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라만산란을 이용한 광센서 선형 화재감지시스템 개발에 관한 연구
Study on the Development of Optical Sensor Linear Fire Detection System Using Raman Scattering 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.30 no.4, 2016년, pp.27 - 38  

이건호 ((주)태산전자) ,  임우섭 (한국소방산업기술원) ,  김시국 (호서대학교 소방방재학과)

초록
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본 논문은 현재 국외기술에 의존하고 있는 광센서 선형감지기를 이용한 화재감지시스템인 분산온도감지(DTS) 시스템을 국산화 기술로 개발하기 위한 연구이다. 이에 본 연구에서는 광섬유 내에서 발생되는 빛의 역산란광 중 온도감지에 주로 사용되는 라만산란광의 전기적 신호파형을 오실로스코프를 이용하여 분석하였다. 측정결과 Stokes 신호파형은 온도가 상승해도 변화량이 거의 없었으나, 온도에 민감한 anti-Stokes 신호파형은 상대적으로 그 값이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 라만산란광을 이용하여 화재를 감지할 수 있는 광중계기 및 광수신기로 구성된 광센서 선형 화재감지시스템인 K-DTS 시스템을 개발하였다. 개발된 K-DTS 시스템에 대하여 차동식 및 정온식 감도시험기를 이용하여 차동식 및 정온식 감지기로서의 감도시험을 진행해 본 결과 형식승인 기준을 만족하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 개발된 K-DTS 시스템의 성능평가를 위해 국외에서 수입되어 가장 많이 사용되고 있는 S-DTS 시스템과 성능비교실험을 진행하였다. 모형터널을 이용한 성능실험결과 화재감지위치 및 화재온도 측정에서 유사한 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The paper reports the development of a distributed temperature sensing (DTS) system, which is a fire detection system using optical sensor linear detectors that depends on foreign and domestic technologies. This study accordingly analyzed the electrical signal patterns of Raman scattering light main...

주제어

#Optical sensor linear detector   #DTS system   #Raman scattering   #Fire detection system   #Performance experiment  

표/그림 (17)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이로 인해 막대한 자본과 기술력을 바탕으로 밀고 들어오는 거대한 국외 소방기업에 국내 소방업체들이 동등이상의 제품과 우수한 기술력으로 대응하지 않으면, 국내 소방 시장을 장악당하는 우려의 사태가 올 수도 있을 것으로 생각된다. 본 연구는 현재 대부분 수입에 의존하고 있는 화재감지시스템 중의 하나인 라만산란(Raman scattering)을 이용한 분산형온도감지(distributed temperature sensing; DTS) 시스템인 광센서 선형 화재감지시스템의 국산화 기술개발을 위한 연구이다. 광센서 선형 화재감지시스템은 한 가닥의 광섬유케이블을 이용하여 수 km 이상의 장거리 화재감시가 가능하고, m 단위의 전 구간 온도모니터링이 가능하기 때문에 국외의 경우 현재 터널 및 지하공동구, 발전소, 가스이송배관 등의 장거리 화재감지에 대부분 적용하고 있는 시스템이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
광센서 선형 화재감지시스템의 장점은? 본 연구는 현재 대부분 수입에 의존하고 있는 화재감지시스템 중의 하나인 라만산란(Raman scattering)을 이용한 분산형온도감지(distributed temperature sensing; DTS) 시스템인 광센서 선형 화재감지시스템의 국산화 기술개발을 위한 연구이다. 광센서 선형 화재감지시스템은 한 가닥의 광섬유케이블을 이용하여 수 km 이상의 장거리 화재감시가 가능하고, m 단위의 전 구간 온도모니터링이 가능하기 때문에 국외의 경우 현재 터널 및 지하공동구, 발전소, 가스이송배관 등의 장거리 화재감지에 대부분 적용하고 있는 시스템이다. 특히, 전자파의 장애가 없고, 열악한 환경조건에서도 사용가능하며, 장수명의 신뢰성을 보장하기 때문에 그 적용범위는 더욱 확대될 것으로 예상된다(2-8).
국내 소방감지기술의 발전이 어려운 이유는? 이로 인해 새로운 감지 시스템의 개발이 필요하며, 국내의 소방감지기술을 한 차원 앞당기기 위해서는 수입에 의존하고 있는 우수한 성능의 국외 감지시스템의 국산화 기술이 필요하다. 하지만, 현재까지 국내 감지시스템의 경우 저가의 시장경제성 및 기술력부재, 제도적인 뒷받침 문제 등에 의해 IT강국임에도 불구하고 새로운 감지시스템의 개발이 둔화된 상태로 성능이 우수한 제품은 대부분 고가로 수입에 의존하고 있는 상황이다. 그러나 현대사회는 전 세계적으로 국가 간의 관세를 허무는 FTA 협정을 통해 세계시장을 개방하고 있으며, 소방시장도 예외 대상이 될 수 없다.
K-DTS 시스템이란? 측정결과 Stokes 신호파형은 온도가 상승해도 변화량이 거의 없었으나, 온도에 민감한 anti-Stokes 신호파형은 상대적으로 그 값이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 라만산란광을 이용하여 화재를 감지할 수 있는 광중계기 및 광수신기로 구성된 광센서 선형 화재감지시스템인 K-DTS 시스템을 개발하였다. 개발된 K-DTS 시스템에 대하여 차동식 및 정온식 감도시험기를 이용하여 차동식 및 정온식 감지기로서의 감도시험을 진행해 본 결과 형식승인 기준을 만족하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
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참고문헌 (15)

  1. C. H. Lee, W. K. Sung, J. H. Lee, H. G. Kim, S. W. Jee and S. K. Kim, "A Study on the Adaptability of the CO Sensor as A Fire Detection Sensor According to the Test Fire Source of UL 268", Fire Science and Engineering, Vol. 28, No. 2, pp. 54-63 (2014). 

    원문보기 상세보기 crossref

  2. S. K. Kim, Y. S. Lee, D. E. Kim, W. S. Lim and C. H. Lee, "Fire Detection Signal Processing Method Using an Optical Fiber Linear Detector and the Development of an Optical Signal Processing Test Module", Fire Science and Engineering, Vol. 30, No. 2, pp. 27-34 (2016). 

  3. D. E. Kim, S. K. Kim, Y. S. Lee, C. H. Lee and W. S. Lim, "A Study on the Characteristics of an Optical Sensor Linear Fire Detection System with Miniature Model Fire Experiment", Fire Science and Engineering, Vol. 30, No. 2, pp. 27-34 (2016). 

  4. W. Wang, J Chang, G. Lv, Z. Wang, Z. Liu, S. Luo, S. Jiang, X. Liu, et al., "Wavelength Dispersion Analysis on Fiber-Optic Raman Distributed Temperature Sensor System", Photonic Sensors, Vol. 3, No. 3, pp. 256-261 (2013). 

    상세보기 crossref

  5. Z. Zhang, J. Wang, Y. Li, H. Gong, X. Yu, H. Liu, Y. Jin, J. Kang, et al., "Recent Progress in Distributed Optical Fiber Raman Photon Sensors at China Jiliang University", Photonic Sensors, Vol. 2, No. 2, pp. 127-147 (2012). 

    상세보기 crossref

  6. Y. Zhao, Y. Jin and J. Wang, "Measurement of the Raman Gain Coefficient in Optical Fibers by Using the Spontaneous Technique", IEEE 2010 Symposium on Photonics and Optoelectronics, pp. 1-3 (2010). 

  7. C. Conway, "Fibre Optic Linear Heat Detection Applied to Tunnels", International Conference Tunnel Safety and Ventilation 2004 Graz, pp. 82-92 (2004). 

  8. D. S. Hwang, D. J. Yoon, I. B. Kwon, D. C. Seo and Y. J. Chung, "Novel Auto-correction Method in a Fiberoptic Distributed-temperature Sensor Using Reflected anti-Stokes Raman Scattering", Optics Express, Vol. 18, Issue 10, pp. 9747-9754 (2010). 

    상세보기 crossref

  9. Y. H. Kim, S. K. Oh, H. S. Park, H. C. Lee and J. D. Roh, "Distributed Temperature Measurement Based on Raman Backscattering Light", KIEE Summer Conference 1999, Korean Institute of Electrical Engineering, pp. 2447-2449 (1999). 

  10. J. H. Jang, "Application of Optical Frequency Domain Reflectometry for Defects Diagnosis of Optical Devices", Chonnam National University Graduate School, Academic Thesis, pp. 2-3 (2014). 

  11. A. Mishra and A. Soni, "Leakage Detection using Fibre Optics Distributed Temperature Sensing", PTC 6th Pipeline Technology Conference 2011, pp. 1-12 (2011). 

  12. S. Najjar, "Fiber Optic Leak Detection Using Omnisens' DITEST System", EMI October 4th 2011, pp. 1-20 (2011). 

  13. KOFEIS 0301, "Technical Standards for Formal Approval and Product Inspection of Fire Detector" (2016). 

  14. Siemens, "Optical Sensor Linear Detection System Design Manual" (2009). 

  15. NFSC 603, "National Fire Safety Code for Road Tunnel" (2013). 

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