JPH084499A - トンネル防災設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 誤動作を生ずるおそれがなく、また、風があ
っても火災の発生場所を正確に検出することのできるト
ンネル防災設備を得ること。 【構成】 トンネル内の長さ方向に光ファイバ１を設置
し、光ファイバ１の一端から入射した光の散乱によるエ
コーを利用して、光の散乱位置及びこの位置の温度を測
定することにより火災の発生を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル防災設備に係
り、さらに詳しくは、光ファイバを温度センサとして使
用したトンネル防災設備に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、トンネルの防災設備は、通常、ト
ンネルの長さ方向を複数の区画に分け、各区画ごとに火
災を監視する炎検知器を設け、火災発時にはその区画に
放水して消火活動を行うようになっている。

【０００３】図９は従来のトンネル防災設備の一例を示
す系統図である。図において、２０ａ，２０ｂ，…はト
ンネルの長さ方向を適宜長さ（例えば、２５ｍ）に区分
した区画で、各区画２０ａ，２０ｂ，…の天井にはそれ
ぞれ複数個の炎検知器２２が設置されており、これら各
炎検知器２２は伝送線２３により中央防災盤２１に接続
されている。２４ａ，２４ｂ，…は各区画２０ａ，２０
ｂ，…ごとに設置された中継器で、各中継器２４ａ，２
４ｂ，…は伝送線２５により中央防災盤２１に接続され
ている。

【０００４】２６は送水管で、各区画２０ａ，２０ｂ，
…ごとに分岐した枝管には自動弁２７ａ，２７ｂ，…が
設けられており、中継器２４ａ，２４ｂ，…の指令によ
りその開閉が制御される。２８ａ，２８ｂ，…は自動弁
２７ａ，２７ｂ，…に接続された放水ヘッドである。

【０００５】上記のようなトンネル防災設備において、
例えば、区画２０ｄに火災が発生すると、その区画２０
ｄに設置された炎検知器２２がこれを検知し、中央防災
盤２１に火災信号を送信する。火災信号を受けた中央防
災盤２１は、火災の発生とその場所（区画）を確認し、
当該区画２０ｄの中継器２４ｄに指令を送る。これを受
けた中継器２４ｄは自動弁２７ｄを開放して放水ヘッド
２８ｄから放水し、消火する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のトンネル防災設
備は、上述のように火災検知器に炎検知器を使用してい
るため、トンネル内を走行する自動車のライトなどによ
り誤動作を生ずることがあり、また、何かの物陰などで
火災が発生した場合は、火炎が見えないためこれを検知
できないなどの問題があった。

【０００７】本発明は、上記の課題を解決すべくなされ
たもので、誤動作を生ずるおそれがなく、また、火災の
発生場所を正確に検出することのできるトンネル防災設
備を得ることを目的としたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るトンネル防
災設備は、以下のように構成したものである。 （１）トンネル内の長さ方向に光ファイバを設置し、こ
の光ファイバの一端から入射した光の散乱によるエコー
を利用して光の散乱位置及びこの位置の温度を測定する
ことにより火災の発生を検知するようにしたものであ
る。

【０００９】（２）トンネル内の長さ方向に設置された
光ファイバと、トンネル内の温度変化によって生ずる光
ファイバに入射した光の散乱によるエコーに基いてこの
光ファイバの始端から一定の距離ごとの温度を検出する
温度検出部と、温度検出部からの情報によって火災発生
の有無を判別する火災判別部とを備えたものである。

【００１０】（３）トンネル内の長さ方向に所定の間隔
で設置された炎検知器と、トンネル内の長さ方向に設置
された光ファイバと、トンネル内の温度変化によって生
ずる光ファイバに入射した光の散乱によるエコーに基い
てこの光ファイバの始端から一定の距離ごとの温度を検
出する温度検出部と、炎検知器及び温度検出部からの情
報によって火災発生の有無を判別する火災判別部とを備
えたものである。

【００１１】（４）上記（１）〜（３）のトンネル防災
設備において、トンネル内に該トンネル内の風速を検出
する風速計を設置すると共に、温度検出部又は火災判別
部に、前記風速計からの情報に基いて光ファイバ又は光
ファイバと炎検知器からの情報による火災の発生場所を
補正する補正手段を設けたものである。

【００１２】（５）上記（１）〜（４）のトンネル防災
設備において、波長の異なる２つのエコーを用い、その
強度比を温度の関数としたものである。 （６）上記（２）〜（５）の火災判別部は、次のように
して火災の発生を判定するものである。 （ａ）あらかじめ温度上昇率のしきい値を設定してお
き、測定した温度の上昇率がしきい値を超えたときは火
災が発生したと判定する。 （ｂ）光ファイバの始端から一定距離ごとの平均温度を
それぞれ算出し、ある場所における温度が平均温度に対
してあらかじめ設定した温度幅より高い場合は火災が発
生したと判定する。

【００１３】（ｃ）光ファイバの始端から一定距離ごと
の最高温度の上限をそれぞれ設定しておき、ある距離に
おける温度が上限より高い場合は火災が発生したと判定
する。 （ｄ）上記（ａ）〜（ｃ）のうち２以上を組合せて火災
の発生を判定する。

【００１４】

【作用】本発明は、トンネルの天井などに光ファイバを
温度センサとして設置し、火災の発生を検知するように
したものである。光ファイバを利用した温度センサは、
近年の技術革新により急速な発展を遂げたのであるが、
その測定の原理や構成などはそれほど知られていないの
で、ここではその測定原理について説明する。

【００１５】光ファイバによる温度センサは、１本の光
ファイバの全長を温度センサとし、さらにそれを検知情
報の伝送路としても機能させて、光ファイバの一端から
他端まで、全長に亘る温度分布を一括して測定すること
のできる画期的な温度センサである。

【００１６】よって、以下に図７の測定原理図、図８の
散乱現象説明図により、この温度センサの測定原理を説
明する。まず、図７に示すように、入射パルス光２を光
ファイバ１の一端から入射させると、透過光３として光
ファイバ１内を伝搬する。そして、例えば、光ファイバ
１のＡ点で火災の原因となるような事態（例えば、トン
ネル内の温度が急激に上昇した場合）が発生すると、図
８に示すようにＡ点でガラスの熱振動が起こり、ガラス
を構成する原子間で振動が常温のそれよりも大きくなる
ため、そのときの温度に依存して入射光とは波長の異な
るラマン散乱光４が発生する。

【００１７】すなわち、入射光の波長λ₀ と同じ波長の
レイリー散乱光の他に、入射光とガラスの熱振動との相
互作用によって、入射光とは波長の異なる２つのラマン
散乱光４が発生する。このラマン散乱光４は、入射光が
ガラスの振動にエネルギを奪われると波長の長いストー
クス光（λ₀ ＋λ）となり、逆にエネルギを貰うと波長
の短いアンチストークス光（λ₀ −λ）になる。そし
て、ラマン散乱光４の強度は、ガラスの振動、つまりガ
ラスの温度に依存するので、温度が高くなるとラマン散
乱光４の強度も大きくなる。

【００１８】このようにして発生したラマン散乱光４の
一部は、図７に示すように、後方散乱光５として再び入
射端に戻ってくる。戻るまでの伝搬時間ｔから距離ｘ、
すなわち、入射端からＡ点までの距離が計測できる。つ
まり、光ファイバ１内において、温度が突然上昇した位
置が同定され、位置検出が可能になる。したがって、１
本又は複数本の光ファイバ１を設置して各光ファイバ１
ごとに監視できる監視単位を形成し、これらを機能的に
総合した火災検知方式を構成することにより、火災の発
生及びその位置を正確に検知することができる。この場
合、光を用いているが、その原理は電波を用いたレーダ
と同じである。

【００１９】そこで、入力端に戻ってきたラマン散乱光
だけを光学フィルタで分離・検出し、その強度を測定す
れば、Ａ点の温度を測定することができる。なお、本発
明では、波長の異なる２つのラマン散乱光を共に用い、
例えばその強度比を温度の関数として使用しているの
で、測定精度を向上することができる。

【００２０】

【実施例】図３は本発明の原理的構成を示すブロック図
で、本発明は、光ファイバ（センサ部）１、温度検出部
６及び演算器を含む火災判別部１４、ＣＲＴ１５等から
なる中央防災盤７によって構成されている。トンネル内
の温度を測定するには、天井などに設置した光ファイバ
１に、パルス駆動回路８によって半導体レーザ等の投光
素子９からのパルス光２を入射させると、透過光３の通
過位置で前述のラマン散乱光が発生し、その一部が後方
散乱光５として温度検出部６へ戻ってくる。戻った後方
散乱光５を光分波器１０内のフィルタでアンチストーク
ス光Ｉａとストーク光Ｉｓに分離し、それぞれ受光素子
１１で電気信号に変換し、増幅回路１２で増幅したのち
処理装置１３へ入力する。処理装置１３では、サンプリ
ング時間ごとにディジタル量に変換し、各サンプリング
点（距離に比例）に対応したメモリに加算する。そし
て、以上の操作を自動的に所定回繰り返す（積分処
理）。

【００２１】この積分処理の最終回（Ｎ回）に、各メモ
リ内の積算値をＮで除して平均化（これを平均化処理と
いう）することにより、雑音（バックグランド）を大幅
に除去して各メモリに記憶されたＩａとＩｓの強度比か
ら温度を算出する。各メモリは距離に対応しているた
め、これにより最終的に温度分布が求められる。この情
報は中央防災盤７に入力されて火災発生の有無及びその
場所が確認され、かつ、光センサ１に沿ったトンネル内
の温度分布をＣＲＴ１５に表示する。このようにして得
られた温度分布のデータにより、トンネル内の火災の発
生を、迅速かつ精度よく検出することができる。

【００２２】図４は上記Ｉａ／Ｉｓの強度比（縦軸）と
温度（横軸）との関係を示す線図であり、実線は論理値
を、丸印は実験値を示す。図から明らかなように、Ｉａ
／Ｉｓの強度比は温度の関数であり、密接に依存するこ
とがわかる。したがって、これらのラマン散乱光の強度
を入射パルス光２の光ファイバ１への入射後の時間関数
として計測することにより、光ファイバ１に沿って温度
分布を知ることができる。

【００２３】温度センサとしての光ファイバ１は、検出
感度としての距離分解能（センサ単位長）は１ｍ、測定
温度範囲は−５０℃〜＋５００℃であり、温度精度は±
１℃という優れた性能を備えている。加えて、トンネル
内に設置される温度検出部６はステンレス（ＳＵＳ鋼）
構造のため強度が大で、その上高温多湿等の影響も受け
ずに運転することができ、さらに、中央防災盤７で一括
制御できるので、監視やメンテナンスも容易である。

【００２４】実施例１ 図１は本発明の第１の実施例の系統図である。なお、図
９の従来例と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明
を省略する。本実施例は、炎検知器に代えて光ファイバ
１を温度センサとして用いたもので、１はトンネルの天
井等に設置された光ファイバ、６はトンネル内の温度変
化に基づく光ファイバ１の後方散乱光によるエコーによ
って、始端から一定の距離ごと（したがって区画２０
ａ，２０ｂ，…ごと）の温度を検出する温度検出部で、
伝送線１９を介して火災判別部１４やＣＲＴ１５を備え
た中央防災盤７に接続されている。なお、上記の温度検
出部６は例えばトンネル内に設置され、中央防災盤７は
例えば中央制御室などに設置されている。

【００２５】上記のような光ファイバ１は、例えば、図
２（ａ）に示すように、トンネルＴの側壁の長さ方向に
沿って設置され、あるいは、図２（ｂ）に示すように、
トンネルＴの天井にある角度をもって設置されている。
なお、トンネルＴ内は通常２車線の場合が多く、断面上
２か所に光ファイバ１を設ければ、いずれの車線で火災
が発生したかを確認することができる。また、図２
（ｃ）に示すように、１本の光ファイバ１をトンネルＴ
の幅方向に沿って交互に折返しながら長さ方向に設置す
れば、トンネルＴ内の温度分布を詳細に把握することが
できる。さらに、状況に応じて設置場所、設置状態を適
宜選択してもよい。なお、実施例では、光ファイバ心線
に、厚さ０．２ｍｍ、外径約２．４ｍｍのステンレス管
を被覆した光ファイバ１を使用した。

【００２６】上記のように構成した本実施例において
は、トンネル内の温度は、これに設置した光ファイバ１
により、図７で説明した原理に基づいて各区画２０ａ，
２０ｂ，…ごとに温度検出部６で測定され、火災判別部
１４で火災発生の有無が判定されると共に、トンネル内
の温度の状況がＣＲＴ１５（図３参照）で表示される。

【００２７】このような光ファイバ１を温度センサとし
て用いたトンネル防災設備においては、火災判別部１４
により、次の基準の１又は２以上の組合せにより火災発
生の有無が判断される。 （１）温度上昇率 あらかじめ温度上昇率のしきい値を設定しておき、前回
の取得データと今回の取得データとの温度差をデータ取
得周期で除した値（したがって温度上昇率）が、しきい
値を超えた場合は火災の発生と判定する。

【００２８】（２）相対温度異常 光ファイバの始端から一定距離（区画）ごとの平均温度
を算出し、ある場所の温度が平均温度に対してあらかじ
め設定した温度幅より高い場合は、火災の発生と判定す
る。 （３）絶対温度異常 光ファイバの始端から一定距離（区間）ごとの最高温度
の上限を設定しておき、ある場所の温度がその場所の上
限値より高い場合は、火災の発生と判定する。

【００２９】上記のような本実施例において、いま、温
度検出部６が光ファイバ１の後方散乱光によるエコーに
よって、ある区画（例えば２０ｂ）の温度が急上昇した
ことを検知したときは、その温度情報が中央防災盤７に
伝送され、かつＣＲＴ１５に表示される。中央防災盤７
の火災判別部１４は、この温度情報を前述の基準（１）
〜（３）に基いて分析し、基準の１つ又は２つ以上に該
当したときは火災の発生と判定し、区画２０ｂの中継器
２４ｂに水の放出を指令する。これにより、中継器２４
ｂは自動弁２７ｂを開放して放水ヘッド２８ｂから水を
放出し、消火する。

【００３０】実施例２ 図５は本発明の第２の実施例の系統図である。本実施例
は、炎検知器２２が設置された従来のトンネル防災設備
に、温度センサとしての光ファイバ１と温度検出部６と
を設けると共に、中央防災盤７の火災判別部１４に炎検
知器２２の火災信号を入力するようにしたものである。

【００３１】本実施例においては、火災判別部１４は、
温度検出部６からの温度情報及び火災発生場所の情報
と、炎検知器２２からの火災信号とが重なった場合に火
災の発生と判定するようにして、より正確を期したもの
である。なお、火災の発生を判定したあとの作用は、第
１の実施例の場合と同様である。

【００３２】実施例３ 図６は本発明の第３の実施例の系統図である。本実施例
はトンネル内の適宜位置に、信号線３１を介してトンネ
ル内の風速を測定する風速計３２を設けると共に、温度
検出部６又は火災判別部１４に風速計３２からの情報に
基いて火災の発生場所を補正する補正手段を設けたもの
である。通常、トンネル内には風があるため、火災が発
生すると風により火炎が流れて、実際に火災が発生した
場所と異なる場所で光ファイバ１に後方散乱光が発生
し、あるいは、火災発生場所と異なる場所の炎検知器が
火災信号を出力することがある。この風は、季節や時
間、交通量や位置によって異るため、常時測定している
ことが望ましいが、所定の間隔で測定して記憶しておけ
ばよい。そして、風速に基づく位置ずれの相対的データ
を用いることにより正確に火災発生場所を知ることがで
きる。

【００３３】本実施例においては、火災判別部１４は、
温度検出部６からの温度情報及び位置情報を入力し、あ
るいは、さらに炎検出器２２からの火災信号を入力して
火災発生の有無を判定すると共に、風速計３２からの情
報を入力し、火災の発生場所を補正して正確な火災発生
場所を検出する。そして、火災発生場所の中継器に信号
を送り、自動弁を作動させて放水するようにしたので、
確実に消火することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば次のような効果を得ることができる。 （１）トンネル内の長さ方向に光ファイバを設置し、光
ファイバの一端から入射した光の散乱によるエコーを利
用して火災の発生を検知するようにしたので、トンネル
の長さ方向に対して長距離の火災監視が可能になり、ま
た、光ファイバはトンネル内に設けても粉塵や腐食性ガ
スなどの悪環境や電気ノイズ、電磁波などに影響される
ことがなく、メンテナンスも容易で、信頼性の高いトン
ネル防災設備を得ることができる。

【００３５】（２）トンネル内の長さ方向に設置された
光ファイバと、トンネル内における光ファイバの始点か
ら一定距離ごとの温度を検出する温度検出部と、この温
度検出部からの情報によって火災発生の有無を判別する
火災判別部とを備えたので、上記（１）の効果を確実に
得ることができる。

【００３６】（３）トンネル内の長さ方向に所定の間隔
で設置された炎検知器と、トンネル内の長さ方向に設置
された光ファイバと、トンネル内における光ファイバの
始点から一定距離ごとの温度を検出する温度検出部と、
炎検知器及び温度検出部からの情報によって火災発生の
有無を判別する火災判別部を備えたので、上記（１）の
効果をより確実に得ることができる。

【００３７】（４）上記（１）〜（３）のトンネル防災
設備において、トンネル内に風速計を設けると共に、温
度検出部又は火災判別部に風速計からの情報に基いて火
災の発生場所を補正する手段を設けたので、火災の発生
場所を正確に特定することができ、放水設備を効果的に
作動させることができる。

【００３８】（５）上記（１）〜（４）のトンネル防災
設備において、波長の異なる２つのエコーを用い、その
強度比を温度の関数としたので、測定精度をさらに向上
することができる。 （６）また、上記（２）〜（５）のトンネル防災設備に
おいて、温度上昇率、相当温度異常又は絶対温度異常の
何れか１つ又は２つ以上の組合わせによって火災の発生
を判定するようにしたので、火災の発生を確実に検知す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の系統図である。

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は光ファイバの設置状
態の一例を示す模式図である。

【図３】本発明の原理的構成を示すブロック図である。

【図４】Ｉａ／Ｉｓの強度比と温度との関係を示す線図
である。

【図５】本発明の第２の実施例の系統図である。

【図６】本発明の第３の実施例の系統図である。

【図７】光ファイバによる温度の測定原理図である。

【図８】図６の光の散乱現象の説明図である。

【図９】従来のトンネル防災設備の一例の系統図であ
る。

【符号の説明】

１ 光ファイバ ６ 温度検出部 ７ 中央防災盤 １４ 火災判別部 ２０ａ，２０ｂ，… 区画 ２２ 炎検知器 ２４ａ，２４ｂ，… 中継器 ２６ 送水管 ２７ａ，２７ｂ，… 自動弁 ２８ａ，２８ｂ，… 放水ヘッド ３２ 風速計

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル内の火災を検知し、火災の発生
   場所に放水して消火するトンネル防災設備において、 トンネル内の長さ方向に光ファイバを設置し、該光ファ
   イバの一端から入射した光の散乱によるエコーを利用し
   て該光の散乱位置及び該位置の温度を測定することによ
   り火災の発生を検知することを特徴とするトンネル防災
   設備。
2. 【請求項２】 トンネル内の火災を検知し、火災の発生
   場所に放水して消火するトンネル防災設備おいて、 トンネル内の長さ方向に設置された光ファイバと、トン
   ネル内の温度変化によって生ずる前記光ファイバに入射
   した光の散乱によるエコーに基いて該光ファイバの始端
   から一定の距離ごとの温度を検出する温度検出部と、該
   温度検出部からの情報によって火災発生の有無を判別す
   る火災判別部とを備えたことを特徴とするトンネル防災
   設備。
3. 【請求項３】 トンネル内の火災を検知し、火災の発生
   場所に放水して消火するトンネル防災設備において、 トンネル内の長さ方向に所定の間隔で設置された炎検知
   器と、トンネル内の長さ方向に設置された光ファイバ
   と、トンネル内の温度変化によって生ずる前記光ファイ
   バに入射した光の散乱によるエコーに基いて該光ファイ
   バの始端から一定の距離ごとの温度を検出する温度検出
   部と、前記炎検知器及び温度検出部からの情報によって
   火災発生の有無を判別する火災判別部とを備えたことを
   特徴とするトンネル防災設備。
4. 【請求項４】 トンネル内に該トンネル内の風速を検出
   する風速計を設置すると共に、温度検出部又は火災判別
   部に、前記風速計からの情報に基いて光ファイバ又は光
   ファイバと炎検知器からの情報による火災の発生場所を
   補正する補正手段を設けたことを特徴とする請求項１，
   ２又は３記載のトンネル防災設備。
5. 【請求項５】 波長の異なる２つのエコーを用い、その
   強度比を温度の関数としたことを特徴とする請求項１，
   ２，３又は４記載のトンネル防災設備。
6. 【請求項６】 火災判別部は、あらかじめ温度上昇率の
   しきい値を設定しておき、測定した温度の上昇率が前記
   しきい値を超えたときは火災が発生したと判定すること
   を特徴とする請求項２，３，４又は５記載のトンネル防
   災設備。
7. 【請求項７】 火災判別部は、光ファイバの始端から一
   定距離ごとの平均温度をそれぞれ算出し、ある場所にお
   ける温度が前記平均温度に対してあらかじめ設定した温
   度幅より高い場合は火災が発生したと判定することを特
   徴とする請求項２，３，４又は５記載のトンネル防災設
   備。
8. 【請求項８】 火災判別部は、光ファイバの始端から一
   定距離ごとの最高温度の上限をそれぞれ設定しておき、
   ある場所における温度が前記上限より高い場合は火災が
   発生したと判定することを特徴とする請求項２，３，４
   又は５記載のトンネル防災設備。
9. 【請求項９】 火災判別部は、請求項６，７，８のうち
   ２つ以上を組合せて火災の発生を判定することを特徴と
   する請求項２，３，４又は５記載のトンネル防災設備。