JPH03136195A - 火災検知システム - 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、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６３７
３４００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が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出している。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、 複数のリング状巻同部を有し、入射パルスに基き温度に
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を具え、 各巻回部の温度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一 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
部を構成する光フア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、−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−や光フア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る。

光ケーブル３には複数のリング状巻回部３８〜３１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３８〜３１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！。よ
りも長くならなければならない。この長さ！。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
！。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アイバケーブル
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、
−層速やかに温度検出することができる。

各巻回部３８〜３１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３
８〜３１の温度を順９− ０− 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〜３１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す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″Ｃ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１Ｇ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
だけが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、火災が発生してがら短時間
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７．２
ｍの模擬トンネルを設置し、トンネル中央の床面上に０
．７ｒｎＸ０．７ｍ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、クランド径１２
５μｍ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２０
ｍ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、−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−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か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°Ｃにおける昇温速度
は本発明による温度検出センサの約１７３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、３ ４ 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
。

（］）光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〜３１・・・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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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を具え、 各巻回部の温度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、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。 ３、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又は２に記載の火災検知システ
   ム。 ４、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、２又は３に記載
   の火災検知システム。 ５、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２から４までのい
   ずれか１項に記載の火災検知システム。