지신호가 수신되는 경우에 경보부를 통하여 알려주는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 제어부는 상기 온도산출유닛에서 화재감지신호가 수신되는 경우에 화재가 발생한 지점에 대한 제2 추정위치를 산출하여 표시하되, 상기 선형화재감지부에서 화재감지신호와 화재가 발생한 위치가 상기 제2 추정위치가 산출되지 전에 먼저 감지되는 경우에는 상기 선형화재감지부에 의하여 산출되는 제1 추정위치를 표시하고, 상기 선형화재감지부에서 감지되는 화재감지신호가 상기 제2 추정위치가 산출된 후에 수신되는 경우에는 상기 제1 추정위치를 표시하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 제어부는 상기 온도산출유닛에서 화재감지신호가 수신되지 않더라도 상기 선형화재감지부에 의하여 측정되는 제1 추정위치에 대응하는 위치의 온도변화비율이 미리 설정된 특정비율을 초과하는 경우에는 온도변화가 감지되는 위치에 대한 제2 추정위치를 산출하여 표시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 감지선형은 전선과 인접하게 나란히 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시방법은, 온도센서와 선형화재감지부를 이용하여 피측정대상물을 감시하는 단계; 상기 피측정대상물에서 화재신호가 감지되는 단계; 상기 화재신호가 수신되면 화재발생사실 및 위치를 표시하는 단계; 상기 화재신호가 온도센서에서 감지된 것인지 선형화재감지부에서 감지된 것인지를 판단하여 상기 화재신호가 선형화재감지부에서 감지된 경우에는 제2 추정위치를 추가로 산출하여 표시하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 '제2 추정위치를 추가로 산출하여 표시하는 단계'에서, 상기 특정시간 내에 상기 광섬유를 이용한 온도센서에서 화재신호가 감지되지 않는 경우에는 상기 산출된 제1 추정위치로부터 특정범위 내의 온도 중 온도변화가 가장 큰 부분의 위치를 제2 추정위치로 산출하여 표시하도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시 시스템에 의하면 피측정대상물 또는 감시대상에 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 병행하여 설치함으로써 특정부위의 온도가 일정온도 이상이 되는 경우에 정온식 감지선형 감지기가 신속하게 감지하여 화재발생을 방지하도록 조치를 취할 수 있고, 화재가 발생하는 불이 번지는 경우 또는 비교적 넓은 범위에서 갑작스런 화재가 발생하는 경우에는 광섬유온도센서를 이용하여 정확한 화재위치와 상황을 예측하여 대처할 수 있도록 하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유온도센서와 정온식감지선형감지기를 이용한 화재감시 시스템의 설치구성을 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유온도센서와 정온식감지선형감지기를 이용한 화재감시 시스템의 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 광섬유센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시장치의 동작흐름을 나타내는 도면.
도 4 내지 도 7은 광섬유센서에 의하여 측정되는 온도분포와 온도센서를 이용한 특정 포인트의 온도를 표시한 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유온도센서와 정온식감지선형감지기를 이용한 화재감시 시스템의 설치구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 광섬유온도센서와 정온식감지선형감지기를 이용한 화재감시 시스템의 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유온도센서와 정온식감지선형감지기를 이용한 화재감시 시스템은 피측정대상물(110)과, 상기 피측정대상물(110)에 설치되는 광섬유(130)와, 상기 광섬유(130)에 빛을 주사하는 광원부(150)와, 상기 광섬유(130)의 시단부에 구비되는 온도산출유닛(170) 및 제어부(190)를 포함하여 구성되는 광섬유온도센서(100)에 정온식 감지선형(210)과 상기 정온식 감지선형(210)의 저항값을 측정하는 수단이 포함되어 있는 선형화재감지부(230)를 포함하여 구성된다.

피측정대상물(110)은 본 발명에 따른 광섬유온도센서(100)와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시 시스템이 적용되어 온도를 측정하거나 온도변화를 감시하여 화재 또는 화재의 전조가 발생하는지를 감시할 대상을 말한다. 본 발명에 따른 광섬유온도센서(100)와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시장치는 주로 지하에 매설되어 사람의 접근이 제한적이거나 감시에 많은 비용이 소요되는 전선, 가스선, 통신선 등(이하 '유틸리티(120)'라 함)의 화재를 감시하는데 주로 사용된다. 다만, 상기와 같은 실시 예는 본 발명의 바람직한 일례를 나타내는 것으로, 필요에 따라서는 지상에 설치되어 있는 시설물 등 화재감시가 필요한 다양한 시설물에 설치될 수 있다. 특히, 본 발명은 국부지점에서 발생하는 초기화재를 감시하기 위한 것이 주 목적이므로, 전선 또는 전선이 포함되어 있는 유틸리티(120)를 감시하는데 유용할 것이다. 이때, 정온식 감지선형 감지기는 전선의 합선 등과 같은 유틸리티(120)의 국소부위 온도가 급상승하는 것을 감지하는데 유용하므로 광섬유(130)와 나란히 설치되는 감지선형을 전선과 인접하게 나란히 설치하는 경우에 전선의 합선에 의한 화재 등을 조기에 감지할 수 있을 것이다. 온도산출유닛(170)는 광섬유(130)를 이용한 온도센서에 일반적으로 사용되는 구성으로 이들 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 2에 도시된 광섬유온도센서(100)의 구성(Band Pass Filter부, 신호변환부, 신호증폭부, 분포온도연산부 및 아날로그·디지털변환부 등) 또한 광섬유온도센서(100)의 기본적인 구성을 나타내는 것으로, 상기와 같은 구성 및 각 구성의 역할은 본 발명의 출원인에 의하여 출원된 대한민국 특허출원 제10-2015-0056773호에 상세하게 게시되어 있다.

정온식 감지선형 감지기는 전술하여 설명한 광섬유(130)가 설치되어 있는 피측정대상물(110)의 전체구간 또는 일부 구간에 설치되는 정온식 감지선형(210)과 상기 정온식 감지선형(210)의 단락 여부와 저항값을 측정하여 화재발생 여부를 감시하는 선형화재감지부(230)를 포함하여 구성된다. 광섬유(130)를 이용한 온도측정에서 상기 광섬유(130)는 수 킬로미터에서 수십 킬로미터까지 연속적으로 설치가 가능하다. 그러나 정온식 감지선형 감지기는 감지거리가 1km 이하로 제한되며, 한번 작동을 하고 나면 재활용을 할 수 없기 때문에 화재가 발생할 우려가 많은 구간 또는 화재가 발생하는 경우에 피해가 클 것으로 예상되는 구간에 선별적으로 설치할 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 감지구간이 1km 이내인 경우에 전체구간에 설치할 수도 있으며, 1km 이내의 정온식 감지선형(230)을 복수개 설치할 수도 있을 것이다.

정온식 감지선형(210)은 플라스틱을 경계로 하여 2개의 강철선이 꼬여있는 형태로 구성되는 공지의 기술이다. 피복을 구성하는 물질은 일정한 온도 이상이 되면 녹는 물질로 되어 있으며, 서로 꼬여있는 강철선은 원형으로 복귀하고자 하는 힘이 저장되어 있다. 그리하여 피복이 일정온도 이상이 되어 녹으면 강철선이 원래의 위치로 복귀하면서 단락이 일어나서 두 도선 간에 전류가 흐르게 된다. 이때, 선형화재감지부(230)에서 도선에 흐르는 전류나 저항을 측정하여 정온식 감지선형(210)에 단락이 일어났는지와 거리를 감지하게 된다. 강철선을 감싸는 피복은 특정온도(70℃ 또는 90℃)가 되면 녹도록 구성되기 때문에 두 도선이 단락되었다는 것은 해당 부위의 온도가 피복의 임계온도보다 높다는 것을 의미하는 것이다. 그리고 강철선이 복원하면서 단락이 일어나면 선형화재감지부(230)에서 이를 감지하여 저항값의 차이를 비교함으로써 화재발생지점을 대략적으로 계산하여 산출할 수도 있다. 이처럼, 정온식 감지선형 감지기는 대상물의 온도를 정확하게 측정하는 것은 아니지만, 대상물이 특정온도에 도달하였는지를 선형적으로 파악하는데 매우 유용하다. 그리고 피복의 아주 작은 부위만 손상되어도 단락이 일어나기 때문에 국부가열을 감시하는데 매우 유용하다.

전술하여 설명한 광섬유온도센서(100)와 정온식 감지선형 감지기는 피측정대상에 나란히 설치되어 후술하여 설명하는 바와 같이 서로 보완적인 역할을 한다. 또한, 광섬유온도센서(100)와 정온식 감지선형 감지기는 제어부(190)와 전기적으로 연결되어 상기 제어부(190)에서 필요한 정보를 선별하여 모니터링을 하는 작업자에게 알려주도록 구성된다.

예를 들어, 제어부(190)는 광섬유온도센서(100)의 온도산출유닛(170)에 의하여 측정된 온도 값 또는 일정 기간의 온도변화가 미리 설정된 기준을 초과하거나 선형화재감지부(230)에서 화재신호가 수신되는 경우에 표시부(250) 또는 경보부(270)를 통하여 알려줄 수 있다. 광섬유온도센서(100)는 피측정대상물(110)의 온도를 선형적으로 측정하면서 상기 측정된 온도가 일정온도 이상이 되면 화재가 발생한 것으로 판단하여 작업자에게 통지할 수 있다. 예를 들어, 통상적으로 피측정대상물(110)의 온도가 평균 30℃이고, 계절적인 요인을 감안하더라도 70℃를 초과하지 않는 경우에 온도산출유닛(170)에서 측정되는 특정 부위의 온도가 70℃를 초과하면 제어부(190)에서 해당 부위에 화재가 발생한 것으로 판단하여 표시부(250)에 표시해 주거나 경보부(270)를 통하여 소리 또는 시각적으로 인식할 수 있는 수단으로 표시해 줄 수 있다. 또한, 온도변화가 미리 설정된 일정시간 내에 급격히 상승하는 경우에도 해당 부위에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이때, 제어부(190)는 갑자기 온도가 상승한 부위의 위치를 표시부(250)에 함께 표시해 줄 수 있다. 한편, 제어부(190)는 정온식 감지선형(210)에서 단락이 감지되는 경우에는 화재가 발생한 것으로 판단하여 작업자에게 통지할 수 있다. 이때, 선형화재감지부(230)는 단락이 발생한 위치를 대략적으로 파악하여 표시부(250)에 표시해 줄 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 제어부(190)는 온도산출유닛(170)에서 화재감지신호가 수신되는 경우에 화재경보와 함께 화재가 발생한 지점(이하 '제2 추정위치'라 함)을 표시할 수 있다. 그리고 선형화재감지부(230)에서 화재감지신호가 수신되는 경우에 화재가 발생한 사실과 해당 위치(이하 '제1 추정위치'라 함)를 표시해 줄 수 있다. 이때, 온도산출유닛(170)에 의하여 화재발생사실 및 제2 추정위치가 산출되기 전에 선형화재감지부(230)에 의하여 화재발생사실 및 제1 추정위치가 먼저 감지되고 산출되는 경우에는 상기 제1 추정위치를 일단 먼저 표시하고 추후에 제2 추정위치가 산출되면 상기 제2 추정위치를 표시해 주며, 상기 선형화재감지부(230)에 의하여 화재가 감지되기 전에 온도산출유닛(170)에 의하여 화재발생사실 및 제2 추정위치가 먼저 감지되는 경우에는 상기 제2 추정위치만 표시하고 제1 추정위치는 표시하지 않거나 참고자료로 표시할 수 있다. 이는 정온식 감지선형(210)감지기에 의하여 측정되는 제1 추정위치가 일반적으로 빨리 산출되지만 거리표시 오차가 길이에 대해 ±5% 정도로 광섬유온도센서(100)에 의하여 측정되는 제2 추정위치의 오차(약 0.5m~1m)보다 크기 때문에 좀 더 정확한 제2 추정위치가 항상 우선하여 표시되도록 하는 것이다. 그리하여 화재발생이나 화재의 전조(전기스파크 등으로 특정부위의 온도가 급상승하는 경우) 중 어느 하나가 먼저 감지되면 작업자에게 경보를 보내고, 해당 위치는 제1,2 추정위치 중 좀 더 정확한 제2 추정위치를 우선으로 표시하되, 제2 추정위치가 나오기 전에 제1 추정위치가 먼저 산출되면 상기 제2 추정위치가 나오기 전까지는 임시로 제1 추정위치를 표시하게 된다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시 예로 제어부(190)는 온도산출유닛(170)에서 화재감지신호가 수신되지 않더라도 선형화재감지부(230)에 의하여 산출되는 제1 추정위치에 대응하는 위치의 온도변화비율이 미리 설정된 특정비율을 초과하는 경우에는 온도변화가 감지되는 위치에 대한 제2 추정위치를 산출하여 표시할 수 있다. 예를 들어, 전술하여 예시한 바와 같이 선형화재감지부(230)는 특정 부위의 온도가 70℃ 또는 90℃가 되면 이를 감지하여(단락이 발생하여) 화재가 발생한 것으로 판단하고 표시할 수 있다. 이때, 광섬유(130)를 이용한 온도산출유닛(170)에서 미리 설정된 특정온도(예를 들어 70℃)에 도달하기 전이라도, 선형화재감지부(230)에 의하여 화재발생이 감지되면 해당 위치로부터 일정범위 내의 분포온도 중에서 특정 시간 내에 온도상승이 급격히 이루어지고 있는 부위의 온도를 산출하여 표시할 수 있다. 이는 후술하여 설명하는 바와 같이 광섬유(130)를 이용한 온도센서는 특정 포인트에 대한 온도가 아니라 일정 구간에 대한 평균온도 값이기 때문에 좁은 구간에서 순간적으로 온도가 급상승하는 것을 쉽게 감지하기 어렵기 때문이다. 반면 광섬유온도센서(100)는 측정시간이 길어질수록 분해능이 높아지기 때문에 제1 추정위치보다 화재감지 시점이 늦어도 시간이 지나면 변화의 정확한 분해와 제1 추정위치를 비교하여 좀 더 정확한 제2 추정위치의 산출이 가능할 수도 있기 때문이다.

도 3은 본 발명에 따른 광섬유센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시장치의 동작흐름을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 광섬유센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시장치는, 광섬유온도센서(100)와 선형화재감지부(230)를 이용하여 피측정대상물(110)을 감시하는 단계(S10)와, 상기 피측정대상물(110)에서 화재신호가 감지되면 화재발생사실 및 위치를 산출하여 표시하는 단계(S30)와, 상기 화재신호가 광섬유온도센서(100)에서 감지된 것인지 선형화재감지부(230)에서 감지된 것인지를 판단하여 상기 화재신호가 광섬유온도센서(100)에서 감지된 경우에는 종료하고(S50) 상기 화재가 선형화재감지부(230)에서 감지된 경우에는 제2 추정위치를 추가로 산출하여 표시하는 단계(S70)를 포함하여 구성될 수 있다.

전술하여 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유온도센서(100)와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시 방법은 피측정대상물(110)에 광섬유(130)와 감지선형을 병행하여 설치하여 상기 광섬유(130) 및 정온식 감지선형(210)을 통하여 화재가 발생하였는지를 감시하는 것이다. 그리하여 광섬유(130)와 정온식 감지선형(210) 중 어느 하나에서 화재신호가 감지되면 곧바로 해당 위치를 산출하여 표시부(250)와 경보부(270)를 통하여 모니터링을 하는 작업자에게 알려주게 된다.

이때, 화재신호가 광섬유온도센서(100)에서 감지된 경우에는 표시된 위치가 상대적으로 정확한 제2 추정위치이기 때문에 더 이상의 감시활동과 위치산출을 종료한다. 그러나 선형화재감지부(230)에서 화재신호 등이 감지된 경우에는 추가적으로 제2 추정위치를 산출하여 표시하도록 할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 화재가 발생하는 경우에 초기에는 정온식 감지선형 감지기에서 먼저 화재발생을 감지하거나 상기 정온식 감지선형 감지기와 광섬유온도센서(100)가 거의 동시에 화재신호를 감지하게 된다. 따라서 화재의 발생 여부는 두 감지기 중 먼저 수신되는 신호에 의하여 파악하고, 화재의 위치는 좀 더 정확한 위치산출이 가능한 광섬유온도센서(100)에 의하여 산출되는 제2 추정위치로 표시한다. 그런데 일반적으로 화재의 초기 또는 국부가열 등과 같은 화재 징조는 정온식 감지선형 감지기가 먼저 감지하기 때문에 제1 추정위치가 먼저 산출되게 된다. 따라서 이러한 경우에는 먼저 제1 추정위치를 표시하고 이어서 제2 추정위치가 산출되면 상기 제2 추정위치를 표시해 주는 것이다. 이때, 화재의 징조가 일정시간 서서히 장기간에 걸쳐서 이루어지는 경우에는 제1 추정위치가 나온 후에도 상당시간이 지나야 제2 추정위치가 산출될 수 있을 것이다. 따라서 이런 경우에는 제1 추정위치가 산출된 후에 미리 설정된 특정시간 내에 광섬유온도센서(100)에서 화재신호가 감지되지 않는 경우에는 먼저 산출된 제1 추정위치로부터 특정범위 내의 온도 중 온도변화가 가장 큰 부분의 위치를 제2 추정위치로 산출하여 표시하도록 할 수 있다. 예를 들어, 정온식 감지선형 감지기에서 30m 거리에서 화재신호가 감지되고, 일정시간이 지나도 광섬유온도센서(100)에서 화재신호가 감지되지 않으면 상기 광섬유온도센서(100)는 25m~35m 사이의 구간(혹은 그 이상의 구간)에서 온도변화가 급격히 일어나는 부분의 위치를 산출하여 제2 추정위치로 표시할 수 있다.

도 4 내지 도 7은 광섬유센서에 의하여 측정되는 온도분포와 온도센서를 이용한 특정 포인트의 온도를 표시한 그래프이다. 여기서 온도센서는 센서 주위의 온도만을 측정하는 비선형 센서를 말하며, 해당 지점에 대해 정확한 온도를 나타낸다. 온도센서 배열 케이블은 케이블에 온도센서를 일정한 간격으로 구비한 것으로 그래프에 표시된 점은 각 온도센서의 위치를 나타낸다.

먼저, 도 4(a)를 참조하면, 온도센서에 의하여 측정되는 실제 온도는 온도변화 패턴이 불균일함을 알 수 있다. 즉, 비슷한 온도구간에서도 특정 위치에서 온도가 급격히 변하여 꺾인 그래프로 나타날 수 있다. 그러나 광섬유센서에 의하여 측정되는 온도는 실제 온도와는 달리 비교적 부드러운 곡면을 나타냄을 알 수 있다. 이는 광섬유센서가 특정 부분이 아닌 일정구간에 대한 평균적인 온도를 나타내기 때문이다. 따라서 광섬유로 측정한 온도분포는 국부적인 온도의 변화를 감지하기는 어렵다.

도 4에서 (b)는 온도센서 배열 케이블 위에 5개의 물수건을 올려놓고 측정한 것으로, 각각의 물수건의 온도는 동일하다. 그리고 좌측부터 1~4번째 물수건은 온도센서에서 빗겨진 위치에 있고, 5번 물수건은 정확하게 온도센서 위에 올려져 있다. 그래프를 참조하면 온도센서의 경우에 물수건의 위치가 상기 온도센서와 일치하는 5번에서는 온도가 급격히 떨어지고, 물수건의 위치가 온도센서에서 빗겨져 있는 경우에는 온도변화 값이 작은 것을 알 수 있다. 이는 온도센서가 특정포인트의 온도만을 측정하기 때문이다. 그리고 온도센서에 의하여 측정된 복수의 물수건이 올려진 구간에 대한 온도는 양쪽 가장자리보다 가운데 부분이 낮게 측정되는데, 이는 물수건에 의하여 온도센서 주변의 케이블 온도가 낮아졌기 때문이다. 한편, 광섬유센서에 의하여 측정되는 온도는 물수건이 올려진 지점(point)이 실제 온도센서에 의하여 측정된 실제온도보다 높게 나타나며 온도센서에서와 같이 물수건이 올려진 지점에서 급격한 온도변화가 나타나지 않는다. 이는 광섬유온도센서(100)가 특정 포인트가 아닌 일정 구간에 대한 평균온도를 산출하는 것이기 때문에, 좁은 구간에 물수건이 올려져 있다는 것을 감지할 수는 없는 것이다. 즉, 1m 구간에 대한 평균온도를 산출하는 광섬유센서에서 상기 1m 구간 중 특정 1cm 부위의 온도가 급격히 변한다고 하더라도 전체 평균온도에 미치는 영향은 미미하기 때문에 그래프 상에서 눈에 띄게 나타나지 않는 것이다. 현재 사용되는 광섬유온도센서(100)는 1m 구간 대한 평균온도를 측정하는 것이 많으며, 일부 정밀한 광섬유온도센서(100)는 0.5m 간격에 대한 평균온도를 산출할 수도 있다. 따라서 실제 온도가 특정 지점에서 급격히 변하더라도 광섬유온도센서(100)로는 그 변화량을 감지하기가 어렵다. 즉, 산업현장에서 사용하는 광섬유온도센서는 넓은 구간을 비선형적으로 정확하게 감시할 수 있다는 장점이 있지만, 예를 들어 1km 거래로 설치된 전선 중에 1cm에서 합선이 발생하더라도 이를 신속하게 발견하기가 어려운 것이다. 하지만, 일정구간에 대한 온도변화의 패턴은 광섬유센서가 온도센서보다 잘 반영하고 있는 것을 알 수 있다. 이는 그래프에서 온도센서는 물수건이 놓여있는 전체 구간에서 5개(혹은 6개)의 포인트 온도만 측정한 것이지만, 광섬유센서는 전체구간의 온도를 평균한 것이기 때문이다. 즉, 광섬유센서는 폭발사고에 의한 순간적인 화재의 확산 또는 일정한 구간에서 동시다발적으로 화재가 발생하는 경우 또는 대형화재 등은 좀 더 정확한 감시가 가능하다는 것을 의미한다.

도 5는 물수건이 짧은 구간에 온도센서 위에 정확하게 올려져 있는 상태를 나타내는 그래프이고, 도 6 및 도 7은 물수건이 상대적으로 긴 구간에 올려져 있는 상태에서의 온도를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 온도센서 위에 정확하게 물수건이 올려져 있는 경우에 해당 지점에서의 온도는 실제로 급격히 변하지만 광섬유센서에는 거의 나타나지 않고 있다. 도 6과 도 7을 참조하면 물수건의 폭이 넓을수록 광섬유(130)에 의하여 측정되는 온도의 꼭지점은 실제온도에 가깝게 되는 것을 알 수 있다. 즉 온도변화가 발생하는 구간이 넓을수록 오히려 광섬유센서를 이용하는 것인 정확하게 감시할 수 있다는 것을 알 수 있다. 실제로 30cm 이상의 폭에서의 온도변화는 광섬유가 온도센서 또는 전술하여 설명한 정온식 감지선형 감지기보다 우수한 것으로 나타났다.

하지만, 실제 화재(특히 전선의 합선에 의한 화재)에서는 작은 불씨(스파크)가 점점 커져서 큰불이 된다. 그런데 광섬유(130)를 이용한 온도센서는 넓은 구간에 대한 온도를 비선형적으로 측정할 수 있다는 매우 큰 장점이 있지만, 짧은 구간에서 발생하는 작은 불씨를 잡아내는 데는 한계가 있다. 따라서 이러한 문제를 보완하기 위하여 본 발명에 따른 광섬유온도센서(100)와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시방법은 광섬유(130)와 정온식 감지선형(210)을 동시에 설치하여 짧은 구간에서 발생하는 초기화재를 조기에 감지할 수 있도록 한 것이다. 예를 들어, 1km 구간에 광섬유(130)와 정온식 감지선형 감지기를 동시에 설치한 경우에 특정지점에서 스파크가 발생하여 순간적으로 1cm 구간의 온도가 수 백도로 높아질 경우에, 광섬유센서는 이를 감지할 수 없지만 정온식 감지선형 감지기는 즉각적으로 피복이 녹아서 단락이 발생하기 때문에 실시간으로 파악할 수 있다. 즉, 정온식 감지선형 감지기는 대상물의 현재온도는 측정할 수 없지만 대상물의 특정 부위 온도가 일정온도 이상이 되었는지는 쉽게 파악할 수 있는 것이다. 따라서 광섬유(130)와 정온식 감지선형(210)을 적절히 조합하여 이용하면 특정 포인트에서 화재의 조짐이 있는지와 비교적 넓은 구간(0.5m 간격으로 측정이 가능한 경우에 20~30cm이상의 폭)에서 화재가 발생하였는지를 쉽게 판단할 수 있다. 또한, 광섬유센서를 이용하여 화재의 위치를 좀더 정확하게 산출할 수 있다.

이상의 실험에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감지 시스템은, 기본적으로 광섬유온도센서를 이용하여 감시가 필요한 넓은 구간에서 온도측정을 선형적으로 하면서 화재를 감시할 수 있다. 그리고 화재가 발생하였을 경우에 발화위치를 비교적 정확하게 파악할 수 있다. 그리고 광섬유온도센서로는 감지하지 못하는 특정 포인트에서의 과열이나 합선 등은 정온식 감지선형 감지기를 이용하여 순식간에 파악할 수 있다. 정온식 감지선형 감지기는 평상시에 피측정대상물에 대한 온도측정을 할 수 없고 감지거리가 비교적 작지만, 짧은 구간에서 순간적인 과열도 쉽게 파악할 수 있고 그 위치도 비교적 정확하게 파악할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 정온식 감지선형 감지기는 광섬유온도센서에 대한 보완수단으로 화재의 위험이 커거나 화재가 발생할 경우에 피해가 클 것으로 예상되는 구간에 선별적으로 설치하면 매우 효과적인 감시가 가능할 것이다. 정온식 감지선형의 길이가 길어질 수록 화재위치에 대한 오차가 커지는 것은 광섬유센서를 이용하여 보완할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 광섬유온도센서
110: 피측정대상물
120: 유틸리티
130: 광섬유
150: 광원부
170: 온도산출유닛
190: 제어부
210: 정온식 감지선형
230: 선형화재감지부
250: 표시부
270: 경보부

Claims

피측정대상물과, 상기 피측정대상물에 설치되는 광섬유와, 상기 광섬유에 빛을 주사하는 광원부와, 상기 광섬유의 시단부에 구비되는 온도산출유닛 및 제어부를 포함하여 구성되는 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시장치에 있어서,
상기 광섬유가 설치되어 있는 피측정대상물의 전체구간 또는 일부구간에는 정온식 감지선형이 더 구비되고, 상기 정온식 감지선형에는 상기 정온식 감지선형의 전류값 또는 저항값을 측정하여 화재발생 여부와 발생위치를 감지하는 선형화재감지부가 구비되며, 상기 선형화재감지부는 상기 제어부와 전기적으로 연결되도록 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 정온식 감지선형은 상기 광섬유와 나란하게 설치되는 것을 특징으로 하는 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제어부는 상기 온도산출유닛에 의하여 산출된 광섬유의 온도 값이 미리 설정된 기준온도를 초과하거나 상기 선형화재감지부에서 화재감지신호가 수신되는 경우에 경보부를 통하여 알려주는 것을 특징으로 하는 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제어부는 상기 온도산출유닛에서 화재감지신호가 수신되는 경우에 화재가 발생한 지점에 대한 제2 추정위치를 산출하여 표시하되, 상기 선형화재감지부에서 화재감지신호와 화재가 발생한 위치가 상기 제2 추정위치가 산출되지 전에 먼저 감지되는 경우에는 상기 선형화재감지부에 의하여 산출되는 제1 추정위치를 표시하고, 상기 선형화재감지부에서 감지되는 화재감지신호가 상기 제2 추정위치가 산출된 후에 수신되는 경우에는 상기 제1 추정위치를 표시하지 않는 것을 특징으로 하는 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제어부는 상기 온도산출유닛에서 화재감지신호가 수신되지 않더라도 상기 선형화재감지부에 의하여 측정되는 제1 추정위치에 대응하는 위치의 온도변화비율이 미리 설정된 특정비율을 초과하는 경우에는 온도변화가 감지되는 위치에 대한 제2 추정위치를 산출하여 표시하는 것을 특징으로 하는 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 감지선형은 전선과 인접하게 나란히 설치되는 것을 특징으로 하는 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시 장치.
온도센서와 선형화재감지부를 이용하여 피측정대상물을 감시하는 단계;
상기 피측정대상물에서 화재신호가 감지되는 단계;
상기 화재신호가 수신되면 화재발생사실 및 위치를 표시하는 단계;
상기 화재신호가 온도센서에서 감지된 것인지 선형화재감지부에서 감지된 것인지를 판단하여 상기 화재신호가 선형화재감지부에서 감지된 경우에는 제2 추정위치를 추가로 산출하여 표시하는 단계;
를 포함하여 구성되는 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시방법.
청구항 7에서,
상기 '제2 추정위치를 추가로 산출하여 표시하는 단계'에서,
상기 특정시간 내에 상기 광섬유를 이용한 온도센서에서 화재신호가 감지되지 않는 경우에는 상기 산출된 제1 추정위치로부터 특정범위 내의 온도 중 온도변화가 가장 큰 부분의 위치를 제2 추정위치로 산출하여 표시하는 것을 특징으로 하는 광섬유온도센서와 정온식 감지선형 감지기를 이용한 화재감시방법.